JP2012101950A - Method for producing porous carbon particle, and porous carbon material including the particle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多孔質カーボン粒子からなるカーボン材料と、該多孔質カーボン粒子を製造する方法に関する。 The present invention relates to a carbon material composed of porous carbon particles and a method for producing the porous carbon particles.
多孔質カーボン粒子を構成要素とするカーボン材料（多孔質カーボン材料）は、幅広い実用性を有しており、例えば、ガス吸着、触媒、金属微粒子（例えば、燃料電池の触媒として用いられる白金その他の金属および合金）の担体などに用いられる。 A carbon material (porous carbon material) having porous carbon particles as a constituent element has a wide range of practicality. For example, gas adsorption, catalyst, metal fine particles (for example, platinum used as a catalyst for a fuel cell, and others) It is used for carriers of metals and alloys).
多孔質カーボン粒子（典型的には略球形状の粒子）は様々な方法で作製することができる。例えば、特許文献１に開示の技術では、樹脂粒子の表面に炭素粒子を付着させた後に、加熱処理によって樹脂粒子を除去することによって多孔質カーボン粒子を作製している。また、非特許文献１に開示の技術では、シリカ（若しくはシリカアルミナ）からなる鋳型の周辺に炭素粒子を配置させ、当該鋳型をＨＦエッチングで除去することによって多孔質カーボン粒子を作製している。また、多孔質カーボン粒子を作製する他の技術が特許文献２や非特許文献２に開示されている。 Porous carbon particles (typically substantially spherical particles) can be produced by various methods. For example, in the technique disclosed in Patent Document 1, after carbon particles are attached to the surface of resin particles, porous carbon particles are produced by removing the resin particles by heat treatment. In the technique disclosed in Non-Patent Document 1, porous carbon particles are produced by disposing carbon particles around a template made of silica (or silica alumina) and removing the template by HF etching. Other techniques for producing porous carbon particles are disclosed in Patent Document 2 and Non-Patent Document 2.
ところで、多孔質カーボン粒子を含むカーボン材料を上述の用途に用いる場合、多孔質カーボン粒子の平均粒径が小さい方がカーボン材料の性能が向上する。これは、多孔質カーボン粒子の平均粒径が小さくなると、カーボン材料中の多孔質カーボン粒子の表面積が大きくなるためである。 By the way, when using the carbon material containing porous carbon particles for the above-mentioned use, the one where the average particle diameter of porous carbon particles is smaller improves the performance of the carbon material. This is because the surface area of the porous carbon particles in the carbon material increases as the average particle size of the porous carbon particles decreases.
しかしながら、従来の製造方法では平均粒径の小さな多孔質カーボン粒子を容易に製造することが難しい。
例えば、上述の特許文献１に記載の方法では、樹脂粒子の表面に付着させる炭素粉末の量を調整することが難しい。このため、樹脂粒子の表面に必要以上の炭素粉末が付着してしまい、極めて小さな粒径（例えば、粒径１０μｍ未満）の多孔質カーボン粒子を作製することが難しい。
However, it is difficult to easily produce porous carbon particles having a small average particle diameter by the conventional production method.
For example, in the method described in Patent Document 1 described above, it is difficult to adjust the amount of carbon powder attached to the surface of the resin particles. For this reason, excessive carbon powder adheres to the surface of the resin particles, and it is difficult to produce porous carbon particles having an extremely small particle size (for example, a particle size of less than 10 μm).
一方、非特許文献１に記載の方法によれば、鋳型となるシリカ（若しくはシリカアルミナ）の大きさを調整することによって、極めて小さな粒径の多孔質カーボン粒子を作製することが可能である。しかし、当該方法のようにエッチング法を用いて鋳型を除去するような方法は、樹脂粒子を除去する方法に比べて複雑な工程を要するため、多孔質カーボン粒子を大量に製造することが難しい。 On the other hand, according to the method described in Non-Patent Document 1, it is possible to produce porous carbon particles having an extremely small particle size by adjusting the size of silica (or silica alumina) serving as a template. However, the method of removing the template using the etching method as in the above method requires more complicated steps than the method of removing the resin particles, and thus it is difficult to produce a large amount of porous carbon particles.
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、従来よりも粒径の小さな多孔質カーボン粒子を容易に製造できる製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、かかる製造方法によって提供される粒径の小さな多孔質カーボン粒子からなる多孔質カーボン材料を提供することを他の目的とする。 This invention is made | formed in view of the said problem, and it aims at providing the manufacturing method which can manufacture easily the porous carbon particle with a particle size smaller than before. Another object of the present invention is to provide a porous carbon material comprising porous carbon particles having a small particle diameter provided by such a production method.
上記目的を実現するべく、多孔質カーボン粒子を製造する方法が提供される。
本発明の製造目的とする多孔質カーボン粒子は、炭素で形成されている外殻部と、外殻部の内部に形成されている内部空間と、外殻部に複数形成された内部空間と連通している微細孔とを備えている。
そして本発明によって提供される製造方法は、
外殻部を形成するための炭素粒子と、炭素粒子とは異なる有機高分子化合物からなるポリマー粒子とが分散媒中に分散した分散液を用意すること；
分散液を霧状の液滴として加熱炉内に噴霧すること；
噴霧された液滴を加熱炉内で加熱することにより、分散媒を蒸発させて炭素粒子とポリマー粒子との混合凝集体を形成すること；
加熱炉内で上記混合凝集体をさらに加熱することにより、上記混合凝集体からポリマー成分を除去して多孔質カーボン粒子を得ること；
を包含する。
In order to achieve the above object, a method for producing porous carbon particles is provided.
Porous carbon particles for production purposes of the present invention are communicated with an outer shell portion formed of carbon, an inner space formed inside the outer shell portion, and an inner space formed in the outer shell portion. With fine pores.
And the manufacturing method provided by this invention is:
Preparing a dispersion in which carbon particles for forming the outer shell and polymer particles made of an organic polymer compound different from the carbon particles are dispersed in a dispersion medium;
Spraying the dispersion into the furnace as mist droplets;
Heating the sprayed droplets in a furnace to evaporate the dispersion medium to form a mixed aggregate of carbon particles and polymer particles;
Further heating the mixed aggregate in a heating furnace to remove the polymer component from the mixed aggregate to obtain porous carbon particles;
Is included.
上記構成の製造方法では、噴霧された液滴から分散媒を蒸発させることによって、液滴内に存在する炭素粒子とポリマー粒子とを凝集させ、混合凝集体を形成する。そして、この混合凝集体をさらに加熱することにより、混合凝集体中のポリマー成分を除去する。このとき、ポリマー成分は、表面に付着した炭素粒子の層に形成される微細な貫通孔より混合凝集体の外部へと除去される。これによって、内部空間を有し、炭素からなる外殻部に複数の微細孔が形成された多孔質カーボン粒子（典型的にはほぼ球形状の多孔質カーボン粒子）が得られる。
上記構成の製造方法では、一つの液滴内に存在しているポリマー粒子と炭素粒子から混合凝集体が形成されるため、従来のように炭素粒子同士が必要以上に凝集することによって多孔質カーボン粒子の粒径が大きくなることを防ぐことができる。したがって、本発明の製造方法によれば、噴霧した液滴の液滴径よりも大きな多孔質カーボン粒子が形成され難く、容易に粒径の小さな多孔質カーボン粒子を製造することができる。
また、かかる製造方法では、分散媒を蒸発させた後に、ポリマー成分を除去している。このため、加熱の際に分散媒やポリマー粒子が突沸することを防止し、好ましい形状の多孔質カーボン粒子（典型的にはほぼ球形状の多孔質カーボン粒子）の製造を可能にしている。
以上のように、本発明の製造方法によれば、従来よりも粒径が小さく、且つ、好ましい形状の多孔質カーボン粒子を容易に且つ大量に製造することができる。
In the manufacturing method having the above-described configuration, the dispersion medium is evaporated from the sprayed droplets to aggregate the carbon particles and the polymer particles present in the droplets, thereby forming a mixed aggregate. And the polymer component in a mixed aggregate is removed by further heating this mixed aggregate. At this time, the polymer component is removed to the outside of the mixed aggregate through fine through holes formed in the layer of carbon particles attached to the surface. Thereby, porous carbon particles (typically substantially spherical porous carbon particles) having an internal space and having a plurality of fine pores formed in the outer shell portion made of carbon are obtained.
In the manufacturing method having the above configuration, a mixed aggregate is formed from the polymer particles and the carbon particles present in one droplet, so that the porous carbon is formed by agglomerating the carbon particles more than necessary as in the conventional case. An increase in the particle size of the particles can be prevented. Therefore, according to the production method of the present invention, it is difficult to form porous carbon particles larger than the droplet diameter of the sprayed droplets, and the porous carbon particles having a small particle diameter can be easily produced.
In such a production method, the polymer component is removed after the dispersion medium is evaporated. For this reason, it is possible to prevent the dispersion medium and polymer particles from bumping during heating, and to manufacture porous carbon particles having a preferable shape (typically, substantially spherical porous carbon particles).
As described above, according to the production method of the present invention, porous carbon particles having a smaller particle diameter and a preferable shape can be easily produced in large quantities.
ここで開示される好ましい一態様の製造方法では、上記炭素粒子の平均粒径が２０〜１００ｎｍである。
なお、本明細書において「平均粒径」とは、測定対象の粒度分布におけるＤ５０（メジアン径）をいう。かかるＤ５０は、例えば従来公知のレーザー回折方式、光散乱方式等に基づく粒度分布測定装置によって容易に測定することができる。
平均粒径が２０ｎｍ以上の炭素粒子を用いることによって、混合凝集体における炭素粒子の配置が密になりすぎて、ポリマー成分が除去されにくくなり、微細孔が形成されづらくなるといった事態を防止することができる。また、平均粒径１００ｎｍ以下の炭素粒子を用いることによって、製造された多孔質カーボン粒子の粒径をより小さくすることができる。すなわち、上記数値範囲内の平均粒径を有した炭素粒子を用いると、微細孔が好適に形成され、且つ、従来よりも粒径の小さな多孔質カーボン粒子を形成することが容易になる。
In the manufacturing method of the preferable one aspect disclosed here, the average particle diameter of the carbon particles is 20 to 100 nm.
