JP4596985B2 - 多孔性物質およびその製造方法 - Google Patents
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Description
水素は石油精製、化学産業などをはじめとしてあらゆる産業分野において広く用いられているが、特に近年、将来のエネルギーとして注目されてきており、燃料電池を中心に研究が進められている。しかし、水素ガスは熱量あたりの体積が大きく、また液化に必要なエネルギーも大きいため、そのまま貯蔵、輸送することは難しいという問題がある(例えば、非特許文献1参照。)。従って、燃料電池自動車のような移動体および分散電源として燃料電池を用いる場合など、水素を効率的に輸送し貯蔵する技術が求められていた。
−NHR1・BHR2R3 (1)
−NHR1・BH=R4 (2)
(式中、R1、R2およびR3は、それぞれ個別に、水素原子あるいは炭素数1〜10の炭化水素基を表わし、R4は炭素数4〜15の炭化水素基であって、その両端がホウ素原子に結合している基を表わす。)
また、本発明は、ガス吸蔵用として使用することを特徴とする前記記載の多孔性物質に関する。
また、本発明は、前記記載の多孔性物質を使用することを特徴とするガスの吸蔵方法に関する。
本発明において、多孔性物質の原料の1つとして用いられるアミン・ボランアダクト構造を持つ化合物とは、1分子中に少なくとも1個のアミン・ボランアダクト構造を有する化合物である(以下、アミン・ボランアダクト化合物もしくは単にアダクト化合物ともいう。)。特に、1分子中にアミン・ボランアダクト構造を3個以上持つ化合物が好ましく、さらに好ましくは有機化合物から成る骨格にアミン・ボランアダクト構造が1分子に3個以上結合した化合物であり、またさらに好ましくは芳香族からなる骨格にアミン・ボランアダクト構造が1分子に3個以上結合した化合物である
NH3・BH3
この化合物は、アンモニアの窒素原子上の不対電子がホウ素の空軌道と相互作用してなる一種の錯化合物であり、式中の・はそういった錯結合を意味するが、一般に常温で安定に存在できる。
−NH2・BH3 (4)
−NHR1・BHR2R3 (1)
−NHR1・BH=R4 (2)
(式中、R1、R2およびR3は、それぞれ個別に、水素原子あるいは炭素数1〜10の炭化水素基を表わし、R4は炭素数4〜15の炭化水素基であって、その両端がホウ素原子に結合している基を表わす。)
アミン・ボランアダクト構造を1分子に3個以上持つ化合物は、下記一般式(3)に示す化合物を挙げることができる。
一般式(3)における骨格とは、アミン・ボランアダクト構造を3個以上結合可能な化合物の骨格を指し、一般に水素原子を3個以上含む化合物の骨格であり、アミン・ボランアダクト構造は該水素原子に置き換わる形で該骨格に結合する。具体的には、有機化合物骨格あるいは無機化合物骨格、金属錯体骨格のような有機化合物と無機化合物の複合体骨格が採用できるが、有機化合物骨格が好ましく、芳香族化合物骨格がより好ましい。
該アミン・ボランアダクト化合物は、前記アミン化合物あるいはその塩に対してアミノ基と等量の前記ボラン化合物を反応させて得ることができる。
具体的には、アミン・ボランアダクト化合物と高表面積物質を混合した後、該アミン・ボランアダクト化合物を脱水素反応させても良いし、あるいはアミン化合物の溶液に高表面積物質を添加した系に、ボラン化合物を滴下してアミン・ボランアダクト化合物を生成させて、次いで脱水素反応を行っても良い。
また脱水素反応は、常圧、減圧、加圧の何れの圧力条件下でも実施することができ、また、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下あるいは水素雰囲気下において実施することができる。
1,3,5−トリアミノベンゼン2.46gおよびテトラヒドロフラン(脱水)500mLを混合し、窒素気流下で80℃に加熱して溶解した後、活性炭(マックスソーブ、関西熱化学(株)製、比表面積2920m2/g)50gを添加した。次に溶液を室温まで冷却した後、溶液を撹拌しながら、1.0M ボランテトラヒドロフラン錯体60mLを徐々に滴下した。室温で1時間攪拌を続けた後、反応溶液を80℃まで昇温した。同温度で2時間攪拌した後、反応液を吸引ろ過して沈殿物を採取し、100℃で5時間、真空加熱乾燥した。
