JP2000342961A - Methane adsorbent - Google Patents
Methane adsorbentInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 細孔容積率を高くでき、メタンの吸着貯蔵量
を大幅に向上できるメタン吸着材を提供する。
【解決手段】 メタン吸着材として、グラファイトある
いはシリカベースの層間化合物を使用し、この各層の間
に所定のゲスト材をインターカレートさせ、各細孔の間
に骨格分子層が1層のみ存在する状態とする。これによ
り、細孔容積率が高くなり、メタンの吸蔵量を大幅に向
上できる。
(57) [Summary] [Problem] To provide a methane adsorbent capable of increasing the pore volume ratio and greatly improving the amount of adsorbed and stored methane. SOLUTION: As a methane adsorbent, a graphite or silica-based intercalation compound is used, a predetermined guest material is intercalated between each layer, and only one skeletal molecular layer exists between each pore. State. As a result, the pore volume ratio is increased, and the amount of stored methane can be significantly improved.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、メタンあるいはメ
タンを主成分とする天然ガスを吸蔵するためのメタン吸
着材の改良に関する。The present invention relates to an improvement in a methane adsorbent for storing methane or natural gas containing methane as a main component.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、天然ガスあるいはメタン等を
比較的低い圧力で大量に貯蔵するために、容器内に活性
炭等の吸着材を充填し、これにメタン等を吸着貯蔵する
方法が提案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, in order to store a large amount of natural gas or methane at a relatively low pressure, a method has been proposed in which a container is filled with an adsorbent such as activated carbon and methane is adsorbed and stored. ing.
【0003】たとえば、特開平6−55067号公報に
も、活性炭を使用したメタンの吸着貯蔵方法において、
活性炭の吸着能力を高くするための技術が開示されてい
る。[0003] For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-55067 also discloses a method for adsorbing and storing methane using activated carbon.
A technique for increasing the adsorption capacity of activated carbon has been disclosed.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のメ
タン吸着材では、メタンを吸着するための細孔の間の隔
壁の厚さを薄くすることに一定の限界があったので、活
性炭等の吸着材における細孔容積率を高めることができ
なかった。このため、上記従来の吸着材を使用した場合
には、メタンの吸着貯蔵量を飛躍的に向上させることが
困難であるという問題があった。However, in the above-mentioned conventional methane adsorbent, there is a certain limit in reducing the thickness of the partition wall between the pores for adsorbing methane. The pore volume ratio in the adsorbent could not be increased. For this reason, when the above-mentioned conventional adsorbent is used, there is a problem that it is difficult to dramatically improve the amount of adsorbed and stored methane.
【0005】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、細孔容積率を高くでき、メタ
ンの吸着貯蔵量を大幅に向上できるメタン吸着材を提供
することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a methane adsorbent capable of increasing the pore volume ratio and greatly improving the amount of adsorbed and stored methane. .
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、メタン吸着材であって、グラファイトあ
るいはシリカベースの層間化合物から構成されたことを
特徴とする。According to the present invention, there is provided a methane adsorbent comprising a graphite or silica-based intercalation compound.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以下
実施形態という)を、図面に従って説明する。Embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings.
【0008】本発明者らは、メタンの吸着貯蔵量を大幅
に向上することができるメタン吸着材を検討した結果、
吸着材として層間化合物を用いると、吸着量を大きく向
上できることを見いだした。The present inventors have studied a methane adsorbent capable of greatly improving the amount of methane adsorbed and stored.
It has been found that when an intercalation compound is used as the adsorbent, the amount of adsorption can be greatly improved.
【0009】図1には、上記層間化合物の構造の模式図
が示される。この層間化合物としては、粘土化合物、グ
ラファイト、シリカ等の層状化合物がある。これら層間
化合物は、骨格分子によって形成される骨格平面が層状
に積層された構造となっている。このような層状化合物
をホスト材とし、各層の間に柱となる物質をゲスト材と
してインターカレートさせれば、骨格平面の間に所定の
間隔を持たせることができる。この骨格平面の間の間隔
を以後細孔径という。FIG. 1 shows a schematic diagram of the structure of the above-mentioned intercalation compound. Examples of the interlayer compound include a layer compound such as a clay compound, graphite, and silica. These interlayer compounds have a structure in which skeleton planes formed by skeleton molecules are laminated in layers. If such a layered compound is used as a host material and a substance serving as a pillar between the layers is intercalated as a guest material, a predetermined interval can be provided between the skeleton planes. The space between the skeleton planes is hereinafter referred to as the pore diameter.