In the present specification, the “average particle diameter” refers to D 50 (median diameter) in the particle size distribution to be measured. Such D 50 is, for example, can be easily measured by a conventionally known laser diffraction method, the particle size distribution measurement apparatus based on light scattering method or the like.
By using carbon particles having an average particle diameter of 20 nm or more, it is possible to prevent a situation in which the arrangement of the carbon particles in the mixed aggregate becomes too dense, the polymer component is hardly removed, and it is difficult to form micropores. Can do. Moreover, the particle diameter of the produced porous carbon particle can be made smaller by using carbon particles having an average particle diameter of 100 nm or less. That is, when carbon particles having an average particle size within the above numerical range are used, micropores are suitably formed, and it becomes easy to form porous carbon particles having a smaller particle size than conventional ones.
また、ここで開示される好ましい一態様の製造方法では、上記ポリマー粒子の平均粒径が１００〜６００ｎｍである。
平均粒径１００ｎｍ以上のポリマー粒子を用いることによって、ポリマー粒子の表面を覆うようにして炭素粒子が好適に凝集している混合凝集体を作製することができる。また、平均粒径６００ｎｍ以下のポリマー粒子を用いることによって、平均粒径の小さな多孔質カーボン粒子を容易に形成することができる。すなわち、上記数値範囲内の平均粒径を有したポリマー粒子を用いると、従来よりも粒径が小さく、且つ、好ましい形状の多孔質カーボン粒子を容易に製造することができる
Moreover, in the manufacturing method of the preferable one aspect disclosed here, the average particle diameter of the said polymer particle is 100-600 nm.
By using polymer particles having an average particle diameter of 100 nm or more, a mixed aggregate in which carbon particles are suitably aggregated so as to cover the surface of the polymer particles can be produced. Further, by using polymer particles having an average particle diameter of 600 nm or less, porous carbon particles having a small average particle diameter can be easily formed. That is, by using polymer particles having an average particle size within the above numerical range, it is possible to easily produce porous carbon particles having a smaller particle size than the conventional ones and a preferable shape.
また、ここで開示される好ましい一態様の製造方法では、前記分散液中における前記炭素粒子（Ｃ）に対する前記ポリマー粒子（Ｐ）の重量比Ｐ／Ｃを０．５〜１２に設定する。上記重量比（Ｐ／Ｃ）が上記範囲内にあることにより、適切な割合で炭素粒子とポリマー粒子とが混合された分散液を調整することができるので、所定の粒径の微小な多孔質カーボン粒子を効率よく製造することができる。 Moreover, in the manufacturing method of the preferable one aspect disclosed here, the weight ratio P / C of the polymer particles (P) to the carbon particles (C) in the dispersion is set to 0.5 to 12. When the weight ratio (P / C) is within the above range, a dispersion in which carbon particles and polymer particles are mixed at an appropriate ratio can be adjusted. Carbon particles can be produced efficiently.
また、ここで開示される好ましい一態様の製造方法では、上記分散液を平均液滴径１μｍ〜６μｍの液滴になるように加熱炉内に噴霧する。
本態様の製造方法によれば、上記数値範囲の液滴径で分散液を噴霧することによって、従来よりも粒径の小さな多孔質カーボン粒子を容易に製造することができる。
Moreover, in the manufacturing method of the preferable one aspect disclosed here, the said dispersion liquid is sprayed in a heating furnace so that it may become a droplet with an average droplet diameter of 1 micrometer-6 micrometers.
According to the production method of this aspect, it is possible to easily produce porous carbon particles having a particle diameter smaller than that of the conventional one by spraying the dispersion liquid with a droplet diameter in the above numerical range.
また、ここで開示される好ましい一態様の製造方法では、混合凝集体を形成する際の温度を１００℃以上３００℃以下に設定する。
かかる温度範囲まで加熱することにより、分散液の溶媒の蒸発が効率よく行われ、好適な状態の混合凝集体を得て、好ましい形状の多孔質カーボン粒子を容易に形成することができる。
Moreover, in the manufacturing method of the preferable one aspect disclosed here, the temperature at the time of forming a mixed aggregate is set to 100 degreeC or more and 300 degrees C or less.
By heating to such a temperature range, the solvent of the dispersion can be efficiently evaporated, and a mixed aggregate in a suitable state can be obtained, and porous carbon particles having a preferred shape can be easily formed.
また、ここで開示される好ましい一態様の製造方法では、ポリマー成分を除去する際の温度を４００℃以上１１００℃以下に設定する。
ポリマー成分を除去する際の温度が４００℃以上あれば、混合凝集体からポリマー成分を適切に取り除くことができる。また、１１００℃以下であれば、炭素粒子の酸化を防止することができる。すなわち、上記数値範囲内の温度でポリマー成分の除去を行うことにより、好適な多孔質カーボン粒子を容易に形成することができる。
Moreover, in the manufacturing method of one preferable aspect disclosed here, the temperature at the time of removing a polymer component is set to 400 degreeC or more and 1100 degrees C or less.
If the temperature at which the polymer component is removed is 400 ° C. or higher, the polymer component can be appropriately removed from the mixed aggregate. Moreover, if it is 1100 degrees C or less, the oxidation of a carbon particle can be prevented. That is, suitable porous carbon particles can be easily formed by removing the polymer component at a temperature within the above numerical range.
また、ここで開示される好ましい一態様の製造方法では、ポリマー成分の除去を、酸化ガス雰囲気下で行う。酸化ガス雰囲気下でポリマー成分を除去するための加熱処理を行うことによって、比較的低温域（例えば４００℃以上７００℃以下）でもポリマー成分を効率よく除去することができる。 Moreover, in the manufacturing method of the preferable one aspect disclosed here, removal of a polymer component is performed in oxidizing gas atmosphere. By performing the heat treatment for removing the polymer component in an oxidizing gas atmosphere, the polymer component can be efficiently removed even in a relatively low temperature range (for example, 400 ° C. or more and 700 ° C. or less).
また、ここで開示される好ましい他の一態様の製造方法では、ポリマー成分の除去を、不活性ガス雰囲気下で行う。不活性ガス雰囲気下でポリマー成分を除去するための加熱処理を行うことによって、比較的高温域（例えば８００℃以上１１００℃以下）で混合凝集体を加熱した場合であっても炭素粒子の不測の酸化を防止できる。このため、炭素粒子を酸化させず、且つ、適切にポリマー成分を除去することができる。 In another preferred embodiment of the production method disclosed herein, the polymer component is removed under an inert gas atmosphere. Even if the mixed aggregate is heated in a relatively high temperature range (for example, 800 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower) by performing a heat treatment for removing the polymer component in an inert gas atmosphere, the carbon particles may be unpredictable. Oxidation can be prevented. For this reason, the polymer component can be appropriately removed without oxidizing the carbon particles.
また、本発明は、他の側面として多孔質カーボン粒子（典型的にはほぼ球形状の多孔質カーボン材料）からなる多孔質カーボン材料を提供する。
ここで多孔質カーボン粒子は、炭素で形成されている外殻部（典型的にはほぼ球形状の外殻部）と、外殻部の内部に形成されている内部空間と、外殻部に複数形成されており、内部空間と連通している微細孔とを備えており、平均粒径が２００ｎｍ以上１０μｍ未満である。
より好適な一態様の多孔質カーボン材料において、かかる多孔質カーボン粒子の平均粒径は５００ｎｍ以上３μｍ以下である。
Moreover, this invention provides the porous carbon material which consists of porous carbon particles (typically substantially spherical porous carbon material) as another aspect.
Here, the porous carbon particles are composed of an outer shell portion (typically a substantially spherical outer shell portion) formed of carbon, an internal space formed inside the outer shell portion, and an outer shell portion. A plurality of micropores are formed and communicated with the internal space, and the average particle size is 200 nm or more and less than 10 μm.
In a more preferred porous carbon material, the average particle size of the porous carbon particles is 500 nm or more and 3 μm or less.
また、ここで開示される多孔質カーボン材料の好適な他の一態様では、多孔質カーボン粒子の微細孔の平均孔径は１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。 In another preferred embodiment of the porous carbon material disclosed herein, the average pore diameter of the fine pores of the porous carbon particles is 10 nm or more and 500 nm or less.
上記構成の多孔質カーボン粒子は、ここで開示される製造方法によって提供することができる。かかる多孔質カーボン粒子は、従来の多孔質カーボン粒子に比べて粒径が小さい。したがって、かかる多孔質カーボン粒子を用いてカーボン材料を作製すると、従来よりも性能が向上したカーボン材料を提供することができる。 The porous carbon particles having the above-described configuration can be provided by the production method disclosed herein. Such porous carbon particles have a particle size smaller than that of conventional porous carbon particles. Therefore, when a carbon material is produced using such porous carbon particles, it is possible to provide a carbon material whose performance is improved as compared with the prior art.
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、分散液の調製や噴霧や加熱に用いる装置など）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than the matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention (for example, devices used for preparation, spraying and heating of dispersions) It can be grasped as a design matter of a person skilled in the art based on this. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.
