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JP7107801B2 - Method for producing activated carbon fiber material - Google Patents
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JP7107801B2 - Method for producing activated carbon fiber material - Google Patents

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Description

本発明は、活性炭素繊維材料の製造方法に関し、詳しくはセルロース系材料を原料とする活性炭素繊維材料の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing an activated carbon fiber material, and more particularly to a method for producing an activated carbon fiber material using a cellulosic material as a raw material.

炭素繊維は軽量で、強度、導電性、耐熱性、耐薬品性に優れており、スポーツ・レジャー用品から宇宙航空や産業分野用途に至るまで幅広く利用されている。この分野では、ポリアクリルニトリル(PAN)系炭素繊維やピッチ系炭素繊維のトウを製織した織物が一般的に用いられているが、素材である炭素繊維が非常に高価であることから、製造コストが高くなり、広く普及する上で一つの障害となっている。 Carbon fiber is lightweight, has excellent strength, electrical conductivity, heat resistance, and chemical resistance, and is widely used in sports and leisure goods, aerospace, and industrial applications. In this field, fabrics woven from tows of polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers or pitch-based carbon fibers are generally used. is one of the obstacles to widespread use.

そこで、地球上最大のバイオマスである安価なセルロース系物質を原料とした炭素材料が注目されてきている。もともと、セルロース系物質を原料とした炭素繊維として、アメリカのUCC社がレーヨン系炭素繊維を用いて生産したのが始まりである。しかし、当初、セルロースの熱分解により炭素化収率が低下するといった問題があった。 Therefore, attention has been focused on carbon materials made from cheap cellulosic substances, which are the largest biomass on earth. Originally, as a carbon fiber made from a cellulosic material, the UCC Company in the United States started to produce it using a rayon-based carbon fiber. However, at first, there was a problem that the carbonization yield decreased due to thermal decomposition of cellulose.

セルロース系材料の形態を維持しつつ高収率に製造する方法として、炭素化の触媒としてスルホン酸を用いる方法が開示されている(特許文献1)。 A method using sulfonic acid as a carbonization catalyst has been disclosed as a method for producing a cellulosic material in high yield while maintaining the form of the cellulosic material (Patent Document 1).

また、特許文献2では、セルロース系材料をリン化合物系触媒を用いて炭素化する方法が開示されている。 Further, Patent Document 2 discloses a method of carbonizing a cellulose-based material using a phosphorus compound-based catalyst.

国際公開第2013/183668号WO2013/183668 特開昭50-148627号JP-A-50-148627

上記のように、製造コスト低減やセルロース系材料を用いた炭素繊維材料の改良のための研究開発が鋭意続けられてきたが、様々な用途における炭素繊維材料の利用を一段と活性化するためには、性能、製造コストなど様々な局面から、より一層の改善が求められている。従来、吸着性の高い活性炭素繊維材料を得ようとすると加熱処理後の残存率または総収率を高めることは困難であった。炭化処理後の残存率が低いと、賦活化を経て、最終的に得られる活性炭素繊維材料の総収率も低くなる傾向があるため、少しでも高い残存率で製造できることが望ましい。 As described above, research and development have been devoted to reducing manufacturing costs and improving carbon fiber materials using cellulosic materials. , performance, and manufacturing cost, further improvements are required. Conventionally, it has been difficult to increase the residual ratio or the total yield after heat treatment when trying to obtain an activated carbon fiber material with high adsorptivity. If the residual ratio after carbonization treatment is low, the total yield of the activated carbon fiber material finally obtained through activation tends to be low, so it is desirable to be able to produce with as high a residual ratio as possible.

以上のような状況に鑑み、本発明は、セルロース系材料から、吸着性に優れた活性炭素繊維材料を、従来より高い総収率または残存率で製造することを解決すべき課題とするものである。なお、本発明に係る説明において、「総収率」とは、賦活処理を経た活性炭素繊維材料の前駆体に対する重量%を表し、「残存率」とは、賦活処理を経ていない炭素繊維材料の熱重量残存率%を表す。 In view of the above circumstances, the present invention aims to solve the problem of producing an activated carbon fiber material with excellent adsorptivity from a cellulosic material with a higher overall yield or residual rate than before. be. In the description of the present invention, the term "total yield" refers to the percentage by weight of the activated carbon fiber material precursor, and the term "residual rate" refers to the amount of the carbon fiber material that has not been activated. Represents the thermal weight residual rate %.

本発明者等は、鋭意研究を進めたところ、有機スルホン酸系触媒及びリン酸系触媒の双方を用いることによって、優れた吸着性能を有する活性炭素繊維材料を従来より高い総収率または残存率で製造できることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下の製造方法を提供する。 As a result of extensive research, the present inventors have found that by using both an organic sulfonic acid-based catalyst and a phosphoric acid-based catalyst, an activated carbon fiber material having excellent adsorption performance can be obtained with a higher total yield or residual rate than before. The present invention was completed by discovering that it can be produced by That is, the present invention provides the following manufacturing method.

〔1〕有機スルホン酸系触媒およびリン酸系触媒を含む混合触媒を保持させたセルロース系材料を、不活性ガス雰囲気下で、炭化及び賦活化することを含み、
前記混合触媒に含まれる有機スルホン酸系触媒とリン酸系触媒との重量比が、10:90~90:10である、
活性炭素繊維材料の製造方法。
〔2〕前記セルロース系材料を、450~1300℃の温度下で炭化すること、および、750~1200℃の温度下で賦活化することを含む、上記〔1〕に記載の活性炭素繊維材料の製造方法。
〔3〕前記有機スルホン酸系触媒が、メタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、及びカンファースルホン酸からなる群より選ばれる1種又は2種以上である、上記〔1〕または〔2〕に記載の活性炭素繊維材料の製造方法。
〔4〕前記リン酸系触媒が、リン酸、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、及びリン酸グアニジンからなる群より選ばれる1種又は2種以上である、上記〔1〕~3のいずれか一項に記載の活性炭素繊維材料の製造方法。
〔5〕前記セルロース系材料が、木材又は綿に由来する再生セルロース繊維を含む、上記〔1〕~〔4〕のいずれか一項に記載の活性炭素繊維材料の製造方法。
[1] including carbonizing and activating a cellulose-based material holding a mixed catalyst containing an organic sulfonic acid-based catalyst and a phosphoric acid-based catalyst in an inert gas atmosphere;
The weight ratio of the organic sulfonic acid-based catalyst and the phosphoric acid-based catalyst contained in the mixed catalyst is 10:90 to 90:10.
A method for producing an activated carbon fiber material.
[2] The activated carbon fiber material according to [1] above, which includes carbonizing the cellulosic material at a temperature of 450 to 1300° C. and activating it at a temperature of 750 to 1200° C. Production method.
[3] The above [ The method for producing an activated carbon fiber material according to 1] or [2].
[4] The above, wherein the phosphoric acid-based catalyst is one or more selected from the group consisting of phosphoric acid, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, and guanidine phosphate. [1] A method for producing an activated carbon fiber material according to any one of [3].
[5] The method for producing an activated carbon fiber material according to any one of [1] to [4] above, wherein the cellulosic material contains regenerated cellulose fibers derived from wood or cotton.

