植物原料来源的碳前体的制作方法

文档序号:14254208阅读:405来源:国知局

本发明涉及在用于导电材料、催化剂载体、活性碳等碳质材料的制造中有用的碳前体及其制造方法。



背景技术:

碳质材料被用于电容器用电极、电解用电极、活性碳、载体等各种用途,是今后被期待进一步得到开发的领域和原材料。以往,这些碳质材料是将椰子壳、煤焦碳、煤或石油沥青、呋喃树脂或者酚醛树脂等作为原料来制造的。近年来,化石燃料资源的使用对于地球环境产生影响,而且,由于其埋藏量减少导致的价格高昂的原因,可以预料的是今后使用会变得困难。

因此,从对地球环境友好的天然原材料制造的碳质材料受到关注。但是,天然原材料中包含维持生物体的生命活动所必需的各种金属,将来源于这种天然原材料的碳质材料用于电子材料的情况下,金属变成杂质、产生电气故障,并且,在用作用于水的过滤等的活性碳等吸附剂的情况下,吸附的物质与金属发生反应,形成水溶性物质,产生再次释放到水中等问题。另外,在天然原材料的碳化活性化时,金属会导致孔形成反应加速,多孔化可能会进行到所需程度以上;在催化剂载体中,担载的催化剂金属和含有的杂质金属发生反应,可能无法以作为目标的粒径或组成担载催化剂成分。进而,来源于天然原材料的金属元素的含量根据季节、地域而含量各异,存在作为工业原料难以均等化等问题。但是,并不过分进行用于将来自天然原材料的金属积极地除去的技术开发。

专利文献1中提供一种方法,其中将植物来源的材料在800℃~1400℃下进行碳化后,使用盐酸这样的矿物酸、氢氧化钠这样的碱将得到的碳化物进行纯化。但是,在植物来源的材料中残存的金属成分在植物来源的材料发生碳化时与碳发生化合。因此,在这种方法中,无法充分地除去碳化物中与碳发生化合的金属成分。另外,上述方法中,为了除去与碳化合后的硅,对于硅化合物过量添加氢氟酸。但是,氢氟酸是腐蚀性高的剧毒物质,而且对于镁、钙的除去效果不充分。进一步地,上述方法中,存在各个植物来源的材料中金属成分的含量发生偏差的问题。

专利文献:日本特开2008-273816号公报。



技术实现要素:

发明所要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种金属元素的含量被充分地降低的植物原料来源的碳前体。另外,本发明的目的在于提供一种碳前体,其中在将碳前体浸渍于有机酸水溶液、由此降低碳前体中的金属元素的含量的脱矿中,构成碳前体的每一小片中所包含的金属元素的偏差得到降低。

解决技术问题的手段

本发明人等着眼于植物原料所包含的纤维状物质中含有大量的金属元素,结果发现通过从植物原料除去纤维状物质,可以降低碳前体中的金属元素的含量。另外,本发明人等发现,上述脱矿是从小片的外部向着内部发生的,小片的截面直径越大,则金属元素的除去速度越慢,因此在构成碳前体的小片的截面尺寸的分布宽的情况下,内部脱矿程度不同的小片混合存在,在碳前体中的金属元素含量中产生偏差。基于这些情况,本发明人等发现,若是除去植物原料所包含纤维状物质、平均截面尺寸在一定范围内的碳前体,则可以解决上述课题,从而完成了本发明。

即,本发明包括以下。

[1]植物原料来源的碳前体,其是由通过筛分法确定的平均截面尺寸为4mm以上且35mm以下的小片构成的碳前体,其中,长度5mm以上且宽度2mm以下的纤维状物质的含量为6重量%以下。