【0010】層間化合物の最大の特徴は、ホスト材への
ゲスト材のインターカレートの条件を調整し、骨格平面
の何層目毎にインターカレートが起こるかを制御できる
点にある。たとえば、各層毎にインターカレートが起こ
っている第1ステージと2層毎にインターカレートが起
こっている第2ステージとを制御することができる。し
たがって、細孔を構成する各層を、骨格平面一層で構成
することが可能となり、細孔の容積率を高めることがで
きる。このようなインターカレートの制御方法として
は、たとえば熱処理法(Two−bulb法)あるいは
ホスト材をゲスト材の溶液中に浸漬してインターカレー
トさせる方法等が考えられる。The most significant feature of the intercalation compound is that the condition of intercalation of the guest material into the host material can be adjusted to control the number of layers in the skeleton plane where intercalation occurs. For example, it is possible to control the first stage where intercalation occurs for each layer and the second stage where intercalation occurs for every two layers. Therefore, each layer constituting the pores can be composed of one skeleton plane, and the volume ratio of the pores can be increased. As a method of controlling such intercalation, for example, a heat treatment method (Two-bulb method) or a method of immersing a host material in a solution of a guest material to perform intercalation can be considered.
【0011】上述したホスト材としては、カーボン系材
料であるグラファイト、カーボンナノファイバー、カー
ボンナノチューブ等が考えられる。また、シリカ系材料
なら、アイアライト、マガディアイト、ケニヤアイト、
マカタイト等の層状ポリ系酸塩が考えられる。As the above-mentioned host material, carbonaceous materials such as graphite, carbon nanofiber, and carbon nanotube can be considered. In addition, for silica-based materials, aialite, magadiite, Kenyaite,
Layered polyacid salts such as macatite are conceivable.
【0012】また上記ホスト材にインターカレートさせ
るゲスト材としては、以下のものが考えられる。まず上
記カーボン系ホスト材に対しては、FeCL3、WCl6
等のメタルハライド、AlBr3、GaBr3、TiBr
3、CdBr2、FeBr3等の金属ハロゲン化物、Al
NO3、GaNO3、FeNO3、Ti(NO3)4、Ge
(NO3)4、VO(NO3)3、MoO2(NO3)2、W
O(NO3)2等の酸化物が考えられる。これらのゲスト
材をカーボン系ホスト材にインターカレートすると、各
層毎にゲスト材がインターカレートされる第1ステージ
の状態となった場合、その層間距離は7〜20Åとな
る。The following can be considered as a guest material to be intercalated into the host material. First, for the above carbon-based host material, FeCL 3 , WCl 6
Metal halides such as AlBr 3 , GaBr 3 , TiBr
3 , metal halides such as CdBr 2 and FeBr 3 , Al
NO 3, GaNO 3, FeNO 3 , Ti (NO 3) 4, Ge
(NO 3 ) 4 , VO (NO 3 ) 3 , MoO 2 (NO 3 ) 2 , W
Oxides such as O (NO 3 ) 2 can be considered. When these guest materials are intercalated into the carbon-based host material, the interlayer distance is 7 to 20 ° when the first stage state is reached in which the guest material is intercalated for each layer.
【0013】また、カーボン系ホスト材に対しては、3
元系のゲスト材として金属(NH3)2系も考えられる。
この場合の金属としては、たとえばLi、Na、K、R
b、Cs、Ca、Sr、Ba等がある。さらに、YCl
3−FeCl3、CoCl2−FeCl3等も考えられる。
これらの場合には、上記同様第1ステージの状態となっ
た場合、層間距離が20〜50Å程度となる。For a carbon-based host material, 3
A metal (NH 3 ) 2 system can also be considered as the original guest material.
As the metal in this case, for example, Li, Na, K, R
b, Cs, Ca, Sr, Ba and the like. Furthermore, YCl
3- FeCl 3 , CoCl 2 —FeCl 3 and the like are also conceivable.
In these cases, when the first stage state is reached as described above, the interlayer distance is about 20 to 50 °.
【0014】さらに、前述したシリカ系ホスト材に対し
ては、I−オクチルアミン、I−ドデシルアミン等のア
ルキルアンモニウムイオンがゲスト材として考えられ
る。これらの場合には、第1ステージの状態となると、
層間距離が7〜30Å程度となる。Further, with respect to the above-mentioned silica host material, an alkylammonium ion such as I-octylamine and I-dodecylamine is considered as a guest material. In these cases, when the first stage is reached,
The interlayer distance is about 7 to 30 °.
