JPH0530959A - 多孔性炭素中空体およびその製造方法 - Google Patents

多孔性炭素中空体およびその製造方法

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JPH0530959A
JPH0530959A JP3187982A JP18798291A JPH0530959A JP H0530959 A JPH0530959 A JP H0530959A JP 3187982 A JP3187982 A JP 3187982A JP 18798291 A JP18798291 A JP 18798291A JP H0530959 A JPH0530959 A JP H0530959A
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JP
Japan
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hollow body
pitch
hollow
carbon
porous carbon
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JP3187982A
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橋 祥 介 ▲高▼
Shosuke Takahashi
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/30—Loose or shaped packing elements, e.g. Raschig rings or Berl saddles, for pouring into the apparatus for mass or heat transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30—Details relating to random packing elements
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    • B01J2219/30223—Cylinder

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 中空体内部は、実質的に空洞であり、外殻の
み多数の微生物が通り得る孔を有し、中空体内部は、微
生物の増殖空間として100%利用でき、かつ液の保持
や孔からの流通がスムーズに行え、空洞部での濃度差が
できにくい多孔性炭素中空体およびその製造方法を提供
する。 【構成】 中空部を構成する外殻に複数の孔を有する炭
素微小中空体であって、前記孔は不融化および炭化によ
り粒子を消滅させることによって得たものである多孔性
炭素中空体およびその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微生物培養基材、酵素
反応のリアクター、物質生産の担体等、多孔性、中空、
軽量を生かした用途に用いられる多孔性炭素中空体およ
びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】炭素微小中空体の製造方法に関しては、
例えば特公平1−31447号に記されているが、ここ
で得られた中空体は中空部と連通した微小孔を有するも
のの、その数はごく少なく、しかも制御されたものでは
なく、また孔の形成を意図したものではない。
【0003】また、セルロース系材料を用いた気孔率の
高い球体が市販され微生物培養基材等に用いられている
が、このものは中空体ではない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これまでに公表されて
いる微小中空体においては、内部が空洞の中空体の場
合、内外の連通した孔(通常1μm以上)がないか、あ
ってもその数が1〜数個とわずかで、しかも孔をつくる
ことを意図したものではなかった。また内部に空隙部が
多数存在しても多数の壁も同時に有するものは、中空体
内部での微生物の増殖や液の流動に必ずしも好ましいも
のではない。
【0005】本発明は、中空体内部は、実質的に空洞で
あり、外殻のみ多数の微生物が通り得る孔を有し、中空
