JP6236322B2 - Carbide and method for producing the same - Google Patents

Carbide and method for producing the same Download PDF

Info

Publication number
JP6236322B2
JP6236322B2 JP2014008479A JP2014008479A JP6236322B2 JP 6236322 B2 JP6236322 B2 JP 6236322B2 JP 2014008479 A JP2014008479 A JP 2014008479A JP 2014008479 A JP2014008479 A JP 2014008479A JP 6236322 B2 JP6236322 B2 JP 6236322B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
citric acid
carbide
thermoplastic resin
condensate
resin
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.)
Active
Application number
JP2014008479A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015137191A (en
Inventor
岩崎 秀治
秀治 岩崎
山中 雅義
雅義 山中
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.)
Kuraray Co Ltd
Original Assignee
Kuraray Co Ltd
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 Kuraray Co Ltd filed Critical Kuraray Co Ltd
Priority to JP2014008479A priority Critical patent/JP6236322B2/en
Publication of JP2015137191A publication Critical patent/JP2015137191A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6236322B2 publication Critical patent/JP6236322B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、炭化物及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a carbide and a method for producing the same.

炭化物は、乾燥剤、脱臭剤等の吸着剤用途だけではなく、電池、電気二重層キャパシタ等の蓄電デバイスの電極材としても使用されている。炭化物中の不純物を低減するという観点から、合成樹脂を炭化物の原料とすることが検討されている。合成樹脂としては、一般にフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が使用されている。しかし、熱硬化性樹脂は価格が高く形状の自由度も低いため、これらの点で熱硬化性樹脂より優れている熱可塑性樹脂を原料として用いることも検討されている。   Carbides are used not only for adsorbents such as desiccants and deodorizers but also as electrode materials for power storage devices such as batteries and electric double layer capacitors. From the viewpoint of reducing impurities in carbides, it has been studied to use synthetic resins as raw materials for carbides. As the synthetic resin, a thermosetting resin such as a phenol resin is generally used. However, since thermosetting resins are expensive and have a low degree of freedom in shape, the use of thermoplastic resins, which are superior to thermosetting resins in these respects, as raw materials has also been studied.

熱可塑性樹脂を原料とする場合には特に、炭化物の収率を向上させることが技術的な課題となる。このため、熱可塑性樹脂の炭化に際し、熱可塑性樹脂を予め処理したり、熱可塑性樹脂に添加剤を配合したりすることが提案されている。例えばポリビニルアルコール系樹脂の熱処理による炭化に際しては、硫酸等の不融化剤の添加によって炭化物の収率を向上させる技術が知られている。また、ハロゲン処理によって炭化物の収率を向上させることも提案されている。例えば特許文献1では、ポリビニルアルコール系樹脂に、アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩である金属塩を添加し、ハロゲン処理し、さらに熱処理して炭化物を製造する方法が開示されている。特許文献1によると、上記金属塩の添加は、ハロゲン処理に要する時間の短縮に効果がある。   In particular, when a thermoplastic resin is used as a raw material, it is a technical problem to improve the yield of carbide. For this reason, when carbonizing a thermoplastic resin, it has been proposed to treat the thermoplastic resin in advance or add an additive to the thermoplastic resin. For example, in the case of carbonization by heat treatment of a polyvinyl alcohol-based resin, a technique for improving the yield of carbide by adding an infusibilizing agent such as sulfuric acid is known. It has also been proposed to improve the yield of carbides by halogen treatment. For example, Patent Document 1 discloses a method for producing a carbide by adding a metal salt that is an alkali metal salt or an alkaline earth metal salt to a polyvinyl alcohol resin, subjecting it to a halogen treatment, and further performing a heat treatment. According to Patent Document 1, the addition of the metal salt is effective in shortening the time required for the halogen treatment.

特開2009−249238号公報JP 2009-249238 A

しかし、上述した従来の方法によると、熱可塑性樹脂からの炭化物の収率は向上するものの、硫黄、ハロゲン等の非炭素成分が炭化物に残存することになる。従来の方法により残存する非炭素成分は、炭化物が用いられる最終製品の特性に影響を与える可能性がある。特に蓄電デバイスの電極材に代表される電子部品では、電気的腐食が発生したり、上記非炭素成分が関与する炭化物の分解反応が進行したりする可能性がある。   However, according to the conventional method described above, although the yield of carbide from the thermoplastic resin is improved, non-carbon components such as sulfur and halogen remain in the carbide. Non-carbon components remaining by conventional methods can affect the properties of the final product in which the carbide is used. In particular, in an electronic component typified by an electrode material of an electricity storage device, there is a possibility that electric corrosion occurs or a decomposition reaction of carbides involving the non-carbon component proceeds.

したがって、本発明は、熱可塑性樹脂からの炭化物の収率を向上させることができる新たな製造方法、特に、それ自体が炭化物の原料となり得る有機化合物を用いて、熱可塑性樹脂からの炭化物の収率を向上させることができる製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a new production method capable of improving the yield of carbide from a thermoplastic resin, in particular, the collection of carbide from a thermoplastic resin using an organic compound that can itself be a raw material for carbide. It aims at providing the manufacturing method which can improve a rate.

