JP2001287907A - 炭素系メタン吸蔵材料 - Google Patents
炭素系メタン吸蔵材料Info
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- JP2001287907A JP2001287907A JP2000103069A JP2000103069A JP2001287907A JP 2001287907 A JP2001287907 A JP 2001287907A JP 2000103069 A JP2000103069 A JP 2000103069A JP 2000103069 A JP2000103069 A JP 2000103069A JP 2001287907 A JP2001287907 A JP 2001287907A
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- methane
- cesium
- methane gas
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- Pending
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- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】常温に近い温度において、優れたガス吸蔵性能
を発揮するガス吸蔵材料を提供することを主な目的とす
る。 【解決手段】組成式MCxで示される物質からなり、0℃以
上の温度でメタンを吸蔵する材料(組成式中、Mはセシウ
ムまたはルビジウムであり、７＜ｘ＜６０である)。
を発揮するガス吸蔵材料を提供することを主な目的とす
る。 【解決手段】組成式MCxで示される物質からなり、0℃以
上の温度でメタンを吸蔵する材料(組成式中、Mはセシウ
ムまたはルビジウムであり、７＜ｘ＜６０である)。
Description
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素系メタン吸蔵
材料に関する。
材料に関する。
【従来の技術】比較的結晶性の高い炭素材料とある種の
化合物或いはアルカリ金属などとを反応させると、炭素
の層間に化合物或いはアルカリ金属が挿入されて、黒鉛
層間化合物が形成される。炭素材料層間への反応物質の
挿入状況に応じて、炭素材料のすべての層間に反応物質
が挿入された化合物を第１ステージ化合物、１層おきに
挿入された化合物を第２ステージ化合物、２層おきに挿
入された化合物を第３ステージ化合物の様に呼ぶ。それ
以上の高次ステージ化合物を生成させる場合には、生成
物は、混合ステージ化合物となることが多い。この様に
して得られる黒鉛層間化合物は、元の炭素材料とは著し
く異なる物理的・化学的な特性を示すことが知られてい
る。例えば、アルカリ金属を挿入した黒鉛層間化合物
は、元の炭素材料に比して、その電気伝導性が10倍以上
となることが知られている。また、セシウムを挿入した
第２ステージ化合物に関しては、液体ヘリウム温度でメ
タン吸蔵性能を示すことが知られている。しかしなが
ら、極超低温の維持技術などを考慮すると、セシウムを
挿入した黒鉛層間化合物をガス吸蔵材料として実用化す
る可能性はないと考えられている。
化合物或いはアルカリ金属などとを反応させると、炭素
の層間に化合物或いはアルカリ金属が挿入されて、黒鉛
層間化合物が形成される。炭素材料層間への反応物質の
挿入状況に応じて、炭素材料のすべての層間に反応物質
が挿入された化合物を第１ステージ化合物、１層おきに
挿入された化合物を第２ステージ化合物、２層おきに挿
入された化合物を第３ステージ化合物の様に呼ぶ。それ
以上の高次ステージ化合物を生成させる場合には、生成
物は、混合ステージ化合物となることが多い。この様に
して得られる黒鉛層間化合物は、元の炭素材料とは著し
く異なる物理的・化学的な特性を示すことが知られてい
る。例えば、アルカリ金属を挿入した黒鉛層間化合物
は、元の炭素材料に比して、その電気伝導性が10倍以上
となることが知られている。また、セシウムを挿入した
第２ステージ化合物に関しては、液体ヘリウム温度でメ
タン吸蔵性能を示すことが知られている。しかしなが
ら、極超低温の維持技術などを考慮すると、セシウムを
挿入した黒鉛層間化合物をガス吸蔵材料として実用化す
る可能性はないと考えられている。
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、常
温に近い温度において、優れたガス吸蔵性能を発揮する
