多孔碳、調(diào)濕吸附材料、吸附式熱泵和燃料電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及多孔碳等，特別設(shè)及能夠在高濕度側(cè)充分吸附水蒸氣的多孔碳等。
【背景技術(shù)】
[0002] 在W汽車用吸附式冷凍機為代表的熱累等中，要求溶劑的吸附量大、吸附脫附速 度快、對施加壓力的響應(yīng)性高。另外，由于暴露于高溫，因此也要求一定的化學穩(wěn)定性。然 而，如下述非專利文獻1~3所示，作為一般吸附材料進行評價的活性碳、硅膠等中，沒有充 分滿足現(xiàn)狀所需要的吸附性能（吸附量、吸附脫附速度）的材料。特別是沒有能夠在高濕度 側(cè)充分吸附水蒸氣的材料。
[0003] 另外，提出了一種調(diào)濕材料用碳材料，其特征在于:通過將石油焦炭在650~800°C 進行干饋而得到，在20容量％ W上、30容量％ W下的范圍具有氣孔(下述專利文獻1)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1:日本特開2007-209844號公報
[0007] 非專利文獻
[000引 非專利文獻1 : Denso Technical Review(テ'シッ一テ夕二力瓜レt、'二一）， Vol.llNo.12006
[0009] 非專利文獻2:4(13〇巧^〇11化"8￥〇1.10，側(cè).3,912-16(化17 1996)(日本吸附學 會）
[0010] 非專利文獻3:化學工學論文集15(l)，p38-43

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 發(fā)明所要解決的課題
[0012] 然而，在使用上述專利文獻1所示的調(diào)濕材料用碳材料時，也存在無法在高濕度側(cè) 充分吸附水蒸氣運樣的課題。
[0013] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在高濕度側(cè)充分吸附水蒸氣的多孔碳等。
[0014] 用于解決課題的方法
[0015] 用于實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的多孔碳的特征在于:具備中孔和微孔，下述(1)式所 示的水蒸氣吸附量比率為1.8W上。
[0016] 水蒸氣吸附量比率=相對濕度為90 %時的水蒸氣吸附量/相對濕度為70 %時的水 蒸氣吸附量…（1)
[0017] 發(fā)明的效果
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，發(fā)揮了能夠提供能夠在高濕度側(cè)充分吸附水蒸氣的多孔碳等運樣的 優(yōu)異效果。
【附圖說明】
[0019] 圖1是表示本發(fā)明的制造工序的圖，該圖（a)是表示混合有聚酷胺酸樹脂和氧化儀 的狀態(tài)的說明圖，該圖（b)是表示對混合物進行了熱處理的狀態(tài)的說明圖，該圖（C)是表示 多孔碳的說明圖。
[0020] 圖2是表示碳A1~A3、Z1~巧中的相對濕度與水蒸氣吸附量的關(guān)系的曲線圖。
【具體實施方式】
[0021] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的多孔碳的特征在于:具備中孔和微孔，下述（1)式所 示的水蒸氣吸附量比率為1.8W上。
[0022] 水蒸氣吸附量比率=相對濕度為90%時的水蒸氣吸附量/相對濕度為70%時的水 蒸氣吸附量…（1)
