JP4728142B2 - Method for producing carbon airgel powder - Google Patents

Method for producing carbon airgel powder Download PDF

Info

Publication number
JP4728142B2
JP4728142B2 JP2006046470A JP2006046470A JP4728142B2 JP 4728142 B2 JP4728142 B2 JP 4728142B2 JP 2006046470 A JP2006046470 A JP 2006046470A JP 2006046470 A JP2006046470 A JP 2006046470A JP 4728142 B2 JP4728142 B2 JP 4728142B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon airgel
pulverization
powder
airgel powder
diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006046470A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006265091A (en
Inventor
亨 上坊寺
景一郎 松嶋
晴雄 浦
裕典 蓑嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Equos Research Co Ltd
Hokkaido Research Organization
Original Assignee
Equos Research Co Ltd
Hokkaido Research Organization
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Equos Research Co Ltd, Hokkaido Research Organization filed Critical Equos Research Co Ltd
Priority to JP2006046470A priority Critical patent/JP4728142B2/en
Publication of JP2006265091A publication Critical patent/JP2006265091A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4728142B2 publication Critical patent/JP4728142B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

本発明は、カーボンエアロゲル粉末の製造方法に関する。この方法によって製造されたカーボンエアロゲル粉末は、キャパシタ等の電極材料、吸着材、カラム充填材及び燃料電池等の触媒担体に用いて好適である。   The present invention relates to a method for producing a carbon airgel powder. The carbon airgel powder produced by this method is suitable for use in electrode materials such as capacitors, adsorbents, column fillers, and catalyst carriers such as fuel cells.

従来、ジヒドロキシベンゼンとホルムアルデヒドとの重合物を出発物質として製造されるカーボンエアロゲル粉末が知られている(特許文献1)。   Conventionally, a carbon airgel powder produced using a polymer of dihydroxybenzene and formaldehyde as a starting material is known (Patent Document 1).

このカーボンエアロゲル粉末は図1に示す工程によって製造される。
(重合工程S91)
すなわち、まず重合工程S91として、レゾルシノールやカテコール等のジヒドロキシベンゼンとホルムアルデヒドとを炭酸ナトリウムの存在下で重合して有機湿潤ゲル化物を得る。
This carbon airgel powder is manufactured by the process shown in FIG.
(Polymerization step S91)
That is, as polymerization step S91, dihydroxybenzene such as resorcinol and catechol and formaldehyde are polymerized in the presence of sodium carbonate to obtain an organic wet gelled product.

(溶媒置換工程S92)
次に、溶媒置換工程S92として、ゲル化物をメタノールやアセトン等の水溶性有機溶媒で洗浄し、ゲル化物に含まれている水分を水溶性溶媒と溶媒置換する。
(Solvent replacement step S92)
Next, as a solvent replacement step S92, the gelled product is washed with a water-soluble organic solvent such as methanol or acetone, and the water contained in the gelled product is replaced with a water-soluble solvent.

(超臨界乾燥工程S93)
さらに、超臨界乾燥工程S93として、溶媒置換されたゲル化物をステンレス製の圧力容器に入れ、CO2を導入し、超臨界状態となるよう圧力と温度を調節し、その後ゆっくりとCO2を排出させることによって、CO2を気相条件へ移行させて超臨界乾燥を行う。こうして乾燥したゲル化物は、網目構造を形成している一次粒子の粒子径が0.1ミクロン以下の粒子からなり、嵩密度も100mg/mlと極めて小さくなっている。これは、超臨界乾燥では通常の乾燥と異なり、毛管力による収縮を伴わずに乾燥するため、重合工程S1におけるホルムアルデヒドによる架橋によって形成された細孔構造が、破壊されることなくそのままの状態で残るからと考えられる。
(Supercritical drying step S93)
Further, as the supercritical drying step S93, the solvent-substituted gelled product is put into a stainless steel pressure vessel, CO2 is introduced, the pressure and temperature are adjusted so as to be in a supercritical state, and then CO2 is slowly discharged. To shift the CO2 to the gas phase condition and perform supercritical drying. The gelled product thus dried is composed of primary particles forming a network structure having a particle size of 0.1 microns or less, and the bulk density is extremely small at 100 mg / ml. This is because in supercritical drying, unlike normal drying, drying does not involve shrinkage due to capillary force, so that the pore structure formed by crosslinking with formaldehyde in the polymerization step S1 remains intact without being destroyed. It is thought that it remains.

(熱分解工程S94)
そして、熱分解工程S94として、上記の乾燥されたゲル化物を窒素雰囲気下で高温にして炭化物の塊を得る。こうして得られた炭化物は、炭化する前の細孔構造が保たれている。
(Pyrolysis step S94)
Then, as the pyrolysis step S94, the dried gelled product is heated to a high temperature under a nitrogen atmosphere to obtain a carbide lump. The carbide thus obtained maintains the pore structure before carbonization.

(粉砕工程S95)
最後に、粉砕工程S95として上記炭化物の塊を粉砕機で粉砕し、カーボンエアロゲル粉末を得る。
(Crushing step S95)
Finally, in the pulverization step S95, the above-mentioned carbide mass is pulverized by a pulverizer to obtain a carbon airgel powder.

こうして得られた、カーボンエアロゲル粉末は、粒子径を極めて小さくすることができるため、高分子電解質型燃料電池における電極として使用した場合、電極の厚さを薄くすることができる。また、乾燥したゲル化物の熱分解によって得られた炭化物は細孔構造を有しているため、これを粉砕して得られたカーボンエアロゲルも優れたガス透過性を有することが期待される。このため、カーボンエアロゲルを高分子電解質型燃料電池の電極として用いることも提案されている(特許文献2)。   Since the carbon airgel powder thus obtained can have a very small particle size, when used as an electrode in a polymer electrolyte fuel cell, the thickness of the electrode can be reduced. Further, since the carbide obtained by pyrolysis of the dried gelled product has a pore structure, the carbon aerogel obtained by pulverizing the carbide is expected to have excellent gas permeability. For this reason, it has also been proposed to use carbon aerogel as an electrode of a polymer electrolyte fuel cell (Patent Document 2).

