JPH07155589A - 高比表面積炭素材料の製造方法 - Google Patents
高比表面積炭素材料の製造方法Info
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- JPH07155589A JPH07155589A JP5309386A JP30938693A JPH07155589A JP H07155589 A JPH07155589 A JP H07155589A JP 5309386 A JP5309386 A JP 5309386A JP 30938693 A JP30938693 A JP 30938693A JP H07155589 A JPH07155589 A JP H07155589A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は均一な微細細孔を有し高比表面積を
有する高性能な炭素材料を提供するものである。 【構成】 細孔を有する炭素質材料を、酸、煮沸または
超音波による処理を行い炭素質材料中の無機成分の含有
量を４ｗｔ％未満とした後、酸化性ガス雰囲気下で賦活
する。 【効果】 本発明の炭素材料は高比表面積を有してお
り、均一な微細細孔の占める割合が多く優れた吸着性能
を有する。
有する高性能な炭素材料を提供するものである。 【構成】 細孔を有する炭素質材料を、酸、煮沸または
超音波による処理を行い炭素質材料中の無機成分の含有
量を４ｗｔ％未満とした後、酸化性ガス雰囲気下で賦活
する。 【効果】 本発明の炭素材料は高比表面積を有してお
り、均一な微細細孔の占める割合が多く優れた吸着性能
を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、均一な微細細孔を有す
る高比表面積炭素材料の製造方法に関する。本発明の炭
素材料は高比表面積を有し、均一な微細細孔の占める割
合が多く、常圧および加圧下において、優れた吸着性能
を有するので、例えば高分子物質などの特定成分の吸着
分離の分野に広く利用することができる。
る高比表面積炭素材料の製造方法に関する。本発明の炭
素材料は高比表面積を有し、均一な微細細孔の占める割
合が多く、常圧および加圧下において、優れた吸着性能
を有するので、例えば高分子物質などの特定成分の吸着
分離の分野に広く利用することができる。
【０００２】
【従来技術】微細細孔を有する炭素材料としては、一般
的に活性炭が知られており、炭化水素の分別、工業ガス
の精製、公害発生源の除去、食品工業、化学工業におけ
る液相精製、水処理剤等の他に、空気分子ふるい材、貴
金属塩溶液からの貴金属回収、メタンの吸蔵、ガソリン
吸着用キャニスタ−、電気二重層コンデンサ−、および
解毒剤等の吸着剤として各種用途に広範囲で使用され
ている。
的に活性炭が知られており、炭化水素の分別、工業ガス
の精製、公害発生源の除去、食品工業、化学工業におけ
る液相精製、水処理剤等の他に、空気分子ふるい材、貴
金属塩溶液からの貴金属回収、メタンの吸蔵、ガソリン
吸着用キャニスタ−、電気二重層コンデンサ−、および
解毒剤等の吸着剤として各種用途に広範囲で使用され
ている。
【０００３】一般に、活性炭はヤシガラ、木材、石炭、
石炭および石油コク−ス、有機性樹脂等を原料にして炭
化後、酸化性ガス雰囲気中で賦活して製造されている。
あるいは、セルロ−ス系物質等を原料として塩化亜鉛の
存在下で賦活する薬品賦活法が行われている。これらの
活性炭は、比表面積は５００〜１５００ｍ2 ／ｇと比較
的大きいが、高比表面積を有しているとはいい難い。ま
たその細孔径分布は広く均一な細孔径の占める割合は小
さい。
石炭および石油コク−ス、有機性樹脂等を原料にして炭
化後、酸化性ガス雰囲気中で賦活して製造されている。
あるいは、セルロ−ス系物質等を原料として塩化亜鉛の
存在下で賦活する薬品賦活法が行われている。これらの
活性炭は、比表面積は５００〜１５００ｍ2 ／ｇと比較
的大きいが、高比表面積を有しているとはいい難い。ま
たその細孔径分布は広く均一な細孔径の占める割合は小
さい。
【０００４】従来、均一な細孔径を有する炭素材料とし
て、例えばポリ塩化ビニリデンを原料とした細孔径５〜
７オングストロームを有するものがカーボンシーブとし
