JP2535775B2 - 中空短繊維状炭素材及びその製造方法 - Google Patents
中空短繊維状炭素材及びその製造方法Info
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は新規な中空短繊維状炭素
材及びその製造方法に関するものである。さらに詳しく
いえば、本発明は、樹木の仮道管の炭素化物から成り、
ガスや金属の吸着材、電磁シールド材、生物膜担体、断
熱材、人工土壌などとして有用な中空短繊維状炭素材及
びこのものの製造方法に関するものである。
材及びその製造方法に関するものである。さらに詳しく
いえば、本発明は、樹木の仮道管の炭素化物から成り、
ガスや金属の吸着材、電磁シールド材、生物膜担体、断
熱材、人工土壌などとして有用な中空短繊維状炭素材及
びこのものの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】スギ、マツ、ヒノキなどの針葉樹材の細
胞は仮道管、軸方向柔細胞、放射組織及び軸方向樹脂道
などから構成されており、このうち仮道管が９０％以上
すなわち平均９６％を占めている。残りはほとんど放射
組織で、軸方向柔細胞や樹脂道は、存在する場合でも１
％以下のことが多い。
胞は仮道管、軸方向柔細胞、放射組織及び軸方向樹脂道
などから構成されており、このうち仮道管が９０％以上
すなわち平均９６％を占めている。残りはほとんど放射
組織で、軸方向柔細胞や樹脂道は、存在する場合でも１
％以下のことが多い。
【０００３】このように、針葉樹材はほとんど仮道管で
構成されているのが特徴であり、この仮道管は針葉樹材
の通水要素であって、水の通導と樹体の支持の２つの作
用を受けもっている。その形状は細長く、両端では細く
なり仮道管は閉じられている。その切り口は四角形ない
し六角形状のものが多い。
構成されているのが特徴であり、この仮道管は針葉樹材
の通水要素であって、水の通導と樹体の支持の２つの作
用を受けもっている。その形状は細長く、両端では細く
なり仮道管は閉じられている。その切り口は四角形ない
し六角形状のものが多い。
【０００４】前記仮道管の寸法は、同一樹種であって
も、固体、幹内部位、早材と晩材で異なるが、仮道管長
は一般に１〜７ｍｍ程度である。また仮道管の放射方向
の径及び壁厚は、早材と晩材とで異なり、放射方向の径
は晩材で減少し、壁厚は早材では薄く、晩材では厚くな
る。接線方向の径は早材と晩材であまり変化しない。仮
道管の放射方向の径は、一般に早材で１５〜７０μｍ、
晩材で５〜４５μｍ程度であり、接線方向の径は、一般
に１５〜６０μｍ程度である。また仮道管の壁厚は、一
般に早材で１〜３μｍ、晩材で２〜７μｍ程度である。
も、固体、幹内部位、早材と晩材で異なるが、仮道管長
は一般に１〜７ｍｍ程度である。また仮道管の放射方向
の径及び壁厚は、早材と晩材とで異なり、放射方向の径
は晩材で減少し、壁厚は早材では薄く、晩材では厚くな
る。接線方向の径は早材と晩材であまり変化しない。仮
道管の放射方向の径は、一般に早材で１５〜７０μｍ、
晩材で５〜４５μｍ程度であり、接線方向の径は、一般
に１５〜６０μｍ程度である。また仮道管の壁厚は、一
般に早材で１〜３μｍ、晩材で２〜７μｍ程度である。
【０００５】このような樹木の仮道管を炭素化し、それ
を分離すれば、中空短繊維状の炭素材が得られることが
期待できる。この炭素材は、ガスや金属の吸着材、電磁
シールド材、生物膜担体、断熱材、人工土壌などとして
有用であり、また炭素質であるため、使用後にそのまま
廃棄しても環境に与える影響は少ない。
を分離すれば、中空短繊維状の炭素材が得られることが
期待できる。この炭素材は、ガスや金属の吸着材、電磁
シールド材、生物膜担体、断熱材、人工土壌などとして
有用であり、また炭素質であるため、使用後にそのまま
廃棄しても環境に与える影響は少ない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ガスや金属
の吸着材、電磁シールド材、生物膜担体、断熱材、人工
土壌などとして有用な新規な中空短繊維状炭素材を提供
することを目的としてなされたものである。
の吸着材、電磁シールド材、生物膜担体、断熱材、人工