U.S.patent No.4873218 claim14、15U. S. patent No. 4873218 claim14, 15 特表平11−503267号公報Japanese National Patent Publication No. 11-503267

しかし、発明者らが上記特許文献1記載のカーボンエアロゲルについて、詳細な試験を行ったところ、図1における熱分解工程S94によって得られた炭化物は細孔構造を有しているものの、これを粉砕して得られたカーボンエアロゲルはその細孔構造がほとんど破壊されていることが判明した。   However, when the inventors conducted a detailed test on the carbon aerogel described in Patent Document 1, the carbide obtained in the pyrolysis step S94 in FIG. 1 has a pore structure, but this is pulverized. The carbon airgel obtained in this way was found to have almost destroyed its pore structure.

本発明は、上記従来の実情に鑑みなされたものであり、製造過程において一旦形成された細孔構造がほとんど破壊されることなく残っているカーボンエアロゲル粉末の製造方法を提供することを解決すべき課題としている。   The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and should solve the problem of providing a method for producing a carbon airgel powder in which the pore structure once formed in the production process remains with almost no destruction. It is an issue.

発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、重合工程で得られた有機湿潤ゲル化物を溶媒置換する前に水中で粉砕しておき、その後、溶媒置換工程、超臨界乾燥工程、及び熱分解工程を行うことにより、製造過程において一旦形成された細孔構造がそのまま保たれたカーボンエアロゲル粉末が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors have crushed the organic wet gelled product obtained in the polymerization step in water before solvent replacement, and then performed the solvent replacement step, supercritical drying. By performing the process and the pyrolysis process, it was found that a carbon airgel powder in which the pore structure once formed in the production process was maintained as it was was obtained, and the present invention was completed.

すなわち、本発明の第1の局面のカーボンエアロゲル粉末の製造方法は、有機湿潤ゲル化物を得る工程と、有機湿潤ゲル化物を粉砕してゲルスラリーとする粉砕工程と、該ゲルスラリーを水溶性有機溶媒と接触させて溶媒置換を行う溶媒置換工程と、溶媒置換された該ゲルスラリーを超臨界乾燥させてゲル乾燥粉末を得る超臨界乾燥工程と、該ゲル乾燥粉末を熱分解してカーボンエアロゲル粉末とする熱分解工程とを備えることを特徴とする。   That is, the method for producing the carbon airgel powder of the first aspect of the present invention includes a step of obtaining an organic wet gelled product, a pulverizing step of pulverizing the organic wet gelled product into a gel slurry, and the gel slurry as a water-soluble organic solvent. Solvent replacement step of performing solvent replacement by contact, a supercritical drying step of obtaining a gel dry powder by supercritical drying of the solvent-substituted gel slurry, and heat for thermally decomposing the gel dry powder into a carbon aerogel powder A decomposition step.

かかるカーボンエアロゲル粉末の製造方法では、有機湿潤ゲル化物を粉砕工程において粉砕してから溶媒置換される。このため、ゲル化物の細孔に水が含まれた状態で粉砕されることとなり、乾燥状態での粉砕に比べて、水のクッション効果によって細孔が保護され、破壊され難くなる。また、予め有機湿潤ゲル化物が粉砕されているので溶媒置換の時間も短くなる。このため、本発明の製造方法で得られたカーボンエアロゲル粉末は、ゲル化物の細孔構造を反映した細孔構造が保たれていることとなる。このため、高分子電解質型燃料電池における電極材料として好適に用いることができる。   In such a method for producing a carbon airgel powder, the organic wet gelled product is pulverized in the pulverizing step and then the solvent is replaced. For this reason, it will grind | pulverize in the state in which water was contained in the pore of the gelled material, and compared with the grinding | pulverization in a dry state, a pore is protected by the cushion effect of water, and it will become difficult to destroy. In addition, since the organic wet gelled product is pulverized in advance, the solvent replacement time is also shortened. For this reason, the carbon airgel powder obtained by the production method of the present invention maintains the pore structure reflecting the pore structure of the gelled product. For this reason, it can be suitably used as an electrode material in a polymer electrolyte fuel cell.

第2の局面の発明によれば、有機湿潤ゲル化物をポリヒドロキシベンゼンとホルムアルデヒドとを塩基触媒存在下で重合させて得られるものとした。
ここに、ポリヒドロキシベンゼンとは、ベンゼン環に2個以上の水酸基を有する化合物を意味する。このような化合物は、ホルムアルデヒドと容易に重合して網目状の構造をとり、細孔構造を形成することができる。
According to the invention of the second aspect, the organic wet gelled product is obtained by polymerizing polyhydroxybenzene and formaldehyde in the presence of a base catalyst.
Here, polyhydroxybenzene means a compound having two or more hydroxyl groups in the benzene ring. Such a compound can be easily polymerized with formaldehyde to form a network structure and form a pore structure.

