JP2000024495A - ガス吸蔵材およびその製造方法 - Google Patents
ガス吸蔵材およびその製造方法Info
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- JP2000024495A JP2000024495A JP10193363A JP19336398A JP2000024495A JP 2000024495 A JP2000024495 A JP 2000024495A JP 10193363 A JP10193363 A JP 10193363A JP 19336398 A JP19336398 A JP 19336398A JP 2000024495 A JP2000024495 A JP 2000024495A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 活性炭よりも高い貯蔵効率のガス吸蔵材を提
供する。 【解決手段】 平面分子および環状分子のうちの少なく
とも一方から成るガス吸蔵材。平面分子の平面間または
環状分子の環内にガスが吸着される。環状分子の環サイ
ズはガス分子のサイズよりやや大きめが適当である。更
に球状分子を含むことにより平面分子間に吸着のための
空隙が形成され、吸蔵量が向上する。
供する。 【解決手段】 平面分子および環状分子のうちの少なく
とも一方から成るガス吸蔵材。平面分子の平面間または
環状分子の環内にガスが吸着される。環状分子の環サイ
ズはガス分子のサイズよりやや大きめが適当である。更
に球状分子を含むことにより平面分子間に吸着のための
空隙が形成され、吸蔵量が向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸着によるガス吸
蔵材およびその製造方法に関する。
蔵材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】水素や天然ガスのように１０気圧程度ま
での比較的低圧で液化しないガスを貯蔵するために、ガ
ス吸蔵材として活性炭を用いることが提案されている
（例えば特開平９−８６９１２号公報を参照）。活性炭
には、ヤシガラ系、繊維系、石炭系等があるが、圧縮天
然ガス（ＣＮＧ）や液化天然ガス（ＬＮＧ）等の従来の
ガス貯蔵方法に比べて、貯蔵効率（貯蔵容器単位容積当
たり貯蔵ガス体積）が劣るという問題があった。これ
は、活性炭の持つ種々のサイズの細孔のうち、限られた
サイズの細孔のみが有効な吸着サイトとして機能するた
めである。例えば、メタンが吸着されるのはマイクロポ
ア（２ｎｍ以下）のみであり、それ以外のサイズの細孔
（メソポア：２〜５０ｎｍ程度、マクロポア：５０ｎｍ
以上）はメタン吸着にあまり寄与しない。
での比較的低圧で液化しないガスを貯蔵するために、ガ
ス吸蔵材として活性炭を用いることが提案されている
（例えば特開平９−８６９１２号公報を参照）。活性炭
には、ヤシガラ系、繊維系、石炭系等があるが、圧縮天
然ガス（ＣＮＧ）や液化天然ガス（ＬＮＧ）等の従来の
ガス貯蔵方法に比べて、貯蔵効率（貯蔵容器単位容積当
たり貯蔵ガス体積）が劣るという問題があった。これ
は、活性炭の持つ種々のサイズの細孔のうち、限られた
サイズの細孔のみが有効な吸着サイトとして機能するた
めである。例えば、メタンが吸着されるのはマイクロポ
ア（２ｎｍ以下）のみであり、それ以外のサイズの細孔
（メソポア：２〜５０ｎｍ程度、マクロポア：５０ｎｍ
以上）はメタン吸着にあまり寄与しない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、活性炭より
も高い貯蔵効率のガス吸蔵材を提供することを目的とす
る。
も高い貯蔵効率のガス吸蔵材を提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、平面分子および環状分子のうち
の少なくとも一方から成るガス吸蔵材が提供される。こ
れは、更に球状分子を含むことができる。本発明のガス
吸蔵材においては、平面分子の平面間または環状分子の
環内にガスが吸着される。環状分子の環サイズはガス分
子のサイズよりやや大きめが適当である。
めに、本発明によれば、平面分子および環状分子のうち
の少なくとも一方から成るガス吸蔵材が提供される。こ
れは、更に球状分子を含むことができる。本発明のガス
吸蔵材においては、平面分子の平面間または環状分子の
環内にガスが吸着される。環状分子の環サイズはガス分
子のサイズよりやや大きめが適当である。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明によるガス吸蔵材の理想モ
デルの構造例を図１に示す。Ｃ原子の直径０．７７Å、
Ｃ−Ｃ結合の距離１．５４Åを基本に、対象とするガス
分子の吸着にとって理想的なサイズの空隙を構成するこ
