JPH01270576A - 多孔質炭素材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、石炭系又は石油系重質油を原料として多孔質
炭素（・Ａを製造する方法に関づ−る。さらに詳しくは
１畏業用土壌改良剤、酵素固定用ｊ［」休、ざらにはガ
ス吸着剤等として優れた性能を右復る多孔質炭素材の製
造方法に関覆る。

［従来の技術］ 従来、この種の多孔貿炭素柵の製造方法としては、■球
状炭素をピッチと混合して焼成する方法（特開昭４８−
６７、１８８＠公報等）、■炭素繊維を基材とし、結合
材樹脂と混合して焼成覆る方法（狛開昭５７−１６６、
３！１４号公報）、■］−ルタールピッチをバインダー
とし、やじ殻粉末を造粒して焼成する方法（特開昭６２
−１７６、９０８号公報等）が知られている。

しかしながら、いずれの方法も基材となる原料か高価で
あり、また製造工程か複雑であること等が原因となって
コス１〜が高くつくという問題かあった。例えば、球状
炭素を原料とする上記■の方法においては、この球状炭
素を製造覆るためにピッチを溶剤と混合するため、後工
程で脱溶剤処理を行う必要が生じ、さらに炭化させた後
に球形を維持させるための処理としてピッチの不融化か
必要になり、製造工程が複雑になる。

［発明が解決しようとり−る課題］ 本発明（５１、かかる観点に鑑みて創案されたもので、
その目的とりるところは、投餌Ｉてしかも大量に安定供
給てぎる伺オ」を用いた多孔貿炭素何の製ｊ告方法を提
供覆ることにある。

また、本発明の他の［１的は、多孔質炭素イオの孔径を
制御し、同時に気孔量、表面積の制御を可能にして種々
の用途に適した多孔質炭素４，１を製造することかてぎ
る多孔質炭素４・Ａ（７）製造り法を提供覆ることにあ
る。

１課題を解決するための手段−１ すなわら、本発明は、石炭系又は石油系重質油から製造
される生コークス又はか焼］−クスを粉砕してｊｑられ
る１−クスであって、平均粒径か１〜］、０００μｍで
、仝休の９０重量％以上が上記平均粒径の」３０％の範
囲内に存在する」〜クスを使用じ、この］−クス］○○
重量部に苅しバインダーどして石炭系又は石油系重質油
を１０〜７０重吊部の割合で配合して混練成形し、次い
て８００・へ、１，６００℃て焼成し、孔径か０．１・
〜５００　ｕｍの範囲内でシャープな分布を有する多孔
質炭素材を製造する多孔貿炭素何の製造方法である。。

本発明の多孔質炭素（Ａを製造覆る際、前月となるコー
クスの原料であるね次系重質油としては、例えば、＝１
−ルタールや］−ルタールピッチ等を挙げることかでき
、また、石油系重質油としては、例えば、ＦＣＣ減圧残
油や下チレン残油等を挙げることかでき、これら石炭系
重質油及び石油系重質油はその一種のみを単独で使用で
きるほか、その二種以上を組合せて混合物として使用覆
ることもできる。ここで、石炭系重質油である］−ルタ
ールはコークス炉から回収されたものをそのまま使用し
てもよいか、好ましくは通常の方法で蒸溜し沸点３８０
℃以下の留分を除去した］−ルタールピッチ（軟ピツチ
）を使用覆るのがよい１．このようにして製造された］
−ルタールピッヂは４００〜５００°Ｃで炭化するとモ
ザイク組織をした牛Ｔ１−クスとなり、球状に近い粒子
が得られる。

上記コークスの原料である石炭系重質油やね油系重買油
は、アルミニウム精練用の電極田七ザイりコークスや電
気炉製鋼用の黒鉛電極用ニードルコークスを１挟造する
ための１京利として一般的に製）告されているので、容
易に人手覆ることＺ、゛てきる。

また、これらの原第１４を炭化し゛たに成するための設
備についても、上記コークスの製造に使用される設（１
１（をそのまま使用できる１゜ ざらに、本発明の多孔質炭素材を製造するために］−ク
スに混合して使用される荀炭系単貿油又は石油系重質油
としては、アルミニウム精練用電極あるいは製鋼用黒鉛
電極を製）Ｌする際にバインダーとじて使用されている
ビッヂ類を挙げることかて゛き、好ましくは」−ルター
ルピッチ（軟ピツチ）である。このピッチをバインダー
として使用覆ることにより、ピッチ中の低分子量成分か
炭化時においで良好な発泡成分となり、多孔質炭素材の
製造か容易になる。

本発明方法にｄ３いて、多孔質炭素材は以下に示すよう
な粉砕上程、ふるい分り工程、成形工程、焼成−［程を
経て製造される、。

先す、骨（オと７よるコークスは、ジＴツ１〜ミルや−
６＝ 振動ミル等の粉砕機により粉砕される。この際、好まし
くは球状に近い粒子が得られるボールミルや雷かい器等
によって磨砕するのがよい。すなわち、前月となる］−
クスはなるべく球形に近いものが望ましく、気孔の制御
かし易くなる。また、シレープな細孔分イ１１をもった
炭素材を得ようとするならば、使用する骨材粒子の粒度
分布をできるだけシャープにする必要かある。例えば、
平均粒径の±３０％、好ましくは±２０％の範囲内に仝
休の粒子の９０重重吊以−し、好ましくは９５重量％以
上が存在するように、コークスをふるい分りる。