て市販されている。また、ポリビニルアルコールをスル
ホン化し、不活性ガス中で焼成する方法が知られてい
る。（石橋ら、燃料協会誌第62巻、70頁、1983年）これ
らは、いずれも燃焼によって炭素が特殊な骨格構造を形
成させたものである。
て、例えばポリ塩化ビニリデンを原料とした細孔径５〜
７オングストロームを有するものがカーボンシーブとし
て市販されている。また、ポリビニルアルコールをスル
ホン化し、不活性ガス中で焼成する方法が知られてい
る。（石橋ら、燃料協会誌第62巻、70頁、1983年）これ
らは、いずれも燃焼によって炭素が特殊な骨格構造を形
成させたものである。
【０００５】また、メソカーボン・マイクロビーズ、炭
素質メソフェーズ（生コークス含む）の原料を酸処理も
しくは酸化処理して原料中の可溶成分を溶出させた後、
不活性ガス雰囲気で加熱処理し均一な微細細孔を有する
炭素材料の製造方法が知られている（特開昭−６０−１
５０８３１号公報、特開平３−１６９３３９号公報
等）。しかしながら、これらは均一な微細細孔を有する
割合が小さく、比表面積が６００ｍ2 ／ｇ程度であり全
細孔容積も小さい。
素質メソフェーズ（生コークス含む）の原料を酸処理も
しくは酸化処理して原料中の可溶成分を溶出させた後、
不活性ガス雰囲気で加熱処理し均一な微細細孔を有する
炭素材料の製造方法が知られている（特開昭−６０−１
５０８３１号公報、特開平３−１６９３３９号公報
等）。しかしながら、これらは均一な微細細孔を有する
割合が小さく、比表面積が６００ｍ2 ／ｇ程度であり全
細孔容積も小さい。
【０００６】また、均一な微細細孔を有し比表面積が大
きい炭素材料として、活性炭素繊維が知られている。
これらは、ミクロポアの微細細孔が主であるが、均一な
細孔の全体に対して占める割合は、小さく十分とは言え
ない。
きい炭素材料として、活性炭素繊維が知られている。
これらは、ミクロポアの微細細孔が主であるが、均一な
細孔の全体に対して占める割合は、小さく十分とは言え
ない。
【０００７】従来の一般的な活性炭の製造方法では、原
料を炭化、水蒸気賦活して活性炭を製造しようとした場
合、賦活度を進めても比表面積は２１００ｍ2 ／ｇ程度
が限度で、それ以上の比表面積を有する炭素材料を製造
することは困難であり、また、均一な微細細孔を多く占
めるものも得ることができない。
料を炭化、水蒸気賦活して活性炭を製造しようとした場
合、賦活度を進めても比表面積は２１００ｍ2 ／ｇ程度
が限度で、それ以上の比表面積を有する炭素材料を製造
することは困難であり、また、均一な微細細孔を多く占
めるものも得ることができない。
【０００８】近年、活性炭を製造する方法として、次に
記載する水酸化カリウム等によるアルカリ蒸気賦活法が
提案されている。例えば、特公昭６２−６１５２９号、
米国特許第３６２４００４号、米国特許第３６４２６５
７号、米国特許第３８３３５１４号、特開平１−２３０
４１４号、特開平２−９７４１４号などが知られてい
る。しかしながら、これらは、一般的な活性炭の製造方
法における炭化、賦活する方法に比べて、微細細孔の占
める割合の多い高比表面積炭素材料が得られるものの均
一な細孔半径の占める割合は小さい。
記載する水酸化カリウム等によるアルカリ蒸気賦活法が
提案されている。例えば、特公昭６２−６１５２９号、
米国特許第３６２４００４号、米国特許第３６４２６５
７号、米国特許第３８３３５１４号、特開平１−２３０
４１４号、特開平２−９７４１４号などが知られてい
る。しかしながら、これらは、一般的な活性炭の製造方
法における炭化、賦活する方法に比べて、微細細孔の占
める割合の多い高比表面積炭素材料が得られるものの均
一な細孔半径の占める割合は小さい。
【０００９】また、いずれの方法もアルカリ蒸気を使用
する方法であり、炭素質材料に対して水酸化カリウム等
のアルカリ金属化合物を、好適には２倍以上の大過剰を
添加する必要があるため焼成工程での装置の腐食をまね
き、かつ炭素質材料とアルカリ金属化合物との混合物が
焼成中に粘着し流動性がわるく装置を詰まらせる等の問
題があり取扱が困難である。
する方法であり、炭素質材料に対して水酸化カリウム等
のアルカリ金属化合物を、好適には２倍以上の大過剰を
