[發(fā)明專利]多孔碳材料的制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380018461.5
• 申請日: 2013-03-27
• 公開（公告）號: CN104203816A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設計）人: 石川真二;真島正利
• 申請（專利權）人: 住友電氣工業(yè)株式會社
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 滿鳳;金龍河

技術領域

本發(fā)明涉及多孔碳材料的制造方法。

背景技術

在專利文獻1中記載了制造多孔活性炭的方法。另外，在專利文獻2中記載了制造多孔且比表面積大的石墨材料的方法。在專利文獻1和2中公開了通過使碳化硅(SiC)與氯氣(Cl₂)反應而生成多孔碳的方法。

在非專利文獻1中記載了通過對金屬碳化物實施氯化處理而能夠生成具有納米尺寸的微孔的碳材料的方法。作為金屬碳化物，可列舉：SiC、TiC、B₄C和Al₄C₃等。另外，公開了：碳材料的孔隙率、細孔徑分布根據(jù)金屬碳化物的種類而不同。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：美國專利第3066099號說明書

專利文獻2：日本特開平2-184511號公報

非專利文獻

非專利文獻1：Volker?Presser，Min?Heon和Yury?Gogotsi、‘Carbide-Derived?Carbons-From?Porous?Networks?to?Nanotubes?and?Graphene’、ADVANCED?FUNCTIONAL?MATERIALS、第810-833頁(2011)

發(fā)明內容

發(fā)明所要解決的問題

如上述的現(xiàn)有技術文獻所記載的那樣，作為生成多孔碳材料的方法，有使SiC、TiC等金屬碳化物與氯氣反應的方法。該反應時，也同時生成金屬氯化物(SiCl₄、TiCl₄等)，但現(xiàn)有的方法中，主要采用使金屬氯化物蒸發(fā)而無害化的方法。但是，在工業(yè)上制造多孔碳材料時消耗大量的氯氣，因此，這樣的方法存在環(huán)境負荷增大并且生產(chǎn)成本也增高的問題。

本發(fā)明鑒于這樣的問題而完成，其目的在于提供能夠降低環(huán)境負荷并且抑制生產(chǎn)成本的多孔碳材料的制造方法。

用于解決問題的方法

為了解決上述的問題，本發(fā)明的一個側面的多孔碳材料的制造方法具備：多孔碳生成步驟，使作為第一金屬與碳的化合物的金屬碳化物與氯氣相互接觸并進行加熱處理而生成多孔碳材料；第一金屬還原步驟，使在多孔碳生成步驟中與多孔碳材料一起生成的第一金屬氯化物與第二金屬反應而取出第一金屬；和金屬碳化物生成步驟，使在第一金屬還原步驟中取出的第一金屬與碳相互反應而生成金屬碳化物，在第一金屬還原步驟之后還具備：第二金屬還原步驟，使在第一金屬還原步驟中與第一金屬一起生成的第二金屬氯化物還原而取出第二金屬和氯氣，將多孔碳生成步驟、第一金屬還原步驟、金屬碳化物生成步驟和第二金屬還原步驟反復進行，并且，將通過金屬碳化物生成步驟取出的金屬碳化物用于多孔碳生成步驟，將通過第二金屬還原步驟取出的氯氣用于多孔碳生成步驟，將通過第二金屬還原步驟取出的第二金屬用于第一金屬還原步驟。

上述的多孔碳材料的制造方法中，在多孔碳生成步驟中，金屬碳化物(SiC、TiC等)與氯氣(Cl₂)反應而生成多孔碳。此時，同時生成第一金屬氯化物(SiCl₄、TiCl₄等)。該第一金屬氯化物通過第一金屬還原步驟而還原，從而取出第一金屬(Si、Ti等)。這樣取出的第一金屬在金屬碳化物生成步驟中被碳化而生成金屬碳化物(SiC、TiC等)。該金屬碳化物在上述的多孔碳生成步驟中再次使用。

另外，在第一金屬還原步驟中也生成第二金屬氯化物(ZnCl₂、MgCl₂等)，但該第二金屬氯化物在第二金屬還原步驟中被還原，分離為第二金屬(Zn、Mg等)和氯氣(Cl₂)。這樣得到的第二金屬在上述的第一金屬還原步驟中再次使用。另外，氯氣在上述的多孔碳生成步驟中再次使用。

可見，在上述的多孔碳材料的制造方法中，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，根據(jù)該制造方法，能夠降低環(huán)境負荷并抑制生產(chǎn)成本。另外，通過本方法制造的多孔碳材料能夠作為例如電池、雙電層電容器等的電極、催化劑負載體、活性炭等加以廣泛利用。另外，金屬碳化物生成步驟和第二金屬還原步驟的順序沒有限定。即，可以先進行金屬碳化物生成步驟，也可以先進行第二金屬還原步驟或者同時進行這些步驟。