土壌などとして有用な新規な中空短繊維状炭素材を提供
することを目的としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、新規な中
空短繊維状炭素材を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、
樹木の仮道管を構成する一次壁と二次壁及び仮道管同士
を結合している細胞間層はその化学組成やセルロースの
配向度が異なるため、それらの炭素化物の化学反応性に
差異が生じることに着目し、針葉樹木炭を特定の温度で
気相酸化したのち、アルカリ処理することにより、仮道
管の炭素化物から成る中空短繊維状炭素材が効率よく得
られることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成
するに至った。
空短繊維状炭素材を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、
樹木の仮道管を構成する一次壁と二次壁及び仮道管同士
を結合している細胞間層はその化学組成やセルロースの
配向度が異なるため、それらの炭素化物の化学反応性に
差異が生じることに着目し、針葉樹木炭を特定の温度で
気相酸化したのち、アルカリ処理することにより、仮道
管の炭素化物から成る中空短繊維状炭素材が効率よく得
られることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成
するに至った。
【０００８】すなわち、本発明は、個々に分離された木
部の仮道管の炭素化物から成る中空短繊維状炭素材を提
供するものである。
部の仮道管の炭素化物から成る中空短繊維状炭素材を提
供するものである。
【０００９】本発明に従えば、前記中空短繊維状炭素材
は、例えば針葉樹木炭を２７０〜３５０℃の温度で気相
酸化したのち、アルカリ水溶液で処理することにより、
製造することができる。
は、例えば針葉樹木炭を２７０〜３５０℃の温度で気相
酸化したのち、アルカリ水溶液で処理することにより、
製造することができる。
【００１０】本発明において用いられる樹材としては、
組織中の仮道管が占める割合が多いことから、針葉樹例
えばスギ、コウヤマキ、レッドウッドのようなスギ科植
物や、ヒノキ、サワラ、ネズコ、ヒバのようなヒノキ科
植物が用いられる。
組織中の仮道管が占める割合が多いことから、針葉樹例
えばスギ、コウヤマキ、レッドウッドのようなスギ科植
物や、ヒノキ、サワラ、ネズコ、ヒバのようなヒノキ科
植物が用いられる。
【００１１】本発明においては、まず前記樹材を木炭化
することが必要である。この木炭化の方法としては、成
熟材を不活性雰囲気下に５００〜８００℃の範囲の温度
で加熱処理するのが望ましい。この温度が５００℃未満
では木炭化が十分に起こらないし、８００℃を超えると
所望の炭素材が得られない。
することが必要である。この木炭化の方法としては、成
熟材を不活性雰囲気下に５００〜８００℃の範囲の温度
で加熱処理するのが望ましい。この温度が５００℃未満
では木炭化が十分に起こらないし、８００℃を超えると
所望の炭素材が得られない。
【００１２】次に、このようにして得られた木炭を酸素
濃度２０容量％以下の雰囲気中、２７０〜３５０℃の範
囲の温度において気相酸化を行う。木部仮道管を構成し
ている一次壁と二次壁及び仮道管同士を結合している細
胞間層は、それぞれの化学組成及びセルロースの配向度
が異なる。すなわち、仮道管の二次壁は、一次壁や細胞
間層に比べてリグニンの含有量が少なく、かつ配合度の
大きいセルロースを多く含有している。このセルロース
の配向性は、前記のようにして得られた針葉樹木炭に基
本的に保持されており、したがって、酸化反応は、セル
ロース炭素質が主体で、かつその配向度が大きく、壁面
に反応サイトが少ない二次壁炭素質よりも、細胞間層や
一次壁から生成された炭素質において選択的に起こる。
濃度２０容量％以下の雰囲気中、２７０〜３５０℃の範
囲の温度において気相酸化を行う。木部仮道管を構成し
ている一次壁と二次壁及び仮道管同士を結合している細
胞間層は、それぞれの化学組成及びセルロースの配向度
が異なる。すなわち、仮道管の二次壁は、一次壁や細胞
