WO2016140266A1 - 炭素多孔体、その製法及びアンモニア吸着材並びにキャニスタ及びその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a carbon porous body, a production method thereof, an ammonia adsorbent, a canister and a production method thereof.
- the carbon porous body is used as an electrode material for an electrochemical capacitor, used as an electrode catalyst carrier for a polymer electrolyte fuel cell, or used as a material for supporting an enzyme electrode of a biofuel cell. It is used as an adsorbent for canisters and as an adsorbent for fuel refining equipment.
- Electrochemical capacitors are expressed at the interface between electrodes (positive and negative electrodes) due to non-Faraday reactions that do not involve the transfer of electrons between the electrodes and ions in the electrolyte, or Faraday reactions that involve the transfer of electrons. It is a capacitor that uses capacitance.
- a solid polymer fuel cell is a fuel cell that uses a solid polymer membrane having ion conductivity as an electrolyte, and includes a negative electrode, a positive electrode, and a solid polymer membrane.
- a fuel such as hydrogen or methanol is decomposed using a catalyst on the negative electrode side to generate protons and electrons, of which protons dissolve the solid polymer membrane and electrons break the external circuit.
- the biofuel cell is provided with a negative electrode, a positive electrode, an electrolyte, and a separator, as in a normal fuel cell, and uses an enzyme for the negative electrode and the positive electrode.
- an enzyme decomposes sugar on the negative electrode side to generate protons and electrons, of which protons move to the electrolyte and electrons move to the positive electrode side via an external circuit, respectively.
- the oxygen reduction reaction proceeds with an enzyme to produce water. Through this series of reactions, electric energy can be extracted from the biofuel cell.
- the canister is a can-like container filled with a carbon porous body, and is mounted on an automobile.
- the canister accepts and absorbs the gasoline vapor generated in the fuel tank through the pipe when the engine of the automobile is stopped, while releasing the adsorbed gasoline vapor by passing fresh air while the engine is running, and the combustion chamber of the engine To supply.
- the fuel purification facility purifies the fuel by adsorbing impurities contained in the fuel to the carbon porous body.
- a carbon porous body in which a part of the carbon skeleton is substituted with a nitrogen atom is known (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-051828).
- This carbon porous body has a micropore structure with an average pore diameter of 2 nm or less.
- a low-density carbon foam having a cell size of about 0.1 ⁇ m is also known (US Pat. No. 4,873,218).
- a polymer cluster obtained by polycondensation of resorcinol and formaldehyde is covalently crosslinked to synthesize a gel, and the gel is treated under supercritical conditions to form an airgel, and the airgel is carbonized. Is synthesized.
- Such carbon porous materials can be used not only as desorbing materials for specific gases, but also as electrode materials for electrochemical capacitors, materials supporting enzyme electrodes for biofuel cells, canister adsorbents, and adsorbents for fuel purification equipment. Is expected to be used.
- the present invention has been made to solve such problems, and provides a carbon porous body having a large difference in nitrogen adsorption amount relative to a nitrogen relative pressure difference in a relatively large region of the nitrogen relative pressure while having a mesopore structure.
- the main purpose is to do.
- the inventors of the present invention heated a calcium salt of terephthalic acid at 550 to 700 ° C. in an inert atmosphere to form a complex of carbon and calcium carbonate. It was found that the carbon porous body obtained by washing the complex with an aqueous solution to remove calcium carbonate has excellent characteristics, and completed the present invention.
- the micropore capacity calculated from the ⁇ S plot analysis of the nitrogen adsorption isotherm measured at a temperature of 77K is 0.1 cm 3 / g or less, and the nitrogen relative to the nitrogen adsorption isotherm is less than mesopores capacity calculated by subtracting the micropore volume from the amount of nitrogen adsorbed at a pressure P / P 0 is 0.97, in the nitrogen adsorption isotherm, the nitrogen relative pressure P / P 0 0
- the nitrogen adsorption amount at 0.5 is within a range of 500 cm 3 (STP) / g and the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.85
- the nitrogen adsorption amount is 600 cm 3 (STP) / g or more and 1100 cm 3
- a porous carbon body in the range of (STP) / g or less is provided.
- an alkaline earth metal salt of benzenedicarboxylic acid is heated at 550 to 700 ° C. in an inert atmosphere in the presence of a trap material that adsorbs a hydrocarbon gas, and carbon and alkaline earth metal.
- a method for producing a carbon porous body which forms a composite with a carbonate, and is washed with a cleaning solution capable of dissolving the carbonate to remove the carbonate to obtain a carbon porous body.
- an ammonia adsorbent using the porous carbon material according to the first aspect is provided.
- a container and a carbon porous body accommodated in the container are provided, and the carbon porous body has a nitrogen relative pressure P / P 0 of 0 in a nitrogen adsorption isotherm measured at a temperature of 77K.
- a canister having a nitrogen adsorption amount at .99 of 1500 cm 3 (STP) / g or more is provided.
- an alkaline earth metal salt of benzenedicarboxylic acid is heated at a temperature in the range of 550 ° C. to 700 ° C. in an inert atmosphere in the presence of a trap material that adsorbs hydrocarbon gas.
- a method of manufacturing a canister is provided that includes a step of obtaining a carbon porous body.
- Type IV graph of IUPAC classification of adsorption isotherms is a perspective view schematically showing a canister according to one embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the canister shown in FIG. 2 taken along line III-III.
- Sectional drawing which shows schematically the other example of the structure employable for the canister shown in FIG.2 and FIG.3.
- Sectional drawing which shows schematically the further another example of the structure employable for the canister shown in FIG.2 and FIG.3.
- Graph of nitrogen adsorption isotherms of Experimental Examples A to C The graph of the ammonia adsorption isotherm of Experimental example A and C.
- the micropore capacity calculated from the ⁇ S plot analysis of the nitrogen adsorption isotherm measured at a temperature of 77K is 0.1 cm 3 / g or less.
- nitrogen relative pressure P / P 0 is smaller than the mesopore volume is calculated by subtracting the micropore volume from the nitrogen adsorption amount at 0.97, in the nitrogen adsorption isotherm, the nitrogen relative pressure P / P 0
- the nitrogen adsorption amount (A1) is in the range of 500 cm 3 (STP) / g or less
- the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.85
- the nitrogen adsorption amount (A2) is 600 cm 3.
- STP 1100cm 3
- the mesopore indicates a pore having a diameter greater than 2 nm and not more than 50 nm
- the micropore indicates a pore having a diameter of 2 nm or less.
- Nitrogen adsorption amount A1 for example, 100cm 3 (STP) / g may be higher, may be 278cm 3 (STP) / g or more, may be 421cm 3 (STP) / g or more.
- the nitrogen adsorption amount A1 may be as follows 421cm 3 (STP) / g, may be 278cm 3 (STP) / g or more.
- the nitrogen adsorption amount A2 may be, for example, a 628cm 3 (STP) / g or more, may be 650cm 3 (STP) / g or more, it may be 1016cm 3 (STP) / g or more.
- This nitrogen adsorption amount A2 may be 1016 cm 3 (STP) / g or less, or 628 cm 3 (STP) / g or less.
- the porous carbon material is preferably micropore capacity is 0.1 cm 3 / g or less, more preferably 0.01 cm 3 / g or less.
- the nitrogen adsorption isotherm at a temperature of 77K belongs to the IV type of the IUPAC classification.
- the IUPAC classification type of the nitrogen adsorption isotherm is type IV (see FIG. 1) indicating that it has mesopores, and the pore capacity of 2 nm or less in diameter is as small as 0.1 cm 3 / g or less. Therefore, it can be said that it is almost composed of mesopores.
- the porous carbon body according to the first embodiment has a nitrogen adsorption isotherm where the nitrogen adsorption amount when the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.85 and the nitrogen relative pressure P / P 0 are 0.5. Since the value obtained by subtracting the amount of nitrogen adsorption (nitrogen adsorption amount difference ( ⁇ A)) is 100 cm 3 (STP) / g or more, the amount of nitrogen adsorption relative to the amount of change in nitrogen relative pressure in a relatively large region of nitrogen relative pressure. The amount of change is large. Therefore, it is possible to increase the gas adsorption / desorption amount when the gas pressure is changed in a predetermined range with respect to a specific gas.
- ⁇ A nitrogen adsorption amount difference
- the nitrogen adsorption amount difference ⁇ A is preferably 200 cm 3 (STP) / g or more, more preferably 300 cm 3 (STP) / g or more, and further preferably 500 cm 3 (STP) / g or more.
- Nitrogen adsorption amount difference ⁇ A may be a 350cm 3 (STP) / g or more, may be 595cm 3 (STP) / g or more.
- This upper limit of the nitrogen adsorption amount difference ⁇ A is not particularly limited, 1000cm 3 (STP) / g may be less, may be 595cm 3 (STP) / g or less, may be 350cm 3 (STP) / g or less .
- the nitrogen adsorption amount at a nitrogen relative pressure P / P 0 is of 0.99 (A3) is 1500cm 3 (STP) / g or more It is preferable that it exists in the range.
- a value obtained by subtracting the nitrogen adsorption amount when the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.5 from the nitrogen adsorption amount when the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.99 is 1000 cm.
- Nitrogen adsorption amount A3 may be a 1517cm 3 (STP) / g or more, may be 1948cm 3 (STP) / g or more.
- Is not an upper limit particularly limited nitrogen adsorption amount A3, for example, may be as follows 2000cm 3 (STP) / g, may be less 1948cm 3 (STP) / g, even below 1517cm 3 (STP) / g Good.
- the porous carbon body according to the first embodiment may have, for example, a BET specific surface area of 700 m 2 / g or more and a BET specific surface area of 800 m 2 / g or more.
- the carbon porous body which concerns on 1st Embodiment is good also as a thing whose BET specific surface area is 1200 m ⁇ 2 > / g or less, for example. This is because the size of the specific surface area correlates with improvements in various functional characteristics.
- the carbon porous body according to the first embodiment is particularly suitable as an electrode material for an electrochemical capacitor, for example. This is because, in such an electrochemical capacitor, the movement of positive or negative ions forming an electric double layer is performed more smoothly by using an electrode material having relatively large mesopores.
- an alkaline earth metal salt of benzenedicarboxylic acid is heated at 550 to 700 ° C. in an inert atmosphere in the presence of a trap material that adsorbs hydrocarbon gas.
- a carbon porous body is obtained by forming a complex with an alkaline earth metal carbonate, washing the complex with a washing solution capable of dissolving the carbonate, and removing the carbonate. This manufacturing method is suitable for obtaining the carbon porous body according to the first embodiment described above.
- the trap material may be any material that adsorbs (adsorbs and removes) hydrocarbon gas, and may be, for example, one or more selected from the group consisting of activated carbon, silica gel, zeolite, and diatomaceous earth. Of these, activated carbon is preferred.
- the trap material may be present in a state where it is mixed with an alkaline earth metal salt of benzenedicarboxylic acid, or may be present in a state of being formed in a filter and disposed on top of benzenedicarboxylic acid. Both of these may be used. Further, it may exist in other states.
- the trap material formed in a filter shape examples include a trap material itself formed into a honeycomb shape, a ceramic or metal honeycomb carrier or a mesh material coated with a trap material, and a plurality of metal mesh materials. It is possible to use a material that is fixed with a trap material sandwiched between them. By coexisting the trap material when heating the alkaline earth metal salt of benzenedicarboxylic acid, the concentration of the hydrocarbon gas generated during heating is relatively easily obtained to obtain the porous carbon body according to the first embodiment. It can be in a suitable range.
- the amount of the trap material is not particularly limited.
- the amount of the trap material is preferably in the range of 100% by mass to 1000% by mass with respect to benzenedicarboxylic acid, and in the range of 200% by mass to 300% by mass. Is more preferable.
- examples of benzenedicarboxylic acid include phthalic acid (benzene-1,2-dicarboxylic acid), isophthalic acid (benzene-1,3-dicarboxylic acid), terephthalic acid ( Benzene-1,4-dicarboxylic acid), among which terephthalic acid is preferred.
- examples of the alkaline earth metal include magnesium, calcium, strontium, barium and the like, among which calcium is preferable.
- the alkaline earth metal salt of benzenedicarboxylic acid may be purchased commercially, or may be synthesized by mixing benzenedicarboxylic acid and hydroxide of alkaline earth metal in water.
- the molar ratio of benzenedicarboxylic acid to alkaline earth metal hydroxide may be used in a stoichiometric amount based on the neutralization reaction formula, or one may be used in excess with respect to the other. May be.
- the molar ratio may be set in the range of 1.5: 1 to 1: 1.5.
- examples of the inert atmosphere include a nitrogen atmosphere and an argon atmosphere.
- the heating temperature is preferably set to 550 to 700 ° C. If it is less than 550 ° C., the nitrogen adsorption amount when the nitrogen relative pressure P / P 0 of the nitrogen adsorption isotherm at 77 K is 0.85 is not sufficiently large, which is not preferable. If it exceeds 700 ° C., a porous carbon material cannot be obtained, which is not preferable. It is inferred that the composite of carbon and alkaline earth metal carbonate obtained after heating has a structure in which alkaline earth metal carbonate enters between the layers of the layered carbide.
- the holding time at the heating temperature may be, for example, 50 hours or less. Among these, 0.5 to 20 hours are preferable, and 1 to 10 hours are more preferable. In 0.5 hours or more, the complex of carbon and alkaline earth metal carbonate is sufficiently formed. In 20 hours or less, a carbon porous body having a relatively large BET specific surface area can be obtained.
- the cleaning liquid capable of dissolving the alkaline earth metal carbonate for example, when the alkaline earth metal carbonate is calcium carbonate, water or an acidic aqueous solution is used.
- the acidic aqueous solution include aqueous solutions of hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid, and the like.
- the ammonia adsorbent according to the first embodiment is made of the carbon porous body described above.
- the ammonia adsorbent preferably has a value obtained by subtracting the ammonia adsorption amount when the ammonia pressure is 300 kPa from the ammonia adsorption amount when the ammonia pressure is 390 kPa is 0.40 g / g or more. This is because a large amount of ammonia can be adsorbed or released by adjusting the ammonia pressure.
- the ammonia adsorbent according to the first embodiment is particularly suitable as an ammonia adsorbent for an ammonia adsorption tank of a heat storage device using ammonia as a working medium, for example.
- the carbon porous body according to the first embodiment is not limited to the carbon porous body manufactured by the carbon porous body manufacturing method according to the first embodiment.
- an alkaline earth metal salt of benzenedicarboxylic acid is heated at 550 to 700 ° C. in an inert atmosphere to form a composite of carbon and alkaline earth metal carbonate.
- the composite may be obtained by washing the complex with a washing solution capable of dissolving the carbonate to remove the carbonate. That is, it may be obtained in the absence of a trap material.
- the porous carbon body according to the first embodiment can be used as, for example, an adsorbent for nitrogen or ammonia, as well as an electrode material for an electrochemical capacitor, an electrode catalyst carrier for a polymer electrolyte fuel cell, and an enzyme electrode for a biofuel cell. It can be used for supporting materials, adsorbents for canisters, adsorbents for fuel refining facilities, and the like.
- liquid fuel such as gasoline or light oil as the fuel.
- This liquid fuel contains a volatile organic compound (hereinafter referred to as VOC). Therefore, VOC volatilizes in the fuel tank during the stop period when the combustion engine is stopped. VOC vaporization can increase the internal pressure of the fuel tank.
- the vaporized VOC is collected in a canister that contains an adsorbent in a sealed container. Specifically, the vaporized VOC is adsorbed on an adsorbent made of activated carbon by connecting the inside of the sealed container and the upper space in the fuel tank during the stop period. In addition, when activated carbon adsorbs VOC, the adsorptive power decreases according to the amount of adsorption. Therefore, in an automobile equipped with a canister, air is circulated as a purge gas through the adsorbent layer and VOC is desorbed from the activated carbon during an operation period in which the internal combustion engine is operating. Further, the gas exhausted from the canister is burned by the internal combustion engine.
- the canister is required that the activated carbon adsorbs a sufficient amount of VOC during the stop period and that most of the adsorbed VOC is desorbed from the activated carbon during the operation period. According to the evaporative fuel processing apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-31785 and the canister described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-38688, a sufficient VOC adsorption amount and desorption amount can be achieved.
- the second embodiment aims to provide a canister having excellent VOC desorption performance with a small purge gas amount.
- FIG. 2 is a perspective view schematically showing a canister according to an aspect of the present invention.
- 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the canister shown in FIG.
- the canister 10 includes a container 11 having an insulating inner surface.
- the container 11 is a sealed container provided with an air supply port and an exhaust port, for example.
- the port IP2 and an exhaust port OP for exhausting the purge gas in the container 11 are provided.
- the purge gas is a gas having a lower VOC concentration than the gas supplied from the first air supply port IP1 into the container 11 such as air.
- the container 11 is provided with a partition plate PP extending from the upper plate portion toward the bottom plate portion between the second air supply port IP2 and the exhaust port OP.
- the partition plate PP divides the upper space in the container 11 into a front chamber in which the second air supply port IP2 communicates and a rear chamber in which the first air supply port IP1 and the exhaust port OP communicate with each other.
- a porous plate 12 made of an insulator is installed in the vicinity of the bottom in the container 11.
- the porous plate 12 is separated from the bottom plate portion of the container 11.
- the porous plate 12 is installed so that the upper surface thereof is in contact with the partition plate PP. In this way, the communication between the previous front chamber and the rear chamber is made only through the lower space between the bottom plate portion of the container 11 and the porous plate 12. Note that the porous plate 12 is not necessarily provided.
- An adsorbent layer 14 made of an adsorbent 13 is provided in the container 11 and above the porous plate 12. When the partition plate PP is installed, the adsorbent layer 14 has a thickness that embeds the end portion of the partition plate PP on the porous plate 12 side.
- the adsorbent 13 is composed of a carbon porous body and a binder obtained by bonding them together.
- the nitrogen adsorption amount A3 of this carbon porous body is 1500 cm 3 (STP) / g or more, typically 1600 cm 3 (STP) / g or more, preferably 1700 cm 3 (STP) / g or more. More preferably, it is 1800 cm 3 (STP) / g or more.
- the nitrogen adsorption amount A3 has no upper limit, but is, for example, 2500 cm 3 (STP) / g or less, and typically 2000 cm 3 (STP) / g or less.
- a carbon porous body having a large nitrogen adsorption amount A3 tends to have high VOC desorption performance.
- STP Standard Temperature and Pressure
- the nitrogen adsorption amount A3 means the nitrogen adsorption amount when the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.99 in the nitrogen adsorption isotherm measured at a temperature of 77K.
- This nitrogen adsorption isotherm can be determined as follows. First, the nitrogen gas adsorption amount (mL / mL) of the carbon porous body is measured for each pressure P while gradually increasing the pressure P (mmHg) of the nitrogen gas in 77K (nitrogen boiling point) nitrogen gas. . Next, the value obtained by dividing the pressure P (mmHg) by the saturated vapor pressure P 0 (mmHg) of nitrogen gas is taken as the relative pressure P / P 0 , and the adsorption amount is plotted by plotting the nitrogen gas adsorption amount against each relative pressure P / P 0 . An isotherm can be obtained.
- FIG. 1 is a graph showing an example of the nitrogen adsorption isotherm thus obtained.
- the nitrogen adsorption isotherm shown in FIG. 1 belongs to type IV in the IUPAC classification.
- the nitrogen adsorption amount when the pressure is increased does not match the nitrogen adsorption amount when the pressure is decreased in a specific relative pressure range.
- Such a nitrogen adsorption isotherm indicates the possibility that pores having a diameter of more than 2 nm and not more than 50 nm, that is, mesopores, exist in the carbon porous body.
- Nitrogen adsorption A4 of the carbon porous body for example, in the range of 800cm 3 (STP) / g to 1500cm 3 (STP) / g, preferably, 1000cm 3 (STP) / g to 1300 cm 3 (STP) / g Yes within the range of, more preferably, in the range of 1100 cm 3 (STP) / g to 1300cm 3 (STP) / g.
- the carbon porous body having the nitrogen adsorption amount A4 within this range tends to have higher VOC desorption performance than other carbon porous bodies.
- the nitrogen adsorption amount A4 means the nitrogen adsorption amount when the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.9 in the nitrogen adsorption isotherm measured at the temperature of 77K.
- Nitrogen adsorption amount A2 of the carbon porous body for example, in the range of 600cm 3 (STP) / g to 1100cm 3 (STP) / g, typically, 800cm 3 (STP) / g to 1100 cm 3 ( STP) / g, preferably 900 cm 3 (STP) / g to 1000 cm 3 (STP) / g.
- the carbon porous body having the nitrogen adsorption amount A2 within this range tends to have higher VOC desorption performance than other carbon porous bodies.
- the nitrogen adsorption amount A2 in the nitrogen adsorption isotherm was measured at the stated temperature 77K, nitrogen relative pressure P / P 0 is meant the nitrogen adsorption amount at 0.85.
- the nitrogen adsorption amount A1 of the carbon porous body is, for example, 500 cm 3 (STP) / g or less, and typically 400 cm 3 (STP) / g or less.
- the nitrogen adsorption amount A1 has no lower limit, but is, for example, 50 cm 3 (STP) / g or more, and typically 100 cm 3 (STP) / g or more.
- a carbon porous body with a small nitrogen adsorption amount A1 tends to have higher VOC desorption performance than other carbon porous bodies.
- the nitrogen adsorption amount A1 means the nitrogen adsorption amount when the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.5 in the nitrogen adsorption isotherm measured at the temperature of 77K.
- the micropore volume of this carbon porous body is, for example, 0.1 cm 3 / g or less, and typically 0.01 cm 3 / g or less. Although no lower limit to the volume of the micropores, for example, at 0.001 cm 3 / g or more, and is typically 0.005 cm 3 / g or more.
- the micropore volume means the volume of a pore having a diameter of 2 nm or less.
- a carbon porous body having a small micropore volume tends to have a higher VOC desorption performance than other carbon porous bodies.
- the micropore volume can be obtained by performing an ⁇ s plot analysis on the nitrogen adsorption isotherm measured at the temperature of 77K.
- ⁇ s plot analysis “Characterization of porous carbons with high resolution alpha (s) -analysis and low temperature magnetic susceptibility” Kaneko, K; Ishii, C; Kanoh, H; Hanazawa, Y; Standard isotherm described in Setoyama, N; Suzuki, T ADVANCES IN COLLOID AND INTERFACE SCIENCE vol.76, p295-320 (1998) is used.
- the nitrogen adsorption amount difference ⁇ A3-A4 of the carbon porous body is, for example, 300 cm 3 (STP) / g or more, typically 400 cm 3 (STP) / g or more, preferably 500 cm 3 (STP). / G or more.
- the nitrogen adsorption amount difference ⁇ A3-A4 has no upper limit, but is, for example, 1300 cm 3 (STP) / g or less, and typically 1000 cm 3 (STP) / g or less.
- a carbon porous body having a large difference in nitrogen adsorption amount ⁇ A3-A4 tends to have a higher VOC desorption performance than other carbon porous bodies.
- the nitrogen adsorption amount difference ⁇ A3 ⁇ A4 is calculated from the nitrogen adsorption amount A3 when the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.99 in the nitrogen adsorption isotherm measured at the temperature of 77K.
- P 0 which means the value obtained by subtracting the amount of nitrogen adsorbed A4 at the time of 0.9.
- the nitrogen adsorption amount difference ⁇ A3-A2 of the carbon porous body is, for example, 500 cm 3 (STP) / g or more, and typically 700 cm 3 (STP) / g or more.
- STP 500 cm 3
- STP 700 cm 3
- no upper limit on the amount of nitrogen adsorbed difference ⁇ A3-A2 for example, a 1300cm 3 (STP) / g or less, typically is 1000cm 3 (STP) / g or less.
- a carbon porous body having a large difference in nitrogen adsorption amount ⁇ A3-A2 tends to have a higher VOC desorption performance than other carbon porous bodies.
- the nitrogen adsorption amount difference ⁇ A3 ⁇ A2 is calculated from the nitrogen adsorption amount A3 when the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.99 in the nitrogen adsorption isotherm measured at the temperature of 77K. It means a value obtained by subtracting the nitrogen adsorption amount A2 when P 0 is 0.85.
- Nitrogen adsorption amount difference ⁇ A3-A1 of the carbon porous body for example, a 1000cm 3 (STP) / g or more, will typically be at 1200cm 3 (STP) / g or more, preferably, 1400 cm 3 (STP ) / G or more.
- the nitrogen adsorption amount difference ⁇ A3 ⁇ A1 has no upper limit value, but is, for example, 1800 cm 3 (STP) / g or less, and typically 1500 cm 3 (STP) / g or less.
- Carbon porous bodies having a large difference in nitrogen adsorption amount ⁇ A3-A1 tend to have higher VOC desorption performance than other carbon porous bodies.
- the nitrogen adsorption amount difference ⁇ A3 ⁇ A1 is calculated from the nitrogen adsorption amount A3 when the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.99 in the nitrogen adsorption isotherm measured at the temperature of 77K. It means a value obtained by subtracting the nitrogen adsorption amount A1 when P 0 is 0.5.
- the nitrogen adsorption amount difference ⁇ A4-A2 of the carbon porous body is, for example, 150 cm 3 (STP) / g or more, typically 200 cm 3 (STP) / g or more, and preferably 250 cm 3 (STP). ) / G or more.
- the nitrogen adsorption amount difference ⁇ A4-A2 has no upper limit, but is, for example, 400 cm 3 (STP) / g or less, and typically 300 cm 3 (STP) / g or less.
- a carbon porous body with a large difference in nitrogen adsorption amount ⁇ A4-A2 tends to have higher VOC desorption performance than other carbon porous bodies.
- the difference in nitrogen adsorption amount ⁇ A4 ⁇ A2 is determined from the nitrogen adsorption amount A4 when the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.9 in the nitrogen adsorption isotherm measured at the temperature of 77K, and the nitrogen relative pressure P / It means a value obtained by subtracting the nitrogen adsorption amount A2 when P 0 is 0.85.
- the nitrogen adsorption amount difference ⁇ A4-A1 of the carbon porous body is, for example, 500 cm 3 (STP) / g or more, typically 700 cm 3 (STP) / g or more, preferably 800 cm 3 (STP). / G or more.
- the nitrogen adsorption amount difference ⁇ A4-A1 has no upper limit, but is, for example, 1200 cm 3 (STP) / g or less, and typically 1000 cm 3 (STP) / g or less.
- a carbon porous body having a large nitrogen adsorption amount difference ⁇ A4-A1 tends to have higher VOC desorption performance than other carbon porous bodies.
- the difference in nitrogen adsorption amount ⁇ A4-A1 is calculated from the nitrogen adsorption amount A4 when the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.9 in the nitrogen adsorption isotherm measured at the temperature of 77K, and the nitrogen relative pressure P / It means a value obtained by subtracting the nitrogen adsorption amount A1 when P 0 is 0.5.
- Nitrogen adsorption amount difference ⁇ A of the carbon porous body for example, a 100cm 3 (STP) / g or more, will typically be in 300cm 3 (STP) / g or more, preferably, 500cm 3 (STP) / g or more, more preferably 600 cm 3 (STP) / g or more.
- the nitrogen adsorption amount difference ⁇ A has no upper limit, but is, for example, 1200 cm 3 (STP) / g or less, and typically 1000 cm 3 (STP) / g or less.
- a carbon porous body having a large difference in nitrogen adsorption amount ⁇ A tends to have higher VOC desorption performance than other carbon porous bodies.
- the nitrogen adsorption amount difference ⁇ A is the nitrogen adsorption isotherm was measured at the stated temperature 77K, the nitrogen adsorption amount A2 at a nitrogen relative pressure P / P 0 of 0.85, a nitrogen relative pressure P / P 0 Is a value obtained by subtracting the nitrogen adsorption amount A1 when 0.5 is 0.5.
- the specific surface area of this carbon porous body is, for example, 700 m 2 / g or more, and typically 800 m 2 / g or more.
- the “specific surface area” means a specific surface area obtained by using a BET adsorption isotherm (Brunauer, Emmet and Teller's equation), that is, a BET specific surface area.
- a BET specific surface area obtained by using a BET adsorption isotherm (Brunauer, Emmet and Teller's equation), that is, a BET specific surface area.
- it is 1400 m ⁇ 2 > / g or less, for example, typically 1200 m ⁇ 2 > / g or less, Preferably it is 1100 m ⁇ 2 > / g or less.
- Such a carbon porous body can be manufactured as follows, for example. First, benzenedicarboxylic acid and an alkaline earth metal hydroxide are mixed and heated in a water bath at a temperature of 50 ° C. to 100 ° C. to produce an alkaline earth metal salt of benzenedicarboxylic acid. The product salt is then collected by filtration and dried at room temperature.
- the benzenedicarboxylic acid is, for example, phthalic acid (benzene-1,2-dicarboxylic acid), isophthalic acid (benzene-1,3-dicarboxylic acid), terephthalic acid (benzene-1,4-dicarboxylic acid) or a mixture thereof. Yes, preferably terephthalic acid.
- the alkaline earth metal is, for example, magnesium, calcium, strontium, barium, or a mixture thereof, preferably calcium.
- the molar ratio of benzenedicarboxylic acid to alkaline earth metal hydroxide may be a stoichiometric ratio based on the neutralization reaction formula or may deviate from the stoichiometric ratio. This molar ratio is, for example, in the range of 1.5: 1 to 1: 1.5.
- alkaline earth metal salt of benzenedicarboxylic acid may be obtained by the above method, a commercially available product may be used.
- this generated salt is heated at a temperature of 550 ° C. to 700 ° C. in an inert atmosphere in the presence of a trapping material to form a composite of carbon and alkaline earth metal carbonate.
- This composite is presumed to have a structure in which an alkaline earth metal carbonate enters between layers of layered carbides. As will be described later, by removing alkaline earth metal carbonate from this composite, the above-described porous carbon body can be obtained.
- the trap material adsorbs (absorbs and removes) hydrocarbon gas.
- a trapping material is allowed to coexist when heating the alkaline earth metal salt of benzenedicarboxylic acid, the concentration of the hydrocarbon gas generated when the alkaline earth metal salt of benzenedicarboxylic acid is heated is determined as described above for the carbon porous body. It is easy to make it a suitable range in achieving the hole portion.
- the trap material is, for example, one or more selected from the group consisting of activated carbon, silica gel, zeolite, and diatomaceous earth, and is preferably activated carbon.
- the trap material may be mixed with an alkaline earth metal salt of benzenedicarboxylic acid.
- the trap material may be formed in a filter shape and placed above the alkaline earth metal salt of benzenedicarboxylic acid.
- a part of the trapping material may be mixed with an alkaline earth metal salt of benzenedicarboxylic acid, and the remaining trapping material may be formed in a filter shape and placed above the alkaline earth metal salt of benzenedicarboxylic acid.
- Examples of the trap material formed in a filter shape include a trap material formed into a honeycomb shape, a trap material supported on a ceramic or metal honeycomb carrier, and a trap material sandwiched between a plurality of metal mesh materials. Can be mentioned.
- the amount of the trap material is preferably in the range of 100 to 1000 parts by mass, more preferably in the range of 200 to 300 parts by mass with respect to 100 parts by mass of benzenedicarboxylic acid.
- the heating temperature is preferably in the range of 550 ° C to 700 ° C.
- the heating temperature is low, in the obtained carbon porous body, the nitrogen adsorption amount A3 when the nitrogen relative pressure P / P 0 of the nitrogen adsorption isotherm at 77 K is 0.99 tends not to be sufficiently large.
- the heating temperature is high, the carbon porous body tends not to be formed.
- the heating time is, for example, 50 hours or less, preferably 0.5 to 20 hours, and more preferably 1 to 10 hours. When the heating time is short, there is a tendency that a complex of carbon and alkaline earth metal carbonate is not sufficiently formed. When the heating time is long, a carbon porous body having a relatively large BET specific surface area tends not to be obtained.
- the inert atmosphere include a nitrogen atmosphere and an argon atmosphere.
- the composite is washed with a cleaning solution capable of dissolving carbonate, and the carbonate is removed from the composite to obtain a porous carbon body.
- a cleaning solution capable of dissolving carbonate
- the carbonate is removed from the composite to obtain a porous carbon body.
- the adsorbent 13 may include two or more types of carbon porous bodies with different manufacturing methods.
- the nitrogen adsorption isotherm of the carbon porous body included in the adsorbent 13 is obtained with two or more types of carbon porous bodies with different production methods. It is a nitrogen adsorption isotherm obtained by the above-mentioned method about this mixture.
- the nitrogen adsorption isotherm of the carbon porous body contained in the adsorbent 13 is a weighted average of each nitrogen adsorption isotherm obtained by the above-described method for each carbon porous body according to the mass ratio of each carbon porous body. Can also be obtained.
- the ratio of the porous carbon body to the total amount of the adsorbent 13 is, for example, in the range of 60% by mass to 90% by mass, and typically in the range of 70% by mass to 80% by mass.
- the binder is, for example, a cellulosic material, a styrene butadiene rubber resin, a urethane resin, or a mixture thereof.
- the adsorbent 13 has, for example, a granular shape, a pellet shape, or a honeycomb shape.
- the average particle diameter of the adsorbent 13 is, for example, in the range of 0.1 mm to 10 mm. This average particle diameter can be determined according to a method for calculating an average particle diameter defined in Japanese Industrial Standards JIS K 1474: 2014 (7.5).
- the adsorbent 13 may be in a powder form. In this case, the adsorbent 13 may typically be supported on a substrate such as a honeycomb substrate or a porous substrate.
- the adsorbent layer 14 may include two or more kinds of adsorbents 13.
- FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing another example of a structure that can be employed in the canister shown in FIGS.
- FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing still another example of a structure that can be employed in the canister shown in FIGS. 4 and 5, the adsorbent layer 14 includes a first adsorbent 13a and a second adsorbent 13b.
- the first adsorbent 13a is made of, for example, a carbon porous body obtained by the above-described manufacturing method and a binder.
- the binder for example, the same ones as mentioned for the adsorbent 13 can be used.
- the second adsorbent 13b is made of, for example, a carbon porous body and a binder obtained by a manufacturing method different from the carbon porous body constituting the first adsorbent 13a.
- a carbon porous body is BAX-1500 (manufactured by MeadWestvaco Corp.). BAX-1500 is activated carbon that does not satisfy the above-described conditions.
- BAX-1500 is activated carbon that does not satisfy the above-described conditions.
- the binder for example, the same ones as mentioned for the adsorbent 13 can be used.
- the aggregate composed of the carbon porous body included in the first adsorbent 13a and the carbon porous body included in the second adsorbent 13b satisfies the above-described conditions as a whole. As long as this aggregate satisfies the above-described conditions, only one of the first adsorbent 13a and the second adsorbent 13b may satisfy the above-described condition, or both may satisfy.
- the first adsorbent 13a and the second adsorbent 13b may be mixed.
- the region made of the first adsorbent 13a and the region made of the second adsorbent 13b may be arranged in series along the purge gas path.
- region which consists of 2nd adsorption material 13b may be arrange
- the canister 10 using a carbon porous material that satisfies the above conditions as an adsorbing material is excellent in VOC desorption performance with a small amount of purge gas. Therefore, this canister 10 can reduce the amount of the adsorbent 13 used as compared with a canister using a carbon porous body that does not satisfy the above-described conditions as an adsorbing material. Therefore, when this carbon porous body is used as the adsorbing material for the canister 10, the canister 10 can be reduced in size and the weight of the automatic propulsion vehicle on which the canister 10 is mounted can be realized.
- the canister 10 described above can be variously modified.
- the canister 10 may include an electric heater (not shown).
- the electric heater may be installed in contact with the adsorbent layer 14 or may be embedded in the adsorbent layer 14.
- the electric heater may be installed on the outer periphery of the container 11.
- the canister 10 may include a pair of electrodes (not shown) instead of the electric heater.
- the pair of electrodes may be disposed on the inner wall of the container 11 or may be disposed on the main surface of the partition plate PP and on the inner wall of the container 11 facing the partition plate PP.
- Each of the pair of electrodes is connected to a terminal located outside the container 11.
- Each electrode includes a metal layer such as a metal plate or a metal foil.
- the adsorbent layer 14 can be used as a resistance heating element.
- the canister 10 may include a heat storage material (not shown).
- a material of the heat storage material for example, a metal material such as iron or copper, an inorganic material such as ceramic or glass, or a liquid material such as hexadecane can be used.
- the heat storage material may be in contact with the adsorbent layer 14 or may be embedded in the adsorbent layer 14.
- the heat storage material may be accommodated in a heat storage material container, and the heat storage material container may be installed in contact with the adsorbent layer 14 or embedded in the adsorbent layer 14. .
- the heat storage material container for example, a material having higher thermal conductivity than the adsorbent 13 can be used.
- the wall of the container 11 may have a double structure, and a heat storage material may be accommodated between the outer wall and the inner wall.
- the canister 10 may include both an electric heater or an electrode and a heat storage material.
- Example B In the carbonization of calcium terephthalate, the carbon porous body of Experimental Example B was obtained in the same manner as Experimental Example A, except that the weight of the trap material was changed to 5 g (yield: about 5 g).
- Example C As a carbon porous body of Experimental Example C, a commercial name Mesocor (made by Cataler Co., Ltd.), which is commercially available activated carbon, was prepared.
- FIG. 6 is a nitrogen adsorption isotherm at 77K for Experimental Examples A to C.
- Table 1 the BET specific surface area was calculated from BET analysis.
- the nitrogen adsorption isotherm was measured using Autosorb-1 manufactured by Cantachrome Co., Ltd., and the amount of adsorption was analyzed.
- the micropore volume cm 3 (STP) / g was determined from the value of the intercept of the extrapolated line.
- Micropore volume (cm 3 / g) was converted using standard gas volume (cm 3 (STP) / g) with liquid nitrogen density of 77K (0.808 g / cm 3 ).
- a value obtained by subtracting the micropore volume from the nitrogen adsorption amount when the nitrogen relative pressure P / P 0 at the nitrogen adsorption isotherm was 0.97 was calculated as the mesopore volume.
- the carbon porous bodies of Experimental Examples A and B had a large BET specific surface area of 700 m 2 / g or more and a micropore pore capacity of 0.01 cm 3 / g or less. Further, the nitrogen adsorption isotherms of the carbon porous bodies of Experimental Examples A and B shown in FIG. 6 belonged to the IUPAC class IV type (type showing mesopores, see FIG. 1). Therefore, it can be said that the carbon porous bodies of Experimental Examples A and B are substantially composed of mesopores.
- the nitrogen adsorption amount A2 when the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.85 in the nitrogen adsorption isotherm is 600 cm 3 (STP) / g or more and 1100 cm 3 (STP).
- the nitrogen adsorption amount A1 when the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.5 is in the range of 500 cm 3 (STP) / g or less, and the value of the nitrogen adsorption amount difference ⁇ A is 100 cm. 3 (STP) / g or more.
- the carbon porous bodies of Experimental Examples A and B have a large change amount of the nitrogen adsorption amount with respect to the change amount of the nitrogen relative pressure in a relatively large region of the nitrogen relative pressure. Therefore, the carbon porous bodies of Experimental Examples A and B can increase the gas adsorption / desorption amount when the gas pressure is changed in a predetermined range with respect to a specific gas (for example, nitrogen).
- a specific gas for example, nitrogen
- the carbon porous body of Experimental Example C had a small nitrogen adsorption amount difference ⁇ A2 of 66 cm 3 (STP) / g. For this reason, in Experiment C, even if the gas pressure is changed within a predetermined range with respect to the specific gas, the amount of gas adsorption / desorption cannot be increased as in Experiments A and B.
- FIG. 7 is an ammonia adsorption isotherm of Experimental Examples A and C.
- Example according to the second embodiment Examples according to the second embodiment will be described below.
- Example 1 (Creation of carbon porous body PC1) First, terephthalic acid and calcium hydroxide were weighed at a molar ratio of 1: 1, and these were put into a reaction furnace together with water. The mixture was then reacted in a water bath heated to 80 ° C. to produce calcium terephthalate. Subsequently, this produced salt was separated by filtration. Next, the fractionated product salt and the same amount of the coconut shell activated carbon as the product salt are mixed, and the mixture is heat-treated at a temperature of 590 ° C. in an inert atmosphere to form a composite of carbide and calcium carbonate. Got.
- the mixture of the composite and coconut shell activated carbon was dispersed in water, and hydrochloric acid was added dropwise to the dispersion to decompose calcium carbonate.
- carbide and coconut shell activated carbon were separated from the dispersion by filtration, and the resulting mixture was dried.
- the mixture was sieved to remove coconut shell activated carbon to obtain a carbide.
- the coconut shell activated carbon had sufficient dimensions to be filtered from the carbide.
- this carbide is referred to as carbon porous body PC1.
- adsorbent AM1 (Creation of adsorbent AM1) A mixture of 100 parts by mass of carbon porous body PC1 and 30 parts by mass of binder and water was sufficiently kneaded. Next, this mixture was molded into pellets by an extrusion molding method. The pellet had a circular shape with a diameter of 3 ⁇ 1 mm and a height of 9 ⁇ 3 mm. The pellet was then thoroughly dried. Hereinafter, this pellet is referred to as an adsorbent AM1.
- Example 5 In the heat treatment, the carbon porous body PC5, the adsorbent AM5 and the canister C5 were prepared in the same manner as described in Experimental Example 1 except that the coconut shell activated carbon was not used and the heat treatment temperature was changed from 590 ° C. to 550 ° C. Obtained.
- Example 6 A canister C6 was obtained in the same manner as described in Experimental Example 1 except that BAX-1500 (manufactured by MeadWestvaco Corp.) was used as the adsorbent AM6 instead of using the adsorbent AM1.
- BAX-1500 manufactured by MeadWestvaco Corp.
- canister C7 was obtained by the same method as described in Experimental Example 1 except that a part of the adsorbent AM1 was replaced with the adsorbent AM6. Specifically, first, the front chamber was filled with the same amount of adsorbent AM1 as in Experimental Example 1. Next, the adsorbent AM1 was filled in the rear chamber, and the adsorbent AM6 was filled on the area made of the adsorbent AM1. The mass ratio of the adsorbent AM1 and the adsorbent AM6 filled in the rear chamber was 16:34. The total amount of these adsorbents was the same as the amount of adsorbent AM1 filled in the front chamber.
- Example 8 First, 66 parts by mass of the adsorbent AM1 and 34 parts by mass of the adsorbent AM6 were uniformly mixed to obtain a mixture. Next, canister C8 was obtained by the same method as described in Experimental Example 1 except that the above mixture was filled instead of filling adsorbent AM1.
- Example 9 It was described in Experimental Example 1 except that the front chamber was filled with the adsorbent AM5 instead of the adsorbent AM1 and the rear chamber was filled with the adsorbent AM6 instead of the adsorbent AM1.
- the canister C9 was obtained by the same method.
- Example 10 A canister C10 was obtained by the same method as described in Experimental Example 1 except that the adsorbent AM6 was filled instead of the adsorbent AM1 in the rear chamber.
- the nitrogen adsorption amount A4 when .90 is shown.
- the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0 on the nitrogen adsorption isotherm obtained by the nitrogen adsorption amount measurement and measured at a temperature of 77K.
- the nitrogen adsorption amount A2 when .85 is described.
- the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0 in the nitrogen adsorption isotherm obtained by measuring the nitrogen adsorption amount and measured at a temperature of 77K.
- the nitrogen adsorption amount A1 when .5 is shown.
- the column denoted by " ⁇ A3-A2" the nitrogen adsorption isotherm was measured at a temperature 77K, the nitrogen adsorption amount A3 at a nitrogen relative pressure P / P 0 of 0.99, a nitrogen relative pressure P / P 0
- the nitrogen adsorption amount difference obtained by subtracting the nitrogen adsorption amount A2 when is 0.85 is described.
- the column denoted by " ⁇ A3-A1" in a nitrogen adsorption isotherm was measured at a temperature 77K, the nitrogen adsorption amount A3 at a nitrogen relative pressure P / P 0 of 0.99, a nitrogen relative pressure P / P 0
- the nitrogen adsorption amount difference obtained by subtracting the nitrogen adsorption amount A1 when is 0.5 is described.
- the column denoted by " ⁇ A4-A2" the nitrogen adsorption isotherm was measured at a temperature 77K, the amount of nitrogen adsorbed A4 at a nitrogen relative pressure P / P 0 of 0.90, a nitrogen relative pressure P / P 0
- the nitrogen adsorption amount difference obtained by subtracting the nitrogen adsorption amount A2 when is 0.85 is described.
- the column denoted by " ⁇ A4-A1" in a nitrogen adsorption isotherm was measured at a temperature 77K, the amount of nitrogen adsorbed A4 at a nitrogen relative pressure P / P 0 of 0.90, a nitrogen relative pressure P / P 0
- the nitrogen adsorption amount difference obtained by subtracting the nitrogen adsorption amount A1 when is 0.5 is described.
- the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0 from the nitrogen adsorption amount A2 when the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.85.
- the nitrogen adsorption amount difference obtained by subtracting the nitrogen adsorption amount A1 at .5 is described.
- BET specific surface area (m 2 / g)” describes the BET specific surface area obtained by the BET specific surface area measurement.
- the nitrogen adsorption amount A3 of the carbon porous bodies PC1 to PC3 obtained by heat treatment in the presence of coconut shell activated carbon was the carbon porous body PC4 that was not heat-treated in the presence of coconut shell activated carbon. It was larger than the nitrogen adsorption amount A3 of the carbon porous body contained in PC5 and adsorbent AM6.
- the pentane desorption rate was measured for the carbon porous bodies (activated carbon) used for the carbon porous bodies PC1 to PC5 and the adsorbent AM6. Specifically, first, 3 g of each carbon porous body was weighed and filled in a glass column. Each column was then attached to a gas adsorber. The mass of the carbon porous body at this time was defined as the carbon porous body amount A.
- pentane was bubbled with nitrogen gas at a temperature of 25 ⁇ 1 ° C. to generate a mixed gas of nitrogen gas and pentane gas, and this mixed gas was circulated through each column to adsorb pentane to the carbon porous body.
- the temperature of the mixed gas was 25 ° C., and pentane was contained at a saturated concentration in this mixed gas.
- each column was removed from the gas adsorption device after a certain time had elapsed, the column mass was measured, and then each column was reattached to the gas adsorption device. Then, when the column mass at a certain point in time is the same as the column mass obtained by the immediately preceding measurement, it is judged that the saturated adsorption state has been reached, and the mass of the carbon porous body is calculated from the column mass at this point. Thus, the mass after adsorption was set to B.
- a value obtained by subtracting the carbon porous material amount A from the post-adsorption mass B was defined as an adsorption amount per column (BA). Further, the value obtained by dividing the adsorption amount per column by the mass of the carbon porous body was defined as the pentane adsorption amount (g / g) per unit mass of each carbon porous body.
- the value obtained by subtracting the post-desorption mass C from the post-adsorption mass B was defined as the desorption amount per column when the bed volume was 150 (BC).
- the value obtained by dividing the desorption amount per column (BC) by the adsorption amount per column (BA) is the pentane desorption rate when the bed volume is 150 [(BC) / (B ⁇ A) ⁇ 100] (%).
- the value obtained by subtracting the post-desorption mass D when the bed volume is 300 from the post-adsorption mass B was defined as the desorption amount per column (BD).
- the value obtained by dividing the desorption amount per column (BD) by the adsorption amount per column (BA) is the pentane desorption rate when the bed volume is 300 [(BD) / (B ⁇ A) ⁇ 100] (%).
- the pentane adsorption amount per unit mass of the carbon porous body is the pentane adsorption amount per unit mass of the carbon porous body obtained by the above measurement.
- the weighted average was calculated according to the mass ratio of the carbon porous body.
- the column labeled “front chamber” indicates the type of adsorbent contained in the front chamber and the amount of each adsorbent in the total amount of adsorbent. The ratio is described.
- the column labeled “rear chamber” describes the type of adsorbent contained in the rear chamber and the ratio of each adsorbent to the total amount of adsorbent.
- the column labeled “pentane adsorption amount (g / g)” describes the pentane adsorption amount per unit mass of the carbon porous body obtained by the pentane desorption test. Yes.
- the column labeled “150 BV” shows the bed obtained by the above pentane desorption test.
- the pentane desorption rate when the volume is 150 is shown.
- the column labeled “300 BV” the pentane desorption rate when the bed volume is 300 obtained by the above pentane desorption test is described.
- FIG. 8 is a graph showing an example of the relationship between the nitrogen adsorption amount A3 and the pentane desorption rate when the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.99 in the nitrogen adsorption isotherm measured at a temperature of 77K.
- FIG. 8 is created using the data obtained in Experimental Examples 1 to 10.
- the horizontal axis represents the nitrogen adsorption amount A3 of the carbon porous bodies PC1 to PC5, the carbon porous bodies used for the adsorbent AM6, and the entire carbon porous bodies included in the canisters C7 to C10.
- the vertical axis represents the pentane detachment rate when the bed volume of the carbon porous bodies PC1 to PC5 and the carbon porous bodies used in the adsorbent AM6 and the entire carbon porous bodies included in the canisters C7 to C10 is 150.
- a canister using a carbon porous body having a large nitrogen adsorption amount A3 as an adsorbing material when the nitrogen relative pressure P / P 0 is 0.99 tends to have a high pentane desorption rate.
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Abstract
メソ細孔構造でありながら窒素相対圧力の比較的大きな領域において窒素相対圧力差に対する窒素吸着量差が大きい炭素多孔体を提供する。本発明の炭素多孔体は、温度77Kで測定した窒素吸着等温線のαSプロット解析から算出したミクロ細孔容量が、0.1cm3/g以下であり、前記窒素吸着等温線における窒素相対圧力P/P0が0.97のときの窒素吸着量から前記ミクロ細孔容量を差し引いて算出したメソ細孔容量よりも小さく、前記窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量が500cm3(STP)/g以下の範囲にあり且つ窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量が600cm3(STP)/g以上1100cm3(STP)/g以下の範囲にあるものである。
Description
本発明は、炭素多孔体、その製法及びアンモニア吸着材並びにキャニスタ及びその製造方法に関する。
従来より、炭素多孔体は、種々の技術分野で利用されている。具体的には、炭素多孔体は、電気化学キャパシタの電極材料として利用されたり、固体高分子型燃料電池の電極触媒担体として利用されたり、バイオ燃料電池の酵素電極を担持する材料として利用されたり、キャニスタの吸着材として利用されたり、燃料精製設備の吸着材として利用されたりしている。
電気化学キャパシタは、電極(正極及び負極)の界面において、電極と電解液中のイオンとの間で電子の授受を伴わない非ファラデー反応、あるいは電子の授受を伴うファラデー反応に起因して発現する容量を利用したキャパシタである。固体高分子型燃料電池は、イオン伝導性を有する固体高分子膜を電解質として用いる燃料電池であり、負極、正極及び固体高分子膜を備えている。固体高分子型燃料電池では、負極側で触媒を利用して水素やメタノールなどの燃料を分解してプロトンと電子を発生させ、そのうちプロトンは固体高分子膜を、電子は外部回路を解してそれぞれ正極側に移動し、正極ではプロトンと電子を用いた酸素の還元反応を触媒を利用して進行させて水を生成する。この一連の反応により、固体高分子型燃料電池から電気エネルギーを取り出すことができる。バイオ燃料電池は、通常の燃料電池と同様、負極、正極、電解質及びセパレータを備えており、負極及び正極に酵素を利用するものである。バイオ燃料電池では、負極側で酵素により糖を分解してプロトンと電子を発生させ、そのうちプロトンは電解質を、電子は外部回路を介してそれぞれ正極側に移動し、正極ではプロトンと電子を用いた酸素の還元反応を酵素により進行させて水を生成する。この一連の反応により、バイオ燃料電池から電気エネルギーを取り出すことができる。キャニスタは、炭素多孔体が詰められた缶状の容器であり、自動車に搭載される。キャニスタは、自動車のエンジン停止中は燃料タンクで発生したガソリン蒸気を配管を通じて受け入れて吸着する一方、エンジン作動中は新鮮な空気が通されることにより吸着したガソリン蒸気を放出してエンジンの燃焼室へ供給する。燃料精製設備は、燃料に含まれる不純物を炭素多孔体に吸着させて燃料を精製する。
これまでに、炭素多孔体として、炭素骨格の一部が窒素原子で置換されたものが知られている(特開2011-051828号)。この炭素多孔体は、平均細孔径が2nm以下のミクロ細孔構造を有している。一方、セルサイズが約0.1μmの低密度の炭素発泡体も知られている(米国特許第4873218号)。この炭素発泡体は、レゾルシノールとホルムアルデヒドとの重縮合によって得られるポリマークラスタを共有結合的に架橋してゲルを合成し、そのゲルを超臨界条件で処理してエアロゲルとし、そのエアロゲルを炭素化することによって合成されている。
ところで、これまで、メソ細孔構造でありながら窒素相対圧力の比較的大きな領域において窒素相対圧力差に対する窒素吸着量差が大きい炭素多孔体は知られておらず、当然、こうした炭素多孔体を容易に製造する方法も知られていなかった。このような炭素多孔体は、特定ガスの脱着材への利用のほか、電気化学キャパシタの電極材料やバイオ燃料電池の酵素電極を担持する材料、キャニスタの吸着材、燃料精製設備の吸着材などへの利用が期待される。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、メソ細孔構造でありながら窒素相対圧力の比較的大きな領域において窒素相対圧力差に対する窒素吸着量差が大きい炭素多孔体を提供することを主目的とする。
上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、テレフタル酸のカルシウム塩を不活性雰囲気中550~700℃で加熱して炭素と炭酸カルシウムとの複合体を形成し、酸性水溶液でその複合体を洗浄して炭酸カルシウムを除去して得られた炭素多孔体が優れた特性を有することを見いだし、本発明を完成するに至った。
本発明の第1側面によると、温度77Kで測定した窒素吸着等温線のαSプロット解析から算出したミクロ細孔容量が、0.1cm3/g以下であり、前記窒素吸着等温線における窒素相対圧力P/P0が0.97のときの窒素吸着量から前記ミクロ細孔容量を差し引いて算出したメソ細孔容量よりも小さく、前記窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量が500cm3(STP)/g以下の範囲にあり且つ窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量が600cm3(STP)/g以上1100cm3(STP)/g以下の範囲にある炭素多孔体が提供される。
本発明の第2側面によると、ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩を、炭化水素ガスを吸着するトラップ材の存在下、不活性雰囲気中550~700℃で加熱して炭素とアルカリ土類金属炭酸塩との複合体を形成し、前記炭酸塩を溶解可能な洗浄液で前記複合体を洗浄して前記炭酸塩を除去して炭素多孔体を得る炭素多孔体の製法が提供される。
本発明の第3側面によると、第1側面に係る炭素多孔体を利用したアンモニア吸着材が提供される。
本発明の第4側面によると、容器と前記容器に収容された炭素多孔体とを備え、前記炭素多孔体は、温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量が1500cm3(STP)/g以上であるキャニスタが提供される。
本発明の第5側面によると、ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩を、炭化水素ガスを吸着するトラップ材の存在下、不活性雰囲気中で、550℃乃至700℃の範囲内の温度で加熱して、炭素とアルカリ土類金属炭酸塩との複合体を形成する工程と、前記炭酸塩を溶解可能な洗浄液を用いて前記複合体を洗浄し、前記複合体から前記炭酸塩を除去して炭素多孔体を得る工程とを含むキャニスタの製造方法が提供される。
[第1実施形態]
第1実施形態に係る炭素多孔体は、温度77Kで測定した窒素吸着等温線のαSプロット解析から算出したミクロ細孔容量が、0.1cm3/g以下であり、前記窒素吸着等温線における窒素相対圧力P/P0が0.97のときの窒素吸着量から前記ミクロ細孔容量を差し引いて算出したメソ細孔容量よりも小さく、前記窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量(A1)が500cm3(STP)/g以下の範囲にあり且つ窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量(A2)が600cm3(STP)/g以上1100cm3(STP)/g以下の範囲にあるものである。ここで、メソ細孔とは直径が2nmより大きく50nm以下の細孔を示し、ミクロ細孔とは直径が2nm以下の細孔を示すものとする。窒素吸着量A1は、例えば、100cm3(STP)/g以上としてもよく、278cm3(STP)/g以上としてもよいし、421cm3(STP)/g以上としてもよい。この窒素吸着量A1は、421cm3(STP)/g以下としてもよいし、278cm3(STP)/g以上としてもよい。また、窒素吸着量A2は、例えば、628cm3(STP)/g以上としてもよいし、650cm3(STP)/g以上としてもよいし、1016cm3(STP)/g以上としてもよい。この窒素吸着量A2は、1016cm3(STP)/g以下としてもよいし、628cm3(STP)/g以下としてもよい。
第1実施形態に係る炭素多孔体は、温度77Kで測定した窒素吸着等温線のαSプロット解析から算出したミクロ細孔容量が、0.1cm3/g以下であり、前記窒素吸着等温線における窒素相対圧力P/P0が0.97のときの窒素吸着量から前記ミクロ細孔容量を差し引いて算出したメソ細孔容量よりも小さく、前記窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量(A1)が500cm3(STP)/g以下の範囲にあり且つ窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量(A2)が600cm3(STP)/g以上1100cm3(STP)/g以下の範囲にあるものである。ここで、メソ細孔とは直径が2nmより大きく50nm以下の細孔を示し、ミクロ細孔とは直径が2nm以下の細孔を示すものとする。窒素吸着量A1は、例えば、100cm3(STP)/g以上としてもよく、278cm3(STP)/g以上としてもよいし、421cm3(STP)/g以上としてもよい。この窒素吸着量A1は、421cm3(STP)/g以下としてもよいし、278cm3(STP)/g以上としてもよい。また、窒素吸着量A2は、例えば、628cm3(STP)/g以上としてもよいし、650cm3(STP)/g以上としてもよいし、1016cm3(STP)/g以上としてもよい。この窒素吸着量A2は、1016cm3(STP)/g以下としてもよいし、628cm3(STP)/g以下としてもよい。
この炭素多孔体は、ミクロ細孔容量が0.1cm3/g以下であることが好ましく、0.01cm3/g以下であることがより好ましい。また、温度77Kでの窒素吸着等温線がIUPAC分類のIV型に属することが好ましい。こうしたものでは、窒素吸着等温線のIUPAC分類の型がメソ細孔を持つことを示すIV型(図1参照)であり、直径2nm以下の細孔容量が0.1cm3/g以下と小さいことから、ほぼメソ細孔から構成されているといえる。
また、第1実施形態に係る炭素多孔体は、窒素吸着等温線において窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量から窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量を差し引いた値(窒素吸着量差(ΔA))が100cm3(STP)/g以上になることから、窒素相対圧力の比較的大きな領域において窒素相対圧力の変化量に対する窒素吸着量の変化量が大きい。そのため、特定のガスに対してガス圧力を所定範囲で変化させたときのガスの吸脱着量を大きくすることができる。窒素吸着量差ΔAは、200cm3(STP)/g以上であることが好ましく、300cm3(STP)/g以上であることがより好ましく、500cm3(STP)/g以上であることがさらに好ましい。窒素吸着量差ΔAは、例えば、350cm3(STP)/g以上としてもよく、595cm3(STP)/g以上としてもよい。この窒素吸着量差ΔAの上限は特に限定されないが、1000cm3(STP)/g以下としてもよく、595cm3(STP)/g以下としてもよいし、350cm3(STP)/g以下としてもよい。
第1実施形態に係る炭素多孔体は、温度77Kでの窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量(A3)が1500cm3(STP)/g以上の範囲にあることが好ましい。こうしたものでは、窒素吸着等温線において窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量から窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量を差し引いた値が1000cm3(STP)/g以上になることから、窒素相対圧力の比較的大きな領域において窒素相対圧力の変化量に対する窒素吸着量の変化量が大きい。そのため、特定のガスに対してガス圧力を所定範囲で変化させたときのガスの吸脱着量を大きくすることができる。窒素吸着量A3は、1517cm3(STP)/g以上としてもよいし、1948cm3(STP)/g以上としてもよい。窒素吸着量A3の上限は特に限定されないが、例えば、2000cm3(STP)/g以下としてもよいし、1948cm3(STP)/g以下としてもよいし、1517cm3(STP)/g以下としてもよい。
第1実施形態に係る炭素多孔体は、例えば、BET比表面積が700m2/g以上であるものとしてもよく、BET比表面積が800m2/g以上であるものとしてもよい。また、第1実施形態に係る炭素多孔体は、例えば、BET比表面積が1200m2/g以下であるものとしてもよい。比表面積の大きさが、各種機能特性の向上に相関があるためである。
第1実施形態に係る炭素多孔体は、例えば、電気化学キャパシタの電極材料として、特に適している。こうした電気化学キャパシタでは、比較的大きなメソ細孔を有する電極材料を用いることで、電気二重層を形成する正又は負イオンの移動がより円滑に行われるためである。
第1実施形態に係る炭素多孔体の製法は、ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩を、炭化水素ガスを吸着するトラップ材の存在下、不活性雰囲気中550~700℃で加熱して炭素とアルカリ土類金属炭酸塩との複合体を形成し、前記炭酸塩を溶解可能な洗浄液で前記複合体を洗浄して前記炭酸塩を除去することにより炭素多孔体を得るものである。この製法は、上述した第1実施形態に係る炭素多孔体を得るのに好適である。
トラップ材は、炭化水素ガスを吸着(吸着除去)するものであればよく、例えば、活性炭、シリカゲル、ゼオライト、珪藻土からなる群より選ばれる1以上であるものとしてもよい。このうち、活性炭が好ましい。トラップ材は、ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩と混合された状態で存在させてもよいし、フィルター状に形成し、ベンゼンジカルボン酸の上部に配設された状態で存在させてもよいし、この両方としてもよい。また、それ以外の状態で存在させてもよい。フィルター状に形成したトラップ材としては、例えば、トラップ材そのものをハニカム形状に成型したものや、セラミックや金属製のハニカム担体やメッシュ材にトラップ材をコーティングしたもの、複数枚の金属メッシュ材の間にトラップ材を挟んで固定したもの、などを用いることができる。ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩を加熱する際にトラップ材を共存させることで、比較的容易に、加熱時に発生する炭化水素ガスの濃度を第1実施形態に係る炭素多孔体を得るのに好適な範囲とすることができる。トラップ材の量は、特に限定されないが、例えば、ベンゼンジカルボン酸に対して100質量%以上1000質量%以下の範囲内とすることが好ましく、200質量%以上300質量%以下の範囲内とすることがより好ましい。
第1実施形態に係る炭素多孔体の製法において、ベンゼンジカルボン酸としては、例えば、フタル酸(ベンゼン-1,2-ジカルボン酸)、イソフタル酸(ベンゼン-1,3-ジカルボン酸)、テレフタル酸(ベンゼン-1,4-ジカルボン酸)などが挙げられるが、このうちテレフタル酸が好ましい。また、アルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどが挙げられるが、このうちカルシウムが好ましい。ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩は、市販品を購入してもよいし、ベンゼンジカルボン酸とアルカリ土類金属の水酸化物とを水中で混合することにより合成してもよい。その場合、ベンゼンジカルボン酸とアルカリ土類金属の水酸化物とのモル比は、中和反応式に基づく化学量論量だけ用いてもよいし、一方が他方に対して過剰になるように用いてもよい。例えば、モル比は、1.5:1~1:1.5の範囲に設定すればよい。ベンゼンジカルボン酸とアルカリ土類金属の水酸化物とを水中で混合する際には、50~100℃に加熱してもよい。
第1実施形態に係る炭素多孔体の製法において、不活性雰囲気としては、窒素雰囲気やアルゴン雰囲気などが挙げられる。また、加熱温度は、550~700℃に設定するのが好ましい。550℃未満では、77Kでの窒素吸着等温線の窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量が十分大きくならないため好ましくない。700℃を超えると、炭素多孔体が得られないため好ましくない。加熱後に得られる炭素とアルカリ土類金属炭酸塩との複合体は、層状炭化物の層間にアルカリ土類金属炭酸塩が入り込んだ構造をとっていると推察される。加熱温度での保持時間は、例えば50時間以下としてもよい。このうち、0.5~20時間が好ましく、1~10時間がより好ましい。0.5時間以上では、炭素とアルカリ土類金属炭酸塩との複合体の形成が十分に行われる。20時間以下では、BET比表面積の比較的大きな炭素多孔体が得られる。
第1実施形態に係る炭素多孔体の製法において、アルカリ土類金属炭酸塩を溶解可能な洗浄液としては、例えば、アルカリ土類金属炭酸塩が炭酸カルシウムの場合には水や酸性水溶液を用いることが好ましい。酸性水溶液としては、例えば、塩酸、硝酸及び酢酸などの水溶液が挙げられる。こうした洗浄を行うことにより、複合体中のアルカリ土類金属炭酸塩が存在していた箇所は空洞になると推察される。
第1実施形態に係るアンモニア吸着材は、上述した炭素多孔体からなるものである。このアンモニア吸着材は、アンモニア圧力が390kPaのときのアンモニア吸着量からアンモニア圧力が300kPaのときのアンモニア吸着量を差し引いた値が0.40g/g以上であることが好ましい。こうすれば、アンモニア圧力を調節することにより、多量のアンモニアを吸着させたりそれを放出させたりすることができるからである。第1実施形態に係るアンモニア吸着材は、例えば、アンモニアを作動媒体とする蓄熱デバイスの、アンモニア吸着タンク用のアンモニア吸着材として、特に適している。こうした蓄熱デバイスでは、特に一定の圧力域でアンモニアと反応する蓄熱材を用いるため、蓄熱材の反応に好適な圧力域でアンモニアをなるべく多量に出し入れ可能であることが要求されるためである。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、第1実施形態に係る炭素多孔体は、第1実施形態に係る炭素多孔体の製造方法で製造したものに限定されない。例えば、第1実施形態に係る炭素多孔体は、ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩を不活性雰囲気中550~700℃で加熱して炭素とアルカリ土類金属炭酸塩との複合体を形成し、前記炭酸塩を溶解可能な洗浄液で前記複合体を洗浄して前記炭酸塩を除去することにより得られたものとしてもよい。すなわち、トラップ材の非存在下で得られたものとしてもよい。
第1実施形態に係る炭素多孔体は、例えば、窒素やアンモニアの吸着材として利用可能なほか、電気化学キャパシタの電極材料、固体高分子型燃料電池の電極触媒担体、バイオ燃料電池の酵素電極を担持する材料、キャニスタの吸着材、燃料精製設備の吸着材などに利用可能である。
[第2実施形態]
燃焼機関によって発生する動力を推進力として利用する自動推進車両の殆どは、その燃料として、ガソリンや軽油などの液体燃料を使用している。この液体燃料は、揮発性有機化合物(以下、VOCという)を含んでいる。そのため、燃焼機関を停止している停止期間に、燃料タンク内でVOCの揮発を生じる。VOCの気化は、燃料タンクの内圧を高める可能性がある。
[第2実施形態]
燃焼機関によって発生する動力を推進力として利用する自動推進車両の殆どは、その燃料として、ガソリンや軽油などの液体燃料を使用している。この液体燃料は、揮発性有機化合物(以下、VOCという)を含んでいる。そのため、燃焼機関を停止している停止期間に、燃料タンク内でVOCの揮発を生じる。VOCの気化は、燃料タンクの内圧を高める可能性がある。
内燃機関を有する自動車では、気化したVOCは、密閉容器内に吸着材を収容してなるキャニスタに捕集している。具体的には、停止期間に、この密閉容器の内部と燃料タンク内の上部空間とを連絡して、気化したVOCを、活性炭からなる吸着材に吸着させている。なお、活性炭は、VOCを吸着すると、その吸着量に応じて吸着力が低下する。したがって、キャニスタを搭載した自動車では、内燃機関を動作させている動作期間において、吸着材層にパージガスとして空気を流通させ、活性炭からVOCを脱着させている。また、これによってキャニスタから排気されるガスは、内燃機関で燃焼させている。
キャニスタには、停止期間に活性炭が十分な量のVOCを吸着し、吸着したVOCの多くが動作期間に活性炭から脱着することが要求される。特開2012-31785号に記載された蒸発燃料処理装置及び特開2008-38688号に記載されたキャニスタによると、十分なVOC吸着量及び脱着量を達成することができる。
しかしながら、本発明者らは、キャニスタにおけるパージガス量が少ないときのVOC脱着性能について、改善の余地があると考えている。
そこで、第2実施形態は、少ないパージガス量でのVOC脱着性能に優れたキャニスタを提供することを目的とする。
そこで、第2実施形態は、少ないパージガス量でのVOC脱着性能に優れたキャニスタを提供することを目的とする。
以下、第2実施形態の態様について説明する。
図2は、本発明の一態様に係るキャニスタを概略的に示す斜視図である。図3は、図2に示すキャニスタのIII-III線に沿った断面図である。
図2は、本発明の一態様に係るキャニスタを概略的に示す斜視図である。図3は、図2に示すキャニスタのIII-III線に沿った断面図である。
このキャニスタ10は、内面が絶縁性の容器11を含んでいる。容器11は、例えば、給気口と排気口とが設けられた密閉容器である。
ここでは、一例として、容器11の上板部に、容器11内にVOCを含んだガスを供給するための第1給気口IP1と、容器11内にパージガスを供給するための第2給気口IP2と、容器11内のパージガスを排気するための排気口OPとを設けている。なお、パージガスは、例えば、空気などのように、第1給気口IP1から容器11内に供給するガスと比較して、VOC濃度がより低いガスである。
また、ここでは、一例として、容器11には、第2給気口IP2と排気口OPとの間に、上板部から底板部に向けて延びた仕切板PPを設けている。この仕切板PPは、容器11内の上部空間を、第2給気口IP2が連通した前室、及び、第1給気口IP1及び排気口OPが連通した後室へと仕切っている。
容器11内の底部近傍には、絶縁体からなる多孔質板12が設置されている。多孔質板12は、容器11の底板部から離間している。典型的には、多孔質板12は、その上面が仕切板PPと接触するように設置する。こうすると、先の前室と後室との連絡は、容器11の底板部と多孔質板12との間の下部空間のみを介して為される。なお、多孔質板12は、必ずしも設けなくてもよい。
容器11内であって多孔質板12の上方には、吸着材13からなる吸着材層14が設けられている。仕切板PPを設置する場合、吸着材層14は、仕切板PPの多孔質板12側の端部を埋め込む程度の厚さとする。
吸着材13は、炭素多孔体と、これらを互いに結合させたバインダとからなる。
吸着材13は、炭素多孔体と、これらを互いに結合させたバインダとからなる。
この炭素多孔体の窒素吸着量A3は、1500cm3(STP)/g以上であり、典型的には、1600cm3(STP)/g以上であり、好ましくは、1700cm3(STP)/g以上であり、更に好ましくは、1800cm3(STP)/g以上である。なお、この窒素吸着量A3に上限値はないが、例えば、2500cm3(STP)/g以下であり、典型的には、2000cm3(STP)/g以下である。窒素吸着量A3が大きな炭素多孔体は、VOC脱着性能が高い傾向にある。なお、STP(Standard Temperature and Pressure)は、0℃、105Paを表している。ここで、窒素吸着量A3は、温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量を意味している。
この窒素吸着等温線は、以下のようにして求めることができる。先ず、77K(窒素の沸点)の窒素ガス中で、窒素ガスの圧力P(mmHg)を徐々に高めながら、各圧力P毎に、炭素多孔体の窒素ガス吸着量(mL/mL)を測定する。次いで、圧力P(mmHg)を窒素ガスの飽和蒸気圧P0(mmHg)で除した値を相対圧力P/P0として、各相対圧力P/P0に対する窒素ガス吸着量をプロットすることにより吸着等温線を得ることができる。
図1は、このようにして得られた窒素吸着等温線の一例を示すグラフである。図1に示す窒素吸着等温線は、IUPAC分類でIV型に属する。IUPAC分類でIV型に属する窒素吸着等温線は、圧力を増加させたときの窒素吸着量と、圧力を減少させたときの窒素吸着量とが、特定の相対圧力範囲において一致しない。このような窒素吸着等温線は、炭素多孔体に、2nmよりも大きく50nm以下の直径を有する細孔、すなわち、メソ細孔が存在する可能性を示している。
この炭素多孔体の窒素吸着量A4は、例えば、800cm3(STP)/g乃至1500cm3(STP)/gの範囲内にあり、好ましくは、1000cm3(STP)/g乃至1300cm3(STP)/gの範囲内にあり、より好ましくは、1100cm3(STP)/g乃至1300cm3(STP)/gの範囲内にある。窒素吸着量A4がこの範囲内にある炭素多孔体は、他の炭素多孔体と比較して、VOC脱着性能がより高い傾向にある。ここで、窒素吸着量A4は、上記の温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.9のときの窒素吸着量を意味している。
この炭素多孔体の窒素吸着量A2は、例えば、600cm3(STP)/g乃至1100cm3(STP)/gの範囲内にあり、典型的には、800cm3(STP)/g乃至1100cm3(STP)/gの範囲内にあり、好ましくは、900cm3(STP)/g乃至で1000cm3(STP)/gの範囲内にある。窒素吸着量A2がこの範囲内にある炭素多孔体は、他の炭素多孔体と比較して、VOC脱着性能がより高い傾向にある。ここで、窒素吸着量A2は、上記の温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量を意味している。
この炭素多孔体の窒素吸着量A1は、例えば、500cm3(STP)/g以下であり、典型的には、400cm3(STP)/g以下である。なお、この窒素吸着量A1に下限値はないが、例えば、50cm3(STP)/g以上であり、典型的には、100cm3(STP)/g以上である。窒素吸着量A1が小さな炭素多孔体は、他の炭素多孔体と比較して、VOC脱着性能がより高い傾向にある。ここで、窒素吸着量A1は、上記の温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量を意味している。
この炭素多孔体のミクロ細孔容積は、例えば、0.1cm3/g以下であり、典型的には、0.01cm3/g以下である。なお、このミクロ細孔の容積に下限値はないが、例えば、0.001cm3/g以上であり、典型的には、0.005cm3/g以上である。ここで、ミクロ細孔容積は、2nm以下の直径を有する細孔の容積を意味している。ミクロ細孔容積が小さな炭素多孔体は、他の炭素多孔体と比較して、VOC脱着性能がより高い傾向にある。
このミクロ細孔容積は、上記の温度77Kで測定した窒素吸着等温線について、αsプロット解析を行うことにより求めることができる。αsプロット解析では、比較用の標準等温線として、“Characterization of porous carbons with high resolution alpha(s)-analysis and low temperature magnetic susceptibility” Kaneko,K; Ishii, C; Kanoh, H; Hanazawa, Y; Setoyama, N; Suzuki, T ADVANCES IN COLLOID AND INTERFACE SCIENCE vol.76, p295-320(1998)に記載された標準等温線を用いる。
この炭素多孔体の窒素吸着量差ΔA3-A4は、例えば、300cm3(STP)/g以上であり、典型的には、400cm3(STP)/g以上であり、好ましくは500cm3(STP)/g以上である。なお、この窒素吸着量差ΔA3-A4に上限値はないが、例えば、1300cm3(STP)/g以下であり、典型的には、1000cm3(STP)/g以下である。この窒素吸着量差ΔA3-A4が大きな炭素多孔体は、他の炭素多孔体と比較して、VOC脱着性能がより高い傾向にある。ここで、窒素吸着量差ΔA3-A4は、上記の温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量A3から、窒素相対圧力P/P0が0.9のときの窒素吸着量A4を差し引いた値を意味している。
この炭素多孔体の窒素吸着量差ΔA3-A2は、例えば、500cm3(STP)/g以上であり、典型的には、700cm3(STP)/g以上である。なお、この窒素吸着量差ΔA3-A2に上限値はないが、例えば、1300cm3(STP)/g以下であり、典型的には、1000cm3(STP)/g以下である。この窒素吸着量差ΔA3-A2が大きな炭素多孔体は、他の炭素多孔体と比較して、VOC脱着性能がより高い傾向にある。ここで、窒素吸着量差ΔA3-A2は、上記の温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量A3から、窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量A2を差し引いた値を意味している。
この炭素多孔体の窒素吸着量差ΔA3-A1は、例えば、1000cm3(STP)/g以上であり、典型的には、1200cm3(STP)/g以上であり、好ましくは、1400cm3(STP)/g以上である。なお、この窒素吸着量差ΔA3-A1に上限値はないが、例えば、1800cm3(STP)/g以下であり、典型的には、1500cm3(STP)/g以下である。窒素吸着量差ΔA3-A1が大きな炭素多孔体は、他の炭素多孔体と比較して、VOC脱着性能がより高い傾向にある。ここで、窒素吸着量差ΔA3-A1は、上記の温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量A3から、窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量A1を差し引いた値を意味している。
この炭素多孔体の窒素吸着量差ΔA4-A2は、例えば、150cm3(STP)/g以上であり、典型的には、200cm3(STP)/g以上であり、好ましくは、250cm3(STP)/g以上である。なお、この窒素吸着量差ΔA4-A2に上限値はないが、例えば、400cm3(STP)/g以下であり、典型的には、300cm3(STP)/g以下である。窒素吸着量差ΔA4-A2が大きな炭素多孔体は、他の炭素多孔体と比較して、VOC脱着性能がより高い傾向にある。ここで、窒素吸着量差ΔA4-A2は、上記の温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.9のときの窒素吸着量A4から、窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量A2を差し引いた値を意味している。
この炭素多孔体の窒素吸着量差ΔA4-A1は、例えば、500cm3(STP)/g以上であり、典型的には、700cm3(STP)/g以上であり、好ましくは800cm3(STP)/g以上である。なお、この窒素吸着量差ΔA4-A1に上限値はないが、例えば、1200cm3(STP)/g以下であり、典型的には、1000cm3(STP)/g以下である。窒素吸着量差ΔA4-A1が大きな炭素多孔体は、他の炭素多孔体と比較して、VOC脱着性能がより高い傾向にある。ここで、窒素吸着量差ΔA4-A1は、上記の温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.9のときの窒素吸着量A4から、窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量A1を差し引いた値を意味している。
この炭素多孔体の窒素吸着量差ΔAは、例えば、100cm3(STP)/g以上であり、典型的には、300cm3(STP)/g以上であり、好ましくは、500cm3(STP)/g以上であり、更に好ましくは、600cm3(STP)/g以上である。なお、この窒素吸着量差ΔAに上限値はないが、例えば、1200cm3(STP)/g以下であり、典型的には、1000cm3(STP)/g以下である。窒素吸着量差ΔAが大きな炭素多孔体は、他の炭素多孔体と比較して、VOC脱着性能がより高い傾向にある。ここで、窒素吸着量差ΔAは、上記の温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量A2から、窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量A1を差し引いた値を意味している。
この炭素多孔体の比表面積は、例えば、700m2/g以上であり、典型的には、800m2/g以上である。ここで、「比表面積」は、BET吸着等温式(Brunauer, Emmet and Teller's equation)を利用して得られる比表面積、即ち、BET比表面積を意味している。なお、この比表面積に上限値はないが、例えば、1400m2/g以下であり、典型的には、1200m2/g以下であり、好ましくは、1100m2/g以下である。
このような炭素多孔体は、例えば、以下のようにして製造することができる。
先ず、ベンゼンジカルボン酸とアルカリ土類金属の水酸化物とを混合し、水浴中で50℃乃至100℃の温度で加熱することにより、ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩を生成させる。次いで、この生成塩をろ過により分取し、室温で乾燥させる。
先ず、ベンゼンジカルボン酸とアルカリ土類金属の水酸化物とを混合し、水浴中で50℃乃至100℃の温度で加熱することにより、ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩を生成させる。次いで、この生成塩をろ過により分取し、室温で乾燥させる。
ベンゼンジカルボン酸は、例えば、フタル酸(ベンゼン-1,2-ジカルボン酸)、イソフタル酸(ベンゼン-1,3-ジカルボン酸)、テレフタル酸(ベンゼン-1,4-ジカルボン酸)又はこれらの混合物であり、好ましくは、テレフタル酸である。
アルカリ土類金属は、例えば、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム又はこれらの混合物であり、好ましくは、カルシウムである。
ベンゼンジカルボン酸とアルカリ土類金属の水酸化物とのモル比は、中和反応式に基づく化学量論比としてもよく、化学量論比から逸脱してもよい。このモル比は、例えば、1.5:1乃至1:1.5の範囲内にある。
なお、ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩は、上記の方法により得てもよいが、市販品を用いてもよい。
次いで、この生成塩を、トラップ材の存在下、不活性雰囲気中で550℃乃至700℃の温度で加熱して、炭素とアルカリ土類金属炭酸塩との複合体を形成する。この複合体は、層状炭化物の層間にアルカリ土類金属炭酸塩が入り込んだ構造をとっていると推察される。後述するように、この複合体から、アルカリ土類金属炭酸塩を除去することにより、上述した炭素多孔体を得ることができる。
トラップ材は、炭化水素ガスを吸着(吸着除去)する。ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩を加熱する際にトラップ材を共存させると、ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩を加熱した時に発生する炭化水素ガスの濃度を、炭素多孔体について上述した細孔部分を達成する上で好適な範囲とすることが容易である。トラップ材は、例えば、活性炭、シリカゲル、ゼオライト及び珪藻土からなる群より選ばれる1以上のものであり、好ましくは、活性炭である。
トラップ材は、ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩と混合してもよい。また、トラップ材は、フィルター状に形成し、ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩の上方に設置してもよい。あるいは、一部のトラップ材はベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩と混合し、残りのトラップ材はフィルター状に形成し、ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩の上方に設置してもよい。フィルター状に形成したトラップ材としては、例えば、トラップ材そのものをハニカム形状に成型したもの、セラミックや金属製のハニカム担体にトラップ材を担持させたもの、及びトラップ材を複数の金属メッシュ材に挟んで固定したものを挙げることができる。
トラップ材の量は、好ましくは、ベンゼンジカルボン酸100質量部に対して100質量部以上1000質量部以下の範囲内とし、より好ましくは、200質量部以上300質量部以下の範囲内とする。
加熱温度は、好ましくは、550℃乃至700℃の範囲内とする。加熱温度が低いと、得られる炭素多孔体において、77Kでの窒素吸着等温線の窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量A3が、十分に大きくならない傾向にある。加熱温度が高いと、炭素多孔体が形成されない傾向にある。加熱時間は、例えば、50時間以下とし、好ましくは、0.5乃至20時間とし、より好ましくは、1乃至10時間とする。加熱時間が短いと、炭素とアルカリ土類金属炭酸塩との複合体の形成が十分に行われない傾向にある。加熱時間が長いと、BET比表面積の比較的大きな炭素多孔体が得られない傾向にある。不活性雰囲気としては、例えば、窒素雰囲気及びアルゴン雰囲気が挙げられる。
次いで、炭酸塩を溶解可能な洗浄液を用いてこの複合体を洗浄し、複合体から炭酸塩を除去して、炭素多孔体を得る。こうした洗浄を行うことにより、複合体中のアルカリ土類金属炭酸塩が存在していた箇所は空洞になると推察される。
なお、アルカリ土類金属炭酸塩が炭酸カルシウムの場合、アルカリ土類金属炭酸塩を溶解可能な洗浄液として、水や塩酸等の酸性水溶液を用いることが好ましい。
なお、アルカリ土類金属炭酸塩が炭酸カルシウムの場合、アルカリ土類金属炭酸塩を溶解可能な洗浄液として、水や塩酸等の酸性水溶液を用いることが好ましい。
ここで、吸着材13は、製造方法が異なる2種類以上の炭素多孔体を含んでいてもよい。吸着材13が、製造方法が異なる2種類以上の炭素多孔体を含んでいる場合、この吸着材13に含まれる炭素多孔体の窒素吸着等温線は、製造方法が異なる2種類以上の炭素多孔体の混合物について、上述の方法により得られた窒素吸着等温線である。なお、この吸着材13に含まれる炭素多孔体の窒素吸着等温線は、各炭素多孔体について上述の方法により得られた各窒素吸着等温線を、各炭素多孔体の質量比に応じて加重平均することにより得ることもできる。
吸着材13の全体量に占める炭素多孔体の割合は、例えば、60質量%乃至90質量%の範囲内にあり、典型的には、70質量%乃至80質量%の範囲内にある。
バインダは、例えば、セルロース系材料、スチレンブタジエンゴム系樹脂、ウレタン系樹脂又はこれらの混合物である。
吸着材13は、例えば、粒状、ペレット状又はハニカム状である。吸着材13の平均粒径は、例えば、0.1mm乃至10mmの範囲内にある。この平均粒径は、日本工業規格JIS K 1474:2014(7.5)で規定されている平均粒径の算出方法に従って求めることができる。吸着材13は、粉体状であってもよい。この場合、吸着材13は、典型的には、ハニカム基材及び多孔質基材などの基材に担持させてもよい。
なお、吸着材層14は、2種類以上の吸着材13を含んでいてもよい。図4は、図2及び図3に示すキャニスタに採用可能な構造の他の例を概略的に示す断面図である。図5は、図2及び図3に示すキャニスタに採用可能な構造の更に他の例を概略的に示す断面図である。図4及び図5において、吸着材層14は、第1吸着材13a及び第2吸着材13bを含んでいる。
第1吸着材13aは、例えば、上述した製造方法により得られた炭素多孔体とバインダとからなる。バインダは、例えば、吸着材13で挙げたものと同じものを用いることができる。
第2吸着材13bは、例えば、第1吸着材13aを構成する炭素多孔体とは異なる製造方法により得られた炭素多孔体とバインダとからなる。このような炭素多孔体としては、例えば、BAX-1500(MeadWestvaco Corp.製)を挙げることができる。BAX-1500は、上述した条件を満たさない活性炭である。バインダは、例えば、吸着材13で挙げたものと同じものを用いることができる。
第1吸着材13aが含む炭素多孔体と第2吸着材13bが含む炭素多孔体とからなる集合は、全体で、上述した条件を満たしている。この集合体が、上述した条件を満たしていれば、第1吸着材13a及び第2吸着材13bの一方のみが上述した条件を満たしていてもよく、双方が満たしていてもよい。
図5に示すように、第1吸着材13aと第2吸着材13bとは、混合してもよい。あるいは、第1吸着材13aからなる領域と、第2吸着材13bからなる領域とを、パージガスの経路に沿って、直列に配置してもよい。この場合、図4に示すように、第2吸着材13bからなる領域は、前室及び後室のどちらか一方に配置してもよく、双方に配置してもよい。
上述した条件を満たす炭素多孔体を吸着材料に用いたキャニスタ10は、少ないパージガス量でのVOC脱着性能に優れている。したがって、このキャニスタ10は、上述した条件を満たさない炭素多孔体を吸着材料に用いたキャニスタと比べて、吸着材13の使用量を低減することができる。それゆえ、この炭素多孔体をキャニスタ10の吸着材料に用いると、キャニスタ10を小型化できるとともに、キャニスタ10を搭載する自動推進車両の軽量化を実現できる。
以上で説明したキャニスタ10は、様々な変形が可能である。
例えば、このキャニスタ10は、図示しない電熱ヒータを含んでいてもよい。電熱ヒータは、吸着材層14に接して設置してもよく、吸着材層14内に埋め込んでもよい。あるいは、電熱ヒータは、容器11の外周に設置してもよい。第2給気口IP2から容器11内にパージガスを供給する際に、電熱ヒータの抵抗発熱体に通電すると、吸着材13からVOCが脱着するのに伴う吸着材層14の温度低下を防止することができる。
例えば、このキャニスタ10は、図示しない電熱ヒータを含んでいてもよい。電熱ヒータは、吸着材層14に接して設置してもよく、吸着材層14内に埋め込んでもよい。あるいは、電熱ヒータは、容器11の外周に設置してもよい。第2給気口IP2から容器11内にパージガスを供給する際に、電熱ヒータの抵抗発熱体に通電すると、吸着材13からVOCが脱着するのに伴う吸着材層14の温度低下を防止することができる。
このキャニスタ10は、電熱ヒータの代わりに、図示しない一対の電極を含んでいてもよい。この一対の電極は、容器11の内壁上に配置してもよく、仕切板PPの主面上とこれらと向き合った容器11の内壁上とにそれぞれ配置してもよい。この一対の電極は、それぞれ、容器11の外側に位置した端子に接続されている。各電極は、金属板や金属箔等の金属層を含んでいる。このようなキャニスタ10では、吸着材層14を抵抗発熱体として利用することができる。
あるいは、このキャニスタ10は、図示しない蓄熱材を含んでいてもよい。蓄熱材の材料としては、例えば、鉄や銅等の金属材料、セラミックやガラス等の無機材料又はヘキサデカン等の液体材料を用いることができる。蓄熱材は、吸着材層14に接していてもよく、吸着材層14内に埋め込んでもよい。蓄熱材が液体材料である場合には、蓄熱材は、蓄熱材容器に収容し、この蓄熱材容器を吸着材層14に接するように設置してもよく、吸着材層14内に埋め込んでもよい。蓄熱材容器の材料としては、例えば、吸着材13よりも熱伝導率が高い材料を用いることができる。あるいは、容器11の壁を二重構造として、外壁と内壁との間に蓄熱材を収容してもよい。
吸着材13がVOCを吸着すると、吸着材13から蓄熱材へと熱が移動する。また、吸着材13がVOCを脱着すると、蓄熱材から吸着材13へと熱が移動する。したがって、蓄熱材は、吸着材13の温度変化を抑制することができる。
あるいは、このキャニスタ10は、電熱ヒータ又は電極と蓄熱材との双方を含んでいてもよい。
あるいは、このキャニスタ10は、電熱ヒータ又は電極と蓄熱材との双方を含んでいてもよい。
[第1実施形態に係る実施例]
以下には、第1実施形態に係る炭素多孔体を具体的に製造した例を実施例として説明する。なお、実験例A,Bが第1実施形態に係る実施例に相当し、実験例Cが比較例に相当する。
以下には、第1実施形態に係る炭素多孔体を具体的に製造した例を実施例として説明する。なお、実験例A,Bが第1実施形態に係る実施例に相当し、実験例Cが比較例に相当する。
[実験例A]
(テレフタル酸のカルシウム塩の合成)
テレフタル酸(1mol)と水酸化カルシウム(1mol)とを水2L中に加え、80℃の水浴で4時間加熱した。生成したテレフタル酸のカルシウム塩の結晶を濾過して分取し、室温で風乾した。
(テレフタル酸のカルシウム塩の合成)
テレフタル酸(1mol)と水酸化カルシウム(1mol)とを水2L中に加え、80℃の水浴で4時間加熱した。生成したテレフタル酸のカルシウム塩の結晶を濾過して分取し、室温で風乾した。
(テレフタル酸のカルシウム塩の炭素化)
テレフタル酸のカルシウム塩(20g)を電気管状炉内に配置し、その上にトラップ材として粒状活性炭(株式会社キャタラー製、GA-5、20g)を重ねて配置し、その管状炉内を不活性ガス(流速0.1L/分)でフロー置換した。不活性ガスとしては窒素ガスを用いたが、アルゴンガスを用いてもよい。ガスフローを維持したまま、管状炉温度を設定温度まで1時間かけて昇温した。ここでは、設定温度を550℃にした。昇温完了後、ガスフローを維持したまま、その設定温度で2時間保持し、その後室温まで冷却した。これにより、管状炉内には、炭素と炭酸カルシウムとの複合体が生成した。
テレフタル酸のカルシウム塩(20g)を電気管状炉内に配置し、その上にトラップ材として粒状活性炭(株式会社キャタラー製、GA-5、20g)を重ねて配置し、その管状炉内を不活性ガス(流速0.1L/分)でフロー置換した。不活性ガスとしては窒素ガスを用いたが、アルゴンガスを用いてもよい。ガスフローを維持したまま、管状炉温度を設定温度まで1時間かけて昇温した。ここでは、設定温度を550℃にした。昇温完了後、ガスフローを維持したまま、その設定温度で2時間保持し、その後室温まで冷却した。これにより、管状炉内には、炭素と炭酸カルシウムとの複合体が生成した。
(複合体の酸処理)
複合体を管状炉から取り出し、水500mLに分散させた。分散液に2mol/Lの塩酸を液のpHが4以下になるまで添加し、撹拌した。そうしたところ、炭酸カルシウムの分解により発泡が見られた。分散液をろ過後、乾燥し、粒状活性炭をふるい分け除去して実験例Aの炭素多孔体を得た(収量約4g)。
複合体を管状炉から取り出し、水500mLに分散させた。分散液に2mol/Lの塩酸を液のpHが4以下になるまで添加し、撹拌した。そうしたところ、炭酸カルシウムの分解により発泡が見られた。分散液をろ過後、乾燥し、粒状活性炭をふるい分け除去して実験例Aの炭素多孔体を得た(収量約4g)。
[実験例B]
テレフタル酸カルシウム塩の炭素化に際し、トラップ材の重量を5gに変更した以外は、実験例Aと同様にして、実験例Bの炭素多孔体を得た(収量約5g)。
テレフタル酸カルシウム塩の炭素化に際し、トラップ材の重量を5gに変更した以外は、実験例Aと同様にして、実験例Bの炭素多孔体を得た(収量約5g)。
[実験例C]
実験例Cの炭素多孔体として、市販の活性炭である商品名メソコール(株式会社キャタラー製)を用意した。
実験例Cの炭素多孔体として、市販の活性炭である商品名メソコール(株式会社キャタラー製)を用意した。
[特性値測定]
実験例A~Cの各炭素多孔体について、液体窒素温度(77K)における窒素吸着測定から表1に示す特性値を求めた。図6は、実験例A~Cの77Kでの窒素吸着等温線である。表1中、BET比表面積は、BET解析から算出した。窒素吸着等温線は、カンタクローム社製Autosorb-1を用いて測定を行い、吸着量の解析を行った。また、αsプロット解析において、プロット外挿直線の切片の値により、ミクロ細孔容量(cm3(STP)/g)を求めた。ミクロ細孔容量(cm3/g)は、標準ガス体積(cm3(STP)/g)を77Kの液体窒素密度(0.808g/cm3)を用いて変換した。窒素吸着等温線における窒素相対圧力P/P0が0.97のときの窒素吸着量からミクロ細孔容量を差し引いた値を、メソ細孔容量として算出した。窒素相対圧力P/P0が0.50及び0.85のときの窒素吸着量A1,A2の値を窒素吸着等温線のグラフから読み取り、両者の差を窒素吸着量差△A(=A2-A1)とした。また、窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量A3の値を窒素吸着等温線のグラフから読み取った。なお、αSプロット解析では、比較用の標準等温線として、”Characterization of porous carbons with high resolution alpha(s)-analysis and low temperature magnetic susceptibility" Kaneko, K; Ishii, C; Kanoh, H; Hanazawa, Y; Setoyama, N; Suzuki, T ADVANCES IN COLLOID AND INTERFACE SCIENCE vol.76, p295-320(1998)に記載された標準等温線を用いた。
実験例A~Cの各炭素多孔体について、液体窒素温度(77K)における窒素吸着測定から表1に示す特性値を求めた。図6は、実験例A~Cの77Kでの窒素吸着等温線である。表1中、BET比表面積は、BET解析から算出した。窒素吸着等温線は、カンタクローム社製Autosorb-1を用いて測定を行い、吸着量の解析を行った。また、αsプロット解析において、プロット外挿直線の切片の値により、ミクロ細孔容量(cm3(STP)/g)を求めた。ミクロ細孔容量(cm3/g)は、標準ガス体積(cm3(STP)/g)を77Kの液体窒素密度(0.808g/cm3)を用いて変換した。窒素吸着等温線における窒素相対圧力P/P0が0.97のときの窒素吸着量からミクロ細孔容量を差し引いた値を、メソ細孔容量として算出した。窒素相対圧力P/P0が0.50及び0.85のときの窒素吸着量A1,A2の値を窒素吸着等温線のグラフから読み取り、両者の差を窒素吸着量差△A(=A2-A1)とした。また、窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量A3の値を窒素吸着等温線のグラフから読み取った。なお、αSプロット解析では、比較用の標準等温線として、”Characterization of porous carbons with high resolution alpha(s)-analysis and low temperature magnetic susceptibility" Kaneko, K; Ishii, C; Kanoh, H; Hanazawa, Y; Setoyama, N; Suzuki, T ADVANCES IN COLLOID AND INTERFACE SCIENCE vol.76, p295-320(1998)に記載された標準等温線を用いた。
表1から明らかなように、実験例A,Bの炭素多孔体は、BET比表面積が700m2/g以上と大きく、ミクロ細孔の細孔容量が0.01cm3/g以下と小さかった。また、図6に示す実験例A,Bの炭素多孔体の窒素吸着等温線は、IUPAC分類のIV型(メソ細孔を持つことを示す型、図1参照)に属するものであった。こうしたことから、実験例A,Bの炭素多孔体は、ほぼメソ細孔から構成されているといえる。
また、実験例A,Bの炭素多孔体は、窒素吸着等温線において窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量A2が600cm3(STP)/g以上1100cm3(STP)/g以下の範囲にあり、窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量A1が500cm3(STP)/g以下の範囲にあり、窒素吸着量差△Aの値が100cm3(STP)/g以上であった。このことから、実験例A,Bの炭素多孔体は、窒素相対圧力の比較的大きな領域において窒素相対圧力の変化量に対する窒素吸着量の変化量が大きいといえる。そのため、実験例A,Bの炭素多孔体は、特定のガス(例えば窒素など)に対してガス圧力を所定範囲で変化させたときのガスの吸脱着量を大きくすることができる。
これに対して、実験例Cの炭素多孔体は、窒素吸着量差△A2が66cm3(STP)/gと小さかった。このため、実験例Cは、特定ガスに対してガス圧力を所定範囲で変化させたとしても、ガスの吸脱着量を実験例A,Bのように大きくすることができない。
ここで、各炭素多孔体につき、特定ガスとしてアンモニアを用いて、273Kにおける吸着測定を行った。飽和蒸気圧は430kPaであった。アンモニア圧力が390kPaのときのアンモニア吸着量B2からアンモニア圧力が300kPaのときのアンモニア吸着量B1を差し引いたアンモニア吸着量差△Bを求め、その値を表1に示した。図7は、実験例A,Cのアンモニア吸着等温線である。
表1に示すように、アンモニア圧力が300-390kPaの範囲において、実験例Aでは0.78g/g、実験例Bでは0.46g/g以上という大きなアンモニア吸着量差△Bが得られたが、実験例Cでは0.06g/g以下という小さな値しか得られなかった。このことから、実験例A,Bの炭素多孔体を用いた場合、アンモニア圧力を調節することにより、多量のアンモニアを吸着させたりそれを放出させたりすることが可能なことが分かった。
[第2実施形態に係る実施例]
以下、第2実施形態に係る実施例について説明する。
[実験例1]
(炭素多孔体PC1の作成)
先ず、テレフタル酸と水酸化カルシウムとを1:1のモル比で量り取り、これらを水とともに反応炉に投入した。次いで、この混合物を80℃に加熱したウォーターバス中で反応させて、テレフタル酸カルシウム塩を生成させた。次いで、この生成塩をろ過により分取した。次いで、この分取した生成塩と、生成塩と同量のヤシ殻活性炭とを混合し、この混合物を不活性雰囲気中で、590℃の温度で熱処理して、炭化物と炭酸カルシウムとの複合体を得た。次いで、この複合体及びヤシ殻活性炭の混合物を水に分散させ、この分散液に塩酸を滴下することにより、炭酸カルシウムを分解させた。次いで、この分散液から炭化物及びヤシ殻活性炭をろ過分離し、得られた混合物を乾燥させた。次いで、この混合物をふるい分けすることにより、ヤシ殻活性炭を除去して、炭化物を得た。なお、ヤシ殻活性炭は、炭化物からろ別するのに十分な寸法を有していた。以下、この炭化物を炭素多孔体PC1という。
以下、第2実施形態に係る実施例について説明する。
[実験例1]
(炭素多孔体PC1の作成)
先ず、テレフタル酸と水酸化カルシウムとを1:1のモル比で量り取り、これらを水とともに反応炉に投入した。次いで、この混合物を80℃に加熱したウォーターバス中で反応させて、テレフタル酸カルシウム塩を生成させた。次いで、この生成塩をろ過により分取した。次いで、この分取した生成塩と、生成塩と同量のヤシ殻活性炭とを混合し、この混合物を不活性雰囲気中で、590℃の温度で熱処理して、炭化物と炭酸カルシウムとの複合体を得た。次いで、この複合体及びヤシ殻活性炭の混合物を水に分散させ、この分散液に塩酸を滴下することにより、炭酸カルシウムを分解させた。次いで、この分散液から炭化物及びヤシ殻活性炭をろ過分離し、得られた混合物を乾燥させた。次いで、この混合物をふるい分けすることにより、ヤシ殻活性炭を除去して、炭化物を得た。なお、ヤシ殻活性炭は、炭化物からろ別するのに十分な寸法を有していた。以下、この炭化物を炭素多孔体PC1という。
(吸着材AM1の作成)
100質量部の炭素多孔体PC1と30質量部のバインダと水との混合物を十分に混練した。次いで、この混合物を押出し成型方法により、ペレットへと成型した。このペレットは、直径が3±1mmであり、高さが9±3mmである円形形状とした。次いで、このペレットを十分に乾燥させた。以下、このペレットを、吸着材AM1という。
100質量部の炭素多孔体PC1と30質量部のバインダと水との混合物を十分に混練した。次いで、この混合物を押出し成型方法により、ペレットへと成型した。このペレットは、直径が3±1mmであり、高さが9±3mmである円形形状とした。次いで、このペレットを十分に乾燥させた。以下、このペレットを、吸着材AM1という。
(キャニスタC1の作成)
先ず、図2及び図3を参照しながら説明した樹脂製容器11を準備した。なお、この容器において、前室の容積と後室の容積とは同一であった。次いで、この容器の前室及び後室に、等量の吸着材AM1を充填し、キャニスタC1を作成した。
先ず、図2及び図3を参照しながら説明した樹脂製容器11を準備した。なお、この容器において、前室の容積と後室の容積とは同一であった。次いで、この容器の前室及び後室に、等量の吸着材AM1を充填し、キャニスタC1を作成した。
[実験例2]
生成塩と同量のヤシ殻活性炭の存在下で熱処理を行う代わりに、100質量部の生成塩に対して25質量部のヤシ殻活性炭の存在下で熱処理を行ったこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、炭素多孔体PC2、吸着材AM2及びキャニスタC2を得た。
生成塩と同量のヤシ殻活性炭の存在下で熱処理を行う代わりに、100質量部の生成塩に対して25質量部のヤシ殻活性炭の存在下で熱処理を行ったこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、炭素多孔体PC2、吸着材AM2及びキャニスタC2を得た。
[実験例3]
熱処理温度を590℃の温度から550℃の温度に変更したこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、炭素多孔体PC3、吸着材AM3及びキャニスタC3を得た。
熱処理温度を590℃の温度から550℃の温度に変更したこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、炭素多孔体PC3、吸着材AM3及びキャニスタC3を得た。
[実験例4]
熱処理において、ヤシ殻活性炭を用いなかったこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、炭素多孔体PC4、吸着材AM4及びキャニスタC4を得た。
熱処理において、ヤシ殻活性炭を用いなかったこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、炭素多孔体PC4、吸着材AM4及びキャニスタC4を得た。
[実験例5]
熱処理において、ヤシ殻活性炭を用いず、熱処理温度を590℃から550℃に変更したこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、炭素多孔体PC5、吸着材AM5及びキャニスタC5を得た。
熱処理において、ヤシ殻活性炭を用いず、熱処理温度を590℃から550℃に変更したこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、炭素多孔体PC5、吸着材AM5及びキャニスタC5を得た。
[実験例6]
吸着材AM1を用いる代わりに、BAX-1500(MeadWestvaco Corp.製)を吸着材AM6として用いたこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、キャニスタC6を得た。
吸着材AM1を用いる代わりに、BAX-1500(MeadWestvaco Corp.製)を吸着材AM6として用いたこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、キャニスタC6を得た。
[実験例7]
図4に示すように、吸着材AM1の一部を吸着材AM6で置き換えたこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、キャニスタC7を得た。
具体的には、先ず、前室に、実験例1と同量の吸着材AM1を充填した。次いで、後室に、吸着材AM1を充填し、この吸着材AM1からなる領域の上に、吸着材AM6を充填した。後室に充填した、吸着材AM1と吸着材AM6との質量比は16:34であった。また、これらの吸着材の合計量は、前室に充填した吸着材AM1の量と同量であった。
図4に示すように、吸着材AM1の一部を吸着材AM6で置き換えたこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、キャニスタC7を得た。
具体的には、先ず、前室に、実験例1と同量の吸着材AM1を充填した。次いで、後室に、吸着材AM1を充填し、この吸着材AM1からなる領域の上に、吸着材AM6を充填した。後室に充填した、吸着材AM1と吸着材AM6との質量比は16:34であった。また、これらの吸着材の合計量は、前室に充填した吸着材AM1の量と同量であった。
[実験例8]
先ず、66質量部の吸着材AM1と、34質量部の吸着材AM6とを均一に混合して、混合物を得た。次いで、吸着材AM1を充填する代わりに、上記混合物を充填したこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、キャニスタC8を得た。
先ず、66質量部の吸着材AM1と、34質量部の吸着材AM6とを均一に混合して、混合物を得た。次いで、吸着材AM1を充填する代わりに、上記混合物を充填したこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、キャニスタC8を得た。
[実験例9]
前室に、吸着材AM1を充填する代わりに、吸着材AM5を充填し、後室に、吸着材AM1を充填する代わりに、吸着材AM6を充填したこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、キャニスタC9を得た。
前室に、吸着材AM1を充填する代わりに、吸着材AM5を充填し、後室に、吸着材AM1を充填する代わりに、吸着材AM6を充填したこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、キャニスタC9を得た。
[実験例10]
後室に吸着材AM1を充填する代わりに、吸着材AM6を充填したこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、キャニスタC10を得た。
後室に吸着材AM1を充填する代わりに、吸着材AM6を充填したこと以外は、実験例1に記載したのと同様の方法により、キャニスタC10を得た。
[特性値測定]
(窒素吸着量の測定)
炭素多孔体PC1乃至PC5及び吸着材AM6に用いられる炭素多孔体(活性炭)について、温度77Kで窒素吸着等温線を測定した。具体的には、先ず、各炭素多孔体を窒素吸着量測定装置(Quadrasorb SI:Quantachrome Instruments社製)にセットした。次いで、各炭素多孔体にマイナス196℃の温度で圧力を変化させながら窒素ガスを吸着させ、各圧力時の吸着量を測定して、窒素吸着等温線を得た。
(窒素吸着量の測定)
炭素多孔体PC1乃至PC5及び吸着材AM6に用いられる炭素多孔体(活性炭)について、温度77Kで窒素吸着等温線を測定した。具体的には、先ず、各炭素多孔体を窒素吸着量測定装置(Quadrasorb SI:Quantachrome Instruments社製)にセットした。次いで、各炭素多孔体にマイナス196℃の温度で圧力を変化させながら窒素ガスを吸着させ、各圧力時の吸着量を測定して、窒素吸着等温線を得た。
なお、実験例7乃至10の各々については、上記の測定により得られた炭素多孔体の窒素吸着等温線を、その実験例で用いた炭素多孔体の質量 否に応じて加重平均することにより、窒素吸着等温線を算出した。
この結果を、表2に示す。
この結果を、表2に示す。
(BET比表面積の測定)
上記の試験により得られた窒素吸着等温線における相対圧力が0.05乃至0.35の範囲について、BET式を用いてBETプロットを算出し、このBETプロットを利用して各実験例に係る比表面積を得た。なお、BETプロットの算出には、BET多点法を用いた。
この結果を、表2に示す。
上記の試験により得られた窒素吸着等温線における相対圧力が0.05乃至0.35の範囲について、BET式を用いてBETプロットを算出し、このBETプロットを利用して各実験例に係る比表面積を得た。なお、BETプロットの算出には、BET多点法を用いた。
この結果を、表2に示す。
上記表2において、「窒素吸着量(cm3(STP)/g)」という見出しの下方の列のうち、「A3(P/P0=0.99)」と表記した列には、上記窒素吸着量測定で得られた、温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量A3を記載している。「A4(P/P0=0.90)」と表記した列には、上記窒素吸着量測定で得られた、温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.90のときの窒素吸着量A4を記載している。「A2(P/P0=0.85)」と表記した列には、上記窒素吸着量測定で得られた、温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量A2を記載している。「A1(P/P0=0.5)」と表記した列には、上記窒素吸着量測定で得られた、温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量A1を記載している。
また、上記表2において、「窒素吸着量差(cm3(STP)/g)」という見出しの下方の列のうち、「ΔA3-A4」と表記した列には、温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量A3から、窒素相対圧力P/P0が0.90のときの窒素吸着量A4を差し引いた窒素吸着量差を記載している。「ΔA3-A2」と表記した列には、温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量A3から、窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量A2を差し引いた窒素吸着量差を記載している。「ΔA3-A1」と表記した列には、温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量A3から、窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量A1を差し引いた窒素吸着量差を記載している。「ΔA4-A2」と表記した列には、温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.90のときの窒素吸着量A4から、窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量A2を差し引いた窒素吸着量差を記載している。「ΔA4-A1」と表記した列には、温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.90のときの窒素吸着量A4から、窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量A1を差し引いた窒素吸着量差を記載している。「ΔA」と表記した列には、温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量A2から、窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量A1を差し引いた窒素吸着量差を記載している。
更に、上記表2において、「BET比表面積(m2/g)」と表記した列には、上記BET比表面積測定で得られたBET比表面積を記載している。
表2に示すように、ヤシ殻活性炭の存在下で熱処理して得られた炭素多孔体PC1乃至PC3の窒素吸着量A3は、ヤシ殻活性炭の存在下で熱処理を行わなかった、炭素多孔体PC4、PC5及び吸着材AM6に含まれる炭素多孔体の窒素吸着量A3に比べて大きかった。
(ペンタン脱離率の測定)
炭素多孔体PC1乃至PC5及び吸着材AM6に用いられる炭素多孔体(活性炭)について、ペンタン脱離率を測定した。
具体的には、先ず、各炭素多孔体を3g秤量し、ガラスカラムに充填した。次いで、各カラムをガス吸着装置に取り付けた。このときの炭素多孔体の質量を炭素多孔体量Aとした。
炭素多孔体PC1乃至PC5及び吸着材AM6に用いられる炭素多孔体(活性炭)について、ペンタン脱離率を測定した。
具体的には、先ず、各炭素多孔体を3g秤量し、ガラスカラムに充填した。次いで、各カラムをガス吸着装置に取り付けた。このときの炭素多孔体の質量を炭素多孔体量Aとした。
次いで、温度25±1℃の窒素ガスでペンタンをバブリングし、窒素ガスとペンタンガスとの混合ガスを発生させ、この混合ガスを各カラムに流通させて、炭素多孔体にペンタンを吸着させた。この吸着処理に際しては、混合ガスの温度は25℃とし、この混合ガスにおいてペンタンは飽和濃度で含まれていた。
次いで、一定時間経過後に各カラムをガス吸着装置から取り外し、カラム質量を測定し、その後、各カラムをガス吸着装置に再度取り付けた。そして、ある時点におけるカラム質量と、その直前の測定によって得られたカラム質量とが同一であったときに飽和吸着状態に達したと判断し、この時点におけるカラム質量から炭素多孔体の質量を算出して、吸着後質量Bとした。
次いで、温度25℃の窒素ガスを各カラムに流通させて、炭素多孔体からペンタンを脱着させた。
次いで、窒素ガスの流量が炭素多孔体容積の150倍に到達したときのカラム質量を測定し、このカラム質量から炭素多孔体の質量を算出した。このようにして、ベッドボリュームが150のときの脱着後質量Cを得た。
次いで、窒素ガスの流量が炭素多孔体容積の300倍に到達したときのカラム質量を測定し、このカラム質量から炭素多孔体の質量を算出した。このようにして、ベッドボリュームが300のときの脱着後質量Dを得た。
次いで、窒素ガスの流量が炭素多孔体容積の150倍に到達したときのカラム質量を測定し、このカラム質量から炭素多孔体の質量を算出した。このようにして、ベッドボリュームが150のときの脱着後質量Cを得た。
次いで、窒素ガスの流量が炭素多孔体容積の300倍に到達したときのカラム質量を測定し、このカラム質量から炭素多孔体の質量を算出した。このようにして、ベッドボリュームが300のときの脱着後質量Dを得た。
ここで、吸着後質量Bから炭素多孔体量Aを減じた値をカラム当りの吸着量(B-A)とした。また、このカラム当りの吸着量を炭素多孔体の質量で除した値を各炭素多孔体の単位質量当りのペンタン吸着量(g/g)とした。
また、吸着後質量Bから脱着後質量Cを減じた値をベッドボリュームが150のときのカラム当りの脱着量(B-C)とした。次いで、カラム当りの脱着量(B-C)をカラム当りの吸着量(B-A)で除した値を、ベッドボリュームが150のときのペンタン脱離率[(B-C)/(B-A)×100](%)とした。
同様に、吸着後質量Bからベッドボリュームが300のときの脱着後質量Dを減じた値をカラム当りの脱着量(B-D)とした。次いで、カラム当りの脱着量(B-D)をカラム当りの吸着量(B-A)で除した値を、ベッドボリュームが300のときのペンタン脱離率[(B-D)/(B-A)×100](%)とした。
なお、実験例7乃至10の各々については、炭素多孔体の単位質量当りのペンタン吸着量は、上記の測定により得られた炭素多孔体の単位質量当りのペンタン吸着量を、その実験例で用いた炭素多孔体の質量比に応じて加重平均することにより算出した。
実験例7乃至10に係るベッドボリュームが150のときのペンタン脱離率及びベッドボリュームが300のときのペンタン脱離率についても、ペンタン吸着量と同様に加重平均することにより算出した。
この結果を、表3に示す。
この結果を、表3に示す。
上記表3において、「キャニスタ」という見出しの下方の列のうち、「前室」と表記した列には、前室に含まれる吸着材の種類と、吸着材の全体量に占める各吸着材の割合とを記載している。「後室」と表記した列には、後室に含まれる吸着材の種類と、吸着材の全体量に占める各吸着材の割合とを記載している。
また、上記表3において、「ペンタン吸着量(g/g)」と表記した列には、上記のペンタン脱離試験により得られた、炭素多孔体の単位質量当りのペンタン吸着量を記載している。
更に、上記表3において、「ペンタン脱離率(%)」という見出しの下方の列のうち、「150B.V.」と表記した列には、上記のペンタン脱離試験により得られた、ベッドボリュームが150のときのペンタン脱離率を記載している。「300B.V.」と表記した列には、上記のペンタン脱離試験により得られた、ベッドボリュームが300のときのペンタン脱離率を記載している。
図8は、温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量A3とペンタン脱離率との関係の一例を示すグラフである。図8は、実験例1乃至10で得られたデータを利用して作成している。図8に示すグラフにおいて、横軸は、炭素多孔体PC1乃至PC5、吸着材AM6に使用した炭素多孔体及びキャニスタC7乃至C10に含まれる炭素多孔体全体の窒素吸着量A3を表している。縦軸は、炭素多孔体PC1乃至PC5、吸着材AM6に使用した炭素多孔体及びキャニスタC7乃至C10に含まれる炭素多孔体全体のベッドボリュームが150のときのペンタン脱離率を表している。
図8に示すように、窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量A3が大きな炭素多孔体を吸着材料に用いたキャニスタは、ペンタン脱離率が高い傾向にある。
Claims (14)
- 温度77Kで測定した窒素吸着等温線のαSプロット解析から算出したミクロ細孔容量が、0.1cm3/g以下であり、前記窒素吸着等温線における窒素相対圧力P/P0が0.97のときの窒素吸着量から前記ミクロ細孔容量を差し引いて算出したメソ細孔容量よりも小さく、前記窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量が500cm3(STP)/g以下の範囲にあり且つ窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量が600cm3(STP)/g以上1100cm3(STP)/g以下の範囲にある、炭素多孔体。
- 窒素相対圧力P/P0が0.85のときの窒素吸着量から窒素相対圧力P/P0が0.5のときの窒素吸着量を差し引いた値が200cm3(STP)/g以上である、請求項1に記載の炭素多孔体。
- 温度77Kでの窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量が1500cm3(STP)/g以上の範囲にある、請求項1又は2に記載の炭素多孔体。
- 窒素吸着により求めたBET比表面積が700m2/g以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載の炭素多孔体。
- 窒素吸着により求めたBET比表面積が1200m2/g以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の炭素多孔体。
- ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩を、炭化水素ガスを吸着するトラップ材の存在下、不活性雰囲気中550~700℃で加熱して炭素とアルカリ土類金属炭酸塩との複合体を形成し、前記炭酸塩を溶解可能な洗浄液で前記複合体を洗浄して前記炭酸塩を除去して炭素多孔体を得る、
炭素多孔体の製法。 - 前記トラップ材は、活性炭、シリカゲル、ゼオライト、珪藻土からなる群より選ばれる1以上である、請求項6に記載の炭素多孔体の製法。
- 前記トラップ材は、前記ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩と混合された状態、及び、フィルター状に形成され前記ベンゼンジカルボン酸の上部に配設された状態、の少なくとも一方で存在する、請求項6又は7に記載の炭素多孔体の製法。
- 前記ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩は、ベンゼンジカルボン酸とアルカリ土類金属とのモル比が1.5:1~1:1.5の範囲にある、
請求項6~8のいずれか1項に記載の炭素多孔体の製法。 - 前記ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩は、テレフタル酸のカルシウム塩である、請求項6~9のいずれか1項に記載の炭素多孔体の製法。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の炭素多孔体からなるアンモニア吸着材。
- アンモニア圧力が390kPaのときのアンモニア吸着量からアンモニア圧力が300kPaのときのアンモニア吸着量を差し引いた値が0.40g/g以上である、
請求項11に記載のアンモニア吸着材。 - 容器と前記容器に収容された炭素多孔体とを備え、
前記炭素多孔体は、温度77Kで測定した窒素吸着等温線において、窒素相対圧力P/P0が0.99のときの窒素吸着量が1500cm3(STP)/g以上であるキャニスタ。 - ベンゼンジカルボン酸のアルカリ土類金属塩を、炭化水素ガスを吸着するトラップ材の存在下、不活性雰囲気中で、550℃乃至700℃の範囲内の温度で加熱して、炭素とアルカリ土類金属炭酸塩との複合体を形成する工程と、
前記炭酸塩を溶解可能な洗浄液を用いて前記複合体を洗浄し、前記複合体から前記炭酸塩を除去して炭素多孔体を得る工程と
を含むキャニスタの製造方法。
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