第3の局面の発明によれば、ポリヒドロキシベンゼンとしてジヒドロキシベンゼン及び/又はジヒドロキシベンゼン誘導体を採用する。
ポリヒドロキシベンゼンの中でもジヒドロキシベンゼンやジヒドロキシベンゼン誘導体は、比較的安定な化合物であるため、取り扱いやすく好適である。
ジヒドロキシベンゼンとして特に好適なのはレゾルシノールである。よって、第4の局面の発明として、ジヒドロキシベンゼンとしてレゾルシノールを採用した。
According to the invention of the third aspect, dihydroxybenzene and / or a dihydroxybenzene derivative is employed as the polyhydroxybenzene.
Among polyhydroxybenzenes, dihydroxybenzene and dihydroxybenzene derivatives are relatively stable compounds, and are therefore easy to handle and suitable.
Particularly preferred as dihydroxybenzene is resorcinol. Therefore, as the invention of the fourth aspect, resorcinol was adopted as dihydroxybenzene.

第5の局面の発明によれば、溶媒置換工程において用いる水溶性有機溶媒は、メタノール、アセトン、酢酸アミルの1種又は2種以上の混合溶媒を採用した。
溶媒置換工程において用いる水溶性有機溶媒は、メタノール、アセトン、酢酸アミルの1種又は2種以上の混合溶媒であることが好ましい。こうであれば、ゲル化物に含まれている水を溶媒と容易に置換することができる。
According to the fifth aspect of the invention, the water-soluble organic solvent used in the solvent replacement step employs one or more mixed solvents of methanol, acetone, and amyl acetate.
The water-soluble organic solvent used in the solvent replacement step is preferably a mixed solvent of one or more of methanol, acetone and amyl acetate. In this case, water contained in the gelled product can be easily replaced with a solvent.

第6の局面の発明によれば、粉砕工程における有機湿潤ゲル化物の粉砕はメディアを用いて行うこととした。
本発明者らの試験結果によれば、メディアを用いて有機湿潤ゲル化物の粉砕を行えば、メディアの径や粉砕時間等の粉砕条件を適宜選択することによって、カーボンエアロゲルの粒子径を制御し、細孔構造を保持することができる。このため、用途に応じた、所望の特性のカーボンエアロゲルを得ることができる。
なお、メディアを用いて粉砕工程を行う前に、前もってメディアを用いない他の粉砕方法(例えば、ホモジナイザーやメディアを用いない回転式粉砕機による粉砕方法等)を行うことももちろん可能である。粉砕工程の最終段階でメディアを用いて粉砕工程を行えば、カーボンエアロゲルの粒子径を制御し、細孔構造を保持することはできるからである。
また、メディアの材料について特に限定はなく、安定化ジルコニア、アルミナ、メノウ、石英等を用いることができる。メディアの微粉末がカーボンエアロゲル粉末の中に不純物として入るおそれもあるため、カーボンエアロゲル粉末の用途に応じて、悪影響を与えることのないメディア材料を適宜選択することが好ましい。
According to the invention of the sixth aspect, the pulverization of the organic wet gelled product in the pulverization step is performed using a medium.
According to the test results of the present inventors, when the organic wet gelled material is pulverized using a medium, the particle diameter of the carbon aerogel is controlled by appropriately selecting the pulverization conditions such as the diameter of the medium and the pulverization time. , The pore structure can be retained. For this reason, the carbon airgel of the desired characteristic according to a use can be obtained.
Of course, other pulverization methods that do not use media in advance (for example, a pulverization method using a rotary pulverizer that does not use a homogenizer or media) can be performed before performing the pulverization step using media. This is because if the pulverization process is performed using media at the final stage of the pulverization process, the particle size of the carbon airgel can be controlled and the pore structure can be maintained.
Moreover, there is no limitation in particular about the material of media, Stabilized zirconia, an alumina, agate, quartz etc. can be used. Since the fine powder of media may enter the carbon airgel powder as an impurity, it is preferable to appropriately select a media material that does not have an adverse effect depending on the use of the carbon airgel powder.

第7の局面の発明によれば、メディアの径を5mm以下とした。
本発明者らの試験結果によれば、メディアの径を5mm以下とすれば、粒子径が小さいゲル粉末を得ることができ、その細孔構造も破壊されにくい。このため、最終的に得られるカーボンエアロゲル粉末の粒子径も小さく、かつ有機湿潤ゲル化物の細孔構造が保たれたものとすることができる。さらに好ましいのは、0.65mm以下の径のメディアである。
According to the seventh aspect of the invention, the diameter of the media is 5 mm or less.
According to the test results of the present inventors, when the diameter of the media is 5 mm or less, a gel powder having a small particle diameter can be obtained, and the pore structure is not easily destroyed. For this reason, the particle diameter of the carbon airgel powder finally obtained can be small, and the pore structure of the organic wet gelled product can be maintained. More preferable is a medium having a diameter of 0.65 mm or less.

第8の局面の発明によれば、粉砕工程は少なくともメディアの径及び粉砕時間を制御して行うこととした。
本発明者らの試験結果によれば、本発明で得られるカーボンエアロゲル粉末の粒子径及び細孔分布は、メディアの径及び粉砕時間と密接に関係することが見出されている。このため、メディアの径及び粉砕時間を制御して粉砕工程を行えば、用途に応じた、所望の特性のカーボンエアロゲルを再現性良く得ることができる。
According to the invention of the eighth aspect, the pulverization step is performed by controlling at least the diameter of the media and the pulverization time.
According to the test results of the present inventors, it has been found that the particle diameter and pore distribution of the carbon airgel powder obtained by the present invention are closely related to the diameter of the media and the grinding time. For this reason, if the grinding | pulverization process is performed by controlling the diameter and grinding | pulverization time of a medium, the carbon airgel of the desired characteristic according to a use can be obtained with sufficient reproducibility.

第9の局面の発明によれば、粉砕工程は最終的に得られるカーボンエアロゲル粉末の平均粒子径が1ミクロン未満とならないようにメディアの径及び粉砕時間を制御して行うこととした。
本発明者らの試験結果によれば、カーボンエアロゲル粉末の平均粒子径が1ミクロンを境として、細孔分布に大きな変化が現れる。すなわち、径が1ミクロンより小さなカーボンエアロゲル粉末を得ようとして粉砕時間を長くしたり、メディアの径を小さくしたりした場合、粒子径は小さくなったとしても、細孔構造が破壊されることにより細孔容積分率が若干低下する。このため、カーボンエアロゲル粉末の平均粒子径が1ミクロン未満とならないようにメディアの径及び粉砕時間を制御すれば、細孔分布が充分に保持されたカーボンエアロゲル粉末を得ることができる。
According to the ninth aspect of the invention, the pulverization step is performed by controlling the media diameter and the pulverization time so that the average particle diameter of the finally obtained carbon airgel powder does not become less than 1 micron.
According to the test results of the present inventors, a large change appears in the pore distribution when the average particle diameter of the carbon airgel powder is 1 micron as a boundary. In other words, when the pulverization time is lengthened to obtain a carbon airgel powder having a diameter smaller than 1 micron or the diameter of the media is reduced, the pore structure is destroyed even if the particle diameter is reduced. The pore volume fraction is slightly reduced. For this reason, if the diameter of the media and the pulverization time are controlled so that the average particle diameter of the carbon airgel powder does not become less than 1 micron, a carbon airgel powder having a sufficiently maintained pore distribution can be obtained.

以下、本発明を具体化した実施例1、2を比較例1、2と比較しつつ説明する。
(実施例1)
重合工程S1
実施例1では、図2に示すように、重合工程S1としてレゾルシノール4gとホルムアルデヒド37%水溶液5.5mlと炭酸ナトリウム99.5%粉末0.019gとを混合し、3時間撹拌を行った後、室温−24h、50°C−24h、90°C−72hエージングする事によりゲル化物を得た。
Hereinafter, Examples 1 and 2 embodying the present invention will be described in comparison with Comparative Examples 1 and 2.
(Example 1)
Polymerization step S1
In Example 1, as shown in FIG. 2, 4 g of resorcinol, 5.5 ml of formaldehyde 37% aqueous solution, and 0.019 g of sodium carbonate 99.5% powder were mixed in the polymerization step S1, and stirred for 3 hours. A gelled product was obtained by aging at room temperature -24h, 50 ° C-24h, 90 ° C-72h.

粉砕工程S2
上記のゲル化物をイオン交換水でデカンテーションした後、水の存在下、遊星回転ボールミルで2時間の粉砕を行いゲル粉末スラリーとした。
Grinding step S2
The gelled product was decanted with ion-exchanged water, and then pulverized for 2 hours with a planetary rotating ball mill in the presence of water to obtain a gel powder slurry.

溶媒置換工程S3
そして、溶媒置換工程S3として、上記ゲル粉末スラリーを吸引ろ過法によりアセトンで5回洗浄した後、スラリーをケーキ層型とした。
Solvent replacement step S3
And as solvent substitution process S3, after wash | cleaning the said gel powder slurry 5 times with acetone by the suction filtration method, the slurry was made into the cake layer type | mold.

超臨界乾燥工程S4
さらに、超臨界乾燥工程S4として、溶媒置換されたゲル粉末をステンレス製の圧力容器に入れ、CO2を導入し、超臨界状態となるよう圧力と温度を調節し、その後ゆっくりとCO2を排出させることによって、CO2を気相条件へ移行させて超臨界乾燥を行いゲル乾燥粉末を得た。
Supercritical drying process S4
Further, as the supercritical drying step S4, the solvent-substituted gel powder is put into a stainless steel pressure vessel, CO2 is introduced, the pressure and temperature are adjusted so as to be in a supercritical state, and then CO2 is slowly discharged. Thus, CO2 was transferred to gas phase conditions and supercritical drying was performed to obtain a gel dry powder.

熱分解工程S5
最後に、熱分解工程S5として、上記ゲル乾燥粉末を電気炉内に入れ、窒素雰囲気下、1000°Cにて4時間の加熱を行った後、冷却してカーボンエアロゲル粉末を得た。
得られたカーボンエアロゲル粉末の特性は次の通りである。
BET比表面積: 629m/g
細孔容積: 2.00cm/g
Thermal decomposition process S5
Finally, as the pyrolysis step S5, the gel dry powder was put in an electric furnace, heated in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for 4 hours, and then cooled to obtain a carbon airgel powder.
The characteristics of the obtained carbon airgel powder are as follows.
BET specific surface area: 629 m 2 / g
Pore volume: 2.00 cm 3 / g

(実施例2)
実施例2では、粉砕工程S2における粉砕時間を4時間とした。他の条件は実施例1と同じであり、説明を省略する。
得られたカーボンエアロゲル粉末の特性は次の通りである。
BET比表面積: 632m/g
細孔容積: 1.83cmcm/g
(Example 2)
In Example 2, the grinding time in the grinding step S2 was 4 hours. Other conditions are the same as those in the first embodiment, and the description is omitted.
The characteristics of the obtained carbon airgel powder are as follows.
BET specific surface area: 632 m 2 / g
Pore volume: 1.83 cmcm 3 / g

(比較例1)
比較例1では、実施例1における粉砕工程S2を行わず、熱分解工程S5を行った後、得られた塊状のカーボンエアロゲルを測定試料とした。他の条件は実施例1と同じであり、説明を省略する。得られたカーボンエアロゲル粉末の特性は次の通りである。
BET比表面積: 670m/g
細孔容積: 2.17cm/g
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, after performing the pyrolysis step S5 without performing the pulverization step S2 in Example 1, the obtained bulk carbon airgel was used as a measurement sample. Other conditions are the same as those in the first embodiment, and the description is omitted. The characteristics of the obtained carbon airgel powder are as follows.
BET specific surface area: 670 m 2 / g
Pore volume: 2.17 cm 3 / g

(比較例2)
比較例2では、比較例1で得られた塊状のカーボンエアロゲルを遊星回転ボールミルによって公転300rpm、自転300rpmで2時間粉砕を行い、得られた粉体を測定試料とした。得られたカーボンエアロゲル粉末の特性は次の通りである。
BET比表面積: 105m/g
細孔容積: 0.25cm/g
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the massive carbon aerogel obtained in Comparative Example 1 was pulverized for 2 hours at a revolution of 300 rpm and a rotation of 300 rpm by a planetary rotating ball mill, and the obtained powder was used as a measurement sample. The characteristics of the obtained carbon airgel powder are as follows.
BET specific surface area: 105 m 2 / g
Pore volume: 0.25 cm 3 / g

<評 価>
上記実施例1及び比較例1、2のカーボンエアロゲルについて、BET吸着法により細孔分布を測定した。その結果、図3に示すように、実施例1のカーボンエアロゲルは、まったく粉砕を行っていない比較例1と比較しても、細孔分布についてほとんど差はなく、細孔構造が壊れることなく保たれていることが分かった。
<Evaluation>
For the carbon aerogels of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the pore distribution was measured by the BET adsorption method. As a result, as shown in FIG. 3, the carbon aerogel of Example 1 has almost no difference in pore distribution compared with Comparative Example 1 in which no pulverization is performed, and the pore structure is not broken. I found out that I was leaning.

これに対し、比較例2では、図4に示すように、細孔が減少しており、細孔構造がほとんど破壊されていることが分かる。   On the other hand, in Comparative Example 2, as shown in FIG. 4, it can be seen that the pores are reduced and the pore structure is almost destroyed.

また、実施例1及び実施例2における、超臨界乾燥を行った直後のゲル乾燥粉末及び熱分解直後のカーボンエアロゲルの粒度分布を測定した。その結果、図5及び図6に示すように、粉砕工程S2における粉砕時間を制御することによって、カーボンエアロゲルの粒度分布を制御できることが分かった。また、ゲル粉末スラリーとカーボンエアロゲル粉末とは、ほとんど同じ粒度分布を示すことが分かった。   Moreover, the particle size distribution of the gel dry powder immediately after performing supercritical drying and the carbon aerogel immediately after pyrolysis in Example 1 and Example 2 was measured. As a result, as shown in FIGS. 5 and 6, it was found that the particle size distribution of the carbon airgel can be controlled by controlling the pulverization time in the pulverization step S2. It was also found that the gel powder slurry and the carbon airgel powder showed almost the same particle size distribution.

さらに、実施例1及び実施例2のカーボンエアロゲル粉末について、BET吸着法により細孔分布を測定した。その結果、図7に示すように、実施例1と実施例2とでは、細孔分布に差ができ、粉砕工程S2における粉砕時間を制御することによって、カーボンエアロゲルの細孔分布を制御できることがさらに確かめられた。   Further, the pore distribution of the carbon airgel powders of Example 1 and Example 2 was measured by the BET adsorption method. As a result, as shown in FIG. 7, there is a difference in the pore distribution between Example 1 and Example 2, and the pore distribution of the carbon airgel can be controlled by controlling the grinding time in the grinding step S2. Further confirmed.

(実施例3〜実施例14)
実施例3〜実施例14では、ゲル化物の粉砕条件と、得られたカーボンエアロゲル粉末の特性との関係を検討した。粉砕工程は図8に示すように3段階で行った。すなわち、まず第1粉砕工程として、実施例1における重合工程S1で得られたゲル化物をホモジナイザーによって粉砕する(回転数2000rpm、粉砕時間15分)。次に第2粉砕工程として、遊星回転ボールミルの容器内に第1粉砕工程で得られた粉砕物を入れ、さらに5mm径の安定化ジルコニア製のメディアを入れて粉砕を行う(公転255rpm、自転550rpm、粉砕時間2時間)。そして、さらに第3粉砕工程として、各種の径の安定化ジルコニア製メディアを用い、遊星回転ボールミルによる粉砕を行いゲル粉末スラリーを得た。第3粉砕工程における実施例3〜実施例14の粉砕条件を表1に示す。こうして第1〜第3粉砕工程を行った後、実施例1及び実施例2と同様の溶媒置換工程S2、超臨界乾燥工程S3及び熱分解工程S4を行い、カーボンエアロゲル粉末を得た。
(Example 3 to Example 14)
In Example 3 to Example 14, the relationship between the pulverization condition of the gelled product and the characteristics of the obtained carbon airgel powder was examined. The grinding process was performed in three stages as shown in FIG. That is, as a first pulverization step, the gelled product obtained in the polymerization step S1 in Example 1 is pulverized with a homogenizer (rotation speed 2000 rpm, pulverization time 15 minutes). Next, as a second pulverization step, the pulverized material obtained in the first pulverization step is placed in a container of a planetary rotating ball mill, and further, a 5 mm diameter stabilized zirconia-made medium is pulverized (revolution 255 rpm, rotation 550 rpm). , Grinding time 2 hours). Further, as a third pulverization step, crushed by a planetary rotating ball mill was performed using stabilized zirconia media having various diameters to obtain gel powder slurry. Table 1 shows the pulverization conditions of Examples 3 to 14 in the third pulverization step. Thus, after performing the 1st-3rd grinding | pulverization process, the solvent substitution process S2, the supercritical drying process S3, and the thermal decomposition process S4 similar to Example 1 and Example 2 were performed, and the carbon airgel powder was obtained.