添加する必要があるため焼成工程での装置の腐食をまね
き、かつ炭素質材料とアルカリ金属化合物との混合物が
焼成中に粘着し流動性がわるく装置を詰まらせる等の問
題があり取扱が困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
状況に鑑み、高比表面積を有する炭素材料ならびに高比
表面積を有しかつ微細細孔分布がシャープで均一な微細
細孔の占める割合の多い炭素材料を、安価で広範囲の原
料から容易に製造する方法を提供するものである。
状況に鑑み、高比表面積を有する炭素材料ならびに高比
表面積を有しかつ微細細孔分布がシャープで均一な微細
細孔の占める割合の多い炭素材料を、安価で広範囲の原
料から容易に製造する方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記のよう
な欠点を解決するため鋭意研究を重ねた結果、比較的廉
価に生産されている炭素質材料を原料とし、該原料炭素
質材料中の無機成分を除去した後、加熱し賦活すること
により、高比表面積を有する炭素材料ならびに高比表面
積を有しかつ均一な微細細孔の占める割合の多い炭素材
料が製造できることを見い出し本発明を完成した。
な欠点を解決するため鋭意研究を重ねた結果、比較的廉
価に生産されている炭素質材料を原料とし、該原料炭素
質材料中の無機成分を除去した後、加熱し賦活すること
により、高比表面積を有する炭素材料ならびに高比表面
積を有しかつ均一な微細細孔の占める割合の多い炭素材
料が製造できることを見い出し本発明を完成した。
【００１２】すなわち、本発明は、無機成分の含有量が
４ｗｔ％未満である炭素質材料を、酸化性ガス雰囲気下
で加熱処理することを特徴とする均一な微細細孔を有す
る高比表面積炭素材料およびその製造方法に係る。
４ｗｔ％未満である炭素質材料を、酸化性ガス雰囲気下
で加熱処理することを特徴とする均一な微細細孔を有す
る高比表面積炭素材料およびその製造方法に係る。
【００１３】本発明における無機成分の含有量が４ｗｔ
％未満である炭素質材料は、後述するように細孔を有す
る炭素質材料を酸、煮沸または超音波による処理を行う
ことにより得られる。
％未満である炭素質材料は、後述するように細孔を有す
る炭素質材料を酸、煮沸または超音波による処理を行う
ことにより得られる。
【００１４】本発明の方法により得られる高比表面積炭
素材料は、５．５〜６．５オングストロームの細孔が全
容積当り少なくとも１０容積％を占め、好適には６５容
積％以上占め、しかも微細細孔分布がシャープな高性能
な炭素材料である。
素材料は、５．５〜６．５オングストロームの細孔が全
容積当り少なくとも１０容積％を占め、好適には６５容
積％以上占め、しかも微細細孔分布がシャープな高性能
な炭素材料である。
【００１５】以下に本発明について詳細に説明する。本
発明において原料として用いられる細孔を有する炭素質
材料としては、ヤシガラ、麦ガラ、もみがら、のこく
ず、木材、及び、パルプ廃液などの植物系、および 石
炭、石油、それらのコ−クス、並びにピッチなどの重質
歴青物系の活性炭が使用できる。この炭素質材料の形状
は、特に制限がなく、粉末状、破砕状、顆粒状、およ
び、円柱状のいずれでも使用できる。粒度は、１〜３０
０メッシュの範囲で粗粒または細粒のいずれも使用でき
るが粒径が小さいほど賦活時間を短くするこができ好ま
しい。しかしながら、粒径が大きくても賦活時間を充分
長くすれば均一な微細細孔を有する炭素材料を得ること
ができる。本発明の方法は、原料の形状を維持したまま
で目的とする炭素材料を得ることができるため必ずしも
成型する必要がなく、バインダ−等で成型する必要がな
いため工業的に有利な製造方法である。
発明において原料として用いられる細孔を有する炭素質
材料としては、ヤシガラ、麦ガラ、もみがら、のこく
ず、木材、及び、パルプ廃液などの植物系、および 石
炭、石油、それらのコ−クス、並びにピッチなどの重質
歴青物系の活性炭が使用できる。この炭素質材料の形状
は、特に制限がなく、粉末状、破砕状、顆粒状、およ
び、円柱状のいずれでも使用できる。粒度は、１〜３０
０メッシュの範囲で粗粒または細粒のいずれも使用でき
るが粒径が小さいほど賦活時間を短くするこができ好ま