とができる。図示の例では、メタン吸着のための理想的
な空隙サイズ１１．４Åを実現させている。
デルの構造例を図１に示す。Ｃ原子の直径０．７７Å、
Ｃ−Ｃ結合の距離１．５４Åを基本に、対象とするガス
分子の吸着にとって理想的なサイズの空隙を構成するこ
とができる。図示の例では、メタン吸着のための理想的
な空隙サイズ１１．４Åを実現させている。
【０００６】図１（１）はハニカム構造モデルであり、
一辺１１．４Åの正方形グリッド状の断面形状を持ち、
空隙率は７７．６％である。図１（２）はスリット構造
モデルであり、幅１１．４Åのスリットを積層した構造
を持ち、空隙率は８８．１％である。図１（３）はナノ
チューブ構造モデル（例えばカーボン数５３個、シング
ルウォール）であり、直径１１．４Åのカーボンナノチ
ューブを束ねた構造を持ち、空隙率は５６．３％であ
る。
一辺１１．４Åの正方形グリッド状の断面形状を持ち、
空隙率は７７．６％である。図１（２）はスリット構造
モデルであり、幅１１．４Åのスリットを積層した構造
を持ち、空隙率は８８．１％である。図１（３）はナノ
チューブ構造モデル（例えばカーボン数５３個、シング
ルウォール）であり、直径１１．４Åのカーボンナノチ
ューブを束ねた構造を持ち、空隙率は５６．３％であ
る。
【０００７】図２に、図１の各構造モデルの本発明のガ
ス吸蔵材による体積貯蔵効率Ｖ／Ｖ０を、従来の各種貯
蔵方式と比較して示す。本発明の吸蔵材を構成するため
の平面分子として用いられる典型的なものは、コロネ
ン、アントラセン、ピレン、ナフト（２，３−ａ）ピレ
ン、３−メチルコナントレン、ビオラントロン、７−メ
チルベンズ（ａ）アントラセン、ディベンズ（ａ，ｈ）
アントラセン、３−メチルコルアントラセン、ディベン
ゾ（ｂ，ｄｅｆ）クリセン、１，２；８，９−ディベン
ゾペンタセン、８，１６−ピラントレンディオン、コラ
ニュレン、オバレン等である。各構造式を図３に示す。
ス吸蔵材による体積貯蔵効率Ｖ／Ｖ０を、従来の各種貯
蔵方式と比較して示す。本発明の吸蔵材を構成するため
の平面分子として用いられる典型的なものは、コロネ
ン、アントラセン、ピレン、ナフト（２，３−ａ）ピレ
ン、３−メチルコナントレン、ビオラントロン、７−メ
チルベンズ（ａ）アントラセン、ディベンズ（ａ，ｈ）
アントラセン、３−メチルコルアントラセン、ディベン
ゾ（ｂ，ｄｅｆ）クリセン、１，２；８，９−ディベン
ゾペンタセン、８，１６−ピラントレンディオン、コラ
ニュレン、オバレン等である。各構造式を図３に示す。
【０００８】環状分子として用いられる典型的なもの
は、フタロシアニン、１−アザ−１５−クラウン５−エ
ーテル、４，１３−ディアザ−１８−クラウン６−エー
テル、ディベンゾ−２４−クラウン８−エーテル、１，
６，２０，２５−テトラアザ（６，１，６，１）パラシ
クロファン等である。各構造式を図４に示す。球状分子
として用いられる典型的なものは、フラーレン類であ
り、分子中のＣ原子の個数によりＣ60、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ
84等がある。代表としてＣ60の構造式を図５に示す。
は、フタロシアニン、１−アザ−１５−クラウン５−エ
ーテル、４，１３−ディアザ−１８−クラウン６−エー
テル、ディベンゾ−２４−クラウン８−エーテル、１，
６，２０，２５−テトラアザ（６，１，６，１）パラシ
クロファン等である。各構造式を図４に示す。球状分子
として用いられる典型的なものは、フラーレン類であ
り、分子中のＣ原子の個数によりＣ60、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ
84等がある。代表としてＣ60の構造式を図５に示す。
【０００９】球状分子が共存すると、特に平面分子間の
スペーサとして機能し、水素、メタン、プロパン、ＣＯ
2 、エタン等のガス分子の吸着に適したサイズである
２．０〜２０Åの空隙が形成される。例えばフラーレン
類は直径１０〜１８Åであり、特にメタンの吸着に適し
たマイクロポア構造を形成するのに適している。スペー
サ作用を得るために、球状分子を１〜５０wt％程度添加
する。
スペーサとして機能し、水素、メタン、プロパン、ＣＯ
2 、エタン等のガス分子の吸着に適したサイズである
２．０〜２０Åの空隙が形成される。例えばフラーレン
類は直径１０〜１８Åであり、特にメタンの吸着に適し
たマイクロポア構造を形成するのに適している。スペー
サ作用を得るために、球状分子を１〜５０wt％程度添加
する。
【００１０】本発明のガス吸蔵材の一つの望ましい態様
は粉末状であり、平面分子材料の粉末、環状分子材料の
粉末、または両者の混合粉末、またはこれら三者のいず
れかと球状分子材料の粉末との混合粉末として、適当な
容器に装填して用いる。その際、容器内で超音波振動を
印加することにより、充填密度を高めると同時に分散度
