[发明专利]多孔碳材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及多孔碳材料的制造方法。

背景技术

在专利文献1中记载了制造多孔活性炭的方法。另外，在专利文献2中记载了制造多孔且比表面积大的石墨材料的方法。在专利文献1和2中公开了通过使碳化硅(SiC)与氯气(Cl₂)反应而生成多孔碳的方法。

在非专利文献1中记载了通过对金属碳化物实施氯化处理而能够生成具有纳米尺寸的微孔的碳材料的方法。作为金属碳化物，可列举：SiC、TiC、B₄C和Al₄C₃等。另外，公开了：碳材料的孔隙率、细孔径分布根据金属碳化物的种类而不同。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第3066099号说明书

专利文献2：日本特开平2-184511号公报

非专利文献

非专利文献1：Volker Presser，Min Heon和Yury Gogotsi、‘Carbide-Derived Carbons-From Porous Networks to Nanotubes and Graphene’、ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS、第810-833页(2011)

发明内容

发明所要解决的问题

如上述的现有技术文献所记载的那样，作为生成多孔碳材料的方法，有使SiC、TiC等金属碳化物与氯气反应的方法。该反应时，也同时生成金属氯化物(SiCl₄、TiCl₄等)，但现有的方法中，主要采用使金属氯化物蒸发而无害化的方法。但是，在工业上制造多孔碳材料时消耗大量的氯气，因此，这样的方法存在环境负荷增大并且生产成本也增高的问题。

本发明鉴于这样的问题而完成，其目的在于提供能够降低环境负荷并且抑制生产成本的多孔碳材料的制造方法。

用于解决问题的方法

为了解决上述的问题，本发明的一个侧面的多孔碳材料的制造方法具备：多孔碳生成步骤，使作为第一金属与碳的化合物的金属碳化物与氯气相互接触并进行加热处理而生成多孔碳材料；第一金属还原步骤，使在多孔碳生成步骤中与多孔碳材料一起生成的第一金属氯化物与第二金属反应而取出第一金属；和金属碳化物生成步骤，使在第一金属还原步骤中取出的第一金属与碳相互反应而生成金属碳化物，在第一金属还原步骤之后还具备：第二金属还原步骤，使在第一金属还原步骤中与第一金属一起生成的第二金属氯化物还原而取出第二金属和氯气，将多孔碳生成步骤、第一金属还原步骤、金属碳化物生成步骤和第二金属还原步骤反复进行，并且，将通过金属碳化物生成步骤取出的金属碳化物用于多孔碳生成步骤，将通过第二金属还原步骤取出的氯气用于多孔碳生成步骤，将通过第二金属还原步骤取出的第二金属用于第一金属还原步骤。

上述的多孔碳材料的制造方法中，在多孔碳生成步骤中，金属碳化物(SiC、TiC等)与氯气(Cl₂)反应而生成多孔碳。此时，同时生成第一金属氯化物(SiCl₄、TiCl₄等)。该第一金属氯化物通过第一金属还原步骤而还原，从而取出第一金属(Si、Ti等)。这样取出的第一金属在金属碳化物生成步骤中被碳化而生成金属碳化物(SiC、TiC等)。该金属碳化物在上述的多孔碳生成步骤中再次使用。

另外，在第一金属还原步骤中也生成第二金属氯化物(ZnCl₂、MgCl₂等)，但该第二金属氯化物在第二金属还原步骤中被还原，分离为第二金属(Zn、Mg等)和氯气(Cl₂)。这样得到的第二金属在上述的第一金属还原步骤中再次使用。另外，氯气在上述的多孔碳生成步骤中再次使用。

可见，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，根据该制造方法，能够降低环境负荷并抑制生产成本。另外，通过本方法制造的多孔碳材料能够作为例如电池、双电层电容器等的电极、催化剂负载体、活性炭等加以广泛利用。另外，金属碳化物生成步骤和第二金属还原步骤的顺序没有限定。即，可以先进行金属碳化物生成步骤，也可以先进行第二金属还原步骤或者同时进行这些步骤。