(57)【要約】【課題】高密度かつ高ガス吸着能の炭素繊維凝集体を含むガス吸着材を提供する。【解決手段】  本発明のガス吸着材は、炭素繊維が凝集してなる球状の炭素繊維凝集体を含み、炭素繊維凝集体の平均密度が０．２ｇ／ｃｍ３〜１ｇ／ｃｍ３であり、かつ、ガス圧力１ＭＰａにおける単位体積当たりのガス吸着量が少なくとも５０ｍＬ／ｃｍ３である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを吸着するガス吸着材であって、
炭素繊維が凝集してなる炭素繊維凝集体を含み、
前記炭素繊維凝集体の平均密度が０．２ｇ／ｃｍ３〜１ｇ／ｃｍ３であり、かつ、ガス圧力１ＭＰａにおける単位体積当たりのガス吸着量が少なくとも５０ｍＬ／ｃｍ３である、ガス吸着材。
【請求項２】
前記炭素繊維凝集体の平均密度が０．２ｇ／ｃｍ３〜０．３ｇ／ｃｍ３である、請求項１に記載のガス吸着材。
【請求項３】
前記炭素繊維凝集体を構成する炭素繊維の平均長さが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである、請求項１または２に記載のガス吸着材。
【請求項４】
前記炭素繊維凝集体を構成する炭素繊維の比表面積が１５００ｍ２／ｇ〜２２００ｍ２／ｇである、請求項１〜３の何れか一つに記載のガス吸着材。
【請求項５】
前記炭素繊維凝集体を構成する炭素繊維の細孔直径が１．８ｎｍ〜２．５ｎｍである、請求項１〜４の何れか一つに記載のガス吸着材。
【請求項６】
炭素繊維が凝集してなる炭素繊維凝集体を含み、該炭素繊維凝集体の平均密度が０．２ｇ／ｃｍ３〜１ｇ／ｃｍ３であり、かつ、ガス圧力１ＭＰａにおける単位体積当たりのガス吸着量が少なくとも５０ｍＬ／ｃｍ３であるガス吸着材を製造する方法であって、
炭素繊維を用意する炭素繊維用意工程と、
前記炭素繊維用意工程で用意された炭素繊維を凝集して炭素繊維凝集体を得る炭素繊維凝集工程と、
前記炭素繊凝集工程で得られた炭素繊維凝集体に極性溶媒を加えて振盪することにより該炭素繊維凝集体を高密度化する高密度化工程と
を包含する、ガス吸着材の製造方法。
【請求項７】
前記炭素繊維用意工程では、平均長さが１ｃｍ〜５ｃｍの炭素繊維を用意する、請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記炭素繊維凝集工程は、前記炭素繊維を攪拌する処理を含む、請求項６または７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記炭素繊維凝集工程後かつ前記高密度化工程前の炭素繊維凝集体の直径Ｒ１と、前記高密度化工程後の炭素繊維凝集体の直径Ｒ２との比（Ｒ２／Ｒ１）が、０．４≦（Ｒ２／Ｒ１）≦０．７である、請求項６〜８の何れか一つに記載の製造方法。
【請求項１０】
ガスを貯蔵するためのガス貯蔵タンクであって、
ガス吸着材と、
前記ガス吸着材が充填された容器と
を備え、
前記ガス吸着材は、炭素繊維が凝集してなる炭素繊維凝集体を含み、該炭素繊維凝集体の平均密度が０．２ｇ／ｃｍ３〜１ｇ／ｃｍ３であり、かつ、ガス圧力１ＭＰａにおける単位体積当たりのガス吸着量が少なくとも５０ｍＬ／ｃｍ３である、ガス貯蔵タンク。
【請求項１１】
前記容器内を複数の充填室に区画する仕切板を備え、
前記ガス吸着材は、前記複数の充填室に分けて配置されている、請求項１０に記載のガス貯蔵タンク。
【請求項１２】
前記仕切板には、前記複数の充填室間を連通する孔が形成されている、請求項１１に記載のガス貯蔵タンク。
【請求項１３】
前記容器は、円筒状の容器であり、
前記仕切板は、前記容器の筒軸方向に延びるとともに、前記容器の周方向に沿う空間を複数の扇形充填室に区画するように設けられている、請求項１１または１２の何れか一つに記載のガス貯蔵タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス吸着材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタン、エタンその他の炭化水素ガスは、発電用のエネルギー源や自動車用の燃料として広く活用することが期待されている。炭化水素ガスを貯蔵する方法としては、一般に、炭化水素ガスを圧縮して貯蔵する方法が知られているが、炭化水素ガスを２０ＭＰａ以上の高圧にする必要があるため、取り扱いが難しく、またコストが割高になるという問題がある。そこで、炭化水素ガスを吸着材に吸着させ、比較的低圧（例えば１ＭＰａ以下）で炭化水素ガスを貯蔵することが検討されている。例えば特許文献１には、メタン燃料自動車などの燃料メタン貯蔵用として炭素繊維を吸着材に用いることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１４４９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、炭素繊維は、活性炭よりも比表面積が大きく、ガス吸着能に優れる一方で、嵩高い。そのため、炭素繊維は、単位質量当たりのガス吸着能は活性炭よりも優れているが、単位体積当たりのガス吸着能は活性炭よりも劣るという問題がある。かかる問題に対処すべく、例えば炭素繊維を圧縮して高密度化することが考えられるが、本発明者らの検討によると、炭素繊維に圧力を加えて高密度化すると、炭化水素ガスを吸着する吸着サイトとなる細孔が崩壊し、本来のガス吸着能が発揮されないことが判明した。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、高密度かつ高ガス吸着能の炭素繊維凝集体を含むガス吸着材を製造する方法を提供することである。また、他の目的は、そのような製造方法で得られた高密度かつ高ガス吸着能の炭素繊維凝集体を含むガス吸着材を提供するである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、炭素繊維凝集体に極性溶媒を加えて振盪することにより、過度の圧力を加えることなく炭素繊維凝集体を高密度化し得ることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明によって提供される製造方法は、炭素繊維が凝集してなる球状の炭素繊維凝集体を含むガス吸着材を製造する方法である。この製造方法は、炭素繊維を用意することを包含する（炭素繊維用意工程）。また、前記炭素繊維用意工程で用意された炭素繊維を凝集して炭素繊維凝集体（典型的には球状）を得ることを包含する（炭素繊維凝集工程）。さらに、前記炭素繊凝集工程で得られた炭素繊維凝集体に極性溶媒を加えて振盪することにより該炭素繊維凝集体を高密度化することを包含する（高密度化工程）。
【０００８】
本発明の製造方法では、炭素繊維を圧縮するのではなく、炭素繊維凝集体に極性溶媒を加えて振盪することにより該炭素繊維凝集体を高密度化する。かかる構成によると、無加圧に近い状態で炭素繊維凝集体を高密度化できるので、炭素繊維に過度の圧力を加えて圧縮したときのような吸着サイト(細孔)の崩壊が防止され、高密度かつ高ガス吸着能の炭素繊維凝集体が得られる。このような高密度かつ高ガス吸着能の炭素繊維凝集体は、炭化水素ガス（例えばメタン）等のガス貯蔵タンクにおけるガス吸着材として好適に使用することができる。
【０００９】
ここで開示される製造方法の好ましい一態様では、前記炭素繊維用意工程において、平均長さが１ｃｍ〜５ｃｍの炭素繊維を用意する。このような平均長さの炭素繊維を用いることによって、その後の炭素繊維凝集処理を好適に実施でき、かつ、ガス吸着材の生産性を高めることができる。
【００１０】
ここで開示される製造方法の好ましい一態様では、前記炭素繊維凝集工程において、前記炭素繊維を攪拌する処理を含む。これによって、多数の炭素繊維が（典型的には球状に）凝集した炭素繊維凝集体を好適に得ることができる。
【００１１】
ここで開示される製造方法の好ましい一態様では、前記炭素繊維凝集工程後かつ前記高密度化工程前の炭素繊維凝集体の直径Ｒ１と、前記高密度化工程後の炭素繊維凝集体の直径Ｒ２との比（Ｒ２／Ｒ１）が、０．４≦（Ｒ２／Ｒ１）≦０．７である。このような縮径比（Ｒ２／Ｒ１）の範囲内であると、炭素繊維凝集体の密度を効果的に増加できるため、ガス吸着能の向上に有効に寄与し得る。なお、本明細書において炭素繊維凝集体の直径とは、炭素繊維凝集体における最も長い径すなわち最大直径をいう。
【００１２】
また、本発明は、他の側面としてガスを吸着するガス吸着材を提供する。ここで開示されるガス吸着材は、炭素繊維が凝集してなる炭素繊維凝集体を含む。そして、前記炭素繊維凝集体の平均密度が０．２ｇ／ｃｍ３〜０．５ｇ／ｃｍ３であり、かつ、ガス圧力１ＭＰａにおける単位体積当たりのガス吸着量が少なくとも５０ｍＬ／ｃｍ３である。
【００１３】
なお、本明細書中において炭素繊維凝集体の密度とは、炭素繊維凝集体（典型的には球状）の外周を体積とした場合の密度のことをいい、例えば、炭素繊維凝集自体の体積、炭素繊維凝集体内の空隙の体積および炭素繊維凝集体表面の凹凸の体積を含み得る。炭素繊維凝集体の密度は、例えば炭素繊維凝集体の質量を体積で除して求めるとよい。ここで炭素繊維凝集体の体積は、炭素繊維凝集体の最大直径を測定し、かかる最大直径の１／２を炭素繊維凝集体の半径ｒとし、その半径ｒを用いて球の体積を求める式（４πｒ３／３）より算出するものとする。平均密度については、例えばランダムに抽出された少なくとも１０個（好ましくは１０〜２０個、より好ましくは１０〜５０個）の炭素繊維凝集体において評価するとよく、それらの凡その平均値（算術平均値）で評価するとよい。また、本明細書中において言及するガス圧力１ＭＰａにおける単位体積当たりのガス吸着量は、常温において測定されたガス吸着量の値を示している。ここで「常温」とは１５〜４０℃の温度範囲をいい、典型的には２０〜３５℃の温度範囲（例えば２５℃）をいう。
【００１４】
ここで開示されるガス吸着材の好適な一態様では、例えば炭素繊維凝集体の平均密度が０．２ｇ／ｃｍ３〜１ｇ／ｃｍ３と高密度であり、ガス圧力１ＭＰａにおける単位体積当たりのガス吸着量が少なくとも５０ｍＬ／ｃｍ３と従来に比して大きい。このような高密度かつ高ガス吸蔵能の炭素繊維凝集体は、炭化水素ガス等のガスを大量に吸着できるため、ガス貯蔵タンク等のガス吸着材として好ましく用いることができる。
【００１５】
ここで開示されるガス吸着材の好適な一態様では、前記炭素繊維凝集体を構成する炭素繊維の平均長さが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。このような炭素繊維の平均長さの範囲内であると、炭素繊維凝集体の形状を適切に維持することができる。そのため、より高性能な（例えば耐久性のよい）ガス吸着材が実現され得る。
【００１６】
ここで開示されるガス吸着材の好適な一態様では、前記炭素繊維凝集体を構成する炭素繊維の比表面積が１５００ｍ２／ｇ〜２２００ｍ２／ｇである。このような炭素繊維の比表面積の範囲内であると、ガス吸着能をより高めることができる。また好ましい一態様では、前記炭素繊維凝集体を構成する炭素繊維の細孔直径が１．８ｎｍ〜２．５ｎｍである。このようにすれば、ガス吸着能をさらに高めることができる。
