無機化合物のpillar形成を利用した高分子炭化物の細孔径制御法の開発

分子ふるい炭素の製造において、細孔径の制御は最も重要なポイントであるが、いまだ制御法は確立されておらず、経験に基づいて製造されている。本研究では、炭化中に硫化物などの無機化合物のピラ-を形成させ、細孔径を制御するという画期的な方法を提案し、イオン交換樹脂を原料として、その可能性について検討した。(1)交換カチオン種が炭化物の細孔構造に及ぼす影響 強酸性陽イオン交換樹脂をNa^+,K^+,Ca^<2+>,Fe^<2+>,Ni^<2+>,Zn^<2+>,Cu^<2+>,Fe^<3+>でイオン交換した樹脂を900℃で炭化したところ、イオンによって熱重量変化が大きく異なっており、カチオン種で熱分解機構が大きく異なることが明らかになった。それら900℃の炭化物の細孔容積分布を測定したところ、1価のK_+,Na_+のものはほとんど細孔が存在していなかったが、2価及び3価のものは0.35〜0.45nmの細孔が発達していた。このことから、2価及び3価のカチオンは複数のイオン交換基とイオン結合をし、それが炭化中にピラ-となって細孔を形成させるものと推定できた。また、カチオン種によっても細孔容積分布は大きく異なり、とくにCu^<2+>のものは0.4〜0.43nmの均一な細孔を有していた。この様に、交換するカチオン種によって細孔構造を変えることができることがわかった。(2)交換カチオン量が炭化物の細孔構造に及ぼす影響 全てのカチオン種について、交換カチオン量が(1)で調製した量の1/2と1/4の樹脂を調製、炭化を行い、細孔容積分布を測定したところ、500℃、700℃の炭化物では交換量の影響が見られなかったが、900℃では1/2と1/4の交換量のものはほとんど細孔を有してなかった。このことから、カチオンがある程度の量がないとピラ-を形成しないことがなかった。

分子ふるい炭素の製造において、細孔径の制御は最も重要なポイントであるが、いまだ制御法は確立されておらず、経験に基づいて製造されている。本研究では、炭化中に硫化物などの無機化合物のピラ-を形成させ、細孔径を制御するという画期的な方法を提案し、イオン交換樹脂を原料として、その可能性について検討した。(1)交換カチオン種が炭化物の細孔構造に及ぼす影響 強酸性陽イオン交換樹脂をNa^+,K^+,Ca^<2+>,Fe^<2+>,Ni^<2+>,Zn^<2+>,Cu^<2+>,Fe^<3+>でイオン交換した樹脂を900℃で炭化したところ、イオンによって熱重量変化が大きく異なっており、カチオン種で熱分解機構が大きく異なることが明らかになった。それら900℃の炭化物の細孔容積分布を測定したところ、1価のK_+,Na_+のものはほとんど細孔が存在していなかったが、2価及び3価のものは0.35〜0.45nmの細孔が発達していた。このことから、2価及び3価のカチオンは複数のイオン交換基とイオン結合をし、それが炭化中にピラ-となって細孔を形成させるものと推定できた。また、カチオン種によっても細孔容積分布は大きく異なり、とくにCu^<2+>のものは0.4〜0.43nmの均一な細孔を有していた。この様に、交換するカチオン種によって細孔構造を変えることができることがわかった。(2)交換カチオン量が炭化物の細孔構造に及ぼす影響 全てのカチオン種について、交換カチオン量が(1)で調製した量の1/2と1/4の樹脂を調製、炭化を行い、細孔容積分布を測定したところ、500℃、700℃の炭化物では交換量の影響が見られなかったが、900℃では1/2と1/4の交換量のものはほとんど細孔を有してなかった。このことから、カチオンがある程度の量がないとピラ-を形成しないことがなかった。