本発明は、
クエン酸又はクエン酸誘導体の縮合物と熱可塑性樹脂とを含む混合物を非酸化雰囲気中で加熱して前記混合物を炭化する工程(iv)を具備する、炭化物の製造方法、
を提供する。
なお、上記工程を「工程(iv)」と表記しているのは、後述する説明の便宜のためであって、この工程の前に3段階の前処理工程を要する等という意味ではない。
The present invention
A method for producing a carbide comprising a step (iv) of heating a mixture containing a condensate of citric acid or a citric acid derivative and a thermoplastic resin in a non-oxidizing atmosphere to carbonize the mixture,
I will provide a.
Note that the above process is described as “process (iv)” for the convenience of explanation to be described later, and does not mean that a three-stage pretreatment process is required before this process.

別の側面から、本発明は、本発明の製造方法によって得られた炭化物を提供する。   From another aspect, the present invention provides a carbide obtained by the production method of the present invention.

本発明によれば、有機化合物であるクエン酸又はクエン酸誘導体の縮合物を用いて、熱可塑性樹脂からの炭化物の収率を向上させることができる。   According to this invention, the yield of the carbide | carbonized_material from a thermoplastic resin can be improved using the condensate of the citric acid which is an organic compound, or a citric acid derivative.

実施例3で得られた炭化物のX線回折スペクトルX-ray diffraction spectrum of the carbide obtained in Example 3

以下は本発明の実施形態を例示する説明であって、本発明を以下の実施形態に制限する趣旨ではない。例えば、以下では、工程(i)〜(iv)を具備する製造方法を説明するが、本発明の別の実施形態は工程(iv)のみを具備し、また別の実施形態は工程(ii)〜(iv)のみを具備する。   The following is an explanation of an embodiment of the present invention, and is not intended to limit the present invention to the following embodiment. For example, in the following, a manufacturing method including steps (i) to (iv) will be described. However, another embodiment of the present invention includes only step (iv), and another embodiment includes step (ii). Only (iv).

本実施形態の製造方法は、
(i)クエン酸又はクエン酸誘導体を加熱してクエン酸又はクエン酸誘導体の縮合物(以下、クエン酸縮合物)を得る工程と、
(ii)クエン酸縮合物と熱可塑性樹脂とを含む溶液を調製する工程と、
(iii)工程(ii)から得ることができる溶液を加熱して固形物を得る工程と、
(iv)工程(iii)から得ることができる固形物を非酸化雰囲気中で加熱して炭化する工程と、
を具備する。
The manufacturing method of this embodiment is
(I) heating citric acid or a citric acid derivative to obtain a condensate of citric acid or a citric acid derivative (hereinafter referred to as citric acid condensate);
(Ii) preparing a solution containing a citric acid condensate and a thermoplastic resin;
(Iii) heating the solution obtainable from step (ii) to obtain a solid,
(Iv) a step of heating and carbonizing the solid obtained from step (iii) in a non-oxidizing atmosphere;
It comprises.

上記のように、工程(iv)において加熱されるクエン酸縮合物と熱可塑性樹脂とを含む混合物は、固形物であることが好ましい。   As described above, the mixture containing the citric acid condensate and the thermoplastic resin heated in the step (iv) is preferably a solid.

まず、工程(i)について説明する。工程(i)は、クエン酸又はクエン酸誘導体を加熱してクエン酸縮合物を得る工程である。   First, step (i) will be described. Step (i) is a step of heating citric acid or a citric acid derivative to obtain a citric acid condensate.

クエン酸又はクエン酸誘導体としては、例えばクエン酸(水和物及び無水和物を含む)、クエン酸エステルを例示できる。これらの化合物は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの化合物の中ではクエン酸が好ましい。ただし、クエン酸誘導体は、硫黄原子及びハロゲン原子を含まないことが好ましく、硫黄原子、ハロゲン原子、アルカリ金属原子及びアルカリ土類金属原子を含まないことがより好ましい。   Examples of citric acid or citric acid derivatives include citric acid (including hydrates and anhydrides) and citric acid esters. These compounds may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for them. Of these compounds, citric acid is preferred. However, the citric acid derivative preferably does not contain a sulfur atom and a halogen atom, and more preferably does not contain a sulfur atom, a halogen atom, an alkali metal atom, and an alkaline earth metal atom.

クエン酸縮合物を得るためのクエン酸又はクエン酸誘導体の加熱は、特に限定されないが、例えば、クエン酸水溶液にマイクロ波を照射して実施することができる。クエン酸縮合物を得るための加熱方法の別の例は、Yongqiang Dong et al., “Blue luminescent graphene quantum dots and graphene oxide prepared by tuning the carbonization degree of citric acid”, Carbon, American Carbon Society, October 2012, vol50, issue12, pp4738-4743に開示されている。   Although heating of the citric acid or a citric acid derivative in order to obtain a citric acid condensate is not specifically limited, For example, it can implement by irradiating a citric acid aqueous solution with a microwave. Another example of a heating method to obtain a citric acid condensate is Yongqiang Dong et al., “Blue luminescent graphene quantum dots and graphene oxide prepared by tuning the carbonization degree of citric acid”, Carbon, American Carbon Society, October 2012. , vol50, issue12, pp4738-4743.

クエン酸縮合物は、グラフェン状の構造を有することが知られている。この構造は、クエン酸又はクエン酸誘導体の縮合により形成される。クエン酸縮合物に代えてクエン酸を配合しても、あるいはクエン酸縮合物に代えてシュウ酸又は酒石酸を配合しても、熱可塑性樹脂からの炭化物の収率は有意に向上しなかった。これらの実験結果から、本発明者は、クエン酸縮合物のグラフェン状の構造が熱可塑性樹脂の加熱による分解を抑制し、炭化物の収率の向上をもたらしていると考えている。なお、グラフェン状の構造は、積層してグラファイト構造を形成する場合があるが、本発明においては、グラファイト構造が存在すると周囲の非晶部分との構造差が大きく、電気的な刺激等で構造剥離を起こすため、炭素材料としての電気的耐久性が低くなる可能性がある。従って、グラファイト構造は含まない方が好ましい。グラファイト構造の有無は、X線回折法を用いて得られるスペクトル(X線回折スペクトル)で確認が可能である。詳細には、前記X線回折スペクトルが、回折角(2θ)=24〜26°の範囲にピークを有しているか否かでグラファイト構造の有無が確認できる。   Citric acid condensate is known to have a graphene-like structure. This structure is formed by condensation of citric acid or a citric acid derivative. Even if citric acid was blended instead of the citric acid condensate or oxalic acid or tartaric acid was blended instead of the citric acid condensate, the yield of carbide from the thermoplastic resin was not significantly improved. From these experimental results, the present inventor believes that the graphene-like structure of the citric acid condensate suppresses the decomposition of the thermoplastic resin due to heating and improves the yield of the carbide. The graphene-like structure may be laminated to form a graphite structure. However, in the present invention, if a graphite structure exists, the structure difference from the surrounding amorphous part is large, and the structure is caused by electrical stimulation or the like. Since peeling occurs, the electrical durability as a carbon material may be lowered. Therefore, it is preferable not to include a graphite structure. The presence or absence of the graphite structure can be confirmed by a spectrum (X-ray diffraction spectrum) obtained using an X-ray diffraction method. Specifically, the presence or absence of a graphite structure can be confirmed by checking whether or not the X-ray diffraction spectrum has a peak in the range of diffraction angle (2θ) = 24 to 26 °.

クエン酸縮合物は、グラフェン状の構造とともに、クエン酸由来の官能基を有している。熱可塑性樹脂の種類によっては、この官能基がクエン酸縮合物と熱可塑性樹脂との結合を強化し、クエン酸縮合物の配合による炭化物の収率の効果をさらに高めていると考えられる。   The citric acid condensate has a functional group derived from citric acid as well as a graphene-like structure. Depending on the type of the thermoplastic resin, it is considered that this functional group strengthens the bond between the citric acid condensate and the thermoplastic resin, and further enhances the effect of the yield of the carbide by blending the citric acid condensate.

クエン酸縮合物は、これ自体が炭化物の原料になる。また、クエン酸縮合物の添加は、熱可塑性樹脂からの炭化物の収率を向上させつつ、硫黄原子及びハロゲン原子を実質的に含有しない炭化物の製造、さらには、硫黄原子、ハロゲン原子、アルカリ金属原子及びアルカリ土類金属原子を実質的に含有しない炭化物を製造することを可能とする。本明細書において、実質的に含有しないとは、含有率が1重量%未満、好ましくは0.1重量%未満であることを意味する。   The citric acid condensate itself becomes a raw material for carbide. In addition, the addition of the citric acid condensate improves the yield of carbide from the thermoplastic resin while producing carbide substantially free of sulfur atoms and halogen atoms, and further, sulfur atoms, halogen atoms, alkali metals It makes it possible to produce carbides substantially free of atoms and alkaline earth metal atoms. In the present specification, “not containing substantially” means that the content is less than 1% by weight, preferably less than 0.1% by weight.

次に、工程(ii)について説明する。工程(ii)は、クエン酸縮合物と熱可塑性樹脂とを含む溶液を調製する工程である。   Next, process (ii) is demonstrated. Step (ii) is a step of preparing a solution containing a citric acid condensate and a thermoplastic resin.

熱可塑性樹脂は、炭化物を形成できればその種類に特段の制限はないが、炭化物中の硫黄原子、ハロゲン原子、アルカリ金属原子及びアルカリ土類金属原子の含有率を抑制するために、これらの原子を実質的に含有しない熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。熱可塑性樹脂は、硫黄原子及びハロゲン原子を実質的に含まないものであってもよい。熱可塑性樹脂の具体例としては、ナイロン−6、ナイロン−66等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド等のポリエーテル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体等のポリスチレン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂が挙げられる。   The thermoplastic resin is not particularly limited in its type as long as it can form carbides, but in order to suppress the content of sulfur atoms, halogen atoms, alkali metal atoms and alkaline earth metal atoms in the carbides, these atoms are added. It is preferable to use a thermoplastic resin that does not substantially contain. The thermoplastic resin may be substantially free of sulfur atoms and halogen atoms. Specific examples of the thermoplastic resin include polyamide resins such as nylon-6 and nylon-66, polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyether resins such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, polyacetal resins, Polyacrylic resins, polystyrene, polystyrene resins such as styrene-acrylonitrile copolymers, styrene-butadiene-acrylonitrile copolymers, and polyvinyl alcohol resins.