次に、このようにして得られたコークスとバインダーを
所定のハ１合で配合するか、その割合としてはコークス
１００小組部に対してバインダーを１０〜７０重量部、
好ましくは２０〜５０ｕ量部の割合で配合する。バイン
ダーが７０重量部にり多いとバインダーから生成するコ
ークスか多孔質のものとなって細孔分布か広くなるので
好ましくない。逆に、１０重量部より少ないと、得られ
る多孔質炭素４・Ａの強度か弱くなる。

そして、次の成形工程は、３０〜２００°Ｃ１好ましく
は４０〜１５０°Ｃに加熱しながらニーダ−等の混線機
を使用して混練し、得られた混練物をステンレス容器等
の成形用型内に入れて粒状、ブ［」ツタ状、不定形状、
定形状等の所定の形状に成形する。

さらに、このようにして得られた成形体を電気炉等を使
用し、還元雰囲気中で酸化を防止しながら、焼成温度８
００〜１．６００℃で焼成する。

焼成時間は１分〜３時間の範囲が好ましい。この時の昇
温速度は通常５０〜５００℃／ｈｒで行われるが、ピッ
チ中の揮発成分による細孔形成を促進させるため、好ま
しくは３００〜５００°Ｃ／ｈｒで焼成を行なうのかよ
い。

ここで、多孔質炭素材として孔径が１０μｍ以下でシャ
ープなものを製造しようとする場合、原料とするコーク
スについてはその粒径の小さなものを使用する必要があ
る。ところが、平均粒径５０μｍ以Ｆの］−クスを使用
すると、バインダーとの混練時にこのバインダーと］−
クスとの混練性か悪くなり、コークスが凝集してバイン
ダーかうまく分散しない場合もあるが、このような場合
には、トルエンやクロロホルム等の溶剤をバインダー１
００重量部に対して２０〜５０重量部、好ましくは３６
〜５０重量部添加し、バインダーの粘度を下げて混練す
ると混練性が向上する。

焼成して得られた多孔質炭素材は、バインダー成分の炭
化により粒子間の架橋が行なわれると同時に、０．１〜
５００ｕｍの細孔かコークスの粒子間に形成される。

また、多孔質炭素材に形成される細孔の制御、特にその
平均孔径及び孔径分布の制御は、コークスを標準ふるい
等の手段でふるい分けて分画し、使用する］−クスの平
均粒径及び粒度分布を制御し、その粒度分布をなるべく
狭い範囲にすることにより、容易に実施し得る。例えば
、平均粒径か４００〜１，０００μｍで、仝休の９０重
量％以上が平均粒径の±３０％の範囲内に存在覆るコー
クスを使用することににす、孔径１００〜５００１１Ｒ
の細孔が全細孔容積の４０％以上を占める多孔質炭素材
を製造することができ、また、平均粒径が１００〜４０
０μｓで、平均粒径の±３０％の範囲に全体の９０重畢
％以」二を有する］−クスを使用Ｊ−ることにより、孔
径１０〜１００μｍの細孔が全細孔容積の４０％以上を
占める多孔質炭素材を製造することができ、ざらに、平
均粒径が１〜１００μｍで、平均粒径の±３０％の範囲
に全体の９０重量％以上を有するコークスを使用するこ
とにより、孔径０．１〜１０μｍの細孔が全細孔容積の
４０％以上を占める多孔質炭素材を製造することかでき
る。

本発明方法にＪこつて得られる多孔質炭素材は、その細
孔の孔径が制御されており、例えば保水性が重要な特性
として要求される土壌改良剤等において植物の栽培法に
適した保水量を確保するために利用したり、細孔の孔径
を制御しである特定の大ぎさの微生物等のみを選択的に
培養するための微生物等の住拠として利用することもで
きる。

［実施例］ ＝　１０− 以上、実施例に阜いて、本発明方法を具体的に説明する
。

実施例１ ディレートコーカ〜にて製造した揮発分７〜８％の石炭
系ピッチコークスを粉砕機で粉砕し、得られた粉砕品を
振動ふるい器（ごてふるい分け、粒径か４２０〜８４０
庫の範囲にあってその平均粒径か６００μｍ′ｃ必り、
この平均率☆径６００　／Ｊ＋１１の一１２０％の粒子
か金体の９５重量％を占める二コークスを得た。この］
−クス］ＯＯ重量部に対して」−ルタールピッチ（軟化
点３２°Ｃ）を５０＠７３Ｎ部添加し、４０°Ｃて２０
分間混練した。次に、この混練物をステンレス容器に詰
めて成形した。さらに、得られた成形物をマツフル炉に
入れ、窒素気流中９００°Ｃで１時間保持して焼成し、
成形物中の揮発分を除去した。焼成終了後、室温まで冷
ム１１して多孔質炭素材を得た。この多孔質炭素材を］
〜２．４ｍｍの大きさに粉砕し、水銀ボ［二１シメータ
ーにて孔径分布の測定を行なった。結果を第′１図に示
覆。

