多孔碳材料的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多孔碳材料的制造方法。
【背景技术】
[0002]在专利文献I中记载了多孔活性炭的制造方法。另外，在专利文献2中记载了多孔碳材料的制造方法。在专利文献2记载的制造方法中，使碳化娃(SiC)曝露于加热至1000°C以上的温度的氯气(Cl2)中。在专利文献2中记载了:为了制造具有细孔的多孔碳材料而提高碳化硅的纯度及密度。
[0003]非专利文献I涉及具有纳米级的细孔的碳材料。在该非专利文献I中，利用氯对碳化物进行处理而生成具有细孔的碳材料。碳化物可以使用碳化硅等。在非专利文献I中记载了:碳材料的孔隙率及孔径分布能够利用反应中使用的碳化物进行控制。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:美国专利第3066099号说明书
[0007]专利文献2:日本特开平2-184511号公报
[0008]专利文献3:美国公开第2006/0251565号公报
[0009]非专利文献
[0010]非专利文献1:Volker Presser, Min Heon, and Yury Gogotsi, ^Carbide-DerivedCarbons From Porous Networks to Nanotubes and Graphene’ ，ADVANCEDFUNCT1NALMATERIALS, pp.810-833(2011)
【发明内容】
[0011]发明所要解决的问题
[0012]但是，根据专利文献1、2及非专利文献I记载的多孔碳材料的制造方法，在工业上制造多孔碳材料时，存在要使用大量的氯气并且氯气的环境负荷增大的问题。
[0013]本发明的一个侧面的目的在于提供能够有效地利用氯气并且降低氯气的环境负荷的多孔碳材料的制造方法。
[0014]用于解决问题的方法
[0015]本发明的一个侧面涉及制造多孔碳材料的方法。该方法包括使含有第一金属及碳的金属碳化物曝露于含有氯气的第一气体的加热气氛中而生成含有所述第一金属及氯的金属氯化物和多孔碳材料的步骤、使含有氧气的第二气体的加热气氛与所述金属氯化物反应而生成含有所述第一金属及氧的金属氧化物和含有氯气的第三气体的步骤以及从所述第三气体中回收氯气的步骤，将从所述第三气体中回收的氯气作为用于所述第一气体的氯气使用。
[0016]发明效果
[0017]根据本发明的一个侧面，提供能够有效地利用氯气并且降低氯气的环境负荷的多孔碳材料的制造方法。
【附图说明】
[0018]图1是表示一个实施方式的多孔碳材料的制造方法的主要步骤的图。
[0019]图2是表示一个实施方式的多孔碳材料的制造方法的主要步骤的图。
[0020]图3是概略性地表示一个实施方式的制造方法中优选使用的金属碳化物的处理装置的构成的图。
[0021]图4是概略性地表示一个实施方式的制造方法中优选使用的金属氯化物的处理装置的构成的图。
[0022]图5是概略性地表示另一个方式中使用的金属碳化物及金属氯化物的处理装置的构成的图。
【具体实施方式】
[0023]对本发明的几个方式进行说明。在本发明的一个方式的多孔碳材料的制造方法中，具有使含有第一金属及碳的金属碳化物曝露于含有氯气的第一气体的加热气氛中而生成含有上述第一金属及氯的金属氯化物和多孔碳材料的第一步骤、使含有氧气的第二气体的加热气氛与上述金属氯化物反应而生成含有上述第一金属及氧的金属氧化物和含有氯气的第三气体的第二步骤以及从上述第三气体中回收氯气的第三步骤，将在上述第三步骤中从上述第三气体中回收的氯气作为上述第一气体的氯气用于上述第一步骤。
[0024]该制造方法中，使与多孔碳材料一同生成的金属氯化物与第二气体中的氧气反应，由金属氯化物生成第三气体及金属氧化物。从该第三气体中回收氯气。该氯气能够作为第一气体的氯气使用，因此，能够在多孔碳材料的生成中再利用氯气而将氯气循环使用。因此，根据该制造方法，能够有效地利用氯气，并且能够降低氯气的环境负荷。