を高めて分子同士の凝集を防止することが望ましい。
は粉末状であり、平面分子材料の粉末、環状分子材料の
粉末、または両者の混合粉末、またはこれら三者のいず
れかと球状分子材料の粉末との混合粉末として、適当な
容器に装填して用いる。その際、容器内で超音波振動を
印加することにより、充填密度を高めると同時に分散度
を高めて分子同士の凝集を防止することが望ましい。
【００１１】本発明のガス吸蔵材の別の望ましい態様
は、平面分子と球状分子とが交互に成膜された状態であ
る。その際、スプレー法により球状分子を分散させるこ
とが望ましい。このような平面分子／球状分子の交互成
膜は、電子ビーム蒸着法、分子線エピタキシー（ＭＢ
Ｅ）法、レーザアブレーション法等の通常の成膜技術に
より行うことができる。
は、平面分子と球状分子とが交互に成膜された状態であ
る。その際、スプレー法により球状分子を分散させるこ
とが望ましい。このような平面分子／球状分子の交互成
膜は、電子ビーム蒸着法、分子線エピタキシー（ＭＢ
Ｅ）法、レーザアブレーション法等の通常の成膜技術に
より行うことができる。
【００１２】図６に、交互成膜の進行過程を概念的に示
す。先ずステップ（１）では、基板上にスペーサ分子
（球状分子）を分散させる。これは例えばスペーサ分子
を分散媒（エタノール、アセトン等の揮発性溶媒等）に
分散した分散液をスプレーにより散布することにより実
現できる。スペーサ分子は、ＭＢＥ法、レーザーアブレ
ーション法等の真空成膜法により単分子層レベル以下の
成膜速度（１Å／ｓｅｃ以下）で短時間の蒸着で形成す
ることもできる。次にステップ（２）では、適当な成膜
法により平面分子を堆積させると、個々の平面分子は複
数の球状分子上に懸架される。これにより、基板表面か
ら間隔を開けて保持された形の平面分子層が形成され
る。ステップ（３）では、ステップ（２）で形成された
平面分子層の上にステップ（１）と同様にしてスペーサ
分子を散布する。更にステップ（４）で、ステップ
（２）と同様に平面分子層を形成する。以後同様のステ
ップを引き続き行うことにより、必要な厚さのガス吸蔵
材が形成できる。
す。先ずステップ（１）では、基板上にスペーサ分子
（球状分子）を分散させる。これは例えばスペーサ分子
を分散媒（エタノール、アセトン等の揮発性溶媒等）に
分散した分散液をスプレーにより散布することにより実
現できる。スペーサ分子は、ＭＢＥ法、レーザーアブレ
ーション法等の真空成膜法により単分子層レベル以下の
成膜速度（１Å／ｓｅｃ以下）で短時間の蒸着で形成す
ることもできる。次にステップ（２）では、適当な成膜
法により平面分子を堆積させると、個々の平面分子は複
数の球状分子上に懸架される。これにより、基板表面か
ら間隔を開けて保持された形の平面分子層が形成され
る。ステップ（３）では、ステップ（２）で形成された
平面分子層の上にステップ（１）と同様にしてスペーサ
分子を散布する。更にステップ（４）で、ステップ
（２）と同様に平面分子層を形成する。以後同様のステ
ップを引き続き行うことにより、必要な厚さのガス吸蔵
材が形成できる。
【００１３】平面分子層としては、上記平面分子の他、
グラファイト、窒化ホウ素等の層状物質が用いられる。
更に、金属、セラミックス等の成膜可能な材料を用いる
ことができる。
グラファイト、窒化ホウ素等の層状物質が用いられる。
更に、金属、セラミックス等の成膜可能な材料を用いる
ことができる。
【００１４】
【実施例】〔実施例１〕本発明によるガス吸蔵材を下記
配合により調製した。用いた粉末 環状分子：１，６，２０，２５−テトラアザ（６，１，
６，１）パラシクロファン粉末 〔実施例２〕本発明によるガス吸蔵材を下記配合により
調製した。
配合により調製した。用いた粉末 環状分子：１，６，２０，２５−テトラアザ（６，１，
６，１）パラシクロファン粉末 〔実施例２〕本発明によるガス吸蔵材を下記配合により
調製した。
【００１５】用いた粉末 平面分子：３−メチルコナントレン粉末、配合量９０wt
％ 球状分子：Ｃ60粉末、配合量１０wt％ 〔実施例３〕実施例２で調製した本発明によるガス吸蔵
材を容器に入れ、周波数５０Ｈｚの超音波を１０分間印
加した。
％ 球状分子：Ｃ60粉末、配合量１０wt％ 〔実施例３〕実施例２で調製した本発明によるガス吸蔵
材を容器に入れ、周波数５０Ｈｚの超音波を１０分間印
加した。
【００１６】上記の実施例１〜３で調製した本発明のガ
ス吸蔵材について、種々の圧力下でのメタン吸着量を測
定した。比較のために、活性炭（平均粒径５ｍｍ）およ
びＣＮＧについても併せて測定した。測定条件は下記の
とおりであった。 〔測定条件〕 温度：２５℃ 吸着材充填容積：１０ｃｃ その結果、図７に示すように、本発明の実施例１、２、
３で調製したガス吸蔵材は、活性炭に比べて顕著にメタ
ン吸着量が向上していることが分かる。更に、実施例１
よりも球状分子を添加した実施例２、更に超音波印加し