　１１　一 実施例２ 上記実施例１と同様にして石炭系ピッチコークスを軟質
粉砕機で粉砕し、得られた粉砕品を振動・Ｓ・るい器で
ふるい分け、粒径が４４〜７４μｍの範囲で′平均粒径
が６５ｐｍであり、この平均粒径６５μｍの±３０％の
粒子か全体の９！−５重量％を占める−コークスを１ｑ
だ。この−１−ウス１００重量部に対しで］１−ルター
ルピツブ（軟化点３２　Ｃ）を２５中最部の割合で添加
し、５０°Ｃで２０分間混練した１２次に、この混練物
をステンレス容器に詰めて成形した１、きり（こ、得ら
れた成形物をマツフル炉に入れ、窒素気流中９００°０
−（１時間保持して焼成し、成形物中の揮発分を除去し
た。焼成終了後、室温まで冷７ｉ１１　シて多孔質炭素
材を得た。この多孔質炭素材を１・〜２．４ｍｍの人き
さに粉砕し、水銀ボ１−１シメーターにで孔径分イ［の
測定を行につだ。

結果を第２図（こ示−づ。

実施例３３ 上記実施例１と同様（こ、６炭系ピツ刀コークスを原料
として軟質粉６４′□で粉砕した後、その粉砕物を分級
器でふるい分け、粒径が２〜１０μｍσ）キ負囲で平均
粒径か６庫であり、この平均粒径５　ｐ、ｒｈ　（７）
±３０％の粒子が全体の９７重量％を占めるコークスを
得た。このコークス１００＠量部（こ対して一］−ルタ
ールピツチ（軟化点３２°Ｃ）’ｌ’１重量部、タロロ
ボルム７重量部を添加じ、５０°Ｃ−Ｃ２Ｏｆ）間混練
した。得られた混練物を使用し、上記実施例］と同様に
して成形、焼成を行ない多孔質炭素４・Δを得た。、こ
の多孔質炭素材についても１〜２、Ａ、　ｍｍに粉砕し
、水銀ポロシメーターにて孔径分イ１ｊの測定を行なつ
１こ。結末を第３図に示す。

また、上記実施例１．２及び３の多孔質炭素イ・Ａの特
性を調べた。結果を第］表に示す。

第　　］　　表 ［発明の効果］ 本発明方法によれば、多孔質炭素（オを安価に製ａｄる
ことができる。また、多孔質炭素材に形成される細孔の
孔径を自由に」ン１〜ロールすることがてぎ、これによ
って気孔量、表面積の」ン）−ロールも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は実施例１ないし実施例３で得られ
ｊこ多孔７１炭素伺の細孔分イ１ｉを示すグラフ−屋　
　− 図である。 持直出願人　　　新日本製鐵株式會社 同　上　　　　新日鐵化学株式会社

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）石炭系又は石油系重質油から製造される生コーク
   ス又はか焼コークスを粉砕して得られるコークスであっ
   て、平均粒径が１〜１，０００μｍで、全体の９０重量
   ％以上が上記平均粒径の±３０％の範囲内に存在するコ
   ークスを使用し、このコークス１００重量部に対しバイ
   ンダーとして石炭系又は石油系重質油を１０〜７０重量
   部の割合で配合して混練成形し、次いで８００〜１，６
   ００℃で焼成し、孔径が０．１〜５００μｍの範囲内で
   シャープな分布を有する多孔質炭素材を製造することを
   特徴とする多孔質炭素材の製造方法。
2. （２）平均粒径が４００〜１，０００μｍで、全体の９
   ０重量％以上が平均粒径の±３０％の範囲内に存在する
   コークスを使用し、孔径１００〜５００μｍの細孔が全
   細孔容積の４０％以上を占める多孔質炭素材を製造する
   請求項１記載の多孔質炭素材の製造方法。
3. （３）平均粒径が１００〜４００μｍで、平均粒径の±
   ３０％の範囲に全体の９０重量％以上を有するコークス
   を使用し、孔径１０〜１００μｍの細孔が全細孔容積の
   ４０％以上を占める多孔質炭素材を製造する請求項１記
   載の多孔質炭素材の製造方法。
4. （４）平均粒径が１〜１００μｍで、平均粒径の±３０
   ％の範囲に全体の９０重量％以上を有するコークスを使
   用し、孔径０．１〜１０μｍの細孔が全細孔容積の４０
   ％以上を占める多孔質炭素材を製造する請求項１記載の
   多孔質炭素材の製造方法。
5. （５）コークスの平均粒径及び粒度分布を制御すること
   により平均孔径及び孔径分布を制御する請求項１記載の
   多孔質炭素材の製造方法。