[0025]另外，在本发明的一个方式的制造方法中，上述金属碳化物包含碳化铝、碳化硼、碳化硅、碳化钛、碳化钨、碳化钼中的至少一种。通过使用这些金属碳化物，能够适当地实施生成多孔碳材料的第一步骤。
[0026]另外，在本发明的一个方式的制造方法中，将上述第一气体加热至500°C以上且1500°C以下的温度。在500°C以上且1500°C以下的温度范围时，能够使金属碳化物与含有氯气的第一气体的反应发生，因此，能够生成多孔碳材料。
[0027]另外，在本发明的一个方式的制造方法中，上述金属碳化物为碳化硅，将上述第一气体加热至1000°c以上且1300°C以下的温度。在1000°C以上且1300°C以下的温度范围时，能够进一步促进含有氯气的第一气体与碳化硅的反应，因此，能够有效地生成多孔碳材料。
[0028]另外，在本发明的一个方式的制造方法中，将上述第二气体加热至800°C以上的温度。在800°C以上的温度范围时，能够使含有氧气的第二气体与金属氯化物的反应发生，因此，能够生成氯气。
[0029]另外，在本发明的一个方式的制造方法中，在上述第二步骤中，以比金属氯化物的化学计量比少的量供给氧。能够减少通过第二步骤生成的气体中所含的残留氧气的量。
[0030]另外，在本发明的一个方式的制造方法中，使上述第二步骤中得到的金属氧化物与碳原料混合并发生加热反应而形成碳化物，并作为碳化物原料供给至上述第一步骤的氯化。能够将金属氧化物中含有的第一金属再利用来循环使用，因此，能够有效地利用第一金属。
[0031]另外，在本发明的一个方式的制造方法中，使上述第二步骤中得到的金属氧化物与碳原料混合并发生加热反应而形成碳化物，作为碳化物原料供给至上述第一步骤的氯化的金属元素为硅或钛。对于硅或钛而言，能够适当地形成金属氧化物，并且能够确保与碳反应而再次生成金属碳化物的热力学上的反应可能性。
[0032]另外，在本发明的一个方式的制造方法中，使上述第二步骤中得到的金属氧化物与碳原料混合并发生加热反应而形成碳化物的温度为1400°C以上且2000°C以下，并且为惰性气体气氛。在1400°C以上且2000°C以下的温度范围时，能够使金属氧化物与碳的反应发生，因此，能够生成金属碳化物。
[0033]另外，在本发明的一个方式的制造方法中，使上述第二步骤中得到的金属氧化物与碳原料混合并发生加热反应而形成碳化物时，将金属与碳的摩尔比率设定为形成金属碳化物且消耗氧成分形成一氧化碳气体的化学计量比以上。通过该设定，能够适当地生成金属碳化物。
[0034]以下，参照附图对本发明的多孔碳材料的制造方法的实施方式进行详细说明。另夕卜，在附图的说明中，对相同的要素标注相同的标号，并省略重复的说明。
[0035]图1及图2是表示一个实施方式的多孔碳材料的制造方法的主要步骤的图。如图1所示，多孔碳材料的制造方法具有第一步骤S1、第二步骤S2及第三步骤S3。根据多孔碳材料的制造方法，反复实施这些步骤S1、步骤S2及步骤S3来生产多孔碳材料。在以下的说明中，以由碳化硅制造多孔碳材料的方法为例进行说明。
[0036]在第一步骤SI中，使碳化娃这样的金属碳化物与第一气体反应。金属碳化物含有碳及金属元素作为构成元素。在第一步骤SI中，使碳化硅中的硅与第一气体中的氯反应。通过该反应，生成四氯化硅(SiCl4)及多孔碳材料(C)。该反应由下述化学式(I)表示。另夕卜，该反应中的自由能为AG = _430kJ。
[0037]SiC+2Cl2— SiCl 4+C...(I)
[0038]接着，对金属碳化物的处理装置10进行说明。金属碳化物的处理装置10用于实施第一步骤SI。图3概略性地示出金属碳化物的处理装置10的构成。
[0039]金属碳化物的处理装置10具备反应炉11、气体供给装置12和冷阱13。气体供给装置12与反应炉11的一端连接。冷阱13与反应炉11的另一端连接。
[0040]反应炉11具有炉心管11a、载置架Ilb和加热器11c。该炉心管Ila的内部压力保持于例如大气压。炉心管Ila以沿垂直方向延伸的方式设置，具备例如石英玻璃管。在炉心管Ila的上端(一端)设置有气体排出口 Ilf