JP2003334438A - ガス吸着材の製造方法 - Google Patents
ガス吸着材の製造方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭素材料の吸着サイトを増加させると共に、
ガス分子を原子に解離する機能および／またはガス分子
と炭素材料との親和性を高める機能を持つ金属を高分散
担持させたガス吸着材を製造する方法を提供する。 【解決手段】 実質的に炭素から成る炭素材料と、ガス
分子を原子に解離する機能および／または炭素原子とガ
ス分子との親和性を高める機能を有する金属とを、不活
性ガス中または還元ガス中において混合状態で粉砕す
る。
ガス分子を原子に解離する機能および／またはガス分子
と炭素材料との親和性を高める機能を持つ金属を高分散
担持させたガス吸着材を製造する方法を提供する。 【解決手段】 実質的に炭素から成る炭素材料と、ガス
分子を原子に解離する機能および／または炭素原子とガ
ス分子との親和性を高める機能を有する金属とを、不活
性ガス中または還元ガス中において混合状態で粉砕す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸着量を高めた炭
素材料系のガス吸着材の製造方法に関する。
素材料系のガス吸着材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、炭素材料は種々の形態で優れ
たガス吸着機能を発揮することが知られている。旧来か
ら知られている活性炭に加えて、近年は、カーボンナノ
チューブあるいはカーボンナノファイバーが特に注目さ
れている。
たガス吸着機能を発揮することが知られている。旧来か
ら知られている活性炭に加えて、近年は、カーボンナノ
チューブあるいはカーボンナノファイバーが特に注目さ
れている。
【０００３】その際、炭素材料のみでは、ガス吸着メカ
ニズムがファンデルワールス力に基づく物理吸着であ
り、炭素原子とガスとの親和性が低いため、吸着量に限
界がある。そこで、より高い吸着性能を得るために種々
の方法が提案されている。
ニズムがファンデルワールス力に基づく物理吸着であ
り、炭素原子とガスとの親和性が低いため、吸着量に限
界がある。そこで、より高い吸着性能を得るために種々
の方法が提案されている。
【０００４】第１の方法としては、炭素材料にガス分子
を原子に解離する触媒金属を付与するものであり、例え
ばカーボンナノチューブに粒径１０ｎｍ以下の８族金属
微粒子から成る触媒を担持させる（特開２００１−１４
６４０８号公報）、グラファイトナノファイバーに触媒
金属を被覆する（特開２００１−２１２４５３号公報）
ことが提案されている。しかし、触媒金属によりガス分
子が原子に解離されても、炭素材料自体の吸着サイトは
限られているため、大幅な吸着性能の向上はできない
し、含浸法などで触媒金属が一旦は高分散担持されても
濡れ性が低いために凝集してしまい、高い触媒作用が得
られない。
を原子に解離する触媒金属を付与するものであり、例え
ばカーボンナノチューブに粒径１０ｎｍ以下の８族金属
微粒子から成る触媒を担持させる（特開２００１−１４
６４０８号公報）、グラファイトナノファイバーに触媒
金属を被覆する（特開２００１−２１２４５３号公報）
ことが提案されている。しかし、触媒金属によりガス分
子が原子に解離されても、炭素材料自体の吸着サイトは
限られているため、大幅な吸着性能の向上はできない
し、含浸法などで触媒金属が一旦は高分散担持されても
濡れ性が低いために凝集してしまい、高い触媒作用が得
られない。
【０００５】第２の方法は、Ｐｄを付与したグラファイ
トナノチューブを粉砕する（特開平１１−１１６２１９
号公報）、あるいはグラファイトを水素中で粉砕するこ
とによって格子欠陥を導入し、水素の吸着サイトとして
機能させる（S. Orimo et al., Appl. Phys. Lett., 7
5, 3093(1999)。しかし、吸着サイトとして格子欠陥が
存在しても、水素ガスが分子状のままであるため、大幅
な吸着性能の向上は望めない。
トナノチューブを粉砕する（特開平１１−１１６２１９
号公報）、あるいはグラファイトを水素中で粉砕するこ
とによって格子欠陥を導入し、水素の吸着サイトとして
機能させる（S. Orimo et al., Appl. Phys. Lett., 7
5, 3093(1999)。しかし、吸着サイトとして格子欠陥が
存在しても、水素ガスが分子状のままであるため、大幅
な吸着性能の向上は望めない。
【０００６】第３の方法は、水素吸蔵金属とグラファイ
トとを粉砕することによって複合材料を作製する（H. I
mamura et al., J. Alloy Compd., 293-295, 564(199
9)。この場合、吸着量は水素吸蔵合金による吸着量とグ
ラファイトによる吸着量との合計に過ぎず、同一体積当
たりの吸着量を大幅に向上させることはできない。
トとを粉砕することによって複合材料を作製する（H. I
mamura et al., J. Alloy Compd., 293-295, 564(199
9)。この場合、吸着量は水素吸蔵合金による吸着量とグ
