特許ウォッチ

公開番号2024133574
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-02
出願番号2024107304,2021523303
出願日2024-07-03,2019-09-27
発明の名称マイクロ波場において電気アークを生成可能な多孔質複合材料、その調製方法、およびその使用
出願人中国石油化工股ふん有限公司,中国石油化工股ふん有限公司北京化工研究院,BEIJING RESEARCH INSTITUTE OF CHEMICAL INDUSTRY,CHINA PETROLEUM & CHEMICAL CORPORATION
代理人弁理士法人 HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
主分類C04B 41/85 20060101AFI20240925BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】マイクロ波場でアークを発生させることができる多孔質複合材料、そのための調製方法およびその使用を提供する。
【解決手段】無機多孔質骨格と、当該無機多孔質骨格上に支持された炭素材料とを含んだ、多孔質複合材料であって、前記無機多孔質骨格の平均孔径が、0.2～1000μmであり、前記無機多孔質骨格は、多孔質構造を有する無機材料であり、前記炭素材料が、グラフェン、カーボンナノチューブ、グラファイト、カーボンブラック、カーボンファイバー、カーボンドット、カーボンナノワイヤ、炭化可能有機物または炭化可能有機物を含む混合物を炭化して得られる生成物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
無機多孔質骨格と、当該無機多孔質骨格上に支持された炭素材料とを含んだ、マイクロ波場でアークを発生させることができる多孔質複合材料であって、
前記無機多孔質骨格の平均孔径が、０．２～１０００μｍであり、
前記無機多孔質骨格は、多孔質構造を有する無機材料であり、前記無機材料は、炭素、ケイ酸塩、アルミン酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩、ゲルマネート、チタネート、酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、硫化物、ケイ化物、ハロゲン化物、およびこれらの組み合わせからなる群から選択され、
前記無機多孔質骨格は、メラミンスポンジの炭化後の骨格、フェノール樹脂スポンジの炭化後の骨格、無機繊維によって構成される多孔質骨格、無機粒子の充填によって構成される骨格、およびセラミック繊維骨格前駆体を焼成した後に得られるセラミック繊維骨格からなる群から選択される少なくとも１つの骨格を有し、
前記炭素材料が、グラフェン、カーボンナノチューブ、グラファイト、カーボンブラック、カーボンファイバー、カーボンドット、カーボンナノワイヤ、炭化可能有機物または炭化可能有機物を含む混合物を炭化して得られる生成物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、
多孔質複合材料。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記無機多孔質骨格の平均孔径は、０．２～５００μｍであり、および／または、
前記無機多孔質骨格の多孔率は、１％～９９．９９％である、
ことを特徴とする請求項１に記載の多孔質複合材料。
【請求項３】
前記炭素材料の割合が、前記多孔質複合材料の全質量に対して、０．００１％～９９％である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の多孔質複合材料。
【請求項４】
前記多孔質複合材料がマイクロ波場で生成する電気アークによって、当該多孔質複合材料は、温度が１０００℃超に達する、
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の多孔質複合材料。
【請求項５】
前記炭素材料が、グラフェン、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、炭化可能有機物または炭化可能有機物を含む混合物を炭化して得られる生成物、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、
ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の多孔質複合材料。
【請求項６】
前記炭化可能有機物は、合成有機ポリマー化合物および天然の有機ポリマー化合物から選択される、
ことを特徴とする請求項１に記載の多孔質複合材料。
【請求項７】
前記合成有機ポリマー化合物は、ゴムまたはプラスチックであり、
前記プラスチックは、熱硬化性プラスチックおよび熱可塑性プラスチックを含み、
前記天然の有機ポリマー化合物は、デンプン、ビスコース繊維、リグニンおよびセルロースからなる群から選択される少なくとも１つである、
ことを特徴とする請求項６に記載の多孔質複合材料。
【請求項８】
前記合成有機ポリマー化合物は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリスチレン、スチレン－ジビニルベンゼン共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、スチレンブタジエンゴム、ポリウレタンゴム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、
ことを特徴とする請求項７に記載の多孔質複合材料。
【請求項９】
炭化可能有機物を含む前記混合物は、炭化可能な有機物質と、他の金属を含まない有機物質および／または金属を含まない無機物質との混合物である、
ことを特徴とする請求項１に記載の多孔質複合材料。
【請求項１０】
炭化可能有機物を含む前記混合物は、石炭、天然ピッチ、石油ピッチまたはコールタールピッチおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される、
ことを特徴とする請求項９に記載の多孔質複合材料。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔発明の分野〕
本発明は、マイクロ波加熱、マイクロ波高温熱分解および廃棄物資源利用の分野に関する。具体的には、本発明は、マイクロ波場でアークを発生させることができる多孔質複合材料、そのための調製方法およびその使用、有機化合物を含む物質を熱分解および／またはリサイクルする方法に関する。
続きを表示（約 3,600 文字）【０００２】
〔背景技術〕
化学原料の９０％以上は、石油、シェールガス、石炭などの化石エネルギーに由来する。しかしながら、化石エネルギーは再生不能であり、その使用中にＣＯ
２
を生成する。したがって、現在、環境にやさしい再生可能エネルギーの開発は、エネルギー分野における焦点の１つとなっている。より持続可能な経済・社会開発のためには、化石エネルギーを再生可能なバイオマスエネルギーに置き換えることが急務である。その中でも、植物油は、低価格、大規模栽培などの特徴により、研究対象となっている。２０１２年から２０１３年にかけて、パーム油、菜種油、ひまわり油、大豆油などの主要植物油が世界で４億６２００万トン生産された。近年、熱分解技術の急速な発展により、熱分解技術は、比較的効率的で成熟したバイオマス利用技術の１つとなっている。
【０００３】
別の態様では、１９５０年代以降、人類は８３億トンのプラスチックを生産しており、そのうち６３億トンが廃棄物となっている。廃プラスチック６３億トンのうち、再資源化率は９％、焼却率は１２％、残りの７９％（約５５億トン）が埋め立てられて自然環境に蓄積されている。人類は、プラスチックの生産速度を依然として加速している。現在、プラスチックの年間生産量は４億トンに達している。２０５０年までに、世界には１２０億トンの廃プラスチックが存在すると推定されている。毎年８００万トンを超えるプラスチックが海洋に投入されている。制限が課せられなければ、２０５０年までに、海洋には魚よりも多くのプラスチックゴミが存在するのであろう。近年、海洋および河川の生物、並びに飲料水へのプラスチック粒子の汚染について、最上級の国際的刊行物が順次発行されている。海洋および河川の生物並びに飲料水へのプラスチック粒子の汚染は、プラスチック汚染に対する社会全体の関心を喚起してきた。２０１８年、国連環境計画は、使い捨てプラスチックによる汚染問題に初めて焦点を当てた。また、国連環境計画は「世界環境デー」のテーマとして「やめよう、プラスチック汚染」を発表し、世界中にプラスチック汚染の「宣戦布告」を呼びかけた。
【０００４】
プラスチック汚染の問題を解決するために、科学的研究者は、絶え間ない努力を払ってきた。１９７０年以来、自然環境で分解可能なプラスチックの調製に向けられた多くの研究がなされてきた。しかしながら、分解性プラスチックは生物医学、農業用マルチフィルム及びごみ袋等においてのみ重要な用途を有し、リサイクルが必要な場合には、分解性プラスチックの存在が、リサイクルされたプラスチック物品の性能に重大な影響を及ぼす。さらに、分解性プラスチックは、理想的でない自然環境で分解するのに比較的長い時間がかかり、したがって、白色汚染の問題を効果的に解決することができない。
【０００５】
現在、機械的リサイクルは、廃プラスチックを処理するための唯一の広く使用されている技術的解決策である。主な工程は、有機残渣の連続的な除去、洗浄、粉砕、および溶融および再処理である。溶融および再処理のプロセスでは、一般に、性能を維持するために新しい材料をブレンドすることが必要である。異なるプラスチックは処理プロセスに対して異なる反応を示し、これは、機械的リサイクルの技術的解決策は、ごく少数のタイプのプラスチックにのみ適用可能である。現在、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）とポリエチレン（ＰＥ）のみがリサイクルされており、それぞれ年間プラスチック生産量の９％と３７％を占めている。高温で溶融および流動しない温度感受性プラスチック、複合材料、およびプラスチック（熱硬化性プラスチックなど）は、この方法では処理することができない。
【０００６】
廃プラスチックを化学変換または熱変換により小分子炭化水素（ガス、液体油または固体ワックス）に調製するケミカルリサイクル法は、機械的リサイクルを上回る技術的解決策であると考えられる。そして、得られた生成物は、燃料または化学原料として使用することができる。しかしながら、この技術的解決策は主に高コストのために、現在広く使用されていない。一方では、ケミカルリサイクル処理の大部分が高価な触媒を必要とする。また、触媒の選択性は原料が純粋なポリマーでなければならないことを必要とし、これは、廃プラスチックの時間のかかる労働集約的な選別を必要とする。一方、ケミカルリサイクル処理は、多くのエネルギーを消費する。
【０００７】
また、世界経済の急速な発展に伴い、様々な産業においてゴム材料が広く使用されており、ゴム製品に対する需要も増加している。自動車の出現は人間の生産と生活に大きな利便性をもたらし、社会の発展を促進した。同時に、無視しにくい隠れた危険、すなわち環境および資源問題の悪化ももたらした。自動車の製造が年々増加することにつれて、資源の消費及び廃タイヤの量は増加し続けている。中国は広大な領土と人口を有し、タイヤを使用する大国である。廃タイヤは土地資源や環境空間を多く占有し、さらに廃タイヤの分解に要する未知の時間の間、圧縮して浄化することが容易ではないばかりでなく、生分解が困難である。廃タイヤは、環境に大きな害を与え、処理が困難であるため、「ブラック汚染」と呼ばれている。廃ゴム資源の再利用が急務となっている。
【０００８】
他の態様によれば、カーボンファイバー複合材料は、軽重量、高強度、及び良好な耐食性等の優れた特性を有する。炭素繊維複合材料は航空宇宙、新エネルギー、自動車産業、スポーツ用品などのハイテク分野で広く使用されている。炭素繊維複合材料の普及に伴い、発生する炭素繊維複合材料廃棄物は日々増加している。大量の炭素繊維複合材料廃棄物が人々の注目を集めており、これは環境保護及び経済的利益に多大な影響を及ぼす。環境保全や国際情勢への関心が高まる中、エネルギー・資源危機の原因となっている。また、炭素繊維複合材料中の炭素繊維は高価で総合性能に優れており、炭素繊維リサイクル技術の研究は今後の重要な開発動向である。
【０００９】
現在の炭素繊維リサイクル技術には、主に、物理的リサイクル法および化学的リサイクル法が含まれる。物理的リサイクル法は、新素材の原料である炭素繊維複合材料廃棄物を粉砕・溶融するものである。しかしながら、この方法は複合材料の種々の成分の特性を損ない、特に、そこから炭素繊維を得ることができず、リサイクル性を達成することができない。ケミカルリサイクルとは、熱分解または有機溶剤分解を利用して炭素繊維複合材廃棄物から炭素繊維をリサイクルする手法である。有機溶剤分解による再利用により、清浄なカーボンファイバーが得られる。しかし、再資源化には多量の有機溶剤が使用され、環境汚染の原因となる。使用済み溶媒の分離（液体分離、抽出、蒸留など）は操作が複雑であり、高いリサイクルコストをもたらす。また、この方法は、カーボンファイバー強化樹脂複合材のマトリックス樹脂の種類および硬化剤の種類についても選択的であり、全てのマトリックス樹脂に適しているわけではない。従来技術に開示された最も工業的に実行可能なものは、炭素繊維複合材料の熱分解である。しかしながら、従来の加熱方法は、一般に効率が低く、エネルギーコストが高すぎる。
【００１０】
プリント基板（ＰＣＢ）は、ほとんどすべての電子情報製品の必須部品であり、電子部品および電気制御などの様々な産業分野で広く使用されている。ＰＣＢ製造における基板材料として、銅クラッド積層体は、基板、銅箔および接着剤の３つの部分から主に構成される。基板は、高分子合成樹脂と補強材とから構成されている。接着剤は、通常、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂等である。２０００年に入ると、銅張積層体の年間生産量は１６０，１００トンに達した。２００６年、中国のプリント回路基板出力は日本を上回り、世界最大の生産性を誇るプリント回路基板メーカーとなった。これまで、世界のＰＣＢの約４０％は中国で生産されているが、廃棄プリント回路基板（ＷＰＣＢ）の量も膨大である。機械的処理および酸溶解のような既存のＷＰＣＢ処理方法は主に回路基板中の金属のリサイクルに焦点を当てているが、回路基板中の非金属成分の有効なリサイクルを伴うことは稀であり、さらに、これらの方法のほとんどは環境安全性に大きな脅威をもたらす。したがって、洗浄で効率的なＷＰＣＢ処理方法を考案することは、現在の研究の重要な問題の１つである。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許