熱可塑性樹脂は、窒素原子及び/又は酸素原子を含む官能基を有することが好ましい。このような官能基の具体例としては、カルボン酸基、エステル基、エーテル基、水酸基、アミノ基、アミド基が挙げられる。樹脂の具体例としては、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂が挙げられる。このような熱可塑性樹脂を用いると、熱可塑性樹脂の有する官能基と、クエン酸縮合物の有するクエン酸由来の官能基との相互作用、例えば水素結合により、熱可塑性樹脂の分解をさらに抑制することが可能となる。   The thermoplastic resin preferably has a functional group containing a nitrogen atom and / or an oxygen atom. Specific examples of such a functional group include a carboxylic acid group, an ester group, an ether group, a hydroxyl group, an amino group, and an amide group. Specific examples of the resin include polyamide resin, polyester resin, polyether resin, polyacetal resin, polyacrylic resin, and polyvinyl alcohol resin. When such a thermoplastic resin is used, the decomposition of the thermoplastic resin is further suppressed by the interaction between the functional group of the thermoplastic resin and the functional group derived from citric acid of the citric acid condensate, for example, hydrogen bonding. It becomes possible.

炭化物の収率、炭化物中の不純物の低減等の観点から、熱可塑性樹脂はポリビニルアルコール系樹脂、ポリビニルアルコール樹脂類縁体等のポリビニルアルコール系樹脂であることが好ましい。ポリビニルアルコール樹脂類縁体としては、エチレン変性ポリビニルアルコール樹脂が挙げられる。   The thermoplastic resin is preferably a polyvinyl alcohol resin such as a polyvinyl alcohol resin or a polyvinyl alcohol resin analog from the viewpoint of the yield of carbide and reduction of impurities in the carbide. Examples of the polyvinyl alcohol resin analog include ethylene-modified polyvinyl alcohol resin.

熱可塑性樹脂の形状は、特には限定されない。例えば、塊形状の熱可塑性樹脂を用いてもよく、特定の粒度を有する粉砕形状の熱可塑性樹脂を用いてもよく、ペレット形状又はラシヒリング形状に造粒した熱可塑性樹脂を用いてもよく、紡糸させた繊維状の熱可塑性樹脂を用いてもよい。   The shape of the thermoplastic resin is not particularly limited. For example, a block-shaped thermoplastic resin may be used, a pulverized thermoplastic resin having a specific particle size may be used, a thermoplastic resin granulated in a pellet shape or Raschig ring shape may be used, and spinning You may use the made fibrous thermoplastic resin.

クエン酸縮合物と熱可塑性樹脂とを含む溶液は、クエン酸縮合物及び熱可塑性樹脂の少なくとも一方を溶媒に溶解させた状態で混合して得ることができる。クエン酸縮合物と熱可塑性樹脂とを均一に混合するためには、クエン酸縮合物と熱可塑性樹脂とを含む溶液を調製することが好ましいが、工程(ii)によらず、例えば溶融した熱可塑性樹脂にクエン酸縮合物を加えて混合する溶融混合等の公知の方法を用いてもよい。溶媒に溶解させる場合に用いることのできる溶媒は、特に限定されないが、例えば、水、メタノール、エタノール等のアルコール類、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等の環状エーテル類が挙げられる。   The solution containing the citric acid condensate and the thermoplastic resin can be obtained by mixing at least one of the citric acid condensate and the thermoplastic resin in a solvent. In order to uniformly mix the citric acid condensate and the thermoplastic resin, it is preferable to prepare a solution containing the citric acid condensate and the thermoplastic resin. A known method such as melt mixing in which a citric acid condensate is added to and mixed with a plastic resin may be used. Although the solvent which can be used when making it melt | dissolve in a solvent is not specifically limited, For example, alcohol, such as water, methanol, ethanol, cyclic ethers, such as tetrahydrofuran and 1, 4- dioxane, are mentioned.

クエン酸縮合物と熱可塑性樹脂との混合割合は、熱可塑性樹脂100質量部に対するクエン酸縮合物の質量部により表示して、例えば0.01〜10000質量部であり、好ましくは0.1〜2000質量部であり、より好ましくは0.5〜1000質量部であり、さらに好ましくは1〜500質量部である。クエン酸縮合物の含有量が低すぎると、炭化物の収率が低くなる。クエン酸縮合物の含有量が高すぎると、炭化物の物性に対するクエン酸縮合物の物性の影響が大きくなる。   The mixing ratio of the citric acid condensate and the thermoplastic resin is, for example, 0.01 to 10000 parts by mass, preferably 0.1 to 10000 parts by mass, expressed by the mass part of the citric acid condensate with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin. It is 2000 mass parts, More preferably, it is 0.5-1000 mass parts, More preferably, it is 1-500 mass parts. If the content of the citric acid condensate is too low, the yield of carbide will be low. When content of a citric acid condensate is too high, the influence of the physical property of a citric acid condensate with respect to the physical property of a carbide | carbonized_material will become large.

次に、工程(iii)について説明する。工程(iii)は、クエン酸縮合物と熱可塑性樹脂とを含む溶液を加熱して固形物を得る工程である。工程(iii)を実施すると、クエン酸縮合物と熱可塑性樹脂とが相互作用しやすくなると考えられる。   Next, process (iii) is demonstrated. Step (iii) is a step of obtaining a solid by heating a solution containing a citric acid condensate and a thermoplastic resin. When step (iii) is carried out, it is considered that the citric acid condensate and the thermoplastic resin are likely to interact with each other.

工程(iii)は、常圧下で実施してもよいが、減圧雰囲気中で実施することが好ましい。減圧雰囲気は、例えば1Pa〜40kPa、好ましくは10Pa〜30kPaである。   Step (iii) may be carried out under normal pressure, but is preferably carried out in a reduced pressure atmosphere. The reduced pressure atmosphere is, for example, 1 Pa to 40 kPa, preferably 10 Pa to 30 kPa.

また、工程(iii)は、工程(iv)において適用する非酸化雰囲気とは異なる雰囲気中で実施してもよい。工程(iii)は大気等の酸化雰囲気中で実施しても構わない。   Further, step (iii) may be performed in an atmosphere different from the non-oxidizing atmosphere applied in step (iv). Step (iii) may be performed in an oxidizing atmosphere such as air.

工程(iii)は、クエン酸縮合物及び熱可塑性樹脂の熱分解温度より低い温度、例えば50〜200℃、で実施するとよい。この温度は、用いる熱可塑性樹脂の物性によって変えてもよい。工程(iii)を実施する時間は、特に限定されないが、例えば1〜200分間である。   Step (iii) may be carried out at a temperature lower than the thermal decomposition temperature of the citric acid condensate and the thermoplastic resin, for example, 50 to 200 ° C. This temperature may be changed depending on the physical properties of the thermoplastic resin used. Although the time which implements process (iii) is not specifically limited, For example, it is 1 to 200 minutes.

次に、工程(iv)について説明する。工程(iv)は、クエン酸縮合物と熱可塑性樹脂とを含む固形物を非酸化雰囲気中で加熱して炭化する工程である。   Next, step (iv) will be described. Step (iv) is a step of heating and carbonizing a solid containing the citric acid condensate and the thermoplastic resin in a non-oxidizing atmosphere.

クエン酸縮合物と熱可塑性樹脂とを含む固形物の加熱は、非酸化雰囲気中で実施する。非酸化雰囲気は、固形物が酸化されない雰囲気であればよいが、具体的には、酸素濃度0.1体積%以下の雰囲気が好ましい。非酸化雰囲気は、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等の雰囲気であってもよく、窒素ガス雰囲気が好ましい。   Heating of the solid containing the citric acid condensate and the thermoplastic resin is performed in a non-oxidizing atmosphere. The non-oxidizing atmosphere may be an atmosphere in which the solid matter is not oxidized. Specifically, an atmosphere having an oxygen concentration of 0.1% by volume or less is preferable. The non-oxidizing atmosphere may be, for example, an atmosphere such as nitrogen, helium, or argon, and a nitrogen gas atmosphere is preferable.

工程(iv)において加熱温度は、例えば300〜800℃、好ましくは400〜600℃である。加熱温度が低すぎると、炭化反応が充分に進行しないことがある。加熱温度が高すぎると、炭化物の縮合が進みすぎることがある。工程(iv)における加熱温度は、熱可塑性樹脂の熱分解温度、収縮温度に応じて定めるとよい。   In the step (iv), the heating temperature is, for example, 300 to 800 ° C, preferably 400 to 600 ° C. If the heating temperature is too low, the carbonization reaction may not proceed sufficiently. If the heating temperature is too high, the condensation of the carbide may proceed too much. The heating temperature in step (iv) may be determined according to the thermal decomposition temperature and shrinkage temperature of the thermoplastic resin.

加熱温度への昇温速度は、特に限定されず、例えば0.1〜50℃/分、特に1〜20℃/分の速度とするとよい。昇温速度が遅すぎると、エネルギーの利用効率が悪く、製造コストが上昇する。昇温速度が速すぎると、樹脂の分解反応が進行し、炭化物の収率が低下することがある。炭化後の冷却速度は、特に限定されず、例えば窒素ガス等を用いて急冷してもよく、自然冷却してもよい。   The rate of temperature increase to the heating temperature is not particularly limited, and may be, for example, 0.1 to 50 ° C./min, particularly 1 to 20 ° C./min. If the rate of temperature increase is too slow, the energy utilization efficiency is poor and the manufacturing cost increases. If the rate of temperature increase is too fast, the decomposition reaction of the resin proceeds, and the yield of carbides may decrease. The cooling rate after carbonization is not particularly limited, and may be rapidly cooled using, for example, nitrogen gas or may be naturally cooled.

上記の加熱温度で固形物を加熱する時間は、特に限定されないが、例えば1〜500分、特に30〜300分とするとよい。また、加熱を実施する設備は、管状炉、箱型炉等で形状を選ばす、バッチ式、連続式のいずれの方式であってもよい。   Although the time which heats a solid substance with said heating temperature is not specifically limited, For example, it is good to set it as 1 to 500 minutes, especially 30 to 300 minutes. The equipment for carrying out the heating may be either a batch type or a continuous type in which the shape is selected with a tubular furnace, a box furnace or the like.

