多孔质碳材料和多孔质碳材料的制造方法技术

本发明专利技术的课题是提供通过具有由碳骨架和空隙形成的共连续多孔结构，且赋予大的表面积，从而导电性、导热性、吸附性等优异的多孔质碳材料。本发明专利技术的解决方法是一种多孔质碳材料，其具有碳骨架和空隙分别形成连续结构而形成结构周期为0.002μm～3μm的共连续结构的部分，并且在表面具有平均直径为0.01～10nm的细孔，且BET比表面积为100m2/g以上。

Porous carbon material and method for producing porous carbon material

The subject of the present invention is to provide a porous carbon material excellent in conductivity, thermal conductivity and adsorbability by providing a large, continuous porous structure formed by a carbon skeleton and voids and giving a large surface area. The solution of the invention is a kind of porous carbon material, its carbon skeleton and voids respectively form a continuous structure structure and the formation of a period of 0.002 m ~ 3 m is part of a continuum, and on the surface with a mean diameter of 0.01 ~ 10nm pores, and BET surface area is more than 100m2/g.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可以在各种用途展开的多孔质碳材料和多孔质碳材料的制造方法。
技术介绍
多孔质碳材料是可以在吸附材料、分离膜、电极材料、催化剂载体等广泛的领域中利用的材料，活性炭、碳纳米管、中孔二氧化硅、沸石、微粒等由模板制造的模板碳等被各种研究。其中，活性炭有效利用其大的比表面积，以吸附材料、催化剂载体等工业材料为中心而被广泛应用。一般而言，活性炭是通过将纤维素、树脂等碳化而得的碳材料活化，从而形成细孔而得。然而，在活化过程中，细孔是朝着从碳材料的表面到内部这样的一个方向形成的，因此细孔不能成为相互连续的连通孔。因此，即使是在使活化进行从而获得高比表面积材料的情况下，也存在被吸附材等在细孔内流动性差、吸附物质等到达表面需要时间等问题。此外，如果活性炭粒子凝集，则由于细孔不连通，因此还存在凝集内部的细孔不能活用，不能充分活用本来的表面积等问题。因此，期望连续的细孔。例如，专利文献1中记载了关于将多孔质碳纤维活化而形成细孔，从而制作活性碳纤维的技术，但是即使简单地进行活化也不能形成连续的细孔。此外，专利文献2中记载了关于通过将可碳化材料与消失材料混合从而获得多孔质碳纤维的技术，但可碳化材料与消失材料是不相容的体系的组合，通过仅仅简单地添加相容剂，还是不能形成连续的细孔。另一方面，专利文献3中显示了将热固性树脂和热塑性树脂混合，在使热固性树脂固化后除去热塑性树脂，然后进行碳化，从而形成连续的细孔的例子。然而，由于表面积小，因此可以活用的用途有限制。此外，专利文献4中公开了一种多孔质碳，其具有中孔和微孔，构成中孔的外廓的碳壁是三维网眼结构。然而，碳壁虽然是连续的，但通过模板粒子形成的空隙只是部分地连续，不能形成连通孔。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平2-160924号公报专利文献2：日本特开平2-160923号公报专利文献3：日本特开2004-26954号公报专利文献4：日本特开2010-208887号公报
技术实现思路
如上所述，迄今为止的多孔质碳材料中没有同时实现吸附物质等可以作用的大的表面积、与不仅碳骨架连续而且存在其吸附物质等可以容易地接近表面的连通孔的结构的多孔质碳材料。本专利技术提供，通过具有碳骨架和空隙形成的共连续多孔结构，且赋予大的表面积，从而导电性、导热性、吸附性等优异的多孔质碳材料。用于解决课题的方法本专利技术是一种多孔质碳材料，其具有碳骨架和空隙分别形成连续结构的共连续结构部分，并且在表面具有平均直径为0.01～10nm的细孔，且BET比表面积为100m2/g以上，所述共连续结构部分的结构周期为0.002μm～3μm。此外，用于制造该多孔质碳材料的本专利技术的制造方法是依次具有下述工序的多孔质碳材料的制造方法，工序1：使可碳化树脂10～90重量％与消失树脂90～10重量％相容，制成树脂混合物的工序；工序2：利用不伴随化学反应的方法使该树脂混合物相分离，进行固定化的工序；工序3：通过烧成进行碳化的工序；工序4：进行活化的工序。专利技术效果本专利技术的多孔质碳材料的共连续结构部分具有大的表面积，从而吸附物质、作用物质等可以作用的面积变大，可以对锂离子电池、电容器等电极材料，用于净化、医疗等的吸附材料，导热体等发挥高性能。