JP6999131B2 - 活性炭の製造方法 - Google Patents
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また、本発明者らは、このような炭素材料として賦活処理することなく、三次元的ネットワークを有し、かつBET比表面積が500~1000m2/gであり、平均メソ細孔直径が2~50nmであり、メソ細孔容積が0.5~2ml/gであるものを製造する方法を開発している(特許文献2)。さらに、このようにして得られた炭素材料に二酸化炭素を賦活剤とするガス賦活により効率的にミクロ孔を導入できることを確認している(非特許文献1)。
有機ヒドロキシゲルを炭素化させて得られる炭素材料に対して、二酸化炭素を賦活用ガスとしてマイクロ波照射する賦活工程を行い、前記賦活工程により得られる活性炭が、BET比表面積が1500m 2 /g以上、孔径2nm以上のメソ孔とマクロ孔との合計細孔容積が1.5ml/g以上である点にある。
また、後述の実施形態より明らかなように、二酸化炭素を賦活用ガスとして用い、マイクロ波照射する賦活工程を行うから、きわめて迅速にかつメソ孔、ミクロ孔が発達した活性炭を得ることができる。
また、前記賦活工程により得られる活性炭が、BET比表面積が1500m 2 /g以上、孔径2nm以上のメソ孔とマクロ孔との合計細孔容積が1.5ml/g以上であるものを製造できるので、得られた活性炭は、下水処理、廃液処理、電気二重層キャパシタ用電極、ガスセンサー電極、及び排ガス処理等に用いられる吸着材料、触媒担体等としてきわめて有用に用いられるものとなる。
有機ヒドロキシゲルを炭素化させて得られる炭素材料に対して、二酸化炭素を賦活用ガスとしてマイクロ波照射する賦活工程を行うものである。
また、アルデヒド類化合物としては、例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、サリチルアルデヒド、ベンズアルデヒド等などがあげられる。このうち、反応性の高さからホルムアルデヒドを用いることが好ましい。アルデヒド類は予め水溶媒等に溶解させた原料を使用してもかまわない。
有機溶媒としては、水に混和できる親水性有機溶媒であれば好ましく、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、ギ酸、1-ブタノール、2-ブタノール、t-ブタノール、酢酸、アセトン、テトラヒドロフラン、N,N-ジメチルホルムアミド等があげられる。このうち、汎用性の高さや経済性の面で優れるエタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、t-ブタノールなどの低級アルコールがゾル-ゲル反応を効率的に行う水‐有機溶剤混合溶液を調製しやすい。
(1)フェノール類化合物とアルデヒド類化合物とを用いて有機ヒドロキシゲルを得るゲル化工程
(2)得られた有機ヒドロキシゲルを乾燥する乾燥工程
(3)乾燥した有機ヒドロキシゲルを炭素化する炭素化工程
(4)炭素化工程で得られた炭素材料を賦活する賦活工程
(1)ゲル化工程
レゾルシノール(R)、ホルムアルデヒド(F)、水(W)、炭酸ナトリウム(C)を所定の濃度(R/C=1000[molmol-1],R/F=0.5[molmol-1],R/W=0.5[gmL-1])で混合し、RFゾルを調製した。得られたRFゾルを密閉容器に移し、30℃で2h静置することでゲル化させた。得られた湿潤ゲルを、60℃で更に72hエージングを行い、有機ヒドロキシゲルを得た。
この有機ヒドロキシゲル中に残存する混合溶媒を、48時間かけ6回に分けてtert-ブチルアルコールで置換した。その後、低圧条件(<40Pa)-10℃で48h凍結乾燥し、有機ヒドロキシゲルの乾燥したクライオゲルを得た。
得られたクライオゲルを、電気炉にて窒素流通下(100mLmin-1)1000℃で炭素化し、炭素材料を得た。得られた炭素材料は、三次元的ネットワークを有し、かつBET比表面積が500~1000m2/gであり、平均メソ細孔直径が2~50nmであり、メソ細孔容積が0.5~2ml/gであることがわかった。
加熱装置は、図1に示すように、縦姿勢で両端にガス流入口1a及びガス排出口1bを形成した石英管1の中央部に通気性の石英フィルタ2を充填してある試料保持管3を、石英フィルタ2がマイクロ波照射装置4内に位置するように、当該マイクロ波照射装置4に装着し、二酸化炭素流通条件下で石英フィルタ2上に保持された炭素材料5にマイクロ波を照射可能に構成してある。
この加熱装置の石英フィルタ2上に炭素材料300mgを保持させ、試料保持管3に賦活用ガスとして二酸化炭素を所定の流量で流し、一定時間ガス置換したのち、二酸化炭素流通下で所定の時間、電源周波数50Hz、マイクロ波周波数、2.45GHz、電力700Wで加熱を行った。
なお、マイクロ波は、周波数300MHz~30GHz程度の電磁波であり、適切に加熱することができれば、任意の周波数のマイクロ波を使用することができる。本実施例では、2.45GHzのマイクロ波を照射した。
マイクロ波の照射に従ってB.O.が増加するとともに、炭素材料は多孔質構造に変化する。
炭素化工程を行った炭素材料は、ふるいにより、粒径125~212μmの試料A、粒径212~500μmの試料Bに分け、それぞれ賦活工程を行った場合、加熱時間(min)とバーンオフ(B.O.(%))との関係を調べた。
(バーンオフとは、加熱による炭素の重量損失割合(B.O.=((最初の質量-加熱後の質量)/最初の質量)×100)
その結果、いずれの試料についても約15分でB.O.が50%以上に増加し、賦活工程が速やかに進んでいることが分かった(図2参照)。