【0015】上述した層間化合物に対して、従来からメ
タン吸着材として使用されていた活性炭の場合には、図
2に示されるように、細孔を構成する骨格平面の層が2
層あるいは3層の状態となっている。したがって、上述
した層間化合物のように、骨格平面1層ごとにメタンの
吸着が起こらないので、細孔容積率を向上できない。In contrast to the above-mentioned intercalation compound, in the case of activated carbon conventionally used as a methane adsorbent, as shown in FIG.
It is in a state of three layers or three layers. Therefore, unlike the above-mentioned intercalation compounds, adsorption of methane does not occur for each layer of the skeletal plane, so that the pore volume ratio cannot be improved.
【0016】また、この活性炭の場合には、骨格平面の
積層構造がランダムに存在している。このため、活性炭
の表面及び内部にスリット状の細孔がランダムに存在し
た状態となっている。Further, in the case of this activated carbon, the laminated structure of the skeleton plane exists randomly. Therefore, the activated carbon is in a state in which slit-shaped pores are randomly present on the surface and inside.
【0017】図3には、層間化合物と上記活性炭との、
各細孔径に対する限界細孔容積率すなわち粒子間の空隙
をのぞいた場合の細孔容積率が示される。図3において
は、骨格分子1層のものが層間化合物に対応し、2層及
び3層のものが活性炭に対応している。図3からわかる
ように、活性炭では骨格平面が骨格分子2層あるいは3
層で構成されているのに対し、層間化合物は1層とする
ことができるので、層間化合物の細孔容積率が活性炭に
比べて大きく向上している。FIG. 3 shows that the intercalation compound and the activated carbon are
The critical pore volume ratio for each pore diameter, that is, the pore volume ratio when the voids between the particles are excluded is shown. In FIG. 3, one layer of the skeletal molecule corresponds to the intercalation compound, and two layers and three layers correspond to the activated carbon. As can be seen from FIG. 3, in activated carbon, the skeleton plane has two skeleton molecules or three skeleton molecules.
In contrast to the layer structure, the interlayer compound can be formed as a single layer, so that the pore volume ratio of the interlayer compound is greatly improved as compared with activated carbon.
【0018】また、図4には、ゼオライトの細孔の状態
が示される。図4に示されるように、ゼオライトでは円
柱状の細孔があいている。この細孔の周囲には、骨格分
子層が3層存在していると推定されている。このゼオラ
イトの細孔直径に対する限界細孔容積率が図5に示され
る。図5に示された値では、図3に示された層間化合物
の場合と比べて細孔容積率が大幅に低いことがわかる。
これは、細孔が、骨格分子層3層によって囲まれている
ためと考えられる。FIG. 4 shows the state of the pores of the zeolite. As shown in FIG. 4, the zeolite has cylindrical pores. It is estimated that three skeletal molecular layers exist around these pores. FIG. 5 shows the critical pore volume ratio with respect to the pore diameter of this zeolite. It can be seen from the values shown in FIG. 5 that the pore volume ratio is significantly lower than the case of the intercalation compound shown in FIG.
This is presumably because the pores are surrounded by three skeletal molecular layers.
【0019】以上に述べた層間化合物を使用したメタン
吸着材の例として、ホスト材にグラファイトを使用し、
これにゲスト材として臭化アルミニウム(AlBr3)
を熱処理法でインターカレートさせたものを製作した。
また、シリカベースのホスト材として、ポリ珪酸塩(マ
カタイト)を使用し、ゲスト材としてオクチルアミンを
インターカレートさせたものも製作した。これらを、低
温でN2吸着させるキャラクタリゼーション評価を行っ
た結果、グラファイトをホスト材とした場合の細孔径が
7.6Åで第1ステージの状態となっていることがわか
った。この径は、メタン分子2個分に相当し、低圧で良
好なメタン吸蔵能力があることがわかった。また、ポリ
珪酸塩を使用した場合でも、やはり第1ステージの状態
であり、細孔径が8Åであることがわかった。As an example of the methane adsorbent using the above-mentioned intercalation compound, graphite is used as a host material,
Aluminum bromide (AlBr 3 ) as a guest material
Was intercalated by a heat treatment method.