[0023] 上述水蒸氣吸附量比率低于1.別寸，在相對濕度為70%時，成為幾乎沒有多孔碳的 水蒸氣吸附余力的狀態(tài)(具體而言，多孔碳的細孔中基本充滿水的狀態(tài)）。因此，相對濕度超 過70%時，幾乎無法吸附其W上的水蒸氣，難W控制水蒸氣吸附量。相對于此，在上述水蒸 氣吸附量比率為1.8 W上時，在相對濕度為70%時，成為多孔碳的水蒸氣吸附余力充分的狀 態(tài)(具體而言，多孔碳的細孔中沒有充滿水的狀態(tài)）。因此，在相對濕度超過70%時，也能夠 吸附其W上的水蒸氣，能夠充分進行水蒸氣吸附量的控制。
[0024] 期望上述水蒸氣吸附量比率為2.0W上。
[0025] 水蒸氣吸附量比率為2.0W上時，能夠在高濕度氣氛下進一步吸附水蒸氣，因此， 能夠更加發(fā)揮作為吸附材料的功能。
[00%]期望上述相對濕度為70%時的水蒸氣吸附量為50mg/gW上。
[0027]相對濕度為70%時的水蒸氣吸附量低于50mg/g時，能夠吸附的水蒸氣量變少。因 此，有時無法充分發(fā)揮作為吸附材料的功能，能夠利用的領(lǐng)域受到限制。
[00巧]期望上述相對濕度為90%時的水蒸氣吸附量為300mg/gW上700mg/gW下。
[0029] 相對濕度為90%時的水蒸氣吸附量低于300mg/g時，有時作為吸附材料的功能低， 能夠利用的領(lǐng)域受到限制。另一方面，相對濕度為90%時的水蒸氣吸附量超過700mg/g時， 成為主要發(fā)生吸附現(xiàn)象的微孔幾乎全部被水蒸氣占滿的狀態(tài)，因此，有時難W控制吸附動 作。
[0030] 另外，如上所述，主要發(fā)生水蒸氣的吸附現(xiàn)象的是微孔，但是高濕度側(cè)的水蒸氣的 吸附量受到中孔容量影響。
[0031] 期望上述中孔的孔徑為3皿^上5〇11111^下，上述中孔的容量為0.91111/旨^上2.〇1111/ gW下，特別期望上述中孔的孔徑為4.5nmW上50nmW下。
[0032] 將上述中孔的孔徑規(guī)定為化mW上(特別是4.5nmW上）是由于制作孔徑更小的中 孔有時候是困難的。另外，將中孔的容量規(guī)定為〇.9ml/gW上2.0ml/gW下是由于W下所示 的理由。中孔的容量低于〇.9ml/g時，有時比表面積小，在高濕度側(cè)無法充分吸附水蒸氣。另 一方面，中孔的容量超過2.Oml/g時，總細孔中的微孔的容量(比例）非常小，因此有時難W 確保用于吸附水蒸氣的充分的比表面積。
[0033] 另外，總細孔容量、微孔容量、中孔容量的關(guān)系如下述(2)式所示。
[0034] 微孔容量=總細孔容量一中孔容量…（2)
[0035] 期望上述微孔容量為0.3ml/g W上0.7ml/g W下。
[0036] 微孔容量低于0.3ml/g時，有時難W確保比表面積，無法充分吸附水蒸氣。另一方 面，微孔容量超過〇.7ml/g時，由于微孔容量對水蒸氣向微孔的擴散速度產(chǎn)生影響，有時作 為吸附材料的響答速度(吸附速度)降低。
[0037] 特征在于將上述的多孔碳作為調(diào)濕吸附材料的吸附材料使用。另外，特征在于將 上述的多孔碳作為吸附式熱累的吸附材料使用。另外，特征在于將上述的多孔碳作為燃料 電池用電極的碳系載體使用。
[0038] W下，在W下說明【具體實施方式】。
[0039] 上述多孔碳例如能夠按照W下操作進行制造。首先，關(guān)于本發(fā)明的多孔碳，將含有 有機質(zhì)樹脂的流動性材料和氧化物(模板顆粒）W溶液或者粉末狀態(tài)進行濕式或者干式混 合，制作混合物。接著，將該混合物在非氧化氣氛或減壓氣氛下、例如W500°CW上的溫度碳 化。最后，通過清洗處理除去模板顆粒，由此，能夠制作多孔碳。運樣操作制作的多孔碳具有 大量的細孔(中孔和微孔）。其中，細孔的配置不是規(guī)則的，成為隨機配置的結(jié)構(gòu)。
[0040] 運里，通過改變模板顆粒的直徑和有機樹脂的種類，能夠調(diào)整細孔徑、多孔碳的細 孔分布和碳質(zhì)壁的厚度。因此，通過適當選擇模板顆粒的直徑和有機質(zhì)樹脂的種類，能夠制 作具有更大細孔容量的多孔碳。
[0041] 具體而言，作為上述有機質(zhì)樹脂，優(yōu)選使用在單位結(jié)構(gòu)中含有至少一個W上的氮 或氣原子的聚酷亞胺。該聚酷亞胺能夠通過酸成分和二胺成分的縮聚得到。其中，在該情況 下，在酸成分和二胺成分的任一方或雙方，需要含有一個W上的氮原子或氣原子。
[0042] 具體而言，將作為聚酷亞胺的前體的聚酷胺酸進行成膜，通過加熱除去溶劑，得到 聚酷胺酸膜。接著，將所得到的聚酷胺酸膜在200°CW上進行熱酷亞胺化，能夠制造聚酷亞 胺。
[0043] 作為上述二胺，能夠例示2, 2-雙（4-氨基苯基）六氣丙烷〔2, 2-Bis(4-曰111；[]1〇9116町1)116義日;1^111〇1'〇91'〇9日]16)、2,2 -雙（^氣甲基）一聯(lián)苯胺〔2,2'-1318 (trifluoromethyD-benzidine)、4,4' 一二氨基八氣聯(lián)苯、3,3' 一二氣一4,4' 一二氨基二 苯基甲燒，3,3' 一二氣一4,4' 一二氨基二苯基酸、3,3' 一二(Ξ氣甲基）一4,4' 一二氨基二 苯基酸、3,3' 一二氣一4,4' 一二氨基二苯基丙烷、3,3' 一二氣一4,4' 一二氨基二苯基六氣 丙烷、3,3' 一二氣一4,4' 一二氨基苯甲酬、3,3'，5,5'一四氣一4,4' 一二氨基二苯基甲燒、 3,3'，5,5' 一四（Ξ氣甲基）一4,4' 一二氨基二苯基甲燒、3,3'，5,5'一四氣一4,4' 一二氨基 二苯基丙烷、3,3'，5,5'一四（Ξ氣甲基）一4,4'一二氨基二苯基丙烷、3,3'，5,5'一四氣一 4,4 -二氨基二苯基六氣丙烷、1,3 -二氨基一5 -(全氣壬締氧基)苯、1,3 -二氨基一4-甲 基一5-（全氣壬締氧基)苯、1,3 -二氨基一4-甲氧基一5-(全氣壬締氧基)苯、1,3 -二氨 基一2,4,6 -Ξ氣一5 -(全氣壬締氧基)苯、1,3 -二氨基一4 -氯一5 -(全氣壬締氧基)苯、 1,3 -二氨基一4一漠一5 -（全氣壬締氧基）苯、1,2 -二氨基一4一（全氣壬締氧基)苯、1, 2 -二氨基一4 -甲基一5 -(全氣壬締氧基)苯、1,2 -二氨基一4 -甲氧基一5 -(全氣壬締 氧基）苯、1,2 -二氨基一3,4,6 - Ξ氣一5 -(全氣壬締氧基）苯、1,2 -二氨基一4 -氯一5 - (全氣壬締氧基)苯、1，2-二氨基一4-漠一5-(全氣壬締氧基)苯、1，4一二氨基一3-(全 氣壬締氧基)苯、1,4 -二氨基一2-甲基一5-(全氣壬締氧基)苯、1,4 -二氨基一2-甲氧 基一5 -（全氣壬締氧基)苯、1,4 -二氨基一2,3,6 -Ξ氣一5 -(全氣壬締氧基)苯、1,4 -二 氨基一2 -氯一5 -(全氣壬締氧基）苯、1,4 -二氨基一2 -漠一5 -(全氣壬締氧基)苯、1, 3-二氨基一5-(全氣己締氧基）苯、1，3-二氨基一4-甲基一5-(全氣己締氧基)苯、1， 3_二氨基_4_甲氧基_5_ (全氣己締氧基)苯、1,3 -二氨基_2,4,6_Ξ氣_5_ (全氣 己締氧基）苯、1,3 -二氨基一4 -氯一5 -(全氣己締氧基)苯、1,3 -二氨基一4 -漠一5 - (全氣己締氧基）苯、1，2 -二氨基一4-(全氣己締氧基）苯、1，2 -二氨基一4-甲基一5-(全氣己締氧基)苯、1，2 -二氨基一4-甲氧基一5-(全氣己締氧基)苯、1，2 -二氨基一3， 4,6 -Ξ氣一5 -(全氣己締氧基)苯、1,2 -二氨基一4 -氯一5 -(全氣己締氧基)苯、1,2 - 二氨基一4一漠一5 -(全氣己締氧基)苯、1,4 -二氨基一3 -(全氣己締氧基)苯、1,4 -二氨 基一 2-甲基一5-(全氣己締氧基)苯、1，4一二氨基一2-甲氧基一5-(全氣己締氧基)苯、 1,4 -二氨基_2,3,6_Ξ氣_