JP2007269552A - 活性炭およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】比表面積5〜50m2/gの範囲にある易黒鉛化性炭素の集合体100重量部に対して、0.01〜3重量部の有機金属化合物の存在下、酸化性ガスで賦活処理する。
【選択図】なし
Description
(A)頻度曲線(volume−under曲線の微分)の上限が5μm以下であること。
(B)d(0.9)が4以下、d(0.5)が2以下、d(0.1)が0.1以上を同時に満足すること。
[ここで、d(0.9)はこれ以下の粒子の比率が90%である粒径をμmで表した数字、d(0.5)は粒子の50%がこれより大きく、50%がこれより小さいという粒径をμmで表した数字、d(0.1)はこれ以下の粒子の比率が90%である粒径をμmで表した数字を指す。]、易黒鉛化性炭素の集合体が繊維状であること、さらに、有機金属化合物が鉄(III)−アセチルアセトナートであることも包含される。
本発明者らは、上記従来技術に鑑み鋭意検討を重ねた結果、電気二重層の活物質として好適に用いられる活性炭を完成するに至った。すなわち、本発明の活性炭は、Y軸の単位がcc/Å/g、X軸の単位がÅである、77K窒素吸着等温線のBJH解析から求めた細孔径分布において、少なくとも40Å未満に2つ以上のピークトップを有し、かつ比表面積が1200〜2500m2/gの活性炭である。
(A)頻度曲線(volume−under曲線の微分)の上限が5μm以下であること。
(B)d(0.9)が4以下、d(0.5)が2以下、d(0.1)が0.1以上を同時に満足すること。
[ここで、d(0.9)はこれ以下の粒子の比率が90%である粒径をμmで表した数字、d(0.5)は粒子の50%がこれより大きく、50%がこれより小さいという粒径をμmで表した数字、d(0.1)はこれ以下の粒子の比率が90%である粒径をμmで表した数字を指す。]
活性炭の比表面積は、NOVA1200(ユアサイオニックス製)で評価した窒素吸着量から求めた。また、77Kの窒素吸着等温線は同装置を用いてデータを取り、同装置に付随した解析プログラム(Autosorb Ver.1.0.7)のBJH解析により、細孔径分布の解析を行なった。炭素粒子の粒度分布はレーザー回折・散乱装置(シスメックス株式会社MASTERSIZER2000)を用い評価した。
炭素粒子の原料としてメソフェーズピッチAR−MP(三菱ガス化学(株)製)を乳鉢で粉砕した後、篩により300μm未満のAR−MPの粒子を得た。この粒子10重量部と100重量部の水を500ccのステンレス容器に1mmのジルコニアボール350重量部と共に仕込み、200rpmで5時間遊星ボールミル装置を用い粉砕処理を施した。得られた炭素粒子を空気中200℃まで1時間で昇温した後、200℃から400℃まで3時間で昇温することで400℃焼成炭を得た。得られた焼成炭の窒素吸着法によるBET比表面積は22m2/gであった。また、レーザー回折・散乱装置を用い、この炭素粒子の測定を実施したところ、頻度曲線(volume−under曲線の微分)の上限が2.1μmであり、d(0.9)が1.4、d(0.5)が0.6以下、d(0.1)が0.2であった。上記炭素粒子を100重量部に対して1重量部の鉄(III)−アセチルアセトナートが溶解したアセトン溶液に浸漬させ、防爆乾燥機内でアセトンを除去した。鉄(III)−アセチルアセトナートが付着した炭素粒子をロータリーキルンに仕込み、水蒸気雰囲気下900℃まで30分で昇温後、同温度で30分保持した。得られた活性炭の比表面積は1890m2/gであった。また、BJH解析による細孔径分布(Y軸の単位がcc/Å/g、X軸の単位がÅ)から、17.2Å、18.4Å、19.8Å、23.2Å、37.3Åの5つのピークトップがあることを確認した。
熱可塑性樹脂としてポリ−4−メチルペンテン−1(TPX:グレードRT−18[三井化学株式会社製])100重量部と熱可塑性炭素前駆体としてメソフェーズピッチAR−HP(三菱ガス化学株式会社製)11.1部を同方向二軸押出機(株式会社日本製鋼所製TEX−30、バレル温度320℃、窒素気流下)で溶融混練して混合物を作成した。この条件で得られた混合物の、熱可塑性炭素前駆体の熱可塑性樹脂中への分散径は0.05〜2μmであった。また、この混合物を300℃で10分間保持したが、熱可塑性炭素前駆体の凝集は認められず、分散径は0.05〜2μmであった。次いで、上記混合物を330℃で吐出孔より吐出紡糸し、繊維径15μmの前駆体繊維を作成した。この前駆体繊維1重量部を150℃に加熱した200重量部のデカリンに浸漬させ、熱可塑性樹脂の溶解を行った。次いで、ろ過により熱可塑性樹脂の除去を行い、カーボンナノファイバー前駆体を得た。カーボンナノファイバー前駆体をアセトンで数回洗浄して乾燥後、室温から空気中200℃まで1時間で昇温した後、200℃から400℃まで3時間で昇温することで400℃焼成カーボンナノファイバーを得た。得られたカーボンナノファイバーは見た目粉末状であるが、電子顕微鏡観察から平均繊維径が200nm、平均繊維長が2μmであった。