In addition, a material in which polysilicate (macatite) was used as a silica-based host material and octylamine was intercalated as a guest material was also manufactured. As a result of performing a characterization evaluation for adsorbing N 2 at a low temperature, it was found that the pore diameter was 7.6 ° when graphite was used as the host material, and that the state was the first stage. This diameter was equivalent to two methane molecules, and it was found that the methane storage capacity was good at low pressure. It was also found that even when polysilicate was used, it was still in the first stage and the pore size was 8 mm.
【0020】これらの層間化合物のほかに、カオリナイ
ト、白雲母、TiS2、WS2等の多成分系粘土鉱物ベー
スの材料を使用した場合、活性炭、ゼオライトを使用し
た場合の比較が表1に示される。In addition to these intercalation compounds, Table 1 shows a comparison between the case of using a multicomponent clay mineral-based material such as kaolinite, muscovite, TiS 2 and WS 2 and the case of using activated carbon and zeolite. Is shown.
【0021】[0021]
【表1】 表1からわかるように、いずれの比較例に対しても、グ
ラファイトベースあるいはシリカベースの層間化合物を
使用した場合には、細孔容積率及びメタン吸蔵量ともに
大幅に向上している。なお、メタン吸蔵量は3.5MP
aの圧力で、室温にてメタンを吸着させた場合の値であ
り、空隙部分に存在するメタンの量を除去したものであ
る。表1に示されるように、活性炭及びゼオライトの値
が低いのは、前述したように、細孔を囲む骨格分子層を
1層とできないため、細孔容積率を高くできないからで
ある。また、層間化合物として多成分系粘土鉱物を用い
た場合には、これらの分子層自体の厚さが厚いために、
やはり細孔容積率を十分に大きくできず、その結果メタ
ン吸蔵量も多くすることができなかった。[Table 1] As can be seen from Table 1, when the graphite-based or silica-based intercalation compound was used, both the pore volume ratio and the methane storage amount were significantly improved for all the comparative examples. The methane storage amount is 3.5MP.
This is a value when methane is adsorbed at room temperature under the pressure of a, and the amount of methane existing in the void portion is removed. As shown in Table 1, the values of activated carbon and zeolite are low because, as described above, the skeletal molecular layer surrounding the pores cannot be made one layer, so that the pore volume ratio cannot be increased. Also, when a multi-component clay mineral is used as the intercalation compound, since the thickness of these molecular layers themselves is large,
Again, the pore volume ratio could not be sufficiently increased, and as a result, the methane storage amount could not be increased.
【0022】[0022]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
細孔間の骨格分子層を1層とできるので、細孔容積率を
大幅に向上でき、メタン吸蔵量を多くすることができ
る。As described above, according to the present invention,
Since the skeletal molecular layer between the pores can be made into one layer, the pore volume ratio can be greatly improved, and the methane storage amount can be increased.
【図1】 本発明に係るメタン吸着材に使用される層間
化合物の模式図である。FIG. 1 is a schematic view of an intercalation compound used for a methane adsorbent according to the present invention.
【図2】 従来の活性炭の構造を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing the structure of a conventional activated carbon.
【図3】 層間化合物と活性炭との限界細孔容積率を示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing a critical pore volume ratio between an intercalation compound and activated carbon.
【図4】 従来のゼオライトの構造の模式図である。FIG. 4 is a schematic view of the structure of a conventional zeolite.
【図5】 ゼオライトの限界細孔容積率を示す図であ
る。FIG. 5 is a view showing a limit pore volume ratio of zeolite.
Claims (1)
間化合物からなることを特徴とするメタン吸着材。1. A methane adsorbent comprising a graphite or silica-based intercalation compound.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11156044A JP2000342961A (en) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | Methane adsorbent |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11156044A JP2000342961A (en) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | Methane adsorbent |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000342961A true JP2000342961A (en) | 2000-12-12 |
Family
ID=15619103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11156044A Pending JP2000342961A (en) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | Methane adsorbent |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000342961A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8317903B2 (en) | 2007-10-18 | 2012-11-27 | Arvia Technology Limited | Treatment of contaminated gases |
-
1999
- 1999-06-03 JP JP11156044A patent/JP2000342961A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8317903B2 (en) | 2007-10-18 | 2012-11-27 | Arvia Technology Limited | Treatment of contaminated gases |
| US8585803B2 (en) | 2007-10-18 | 2013-11-19 | Arvia Technology Limited | Treatment of contaminated gases |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040406 |