間層に比べてリグニンの含有量が少なく、かつ配合度の
大きいセルロースを多く含有している。このセルロース
の配向性は、前記のようにして得られた針葉樹木炭に基
本的に保持されており、したがって、酸化反応は、セル
ロース炭素質が主体で、かつその配向度が大きく、壁面
に反応サイトが少ない二次壁炭素質よりも、細胞間層や
一次壁から生成された炭素質において選択的に起こる。
【００１３】この反応温度が２７０℃未満では酸化反応
が十分に進行せず、所望の炭素材が得られないし、３５
０℃を超えると酸化反応が進行しすぎて、やはり所望の
炭素材が得られない。また、酸化反応の際の酸素濃度
は、木炭化の温度、木炭の性状、酸化温度などに応じて
異なるが、２０容量％以下にすることが必要である。ま
た、酸化に要する時間も木炭化の温度、木炭の性状、酸
化温度、酸素濃度などにより異なり、一概に定めること
ができないが、一般に木炭の重量が４０〜６０％程度に
減少するまで酸化を行うのが有利である。
が十分に進行せず、所望の炭素材が得られないし、３５
０℃を超えると酸化反応が進行しすぎて、やはり所望の
炭素材が得られない。また、酸化反応の際の酸素濃度
は、木炭化の温度、木炭の性状、酸化温度などに応じて
異なるが、２０容量％以下にすることが必要である。ま
た、酸化に要する時間も木炭化の温度、木炭の性状、酸
化温度、酸素濃度などにより異なり、一概に定めること
ができないが、一般に木炭の重量が４０〜６０％程度に
減少するまで酸化を行うのが有利である。
【００１４】次に、前記酸化反応処理物をアルカリで処
理する。このアルカリによる処理によって、酸化反応で
生じたアルカリ可溶性生成物が溶解するとともに、個々
の仮道管の炭素化物が、短繊維状となって分離する。ア
ルカリとしては、例えば水酸化ナトリウムや水酸化カリ
ウムなどの水溶液が用いられる。このアルカリ水溶液の
アルカリ濃度は、通常０．０５〜１Ｎ程度である。処理
温度は、通常０〜８０℃、好ましくは１０〜５０℃、よ
り好ましくは常温である。処理時間は、処理温度により
左右され、一概に定めることができないが、０．１〜５
時間程度で十分である。
理する。このアルカリによる処理によって、酸化反応で
生じたアルカリ可溶性生成物が溶解するとともに、個々
の仮道管の炭素化物が、短繊維状となって分離する。ア
ルカリとしては、例えば水酸化ナトリウムや水酸化カリ
ウムなどの水溶液が用いられる。このアルカリ水溶液の
アルカリ濃度は、通常０．０５〜１Ｎ程度である。処理
温度は、通常０〜８０℃、好ましくは１０〜５０℃、よ
り好ましくは常温である。処理時間は、処理温度により
左右され、一概に定めることができないが、０．１〜５
時間程度で十分である。
【００１５】アルカリ水溶液中に分散した短繊維状の仮
道管炭素化物を、ろ過やデカンテーションなどの公知の
方法により取り出し、十分に水洗したのち、乾燥するこ
とにより、短繊維状の仮道管炭素化物が得られる。
道管炭素化物を、ろ過やデカンテーションなどの公知の
方法により取り出し、十分に水洗したのち、乾燥するこ
とにより、短繊維状の仮道管炭素化物が得られる。
【００１６】このようにして得られた本発明炭素材は、
針葉樹材の仮道管の炭素化物であるため、中空短繊維状
の形態を有している。また、このものは、一般に配向性
をもつセルロース炭素化物を主体とし、横断面が方形又
は円形に近い形状を有しており、長さ、管径及び壁厚は
原料の針葉樹材の種類により異なるが、一般に、長さは
１〜４ｍｍ、管径は５〜３０μｍ、壁厚は０．５〜３μ
ｍの範囲である。なお、管径は、横断面が方形の場合は
一辺の長さを、円形の場合は直径を指す。さらに、この
炭素材には径が６μｍ程度以下の円形の壁孔が随所に存
在しているため、吸着材、ろ過材として特に適してい
る。
針葉樹材の仮道管の炭素化物であるため、中空短繊維状
の形態を有している。また、このものは、一般に配向性
をもつセルロース炭素化物を主体とし、横断面が方形又
は円形に近い形状を有しており、長さ、管径及び壁厚は
原料の針葉樹材の種類により異なるが、一般に、長さは
１〜４ｍｍ、管径は５〜３０μｍ、壁厚は０．５〜３μ
ｍの範囲である。なお、管径は、横断面が方形の場合は
一辺の長さを、円形の場合は直径を指す。さらに、この