炭素系ガス吸蔵材料を提供することを主な目的とする。
温に近い温度において、優れたガス吸蔵性能を発揮する
炭素系ガス吸蔵材料を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記のよう
な技術の現状を考慮しつつ、研究を重ねた結果、特定の
アルカリ金属を挿入した黒鉛層間化合物が、0℃以上の
実用的な温度においても、メタンガス吸蔵特性を備えて
いることを見出した。また、ガス吸蔵材料を使用するガ
ス貯蔵は、高圧条件下に行われることが多いが、上記特
定の黒鉛層間化合物をメタンガス吸蔵材料として使用す
る場合には、0.25MPa以上という穏和な条件下において
も、ガス貯蔵を行いうることを見出した。すなわち、本
発明は、「組成式MCxで示される物質からなり、0℃以上
の温度でメタンを吸蔵する材料(組成式中、Mはセシウム
またはルビジウムであり、７＜ｘ≦６０である)」を提
供するものである。
な技術の現状を考慮しつつ、研究を重ねた結果、特定の
アルカリ金属を挿入した黒鉛層間化合物が、0℃以上の
実用的な温度においても、メタンガス吸蔵特性を備えて
いることを見出した。また、ガス吸蔵材料を使用するガ
ス貯蔵は、高圧条件下に行われることが多いが、上記特
定の黒鉛層間化合物をメタンガス吸蔵材料として使用す
る場合には、0.25MPa以上という穏和な条件下において
も、ガス貯蔵を行いうることを見出した。すなわち、本
発明は、「組成式MCxで示される物質からなり、0℃以上
の温度でメタンを吸蔵する材料(組成式中、Mはセシウム
またはルビジウムであり、７＜ｘ≦６０である)」を提
供するものである。
【発明の実施の形態】本発明によるメタンガス吸蔵材料
は、組成式MCxで示される物質からなり、炭素材料とア
ルカリ金属M(セシウムまたはルビジウム)とを反応させ
ることにより、調製される。本発明によるメタンガス吸
蔵材料は、炭素材料-セシウム反応物、炭素材料-ルビジ
ウム反応物或いはこれら2種の混合物のいずれであって
も良い。炭素材料としては、600℃程度以上の温度で焼
成された炭素材料であれば、特に限定されない。炭素材
料として、結晶性の比較的高い材料、例えば、天然黒鉛
或いは人造黒鉛を使用する場合には、第１ステージ化合
物、第２ステージ化合物、第３ステージ化合物などの規
則正しい構造の化合物或いはこれらの混合ステージ化合
物からなるメタンガス吸蔵材料が主に得られる。これに
対し、結晶性の低い材料を使用する場合には、ランダム
にアルカリ金属がドープされたメタンガス吸蔵材料が得
られる。アルカリ金属としては、ルビジウムおよびセシ
ウムを使用する。組成式MCxで示される物質は、公知の
黒鉛-アルカリ金属層間化合物の合成手法に準じて製造
することができる。より具体的には、液相状態(溶融状
態)のアルカリ金属或いは気相状態のアルカリ金属と炭
素材料とを1時間以上接触させることにより、製造する
ことができる。液相反応の場合には、アルゴン、ヘリウ
ムなどの不活性ガス雰囲気中で反応を行わせる。気相反
応の場合には、不活性ガス雰囲気中で反応を行うことも
可能であるが、アルカリ金属蒸気と炭素材料とが十分に
接触しうる様に、真空下に行うことがより好ましい。上
記の様にして得られる層間化合物は、組成式MCx(式中、
Mはセシウムまたはルビジウムであり、７＜ｘ≦６０で
ある)で示される材料である。第１ステージ化合物にお
いては、アルカリ金属Mの割合が最大(理論飽和組成=M
C8)となる。しかしながら、合成条件によっては、過剰
のアルカリ金属が炭素の表面に析出することがあるの
で、ｘの最低値は、８未満となることある。第２ステー
ジ化合物、第３ステージ化合物、第４ステージ化合物お
よび第５ステージ化合物においては、それぞれの理論飽
和組成は、MC24、MC36、MC48およびMC60となる。より高
次数のステージ化合物も存在しうるが、Mの相対的な濃
度が希釈されて、メタンガス吸蔵量が低下するので、吸
蔵材料としての実用性に欠ける。本発明によるメタンガ
ス吸蔵材料は、0℃以上でかつ0.25MPa以上という穏和な
条件下に、挿入されたアルカリ金属1原子あたり最大2分
子のメタンを吸蔵して、最大組成MCx(CH4)2となること
が見出された。本発明によるメタンガス吸蔵材料は、公
知のメタンガス吸蔵材料と同様にして使用することがで
きる。例えば、密閉容器内で温度0〜100℃程度の温度に
おいて、吸蔵材料と0.25〜5MPa程度のメタンガスとを接
触させることにより、メタンガスの吸蔵を行うことがで
きる。吸蔵されたメタンガスの脱着は、容器を開放し
て、容器内圧力を低下させることにより、行うことがで
きる。本発明によるメタンガス吸蔵材料においては、メ