体内部は、微生物の増殖空間として100%利用でき、
かつ液の保持や孔からの流通がスムーズに行え、空洞部
での濃度差ができにくい多孔性炭素中空体およびその製
造方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の第1の態様によれば、中空部を構成する外殻
に複数の孔を有する炭素微小中空体であって、前記孔は
不融化および炭化により粒子を消滅させることによって
得たものである多孔性炭素中空体が提供される。
【0007】ここで、前記孔の径が1μm以上であるの
が好ましい。
【0008】また、本発明の第2の態様によれば、発泡
剤として低沸点有機溶剤を混合させたピッチを、32〜
3360μm(425〜6メッシュ)の粒度に粉砕し、
これを前記低沸点有機溶剤の沸点以上で、かつ前記ピッ
チの軟化点より低い温度で瞬間的に加熱を行い、発泡さ
せてピッチ微小中空体とし、これをそのまま、あるいは
分級後、酸化性気体または酸化性液体で処理して不融化
し、次いで不活性ガス雰囲気中で炭化焼成して炭素中空
体を製造するに際し、前記ピッチ中に、あらかじめ5〜
50μmの粒度で、かつ前記炭化焼成時に実質的にガス
化する物質を添加することを特徴とする多孔性炭素中空
体の製造方法が提供される。
【0009】以下に本発明をさらに詳細に説明する。
【0010】まず、本発明の第1の態様について説明す
る。本発明の多孔性炭素中空体は、中空部を構成する外
殻に複数の孔を有し、前記中空部は壁のない空洞で構成
されている。
【0011】図1は、前記多孔性炭素中空体の1例を模
式的に示す断面図である。4は炭素中空体の中空部を構
成する外殻、5は前記外殻に設けられる複数の孔、6は
中空部をそれぞれ示す。
【0012】前記外殻4の殻厚4aは、前記孔5の大き
さおよびその数にもよるが通常3〜5μmである。
【0013】前記孔5は、不融化および炭化により粒子
を消滅させることによって得たものである。
【0014】また、前記孔5の径5aは、中空体の用
途、例えば微生物培養基材として用いる場合は対象とす
る微生物によって異なる。
【0015】すなわち、微生物のうち、桿菌(大腸菌
等)は、直径0.2μm、長さ数μmの棒状であり、酵
母やかび等は、10μm前後またはそれ以上の大きさで
ある。従って、桿菌以上の大きさの微生物を対象として
中空体の孔5を通過できるように孔径5aのサイズを設
計する必要があるが1μm以上とするのが好ましい。
【0016】このように設計された炭素中空体を使用し
た場合、微生物は中空体内に容易に侵入し、中空体内の
中空部(空洞部)6に増殖することができる。なお、こ
の場合、中空部6は培養液等で満たされており、増殖や
目的物質の生成反応の場となるが、液の補給や生成物の
中空体外への移動は、殻4の孔5を通して容易に行われ
る。
【0017】前記炭素中空体の大きさは、特に限定しな
い。
【0018】次に、本発明の第2の態様について説明す
る。本発明は、前記問題点を解決するために特公平1−
31447号で記した炭素微小中空体の製造方法におい
て、加熱発泡前のピッチ中にあらかじめ炭化焼成工程で
大部分がガス化する有機化合物の粒子を所定量混合した
後、加熱発泡させることにより、ピッチ外殻に前記粒子
を多数有するピッチ発泡体(中空体)を得、しかる後、
不融化および炭化を行って前記粒子を消滅させることに
より、多孔性炭素中空体を得るものである。
【0019】本発明方法は、原料として石炭系または石
油系ピッチを用いる。用いるピッチの軟化点は60〜2
50℃が好ましい。軟化点60℃以下のピッチは、発泡
工程において相互融着をおこし易く、また不融化、炭化
処理が困難であり、好ましくない。また軟化点250℃
以上のピッチは、極めて特殊なものであり、コスト的に
も高価なものとなる。このような条件を満足するピッチ
は、たとえばコールタール類に適切な熱処理を行った
後、低分子量成分を除去することにより得られる。
【0020】本発明においてピッチに混合する有機化合
物は、後述する炭化焼成時に大部分がガス化するもので
あればよく、例えばポリプロピレン等の合成樹脂や木粉
等を挙げることができる。また、前記有機化合物の粒径
は、後述する発泡後のピッチ中空体の殻厚以上の粒径の
有機化合物粒子が多孔性炭素中空体の孔形成用添加剤と
して好ましい(図2参照)。
【0021】なお、ピッチ中空体の殻厚は、通常3〜5
