JP6598239B2 - Fluorine adsorbent and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、グラフェンシートを含む炭素のマトリックス中に金属酸化物の磁性粒子が分散してなる炭素質複合体からなるペレットに関する。   The present invention relates to a pellet made of a carbonaceous composite formed by dispersing metal oxide magnetic particles in a carbon matrix containing a graphene sheet.

近年、炭素質材料に化学的な処理を施したり、炭素質材料と金属化合物とを複合化したりすることにより、炭素質材料に新たな機能を付加する手法が報告されている。   In recent years, a method for adding a new function to a carbonaceous material by chemically treating the carbonaceous material or combining a carbonaceous material and a metal compound has been reported.

特許文献1には、セルロースを炭化して得られた、グラフェンシートを含む無定形炭素を、濃硫酸または発煙硫酸中で加熱処理(スルホン化処理)することが記載されている。これにより、当該無定形炭素にスルホ基が導入されて、固体酸が得られ、それを金属塩と反応させることによって金属触媒が得られることが記載されている。   Patent Document 1 describes that amorphous carbon containing graphene sheets obtained by carbonizing cellulose is subjected to heat treatment (sulfonation treatment) in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid. Thus, it is described that a sulfo group is introduced into the amorphous carbon to obtain a solid acid, and a metal catalyst is obtained by reacting it with a metal salt.

特許文献2には、炭素質物質と金属含有物質を混合して、当該混合物を不活性ガス雰囲気中で1600℃〜2800℃に加熱することで得られるグラファイト被覆金属粒子が開示されている。そこには、上記金属含有物質の一例として、マグネタイト(Fe)やヘマタイト(Fe)などの酸化鉄磁性体も記載されている。特許文献2に開示されている複合材料は、酸化鉄の粒子をグラファイト(黒鉛)で覆ったものであり、その主成分は酸化鉄である。 Patent Document 2 discloses graphite-coated metal particles obtained by mixing a carbonaceous substance and a metal-containing substance and heating the mixture to 1600 ° C. to 2800 ° C. in an inert gas atmosphere. There are also described iron oxide magnetic materials such as magnetite (Fe 3 O 4 ) and hematite (Fe 3 O 4 ) as an example of the metal-containing substance. The composite material disclosed in Patent Document 2 is obtained by covering iron oxide particles with graphite, and the main component thereof is iron oxide.

これまで本発明者は、無定形炭素のマトリックス中に金属酸化物の磁性粒子が分散してなる炭素質複合を発明した(特許文献3)。この炭素質複合体は、特許文献1及び2に記載の物質と異なり、無定形炭素のマトリックス中に金属酸化物の磁性粒子が分散したものである。そして、この炭素質複合体は、炭素質材料が主成分でありながら外部磁場によって、その動きを制御することができるものである。この炭素質複合体は多孔質体であり、セシウムイオンなどのアルカリ性の物質を効率良く吸着できることを報告した。   The present inventors have invented a carbonaceous composite in which magnetic particles of metal oxide are dispersed in an amorphous carbon matrix (Patent Document 3). Unlike the substances described in Patent Documents 1 and 2, this carbonaceous composite is a dispersion of metal oxide magnetic particles in an amorphous carbon matrix. And this carbonaceous composite_body | complex can control the motion with an external magnetic field, although a carbonaceous material is a main component. It was reported that this carbonaceous composite is a porous body and can adsorb alkaline substances such as cesium ions efficiently.

しかしながら、前記炭素質複合体は粉末であるため取り扱い性が悪いという問題があった。そのため、取り扱い性が良好な炭素質複合体が求められていた。   However, since the carbonaceous composite is a powder, there is a problem that handling properties are poor. Therefore, a carbonaceous composite having good handleability has been demanded.

特開2009−268960号公報JP 2009-268960 A 特開平9−143502号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-143502 特開2013−35743号公報JP 2013-35743 A

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、取り扱い性が良好な炭素質複合体及びその製造方法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a carbonaceous composite having good handleability and a method for producing the same.

上記課題は、グラフェンシートを含む炭素のマトリックス中に金属酸化物の磁性粒子が分散してなる炭素質複合体からなるペレットであって、炭素原子の数に対する金属原子の数の比(Metal/C)が0.0005〜0.5であり、かつ飽和磁化が5emu/g以上であることを特徴とするペレットを提供することによって解決される。   The above-described problem is a pellet made of a carbonaceous composite in which magnetic particles of metal oxide are dispersed in a carbon matrix containing a graphene sheet, and the ratio of the number of metal atoms to the number of carbon atoms (Metal / C ) Is 0.0005 to 0.5, and the saturation magnetization is 5 emu / g or more.

このとき、BET比表面積が100m/g以上であることが好ましい。また残留磁化(Mr)に対する飽和磁化(Ms)の比(Ms/Mr)が20以上であることが好ましい。 At this time, it is preferable that the BET specific surface area is 100 m 2 / g or more. Further, the ratio (Ms / Mr) of the saturation magnetization (Ms) to the residual magnetization (Mr) is preferably 20 or more.

上記課題は、前記ペレットの製造方法であって、鉄塩、コバルト塩及びニッケル塩からなる群から選択される少なくとも1種の金属塩と水溶性の多糖とを水の存在下で混合する第1工程と、第1工程で得られた混合物を炭化させて炭素質複合体を得る第2工程と、得られた炭素質複合体を成形する第3工程と、成形された炭素質複合体を不活性ガス雰囲気下で加熱する第4工程とを備えることを特徴とするペレットの製造方法を提供することによっても解決される。   The above-mentioned problem is a method for producing the pellet, wherein the first and second metal salts selected from the group consisting of iron salt, cobalt salt and nickel salt are mixed with water-soluble polysaccharide in the presence of water. A step, a second step of carbonizing the mixture obtained in the first step to obtain a carbonaceous composite, a third step of molding the obtained carbonaceous composite, and a molded carbonaceous composite. It is solved also by providing the manufacturing method of the pellet characterized by including the 4th process heated in active gas atmosphere.

このとき、第3工程において、前記炭素質複合体、バインダー及び水を混合して混合物を得てから、該混合物を成形することが好ましい。また第3工程において、前記炭素質複合体、バインダー、水及び賦活のための薬品を混合して混合物を得てから、該混合物を成形することも好ましい。また前記バインダーが水溶性の多糖であることが好ましい。   At this time, in the third step, it is preferable to form the mixture after mixing the carbonaceous composite, the binder, and water to obtain a mixture. In the third step, it is also preferable to form the mixture after mixing the carbonaceous composite, binder, water and chemicals for activation to obtain a mixture. The binder is preferably a water-soluble polysaccharide.

本発明の好適な実施態様は前記ペレットからなる吸着材である。   A preferred embodiment of the present invention is an adsorbent comprising the pellets.

前記吸着材と被吸着物質を含む液体とを接触させて該液体に含まれる被吸着物質を吸着させた後、前記吸着材を磁力によって回収する被吸着物質の除去方法も本発明の好適な実施態様である。   A method for removing an adsorbed material, in which the adsorbent and a liquid containing the adsorbed material are brought into contact with each other to adsorb the adsorbed material contained in the liquid, and then the adsorbent is recovered by a magnetic force. It is an aspect.

本発明によれば、取り扱い性が良好な炭素質複合体及びその製造方法を提供することを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, providing a carbonaceous composite_body | complex with favorable handleability and its manufacturing method can be provided.

参考例1、実施例1、比較例9〜11におけるフッ素イオンの吸着試験の結果を示した図である。It is the figure which showed the result of the adsorption test of the fluorine ion in Reference Example 1, Example 1 , and Comparative Examples 9-11. 実施例1、参考例2〜5で得られたペレットのラマン分光測定の結果を示した図である。It is the figure which showed the result of the Raman spectroscopic measurement of the pellet obtained in Example 1 and Reference Examples 2-5 . 実施例のペレットの破断強度を測定する方法を示した図である。It is the figure which showed the method of measuring the breaking strength of the pellet of Example 1. FIG. 実施例1、参考例2〜5のペレットの磁気特性を示した図である。It is the figure which showed the magnetic characteristic of the pellet of Example 1 and Reference Examples 2-5 .

本発明は、グラフェンシートを含む炭素のマトリックス中に金属酸化物の磁性粒子が分散した炭素質複合体からなるペレットに関する。これまで本発明者は、グラフェンシートを含む炭素のマトリックス中に金属酸化物の磁性粒子が分散した炭素質複合体を作製した。そして、この炭素質複合体は外部磁場によって動きを制御することができるものであることを報告した。この炭素質複合体は、吸着材として用いることができるし、遷移金属や酵素などを担持させたりして触媒として用いることもできる。しかしながら、この炭素質複合体は粉末であるため取り扱い性が悪いという問題があった。本発明者は鋭意検討した結果、この炭素質複合体を、取り扱い性の良好なペレットにすることに成功した。   The present invention relates to a pellet made of a carbonaceous composite in which magnetic particles of metal oxide are dispersed in a carbon matrix containing a graphene sheet. So far, the present inventors have produced a carbonaceous composite in which magnetic particles of metal oxide are dispersed in a carbon matrix containing a graphene sheet. And it was reported that this carbonaceous complex can be controlled by an external magnetic field. This carbonaceous composite can be used as an adsorbent, or can be used as a catalyst by supporting a transition metal, an enzyme, or the like. However, since the carbonaceous composite is a powder, there is a problem that handling properties are poor. As a result of intensive studies, the present inventor succeeded in making this carbonaceous composite into pellets with good handleability.

本発明におけるペレットとは、粉末を塊状にしたものをいい、球相当径が1mm以上であるものをいう。取り扱い性の観点から球相当径は1.5mm以上であることが好ましい。ペレットの形状は特に限定されず、球形、円盤、円柱、角柱形、円筒形などが挙げられる。   The pellet in the present invention refers to a powder made into a lump and has a sphere equivalent diameter of 1 mm or more. From the viewpoint of handleability, the equivalent sphere diameter is preferably 1.5 mm or more. The shape of the pellet is not particularly limited, and examples thereof include a sphere, a disk, a column, a prism, and a cylinder.

本発明のペレットにおける、炭素原子の数に対する金属原子の数の比(Metal/C)は0.0005〜0.5である。炭素原子の数に対する金属原子の数の比(Metal/C)が0.0005未満である場合、ペレットの磁気特性が不十分となり、外部磁場によって、その動きを制御し難くなるおそれがある。炭素原子の数に対する金属原子の数の比(Metal/C)は0.001以上であることが好適である。一方、炭素原子数に対する金属原子数の比(Metal/C)が0.5を超えると、吸着材として用いることができないおそれがある。炭素原子数に対する金属原子数の比(Metal/C)は0.25以下であることが好適である。   The ratio of the number of metal atoms to the number of carbon atoms (Metal / C) in the pellet of the present invention is 0.0005 to 0.5. When the ratio of the number of metal atoms to the number of carbon atoms (Metal / C) is less than 0.0005, the magnetic properties of the pellet are insufficient, and there is a possibility that the movement is difficult to control by an external magnetic field. The ratio of the number of metal atoms to the number of carbon atoms (Metal / C) is preferably 0.001 or more. On the other hand, when the ratio of the number of metal atoms to the number of carbon atoms (Metal / C) exceeds 0.5, it may not be used as an adsorbent. The ratio of the number of metal atoms to the number of carbon atoms (Metal / C) is preferably 0.25 or less.

本発明のペレットの飽和磁化は5emu/g以上である。飽和磁化が5emu/g未満である場合、外部磁場に対するペレットの応答性が低下するため好ましくない。飽和磁化は10emu/g以上であることが好ましく、20emu/g以上であることがより好ましく、30emu/g以上であることがさらに好ましい。一方、飽和磁化は通常200emu/g以下である。   The saturation magnetization of the pellet of the present invention is 5 emu / g or more. When the saturation magnetization is less than 5 emu / g, the responsiveness of the pellet to an external magnetic field is lowered, which is not preferable. The saturation magnetization is preferably 10 emu / g or more, more preferably 20 emu / g or more, and further preferably 30 emu / g or more. On the other hand, the saturation magnetization is usually 200 emu / g or less.

本発明のペレットの残留磁化は1emu/g以下であることが好ましい。残留磁化が1emu/gを超える場合、ペレット同士が磁気的に凝集してしまうおそれがある。残留磁化は、0.7emu/g以下であることがより好ましく、0.5emu/g以下であることがさらに好ましい。   The residual magnetization of the pellet of the present invention is preferably 1 emu / g or less. When the remanent magnetization exceeds 1 emu / g, the pellets may be magnetically aggregated. The remanent magnetization is more preferably 0.7 emu / g or less, and further preferably 0.5 emu / g or less.

本発明において、外部磁場に対する応答性をより向上させ、なおかつペレット同士が磁気的に凝集することを防ぐ観点から、ペレットの残留磁化(Mr)に対する飽和磁化(Ms)の比(Ms/Mr)が20以上であることが好ましく、50以上であることがより好ましい。   In the present invention, the ratio (Ms / Mr) of the saturation magnetization (Ms) to the residual magnetization (Mr) of the pellet is improved from the viewpoint of further improving the responsiveness to the external magnetic field and preventing the pellets from aggregating magnetically. It is preferably 20 or more, and more preferably 50 or more.

本発明のペレットは、保磁力が小さいこと、すなわち軟磁性であることが好ましい。具体的には、本発明のペレットの保磁力は500Oe以下であることが好ましい。保磁力が500Oeを超えると残留磁化が残りやすく、ペレット同士が磁気的に凝集してしまうおそれがある。したがって、本発明のペレットの磁化曲線は、ヒステリシスがほとんど見られないことが好ましい。保磁力は200Oe以下であることがより好ましく、100Oe以下であることがさらに好ましく、50Oe以下であることが特に好ましい。   The pellet of the present invention preferably has a small coercive force, that is, soft magnetism. Specifically, the coercive force of the pellet of the present invention is preferably 500 Oe or less. When the coercive force exceeds 500 Oe, residual magnetization tends to remain, and the pellets may be magnetically aggregated. Therefore, it is preferable that hysteresis is hardly seen in the magnetization curve of the pellet of the present invention. The coercive force is more preferably 200 Oe or less, further preferably 100 Oe or less, and particularly preferably 50 Oe or less.

本発明における磁性粒子は、磁力に反応する粒子であり、外部からの磁力によって動きを制御することができるものである。本発明における磁性粒子は金属酸化物からなり、その種類は磁力に反応するものであれば特に限定されない。しかしながら、上述したように、磁性粒子の保磁力が大きいと残留磁化が大きくなり、ペレット同士が磁気的に凝集するおそれがある。保磁力が比較的小さく、なおかつ入手が容易な観点から、金属酸化物が酸化鉄、酸化コバルト及び酸化ニッケルからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましく、酸化鉄であることがより好ましい。酸化鉄の種類としては、マグネタイト(Fe)、ヘマタイト(Fe)、マグヘマイト(γ−Fe)などが挙げられる。 The magnetic particles in the present invention are particles that react to a magnetic force, and the movement can be controlled by an external magnetic force. The magnetic particles in the present invention are made of a metal oxide, and the kind thereof is not particularly limited as long as it reacts with magnetic force. However, as described above, if the coercive force of the magnetic particles is large, the residual magnetization increases, and the pellets may be magnetically aggregated. From the viewpoint of relatively small coercive force and easy availability, the metal oxide is preferably at least one selected from the group consisting of iron oxide, cobalt oxide and nickel oxide, and more preferably iron oxide. preferable. Examples of the iron oxide include magnetite (Fe 3 O 4 ), hematite (Fe 2 O 3 ), and maghemite (γ-Fe 2 O 3 ).

本発明においてマトリックスを形成する炭素はグラフェンシートを含む。グラフェンシートとは、芳香族環が2次元の平面上に縮合して連なった構造を有するものである。ここで、炭素がグラフェンシートを含む場合、Gバンドと呼ばれる炭素原子の六角格子内振動に起因するピークと、1350cm−1付近にDバンドと呼ばれる無定形炭素等のダングリングボンドを持つ炭素原子に起因するピークとが観測される。 In the present invention, the carbon forming the matrix includes a graphene sheet. The graphene sheet has a structure in which aromatic rings are condensed and connected on a two-dimensional plane. Here, when carbon includes a graphene sheet, carbon atoms having a dangling bond such as an amorphous carbon called a D band near a peak caused by vibration in a hexagonal lattice of a carbon atom called a G band and a D band near 1350 cm −1. The resulting peak is observed.

グラフェンシートの平均的なサイズは、ラマンスペクトルによるGバンドのピーク強度に対するDバンドの比(D/G)を根拠に算出することができる。例えば、本願実施例で得られた炭素質複合体では、比(D/G)が約0.88であり、そこに含まれるグラフェンシートの平均的なサイズが約55nmである。比(D/G)は、0.1〜2.25であることが好適であり、0.5〜2.0であることがより好適である。 The average size of the graphene sheet can be calculated based on the ratio (D / G) of the D band to the peak intensity of the G band according to the Raman spectrum. For example, in the carbonaceous composite obtained in Example 1 of the present application, the ratio (D / G) is about 0.88, and the average size of the graphene sheets contained therein is about 55 nm. The ratio (D / G) is preferably 0.1 to 2.25, and more preferably 0.5 to 2.0.

本発明のペレットは無定形炭素を含むことが好ましい。無定形炭素とは一般的に、ダイヤモンドやグラファイト(黒鉛)のような明確な結晶構造を持たない炭素のことをいう。ペレットが無定形炭素を含むことは、X線回折法による測定で確認することができる。無定形炭素はX線回折において、シャープなピークが検出されないか、あるいはピークが検出されても、そのピークの形はブロードである。   The pellet of the present invention preferably contains amorphous carbon. Amorphous carbon generally refers to carbon that does not have a clear crystal structure, such as diamond or graphite. It can be confirmed by measurement by X-ray diffraction that the pellet contains amorphous carbon. Amorphous carbon does not detect a sharp peak in X-ray diffraction, or even if a peak is detected, the shape of the peak is broad.

本発明のペレットのBET比表面積は100m/g以上であることが好ましい。このような大きいBET比表面積を有することによって、触媒性能や吸着能力の向上が期待できる。BET比表面積は300m/g以上であることがより好ましく、500m/g以上であることがさらに好ましい。一方、比表面積が大きすぎるとペレットの機械的強度が低下するおそれがあるため、BET比表面積は通常2000m/g以下である。 The BET specific surface area of the pellet of the present invention is preferably 100 m 2 / g or more. By having such a large BET specific surface area, improvement in catalyst performance and adsorption capacity can be expected. The BET specific surface area is more preferably 300 m 2 / g or more, and further preferably 500 m 2 / g or more. On the other hand, if the specific surface area is too large, the mechanical strength of the pellet may be lowered. Therefore, the BET specific surface area is usually 2000 m 2 / g or less.

本発明のペレットの、BJH(Barrett, Joyner, and Halenda)法により求められる細孔容積は0.02〜1cm/gであることが好ましい。細孔容積が0.02cm/g未満である場合、ペレットに官能基を導入することが難しくなるおそれがある。一方、細孔容積が1cm/gを超える場合、ペレットの機械的強度が低下するおそれがある。 The pore volume determined by the BJH (Barrett, Joyner, and Halenda) method of the pellet of the present invention is preferably 0.02 to 1 cm 3 / g. When the pore volume is less than 0.02 cm 3 / g, it may be difficult to introduce a functional group into the pellet. On the other hand, when the pore volume exceeds 1 cm 3 / g, the mechanical strength of the pellet may be lowered.

本発明のペレットの、BJH法により求められる平均細孔直径が1〜50nmであることも好適である。平均細孔直径が1nm未満である場合、ペレットを吸着材として用いたとき、吸着能が低下するおそれがある。また、ペレットに官能基を導入することが難しくなるおそれもある。一方、平均細孔直径が50nmを超える場合、ペレットの機械的強度が低下するおそれがある。より好適には20nm以下である。   It is also preferable that the average pore diameter of the pellet of the present invention determined by the BJH method is 1 to 50 nm. When the average pore diameter is less than 1 nm, when the pellet is used as an adsorbent, the adsorbing ability may be lowered. Further, it may be difficult to introduce a functional group into the pellet. On the other hand, when the average pore diameter exceeds 50 nm, the mechanical strength of the pellet may be lowered. More preferably, it is 20 nm or less.

本発明のペレットの製造方法は、特に限定されるものではないが、その好適な製造方法は、鉄塩、コバルト塩及びニッケル塩からなる群から選択される少なくとも1種の金属塩と水溶性の多糖とを水の存在下で混合する第1工程と、第1工程で得られた混合物を炭化させて炭素質複合体を得る第2工程と、得られた炭素質複合体を成形する第3工程と、成形された炭素質複合体を不活性ガス雰囲気下で加熱する第4工程とを備えるものである。   Although the manufacturing method of the pellet of the present invention is not particularly limited, the preferable manufacturing method is at least one metal salt selected from the group consisting of iron salt, cobalt salt and nickel salt and water-soluble. A first step of mixing polysaccharides in the presence of water, a second step of carbonizing the mixture obtained in the first step to obtain a carbonaceous composite, and a third step of molding the obtained carbonaceous composite And a fourth step of heating the formed carbonaceous composite in an inert gas atmosphere.

上記金属塩のカチオン成分は特に限定されず、金属酸化物になったときにその金属酸化物が磁力に反応するものであればよい。上記金属塩のカチオン成分としては、鉄、コバルト、ニッケルからなる群から選択される少なくとも1種のイオンであることが好ましく、鉄イオンであることがより好ましい。上記金属塩のアニオン成分は特に限定されず、硝酸イオン、塩化物イオン、硫酸イオン、燐酸イオン、炭酸イオン、ホウ酸イオン、カルボン酸等を挙げることができる。中でも上記金属塩のアニオン成分としては、分解温度が低くて分解後に当該アニオン成分が残存しない観点から硝酸イオンが好ましい。これらの観点から、上記第1工程において用いられる金属塩としては、硝酸鉄、硝酸コバルト及び硝酸ニッケルからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましく、硝酸鉄であることがより好ましい。   The cation component of the metal salt is not particularly limited as long as the metal oxide reacts with magnetic force when it becomes a metal oxide. The cation component of the metal salt is preferably at least one ion selected from the group consisting of iron, cobalt, and nickel, and more preferably an iron ion. The anion component of the metal salt is not particularly limited, and examples thereof include nitrate ion, chloride ion, sulfate ion, phosphate ion, carbonate ion, borate ion, and carboxylic acid. Among them, the anion component of the metal salt is preferably nitrate ion from the viewpoint that the decomposition temperature is low and the anion component does not remain after decomposition. From these viewpoints, the metal salt used in the first step is preferably at least one selected from the group consisting of iron nitrate, cobalt nitrate, and nickel nitrate, and more preferably iron nitrate.

第1工程で用いられる多糖は、水溶性の多糖であれば特に限定されるものではない。例えば、水溶性の多糖として、セルロース誘導体及びその塩、デンプン、デキストリンなどが挙げられる。これらの中でも、セルロース誘導体及びその塩が好適であり、水溶性の観点からセルロース誘導体の塩がより好適である。セルロース誘導体としてはカルボキシメチルセルロース、塩としてはアルカリ金属塩などが好適なものとして例示される。   The polysaccharide used in the first step is not particularly limited as long as it is a water-soluble polysaccharide. Examples of water-soluble polysaccharides include cellulose derivatives and salts thereof, starch, and dextrin. Among these, cellulose derivatives and salts thereof are preferred, and cellulose derivative salts are more preferred from the viewpoint of water solubility. Preferred examples of the cellulose derivative include carboxymethyl cellulose, and examples of the salt include alkali metal salts.

第1工程における混合操作は特に限定されない。金属塩の水溶液に多糖の粉体を加えて混合してもよいし、多糖の水溶液に金属塩の粉体を加えて混合してもよい。金属塩の粉体と多糖の粉体とを水に加えて混合してもよい。金属塩の水溶液と多糖の水溶液とを混合してもよい。第1工程において用いられる水の種類は限定されず、イオン交換水、蒸留水など十分に精製された水だけでなく水道水も使用可能である。   The mixing operation in the first step is not particularly limited. The polysaccharide powder may be added to and mixed with the metal salt aqueous solution, or the metal salt powder may be added to and mixed with the polysaccharide aqueous solution. Metal salt powder and polysaccharide powder may be added to water and mixed. An aqueous metal salt solution and an aqueous polysaccharide solution may be mixed. The kind of water used in the first step is not limited, and not only sufficiently purified water such as ion exchange water and distilled water but also tap water can be used.

第2工程において、炭化処理することにより炭素質複合体を得る。当該炭化処理は、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で加熱することにより行うことが好適である。第2工程で炭化処理する前に、第1工程で得られた混合物を予め乾燥させて水分を取り除いておくことが好ましい。乾燥方法は特に限定されず、加熱乾燥や減圧乾燥などを採用することができる。加熱乾燥する際の乾燥温度は、混合物中の水分を取り除くことのできる温度であれば特に限定されないが、40℃以上であることが好適である。乾燥温度が40℃未満である場合、混合物中の水分を十分に取り除くことができないおそれがある。乾燥温度は60℃以上がより好適である。また、エネルギー消費の面やコストの面から、乾燥温度は通常100℃以下である。このときの乾燥温度とは、混合物の乾燥に用いられる乾燥装置内の設定温度のことである。乾燥時間は乾燥温度との関係で設定されるが、混合物中の水分を十分に取り除くことができるように適宜設定することができる。   In the second step, a carbonaceous composite is obtained by carbonization. The carbonization is preferably performed by heating in an inert gas atmosphere such as argon gas or nitrogen gas. Before the carbonization treatment in the second step, it is preferable to dry the mixture obtained in the first step in advance to remove moisture. The drying method is not particularly limited, and heat drying, reduced pressure drying, or the like can be employed. Although the drying temperature at the time of heat-drying will not be specifically limited if it is the temperature which can remove the water | moisture content in a mixture, It is suitable that it is 40 degreeC or more. When the drying temperature is less than 40 ° C., there is a possibility that water in the mixture cannot be sufficiently removed. The drying temperature is more preferably 60 ° C. or higher. Further, the drying temperature is usually 100 ° C. or less from the viewpoint of energy consumption and cost. The drying temperature at this time is a set temperature in the drying apparatus used for drying the mixture. The drying time is set in relation to the drying temperature, but can be set as appropriate so that water in the mixture can be sufficiently removed.

第2工程における加熱温度は、上記混合物の炭化が進行するのであれば特に限定されないが、80℃以上であることが好適である。加熱温度が80℃未満である場合、多糖の炭化が不十分となったり、金属塩が酸化されなかったりして、炭素のマトリックス中に金属酸化物の磁性粒子が分散した炭素質複合体を得ることができなくなるおそれがある。このときの加熱温度とは、混合物の炭化に用いられる加熱装置内の設定温度のことである。第1工程で得られた混合物は、金属塩や乾燥状態にもよるが、80℃以上に加熱すると自己燃焼が始まり当該混合物自体の温度が400℃以上に達して炭化を進行させることができる。加熱温度は100℃以上がより好適であり、150℃以上がさらに好適である。一方、加熱温度が1000℃以下であることも好適である。加熱温度が1000℃を超える場合、炭化が進行した結果、炭素質複合体中のグラフェンシートが成長しすぎるおそれがある。エネルギー消費の面やコストの面から、加熱温度は800℃以下がより好適であり、600℃以下がさらに好適である。加熱時間は加熱温度との関係で設定されるが、多糖の炭化が十分に進行するように適宜設定することができる。   The heating temperature in the second step is not particularly limited as long as the carbonization of the mixture proceeds, but is preferably 80 ° C. or higher. When the heating temperature is less than 80 ° C., the carbonization of the polysaccharide becomes insufficient or the metal salt is not oxidized, and a carbonaceous composite in which magnetic particles of the metal oxide are dispersed in the carbon matrix is obtained. There is a risk that it will not be possible. The heating temperature at this time is a set temperature in the heating device used for carbonization of the mixture. Although the mixture obtained in the first step depends on the metal salt and the dry state, when it is heated to 80 ° C. or higher, self-combustion starts and the temperature of the mixture itself reaches 400 ° C. or higher and carbonization can proceed. The heating temperature is more preferably 100 ° C. or higher, and further preferably 150 ° C. or higher. On the other hand, it is also preferable that the heating temperature is 1000 ° C. or lower. When heating temperature exceeds 1000 degreeC, there exists a possibility that the graphene sheet in a carbonaceous composite body may grow too much as a result of progressing carbonization. From the viewpoint of energy consumption and cost, the heating temperature is more preferably 800 ° C. or less, and more preferably 600 ° C. or less. The heating time is set in relation to the heating temperature, but can be appropriately set so that the polysaccharide carbonization proceeds sufficiently.

加熱装置は特に限定されず、電熱式、熱風式、直火式のいずれの加熱装置も使用することができる。混合物の炭化により発生するガスや当該ガスに含まれる固体粒子とを分別するために、加熱装置に集じん装置が接続されていることが好ましい。集塵装置は特に限定されず、サイクロン式の集塵装置やフィルタ式の集塵装置が採用される。加熱装置にスクラバーが接続されていてもよい。スクラバーも特に限定されず、溜水式のスクラバーや加圧水式のスクラバーが採用される。炭化処理の均一性や炭素質複合体の連続生産性の観点から工業的にはロータリーキルンを使用して混合物を炭化することが好ましい。   The heating device is not particularly limited, and any heating device of an electric heating type, a hot air type, or a direct fire type can be used. In order to separate the gas generated by carbonization of the mixture and the solid particles contained in the gas, a dust collector is preferably connected to the heating device. The dust collector is not particularly limited, and a cyclone dust collector or a filter dust collector is employed. A scrubber may be connected to the heating device. The scrubber is not particularly limited, and a stored water scrubber or a pressurized water scrubber is employed. Industrially, it is preferable to carbonize the mixture using a rotary kiln from the viewpoint of the uniformity of carbonization treatment and the continuous productivity of the carbonaceous composite.

本発明の製造方法においては、第2工程で得られた炭素質複合体を水洗する工程を、さらに備えることが好ましい。第2工程で得られた炭素質複合体に副生成物や金属塩が残留している場合、炭素質複合体を水洗することで金属塩が除去され比表面積の大きなペレットを得ることができる。洗浄方法は特に限定はされず、水と炭素質複合体を接触させ当該炭素質複合体に含まれる金属塩を抽出する方法や、水と炭素質複合体を混合してから濾材を用いて濾別する方法などが挙げられる。抽出にはソックスレー抽出器などを用いることができ、濾過には桐山ロート、ブフナロートなどを用いることができる。また、工業的な濾過法としては、フィルタープレス法、ベルトプレス法、スクリュープレス法などが挙げられる。洗浄に使用する水は特に限定されないが、蒸留水やイオン交換水などが好ましい。また、効率的に金属塩を除去するために塩酸や酢酸などの酸が少量含まれた水溶液を用いてもよい。   In the manufacturing method of this invention, it is preferable to further provide the process of washing the carbonaceous composite obtained at the 2nd process with water. When a by-product or a metal salt remains in the carbonaceous composite obtained in the second step, the metal salt is removed by washing the carbonaceous composite with water to obtain a pellet having a large specific surface area. There is no particular limitation on the washing method, and a method of extracting metal salts contained in the carbonaceous composite by bringing water into contact with the carbonaceous composite, or mixing with water and the carbonaceous composite and then filtering using a filter medium. A method to separate is mentioned. A Soxhlet extractor or the like can be used for extraction, and a Kiriyama funnel, a Buchner funnel, or the like can be used for filtration. Examples of industrial filtration methods include a filter press method, a belt press method, and a screw press method. The water used for washing is not particularly limited, but distilled water, ion exchange water, and the like are preferable. Further, an aqueous solution containing a small amount of acid such as hydrochloric acid or acetic acid may be used in order to efficiently remove the metal salt.

第3工程において、得られた炭素質複合体を成形する。炭素質複合体の成形方法は特に限定されず、プレス加工、押出し加工、圧延加工などが挙げられる。このとき、前記炭素質複合体、バインダー及び水を混合して混合物を得てから、該混合物を成形することが好ましい。   In the third step, the obtained carbonaceous composite is molded. The method for forming the carbonaceous composite is not particularly limited, and examples thereof include pressing, extrusion, and rolling. At this time, it is preferable to form the mixture after mixing the carbonaceous composite, the binder, and water to obtain a mixture.

バインダーの量は、炭素質複合体100質量部に対して0.1質量部以上であることが好ましい。バインダーの量が炭素質複合体100質量部に対して0.1質量部未満の場合、炭素質複合体をペレットにすることができないおそれがあり、1質量部以上であることがより好ましい。一方、バインダーの量は、炭素質複合体100質量部に対して50質量部以下であることが好ましい。バインダーの量が、炭素質複合体100質量部に対して50質量部を超えると比表面積の小さいペレットが得られるおそれがあり、30質量部以下であることがより好ましい。   The amount of the binder is preferably 0.1 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the carbonaceous composite. When the amount of the binder is less than 0.1 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbonaceous composite, there is a possibility that the carbonaceous composite cannot be formed into pellets, and it is more preferably 1 part by mass or more. On the other hand, the amount of the binder is preferably 50 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the carbonaceous composite. When the amount of the binder exceeds 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbonaceous composite, a pellet having a small specific surface area may be obtained, and it is more preferably 30 parts by mass or less.

前記バインダーは、炭素質複合体をペレットにすることのできるものであれば特に限定されないが、成形性や強度の観点から、水溶性の多糖であることが好ましい。例えば、水溶性の多糖として、セルロース誘導体及びその塩、デンプン、デキストリンなどが挙げられる。これらの中でも、セルロース誘導体及びその塩が好適である。セルロース誘導体としてはカルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。塩としてはナトリウム塩等のアルカリ金属塩などが挙げられる。水溶性の観点からセルロース誘導体の塩がより好適であり、カルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩、特にナトリウム塩が好適である。   The binder is not particularly limited as long as it can form a carbonaceous composite into pellets, but is preferably a water-soluble polysaccharide from the viewpoint of moldability and strength. Examples of water-soluble polysaccharides include cellulose derivatives and salts thereof, starch, and dextrin. Of these, cellulose derivatives and salts thereof are preferred. Examples of cellulose derivatives include carboxymethyl cellulose. Examples of the salt include alkali metal salts such as sodium salt. From the viewpoint of water solubility, a salt of a cellulose derivative is more preferable, and an alkali metal salt of carboxymethyl cellulose, particularly a sodium salt is preferable.

水の量は、炭素質複合体及びバインダーを混合することのできる量であれば特に限定されず、炭素質複合体100質量部に対して通常10〜300質量部である。   The amount of water is not particularly limited as long as it can mix the carbonaceous composite and the binder, and is usually 10 to 300 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbonaceous composite.

第4工程において、成形された炭素質複合体を不活性ガス雰囲気下で加熱することによりペレットを得る。加熱温度は、通常300℃以上であり、好適には500℃以上である。一方、加熱温度が高すぎると炭化物中のグラフェンシートが成長しすぎて化学的に安定化し、比表面積の大きいペレットが得られないおそれがある。加熱温度は1500℃以下であることが好ましい。そして、得られたペレットを切断するなどして所望の形状や大きさに成形することもできる。   In the fourth step, pellets are obtained by heating the formed carbonaceous composite in an inert gas atmosphere. The heating temperature is usually 300 ° C. or higher, and preferably 500 ° C. or higher. On the other hand, if the heating temperature is too high, the graphene sheet in the carbide grows too much and is chemically stabilized, and a pellet having a large specific surface area may not be obtained. The heating temperature is preferably 1500 ° C. or less. And it can also shape | mold in a desired shape and a magnitude | size by cut | disconnecting the obtained pellet.

このとき、得られるペレットのBET比表面積が大きければ、触媒性能や吸着能力の向上が期待できる。そのため得られたペレットを賦活することが好ましい。賦活方法としては、薬品賦活法やガス賦活法が挙げられる。薬品賦活法とは、原料と薬品とを混合し、これを不活性ガス雰囲気中で加熱することにより原料に細孔を形成する方法である。ガス賦活法とは、原料を高温の水蒸気、炭酸ガス(燃焼ガス)、酸素(空気)などと接させて原料に細孔を形成する方法である。ペレットを賦活する方法として、薬品賦活法、ガス賦活法のいずれの賦活法も採用でき、ガス賦活法と薬品賦活法とを組み合わせることもできる。   At this time, if the BET specific surface area of the obtained pellet is large, improvement in catalyst performance and adsorption capacity can be expected. Therefore, it is preferable to activate the obtained pellets. Examples of the activation method include a chemical activation method and a gas activation method. The chemical activation method is a method of forming pores in the raw material by mixing the raw material and the chemical and heating it in an inert gas atmosphere. The gas activation method is a method of forming pores in a raw material by bringing the raw material into contact with high-temperature steam, carbon dioxide gas (combustion gas), oxygen (air), or the like. As a method for activating the pellets, any of the chemical activation method and the gas activation method can be adopted, and the gas activation method and the chemical activation method can be combined.

中でも、炭素質複合体を均質に賦活することができる観点から、賦活は薬品賦活であることが好ましい。ペレットを薬品賦活する方法として、以下の方法(1)及び方法(2)が挙げられる。
方法(1):第4工程で得られたペレットと賦活のための薬品を混合してこれを加熱する方法
方法(2):第3工程において、炭素質複合体、バインダー、水及び賦活のための薬品を混合して混合物を得てから、この混合物を成形しこれを加熱する方法。
均質に賦活されたペレットが得られる点で方法(2)が好適である。
Especially, it is preferable that activation is chemical activation from a viewpoint which can activate a carbonaceous composite_body | complex uniformly. The following method (1) and method (2) are mentioned as methods for chemical activation of the pellets.
Method (1): Method of mixing and heating the pellets obtained in the fourth step and the chemical for activation Method (2): In the third step, for carbonaceous composite, binder, water and activation A method in which a chemical is mixed to obtain a mixture, and then the mixture is formed and heated.
The method (2) is preferable in that a uniformly activated pellet is obtained.

賦活のための薬品としては、塩化亜鉛、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、リン酸、硫化カリウムなどの公知の薬品を用いることができる。このとき、薬品の量が少ないと炭素質複合体を賦活することができないおそれがある。かかる観点から、薬品の量は、炭素質複合体100質量部に対して20質量部以上であることが好ましく、100質量部以上であることがより好ましい。一方、薬品の量が多いと賦活が進行しすぎて、得られるペレットの強度が低下するおそれがある。かかる観点から、賦活薬品の量は、炭素質複合体100質量部に対して1000質量部以下であることが好ましく、300質量部以下であることがより好ましい。なお、方法(2)におけるバインダー及び水の量は前記した量でかまわない。   As chemicals for activation, known chemicals such as zinc chloride, potassium hydroxide, sodium hydroxide, phosphoric acid, and potassium sulfide can be used. At this time, if the amount of the chemical is small, the carbonaceous composite may not be activated. From this viewpoint, the amount of the chemical is preferably 20 parts by mass or more, and more preferably 100 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the carbonaceous composite. On the other hand, when the amount of the chemical is large, the activation proceeds too much, and the strength of the resulting pellet may be reduced. From this viewpoint, the amount of the activation chemical is preferably 1000 parts by mass or less and more preferably 300 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the carbonaceous composite. In addition, the amount of the binder and water in the method (2) may be the above-described amount.

方法(2)における加熱温度は、炭素質複合体を賦活することのできる温度であれば特に限定されず、通常300℃以上であり、好適には500℃以上である。今回驚くべきことに、加熱温度によってペレットの磁気特性が変化することがわかった。飽和磁化の値を大きくして外部磁場に対する応答性をより向上させ、なおかつ保磁力の値を小さくしてペレット同士が磁気的に凝集することを防ぐ観点から、加熱温度は620℃以上であることが好ましく、670℃以上であることがより好ましい。一方、加熱温度が高すぎると炭化物中のグラフェンシートが成長しすぎて化学的に安定化し、比表面積の大きいペレットが得られないおそれがある。加熱温度は1500℃以下であることが好ましい。   The heating temperature in the method (2) is not particularly limited as long as it is a temperature capable of activating the carbonaceous composite, and is usually 300 ° C. or higher, and preferably 500 ° C. or higher. Surprisingly, it has been found that the magnetic properties of the pellet change depending on the heating temperature. The heating temperature is 620 ° C. or higher from the viewpoint of increasing the saturation magnetization value to further improve the responsiveness to the external magnetic field and reducing the coercive force value to prevent the pellets from aggregating magnetically. Is preferable, and it is more preferable that it is 670 degreeC or more. On the other hand, if the heating temperature is too high, the graphene sheet in the carbide grows too much and is chemically stabilized, and a pellet having a large specific surface area may not be obtained. The heating temperature is preferably 1500 ° C. or less.

薬品賦活を行った場合、得られるペレットに金属塩が残留していることがある。この金属塩を除去するためにペレットを水洗してもよい。このとき、効率的に金属塩を除去するために塩酸などの酸が含まれた水溶液を用いてもよい。また、賦活に用いる薬品の沸点以上の温度で加熱する場合、金属塩が揮発するので洗浄を省略できる場合がある。   When chemical activation is performed, metal salts may remain in the obtained pellets. The pellet may be washed with water to remove this metal salt. At this time, an aqueous solution containing an acid such as hydrochloric acid may be used in order to efficiently remove the metal salt. Further, when heating at a temperature equal to or higher than the boiling point of the chemical used for activation, the metal salt volatilizes, so that washing may be omitted.

こうして得られるペレットは、多孔質体であって比表面積が大きい。そのため、官能基を導入したり金属を担持させたりすることができるので、優れた触媒前駆体として用いることができるし、吸着材として用いることもできる。また、得られたペレットを硫酸などでスルホン化処理することもできる。こうすることにより固体酸として用いることができる。しかもこうして得られるペレットは磁気特性にも優れている。   The pellets thus obtained are porous and have a large specific surface area. Therefore, since a functional group can be introduced or a metal can be supported, it can be used as an excellent catalyst precursor and can also be used as an adsorbent. Moreover, the obtained pellet can also be sulfonated with sulfuric acid or the like. By doing so, it can be used as a solid acid. Moreover, the pellets thus obtained are also excellent in magnetic properties.

中でも、本発明の好適な実施態様は、ペレットからなる吸着材である。吸着させる物質(被吸着物質)は特に限定されない。本発明のペレットは表面にカルボキシル基などの酸性の官能基を有する場合が多いので、アルカリ性の物質を吸着することができる。このような物質としては、セシウムイオンなどのアルカリ金属イオン、ストロンチウムイオンなどのアルカリ土類金属イオン、メチレンブルーなどの塩基性分子などが挙げられる。   Among these, a preferred embodiment of the present invention is an adsorbent made of pellets. The substance to be adsorbed (adsorbed substance) is not particularly limited. Since the pellet of the present invention often has an acidic functional group such as a carboxyl group on its surface, it can adsorb an alkaline substance. Examples of such substances include alkali metal ions such as cesium ions, alkaline earth metal ions such as strontium ions, and basic molecules such as methylene blue.

また、本発明者はさらに検討した結果、この吸着材は表面に酸性の官能基を有するにもかかわらず、フッ素イオンを効率良く吸着することができることを見出した。したがって、フッ素吸着材も本発明の好適な実施態様である。フッ素イオンを吸着することができる理由は必ずしも明らかではないが、炭素のマトリックス中に分散した金属酸化物の磁性粒子がフッ素イオンの吸着に何らかの影響を与えているのではないかと推測される。   Further, as a result of further investigation, the present inventor has found that this adsorbent can adsorb fluorine ions efficiently despite having an acidic functional group on the surface. Therefore, a fluorine adsorbent is also a preferred embodiment of the present invention. The reason why fluorine ions can be adsorbed is not necessarily clear, but it is presumed that the magnetic particles of metal oxide dispersed in a carbon matrix have some influence on the adsorption of fluorine ions.

本発明の吸着材を用いて処理される液体は被吸着物質が含まれているものであれば特に限定されない。当該液体としては、水溶液であることが好ましく、被吸着物質を含む地下水や工業排水を挙げることができる。本発明の吸着材は磁石に吸着するため、吸着材のみを磁石で回収することができる。被吸着物質を含む液体が固形分を含む水溶液である場合、当該水溶液から吸着材のみを回収することは困難である。この観点から、本発明の吸着材を用いて処理される液体は、被吸着物質及び固形分を含む水溶液であることが好ましい。当該水溶液に含まれる固形分としては、石、砂、土、灰などを挙げることができる。当該水溶液に有機溶媒が含まれていてもかまわない。   The liquid to be treated using the adsorbent of the present invention is not particularly limited as long as it contains an adsorbed substance. The liquid is preferably an aqueous solution, and examples thereof include groundwater and industrial wastewater containing an adsorbed substance. Since the adsorbent of the present invention is adsorbed to the magnet, only the adsorbent can be recovered by the magnet. When the liquid containing the substance to be adsorbed is an aqueous solution containing a solid content, it is difficult to recover only the adsorbent from the aqueous solution. From this viewpoint, the liquid to be treated using the adsorbent of the present invention is preferably an aqueous solution containing an adsorbed substance and a solid content. Examples of the solid content contained in the aqueous solution include stone, sand, earth, and ash. The aqueous solution may contain an organic solvent.

さらに、本発明の吸着材は、炭素のマトリックス中に金属酸化物の磁性粒子が分散しているものであり、磁性粒子と吸着剤とを結着剤で結着させたものではない。したがって、磁性粒子と吸着剤とが分離することはない。   Furthermore, the adsorbent of the present invention is one in which magnetic particles of metal oxide are dispersed in a carbon matrix, and is not a binder obtained by binding magnetic particles and adsorbent with a binder. Therefore, the magnetic particles and the adsorbent are not separated.

前記炭素質複合体からなる吸着材と被吸着物質を含む液体とを接触させて該液体に含まれる被吸着物質を吸着させた後、前記吸着材を磁力によって回収する被吸着物質の除去方法も本発明の好適な実施形態である。   There is also a method for removing an adsorbed material, in which the adsorbent comprising the carbonaceous composite is brought into contact with a liquid containing the adsorbed substance to adsorb the adsorbed substance contained in the liquid, and then the adsorbent is recovered by magnetic force. It is a preferred embodiment of the present invention.

このとき、被吸着物質を含む液体が石、砂、土、灰などの固形分を含む水溶液である場合、当該水溶液から吸着材のみを回収することは困難である。例えば、ろ過によって吸着材のみを回収することは非常に困難である。特に吸着材と固形分の大きさが同じ場合、ろ過では吸着材のみを回収することはできない。また、遠心分離によっても水溶液から吸着材のみを回収することはできず、吸着材とともに固形分も回収されてしまう。固形分と吸着材とを含む混合物から吸着材のみを分離することも困難である。   At this time, when the liquid containing the substance to be adsorbed is an aqueous solution containing solids such as stone, sand, earth, and ash, it is difficult to recover only the adsorbent from the aqueous solution. For example, it is very difficult to recover only the adsorbent by filtration. In particular, when the adsorbent and the solids have the same size, the adsorbent alone cannot be recovered by filtration. In addition, only the adsorbent cannot be recovered from the aqueous solution by centrifugation, and the solid content is recovered together with the adsorbent. It is also difficult to separate only the adsorbent from the mixture containing the solid content and the adsorbent.

しかしながら、本発明の除去方法では磁石に吸着する吸着材を用いるので、固形分が含まれている地下水や工業排水から吸着材のみを回収することができる。この観点から、本発明の除去方法では、前記吸着材と、被吸着物質及び固形分を含む水溶液とを接触させて当該水溶液に含まれる被吸着物質を吸着させることが好ましい。   However, since the adsorbent adsorbed on the magnet is used in the removal method of the present invention, only the adsorbent can be recovered from groundwater or industrial wastewater containing solids. From this viewpoint, in the removal method of the present invention, it is preferable that the adsorbent is brought into contact with the aqueous solution containing the adsorbed substance and the solid content to adsorb the adsorbed substance contained in the aqueous solution.

吸着材の回収には、通常、磁石が用いられる。磁石の種類は特に限定されず、永久磁石、電磁石、超電導磁石などを挙げることができる。   A magnet is usually used for collecting the adsorbent. The kind of magnet is not particularly limited, and examples thereof include a permanent magnet, an electromagnet, and a superconducting magnet.

以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

参考例
[炭素質複合体シートの作製]
(炭素質複合体の合成)
容量が20Lの容器に硝酸鉄(III)九水和物(Fe(NO・9HO)120gと水道水16Lとを入れ、ポータブルミキサーを用いて撹拌した。得られた水溶液に粉体計量供給機を用いて粉状のカルボキシメチルセルロースナトリウム(以下、CMC・Naと略記することがある。和光純薬工業株式会社製、型番:039−01335)240gを投入してさらに撹拌し、ゲル状の混合物を得た。得られたゲル状の混合物の水分が無くなるまで、送風式乾燥炉を用いて65℃で3日間乾燥して、300gの乾燥した混合物を得た。そして、乾燥した混合物を粉砕機を用いて微粉砕した後、サイクロン式の集塵装置が接続された加熱容器に入れ、窒素雰囲気下で、250℃、1時間加熱して炭化処理した。得られた炭化物をソックスレー抽出器を用いて蒸留水で6時間洗浄した後、恒温乾燥炉を用いて105℃、約24時間乾燥し、ふるい分けをして粒径が150μm以下の炭素質複合体を得た。
Reference example 1
[Production of carbon composite sheet]
(Synthesis of carbonaceous composite)
Capacity placed in a container of 20L and iron (III) nitrate nonahydrate (Fe (NO 3) 3 · 9H 2 O) 120g of tap water 16L, was stirred with a portable mixer. 240 g of powdered sodium carboxymethylcellulose (hereinafter sometimes abbreviated as CMC · Na, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., model number: 039-01335) is charged into the obtained aqueous solution using a powder metering machine. The mixture was further stirred to obtain a gel-like mixture. The obtained gel-like mixture was dried at 65 ° C. for 3 days using a blow-type drying furnace until 300 g of the dried mixture was obtained. The dried mixture was finely pulverized using a pulverizer, and then placed in a heating container connected to a cyclone dust collector, and carbonized by heating at 250 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. The obtained carbide was washed with distilled water for 6 hours using a Soxhlet extractor, dried at 105 ° C. for about 24 hours using a constant temperature drying furnace, and sieved to obtain a carbonaceous composite having a particle size of 150 μm or less. Obtained.

(ペーストの調製)
0.64mLの蒸留水に、バインダーのCMC・Na0.1gを加え撹拌して水溶液を得てから、この水溶液に得られた炭素質複合体0.589g加えて混練することで炭素質複合体を含むペーストを得た(表1参照)。
(Preparation of paste)
To 0.64 mL of distilled water, 0.1 g of binder CMC / Na is added and stirred to obtain an aqueous solution. Then, 0.589 g of the obtained carbonaceous composite is added to the aqueous solution and kneaded to obtain a carbonaceous composite. A paste containing was obtained (see Table 1).

(成形処理)
得られたペーストを31.3mm×横10.6mm×深さ35.0mmの金型(以下、金型Aと略記することがある)に充填して成形した。金型から成形品を取り出してアルミナ磁器質の焼成ボート(東京硝子器械株式会社製「ACE97ボート ACE-CB」)に載せた。そして、この焼成ボートを石英管(内径46mm×外径50mm×長さ1200mm)に入れ、この石英管をプログラム管状電気炉(アズワン株式会社製「TMF-500N」)にセットした。昇温速度8.3℃/min、窒素流量200mL/minで炉内の加熱を開始し、炉内の温度が1000℃に達したことを確認した後、3時間その温度に保持した。3時間経過後、自然冷却により炉内の温度を室温まで下げた。このようにして縦10.6mm×横31.3×厚さ2mmの炭素質複合体シートを得た(以下、シートと略記することがある)。また、得られたペーストを直径2mmの孔から押出して円柱状に成形し、これを加熱することで円柱状の炭素質複合体ペレットを得ることもできた。これにより、得られたペーストを成形することで所望の形状の炭素質複合体からなるペレットが得られることがわかった。
(Molding process)
The obtained paste was filled into a mold having a size of 31.3 mm, a width of 10.6 mm, and a depth of 35.0 mm (hereinafter sometimes abbreviated as mold A). The molded product was taken out from the mold and placed on an alumina porcelain firing boat (“ACE97 boat ACE-CB” manufactured by Tokyo Glass Instruments Co., Ltd.). The fired boat was placed in a quartz tube (inner diameter 46 mm × outer diameter 50 mm × length 1200 mm), and this quartz tube was set in a programmed tubular electric furnace (“TMF-500N” manufactured by ASONE Corporation). Heating in the furnace was started at a temperature rising rate of 8.3 ° C./min and a nitrogen flow rate of 200 mL / min, and after confirming that the temperature in the furnace reached 1000 ° C., the temperature was maintained for 3 hours. After 3 hours, the temperature in the furnace was lowered to room temperature by natural cooling. In this manner, a carbonaceous composite sheet having a length of 10.6 mm, a width of 31.3, and a thickness of 2 mm was obtained (hereinafter sometimes abbreviated as a sheet). Moreover, the obtained paste was extruded from a hole having a diameter of 2 mm, formed into a cylindrical shape, and heated to obtain a cylindrical carbonaceous composite pellet. Thereby, it turned out that the pellet which consists of a carbonaceous composite_body | complex of a desired shape is obtained by shape | molding the obtained paste.

[評価]
(比表面積、細孔容積、細孔直径の測定)
比表面積・細孔分布測定装置を用いて、窒素吸着法(BET法)により、得られたシートの吸着等温線を測定した。BET比表面積の値を表1に示す。また、BJH(Barrett, Joyner, and Halenda)法による解析を行い、シートの平均細孔直径及び全細孔容積をそれぞれ算出した。これらの結果も表1に示す。比表面積・細孔分布測定装置は、株式会社島津製作所製「トライスターII 3020」を用いた。
[Evaluation]
(Measurement of specific surface area, pore volume, pore diameter)
The adsorption isotherm of the obtained sheet was measured by a nitrogen adsorption method (BET method) using a specific surface area / pore distribution measuring device. The BET specific surface area values are shown in Table 1. Moreover, the analysis by the BJH (Barrett, Joyner, and Halenda) method was performed, and the average pore diameter and the total pore volume of the sheet were calculated, respectively. These results are also shown in Table 1. As a specific surface area / pore distribution measuring apparatus, “Tristar II 3020” manufactured by Shimadzu Corporation was used.

(フッ素イオンの吸着試験)
得られたシートを2mm×2mm×2mmに切断してペレットを得た。そして、このペレットを用いて、以下に記載する方法によりフッ素イオンの吸着試験を行った。
(Fluorine ion adsorption test)
The obtained sheet was cut into 2 mm × 2 mm × 2 mm to obtain pellets. And the adsorption test of the fluorine ion was done by the method described below using this pellet.

(1)フッ化カリウム水溶液の調製
フッ化カリウム0.3gを100mLの蒸留水に溶解した。この水溶液を蒸留水で10倍に希釈して、本実験に用いるフッ化カリウム水溶液を調製した。得られた水溶液のフッ素イオン濃度を下記(3)の方法により測定したところ、フッ素イオン濃度は99mg/L(濃度Aとする)であった。
(1) Preparation of aqueous potassium fluoride solution 0.3 g of potassium fluoride was dissolved in 100 mL of distilled water. This aqueous solution was diluted 10 times with distilled water to prepare an aqueous potassium fluoride solution used in this experiment. When the fluorine ion concentration of the obtained aqueous solution was measured by the method (3) below, the fluorine ion concentration was 99 mg / L (concentration A).

(2)フッ素イオンの吸着試験
上記(1)の方法により調製した水溶液100mLと、前記ペレット1.0gとをビーカーに入れた。振とう機を用いて、室温、24時間、回転数175rpmでビーカー内の水溶液を撹拌した。振とう終了後、ビーカーに磁石を近づけてみたところ、水溶液中のペレットは磁石に引き寄せられ、ビーカーの壁面を介して磁石に付いた。これにより磁石を用いてペレットを回収することができることが確認された。水溶液をろ過して水溶液中のペレットを除去してろ液を回収した。得られたろ液30mLを用いて、下記(3)の方法によりフッ素イオン濃度を測定した。その結果、ろ液のフッ素イオン濃度は78mg/L(濃度Bとする)であった。
(2) Adsorption test of fluorine ions 100 mL of the aqueous solution prepared by the method of (1) above and 1.0 g of the pellets were placed in a beaker. Using a shaker, the aqueous solution in the beaker was stirred at room temperature for 24 hours at a rotation speed of 175 rpm. After the shaking, when the magnet was brought close to the beaker, the pellets in the aqueous solution were attracted to the magnet and attached to the magnet through the wall of the beaker. Thereby, it was confirmed that a pellet can be collect | recovered using a magnet. The aqueous solution was filtered to remove pellets in the aqueous solution, and the filtrate was recovered. Using 30 mL of the obtained filtrate, the fluorine ion concentration was measured by the following method (3). As a result, the fluorine ion concentration of the filtrate was 78 mg / L (concentration B).

(3)フッ素イオン濃度の測定
水溶液中のフッ素イオン濃度は、JIS K 0170-6(2011)に記載の「蒸留・ランタン−アリザリンコンプレキソン発色CFA法」により測定した。吸光度の測定にはビーエルテック株式会社製の「Auto Analyzer 3」を用いた。
(3) Measurement of fluorine ion concentration The fluorine ion concentration in the aqueous solution was measured by the “distilled / lanthanum-alizarin complexone coloring CFA method” described in JIS K 0170-6 (2011). For the measurement of absorbance, “Auto Analyzer 3” manufactured by BLC was used.

得られた濃度Aと濃度Bの値を用い下記式で、用いたペレット1kgに吸着するフッ素イオン吸着量を求めた。結果を表1及び図1に示す。
フッ素イオン吸着量(mg/kg)=[(濃度A(mg/L)−濃度B(mg/L))×試験に用いたフッ化カリウム水溶液の量(L)]/試験に用いたペレットの量(kg)
Using the values of concentration A and concentration B obtained, the amount of fluorine ion adsorbed on 1 kg of the pellets used was determined by the following formula. The results are shown in Table 1 and FIG.
Fluorine ion adsorption amount (mg / kg) = [(concentration A (mg / L) −concentration B (mg / L)) × amount of potassium fluoride aqueous solution used in the test (L)] / the pellet used in the test Amount (kg)

実施例
ペーストの調製において、賦活のための薬品である塩化亜鉛1.32gをさらに加えた以外は参考例1と同様にしてシートを得て、これを評価した。結果を表1に示す。また、以下に示す「X線分析」、「ラマン分光法による分析」、「破断強度試験」及び「磁気特性の測定」も行った。
Example 1
In the preparation of the paste, a sheet was obtained and evaluated in the same manner as in Reference Example 1 except that 1.32 g of zinc chloride, which is a chemical for activation, was further added. The results are shown in Table 1. In addition, the following “X-ray analysis”, “analysis by Raman spectroscopy”, “breaking strength test”, and “measurement of magnetic properties” were also performed.

(X線分析)
シートを割りその断面を、走査型電子顕微鏡装置(SEM)に接続されたエネルギー分散型X線分析装置(EDS)を用いて分析した。その結果、炭素原子の数に対する金属原子の数の比(Metal/C)は、0.0046であった。走査型電子顕微鏡装置(SEM/EDS)は、日本電子株式会社製「JSM−6510」を用いた。
(X-ray analysis)
The sheet was divided and the cross section was analyzed using an energy dispersive X-ray analyzer (EDS) connected to a scanning electron microscope (SEM). As a result, the ratio of the number of metal atoms to the number of carbon atoms (Metal / C) was 0.0046. “JSM-6510” manufactured by JEOL Ltd. was used as a scanning electron microscope apparatus (SEM / EDS).

(ラマン分光法による分析)
ラマン分光測定装置を用いて、実施例で得られたシートを粉砕し粉状にしてラマン測定を行った。結果を図2に示す。図2に示すように、1580cm−1付近にGバンドと呼ばれるピークが、1350cm−1付近にDバンドと呼ばれるピークがそれぞれ確認された。Gバンドは炭素原子の六角格子内振動に起因するピークであり、Dバンドは無定形炭素等のダングリングボンドを持つ炭素原子に起因するピークである。Gバンドのピーク強度に対するDバンドの比は約0.88であり、これを根拠に、参考例1で得られたシートに含まれるグラフェンシートの平均的なサイズが約55nmであることがわかった。ラマン分光測定装置は、RENISHAW社製の顕微ラマン分光光度計「inVia Reflex St」を用いた。
(Analysis by Raman spectroscopy)
Using the Raman spectrometer, the sheet obtained in Example 1 was pulverized into powder and subjected to Raman measurement. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 2, a peak called G band around 1580 cm -1 is a peak called D band around 1350 cm -1 was confirmed, respectively. The G band is a peak caused by vibrations in the hexagonal lattice of carbon atoms, and the D band is a peak caused by carbon atoms having dangling bonds such as amorphous carbon. The ratio of the D band to the peak intensity of the G band was about 0.88. Based on this, it was found that the average size of the graphene sheet contained in the sheet obtained in Reference Example 1 was about 55 nm. . As the Raman spectroscopic measurement apparatus, a micro Raman spectrophotometer “inVia Reflex St” manufactured by RENISHAW was used.

(破断強度試験)
図3に示すように、実施例で得られたシートの中心に糸を巻き付け、その糸に重りをつるした。そして、このシートが破断したときの重りの重さを測定した。その結果、最大耐荷重は819.8gであった。
(Break strength test)
As shown in FIG. 3, a yarn was wound around the center of the sheet obtained in Example 1 , and a weight was hung on the yarn. And the weight of the weight when this sheet broke was measured. As a result, the maximum load capacity was 819.8 g.

(磁気特性の測定)
試料振動式磁力計を用いて、得られたシートを粉砕し粉状にして、そしてアクリル製の専用セルホルダーに詰めて磁気特性を測定した。結果を表1及び図4に示すに示す。振動試料型磁力計は、東英工業株式会社製のVSM−15を用いた。
(Measurement of magnetic properties)
Using the sample vibration type magnetometer, the obtained sheet was pulverized into powder and packed in an acrylic cell holder to measure the magnetic properties. The results are shown in Table 1 and FIG. As a vibrating sample magnetometer, VSM-15 manufactured by Toei Kogyo Co., Ltd. was used.

参考例2〜5
炉内の温度を表1に示すように変更した以外は実施例と同様にしてペレットを得て、これを評価した。結果を表1に示す。
Reference Examples 2-5
Except for changing the temperature in the furnace as shown in Table 1, pellets were obtained in the same manner as in Example 1 and evaluated. The results are shown in Table 1.

参考例6〜9
ペーストの調製において、各成分の配合量を表1に示すように変更した以外は実施例と同様にしてペレットを得て、これを評価した。結果を表1に示す。
Reference Examples 6-9
In preparing the paste, pellets were obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the amount of each component was changed as shown in Table 1. The results are shown in Table 1.

比較例1
参考例1で得られた炭素質複合体1gと、バインダーのCMC・Na1gとを加えた混合物を得た。この混合物を金型Aに入れ、室温でプレス圧力180kgf/cmで1時間プレスを行った。こうして得られた成形品は、非常に脆く立体形状を保つことができるものではなかった。
Comparative Example 1
A mixture obtained by adding 1 g of the carbonaceous composite obtained in Reference Example 1 and 1 g of CMC · Na as a binder was obtained. This mixture was put into a mold A and pressed at room temperature at a press pressure of 180 kgf / cm 2 for 1 hour. The molded product thus obtained was very brittle and could not maintain a three-dimensional shape.

比較例2
参考例1で得られた炭素質複合体1gと、バインダーのCMC・Na1gとを加えた混合物を得た。この混合物を金型Aに入れ、室温でプレス圧力180kgf/cmで1時間プレスを行った。プレスされた混合物を三口フラスコに移し、当該三口フラスコ中において、昇温速度3.3℃/min、窒素流量150mL/minで加熱を開始し、フラスコ内の温度が400℃に達したことを確認した後、1時間その温度に保持した。1時間経過後、自然冷却により温度を室温まで下げた。こうして得られた成形品は、非常に脆く立体形状を保つことができるものではなかった。
Comparative Example 2
A mixture obtained by adding 1 g of the carbonaceous composite obtained in Reference Example 1 and 1 g of CMC · Na as a binder was obtained. This mixture was put into a mold A and pressed at room temperature at a press pressure of 180 kgf / cm 2 for 1 hour. The pressed mixture is transferred to a three-necked flask, and heating is started at a heating rate of 3.3 ° C./min and a nitrogen flow rate of 150 mL / min in the three-necked flask, and it is confirmed that the temperature in the flask has reached 400 ° C. And held at that temperature for 1 hour. After 1 hour, the temperature was lowered to room temperature by natural cooling. The molded product thus obtained was very brittle and could not maintain a three-dimensional shape.

比較例3
Scientific Polymer Products, INCから入手したポリエチレンペレット(Mw:50000)2gを、粉砕機(大阪ケミカル株式会社製「WB−1」を用いて60秒間粉砕した。そして、参考例1で得られた炭素質複合体0.5gと、粉砕されたポリエチレン(以下、PEと略記することがある)0.5gとを混合して混合物を得た。この混合物を直径14mm×高さ33mmの金型(以下、金型Bと略記することがある)に入れ、ハンドホットプレス(アズワン株式会社製「HHP-1」)を用いて室温でプレスした。このときのプレス圧力は100kgf/cmであり、プレス時間は1時間であった。こうして得られた成形品は、非常に脆く立体形状を保つことができるものではなかった。
Comparative Example 3
2 g of polyethylene pellets (Mw: 50000) obtained from Scientific Polymer Products, INC were pulverized for 60 seconds using a pulverizer (“WB-1” manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.) and the carbonaceous material obtained in Reference Example 1 A composite was obtained by mixing 0.5 g of the composite and 0.5 g of pulverized polyethylene (hereinafter sometimes abbreviated as PE) to obtain a mixture. (It may be abbreviated as “Die B”) and pressed at room temperature using a hand hot press (“HHP-1” manufactured by AS ONE Co., Ltd.) The pressing pressure at this time is 100 kgf / cm 2 , and the pressing time The molded product thus obtained was very brittle and could not maintain a three-dimensional shape.

比較例4
比較例3と同様にしてPEを得た。そして、参考例1で得られた炭素質複合体1gとPE2gとを混合して混合物を得た。この混合物を金型Aに入れ、室温でプレス圧力220kgf/cmで1時間プレスを行った。プレスされた混合物を三口フラスコに移し、当該三口フラスコ中において、昇温速度2.7℃/min、窒素流量150mL/minで加熱を開始し、温度が80℃に達したことを確認した後、2.5時間その温度に保持した。2.5時間経過後、昇温速度1.2℃/minで再加熱してフラスコ内温度が150℃に達したことを確認した後、1時間その温度に保持した。1時間経過後、自然冷却により温度を室温まで下げた。こうして得られた成形品は、非常に脆く立体形状を保つことができるものではなかった。
Comparative Example 4
PE was obtained in the same manner as in Comparative Example 3. Then, 1 g of the carbonaceous composite obtained in Reference Example 1 and 2 g of PE were mixed to obtain a mixture. This mixture was placed in a mold A and pressed at room temperature at a pressing pressure of 220 kgf / cm 2 for 1 hour. After the pressed mixture was transferred to a three-necked flask, heating was started at a heating rate of 2.7 ° C./min and a nitrogen flow rate of 150 mL / min in the three-necked flask, and after confirming that the temperature reached 80 ° C., Hold at that temperature for 2.5 hours. After 2.5 hours, the mixture was reheated at a temperature rising rate of 1.2 ° C./min to confirm that the temperature in the flask reached 150 ° C., and held at that temperature for 1 hour. After 1 hour, the temperature was lowered to room temperature by natural cooling. The molded product thus obtained was very brittle and could not maintain a three-dimensional shape.

比較例5
参考例1で得られた炭素質複合体0.1gと、バインダーとしての硫黄(粉末、和光純薬工業株式会社製)0.9gとを加えた混合物を得た。この混合物を金型Bに入れ、ハンドホットプレス(アズワン株式会社製「HHP−1」)を用いて室温でプレスした。プレス圧力は180kgf/cmであり、プレス時間は0.5時間であった。こうして得られた成形品は、非常に脆く立体形状を保つことができるものではなかった。
Comparative Example 5
A mixture obtained by adding 0.1 g of the carbonaceous composite obtained in Reference Example 1 and 0.9 g of sulfur (powder, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a binder was obtained. This mixture was put in a mold B and pressed at room temperature using a hand hot press (“HHP-1” manufactured by ASONE CORPORATION). The pressing pressure was 180 kgf / cm 2 and the pressing time was 0.5 hours. The molded product thus obtained was very brittle and could not maintain a three-dimensional shape.