[2] [1]所述的碳前体,其中纤维状物质来源于植物原料的表层部分。

[3][1]或[2]所述的碳前体,其中金属元素钾的含量相对于金属元素铝的含量之比为150以上。

[4][1]~[3]任一项所述的碳前体,其中包含40重量%以下的截面尺寸为40mm以上的小片。

[5][1]~[4]任一项所述的碳前体,其中包含35重量%以下的截面尺寸为2.5mm以下的小片。

[6][1]~[5]任一项所述的碳前体,其中植物原料是椰子壳。

[7]由[1]~[6]任一项所述的碳前体得到的碳化物。

[8]方法,其是碳前体的制造方法,其中包括:

1)破碎植物原料,并且削取植物原料的表层的步骤;和

2)将在步骤1)中破碎、并削取了表层的植物原料进行整粒的步骤;

3)从步骤2)中得到的植物原料去除细微物质的步骤,

上述步骤1)是通过使用施加剪切力的装置来进行的。

[9][8]所述的方法,其中上述步骤1)和2)通过使用相同装置来进行。

发明效果

对于本发明的碳前体,由于除去了含有大量的金属元素和非金属元素的纤维状物质,因此可以适合用作碳质材料的原料。另外,本发明的碳前体由具有特定的平均截面尺寸的小片构成,因此在上述脱矿步骤中,每一碳前体的金属元素的含量的偏差减小,金属元素的含量得到降低。因此,在将本发明的碳前体碳化的情况下,可以得到均匀碳化的碳质材料。进而,碳前体中的金属元素的含量降低,由此在将碳前体碳化时,金属元素的氧化还原导致的碳成分的分解被降低,可以以良好的回收率制造碳化物。

具体实施方式

本发明中,植物原料来源的碳前体是指用于碳质材料的制造的原料,由植物原料的小片构成。作为植物原料,没有特别限定,可以列举椰子壳、咖啡豆和稻谷壳等。

特别是,从得到的可能性、金属元素含量的降低效果的观点考虑,优选椰子壳。另外,椰子壳主要是由组织致密的被称为壳的部分构成,因此可以适合用作碳前体。作为椰子壳,没有特别限定,可以使用可可椰子、棕榈仁(パーム椰子)等的椰子壳。使用椰子壳的情况下,优选使用将通常也用作燃料、活性碳等原料的、被称为椰子壳小片的椰子壳破碎而得的物质。

作为咖啡豆,不论咖啡豆的产地、品种,可以是任意的咖啡豆。咖啡豆可以是提取出作为饮料的咖啡之前的咖啡豆,也可以是提取出作为饮料的咖啡之后的通常称为咖啡渣的提取残渣。

对于构成本发明的植物原料来源的碳前体的小片,通过筛分法确定的平均截面尺寸(以下,称为平均截面尺寸)为4mm以上且35mm以下。由此,在脱矿步骤中,每一小片的外侧和内侧中的金属元素的降低量的偏差减小,可以从碳前体有效地除去金属元素和非金属元素。

本发明中,平均截面尺寸是指,构成碳前体的各个小片的截面尺寸的平均值。截面尺寸是指,在筛分中,小片通过筛网时,小片平行于筛网的截面中对可测定的最长对角线进行测定的情况下的尺寸。本发明中,平均截面尺寸通过筛分法来确定。作为筛分法,只要是可以将碳前体的小片分类为所需的尺寸的方法即可,没有特别限定。作为筛分法中使用的筛网,可以根据进行筛分的碳前体的种类适当地选择,例如可以使用开口部的尺寸为0.85mm、1.7mm、2.8mm、4mm、6.7mm、9.5mm、15mm、20mm、30mm、40mm的筛网的组合。作为这种筛网的组合的代表性的市售品,例如可以列举アズワン株式会社制不锈钢筛网等。另外,将碳前体投入筛网后,可以手动震动筛网,也可以使用震荡机震动筛网。进行震荡的时间只要是可以将碳前体通过各筛网进行充分地筛分的时间即可,没有特别限定,优选进行0.1分钟~30分钟、进一步优选进行0.5分钟~10分钟。