Figure 0004728142
Figure 0004728142

(メディア径と任意粒子径の関係)
第3粉砕工程で得られた実施例3〜実施例14に係るゲル粉末スラリーについて、レーザー回折・散乱方式による粒度分布測定を行った。結果を図9に示す。この図から、第3粉砕工程で用いたメディアの径を小さくすると、任意%粒子径が小さくなることが分かった。また、第3粉砕工程の粉砕時間を長くすると、任意%粒子径が小さくなることが分かった。以上の結果から、粉砕時間及びメディアの径を制御することにより、目的に応じた所望の粒子径のカーボンエアロゲル粉末を得られることが分かった。
(Relationship between media diameter and arbitrary particle diameter)
About the gel powder slurry which concerns on Example 3-Example 14 obtained at the 3rd grinding | pulverization process, the particle size distribution measurement by a laser diffraction and a scattering system was performed. The results are shown in FIG. From this figure, it was found that when the diameter of the media used in the third pulverization step was reduced, the arbitrary% particle size was reduced. Further, it was found that the arbitrary% particle size is reduced when the pulverization time of the third pulverization step is increased. From the above results, it was found that a carbon airgel powder having a desired particle size according to the purpose can be obtained by controlling the pulverization time and the media diameter.

(メディア径と全細孔容積及びBET比表面積との関係)
実施例3〜実施例14で得られたカーボンエアロゲル粉末について、窒素吸着法によって全細孔容積及びBET比表面積を測定した(図10)。その結果、第3粉砕工程の違いによる差異はあまり生じなかった。
(Relationship between media diameter, total pore volume and BET specific surface area)
About the carbon airgel powder obtained in Examples 3 to 14, the total pore volume and the BET specific surface area were measured by a nitrogen adsorption method (FIG. 10). As a result, there was little difference due to the difference in the third pulverization process.

(ゲル粉末スラリーの平均粒子径と細孔容積分率との関係)
実施例3〜実施例14で得られたゲル粉末スラリーについて、その平均粒子径と10〜30nmの細孔容積分率(窒素吸着等温線の脱着側から求めたメソ細孔容積に対する10〜30nmの細孔容積の割合)をプロットした。その結果、図11及び図12に示すように、ゲル粉末スラリーの平均粒子径が1ミクロン未満で細孔容積分率が急激に低下することが分かった。このことから、ゲル粉末スラリーの粒子径が1ミクロン未満とならないように粉砕条件を適宜制御すれば、細孔構造にダメージを与え難くなることが分かる。また、図11から、第3粉砕工程における粉砕時間に応じて細孔容積分率が減少することが分かる。さらに、図12から、メディアの径が5mm以下であれば、粉砕時間を調整することによって細孔容積を保持することができることが分かる。また、メディアの径が0.65mm以下であれば、さらに細孔容積を保持しやすいことが分かる。
(Relationship between average particle size and pore volume fraction of gel powder slurry)
About the gel powder slurry obtained in Example 3 to Example 14, the average particle diameter and the pore volume fraction of 10 to 30 nm (10 to 30 nm with respect to the mesopore volume determined from the desorption side of the nitrogen adsorption isotherm) The ratio of pore volume) was plotted. As a result, as shown in FIG. 11 and FIG. 12, it was found that the pore volume fraction rapidly decreases when the average particle size of the gel powder slurry is less than 1 micron. This shows that it is difficult to damage the pore structure if the pulverization conditions are appropriately controlled so that the particle size of the gel powder slurry does not become less than 1 micron. Further, it can be seen from FIG. 11 that the pore volume fraction decreases according to the pulverization time in the third pulverization step. Further, FIG. 12 shows that the pore volume can be maintained by adjusting the pulverization time if the diameter of the medium is 5 mm or less. It can also be seen that if the media diameter is 0.65 mm or less, it is easier to maintain the pore volume.

(ゲル粉末スラリーの平均粒子径とカーボンエアロゲル粉末の細孔容積分率との関係)
実施例3〜実施例14における第3粉砕工程で用いたメディアの径と、得られたカーボンエアロゲル粉末の細孔容積分率をプロットした結果を図13に示す。この図から、メディアの径が5mm以下では細孔容積分率がそれほど変化せず、細孔構造が保持されやすいことが分かる。また、メディアの径が0.3mm及び0.65mmの場合には、特によく細孔容積分率が保持されることが分かる。
(Relationship between average particle size of gel powder slurry and pore volume fraction of carbon airgel powder)
FIG. 13 shows the result of plotting the diameter of the media used in the third pulverization step in Examples 3 to 14 and the pore volume fraction of the obtained carbon airgel powder. From this figure, it can be seen that when the media diameter is 5 mm or less, the pore volume fraction does not change so much and the pore structure is easily maintained. It can also be seen that the pore volume fraction is particularly well maintained when the media diameter is 0.3 mm and 0.65 mm.

上記の結果を総合すれば、カーボンエアロゲル粉末の粒子径及び細孔分布は、メディアの径及び粉砕時間と密接に関係していることが分かる。そして、メディアの径及び粉砕時間を制御して粉砕工程を行えば、用途に応じた、所望の特性のカーボンエアロゲル粉末を再現性良く得ることができることが分かる。   From the above results, it can be seen that the particle size and pore distribution of the carbon airgel powder are closely related to the media diameter and the grinding time. It can be seen that if the pulverization process is performed while controlling the diameter of the media and the pulverization time, a carbon airgel powder having desired characteristics according to the application can be obtained with good reproducibility.

この発明は上記発明の実施の態様及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。   The present invention is not limited to the description of the embodiments and examples of the invention described above. Various modifications are also included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the scope of the claims.

