JPH10330173A - Production of carbon molecular sieve - Google Patents

Production of carbon molecular sieve

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JPH10330173A
JPH10330173A JP9154586A JP15458697A JPH10330173A JP H10330173 A JPH10330173 A JP H10330173A JP 9154586 A JP9154586 A JP 9154586A JP 15458697 A JP15458697 A JP 15458697A JP H10330173 A JPH10330173 A JP H10330173A
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JP
Japan
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gas
carbon
molecular sieve
carbon dioxide
molecular
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Withdrawn
Application number
JP9154586A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryuichi Hara
隆一 原
Kaneichiro Motoda
兼一郎 元田
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a carbon molecular sieve only through calcination without a special material and/or a complicated treatment, by carbonizing an aromatic polyimide resin. SOLUTION: The aromatic polyimide resin as the material for this molecular sieve is preferably an aromatic polyimide resin in which one of an aromatic carboxylic acid or an aromatic diamine contains >=1 wt.% of an aliphatic carbon based on the total numbers of carbons. Any apparatuses capable of calcination in an inert atmosphere as removing generated gases are useful as the apparatus for calcination (carbonization) of the material. It is preferable that the increasing speed of the calcination temperature is <=10 deg.C/min. and the calcination temperature is >=800 deg.C. The thus produced molecular sieve must have the maximum absorption volume ratio of carbon dioxide to methane gas of >=3 and the equilibrium absorption volume ratio of carbon dioxide to methane gas at 0 deg.C under the atmospheric pressure of >=4 so as to obtain the pore diameter and its distribution both suitable for separation of carbon dioxide and methane gas.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、分子ふるい炭素の
製造方法に関するものであり、詳しくは、例えば、炭酸
ガスとメタンガスの分離に適切な細孔径と細孔径分布を
有する分子ふるい炭素の工業的に有利な製造方法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing molecular sieve carbon, and more particularly, to an industrial method for producing molecular sieve carbon having a pore diameter and a pore diameter distribution suitable for separating carbon dioxide gas and methane gas. The present invention relates to an advantageous production method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、分子径によって分離を行う分
子ふるい効果をもつ吸着剤としてはゼオライトと炭素と
が知られており、これらは、ガスの分離、精製に使用さ
れている。ところで、ゼオライト系分子ふるいは、耐熱
性および耐薬品性に劣り、かつ、水の様な極性分子に対
する選択吸着性が強いために極性物質の存在下では分子
ふるい効果を示さないという欠点を有している。これに
対し、分子ふるい炭素は、耐熱性および耐薬品性に優れ
ており、極性に拘らず分子ふるい効果を発揮し得る。
2. Description of the Related Art Conventionally, zeolite and carbon have been known as adsorbents having a molecular sieving effect of separating according to molecular diameter, and these are used for gas separation and purification. By the way, zeolite-based molecular sieves are inferior in heat resistance and chemical resistance, and have a drawback that they do not exhibit a molecular sieve effect in the presence of a polar substance because of their strong selective adsorption to polar molecules such as water. ing. In contrast, molecular sieve carbon is excellent in heat resistance and chemical resistance, and can exert a molecular sieve effect regardless of polarity.

【0003】分子ふるい炭素は、通常の活性炭が1〜3
nmのミクロ孔を持つのに対し、0.3〜0.7nmという
小さく且つ狭い細孔径分布を有するのが特徴である。そ
のため、分子ふるい炭素の工業的製造においては、細孔
径の制御が最も重要である。そして、目的のガスに合わ
せてミクロ孔の大きさとその分布を制御することが困難
であるため、細孔径の制御方法としては、各種原料の複
合や添加剤によって目的の細孔径分布を得る方法が種々
試みられている。
[0003] The molecular sieve carbon is usually activated carbon 1-3
It is characterized by having a small and narrow pore size distribution of 0.3 to 0.7 nm while having micropores of nm. Therefore, in industrial production of molecular sieve carbon, control of the pore size is most important. Since it is difficult to control the size and distribution of the micropores in accordance with the target gas, a method of controlling the pore size is to obtain the target pore size distribution by combining various raw materials and additives. Various attempts have been made.