本発明によって提供される多孔質カーボン材料は、上述した製造方法によって製造され得る多孔質カーボン粒子を構成要素とする材料であり、その他の副成分的な構成要素により限定されるものではない。
例えば多孔質カーボン粒子のみからなる粉体材料であってもよいし、当該多孔質カーボン粒子を適当な溶媒（水性溶媒や有機溶媒）に分散させてなる分散液（スラリー状のものを包含する。）形態であってもよい。
以下、本発明によって提供される多孔質カーボン材料の主体をなす多孔質カーボン粒子とその製法について詳細に説明する。なお、図１は、本発明に係る多孔質カーボン粒子の一例を示すＳＥＭ写真であり、図２は外殻部の一部を破壊して内部空洞を露出させた多孔質カーボン粒子のＳＥＭ写真である。
The porous carbon material provided by the present invention is a material having porous carbon particles that can be produced by the production method described above as a constituent element, and is not limited by other subcomponent constituent elements.
For example, it may be a powder material consisting only of porous carbon particles, or a dispersion liquid (slurry) in which the porous carbon particles are dispersed in an appropriate solvent (aqueous solvent or organic solvent) is included. ) Form.
Hereinafter, the porous carbon particles which form the main body of the porous carbon material provided by the present invention and the production method thereof will be described in detail. 1 is an SEM photograph showing an example of the porous carbon particle according to the present invention, and FIG. 2 is an SEM photograph of the porous carbon particle in which a part of the outer shell portion is broken to expose the internal cavity. is there.
図１に示すように、ここで開示される多孔質カーボン粒子は、典型的には略球形状の外形であり、炭素で形成された外殻部を有している。また、図２に示すように、当該外殻部の内部には内部空間が形成されている。さらに、上記外殻部には内部空間と連通している微細孔が複数形成されている。
ここで開示される多孔質カーボン粒子は、平均粒径が２００ｎｍ以上１０μｍ未満であるとよく、好ましくは５００ｎｍ以上３μｍ以下、より好ましくは５５０ｎｍ以上１μｍ以下である。上記多孔質カーボン粒子は、従来の多孔質カーボン粒子に比べて粒径が小さいため、かかる多孔質カーボン粒子を用いてカーボン材料を作製した場合、従来よりも性能の優れたカーボン材料を提供することができる。
As shown in FIG. 1, the porous carbon particles disclosed herein typically have a substantially spherical outer shape and have an outer shell portion made of carbon. Further, as shown in FIG. 2, an internal space is formed inside the outer shell portion. Further, a plurality of fine holes communicating with the internal space are formed in the outer shell portion.
The porous carbon particles disclosed herein may have an average particle size of 200 nm or more and less than 10 μm, preferably 500 nm or more and 3 μm or less, more preferably 550 nm or more and 1 μm or less. Since the porous carbon particles have a smaller particle size than conventional porous carbon particles, when a carbon material is produced using such porous carbon particles, a carbon material having better performance than the conventional carbon material should be provided. Can do.
図１に示すように、後述する製造方法により製造される多孔質カーボン材料の外殻部の形状は典型的には略球形状である。ここで、本明細書における「略球形状」とは、球状、ラグビーボール状、多角体状などを含む形状であり、その長径／短径が好ましくは２／１〜１／１、典型的には１．５／１〜１／１であり、真球（長径／短径＝１／１）に近い形状をとり得る。
外殻部は、微細な炭素粒子同士が凝集して形成されたものであり、外殻部を形成する炭素（炭素粒子）は、実質的に炭素原子のみで構成され得る。外殻部を構成する炭素粒子（即ちここで開示される製造方法に用いられる炭素原料である炭素粒子）の一例としては、カーボンブラック、活性炭、活性炭素繊維、カーボンナノチューブ、フラーレンなどが挙げられる。
また、外殻部の厚みは、２０ｎｍ〜１μｍ、好ましくは４０ｎｍ〜６００ｎｍ、より好ましくは４０ｎｍ〜５００ｎｍである。
As shown in FIG. 1, the shape of the outer shell part of the porous carbon material manufactured by the manufacturing method mentioned later is typically a substantially spherical shape. Here, the “substantially spherical shape” in the present specification is a shape including a spherical shape, a rugby ball shape, a polygonal shape, etc., and its major axis / minor axis is preferably 2/1 to 1/1, typically Is 1.5 / 1 to 1/1, and can take a shape close to a true sphere (major axis / minor axis = 1/1).
The outer shell portion is formed by agglomeration of fine carbon particles, and the carbon (carbon particles) forming the outer shell portion can be substantially composed of only carbon atoms. Examples of carbon particles constituting the outer shell portion (that is, carbon particles that are carbon raw materials used in the production method disclosed herein) include carbon black, activated carbon, activated carbon fiber, carbon nanotube, fullerene, and the like.
The thickness of the outer shell is 20 nm to 1 μm, preferably 40 nm to 600 nm, more preferably 40 nm to 500 nm.
図２に示すように、多孔質カーボン粒子は中空の粒子であり、その内部に内部空間が形成されている。本発明を特に限定するものではないが、この内部空間の形状は略球形状であるとよい。内部空間の形状が略球形状である場合、内部空間の径は、例えば、５０〜６００ｎｍ、好ましくは１００〜５００ｎｍ程度である。 As shown in FIG. 2, the porous carbon particles are hollow particles, and an internal space is formed therein. Although the present invention is not particularly limited, the shape of the internal space is preferably a substantially spherical shape. When the shape of the internal space is a substantially spherical shape, the diameter of the internal space is, for example, about 50 to 600 nm, preferably about 100 to 500 nm.
内部空間と連通する微細孔は外殻部に複数形成されている。多孔質カーボン粒子１個あたりの微細孔の数は特に限定されるものではないが、概ね２〜２５０個、典型的には１０〜２００個、例えば５０〜１００個である。また、複数形成された微細孔の平均孔径（電子顕微鏡観察に基づいて計算される平均値。以下同じ。）は、１０ｎｍ〜５００ｎｍ、好ましくは２０ｎｍ〜４００ｎｍ、より好ましくは７５ｎｍ〜１５０ｎｍ程度である。 A plurality of fine holes communicating with the internal space are formed in the outer shell. The number of micropores per porous carbon particle is not particularly limited, but is generally 2 to 250, typically 10 to 200, for example 50 to 100. Moreover, the average pore diameter (average value calculated based on observation with an electron microscope; the same shall apply hereinafter) of a plurality of formed micropores is about 10 nm to 500 nm, preferably 20 nm to 400 nm, and more preferably about 75 nm to 150 nm.
次に、上記多孔質カーボン粒子を製造する方法を説明する。
まず、炭素粒子とポリマー粒子が分散媒中に分散した分散液を用意する。当該分散液を用意するにあたっては、例えば、上記材料を混合することで分散液を調製してもよいし、上記材料が予め調製されている分散液を購入してもよい。
Next, a method for producing the porous carbon particles will be described.
First, a dispersion liquid in which carbon particles and polymer particles are dispersed in a dispersion medium is prepared. In preparing the dispersion, for example, the dispersion may be prepared by mixing the materials, or a dispersion in which the materials are prepared in advance may be purchased.
炭素粒子は、外殻部を形成するための材料であり、この炭素粒子が凝集することによって多孔質カーボン粒子の外殻部が形成される。ここで用いられる炭素粒子は、上述のように、実質的に炭素原子のみで構成されているものであればよく、特に限定されるものではない。また、炭素粒子の平均粒径は、２０〜１００ｎｍ（好ましくは２０〜９０ｎｍ、より好ましくは２５〜８０ｎｍ、例えば７５±５ｎｍ）程度であるとよい。 The carbon particles are a material for forming the outer shell portion, and the outer shell portion of the porous carbon particles is formed by aggregation of the carbon particles. The carbon particles used here are not particularly limited as long as they are substantially composed of only carbon atoms as described above. The average particle diameter of the carbon particles is preferably about 20 to 100 nm (preferably 20 to 90 nm, more preferably 25 to 80 nm, for example, 75 ± 5 nm).
ポリマー粒子は、炭素粒子とは異なる有機高分子化合物からなる粒子である。このポリマー粒子は、加熱によって分解・蒸発するものが好ましく用いられる。ここで開示されるポリマー粒子としては、例えば、ポリスチレン、ポリエチレンオキシド、或いはその他にポリオレフィン系高分子化合物（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン）などから成る粒子を好ましく用いることができる。この種の微細なポリマー粒子としては、所定の分散媒に分散した系（ラテックス）で提供されるいわゆるラテックス粒子を好適に使用することができる。ラテックス粒子は、一般にほぼ球形状であり粒度分布が小さいため、本発明の製造方法の適用する材料（ポリマー粒子）として好ましく使用することができる。なかでも、ポリスチレンからなるラテックス粒子（ポリスチレンラテックスビーズともいう。以下、「ＰＳＬ」と称する。）を好ましく用いることができる。また、使用するポリマー粒子の平均粒径は、使用する炭素粒子よりも大きい径のものが好ましく、具体的には、１００〜６００ｎｍ（好ましくは１５０〜５５０ｎｍ、より好ましくは２００〜５００ｎｍ、例えば４００±５０ｎｍ）程度であるとよい。 The polymer particles are particles made of an organic polymer compound different from the carbon particles. As the polymer particles, those that decompose and evaporate by heating are preferably used. As the polymer particles disclosed herein, for example, particles made of polystyrene, polyethylene oxide, or other polyolefin polymer compounds (for example, polyethylene, polypropylene) can be preferably used. As this type of fine polymer particles, so-called latex particles provided in a system (latex) dispersed in a predetermined dispersion medium can be suitably used. Since latex particles are generally spherical and have a small particle size distribution, they can be preferably used as materials (polymer particles) to which the production method of the present invention is applied. Among these, latex particles made of polystyrene (also referred to as polystyrene latex beads, hereinafter referred to as “PSL”) can be preferably used. The average particle size of the polymer particles used is preferably larger than that of the carbon particles used, and specifically, 100 to 600 nm (preferably 150 to 550 nm, more preferably 200 to 500 nm, for example 400 ± 50 nm) or so.
