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CN108698833A - 固体化的多孔碳材料及其制造方法 - Google Patents

固体化的多孔碳材料及其制造方法 Download PDF

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CN108698833A
CN108698833A CN201780011649.5A CN201780011649A CN108698833A CN 108698833 A CN108698833 A CN 108698833A CN 201780011649 A CN201780011649 A CN 201780011649A CN 108698833 A CN108698833 A CN 108698833A
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porous carbon
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solidified
solidified porous
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山之井俊
田畑诚郎
田畑诚一郎
饭田广范
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Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

提供了一种固体化的多孔碳材料，其具有：作为原材料的植物来源的材料；0.2至0.4g/cm3且优选0.3至0.4g/cm3的体密度；对于每1克所述固体化的多孔碳材料，基于汞压入法，孔径大小处于0.05至5μm范围内的累积孔体积为0.4至1.2cm3且更优选为0.5至1.0cm3。

Description

固体化的多孔碳材料及其制造方法
技术领域
本公开涉及一种固体化的多孔碳材料及其制造方法。
背景技术
例如，从特许第4618308号公报已知一种使用植物来源的材料作为原材料的多孔碳材料及其制造方法。该专利公报中公开的方法是制造多孔碳材料的方法，其中通过氮BET法测定的比表面积的值等于或大于10m2/g，并且通过BJH方法和MP方法测定的孔的体积等于或大于0.1cm3/g。在该方法中，在植物来源的材料在800℃至1400℃的温度下碳化之后，用酸或碱处理所得到的经碳化的植物来源的材料，从而除去碳化之后的植物来源的材料中的硅组分。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特许第4618308号公报
发明内容
本发明要解决的问题
上述专利公报中公开的制造多孔碳材料的方法是优异的制造方法。然而，因为例如一种粉末状的谷壳被用作植物来源的材料(原材料)，原材料和多孔碳材料的运输和处理在某些情况下变得麻烦。此外，由于原材料的体密度值低，所以在某些情况下不能有效地进行碳化处理和酸或碱的处理。此外，作为制造系统的便利性，有某些情况下，制造时的一次处理量受到限制。
因此，本公开的目的在于提供一种多孔碳材料及其制造方法，所述多孔碳材料及其制造方法分别使得在原材料和多孔碳材料的输送和处理、碳化处理、和使用酸或碱的处理更易于进行。
问题解决方案
用于实现上述目的的本公开的固体化的多孔碳材料使用植物来源的材料作为原材料，
其中，所述固体化的多孔碳材料的体密度在0.2至0.4g/cm3的范围内，优选0.3至0.4g/cm3，并且
基于汞压入法，每1g所述固体化的多孔碳材料中孔径大小处于0.05至5μm内的累积孔体积值在0.4至1.2cm3的范围内，优选0.5至1.0cm3。