【００１７】
また、本発明は、他の側面としてガスを貯蔵するためのガス貯蔵タンクを提供する。ここで開示されるガス貯蔵タンクは、ガス吸着材と、前記ガス吸着材が充填された容器とを備える。前記ガス吸着材は、炭素繊維が凝集してなる炭素繊維凝集体を含み、該炭素繊維凝集体の平均密度が０．２ｇ／ｃｍ３〜１ｇ／ｃｍ３であり、かつ、ガス圧力１ＭＰａにおける単位体積当たりのガス吸着量が少なくとも５０ｍＬ／ｃｍ３である。このようなガス貯蔵タンクによれば、従来に比してガスの大量貯蔵が可能である。
【００１８】
ここで開示されるガス貯蔵タンクの好適な一態様では、前記容器内を複数（例えば２〜６つ、典型的には３または４つ）の充填室に区画する仕切板を備える。そして、前記ガス吸着材は、前記複数の充填室に分けて配置されている。かかる構成によると、ガス吸着材のガス吸着により発生する吸着熱が仕切板を通じてタンクの外部に効率よく排出される。そのため、ガス吸着材の温度上昇に伴う吸着効率の低下（ひいてはガス貯蔵量や貯蔵速度の低下）を抑制することができる。
【００１９】
ここで開示されるガス貯蔵タンクの好適な一態様では、前記仕切板には、前記複数の充填室間を連通する孔が形成されている。このようにすれば、仕切板の孔を通じて複数の充填室間でガスが行き来するので、ガス吸着材とガスとの接触機会が増え、ガス吸着材の吸着効率を高めることができる。
【００２０】
ここで開示されるガス貯蔵タンクの好適な一態様では、前記容器は、円筒状の容器である。そして、前記仕切板は、前記容器の筒軸方向に延びるとともに、前記容器の周方向に沿う空間を複数の扇形充填室に区画するように設けられている。このようにすれば、容器内に導入されたガスは、容器の筒軸方向だけでなく、容器の周方向にも拡散するので、タンク内にガスを効率よく貯えることができる。また、上記構成によれば、自重以外の過度の圧力をかけることなく、炭素繊維凝集体を充填室に充填することができる。そのため、圧縮に弱い炭素繊維凝集体の本来のガス吸着能を十分に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は一実施形態に係るガス吸着材の製造フローを示す図である。
【図２】図２は一実施形態に係るガス貯蔵タンクを模式的に示す斜視図である。
【図３】図３は切断後の炭素繊維の写像である。
【図４】図４は炭素繊維凝集工程後における炭素繊維凝集体の写像である。
【図５】図５は高密度化工程前後における炭素繊維凝集体の写像である。
【図６】図６は未処理の炭素繊維の写像である。
【図７】図７はペレット化した炭素繊維の写像である。
【図８】図８は未処理の活性炭の写像である。
【図９】図９は粉砕後の活性炭の写像である。
【図１０】図１０は未処理のカーボンナノチューブの写像である。
【図１１】図１１はペレット化したカーボンナノチューブの写像である。
【図１２】図１２は十字状の仕切板を示す写像である。
【図１３】図１３は円板状の仕切板を示す写像である。
【図１４】図１４は時間と温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、原料となる炭素繊維の作製方法など）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
【００２３】
ここで開示されるガス吸着材の製造方法（以下、適宜「製造方法」と称する。）について説明する。ここで開示される製造方法により製造されるガス吸着材は、炭素繊維が凝集してなる炭素繊維凝集体（典型的には球状）を含んでいる。なお、本明細書において「炭素繊維」とは、繊維状の活性炭をいい、典型的には各種繊維を原料に高温で炭化および賦活（例えば水蒸気雰囲気中での賦活処理）させて得られた繊維をいう。例えば、炭素繊維は、ピッチ（石油、石炭、コールタールなどの副生成物）系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維（ＰＡＮ系炭素繊維）、セルロース系炭素繊維、フェノール樹脂系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維等であり得る。なかでも、ピッチ系炭素繊維が好ましい。
【００２４】
以下、図１を参照しながら、炭素繊維を原料に用いてガス吸着材を製造する手順につき説明する。図１は、その製造工程を示すフロー図である。本実施形態の製造方法は、炭素繊維用意工程（ステップＳ１０）、炭素繊維凝集工程（ステップＳ２０）および高密度化工程（ステップＳ３０）を有している。これら工程を概略すれば以下の通りである。
【００２５】
＜炭素繊維用意工程＞
ステップＳ１０の炭素繊維用意工程では、ガス吸着材の原料として用いる炭素繊維を用意する。原料として用いる炭素繊維のサイズは特に限定されないが、炭素繊維が長すぎると、後述する炭素繊維用意工程において処理時間が長くなったり炭素繊維が凝集しにくくなったりする場合があり得る。したがって、事前に炭素繊維をある程度の長さに切断しておくことが好ましい。例えば、原料として用いる炭素繊維の平均長さ（平均繊維長）としては、概ね１ｃｍ〜５ｃｍであり、好ましくは２ｃｍ〜５ｃｍであり、より好ましくは２ｃｍ〜３ｃｍである。また、かかる炭素繊維の直径の平均値（典型的には電子顕微鏡観察に基づく計測値）は、概ね０．５μｍ〜３０μｍであり、好ましくは５μｍ〜２５μｍであり、より好ましくは１０μｍ〜１５μｍである。なお、上記炭素繊維には、原料や製法等に由来する不純物が含まれていてもよい。また、上記炭素繊維として、上記不純物を除去するための任意の処理を施したものを使用してもよい。
【００２６】
＜炭素繊維凝集工程＞
ステップＳ２０の炭素繊維凝集工程では、上記炭素繊維用意工程で用意された炭素繊維を凝集して球状の炭素繊維凝集体を得る。かかる炭素繊維凝集工程は、例えば炭素繊維を攪拌する処理を含み得る。攪拌を行うための攪拌機としては、フードプロセッサ、ホモミキサ、ヘンシェルミキサ、スーパーミキサ、プロペラ攪拌機、高速ミキサー等の機械式の攪拌機を好適に使用し得る。ここで炭素繊維は、粒状の活性炭とは異なり繊維状をなしている。そのため、上記攪拌機のせん断力によって一定範囲の繊維長に切断され、攪拌されると、回転中に絡み合って球状化する。これにより、球状の炭素繊維凝集体が得られる。
【００２７】
かかる炭素繊維凝集工程では、炭素繊維がある程度の大きさに球状化するまで十分に攪拌することが好ましい。例えば、炭素繊維凝集工程後における炭素繊維凝集体の平均直径が１ｍｍ〜２０ｍｍ（好ましくは５ｍｍ〜１５ｍｍ、より好ましくは８ｍｍ〜１２ｍｍ）となるように上記攪拌の条件を設定することが好ましい。このような平均直径の炭素繊維凝集体を用いれば、その後の高密度化工程を好適に実施でき、かつ、ガス吸着材の生産性を高めることができる。一好適例としては、平均長さ１ｃｍ〜５ｃｍの炭素繊維をフードプロセッサに投入し、回転数３０００ｒｐｍ〜１５０００ｒｐｍ（例えば５０００ｒｐｍ〜１５０００ｒｐｍ）の条件で５分〜１５分間、攪拌する。これにより、炭素繊維が平均長さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍに切断されるとともに、該炭素繊維が球状に絡み合った平均直径１ｍｍ〜２０ｍｍの炭素繊維凝集体を得ることができる。かかる攪拌条件は、使用する炭素繊維のサイズ、設計等に応じて適宜変更することができる。
【００２８】
なお、ここで開示される製造方法は、凝集用バインダを用いなくても炭素繊維凝集体を容易に形成し得る。ただし、炭素繊維凝集体を安定的に形成する観点からは、凝集用バインダを用いてもよい。凝集用バインダとしては、炭素繊維同士を結着し得る機能を有するものであれば特に限定することなく使用することができるが、熱分解温度が２００℃以下（例えば１２０℃〜１６０℃、典型的には１３０℃〜１５０℃）であるものが好ましい。そのような凝集用バインダとして、デキストリン水溶液（例えばデキストリンを１質量％〜２０質量％（好ましくは３質量％〜１０質量％）含有する水溶液）が例示される。
【００２９】
＜高密度化工程＞
ステップＳ３０の高密度化工程では、上記炭素繊凝集工程で得られた炭素繊維凝集体に極性溶媒を加えて振盪することにより該炭素繊維凝集体を高密度化する。すなわち、炭素繊維凝集体を収容した容器を上下方向、左右方向、斜め方向、ランダム方向などに揺り動かすことにより該炭素繊維凝集体を高密度化する。高密度化工程で用いられる振盪装置は、この種の振盪するために使用される従来公知のものを特に限定することなく使用することができる。例えば旋回式、往復動式、振動式、８の字旋回式、シーソ式、上下動式等の振盪器を適宜採用し得る。
【００３０】
高密度化工程で用いられる極性溶媒としては、水または水を主体とする混合溶媒が挙げられる。かかる混合溶媒を構成する水以外の溶媒成分としては、水と均一に混合し得る有機溶媒（低級アルコール、低級ケトン等）の一種または二種以上を適宜選択して用いることができる。例えば、該極性溶媒の８０質量％以上（より好ましくは９０質量％以上、さらに好ましくは９５質量％以上）が水である水系溶媒の使用が好ましい。特に好ましい例として、実質的に水からなる極性溶媒が挙げられる。あるいは、有機溶媒を主体とした極性溶媒を使用してもよい。例えば、アルコール、ケトン、エステル、ピリジン、エーテル等を用いてもよい。一好適例として、炭素原子数が少ない（例えば炭素原子数４以下の）メタノール、エタノール、プロパノール等の低級アルコールが挙げられる。極性溶媒の添加量としては特に限定されないが、炭素繊維１００質量部に対して概ね３０質量部〜２００質量部にすることが適当であり、好ましくは５０質量部〜２００質量部であり、より好ましくは５０質量部〜１００質量部である。炭素繊維凝集体に極性溶媒を添加する方法は特に限定されないが、均一分散性の観点からは、例えばスプレー噴霧等の供給手段を好適に採用し得る。
【００３１】
かかる高密度化工程では、炭素繊維凝集体が球状を保ちつつ所望のサイズに縮小するまで緩やかに振盪することが好ましい。例えば、炭素繊維凝集工程後かつ高密度化工程前の炭素繊維凝集体の平均直径Ｒ１と、高密度化工程後の炭素繊維凝集体の平均直径Ｒ２との比（Ｒ２／Ｒ１）が、（Ｒ２／Ｒ１）≦０．７を満たすように上記振盪の条件を設定することが好ましい。より好ましくは（Ｒ２／Ｒ１）≦０．６５であり、さらに好ましくは（Ｒ２／Ｒ１）≦０．６である。直径比（Ｒ２／Ｒ１）が大きすぎると、炭素繊維凝集体の高密度化が不十分となり、所望のガス吸着能が得られないことがある。その一方、上記直径比（Ｒ２／Ｒ１）が小さすぎると、炭素繊維凝集体の形状が崩れがちになる場合がある。形状維持性の観点からは、０．４≦（Ｒ２／Ｒ１）が適当であり、好ましくは０．５≦（Ｒ２／Ｒ１）である。一好適例として、炭素繊凝集工程で得られた炭素繊維凝集体を旋回式振盪器に投入し、振盪周波数（回転数）１００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの条件で５分〜１５分間（例えば５分〜１０分間）、振盪する。これにより、上記直径比（Ｒ２／Ｒ１）が０．４≦（Ｒ２／Ｒ１）≦０．７を満足する高密度炭素繊維凝集体を得ることができる。かかる振盪条件は、使用する炭素繊維のサイズ、設計等に応じて適宜変更することができる。
【００３２】
このようにして、炭素繊維が凝集してなる高密度炭素繊維凝集体により構成されたガス吸着材を製造することができる。なお、炭素繊維凝集体が前記凝集用バインダを含む場合、必要に応じて適当な熱処理を施すことによって、炭素繊維凝集体中の凝集用バインダを焼失させてもよい。この場合、熱処理温度は、凝集用バインダの熱分解温度よりも高く（例えば２００℃以上）、かつ炭素繊維の熱分解温度よりも低い温度に設定するとよい。
【００３３】
＜高密度炭素繊維凝集体＞
ここに開示される炭素繊維凝集体（ガス吸着材）は、炭素繊維を凝集して球状の炭素繊維凝集体を得る炭素繊維凝集工程と、該炭素繊維凝集体に極性溶媒を加えて振盪することにより該炭素繊維凝集体を高密度化する高密度化工程とを経て製造されたものである。そのため、得られた炭素繊維凝集体は、過度の圧力が加わることなく、炭素繊維が高密度に凝集したものとなり得る。典型的には、炭素繊維凝集体の平均密度が０．２ｇ／ｃｍ３以上（例えば０．２ｇ／ｃｍ３〜１ｇ／ｃｍ３）であり、好ましくは０．２２ｇ／ｃｍ３以上であり、より好ましくは０．２５ｇ／ｃｍ３以上であり、さらに好ましくは０．２７ｇ／ｃｍ３以上であり、特に好ましくは０．２９ｇ／ｃｍ３以上である。また、かかる炭素繊維凝集体は、無加圧に近い状態で高密度化されているため、炭素繊維に過度の圧力を加えて圧縮したときのような吸着サイト（細孔）の崩壊が防止され、高いガス吸着能を示すものであり得る。例えば、そのガス吸着能は、ガス圧力１ＭＰａにおける単位体積当たりのガス吸着量が５０ｍＬ／ｃｍ３以上（例えば５０ｍＬ／ｃｍ３〜１５０ｍＬ／ｃｍ３）であり、好ましくは６０ｍＬ／ｃｍ３以上であり、より好ましくは６５ｍＬ／ｃｍ３以上であり、さらに好ましくは７０ｍＬ／ｃｍ３以上であり、特に好ましくは７５ｍＬ／ｃｍ３以上である。
【００３４】
ここで開示される炭素繊維凝集体（ガス吸着材）の好適例として、炭素繊維凝集体の平均密度が０．２ｇ／ｃｍ３以上であり、かつ、ガス圧力１ＭＰａにおける単位体積当たりのガス吸着量が５０ｍＬ／ｃｍ３以上であるもの；炭素繊維凝集体の平均密度が０．２３ｇ／ｃｍ３以上であり、かつ、ガス圧力１ＭＰａにおける単位体積当たりのガス吸着量が６０ｍＬ／ｃｍ３以上であるもの；炭素繊維凝集体の平均密度が０．２５ｇ／ｃｍ３以上であり、かつ、ガス圧力１ＭＰａにおける単位体積当たりのガス吸着量が６５ｍＬ／ｃｍ３以上であるもの；炭素繊維凝集体の平均密度が０．２８ｇ／ｃｍ３以上であり、かつ、ガス圧力１ＭＰａにおける単位体積当たりのガス吸着量が７５ｍＬ／ｃｍ３以上であるもの；等が挙げられる。このような所定範囲内の炭素繊維凝集体の平均密度およびガス吸着能を両立して有することにより、従来得ることができなかった大量貯蔵が可能なガス貯蔵タンクを構築することができる。
【００３５】
また、炭素繊維凝集体のガス圧力１ＭＰａにおける単位質量当たりのガス吸着量としては、概ね２２０ｍＬ／ｇ以上（例えば２２０ｍＬ／ｇ〜３００ｍＬ／ｇ）にすることが適当であり、好ましくは２５０ｍＬ／ｇ以上（例えば２５０ｍＬ／ｇ〜３００ｍＬ／ｇ）であり、特に好ましくは２６０ｍＬ／ｇ以上（例えば２６０ｍＬ／ｇ〜２８０ｍＬ／ｇ）である。ここで開示される炭素繊維凝集体の好適例として、ガス圧力１ＭＰａにおける単位質量当たりのガス吸着量が概ね２２０ｍＬ／ｇ以上であり、かつ、単位体積当たりのガス吸着量が５０ｍＬ／ｃｍ３以上であるもの；ガス圧力１ＭＰａにおける単位質量当たりのガス吸着量が概ね２５０ｍＬ／ｇ以上であり、かつ、単位体積当たりのガス吸着量が５５ｍＬ／ｃｍ３以上であるもの；等が挙げられる。
【００３６】
また、上記炭素繊維凝集体を構成する炭素繊維の平均長さ（平均繊維長）としては、概ね０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内にすることが適当であり、好ましくは０．２ｍｍ〜０．８ｍｍであり、より好ましくは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍであり、特に好ましくは０．２ｍｍ〜０．３ｍｍである。このような炭素繊維の平均長さの範囲内であると、炭素繊維凝集体を構成する炭素繊維が好適に絡み合うため、炭素繊維凝集体の形状を適切に保つことができ、より高性能な（例えば耐久性に優れた）炭素繊維凝集体とすることができる。
【００３７】
また、炭素繊維凝集体を構成する炭素繊維のガス吸着法に基づく比表面積としては、概ね１５００ｍ２／ｇ以上（例えば１５００ｍ２／ｇ〜２２００ｍ２／ｇ）とすることが適当であり、好ましくは１６５０ｍ２／ｇ以上であり、より好ましくは１８００ｍ２／ｇ以上であり、特に好ましくは２０００ｍ２／ｇ以上である。このような炭素繊維の比表面積の範囲内であると、炭素繊維凝集体のガス吸着能をより高めることができる。また、炭素繊維凝集体を構成する炭素繊維のガス吸着法に基づく細孔直径は概ね１．８ｎｍ〜２．５ｎｍの範囲内とすることが適当であり、好ましくは１．９ｎｍ〜２．２ｎｍである。このような炭素繊維の細孔直径の範囲内であると、炭素繊維凝集体のガス吸着能をより高めることができる。
【００３８】
＜用途＞
ここに開示される炭素繊維凝集体は、種々のガスを貯蔵するためのガス貯蔵タンクのガス吸着材として好ましく用いることができる。ガス貯蔵タンクに貯蔵され得るガスの種類は、炭素繊維凝集体に吸着可能なガス種であればよく、例えば、メタン、エタン、プロパンなどの炭化水素ガスや、二酸化炭素、水素、窒素、窒素酸化物（ＮＯｘ）等のガスが例示される。特に好ましいガス種として、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどの炭素原子数４以下の炭化水素ガスが挙げられ、なかでも炭素原子数３以下の炭化水素ガスが好ましい。ここに開示される炭素繊維凝集体は、比較的低圧（例えば５ＭＰａ以下、好ましくは３ＭＰａ以下、より好ましくは１ＭＰａ以下）で大量の炭化水素ガスを貯蔵することが必要とされる製品、例えばメタン発酵システムにおける低圧ＡＮＧメタン貯蔵タンク、メタンを燃料として利用するＡＮＧメタン自動車の燃料タンク、プロパンを貯蔵するための家庭用ボンベ等のガス吸着材として好ましく用いることができる。
【００３９】
＜メタン貯蔵タンク＞
以下、ここに開示される炭素繊維凝集体を用いてメタン貯蔵タンクを構築する場合の好適な一態様につき説明する。図２は、ここに開示される炭素繊維凝集体を用いて構築されたメタン貯蔵タンクの一例を示す分解斜視図である。なお、ここでは便宜上、蓋体１６を容器本体１２から取り外した状態を図示している。
【００４０】
図２に示すように、メタン貯蔵タンク１００は、容器１０と仕切板２０とを備えている。容器１０は、上端が開放された略円筒状の容器本体１２と、その開口部を塞ぐ蓋体１４とを備える。蓋体１４と容器本体１２との間には、図示しない環状のシール部材が配置されており、これにより容器１０内の気密性が確保されている。容器１０の上面（すなわち蓋体１４）には、メタンを容器１０に供給または排出するためのガス供排口１８が設けられている。また、容器１０の上面（蓋体１４）には、容器１０内の温度や圧力を測定するための測定部１５が設けられている。容器１０の内部には、仕切板２０が図示しない炭素繊維凝集体（ガス吸着材）とともに収容されている。
【００４１】
仕切板２０は、容器１０内を複数（例えば２〜６、典型的には３または４）の充填室３０に区画する部材である。仕切板２０を構成する材質としては、熱伝導率の高い材料が好ましく用いられる。例えば、仕切板２０を構成する材質は、熱伝導率が１×１０−６ｍ２／ｓ以上（例えば１×１０−６ｍ２／ｓ〜２００×１０−６ｍ２／ｓ）であるものが好ましい。そのような材料として、アルミニウム（熱伝導率９６．８×１０−６ｍ２／ｓ）、ステンレス（熱伝導率４．１×１０−６ｍ２／ｓ）、銅等の金属材料が例示される。
【００４２】
仕切板２０は、容器１０の筒軸方向に延びるとともに、容器１０の周方向に沿う空間を複数の扇形充填室３０に区画するように設けられている。この実施形態では、仕切板２０は、上方から見て略十字状に形成されており、容器１０の周方向に沿う空間を４つの扇形充填室３０に区画している。仕切板２０には、複数の充填室３０間を連通する複数の孔２２が形成されている。この実施形態では、複数の孔２２は、仕切板２０の全面に所定間隔で形成されたパンチング孔２２である。図示しない炭素繊維凝集体（ガス吸着材）は、この仕切板２０によって区画された複数の充填室３０に分けて配置されている。
【００４３】
メタン貯蔵タンク１００に対してメタンを貯蔵する際には、ガス供排口１８を介してメタンを容器１０内に導入する。容器１０内に導入されたメタンは、仕切板２０によって区画された複数の充填室３０に導かれるとともに、仕切板２０の孔２２を通じて複数の充填室３０間を行き来する。これにより、容器１０内に導入されたメタンは、容器１０の筒軸方向だけでなく、容器１０の周方向にも拡散し、ガス吸着材に吸着される。ガス吸着材がメタンを吸着すると、吸着熱が発生する。この実施形態では、かかる吸着熱が仕切板２０を介して容器１０の径方向に拡散し、タンクの外部まで速やかに排出され得る。
【００４４】
このように構成されたガス貯蔵タンク１００によると、容器１０内を複数の充填室３０に区画する仕切板２０を備え、ガス吸着材は、複数の充填室３０に分けて配置されている。この場合、ガス吸着材のガス吸着により発生する吸着熱が仕切板２０を通じてタンク１００の外部に効率よく排出される。そのため、ガス吸着材の温度上昇に伴う吸着効率の低下（ひいてはガス貯蔵量や貯蔵速度の低下）を抑制することができる。
【００４５】
また、本実施形態では、仕切板２０には、複数の充填室３０間を連通する孔２２が形成されている。このようにすれば、仕切板２０の孔２２を通じて複数の充填室３０間でガスが行き来するので、ガス吸着材とガスとの接触機会が増え、ガス吸着材の吸着効率を高めることができる。
【００４６】
さらに、本ガス貯蔵タンク１００によれば、容器１０は円筒状の容器１０であり、仕切板２０は、容器１０の筒軸方向に延びるとともに、容器１０の周方向空間を複数の扇形充填室３０に区画するように設けられている。このようにすれば、容器１０内に導入されたガスは、容器１０の筒軸方向だけでなく、容器１０の周方向にも拡散するので、タンク内にガスを効率よく貯えることができる。また、上記構成によれば、自重以外の過度の圧力をかけることなく、炭素繊維凝集体を充填室に充填することができる。そのため、圧縮に弱い炭素繊維凝集体の本来のガス吸着能を十分に発揮させることができる。この点においても技術的価値が高い。
【００４７】
上述した実施形態では、仕切板２０が上方から見て略十字状に形成されている。仕切板２０の形状はこれに限定されるものではない。例えば、図１３に示すように、仕切板２０は、円板状の仕切板であってもよい。例えば、複数（例えば２〜６、典型的には２または３）の円板状の仕切板を容器１０の筒軸方向に並列に配置し、容器の筒軸方向に沿う空間を複数の円筒状充填室に区画してもよい。この場合、複数の円筒状充填室間をガスが拡散するように、円板状の仕切板には、複数の円筒状充填室間を連通する孔が形成されていてもよい。このような構成であっても、前述した放熱性向上効果を得ることができる。ただし、上述した実施形態の如く、十字状の仕切板２０の方がより高い放熱性向上効果が得られる点で好適である。
【００４８】
次に、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
【００４９】
（試験例１）
＜実施例１〜４＞
炭素繊維（ＡＣＦ）を用いて炭素繊維凝集体からなるガス吸着材を作製した。具体的には、市販の活性炭素繊維（ユニチカ株式会社製、品番Ａ−２０、比表面積２０７０ｍ２／ｇ、細孔直径２．２ｎｍ）を用意し、平均長さ１〜３ｃｍとなるように切断した（炭素繊維用意工程；図３参照）。次いで、上記切断した活性炭素繊維をフードプロセッサに投入し、回転数５０００ｒｐｍの条件で１０分間攪拌することにより球状の炭素繊維凝集体を得た（炭素繊維凝集工程；図４参照）。次いで、炭素繊維凝集体１００質量部に対して５０質量部の水をスプレー噴霧し、旋回式振盪器を用いて振盪周波数（回転数）５００ｒｐｍの条件で１０分間振盪することにより炭素繊維凝集体を高密度化した（高密度化工程；図５参照）。このようにして、実施例１〜４に係る炭素繊維凝集体からなるガス吸着材を得た。
【００５０】
上記得られた炭素繊維凝集体について、炭素繊維凝集工程後かつ高密度化工程前の炭素繊維凝集体の直径Ｒ１と、高密度化工程後の炭素繊維凝集体の直径Ｒ２とを測定し、直径比（Ｒ２／Ｒ１）を求めた。また、高密度化工程後の炭素繊維凝集体の直径Ｒ２の１／２を炭素繊維凝集体の半径ｒとし、その半径ｒを用いて（４πｒ３／３）より炭素繊維凝集体の体積を算出した。そして、炭素繊維凝集体の質量を体積で除したものを炭素繊維凝集体の密度とした。実施例１〜４に係る炭素繊維凝集体の性状を表１の該当欄に示す。
【００５１】
実施例１では、Ｒ１が９．３ｍｍ、Ｒ２が５．７５ｍｍ、（Ｒ２／Ｒ１）が０．６２、密度が０．２５５ｇ／ｃｍ３である。実施例２では、Ｒ１が８．７ｍｍ、Ｒ２が５．５ｍｍ、（Ｒ２／Ｒ１）が０．６３、密度が０．２３７ｇ／ｃｍ３である。実施例３では、Ｒ１が９．１５ｍｍ、Ｒ２が５．９ｍｍ、（Ｒ２／Ｒ１）が０．６４、密度が０．２２３ｇ／ｃｍ３である。実施例４では、Ｒ１が１０．０５ｍｍ、Ｒ２が５．９５ｍｍ、（Ｒ２／Ｒ１）が０．６、密度が０．２９ｇ／ｃｍ３である。
【００５２】
＜比較例１＞
市販の活性炭素繊維（ＡＣＦ：ユニチカ株式会社製、品番Ａ−２０、比表面積２０７０ｍ２／ｇ、細孔直径２．２ｎｍ）をそのまま使用した（図６参照）。本例の活性炭素繊維の性状を表１の該当欄に示す。
【００５３】
＜比較例２＞
市販の活性炭素繊維（ＡＣＦ：ユニチカ株式会社製、品番Ａ−１６、比表面積１６８０ｍ２／ｇ、細孔直径１．９ｎｍ）をそのまま使用した。本例の活性炭素繊維の性状を表１の該当欄に示す。
【００５４】
＜比較例３＞
市販の活性炭素繊維（ユニチカ株式会社製、品番Ａ−２０、比表面積２０７０ｍ２／ｇ、細孔直径２．２ｎｍ）にプレス機で１０ｋｇ／ｃｍ２の荷重を加えて圧縮した。本例の活性炭素繊維の性状を表１の該当欄に示す。
【００５５】
＜比較例４＞
市販の活性炭素繊維（ＡＣＦ：ユニチカ株式会社製、品番Ａ−２０、比表面積２０７０ｍ２／ｇ、細孔直径２．２ｎｍ）にプレス機で４８０ｋｇ／ｃｍ２の荷重を加えて圧縮した。本例の活性炭素繊維の性状を表１の該当欄に示す。
【００５６】
＜比較例５＞
市販の活性炭素繊維（ＡＣＦ：ユニチカ株式会社製、品番Ａ−２０、比表面積２０７０ｍ２／ｇ、細孔直径２．２ｎｍ）を平均長さ２〜３ｃｍとなるように切断した、そして、バインダとしての５％デキストリン水溶液を添加し、プレス機で１０ｋｇ／ｃｍ２の荷重を加えて直径４０ｍｍのペレット状に圧縮した（図７参照）。本例の活性炭素繊維の性状を表１の該当欄に示す。
【００５７】
＜比較例６＞
市販の活性炭素繊維（ＡＣＦ：ユニチカ株式会社製、品番Ａ−２０、比表面積２０７０ｍ２／ｇ、細孔直径２．２ｎｍ）を平均長さ２〜３ｃｍとなるように切断した、そして、バインダとしての５％デキストリン水溶液を添加し、プレス機で４８０ｋｇ／ｃｍ２の荷重を加えて直径４０ｍｍのペレット状に圧縮した。本例の活性炭素繊維の性状を表１の該当欄に示す。
【００５８】
＜比較例７＞
市販の活性炭素繊維（ＡＣＦ：ユニチカ株式会社製、品番Ａ−２０、比表面積２０７０ｍ２／ｇ、細孔直径２．２ｎｍ）を平均長さ２〜３ｃｍとなるように切断した、該切断した活性炭素繊維をフードプロセッサに投入し、攪拌することにより球状の炭素繊維凝集体を得た。本例の活炭素繊維凝集体の性状を表１の該当欄に示す。
【００５９】
＜比較例８＞
市販の活性炭（ＡＣ：株式会社クラレ製、比表面積８４０ｍ２／ｇ、細孔直径３．２ｎｍ〜６．４ｎｍ）をそのまま使用した（図８参照）。本例の活性炭の性状を表１の該当欄に示す。
【００６０】
＜比較例９＞
市販の活性炭（ＡＣ：株式会社クラレ製、比表面積８４０ｍ２／ｇ、細孔直径３．２ｎｍ〜６．４ｎｍ）をフードプロセッサで粉砕したものを使用した（図９参照）。本例の活性炭の性状を表１の該当欄に示す。
【００６１】
＜比較例１０＞
市販のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ：昭和電工株式会社製、品番ＶＧＣＦ−Ｘ、細孔直径１５ｎｍ）をそのまま使用した（図１０参照）。本例のカーボンナノチューブの性状を表１の該当欄に示す。
【００６２】
＜比較例１１＞
市販のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ：昭和電工株式会社製、品番ＶＧＣＦ−Ｘ、細孔直径１５ｎｍ）に５％デキストリン水溶液を添加し、プレス機で荷重を加えて直径４０ｍｍのペレット状に圧縮した（図１１参照）。本例のカーボンナノチューブの性状を表１の該当欄に示す。
【００６３】
各例の試料について、２５℃、メタンガス圧力１ＭＰａにおける単位体積当たりのガス吸着量を測定した。ガス吸着量の測定は、以下の手順で行った。
（１）各例の試料を測定容器に収容し、２５℃において１時間真空脱気した。
（２）２５℃においてメタンガスを圧力が１ＭＰａとなるまで測定容器に導入した。
（３）平衡圧力になるまで測定容器内の圧力の変化を測定した。
（４）測定容器内に導入されたメタンガスの質量を測定し、平衡圧力におけるガス吸着量を算出した。
（５）平衡圧力が１ＭＰａとなるまで上記（１）〜（４）の手順を繰り返した。
ここでは圧力が１０分以上変化しない状態を平衡圧力とした。結果を表１の該当欄に示す。ここでは各例の密度に基づいて、単位質量当たりのメタン吸着量と、単位体積当たりのメタン吸着量とに換算して示している。
【００６４】
【表１】
2015167941.tif 000003
【００６５】
表１に示すように、市販の炭素繊維をそのまま使用した比較例１、２の炭素繊維は、活性炭を用いた比較例８、９に比べて、単位質量当たりのメタン吸着量は多かったものの、単位体積当たりのメタン吸着量は少なく、ガス吸着材として不適であった。これに対し、炭素繊維に対して凝集および高密度化処理を行った実施例１〜４の炭素繊維凝集体は、比較例１〜１１に比べて、単位体積当たりのメタン吸着量がより多く、ガス吸着材として好適であった。ここで供試した炭素繊維凝集体の場合、密度を０．２２以上にすることによって、５９ｍＬ／ｃｍ３以上という高いメタン吸着量（体積基準）を達成できた。特に、密度を０．２９以上にすることによって、７７ｍＬ／ｃｍ３以上という極めて高いメタン吸着量（体積基準）を達成できた。
【００６６】
なお、圧縮処理により炭素繊維を高密度化した比較例３〜６は、炭素繊維をそのまま使用した比較例１よりも単位質量当たりのメタン吸着量が低下傾向となった。比較例３〜６では、炭素繊維を圧縮した際に吸着サイト（細孔）が崩壊したため、本来のガス吸着能が発揮されなくなったものと推測される。これに対し、凝集および振盪処理により炭素繊維を高密度化した実施例１〜４は、高密度化したにもかかわらず、単位質量当たりのメタン吸着量が比較例１と同程度に維持されていた。この結果から、本実施例によると、凝集および振盪処理を行うことによって、高密度かつ高ガス吸着能の炭素繊維凝集体が得られることが確認できた。
【００６７】
（試験例２）
仕切板の放熱効果を確認するため、参考例として以下の試験を行った。すなわち、メタン貯蔵タンク内に６０℃に加熱した活性炭４００ｃｍ３を充填し、その後の温度変化を測定した。同じ条件で、サンプル１は仕切板なし、サンプル２は十字状の仕切板（図１２参照、高さ６ｃｍ、幅１０ｃｍ、厚み１．２ｍｍ、銅製）、サンプル３は円板状の仕切板（図１３参照、枚数２枚、直径１０ｃｍ、厚み１．２ｍｍ、銅製）の３種類で実験を行った。なお、メタン貯蔵タンクは、容量５００ｍＬ、内部直径１０ｃｍ、内部高さ６．３７ｃｍ、ステンレス製とした。また、活性炭としては、比表面積９７７．５ｍ２／ｇ、密度０．５９ｇ／ｃｍ３、粒径０．３６〜３．１８ｍｍのものを使用した。結果を図１４に示す。図１４は、各サンプルの６０℃からの温度変化の推移を示すグラフである。
【００６８】
図１４に示すように、メタン貯蔵タンク内に仕切板を配置したサンプル２、３は、メタン貯蔵タンクに仕切板を配置しなかったサンプル１に比べて、タンク内の温度低下が速く、放熱性が良好であった。この結果から、メタン貯蔵タンク内に仕切板を配置することによって、放熱性が向上し得ることが確認された。
【００６９】
なお、十字状の仕切板を用いたサンプル２は、円板状の仕切板を用いたサンプル３に比べて、タンク内の温度低下がより速く、放熱性がさらに良好であった。サンプル３（円板状）では、タンクの径方向にのみ伝熱を促進する効果を有するのに対して、サンプル２（十字状）ではタンクの径方向と筒軸方向に同時に伝熱を促進する効果があるため、より大きな放熱性向上効果が得られたものと推測される。放熱性の観点からは、円板状よりも十字状の仕切板を用いる方がより好ましい。
【００７０】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１０    容器
１２    容器本体
１４    蓋体
１５    測定部
１８    ガス供排口
２０    仕切板
２２    孔
３０    充填室
１００  メタン貯蔵タンク
【図１】
2015167941.tif 000004
【図２】
2015167941.tif 000005
【図３】
2015167941.tif 000006
【図４】
2015167941.tif 000007
【図５】
2015167941.tif 000008
【図６】
2015167941.tif 000009
【図７】
2015167941.tif 000010
【図８】
2015167941.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2015167941.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
2015167941.tif 000015
【図１３】
2015167941.tif 000016
【図１４】
2015167941.tif 000017