(X線回折スペクトル)
MINIFLEX300(株式会社リガク製)を用いて、走査範囲2θ=5〜50°で測定した。得られたスペクトルの24〜26°(2θ)の範囲にピークが生じない場合には、炭化物中にグラファイト構造が含まれていないことが推認できる。
(X-ray diffraction spectrum)
Using MINIFLEX300 (manufactured by Rigaku Corporation), measurement was performed at a scanning range 2θ = 5 to 50 °. When no peak occurs in the range of 24 to 26 ° (2θ) of the obtained spectrum, it can be inferred that the graphite does not contain a graphite structure.

(製造例1)
200mlビーカーに、固体のクエン酸・1水和物21.0g(0.1mol)を投入し、水50mlを加えてクエン酸溶液を得た。得られたクエン酸溶液全量を800Wのマイクロ波照射装置に入れ、20分間マイクロ波を照射し、褐色オイル状のクエン酸縮合物7.0gを得た。
(Production Example 1)
In a 200 ml beaker, 21.0 g (0.1 mol) of solid citric acid monohydrate was added, and 50 ml of water was added to obtain a citric acid solution. The total amount of the obtained citric acid solution was put into an 800 W microwave irradiation apparatus and irradiated with microwaves for 20 minutes to obtain 7.0 g of a brown oily citric acid condensate.

(製造例2)
クエン酸・1水和物の代わりにシュウ酸を20.0g用いた以外は、製造例1と同様に実施し、シュウ酸縮合物を得た。
(Production Example 2)
An oxalic acid condensate was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that 20.0 g of oxalic acid was used in place of citric acid monohydrate.

(製造例3)
クエン酸・1水和物の代わりに酒石酸を20.0g用いた以外は、製造例1と同様に実施し、酒石酸縮合物を得た。
(Production Example 3)
The tartaric acid condensate was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that 20.0 g of tartaric acid was used instead of citric acid monohydrate.

(実施例1)
熱可塑性樹脂としてポリビニルアルコール(株式会社クラレ製、「PVA−217」)10gをイオン交換水200gに溶解させた。この溶液に上記の製造例1で得られたクエン酸縮合物1.0gを添加し、クエン酸縮合物と熱可塑性樹脂とを含む溶液を得た。その後、この溶液を、1Torr(0.133kPa)の減圧下で60℃に加熱し、水を除去した。14.3gの含水混合物を得た。その後、この含水混合物を真空乾燥機(80℃、1Torr)中で12時間加熱した。引き続き、得られた固形物12.1gを坩堝に入れ、加熱による炭化処理を行った。炭化処理は、窒素雰囲気中で、10℃/分で昇温し、500℃で2時間保温し、その後自然放冷することにより実施した。炭化物の回収量は2.840gであった。
Example 1
As a thermoplastic resin, 10 g of polyvinyl alcohol (manufactured by Kuraray Co., Ltd., “PVA-217”) was dissolved in 200 g of ion-exchanged water. To this solution, 1.0 g of the citric acid condensate obtained in Production Example 1 was added to obtain a solution containing the citric acid condensate and a thermoplastic resin. Thereafter, this solution was heated to 60 ° C. under a reduced pressure of 1 Torr (0.133 kPa) to remove water. 14.3 g of a water-containing mixture was obtained. Thereafter, the water-containing mixture was heated in a vacuum dryer (80 ° C., 1 Torr) for 12 hours. Subsequently, 12.1 g of the obtained solid was put in a crucible and subjected to carbonization treatment by heating. The carbonization treatment was performed by raising the temperature at 10 ° C./min in a nitrogen atmosphere, keeping the temperature at 500 ° C. for 2 hours, and then naturally cooling. The recovered amount of carbide was 2.840 g.

(実施例2)
クエン酸縮合物の量を2.0gとした以外は実施例1と同様に実施した。炭化物の回収量は3.447gであった。
(Example 2)
The same operation as in Example 1 was carried out except that the amount of the citric acid condensate was 2.0 g. The recovered amount of carbide was 3.447 g.

(実施例3)
クエン酸縮合物の量を5.0gとした以外は実施例1と同様に実施した。炭化物の回収量は4.642gであった。
(Example 3)
The same operation as in Example 1 was carried out except that the amount of the citric acid condensate was changed to 5.0 g. The recovered amount of carbide was 4.642 g.

(比較例1)
クエン酸縮合物を添加せず、ポリビニルアルコールのみを用いた以外は実施例1と同様に実施した。炭化物の回収量は2.328gであった。ポリビニルアルコールからの炭化物の収率は23.28%であった。
(Comparative Example 1)
The same procedure as in Example 1 was performed except that only the polyvinyl alcohol was used without adding the citric acid condensate. The recovered amount of carbide was 2.328 g. The yield of carbide from polyvinyl alcohol was 23.28%.