タンガスの吸蔵/脱着を可逆的に繰り返し行うことがで
きる。
は、組成式MCxで示される物質からなり、炭素材料とア
ルカリ金属M(セシウムまたはルビジウム)とを反応させ
ることにより、調製される。本発明によるメタンガス吸
蔵材料は、炭素材料-セシウム反応物、炭素材料-ルビジ
ウム反応物或いはこれら2種の混合物のいずれであって
も良い。炭素材料としては、600℃程度以上の温度で焼
成された炭素材料であれば、特に限定されない。炭素材
料として、結晶性の比較的高い材料、例えば、天然黒鉛
或いは人造黒鉛を使用する場合には、第１ステージ化合
物、第２ステージ化合物、第３ステージ化合物などの規
則正しい構造の化合物或いはこれらの混合ステージ化合
物からなるメタンガス吸蔵材料が主に得られる。これに
対し、結晶性の低い材料を使用する場合には、ランダム
にアルカリ金属がドープされたメタンガス吸蔵材料が得
られる。アルカリ金属としては、ルビジウムおよびセシ
ウムを使用する。組成式MCxで示される物質は、公知の
黒鉛-アルカリ金属層間化合物の合成手法に準じて製造
することができる。より具体的には、液相状態(溶融状
態)のアルカリ金属或いは気相状態のアルカリ金属と炭
素材料とを1時間以上接触させることにより、製造する
ことができる。液相反応の場合には、アルゴン、ヘリウ
ムなどの不活性ガス雰囲気中で反応を行わせる。気相反
応の場合には、不活性ガス雰囲気中で反応を行うことも
可能であるが、アルカリ金属蒸気と炭素材料とが十分に
接触しうる様に、真空下に行うことがより好ましい。上
記の様にして得られる層間化合物は、組成式MCx(式中、
Mはセシウムまたはルビジウムであり、７＜ｘ≦６０で
ある)で示される材料である。第１ステージ化合物にお
いては、アルカリ金属Mの割合が最大(理論飽和組成=M
C8)となる。しかしながら、合成条件によっては、過剰
のアルカリ金属が炭素の表面に析出することがあるの
で、ｘの最低値は、８未満となることある。第２ステー
ジ化合物、第３ステージ化合物、第４ステージ化合物お
よび第５ステージ化合物においては、それぞれの理論飽
和組成は、MC24、MC36、MC48およびMC60となる。より高
次数のステージ化合物も存在しうるが、Mの相対的な濃
度が希釈されて、メタンガス吸蔵量が低下するので、吸
蔵材料としての実用性に欠ける。本発明によるメタンガ
ス吸蔵材料は、0℃以上でかつ0.25MPa以上という穏和な
条件下に、挿入されたアルカリ金属1原子あたり最大2分
子のメタンを吸蔵して、最大組成MCx(CH4)2となること
が見出された。本発明によるメタンガス吸蔵材料は、公
知のメタンガス吸蔵材料と同様にして使用することがで
きる。例えば、密閉容器内で温度0〜100℃程度の温度に
おいて、吸蔵材料と0.25〜5MPa程度のメタンガスとを接
触させることにより、メタンガスの吸蔵を行うことがで
きる。吸蔵されたメタンガスの脱着は、容器を開放し
て、容器内圧力を低下させることにより、行うことがで
きる。本発明によるメタンガス吸蔵材料においては、メ
タンガスの吸蔵/脱着を可逆的に繰り返し行うことがで
きる。
【発明の効果】本発明によれば、セシウム或いはルビジ
ウムをドープした炭素材料を使用することにより、穏和
な条件下にメタンガスの吸蔵を行うことができる。
ウムをドープした炭素材料を使用することにより、穏和
な条件下にメタンガスの吸蔵を行うことができる。
【実施例】以下に実施例を示し、本発明の特徴とすると
ころをより一層明確にする。 実施例１ 金属セシウム(融点28.4℃、沸点678.4℃)をニッケル製
るつぼに収容し、ヘリウム雰囲気下でマントルヒーター
により加熱し、完全に溶融させた。次いで、シート状天
然黒鉛(2cm×2cm、「パーマフォイル」、東洋炭素社製)
を溶融セシウム中に1時間浸漬して、黒鉛層間化合物を
得た。得られた黒鉛層間化合物からサンプルをとり、X
線回折測定を行ったところ、第２ステージ化合物が形成
されたことが確認できた。また、反応後の重量増加から
も、生成物の組成がCsC24であることが確認され、X線回
折測定と一致した。得られた黒鉛層間化合物を密閉容器
内に収容した後、温度25℃で3MPaのメタンガスと接触さ
せたところ、ガスとの接触開始後徐々に重量が増加し始
め、最終的にCsC24(CH4)2の組成に対応する重量で飽和
した。その後、密閉容器内圧力を徐々に低下させると、
黒鉛層間化合物の重量も徐々に減少した。このことか
ら、この黒鉛層間化合物が、可逆的なメタンの吸蔵/脱
着に適しており、メタンガス吸蔵材料として有用である
ことが明らかとなった。 実施例２ セシウムに代えてルビジウム(融点38.89℃、沸点688℃)