本発明によれば、優れた吸着性を有する活性炭素繊維材料を高い総収率または残存率で製造することができる。 According to the present invention, an activated carbon fiber material with excellent adsorptive properties can be produced with a high total yield or residual rate.

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、特に断らない限り、数値範囲に関し、「AA~BB」という記載は、「AA以上BB以下」を示すこととする(ここで、「AA」および「BB」は任意の数値を示す)。 Embodiments of the present invention will be described below. In addition, unless otherwise specified, the description "AA to BB" with respect to the numerical range indicates "AA or more and BB or less" (here, "AA" and "BB" indicate arbitrary numerical values).

1.原材料(前駆体)の調製
<セルロース系材料>
本発明の製造方法では、セルロース系材料を原料として用いる。セルロース系材料は、セルロース及び/又はその誘導体を主成分として含む材料であり、化学合成品、植物由来セルロース、再生セルロース、バクテリアが産生したセルロースなど、その由来はいずれであってもよく、好ましくは木材、綿などに由来するものを用いうる。セルロース材料の形態としては、繊維状のものを好適に用いうる。
1. Preparation of raw material (precursor) <Cellulosic material>
In the manufacturing method of the present invention, a cellulosic material is used as a raw material. The cellulosic material is a material containing cellulose and/or a derivative thereof as a main component, and may be of any origin, such as chemically synthesized products, plant-derived cellulose, regenerated cellulose, and cellulose produced by bacteria, preferably. Those derived from wood, cotton, etc. may be used. As the form of the cellulose material, a fibrous one can be preferably used.

<セルロース系繊維>
セルロース系繊維とは、セルロース及び/又はその誘導体を主成分として構成される繊維である。セルロース系繊維として好ましくは、例えば、樹木(又は木材)および綿などから得られる植物系セルロース物質で形成された繊維、および、植物系セルロース物質(綿、パルプなど)に化学処理を施して溶解させて得られる長い繊維状の再生セルロース系物質から構成された繊維などを用いうる。また、この繊維には、リグニンやヘミセルロースなどの成分が含まれていても構わない。
<Cellulose fiber>
Cellulosic fibers are fibers composed mainly of cellulose and/or its derivatives. Cellulosic fibers are preferably, for example, fibers formed from plant cellulosic substances obtained from trees (or wood) and cotton, and plant cellulosic substances (cotton, pulp, etc.) are dissolved by chemical treatment. For example, fibers composed of long fibrous regenerated cellulosic materials obtained by the method can be used. In addition, the fibers may contain components such as lignin and hemicellulose.

セルロース系繊維(植物系セルロース物質、再生セルロース物質)としては、例えば、綿(短繊維綿、中繊維綿、長繊維綿、超長綿、超・超長綿など)、麻、竹、こうぞ、みつまた、バナナ、および被嚢類などの植物性セルロース繊維;銅アンモニア法レーヨン、ビスコース法レーヨン、ポリノジックレーヨン、竹を原料とするセルロースなどの再生セルロース繊維;有機溶剤(例えば、NメチルモルフォリンNオキサイド)紡糸される、リヨセルなどの精製セルロース繊維;並びに、ジアセテートやトリアセテートなどのアセテート繊維、などが挙げられる。これらの中では、入手のし易さから、キュプラアンモニウムレーヨン、ビスコース法レーヨン、精製セルロース繊維から選ばれる少なくとも一種類であることが好ましい。 Examples of cellulosic fibers (plant-based cellulose materials, regenerated cellulose materials) include cotton (short-fiber cotton, medium-fiber cotton, long-fiber cotton, extra-long staple, extra/super-long staple, etc.), hemp, bamboo, and kozo. vegetable cellulose fibers such as , mitsumata, bananas, and tunic; N-oxide) spun refined cellulose fibers such as lyocell; and acetate fibers such as diacetate and triacetate. Among these, at least one selected from cuprammonium rayon, viscose method rayon, and refined cellulose fiber is preferable because of its easy availability.

セルロース系繊維を構成する単繊維の径は、好ましくは、5~75μm、密度は1.4~1.9m3/gである。 The diameter of single fibers constituting the cellulosic fibers is preferably 5 to 75 μm and the density is 1.4 to 1.9 m 3 /g.

セルロース系繊維の形態は、特に限定されるものではなく、目的に合わせて、原糸(未加工糸)、仮撚糸、染色糸、単糸、合撚糸、カバリングヤーン等に調製したものを用いることができる。また、セルロース系繊維が2種以上の原料を含む場合には、混紡糸、混撚糸等としてもよい。さらに、セルロース系繊維として、上記した各種形態の原料を、単独でまたは2種以上組み合わせて使用してもよい。これらの中では、複合材料の成型性や機械強度の両立から無撚糸であることが好ましい。 The form of the cellulosic fiber is not particularly limited, and it is possible to use those prepared into raw yarn (unprocessed yarn), false twisted yarn, dyed yarn, single yarn, plied yarn, covering yarn, etc. according to the purpose. can be done. Moreover, when the cellulosic fiber contains two or more kinds of raw materials, it may be a blended yarn, a blended twisted yarn, or the like. Furthermore, as the cellulosic fiber, the raw materials in various forms described above may be used singly or in combination of two or more. Among these, non-twisted yarn is preferable from the standpoint of compatibility between moldability and mechanical strength of the composite material.

<繊維シート>
原材料は、上記繊維を用いてシート状に加工した繊維シートとしてもよい。繊維シートは、多数の繊維を薄く広いシート状に加工したもののことをいい、織物、編み物、および不織布などが含まれる。
<Fiber sheet>
The raw material may be a fiber sheet processed into a sheet using the fibers described above. A fiber sheet refers to a product obtained by processing a large number of fibers into a thin and wide sheet, and includes woven fabrics, knitted fabrics, non-woven fabrics, and the like.

セルロース系繊維を製織する方法について特に制限はなく、一般的な方法を用いることができ、また、その織地の織組織も、特に制限はなく、平織、綾織、朱子織の三原組織を用いうる。 The method of weaving the cellulosic fiber is not particularly limited, and a general method can be used, and the weave structure of the fabric is also not particularly limited, and the three original structures of plain weave, twill weave, and satin weave can be used.

セルロース系繊維で形成された織物は、セルロース系繊維の経糸及び緯糸同士の隙間が、好ましくは0.1~0.8mmであり、より好ましくは0.2~0.6mmであり、さらに好ましくは0.25~0.5mmである。さらに、セルロース系繊維からなる織物の目付は、好ましくは50~400g/m2であり、より好ましくは100~300g/m2である。 In the woven fabric formed of cellulosic fibers, the gap between the warps and wefts of the cellulosic fibers is preferably 0.1 to 0.8 mm, more preferably 0.2 to 0.6 mm, and even more preferably. 0.25 to 0.5 mm. Furthermore, the fabric made of cellulosic fibers preferably has a basis weight of 50 to 400 g/m 2 , more preferably 100 to 300 g/m 2 .

セルロース系繊維及びセルロース系繊維からなる織物を上記範囲とすることにより、この織物を加熱処理して得られる炭素繊維織物は、強度に優れたものとすることができる。 By setting the content of the cellulosic fiber and the fabric composed of the cellulosic fiber within the above range, the carbon fiber fabric obtained by heat-treating this fabric can have excellent strength.

不織布の製造方法も、特に限定されないが、例えば、適当な長さに切断された前述の繊維を原料とし乾式法または湿式法などを用いて繊維シートを得る方法や、エレクトロスピニング法などを用いて溶液から直接繊維シートを得る方法などが挙げられる。さらに不織布を得た後に繊維同士を結合させる目的でレジンボンド、サーマルボンド、スパンレース、ニードルパンチ等による処理を加えてもよい。 The method for producing the nonwoven fabric is not particularly limited, but for example, a method of obtaining a fiber sheet by using the above-mentioned fiber cut to an appropriate length as a raw material by a dry method or a wet method, or by using an electrospinning method or the like. A method of obtaining a fiber sheet directly from a solution, etc. can be mentioned. Furthermore, after the nonwoven fabric is obtained, a treatment such as resin bond, thermal bond, spunlace, needle punch, or the like may be added for the purpose of bonding the fibers together.

2.触媒の保持
上記のようにして用意された原材料に、触媒を保持させる。原材料に触媒を保持させて、所定の加熱処理等を行うことにより、賦活化された、多孔質の活性炭素繊維材料を得ることができる。触媒としては、有機スルホン酸系触媒およびリン酸系触媒の混合触媒を用いる。
2. Retention of Catalyst The raw material prepared as described above is made to retain the catalyst. An activated porous activated carbon fiber material can be obtained by allowing the raw material to retain the catalyst and performing a predetermined heat treatment or the like. As the catalyst, a mixed catalyst of an organic sulfonic acid-based catalyst and a phosphoric acid-based catalyst is used.

<有機スルホン酸系触媒>
有機スルホン酸としては、1又は複数のスルホ基を有する有機化合物を用いることができ、例えば脂肪族系、芳香族系など種々の炭素骨格にスルホ基が結合した化合物が利用可能である。有機スルホン酸系触媒としては、取扱いの観点から、低分子量のものが好ましい。
<Organic sulfonic acid catalyst>
As the organic sulfonic acid, an organic compound having one or more sulfo groups can be used. For example, compounds having a sulfo group bonded to various carbon skeletons such as aliphatic and aromatic compounds can be used. From the viewpoint of handling, the organic sulfonic acid catalyst preferably has a low molecular weight.

有機スルホン酸系触媒としては、例えば、R-SO3H(式中、Rは炭素原子数1~20の直鎖/分岐鎖アルキル基、炭素原子数3~20のシクロアルキル基、または、炭素原子数6~20のアリール基を表し、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基はそれぞれアルキル基、水酸基、ハロゲン基で置換されていても良い。)で表される化合物が挙げられる。有機スルホン酸系触媒としては、例えば、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、1-ヘキサンスルホン酸、ビニルスルホン酸、シクロヘキサンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、p-フェノールスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、カンファースルホン酸などが挙げられる。これらのうち、好ましくはメタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、及びカンファースルホン酸を用いることができ、より好ましくはメタンスルホン酸を用いることができる。また、有機スルホン酸系触媒は、1種を単独で用いても良く、2種以上を併用してもよい。 Examples of organic sulfonic acid-based catalysts include R—SO 3 H (wherein R is a linear/branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, or a carbon represents an aryl group having 6 to 20 atoms, and the alkyl group, cycloalkyl group, and aryl group may be substituted with an alkyl group, a hydroxyl group, and a halogen group, respectively.). Examples of organic sulfonic acid catalysts include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, propanesulfonic acid, 1-hexanesulfonic acid, vinylsulfonic acid, cyclohexanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, p-phenolsulfonic acid, and naphthalenesulfone. acid, benzenesulfonic acid, camphorsulfonic acid and the like. Among these, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, naphthalenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, and camphorsulfonic acid are preferably used, and methanesulfonic acid is more preferably used. Moreover, the organic sulfonic acid-based catalyst may be used alone or in combination of two or more.

有機スルホン酸を水溶液として用いる場合、その濃度は、好ましくは0.05~2.00mol/Lであり、より好ましくは0.10~1.00mol/Lである。 When the organic sulfonic acid is used as an aqueous solution, its concentration is preferably 0.05 to 2.00 mol/L, more preferably 0.10 to 1.00 mol/L.

<リン酸系触媒>
リン酸系触媒としては、例えば、リン酸、メタリン酸、ピロリン酸、亜リン酸、ホスホン酸、亜ホスホン酸、ホスフィン酸等のリンのオキシ酸、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、リン酸グアニジン、ジメチルホスホノプロパンアミド、ポリリン酸アンモニウム、ポリホスホニトリルクロライド、およびリン酸、テトラキス(ヒドロキシメチル)ホスホニウム塩またはトリス(1-アジリジニル)ホスフィンオキサイドと尿素、チオ尿素、メラミン、グアニン、シアナミツド、ヒドラジン、ジシアンジアミドまたはこれらのメチロール誘導体との縮合物などが挙げられる。これらのうち、好ましくはリン酸、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、及びリン酸グアニジンを用いることができ、より好ましくはリン酸水素二アンモニウムを用いることができる。リン酸系触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<Phosphoric acid catalyst>
Phosphoric acid catalysts include, for example, phosphoric acid, metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, phosphorous acid, phosphonic acid, phosphonous acid, oxyacids of phosphorus such as phosphinic acid, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, guanidine phosphate, dimethylphosphonopropanamide, ammonium polyphosphate, polyphosphonitrile chloride, and phosphoric acid, tetrakis(hydroxymethyl)phosphonium salts or tris(1-aziridinyl)phosphine oxide and urea, thiourea, melamine, guanine, cyanamide, hydrazine, dicyandiamide, or condensation products thereof with methylol derivatives; Among these, phosphoric acid, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, and guanidine phosphate can be preferably used, and diammonium hydrogen phosphate can be used more preferably. The phosphoric acid-based catalyst may be used alone or in combination of two or more.

リン酸系触媒を水溶液として用いる場合、その濃度は、好ましくは0.05~2.00mol/Lであり、より好ましくは0.1~1.0mol/Lである。 When the phosphoric acid catalyst is used as an aqueous solution, its concentration is preferably 0.05 to 2.00 mol/L, more preferably 0.1 to 1.0 mol/L.

<混合触媒>
本発明の製造方法においては、有機スルホン酸系触媒およびリン酸系触媒を混合して、混合触媒として用いる。有機スルホン酸系触媒およびリン酸系触媒の組み合わせは任意でありうるが、好ましくは、上記にて好ましいものとして例示した有機スルホン酸系触媒およびリン酸系触媒からそれぞれ1種または2種以上を選択することができ、より好ましくはメタンスルホン酸およびリン酸水素二アンモニウムの混合触媒が例示される。
<Mixed catalyst>
In the production method of the present invention, an organic sulfonic acid-based catalyst and a phosphoric acid-based catalyst are mixed and used as a mixed catalyst. The combination of the organic sulfonic acid-based catalyst and the phosphoric acid-based catalyst can be arbitrary, but preferably one or more of the above-exemplified organic sulfonic acid-based catalysts and phosphoric acid-based catalysts are selected. More preferably, a mixed catalyst of methanesulfonic acid and diammonium hydrogen phosphate is exemplified.

混合触媒中の有機スルホン酸系触媒およびリン酸系触媒の混合比を、両者の合計重量を100としたときの重量比で表した場合、有機スルホン酸系触媒とリン酸系触媒との混合重量比は、10:90~90:10(言い換えると、有機スルホン酸系触媒:リン酸系触媒=10~90:90~10)の範囲で調整しうる。 When the mixing ratio of the organic sulfonic acid-based catalyst and the phosphoric acid-based catalyst in the mixed catalyst is represented by the weight ratio when the total weight of both is 100, the mixed weight of the organic sulfonic acid-based catalyst and the phosphoric acid-based catalyst The ratio can be adjusted in the range of 10:90 to 90:10 (in other words, organic sulfonic acid catalyst:phosphoric acid catalyst=10 to 90:90 to 10).

有機スルホン酸系触媒の重量比の下限値は、好ましくは10以上、より好ましくは15以上、更に好ましくは20以上である。
有機スルホン酸系触媒の重量比の上限値は、好ましくは90以下、より好ましくは85以下、更に好ましくは80、70、60、50、40又は30以下である。
The lower limit of the weight ratio of the organic sulfonic acid catalyst is preferably 10 or more, more preferably 15 or more, and even more preferably 20 or more.
The upper limit of the weight ratio of the organic sulfonic acid catalyst is preferably 90 or less, more preferably 85 or less, still more preferably 80, 70, 60, 50, 40 or 30 or less.

他方、対となるリン酸触媒の重量比の下限値は、好ましくは10以上、より好ましくは15以上、更に好ましくは20、30、40、50、60又は70以上である。
リン酸触媒の重量比の上限値は、好ましくは90以下、より好ましくは85以下、更に好ましくは80以下である。
On the other hand, the lower limit of the weight ratio of the paired phosphoric acid catalyst is preferably 10 or more, more preferably 15 or more, and even more preferably 20, 30, 40, 50, 60 or 70 or more.
The upper limit of the weight ratio of the phosphoric acid catalyst is preferably 90 or less, more preferably 85 or less, still more preferably 80 or less.

上記のような混合重量比の範囲とすることにより、吸着性能に優れた活性炭素繊維材料を、従来より高い総収率または残存率で製造することができる。また、有機スルホン酸系触媒の重量比を、上記の好ましい範囲でより低く設定することにより、総収率または残存率の向上を維持しつつ、混合触媒溶液のpHをより中性に近く設定できるため、混合触媒溶液を取り扱いやすいものとすることができ、製造工程上のメリットが大きい。 By setting the mixing weight ratio within the above range, an activated carbon fiber material with excellent adsorption performance can be produced with a higher overall yield or residual rate than conventionally. Further, by setting the weight ratio of the organic sulfonic acid-based catalyst to a lower value within the preferred range described above, the pH of the mixed catalyst solution can be set closer to neutral while maintaining an improvement in the total yield or residual rate. Therefore, the mixed catalyst solution can be made easy to handle, which is a great advantage in the production process.

混合触媒は、水溶液として用いうる。
混合触媒水溶液中の混合触媒濃度の下限は、好ましくは1%(W/V)以上、より好ましくは2%(W/V)以上、さらに好ましくは3%(W/V)以上である。
混合触媒水溶液中の混合触媒濃度の上限は、好ましくは20%(W/V)以下、より好ましくは18%(W/V)以下、さらに好ましくは15%(W/V)以下である。
The mixed catalyst can be used as an aqueous solution.
The lower limit of the mixed catalyst concentration in the mixed catalyst aqueous solution is preferably 1% (W/V) or more, more preferably 2% (W/V) or more, and still more preferably 3% (W/V) or more.
The upper limit of the mixed catalyst concentration in the mixed catalyst aqueous solution is preferably 20% (W/V) or less, more preferably 18% (W/V) or less, and even more preferably 15% (W/V) or less.

<触媒の保持>
原材料に対し触媒を保持させる。ここで「保持」とは、触媒が原材料に接触した状態を保つことを意味し、付着、吸着、含浸などの諸形態でありうる。触媒を、保持させる方法には特に制限はないが、例えば、触媒を含む水溶液に浸漬する方法、触媒を含む水溶液を原材料に対して振りかける方法、気化した触媒蒸気に接触させる方法、触媒を含む水溶液に原材料の繊維を混ぜて抄紙する方法などが挙げられる。
<Retention of catalyst>
Hold the catalyst against the raw material. Here, "holding" means keeping the catalyst in contact with the raw material, and can take various forms such as adhesion, adsorption, and impregnation. The method for holding the catalyst is not particularly limited, but for example, a method of immersing in an aqueous solution containing the catalyst, a method of sprinkling the aqueous solution containing the catalyst over the raw material, a method of contacting with vaporized catalyst vapor, and an aqueous solution containing the catalyst. A method of making paper by mixing the raw material fiber into the paper.

十分に賦活化させる観点から、好ましくは、触媒を含む水溶液に原材料を浸漬し、繊維内部まで触媒を含浸させる方法を用いることができる。触媒を含む水溶液に浸漬する際の温度は特に制限されないが、室温が好ましい。浸漬時間は、好ましくは10秒~120分間、より好ましくは20秒~30分間である。浸漬により、原材料を構成する繊維に、例えば1~150質量%、好ましくは5~60質量%の触媒が吸着する。浸漬後、原材料を取り出して、乾燥させることが好ましい。乾燥方法としては、例えば室温で放置、乾燥機に導入する、などのいずれの方法であってもよい。乾燥は、触媒を含む水溶液から取り出した後、余分の水分が蒸発して試料重量の変化がなくなるまで行えばよい。例えば室温乾燥では、乾燥時間は0.5日以上放置すればよい。乾燥により質量変化が殆どなくなった後、触媒を保持した原材料を炭化する工程へと進む。 From the viewpoint of sufficient activation, preferably, a method of immersing the raw material in an aqueous solution containing the catalyst and impregnating the inside of the fiber with the catalyst can be used. The temperature at which the substrate is immersed in the aqueous solution containing the catalyst is not particularly limited, but room temperature is preferable. The immersion time is preferably 10 seconds to 120 minutes, more preferably 20 seconds to 30 minutes. By immersion, for example, 1 to 150% by mass, preferably 5 to 60% by mass, of the catalyst is adsorbed on the fibers constituting the raw material. After soaking, the raw material is preferably removed and dried. As a drying method, any method such as leaving at room temperature or introducing into a dryer may be used. After the sample is removed from the aqueous solution containing the catalyst, drying may be carried out until excess moisture evaporates and the sample weight does not change. For example, in room temperature drying, the drying time may be left for 0.5 days or longer. After almost no change in mass due to drying, the process proceeds to the step of carbonizing the raw material holding the catalyst.

3.炭化処理
触媒を保持させた原材料を用意した後、それを炭化処理する。活性炭素繊維材料を得るための炭化処理は、一般的な活性炭の炭化方法に沿って行うことができるが、好ましい実施形態として、以下のようにして行うことができる。
3. Carbonization Treatment After preparing the raw material with the catalyst retained, it is carbonized. The carbonization treatment for obtaining the activated carbon fiber material can be carried out according to a general carbonization method for activated carbon, and in a preferred embodiment, it can be carried out as follows.

炭化処理は、通常、不活性ガス雰囲気中で行う。本発明において、不活性ガス雰囲気とは、炭素が燃焼反応しにくく炭化する無酸素又は低酸素雰囲気のことを意味し、好ましくは、例えば、アルゴン、窒素などのガス雰囲気でありうる。 Carbonization treatment is usually performed in an inert gas atmosphere. In the present invention, the inert gas atmosphere means an oxygen-free or low-oxygen atmosphere in which carbon hardly undergoes a combustion reaction and is carbonized, and is preferably a gas atmosphere such as argon or nitrogen.

触媒を保持させた原材料は、上述の所定のガス雰囲気中で、加熱処理し、炭化させる。 The raw material holding the catalyst is heat-treated and carbonized in the predetermined gas atmosphere described above.

加熱温度の下限は、好ましくは450℃以上であり、より好ましくは500℃以上、さらに好ましくは600、700、800、又は850℃以上である。
加熱温度の上限は、好ましくは1300℃以下であり、より好ましくは1200℃以下であり、さらに好ましくは1100、1000、又は950℃以下である。
このような加熱温度設定とすることにより、繊維形態が維持された炭素繊維材料を得ることができる。加熱温度が上記の下限以下であると、炭素繊維の炭素含有量が80%以下で炭化が不十分となりやすい。
The lower limit of the heating temperature is preferably 450°C or higher, more preferably 500°C or higher, and still more preferably 600, 700, 800, or 850°C or higher.
The upper limit of the heating temperature is preferably 1,300° C. or lower, more preferably 1,200° C. or lower, and still more preferably 1,100, 1,000, or 950° C. or lower.
By setting the heating temperature in this manner, a carbon fiber material in which the fiber form is maintained can be obtained. If the heating temperature is equal to or lower than the above lower limit, the carbon content of the carbon fibers is 80% or lower, and carbonization tends to be insufficient.

加熱処理時間の下限は、昇温の時間も含め、好ましくは10分以上であり、より好ましくは11分以上であり、さらに好ましくは12分以上であり、より好ましくは25分以上である。
加熱処理時間の上限は任意でありうるが、好ましくは180分以下であり、より好ましくは160分であり、さらに好ましくは100又は50分以下である。
原材料に十分に触媒を含浸させ、上記の好適な加熱温度に設定し、加熱処理時間を調整することにより、細孔形成の進行程度を調整することができ、比表面積、各種細孔の容積、平均細孔直径などの多孔体としての物理的特性を調整することができる。加熱処理時間が上記の下限より少ないと、炭化が不十分となりやすい。
The lower limit of the heat treatment time, including the temperature rising time, is preferably 10 minutes or longer, more preferably 11 minutes or longer, still more preferably 12 minutes or longer, and more preferably 25 minutes or longer.
Although the upper limit of the heat treatment time can be arbitrary, it is preferably 180 minutes or less, more preferably 160 minutes, and still more preferably 100 or 50 minutes.
By sufficiently impregnating the raw material with the catalyst, setting the above suitable heating temperature, and adjusting the heat treatment time, the progress of pore formation can be adjusted, and the specific surface area, the volume of various pores, Physical properties of the porous body such as average pore diameter can be adjusted. When the heat treatment time is shorter than the above lower limit, carbonization tends to be insufficient.

また加熱処理としては、上記のような加熱処理(一次加熱処理という場合がある)後に、さらに所定のガス雰囲気中で、更に再加熱処理を行うこともできる。すなわち、炭化処理は、温度などの条件が異なる加熱処理を複数の段階に分けて行ってもよい。所定の条件で一次加熱処理と再加熱処理を行うことにより、物理的特性を調整し、賦活化をより良好に進行させ、吸脱着性に優れた活性炭素繊維材料を得ることができる場合がある。 As the heat treatment, after the above heat treatment (sometimes referred to as primary heat treatment), reheat treatment can be further performed in a predetermined gas atmosphere. That is, the carbonization treatment may be performed by dividing the heat treatment with different conditions such as temperature into a plurality of stages. By performing the primary heat treatment and reheat treatment under predetermined conditions, it may be possible to adjust the physical properties, promote the activation more favorably, and obtain an activated carbon fiber material with excellent adsorption and desorption properties. .

4.賦活化処理
本発明における賦活化処理としては、例えば上記加熱処理後に連続して、水蒸気を供給し適切な賦活温度で所定時間保持することで行うことができ、活性炭素繊維材料を得ることができる。
4. Activation Treatment The activation treatment in the present invention can be carried out, for example, by continuously supplying water vapor after the heat treatment and maintaining an appropriate activation temperature for a predetermined period of time to obtain an activated carbon fiber material. .

賦活温度の下限は、好ましくは750℃以上であり、より好ましくは800℃以上であり、更に好ましくは850又は900℃以上である。
他方、賦活温度の上限は、好ましくは1200℃以下であり、より好ましくは1100℃以下であり、さらに好ましくは1000又は950℃以下である。
なお、加熱処理後に連続して賦活処理を行う場合、加熱処理温度と同等程度に調整することが望ましい。
The lower limit of the activation temperature is preferably 750°C or higher, more preferably 800°C or higher, and even more preferably 850 or 900°C or higher.
On the other hand, the upper limit of the activation temperature is preferably 1200° C. or lower, more preferably 1100° C. or lower, and even more preferably 1000 or 950° C. or lower.
When the activation treatment is performed continuously after the heat treatment, it is desirable to adjust the temperature to the same level as the heat treatment temperature.

賦活時間の下限は、好ましくは1分以上であり、より好ましくは3分以上、さらに好ましくは5分以上である。
賦活時間の上限は任意でありうるが、好ましくは180分以下であり、より好ましくは160分以下であり、さらに好ましくは140、100、50、30又は15分以下である。
The lower limit of the activation time is preferably 1 minute or longer, more preferably 3 minutes or longer, and still more preferably 5 minutes or longer.
Although the upper limit of the activation time can be arbitrary, it is preferably 180 minutes or less, more preferably 160 minutes or less, and still more preferably 140, 100, 50, 30 or 15 minutes or less.

本発明の製造方法によって、吸着性に優れた活性炭素繊維を、従来より高い総収率または残存率で製造することができる。本発明の製造方法は、例えば、次のような物理的特性又は吸着性を有する活性炭素繊維を製造することに適している。 According to the production method of the present invention, activated carbon fibers with excellent adsorptivity can be produced with a higher total yield or residual rate than conventional ones. The production method of the present invention is suitable, for example, for producing activated carbon fibers having the following physical properties or adsorptive properties.

<全細孔容積>
全細孔容積の下限が0.30又は0.40cm3/g以上であり、上限が1.00又は0.70cm3/g未満である、活性炭素繊維材料。
<Total pore volume>
An activated carbon fiber material having a total pore volume with a lower limit of 0.30 or 0.40 cm 3 /g or more and an upper limit of less than 1.00 or 0.70 cm 3 /g.

<平均細孔直径>
平均細孔直径の下限が1.55又は1.57nm以上であり、上限が2.00、1.80、又は1.72nm以下である、活性炭素繊維材料。
<Average pore diameter>
An activated carbon fiber material having an average pore diameter with a lower limit of 1.55 or 1.57 nm or more and an upper limit of 2.00, 1.80, or 1.72 nm or less.

<メチレンブルー吸着性能>
メチレンブルー吸着性能が、100、150、160、190、又は220以上ml/g以上である、活性炭素繊維材料。
<Methylene blue adsorption performance>
An activated carbon fiber material having a methylene blue adsorption performance of 100, 150, 160, 190, or 220 or more ml/g.

<ヨウ素吸着性能>
ヨウ素吸着性能が、好ましくは400mg/g以上であり、より好ましくは600mg/g以上であり、更に好ましくは800又は1000mg/g以上である、活性炭素繊維材料に材料。
<Iodine adsorption performance>
An activated carbon fiber material having an iodine adsorption capacity of preferably 400 mg/g or more, more preferably 600 mg/g or more, and even more preferably 800 or 1000 mg/g or more.

本発明の製造方法によれば、優れた吸着性を有する活性炭素繊維材料を、従来より高い総収率または残存率で製造することができる。なお、残存率が高い方が、総収率も高い傾向があるため、残存率は高い方が好ましい。 According to the production method of the present invention, an activated carbon fiber material having excellent adsorptive properties can be produced with a higher overall yield or residual rate than conventionally. Note that the higher the residual rate, the higher the total yield, so the higher the residual rate, the better.

以下に実施例を挙げて本発明についてより具体的に説明するが、本発明の技術的範囲が下記の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the technical scope of the present invention is not limited to the following examples.

<実施例1>
触媒として、メタンスルホン酸(MS:methanesulfonic acid)およびリン酸水素二アンモニウム(DAHP:diammoniumhydrogen phosphate)の混合触媒を用いた。メタンスルホン酸とリン酸水素二アンモニウムとを重量比75:25の比率で含む混合触媒水溶液を、混合触媒の濃度が5~8%(W/V)となるように調製した。
<Example 1>
As a catalyst, a mixed catalyst of methanesulfonic acid (MS) and diammonium hydrogen phosphate (DAHP) was used. A mixed catalyst aqueous solution containing methanesulfonic acid and diammonium hydrogen phosphate at a weight ratio of 75:25 was prepared so that the concentration of the mixed catalyst was 5-8% (W/V).

レーヨン繊維(3.3dtex、76mm)からなる坪量300g/m2のニードルパンチ不織布に、上記の混合水溶液を含浸させ、絞液後、乾燥して、混合触媒を8~10%(W/W)付着させ前処理不織布を得た。 A needle-punched non-woven fabric made of rayon fiber (3.3 dtex, 76 mm) and having a basis weight of 300 g/m 2 is impregnated with the above mixed aqueous solution, squeezed out, and dried to obtain a mixed catalyst of 8 to 10% (W / W ) to obtain a pretreated nonwoven fabric.

得られた前処理不織布を、窒素雰囲気中、900℃まで40分で昇温した。引き続きその温度で露点60℃の水蒸気を含有する窒素気流中で12分間賦活処理を行い、シート状の活性炭素繊維材料(実施例1)を作製した。 The obtained pretreated nonwoven fabric was heated to 900° C. in 40 minutes in a nitrogen atmosphere. Subsequently, activation treatment was performed for 12 minutes in a nitrogen stream containing water vapor with a dew point of 60° C. at that temperature to prepare a sheet-like activated carbon fiber material (Example 1).

<実施例2>
実施例1における混合触媒の重量比を、メタンスルホン酸:リン酸水素二アンモニウム=50:50に変更した以外は、実施例1と同じ方法で、実施例2の活性炭素繊維材料を作製した。
<Example 2>
An activated carbon fiber material of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of the mixed catalyst in Example 1 was changed to methanesulfonic acid:diammonium hydrogen phosphate=50:50.

<実施例3>
実施例1における混合触媒の重量比を、メタンスルホン酸:リン酸水素二アンモニウム=25:75に変更した以外は、実施例1と同じ方法で、実施例3の活性炭素繊維材料を作製した。
<Example 3>
An activated carbon fiber material of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of the mixed catalyst in Example 1 was changed to methanesulfonic acid:diammonium hydrogen phosphate=25:75.

<比較例1>
実施例1における混合触媒の代わりに、メタンスルホン酸を単独で触媒として用い、メタンスルホン酸の濃度が5~8%(W/V)となるように調製した触媒水溶液を用いた以外は、実施例1と同じ方法で、比較例1の活性炭素繊維材料を作製した。
<Comparative Example 1>
Instead of the mixed catalyst in Example 1, methanesulfonic acid was used alone as a catalyst, except that an aqueous catalyst solution prepared so that the concentration of methanesulfonic acid was 5 to 8% (W / V) was used. An activated carbon fiber material of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1.

<比較例2>
実施例1における混合触媒の代わりに、リン酸水素二アンモニウムを単独で触媒として用い、リン酸水素二アンモニウムの濃度が5~8%(W/V)となるように調製した触媒水溶液を用いた以外は、実施例1と同じ方法で、比較例2の活性炭素繊維材料を作製した。
<Comparative Example 2>
Instead of the mixed catalyst in Example 1, diammonium hydrogen phosphate was used alone as a catalyst, and an aqueous catalyst solution prepared so that the concentration of diammonium hydrogen phosphate was 5 to 8% (W / V) was used. Except for this, an activated carbon fiber material of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1.

<測定及び評価方法>
上記の用にして得られた活性炭素繊維シートの物理的特性および性能に関する下記の項目について、下記に示す方法により、測定および評価を行った。なお、本発明を規定する各種の数値は以下の測定方法および評価方法により求めることができる。
<Measurement and evaluation method>
The physical properties and performance of the activated carbon fiber sheet obtained as described above were measured and evaluated by the following methods. Various numerical values that define the present invention can be obtained by the following measurement methods and evaluation methods.

<総収率(乾燥ベース)>
活性炭素繊維材料およびその前駆体(混合触媒を含浸させる前の不織布)を、乾燥機で115±5℃3時間以上乾燥させ、重量を測定し、次式1により、総収率(乾燥ベース)(単位:%)を算出した。
総収率(乾燥ベース)=活性炭素繊維材料の重量÷前駆体の重量×100 ・・・式1
<Total yield (dry basis)>
The activated carbon fiber material and its precursor (non-woven fabric before being impregnated with the mixed catalyst) are dried in a dryer at 115 ± 5 ° C. for 3 hours or more, weighed, and the total yield (dry basis) is calculated according to the following formula 1. (unit: %) was calculated.
Total yield (dry basis) = weight of activated carbon fiber material / weight of precursor x 100 Equation 1

<坪量(単位面積当たり重量)>
活性炭素繊維材料を、温度23±2℃、相対湿度50±5%の環境下で12時間以上静置し、重量と縦横の寸法から坪量(単位:g/m2)を求めた。
<Basis weight (weight per unit area)>
The activated carbon fiber material was allowed to stand in an environment of 23±2° C. temperature and 50±5% relative humidity for 12 hours or longer, and the grammage (unit: g/m 2 ) was determined from the weight and length and width dimensions.

<膜厚(シート厚み)>
活性炭素繊維材料を、温度23±2℃、相対湿度50±5%の環境下で12時間以上静置し、デジタル小型測厚器FS-60DS(大栄科学精器製作所社)を用いて、0.3KPaの荷重をかけた際の膜厚(単位:mm)を測定した。
<Film thickness (sheet thickness)>
Let the activated carbon fiber material stand in an environment with a temperature of 23 ± 2 ° C and a relative humidity of 50 ± 5% for 12 hours or more, and use a digital small thickness gauge FS-60DS (Daiei Kagaku Seiki Seisakusho Co., Ltd.) to measure 0 The film thickness (unit: mm) was measured under a load of 3 KPa.

<嵩密度>
次式2により算出した。
嵩密度(単位:g/cm3)=(坪量÷10000)÷(膜厚÷10) ・・・式2
<Bulk density>
It was calculated by the following formula 2.
Bulk density (unit: g/cm 3 )=(grammage/10000)/(film thickness/10) Equation 2

<BET比表面積>
<比表面積>
活性炭素繊維材料を約30mg採取し、200℃で20時間真空乾燥して秤量し、高精度ガス/蒸気吸着量測定装置BELSORP-maxII(マイクロトラック・ベル社)を使用して測定した。液体窒素の沸点(77K)における窒素ガスの吸着量を相対圧が10-8オーダー~0.990の範囲で測定し、試料の吸着等温線を作成した。この吸着等温線を、解析相対圧範囲を吸着等温線I型(ISO9277)の条件で自動的に決定したBET法により解析し、重量当たりのBET比表面積(単位:m2/g)を求め、これを比表面積(単位:m2/g)とした。
<BET specific surface area>
<Specific surface area>
About 30 mg of the activated carbon fiber material was sampled, vacuum-dried at 200° C. for 20 hours, weighed, and measured using a high-precision gas/vapor adsorption measuring device BELSORP-maxII (Microtrac Bell). The amount of nitrogen gas adsorbed at the boiling point of liquid nitrogen (77K) was measured in the range of the relative pressure of 10 -8 order to 0.990 to prepare the adsorption isotherm of the sample. This adsorption isotherm is analyzed by the BET method in which the analysis relative pressure range is automatically determined under the conditions of adsorption isotherm type I (ISO9277), and the BET specific surface area per weight (unit: m 2 /g) is obtained, This was defined as the specific surface area (unit: m 2 /g).

<全細孔容積>
上記比表面積の項で得られた等温吸着線の、相対圧0.990での結果より1点法での全細孔容積(単位:cm3/g)を算出した。
<Total pore volume>
The total pore volume (unit: cm 3 /g) was calculated by the one-point method from the result of the isothermal adsorption line obtained in the section on the specific surface area at a relative pressure of 0.990.

<平均細孔径>
次式3により算出した。
平均細孔直径(単位:nm)=4×全細孔容積×103÷比表面積 ・・・式3
<Average pore size>
It was calculated by the following formula 3.
Average pore diameter (unit: nm) = 4 x total pore volume x 10 3 ÷ specific surface area Equation 3

<メチレンブルー吸着性能>
日本水道協会規格水道用粉末活性炭(JWWA K113)のメチレンブルー脱色力(単位:ml/g)に従って測定した結果を、メチレンブルー吸着性能(単位:ml/g)とした。
<Methylene blue adsorption performance>
The result of measurement according to the methylene blue decolorizing power (unit: ml/g) of powdered activated carbon for water supply (JWWA K113) specified by the Japan Water Works Association was defined as the methylene blue adsorption performance (unit: ml/g).

<ヨウ素吸着性能>
日本水道協会規格水道用粉末活性炭(JWWA K113)のヨウ素吸着性能(単位:mg/g)に従って測定した。
<Iodine adsorption performance>
It was measured according to the iodine adsorption performance (unit: mg/g) of powdered activated carbon for water supply (JWWA K113) standardized by the Japan Water Works Association.

<水分含有量>
活性炭素繊維材料を、温度23±2℃、相対湿度50±5%の環境下で12時間以上静置後、試料を0.5~1.0g採取し、乾燥機で115±5℃3時間以上乾燥させた際の重量変化から、水分(単位:%)を求めた。
<Water content>
After leaving the activated carbon fiber material in an environment with a temperature of 23 ± 2 ° C and a relative humidity of 50 ± 5% for 12 hours or more, 0.5 to 1.0 g of a sample is collected and dried in a dryer at 115 ± 5 ° C for 3 hours. The moisture content (unit: %) was obtained from the change in weight during drying.

実施例1~3、並びに比較例1及び2について物理的特性および性能を測定した結果を表1に示す。 Table 1 shows the results of measuring the physical properties and performance of Examples 1-3 and Comparative Examples 1 and 2.

Figure 0007107801000001
Figure 0007107801000001

<熱重量残存率>
実施例3及び比較例1~2の製造方法において用いられる前処理不織布を、炭化処理前に約3mg採取し、熱重量残存率の検体試料とした。示差熱熱重量同時測定装置TG/DTA7200(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社)を用い、検体試料を、窒素雰囲気中、30℃で10分保持した後初期重量を測定し、その後900℃まで10℃/minで昇温し、60分保持した。
<Thermal weight residual rate>
Approximately 3 mg of the pretreated nonwoven fabric used in the production methods of Example 3 and Comparative Examples 1 and 2 was collected before carbonization and used as a test sample for thermal weight residual ratio. Using a simultaneous differential thermogravimetry device TG/DTA7200 (SII Nanotechnology Co., Ltd.), the specimen sample is held in a nitrogen atmosphere at 30 ° C. for 10 minutes, then the initial weight is measured, and then 10 ° C. to 900 ° C. /min and held for 60 minutes.

次式4から、各温度における試料の熱重量残存率(単位:%)を測定し、炭素繊維材料の熱重量残存率を得た。
各温度条件における検体試料の重量÷初期重量×100 ・・・式4
From the following equation 4, the thermogravimetric residual ratio (unit: %) of the sample at each temperature was measured to obtain the thermogravimetric residual ratio of the carbon fiber material.
Weight of test sample under each temperature condition/initial weight x 100 Formula 4

熱重量残存率の測定結果を表2に示す。表2中、試験例3は、実施例3で用いられた前処理不織布を用いた試験、比較試験例1は、比較例1で用いられた前処理不織布を用いた試験、および比較試験例2は、比較例2で用いられた前処理不織布を用いた試験を示す。 Table 2 shows the measurement results of the thermal weight residual rate. In Table 2, Test Example 3 is a test using the pretreated nonwoven fabric used in Example 3, Comparative Test Example 1 is a test using the pretreated nonwoven fabric used in Comparative Example 1, and Comparative Test Example 2 shows the test using the pretreated nonwoven fabric used in Comparative Example 2.

Figure 0007107801000002
Figure 0007107801000002

なお、賦活処理を経ない炭素繊維材料の熱重量残存率は、賦活化後の活性炭素繊維材料の総収率に、ほぼ比例すると考えられる。したがって、賦活処理を経ない炭素繊維材料の熱重量残存率が高いほど、結果として高い総収率で活性炭素繊維材料を製造することができると考えられる。 It is considered that the thermogravimetric residual rate of the carbon fiber material not subjected to activation treatment is approximately proportional to the total yield of the activated carbon fiber material after activation. Therefore, it is considered that the higher the thermogravimetric residual ratio of the carbon fiber material that has not undergone the activation treatment, the higher the overall yield of the activated carbon fiber material that can be produced.

試験例3と比較試験例1を対比すると残存率は試験例3の方が優れる。また試験例3と比較試験例2を対比すると、800℃までの昇温だと比較例2の方が残存率が上回っているが、900℃に至ると試験例3のほうが、比較試験例2よりも残存率が高く、保持時間が長くなるほどその傾向は高まる。加熱温度900℃付近の領域は、吸着性に優れた活性炭素繊維材料の製造における加熱温度として好適な温度である。 Comparing Test Example 3 and Comparative Test Example 1, Test Example 3 is superior in the residual rate. Further, when comparing Test Example 3 and Comparative Test Example 2, Comparative Example 2 has a higher residual rate when the temperature is raised to 800 ° C., but when it reaches 900 ° C., Test Example 3 is higher than Comparative Test Example 2. The retention rate is higher than that of 100%, and the longer the retention time, the higher the tendency. A heating temperature in the vicinity of 900° C. is a suitable heating temperature for producing an activated carbon fiber material having excellent adsorptive properties.

Claims (5)

有機スルホン酸系触媒およびリン酸系触媒を含む混合触媒を保持させたセルロース系材料を、不活性ガス雰囲気下で、炭化及び賦活化することを含み、
前記混合触媒に含まれる有機スルホン酸系触媒とリン酸系触媒との重量比が、10:90~90:10である、
活性炭素繊維材料の製造方法。
carbonizing and activating a cellulose-based material holding a mixed catalyst containing an organic sulfonic acid-based catalyst and a phosphoric acid-based catalyst in an inert gas atmosphere;
The weight ratio of the organic sulfonic acid-based catalyst and the phosphoric acid-based catalyst contained in the mixed catalyst is 10:90 to 90:10.
A method for producing an activated carbon fiber material.
前記セルロース系材料を、450~1300℃の温度下で炭化すること、および、750~1200℃の温度下で賦活化することを含む、請求項1に記載の活性炭素繊維材料の製造方法。 The method for producing an activated carbon fiber material according to claim 1, comprising carbonizing the cellulosic material at a temperature of 450-1300°C and activating it at a temperature of 750-1200°C. 前記有機スルホン酸系触媒が、メタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、及びカンファースルホン酸からなる群より選ばれる1種又は2種以上である、請求項1または2に記載の活性炭素繊維材料の製造方法。 Claim 1 or 2, wherein the organic sulfonic acid catalyst is one or more selected from the group consisting of methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, naphthalenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, and camphorsulfonic acid. 3. A method for producing an activated carbon fiber material according to . 前記リン酸系触媒が、リン酸、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、及びリン酸グアニジンからなる群より選ばれる1種又は2種以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の活性炭素繊維材料の製造方法。 The phosphoric acid-based catalyst is one or more selected from the group consisting of phosphoric acid, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, and guanidine phosphate. 4. The method for producing an activated carbon fiber material according to any one of 3. 前記セルロース系材料が、木材又は綿に由来する再生セルロース繊維を含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の活性炭素繊維材料の製造方法。 A method for producing an activated carbon fiber material according to any preceding claim, wherein the cellulosic material comprises regenerated cellulose fibers derived from wood or cotton.
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