ラファイトによる吸着量との合計に過ぎず、同一体積当
たりの吸着量を大幅に向上させることはできない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の限界を超えて、炭素材料の吸着サイトを増加させると
共に、ガス分子を原子に解離する機能および／またはガ
ス分子と炭素材料との親和性を高める機能を持つ金属を
高分散担持させたガス吸着材を製造する方法を提供する
ことを目的とする。
の限界を超えて、炭素材料の吸着サイトを増加させると
共に、ガス分子を原子に解離する機能および／またはガ
ス分子と炭素材料との親和性を高める機能を持つ金属を
高分散担持させたガス吸着材を製造する方法を提供する
ことを目的とする。
【０００８】
【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、本発明は、実質的に炭素から成る炭素材料と、ガ
ス分子を原子に解離する機能および／または炭素原子と
ガス分子との親和性を高める機能を有する金属とを、不
活性ガス中または還元ガス中において混合状態で粉砕す
ることを特徴とするガス吸着材料の製造方法を提供す
る。
めに、本発明は、実質的に炭素から成る炭素材料と、ガ
ス分子を原子に解離する機能および／または炭素原子と
ガス分子との親和性を高める機能を有する金属とを、不
活性ガス中または還元ガス中において混合状態で粉砕す
ることを特徴とするガス吸着材料の製造方法を提供す
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の方法によれば、炭素材料
には粉砕により欠陥が導入され、これがガス吸着サイト
として機能すると同時に、金属が粉砕により微粉末化し
て炭素材料の上記欠陥の一部に吸着して高分散担持され
る。粉砕を不活性ガス中または還元ガス中で行なうこと
により、粉砕中に炭素材料および金属の酸化が防止さ
れ、炭素材料に生成した欠陥および金属の破砕面が新鮮
に高活性に維持され、欠陥への金属担持が促進されると
共に金属の解離機能および／または親和機能を十分に発
現できる。
には粉砕により欠陥が導入され、これがガス吸着サイト
として機能すると同時に、金属が粉砕により微粉末化し
て炭素材料の上記欠陥の一部に吸着して高分散担持され
る。粉砕を不活性ガス中または還元ガス中で行なうこと
により、粉砕中に炭素材料および金属の酸化が防止さ
れ、炭素材料に生成した欠陥および金属の破砕面が新鮮
に高活性に維持され、欠陥への金属担持が促進されると
共に金属の解離機能および／または親和機能を十分に発
現できる。
【００１０】炭素材料としては、典型的にはカーボンナ
ノチューブ、カーボンナノファイバー、活性炭のいずれ
か１種類を単独であるいは複数種類を組み合わせて用い
ることができる。ただし、上記具体的に列挙した炭素材
料に限定する必要はない。ガス吸着能を持つ炭素材料で
あれば本発明の効果は得られる。
ノチューブ、カーボンナノファイバー、活性炭のいずれ
か１種類を単独であるいは複数種類を組み合わせて用い
ることができる。ただし、上記具体的に列挙した炭素材
料に限定する必要はない。ガス吸着能を持つ炭素材料で
あれば本発明の効果は得られる。
【００１１】カーボンナノチューブあるいはカーボンナ
ノファイバーを用いれば、これらが本来もっている大き
なガス吸着能に加えて欠陥導入により更に高いガス吸着
能を得ることができる。
ノファイバーを用いれば、これらが本来もっている大き
なガス吸着能に加えて欠陥導入により更に高いガス吸着
能を得ることができる。
【００１２】活性炭を用いれば、これが本来持っている
多くの欠陥に加えて更に欠陥を増加させることにより、
ガス吸着能を更に向上させることができる。
多くの欠陥に加えて更に欠陥を増加させることにより、
ガス吸着能を更に向上させることができる。
【００１３】ガス分子を原子に解離する機能を持つ金属
は、代表的にはＰｔ、Ｐｄであり、炭素材料とガス分子
との親和性を高める金属は、代表的にはＭｇ、Ａｇ、Ｔ
ｉである。本発明においては上記金属のいずれか１種類
を単独でまたは複数種類を組み合わせて用いることがで
きる。ただし、上記具体的に列挙した金属に限定する必
要はない。ガス分子を原子に解離する機能および／また
は炭素材料とガス分子との親和性を高める機能を持つ金
属であれば本発明の効果は得られる。
は、代表的にはＰｔ、Ｐｄであり、炭素材料とガス分子
との親和性を高める金属は、代表的にはＭｇ、Ａｇ、Ｔ
ｉである。本発明においては上記金属のいずれか１種類
を単独でまたは複数種類を組み合わせて用いることがで
きる。ただし、上記具体的に列挙した金属に限定する必
要はない。ガス分子を原子に解離する機能および／また
は炭素材料とガス分子との親和性を高める機能を持つ金
属であれば本発明の効果は得られる。
【００１４】ガス分子を原子に解離する機能を持つ金属
を用いれば、解離したガス原子が炭素材料の欠陥で炭素
原子と結合することにより、ガス吸着能が向上する。
を用いれば、解離したガス原子が炭素材料の欠陥で炭素
原子と結合することにより、ガス吸着能が向上する。
【００１５】炭素原子とガス分子との親和性を高める機