平均截面尺寸具体而言如下进行确定。将筛网以开口尺寸从小到大的顺序、最下部的筛网的开口尺寸为最小的方式设置在接收皿上。在最上部的筛网上投入碳前体,进行震荡。测定接受皿和各筛网上得到的各碳前体的质量。将各质量除以投入到筛分中的碳前体的全部质量,求出质量比例。在此,对于被筛分的碳前体的各平均截面尺寸,对接受皿中筛分得到的碳前体记作最小的筛网的开口尺寸,对各筛网上残存的碳前体,将各筛网的开口尺寸记作x,将该筛网的上一级的筛网的开口尺寸记作y的情况下,为x和y的平均值[=(x+y)/2]。将各质量比例和各自对应的平均截面尺寸相乘,将它们的总计值作为本发明的碳前体的平均截面尺寸。

另外,本发明中,碳前体的平均截面尺寸优选为4mm以上且35mm以下,更优选为5mm以上且30mm以下,进一步优选为6mm以上且20mm以下。

优选的是,本发明的碳前体的截面尺寸为40mm以上的小片的含量为40重量%以下。由此,在将本发明的碳前体进行脱矿时,直到碳前体的内部都可以均匀地除去金属元素。

另外,多数情况下,截面尺寸为2.5mm以下的小片是粉碎植物原料的过程中被粉化的纤维状物质。因此,从降低金属元素含量的观点考虑,优选的是,本发明的碳前体的截面尺寸为2.5mm以下的小片的含量为35重量%以下。

本发明中,构成碳前体的各个小片的形状只要是如上所述可求出的平均截面尺寸为4mm以上且35mm以下的形状即可,没有特别限定,例如可以是粒状、微粉状、纤维状等各种形状。优选的是,构成本发明的碳前体的各个小片的最大尺寸为100mm以下,更优选为50mm以下。若最大尺寸为100mm以下,则在脱矿步骤中,有机酸水溶液可以良好地渗透,可以有效地进行脱矿,因此是优选的。最大尺寸是指,小片的立体形状中的尺寸的最大值,是指从上方观察置于水平面的小片的投影面中,对可测定的最长对角线进行测定的情况下的尺寸。

另外,本发明的碳前体中,纤维状物质的含量相对碳前体100重量%为6重量%以下。本发明中,纤维状物质是指长度5mm以上且宽度2mm以下物质,对其形状没有特别限定,可以是各种形状,例如还包括扁平形状、在粉碎过程中纤维状物质发生变形得到的物质等。优选的是,本发明的碳前体中,长度5mm以上且宽度2mm以下的纤维状物质的含量相对于碳前体100重量%为5重量%以下、更优选为4重量%以下。在碳前体的状态下降低上述纤维状物质这样的异种结构,由此不但可以降低残存的金属元素,而且还可以提高碳原材料的品质。

另外,植物原料的纤维状物质中,多数情况下,根据各金属元素的种类,其含量是不同的,通常,铝的含量比较少,钾的含量比较多。因此,利用本发明的金属元素含量的降低效果不仅对于铝等含量少的物质表现出效果,而且对于钾等含量多的物质也表现出效果,是优选的。另外,多数情况下,对于碳前体,使用的各植物原料的金属元素的含量不同。从这种观点考虑,本发明中,不论各植物原料的金属元素的含量,对于碳前体的金属元素的降低表现出效果,因此使用钾的含量相对于铝的含量的比值。通常,本发明的碳前体中,金属元素钾的含量相对于金属元素铝的含量比优选为150以上、更优选为200以上、进一步优选为250以上。若金属元素钾的含量相对于金属元素铝的含量比为150以上,则碳前体中的金属元素和非金属元素的含量被充分地降低,因此可以优选用作用于电子部件、活性碳、催化剂用载体等多孔体等各种用途的碳质材料的原料。本发明中,金属元素的含量的测定可以使用荧光x射线分析装置(例如株式会社リガク制zsxprimusμ)来进行。