しい。しかしながら、粒径が大きくても賦活時間を充分
長くすれば均一な微細細孔を有する炭素材料を得ること
ができる。本発明の方法は、原料の形状を維持したまま
で目的とする炭素材料を得ることができるため必ずしも
成型する必要がなく、バインダ−等で成型する必要がな
いため工業的に有利な製造方法である。
【００１６】通常、炭質質材料中には多種の無機成分が
含まれており、これらの無機成分を多量に含む場合には
均一な微細細孔の形成を阻害し高比表面積化が困難とな
る。炭素質材料に通常含まれている無機成分、例えばＭ
ｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃｕなどは、その含有
量が４ｗｔ％未満であれば均一な微細細孔の形成、高比
表面積化に特に問題ない。しかし、特にカリウム、ナト
リウム、カルシウム、鉄などを多量に含む場合はその影
響が大であり、これらの成分は２ｗｔ％以下の量までに
除去することが好ましい。
含まれており、これらの無機成分を多量に含む場合には
均一な微細細孔の形成を阻害し高比表面積化が困難とな
る。炭素質材料に通常含まれている無機成分、例えばＭ
ｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃｕなどは、その含有
量が４ｗｔ％未満であれば均一な微細細孔の形成、高比
表面積化に特に問題ない。しかし、特にカリウム、ナト
リウム、カルシウム、鉄などを多量に含む場合はその影
響が大であり、これらの成分は２ｗｔ％以下の量までに
除去することが好ましい。
【００１７】従って、本発明において使用される炭素質
材料は、無機成分の含有量が４ｗｔ％未満であることが
必要である。無機成分の含有量が４ｗｔ％未満の炭素質
材料であればそのまま使用することができるが、通常、
炭素質材料は種々の無機成分を含んでいるので、無機成
分を除去することが必要である。これら無機成分の除去
方法としては、酸による処理、水による煮沸処理、溶液
中での超音波処理等が有効であるが、通常は酸による処
理が好適である。
材料は、無機成分の含有量が４ｗｔ％未満であることが
必要である。無機成分の含有量が４ｗｔ％未満の炭素質
材料であればそのまま使用することができるが、通常、
炭素質材料は種々の無機成分を含んでいるので、無機成
分を除去することが必要である。これら無機成分の除去
方法としては、酸による処理、水による煮沸処理、溶液
中での超音波処理等が有効であるが、通常は酸による処
理が好適である。
【００１８】酸処理に使用される酸の種類としては、一
般に塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、炭酸及びフッ酸などの
無機酸、ギ酸、酢酸およびシュウ酸などの有機酸が好適
に使用される。これらの酸類は、通常水溶液で使用さ
れ、一般には０．００１〜１００ｗｔ％、好ましくは
０．１ｗｔ％〜５０ｗｔ％の濃度範囲で使用される。ま
た、使用量は、原料炭素質材料に対し水溶液の重量比
で、1 〜４０倍、好ましくは２〜２０倍の範囲である。
般に塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、炭酸及びフッ酸などの
無機酸、ギ酸、酢酸およびシュウ酸などの有機酸が好適
に使用される。これらの酸類は、通常水溶液で使用さ
れ、一般には０．００１〜１００ｗｔ％、好ましくは
０．１ｗｔ％〜５０ｗｔ％の濃度範囲で使用される。ま
た、使用量は、原料炭素質材料に対し水溶液の重量比
で、1 〜４０倍、好ましくは２〜２０倍の範囲である。
【００１９】処理温度は、特に加温する必要はなく常温
で十分であるが、所望により加温してもよい。また処理
時間は、１０分〜１０時間、好ましくは３０分〜５時間
の範囲である。本発明において処理液濃度、処理液量、
温度、及び時間の関係は、濃度、液量、温度が高いほど
短時間の処理で行うことができる。
で十分であるが、所望により加温してもよい。また処理
時間は、１０分〜１０時間、好ましくは３０分〜５時間
の範囲である。本発明において処理液濃度、処理液量、
温度、及び時間の関係は、濃度、液量、温度が高いほど
短時間の処理で行うことができる。
【００２０】本発明においては、一般には無機成分の除
去処理を行った後、ろ過、水洗を行い乾燥して加熱し賦