能を持つ金属を用いれば、吸着が促進されガス吸着能が
向上する。
能を持つ金属を用いれば、吸着が促進されガス吸着能が
向上する。
【００１６】
【実施例】〔実施例〕本発明の方法により、以下の手順
でガス吸着材を製造した。
でガス吸着材を製造した。
【００１７】活性炭１．１２４ｇに、重量比で１０％に
相当する０．１１２ｇのＰｄ粉末（粒径約１μｍ）を混
合した。
相当する０．１１２ｇのＰｄ粉末（粒径約１μｍ）を混
合した。
【００１８】得られた混合粉末を遊星ボールミルにより
Ａｒ雰囲気中にて４時間粉砕した。用いた遊星ボールミ
ルは、ボールおよび容器共にジルコニア製である。
Ａｒ雰囲気中にて４時間粉砕した。用いた遊星ボールミ
ルは、ボールおよび容器共にジルコニア製である。
【００１９】これにより、活性炭に金属Ｐｄが担持され
た本発明のガス吸着材が得られた。
た本発明のガス吸着材が得られた。
【００２０】得られたガス吸着材のサンプルについて、
ＩＣＰ発光分析を行なった結果、重量比で約８．３％の
Ｐｄが担持されていることが確認された。更に、Ｘ線回
折、ＣＯ吸着測定、透過電子顕微鏡観察を行なった結
果、粒径３ｎｍ以下のＰｄ微粒子が活性炭に担持されて
いることが確認された。
ＩＣＰ発光分析を行なった結果、重量比で約８．３％の
Ｐｄが担持されていることが確認された。更に、Ｘ線回
折、ＣＯ吸着測定、透過電子顕微鏡観察を行なった結
果、粒径３ｎｍ以下のＰｄ微粒子が活性炭に担持されて
いることが確認された。
【００２１】このサンプルについて、下記の手順で重水
素の吸着試験を行った。
素の吸着試験を行った。
【００２２】サンプルを真空中にて１２００℃に１時間
保持して、サンプルから吸着物質を除去した。
保持して、サンプルから吸着物質を除去した。
【００２３】次いで、重水素中にて４００℃に１時間保
持して、サンプルに重水素を吸着させた。
持して、サンプルに重水素を吸着させた。
【００２４】吸着後のサンプルについて、Ａｒ雰囲気中
にて昇温速度１０℃／分で昇温脱離ガス分析（ＴＰＤ）
を行い水素吸着量を測定した。昇温過程における水素放
出量の実測チャートを図１に示す。図示のように、２０
０℃付近から始まり５００℃付近に放出ピークを持つ低
温域と、８００℃付近から始まり１１００℃付近に放出
ピークを持つ高温域とに、それぞれ水素放出の大きな山
が現れる。これから求めた水素放出量は６．２mass％で
あった。
にて昇温速度１０℃／分で昇温脱離ガス分析（ＴＰＤ）
を行い水素吸着量を測定した。昇温過程における水素放
出量の実測チャートを図１に示す。図示のように、２０
０℃付近から始まり５００℃付近に放出ピークを持つ低
温域と、８００℃付近から始まり１１００℃付近に放出
ピークを持つ高温域とに、それぞれ水素放出の大きな山
が現れる。これから求めた水素放出量は６．２mass％で
あった。
【００２５】〔比較例〕従来の方法により、下記の手順
でガス吸着材を作製した。
でガス吸着材を作製した。
【００２６】活性炭を硝酸パラジウム溶液（約４．３
％）に１時間含浸させた。
％）に１時間含浸させた。
【００２７】含浸後の活性炭を窒素雰囲気中にて１００
℃で４時間乾燥させた。
℃で４時間乾燥させた。
【００２８】次いで、窒素雰囲気中にて５００℃に３時
間加熱して硝酸パラジウムを分解することによりパラジ
ウム（Ｐｄ）を析出させた。
間加熱して硝酸パラジウムを分解することによりパラジ
ウム（Ｐｄ）を析出させた。
【００２９】これにより、活性炭に金属Ｐｄが担持され
た従来のガス吸着材が得られた。
た従来のガス吸着材が得られた。
【００３０】得られたガス吸着材のサンプルについて、
ＩＣＰ発光分析を行なった結果、重量比で約１０％のＰ
ｄが担持されていることが確認された。更に、Ｘ線回
折、ＣＯ吸着測定、透過電子顕微鏡観察を行なった結
果、粒径１０ｎｍ程度のＰｄ微粒子が活性炭に担持され
ていることが確認された。
ＩＣＰ発光分析を行なった結果、重量比で約１０％のＰ
ｄが担持されていることが確認された。更に、Ｘ線回
折、ＣＯ吸着測定、透過電子顕微鏡観察を行なった結
果、粒径１０ｎｍ程度のＰｄ微粒子が活性炭に担持され
ていることが確認された。
【００３１】この比較例サンプルについて、上記本発明
のサンプルと同様の手順および条件で吸着試験を行なっ
た。昇温脱離ガス分析による実測チャートを図１に示
す。これから求めた水素放出量は１．６mass％であっ
た。これは含浸担持による吸着量としては最も高い値で
ある。
のサンプルと同様の手順および条件で吸着試験を行なっ
た。昇温脱離ガス分析による実測チャートを図１に示
す。これから求めた水素放出量は１．６mass％であっ
た。これは含浸担持による吸着量としては最も高い値で
ある。
【００３２】以上の結果から、本発明の粉砕担持による
ガス吸着材は、従来の含浸担持によるガス吸着材に比べ
て吸着量が大幅に向上することが分かった。
ガス吸着材は、従来の含浸担持によるガス吸着材に比べ
て吸着量が大幅に向上することが分かった。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のガス吸着
材の製造方法によれば、炭素材料への欠陥導入により吸