また、窒素吸着法によるBET比表面積は23m2/gであり、レーザー回折・散乱装置で評価した頻度曲線(volume−under曲線の微分)の上限が4.2μmであり、d(0.9)が3.8、d(0.5)が0.8以下、d(0.1)が0.2であった。上記炭素粒子を100重量部に対して1重量部の鉄(III)−アセチルアセトナートが溶解したアセトン溶液に浸漬させ、防爆乾燥機内でアセトンを除去した。鉄(III)−アセチルアセトナートが付着した炭素粒子をロータリーキルンに仕込み、水蒸気雰囲気下900℃まで30分で昇温後、同温度で30分保持した。得られた活性炭の比表面積は1778m2/gであった。また、BJH解析による細孔径分布(Y軸の単位がcc/Å/g、X軸の単位がÅ)から、15.9Å、17.2Å、19.1Å、23.0Å、37.1Åの5つのピークトップがあることを確認(図1参照)した。
熱可塑性樹脂としてポリ−4−メチルペンテン−1(TPX:グレードRT−18[三井化学株式会社製])100重量部と熱可塑性炭素前駆体としてメソフェーズピッチAR−HP(三菱ガス化学株式会社製)11.1部を同方向二軸押出機(株式会社日本製鋼所製TEX−30、バレル温度320℃、窒素気流下)で溶融混練して混合物を作成した。この条件で得られた混合物の、熱可塑性炭素前駆体の熱可塑性樹脂中への分散径は0.05〜2μmであった。また、この混合物を300℃で10分間保持したが、熱可塑性炭素前駆体の凝集は認められず、分散径は0.05〜2μmであった。次いで、上記混合物を330℃で吐出孔より吐出紡糸し、繊維径15μmの前駆体繊維を作成した。この前駆体繊維1重量部を150℃に加熱した200重量部のデカリンに浸漬させ、熱可塑性樹脂の溶解を行った。次いで、ろ過により熱可塑性樹脂の除去を行い、カーボンナノファイバー前駆体を得た。カーボンナノファイバー前駆体をアセトンで数回洗浄して乾燥後、室温から空気中200℃まで1時間で昇温した後、200℃から400℃まで3時間で昇温することで400℃焼成カーボンナノファイバーを得た。得られたカーボンナノファイバーは見た目粉末状であるが、電子顕微鏡観察から平均繊維径が200nm、平均繊維長が2μmであった。また、窒素吸着法によるBET比表面積は23m2/gであり、レーザー回折・散乱装置で評価した頻度曲線(volume−under曲線の微分)の上限が4.2μmであり、d(0.9)が3.8、d(0.5)が0.8以下、d(0.1)が0.2であった。上記炭素粒子をロータリーキルンに仕込み、水蒸気雰囲気下900℃まで30分で昇温後、同温度で90分保持した。得られた活性炭の比表面積は1668m2/gであった。また、BJH解析による細孔径分布(Y軸の単位がcc/Å/g、X軸の単位がÅ)から、36.9Åに1つのピークトップがあることを確認した。
Claims (5)
- Y軸の単位がcc/Å/g、X軸の単位がÅである、77K窒素吸着等温線のBJH解析から求めた細孔径分布において、少なくとも40Å未満に少なくとも2つ以上のピークトップを有する、比表面積1200〜2500m2/gである、電気二重層キャパシタの活物質に好的に用いられる活性炭。
- 比表面積5〜50m2/gの範囲にある易黒鉛化性炭素の集合体100重量部に対して、0.01〜3重量部の有機金属化合物の存在下、酸化性ガスで賦活処理することにより得られる請求項1記載の活性炭の製造方法。
- レーザー回折散乱法で評価した易黒鉛化性炭素の集合体が、下記要件(A)および(B)を同時に満足する請求項2記載の活性炭の製造方法。
(A)頻度曲線(volume−under曲線の微分)の上限が5μm以下であること。
(B)d(0.9)が4以下、d(0.5)が2以下、d(0.1)が0.1以上を同時に満足すること。
[ここで、d(0.9)はこれ以下の粒子の比率が90%である粒径をμmで表した数字、d(0.5)は粒子の50%がこれより大きく、50%がこれより小さいという粒径をμmで表した数字、d(0.1)はこれ以下の粒子の比率が90%である粒径をμmで表した数字を指す。] - 易黒鉛化性炭素の集合体が繊維状である請求項2記載の活性炭の製造方法。
- 有機金属化合物が鉄(III)−アセチルアセトナートである請求項2記載の活性炭の製造方法。
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US9799459B2 (en) | 2014-08-08 | 2017-10-24 | Corning Incorporated | High pore volume utilization carbon and electric double layer capacitor |
WO2018116859A1 (ja) * | 2016-12-19 | 2018-06-28 | 株式会社アドール | 活性炭及びその製造方法 |
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JPH09328308A (ja) * | 1996-04-10 | 1997-12-22 | Mitsubishi Chem Corp | 活性炭及びその製造方法、並びにこれを用いたキャパシタ |
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