活を行うが、場合によってはろ過後必ずしも水洗、乾燥
工程を経ることなく、ろ過後直接賦活工程に供するこも
できる。
去処理を行った後、ろ過、水洗を行い乾燥して加熱し賦
活を行うが、場合によってはろ過後必ずしも水洗、乾燥
工程を経ることなく、ろ過後直接賦活工程に供するこも
できる。
【００２１】本発明において賦活工程は酸性ガス雰囲気
下に実施される。ここで酸化性ガス雰囲気としては、水
蒸気、二酸化炭素、酸素、オゾン、および二酸化窒素な
どが使用できる。さらにこれらのガスは燃焼ガスあるい
は不活性ガスと混合して用いることもできる。特に水蒸
気、二酸化炭素、及びこれらのガスと燃焼ガスあるいは
不活性ガスとの混合ガスの使用が好ましい。なお、本発
明の方法においては、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不
活性ガスのみの雰囲気下で加熱処理しても賦活効果は殆
どなく好ましくない。
下に実施される。ここで酸化性ガス雰囲気としては、水
蒸気、二酸化炭素、酸素、オゾン、および二酸化窒素な
どが使用できる。さらにこれらのガスは燃焼ガスあるい
は不活性ガスと混合して用いることもできる。特に水蒸
気、二酸化炭素、及びこれらのガスと燃焼ガスあるいは
不活性ガスとの混合ガスの使用が好ましい。なお、本発
明の方法においては、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不
活性ガスのみの雰囲気下で加熱処理しても賦活効果は殆
どなく好ましくない。
【００２２】本発明の賦活温度は、通常５００゜Ｃ〜１
２００゜Ｃ、好ましくは７００゜Ｃ〜１１００゜Ｃの範
囲である。また賦活温度での保持時間は、３０分〜６時
間、好ましくは１〜４時間の範囲である。一般には賦活
温度が高く保持時間が長いほど均一な微細細孔の炭素材
料が得られる傾向にあるが、上記温度以上に高くしても
賦活収量が低下するため上記範囲が好適である。
２００゜Ｃ、好ましくは７００゜Ｃ〜１１００゜Ｃの範
囲である。また賦活温度での保持時間は、３０分〜６時
間、好ましくは１〜４時間の範囲である。一般には賦活
温度が高く保持時間が長いほど均一な微細細孔の炭素材
料が得られる傾向にあるが、上記温度以上に高くしても
賦活収量が低下するため上記範囲が好適である。
【００２３】賦活工程は、特に攪拌を行う必要はなく静
置式でもよいが、被処理炭素質材料が均一に加熱される
ことが望ましく、好ましくは移動式、回転式、および流
動式で実施するのがよい。 また、賦活方式について
は、バッチ式でもよいが、特に被処理炭素質材料が流動
性に優れている場合は、操作性が容易なことから連続式
で実施することが工業的には実用的である。
置式でもよいが、被処理炭素質材料が均一に加熱される
ことが望ましく、好ましくは移動式、回転式、および流
動式で実施するのがよい。 また、賦活方式について
は、バッチ式でもよいが、特に被処理炭素質材料が流動
性に優れている場合は、操作性が容易なことから連続式
で実施することが工業的には実用的である。
【００２４】本発明の方法において、均一な微細細孔
は、賦活工程における加熱によって炭素質の酸化が局部
的に進み、炭素骨格の拡大化と収縮により細孔が均一化
されるものと推察される。賦活終了後は、特に洗浄等を
行うことなくそのまま高品質の炭素材料として使用する
ことができるが、賦活後酸先浄、又は水洗、乾燥を行う
ことによりさらに無機成分の少ない高品質の高比表面積
を有する活性炭素材料とすることができる。
は、賦活工程における加熱によって炭素質の酸化が局部
的に進み、炭素骨格の拡大化と収縮により細孔が均一化
されるものと推察される。賦活終了後は、特に洗浄等を
行うことなくそのまま高品質の炭素材料として使用する
ことができるが、賦活後酸先浄、又は水洗、乾燥を行う
ことによりさらに無機成分の少ない高品質の高比表面積
を有する活性炭素材料とすることができる。
【００２５】本発明により得られる高比表面積炭素材料
の物性は、全細孔容積のうち５．５〜６．５Åの大きさ
の細孔の占める割合が６５％（容積）以上で、細孔分布
幅がシャープで均一な微細細孔を有しており、比表面積
２１００〜３６００ｍ2 ／ｇ、細孔容積１．０〜２．４
ｍｌ／ｇ、平均細孔半径１０〜２０Åのものである。
の物性は、全細孔容積のうち５．５〜６．５Åの大きさ
の細孔の占める割合が６５％（容積）以上で、細孔分布
幅がシャープで均一な微細細孔を有しており、比表面積
２１００〜３６００ｍ2 ／ｇ、細孔容積１．０〜２．４
ｍｌ／ｇ、平均細孔半径１０〜２０Åのものである。
【００２６】本発明の高比表面積炭素材料は、上記のよ
うに均一でシャ−プな微細細孔を有しているため分子サ
イズの小さい物質を吸着分離するのに好適な材料であ
る。また、高比表面積を有するため着色成分、無機物
質、有機物物、ＳＯ2 、ＣＯ、ＣＯ2 等有害物質の吸着
除去、オゾンおよびＮＯX の分解、溶存金属の吸着回
収、メタンの吸蔵、ガソリン吸着用キャニスタ−、電気
二重層型コンデンサ−、電池の電極用、および、医薬用
などに用いることができる。
うに均一でシャ−プな微細細孔を有しているため分子サ
イズの小さい物質を吸着分離するのに好適な材料であ
る。また、高比表面積を有するため着色成分、無機物
質、有機物物、ＳＯ2 、ＣＯ、ＣＯ2 等有害物質の吸着
除去、オゾンおよびＮＯX の分解、溶存金属の吸着回
収、メタンの吸蔵、ガソリン吸着用キャニスタ−、電気
二重層型コンデンサ−、電池の電極用、および、医薬用
などに用いることができる。
【００２７】
【実施例】次に本発明の方法を実施例によりさらに具体
的に説明する。各炭素材料の物性は、Ｎ2 ガス吸着法に
よる吸着脱離等温線を求め、ＢＥＴ比表面積は、Ｐ／Ｐ
O ＝０．０２〜０．３の範囲でＢＥＴプロット（多点
法）により求めた。 （湯浅アイオニクス社製のオ−ト
ソ−ブ−６により測定） ミクロポアは半径１０Å以下の細孔、メソポアは、半径
１０〜２５０Åの細孔である。また、全細孔容積に占め
る約６Åの細孔容積の割合とは、脱離側の細孔分布（細
孔半径に対する細孔容積の分布）５．５〜６．５Åの容
積をＶｏｌ％で表した。
的に説明する。各炭素材料の物性は、Ｎ2 ガス吸着法に
よる吸着脱離等温線を求め、ＢＥＴ比表面積は、Ｐ／Ｐ
O ＝０．０２〜０．３の範囲でＢＥＴプロット（多点
法）により求めた。 （湯浅アイオニクス社製のオ−ト
ソ−ブ−６により測定） ミクロポアは半径１０Å以下の細孔、メソポアは、半径
１０〜２５０Åの細孔である。また、全細孔容積に占め
る約６Åの細孔容積の割合とは、脱離側の細孔分布（細
孔半径に対する細孔容積の分布）５．５〜６．５Åの容
積をＶｏｌ％で表した。
【００２８】実施例１ ２００ｍｌ容積三角フラスコに１ｗｔ％Ｈ2 ＳＯ4 水溶
液５０ｇ仕込み、その中に１２〜３２メッシュ通過の大
きさの市販の炭素質材料（無機成分５ｗｔ％）１０ｇを
投入し室温下で２．５時間攪拌処理した。次に、ろ過
し、処理した炭素質材料をイオン交換水２００ｍｌ／１
回で３回洗浄した後、真空乾燥器で１ｍｍＨｇ下、１２
０゜Ｃ、２時間乾燥した。得られた炭素質材料中の無機
成分含量は、０．７ ｗｔ％である。この炭素質材料３
ｇを石英反応管に仕込み二酸化炭素気流中で昇温速度２
５゜Ｃ／分で１０００゜Ｃまで昇温し、同温度で６０分
間保持して賦活を行い均一な微細細孔を有する炭素材料
を得た。得られた炭素材料の物性の測定結果を下記に示
す。
液５０ｇ仕込み、その中に１２〜３２メッシュ通過の大
きさの市販の炭素質材料（無機成分５ｗｔ％）１０ｇを
投入し室温下で２．５時間攪拌処理した。次に、ろ過
し、処理した炭素質材料をイオン交換水２００ｍｌ／１
回で３回洗浄した後、真空乾燥器で１ｍｍＨｇ下、１２
０゜Ｃ、２時間乾燥した。得られた炭素質材料中の無機
成分含量は、０．７ ｗｔ％である。この炭素質材料３
ｇを石英反応管に仕込み二酸化炭素気流中で昇温速度２
５゜Ｃ／分で１０００゜Ｃまで昇温し、同温度で６０分
間保持して賦活を行い均一な微細細孔を有する炭素材料
を得た。得られた炭素材料の物性の測定結果を下記に示
す。
【００２９】
【表１】
【００３０】実施例２ １ｗｔ％Ｈ2 ＳＯ4 水溶液に代えて６１ｗｔ％Ｈ3 ＰＯ
4 水溶液で処理すること以外は実施例１と同様にして行
い均一な微細細孔を有する炭素材料を得た。酸処理後の
無機成分含量、および得られた炭素材料の物性を下記に
示す。
4 水溶液で処理すること以外は実施例１と同様にして行
い均一な微細細孔を有する炭素材料を得た。酸処理後の
無機成分含量、および得られた炭素材料の物性を下記に
示す。
【００３１】
【表２】
【００３２】実施例３ １ｗｔ％Ｈ2 ＳＯ4 水溶液に代えて６１ｗｔ％ＨＣＯＯ
Ｈ水溶液により処理する以外は実施例１と同様に実施す
る。酸処理後の無機成分の含有量および得られた高比表
面積炭素材料の物性を以下に示す。
Ｈ水溶液により処理する以外は実施例１と同様に実施す
る。酸処理後の無機成分の含有量および得られた高比表
面積炭素材料の物性を以下に示す。
【００３３】
【表３】
【００３４】実施例４ １ｗｔ％Ｈ2 ＳＯ4 水溶液処理に代えて、水による煮沸
処理および超音波処理を実施すること及び賦活時間８０
分で行うこと以外は実施例１と同様にして行い均一な微
細細孔を有する炭素材料を得た。処理後の無機成分含
量、および得られた炭素材料の物性を下記に示す。
処理および超音波処理を実施すること及び賦活時間８０
分で行うこと以外は実施例１と同様にして行い均一な微
細細孔を有する炭素材料を得た。処理後の無機成分含
量、および得られた炭素材料の物性を下記に示す。
【００３５】
【表４】
【００３６】比較例 １ 実施例１に使用した炭素質材料を何らの処理も行うこと
なく実施例１と同様にして賦活を行い炭素材料を得た。
得られた炭素材料の物性を示す。
なく実施例１と同様にして賦活を行い炭素材料を得た。
得られた炭素材料の物性を示す。
【００３７】
【表５】
【００３８】上記から分かるように原料中に無機成分の
含有量が５ｗｔ％の場合は比表面積は小さく約６Åの細
孔容積の割合が低く、均一な微細細孔を有する高比表面
積炭素材料を得ることができない。
含有量が５ｗｔ％の場合は比表面積は小さく約６Åの細
孔容積の割合が低く、均一な微細細孔を有する高比表面
積炭素材料を得ることができない。
【００３９】実施例１および比較例１で得られた炭素材
料を用いて、９kg/cm2および３０kg/cm2の加圧下におけ
るメタンの吸蔵試験を行った。その結果を下記に示す
料を用いて、９kg/cm2および３０kg/cm2の加圧下におけ
るメタンの吸蔵試験を行った。その結果を下記に示す
【００４０】
【表６】
【００４１】比較例 ２ 酸化性ガス雰囲気に代えて不活性ガス雰囲気下で行うこ
と以外は実施例１と同様にして行い炭素材料を得た。得
られた炭素材料の物性を示す。
と以外は実施例１と同様にして行い炭素材料を得た。得
られた炭素材料の物性を示す。
【００４２】
【表７】
【００４３】
【発明の効果】本発明方法によれば細孔を有する炭素質
材料から無機成分を除去後、賦活することにより、高比
表面積炭素を有し均一な微細細孔が全体に対して占める
割合が極めて高い炭素材料を得ることができる。本発明
の炭素材料は、常圧および加圧下において、優れた吸着
性能を有し、特に特定の均一な微細細孔の占める割合が
極めて多いため、混合ガス中の特定成分の吸着分離など
広範囲の分野で利用できる。
材料から無機成分を除去後、賦活することにより、高比
表面積炭素を有し均一な微細細孔が全体に対して占める
割合が極めて高い炭素材料を得ることができる。本発明
の炭素材料は、常圧および加圧下において、優れた吸着
性能を有し、特に特定の均一な微細細孔の占める割合が
極めて多いため、混合ガス中の特定成分の吸着分離など
広範囲の分野で利用できる。
【手続補正書】
【提出日】平成６年８月１６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、均一な微細細孔を有す
る高比表面積炭素材料の製造方法に関する。本発明の炭
素材料は高比表面積を有し、均一な微細細孔の占める割
合が多く、常圧および加圧において、優れた吸着性能を
有するので、例えば低分子物質などの特定成分の吸着分
離の分野に広く利用することができる。
る高比表面積炭素材料の製造方法に関する。本発明の炭
素材料は高比表面積を有し、均一な微細細孔の占める割
合が多く、常圧および加圧において、優れた吸着性能を
有するので、例えば低分子物質などの特定成分の吸着分
離の分野に広く利用することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】通常、炭素質材料中には多種の目基成分が
含まれており、これらの無機成分を多量に含む場合には
均一な微細細孔の形成を阻害し高比表面積化が困難とな
る。炭素質材料に通常含まれている無機成分、例えばＭ
ｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃｕなどは、その含有
量が４ｗｔ％未満であれば均一な微細細孔の形成、高比
表面積化に特に問題ない。
含まれており、これらの無機成分を多量に含む場合には
均一な微細細孔の形成を阻害し高比表面積化が困難とな
る。炭素質材料に通常含まれている無機成分、例えばＭ
ｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃｕなどは、その含有
量が４ｗｔ％未満であれば均一な微細細孔の形成、高比
表面積化に特に問題ない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２４】本発明の方法において、均一な微細細孔
は、賦活工程における加熱によって炭素質の酸化が局部
的に進み、炭素骨格の拡大化と収縮により細孔が均一化
されるものと推察される。賦活終了後は、特に洗浄等を
行うことなくそのまま高品質の炭素材料として使用する
ことができるが、賦活後酸洗浄、又は水洗、乾燥を行う
ことによりさらに無機成分の少ない高品質の高比表面積
を有する活性炭素材料とすることができる。
は、賦活工程における加熱によって炭素質の酸化が局部
的に進み、炭素骨格の拡大化と収縮により細孔が均一化
されるものと推察される。賦活終了後は、特に洗浄等を
行うことなくそのまま高品質の炭素材料として使用する
ことができるが、賦活後酸洗浄、又は水洗、乾燥を行う
ことによりさらに無機成分の少ない高品質の高比表面積
を有する活性炭素材料とすることができる。
Claims (3)
- 【請求項１】 細孔を有する炭素質材料を酸、煮沸また
は超音波による処理を行い炭素質材料中の無機成分の含
有量を４ｗｔ％未満とし、次いで、酸化性ガス雰囲気中
において賦活することを特徴とする均一微細細孔を有す
る高比表面積炭素材料の製造方法。 - 【請求項２】 炭素質材料が植物系または重質歴青物系
の細孔を有する活性炭であることを特徴とする請求項１
記載の製造方法。 - 【請求項３】 塩酸、硫酸、硝酸、リン酸またはギ酸か
ら選ばれる無機酸または有機酸の水溶液により酸処理を
行うことを特徴とする請求項１記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30938693A JP3446771B2 (ja) | 1993-12-09 | 1993-12-09 | 高比表面積炭素材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30938693A JP3446771B2 (ja) | 1993-12-09 | 1993-12-09 | 高比表面積炭素材料の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07155589A true JPH07155589A (ja) | 1995-06-20 |
| JP3446771B2 JP3446771B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=17992390
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP30938693A Expired - Fee Related JP3446771B2 (ja) | 1993-12-09 | 1993-12-09 | 高比表面積炭素材料の製造方法 |
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| JP (1) | JP3446771B2 (ja) |
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-
1993
- 1993-12-09 JP JP30938693A patent/JP3446771B2/ja not_active Expired - Fee Related
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