(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物由来の炭素前駆体の精製方法であって、
１）炭素前駆体を互いに擦り合わせることにより炭素前駆体から繊維質部分を除去することによって、炭素前駆体中の金属元素の含有量を低下させる工程、および
２）前記繊維質部分を除去した炭素前駆体を有機酸水溶液中に浸漬することにより、炭素前駆体中の金属元素および／または非金属元素の含有量を低下させる工程
を含んでなり、精製後の炭素前駆体中のカリウムの含有量は１０００ｐｐｍ以下である、方法。
【請求項２】
精製前の炭素前駆中のカリウムの含有量Ｋ（ａ）、マグネシウムの含有量Ｍｇ（ａ）およびカルシウムの含有量Ｃａ（ａ）に対する精製後の炭素前駆体中のカリウムの含有量Ｋ（ｂ）、マグネシウムの含有量Ｍｇ（ｂ）およびカルシウムの含有量Ｃａ（ｂ）の割合はそれぞれ、
Ｋ（ｂ）／Ｋ（ａ）≦０．４５
Ｍｇ（ｂ）／Ｍｇ（ａ）≦０．７
Ｃａ（ｂ）／Ｃａ（ａ）≦０．７
である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
精製前の炭素前駆中のケイ素の含有量Ｓｉ（ａ）、アルミニウムの含有量Ａｌ（ａ）およびリンの含有量Ｐ（ａ）に対する精製後の炭素前駆体中のケイ素の含有量Ｓｉ（ｂ）、アルミニウムの含有量Ａｌ（ｂ）およびリンの含有量Ｐ（ｂ）の割合はそれぞれ、
Ｓｉ（ｂ）／Ｓｉ（ａ）≦０．７５
Ａｌ（ｂ）／Ａｌ（ａ）≦０．７５
Ｐ（ｂ）／Ｐ（ａ）≦０．７５
である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
植物由来の炭素前駆体は椰子殻である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の方法により炭素前駆体を精製し、次いで精製した炭素前駆体を炭化する、炭化物の製造方法。
【請求項６】
炭化は、精製した炭素前駆体を、不活性ガス雰囲気下、２５０〜８００℃において加熱することにより行う、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電材、触媒担持体および活性炭のような多孔体等に用いられる炭素材の製造に有用な炭素前駆体の精製方法およびその炭素前駆体を用いる炭化物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素材は、コンデンサー用電極、電解用電極、活性炭、担持体など様々な用途に用いられており、今後更なる開発が期待されている分野および素材である。これらの炭素材は従来、椰子殻、石炭コークス、石炭または石油ピッチ、フラン樹脂またはフェノール樹脂等を原料として製造される。近年、化石燃料資源の使用は、地球環境に影響を与え、および埋蔵量の減少による価格高騰にも起因して今後の使用が困難になることが予想されている。
【０００３】
そこで、地球環境に優しい素材として天然素材を原料として用いて製造された炭素材が注目されている。しかしながら、天然素材には、生物の生命活動維持に必要である種々の金属が含まれている。したがって、天然由来の炭素材を電子材料に用いた場合、このような金属が不純物となり、電気的な障害が生じることが懸念される。また、水のろ過等に用いられる活性炭などの吸着剤では、吸着した物質と金属とが反応し、水溶性物質が形成され、水中へ再び放出される等の問題が生じる上に、炭化賦活時に、残留する金属により、孔形成反応が加速され、必要以上に多孔化が進行する。さらに、触媒担持体においては、担持する触媒金属と含有不純物金属との反応により、目的とした粒径または組成で触媒成分を担持できない等の問題が生じる。しかしながら、植物に由来する金属を積極的に除去および精製する方法に関する技術開発はあまり行われていない。
【０００４】