次に、前記生成物を、窒素気流下で600℃、2時間焼成して多孔性物質を得た。
この多孔性物質の水素吸蔵能を容量法で評価した。室温で9.5MPaまで昇圧して水素吸蔵能を測定した結果、9.5MPaで0.68質量%の水素を吸蔵した。
実施例1で用いた活性炭の水素吸蔵能を測定した結果、9.5MPaで0.38質量%の水素しか吸蔵しなかった。
1,3,5−トリアミノベンゼン2.46gとテトラヒドロフラン(脱水)500mLを混合し、窒素気流下で80℃に加熱して溶解した後、活性炭(マックスソーブ、関西熱化学(株)製、比表面積2920m2/g)50gを添加した。次に溶液を室温まで冷却した後、溶液を撹拌しながら、1.0M ボランテトラヒドロフラン錯体60mLを徐々に滴下した。室温で1時間攪拌を続けた後、溶液を室温に保ちながら真空下において溶媒を留去した。こうして得られた残渣を100℃で5時間真空下加熱した。
次に、前記生成物を、窒素気流下で600℃、2時間焼成して多孔性物質を得た。
この多孔性物質の水素吸蔵能を容量法で評価した。室温で9.5MPaまで昇圧して水素吸蔵能を測定した結果、9.5MPaで0.81質量%の水素を吸蔵した。
2,4,6−トリアミノピリミジン0.6g、1−メチル−2−ピロリドン(脱水)200mLを混合し、窒素気流下で80℃に加熱して溶解した後、活性炭(マックスソーブ、関西熱化学(株)製、比表面積2920m2/g)20gを添加した。次に溶液を室温まで冷却した後、溶液を撹拌しながら、1.0M ボランテトラヒドロフラン錯体30mLを徐々に滴下した。室温で2時間攪拌を続けた後、反応溶液を80℃まで昇温して2時間攪拌し反応させた。反応液を吸引ろ過して沈殿物を採取し、100℃で8時間、真空加熱乾燥した。
次に、前記生成物を、窒素気流下で600℃、2時間焼成して多孔性物質を得た。
この多孔性物質の水素吸蔵能を容量法で評価した。室温で9.5MPaまで昇圧して水素吸蔵能を測定した結果、9.5MPaで0.56質量%の水素を吸蔵した。
Claims (8)
- 比表面積が50m 2 /g以上の高表面積物質の存在下に、有機化合物からなる骨格を有するアミン・ボランアダクト構造を持つ化合物を脱水素反応させることを特徴とする多孔性物質の製造方法。
- 高表面積物質が多孔質炭素材料であることを特徴とする請求項1に記載の多孔性物質の製造方法。
- アミン・ボランアダクト構造を持つ化合物が、有機化合物の骨格にアミン・ボランアダクト構造を3個以上持つ化合物を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の多孔性物質の製造方法。
- アミン・ボランアダクト構造が一般式(1)または一般式(2)で示される構造であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の多孔性物質の製造方法。
−NHR1・BHR2R3 (1)
−NHR1・BH=R4 (2)
(式中、R1、R2およびR3は、それぞれ個別に、水素原子あるいは炭素数1〜10の炭化水素基を表わし、R4は炭素数4〜15の炭化水素基であって、その両端がホウ素原子に結合している基を表わす。) - 高表面積物質に対して、アミン・ボランアダクト構造を持つ化合物の割合が0.1〜200質量%であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の多孔性物質の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の方法により製造される多孔性物質。
- ガス吸蔵用として使用することを特徴とする請求項6記載の多孔性物質。
- 請求項6記載の多孔性物質を使用することを特徴とするガスの吸蔵方法。
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