对于本发明的碳前体,植物原料的含水率为10%左右的情况下,堆积密度优选为0.4g/cc~0.63g/cc、0.45g/cc~0.6g/cc、进一步优选为0.5g/cc~0.55g/cc的范围。若堆积密度在上述范围内,则构成碳前体的小片的平均截面尺寸是适当的,因此优选。

本发明的碳前体可以从植物原料去除上述纤维状物质来得到。但是,上述纤维状物质密合于植物原料的表层部分,因此例如通过手工作业进行除去的情况下,无法充分地去除。因此,对于本发明的碳前体,通过使用施加剪切力的装置,削取表层,并且将破碎的植物原料进行整粒,由此可以制造。

因此,本发明还涉及碳前体的制造方法,其包括:

1)将植物原料破碎,并削取植物原料的表层的步骤、

2)将在步骤1)中破碎、并削取表层的植物原料进行整粒的步骤,和

3)从步骤2)中得到的植物原料去除细微物质的步骤,

上述步骤1)是通过使用施加剪切力的装置来进行的。

本发明中,通过使用施加剪切力的装置,在将植物原料破碎的同时,可以削取植物原料的表层。

作为施加剪切力的装置,例如可以列举单轴破碎机和双轴破碎机。本发明中,对于单轴破碎机和双轴破碎机,在旋转刃和固定刃之间、以及旋转刃之间产生的剪切力将植物原料粉碎至所需的粒度(截面尺寸)期间,可以削取植物原料的表层,因此是优选的。例如,利用2根颚板将植物原料挤破的形式进行破碎、在植物原料的表层不产生剪切力的颚式压碎机这样的装置中,难以削取植物原料的表层。

将植物原料破碎、并削取植物原料的表层的时间没有特别限定,依赖于实施的方法的种类,优选为1~120分钟、更优选为3~100分钟。若将纤维质部分除去的时间在上述范围内,则除去纤维质部分的时间是适当的,从经济性的观点考虑是优选的。

作为进行除去纤维质部分的步骤的气氛,没有特别限定,根据实施的方法而异。本发明中,除去纤维质部分的步骤通常在大气气氛中进行。

将植物原料破碎,并削取植物原料的表层之后,为了得到规定的粒度(截面尺寸)的碳前体,进行整粒。整粒可以通过如下来进行:将破碎、并削取了表层的植物原料投入到具有规定开口尺寸的筛子,回收通过该筛子的原料,将未通过的原料再次返回到破碎植物原料、并削取植物原料的表层的步骤。筛子的开口尺寸可以根据所需的碳前体的尺寸来适当地选择。

作为单轴破碎机和双轴破碎机,是将粉碎的植物原料通过安装于下部的筛子进行排出的类型,优选为将比筛子的开口尺寸要大的植物原料通过旋转刃带到上方重复接受粉碎直到变成比筛子的开口尺寸要小并从筛子排出。作为这种单轴破碎机,例如可以使用吉田制作所制塑料破碎机。

本发明的制造方法通常可以在室温下进行,没有特别限定,可以在0℃~40℃的范围进行。

将植物原料粉碎、除去纤维质部分的步骤和/或整粒步骤优选反复进行1次~5次、更优选反复进行1次~3次。

通常,通过整粒步骤得到的植物原料还包括通过粉碎发生粉化的纤维状物质、被细微粉碎的植物原料等细微物质。发生粉化的纤维状物质含有大量的金属元素,因此优选除去细微物质。因此,本发明的方法包括从通过整粒步骤得到的植物原料除去细微物质的步骤。本发明中,细微物质是指,截面尺寸优选低于1.3mm、更优选低于2.25mm、进一步优选低于3.4mm的碳前体。

作为去除细微物质的方法,可以列举将整粒后的碳前体投入到具有规定的开口尺寸的筛网,将筛网震荡后,回收筛网上残存的碳前体的方法。作为筛网,例如可以使用上述筛分操作中使用的筛网。将碳前体投入到筛网之后,可以手动使筛网震荡,也可以使用震荡机使筛网震荡。进行震荡的时间只要是可以将碳前体通过筛网进行充分地筛分的时间即可,没有特别限定,优选进行0.1分钟~30分钟、进一步优选进行0.5分钟~10分钟。

可以将得到的碳前体根据需要进行洗涤和/或干燥。

另外,本发明中,根据需要,通过将如上所述得到的碳前体浸渍在有机酸水溶液中,可以进行使金属元素的含量降低的脱矿。

上述脱矿中使用的有机酸优选不包含磷、硫、卤素等成为杂质源的元素。有机酸不包含磷、硫、卤素等元素的情况下,即使在脱矿后省略水洗、而将残存有有机酸的碳前体进行碳化的情况下,也可以得到可适合用作碳原材料的碳化物,因此是有利的。另外,使用后的有机酸的废液处理不用使用特别的装置,而可以比较容易地进行,因此是有利的。

作为有机酸的例子,可以列举饱和羧酸,例如甲酸、乙酸、丙酸、草酸、酒石酸、柠檬酸等;不饱和羧酸,例如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸等;芳香族羧酸,例如苯甲酸、邻苯二甲酸、萘甲酸等。从得到可能性、酸度导致的腐蚀以及对于人体的影响的观点考虑,优选为乙酸、草酸和柠檬酸。

对于有机酸,从溶出的金属化合物的溶解度、废弃物的处理、环境适合性等观点考虑,可以与水性溶液混合,以有机酸水溶液的形式使用。作为水性溶液,可以列举水、水和水溶性有机溶剂的混合物等。作为水溶性有机溶剂,例如可以列举甲醇、乙醇、丙二醇、乙二醇等醇。

作为有机酸水溶液中的酸的浓度,没有特别限定,可以根据使用的酸的种类,调节浓度来使用。本发明中,通常,以有机酸水溶液的总量为基准,使用0.001重量%~20重量%、更优选0.01重量%~18重量%、进一步优选0.02重量%~15重量%的范围的酸浓度的有机酸水溶液。若酸浓度为上述范围内,则可以得到适当的金属元素和/或非金属元素的溶出速度,因此可以以可实用的时间进行脱矿。另外,碳前体中的酸的残留量减少,因此对于此后的制品的影响也减小。

有机酸水溶液的ph优选为3.5以下、更优选为3以下。有机酸水溶液的ph未超过上述值的情况下,金属元素在有机酸水溶液中的溶解速度不会降低,可以有效地除去金属元素。

浸渍碳前体时的有机酸水溶液的温度没有特别限定,优选为20℃~98℃、更优选为25℃~60℃、进一步优选为30℃~40℃的范围。若浸渍碳前体时的有机酸水溶液的温度在上述范围,则可以抑制所使用的酸的分解,可以得到以可实用的时间能实施脱矿的金属元素的溶出速度,因此是优选的。另外,可以不使用特別的装置进行脱矿,因此是优选的。进一步地,本发明中,也可以在室温下进行脱矿。从不需要加热装置和安全性的观点考虑,这种情况是优选的。

本发明中,脱矿过程中有机酸水溶液的更新可以至少进行1次。作为有机酸水溶液的更新方法,可以列举以下方法:在碳前体中连续地添加有机酸水溶液、使其停留规定时间、一边提取一边进行浸渍的方法;和将碳前体浸渍在有机酸水溶液中,使其停留规定的时间,进行脱液后,新添加有机酸水溶液,反复进行浸渍-脱液的方法等。另外,可以是将有机酸水溶液全部更新的方法,也可以是将有机酸水溶液的一部分更新的方法。

作为将碳前体浸渍在有机酸水溶液中的时间,可以根据使用的酸进行适当地调节。本发明中,对于浸渍时间,从经济性和脱矿效率的观点考虑,通常为0.1~100小时、优选为0.2~80小时、更优选为0.5~50小时的范围。