た実施例３というように吸着量が向上していることが分
かる。すなわち実施例２は球状分子のスペーサ効果によ
り適度な空隙が確保されたことにより、実施例１に比べ
て吸着量が増加した。また実施例３は超音波印加で充填
密度および分散度が向上したことにより実施例２よりも
更に吸着量が増加した。
ス吸蔵材について、種々の圧力下でのメタン吸着量を測
定した。比較のために、活性炭（平均粒径５ｍｍ）およ
びＣＮＧについても併せて測定した。測定条件は下記の
とおりであった。 〔測定条件〕 温度：２５℃ 吸着材充填容積：１０ｃｃ その結果、図７に示すように、本発明の実施例１、２、
３で調製したガス吸蔵材は、活性炭に比べて顕著にメタ
ン吸着量が向上していることが分かる。更に、実施例１
よりも球状分子を添加した実施例２、更に超音波印加し
た実施例３というように吸着量が向上していることが分
かる。すなわち実施例２は球状分子のスペーサ効果によ
り適度な空隙が確保されたことにより、実施例１に比べ
て吸着量が増加した。また実施例３は超音波印加で充填
密度および分散度が向上したことにより実施例２よりも
更に吸着量が増加した。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、活
性炭よりも高い貯蔵効率のガス吸蔵材が提供される。
性炭よりも高い貯蔵効率のガス吸蔵材が提供される。
【図１】図１（１）〜（３）は、本発明によるガス吸蔵
材の理想モデルの構造例を示す模式図である。
材の理想モデルの構造例を示す模式図である。
【図２】図２は、図１の各構造モデルと従来のガス貯蔵
方式について、体積貯蔵効率Ｖ／Ｖ０を比較して示すグ
ラフである。
方式について、体積貯蔵効率Ｖ／Ｖ０を比較して示すグ
ラフである。
【図３】図３は、平面分子の典型例を示す構造式であ
る。
る。
【図４】図４は、環状分子の典型例を示す構造式であ
る。
る。
【図５】図５は、球状分子の典型例を示す構造式であ
る。
る。
【図６】図６は、平面分子層の形成と球状分子の散布と
を交互に行う手順を示す概念図である。
を交互に行う手順を示す概念図である。
【図７】図７は、本発明によるガス吸蔵材と従来のガス
吸蔵材について、種々の圧力下におけるメタン吸着量の
測定結果を示すグラフである。
吸蔵材について、種々の圧力下におけるメタン吸着量の
測定結果を示すグラフである。
Claims (5)
- 【請求項１】 平面分子および環状分子のうちの少なく
とも一方から成るガス吸蔵材。 - 【請求項２】 更に球状分子を含む請求項１記載のガス
吸蔵材。 - 【請求項３】 平面分子材料の粉末、環状分子材料の粉
末、または両者の混合粉末、またはこれら三者のいずれ
かと球状分子材料の粉末との混合粉末に、容器内で超音
波振動を印加して充填密度と分散度を高めることを特徴
とするガス吸蔵材の製造方法。 - 【請求項４】 平面分子の膜と球状分子の膜とを交互に
成膜することを特徴とするガス吸蔵材の製造方法。 - 【請求項５】 請求項４記載の方法において、スプレー
法により球状分子を分散させることを特徴とするガス吸
蔵材の製造方法。
Priority Applications (15)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19336398A JP3565026B2 (ja) | 1998-07-08 | 1998-07-08 | ガス吸蔵材およびその製造方法 |
| EP03001655A EP1306605B1 (en) | 1998-07-03 | 1999-06-30 | Gas occluding material |
| PCT/JP1999/003530 WO2000001980A2 (en) | 1998-07-03 | 1999-06-30 | Gas storage method and system, and gas occluding material |
| DE69911790T DE69911790T2 (de) | 1998-07-03 | 1999-06-30 | Verfahren und system zur speicherung von gas und gasadsorbierendes material |
| KR10-2000-7014965A KR100493648B1 (ko) | 1998-07-03 | 1999-06-30 | 가스 흡장 물질 및 그 제조방법 |
| EP99926862A EP1099077B1 (en) | 1998-07-03 | 1999-06-30 | Gas storage method and system, and gas occluding material |
| RU2001103053/06A RU2228485C2 (ru) | 1998-07-03 | 1999-06-30 | Способ и установка для аккумулирования газа, вещество, поглощающее газ, и способ его получения |
| CN99809118A CN1125938C (zh) | 1998-07-03 | 1999-06-30 | 气体储存方法和体系 |
| KR10-2003-7010908A KR100426737B1 (ko) | 1998-07-03 | 1999-06-30 | 가스 저장 방법 및 시스템 |
| BR9911824-6A BR9911824A (pt) | 1998-07-03 | 1999-06-30 | Método e sistema de armazenamento de gás, e material de oclusão para gás |
| DE69922710T DE69922710T2 (de) | 1998-07-03 | 1999-06-30 | Gasadsorbierendes material |
| US09/720,807 US6481217B1 (en) | 1998-07-03 | 1999-06-30 | Gas storage method and system, and gas occluding material |
| ARP990103239A AR013288A1 (es) | 1998-07-03 | 1999-07-02 | Metodo y disposicion de almacenamiento de gas |
| US10/125,413 US7060653B2 (en) | 1998-07-03 | 2002-04-19 | Method of producing gas occluding material |
| CNB031086039A CN1330412C (zh) | 1998-07-03 | 2003-03-31 | 气体阻断材料及其生产方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19336398A JP3565026B2 (ja) | 1998-07-08 | 1998-07-08 | ガス吸蔵材およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000024495A true JP2000024495A (ja) | 2000-01-25 |
| JP3565026B2 JP3565026B2 (ja) | 2004-09-15 |
Family
ID=16306675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19336398A Expired - Fee Related JP3565026B2 (ja) | 1998-07-03 | 1998-07-08 | ガス吸蔵材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3565026B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002327897A (ja) * | 2001-05-01 | 2002-11-15 | Osaka Gas Co Ltd | 天然ガスの吸着貯蔵装置および吸着貯蔵方法 |
| JP2003035399A (ja) * | 2000-08-11 | 2003-02-07 | Osaka Gas Co Ltd | 天然ガスの吸着貯蔵装置および吸着貯蔵方法 |
| JP2007105564A (ja) * | 2005-10-11 | 2007-04-26 | Toyota Motor Corp | ガス吸着材料 |
-
1998
- 1998-07-08 JP JP19336398A patent/JP3565026B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003035399A (ja) * | 2000-08-11 | 2003-02-07 | Osaka Gas Co Ltd | 天然ガスの吸着貯蔵装置および吸着貯蔵方法 |
| JP2002327897A (ja) * | 2001-05-01 | 2002-11-15 | Osaka Gas Co Ltd | 天然ガスの吸着貯蔵装置および吸着貯蔵方法 |
| JP2007105564A (ja) * | 2005-10-11 | 2007-04-26 | Toyota Motor Corp | ガス吸着材料 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3565026B2 (ja) | 2004-09-15 |
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