従来のカーボンエアロゲル粉末の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the conventional carbon airgel powder. 実施例のカーボンエアロゲル粉末の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the carbon airgel powder of an Example. 実施例1及び比較例1の細孔分布を示すグラフである。2 is a graph showing the pore distribution of Example 1 and Comparative Example 1. 比較例1及び比較例2の細孔分布を示すグラフである。6 is a graph showing the pore distribution of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. 実施例1及び実施例2における、粉砕工程S2を行った後のゲル粉末スラリーの粒度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the particle size distribution of the gel powder slurry after performing grinding | pulverization process S2 in Example 1 and Example 2. FIG. 実施例1及び実施例2における、超臨界乾燥を行った後、熱分解したカーボンエアロゲル粉末の粒度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the particle size distribution of the carbon airgel powder thermally decomposed after performing supercritical drying in Example 1 and Example 2. 実施例1及び実施例2のカーボンエアロゲル粉末の細孔分布を示すグラフである。It is a graph which shows the pore distribution of the carbon airgel powder of Example 1 and Example 2. 実施例3〜14における粉砕工程の工程図である。It is process drawing of the grinding | pulverization process in Examples 3-14. 実施例3〜14におけるメディア径とゲル粉末スラリーの任意%粒子径との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the media diameter in Examples 3-14, and the arbitrary% particle diameter of a gel powder slurry. 実施例3〜14におけるメディア径とカーボンエアロゲル粉末の全細孔容積及びBET比表面積との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the media diameter in Examples 3-14, the total pore volume of a carbon airgel powder, and a BET specific surface area. 実施例3〜14における各粉砕時間におけるゲル粉末スラリーの平均粒子径とカーボンエアロゲル粉末の細孔容積分率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the average particle diameter of the gel powder slurry in each grinding | pulverization time in Examples 3-14, and the pore volume fraction of carbon airgel powder. 実施例3〜14における各メディア径におけるゲル粉末スラリーの平均粒子径とカーボンエアロゲル粉末の細孔容積分率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the average particle diameter of the gel powder slurry in each media diameter in Examples 3-14, and the pore volume fraction of carbon airgel powder. 実施例3〜14における各粉砕時間におけるメディア径とカーボンエアロゲル粉末の細孔容積分率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the media diameter in each grinding | pulverization time in Examples 3-14, and the pore volume fraction of carbon airgel powder.

符号の説明Explanation of symbols

S1…重合工程
S2…粉砕工程
S3…溶媒置換工程
S4…超臨界乾燥工程
S5…熱分解工程
S1 ... polymerization step S2 ... grinding step S3 ... solvent replacement step S4 ... supercritical drying step S5 ... pyrolysis step

Claims (9)

有機湿潤ゲル化物を得る工程と、
該有機湿潤ゲル化物を粉砕してゲル粉末とする粉砕工程と、
該ゲル粉末を水溶性有機溶媒と接触させて溶媒置換を行う溶媒置換工程と、
溶媒置換された該ゲル粉末を超臨界乾燥してゲル乾燥粉末を得る超臨界乾燥工程と、
該ゲル乾燥粉末を熱分解してカーボンエアロゲル粉末とする熱分解工程とを備えることを特徴とするカーボンエアロゲル粉末の製造方法。
Obtaining an organic wet gelled product;
A pulverizing step of pulverizing the organic wet gelled product to form a gel powder;
A solvent replacement step of contacting the gel powder with a water-soluble organic solvent to perform solvent replacement;
A supercritical drying step of obtaining a gel dry powder by supercritical drying the solvent-substituted gel powder;
And a pyrolysis step of pyrolyzing the gel dry powder to obtain a carbon airgel powder.
前記有機湿潤ゲル化物はポリヒドロキシベンゼンとホルムアルデヒドとを塩基触媒存在下で重合させて得られる、ことを特徴とするカーボンエアロゲル粉末の請求項1に記載の製造方法。   The method for producing a carbon airgel powder according to claim 1, wherein the organic wet gelled product is obtained by polymerizing polyhydroxybenzene and formaldehyde in the presence of a base catalyst. ポリヒドロキシベンゼンはジヒドロキシベンゼン及び/又はジヒドロキシベンゼン誘導体であることを特徴とする請求項2記載のカーボンエアロゲル粉末の製造方法。   The method for producing a carbon airgel powder according to claim 2, wherein the polyhydroxybenzene is dihydroxybenzene and / or a dihydroxybenzene derivative. ジヒドロキシベンゼンはレゾルシノールであることを特徴とする請求項3記載のカーボンエアロゲル粉末の製造方法。   The method for producing a carbon airgel powder according to claim 3, wherein the dihydroxybenzene is resorcinol. 溶媒置換工程において用いる水溶性有機溶媒は、メタノール、アセトン、酢酸アミルの1種又は2種以上の混合溶媒であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のカーボンエアロゲル粉末の製造方法。   5. The carbon airgel powder according to claim 1, wherein the water-soluble organic solvent used in the solvent replacement step is one or a mixed solvent of methanol, acetone, and amyl acetate. Production method. 粉砕工程における有機湿潤ゲル化物の粉砕はメディアを用いて行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のカーボンエアロゲル粉末の製造方法。   The method for producing a carbon airgel powder according to any one of claims 1 to 5, wherein the pulverization of the organic wet gelled product in the pulverization step is performed using a medium. メディアの径は5mm以下であることを特徴とする請求項6記載のカーボンエアロゲル粉末の製造方法。   The method for producing a carbon airgel powder according to claim 6, wherein the diameter of the medium is 5 mm or less. 粉砕工程は少なくともメディアの径及び粉砕時間を制御して行うことによりカーボンエアロゲルの細孔を保持することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項記載のカーボンエアロゲル粉末の製造方法。   The method for producing a carbon airgel powder according to any one of claims 1 to 7, wherein the pulverization step is performed by controlling at least the diameter of the media and the pulverization time to retain the pores of the carbon airgel. 粉砕工程は最終的に得られるカーボンエアロゲル粉末の平均粒子径が1ミクロン未満とならないようにメディアの径及び粉砕時間を制御して行うことを特徴とする請求項8記載のカーボンエアロゲル粉末の製造方法。   9. The method for producing a carbon airgel powder according to claim 8, wherein the pulverization step is performed by controlling the diameter of the media and the pulverization time so that the average particle diameter of the finally obtained carbon airgel powder does not become less than 1 micron. .
JP2006046470A 2005-02-25 2006-02-23 Method for producing carbon airgel powder Expired - Fee Related JP4728142B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006046470A JP4728142B2 (en) 2005-02-25 2006-02-23 Method for producing carbon airgel powder