このような状況下、炭化物を塩酸のような鉱酸や水酸化ナトリウムのような塩基と併せて精製する方法が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１において提案されている方法は、材料を８００℃〜１４００℃にて炭化した後、酸またはアルカリで処理する方法であるため、金属分が炭化時に炭素と化合するため十分に除去されない。また、特許文献１では、炭素と化合後のケイ素を除去するために、腐食性が高い毒劇物であるフッ化水素酸がケイ素化合物に対して過剰量添加されている。しかしながら、フッ化水素酸は、マグネシウムやカルシウムの除去効果は十分でなく、リンについては除去することが困難である。さらに、特許文献１の方法では、植物に由来する金属元素の含有量は、季節や地域により含有量が異なり、工業原料として平滑化することが難しい等の問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７３８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、金属元素および／または非金属元素の含有量が十分に低減された植物由来の炭素前駆体の精製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、植物由来の炭素前駆体、特に椰子殻由来の炭素前駆体から繊維質部分を除去し、次いで炭素前駆体を有機酸水溶液中に浸漬することにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明には、以下のものが含まれる。
［１］植物由来の炭素前駆体の精製方法であって、
１）炭素前駆体を互いに擦り合わせることにより炭素前駆体から繊維質部分を除去することによって、炭素前駆体中の金属元素の含有量を低下させる工程、および
２）前記繊維質部分を除去した炭素前駆体を有機酸水溶液中に浸漬することにより、炭素前駆体中の金属元素および／または非金属元素の含有量を低下させる工程
を含んでなり、精製後の炭素前駆体中のカリウムの含有量は１０００ｐｐｍ以下である、方法。
［２］精製前の炭素前駆中のカリウムの含有量Ｋ（ａ）、マグネシウムの含有量Ｍｇ（ａ）およびカルシウムの含有量Ｃａ（ａ）に対する精製後の炭素前駆体中のカリウムの含有量Ｋ（ｂ）、マグネシウムの含有量Ｍｇ（ｂ）およびカルシウムの含有量Ｃａ（ｂ）の割合はそれぞれ、
Ｋ（ｂ）／Ｋ（ａ）≦０．４５
Ｍｇ（ｂ）／Ｍｇ（ａ）≦０．７
Ｃａ（ｂ）／Ｃａ（ａ）≦０．７
である、上記［１］に記載の方法。
［３］精製前の炭素前駆中のケイ素の含有量Ｓｉ（ａ）、アルミニウムの含有量Ａｌ（ａ）およびリンの含有量Ｐ（ａ）に対する精製後の炭素前駆体中のケイ素の含有量Ｓｉ（ｂ）、アルミニウムの含有量Ａｌ（ｂ）およびリンの含有量Ｐ（ｂ）の割合はそれぞれ、
Ｓｉ（ｂ）／Ｓｉ（ａ）≦０．７５
Ａｌ（ｂ）／Ａｌ（ａ）≦０．７５
Ｐ（ｂ）／Ｐ（ａ）≦０．７５
である、上記［１］または［２］に記載の方法。
［４］植物由来の炭素前駆体は椰子殻である、上記［１］〜［３］のいずれかに記載の方法。
［５］上記［１］〜［４］のいずれかに記載の方法により炭素前駆体を精製し、次いで精製した炭素前駆体を炭化する、炭化物の製造方法。
［６］炭化は、精製した炭素前駆体を、不活性ガス雰囲気下、２５０〜８００℃において加熱することにより行う、上記［５］に記載の製造方法。    
【発明の効果】
【００１０】
本発明の方法によれば、植物由来の炭素前駆体において、カリウム、マグネシウムおよびカルシウム等の金属元素および／またはリン等の非金属元素の含有量を、炭素材の原料として好適に用いることができる程度にまで簡単にかつ効率的に低減することができる。また、本発明の炭素前駆体の精製方法によれば、繊維質部分が十分に除去されることにより、均質な構造を有する炭素前駆体を提供することが可能となり、炭素材の品質をも向上させることができる。さらに、炭素前駆体中の金属元素の含有量が低下することにより、炭素前駆体を炭化する際に、金属元素の酸化還元による炭素成分の分解が低減されるため、良好な回収率で炭化物を製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明では、炭素前駆体とは、炭化を行う前の植物由来物質を意味する。本発明の方法では、炭素前駆体として、植物由来の炭素前駆体を用いる。植物由来の炭素前駆体としては、特に限定されるものではなく、籾殻、珈琲抽出殻、椰子殻等を用いることができる。
【００１２】
本発明では、入手可能性および金属元素の含有量の低減効果の観点から椰子殻を使用することが好ましい。また、椰子殻としては、特に限定されないが、ココ椰子、パーム椰子等の椰子殻を用いることができる。
【００１３】
椰子殻としては、椰子炭等の燃料や活性炭等の原料として一般的に用いられる椰子殻チップと呼ばれる椰子の実の種子の殻部分を破砕したものを用いる。椰子殻チップは、シェルと呼ばれる組織が緻密である部分から主に構成されることから炭素前駆体として好適に用いることができる。
【００１４】
通常、椰子殻チップのシェル部分には、内果皮、外果皮といった繊維質部分が付着しているが、この繊維質部分には、アルミニウム、ケイ素、マグネシウム、カルシウム等の金属元素が多く含まれる。内果皮、外果皮といった繊維質部分の多くはシェル部分に密着しているため、例えば手作業では十分に除去することができない。
【００１５】
さらに、このような繊維質部分が十分に除去されていない椰子殻チップは、炭化後に残留金属元素を低減する場合、原料中の金属元素が多い場合には十分に除去することができない。また、金属元素の含有量が部位により異なるため、最終生成物である炭素材中の金属元素の含有量についてもバラツキが生じる。このような炭素材を用いた場合、電子材料としての品質が低下する。
【００１６】
このような観点から、本発明の精製方法は、繊維質部分を炭素前駆体から除去する工程を含んでなる。このため、本発明の方法によれば、炭素前駆体の状態で繊維質部分のような異種構造が低減され、残存する金属元素の低減だけでなく、炭素材の品質を向上させることができる。
【００１７】
本発明では、繊維質部分を炭素前駆体から除去する工程は、炭素前駆体を互いに擦り合わせることにより行う。ここで、例えばピーラー等の金属刃を有する器具および装置を用いて繊維質部分を炭素前駆体から除去する方法は、金属刃が欠けたり折れたりすることにより、金属片が炭素前駆体中に混入するおそれがあるため適切ではない。本発明によれば、用いる機器等から金属成分を混入させずに、繊維質部分を炭素前駆体から除去することができる。
【００１８】
例えば椰子殻チップを炭素前駆体として用いる場合、繊維質部分を除去する方法としては、椰子殻チップに圧力を加え、互いに擦り合わせることによりシェル表面から繊維質部分を除去する方法、椰子殻チップを振動させ、互いに擦り合わせることによりシェル表面から繊維質部分を除去する方法等が挙げられる。これらの方法は何れも繊維質部分を簡単に除去することができる。上記の椰子殻チップを旋回させながら互いに擦り合わせることによりシェル表面の繊維質を除去する方法としては、例えば椰子殻チップを容器、例えば金属網等でできた容器に入れ、容器を旋回する方法、および容器に入れた椰子殻チップを撹拌する方法等が挙げられる。これらの方法は、単独でまたは組み合わせて用いることができる。
【００１９】
椰子殻チップの大きさの上限としては、好ましくは椰子殻を１／２程度に割ったもの、より好ましくは１／４程度に割ったもの、さらに好ましくは１／８程度に割ったもの、特に好ましくは１／１０程度に割ったものである。また、椰子殻チップの大きさの下限としては、好ましくは２ｍｍ角程度に粉砕したもの、より好ましくは５ｍｍ角程度に粉砕したもの、さらに好ましくは１０ｍｍ角程度に粉砕したものである。上記の上限および下限の組合わせの範囲内であれば、繊維質部分の除去および以下で述べる脱灰における金属元素および／または非金属元素の除去を効率的に行うことができる。本発明では、上記の上限および下限の範囲内の大きさの椰子殻チップであれば、異なった大きさの椰子殻チップを組み合わせて用いることができる。
【００２０】
繊維質部分を除去する工程は、通常室温において行うが、特に限定されるものではなく、０℃〜４０℃の範囲で行うことができる。
【００２１】
繊維質部分を除去する量は、好ましくは、原料として使用する椰子殻チップの総量を基準に１重量％〜３０重量％の範囲、より好ましくは２〜２０重量％の範囲である。繊維質部分を除去する量が上記範囲内であれば、シェル部分が除去される量が適度に抑えられ、繊維質部分を十分に除去することができるため有利である。
【００２２】
繊維質部分を除去する時間は、特に限定されず、実施する方法の種類に依存するが、好ましくは１〜１２０分間、より好ましくは３〜１００分間である。繊維質部分を除去する時間が上記範囲内であれば、繊維質部分を除去する時間が適当であるため、経済性の観点から好ましい。
【００２３】
繊維質部分を除去する工程を行う雰囲気としては、特に限定されず、実施する方法に応じて異なっていてよい。本発明では、繊維質部分を除去する工程は通常、大気雰囲気中で行う。
【００２４】
本発明では、繊維質部分を除去した後、必要に応じて洗浄工程および／または乾燥工程を行うことができる。
【００２５】
次に、本発明の精製方法における、繊維質部分を除去した炭素前駆体を有機酸水溶液中に浸漬することにより、炭素前駆体中の金属元素および／または非金属元素の含有量を低下させる工程について説明する。ここで、繊維質部分を除去した炭素前駆体を有機酸水溶液中に浸漬することにより、炭素前駆体中の金属元素および／または非金属元素の含有量を低下させることを、以下、脱灰とも称することがある。
【００２６】
一般に、植物は、カリウム、マグネシウムおよびカルシウム等のアルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素およびリン等の非金属元素を多く含んでいる。しかしながら、これらの金属元素を含んだ植物由来の炭素前駆体を炭化すると、炭化の際に、炭素材として必要な炭素質が分解されるおそれがある。また、リン等の非金属元素は酸化し易いので、炭化物の表面の酸化度が変化し、炭化物の性状が大きく変化するため、好ましくない。
【００２７】
また、炭素前駆体を炭化した後に行う精製方法では、リン、カルシウムおよびマグネシウムについては十分に除去することができない場合がある。さらに、炭化物中の金属元素および非金属元素の含有量によって、脱灰実施時間や脱灰後の炭化物中の金属元素および／または非金属元素の残存量は大きく異なる。したがって、炭素前駆体中の金属元素および／または非金属元素の含有量を、炭化前に十分に除去しておくことは好ましい。
【００２８】
このような観点から、本発明の方法は、繊維質部分を除去した炭素前駆体を有機酸水溶液中に浸漬することにより、炭素前駆体中の金属元素および／または非金属元素の含有量を低下させる工程を含んでなる。
【００２９】
本発明では、上記脱灰において、植物由来の炭素前駆体からアルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素および／または非金属元素を除去するために有機酸水溶液を用いる。有機酸は、リンや硫黄、ハロゲン等の不純物源となる元素を含まないことが好ましい。有機酸がリンや硫黄、ハロゲン等の元素を含まない場合には、脱灰後の水洗を省略し、有機酸が残存する椰子殻チップを炭化した場合であっても、炭素材として好適に用いることできる炭化物が得られるため有利である。また、使用後の有機酸の廃液処理を特別な装置を用いることなく比較的容易に行うことができるため有利である。
【００３０】
有機酸の例としては、飽和カルボン酸、例えば蟻酸、酢酸、プロピオン酸、蓚酸、酒石酸、クエン酸等、不飽和カルボン酸、例えばアクリル酸、メタアクリル酸、マレイン酸、フマル酸等、芳香族カルボン酸、例えば安息香酸、フタル酸、ナフトエン酸等が挙げられる。入手可能性、酸性度による腐食および人体への影響の観点から、酢酸、蓚酸およびクエン酸が好ましい。
【００３１】
本発明では、有機酸は、溶出する金属化合物の溶解度、廃棄物の処理、環境適合性等の観点から、水性溶液と混合して有機酸水溶液として用いる。水性溶液としては、水、水と水溶性有機溶媒との混合物などが挙げられる。水溶性有機溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、プロピレングリコール、エチレングリコールなどのアルコールが挙げられる。
【００３２】
有機酸水溶液中の酸の濃度としては、特に限定されるものではなく、用いる酸の種類に応じて濃度を調節して用いることができる。本発明では、通常、有機酸水溶液の総量を基準として０．００１重量％〜２０重量％、より好ましくは０．０１重量％〜１８重量％、さらに好ましくは０．０２重量％〜１５重量％の範囲の酸濃度の有機酸水溶液を用いる。酸濃度が上記範囲内であれば、適切な金属および／または非金属元素の溶出速度が得られるため実用的な時間で脱灰を行うことが可能となる。また、炭素前駆体における酸の残留量が少なくなるので、その後の製品への影響も少なくなる。
【００３３】
有機酸水溶液のｐＨは、好ましくは３．５以下、好ましくは３以下である。有機酸水溶液のｐＨが上記の値を超えない場合には、金属元素および／または非金属元素の有機酸水溶液への溶解速度が低下することなく、金属元素および／または非金属元素の除去を効率的に行うことができる。
【００３４】
炭素前駆体を浸漬する際の有機酸水溶液の温度は、特に限定されないが、好ましくは２０℃〜９８℃、より好ましくは２５℃〜６０℃、さらに好ましくは３０℃〜４０℃の範囲である。炭素前駆体を浸漬する際の有機酸水溶液の温度が、上記範囲であれば、使用する酸の分解が抑制され、実用的な時間での脱灰の実施が可能となる金属元素および／または非金属元素の溶出速度が得られるため好ましい。また、特別な装置を用いずに脱灰を行うことができるため好ましい。さらに、本発明では、脱灰を室温で行うこともできる。この場合、加熱装置が不要となることおよび安全性の観点から好ましい。
【００３５】
炭素前駆体を有機酸水溶液に浸漬する時間としては、用いる酸に応じて適宜調節することができる。本発明では、浸漬する時間は、経済性および脱灰効率の観点から、通常１〜１００時間、好ましくは２〜８０時間、より好ましくは２．５〜５０時間の範囲である。
【００３６】
有機酸水溶液の重量に対する浸漬する炭素前駆体の重量の割合は、用いる有機酸水溶液の種類、濃度および温度等に応じて適宜調節することが可能であり、通常０．１重量％〜２００重量％、好ましくは１重量％〜１５０重量％、より好ましくは１．５重量％〜１２０重量％の範囲である。上記範囲内であれば、有機酸水溶液に溶出した金属元素および／または非金属元素が有機酸水溶液から析出しにくく、炭素前駆体への再付着が抑制されるため好ましい。また、上記範囲内であれば、容積効率が適切となるため経済的観点から好ましい。
【００３７】
脱灰を行う雰囲気としては、特に限定されず、浸漬に使用する方法に応じて異なっていてよい。本発明では、脱灰は、通常大気下で実施する。
【００３８】
これらの操作は、通常１回〜５回、好ましくは１回〜３回繰り返して行うことができる。
【００３９】
本発明では、脱灰後、必要に応じて洗浄工程および／または乾燥工程を行うことができる。
【００４０】
本発明の精製方法では、精製前の炭素前駆中のカリウムの含有量Ｋ（ａ）、マグネシウムの含有量Ｍｇ（ａ）およびカルシウムの含有量Ｃａ（ａ）に対する精製後の炭素前駆体中のカリウムの含有量Ｋ（ｂ）、マグネシウムの含有量Ｍｇ（ｂ）およびカルシウムの含有量Ｃａ（ｂ）の割合がそれぞれ、好ましくは
Ｋ（ｂ）／Ｋ（ａ）≦０．４５、
Ｍｇ（ｂ）／Ｍｇ（ａ）≦０．７、および
Ｃａ（ｂ）／Ｃａ（ａ）≦０．７、
より好ましくは
Ｋ（ｂ）／Ｋ（ａ）≦０．４３、
Ｍｇ（ｂ）／Ｍｇ（ａ）≦０．６６、および
Ｃａ（ｂ）／Ｃａ（ａ）≦０．６８
である場合、繊維質部分および金属元素の除去が効率的に行われる。
【００４１】
また、本発明の精製方法では、上記カリウム、マグネシウムおよびカルシウムの割合に加えて、精製前の炭素前駆中のケイ素の含有量Ｓｉ（ａ）、アルミニウムの含有量Ａｌ（ａ）、リンの含有量Ｐ（ａ）に対する精製後の炭素前駆体中のケイ素の含有量Ｓｉ（ｂ）、アルミニウムの含有量Ａｌ（ｂ）、リンの含有量Ｐ（ｂ）の割合がそれぞれ、好ましくは
Ｓｉ（ｂ）／Ｓｉ（ａ）≦０．７５、
Ａｌ（ｂ）／Ａｌ（ａ）≦０．７５、および
Ｐ（ｂ）／Ｐ（ａ）≦０．７５
より好ましくは
Ｓｉ（ｂ）／Ｓｉ（ａ）≦０．７３、
Ａｌ（ｂ）／Ａｌ（ａ）≦０．７３、および
Ｐ（ｂ）／Ｐ（ａ）≦０．７３
である場合、繊維質部分および金属元素の除去がより効率的に行われる。
【００４２】
本発明に従って精製された炭素前駆体は、カリウムを通常１０００ｐｐｍ以下、好ましくは９００ｐｐｍ以下、より好ましくは８００ｐｐｍ以下の量で含む。炭素前駆体中のカリウムの含有量が上記の含有量であれば、炭素材の原料として好適に用いることができる。
【００４３】
本発明に従って精製された植物由来の炭素前駆体は、マグネシウムを好ましくは１００ｐｐｍ以下、より好ましくは５０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは２０ｐｐｍ以下の量で含有する。また、本発明に従って精製された植物由来の炭素前駆体は、カルシウムを好ましくは１００ｐｐｍ以下、より好ましくは８０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは７０ｐｐｍ以下の量で含有する。金属元素および非金属元素の含有量は、以下に説明する金属元素／非金属元素含有量の測定に従って求めた値である。
【００４４】
さらに、本発明は、本発明の精製方法により精製された炭素前駆体を炭化する工程を含む炭化物の製造方法にも関する。
【００４５】
炭化工程における加熱温度としては特に限定されるものではなく、２５０℃〜８００℃の範囲で行われる。高すぎる温度では、結晶化により炭素骨格が剛直化し、様々な電子材料に用いる炭化物として好ましくない。また、低すぎる温度では、蓄熱発火の可能性が高く、また空気中の酸素により容易に酸化され保存安全性が低くなる問題がある。本発明では、炭化工程は、好ましくは２７０℃〜７５０℃の範囲、より好ましくは２８０℃〜７００℃の範囲、更に好ましくは４００〜６５０℃の範囲で行う。上記範囲で炭化を行うことは、得られた炭化物の酸化等による変質の抑制、保存安定性確保の観点から好ましい。
【００４６】
また、加熱速度としては、特に限定されるものではなく、加熱の方法により異なるが、好ましくは１℃／分〜１００℃／分、より好ましくは１℃／分〜６０℃／分である。昇温速度が上記範囲内であれば、炭化時の縮合が進行し、良好な炭化物の回収率が得られるため好ましい。また、用いる機器の稼働時間が適切なものとなるため、経済的観点から好ましい。
【００４７】
炭化工程における温度制御のパターンとしては、所望の温度にまで一気に昇温することもできるし、２５０〜４００℃の範囲で一旦温度を維持し、再び昇温して所望の温度まで昇温することもできる。上記範囲内で一旦温度を維持することは、炭化時の縮合を容易に進め、炭化率、炭素密度および炭化物の回収率の向上に寄与する場合がある。
【００４８】
炭化工程における最高温度での保持時間は、特に限定されないが、通常、１０分〜３００分程度保持すればよく、好ましくは３０分〜２４０分程度保持すればよい。
【００４９】
炭化する雰囲気としては、不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましく、窒素雰囲気中で行うことがより好ましい。炭化中、酸化による炭素材の構造変化および酸化分解助長による炭化物の回収率低下を回避し易くするために、酸化性ガス、即ち酸素の存在は、好ましくは１容積％以下、より好ましくは０．５容積％以下である。
【００５０】
炭化時の不活性ガス気流は特に限定されるものではなく、通常０．００１メートル／秒〜１メートル／秒の範囲であればよい。
【００５１】
炭化処理後の取り出し温度としては、空気中の酸素により酸化されない温度であれば特に限定されるものではなく、通常２００℃以下、より好ましくは１００℃以下で空気中に取り出すことが好ましい。
【００５２】
炭化の方法としては、特に限定されるものではなく、バッチ式および連続式の何れの方式でもよく、外熱式および内熱式の何れの方式でもよい。
【００５３】
炭化物を製造した後、必要に応じて、除金属工程、粉砕工程および／または焼成工程を実施することができる。しかしながら、本発明の方法により精製した炭素前駆体を用いて炭化物を製造した場合には、精製工程において局所的に高い濃度の金属成分が十分に除去されるため、さらなる除金属工程を省略することができる。
【００５４】
本発明の方法により精製された植物由来の炭素材前駆体は、例えばコンデンサー用電極や二次電池用電極等の電子部品、水ろ過用活性炭や消臭用活性炭等の多孔体、触媒用担持体などの種々の用途に用いる炭素材の製造に用いることができる。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
【００５６】
［金属元素／非金属元素含有量の測定］
椰子殻チップ中の金属元素含有量は、蛍光Ｘ線分析装置（株式会社リガク製ＺＳＸ Ｐｒｉｍｕｓμ）を用いて評価した。ここで、植物中の金属元素含有量は、採取季節等に応じて部位によりバラツキが存在する。また、金属元素分析では、金属存在形態（結晶化度）によりＸ線の強度が異なる。したがって、炭化物中の金属が同等の結晶化度となるように以下の炭化条件に統一して椰子殻チップを炭化した後、得られた炭化物中の金属元素および非金属元素の含有量について蛍光Ｘ線分析を行った。
実施例１〜４では、精製前の椰子殻チップおよび精製後の椰子殻チップを、以下の炭化条件に従って炭化し、得られた植物由来チャーの蛍光Ｘ線分析結果および炭化物の回収率に基づいて精製前の椰子殻チップおよび精製後の椰子殻チップ中の金属元素および非金属元素の含有量をそれぞれ算出した。
また、比較例１および２では、椰子殻チップを以下の炭化条件に従って炭化し、得られた植物由来チャーの蛍光Ｘ線分析結果および炭化物の回収率に基づいて椰子殻チップ中の金属元素および非金属元素の含有量を算出した。
なお、本条件下で、金属成分および非金属成分が揮発して外部に気散しないことは、別途排気ガスの分析により確認した。
【００５７】
［炭化条件］
回収物２０ｇを坩堝に入れ、光洋サーモ製ＫＴＦ１１００炉（内径７０ｍｍΦ）を用いて、酸素含量１５ｐｐｍの窒素気流３Ｌ／分（０．０１２メートル／秒）の流量下、１０℃／分で５００℃まで昇温、６０分保持した後、６時間かけて冷却し、５０℃以下で取り出した。
【００５８】
＜実施例１＞
約１０ｍｍ角の椰子殻チップ（フィリピン、ミンダナオ島産）２００ｇを精米機（ツインバード製精米御膳ＮＲ−Ｅ７００）に入れ、繊維質部分の除去を３分間行った。椰子殻チップの回収重量は１８０ｇであり、炭化物の回収率は９０％であった。次に得られた約１０ｍｍ角の椰子殻チップ１５０ｇを、７．４ｗｔ％クエン酸水溶液２０００ｇに浸漬し、３５℃に加温し、２４時間加熱した後、室温まで冷却し、ろ過により脱液することにより脱灰を行った。脱灰した椰子殻を真空１Ｔｏｒｒ下、８０℃で２４時間乾燥した。このように精製した椰子殻チップを、上記炭化条件に従って炭化した。炭化物の回収率は２９．１％であった。
【００５９】
＜実施例２＞
実施例１において２．４重量％酢酸水溶液を用いたことを除いて、実施例１と同様に炭化物を製造した。炭化物の回収率は、２９．５％であった。
【００６０】
＜実施例３＞
実施例２において６０℃、５時間で脱灰を行ったことを除いて、実施例２と同様に炭化物を製造した。炭化物の回収率は、２９％であった。
【００６１】
＜実施例４＞
実施例１において、椰子殻チップ（インドネシア、スマトラ島産）を用いたことを除いて、実施例１と同様に製造した。繊維質部分の除去した椰子殻チップの回収率は、９１％であった。また、炭化物の回収率は、２８．７％であった。
【００６２】
＜比較例１＞
実施例１において繊維質部分の除去および脱灰を行わなかったことを除いて、実施例１と同様に炭化物を製造した。炭化物の回収率は、２７．２％であった。
【００６３】
＜比較例２＞
実施例４において繊維質部分の除去および脱灰を行わなかったことを除いて、実施例１と同様に炭化物を製造した。炭化物の回収率は、２７．５％であった。
【００６４】
実施例１〜４における精製後の椰子殻チップ中の金属元素および非金属元素の含有量、比較例１および２における炭化前の椰子殻チップ中の金属元素および非金属元素の含有量をそれぞれ、上記の金属元素／非金属元素含有量の測定に従って算出した。結果を以下の表１に示す。
【００６５】
【表１】
0006300687.tif 000002
【００６６】
実施例１〜４における精製前の椰子殻チップ中の各金属元素および非金属元素の含有量に対する精製後の椰子殻チップ中の各金属元素および非金属元素の含有量の割合〔Ｋ（ｂ）／Ｋ（ａ）、Ｍｇ（ｂ）／Ｍｇ（ａ）、Ｃａ（ｂ）／Ｃａ（ａ）、Ｓｉ（ｂ）／Ｓｉ（ａ）、Ａｌ（ｂ）／Ａｌ（ａ）およびＰ（ｂ）／Ｐ（ａ）〕を以下の表２に示す。なお、精製前の炭素前駆体中のカリウムの含有量をＫ（ａ）、マグネシウムの含有量をＭｇ（ａ）、カルシウムの含有量をＣａ（ａ）、ケイ素の含有量をＳｉ（ａ）、アルミニウムの含有量をＡｌ（ａ）、リンの含有量をＰ（ａ）とし、精製後の炭素前駆体中のカリウムの含有量をＫ（ｂ）、マグネシウムの含有量をＭｇ（ｂ）、カルシウムの含有量をＣａ（ｂ）、ケイ素の含有量をＳｉ（ｂ）、アルミニウムの含有量をＡｌ（ｂ）、リンの含有量をＰ（ｂ）とする。
【００６７】
【表２】
0006300687.tif 000003
【００６８】
表１において、実施例１と比較例１とを比べると、実施例１で得られた炭化物中の金属元素および非金属元素の含有量はそれぞれ、比較例１で得られた炭化物中の金属元素および非金属元素の含有量より低い値となった。また、実施例４および比較例２を比べると、実施例４で得られた炭化物中の金属元素および非金属元素の含有量はそれぞれ、比較例２で得られた炭化物中の金属元素および非金属元素の含有量より低い値となった。さらに、有機酸の種類を変更した場合（実施例２）および脱灰条件を変更した場合（実施例３）においても炭化物中の金属元素および非金属元素の含有量は低く、良好な結果となった。このように、本発明の炭素前駆体の精製方法によれば、植物由来の炭素前駆体から金属元素および／または非金属元素の除去を簡単かつ効率的に行うことができる。
【００６９】
また、表２から、本発明によれば、精製前の椰子殻チップ中の各金属元素および非金属元素の含有量に対して精製後の椰子殻チップ中の各金属元素および非金属元素の含有量が十分に低減されていることが分かる。
【００７０】
実施例１〜４および比較例１および２において得られた炭化物中の金属含有量および非金属含有量を以下の表３に示す。
【００７１】
【表３】
0006300687.tif 000004
【００７２】
実施例１〜４における精製前の椰子殻チップから得られた炭化物中の各金属元素および非金属元素の含有量に対する精製後の椰子殻チップから得られた炭化物中の各金属元素および非金属元素の含有量の割合〔Ｋ（Ｂ）／Ｋ（Ａ）、Ｍｇ（Ｂ）／Ｍｇ（Ａ）、Ｃａ（Ｂ）／Ｃａ（Ａ）、Ｓｉ（Ｂ）／Ｓｉ（Ａ）、Ａｌ（Ｂ）／Ａｌ（Ａ）およびＰ（Ｂ）／Ｐ（Ａ）〕をそれぞれ、以下の表４に示す。なお、精製前の炭素前駆から得られた炭化物中のカリウムの含有量をＫ（Ａ）、マグネシウムの含有量をＭｇ（Ａ）、カルシウムの含有量をＣａ（Ａ）、ケイ素の含有量をＳｉ（Ａ）、アルミニウムの含有量をＡｌ（Ａ）、リンの含有量をＰ（Ａ）とし、精製後の炭素前駆体から得られた炭化物中のカリウムの含有量をＫ（Ｂ）、マグネシウムの含有量をＭｇ（Ｂ）、カルシウムの含有量をＣａ（Ｂ）、ケイ素の含有量をＳｉ（Ｂ）、アルミニウムの含有量をＡｌ（Ｂ）、リンの含有量をＰ（Ｂ）とする。
【００７３】
【表４】
0006300687.tif 000005
【００７４】
＜実施例５＞
実施例１において、上記の炭化条件において昇温速度を毎分２℃としたことを除いて、実施例１と同様に炭化物を製造した。得られた炭化物中の金属元素および非金属元素の含有量は実施例１と同じ結果であった。炭化物の回収率は３１．０％であった。
【００７５】
＜実施例６＞
実施例１において、３００℃で昇温を停止、３０分間保持したのち５００℃まで昇温したことを除いては、実施例１と同様に炭化物を製造した。炭化物の回収率は３０．８％であった。
【００７６】
以下の表５に、実施例１、５および６および比較例１における炭化物の回収率を示す。
【００７７】
【表５】
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【００７８】
表５から、実施例１、５および６では、繊維質部分の除去および脱灰を行わなかった比較例１と比べて良好な回収率で炭化物が得られた。