着サイトを増加させると共に、ガス分子を原子に解離す
る機能および／またはガス分子と炭素材料との親和性を
高める機能を持つ金属を上記導入された炭素材料の欠陥
に高分散担持させることにより、大幅にガス吸着性能を
向上させたガス吸着材を得ることができる。
材の製造方法によれば、炭素材料への欠陥導入により吸
着サイトを増加させると共に、ガス分子を原子に解離す
る機能および／またはガス分子と炭素材料との親和性を
高める機能を持つ金属を上記導入された炭素材料の欠陥
に高分散担持させることにより、大幅にガス吸着性能を
向上させたガス吸着材を得ることができる。
【図１】図１は、本発明により炭素材料と金属を一緒に
粉砕することにより担持させたガス吸着材と、従来法に
より炭素材料に金属を含浸担持させたガス吸着材につい
て、昇温脱離ガス分析の実測チャートを比較して示すグ
ラフである。
粉砕することにより担持させたガス吸着材と、従来法に
より炭素材料に金属を含浸担持させたガス吸着材につい
て、昇温脱離ガス分析の実測チャートを比較して示すグ
ラフである。
Claims (3)
- 【請求項１】 実質的に炭素から成る炭素材料と、ガス
分子を原子に解離する機能および／または炭素原子とガ
ス分子との親和性を高める機能を有する金属とを、不活
性ガス中または還元ガス中において、混合状態で粉砕す
ることを特徴とするガス吸着材の製造方法。 - 【請求項２】 上記炭素材料が、カーボンナノチュー
ブ、カーボンナノファイバー、および活性炭から群から
選択した少なくとも１種であることを特徴とする請求項
１記載の方法。 - 【請求項３】 上記金属が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｇ、Ａｇ、
およびＴｉから成る群から選択した少なくとも１種であ
ることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002144850A JP2003334438A (ja) | 2002-05-20 | 2002-05-20 | ガス吸着材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002144850A JP2003334438A (ja) | 2002-05-20 | 2002-05-20 | ガス吸着材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003334438A true JP2003334438A (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=29704416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002144850A Pending JP2003334438A (ja) | 2002-05-20 | 2002-05-20 | ガス吸着材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003334438A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006218346A (ja) * | 2005-02-08 | 2006-08-24 | Honda Motor Co Ltd | 水素吸着材及びその製造方法 |
| JP2009220040A (ja) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Jfe Steel Corp | 一酸化炭素吸着剤およびその製造方法 |
| KR101127956B1 (ko) * | 2009-08-31 | 2012-03-23 | 인하대학교 산학협력단 | 흑연분말을 함유하는 수소 저장용 소재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 수소 저장용 소재 |
-
2002
- 2002-05-20 JP JP2002144850A patent/JP2003334438A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006218346A (ja) * | 2005-02-08 | 2006-08-24 | Honda Motor Co Ltd | 水素吸着材及びその製造方法 |
| JP2009220040A (ja) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Jfe Steel Corp | 一酸化炭素吸着剤およびその製造方法 |
| KR101127956B1 (ko) * | 2009-08-31 | 2012-03-23 | 인하대학교 산학협력단 | 흑연분말을 함유하는 수소 저장용 소재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 수소 저장용 소재 |
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