(比較例2)
クエン酸縮合物の代わりに、クエン酸・1水和物を1.0g添加した以外は、実施例1と同様に実施した。炭化物の回収量は2.339gであった。
(Comparative Example 2)
It implemented like Example 1 except having added 1.0g of citric acid and monohydrate instead of the citric acid condensate. The recovered amount of carbide was 2.339 g.

(比較例3)
クエン酸縮合物の代わりに、製造例2で得られたシュウ酸縮合物を1.0g添加した以外は、実施例1と同様に実施した。炭化物の回収量は2.318gであった。
(Comparative Example 3)
It implemented like Example 1 except having added 1.0g of oxalic acid condensates obtained by manufacture example 2 instead of the citric acid condensate. The recovered amount of carbide was 2.318 g.

(比較例4)
クエン酸縮合物の代わりに、製造例3で得られた酒石酸縮合物を1.0g添加した以外は、実施例1と同様に実施した。炭化物の回収量は2.122gであった。
(Comparative Example 4)
It implemented like Example 1 except having added 1.0g of tartaric acid condensates obtained by manufacture example 3 instead of the citric acid condensate. The recovered amount of carbide was 2.122 g.

(参照例1)
ポリビニルアルコールを加えずに、クエン酸縮合物10gのみを用いた以外は、実施例1と同様に実施した。炭化物の回収量は1.422gであった。クエン酸縮合物からの炭化物の収率は14.22%であった。
(Reference Example 1)
The same procedure as in Example 1 was carried out except that only 10 g of citric acid condensate was used without adding polyvinyl alcohol. The recovered amount of carbide was 1.422 g. The yield of carbide from the citric acid condensate was 14.22%.

実施例、比較例及び参照例で得られた結果を表1に示す。表1において、炭化物の収率[%]は、加えたポリビニルアルコールとクエン酸縮合物等の化合物の合計量に対する炭化物の回収量の割合である。また、炭化物の増加率[倍]は以下の式に基づいて求めた。
炭化物の増加率[倍]=得られた炭化物の重量[g]/想定値[g]
上記式における「想定値」は、ポリビニルアルコール及びクエン酸縮合物がそれぞれ単独で炭化した場合の収率(比較例1、参照例1)から計算した、各実施例又は比較例で得られると想定される炭化物の量であり、以下の式に基づいて計算した。
想定値[g]=23.28[%]/100×10[g]+14.22[%]/100×A[g]
23.28[%]はポリビニルアルコールのみを用いた炭化物の収率(比較例1)、14.22[%]はクエン酸縮合物のみを用いた炭化物の収率(参照例1)である。10[g]は各実施例又は比較例で用いたポリビニルアルコールの重量、A[g]はクエン酸縮合物の重量である。
The results obtained in Examples, Comparative Examples and Reference Examples are shown in Table 1. In Table 1, the yield [%] of carbide is the ratio of the recovered amount of carbide to the total amount of compounds such as added polyvinyl alcohol and citric acid condensate. Further, the rate of increase [times] of the carbide was determined based on the following formula.
Increase rate of carbide [times] = weight of obtained carbide [g] / assumed value [g]
The “assumed value” in the above formula is assumed to be obtained in each Example or Comparative Example calculated from the yield (Comparative Example 1, Reference Example 1) when each of the polyvinyl alcohol and citric acid condensate is carbonized alone. The amount of carbide to be calculated and calculated based on the following formula.
Assumed value [g] = 23.28 [%] / 100 × 10 [g] +14.22 [%] / 100 × A [g]
23.28 [%] is the yield of carbide using only polyvinyl alcohol (Comparative Example 1), and 14.22 [%] is the yield of carbide using only citric acid condensate (Reference Example 1). 10 [g] is the weight of the polyvinyl alcohol used in each Example or Comparative Example, and A [g] is the weight of the citric acid condensate.

Figure 0006236322
Figure 0006236322

Claims (9)