此外，通过碳骨架连续，从而可以提高传导在碳表面等产生的功能的性能，例如导电性、导热性。而且，通过碳骨架分别相互支持结构体的效果，从而对拉伸、压缩等变形也具有一定程度的耐性。进而，碳骨架以外的部分以空隙的形式连续，从而可以提高吸附物质、作用物质等对碳表面的吸附、作用效果。附图说明图1是实施例1的多孔质碳材料的扫描型电子显微镜照片。图2是比较例3的多孔质碳材料的扫描型电子显微镜照片。具体实施方式<多孔质碳材料>〔共连续结构部分〕本专利技术的多孔质碳材料(以下有时简单地称为“材料”。)具有碳骨架与空隙分别形成连续结构的共连续结构部分。即，例如通过扫描型电子显微镜(SEM)等对利用镊子等割断在液氮中充分冷却的试样而得的截面进行表面观察时，碳骨架与作为该骨架以外的部分形成的空隙形成所谓的共连续结构，具体而言，如图1的实施例1的多孔质碳材料的扫描型电子显微镜照片所例示那样，具有在深度方向观察到碳骨架与空隙分别连续的结构的部分。在本专利技术的多孔质碳材料中，通过使流体在共连续结构部分的空隙中填充和/或流动，从而发挥物质的分离、吸附、脱离等划分特性，通过使用电解液从而也可以赋予作为电池材料的功能。此外，通过碳骨架连续，从而导电性、导热性变高。因此，作为电池材料，可以提供电阻低的、损失少的材料。此外，也可以将产生的热快速向体系外传递，保持高的温度均匀性。而且，通过碳部分分别相互支持结构体的效果，从而可以制成对拉伸、压缩等变形也具有大的耐性的材料。作为这些共连续结构，可举出格子状、整体状(monolith)，无特别限定，但在可以发挥上述效果方面优选整体状。本专利技术中所说的整体状，是指在共连续结构中碳骨架形成三维网眼结构的形态，与个别粒子凝集·连结而成的结构、或者相反地通过由除去凝集·连结的模板粒子而产生的空隙与其周围的骨架形成的结构这样不规则的结构有区别。此外，本专利技术的多孔质碳材料中的共连续结构部分的结构周期为0.002μm～3μm。在本专利技术中，所谓结构周期，是对本专利技术的多孔质碳材料试样入射X射线，由散射强度具有峰值的位置的散射角度θ根据下式算出的。结构周期：L，λ：入射X射线的波长如果共连续结构部分的结构周期为0.002μm以上，则不仅可以使流体在空隙部填充和/或流动，而且还可以通过碳骨架提高导电性、导热性。结构周期优选为0.01μm以上，更优选为0.1μm以上。此外，如果结构周期为3μm以下，则可以获得高的表面积、物性。结构周期优选为2μm以下，更优选为1μm以下。进而，通过具有均匀的连续结构，从而可以降低流动阻力，也可以作为理想的划分材料利用。另外，在利用X射线进行结构周期的解析时，关于不具有共连续结构的部分，结构周期在上述范围外，因此对解析无影响，以由上述式算出的结构周期，作为共连续结构形成部的结构周期。结构周期越小，结构越细，单位体积或单位重量的表面积越大，例如在担载催化剂的情况下等，催化剂与流体的接触效率提高。此外，结构周期越大，越能够降低压力损失，使流体多地填充和/或流动。由此看来，共连续结构部分的结构周期可以根据使用的用途而适当调整。关于本专利技术的多孔质碳材料，具有连续空隙结构的部分的结构尺寸的分布小，因此适合作为吸附材料。特别适合用作具有高度的划分特性的HPLC用柱材料。进而，也可以应用于在具有连续结构的骨架部分的表面担载催化剂的基材等。此外，共连续结构部分的平均空隙率优选为10～80％。所谓平均空隙率，是指根据以成为1±0.1(nm/像素)的方式调整的放大率且70万像素以上的分辨率观察利用截面抛光仪法(CP法)使包埋的试样精密地形成的截面而得的图像，以512×512像素设定计算所需要的着眼区域，将着眼区域的面积记为A、孔部分的面积记为B，根据下式算出的值。平均空隙率(％)＝B/A×100平均空隙率越高，不仅在与其他材料复合时越能够提高填充效率，而且作为气体、液体的流路压力损失越小，可以提高流速；另一方面，平均空隙率越低，越耐压缩、弯曲等施加到截面方向的力，因此处理性、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔质碳材料，其具有碳骨架和空隙分别形成连续结构的共连续结构部分，并且在表面具有平均直径为0.01～10nm的细孔，且BET比表面积为100m2/g以上，所述共连续结构部分的结构周期为0.002μm～3μm。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.03 JP 2014-1374481.一种多孔质碳材料，其具有碳骨架和空隙分别形成连续结构的共连续结构部分，并且在表面具有平均直径为0.01～10nm的细孔，且BET比表面积为100m2/g以上，所述共连续结构部分的结构周期为0.002μm～3μm。2.根据权利要求1所述的多孔质碳材料，所述细孔至少形成于所述共连续结构部分的碳骨架。3.根据权利要求1或2所述的多孔质碳材料，利用MP法测量的细孔容积为0.1cm3/g以上。4.根据权利要求1～3中任一项所述的多孔质碳材料，BET比表面积为1000m2/g以上。5.根据权利要求1～4中任一项所述的多孔质碳材料，其具有实质上不具有共连续结构的部分。6.一种电极材料，其使...

【专利技术属性】
技术研发人员：堀口智之，田中健太郎，竹内康作，三原崇晃，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP