JP2015167941A - Gas adsorbent and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
【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1Disclosed is a gas adsorbent comprising a carbon fiber aggregate having a high density and a high gas adsorbing ability. The gas adsorbent of the present invention includes a spherical carbon fiber aggregate formed by agglomerating carbon fibers, the average density of the carbon fiber aggregate is 0.2 g / cm3 to 1 g / cm3, and The gas adsorption amount per unit volume at a gas pressure of 1 MPa is at least 50 mL / cm 3. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、ガス吸着材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a gas adsorbent and a method for producing the same.
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。 Methane, ethane and other hydrocarbon gases are expected to be widely used as energy sources for power generation and fuel for automobiles. As a method for storing hydrocarbon gas, a method for compressing and storing hydrocarbon gas is generally known. However, since it is necessary to set the hydrocarbon gas to a high pressure of 20 MPa or more, it is difficult to handle and the cost is low. There is a problem that becomes expensive. Thus, it has been studied to adsorb hydrocarbon gas on an adsorbent and store the hydrocarbon gas at a relatively low pressure (for example, 1 MPa or less). For example, Patent Document 1 describes the use of carbon fiber as an adsorbent for storing fuel methane such as methane-fueled automobiles.
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。 However, carbon fiber has a larger specific surface area than activated carbon and is excellent in gas adsorption capacity, but is bulky. Therefore, the carbon fiber has a gas adsorption capacity per unit mass that is superior to activated carbon, but has a problem that the gas adsorption capacity per unit volume is inferior to activated carbon. In order to deal with such a problem, for example, it is conceivable to compress the carbon fiber to increase the density, but according to the study by the present inventors, when the carbon fiber is pressurized and densified, the hydrocarbon gas is adsorbed. It has been found that the pores serving as the adsorption sites are broken and the original gas adsorption ability is not exhibited.
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。 This invention is made | formed in view of this point, The main objective is to provide the method of manufacturing the gas adsorbent containing the carbon fiber aggregate of a high density and high gas adsorption ability. Another object is to provide a gas adsorbent containing a carbon fiber aggregate having a high density and a high gas adsorbability obtained by such a production method.
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。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that a carbon fiber aggregate can be densified without applying excessive pressure by adding a polar solvent to the carbon fiber aggregate and shaking. The headline and the present invention were completed.
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)。 That is, the production method provided by the present invention is a method for producing a gas adsorbent containing a spherical carbon fiber aggregate formed by agglomerating carbon fibers. This manufacturing method includes preparing carbon fibers (carbon fiber preparation step). Further, the method includes aggregating the carbon fibers prepared in the carbon fiber preparation step to obtain a carbon fiber aggregate (typically spherical) (carbon fiber aggregation step). Furthermore, it includes densifying the carbon fiber aggregate by adding a polar solvent to the carbon fiber aggregate obtained in the carbon fiber aggregating step and shaking it (density increasing step).
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。 In the production method of the present invention, rather than compressing the carbon fibers, the carbon fiber aggregates are densified by adding a polar solvent to the carbon fiber aggregates and shaking. According to such a configuration, since the carbon fiber aggregate can be densified in a state close to no pressure, the collapse of the adsorption sites (pores) when compressed by applying excessive pressure to the carbon fiber is prevented, A high density and high gas adsorption capacity carbon fiber aggregate is obtained. Such a high density and high gas adsorption capacity carbon fiber aggregate can be suitably used as a gas adsorbent in a gas storage tank of hydrocarbon gas (for example, methane).
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。 In a preferred embodiment of the production method disclosed herein, carbon fibers having an average length of 1 cm to 5 cm are prepared in the carbon fiber preparation step. By using carbon fibers having such an average length, the subsequent carbon fiber agglomeration treatment can be suitably performed, and the productivity of the gas adsorbent can be increased.
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。 In a preferable aspect of the production method disclosed herein, the carbon fiber aggregation step includes a process of stirring the carbon fiber. Thereby, a carbon fiber aggregate in which a large number of carbon fibers are aggregated (typically in a spherical shape) can be suitably obtained.
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。 In a preferred embodiment of the production method disclosed herein, a diameter R1 of the carbon fiber aggregate after the carbon fiber aggregation step and before the densification step, and a diameter R2 of the carbon fiber aggregate after the densification step. (R2 / R1) is 0.4 ≦ (R2 / R1) ≦ 0.7. Within the range of such a diameter reduction ratio (R2 / R1), the density of the carbon fiber aggregates can be effectively increased, which can effectively contribute to the improvement of the gas adsorption capacity. In the present specification, the diameter of the carbon fiber aggregate refers to the longest diameter, that is, the maximum diameter of the carbon fiber aggregate.
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。 Moreover, this invention provides the gas adsorbent which adsorb | sucks gas as another side surface. The gas adsorbent disclosed here includes a carbon fiber aggregate formed by agglomerating carbon fibers. The average density of the carbon fiber aggregate is 0.2g / cm 3 ~0.5g / cm 3 , and a gas adsorption amount per unit volume in the gas pressure 1MPa is at least 50 mL / cm 3.
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。 In the present specification, the density of the carbon fiber aggregate refers to a density when the volume of the outer periphery of the carbon fiber aggregate (typically spherical) is used, for example, the volume of the carbon fiber aggregate itself, It may include the volume of voids within the carbon fiber aggregate and the volume of irregularities on the surface of the carbon fiber aggregate. The density of the carbon fiber aggregate may be obtained, for example, by dividing the mass of the carbon fiber aggregate by the volume. Here, the volume of the carbon fiber aggregate is an equation for measuring the maximum diameter of the carbon fiber aggregate, setting 1/2 of the maximum diameter as the radius r of the carbon fiber aggregate, and determining the volume of the sphere using the radius r. It shall be calculated from (4πr 3/3). The average density may be evaluated in, for example, at least 10 (preferably 10 to 20, more preferably 10 to 50) carbon fiber aggregates extracted at random, and an approximate average value (arithmetic average value) thereof. ) To evaluate. Further, the gas adsorption amount per unit volume at a gas pressure of 1 MPa referred to in this specification indicates the value of the gas adsorption amount measured at room temperature. Here, “normal temperature” refers to a temperature range of 15 to 40 ° C., and typically refers to a temperature range of 20 to 35 ° C. (for example, 25 ° C.).
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。 In one preferred embodiment of the gas adsorbing material described herein, for example, the average density of the carbon fiber aggregate was high at 0.2g / cm 3 ~1g / cm 3 , per unit volume in the gas pressure 1MPa gas The amount of adsorption is at least 50 mL / cm 3 , which is larger than in the past. Such a carbon fiber aggregate having a high density and a high gas storage capacity can adsorb a large amount of a gas such as a hydrocarbon gas, and therefore can be preferably used as a gas adsorbent for a gas storage tank or the like.
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。 In a preferred embodiment of the gas adsorbent disclosed herein, an average length of carbon fibers constituting the carbon fiber aggregate is 0.1 mm to 0.5 mm. When the carbon fiber is within such an average length, the shape of the carbon fiber aggregate can be appropriately maintained. Therefore, a gas adsorbent with higher performance (for example, better durability) can be realized.
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。 In one preferred embodiment of the gas adsorbing material described herein, the specific surface area of the carbon fibers constituting the carbon fiber aggregate is 1500m 2 / g~2200m 2 / g. When the carbon fiber is within the range of the specific surface area, the gas adsorption capacity can be further increased. In a preferred embodiment, the carbon fiber constituting the carbon fiber aggregate has a pore diameter of 1.8 nm to 2.5 nm. If it does in this way, gas adsorption capacity can be raised further.
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。 Moreover, this invention provides the gas storage tank for storing gas as another side surface. The gas storage tank disclosed here includes a gas adsorbent and a container filled with the gas adsorbent. The gas adsorbent comprises a carbon fiber aggregate carbon fibers are aggregated, the mean density of the carbon fiber aggregate is 0.2g / cm 3 ~1g / cm 3 , and the unit in the gas pressure 1MPa The amount of gas adsorption per volume is at least 50 mL / cm 3 . According to such a gas storage tank, a large amount of gas can be stored as compared with the conventional case.
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。 In a preferred aspect of the gas storage tank disclosed herein, a partition plate that divides the inside of the container into a plurality of (for example, 2 to 6, typically 3 or 4) filling chambers is provided. The gas adsorbent is arranged in the plurality of filling chambers. According to such a configuration, heat of adsorption generated by gas adsorption of the gas adsorbent is efficiently discharged outside the tank through the partition plate. Therefore, it is possible to suppress a decrease in adsorption efficiency (and consequently a decrease in gas storage amount and storage speed) accompanying a temperature increase of the gas adsorbent.
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。 In a preferred aspect of the gas storage tank disclosed herein, the partition plate is formed with a hole communicating between the plurality of filling chambers. In this way, gas flows between the plurality of filling chambers through the holes in the partition plate, so that the opportunity for contact between the gas adsorbent and the gas increases, and the adsorption efficiency of the gas adsorbent can be increased.
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。 In a preferred aspect of the gas storage tank disclosed herein, the container is a cylindrical container. And the said partition plate is provided so that the space in alignment with the circumferential direction of the said container may be divided into several fan-shaped filling chambers while extending in the cylinder axial direction of the said container. In this way, the gas introduced into the container diffuses not only in the cylinder axis direction of the container but also in the circumferential direction of the container, so that the gas can be efficiently stored in the tank. Moreover, according to the said structure, a carbon fiber aggregate can be filled into a filling chamber, without applying excessive pressure other than dead weight. Therefore, the original gas adsorption ability of the carbon fiber aggregate that is weak against compression can be sufficiently exhibited.
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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for carrying out the present invention (for example, a method for producing a carbon fiber as a raw material) are those skilled in the art based on conventional techniques in the field. It can be grasped as a design item. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.
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。 A method for producing the gas adsorbent disclosed herein (hereinafter, referred to as “manufacturing method” as appropriate) will be described. The gas adsorbent produced by the production method disclosed herein includes a carbon fiber aggregate (typically spherical) formed by agglomerating carbon fibers. In the present specification, “carbon fiber” refers to fibrous activated carbon, which is typically a fiber obtained by carbonizing and activating various fibers as raw materials at a high temperature (for example, activation treatment in a steam atmosphere). Say. For example, carbon fibers are pitch (by-products such as petroleum, coal, coal tar) carbon fiber, polyacrylonitrile carbon fiber (PAN carbon fiber), cellulosic carbon fiber, phenol resin carbon fiber, rayon carbon. It can be a fiber or the like. Of these, pitch-based carbon fibers are preferred.
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。 Hereinafter, the procedure for producing a gas adsorbent using carbon fiber as a raw material will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a flowchart showing the manufacturing process. The manufacturing method of this embodiment has a carbon fiber preparation process (step S10), a carbon fiber aggregation process (step S20), and a densification process (step S30). The outline of these steps is as follows.
<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。
<Carbon fiber preparation process>
In the carbon fiber preparation step of Step S10, carbon fibers used as a raw material for the gas adsorbent are prepared. The size of the carbon fiber used as the raw material is not particularly limited. However, if the carbon fiber is too long, the processing time may become longer or the carbon fiber may not easily aggregate in the carbon fiber preparation step described later. Therefore, it is preferable to cut the carbon fiber to a certain length in advance. For example, the average length (average fiber length) of the carbon fibers used as the raw material is approximately 1 cm to 5 cm, preferably 2 cm to 5 cm, more preferably 2 cm to 3 cm. Moreover, the average value (typically measured value based on observation with an electron microscope) of the carbon fiber is approximately 0.5 μm to 30 μm, preferably 5 μm to 25 μm, more preferably 10 μm to 15 μm. . In addition, the said carbon fiber may contain the impurity originating in a raw material, a manufacturing method, etc. Moreover, you may use what performed the arbitrary process for removing the said impurity as said carbon fiber.
<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。
<Carbon fiber aggregation process>
In the carbon fiber aggregation step of step S20, the carbon fibers prepared in the carbon fiber preparation step are aggregated to obtain a spherical carbon fiber aggregate. Such a carbon fiber aggregating step may include, for example, a process of stirring the carbon fiber. As a stirrer for stirring, a mechanical stirrer such as a food processor, a homomixer, a Henschel mixer, a super mixer, a propeller stirrer, or a high-speed mixer can be preferably used. Here, the carbon fiber has a fibrous shape unlike the granular activated carbon. Therefore, when it is cut into a certain range of fiber length by the shearing force of the stirrer and stirred, it is entangled and spheroidized during rotation. Thereby, a spherical carbon fiber aggregate is obtained.
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。 In the carbon fiber aggregating step, it is preferable that the carbon fiber is sufficiently stirred until the carbon fiber is spheroidized to a certain size. For example, it is preferable to set the stirring conditions so that the average diameter of the carbon fiber aggregate after the carbon fiber aggregation step is 1 mm to 20 mm (preferably 5 mm to 15 mm, more preferably 8 mm to 12 mm). If the carbon fiber aggregate having such an average diameter is used, the subsequent densification step can be suitably performed, and the productivity of the gas adsorbent can be increased. As a preferred example, carbon fibers having an average length of 1 cm to 5 cm are put into a food processor and stirred for 5 minutes to 15 minutes under conditions of a rotational speed of 3000 rpm to 15000 rpm (for example, 5000 rpm to 15000 rpm). Thus, carbon fiber aggregates having an average diameter of 1 mm to 20 mm in which the carbon fibers are cut into an average length of 0.1 mm to 0.5 mm and the carbon fibers are intertwined in a spherical shape can be obtained. Such stirring conditions can be appropriately changed according to the size and design of the carbon fiber used.
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。 In addition, the manufacturing method disclosed here can form a carbon fiber aggregate easily even if it does not use the binder for aggregation. However, from the viewpoint of stably forming the carbon fiber aggregate, an aggregating binder may be used. The aggregating binder can be used without particular limitation as long as it has a function of binding carbon fibers to each other, but the thermal decomposition temperature is 200 ° C. or lower (eg, 120 ° C. to 160 ° C., typical Is preferably 130 ° C. to 150 ° C.). As such a binder for aggregation, an aqueous dextrin solution (for example, an aqueous solution containing 1% by mass to 20% by mass (preferably 3% by mass to 10% by mass) of dextrin) is exemplified.
<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。
<Densification process>
In the densification step of step S30, the carbon fiber aggregate is densified by adding a polar solvent to the carbon fiber aggregate obtained in the carbon fiber aggregation step and shaking. That is, the density of the carbon fiber aggregate is increased by swinging the container containing the carbon fiber aggregate in the vertical direction, the horizontal direction, the diagonal direction, the random direction, and the like. As the shaking device used in the densification step, a conventionally known device used for this kind of shaking can be used without any particular limitation. For example, swirlers such as a swivel type, a reciprocating type, a vibration type, a figure-eight type, a seesaw type, and a vertical movement type can be appropriately employed.
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。 Examples of the polar solvent used in the densification step include water or a mixed solvent mainly composed of water. As a solvent component other than water constituting such a mixed solvent, one or more organic solvents (lower alcohol, lower ketone, etc.) that can be uniformly mixed with water can be appropriately selected and used. For example, it is preferable to use an aqueous solvent in which 80% by mass or more (more preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more) of the polar solvent is water. A particularly preferred example is a polar solvent consisting essentially of water. Alternatively, a polar solvent mainly composed of an organic solvent may be used. For example, alcohol, ketone, ester, pyridine, ether or the like may be used. As a preferred example, lower alcohols such as methanol, ethanol and propanol having a small number of carbon atoms (for example, having 4 or less carbon atoms) can be mentioned. Although it does not specifically limit as addition amount of a polar solvent, It is appropriate to set it as about 30 mass parts-200 mass parts with respect to 100 mass parts of carbon fibers, Preferably it is 50 mass parts-200 mass parts, More preferably Is 50 parts by mass to 100 parts by mass. The method for adding the polar solvent to the carbon fiber aggregate is not particularly limited, but from the viewpoint of uniform dispersibility, for example, supply means such as spraying can be suitably employed.
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。 In such a densification step, it is preferable to gently shake the carbon fiber aggregate until the carbon fiber aggregate is reduced to a desired size while maintaining a spherical shape. For example, the ratio (R2 / R1) between the average diameter R1 of the carbon fiber aggregate after the carbon fiber aggregation step and before the densification step and the average diameter R2 of the carbon fiber aggregate after the densification step is (R2 / R1) It is preferable to set the shaking conditions so as to satisfy 0.7. More preferably, (R2 / R1) ≦ 0.65, and further preferably (R2 / R1) ≦ 0.6. If the diameter ratio (R2 / R1) is too large, densification of the carbon fiber aggregates may be insufficient, and a desired gas adsorption capacity may not be obtained. On the other hand, if the diameter ratio (R2 / R1) is too small, the shape of the carbon fiber aggregate may tend to collapse. From the viewpoint of shape maintainability, 0.4 ≦ (R2 / R1) is appropriate, and preferably 0.5 ≦ (R2 / R1). As a preferred example, the carbon fiber aggregate obtained in the carbon fiber agglomeration step is put into a swirl type shaker and shaken at a frequency of 100 to 1000 rpm (for example, 5 to 10 minutes). ) Shake. As a result, a high-density carbon fiber aggregate in which the diameter ratio (R2 / R1) satisfies 0.4 ≦ (R2 / R1) ≦ 0.7 can be obtained. Such shaking conditions can be appropriately changed according to the size and design of the carbon fiber used.
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。 In this way, a gas adsorbent composed of a high-density carbon fiber aggregate formed by agglomerating carbon fibers can be produced. When the carbon fiber aggregate includes the aggregation binder, the aggregation binder in the carbon fiber aggregate may be burned out by performing an appropriate heat treatment as necessary. In this case, the heat treatment temperature may be set higher than the thermal decomposition temperature of the aggregating binder (for example, 200 ° C. or more) and lower than the thermal decomposition temperature of the carbon fiber.
<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。
<High-density carbon fiber aggregate>
The carbon fiber aggregate (gas adsorbent) disclosed herein is a carbon fiber aggregation step in which carbon fibers are aggregated to obtain spherical carbon fiber aggregates, and a polar solvent is added to the carbon fiber aggregates and shaken. The carbon fiber aggregate is manufactured through a densification step for densifying the carbon fiber aggregate. Therefore, the obtained carbon fiber aggregate can be one in which carbon fibers are aggregated at a high density without applying excessive pressure. Typically, the average density of the carbon fiber aggregate is 0.2 g / cm 3 or more (for example, 0.2 g / cm 3 to 1 g / cm 3 ), preferably 0.22 g / cm 3 or more, and more Preferably it is 0.25 g / cm 3 or more, more preferably 0.27 g / cm 3 or more, and particularly preferably 0.29 g / cm 3 or more. Moreover, since the carbon fiber aggregate is densified in a state close to no pressure, the adsorption sites (pores) are prevented from collapsing when the carbon fiber is compressed by applying excessive pressure. , May exhibit high gas adsorption capacity. For example, the gas adsorption capacity is such that the gas adsorption amount per unit volume at a gas pressure of 1 MPa is 50 mL / cm 3 or more (for example, 50 mL / cm 3 to 150 mL / cm 3 ), preferably 60 mL / cm 3 or more, more preferably 65 mL / cm 3 or more, still more preferably 70 mL / cm 3 or more, and particularly preferably 75 mL / cm 3 or more.
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。 As a suitable example of the carbon fiber aggregate (gas adsorbent) disclosed here, the average density of the carbon fiber aggregate is 0.2 g / cm 3 or more, and the amount of gas adsorption per unit volume at a gas pressure of 1 MPa. what is the average density of the carbon fiber aggregate 0.23 g / cm 3 or more, and is gas adsorption amount per unit volume in the gas pressure 1MPa is 60 mL / cm 3 or more; but not more 50 mL / cm 3 or more The average density of the carbon fiber aggregates is 0.25 g / cm 3 or more and the gas adsorption amount per unit volume at a gas pressure of 1 MPa is 65 mL / cm 3 or more; the average density of the carbon fiber aggregates is and at 0.28 g / cm 3 or more, and those gas adsorption amount per unit volume in the gas pressure 1MPa is 75 mL / cm 3 or more; and the like. By having both the average density and the gas adsorption capacity of the carbon fiber aggregates within such a predetermined range, it is possible to construct a gas storage tank capable of mass storage that could not be obtained conventionally.
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。 Further, the gas adsorption amount per unit mass at a gas pressure of 1 MPa of the carbon fiber aggregate is suitably about 220 mL / g or more (for example, 220 mL / g to 300 mL / g), preferably 250 mL / g or more. (For example, 250 mL / g to 300 mL / g), particularly preferably 260 mL / g or more (for example, 260 mL / g to 280 mL / g). As a preferred example of the carbon fiber aggregate disclosed herein, the gas adsorption amount per unit mass at a gas pressure of 1 MPa is approximately 220 mL / g or more, and the gas adsorption amount per unit volume is 50 mL / cm 3 or more. A gas adsorption amount per unit mass at a gas pressure of 1 MPa is approximately 250 mL / g or more, and a gas adsorption amount per unit volume is 55 mL / cm 3 or more.
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。 Further, the average length (average fiber length) of the carbon fibers constituting the carbon fiber aggregate is suitably within a range of about 0.1 mm to 1 mm, preferably 0.2 mm to 0.8 mm. More preferably, it is 0.2 mm-0.5 mm, Most preferably, it is 0.2 mm-0.3 mm. Since the carbon fibers constituting the carbon fiber aggregates are suitably intertwined within the range of the average length of such carbon fibers, the shape of the carbon fiber aggregates can be appropriately maintained, and higher performance ( For example, a carbon fiber aggregate excellent in durability) can be obtained.
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。 As the specific surface area based on a gas adsorption method of carbon fibers constituting the carbon fiber aggregate, it is generally 1500 m 2 / g or more (e.g., 1500m 2 / g~2200m 2 / g) and appropriate to, preferably 1650m and 2 / g or more, more preferably 1800 m 2 / g or more, particularly preferably 2000 m 2 / g or more. Within the range of the specific surface area of such a carbon fiber, the gas adsorption ability of the carbon fiber aggregate can be further enhanced. In addition, the pore diameter based on the gas adsorption method of the carbon fibers constituting the carbon fiber aggregate is suitably in the range of approximately 1.8 nm to 2.5 nm, preferably 1.9 nm to 2.2 nm. is there. Within the range of the pore diameter of such carbon fibers, the gas adsorption ability of the carbon fiber aggregate can be further enhanced.
<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。
<Application>
The carbon fiber aggregate disclosed herein can be preferably used as a gas adsorbent for a gas storage tank for storing various gases. The type of gas that can be stored in the gas storage tank may be any gas species that can be adsorbed on the carbon fiber aggregate. For example, hydrocarbon gas such as methane, ethane, and propane, carbon dioxide, hydrogen, nitrogen, nitrogen oxidation A gas such as an object (NOx) is exemplified. Particularly preferred gas species include hydrocarbon gases having 4 or less carbon atoms such as methane, ethane, propane, and butane, and hydrocarbon gases having 3 or less carbon atoms are particularly preferable. The carbon fiber aggregate disclosed herein is a product that requires storage of a large amount of hydrocarbon gas at a relatively low pressure (eg, 5 MPa or less, preferably 3 MPa or less, more preferably 1 MPa or less), such as methane fermentation. It can be preferably used as a gas adsorbing material such as a low-pressure ANG methane storage tank in a system, a fuel tank of an ANG methane automobile using methane as a fuel, and a domestic cylinder for storing propane.
<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。
<Methane storage tank>
Hereinafter, a preferred embodiment in the case of constructing a methane storage tank using the carbon fiber aggregate disclosed herein will be described. FIG. 2 is an exploded perspective view showing an example of a methane storage tank constructed using the carbon fiber aggregate disclosed herein. Here, for convenience, the state in which the lid 16 is removed from the container main body 12 is illustrated.
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。 As shown in FIG. 2, the methane storage tank 100 includes a container 10 and a partition plate 20. The container 10 includes a substantially cylindrical container main body 12 having an open upper end, and a lid body 14 that closes the opening. An annular seal member (not shown) is disposed between the lid body 14 and the container body 12, thereby ensuring airtightness in the container 10. A gas supply / discharge port 18 for supplying or discharging methane to / from the container 10 is provided on the upper surface of the container 10 (that is, the lid body 14). In addition, a measurement unit 15 for measuring the temperature and pressure in the container 10 is provided on the upper surface (lid 14) of the container 10. Inside the container 10, a partition plate 20 is accommodated together with a carbon fiber aggregate (gas adsorbent) (not shown).
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。 The partition plate 20 is a member that partitions the inside of the container 10 into a plurality of (for example, 2 to 6, typically 3 or 4) filling chambers 30. As a material constituting the partition plate 20, a material having high thermal conductivity is preferably used. For example, the material constituting the partition plate 20 has a thermal conductivity of 1 × 10 −6 m 2 / s or more (for example, 1 × 10 −6 m 2 / s to 200 × 10 −6 m 2 / s). Is preferred. Examples of such materials include metal materials such as aluminum (thermal conductivity 96.8 × 10 −6 m 2 / s), stainless steel (thermal conductivity 4.1 × 10 −6 m 2 / s), and copper. The
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。 The partition plate 20 extends in the cylinder axis direction of the container 10 and is provided so as to partition a space along the circumferential direction of the container 10 into a plurality of fan-shaped filling chambers 30. In this embodiment, the partition plate 20 is formed in a substantially cross shape when viewed from above, and divides a space along the circumferential direction of the container 10 into four fan-shaped filling chambers 30. The partition plate 20 is formed with a plurality of holes 22 communicating with the plurality of filling chambers 30. In this embodiment, the plurality of holes 22 are punching holes 22 formed at predetermined intervals on the entire surface of the partition plate 20. A carbon fiber aggregate (gas adsorbent) (not shown) is divided into a plurality of filling chambers 30 partitioned by the partition plate 20.
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。 When storing methane in the methane storage tank 100, methane is introduced into the container 10 through the gas supply / discharge port 18. The methane introduced into the container 10 is guided to the plurality of filling chambers 30 partitioned by the partition plate 20 and travels between the plurality of filling chambers 30 through the holes 22 of the partition plate 20. Thereby, the methane introduced into the container 10 diffuses not only in the cylinder axis direction of the container 10 but also in the circumferential direction of the container 10 and is adsorbed by the gas adsorbent. When the gas adsorbent adsorbs methane, heat of adsorption is generated. In this embodiment, the heat of adsorption diffuses in the radial direction of the container 10 via the partition plate 20 and can be quickly discharged to the outside of the tank.
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。 According to the gas storage tank 100 configured as described above, the partition plate 20 that divides the inside of the container 10 into a plurality of filling chambers 30 is provided, and the gas adsorbent is divided into the plurality of filling chambers 30. In this case, adsorption heat generated by gas adsorption of the gas adsorbent is efficiently discharged to the outside of the tank 100 through the partition plate 20. Therefore, it is possible to suppress a decrease in adsorption efficiency (and consequently a decrease in gas storage amount and storage speed) accompanying a temperature increase of the gas adsorbent.
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。 In the present embodiment, the partition plate 20 is formed with holes 22 that communicate between the plurality of filling chambers 30. In this way, since gas flows between the plurality of filling chambers 30 through the holes 22 of the partition plate 20, the opportunity for contact between the gas adsorbent and the gas increases, and the adsorption efficiency of the gas adsorbent can be increased.
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。 Furthermore, according to the gas storage tank 100, the container 10 is a cylindrical container 10, and the partition plate 20 extends in the cylinder axis direction of the container 10, and the circumferential space of the container 10 is divided into a plurality of fan-shaped filling chambers 30. It is provided to partition. In this way, the gas introduced into the container 10 diffuses not only in the cylinder axis direction of the container 10 but also in the circumferential direction of the container 10, so that the gas can be efficiently stored in the tank. Moreover, according to the said structure, a carbon fiber aggregate can be filled into a filling chamber, without applying excessive pressure other than dead weight. Therefore, the original gas adsorption ability of the carbon fiber aggregate that is weak against compression can be sufficiently exhibited. In this respect, the technical value is high.
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。 In the embodiment described above, the partition plate 20 is formed in a substantially cross shape when viewed from above. The shape of the partition plate 20 is not limited to this. For example, as shown in FIG. 13, the partition plate 20 may be a disc-shaped partition plate. For example, a plurality (for example, 2 to 6, typically 2 or 3) of disk-shaped partition plates are arranged in parallel in the cylinder axis direction of the container 10, and a space along the cylinder axis direction of the container is formed into a plurality of cylindrical shapes. You may partition into a filling chamber. In this case, a hole that communicates between the plurality of cylindrical filling chambers may be formed in the disc-shaped partition plate so that the gas diffuses between the plurality of cylindrical filling chambers. Even if it is such a structure, the heat dissipation improvement effect mentioned above can be acquired. However, as in the above-described embodiment, the cross-shaped partition plate 20 is preferable in that a higher heat dissipation improvement effect can be obtained.
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。 Next, some examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.
(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。
(Test Example 1)
<Examples 1-4>
A gas adsorbent made of carbon fiber aggregates was produced using carbon fibers (ACF). Specifically, commercially available activated carbon fibers (manufactured by Unitika Ltd., product number A-20, specific surface area 2070 m 2 / g, pore diameter 2.2 nm) are prepared and cut to have an average length of 1 to 3 cm. (Carbon fiber preparation step; see FIG. 3). Next, the cut activated carbon fiber was put into a food processor and stirred for 10 minutes under the condition of a rotational speed of 5000 rpm to obtain a spherical carbon fiber aggregate (carbon fiber aggregation step; see FIG. 4). Next, 50 parts by mass of water is sprayed on 100 parts by mass of the carbon fiber aggregate, and the carbon fiber aggregate is shaken for 10 minutes under the condition of a shaking frequency (number of rotations) of 500 rpm using a swirl type shaker. Densification was performed (densification step; see FIG. 5). Thus, the gas adsorbent which consists of a carbon fiber aggregate which concerns on Examples 1-4 was obtained.
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。 About the carbon fiber aggregate obtained above, the diameter R1 of the carbon fiber aggregate after the carbon fiber aggregation step and before the densification step and the diameter R2 of the carbon fiber aggregate after the densification step are measured, The ratio (R2 / R1) was determined. Also, calculate the volume of the carbon fiber aggregate than half the diameter R2 of the carbon fiber aggregate after densification step a radius r of the carbon fiber aggregate, by using the radius r (4πr 3/3) did. And what divided the mass of the carbon fiber aggregate by the volume was made into the density of the carbon fiber aggregate. Properties of the carbon fiber aggregates according to Examples 1 to 4 are shown in the corresponding columns of Table 1.
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。 In Example 1, R1 is 9.3 mm, R2 is 5.75 mm, (R2 / R1) is 0.62, and the density is 0.255 g / cm 3 . In Example 2, R1 is 8.7 mm, R2 is 5.5 mm, (R2 / R1) is 0.63, and the density is 0.237 g / cm 3 . In Example 3, R1 is 9.15 mm, R2 is 5.9 mm, (R2 / R1) is 0.64, and the density is 0.223 g / cm 3 . In Example 4, R1 is 10.05 mm, R2 is 5.95 mm, (R2 / R1) is 0.6, and the density is 0.29 g / cm 3 .
<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。
<Comparative Example 1>
Commercially available activated carbon fibers (ACF: manufactured by Unitika Ltd., product number A-20, specific surface area 2070 m 2 / g, pore diameter 2.2 nm) were used as they were (see FIG. 6). The properties of the activated carbon fiber of this example are shown in the corresponding column of Table 1.
<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。
<Comparative Example 2>
Commercially available activated carbon fibers (ACF: manufactured by Unitika Ltd., product number A-16, specific surface area 1680 m 2 / g, pore diameter 1.9 nm) were used as they were. The properties of the activated carbon fiber of this example are shown in the corresponding column of Table 1.
<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。
<Comparative Example 3>
A commercial activated carbon fiber (manufactured by Unitika Ltd., product number A-20, specific surface area 2070 m 2 / g, pore diameter 2.2 nm) was compressed by applying a load of 10 kg / cm 2 with a press. The properties of the activated carbon fiber of this example are shown in the corresponding column of Table 1.
<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。
<Comparative Example 4>
A commercial activated carbon fiber (ACF: manufactured by Unitika Ltd., product number A-20, specific surface area 2070 m 2 / g, pore diameter 2.2 nm) was compressed by applying a load of 480 kg / cm 2 with a press. The properties of the activated carbon fiber of this example are shown in the corresponding column of Table 1.
<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。
<Comparative Example 5>
A commercially available activated carbon fiber (ACF: manufactured by Unitika Co., Ltd., product number A-20, specific surface area 2070 m 2 / g, pore diameter 2.2 nm) was cut to an average length of 2 to 3 cm, and as a binder 5% dextrin aqueous solution was added, and a load of 10 kg / cm 2 was applied with a press machine and compressed into a pellet having a diameter of 40 mm (see FIG. 7). The properties of the activated carbon fiber of this example are shown in the corresponding column of Table 1.
<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。
<Comparative Example 6>
A commercially available activated carbon fiber (ACF: manufactured by Unitika Co., Ltd., product number A-20, specific surface area 2070 m 2 / g, pore diameter 2.2 nm) was cut to an average length of 2 to 3 cm, and as a binder A 5% dextrin aqueous solution was added, and a load of 480 kg / cm 2 was applied with a press to compress the pellets into a 40 mm diameter pellet. The properties of the activated carbon fiber of this example are shown in the corresponding column of Table 1.
<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。
<Comparative Example 7>
A cut activated carbon fiber (ACF: manufactured by Unitika Ltd., product number A-20, specific surface area 2070 m 2 / g, pore diameter 2.2 nm) was cut to an average length of 2 to 3 cm. Carbon fibers were put into a food processor and stirred to obtain spherical carbon fiber aggregates. Properties of the activated carbon fiber aggregate of this example are shown in the corresponding column of Table 1.
<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。
<Comparative Example 8>
Commercially available activated carbon (AC: manufactured by Kuraray Co., Ltd., specific surface area 840 m 2 / g, pore diameter 3.2 nm to 6.4 nm) was used as it was (see FIG. 8). The properties of the activated carbon of this example are shown in the corresponding column of Table 1.
<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。
<Comparative Example 9>
Commercially available activated carbon (AC: manufactured by Kuraray Co., Ltd., specific surface area 840 m 2 / g, pore diameter 3.2 nm to 6.4 nm) pulverized with a food processor was used (see FIG. 9). The properties of the activated carbon of this example are shown in the corresponding column of Table 1.
<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。
<Comparative Example 10>
Commercially available carbon nanotubes (CNT: manufactured by Showa Denko KK, product number VGCF-X, pore diameter 15 nm) were used as they were (see FIG. 10). Properties of the carbon nanotubes of this example are shown in the corresponding columns of Table 1.
<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。
<Comparative Example 11>
A 5% dextrin aqueous solution was added to commercially available carbon nanotubes (CNT: Showa Denko Co., Ltd., product number VGCF-X, pore diameter 15 nm), and a load was applied with a press to compress the pellets into a 40 mm diameter pellet (FIG. 11). reference). Properties of the carbon nanotubes of this example are shown in the corresponding columns of Table 1.
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。
About the sample of each example, the gas adsorption amount per unit volume in 25 degreeC and methane gas pressure 1MPa was measured. The gas adsorption amount was measured according to the following procedure.
(1) The sample of each example was accommodated in a measurement container and vacuum deaerated at 25 ° C. for 1 hour.
(2) Methane gas was introduced into the measurement container at 25 ° C. until the pressure reached 1 MPa.
(3) The change in pressure in the measurement container was measured until the equilibrium pressure was reached.
(4) The mass of the methane gas introduced into the measurement container was measured, and the gas adsorption amount at the equilibrium pressure was calculated.
(5) The above procedures (1) to (4) were repeated until the equilibrium pressure reached 1 MPa.
Here, the state where the pressure did not change for more than 10 minutes was defined as the equilibrium pressure. The results are shown in the corresponding column of Table 1. Here, the methane adsorption amount per unit mass and the methane adsorption amount per unit volume are shown based on the density of each example.
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。 As shown in Table 1, although the carbon fibers of Comparative Examples 1 and 2 using commercially available carbon fibers as they were, the methane adsorption amount per unit mass was larger than those of Comparative Examples 8 and 9 using activated carbon. The amount of methane adsorbed per unit volume was small, making it unsuitable as a gas adsorbent. On the other hand, the carbon fiber aggregates of Examples 1 to 4 that were subjected to aggregation and densification treatment on the carbon fiber had a larger amount of methane adsorption per unit volume than Comparative Examples 1 to 11, It was suitable as a gas adsorbent. In the case of the carbon fiber aggregates used here, a high methane adsorption amount (volume basis) of 59 mL / cm 3 or more could be achieved by setting the density to 0.22 or more. In particular, by setting the density to 0.29 or more, an extremely high methane adsorption amount (volume basis) of 77 mL / cm 3 or more could be achieved.
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。 In addition, in Comparative Examples 3 to 6 in which the carbon fibers were densified by the compression treatment, the methane adsorption amount per unit mass tended to be lower than that in Comparative Example 1 in which the carbon fibers were used as they were. In Comparative Examples 3 to 6, since the adsorption site (pores) collapsed when the carbon fiber was compressed, it is presumed that the original gas adsorption ability was not exhibited. In contrast, in Examples 1 to 4, in which the carbon fibers were densified by aggregation and shaking treatment, the amount of methane adsorbed per unit mass was maintained at the same level as in Comparative Example 1 despite the densification. It was. From this result, according to the present Example, it was confirmed that a carbon fiber aggregate having a high density and a high gas adsorption ability can be obtained by performing the aggregation and shaking treatment.
(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。
(Test Example 2)
In order to confirm the heat dissipation effect of the partition plate, the following test was performed as a reference example. That is, activated carbon heated to 60 ° C. in a methane storage tank was filled with 400 cm 3 , and the subsequent temperature change was measured. Under the same conditions, sample 1 has no partition plate, sample 2 has a cross-like partition plate (see FIG. 12, height 6 cm, width 10 cm, thickness 1.2 mm, copper), and sample 3 has a disk-like partition plate (see FIG. The experiment was conducted with three types (see Fig. 13, 2 sheets, diameter 10 cm, thickness 1.2 mm, copper). The methane storage tank had a capacity of 500 mL, an internal diameter of 10 cm, an internal height of 6.37 cm, and stainless steel. As the activated carbon, one having a specific surface area of 977.5 m 2 / g, a density of 0.59 g / cm 3 , and a particle size of 0.36 to 3.18 mm was used. The results are shown in FIG. FIG. 14 is a graph showing changes in temperature change from 60 ° C. for each sample.
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。 As shown in FIG. 14, samples 2 and 3 in which a partition plate is arranged in the methane storage tank have a faster temperature drop in the tank and heat dissipation than sample 1 in which no partition plate is arranged in the methane storage tank. Was good. From this result, it was confirmed that the heat dissipation can be improved by arranging the partition plate in the methane storage tank.
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。 Note that Sample 2 using a cross-shaped partition plate had a faster temperature drop in the tank and better heat dissipation than Sample 3 using a disk-shaped partition plate. Sample 3 (disc shape) has the effect of promoting heat transfer only in the radial direction of the tank, whereas sample 2 (cross shape) promotes heat transfer in the radial direction of the tank and the cylinder axis direction simultaneously. Since there is an effect, it is presumed that a greater effect of improving heat dissipation was obtained. From the viewpoint of heat dissipation, it is more preferable to use a cross-shaped partition plate than a disc shape.
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。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible.
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Container 12 Container main body 14 Cover 15 Measurement part 18 Gas supply / exhaust port 20 Partition plate 22 Hole 30 Filling chamber 100 Methane storage tank
Claims (13)
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。 A gas adsorbent that adsorbs gas,
A carbon fiber aggregate formed by agglomerating carbon fibers,
The carbon average density of the fiber aggregate is 0.2g / cm 3 ~1g / cm 3 , and the gas adsorption amount per unit volume in the gas pressure 1MPa is at least 50 mL / cm 3, the gas adsorbent.
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。 Includes a carbon fiber aggregate carbon fibers are aggregated, the mean density of the carbon fiber aggregate is 0.2g / cm 3 ~1g / cm 3 , and the gas adsorption amount per unit volume of gas pressure 1MPa Is a method for producing a gas adsorbent having at least 50 mL / cm 3 ,
A carbon fiber preparation process for preparing carbon fiber;
A carbon fiber aggregation step of aggregating the carbon fibers prepared in the carbon fiber preparation step to obtain a carbon fiber aggregate; and
A method for producing a gas adsorbent comprising a densification step of densifying the carbon fiber aggregate by adding a polar solvent to the carbon fiber aggregate obtained in the carbon fiber aggregation step and shaking.
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。 A gas storage tank for storing gas,
A gas adsorbent,
A container filled with the gas adsorbent,
The gas adsorbent comprises a carbon fiber aggregate carbon fibers are aggregated, the mean density of the carbon fiber aggregate is 0.2g / cm 3 ~1g / cm 3 , and the unit in the gas pressure 1MPa A gas storage tank, wherein the gas adsorption amount per volume is at least 50 mL / cm 3 .
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。 A partition plate for partitioning the inside of the container into a plurality of filling chambers;
The gas storage tank according to claim 10, wherein the gas adsorbent is divided into the plurality of filling chambers.
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。 The container is a cylindrical container,
The partition plate is provided so as to extend in a cylinder axis direction of the container and partition a space along the circumferential direction of the container into a plurality of fan-shaped filling chambers. The gas storage tank described.
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-
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