酸素窒素分離用多孔質炭素吸着材の開発

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さまざまな原料を乾留した後、塩素処理と脱塩素処理の条件を変化させて得られる材料について吸着特性の検討を行った結果、表面積は従来の活性炭とあまり変わらないが、窒素、酸素、炭酸ガスなどの気体の吸着量が従来の活性炭に比べて著しく増加するという特異な細孔構造を持つことが判明した。しかし、吸着種による選択性にあまり違いが見られず、また塩素処理によらない合成が望まれるので、金属を含有さセたイオン交換樹脂の炭素化、および二次元的に制限された空間で炭素を生成させること、による細孔構造制御の検討を試みた。H^+形巨大網状イオン交換樹脂を三核酢酸鉄イオンでイオン交換した後熱処理を施した試料の酸素と窒素の室温での吸着量を測定した。加熱時間を3時間にすることにより短時間の場合に比較し細孔構造が発達し、表面積も増加した。また、加熱温度上昇に伴い酸素および窒素とも吸着量が増加した。同じ条件で処理したH^+形に比較すると酸素の吸着量が増加し、酸素に対する選択性が非常に高くなっていた。処理条件や成分を変化させることにより、従来の活性炭とは異なり酸素に対して高い選択性(吸着O_2/N_2比で約5)を持つ炭素材料の合成が可能であることがわかった。また、PVAの存在下で三核酢酸鉄イオンとモンモリロナイトを反応させることにより、PVAがない場合に比べ層間距離の広いイオン交換生成物が合成でき、これを炭素質の物質を残すように窒素気流中400℃で10時間加熱して合成した試料は,40m^2/g程度の小さな比表面積の値しか示さなかったが室温での酸素および窒素の吸着量を測定したところ、酸素の吸着量は1.2ml/gであり、比表面積253m^2/gの酸化鉄単独のピラーを持つ試料の3倍以上であった。窒素気流中で焼成して合成する炭素化架橋粘土化合物は高い酸素吸着特性を持つ吸着材として今後大いに期待できる。