浸渍的碳前体的重量相对于有机酸水溶液的重量的比例可以根据使用的有机酸水溶液的种类、浓度和温度等来适当地调节,通常为0.1重量%~200重量%、优选为1重量%~150重量%、更优选为1.5重量%~120重量%的范围。若在上述范围内,则溶出到有机酸水溶液的金属元素难以从有机酸水溶液析出,对于碳前体的再附着受到抑制,因此是优选的。另外,若在上述范围内,则容积效率是适当的,从经济的观点考虑,是优选的。

作为进行脱矿的气氛,没有特别限定,可以根据浸渍中使用的方法而异,优选在大气气氛中进行。

这些操作可以优选反复进行1次~5次、更优选反复进行1次~3次。反复进行浸渍-脱液的情况下,通常可以反复进行2次~8次、优选反复进行3次~5次。本发明中,在脱矿后,可以根据需要进行洗涤步骤和/或干燥步骤。

另外,对于脱矿后的碳前体,钾的平均含量优选为680ppm以下、更优选为650ppm以下、进一步优选为600ppm以下。另外,对于本发明的脱矿后的碳前体,钙的平均含量优选为52ppm以下、更优选为50ppm以下、进一步优选为48ppm以下。本发明中,金属元素的平均含量是指,将各个碳前体或者碳化物中的金属元素的含量进行平均得到的值,例如对于碳化物中的金属元素的平均含量,将进行了脱矿处理的碳前体全部回收,将它们碳化得到的碳化物破碎,对于得到物质测定金属元素的含量,由此可以得到。

通过将本发明的碳前体烧成,可以得到可用于碳质材料的碳化物,该碳质材料可用于电子部件、活性碳、催化剂用载体等多孔体等各种用途。

作为烧成中的加热温度,没有特别限定,可以在250℃~1000℃的范围进行。在过高的温度的情况下,结晶化导致碳骨架刚直,作为用于各种电子材料的碳质材料是不优选的。另外,过低的温度的情况下,蓄热着火的可能性变高,并且空气中的氧导致容易发生氧化,存在保存安全性变低的问题。烧成优选在270℃~900℃的范围、更优选在280℃~800℃的范围、进一步优选在400~750℃的范围进行。在上述范围进行烧成,从抑制得到的碳质材料的氧化等导致的变质、确保保存稳定性的观点考虑,是优选的。

另外,作为加热速度,没有特别限定,根据加热方法而异,优选为1℃/分钟~200℃/分钟、更优选为1℃/分钟~100℃/分钟。若加热速度在上述范围内,则碳化时发生缩合,可以得到良好的碳质材料的回收率,因此是优选的。另外,使用的机器的工作时间是适当的,因此从经济的观点考虑,是优选的。

作为烧成中的温度控制的方式,可以是一下子升温到所需温度的方式,也可以是在250~400℃的范围暂时维持温度,再次升温,升温至所需温度的方式。在上述范围内暂时维持温度的方式有时有助于碳化时容易进行缩合、提高碳化率、碳密度和碳质材料的回收率。

烧成中的最高温度下的保持时间没有特别限定,通常,可以保持10分钟~300分钟左右,保持优选30分钟~240分钟左右。

作为进行烧成的气氛,没有特别限定,优选在惰性气体气氛中进行,更优选在氮气气氛中进行。进行烧成期间,为了便于回避氧化导致的碳质材料的结构变化以及氧化分解助长导致的碳质材料的回收率的降低,氧化性气体、即氧气的存在优选为1容积%以下、更优选为0.5容积%以下。

进行烧成时的惰性气体气流没有特别限定,通常为0.001米/秒~1米/秒的范围。

作为烧成后的取出温度,只要是不被空气中氧导致发生氧化的温度即可,没有特别限定,优选的是,通常在200℃以下、更优选在100℃以下取出到空气中。

作为烧成方法,没有特别限定,可以是间歇式和连续式的任意方式,也可以是外热式和内热式的任意方式。

制造碳质材料后,根据需要,可以实施除金属步骤、粉碎步骤和/或进一步的烧成步骤。但是,通过本发明的方法,使用纯化的植物原料来制造碳化物的情况下,可以充分地除去纯化步骤中局部高浓度的金属成分,因此可以省略进一步的除金属步骤。

