多孔碳材料的制造方法技术

本发明专利技术提供能够降低环境负荷并抑制生产成本的多孔碳材料的制造方法。该制造方法具备：使SiC与Cl2相互接触并进行加热处理而生成多孔碳材料的步骤；使在该步骤中与多孔碳材料一起生成的SiCl4与Zn反应而取出Si的步骤；使在该步骤取出的Si与C相互反应而生成SiC的步骤，还具备使通过SiCl4与Zn的反应生成的ZnCl2还原而取出Zn和Cl2的步骤。将这些步骤反复进行，并且，将通过生成SiC的步骤取出的SiC用于多孔碳材料的生成步骤，将通过使ZnCl2还原而取出的Cl2用于多孔碳的生成步骤，将通过使ZnCl2还原而取出的Zn用于SiCl4与Zn的反应步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供能够降低环境负荷并抑制生产成本的。该制造方法具备：使SiC与Cl2相互接触并进行加热处理而生成多孔碳材料的步骤；使在该步骤中与多孔碳材料一起生成的SiCl4与Zn反应而取出Si的步骤；使在该步骤取出的Si与C相互反应而生成SiC的步骤，还具备使通过SiCl4与Zn的反应生成的ZnCl2还原而取出Zn和Cl2的步骤。将这些步骤反复进行，并且，将通过生成SiC的步骤取出的SiC用于多孔碳材料的生成步骤，将通过使ZnCl2还原而取出的Cl2用于多孔碳的生成步骤，将通过使ZnCl2还原而取出的Zn用于SiCl4与Zn的反应步骤。【专利说明】
本专利技术涉及。
技术介绍
在专利文献1中记载了制造多孔活性炭的方法。另外，在专利文献2中记载了制 造多孔且比表面积大的石墨材料的方法。在专利文献1和2中公开了通过使碳化硅（SiC) 与氯气（Cl 2)反应而生成多孔碳的方法。 在非专利文献1中记载了通过对金属碳化物实施氯化处理而能够生成具有纳米 尺寸的微孔的碳材料的方法。作为金属碳化物，可列举：SiC、TiC、B 4C和A14C3等。另外，公 开了：碳材料的孔隙率、细孔径分布根据金属碳化物的种类而不同。 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :美国专利第3066099号说明书 专利文献2 :日本特开平2-184511号公报 非专利文献 非专利文献 1 :Volker Presser，Min Heon 和 Yury Gogotsi、'Carbide-Derived Carbons-From Porous Networks to Nanotubes and GrapheneJ > ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS、第 810-833 页（2011)
技术实现思路
专利技术所要解决的问题 如上述的现有技术文献所记载的那样，作为生成多孔碳材料的方法，有使SiC、TiC 等金属碳化物与氯气反应的方法。该反应时，也同时生成金属氯化物（3;1(：14、11(：14等），但 现有的方法中，主要采用使金属氯化物蒸发而无害化的方法。但是，在工业上制造多孔碳材 料时消耗大量的氯气，因此，这样的方法存在环境负荷增大并且生产成本也增高的问题。 本专利技术鉴于这样的问题而完成，其目的在于提供能够降低环境负荷并且抑制生产 成本的。 用于解决问题的方法 为了解决上述的问题，本专利技术的一个侧面的具备：多孔碳 生成步骤，使作为第一金属与碳的化合物的金属碳化物与氯气相互接触并进行加热处理而 生成多孔碳材料；第一金属还原步骤，使在多孔碳生成步骤中与多孔碳材料一起生成的第 一金属氯化物与第二金属反应而取出第一金属；和金属碳化物生成步骤，使在第一金属还 原步骤中取出的第一金属与碳相互反应而生成金属碳化物，在第一金属还原步骤之后还具 备：第二金属还原步骤，使在第一金属还原步骤中与第一金属一起生成的第二金属氯化物 还原而取出第二金属和氯气，将多孔碳生成步骤、第一金属还原步骤、金属碳化物生成步骤 和第二金属还原步骤反复进行，并且，将通过金属碳化物生成步骤取出的金属碳化物用于 多孔碳生成步骤，将通过第二金属还原步骤取出的氯气用于多孔碳生成步骤，将通过第二 金属还原步骤取出的第二金属用于第一金属还原步骤。 上述的中，在多孔碳生成步骤中，金属碳化物（SiC、TiC 等）与氯气（Cl2)反应而生成多孔碳。此时，同时生成第一金属氯化物（3;[(：14、11(：1 4等）。 该第一金属氯化物通过第一金属还原步骤而还原，从而取出第一金属（Si、Ti等）。这样取 出的第一金属在金属碳化物生成步骤中被碳化而生成金属碳化物（Sic、TiC等）。该金属 碳化物在上述的多孔碳生成步骤中再次使用。 另外，在第一金属还原步骤中也生成第二金属氯化物（ZnCl2、MgCl 2等），但该第二 金属氯化物在第二金属还原步骤中被还原，分离为第二金属（Zn、Mg等）和氯气（Cl2)。这 样得到的第二金属在上述的第一金属还原步骤中再次使用。另外，氯气在上述的多孔碳生 成步骤中再次使用。 可见，在上述的中，多孔碳的生成中使用的碳以外的各材 料全部可以再利用。因此，根据该制造方法，能够降低环境负荷并抑制生产成本。另外，通 过本方法制造的多孔碳材料能够作为例如电池、双电层电容器等的电极、催化剂负载体、活 性炭等加以广泛利用。另外，金属碳化物生成步骤和第二金属还原步骤的顺序没有限定。 艮P，可以先进行金属碳化物生成步骤，也可以先进行第二金属还原步骤或者同时进行这些 步骤。 另外，的特征还可以在于，多孔碳生成步骤中使用的金属 碳化物为粉末状或多孔质。通过使金属碳化物为粉末状或多孔质，能够效率良好地从金属 碳化物中脱出第一金属，从而缩短多孔碳材料的制造时间。在此所示的多孔质是指结合有 粉末粒子的状态，孔径可以为0. 1 μ m以上。 另外，的特征还可以在于，金属碳化物包含A14C3、b 4c、 CaC2、Cr3C2、Fe3C、SiC、ThC 2、TiC、UC2、WC和MoC中的至少一种。由此，能够适当地实施上述 的多孔碳生成步骤和第一金属还原步骤。 另外，中，可以将金属碳化物置于氯气与惰性气体的混合 气体气氛或氯气气氛中，将混合气体气氛或氯气气氛加热至500°C以上且1500°C以下的温 度来进行多孔碳生成步骤。 另外，的特征还可以在于，第二金属为第1族元素、第2族 元素、第11族元素和第12族元素中的任意一种。由此，能够适当地实施上述的第一和第二 金属还原步骤。 另外，在多孔碳生成步骤中，金属碳化物为SiC，可以将金属碳化物置于氯气与惰 性气体的混合气体气氛或氯气气氛中，将混合气体气氛或氯气气氛加热至900°C以上且 1300°C以下的温度来进行多孔碳生成步骤。以SiC作为原料时，从原料比较廉价的方面以 及容易在金属硅的熔点以上通过作为电解后的反应产物的金属硅与碳的反应来生成原料 SiC的方面考虑是有利的。另外，在900?1300°C的氯气处理温度范围内比表面积达到最 大值，作为活性炭的特性变得良好。 另外，在多孔碳生成步骤中，金属碳化物为TiC，可以将金属碳化物置于氯气与惰 性气体的混合气体气氛或氯气气氛中，将混合气体气氛或氯气气氛加热至600°C以上且 KKKTC以下的温度来进行多孔碳生成步骤。以TiC作为原料时，从反应温度为较低的温度 的方面以及容易在金属的熔点以上通过作为电解后的反应产物的金属钛与碳的反应来生 成原料Tie的方面考虑是有利的。另外，在600?1000°C的氯气处理温度范围内比表面积 达到最大值，该值大于SiC原料的值，作为活性炭的特性变得良好。 另外，第二金属可以为第1族元素、第2族元素、第11族元素、和第12族元素中的 任意一种。上述金属类可以在与金属氯化物的反应中发生氯化，因此优选。另外，更优选金 属单质的蒸气压高且氯化物的熔点低的金属。另外，更优选不与金属成分形成固溶体的金 属。 另外，在多孔碳生成步骤中，金属碳化物可以为SiC，第二金属可以为Zn。Zn在与 SiCl4的组合反应中不与硅生成固溶体，并且氯化物的熔点较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔碳材料的制造方法，其特征在于，具备：多孔碳生成步骤，使作为第一金属与碳的化合物的金属碳化物与氯气相互接触并进行加热处理而生成多孔碳材料；第一金属还原步骤，使在所述多孔碳生成步骤中与所述多孔碳材料一起生成的第一金属氯化物与第二金属反应而取出所述第一金属；和金属碳化物生成步骤，使在所述第一金属还原步骤中取出的所述第一金属与碳相互反应而生成所述金属碳化物，在所述第一金属还原步骤之后还具备：第二金属还原步骤，使在所述第一金属还原步骤中与所述第一金属一起生成的第二金属氯化物还原而取出所述第二金属和氯气。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：石川真二，真岛正利，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP