石炭ならびにメソカ-ボンマイクロビ-ズからの分子ふるい炭素(MSC)の製造

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分子ふるい炭素(Molecular Sieving Carbon;MSC)は3〜10Å程度のほぼ均一な細孔をもった高機能炭素吸着剤で、PSA法による空気からの窒素製造、異性体の分離、水素製造などに用いられているが、今後ますます用途が拡がると考えられる。MSCの製造法は特許のベ-ルに包まれており、その詳細は不明であるが、石炭やプラスチックス炭化物を低度に賦活して細孔径を拡大する。高温変化やCVDによる炭素析出によって細孔径を縮小するなどして製造されているものと予想される。本研究では、これらの方法とは異なる新しいMSC製造法を開発した。さらに、製造したMSCの吸着特性を詳細に検討した。(1)新しい分子ふるい炭素製造法の提出:本研究の着想は、石炭を有機物質で修飾してから熱分解することにより原料石炭の熱分解特性を変化させ、その結果として元の石炭とは異なる細孔構造をもった炭化物を製造する点にある。この方法は、添加する有機物の種類・量を変えることにより広い範囲で細孔径分布を変え得る可能性をもっている。具体的には、ミクロ孔の発達している褐炭を選定し、それを10μ以下に微粉砕する。これにピッチ、フェノ-ル、ホルルアルデヒド、さらに触媒として少量のアンモニア水を加えて、95℃のオイルバス中で攪拌しながら数時間保持してフェノ-ル樹脂を生成させて混合物を固化した。これを2〜10℃/分の昇温速度下に600〜1000℃まで昇温炭化してMSCを製造した。石炭、ピッチ,フェノ-ル樹脂の混合割合、炭化条件を変化させることにより、3.4〜4.5Å付近の細孔を0.1【Angstrom】の精度で制御する方法を確立した。本法によって製造したMSCは市販品以上の性能を有していた。(2)MSCに対する各種有機溶剤の吸着特性:種々の条件下で製造したMSCに対して10以上の有機溶剤の吸着等温線を詳細に測定し、C_4異性体の分離、窒素・酸素の分離等に適用できるMSCを開発した。