从本发明的碳前体得到的碳质材料可以优选用于电子部件、活性碳、催化剂用载体等多孔体等各种用途。

以下,通过实施例更具体地说明本发明,但本发明不受这些实施例的限定。

实施例

[平均截面尺寸]

将开口尺寸0.85mm、1.7mm、2.8mm、4mm、6.7mm、9.5mm、15mm、20mm、30mm、40mm的筛网以开口尺寸从小到大的顺序、最下部的筛网的开口尺寸为最小的方式设置在接受皿上。在最上部的筛网上投入碳前体,手动震荡3分钟。此后,测定接受皿和各筛网上残存的碳前体的质量,对于各质量,求出相对于投入到筛分中的碳前体的全部质量的比例。在此,对于被筛分的碳前体的各平均截面尺寸,对接受皿中得到的碳前体,为0.85mm,对于各筛网上残存的碳前体,按照开口尺寸从小到大的顺序,分别为1.3mm[=(0.85+1.7)/2]、2.25mm[=(1.7+2.8)/2]、3.4mm[=(2.8+4)/2]、5.4mm[=(4+6.7)/2]、8.1mm[=(6.7+9.5)/2]、12.25mm[=(9.5+15)/2]、17.5mm[=(15+20)/2]、25mm[=(20+30)/2]、35mm[=(30+40)/2]、60mm。以上求出的相对于全部质量的比例中,将以下实施例和比较例中各自使用的碳前体所对应的质量除以其总计值,将得到的值乘以所对应的平均截面尺寸,将合计值作为平均截面尺寸。

[纤维状物质的含量]

将碳前体加入到精米机(ツインバード制精米御膳nr-e700),使碳前体旋转,同时相互摩擦,由此除去纤维质部分。将通过本操作回收的碳前体的重量减少部分记作纤维状物质的含量。

[金属元素的含量]

金属元素的含量使用荧光x射线分析装置(株式会社リガク制zsxprimusμ)进行评价。应予说明,对于植物原料,依照采取季节等,根据部位在金属元素的含量中存在偏差,根据金属存在形态(结晶度)x射线的强度不同,因此对于金属元素的含量,以碳化物中的金属形成同等的结晶度的方式在以下的碳化条件下进行碳化后,对于得到的碳化物中的金属元素和非金属元素的含量,进行荧光x射线分析,由此来确定。另外,对于碳前体中的金属元素的含量,针对由以下各实施例和比较例中的碳前体得到的碳化物中的金属元素的含量,记作该碳化物的回收率为100%时算出的碳化物中的金属元素的含量。

另外,脱矿后的碳前体和碳化物中的金属元素的偏差通过下式计算出:

金属元素的含量的偏差=(最大含量-最小含量)/平均含量

在上述式中,平均含量为,将脱矿后的碳前体全部回收,在以下的碳化条件进行碳化后,将碳化物破碎,进行测定。对于脱矿后的碳前体中的金属元素的平均含量,记作碳化物的回收率为100%时算出的碳化物中的金属元素的平均含量。另外,最大含量和最小含量为,对脱矿后的碳前体任意采取5处各10g,各自在以下的碳化条件下进行碳化后,将各碳化物破碎,进行测定,确定5处测定值的最大值和最小值。对于脱矿后的碳前体中的金属元素的最大含量和最小含量,记作碳化物回收率为100%时算出的碳化物中的金属元素的最大含量和最小含量。

[碳化条件]

将回收物加入坩埚,使用光洋サーモ制ktf1100炉(内径70mmφ),在氧含量15ppm的氮气气流3l/分(0.012米/秒)的流量下、以10℃/分升温至500℃,保持60分钟后,用6小时冷却,在50℃以下取出。