実施例1における加熱装置をマイクロ波照射装置に替えて電気炉として賦活工程を行った。
(4)賦活工程
炭素材料300mgを入れた試料保持管を縦型の電気炉にセットし、Arガスを100ml/minで流し、一定時間置いたのち10℃/minで昇温した。1000℃になったことを確認したのち、Arガスを止め、CO2ガスを所定の流量で所定の時間流し、賦活を行った。予定の賦活処理が終了したのち、再びガスを切り替え、加熱を止めた。
実施例1と同様に賦活工程におけるバーンオフ(B.O.(%))との関係を調べたところ、B.O.が50%以上になるまでに40分以上の時間を要し、実施例1に比べて緩やかに賦活工程が進んでいることが分かった(図2参照)。すなわち、本発明によると賦活工程がきわめて速やかに行えることが分かった。
試料B:粒径212~500μmの賦活前の炭素材料
試料C:試料Aを比較例1の賦活工程でB.O.=69%としたもの
試料D:試料Aを実施例1の賦活工程でB.O.=72%としたもの
試料E:試料Bを比較例1の賦活工程でB.O.=31%としたもの
試料F:試料Bを実施例1の賦活工程でB.O.=29%としたもの
その結果、試料Bを用いた比表面積と各細孔容積の関係は表1のようになった。
なお、B.O.=77%で得られた活性炭のデータにおいては、細孔構造の崩壊等が原因となって、BET比表面積が大きく低下した値として計算されているものと考えられる。
実施例1、比較例1における賦活用ガスを二酸化炭素に替えて窒素として賦活工程を行った。
(4)賦活工程
実施例1及び比較例1における各加熱装置に炭素材料300mgを保持させ、賦活用ガスとして窒素を所定の流量で流し、一定時間ガス置換したのち、窒素流通下で所定の時間電源周波数50Hz、マイクロ波周波数、2.45GHz、電力700W(マイクロ波照射装置)または、1000℃(電気炉)で加熱を行った。
その結果図4~6のようになった。
すなわち、いずれのグラフからも、試料A,Bいずれについても二酸化炭素を用いた例では、マイクロ波照射による加熱が進むにつれ、15分程度で比表面積が増大し、細孔容積が増大し、賦活が進んでいるのに対して、特許文献2にも記載の窒素中における加熱処理では、炭素材料が賦活処理されていないことがわかる。
また、図5、6より、賦活工程におけるマイクロ波照射を行う場合、長時間続けるとBET比表面積が低下し始め、ミクロポア容積、マクロポア容積も上限に達するため、適切な賦活工程時間を設定することが必要になるものと考えられる。本発明の実施形態においては、電源周波数50Hz、マイクロ波周波数、2.45GHz、電力700Wの条件下で、10分~20分程度が好ましいものと推定できる。
以上の結果より、有機ヒドロキシゲルを炭素化させて得られる炭素材料に対する賦活工程を、マイクロ波照射によって行った場合、電気炉による加熱に比べて、きわめて速やかに賦活工程を行え、活性炭としての比表面積も、B.O.を指標として、電気炉による賦活工程と同等水準の活性炭が得られることが分かった。また、マイクロ波照射を用いる場合、賦活用ガスとして水蒸気を用いると、照射されるマイクロ波のエネルギーがすべて水蒸気に奪われるため適さないことが判明している。そのため、賦活用ガスとして二酸化炭素を用い、かつ、マイクロ波照射による賦活工程を行うことが効果的であることがわかる。
1a :ガス流入口
1b :ガス排出口
2 :石英フィルタ
3 :試料保持管
4 :マイクロ波照射装置
5 :炭素材料
Claims (6)
- 有機ヒドロキシゲルを炭素化させて得られる炭素材料に対して、二酸化炭素を賦活用ガスとしてマイクロ波照射する賦活工程を行い、
前記賦活工程により得られる活性炭が、BET比表面積が1500m 2 /g以上、孔径2nm以上のメソ孔とマクロ孔との合計細孔容積が1.5ml/g以上である活性炭の製造方法。 - 有機ヒドロキシゲルを乾燥する乾燥工程と、不活性ガス中にて1000℃まで昇温して炭素化する炭素化工程とを行い、前記炭素材料を得る請求項1に記載の活性炭の製造方法。
- 前記有機ヒドロキシゲルが、フェノール類化合物とアルデヒド類化合物を水‐有機溶剤混合溶液中で重合させて得られるものである請求項1または2に記載の活性炭の製造方法。
- 前記フェノール類化合物がレゾルシノール、前記アルデヒド類化合物がホルムアルデヒドである請求項3に記載の活性炭の製造方法。
- 前記炭素材料が三次元的ネットワークを有し、かつBET比表面積が500~1000m2/gであり、平均メソ細孔直径が2~50nmであり、メソ細孔容積が0.5~2ml/gである請求項1~4のいずれか一項に記載の活性炭の製造方法。
- 前記賦活工程が、二酸化炭素気流中に載置された前記炭素材料にマイクロ波照射するものである請求項1~5のいずれか一項に記載の活性炭の製造方法。
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Citations (4)
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JP2013502214A (ja) | 2009-09-10 | 2013-01-24 | ブリティッシュ アメリカン タバコ (インヴェストメンツ) リミテッド | 煙のろ過 |
JP2013159515A (ja) | 2012-02-03 | 2013-08-19 | Hokkaido Univ | メソポーラスカーボンゲルとその製造方法 |
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