分散媒は、炭素粒子とポリマー粒子とを適切に分散させることができるものであればよく、ポリマー粒子が溶解しないような液体が特に好ましく用いられる。ここで、分散媒の一例としては、水、エタノール、イソプロパノール、アセトンなどを挙げられる。これらの中でも、上記各粒子の分散性や製造コストを考慮すると、水が特に好ましく用いられる。 The dispersion medium is not particularly limited as long as it can appropriately disperse the carbon particles and the polymer particles, and a liquid that does not dissolve the polymer particles is particularly preferably used. Here, examples of the dispersion medium include water, ethanol, isopropanol, and acetone. Among these, water is particularly preferably used in consideration of the dispersibility of each particle and the production cost.
分散液を調製する際には、所定量の炭素粒子とポリマー粒子を分散媒に添加して十分に混合する混合処理が行われる。この混合処理には、液体を混合するために用いられる従来公知の装置を用いることができ、例えば、攪拌混合やポットミリングなどが用いられる。特に攪拌混合を用いた場合、粒子が均質に分散した分散液を調製できるため好ましい。
また、炭素粒子とポリマー粒子を分散媒に添加する量は、目的とする多孔質カーボン粒子の粒径や内部空洞の径、外殻部の厚みなどに応じて、適宜調整することができる。
特に限定するものではないが、分散液中における炭素粒子（Ｃ）に対して使用するポリマー粒子（Ｐ）の重量比（Ｐ／Ｃ）が０．５〜１２（好ましくは１〜１０、より好ましくは１〜６）程度になるようにこれら粒子材料を混合することが好ましい。
When preparing the dispersion, a mixing process is performed in which a predetermined amount of carbon particles and polymer particles are added to the dispersion medium and sufficiently mixed. For this mixing process, a conventionally known apparatus used for mixing liquids can be used, for example, stirring and mixing, pot milling, or the like is used. In particular, the use of stirring and mixing is preferable because a dispersion in which particles are uniformly dispersed can be prepared.
The amount of carbon particles and polymer particles added to the dispersion medium can be appropriately adjusted according to the particle diameter of the target porous carbon particles, the diameter of the internal cavity, the thickness of the outer shell, and the like.
Although not particularly limited, the weight ratio (P / C) of the polymer particles (P) used with respect to the carbon particles (C) in the dispersion is 0.5 to 12 (preferably 1 to 10, more preferably These particle materials are preferably mixed so as to be about 1 to 6).
次に、分散液を霧状の液滴にして加熱炉内に噴霧する。分散液を霧状の液滴に噴霧する具体的な方法については、例えば、２流体ノズル、超音波噴霧器などを用いるとよい。これらの機器を用いることによって、分散液をサブマイクロ〜マイクロオーダーの微細な液滴を霧状に噴霧させるができる。
液滴の液滴径の一例を挙げると、０．１〜１０μｍ、好ましくは１〜６μｍ、更に好ましくは２〜５μｍ程度である。この場合、従来の製造方法で製造した場合に比べて、さらに粒径の小さな多孔質カーボン粒子を容易に作製することができる。
Next, the dispersion is made into mist droplets and sprayed into the heating furnace. As a specific method for spraying the dispersion liquid onto the mist-like droplets, for example, a two-fluid nozzle, an ultrasonic sprayer, or the like may be used. By using these devices, it is possible to spray fine droplets of sub-micro to micro order in the form of mist.
An example of the droplet diameter is 0.1 to 10 μm, preferably 1 to 6 μm, and more preferably about 2 to 5 μm. In this case, it is possible to easily produce porous carbon particles having a smaller particle diameter compared to the case of manufacturing by a conventional manufacturing method.
次に、噴霧された液滴を加熱炉内で加熱することにより、分散媒を蒸発させて混合凝集体を形成する。詳しく説明すると、このときの加熱炉内では、分散媒が蒸発し、且つ、混合凝集体中からポリマー成分が取り除かれない程度の温度域（好ましくは１００℃以上３００℃以下、より好ましくは１５０℃以上２５０℃以下、例えば２００℃程度）で分散液の液滴を加熱する。これによって、液滴中に分散していた炭素粒子とポリマー粒子とが凝集しながら析出する。このときに、複数の炭素粒子が凝集しながらポリマー粒子の表面に付着し、混合凝集体が形成される。 Next, the sprayed droplets are heated in a heating furnace to evaporate the dispersion medium and form a mixed aggregate. More specifically, in the heating furnace at this time, the temperature range (preferably 100 ° C. or more and 300 ° C. or less, more preferably 150 ° C.) in which the dispersion medium evaporates and the polymer component is not removed from the mixed aggregate. The liquid droplets are heated at a temperature of 250 ° C. or lower (eg, about 200 ° C.). As a result, the carbon particles and the polymer particles dispersed in the droplets are deposited while being aggregated. At this time, a plurality of carbon particles adhere to the surface of the polymer particles while aggregating to form a mixed aggregate.
次に、上記混合凝集体をさらに加熱することにより、ポリマー成分を除去する。ここで、かかるポリマー成分の除去の態様としては、例えば、ポリマー成分の蒸発による除去、ポリマー成分の分解による除去、加熱に伴う燃焼による除去などが例として挙げられる。なお、かかる除去の態様は上述の例に限られるものではない。
混合凝集体中からポリマー成分を除去するための加熱処理を行うと、当該ポリマー成分が気体になり、気体となったポリマー成分の圧力によってポリマー粒子の表面に付着していた炭素粒子の凝集体に微細な穴が開く。当該微細な穴を通って、気体となったポリマー成分が混合凝集体の外部へ抜け、混合凝集体におけるポリマー粒子が配置されていた部分（中心部分）が空洞化する。これによって、中空であり、微細な穴が複数形成された炭素粒子の凝集体が形成される。この炭素粒子の凝集体が外殻部になり、上記微細な穴が微細孔となり、空洞化した中心部分が内部空間になり、外殻部と微細孔と内部空間を有した多孔質カーボン粒子が形成される。
Next, the mixed aggregate is further heated to remove the polymer component. Here, as an aspect of the removal of the polymer component, for example, removal by evaporation of the polymer component, removal by decomposition of the polymer component, removal by combustion accompanying heating, and the like can be given as examples. In addition, the aspect of this removal is not restricted to the above-mentioned example.
When heat treatment is performed to remove the polymer component from the mixed aggregate, the polymer component becomes a gas, and the aggregate of the carbon particles attached to the surface of the polymer particle due to the pressure of the polymer component that has become a gas A fine hole opens. Through the fine hole, the polymer component that has become a gas flows out to the outside of the mixed aggregate, and the portion (center portion) where the polymer particles are arranged in the mixed aggregate is hollowed out. Thus, an aggregate of carbon particles that are hollow and in which a plurality of fine holes are formed is formed. The aggregate of the carbon particles becomes an outer shell, the fine hole becomes a fine hole, the hollowed central portion becomes an internal space, and the porous carbon particles having the outer shell, the fine hole, and the internal space are formed. It is formed.
なお、上述のポリマー成分を除去するための加熱処理は、ポリマー成分を除去（蒸発・分解など）でき、且つ、炭素粒子が酸化しないように行うことが好ましい。このように加熱処理を行うには、加熱温度や加熱環境を調整するとよい。例えば、加熱温度については、４００℃以上１１００℃以下、好ましくは５００℃以上１０５０℃以下に調整する。
なお、ここでの加熱温度を比較的に高温域（８００℃以上１１００℃以下、好ましくは９００℃以上１０５０℃以下）に設定した場合には、加熱処理を不活性ガス（例えば、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）など）の雰囲気下で行うとよい。この場合、加熱による炭素粒子の酸化を防止しながらポリマー成分を除去することができるので、炭素粒子が酸化しておらず、ポリマー成分が好適に除去されているような、品質に優れた多孔質カーボン粒子を製造することができる。
一方、加熱温度を比較的低温域（４００℃以上７００℃以下、好ましくは５００℃以上６５０℃以下）に設定した場合には、加熱処理を酸化性ガス（例えば、酸素含有ガス（特に好ましくは空気））の雰囲気下で行うとよい。この場合、酸化性ガスがポリマー成分の除去（蒸発・分解）を補助するため、比較的低温域でもポリマー成分を適切に除去することができる。加熱処理を比較的低温域で行うメリットとしては、加熱炉の耐久性低下の防止、温度上昇に要する燃料費の低減など、低コストで多孔質カーボン粒子の製造が可能になることが挙げられる。さらに、酸化性ガスとして空気を用いた場合には、キャリアーガスのコストを低減させることができるので、製造コストを更に低減させることができる。
The heat treatment for removing the polymer component is preferably performed so that the polymer component can be removed (evaporation / decomposition etc.) and the carbon particles are not oxidized. In order to perform the heat treatment in this manner, the heating temperature and the heating environment may be adjusted. For example, the heating temperature is adjusted to 400 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower, preferably 500 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower.
Note that in the case where the heating temperature is set to a relatively high temperature range (800 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower, preferably 900 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower), the heat treatment is performed using an inert gas (for example, nitrogen (N 2 ), Argon (Ar), helium (He), or the like. In this case, since the polymer component can be removed while preventing the carbon particles from being oxidized by heating, the porous material has excellent quality such that the carbon particles are not oxidized and the polymer component is suitably removed. Carbon particles can be produced.