[堆积密度]

投入碳前体直到1000cc量筒的1000cc刻度,然后从量筒和碳前体的总质量和量筒的质量之差,求出碳前体的质量,算出相对于1000cc所测定的质量的比例。进行5次这种操作,将其平均值作为堆积密度。

实施例1

将椰子壳(菲律宾、棉兰老岛产)3kg投入到单轴破碎机(吉田制作所制塑料破碎机1005)中,进行破碎,同时削取表面层。然后,使其通过安装于单轴破碎机的排出口的直径8mm的筛子,由此回收整粒完的椰子壳(以下、称为破碎椰子壳)。接着,对于破碎椰子壳3kg,按照上述平均截面尺寸确定法,进行筛分,确定平均截面尺寸,同时将平均截面尺寸3.4mm以上(2.8mm筛网上)的椰子壳120g回收,浸渍于0.04m柠檬酸水溶液280g,在95℃下一边搅拌一边进行4小时脱矿。然后,冷却至室温,通过过滤进行脱液,由此回收椰子壳。将脱矿后的椰子壳(以下、称为脱矿椰子壳)在真空1torr下在80℃下干燥24小时。将由此得到的脱矿椰子壳按照上述碳化条件进行碳化。

实施例2

在实施例1中,代替直径8mm的筛子,使用直径11.5mm的筛子,除此之外,与实施例1同样地制造碳化物。

实施例3

在实施例1中,代替直径8mm的筛子,使用直径14.5mm的筛子,除此之外,与实施例1同样地制造碳化物。

实施例4

在实施例1中,代替直径8mm的筛子,使用直径20mm的筛子,除此之外,与实施例1同样地制造碳化物。

比较例1

在实施例1中,代替单轴破碎机,使用不具有筛子的双轴破碎机(远藤工业制小型双轴破碎机)、并且不对破碎的椰子壳进行筛分而全部使用,除此之外,与实施例1同样地制造碳化物。

比较例2

在实施例1中,代替单轴破碎机,使用不具有筛子的双轴破碎机(远藤工业制小型双轴破碎机)、并且使用不锈钢筛网和剥皮器将仍然附着于从双轴破碎机回收的椰子壳的纤维状物质分离、并且不对破碎的椰子壳进行筛分而全部使用,除此之外,与实施例1同样地制造碳化物。

比较例3

在实施例1中,代替单轴破碎机,使用不具有筛子的双轴破碎机(远藤工业制小型双轴破碎机)、并且反复4次将回收的椰子壳投入双轴破碎机进行粉碎、削取表面层之后、再回收的操作、并且不对破碎的椰子壳进行筛分而全部使用,除此之外,与实施例1同样地制造碳化物。

比较例4

在实施例1中,代替单轴破碎机,使用颚式压碎机(レッチェ制bb50),进行椰子壳的破碎,但在破碎椰子壳的表层附着着纤维状物质,未见表层面被削取的样子。利用颚式压碎机的破碎中,将椰子壳放入2根颚板构成v字型的粉碎室,在固定颚板和椭圆运动的驱动颚板之间以挤破的形式进行破碎。进行这种破碎时,对于椰子壳的表层,无法产生单轴破碎机这样的剪切力,因此椰子壳的表层无法被削取。

对于各实施例和比较例中得到的破碎椰子壳的各平均截面尺寸的质量比例、平均截面尺寸、具有40mm以上的粒度(截面尺寸)的破碎椰子壳的质量比例、具有2.5mm以下的粒度(截面尺寸)的破碎椰子壳的质量比例、纤维状物质的含量和堆积密度示于表1。另外,各实施例和比较例中得到的破碎椰子壳和脱矿椰子壳的金属元素的含量示于以下表2。

由表1至表3可知,对于本发明的碳前体,纤维状物质的含量少,且具有规定范围的平均截面尺寸,因此与不属于本发明的碳前体相比,金属元素的含量低、在脱矿情况下,金属元素的含量的偏差小。

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