比較例6
参考例1で得られた炭素質複合体0.2gと、バインダーとしての硫黄(粉末、和光純薬工業株式会社製)0.8gとを加えた混合物を得た。この混合物を金型Bに入れ、ハンドホットプレス(アズワン株式会社製「HHP−1」)を用いてプレスした。このときのプレス温度は200℃であり、プレス圧力は200kgf/cmであり、プレス時間は0.5時間であった。こうして得られた成形品は、非常に脆く立体形状を保つことができるものではなかった。
Comparative Example 6
A mixture obtained by adding 0.2 g of the carbonaceous composite obtained in Reference Example 1 and 0.8 g of sulfur (powder, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a binder was obtained. This mixture was placed in a mold B and pressed using a hand hot press (“HHP-1” manufactured by ASONE CORPORATION). The pressing temperature at this time was 200 ° C., the pressing pressure was 200 kgf / cm 2 , and the pressing time was 0.5 hours. The molded product thus obtained was very brittle and could not maintain a three-dimensional shape.

比較例7
参考例1で得られた炭素質複合体1gと、バインダーとしてのコールタールピッチ(JEFケミカル株式会社製)1gとを混合して混合物を得た。この混合物を金型Aに入れ、室温でプレス圧力200kgf/cmで1時間40分間プレスを行った。こうして得られた成形品は、非常に脆く所望の立体形状を保つことができるものではなかった。
Comparative Example 7
A mixture was obtained by mixing 1 g of the carbonaceous composite obtained in Reference Example 1 and 1 g of coal tar pitch (manufactured by JEF Chemical Co., Ltd.) as a binder. This mixture was put in a mold A and pressed at room temperature at a press pressure of 200 kgf / cm 2 for 1 hour and 40 minutes. The molded product thus obtained was very brittle and could not maintain a desired three-dimensional shape.

比較例8
参考例1で得られた炭素質複合体0.5gと、バインダーとしてのコールタールピッチ(JEFケミカル株式会社製)0.5gとを混合して混合物を得た。この混合物を金型Aに入れ、室温でプレス圧力240kgf/cmで1時間プレスを行った。プレスされた混合物をアルミナ磁器質の焼成ボート(東京硝子器械株式会社製「ACE97ボート ACE-CB」)に載せた。そして、この焼成ボートを石英管(内径46mm×外径50mm×長さ1200mm)に入れ、この石英管をプログラム管状電気炉(アズワン株式会社製「TMF-500N」)にセットした。昇温速度8.3℃/min、窒素流量200mL/minで炉内の加熱を開始し、炉内の温度が500℃に達したことを確認した後、1時間その温度に保持した。1時間経過後、自然冷却により炉内の温度を室温まで下げた。こうして得られた成形品は、非常に脆く立体形状を保つことができるものではなかった。
Comparative Example 8
A mixture was obtained by mixing 0.5 g of the carbonaceous composite obtained in Reference Example 1 and 0.5 g of coal tar pitch (manufactured by JEF Chemical Co., Ltd.) as a binder. This mixture was placed in a mold A and pressed at room temperature at a pressing pressure of 240 kgf / cm 2 for 1 hour. The pressed mixture was placed on an alumina porcelain firing boat (“ACE97 boat ACE-CB” manufactured by Tokyo Glass Instruments Co., Ltd.). The fired boat was placed in a quartz tube (inner diameter 46 mm × outer diameter 50 mm × length 1200 mm), and this quartz tube was set in a programmed tubular electric furnace (“TMF-500N” manufactured by ASONE Corporation). Heating in the furnace was started at a temperature rising rate of 8.3 ° C./min and a nitrogen flow rate of 200 mL / min, and after confirming that the temperature in the furnace reached 500 ° C., the temperature was maintained for 1 hour. After 1 hour, the temperature in the furnace was lowered to room temperature by natural cooling. The molded product thus obtained was very brittle and could not maintain a three-dimensional shape.

比較例9
0.64mLの蒸留水に、賦活のための薬品として塩化亜鉛1.32gを加え撹拌して水溶液を得てから、この水溶液に参考例1で得られた炭素質複合体0.589g加えた(表1参照)。得られた混合物を成形せずにアルミナ磁器質の焼成ボート(東京硝子器械株式会社製「ACE97ボート ACE-CB」)に載せた。そして、この焼成ボートを石英管(内径46mm×外径50mm×長さ1200mm)に入れ、この石英管をプログラム管状電気炉(アズワン株式会社製「TMF-500N」)にセットした。昇温速度8.3℃/min、窒素流量200mL/minで炉内の加熱を開始し、炉内の温度が1000℃に達したことを確認した後、3時間その温度に保持した。3時間経過後、自然冷却により炉内の温度を室温まで下げた。得られたものは粉末状であった(以下、単に粉末と略記することがある)。そして、参考例1と同様にして「比表面積、細孔容積、細孔直径の測定」及び「フッ素イオンの吸着試験」を行った。結果を表1に示す。
Comparative Example 9
After adding 1.32 g of zinc chloride as a chemical for activation to 0.64 mL of distilled water and stirring to obtain an aqueous solution, 0.589 g of the carbonaceous composite obtained in Reference Example 1 was added to this aqueous solution ( (See Table 1). The obtained mixture was placed on an alumina porcelain firing boat (“ACE97 boat ACE-CB” manufactured by Tokyo Glass Instruments Co., Ltd.) without being molded. The fired boat was placed in a quartz tube (inner diameter 46 mm × outer diameter 50 mm × length 1200 mm), and this quartz tube was set in a programmed tubular electric furnace (“TMF-500N” manufactured by ASONE Corporation). Heating in the furnace was started at a temperature rising rate of 8.3 ° C./min and a nitrogen flow rate of 200 mL / min, and after confirming that the temperature in the furnace reached 1000 ° C., the temperature was maintained for 3 hours. After 3 hours, the temperature in the furnace was lowered to room temperature by natural cooling. The obtained product was in the form of powder (hereinafter, sometimes simply abbreviated as powder). In the same manner as in Reference Example 1, “specific surface area, pore volume, pore diameter measurement” and “fluorine ion adsorption test” were performed. The results are shown in Table 1.

比較例10
参考例1における「炭素質複合体の合成」で得られた粉末状の炭素質複合体を評価した。評価は参考例1と同様にして「比表面積、細孔容積、細孔直径の測定」及び「フッ素イオンの吸着試験」を行うとともに、実施例と同様にして「ラマン分光法による分析」及び「磁気特性の測定」も行った。結果を表1に示す。
Comparative Example 10
The powdery carbonaceous composite obtained in “Synthesis of carbonaceous composite” in Reference Example 1 was evaluated. The evaluation was carried out in the same manner as in Reference Example 1 including “measurement of specific surface area, pore volume and pore diameter” and “fluorine ion adsorption test”, and in the same manner as in Example 1 , “analysis by Raman spectroscopy” and “Measurement of magnetic properties” was also performed. The results are shown in Table 1.

比較例11
市販の活性炭(味の素ファインテクノ株式会社製の活性炭「ホクエツY−10S」)を用いて参考例1と同様にしてフッ素イオンの吸着試験を行った。結果を表1に示す。
Comparative Example 11
A fluorine ion adsorption test was performed in the same manner as in Reference Example 1 using commercially available activated carbon (activated carbon “Hokuetsu Y-10S” manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd.). The results are shown in Table 1.

Figure 0006598239
Figure 0006598239

Claims (5)

グラフェンシートを含む炭素のマトリックス中に酸化鉄の磁性粒子が分散してなる炭素質複合体からなるペレットからなるフッ素吸着材であって;
炭素原子の数に対する原子の数の比(Fe/C)が0.0005〜0.5であり、かつ飽和磁化が5emu/g以上であることを特徴とするフッ素吸着材
A fluorine adsorbent comprising a pellet made of a carbonaceous composite in which magnetic particles of iron oxide are dispersed in a carbon matrix containing a graphene sheet;
A fluorine adsorbent characterized in that the ratio of the number of iron atoms to the number of carbon atoms ( Fe 2 / C) is 0.0005 to 0.5 and the saturation magnetization is 5 emu / g or more.
BET比表面積が100m/g以上である請求項1に記載のフッ素吸着材The fluorine adsorbent according to claim 1, wherein the BET specific surface area is 100 m 2 / g or more. 残留磁化(Mr)に対する飽和磁化(Ms)の比(Ms/Mr)が20以上である請求項1又は2に記載のフッ素吸着材The fluorine adsorbent according to claim 1 or 2, wherein a ratio (Ms / Mr) of saturation magnetization (Ms) to residual magnetization (Mr) is 20 or more. 請求項1〜3のいずれかに記載のフッ素吸着材の製造方法であって;
鉄塩と水溶性の多糖とを水の存在下で混合する第1工程と、
第1工程で得られた混合物を80〜1000℃で炭化させて炭素質複合体を得る第2工程と、
得られた炭素質複合体100質量部に対し、水溶性の多糖0.1〜50質量部、水10〜300質量部、及び塩化亜鉛20〜1000質量部を混合して混合物を得てから、該混合物を成形する第3工程と、
成形された炭素質複合体を不活性ガス雰囲気下で300〜1500℃で加熱する第4工程とを備えることを特徴とする吸着材の製造方法。
It is a manufacturing method of the fluorine adsorbent in any one of Claims 1-3,
A first step of mixing an iron salt and a water-soluble polysaccharide in the presence of water;
A second step of carbonizing the mixture obtained in the first step at 80 to 1000 ° C. to obtain a carbonaceous composite;
To 100 parts by mass of the obtained carbonaceous composite, 0.1 to 50 parts by mass of water-soluble polysaccharide, 10 to 300 parts by mass of water, and 20 to 1000 parts by mass of zinc chloride are obtained to obtain a mixture, A third step of forming the mixture ;
Method for producing an adsorbent, characterized in that it comprises a fourth step of heating the molded carbonaceous composite at 300 to 1,500 ° C. in an inert gas atmosphere.
請求項1〜3のいずれかに記載の吸着材とフッ素イオンを含む液体とを接触させて該液体に含まれるフッ素イオンを吸着させた後、前記吸着材を磁力によって回収するフッ素イオンの除去方法。 After the adsorption of fluorine ions contained in the adsorbent and the liquid contacting the liquid containing fluorine ions according to claim 1, method for removing fluorine ions collecting the adsorbent by a magnetic force .
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