[发明专利]多孔碳材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是关于制造具有能吸附氮和氧等小分子的微孔和/或亚微孔结构多孔碳材料的方法，可应用于工业玻璃精制或分离用吸附剂、双电荷层电容器等电极材料的碳材料。

本说明书是根据向日本专利局提出的专利申请(特愿平9-2421)，该日本申请中记载的内容作为一部分内容撰写入本说明书内。

背景技术

(碳材料的原料)

作为碳材料的原料，可利用褐煤·次褐煤·无烟煤·焦炭·木炭和椰壳炭等动植物物质的碳化物，在惰性气体下加热酚醛树脂·呋喃树脂·偏氯乙烯树脂等各种树脂的生成物，等等。这些物质也应用于本发明中。本发明中把块状原料碳化合物、原料碳化合物的粉碎处理物、进一步将其成型处理物、等等碳化前的原材料，简单地统称为碳化合物。将碳化合物进行干馏得到的物质称为干馏碳。

(碳材料的用途)

由于碳材料在化学上是惰性的，虽然广泛用作吸附剂、催化剂、电极材料、机械用材料等等。但这些用途都与碳材料的结构和密集情况息息相关。

被称作多孔碳的碳，具有发达的细孔，所以也就具有不同的特殊作用。例如，利用吸附现象，进行分离和精制混合物，或用作双电荷层电容器用碳和锂二次电池用碳等贮存电化学能量的媒体。

(碳材料的构造)

碳材料的结构，根据原料或制造方法可获得各种不同的结构。

对炭等赋予活化而得到的活性炭，是由除去了微晶碳(微晶)、链状结构的碳等所形成。难以石墨化的碳、去除了微晶杂乱叠层的结构，在这些微晶的间隙中形成了由微孔到大孔的广大范围的细孔。

微晶是数层平行的碳六元环网面重叠累积成的物质，构成碳六元环的石墨碳是利用SP2混杂轨道结合而成。将碳六元环形成网面叫作基本面。

易于石墨化的碳，通过高温下加热微晶增长，最终形成石墨。

难以石墨化的碳和完全没进行石墨化的易于石墨化的碳，通常含有未组织化的碳。所谓未组织化的碳，是除只和石墨碳进行化学结合的石墨碳之外的其它碳，称作具有链状结构的碳、附着在碳六元环周边上的碳、在碳六元环的最外缘(棱柱面)上的碳、使碳六元环(微晶)彼此形成交联结构的碳。在未组织化的碳中，以C-H、C-OH、C-OOH、C=O等形式与氢原子、氧原子等相结合或形成碳的双键(-C=C-)。

将孔径为0.8nm以下的细孔称作亚微孔，将0.8～2nm范围的细孔称作微孔。这些范围内的细孔的大小具有和吸附分子和离子大小大致相同的量级，可以认为这些细孔的结构与气体分子的吸附和离子的吸藏现象和密集息息相关。

(碳吸附剂)

作为用于气体分离的碳吸附剂一般使用的活性炭，以活化法制造，作为老技术，在特开平1-242409号公报(水蒸汽活化法)、特开平5-132377号公报(二氧化碳气活化法)中有所公开。作为由空气分离氮气所使用的碳分子筛的制造方法，在特公昭52-18675号等公报中有所公开。

(双电荷层电容器)

双电荷层电容器的电极，也称作极化性电极，要求具有很大的静电容量。在双电荷层上储蓄的电容量(静电容量)，大概取决于固液界面的表面积，作为电极材料，可以使用比表面积大，具有导电性的碳材料。特别是活化处理的活性炭供于实际应用。作为双电荷层电容器用的碳电极老技术，已知在特公平4-70770号公报、特公昭63-10574号公报、特开平4-175277号公报、特开平1-321620号等公报中有所公开。

在以往的多孔碳材料制造方法中，所利用的吸附剂是以氮、氧等分子直径小的气体为对象，吸附容量很不充分。用作双电荷层电容器等电池的电极材料时，电化学能量的贮存容量也不充分。

发明的公开 

本发明的目的是提供一种碳孔碳材料，作为气体分离用吸附剂，具有比老产品更优良的吸附性能，而且具有优良的电化学能量贮存性能。

本发明的多孔碳材料的制造方法，其特征是对碳化合物进行干馏所得干馏碳实施卤化处理，制造多孔碳材料的方法中，该干馏碳中氢含量为0.1～5.0重量％。

或者，本发明的多孔碳材料的制造方法，其特征是对碳化合物进行干馏所得干馏碳，实施卤化处理，制造多孔碳材料的方法中，干馏碳是将碳化合物在250～1200℃下进行干燥得到的干馏碳。

或者，本发明的多孔碳材料的制造方法，其特征是对碳化合物实施卤化处理，制造多孔碳材料的方法中，该碳化合物是将原料碳化合物或/和碳化合物在250℃以下进行加热，得到的碳化合物。