を使用する以外は実施例１の手法に準じて、黒鉛層間化
合物を合成した。この化合物は、ルビジウム１原子あた
りメタン２分子を吸蔵するので、メタンガス吸蔵材料と
して有用であることが明らかとなった。 実施例３ 溶融セシウムに対する黒鉛の浸漬時間を2時間に変更す
る以外は実施例１の手法に準じて、黒鉛層間化合物を合
成した。得られた黒鉛層間化合物からサンプルをとり、
X線回折測定を行ったところ、第１ステージ化合物CsC8
と第２ステージ化合物CsC24との混合物が形成されたこ
とが確認できた。また、反応後の重量増加からは、生成
物の平均組成がCsC10であることが判明した。この生成
物を用いて実施例１と同様にして、メタンガスの吸蔵操
作を行ったところ、最終的にCsC10(CH4)2の組成に対応
する重量で飽和した。
ころをより一層明確にする。 実施例１ 金属セシウム(融点28.4℃、沸点678.4℃)をニッケル製
るつぼに収容し、ヘリウム雰囲気下でマントルヒーター
により加熱し、完全に溶融させた。次いで、シート状天
然黒鉛(2cm×2cm、「パーマフォイル」、東洋炭素社製)
を溶融セシウム中に1時間浸漬して、黒鉛層間化合物を
得た。得られた黒鉛層間化合物からサンプルをとり、X
線回折測定を行ったところ、第２ステージ化合物が形成
されたことが確認できた。また、反応後の重量増加から
も、生成物の組成がCsC24であることが確認され、X線回
折測定と一致した。得られた黒鉛層間化合物を密閉容器
内に収容した後、温度25℃で3MPaのメタンガスと接触さ
せたところ、ガスとの接触開始後徐々に重量が増加し始
め、最終的にCsC24(CH4)2の組成に対応する重量で飽和
した。その後、密閉容器内圧力を徐々に低下させると、
黒鉛層間化合物の重量も徐々に減少した。このことか
ら、この黒鉛層間化合物が、可逆的なメタンの吸蔵/脱
着に適しており、メタンガス吸蔵材料として有用である
ことが明らかとなった。 実施例２ セシウムに代えてルビジウム(融点38.89℃、沸点688℃)
を使用する以外は実施例１の手法に準じて、黒鉛層間化
合物を合成した。この化合物は、ルビジウム１原子あた
りメタン２分子を吸蔵するので、メタンガス吸蔵材料と
して有用であることが明らかとなった。 実施例３ 溶融セシウムに対する黒鉛の浸漬時間を2時間に変更す
る以外は実施例１の手法に準じて、黒鉛層間化合物を合
成した。得られた黒鉛層間化合物からサンプルをとり、
X線回折測定を行ったところ、第１ステージ化合物CsC8
と第２ステージ化合物CsC24との混合物が形成されたこ
とが確認できた。また、反応後の重量増加からは、生成
物の平均組成がCsC10であることが判明した。この生成
物を用いて実施例１と同様にして、メタンガスの吸蔵操
作を行ったところ、最終的にCsC10(CH4)2の組成に対応
する重量で飽和した。
Claims (1)
- 【請求項１】組成式MCxで示される物質からなり、0℃以
上の温度でメタンを吸蔵する炭素系材料(組成式中、Mは
セシウムまたはルビジウムであり、７＜ｘ≦６０であ
る)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000103069A JP2001287907A (ja) | 2000-04-05 | 2000-04-05 | 炭素系メタン吸蔵材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000103069A JP2001287907A (ja) | 2000-04-05 | 2000-04-05 | 炭素系メタン吸蔵材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001287907A true JP2001287907A (ja) | 2001-10-16 |
Family
ID=18616836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000103069A Pending JP2001287907A (ja) | 2000-04-05 | 2000-04-05 | 炭素系メタン吸蔵材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001287907A (ja) |
-
2000
- 2000-04-05 JP JP2000103069A patent/JP2001287907A/ja active Pending
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