On the other hand, when the heating temperature is set to a relatively low temperature range (400 ° C. or more and 700 ° C. or less, preferably 500 ° C. or more and 650 ° C. or less), the heat treatment is performed using an oxidizing gas (for example, an oxygen-containing gas (particularly preferably air). )). In this case, since the oxidizing gas assists the removal (evaporation / decomposition) of the polymer component, the polymer component can be appropriately removed even at a relatively low temperature range. Advantages of performing the heat treatment in a relatively low temperature range include that it is possible to produce porous carbon particles at low cost, such as prevention of a decrease in durability of the heating furnace and reduction in fuel cost required for temperature increase. Furthermore, when air is used as the oxidizing gas, the cost of the carrier gas can be reduced, so that the manufacturing cost can be further reduced.
また、上記ポリマー成分を除去する際の加熱温度を変更すると、炭素粒子に対するポリマー粒子の重量比（Ｐ／Ｃ）の好適な値にも影響を与える。例えば、ポリマー成分を除去する際の加熱温度を比較的高温域（例えば８００℃以上１１００℃以下）に設定した場合、炭素粒子に対するポリマー粒子の重量比（Ｐ／Ｃ）が比較的少なく（０．５〜２、好ましくは１〜１．５）なるように分散液を調製するとよい。
一方、加熱温度を比較的低温域（４００℃以上７００℃以下）に設定した場合、炭素粒子に対するポリマー粒子の重量比（Ｐ／Ｃ）が比較的多く（４以上１０以下、好ましくは４．５以上６以下）なるように分散液を調製するとよい。
Moreover, if the heating temperature at the time of removing the said polymer component is changed, it will affect the suitable value of the weight ratio (P / C) of the polymer particle with respect to a carbon particle. For example, when the heating temperature for removing the polymer component is set to a relatively high temperature range (for example, 800 ° C. or more and 1100 ° C. or less), the weight ratio (P / C) of the polymer particles to the carbon particles is relatively small (0. 5 to 2, preferably 1 to 1.5).
On the other hand, when the heating temperature is set in a relatively low temperature range (400 ° C. or more and 700 ° C. or less), the weight ratio (P / C) of the polymer particles to the carbon particles is relatively large (4 or more and 10 or less, preferably 4.5 The dispersion may be prepared so that the above is 6 or less.
また、上記分散液の液滴を加熱炉内で加熱する時間については、分散液１ｍｌを加熱炉で加熱する場合、０．５〜１０分、好ましくは１〜５分、より好ましくは１〜３分、例えば１．３分程度に設定する。上述の範囲内の時間で分散液の液滴を加熱すると、好適な多孔質カーボン粒子を形成することができる。このように、ここで開示される製造方法では、従来よりも大幅に短い時間であっても好適な多孔質カーボン粒子を製造することができる。 Moreover, about the time which heats the droplet of the said dispersion liquid in a heating furnace, when heating 1 ml of dispersion liquid in a heating furnace, it is 0.5 to 10 minutes, Preferably it is 1 to 5 minutes, More preferably, it is 1-3. Minutes, for example, about 1.3 minutes. When the dispersion liquid droplets are heated for a time within the above range, suitable porous carbon particles can be formed. Thus, with the manufacturing method disclosed here, suitable porous carbon particles can be manufactured even in a significantly shorter time than in the past.
ここで開示される多孔質カーボン粒子の用途を以下に例示する。
上記多孔質カーボン粒子は、例えば、吸着剤として用いることができる。この場合、上記多孔質カーボン粒子を多数含んだ固形（若しくはペースト状）のカーボン材料を形成し吸着剤として用いる。この場合、カーボン材料中に含まれる多孔質カーボン粒子の粒径が従来よりも小さいため、カーボン材料全体における多孔質カーボン粒子の表面積が従来に比べて増大する。したがって、上記多孔質カーボン粒子を吸着剤として用いると、当該吸着剤の吸着性能を向上させることができる。
また、上記多孔質カーボン粒子は、例えば、金属微粒子（例えば、燃料電池の触媒として用いられ得る白金および白金の合金）の担体としても用いることができる。この場合、多孔質カーボン粒子を多数含んだ固形（若しくはペースト状）のカーボン材料を形成し、当該カーボン材料を金属微粒子の担体として用いる。かかるカーボン材料の担体では、上記多孔質カーボン粒子の表面に金属微粒子が担持されるため、粒径の小さな多孔質カーボン粒子を多く含むカーボン材料では、多孔質カーボン粒子の表面積が従来よりも広くなっている。したがって、従来よりも粒径の小さな多孔質カーボン粒子を有するカーボン材料を金属微粒子の担体として用いると、従来よりも多くの金属微粒子を担持することができる。
このように、ここで開示される多孔質カーボン粒子は、様々な分野に使用されるカーボン材料の性能を向上させることができる。
Examples of the use of the porous carbon particles disclosed herein are exemplified below.
The porous carbon particles can be used as an adsorbent, for example. In this case, a solid (or pasty) carbon material containing many porous carbon particles is formed and used as an adsorbent. In this case, since the particle diameter of the porous carbon particles contained in the carbon material is smaller than the conventional one, the surface area of the porous carbon particles in the entire carbon material is increased as compared with the conventional one. Therefore, when the porous carbon particles are used as an adsorbent, the adsorption performance of the adsorbent can be improved.
The porous carbon particles can also be used, for example, as a carrier for metal fine particles (for example, platinum and platinum alloys that can be used as a catalyst for a fuel cell). In this case, a solid (or pasty) carbon material containing many porous carbon particles is formed, and the carbon material is used as a carrier for metal fine particles. In such a carbon material carrier, metal fine particles are supported on the surface of the porous carbon particles. Therefore, in the carbon material containing many porous carbon particles having a small particle diameter, the surface area of the porous carbon particles is wider than before. ing. Therefore, when a carbon material having porous carbon particles having a smaller particle diameter than the conventional one is used as a carrier for metal fine particles, more metal fine particles can be supported than before.
As described above, the porous carbon particles disclosed herein can improve the performance of carbon materials used in various fields.
以上、本発明の好適な実施形態について説明した。上述した多孔質カーボン粒子の製造方法は、例えば、図３で模式的に示すような装置１００を用いて実施することができる。この装置１００は、大まかに言って、分散液Ｌ１を噴霧する噴霧部１０と、該噴霧された分散液Ｌ１の液滴Ｌ２を加熱する加熱炉２０と、形成された粒子を捕集する捕集部３０とから構成されている。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. The above-described method for producing porous carbon particles can be carried out, for example, using an apparatus 100 as schematically shown in FIG. In general, the apparatus 100 includes a spray unit 10 that sprays the dispersion liquid L1, a heating furnace 20 that heats the droplets L2 of the sprayed dispersion liquid L1, and a trap that collects the formed particles. Part 30.
噴霧部は分散液を霧状に噴霧させることのできる部材であり、図３で示す噴霧部１０はキャリアーガスを高圧で吹き出すことで分散液Ｌ１を噴霧する二流体ノズル１２と、当該二流体ノズル１２にキャリアーガスを供給するガス供給ユニット１４とから構成されている。二流体ノズル１２は、従来公知の装置（いけうち社製、ＢＩＭ型シリーズなど）を用いることができ、例えば、ノズル先端の径が２００μｍ〜６００μｍ（例えば４００μｍ）であるものが好ましい。ガス供給ユニット１４は、例えば、流速３Ｌ／ｍｉｎ〜１０Ｌ／ｍｉｎでキャリアーガスを供給することができるものが好ましい。また、ガス供給ユニット１４から供給されるキャリアーガスは、不活性ガス（例えば、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）など）若しくは酸化性ガス（例えば、酸素ガス（特に好ましくは空気））を用いることができる。
また、噴霧部１０は、二流体ノズル１２で噴霧された液滴Ｌ２を加熱炉２０内に供給できるように加熱炉２０に接続されている。
The spray unit is a member capable of spraying the dispersion liquid in the form of a mist, and the spray unit 10 shown in FIG. 3 includes a two-fluid nozzle 12 that sprays the dispersion liquid L1 by blowing out carrier gas at a high pressure, and the two-fluid nozzle. And a gas supply unit 14 for supplying a carrier gas to 12. As the two-fluid nozzle 12, a conventionally known device (manufactured by Ikeuchi Co., Ltd., BIM type series) can be used. The gas supply unit 14 is preferably capable of supplying the carrier gas at a flow rate of 3 L / min to 10 L / min, for example. The carrier gas supplied from the gas supply unit 14 is an inert gas (for example, nitrogen (N 2 ), argon (Ar), helium (He), etc.) or an oxidizing gas (for example, oxygen gas (particularly preferably). Air)).
The spray unit 10 is connected to the heating furnace 20 so that the droplets L2 sprayed by the two-fluid nozzle 12 can be supplied into the heating furnace 20.
加熱炉は、噴霧された液滴を複数の異なる温度域で加熱することができる装置であるとよい。図３に示す加熱炉２０は、噴霧された液滴Ｌ２を輸送させる輸送管２２と、当該輸送管２２の内部を加熱するヒータ２４とから構成されている。
輸送管２２は、内部空洞を有した筒状の部品であり、長手方向における一端が上記二流体ノズル１２に接続されており、他端が後述の電気集塵装置３２に接続されている。特に限定するものではないが、輸送管２２は、全体で０．４〜３Ｌ程度の容量を有しているものが適当であり、例えば０．９Ｌ程度の容量を有しているものを好ましく用いることができる。また、輸送管２２の径は、５ｍｍ〜２０ｍｍ程度が適当であり、１３ｍｍ程度であるとより好ましい。
ヒータ２４は、輸送管２２の周方向を覆うように配置されており、ヒータ２４が発熱することによって、輸送管２２の内部空洞が加熱される。また、この装置１００では、ヒータ２４は複数のヒータ部２４ａ〜２４ｅから構成されており、ヒータ部２４ａ〜２４ｅは輸送管２２の長手方向に沿って連続して配置されている。複数のヒータ部２４ａ〜２４ｅのうち、第１ヒータ部２４ａは加熱炉２０の入口側（噴霧部１０側）に配置されており、以下、加熱炉２０の出口側（捕集部３０側）に向かって第２ヒータ部２４ｂ、第３ヒータ部２４ｃ、第４ヒータ部２４ｄ、第５ヒータ部２４ｅの順に連続して配置されている。上記複数のヒータ部２４ａ〜２４ｅには電気加熱装置などを用いることができ、それぞれのヒータ部２４ａ〜２４ｅが独立して加熱温度を制御できる。これによって、加熱炉２０内部（輸送管２２の内部）の温度を部分的に調整することができる。
The heating furnace may be an apparatus that can heat the sprayed droplets at a plurality of different temperature ranges. The heating furnace 20 shown in FIG. 3 includes a transport pipe 22 that transports the sprayed liquid droplets L2 and a heater 24 that heats the inside of the transport pipe 22.
The transport pipe 22 is a cylindrical part having an internal cavity, one end in the longitudinal direction is connected to the two-fluid nozzle 12, and the other end is connected to an electric dust collector 32 described later. Although it does not specifically limit, what has the capacity | capacitance of about 0.4-3L is suitable for the transport pipe 22 as a whole, For example, what has a capacity | capacitance of about 0.9L is used preferably. be able to. Further, the diameter of the transport pipe 22 is suitably about 5 mm to 20 mm, and more preferably about 13 mm.
The heater 24 is disposed so as to cover the circumferential direction of the transport pipe 22, and the internal cavity of the transport pipe 22 is heated when the heater 24 generates heat. Further, in this apparatus 100, the heater 24 is composed of a plurality of heater parts 24 a to 24 e, and the heater parts 24 a to 24 e are continuously arranged along the longitudinal direction of the transport pipe 22. The 1st heater part 24a is arrange | positioned among the some heater parts 24a-24e at the inlet side (spraying part 10 side) of the heating furnace 20, and, on the outlet side (collecting part 30 side) of the heating furnace 20 hereafter. The second heater part 24b, the third heater part 24c, the fourth heater part 24d, and the fifth heater part 24e are sequentially arranged in this order. An electric heating device or the like can be used for the plurality of heater portions 24a to 24e, and each heater portion 24a to 24e can independently control the heating temperature. Thereby, the temperature inside the heating furnace 20 (inside the transport pipe 22) can be partially adjusted.
さらに、ここで開示される装置１００は、加熱炉２０の下流に捕集部３０を設けている。捕集部３０は、キャリアーガス中の多孔質カーボン粒子を捕集する電気集塵装置３２と、ポリマー成分を除去（蒸発・分解など）する際に生じたガスを捕集するトラップ３４とから構成されている。電気集塵装置３２は、キャリアーガス中に滞留している多孔質カーボン粒子を帯電させることによって捕集する装置である。また、トラップ３４は、ポリマー成分から生じたガスを含んだキャリアーガスを水中にバブリングすることによって、上記ポリマー成分由来のガスを捕集する。 Furthermore, the apparatus 100 disclosed here includes a collection unit 30 downstream of the heating furnace 20. The collection unit 30 includes an electrostatic precipitator 32 that collects porous carbon particles in the carrier gas, and a trap 34 that collects gas generated when the polymer component is removed (evaporation / decomposition, etc.). Has been. The electric dust collector 32 is a device that collects the porous carbon particles staying in the carrier gas by charging them. The trap 34 collects the gas derived from the polymer component by bubbling a carrier gas containing the gas generated from the polymer component into water.
上記装置１００を用いて上述の製造方法を実施する手順を説明する。まず、噴霧部１０の二流体ノズル１２へ分散液Ｌ１とキャリアーガスを供給する。これによって、二流体ノズル１２内において、高圧のキャリアーガスに分散液Ｌ１が衝突して、分散液Ｌ１が霧状の液滴Ｌ２として噴霧される。そして、キャリアーガスによって霧状の液滴Ｌ２を加熱炉２０へ供給し、液滴Ｌ２を加熱炉２０の輸送管２２内に噴霧する。噴霧された液滴Ｌ２は、キャリアーガスの流れに伴い、加熱炉２０の上流側（即ち第１ヒータ部２４ａ側）から下流側（即ち第５ヒータ部２４ｅ側）に向かって流動する。なお、このとき、キャリアーガスに酸化性ガスを用いていれば加熱炉２０内は酸化性ガス雰囲気になり、不活性ガスを用いていれば加熱炉２０内は不活性ガス雰囲気になる。
ここで、各々のヒータ部２４ａ〜２４ｅが輸送管２２内を加熱する温度を予め定めておく。例えば、分散液Ｌ２中の分散媒が蒸発し、且つ、ポリマー成分が取り除かれない（蒸発しない）程度の温度域（例えば１００℃以上３００℃以下）に第１ヒータ部２４ａの温度を設定するとよい。そして、残りのヒータ部２４ｂ〜２４ｅを、ポリマー成分を除去でき、且つ、炭素粒子が酸化しない程度の温度域（例えば４００℃以上１１００℃以下）に設定するとよい。これによって、液滴Ｌ２が第１ヒータ部２４ａを通過すると、液滴Ｌ２中の分散媒が蒸発し、混合凝集体Ａが形成される。そして、混合凝集体Ａが残りのヒータ部２４ｂ〜２４ｅを通過すると、混合凝集体Ａからポリマー成分が除去され、多孔質カーボン粒子Ｐが形成される。以上の工程において、加熱炉２０内全体で分散液Ｌ１（混合凝集体Ａ）が加熱される時間は、分散液１ｍｌあたり１〜３ｍｉｎ程度であるとよい。
形成された多孔質カーボン粒子Ｐは、キャリアーガス中を滞留しながら、捕集部３０へ移送され、電気集塵装置３２で捕集される。そして、多孔質カーボン粒子Ｐがキャリアーガスは排気装置３４を通過して装置１００の外部へ排気される。
このように、装置１００を用いれば、ここで開示される多孔質カーボン粒子の製造方法を実施することができる。
A procedure for performing the above manufacturing method using the apparatus 100 will be described. First, the dispersion liquid L1 and the carrier gas are supplied to the two-fluid nozzle 12 of the spray unit 10. As a result, in the two-fluid nozzle 12, the dispersion liquid L1 collides with the high-pressure carrier gas, and the dispersion liquid L1 is sprayed as mist-like droplets L2. Then, the mist droplet L2 is supplied to the heating furnace 20 by the carrier gas, and the droplet L2 is sprayed into the transport pipe 22 of the heating furnace 20. The sprayed droplet L2 flows from the upstream side (that is, the first heater portion 24a side) to the downstream side (that is, the fifth heater portion 24e side) of the heating furnace 20 with the flow of the carrier gas. At this time, if an oxidizing gas is used as the carrier gas, the inside of the heating furnace 20 becomes an oxidizing gas atmosphere, and if an inert gas is used, the inside of the heating furnace 20 becomes an inert gas atmosphere.
Here, the temperature at which the heaters 24a to 24e heat the inside of the transport pipe 22 is determined in advance. For example, the temperature of the first heater unit 24a may be set in a temperature range (for example, 100 ° C. or more and 300 ° C. or less) such that the dispersion medium in the dispersion L2 evaporates and the polymer component is not removed (not evaporated). . And it is good to set the remaining heater parts 24b-24e to the temperature range (for example, 400 degreeC or more and 1100 degrees C or less) which can remove a polymer component, and a carbon particle is not oxidized. Thus, when the droplet L2 passes through the first heater section 24a, the dispersion medium in the droplet L2 evaporates, and the mixed aggregate A is formed. And when the mixed aggregate A passes the remaining heater parts 24b-24e, a polymer component will be removed from the mixed aggregate A, and the porous carbon particle P will be formed. In the above process, the time for which the dispersion liquid L1 (mixed aggregate A) is heated in the entire heating furnace 20 is preferably about 1 to 3 minutes per 1 ml of the dispersion liquid.
The formed porous carbon particles P are transferred to the collection unit 30 while staying in the carrier gas and collected by the electric dust collector 32. Then, the porous carbon particles P are exhausted to the outside of the device 100 through the exhaust device 34.
Thus, if the apparatus 100 is used, the manufacturing method of the porous carbon particle disclosed here can be implemented.
次に、本発明に関する実施例を説明するが、本発明を以下の実施例に示すものに限定することを意図したものではない。以下の実施例では、それぞれに異なったプロセスで作製された多孔質カーボン材料（サンプル１〜１１）を作製し、各サンプルの性能を評価した。 EXAMPLES Next, examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the following examples. In the following examples, porous carbon materials (samples 1 to 11) produced by different processes were produced, and the performance of each sample was evaluated.
〈サンプル１〉
炭素粒子として平均粒径２７ｎｍのカーボンブラック粒子を用い、ポリマー粒子として平均粒径４００ｎｍのＰＳＬを用いた。このカーボンブラック粒子とＰＳＬとを重量比（Ｐ／Ｃ）が１０．６になるように混合し、分散媒（水）と混合させて、ＰＳＬとカーボンブラック粒子の質量割合がトータルで分散液全体の１ｍａｓｓ％となる分散液を調製した。
<Sample 1>
Carbon black particles having an average particle size of 27 nm were used as carbon particles, and PSL having an average particle size of 400 nm was used as polymer particles. The carbon black particles and PSL are mixed so that the weight ratio (P / C) is 10.6, and mixed with a dispersion medium (water), so that the mass ratio of PSL and carbon black particles is total and the entire dispersion liquid is mixed. A dispersion liquid of 1 mass% was prepared.
次に、図３に示すような装置１００の二流体ノズル１２に供給するキャリアーガスを酸化ガスである空気に設定して、その流速を５Ｌ／ｍｉｎにした。そして、上記分散液を二流体ノズル１２に供給して、液滴径が２〜５μｍの霧状の液滴になるように上記分散液を噴霧し、噴霧後の液滴を加熱炉２０に移送した。 Next, the carrier gas supplied to the two-fluid nozzle 12 of the apparatus 100 as shown in FIG. 3 was set to air as an oxidizing gas, and the flow rate was set to 5 L / min. Then, the dispersion liquid is supplied to the two-fluid nozzle 12, the dispersion liquid is sprayed so that the droplet diameter is 2 to 5 μm, and the sprayed liquid droplets are transferred to the heating furnace 20. did.
次いで、加熱炉２０（輸送管２２）内に噴霧された液滴を、加熱炉２０の上流側から下流側に向かって流動させながら、加熱処理を実施した。この際、液滴中の分散媒を蒸発させるために第１ヒータ部２４ａの加熱温度を２００℃に設定した。また、混合凝集体中のポリマー成分を除去するために、その他のヒータ部（第２ヒータ部２４ｂ〜第５ヒータ部２４ｅ）の加熱温度を６００℃に設定した。また、噴霧された液滴Ｌ２が加熱炉２０内で１ｍｌあたり１．３分間加熱されるように、加熱炉２０内でのキャリアーガスの流速を調整した。この加熱炉２０内を分散液の液滴Ｌ２を輸送することによって、上記分散液の液滴Ｌ２が混合凝集体Ａになり、混合凝集体Ａから多孔質カーボン粒子Ｐが形成された。そして、形成された多孔質カーボン粒子Ｐを電気集塵装置３２で捕集して多孔質カーボン粒子Ｐを得た。以下、ここで得られた多孔質カーボン粒子を「サンプル１」と称する。 Next, heat treatment was performed while the droplets sprayed into the heating furnace 20 (transport pipe 22) were allowed to flow from the upstream side to the downstream side of the heating furnace 20. At this time, the heating temperature of the first heater section 24a was set to 200 ° C. in order to evaporate the dispersion medium in the droplets. Moreover, in order to remove the polymer component in the mixed aggregate, the heating temperature of the other heater parts (second heater part 24b to fifth heater part 24e) was set to 600 ° C. Further, the flow rate of the carrier gas in the heating furnace 20 was adjusted so that the sprayed droplet L2 was heated in the heating furnace 20 for 1.3 minutes per ml. By transporting the dispersion liquid droplets L2 in the heating furnace 20, the dispersion liquid droplets L2 became the mixed aggregate A, and the porous carbon particles P were formed from the mixed aggregate A. And the formed porous carbon particle P was collected with the electric dust collector 32, and the porous carbon particle P was obtained. Hereinafter, the porous carbon particles obtained here are referred to as “sample 1”.
〈サンプル２〉
ここでは、炭素粒子として平均粒径７５ｎｍのカーボンブラック粒子を用いた以外は、上記サンプル１と同様のプロセスを経て多孔質カーボン粒子を得た。ここで得られた多孔質カーボン粒子を「サンプル２」と称する。
<Sample 2>
Here, porous carbon particles were obtained through the same process as Sample 1 except that carbon black particles having an average particle diameter of 75 nm were used as carbon particles. The porous carbon particles obtained here are referred to as “Sample 2”.
〈サンプル３〉
ここでは、Ｐ／Ｃ＝５．３になるようにＰＳＬとカーボンブラック粒子を混合して分散液を調製した以外は、上記サンプル１と同様のプロセスを経て多孔質カーボン粒子を得た。ここで得られた多孔質カーボン粒子を「サンプル３」と称する。
<Sample 3>
Here, porous carbon particles were obtained through the same process as Sample 1 except that the dispersion was prepared by mixing PSL and carbon black particles so that P / C = 5.3. The porous carbon particles obtained here are referred to as “Sample 3”.
〈サンプル４〉
ここでは、炭素粒子として平均粒径７５ｎｍのカーボンブラック粒子を用い、Ｐ／Ｃ＝５．３になるようにＰＳＬとカーボンブラック粒子を混合して分散液を調製した以外は、上記サンプル１と同様のプロセスを経て多孔質カーボン粒子を得た。ここで得られた多孔質カーボン粒子を「サンプル４」と称する。
<Sample 4>
Here, carbon black particles having an average particle diameter of 75 nm were used as carbon particles, and the dispersion liquid was prepared by mixing PSL and carbon black particles so that P / C = 5.3. Through these processes, porous carbon particles were obtained. The porous carbon particles obtained here are referred to as “Sample 4”.
〈サンプル５〉
ここでは、キャリアーガスを不活性ガスであるＮ２ガス（流速５Ｌ／ｍｉｎ）にした以外は、上記サンプル４と同様のプロセスを経て多孔質カーボン粒子を得た。ここで得られた多孔質カーボン粒子を「サンプル５」と称する。
<Sample 5>
Here, porous carbon particles were obtained through the same process as Sample 4 except that the carrier gas was an inert gas N 2 gas (flow rate 5 L / min). The porous carbon particles obtained here are referred to as “Sample 5”.
〈サンプル６〉
ここでは、Ｐ／Ｃ＝２．６になるようにＰＳＬとカーボンブラック粒子を混合して分散液を調製した以外は、上記サンプル１と同様のプロセスを経て多孔質カーボン粒子を得た。ここで得られた多孔質カーボン粒子を「サンプル６」と称する。
<Sample 6>
Here, porous carbon particles were obtained through the same process as Sample 1 except that PSL and carbon black particles were mixed to prepare a dispersion so that P / C = 2.6. The porous carbon particles obtained here are referred to as “Sample 6”.
上記サンプル１〜６の作製条件を下記の表１に纏める。 The production conditions of Samples 1 to 6 are summarized in Table 1 below.
〈サンプル１〜６のＳＥＭ観察〉
上記サンプル１〜６を走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ、日立製作所、Ｓ３１００Ｈ、Ｓ５０００）で観察した。観察結果のＳＥＭ写真を図４〜９に示す。図４はサンプル１、図５はサンプル２、図６はサンプル３、図７はサンプル４、図８はサンプル５、図９はサンプル６のＳＥＭ写真である。
<SEM observation of samples 1 to 6>
Samples 1 to 6 were observed with a scanning electron microscope (FE-SEM, Hitachi, S3100H, S5000). SEM photographs of the observation results are shown in FIGS. 4 is a sample 1, FIG. 5 is a sample 2, FIG. 6 is a sample 3, FIG. 7 is a sample 4, FIG. 8 is a sample 5, and FIG.
サンプル１とサンプル３とサンプル６を比較すると、サンプル３において最も好適な形状の多孔質カーボン粒子が形成されていた（図４，図６，図９参照）。このことから、Ｐ／Ｃ＝５．３になるようにＰＳＬとカーボンブラック粒子を混合して分散液を調製すると、好適な多孔質カーボン粒子が作製できると解される。 When sample 1, sample 3, and sample 6 were compared, porous carbon particles having the most suitable shape were formed in sample 3 (see FIGS. 4, 6, and 9). From this, it is understood that when porous dispersion is prepared by mixing PSL and carbon black particles so that P / C = 5.3, suitable porous carbon particles can be produced.
次に、サンプル１とサンプル２（若しくはサンプル３とサンプル４）を比較すると、炭素粒子（カーボンブラック粒子）の平均粒径が７５ｎｍであるサンプル２（サンプル４）の方がより好適な微細孔が形成されていた（図４〜図７参照）。これは、平均粒径が大きいカーボンブラック粒子を用いると、ポリマー粒子の表面に付着した際にカーボンブラック粒子間に隙間が生じやすい。除去の際に気体となったポリマー粒子は、当該隙間を広げながら混合凝集体の外部に抜けて、微細孔を形成するので、好適な大きさの微細孔が形成されやすくなると解される。 Next, when sample 1 and sample 2 (or sample 3 and sample 4) are compared, sample 2 (sample 4) in which the average particle diameter of carbon particles (carbon black particles) is 75 nm is more suitable for micropores. It was formed (see FIGS. 4 to 7). This is because when carbon black particles having a large average particle diameter are used, gaps are likely to be generated between the carbon black particles when adhering to the surface of the polymer particles. It is understood that the polymer particles that have become gas upon removal escape to the outside of the mixed aggregate while widening the gap to form micropores, so that micropores of a suitable size are easily formed.
次に、サンプル４とサンプル５を比較すると、キャリアーガスに空気を用いたサンプル４の方がより好適な微細孔が形成され、キャリアーガスにＮ２ガスを用いたサンプル５の微細孔にはＰＳＬが僅かに残っていた（図７及び図８参照）。これは、酸化ガス（空気）雰囲気下で加熱処理を行うと、酸素の存在が混合凝集体中のポリマー成分の除去（蒸発・分解）を補助するためであると解される。 Then, comparing sample 4 and sample 5, towards the sample 4 using the air carrier gas is more suitable fine pores formed in the micropores of the sample 5 using the N 2 gas to the carrier gas PSL Remained slightly (see FIGS. 7 and 8). This is understood to be because the presence of oxygen assists the removal (evaporation / decomposition) of the polymer component in the mixed aggregate when the heat treatment is performed in an oxidizing gas (air) atmosphere.
以上の結果を纏めると、ポリマー成分を除去する際の温度を６００℃に設定した場合、以下のような条件で多孔質カーボン粒子を製造すると、最も好適な多孔質カーボン粒子を得ることができることが分かった。
カーボンブラック粒子の平均粒径：７５ｎｍ
Ｐ／Ｃ＝５．３
キャリアーガス：空気
To summarize the above results, when the temperature when removing the polymer component is set to 600 ° C., the most suitable porous carbon particles can be obtained by producing the porous carbon particles under the following conditions. I understood.
Average particle size of carbon black particles: 75 nm
P / C = 5.3
Carrier gas: air
次に、ポリマー粒子を除去する際の温度を１０００℃に上げて、サンプル７〜１１を作製した。以下、サンプル７〜１１の作製条件を説明する。 Next, the temperature at which the polymer particles were removed was raised to 1000 ° C. to prepare Samples 7 to 11. Hereinafter, conditions for producing Samples 7 to 11 will be described.
〈サンプル７〉
次に、Ｐ／Ｃ＝２１．３になるように、カーボンブラック粒子とＰＳＬの量を調整し、分散液を調製した。そして、キャリアーガスを不活性ガスであるＮ２ガス（流速５Ｌ／ｍｉｎ）にし、第２ヒータ部２４ｂ〜第５ヒータ部２４ｅの設定温度（ポリマー成分を除去する際の温度）を１０００℃に設定した。そして、上記条件を除いて、サンプル１と同様のプロセスを経て多孔質カーボン粒子を得た。ここで得られた多孔質カーボン粒子を「サンプル７」と称する。
<Sample 7>
Next, the amount of carbon black particles and PSL was adjusted so that P / C = 21.3, and a dispersion was prepared. The carrier gas is N 2 gas (flow rate 5 L / min), which is an inert gas, and the set temperature of the second heater section 24b to the fifth heater section 24e (temperature when removing the polymer component) is set to 1000 ° C. did. Except for the above conditions, porous carbon particles were obtained through the same process as Sample 1. The porous carbon particles obtained here are referred to as “Sample 7”.
〈サンプル８〉
ここでは、Ｐ／Ｃ＝５．３になるようにＰＳＬとカーボンブラック粒子を混合して分散液を調製した以外は、上記サンプル７と同様のプロセスを経て多孔質カーボン粒子を得た。ここで得られた多孔質カーボン粒子を「サンプル８」と称する。
<Sample 8>
Here, porous carbon particles were obtained through the same process as Sample 7 except that the dispersion was prepared by mixing PSL and carbon black particles so that P / C = 5.3. The porous carbon particles obtained here are referred to as “Sample 8”.
〈サンプル９〉
ここでは、Ｐ／Ｃ＝２．６になるようにＰＳＬとカーボンブラック粒子を混合して分散液を調製した以外は、上記サンプル７と同様のプロセスを経て多孔質カーボン粒子を得た。ここで得られた多孔質カーボン粒子を「サンプル９」と称する。
<Sample 9>
Here, porous carbon particles were obtained through the same process as Sample 7 except that PSL and carbon black particles were mixed to prepare a dispersion so that P / C = 2.6. The porous carbon particles obtained here are referred to as “Sample 9”.
〈サンプル１０〉
ここでは、Ｐ／Ｃ＝１．３になるようにＰＳＬとカーボンブラック粒子を混合して分散液を調製した以外は、上記サンプル７と同様のプロセスを経て多孔質カーボン粒子を得た。ここで得られた多孔質カーボン粒子を「サンプル１０」と称する。
<Sample 10>
Here, porous carbon particles were obtained through the same process as Sample 7 except that the dispersion was prepared by mixing PSL and carbon black particles so that P / C = 1.3. The porous carbon particles obtained here are referred to as “Sample 10”.
〈サンプル１１〉
ここでは、Ｐ／Ｃ＝１．０になるようにＰＳＬとカーボンブラック粒子を混合して分散液を調製した以外は、上記サンプル７と同様のプロセスを経て多孔質カーボン粒子を得た。ここで得られた多孔質カーボン粒子を「サンプル１１」と称する。
<Sample 11>
Here, porous carbon particles were obtained through the same process as Sample 7 except that the dispersion was prepared by mixing PSL and carbon black particles so that P / C = 1.0. The porous carbon particles obtained here are referred to as “Sample 11”.
上記サンプル７〜１１の作製条件を下記の表２に纏める。 The production conditions of Samples 7 to 11 are summarized in Table 2 below.
〈サンプル７〜１１のＳＥＭ観察〉
上記サンプル１〜５と同じ手順で観察したサンプル７〜１１のＳＥＭ写真を図１０〜１４に示す。図１０はサンプル７、図１１はサンプル８、図１２はサンプル９、図１３はサンプル１０、図１４はサンプル１１のＳＥＭ写真である。
<SEM observation of samples 7 to 11>
The SEM photograph of the samples 7-11 observed in the same procedure as the said samples 1-5 is shown to FIGS. 10 is a sample 7, FIG. 11 is a sample 8, FIG. 12 is a sample 9, FIG. 13 is a sample 10, and FIG.
サンプル７〜１１を比較すると、サンプル１０において最も好適な形状の多孔質カーボン粒子が形成されていることがわかった（図１０〜図１４参照）。このことから、キャリアーガスにＮ２ガスを用い、ポリマー成分を除去する際の温度を１０００℃に設定した場合には、Ｐ／Ｃ＝１．３になるようにＰＳＬとカーボンブラック粒子を混合して分散液を調製すると、好適な多孔質カーボン粒子が作製しやすいと解される。 When samples 7 to 11 were compared, it was found that porous carbon particles having the most suitable shape were formed in sample 10 (see FIGS. 10 to 14). Therefore, when N 2 gas is used as the carrier gas and the temperature when removing the polymer component is set to 1000 ° C., PSL and carbon black particles are mixed so that P / C = 1.3. Thus, it is understood that suitable porous carbon particles can be easily produced by preparing a dispersion.
また、図１０〜図１４に示すように、いずれのサンプルにもＰＳＬは残存していなかった。さらに、いずれのサンプルにも外殻部のカーボンブラック粒子に酸化が見られなかった。このことから、ポリマー成分を除去する際の温度を１０００℃に設定した場合には、キャリアーガスとして不活性ガスであるＮ２ガスを用いると、カーボンブラック粒子（炭素粒子）の酸化がなく、ポリマー成分が適切に除去された多孔質カーボン粒子を作製できると解される。 Moreover, as shown in FIGS. 10-14, PSL did not remain in any sample. Furthermore, no oxidation was observed on the carbon black particles in the outer shell portion of any sample. From this, when the temperature at which the polymer component is removed is set to 1000 ° C., if N 2 gas that is an inert gas is used as the carrier gas, there is no oxidation of the carbon black particles (carbon particles), and the polymer It is understood that porous carbon particles from which components are appropriately removed can be produced.
以上の結果を纏めると、ポリマー成分を除去する際の温度を１０００℃に設定した場合、以下のような条件で多孔質カーボン粒子を製造すると、最も好適な多孔質カーボン粒子を得ることができることが分かった。
Ｐ／Ｃ＝１．３
キャリアーガス：Ｎ２ガス
To summarize the above results, when the temperature at the time of removing the polymer component is set to 1000 ° C., the most suitable porous carbon particles can be obtained by producing the porous carbon particles under the following conditions. I understood.
P / C = 1.3
Carrier gas: N 2 gas
１０ 噴霧部
１２ 二流体ノズル
１４ ガス供給ユニット
２０ 加熱炉
２２ 輸送管
２４ ヒータ
２４ａ〜２４ｂ ヒータ部
３０ 捕集部
３２ 電気集塵装置
３４ 排気装置
１００ 装置
Ｌ１ 分散液
Ｌ２ 液滴
Ａ 混合凝集体
Ｐ 多孔質カーボン粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Spraying part 12 Two-fluid nozzle 14 Gas supply unit 20 Heating furnace 22 Transport pipe 24 Heater 24a-24b Heater part 30 Collection part 32 Electric dust collector 34 Exhaust apparatus 100 Apparatus L1 Dispersion liquid L2 Droplet A Mixed aggregate P Porous Quality carbon particles
Claims (12)
前記外殻部を形成するための炭素粒子と、前記炭素粒子とは異なる有機高分子化合物からなるポリマー粒子とが分散媒中に分散した分散液を用意すること；
前記分散液を霧状の液滴として加熱炉内に噴霧すること；
前記噴霧された液滴を前記加熱炉内で加熱することにより、前記分散媒を蒸発させて前記炭素粒子と前記ポリマー粒子との混合凝集体を形成すること；
前記加熱炉内で前記混合凝集体をさらに加熱することにより、前記混合凝集体からポリマー成分を除去して多孔質カーボン粒子を得ること；
を包含する製造方法。 An outer shell formed of carbon, an inner space formed inside the outer shell, and a plurality of fine holes communicating with the inner space formed in the outer shell. A method for producing porous carbon particles, comprising:
Preparing a dispersion in which carbon particles for forming the outer shell and polymer particles made of an organic polymer compound different from the carbon particles are dispersed in a dispersion medium;
Spraying the dispersion into the heating furnace as mist droplets;
Heating the sprayed droplets in the heating furnace to evaporate the dispersion medium to form a mixed aggregate of the carbon particles and the polymer particles;
Further heating the mixed aggregate in the heating furnace to remove polymer components from the mixed aggregate to obtain porous carbon particles;
Manufacturing method.
前記多孔質カーボン粒子は、
炭素で形成されている外殻部と、
前記外殻部の内部に形成されている内部空間と、
前記外殻部に複数形成されており、前記内部空間と連通している微細孔と、
を備え、
平均粒径が２００ｎｍ以上１０μｍ未満である、多孔質カーボン材料。 A porous carbon material comprising porous carbon particles,
The porous carbon particles are
An outer shell formed of carbon;
An internal space formed inside the outer shell,
A plurality of microholes formed in the outer shell and communicating with the internal space;
With
A porous carbon material having an average particle diameter of 200 nm or more and less than 10 μm.
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