【0004】ところで、排ガス、ランドフィルガス等の
様に、炭酸ガス及びそれ以下の分子径のガスとメタンガ
ス以上の分子径のガスとから成る混合ガスから、炭酸ガ
ス以下の分子径を有するガスを吸着除去することによ
り、メタンガス以上の分子径を有するガスの様に、回収
後の利用価値の高い有機ガスを効率よく分離するために
は、炭酸ガスの分子径0.33nmとメタンガスの分子径
0.38nmとの間の平均細孔径と狭い細孔径分布とを有
し、炭酸ガス及びそれ以下の分子径を有するガスと炭酸
ガスを超える分子径のガスとを効率よく分離する分子ふ
るい炭素が必要である。しかしながら、斯かる分子ふる
い炭素は、以下に説明する通り、従来の技術では殆ど達
成されていない。なお、ここで、分子径とは、分子の最
小の径を示す。
[0004] By the way, a gas having a molecular diameter of less than carbon dioxide, such as an exhaust gas or a landfill gas, is prepared from a mixed gas composed of carbon dioxide and a gas having a molecular diameter of less than that and a gas having a molecular diameter of more than methane. In order to efficiently separate an organic gas having a high utility value after recovery, such as a gas having a molecular diameter equal to or larger than methane gas, by adsorption and removal, the molecular diameter of carbon dioxide gas is 0.33 nm and the molecular diameter of methane gas is 0. A molecular sieving carbon having an average pore size of between .38 nm and a narrow pore size distribution, and capable of efficiently separating carbon dioxide gas or a gas having a molecular size smaller than that from a gas having a molecular size exceeding carbon dioxide gas is required. It is. However, such molecular sieve carbon has hardly been achieved by conventional techniques as described below. Here, the molecular diameter indicates the minimum diameter of the molecule.

【0005】特開平5−319813号公報には、フェ
ノール樹脂またはその原料にピッチ等の改質剤を添加し
て不活性雰囲気下で炭化することにより、分子プローブ
法による平均細孔径が約0.4nmであり且つシャープな
細孔径分布を有する分子ふるい炭素の製造方法が開示さ
れている。しかしながら、斯かる分子ふるい炭素は、分
子径0.33nmの炭酸ガスと分子径0.38nmのメタン
とを分子ふるい効果によって分離するには適さない。こ
こで、分子プローブ法とは、分子径の異なる複数のガス
の吸着等温線にDubinin-Astakhov式を適用して各々のガ
スの極限吸着容積を求め、この極限吸着容積がその分子
径以上の容積に対応するとして細孔径分布を求める測定
法である。
JP-A-5-319813 discloses that a phenol resin or a raw material thereof is added with a modifier such as pitch and carbonized under an inert atmosphere so that the average pore diameter obtained by a molecular probe method is about 0.3. A method for producing molecular sieve carbon having a 4 nm and a sharp pore size distribution is disclosed. However, such molecular sieve carbon is not suitable for separating carbon dioxide gas having a molecular diameter of 0.33 nm and methane having a molecular diameter of 0.38 nm by a molecular sieve effect. Here, the molecular probe method is to apply the Dubinin-Astakhov equation to the adsorption isotherm of a plurality of gases having different molecular diameters to determine the ultimate adsorption volume of each gas. This is a measurement method for determining the pore size distribution as corresponding to the above.

【0006】特公平3−72006号公報および特公平
4−13288号公報には、ポリビニルアルコール系樹
脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂などの合成樹脂複合
体を原料とし、500〜700℃で炭化・賦活する、分
子ふるい炭素の製造方法が開示されている。しかしなが
ら、斯かる分子ふるい炭素は、その細孔径分布が1nm以
下に極大値を有するのものの、細孔直径が20nmに及ぶ
広い分布を有するため、吸着速度を利用した分離には利
用可能であるが、分子径による分離には適していない。
Japanese Patent Publication No. 3-72006 and Japanese Patent Publication No. 4-1288 describe that a synthetic resin composite such as a polyvinyl alcohol-based resin, a melamine resin, and a phenol resin is used as a raw material and carbonized and activated at 500 to 700 ° C. A method for producing molecular sieve carbon is disclosed. However, such molecular sieving carbon has a pore diameter distribution having a maximum value of 1 nm or less, but has a wide distribution of pore diameters of up to 20 nm, so that it can be used for separation utilizing an adsorption rate. It is not suitable for separation by molecular diameter.

【0007】特開平3−40912号公報には、炭素質
メソフェーズを500〜1100℃で炭化・賦活する、
分子ふるい炭素の製造方法が開示されているが、斯かる
分子ふるい炭素についても上記と同様である。
[0007] JP-A-3-40912 discloses that carbonaceous mesophase is carbonized and activated at 500 to 1100 ° C.
Although a method for producing molecular sieve carbon is disclosed, the same applies to such molecular sieve carbon.

【0008】特開平7−81915号公報および特開平
6−144818号公報には、ピッチを紡糸、不融化、
焼成、賦活処理する、紛状または繊維状分子ふるい炭素
の製造方法が開示されている。しかしながら、斯かる分
子ふるい炭素は、細孔径の分布が0.28nm以上0.4
3nm未満の範囲にあるものの、十分に狭い範囲でないた
め、炭酸ガスの分子径以下のガスとメタンの分子径以上
のガスの分離には適していない。
[0008] JP-A-7-81915 and JP-A-6-144818 disclose spinning pitch, making it infusible,
A method for producing powdered or fibrous molecular sieve carbon which is calcined and activated is disclosed. However, such molecular sieve carbon has a pore size distribution of 0.28 nm or more and 0.4 or more.
Although it is within the range of less than 3 nm, it is not a sufficiently narrow range, so that it is not suitable for separating gas having a molecular diameter of carbon dioxide gas or less and gas having a molecular diameter of methane or more.

【0009】特開昭59−230638号公報には、原
料非粘結炭に水溶性有機物質を含浸させることを特徴と
した、細孔径が0.4〜0.5nmである分子ふるい炭素
の製造方法が開示されている。しかしながら、斯かる分
子ふるい炭素は、平均細孔径が大き過ぎるため、炭酸ガ
ス以下の分子径のガスとメタンガス以上の分子径のガス
との分離には適していない。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 59-230638 discloses a process for producing molecular sieve carbon having a pore diameter of 0.4 to 0.5 nm, characterized by impregnating a raw non-coking coal with a water-soluble organic substance. A method is disclosed. However, such a molecular sieve carbon is not suitable for separating gas having a molecular diameter equal to or less than carbon dioxide gas from gas having a molecular diameter equal to or more than methane gas because the average pore diameter is too large.

【0010】特開昭63−139009号公報には、原
料として塩化ビニリデン系共重合体を使用した、細孔径
が約0.5nmであり且つ狭い細孔径分布を有する分子ふ
るい炭素が開示されている。しかしながら、斯かる分子
ふるい炭素は、平均細孔径が大き過ぎるため、炭酸ガス
以下の分子径のガスとメタンガス以上の分子径のガスと
の分離には適していない。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 63-139909 discloses molecular sieve carbon having a pore size of about 0.5 nm and a narrow pore size distribution, using a vinylidene chloride copolymer as a raw material. . However, such a molecular sieve carbon is not suitable for separating gas having a molecular diameter equal to or less than carbon dioxide gas from gas having a molecular diameter equal to or more than methane gas because the average pore diameter is too large.

【0011】特開平1−221518号公報には、高分
子重合体、好ましくはポリアクリロニトリル系重合体を
中空繊維に紡糸し、耐熱構造とするための架橋、酸化処
理の後に焼成・賦活を行い、更に900〜1200℃で
焼成する、中空炭素膜繊維状の分子ふるい炭素の製造方
法が開示されている。しかしながら、斯かる分子ふるい
炭素は、メタノールを吸着する細孔径を有しているた
め、メタン及び炭酸ガスも容易に吸着すると推定され、
従って、両ガスの分離には不適当である。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-221518 discloses that a high-molecular polymer, preferably a polyacrylonitrile-based polymer is spun into a hollow fiber and subjected to sintering and activation after cross-linking and oxidation treatment for obtaining a heat-resistant structure. Further, there is disclosed a method for producing molecular sieve carbon having a hollow carbon membrane fiber shape, which is fired at 900 to 1200 ° C. However, since such molecular sieve carbon has a pore diameter that adsorbs methanol, it is estimated that methane and carbon dioxide gas are also easily adsorbed,
Therefore, it is not suitable for separating both gases.

【0012】特開昭50−161485号公報には、ポ
リビンリデンクロライドと塩化ビニルの共重合体である
サランの廃棄物を加熱乾留し、更にコールタールピッチ
等の焼結剤とアビセル等の有機物質の造粒剤を配合した
後に400〜900℃で焼成する、分子ふるい炭素の製
造方法が開示されている。そして、本製造方法の場合、
炭酸ガスは吸着するがメタンは吸着しない分子ふるい炭
素を得ることが可能とされているが、特殊な原料と複雑
な処理が必要である。
JP-A-50-161485 discloses that a waste of Saran, which is a copolymer of poly (vinylidene chloride) and vinyl chloride, is heat-distilled, and further a sintering agent such as coal tar pitch and an organic substance such as Avicel. And then calcining at 400 to 900 ° C. after the addition of the granulating agent. And in the case of this manufacturing method,
It is possible to obtain molecular sieve carbon that adsorbs carbon dioxide gas but does not adsorb methane, but requires special raw materials and complicated processing.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実情に
鑑みなされたものであり、その目的は、特殊な原料や複
雑な処理を必要とせずに単に焼成するのみで製造するこ
とが出来る分子ふるい炭素であって、例えば、炭酸ガス
以下の分子径のガスとメタンガス以上の分子径のガスの
効率的な分離のため、殆どの細孔が炭酸ガスの分子径
0.33nmとメタンガスの分子径0.38nmとの間にあ
る様な狭い細孔径分布を有する分子ふるい炭素の製造方
法を提供することにある。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a molecule which can be produced simply by firing without the need for special raw materials or complicated processing. Most of the pores have a molecular diameter of 0.33 nm for carbon dioxide and a molecular diameter of methane for efficient separation of a gas having a molecular diameter of less than carbon dioxide and a gas having a molecular diameter of greater than methane. It is an object of the present invention to provide a method for producing molecular sieve carbon having a narrow pore size distribution such as between 0.38 nm.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
を行った結果、分子ふるい炭素の前駆体として特定の高
分子化合物を使用することにより、上記の目的を容易に
達成し得るとの知見を得た。本発明は、上記の知見に基
づき達成されたものであり、その要旨は、芳香族ポリイ
ミド樹脂を炭化することを特徴とする分子ふるい炭素の
製造方法に存する。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above object can be easily achieved by using a specific polymer compound as a precursor of molecular sieve carbon. Was obtained. The present invention has been achieved based on the above findings, and the gist of the present invention resides in a method for producing molecular sieve carbon characterized by carbonizing an aromatic polyimide resin.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る分子ふるい炭素の製造方法においては、原
料物質として、芳香族ポリイミド樹脂を使用する。斯か
る特定の原料を使用することにより、単に焼成するのみ
の工業的に有利な製造方法を採用して、例えば、炭酸ガ
スとメタンガスの分離に適切な細孔径と細孔径分布を有
する分子ふるい炭素を得ることが出来る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the method for producing molecular sieve carbon according to the present invention, an aromatic polyimide resin is used as a raw material. By using such a specific raw material, an industrially advantageous production method of merely firing is adopted, for example, a molecular sieve carbon having a pore diameter and a pore diameter distribution suitable for separating carbon dioxide gas and methane gas. Can be obtained.

【0016】芳香族ポリイミド樹脂は、通常、芳香族カ
ルボン酸と芳香族ジアミンから得られ、その代表例とし
ては、ピロメリット酸無水物とジアミノジフェニルエー
テルとから成る縮合型ポリイミド(デュポン社の「ベス
ペル」)やポリエーテルイミド(アメリカGE社の「ウ
ルテム」)等が挙げられる。本発明においては、芳香族
カルボン酸と芳香族ジアミンの何れかが全炭素数に対し
て1%以上の脂肪族炭素を含む芳香族ポリイミドが好ま
しい。
The aromatic polyimide resin is usually obtained from an aromatic carboxylic acid and an aromatic diamine, and a typical example thereof is a condensation type polyimide comprising pyromellitic anhydride and diaminodiphenyl ether ("Vespel" manufactured by DuPont). ) And polyetherimide ("Ultem" of GE, USA). In the present invention, an aromatic polyimide in which either the aromatic carboxylic acid or the aromatic diamine contains 1% or more of aliphatic carbon with respect to the total number of carbon atoms is preferable.

【0017】上記の様な芳香族ポリイミド樹脂の容易に
入手し得る市販品としては、例えば、ピロメリット酸二
無水物/4,4−ジアミノジフェニルエーテル/ジアミノ
ジメチルビフェニールをモル比2:1:1で重合したポ
リイミドのフィルム(三菱化学社製「ノバックス」)が
挙げられる。斯かるポリイミドは、ジアミノジメチルビ
フェニールが全炭素数に対して4.3%の脂肪族炭素を
含んでいる。その他、4,4´−〔2,2−ビス(4−
オキシフェニル)プロパン〕ジフタル酸二無水物/フェ
ニレン-ジアミンをモル比1:1で重合したポリエーテ
ルイミドのフィルム(住友ベークライト社製「スミライ
ト FS−1400」)が挙げられる。斯かるポリエー
テルイミドは、4,4´−〔2,2−ビス(4−オキシ
フェニル)プロパン〕ジフタル酸二無水物が全炭素数に
対して8.1%の脂肪族炭素を含んでいる。なお、上記
のフィルムから得られるフィルム状分子ふるいは、通
常、粉砕して使用されるが、フィルム状分子ふるいとし
ての用途も期待される。
A commercially available aromatic polyimide resin as described above is, for example, pyromellitic dianhydride / 4,4-diaminodiphenyl ether / diaminodimethylbiphenyl in a molar ratio of 2: 1: 1. A polymerized polyimide film (“NOVAX” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) may be used. In such a polyimide, diaminodimethyl biphenyl contains 4.3% of aliphatic carbon with respect to the total carbon number. In addition, 4,4 '-[2,2-bis (4-
[Oxyphenyl) propane] diphthalic dianhydride / phenylene-diamine in a molar ratio of 1: 1 and a polyetherimide film (“Sumilite FS-1400” manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.). In such a polyetherimide, 4,4 '-[2,2-bis (4-oxyphenyl) propane] diphthalic dianhydride contains 8.1% of aliphatic carbon with respect to the total number of carbon atoms. . The film-like molecular sieve obtained from the above-mentioned film is usually used after being pulverized, but its use as a film-like molecular sieve is also expected.

【0018】本発明に係る製造方法において、原料の焼
成(炭化)に使用する装置としては、不活性雰囲気中、
原料の高分子化合物から発生したガスを除去しつつ焼成
できる装置であれば、如何なる装置であってもよい。例
えば、原料ペレットを石英ガラス製ボートに充填し、シ
リコニット炉を使用し、Arを流通させた雰囲気下、1
000℃まで昇温して60分保持するのみで前述の分子
ふるい炭素の製造が可能である。
In the production method according to the present invention, the apparatus used for calcining (carbonizing) the raw material is an inert atmosphere,
Any device can be used as long as it can be fired while removing gas generated from the raw material polymer compound. For example, raw material pellets are filled in a quartz glass boat, and a siliconite furnace is used.
The above-mentioned molecular sieve carbon can be produced only by raising the temperature to 000 ° C. and holding for 60 minutes.

【0019】上記の焼成において、昇温速度は特に制限
されないが、昇温速度が余りにも大きすぎる場合は、分
解ガスが発生する際に細孔径が大きくなるため、炭酸ガ
スとメタンガスとの分離能に優れたシャープな細孔径分
布の分子ふるい炭素を得ることが困難となる。従って、
昇温速度は、好ましくは10℃/min以下、更に好まし
くは1〜5℃/minとされる。また、焼成温度は、炭化
を達成し得る限り特に制限されないが、焼成温度が余り
にも低すぎる場合は、通常、分子ふるい炭素の細孔径分
布が広くなり、炭酸ガスとメタンの分離能が低下する。
従って、焼成温度は、好ましくは800℃以上、更に好
ましくは900℃以上とされる。
In the above calcination, the heating rate is not particularly limited. However, if the heating rate is too high, the pore diameter becomes large when decomposed gas is generated, so that the separation ability between carbon dioxide gas and methane gas is increased. It is difficult to obtain a molecular sieved carbon having a sharp pore size distribution excellent in carbon. Therefore,
The heating rate is preferably 10 ° C./min or less, more preferably 1 to 5 ° C./min. The firing temperature is not particularly limited as long as carbonization can be achieved, but if the firing temperature is too low, the pore size distribution of the molecular sieve carbon is generally widened, and the ability to separate carbon dioxide and methane is reduced. .
Therefore, the firing temperature is preferably 800 ° C. or higher, more preferably 900 ° C. or higher.

【0020】本発明に係る製造方法によれば、新規な細
孔分布特性を有する分子ふるい炭素を得ることが出来
る。すなわち、本発明によれば、炭酸ガスとメタンガス
の分離に適切な細孔径と細孔径分布のため、炭酸ガスの
極限吸着容積(Woc:ml/g)とメタンガスの極限吸着
容積(Wom:ml/g)の比(Woc/Wom)が3以上であ
り、0℃大気圧下における炭酸ガスの平衡吸着容積(W
ac:ml/g)とメタンガスの平衡吸着容積(Wam:ml/
g)との比(Wac/Wam)が4以上である新規な分子ふる
い炭素を得ることが出来る。上記のWoc/Womは、好まし
くは3以上、更に好ましくは6以上であり、Wac/Wam
は、好ましくは4以上、更に好ましくは8以上である。
According to the production method of the present invention, molecular sieve carbon having novel pore distribution characteristics can be obtained. That is, according to the present invention, since the pore diameter and the pore diameter distribution are appropriate for separating carbon dioxide gas and methane gas, the ultimate adsorption volume of carbon dioxide gas (Woc: ml / g) and the ultimate adsorption volume of methane gas (Wom: ml / g) g) (Woc / Wom) is 3 or more, and the equilibrium adsorption volume (W
ac: ml / g) and equilibrium adsorption volume of methane gas (Wam: ml / g)
A novel molecular sieve carbon having a ratio (Wac / Wam) of 4 or more to g) can be obtained. The above Woc / Wom is preferably 3 or more, more preferably 6 or more, and Wac / Wam
Is preferably 4 or more, more preferably 8 or more.

【0021】ところで、分子ふるい炭素の性能評価は、
等温吸着曲線を測定することによって行うことが出来
る。混合ガスから吸着によって分離を要求される成分ガ
スが、炭酸ガス以下の分子径、すなわち、0.33nm以
下の分子径を有する炭酸ガス、酸素、窒素、ヘリウム等
の場合は、最も分子径の大きい炭酸ガスの吸着容量を測
定すれば足りる。混合ガスから吸着させずに分離を要求
されるガス成分が、メタン以上の分子径、すなわち0.
38nm以上の分子径を有するメタン、エタン、エチレ
ン、プロパン等の有機ガスの場合は、最も分子径の小さ
いメタンガスの吸着容量を測定すれば足りる。そして、
求められた炭酸ガスの吸着容量とメタンの吸着容量の比
は、混合ガス中の炭酸ガス以下の分子径のガスを吸着
し、メタン以上の分子径のガスを吸着しない分離性能を
表す。
Incidentally, the performance evaluation of molecular sieve carbon is as follows.
It can be performed by measuring an isothermal adsorption curve. When the component gas required to be separated by adsorption from the mixed gas is a carbon dioxide gas or less, that is, carbon dioxide, oxygen, nitrogen, helium, or the like having a molecular diameter of 0.33 nm or less, the largest molecular diameter is obtained. It is sufficient to measure the carbon dioxide adsorption capacity. The gas component required to be separated without being adsorbed from the mixed gas has a molecular diameter equal to or greater than methane, that is, a molecular component of 0.1 or more.
In the case of an organic gas such as methane, ethane, ethylene, and propane having a molecular diameter of 38 nm or more, it is sufficient to measure the adsorption capacity of methane gas having the smallest molecular diameter. And
The ratio of the obtained adsorption capacity of carbon dioxide to the adsorption capacity of methane represents the separation performance of adsorbing gas having a molecular diameter equal to or smaller than carbon dioxide in the mixed gas and not adsorbing gas having a molecular diameter equal to or larger than methane.

【0022】上記の細孔分布特性は、例えば、次の要領
で求めることが出来る。すなわち、先ず、吸着容量測定
装置(例えばコールター社製「オムニソープ100C
X」)を使用し、定容法により、0℃における炭酸ガス
及びメタンの吸着容量を測定する。すなわち、試料を充
填したサンプルセルに真空から段階的にガスを導入し、
各段階で吸着が平衡に達したときの圧力(P)と、吸着
容量を液体体積に換算した平衡吸着容積(W)との関係
を測定する。測定の最後にガスの圧力が大気圧に達した
際、0℃大気圧下における炭酸ガス及びメタンガスの各
平衡吸着容積(Wac:ml/g)及び(Wam:ml/g)を測
定する。
The above pore distribution characteristics can be determined, for example, in the following manner. That is, first, an adsorption capacity measuring device (for example, “Omni Soap 100C” manufactured by Coulter Inc.)
X ") and the adsorption capacities of carbon dioxide and methane at 0 ° C. are measured by a constant volume method. That is, gas is introduced stepwise from a vacuum into a sample cell filled with a sample,
At each stage, the relationship between the pressure (P) when the adsorption reaches equilibrium and the equilibrium adsorption volume (W) obtained by converting the adsorption capacity into a liquid volume is measured. When the gas pressure reaches the atmospheric pressure at the end of the measurement, the equilibrium adsorption volumes (Wac: ml / g) and (Wam: ml / g) of carbon dioxide gas and methane gas at 0 ° C. and atmospheric pressure are measured.

【0023】次いで、上記の様にして得られた結果に対
し、1nm以下のミクロ孔解析に適していると言われてい
る次のDubinin-Astakov式を適用し、外挿法により、0
℃において上記の各ガスが飽和蒸気圧に達した際に当該
ガスが吸着し得る容積、すなわち、当該ガスが吸着し得
る全細孔容積である各極限吸着容積(Woc:ml/g)及
び(Wom:ml/g)を求める。
Next, the following Dubinin-Astakov equation, which is said to be suitable for the analysis of micropores of 1 nm or less, is applied to the results obtained as described above.
When each of the above gases reaches a saturated vapor pressure at 0 ° C., the volume that the gas can adsorb, that is, the ultimate adsorption volume (Woc: ml / g), which is the total pore volume that the gas can adsorb, and ( (Wom: ml / g).

【0024】[0024]

【数1】W=Wo exp(-(RTln(Po/P)/E)n)W = Wo exp (-(RTln (Po / P) / E) n )

【0025】上記の式において、Rは気体定数、Tは温
度、Poは所定温度における飽和蒸気圧、Eは吸着の特
性エネルギー、nは吸着の型によって決まる定数であ
り、炭酸ガス及びメタンの場合は2である。
In the above equation, R is a gas constant, T is a temperature, Po is a saturated vapor pressure at a predetermined temperature, E is a characteristic energy of adsorption, and n is a constant determined by the type of adsorption. Is 2.

【0026】例えば、Woc/Wom=15は、炭酸ガスの分
子径0.33nm以上の径の細孔容積がメタンガスの分子
径0.38nm以上の径の細孔容積の15倍であることを
示し、殆どの細孔が0.33〜0.38nmの範囲にある
という極めて狭い細孔径分布であることを意味してい
る。また、Wac/Wam=23は、大気圧0℃において炭酸
ガスが吸着し得る細孔容積が大気圧0℃においてメタン
ガスの吸着し得る細孔容積の23倍であることを意味し
ている。
For example, Woc / Wom = 15 indicates that the pore volume of carbon dioxide gas having a molecular diameter of 0.33 nm or more is 15 times the pore volume of methane gas having a molecular diameter of 0.38 nm or more. , Meaning that most pores have an extremely narrow pore diameter distribution in the range of 0.33 to 0.38 nm. Wac / Wam = 23 means that the pore volume at which carbon dioxide gas can be adsorbed at atmospheric pressure 0 ° C. is 23 times the pore volume at which methane gas can be adsorbed at atmospheric pressure 0 ° C.

【0027】本発明に係る製造方法で得られる前記の分
子ふるい炭素は、排ガス、ランドフィルガス等の炭酸ガ
ス及び有機ガスから成る混合ガスから、炭酸ガス及びそ
れ以下の分子径を有するガスと、炭酸ガスを超える分子
径の有機ガスとを分離するのに有用であり、温暖化の原
因となる炭酸ガスの回収と有効活用可能な有機ガスの回
収のために今後大きな展開が期待できる。
The above-mentioned molecular sieve carbon obtained by the production method according to the present invention is obtained by converting a mixed gas composed of carbon dioxide and organic gas such as exhaust gas and landfill gas into carbon dioxide and a gas having a molecular diameter smaller than that. It is useful for separating organic gas having a molecular diameter exceeding carbon dioxide, and is expected to have great potential in the future for recovery of carbon dioxide that causes global warming and recovery of organic gas that can be effectively used.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。なお、分子ふるい炭素
の吸着容量の測定は、前述の方法によって行った。すな
わち、試料を充填したサンプルセルに真空から段階的に
ガスを導入し、各段階で吸着が平衡に達した際の圧力p
と吸着ガスを液体に換算した平衡吸着容積Wとの関係を
測定し、圧力が大気圧での平衡吸着容積(Wa)と、Dubi
nin-Astakov式における極限吸着容積(Wo)を求めた。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist of the present invention. In addition, the measurement of the adsorption capacity of molecular sieve carbon was performed by the method described above. That is, a gas is introduced stepwise from a vacuum into a sample cell filled with a sample, and the pressure p when the adsorption reaches an equilibrium in each step.
And the equilibrium adsorption volume W obtained by converting the adsorbed gas into a liquid, and the equilibrium adsorption volume (Wa) at atmospheric pressure and Dubi
The ultimate adsorption volume (Wo) in the nin-Astakov equation was determined.

【0029】実施例1 ピロメリット酸二無水物/4,4-ジアミノジフェニルエー
テル/ジアミノジメチルビフェニールをモル比2:1:
1で重合したポリイミドから成る厚さ76μmのフィル
ム(三菱化学社製「ノバックス」)を原料として使用し
た。斯かるポリイミドは、ジアミノジメチルビフェニー
ルが全炭素数に対して4.3%の脂肪族炭素を含んでい
る。
Example 1 Pyromellitic dianhydride / 4,4-diaminodiphenyl ether / diaminodimethylbiphenyl in a molar ratio of 2: 1:
A 76 μm thick film (“NOVAX” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) made of the polyimide polymerized in 1 was used as a raw material. In such a polyimide, diaminodimethyl biphenyl contains 4.3% of aliphatic carbon with respect to the total carbon number.

【0030】石英ガラス製ボートに上記の原料を充填
し、シリコニット炉を使用し、Ar雰囲気下、9℃/mi
nの昇温速度で900℃まで昇温した後、30分間保持
して炭化し、分子ふるい炭素を得た。吸着容積の測定結
果を表1に示した。本実施例で得られた分子ふるい炭素
は、Woc/Wom=5.4、Wac/Wam=7.8の特性を有
し、炭酸ガスとメタンガスとの分離性能が極めて良好で
あった。
A quartz glass boat is filled with the above-mentioned raw materials, and is used in a siliconite furnace at 9 ° C./mi under an Ar atmosphere.
After the temperature was raised to 900 ° C. at a heating rate of n, it was carbonized by holding for 30 minutes to obtain molecular sieve carbon. Table 1 shows the measurement results of the adsorption volume. The molecular sieve carbon obtained in this example had characteristics of Woc / Wom = 5.4 and Wac / Wam = 7.8, and the separation performance of carbon dioxide gas and methane gas was extremely good.

【0031】実施例2 4,4´−〔2,2−ビス(4−オキシフェニル)プロ
パン〕ジフタル酸二無水物/フェニレン-ジアミンをモ
ル比1:1で重合したポリエーテルイミドから成る厚さ
25μmのフィルム(住友ベークライト社製「スミライ
ト FS−1400」)を原料として使用した。斯かる
ポリエーテルイミドは、4,4´−〔2,2−ビス(4
−オキシフェニル)プロパン〕ジフタル酸二無水物が全
炭素数に対して8.1%の脂肪族炭素を含んでいる。そ
して、実施例1と同様な方法で950℃まで昇温して炭
化した。吸着容積の測定結果を表1に示した。本実施例
で得られた分子ふるい炭素は、Woc/Wom=9.9、Wac
/Wam=15.3の特性を有し、炭酸ガスとメタンガス
との分離性能が極めて良好であった。
Example 2 Thickness of polyetherimide prepared by polymerizing 4,4 '-[2,2-bis (4-oxyphenyl) propane] diphthalic dianhydride / phenylene-diamine at a molar ratio of 1: 1 A 25 μm film (“Sumilite FS-1400” manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) was used as a raw material. Such polyetherimides are 4,4 '-[2,2-bis (4
[Oxyphenyl) propane] diphthalic dianhydride contains 8.1% of aliphatic carbons relative to the total carbon number. Then, in the same manner as in Example 1, the temperature was raised to 950 ° C. to carbonize. Table 1 shows the measurement results of the adsorption volume. The molecular sieve carbon obtained in this example was Woc / Wom = 9.9, Wac
/Wam=15.3, and the separation performance of carbon dioxide gas and methane gas was extremely good.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、複雑な処
理をすることなしに不活性雰囲気下で焼成(炭化)処理
する容易な方法により、炭酸ガス以下の分子径のガスを
選択的に吸着し、メタン以上の分子径を有する有機ガス
を吸着しない様な、極めて狭い細孔径分布を有する分子
ふるい炭素を製造することが出来る。
According to the present invention described above, a gas having a molecular diameter of carbon dioxide or less can be selectively produced by an easy method of firing (carbonizing) in an inert atmosphere without performing complicated processing. It is possible to produce molecular sieve carbon having an extremely narrow pore size distribution that adsorbs and does not adsorb organic gas having a molecular diameter greater than methane.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 芳香族ポリイミド樹脂を炭化することを
特徴とする分子ふるい炭素の製造方法。
1. A method for producing molecular sieve carbon, comprising carbonizing an aromatic polyimide resin.
【請求項2】 芳香族ポリイミド樹脂として、芳香族カ
ルボン酸と芳香族ジアミンの何れかが全炭素数に対して
1%以上の脂肪族炭素を含む芳香族ポリイミド樹脂を使
用する請求項1記載の製造方法。
2. The aromatic polyimide resin according to claim 1, wherein any one of aromatic carboxylic acid and aromatic diamine contains 1% or more of aliphatic carbon with respect to the total number of carbon atoms. Production method.
【請求項3】 不活性雰囲気下に10℃/min以下の昇
温速度で800℃以上の温度まで焼成することにより炭
化を行う請求項1又は2に記載の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the carbonization is performed by firing at a temperature rising rate of 10 ° C./min or less to 800 ° C. or more in an inert atmosphere.
【請求項4】 分子ふるい炭素が、炭酸ガスの極限吸着
容積とメタンガスの極限吸着容積の比が3以上であり、
0℃大気圧下における炭酸ガスの平衡吸着容積とメタン
ガスの平衡吸着容積との比が4以上である請求項1〜3
の何れかに記載の製造方法。
4. The molecular sieve carbon, wherein the ratio of the ultimate adsorption volume of carbon dioxide gas to the ultimate adsorption volume of methane gas is 3 or more,
The ratio of the equilibrium adsorption volume of carbon dioxide to the equilibrium adsorption volume of methane gas at 0 ° C. atmospheric pressure is 4 or more.
The production method according to any one of the above.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100369979B1 (en) * 2000-09-28 2003-02-11 유종성 Synthetic methods of highly ordered uniform nanoporous carbon molecular sieves using liquid carbon precursors
JP2010527752A (en) * 2007-05-18 2010-08-19 エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー Removal of CO2, N2 or H2S from mixed gas by swing adsorption using low mesoporous adsorbent contactor
JP2010527750A (en) * 2007-05-18 2010-08-19 エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー Method for removing target gases from a mixture of gases by swing adsorption
JP2010527751A (en) * 2007-05-18 2010-08-19 エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー Low mesopore adsorbent contactor for swing adsorption process
JP2014111258A (en) * 2003-12-24 2014-06-19 Chevron Usa Inc Mixed matrix membrane with small pore molecular sieve, method for manufacturing the membrane, and method for using the membrane

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