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005051889 2005-02-25
JP2005051889 2005-02-25
JP2006046470A JP4728142B2 (en) 2005-02-25 2006-02-23 Method for producing carbon airgel powder

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006265091A JP2006265091A (en) 2006-10-05
JP4728142B2 true JP4728142B2 (en) 2011-07-20

Family

ID=37201434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006046470A Expired - Fee Related JP4728142B2 (en) 2005-02-25 2006-02-23 Method for producing carbon airgel powder

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4728142B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8505214B2 (en) 2006-04-14 2013-08-13 Ka Shek Neville Lee Article of footwear
WO2022168987A1 (en) 2021-02-08 2022-08-11 積水化学工業株式会社 Material, method for manufacturing material, and functional material

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6758809B2 (en) * 2015-09-29 2020-09-23 日東電工株式会社 A method for producing a porous gel-containing liquid, a method for producing a porous gel-containing liquid, a method for producing a high void layer, a method for producing a high porosity porous body, and a method for producing a laminated film roll.
JP2017132968A (en) * 2016-01-29 2017-08-03 日東電工株式会社 Method for producing gel ground product-containing liquid
KR20210151862A (en) 2019-04-04 2021-12-14 나믹스 가부시끼가이샤 Porous carbon and resin composition
WO2024024610A1 (en) * 2022-07-27 2024-02-01 株式会社クラレ Porous carbon and production method thereof

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09202610A (en) * 1996-01-24 1997-08-05 Mitsubishi Chem Corp Activated carbon and its production
JPH09328308A (en) * 1996-04-10 1997-12-22 Mitsubishi Chem Corp Activated carbon, its production and capacitor using the same
JP3920284B2 (en) * 1998-03-06 2007-05-30 松下電器産業株式会社 Recycling method of cured phenolic resin
JP2004292227A (en) * 2003-03-26 2004-10-21 Mitsubishi Electric Corp Method for producing carbon nanotube, cold cathode type picture display device using the same, and production method therefor
EP1626414B1 (en) * 2003-05-16 2015-08-12 Kabushiki Kaisha Equos Research Mixed conductor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8505214B2 (en) 2006-04-14 2013-08-13 Ka Shek Neville Lee Article of footwear
WO2022168987A1 (en) 2021-02-08 2022-08-11 積水化学工業株式会社 Material, method for manufacturing material, and functional material

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006265091A (en) 2006-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4728142B2 (en) Method for producing carbon airgel powder
JPWO2006118186A1 (en) Fuel cell electrode and membrane electrode assembly
Amaral-Labat et al. Tannin-based xerogels with distinctive porous structures
US20060133981A1 (en) Imprinted mesoporous carbons and a method of manufacture thereof
WO2011002536A2 (en) Manufacturing methods for the production of carbon materials
JP2002511899A (en) Low-density open-cell organic foam, low-density open-cell carbon foam and methods for preparing them
JP2011526634A (en) Microporous and mesoporous carbon xerogels and their precursors having unique mesopore particle sizes, methods for producing said carbon xerogels and their precursors, and uses of said carbon xerogels and their precursors
Wood et al. Transmission electron microscopy, electron diffraction and hardness studies of high-pressure and high-temperature treated C60
JP4971747B2 (en) Organic open cell foam
CN108369870A (en) For the porous carbon materials of electrical double layer capacitor electrodes, its manufacturing method and electrical double layer capacitor electrodes
JP2007019257A (en) Low-temperature burned carbon for material of electrode
Gong et al. Densely packed and highly ordered carbon flower particles for high volumetric performance
Sun et al. Combining robocasting and alkali-induced starch gelatinization technique for fabricating hierarchical porous SiC structures
Zhang et al. Low-temperature organic solvent-based synthesis of amorphous porous carbon nanoparticles with high specific surface area at ambient atmosphere
JP2008277094A (en) Diffusion layer for fuel cell and method of manufacturing the same, membrane electrode assembly, and fuel cell
JP2006306639A (en) Carbon aerogel, and method for producing the same
KR20190046968A (en) Composition and uses thereof
JP2009173523A (en) Mesoporous carbon (mc-mcm-48) and method for producing the same
CN105537605B (en) A kind of Al/Fe2O3The preparation method of thermite
JP2005154158A (en) Porous granular basic magnesium carbonate and its producing method
JP2007223857A (en) Method for producing porous structure and porous structure
JP2007131461A (en) Method of manufacture activated carbon
JP2560235B2 (en) Novel method for producing fine particle natural polymer
CN111569857B (en) Nanocomposite for hydrogen production with improved lifetime performance and method for producing same
Jayaseelan et al. Thermo-mechanical stability of porous alumina: effect of sintering parameters

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080929

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090513

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090513

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090709

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20100601

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110315

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110405

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110414

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4728142

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140422

Year of fee payment: 3

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees