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公開番号2024092739
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-08
出願番号2022208875
出願日2022-12-26
発明の名称分子篩炭素及びその製造方法、並びにガス分離装置
出願人大阪ガスケミカル株式会社,国立大学法人信州大学
代理人個人,個人
主分類C01B 32/05 20170101AFI20240701BHJP(無機化学)
要約【課題】酸素を選択的に吸着し、空気より酸素を分離するための性能が向上した分子篩炭素、及びその製造方法、並びにガス分離装置を提供する。
【解決手段】本発明の空気より酸素を分離するための分子篩炭素は、酸素の吸着速度定数分布のメインピークの半値幅が0.35秒^-1以下であり、かつ、25℃におけるCO₂の吸着等温線からBET法によって求められる比表面積が300m²/g以上600m²/g以下である。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
酸素の吸着速度定数分布のメインピークの半値幅が０．３５秒
-1
以下であり、かつ、２５℃におけるＣＯ
２
の吸着等温線からＢＥＴ法によって求められる比表面積が３００ｍ
２
／ｇ以上６００ｍ
２
／ｇ以下である、分子篩炭素。
続きを表示（約 960 文字）【請求項２】
酸素の吸着速度定数分布のメインピークの最大中心が０．０３０秒
-1
以上０．２５０秒
-1
以下である、請求項１に記載の分子篩炭素。
【請求項３】
分子プローブ法によって求められる０．３７ｎｍ以上０．４６ｎｍ以下の細孔入口径を有する細孔の容積が０．１５０ｍＬ／ｇ以上である、請求項１に記載の分子篩炭素。
【請求項４】
難黒鉛化性炭素からなる、請求項１に記載の分子篩炭素。
【請求項５】
分離対象ガスが空気であって、空気から酸素を選択的に吸着する、請求項１に記載の分子篩炭素。
【請求項６】
分離対象ガスが、二酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、プロピレン、及びプロパンからなる群から選ばれる少なくとも２種のガスを含む混合ガスであって、前記混合ガスから１つ又は複数のガスを選択的に吸着する、請求項１に記載の分子篩炭素。
【請求項７】
原料を炭化して炭化物を得る工程と、
前記炭化物を賦活処理して賦活物を得る賦活工程と、
前記賦活物を焼成する焼成工程と、を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の分子篩炭素の製造方法。
【請求項８】
圧力スイング吸着法によって、空気より酸素を分離するためのガス分離装置であって、
前記圧力スイング吸着法における吸着剤として、請求項１～５のいずれか一項に記載の分子篩炭素を備える、装置。
【請求項９】
圧力スイング吸着法によって、二酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、プロピレン、及びプロパンからなる群から選ばれる少なくとも２種のガスを含む混合ガスから１つ又は複数のガスを選択的に吸着するためのガス分離装置であって、
前記圧力スイング吸着法における吸着剤として、請求項１～４、及び６のいずれか一項に記載の分子篩炭素を備える、装置。
【請求項１０】
温度スイング吸着法によって、空気より酸素を分離するためのガス分離装置であって、
前記温度スイング吸着法における吸着剤として、請求項１～５のいずれか一項に記載の分子篩炭素を備える、装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、分子篩炭素及びその製造方法、並びにガス分離装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
分子篩炭素(Carbon Molecular Sieve、ＣＭＳ)は、その細孔入口径を分離対象とする分子径に合わせて精密に設計及び制御された多孔性炭素材料であり、吸着質の分子径の差に応じた速度分離型の分子篩特性を発現する。このため、圧力スイング吸着（Pressure Swing Adsorption、ＰＳＡ）法や、温度スイング吸着（Thermal Swing Adsorption、ＴＳＡ）法を利用した低分子ガスの分離に利用されており、特にＰＳＡ法による空気中の酸素と窒素との分離に広く応用されている。
【０００３】
ＰＳＡ法とは、１塔以上の吸着塔に分子篩炭素を充填し、加圧下での選択的吸着と、減圧又は常圧での分子篩炭素の再生を周期的に繰り返すことにより原料ガス中の特定成分を分離する方法である。上述の酸素／窒素分離では分子径の小さい酸素が選択的に吸着され、窒素が製品ガスとして取り出されることになる。
【０００４】
近年、化学及び半導体分野における窒素ガスへの要求純度は向上し、ＣＭＳの分離性能向上の重要性は高まっている。そのため、ＣＭＳの分離性能向上を目的とした多数の先行技術が開示されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、酸素と窒素の分離比α（酸素の吸着速度定数Ｋ（Ｏ
2
）と窒素の吸着速度定数Ｋ（Ｎ
2
）との比Ｋ（Ｏ
2
）／Ｋ（Ｎ
2
））が３５以上であって、吸着速度特性が、酸素平衡吸着量の９５％を吸着するのに要する時間ｔ
95
と酸素平衡吸着量の５０％を吸着するのに要する時間ｔ
50
との関係で、（ｔ
95
／ｔ
50
）＜０．４(α－２４)（ただし、α＞３５）を満足する分子篩炭素が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
国際公開第２００３／０１８１８９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の分子篩炭素は、ガス分離を発揮するＰＳＡ半サイクル時間が９０秒～１０５秒と長いことから、単位時間あたりの窒素ガス発生量が少ないという課題があった。
【０００８】
ところで、分子篩炭素は、ウルトラミクロ孔からマクロ孔に至るまで幅広い細孔径分布を有するため、吸着速度定数は、細孔径分布に応じた分布をとる。分離対象ガスが酸素（最小分子径：０．２８ｎｍ）と窒素（最小分子径：０．３０ｎｍ）の場合、わずか０．０２ｎｍの分子径の差によってガスを分離する必要があり、このわずかな細孔径分布の差、すなわち、吸着速度定数分布の差が、分離性能に大きな影響を与える。
【０００９】
しかしながら、特許文献１では、吸着速度定数分布が考慮されておらず、最小分子径の差が０．０２ｎｍである酸素と窒素の分離性能を向上させることが困難であった。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、酸素を選択的に吸着し、空気より酸素を分離するための性能が向上した分子篩炭素、及びその製造方法、並びにガス分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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