μmであり、孔の形成には5μm以上の粒径の粒子の添
加が望ましい。具体的には、例えば対象とする微生物に
より粒径は選定されるが5〜50μmの範囲である。粒
径が50μmを超えても本発明の目的に使えるが、ピッ
チ中空体または炭素中空体の殻が割れやすくなる傾向が
ある。
【0022】前記有機化合物粒子の添加量は、得られる
炭素中空体の中空部に形成される孔の径および孔の数に
応じて選定される。
【0023】本発明において用いられる発泡剤は、ピッ
チと相溶性を有する低沸点有機溶剤であり、原料として
用いるピッチの軟化点より低い温度の沸点を有するとと
もに、ピッチの分子量と有機溶剤の分子量の差が大きな
ものほど好ましい。これらは例えば、ベンゼン、トルエ
ン、キシレン、ナフタリン等の芳香族炭化水素である。
【0024】発泡剤として使用される前記溶剤の含有量
は、原料として用いられるピッチの種類や希望する多孔
性炭素中空体の密度等により異なるものであるが、粉砕
工程において粉砕できる程度の粘度になるように発泡剤
を加えることが極めて重要である。
【0025】次に本発明の多孔性炭素中空体の製造プロ
セスについて詳述する。
【0026】まず、原料ピッチと有機化合物粒子と発泡
剤である低沸点有機溶剤の混合は十分に均一におこなう
ことが極めて重要である。混合が十分でないと、発泡工
程において不均一発泡の原因となり、目的とする中空体
が得られない。発泡をおこなうに必要な低沸点有機溶剤
の含有量は0.5wt%以上であればよいが、発泡剤の量
が多すぎると粉砕工程において前記混合物の粉砕が難し
くなるので、発泡剤の量は20wt%以下にすることが望
ましい。混合は100〜250℃の間で、加圧下、不活
性ガス雰囲気中で20〜150分間撹拌することにより
達成される。
【0027】粉砕工程において、粉砕は通常のアトマイ
ザーでおこなうことが可能であり、粉砕した粒子は予め
球状化する必要はない。粒度は32〜3360μm(4
25〜6メッシュ)の範囲にそろえる必要がある。33
60μmより大きい粒子では、発泡工程において中空球
化させる条件を見出すことは極めて困難であり、32μ
mより小さい粒子では、静電引力等により粒子同士が融
着をおこし易く単一球を得ることは極めて困難である。
【0028】発泡工程においては、前記含溶剤ピッチ粒
子を使用溶剤の沸点以上の温度で瞬間的に加熱すること
により、ピッチ中空体を得る。この場合、必要に応じて
粒度別におこなってもよい。また発泡温度条件を適当に
選ぶことにより空隙率を調節でき、嵩密度0.05〜
0.7g/cm3 の範囲のものが製造可能である。但し、発
泡温度が高すぎると生成球体が破裂したり、球体同士が
相互融着をおこして、希望するものが得られない。
【0029】図2は、炭化処理前のピッチ中空体の1例
を模式的に示す断面図である。中空部3を構成するピッ
チ殻(外殻)1の複数箇所に孔形成用添加剤2の粒子が
あるから、つぎの不融化および炭化時にこの粒子2が消
滅して所望の孔5が得られる。なお、1aはピッチ殻1
の殻厚である。
【0030】不融化処理工程では、前工程で作られたピ
ッチ中空体をそのままあるいは必要に応じて分級したも
のを、ピッチの軟化点以下の温度で、酸化性の気体もし
くは酸化性の液体でピッチ成分の酸化をおこなう。酸化
性気体としては、空気、NO 2 、SO2 等、酸化性の液
体としては、過マンガン酸カリウム、硝酸等を代表的に
挙げることができ、これらのうち、空気が経済性から考
えて最も好ましい。
【0031】炭化処理工程では、不融化処理をおこなっ
たピッチ中空体を、非酸化性雰囲気中で、600〜20
00℃の温度で20〜300分処理することによりおこ
なわれる。
【0032】上記のようにして得られる炭素中空体は、
粒子径30〜4000μm、嵩密度0.05〜0.7g/
cm3 の性状を有する外形球状の多孔質中空体を主体とす
るものである。なお、目的に応じ前記炭素中空体を、さ
らに高温加熱処理を行っても本発明の目的に使用するこ
とができる。
【0033】
【実施例】次に、本発明を実施例につき、具体的に説明
する。
【0034】(実施例1)軟化点176℃、ベンゼン不
溶部51%のピッチを原料とし、このピッチ500g、
ベンゼン50gに対し、粒径5μmに調整したポリプロ
ピレン樹脂10gを添加し、攪拌羽根付きの内容積1l
のオートクレーブに仕込み、内部を窒素ガスで置換した