クエン酸又はクエン酸誘導体を加熱して縮合物を得る工程(i)と、
前記縮合物と熱可塑性樹脂とを含む溶液を調製する工程(ii)と、
前記溶液を加熱して、前記縮合物と前記熱可塑性樹脂とを含む固形物を得る工程(iii)と、
前記固形物を非酸化雰囲気中で加熱して前記固形物を炭化する工程(iv)と、を具備する、炭化物の製造方法。
Step (i) of heating citric acid or a citric acid derivative to obtain a condensate;
Preparing a solution comprising the condensate and a thermoplastic resin (ii);
Heating the solution to obtain a solid containing the condensate and the thermoplastic resin (iii);
Wherein the solid non-oxidized by heating in an atmosphere to carbonize the solid step (iv), comprises a method for producing a carbide.
クエン酸又はクエン酸誘導体の縮合物とポリビニルアルコール系樹脂とを含む混合物を非酸化雰囲気中で加熱して前記混合物を炭化する工程(iv)を具備する、炭化物の製造方法。A method for producing a carbide comprising the step (iv) of heating a mixture containing a condensate of citric acid or a citric acid derivative and a polyvinyl alcohol resin in a non-oxidizing atmosphere to carbonize the mixture. 前記混合物が固形物である、請求項に記載の炭化物の製造方法。 The manufacturing method of the carbide | carbonized_material of Claim 2 whose said mixture is a solid substance. 前記縮合物と前記ポリビニルアルコール系樹脂とを含む溶液を加熱して前記固形物を得る工程(iii)をさらに具備する、請求項に記載の炭化物の製造方法。 The manufacturing method of the carbide | carbonized_material of Claim 3 which further comprises the process (iii) which heats the solution containing the said condensate and the said polyvinyl alcohol-type resin, and obtains the said solid substance. 前記工程(iii)を減圧雰囲気中で実施する、請求項1又は4に記載の炭化物の製造方法。 The manufacturing method of the carbide | carbonized_material of Claim 1 or 4 which implements the said process (iii) in a pressure-reduced atmosphere. 前記工程(iii)を、前記非酸化雰囲気とは異なる雰囲気中で実施する、請求項1、4又はに記載の炭化物の製造方法。 The method for producing carbide according to claim 1, 4 or 5 , wherein the step (iii) is performed in an atmosphere different from the non-oxidizing atmosphere. クエン酸又はクエン酸誘導体を加熱して前記縮合物を得る工程(i)と、
前記縮合物と前記ポリビニルアルコール系樹脂とを含む前記溶液を調製する工程(ii)とをさらに具備する、請求項に記載の炭化物の製造方法。
A step (i) of heating citric acid or a citric acid derivative to obtain the condensate;
The method for producing carbide according to claim 4 , further comprising a step (ii) of preparing the solution containing the condensate and the polyvinyl alcohol-based resin .
前記熱可塑性樹脂が、窒素原子及び/又は酸素原子を含む官能基を有する、請求項1に記載の炭化物の製造方法。 The method for producing carbide according to claim 1, wherein the thermoplastic resin has a functional group containing a nitrogen atom and / or an oxygen atom. 前記熱可塑性樹脂がポリビニルアルコール系樹脂である、請求項1に記載の炭化物の製造方法。 Wherein the thermoplastic resin is a polyvinyl alcohol resin, method for producing a carbide of claim 1.
JP2014008479A 2014-01-21 2014-01-21 Carbide and method for producing the same Active JP6236322B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014008479A JP6236322B2 (en) 2014-01-21 2014-01-21 Carbide and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014008479A JP6236322B2 (en) 2014-01-21 2014-01-21 Carbide and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015137191A JP2015137191A (en) 2015-07-30
JP6236322B2 true JP6236322B2 (en) 2017-11-22

Family

ID=53768451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014008479A Active JP6236322B2 (en) 2014-01-21 2014-01-21 Carbide and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6236322B2 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3359220B2 (en) * 1996-03-05 2002-12-24 キヤノン株式会社 Lithium secondary battery
US7718155B2 (en) * 2005-10-06 2010-05-18 Headwaters Technology Innovation, Llc Carbon nanostructures manufactured from catalytic templating nanoparticles
KR20080098054A (en) * 2006-02-09 2008-11-06 헤드워터스 테크놀로지 이노베이션 엘엘씨 Polymeric materials incorporating carbon nanostructures and methods for making same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015137191A (en) 2015-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA3055280C (en) Method for producing activated carbon
Xu et al. Preparation and characterization of activated carbon from reedy grass leaves by chemical activation with H3PO4
JP5400892B2 (en) Method for producing porous activated carbon
KR101916979B1 (en) Porous carbon and method for producing same
KR101408045B1 (en) Mesoporous carbon, manufacturing method thereof, and fuel cell using the same
JP2012507470A5 (en)
KR101550846B1 (en) Single step multi-atom doping method of carbon materials and use thereof
TW201135772A (en) Nitrogen-containing porous carbon material, process for producing the same, and electric double layer capacitor using the nitrogen-containing porous carbon material
JP2010513193A5 (en)
JP5271851B2 (en) Method for producing activated carbon and electric double layer capacitor using activated carbon obtained by the method
JP2012508155A (en) Very porous activated carbon with controlled oxygen content
KR20130015719A (en) A complex comprising a mesoporous silicon oxide and a graphene, and method for preparing the same
US20150110707A1 (en) Process for making chemically activated carbon
KR101631180B1 (en) Manufacturing method of active carbon derived from rice husks for hydrogen storage using chemical activation
CN103991860A (en) Nitrogen-doped graphene and preparation method thereof
CN107720724B (en) Nano porous carbon material with high specific surface area and preparation method thereof
CN106521715A (en) Preparing method of microporous carbon fiber with high specific surface area
KR101419340B1 (en) Preparation method of Graphite oxide and graphene nanosheet
JP2023024708A (en) Method for producing activated carbon
CN110615424A (en) Nitrogen-phosphorus doped porous carbon material and preparation method and application thereof
JP6236322B2 (en) Carbide and method for producing the same
Fan et al. Effect of components upon the surface area of woodceramics
KR101956993B1 (en) High performance mesoporous activated carbon and method for preparing the same
CN112479207A (en) Method for recycling activated carbon, double-electric-layer capacitor comprising activated carbon recycled by method and preparation method of double-electric-layer capacitor
KR102002227B1 (en) Method of producing ceramics in low temperature using titanium gel and ceramics produced by the same method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160823

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170428

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170502

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170608

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: 20171024

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171030

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6236322

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150