炭素材には径が６μｍ程度以下の円形の壁孔が随所に存
在しているため、吸着材、ろ過材として特に適してい
る。
【００１７】
【発明の効果】本発明炭素材は、針葉樹材仮道管の炭素
化物から成るものであって、中空短繊維状の形態を有
し、集積して、接着、加工処理を施すことにより、自在
の形状のものが作製可能である。この炭素材は、例えば
ガスや金属の吸着材、電磁シールド材、生物膜担体、断
熱材、人工土壌などとしての利用が期待できる。また、
炭素質であるため、使用後の廃棄では環境に与える影響
は少ない。
化物から成るものであって、中空短繊維状の形態を有
し、集積して、接着、加工処理を施すことにより、自在
の形状のものが作製可能である。この炭素材は、例えば
ガスや金属の吸着材、電磁シールド材、生物膜担体、断
熱材、人工土壌などとしての利用が期待できる。また、
炭素質であるため、使用後の廃棄では環境に与える影響
は少ない。
【００１８】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこの例によってなんら限定されるも
のではない。
明するが、本発明はこの例によってなんら限定されるも
のではない。
【００１９】実施例 １０（軸方向）×８×８ｍｍ角のスギ成熟材を、不活性
雰囲気中で、毎分３℃の昇温速度で６５０℃まで加熱し
て木炭化した。得られた木炭の嵩比重は０．２３、メタ
ノール浸せき法による真比重は１．６７であった。
雰囲気中で、毎分３℃の昇温速度で６５０℃まで加熱し
て木炭化した。得られた木炭の嵩比重は０．２３、メタ
ノール浸せき法による真比重は１．６７であった。
【００２０】次いで、この木炭を、温度３５０℃、酸素
濃度を５〜１０容量％の範囲に保持した石英管中に２．
５時間静置し、木炭の重量が５０％程度に減少するまで
気相酸化した。この酸化された木炭のメタノール浸せき
法による真比重は１．７８であり、その増加は、木炭中
で選択的酸化が起きていることを示唆する。
濃度を５〜１０容量％の範囲に保持した石英管中に２．
５時間静置し、木炭の重量が５０％程度に減少するまで
気相酸化した。この酸化された木炭のメタノール浸せき
法による真比重は１．７８であり、その増加は、木炭中
で選択的酸化が起きていることを示唆する。
【００２１】次に、この酸化された木炭を０．２Ｎ水酸
化ナトリウム水溶液中に、常温にて１０分間浸せきする
ことにより、木炭から仮道管の炭素化物が分離し、短繊
維状に分散した。その後、ろ過によりこの炭素化物を取
り出し、十分に水洗後、乾燥した。収率は約９５％であ
った。
化ナトリウム水溶液中に、常温にて１０分間浸せきする
ことにより、木炭から仮道管の炭素化物が分離し、短繊
維状に分散した。その後、ろ過によりこの炭素化物を取
り出し、十分に水洗後、乾燥した。収率は約９５％であ
った。
【００２２】このスギ炭からの仮道管の炭素化物は、長
さが長くて３ｍｍ強の中空繊維状の形態を有し、その横
断面は方形状のものが主であるが円形状のものも認めら
れる。その一辺又は直径は５〜２５μｍの範囲にある
が、１０〜２０μｍのものが多い。また、壁厚は０．５
〜３μｍの範囲であるが、３μｍの壁厚は少ない。この
壁面には円形の孔が随所に存在する。
さが長くて３ｍｍ強の中空繊維状の形態を有し、その横
断面は方形状のものが主であるが円形状のものも認めら
れる。その一辺又は直径は５〜２５μｍの範囲にある
が、１０〜２０μｍのものが多い。また、壁厚は０．５
〜３μｍの範囲であるが、３μｍの壁厚は少ない。この
壁面には円形の孔が随所に存在する。
【００２３】この炭素材には、スギ材仮道管特有の壁孔
が存在する。また、この炭素材の重量収率は原料スギ材
に対して約１５％であった。しかし、酸化処理を通して
仮道管の炭素化物の数自体は基本的に減少していない。
図１に、この炭素材の電子顕微鏡写真を示す。
が存在する。また、この炭素材の重量収率は原料スギ材
に対して約１５％であった。しかし、酸化処理を通して
仮道管の炭素化物の数自体は基本的に減少していない。
図１に、この炭素材の電子顕微鏡写真を示す。
【００２４】この図において、左上より右下に配置され
た最前面の中空短繊維状炭素の管径は約２５μｍで、分
布上からみれば太い部類に属する。また、多数の繊維の
中には、横断面が方形状のものと円形状のものが認めら
れ、仮道管の末端は細くなってその先端が閉じている状
態が分かる。なお、仮道管壁には円形の孔が随所に認め
られる。
た最前面の中空短繊維状炭素の管径は約２５μｍで、分
布上からみれば太い部類に属する。また、多数の繊維の
中には、横断面が方形状のものと円形状のものが認めら
れ、仮道管の末端は細くなってその先端が閉じている状
態が分かる。なお、仮道管壁には円形の孔が随所に認め
られる。
【図１】 本発明炭素材の１例の繊維の形状を示す電子
顕微鏡写真
顕微鏡写真
フロントページの続き (72)発明者 吉沢 徳子 茨城県つくば市小野川16番３ 工業技術 院資源環境技術総合研究所内 (72)発明者 白石 稔 茨城県つくば市小野川16番３ 工業技術 院資源環境技術総合研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 個々に分離された針葉樹材仮道管の炭素
化物から成る中空短繊維状炭素材。 - 【請求項２】 長さ１〜４ｍｍ、直径５〜３０μｍ及び
壁厚０．５〜３μｍの方形ないし円形断面を有する請求
項１記載の中空短繊維状炭素材。 - 【請求項３】 木炭を酸素濃度２０容量％以下の雰囲気
中、２７０〜３５０℃の温度で気相酸化したのち、アル
カリで処理することにより、仮道管単位に分離させるこ
とを特徴とする中空短繊維状炭素材の製造方法。 - 【請求項４】 木炭が針葉樹成熟材を不活性雰囲気下、
５００〜８００℃の範囲の温度で加熱し、木炭化された
ものである請求項３記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6060114A JP2535775B2 (ja) | 1994-03-03 | 1994-03-03 | 中空短繊維状炭素材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6060114A JP2535775B2 (ja) | 1994-03-03 | 1994-03-03 | 中空短繊維状炭素材及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07241461A JPH07241461A (ja) | 1995-09-19 |
| JP2535775B2 true JP2535775B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=13132772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6060114A Expired - Lifetime JP2535775B2 (ja) | 1994-03-03 | 1994-03-03 | 中空短繊維状炭素材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2535775B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100924950B1 (ko) * | 2007-09-18 | 2009-11-06 | 한국에너지기술연구원 | 셀룰로우스 섬유를 열처리하여 얻어진 마이크로튜블 하니컴탄소체 및 그 제조방법, 이 마이크로튜블 하니컴 탄소체를이용한 마이크로튜블 반응기 모듈 및 그 제조방법, 이마이크로튜블 반응기 모듈을 이용한 마이크로 촉매반응장치 |
| GB201913290D0 (en) * | 2019-09-13 | 2019-10-30 | Carbogenics Ltd | Adsorbent for municipal wastewater treatment |
-
1994
- 1994-03-03 JP JP6060114A patent/JP2535775B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07241461A (ja) | 1995-09-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |