(57)【要約】【課題】各種用途で使用可能であり、特に水処理用途において有用な金属成分が微粒子の状態で多孔質内部に高濃度かつ均一に担持された多孔質炭素材料の製造方法を提供する。【解決手段】  平均粒子径が１０〜１０００μｍの炭素質粒子１００重量部に、鉄化合物粒子１〜１５重量部及び炭素前駆体となる結着材１０〜８０重量部を含む混練成形物の焼成物であって、平均粒子径が１μｍ以下の四酸化三鉄が内部に均一に分散した構造を有し、曲げ強度が２０ＭＰａ以上で比抵抗が１００μΩ・ｍ以下であることを特徴とする多孔質炭素材料。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒子径が１０〜１０００μｍの炭素質粒子１００重量部に、鉄化合物粒子１〜１５重量部及び炭素前駆体となる結着材１０〜８０重量部を含む混練成形物の焼成物であって、平均粒子径が１μｍ以下の四酸化三鉄が内部に均一に分散した構造を有し、曲げ強度が２０ＭＰａ以上、比抵抗が１００μΩ・ｍ以下であることを特徴とする多孔質炭素材料。
【請求項２】
開気孔率が１０〜２０％である請求項１に記載の多孔質炭素材料。
【請求項３】
平均粒子径が１０〜１０００μｍの炭素質粒子１００重量部に、鉄化合物粒子１〜１５重量部及び炭素前駆体となる結着材１０〜８０重量部を配合して混練成形して成形物とすること、次いでこの成形物を焼成炉内で非酸化性雰囲気下８００〜１６００℃で焼成することを特徴とする平均粒子径が１μｍ以下の四酸化三鉄粒子が内部に均一に分散した構造を有し、曲げ強度が２０ＭＰａ以上で比抵抗が１００μΩ・ｍ以下である多孔質炭素材料の製造方法。
【請求項４】
炭素質粒子が、石油系又は石炭系重質油より得られる生コークス及びか焼コークスから選択される少なくとも一種の炭素質材料であり、結着材が石炭系又は石油系のバインダーピッチであり、鉄化合物粒子が酸化第二鉄である請求項３に記載の多孔質炭素材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱臭や脱色、有機化合物の分解や微生物燃料電池など、各種分野において有用な多孔質炭素材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔質炭素材料は、軽量な上に耐熱性、耐蝕性、導電性などに優れ、工業用のフィルター、電池用電極、吸着材および断熱材等の様々な用途分野で古くから使用されている。
【０００３】
前記多孔質炭素材料の製造技術としては、コークス粒を石炭系や石油系ピッチのような炭化収率の高いバインダーとともに混練したのち、成形及び焼成炭化する方法が古くから知られている。この多孔質炭素材料はコークス粒子をピッチの炭化物で結合したものであり、粒子結合型の組織構造を有している。
【０００４】
例えば、特許文献１には、多孔質炭素材の製造方法としてコークス、バインダーを配合して混錬成型し、９００〜１６００℃で焼成し、孔径を１〜１００μｍの範囲内でシャープな分布を有する多孔質炭素材の製造方法が開示されている。
【０００５】
しかし、上記の方法によって得られる多孔質炭素材料は、例えば、排水中の難分解性の有機化合物を酸化分解するための電極や、バクテリアや菌類などの微生物を発電に利用する微生物燃料電池の電極といったより高度な用途に対しては、別途触媒金属の担持や表面の親水化処理を行わなければならない。
【０００６】
そのため、活性炭等の多孔質炭素材料を水や有機溶剤による金属塩溶液へ浸漬したり（例えば特許文献２）、電解法または気相法による金属被覆などの手法によって多孔質炭素材料へ金属を担持することが行われている。
【０００７】
しかし、特許文献２の手法では、金属成分を多量に担持することが難しく、かつ多孔質炭素材料の閉気孔には液が入らないので内部への金属成分の均一な分布が難しい。また、金属被覆による手法では金属成分が表層に偏在するほか、炭素材料の表面を被覆してしまうので多孔質炭素材料の特性を発現しにくいことが問題となる。
【０００８】
このように、従来の手法では、金属成分をサブミクロンからミクロンオーダーの粒子サイズで多孔質炭素材料の内部にまで多量かつ均一に担持させることが困難であったり、安価に量産し難いという課題があった。
【０００９】
なお、特許文献３には、平均粒径３μｍ以下の鉄化合物を添加する人造黒鉛電極の製造方法が開示されている。しかし、本文献における鉄化合物は黒鉛電極製造時の脱ガスによるパフィングを抑制し炭化を促進させるための触媒としての機能を果たすために添加されるものであるので、量的に少量であって、最終的には黒鉛化の際に脱離させてしまうため、炭素材料へ金属を担持させるためのものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１−２７０５７６号公報
【特許文献２】特開平７−１１６５０９号公報
【特許文献３】特公平６−６５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、各種用途で使用可能であり、特に水処理用途において有用な金属成分が微粒子の状態で多孔質内部に高濃度かつ均一に担持された多孔質炭素材料の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明は、平均粒子径が１０〜１０００μｍの炭素質粒子１００重量部に、鉄化合物粒子１〜１５重量部及び炭素前駆体となる結着材１０〜８０重量部を含む混練成形物の焼成物であって、平均粒子径が１μｍ以下の四酸化三鉄が内部に均一に分散した構造を有し、曲げ強度が２０ＭＰａ以上で比抵抗が１００μΩ・ｍ以下であることを特徴とする多孔質炭素材料である。
上記多孔質炭素材料は、開気孔率が１０〜２０％であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、平均粒子径が１０〜１０００μｍの炭素質粒子１００重量部に、鉄化合物粒子１〜１５重量部及び炭素前駆体となる結着材１０〜８０重量部を配合して混練成形して成形物とすること、次いでこの成形物を焼成炉内で非酸化性雰囲気下８００〜１６００℃で焼成することを特徴とする平均粒子径が１μｍ以下の四酸化三鉄粒子が内部に均一に分散した構造を有し、曲げ強度が２０ＭＰａ以上で比抵抗が１００μΩ・ｍ以下である多孔質炭素材料の製造方法である。
【００１４】
上記製造方法は、炭素質粒子が、石油系又は石炭系重質油より得られる生コークス及びか焼コークスから選択される少なくとも一種の炭素質材料であり、結着材が石炭系又は石油系のバインダーピッチであり、鉄化合物粒子が酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、大量に安定供給できる原料を使用して、多孔質炭素材料の特性を維持しつつ、鉄粒子を微細なＦｅ３Ｏ４（マグネタイト、導電性）として微粒子の状態で高濃度かつ均一に担持された多孔質炭素材料を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１のＳＥＭ画像（加速電圧5kV  5000倍）である。
【図２】実施例１のＸＲＤチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の多孔質炭素材料は、炭素質粉末１００重量部に、鉄化合物粒子１〜１５重量部及び結着材１０〜８０重量部を含む混練成形物の焼成物であり、平均粒子径が１μｍ以下の四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）が内部に均一に分散した構造を有し、曲げ強度が２０ＭＰａ以上で比抵抗が１００μΩ・ｍ以下である。また、本発明の多孔質炭素材料の製造方法は、規定の粒度に粉砕した炭素質粒子を骨材として使用し、これに鉄化合物粒子及びバインダーピッチ等の結着材を配合し、混錬成形し、次いでこれを非酸化性雰囲気下で焼成して、上記焼成物を製造するものである。
【００１８】
本発明で骨材として使用される炭素質材料としては、天然黒鉛または人造黒鉛や、石油系あるいは石炭系の重質油からディレードコーキングプロセスにより製造されるディレードコークス（生コークス）または、ディレードコークスを非酸化性雰囲気で９００〜１６００℃でか焼したか焼コークス、樹脂材料などを原料として得られるハードカーボン、木炭や竹炭などの植物由来の炭素材料を使用することができる。
上記の炭素質材料の中でも、人工黒鉛、生コークス又はか焼コークスが電気伝導性の面から骨材として好ましく、鉄化合物や結着材との混錬や成形のし易さの面から生コークス又はか焼コークスがより好ましい。
【００１９】
まず、原料の配合に先駆けて、上記炭素質材料を粉砕、分級して所望の粒度の炭素質粒子（骨材粒子ともいう。）となるように調整を行う。
多孔質炭素材料の気孔径（メジアン径）と気孔率は、炭素質粒子の粒径や結着材の使用量、焼成温度等によって制御することができる。例えば、骨材粒子の粒径を大きくすることにより、これらの数字は大きくなる。具体的に、骨材となる炭素質粒子の粒径について言えば、その全ての粉末の粒径が、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下であり、そのうち０．１ｍｍ以下の細粒が、好ましくは１０％（重量基準）以上、より好ましくは２０％以上存在するとよい。また、中間的な粒径をもつ粒子、例えば０．５〜１．０ｍｍ程度のものを除外することによって、気孔径や気孔率と機械強度(曲げ強さ)のバランスが良好にすることも好ましい。
炭素質粒子の平均粒子径としては、１０〜１０００μｍであり、好ましくは２０〜１０００μｍ、より好ましくは５０〜８００μｍである。炭素粒子の平均粒子径が１０００μｍを超えてしまうと、得られる多孔質炭素材料の空隙性状が粗となり過ぎ、平均粒子径が１０μｍ未満であると得られる多孔質炭素材料が緻密になり過ぎるため適さない。なお、本明細書でいう平均粒子径とはレーザー散乱・回折式粒子径測定法で測定される体積標準粒子径における累積５０％径（ｄ５０）である。
【００２０】
結着材は、８００℃以上の非酸化性雰囲気下の焼成処理で自ら炭素化すると共に、骨材を結着することができるものであれば特に限定されるものではないが、フェノール樹脂やフラン樹脂、ポリイミド樹脂などの残炭率が４０％以上の樹脂材料、又はバインダーピッチの使用が好ましい。
【００２１】
バインダーピッチとは、製鋼用の黒鉛電極などを製造する際の結着材として使用される石油系又は石炭系のピッチであり、例えば、バインダーピッチ  ＢＰ−９７（株式会社シーケム製）があげられる。バインダーピッチは樹脂系材料よりも安価であり、炭素化した時の電気伝導性が良好であるために結着材としてより好ましい。
【００２２】
本発明の多孔質炭素材料の製造に使用される鉄化合物は、多孔質炭素材料の製造プロセス中で分解・還元されるようなものであれば特に限定はされないが、取り扱いや安全性などの面から硫酸鉄、酢酸鉄、クエン酸鉄、水酸化鉄、又は酸化鉄が好ましく、より好ましくは酸化第二鉄が適する。
【００２３】
酸化鉄には、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）などが存在し、これらはいずれも本発明の多孔質炭素材料の製造に使用することができるが、結晶が微細であって粒子自体の強度が強くなく、微粉となりやすく、混錬のし易さの面から顔料用のベンガラ（Ｆｅ２Ｏ３を主成分とする赤色顔料）、鱗片状酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３を主成分とする薄板状粒子）が好ましく、純度や粉体性状、コストの面などからベンガラがより好ましい。多孔質炭素材料に添加された鉄化合物は、焼成後において、例えばベンガラではＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ、又はそれらが２種以上混在した状態まで還元されるが、好ましくは、電導性の向上のためＦｅ３Ｏ４が単独となるように還元されていることが好ましい。
【００２４】
鉄化合物は、その平均粒子径が１００μｍ以下であり、好ましくは０．０５〜１００μｍ、より好ましくは０．１〜５０μｍである。平均粒子径が１００μｍを超えると原料の混練後に粗大な粒子が残留することによって多孔質炭素材料中の鉄成分粒子が大きくなりすぎるほか、所望の空隙性状を得ることが難しくなるために適さない。
【００２５】
原料の配合割合は、混練条件や成形方法によって調整されるが、炭素質粒子（骨材）と結着材については、骨材１００重量部に対し、結着材１０〜８０重量部の範囲とする。例えば、押出し成形によって多孔質炭素電極を製造する場合は、易黒鉛化性炭素粒子が１００重量部に対し、バインダーピッチが１０〜８０重量部、好ましくは２０〜５０部にする。バインダーピッチが１０重量部未満以下であると、機械強度が低下するため電極が脆くなる。またバインダーピッチが８０重量部を超えると電気特性や気孔性状が悪化する。配合割合は上記の範囲で適宜調整される。
【００２６】
また、鉄化合物は、骨材１００重量部に対して１〜１５重量部の範囲で配合される。配合量は好ましくは１〜１５重量部であり、より好ましくは２〜１２重量部である。骨材及び結着材とともに鉄化合物を配合することによって、材料全体に鉄成分を高濃度かつ均一に担持させることができるほか、焼成後の多孔質炭素材料の機械強度を向上させることができる。
なお、鉄化合物の配合量が１重量％未満では曲げ強度はあまり上がらず、添加の効果が得られない。一方、添加量が１５重量部を超えると炭素材料表面への鉄成分の析出も多く、表面の鉄成分が空気中で徐々に酸化され赤錆が発生してしまうために適さない。
【００２７】
次に、前処理で所望の粒度となるように調整を行った炭素質粒子（骨材）に、結着材と鉄化合物を所定の割合で配合して混練する。混練方法については、鉄化合物が均一に分散可能な方法であれば良く、例えば、所望の粒度となるように粉砕・分級されたピッチコークスや石油コークス等のコークス粒子に、タールやピッチ等のバインダーピッチと鉄化合物を所定量配合して、これをニーダー等の混練機に投入し、バインダーピッチの溶融温度以上で混練するなど、炭素成形体の製造においてごく一般的に行われている方法が挙げられる。
なお、鉄化合物は水や有機溶剤の溶液での状態で配合するのではなく、粉末の状態のままで骨材及び結着材と配合・混練が行われることが好ましい。
【００２８】
また、原料の混練時に多孔質炭素材料の気孔性状や機械特性などに悪影響を及ぼさない範囲内で、骨材、結着材、鉄化合物に加えて、さらに炭素繊維のチョップドファイバー、或いはマグネシウム、マンガン、銅、亜鉛、又はモリブデンなど鉄以外の金属成分を酸化物粉末として添加してもよい。
なお、鉄化合物以外の金属成分の添加量については、鉄化合物１００重量部に対して１〜１０重量部となるように配合されることが好ましい。
【００２９】
混練して得られた混練物の成形は、所定の可塑性を示す温度で、所定の形状の押出口を有するダイからの押出し成形のほか、混練物を冷却して二次粉砕した粒子を所望の形状の成形型に入れて上部から加圧成形する形込め成形であっても良く、更には、二次粉砕した粒子を水中でのラバープレスで圧縮成型する冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）成形で製造することもできる。
【００３０】
上記のような成形で得られた成形物は焼成炉内で非酸化性雰囲気下にて焼成を行う。この焼成で、鉄化合物は還元され、Ｆｅ２Ｏ３はＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ、又はそれらが二種以上混在する状態まで還元される。配合する鉄化合物の量や大きさ、焼成の雰囲気によって多少は異なるが、焼成温度は８００〜１６００℃の温度範囲内で行われることが好ましく、８００〜１３００℃で焼成されることがより好ましく、８００〜１０００℃が更に好ましい。黒鉛化まで行うと鉄成分が揮散してしまうので鉄化合物粒子の添加効果が消失するほか、疎水性が強くなるので不適である。また、焼成温度が１６００℃以上であると鉄化合物の融解により、鉄化合物粒子同士が融着して大きな粒子となり易くなってしまう。また、８００℃以下であると結着材の炭素化が不十分となるので得られた多孔質炭素材料の導電性が低下してしまうため好ましくない。
なお、焼成時の非酸化性雰囲気は、還元雰囲気や不活性ガス雰囲気等であり、一酸化炭素（ＣＯ）やアルゴン/水素混合ガスなどの還元性を有するガスの吹込みを行なってもよいが、石炭やコークスブリーズ（コークス粉）など炭素を含む還元剤と一緒に焼成炉内で焼成を行うことがＦｅ３Ｏ４を得易く好ましい。
【００３１】
本発明の製造方法により得られる多孔質炭素材料は、鉄成分が四酸化酸鉄（Ｆｅ３Ｏ４）となって、好ましくは０．５ｗｔ％以上の量で、表層部に偏在することなく、内部まで高濃度かつ均一に分散担持されている。その成形物内部にまでＦｅ３Ｏ４が、平均粒子径１μｍ以下、好ましくは０．１〜０．５μｍのサイズの粒子として均一に分散している。原料の酸化第二鉄粒子として、ベンガラのような非常に脆い微細な多結晶体を使用すれば、混練時に容易に粉砕されながら微細化して均一に分散担持される。
【００３２】
本発明の多孔質炭素材料は、比抵抗が１００μΩｍ以下、曲げ強度が２０ＭＰａ以上の成形体、特に開気孔率が１０〜２０％の成形体が得られる。比抵抗が７５〜８５μΩｍ、曲げ強度が２５〜３５ＭＰａ、開気孔率が１５〜１８％であことがより好ましい。比抵抗および曲げ強度が上記範囲内であることによって、多孔質炭素材料としての導電性を維持しつつ、切削などにより成形体に２次加工を行っても十分な機械強度が確保できる。
【００３３】
また、一般に黒鉛表面の水の接触角は１１０°前後で疎水性が高いが、本発明の製法により得られる成形体は表面性状が水の接触角が３０〜９０°と比較的親水性であり、多孔質炭素材料１００重量部に対して、５ｗｔ％以上、好ましくは７ｗｔ％以上の吸水率（水浸漬２４時間後）を示す。
本発明の多孔質炭素材料は、導電性のＦｅ３Ｏ４粒子を含むため、導電性や触媒活性等が優れ、電解用の電極や触媒等に使用できる。特に、電解水処理を行うための電極用に適する。
【００３４】
本発明の多孔質炭素材料は、焼成後に賦活処理を行ってもよい。賦活処理は高温での酸化ガス（Ｈ２Ｏ，ＣＯ２，Ｏ２など）との原料の接触反応によるガス賦活を行うことが好ましく、多孔質炭素材表面の鉄化合物粒子がやや酸化されるものの、例えば焼成直後の炉内に大気を導入することによってガス賦活を行うといった方法を採ることができる。
【００３５】
また、更に必要に応じて白金やパラジウム、酸化チタン等といった触媒機能を有する金属の分散液等に本発明の多孔質炭素材料を浸漬したのち再焼成するなどして別途担持させることもできる。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例に基づいて本発明の内容を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３７】
実施例１
真密度１．８２ｇ／ｃｍ３のピッチコークス（ＰＣ）を粉砕し、２．４〜１ｍｍ：４０％、０．３〜０．０７５ｍｍ：３５％、０．０７４ｍｍ以下：２５％の粒度配合（平均粒径７５５μｍ）になるように調整したピッチコークス粒子１００重量部に、ベンガラ（戸田ピグメント製  Ｔｏｄａ  Ｃｏｌｏｒ  Ｒ５８０  平均粒径０．１９μｍ）１０重量部と石炭系重質油から得られたバインダーピッチ（ＢＰ：軟化点９７℃）４０重量部を添加し、２００℃で２０分間加熱混練した。この混練物を２０ｍｍφ×１００ｍｍの大きさで円柱状に押出し成型した。成型後９００℃の非酸化性雰囲気中で焼成炭化し、目的物の多孔質炭素材料（円柱体）を得た。
【００３８】
実施例２〜３
ベンガラの配合量を１０重量部に代えて、２又は５重量部とした以外、実施例１と同様の方法で、多孔質炭素材料を得た。
【００３９】
比較例１
ベンガラを配合しない以外、実施例１と同様の方法で、多孔質炭素材料を得た。
【００４０】
比較例２
硫酸第一鉄（硫酸鉄(II)七水和物９９．５％、１級  和光純薬製）と純水で２０％硫酸鉄水溶液を調整し、比較例１と同じ方法で作成した多孔質炭素材料を浸漬し、減圧脱気して、多孔質炭素材料の空隙に硫酸鉄水溶液を含浸させた。水溶液から多孔質炭素を取り出したのち、紙ウエスで表面を拭取り、多孔質炭素の重量増分から硫酸第一鉄の含浸量を算出した。
一日間室温で乾燥したのち、６０℃の乾燥機で乾燥後、９００℃の非酸化性雰囲気中で再度焼成し、鉄入り多孔質炭素材料を得た。硫黄が完全には除去できず、硫黄臭がした。得られた多孔質炭素はその後、水洗、乾燥を行ったが硫黄臭は消えなかった。
【００４１】
比較例３
ベンガラの配合量を１０重量部に代えて、２０重量部とした以外、実施例１と同様の方法で、多孔質炭素材料を得た。
【００４２】
比較例４
ベンガラに代えて鋳鉄粉（鉄粉＃３００、協和純薬工業製）を１０重量部配合した以外、実施例１と同様の方法で多孔質炭素材料を得ようとしたが、押出成形ができず、試料を得ることができなかった。  
【００４３】
実施例及び比較例で作成した多孔質炭素材料（円柱体）は、下記の方法で各種評価を行った。これらの配合処方及び結果を表１に示す。表中、骨材、結着材、鉄化合物の数値（下段）は、重量部である。
【００４４】
［嵩比重］
多孔質炭素材料をノギスで直径と長さを測定し、さらに丸棒の重量から見かけ比重（嵩比重）とした。
【００４５】
［比抵抗］
定電流電源装置（マルチメーター）を用いた四端子測定法で測定した。通電用の二端子を多孔質炭素材料の両端に接続し、さらに検出用二端子を円柱側面に６５ｍｍ間隔になるように接続し、室温にて両端の通電用二端子に２Ａの電流をかけたときの側面の検出用二端子間の電圧を測定することで実抵抗とし、さらに円柱の断面積と端子間距離から比抵抗（実抵抗×長さ／断面積）を求めた。
【００４６】
［曲げ強さ］
ＪＩＳ  Ｒ  ７２２２の曲げ強さ測定方法に準拠し、曲げ試験機（卓上万能試験機  ＡＧＳ‐５００Ａ  ＳＨＩＭＡＤＺＵ社製）を用いて、多孔質炭素材料に毎秒５０Ｎの一定荷重速度で加重を加え、得られた最大荷重から以下の式から曲げ強さを求めた
曲げ強さ＝  ８×最大荷重×支点間距離／（円周率×円柱直径）。
【００４７】
［吸水率］
予め重量測定した多孔質炭素材料を室温の純水に浸漬し、２４時間後取り出し後、3分間室温で静置し、水の滴りがなく、水が十分切れたところで重量を測定し、増えた重量増割合を吸水率とした。
【００４８】
［ＳＥＭ観察、元素分析］  多孔質炭素の空隙や微細形状や鉄成分粒子の分布観察は、多孔質炭素材料を電動カッターでカットし、破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ  Ｓ‐４７００  日立ハイテクノロジーズ社製）による形状観察、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ  ＥＭＡＸ４００  ＨＯＲＩＢＡ社製）による破断面の元素分析を実施した。
【００４９】
［開気孔率］
ＪＩＳ  Ｒ  １６３４  開気孔率の真空法の測定方法に準拠し、多孔質炭素材料の乾燥重量、純水に浸けたときの円柱の水中重量、並びにそれを真空にして飽水させたときの飽水重量を測定し、得られた重量を使って以下の式から開気孔率を求めた。
開気孔率（％）＝  （飽水重量−乾燥重量）／（飽水重量−水中重量）×１００
【００５０】
［平均気孔率］
多孔質炭素材料を長手方向に半裁した後、高さ５ｍｍ程度の半円柱に切断したものを使用し、 Ｘ線ＣＴ装置（Ｘ線透過検査装置ＴＵＸ−３２００Ｎ  マーストーケンソリューション社製）にて全方位の透過像を撮像し、再構成処理により三次元立体画像データを取得した。得られた三次元画像データを画像処理ソフトにて３ｍｍ×３ｍｍ×１０ｍｍのサイズ(３００×３００×１０００ボクセル)に切り出し、 三次元画像解析ソフトにて空隙の各箇所における径を算出して統計処理で平均気孔率を求めた。
【００５１】
［Ｆｅ含有量］
多孔質炭素材料をディスクミルで微粉砕（平均粒径７５μｍ程度）し、電気炉で炭素分を燃焼させ、残った灰分をアルカリ溶融し、酸で溶かす。それを使って予めＦｅピークとＦｅ量の検量線を求めたＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）発光分光分析法でＦｅ分を測定し、使った多孔質炭素材料と残った灰分量からＦｅ含有量を求めた。
【００５２】
［ＸＲＤ］
多孔質炭素材料をディスクミルで微粉砕（平均粒径７５μｍ程度）し、Ｘ線回折装置（リガク社製、ＲＩＮＴ−ＴＴＲＩＩＩ、Ｘ線管球：ＣｕＫα、管電流：３００ｍＡ、管電圧：５０ｋＶ）にて鉄成分の同定を行った。
【００５３】
［Ｆｅ溶出量］
ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２  工場排水試験方法に準拠し、多孔質炭素材料をディスクミルで粒径５ｍｍ以下に粉砕し、重量体積比１０％になるように水を加え、常温で振とう機で六時間連続して水平に振とうする。溶出操作後、遠心加速度3000Ｇにて20分間遠心分離を実施し、得られた試料液（上澄み）を、孔径１μｍのメンブランフィルターを用いて濾過する。濾液をつかって高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＶＡＲＩＡＮ社製、７２０−ＥＳ）にて水に溶出した鉄成分の定性を行なった。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
本発明の多孔質炭素材料は、表１の実施例１〜３に見られるように比較例１の鉄化合物無添加の多孔質炭素材料とほぼ同等の比抵抗を有しながら、機械強度は比較例１、２よりも優れるために形状加工性の自由度の高い、かつ鉄を大量に含有する多孔質炭素材料を容易に得ることを可能とする。
また、本発明の多孔質炭素材料は、比較例２の溶液浸漬型とは異なり、含有する金属成分が吸水率の違いに見られるようにその内部の空孔を閉塞したり表層部に偏在することなく、図１で観察されるように１００ｎｍから５００ｎｍほどの粒径となって、その内部まで高濃度かつ均一に分散されている。また、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）による結晶状態を調べたところ、図２に示すとおり、実施例１〜３の多孔質炭素材料に含まれる鉄成分はＦｅ３Ｏ４であることが確認され、溶出試験でもＦｅイオンは比較例３とは異なり検出されなかった。なお、図２（ＸＲＤ）において、２０-３０°の大きなピークはＰＣ炭素由来であり、それ以外はマグネタイト・Ｆｅ３Ｏ４のピークとほぼ一致した。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の多孔質炭素材料は、例えば、排水等の脱臭や脱色処理のための材料や、これらの電気化学的処理のための電極材料、酵素や藻類，バクテリアなどの担持材料、微生物燃料電池の電極材料として好適に使用されるものである。
【図１】
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【図２】
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