後、150℃に昇温し、500rpmで2時間攪拌し
た。得られた含溶剤ピッチをアトマイザーを用いて微粉
砕し、325〜8メッシュ粒子を得た。この含溶剤ピッ
チ粒子を130℃に保持した通風炉に入れて発泡させ、
ピッチ中空体を得た。
【0035】このピッチ中空体を空気浴中で室温から3
00℃まで4時間かけて昇温させながら不融体とした。
さらに、この不融化後のピッチ中空体を、電気炉中でア
ルゴン雰囲気下で300℃から1000℃まで4時間か
けて昇温し、1000℃で1時間保持した。このように
して多孔性炭素中空体を得た。
【0036】(実施例2)ポリプロピレン樹脂の代わり
に粒径30μmの木粉5gを添加した以外は、実施例1
と同一の方法で多孔性炭素中空体を得た。実施例1、2
で得られた多孔性炭素中空体は、いずれも複数の孔(径
1μm以上)を有し、微生物培養基材として十分使用可
能なものであった。
【0037】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、本発明の炭素中空体は外殻に多数の孔を有
し、かつこの中空部は壁のない空洞であり、微生物が中
空体内に容易に侵入でき、内部空洞部で増殖できるの
で、中空体内空洞部がバイオリアクターとして利用で
き、有機化合物基質(原料物質)を目的生成物に交換す
る反応の場を提供することができる。
【0038】また、酵素を中空体内外壁に固定すること
により、固定化バイオリアクターとして用いることがで
きる。
【0039】産業利用分野としては、発酵工業、廃水・
廃ガス処理、バイオテクノロジーによる物質生産等であ
り、バイオリアクターの担体として用いることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の多孔性炭素中空体の1例を模式的に示
す断面図である。
【図2】炭化処理前のピッチ中空体の1例を模式的に示
す断面図である。
【符号の説明】
1 ピッチ殻(外殻) 1a ピッチ殻の殻厚 2 孔形成用添加剤(有機化合物粒子) 3 ピッチ中空体の中空部(空洞部) 4 炭素殻(外殻) 4a 炭素殻の殻厚 5 炭素殻の孔 5a 孔径 6 炭素中空体の中空部(空洞部)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中空部を構成する外殻に複数の孔を有す
    る炭素微小中空体であって、前記孔は不融化および炭化
    により粒子を消滅させることによって得たものである多
    孔性炭素中空体。
  2. 【請求項2】 前記孔の径が1μm以上である請求項1
    に記載の多孔性炭素中空体。
  3. 【請求項3】 発泡剤として低沸点有機溶剤を混合させ
    たピッチを、32〜3360μm(425〜6メッシ
    ュ)の粒度に粉砕し、これを前記低沸点有機溶剤の沸点
    以上で、かつ前記ピッチの軟化点より低い温度で瞬間的
    に加熱を行い、発泡させてピッチ微小中空体とし、これ
    をそのまま、あるいは分級後、酸化性気体または酸化性
    液体で処理して不融化し、次いで不活性ガス雰囲気中で
    炭化焼成して炭素中空体を製造するに際し、前記ピッチ
    中に、あらかじめ5〜50μmの粒度で、かつ前記炭化
    焼成時に実質的にガス化する物質を添加することを特徴
    とする多孔性炭素中空体の製造方法。
JP3187982A 1991-07-29 1991-07-29 多孔性炭素中空体およびその製造方法 Withdrawn JPH0530959A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009057277A (ja) * 2008-10-08 2009-03-19 Polymatech Co Ltd 黒鉛化炭素粉末の製造方法及び熱伝導性成形体の製造方法
JP2012101950A (ja) * 2010-11-05 2012-05-31 Noritake Co Ltd 多孔質カーボン粒子の製造方法と該粒子からなる多孔質カーボン材料
JP2014073607A (ja) * 2012-10-03 2014-04-24 Sekisui Plastics Co Ltd 発泡成形体、発泡成形用成形型および発泡成形体の製造方法

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