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炭素質複合体及びその製造方法 新技術説明会

国内特許コード P130008588
整理番号 S2011-0814-N0
掲載日 2013年2月27日
出願番号 特願2012-141646
公開番号 特開2013-035743
登録番号 特許第5392638号
出願日 平成24年6月25日(2012.6.25)
公開日 平成25年2月21日(2013.2.21)
登録日 平成25年10月25日(2013.10.25)
優先権データ
  • 特願2011-153673 (2011.7.12) JP
発明者
  • 山口 大造
出願人
  • 独立行政法人国立高等専門学校機構
発明の名称 炭素質複合体及びその製造方法 新技術説明会
発明の概要

【課題】炭素質材料が主成分でありながら外部磁場によって、その動きを制御することのできる炭素質複合体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】無定形炭素のマトリックス中に酸化鉄、酸化コバルト及び酸化ニッケルからなる群から選択される少なくとも1種の酸化物の粒子が分散し、前記酸化物の粒子の平均粒径が2~100nmであり、炭素原子に対する、鉄原子、コバルト原子及びニッケル原子の合計の比(Metal/C)が0.001~0.5であることを特徴とする炭素質複合体。
【選択図】図6

従来技術、競合技術の概要


無定形炭素は、熱的、化学的安定性に優れ、低コストで製造できることから様々な分野において炭素質材料として利用されている。無定形炭素とは、一般的に、ダイヤモンドやグラファイト(黒鉛)のような明確な結晶構造を持たないものをいう。無定形炭素は、比較的穏和な条件で有機物を炭化処理する方法などによって得ることができる。例えば、特許文献1には、有機物としてセルロースを用い、当該セルロースを450℃、5時間炭化処理することによって無定形炭素が得られることが記載されている。



ところで、近年、無定形炭素などの炭素質材料に化学的な処理を施したり、炭素質材料と金属化合物とを複合化したりすることにより、炭素質材料に新たな機能を付加する手法が知られている。



特許文献1には、セルロースを炭化して得られた、グラフェンシートを含む無定形炭素を、濃硫酸または発煙硫酸中で加熱処理(スルホン化処理)することが記載されている。これにより、当該無定形炭素にスルホ基が導入されて、固体酸が得られ、それを金属塩と反応させることによって金属触媒が得られることが記載されている。



また、特許文献2には、炭素質物質と金属含有物質を混合して、当該混合物を不活性ガス雰囲気中で1600℃~2800℃に加熱することで得られるグラファイト被覆金属粒子が開示されている。そこには、上記金属含有物質の一例として、FeFeなどの酸化鉄磁性体も記載されている。しかしながら、特許文献2に開示されている複合材料は、酸化鉄の粒子をグラファイト(黒鉛)で覆ったものであり、その主成分は酸化鉄である。

産業上の利用分野


本発明は、無定形炭素と酸化鉄、酸化コバルト及び酸化ニッケルからなる群から選択される少なくとも1種の酸化物とを含む炭素質複合体及びその製造方法に関する。また、本発明は、当該炭素質複合体からなる固体酸、触媒前駆体、吸着材及び固体酸を触媒として用いる加水分解反応方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
水溶性の多糖を炭化させて得られた無定形炭素のマトリックス中に酸化鉄、酸化コバルト及び酸化ニッケルからなる群から選択される少なくとも1種の酸化物の粒子が分散し、前記酸化物の粒子の平均粒径が2~100nmであり、炭素原子に対する、鉄原子、コバルト原子及びニッケル原子の合計の比(Metal/C)が0.001~0.5であることを特徴とする炭素質複合体。
【請求項2】
前記無定形炭素がグラフェンシートを含む請求項1に記載の炭素質複合体。
【請求項3】
保磁力が500Oe以下であり、飽和磁化が2~50emu/gである請求項1又は2に記載の炭素質複合体。
【請求項4】
BJH法により求められる細孔容積が0.02~0.3cm/gであり、平均細孔直径が2~20nmである請求項1~3のいずれか記載の炭素質複合体。
【請求項5】
炭素原子に対する水素原子の比(H/C)が1未満である請求項1~4いずれか記載の炭素質複合体。
【請求項6】
複合体表面にカルボキシル基及び水酸基を有する請求項1~のいずれか記載の炭素質複合体。
【請求項7】
複合体表面にスルホ基を有するとともに、硫酸鉄(III)を含み、炭素原子に対する硫黄原子の比(S/C)が0.005~0.15である請求項1~のいずれか記載の炭素質複合体。
【請求項8】
請求項1~のいずれか記載の炭素質複合体からなる固体酸。
【請求項9】
請求項1~のいずれか記載の炭素質複合体からなる触媒前駆体。
【請求項10】
請求項1~のいずれか記載の炭素質複合体からなる吸着材。
【請求項11】
請求項1~のいずれか記載の炭素質複合体の製造方法であって、
鉄塩、コバルト塩及びニッケル塩からなる群から選択される少なくとも1種の金属塩と水溶性の多糖とを水の存在下で混合する第1工程と、
前記第1工程で得られた混合物を炭化させる第2工程とを備える炭素質複合体の製造方法。
【請求項12】
請求項に記載の炭素質複合体の製造方法であって、
鉄塩、コバルト塩及びニッケル塩からなる群から選択される少なくとも1種の金属塩と水溶性の多糖とを水の存在下で混合する第1工程と、
前記第1工程で得られた混合物を炭化させる第2工程と、
前記第2工程で得られた炭素質複合体をさらにスルホン化処理する第3工程とを備える炭素質複合体の製造方法。
【請求項13】
前記第2工程において、前記第1工程で得られた混合物を不活性ガス雰囲気下で150℃以上の温度で加熱する請求項11又は12に記載の炭素質複合体の製造方法。
【請求項14】
請求項に記載の固体酸を触媒として用いセルロースを加水分解することを特徴とするセルロースの加水分解反応方法。
産業区分
  • 処理操作
  • その他無機化学
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012141646thum.jpg
出願権利状態 登録


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