[发明专利]使用了催化剂的碳材料的制造方法以及碳材料

说明书

技术领域

本发明涉及碳材料的制造方法以及碳材料，详细而言，涉及使用纤维素系材料和/或再生纤维素系材料以高收率来制造维持了纤维素系材料和/或再生纤维素系材料的形态的碳材料的方法、以及利用该制造方法得到的维持了原料形态的碳材料。

背景技术

以纤维素系材料和/或再生纤维素系材料作为原料的碳材料被利用于广泛的领域中。现状是：那样的碳材料在大多数情况下以纤维状、颗粒状或块状的形态来使用，薄膜或膜状的薄平面形态的碳材料的应用例非常少。作为所述平面形态的碳材料的例子，燃料电池的电极的气体扩散层中存在以碳纤维作为原料的导电性碳纸或布，但其价格非常昂贵。

可以认为：将纤维素系材料在非活性气体中以高温加热时，通过热分解而发生脱水反应和解聚，产生CO、CO₂、H₂O、其它挥发性气体，同时发生会生成左旋葡聚糖之类的低分子量物等的复杂的分解反应，最终残留有以碳作为主要成分的黑色物质(非专利文献1、2)。

由于这样的热分解，例如具有薄膜状形态的纤维素系物质极其难以维持其形态，所得碳材料非常脆。

近年来，报告了能够活用纤维素系物质的特性且由细菌所产生的凝胶状细菌纤维素高收率且使石墨化率变动地得到比表面积大的新型构成的网络状碳材料和片状物的技术(专利文献1)。另外，最近，本发明人等报告了：通过相对于纤维素系物质掺杂卤素或卤化物后，进行加热处理，从而能够提供维持了纤维素系物质的形态的碳材料(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-55865号公报

专利文献2：日本特开2009-292676号公报

非专利文献

非专利文献1：Thermal Degradation of Polymeric Materials,by K.PielichowskiandJ.Njuguna,Rapra,Shawbury,UK,2005

非专利文献2：Thermal Biomass Conversion,by A.V.Bridgwater,H.Hofbauer,S.VanLoo,CPL Press,London,UK,2009

发明内容

发明要解决的问题

上述专利文献1中报告了由细菌纤维素系物质良好地获得碳材料，但细菌纤维素系物质为凝胶状物质，因此需要在维持细菌纤维素的网络结构的情况下进行干燥的工序，进而，存在该干燥工序中需要将收缩率控制在规定范围内等问题。另外，专利文献2的制造方法使用卤素气体，因此具有在气相中使卤素分子吸附于纤维素这一特征，但在卤素的处理上需要注意某些方面这一点来看还存在改善的余地。

因而，本发明的目的在于，提供使用纤维素系材料和/或再生纤维素系材料以高收率来制造维持了纤维素系材料和/或再生纤维素系材料的形态的碳材料的碳材料制造方法。

用于解决问题的方案

本发明人等进行了深入研究，结果发现，通过使用比较容易处理的磺酸来作为碳化的催化剂，能够解决上述课题，从而完成了本发明。

即，本发明的碳材料的制造方法的特征在于，具备如下工序：使磺酸吸附于纤维素系材料和/或再生纤维素系材料的工序；以及，将吸附有前述磺酸的纤维素系材料和/或再生纤维素系材料在非活性气体气氛中利用600～2800℃、优选利用600～1000℃的温度进行加热处理的工序。

另外，本发明的碳材料的制造方法的特征在于，具备如下工序：使磺酸吸附于纤维素系材料和/或再生纤维素系材料的工序；将吸附有前述磺酸的纤维素系材料和/或再生纤维素系材料在非活性气体气氛中利用600～2800℃的温度、优选利用600～1000℃进行加热处理的工序；以及，将进行了前述加热处理的纤维素系材料和/或再生纤维素系材料冷却至室温后，在非活性气体气氛中以1800～3000℃的温度进行再加热处理的工序。

本发明的碳材料的制造方法中，优选的是，吸附前述磺酸的工序是通过使纤维素系材料和/或再生纤维素系材料在室温下浸渍于磺酸水溶液而进行的。

另外，本发明的碳材料的制造方法中，优选的是，前述磺酸水溶液的浓度为0.1～2.0摩尔/L。