用于实现上述目的的本公开的制造固体化的多孔碳材料的方法包括：使植物来源的材料固体化；随后，在固体化的状态下，在在400℃至1400℃下碳化所述材料；和随后，用酸或碱处理所述材料。
发明的效果
由于本公开的多孔碳材料是固体化的，所以可以更容易地进行多孔碳材料的输送和处理。此外，在制造本公开的固体化的多孔碳材料的方法中，植物来源的材料被固体化，随后在固体化状态下在400℃至1400℃下进行碳化，并且随后用酸或碱处理。因此，可以更容易地进行原材料和多孔碳材料的输送和处理、碳化处理以及用酸或碱处理。应该注意的是，在本说明书中描述的效果仅仅是示例且并不表示仅限于此，并且可以提供额外的效果。
附图说明
[图1]图1A和图1B是描绘了基于汞压入法的实施例1的固体化的多孔碳材料的测量结果的曲线图。
[图2]图2A和图2B是描绘了基于汞压入法的比较例1的各种材料的测量结果的曲线图。
[图3]图3A和图3B是描绘基于汞压入法，在实施例1的固体化的多孔碳材料以及比较例1的各种材料中，处于0.05至5μm范围内的累积孔体积值的曲线图。
[图4]图4是实施例2的滤水器的示意性剖视图。
[图5]图5A和图5B分别是实施例2中瓶子的示意性局部剖视图和示意性剖视图。
[图6]图6A和图6B分别是实施例2的瓶子的修改变化的示意性局部剖视图和局部剖视示意图。
具体实施方式
尽管在下文中将基于实施例来描述本公开，但本公开决不限于实施例，并且实施例中的各个数值以及材料仅仅是示例。应该注意的是，将按照以下顺序给出描述。
1.关于本公开的固体化的多孔碳材料及其制造方法的整体的说明
2.实施例1(本公开的固体化的多孔碳材料及其制造方法)
3.实施例2(滤水器及修改变化)
4.其它
<关于本公开的固体化的多孔碳材料及其制造方法的整体的说明>
本公开的制造固体化的多孔碳材料的方法可以采用以下形式，其中：所述固体化的多孔碳材料的体密度可以处于0.2至0.4g/cm3的范围内，优选处于0.3至0.4g/cm3的范围内。此外，每1g所述固体化的多孔碳材料，基于汞压入法的孔径大小处于0.05至5μm范围内的累积孔体积值在0.4至1.2cm3的范围内，优选0.5至1.0cm3。
另外，包括优选形式的本公开的固体化的多孔碳材料或通过上述其制造方法获得的固体化的多孔碳材料可以采用以下形式，其中：每1g所述固体化的多孔碳材料，基于汞压入法的孔径大小处于10μm以下范围内的累积孔体积值在0.7至2.0cm3的范围内，优选0.7至1.7cm3。
此外，包括各种优选形式的本公开的固体化的多孔碳材料或通过上述其制造方法获得的固体化的多孔碳材料可以采用以下形式，其中：每1cm3所述固体化的多孔碳材料，基于BJH法的孔体积的值为0.1cm3以上。
此外，包括各种优选形式的本公开的固体化的多孔碳材料或通过上述其制造方法获得的固体化的多孔碳材料可以采用以下形式，其中：每1cm3所述固体化的多孔碳材料，基于MP法的孔体积的值在0.04至0.1cm3的范围内。
此外，包括各种优选形式的本公开的固体化的多孔碳材料或通过上述其制造方法获得的固体化的多孔碳材料可以采用以下形式，其中：每1g所述固体化的多孔碳材料，基于BJH法的孔体积的值为0.3cm3以上。另外，每1g所述固体化的多孔碳材料，基于MP法的孔体积的值为0.1cm3以上。
此外，包括上述各种优选形式的本公开的制造固体化的多孔碳材料的方法可以采用以下形式，其中：所述固体化的植物来源的材料的体密度在0.2至1.4g/cm3的范围内。
此外，包括上述各种优选形式的本公开的制造固体化的多孔碳材料的方法可以采用以下形式，其中：在固体化状态下碳化的材料(在下文中有时称为“多孔碳材料前体”)的体密度在0.2至0.8g/cm3的范围内。
此外，包括上述各种优选形式的本公开的制造固体化的多孔碳材料的方法可以采用以下形式，其中：在将植物来源的材料固体化时，将淀粉或片栗粉(太白粉，dogtoothviolet starch)用作粘合剂。可替换地，只需要从以下材料中适当选择粘合剂即可，这些材料的每一种即使在将植物来源的材料进行固体化时施加从室温到180℃的温度也不分解，并且当在400℃至1400℃的温度下将植物来源的材料碳化时会燃烧。只需要使用适合的混合器将植物来源的材料与粘合剂相互混合即可。
此外，包括上述各种优选形式的本公开的固体化的多孔碳材料可采用以下形式，其中：所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的值等于或大于0.1质量％且等于或小于20质量％。包括上述各种优选形式的本公开的制造固体化的多孔碳材料的方法可以采用以下形式，其中：使用酸或碱处理所述固体化的多孔碳材料，导致所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的值等于或大于0.1质量％且等于或小于20质量％，优选等于或大于0.1质量％且等于或小于15质量％，更优选等于或大于0.1质量％且等于或小于2质量％。只需要基于JISK1474:2014的“活性炭测试方法”测量灼烧残渣即可。
此外，包括上述各种优选形式的本公开的固体化的多孔碳材料可以采用以下形式，其中：所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的体密度在1×10-4至1×10-1g/cm3的范围内，优选在1×10-2至1×10-1g/cm3的范围内。另外，包括上述各种优选形式的本公开的制造固体化的多孔碳材料的方法可以采用以下形式，其中：在固体化状态下碳化的材料(多孔碳材料前体)的灼烧残渣的体密度为0.1g/cm3以上，所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的体密度在1×10-4至1×10-1g/cm3的范围内，优选在1×10-2至1×10-1g/cm3的范围内。
此外，包括上述各种优选形式的本公开的固体化的多孔碳材料的破坏硬度(destruction hardness)优选为20N以上。通过使用Kiya硬度测试仪(FUJIWARASCIENTIFIC CO.,LTD.制造：项目编号：043019-C，这也将适用于以下内容)可以测量所述固体化的多孔碳材料的破坏硬度。具体地，只需要测量十个样品的破坏硬度，并且除去较高的三个样品和较低的三个样品，从中间四个样品的平均值导出破坏硬度(四舍五入到最接近的整数)。
在包括上述各种优形式本公开的固体化的多孔碳材料及其制造方法中(在下文中，在一些情况下，通常将这些简称为“本公开”)，所述多孔碳材料使用植物来源的材料作为原材料。尽管此处，所述植物来源的材料可以包括大米(稻米植物)、大麦、小麦、黑麦、稗草、小米等的谷壳或稻草，咖啡豆，茶叶(例如用于绿茶、红茶等的叶子)，甘蔗类(更具体地说，甘蔗类的过滤糟粕)，玉米类(更具体地说，玉米类的核)，水果皮(例如，诸如桔子皮、葡萄柚皮、橘皮、香蕉皮等柑橘皮)，或芦苇和茎海藻，但是本公开决不限于这些，并且可以包括其它，例如，本公开可以包括在陆地上生长的维管植物、蕨类植物、苔藓植物、藻类和海藻。应该注意的是，作为原材料，这些材料可以单独使用，或者它们中的多种可以彼此组合使用。此外，植物来源的材料(为了方便，称为“材料-A”)且例如种子的外壳，诸如椰子壳或胡桃壳；诸如雪松、松树或竹木质锯末等材料(为了方便，称为“材料-B”)可以彼此混合并进行固体化。在这种情况下，例如，尽管材料-B与材料-A的混合比例按质量基准计优选设定为：0.1≤(材料-B)/(材料-A)≤10，但本公开决不限于这样的质量比。此外，植物来源的材料的形状或形式也特别不受限制，并且例如谷壳或稻草本身是可用的，或者干燥的物品也是可用的。另外，在用于啤酒或洋酒的食品和饮料加工中，还可以使用经过发酵工序、焙烧工序或提取工序等各种处理的物品。特别地，从促进工业废物回收的角度，优选使用脱粒等加工后的谷壳或稻草。例如，那些加工后稻草或谷壳可以容易地从农业合作社、酒精饮料生产公司、食品公司或食品加工公司批量获得。
此外，在进行固体化之前，植物来源的材料可以根据需要粉碎以获得期望的粒度，或者可以被分类。可以事先清洁植物来源的材料。多孔碳材料前体可以被粗粉碎以获得期望的粒径或可以被分类。本公开的固体化的多孔碳材料可以被粉碎以获得期望的粒度或可以被分类，并且也可以将这种粉碎产品或分类产品应用于各种产品。
在本公开的制造固体化的多孔碳材料的方法(在下文中，在一些情况下，简称为“本公开的制造多孔碳材料的方法”)中，使植物来源的材料固体化的方法可以包括：通过使用环模系统、平模系统或螺杆系统的成型机，将植物来源的材料制成粒料的方法。此外，还存在将植物来源的材料固体化成木柴形状或卷状的方法。在将植物来源的材料固体化一次之后，固体化的多孔碳材料可被压碎以获得合适的尺寸。此外，在本公开中，作为固体化的多孔碳材料的形状，可以例示粒料状(更具体地说，直径为约2至15mm且长度为约10至60mm的圆柱形状)、木柴形状(更具体地说，产品名为momigaraito(注册商标)所表示的形状，或直径为约50mm、中心孔部分为约15mm且例如长度为30cm的形状)和卷状(直径为约50mm、中心孔部分为约25mm、宽度为约20mm且长度为约30cm的形状)，可者还可以给出通过将这些粉碎而获得的颗粒状(直径：0.5至50mm)。
在本公开的制造多孔碳材料的方法中，酸处理或碱处理后，可以包括进行活化处理的过程，或者在进行活化处理之后，可以进行酸处理或碱处理。此外，在包括此种优选形式的本公开的制造多孔碳材料的方法中，尽管取决于待使用的植物来源的材料，但是在固体化的植物来源的材料被碳化之前，可以在比用于碳化的温度低的温度(例如400℃至700℃)下，在切断氧气的状态下对所述植物来源的材料进行加热处理(预碳化处理)。因此，可以提取将在碳化过程中产生的焦油组分，并因此，可以减少或消除将在碳化过程中产生的焦油组分。顺便提及，例如，获得惰性气体如氮气或氩气的气氛，或获得真空气氛，或者使植物来源的材料进入一种蒸烤状态，由此使得能够实现氧被切断的状态。此外，在本公开的制造多孔碳材料的方法中，尽管取决于待使用的植物来源的材料，但是为了减少植物来源的材料中所含的矿物组分或水分，以及为了防止碳化过程中产生难闻的气味，可将固体化的植物来源的材料浸入酸或碱中，或者有时可以浸入醇(例如甲醇、乙醇或异丙醇)中。此外，在用酸处理固体化的植物来源的材料的情况下，例如，使用无机酸如盐酸、硝酸或硫酸处理固体化的植物来源的材料，由此使得能够除去多孔碳材料前体中所含的矿物组分。应当注意的是，在本公开的制造多孔碳材料的方法中，之后可以在本公开的制造多孔碳材料的方法中进行预碳化处理。例如，优选在惰性气体中进行热处理的材料可以包括产生大量木醋(焦油或轻质原油)的植物。此外，例如，优选使用醇等进行预处理的材料可以包括含有大量碘或各种矿物质的海藻。
在本公开的制造多孔碳材料的方法中，在400℃至1400℃下碳化植物来源的材料。此处，碳化通常是指使有机材料(在本发明的制造固体化的多孔碳材料的方法中，为固体化的植物来源的材料)经受热处理，以转化为碳质材料(例如，参见JIS M0104-1984)。应当注意的是，用于碳化的气氛可以包括其中氧被切断的气氛，并且具体地可以包括真空气氛、惰性气体如氮气或氩气的气氛、和其中使植物来源的材料处于一种蒸烤状态的气氛。作为升温至碳化温度的升温速度，虽然没有限制，但在这种气氛下可以给出1℃/分钟以上，优选3℃/分钟以上，更优选5℃/分钟以上。尽管碳化时间的上限可以包括十小时，优选七小时，更优选五小时，但是本公开决不限于此。碳化时间的下限只要是植物来源的材料被可靠地碳化的时间即可。可以对最终获得的多孔碳材料进行杀菌剂处理。对用于所述碳化的炉的类型、构成和结构没有限制，并且炉可以是连续式炉，也可以是批式炉。
在本公开的制造多孔碳材料的方法中，如上所述，如果进行活化处理，则可以增加孔径小于2nm的微孔的数量。活化处理的方法可以包括气体活化方法和化学活化处理。此处，气体活化方法是指这样一种方法，其中通过使用氧气、水蒸气、二氧化碳气体、空气等作为活化剂，在这种气氛下，在700℃至1400℃、优选700℃至1000℃、更优选800℃至1000℃下将多孔碳材料加热数十分钟至数小时，由此通过使用多孔碳材料中的挥发性组分或碳分子来形成精细结构。应当注意的是，更具体地说，尽管可以基于植物来源的材料的种类、气体的种类、气体的浓度等适当地设定加热温度，但更优选地是，加热温度等于或高于800℃且等于或低于950℃。化学活化方法是指这样一种方法，其中代替气体活化方法中使用的氧气或水蒸气，通过使用氢氧化钠、氢氧化钾、氯化锌、氯化铁、磷酸钙、氢氧化钙、碳酸镁、碳酸钾、硫酸等进行活化，使用盐酸进行清洗，使用碱性水溶液来调节pH，并且进行干燥。
对于本公开的固体化的多孔碳材料(在下文中，在一些情况下，简称为“本公开的多孔碳材料”)的表面，可以进行化学处理或分子修饰。化学处理例如可以包括一种处理，其中通过使用硝酸处理以在表面上产生羧基。此外，通过进行与使用水蒸汽、氧气、碱等的活化处理相似的处理，还可以在本公开的多孔碳材料的表面上产生各种官能团，如羟基、羧基、酮基和酯基。此外，甚至还可以通过在本公开的多孔碳材料与具有羟基、羧基、氨基等的化学物质或者可与本公开的多孔碳材料反应的蛋白质之间引起化学反应，以进行分子修饰。
在本公开的制造多孔碳材料的方法中，通过进行酸处理或碱处理除去碳化后的植物来源的材料中的硅组分。此处，硅组分可以包括氧化硅，例如二氧化硅、硅石或硅酸盐。以这种方式，通过去除碳化后的植物来源的材料中的硅组分，可以获得具有高比表面积的本公开的多孔碳材料。在某些情况下，可以基于干式蚀刻法除去碳化后的植物来源的材料中的硅组分。通过除去硅组分可以促进灼烧残渣值的减少。本公开的固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的值如上所述。
本公开的多孔碳材料具有许多孔。所述孔包括孔径为2至50nm的“介孔(中孔，mesopore)”，孔径超过50nm的“大孔”和孔径小于2nm的“微孔”。具体地，所述介孔例如包括孔径为20nm以下的许多孔，特别是包括孔径为10nm以下的许多孔。此外，所述微孔例如包括孔径为约1.9nm的许多孔、孔径为约1.5nm的许多孔和孔径为约0.8至1nm的许多孔。在本公开的多孔碳材料中，可取的是，每1g本公开的多孔碳材料，基于BJH法的孔体积为0.3cm3以上，优选0.5cm3以上。可取的是，每1g本公开的多孔碳材料，基于MP法的孔体积为0.1cm3以上，优选0.2cm3以上，更优选0.3cm3以上。
在本公开的多孔碳材料中，可取的是，为了获得更优异的功能，每1g本公开的多孔碳材料，基于氮BET法的比表面积的值(在下文中有时简称为“比表面积的值”)为10m2以上，优选50m2以上，更优选100m2以上，甚至更优选500m2以上。可替换地，每1cm3本公开的多孔碳材料，基于氮BET法的比表面积的值可取地处于2×102至3×102m2的范围内。
氮BET法是指这样一种方法，其中使吸附剂(在本案中为多孔碳材料)吸附/解吸作为被吸附分子的氮，由此测量吸附等温线，并且基于由表达式(1)表示的BET方程分析测量的数据。因此，基于这种方法可以计算比表面积、孔体积等。具体地，在通过使用氮BET法计算比表面积的值的情况下，首先，使多孔碳材料吸附/解吸作为被吸附分子的氮，由此获得吸附等温线。然后，从得到的吸附等温线，基于表达式(1)或者通过变形表达式(1)得到的表达式(1’)来计算[p/{Va(p0-p)}]，并且将[p/{Va(p0-p)}]的值相对于平衡相对压力(p/p0)绘图。然后，将得到的曲线视作直线，并且基于最小二乘法计算斜率s(＝[(C-1)/(C·Vm)])和截距i(＝[1/(C·Vm)])。然后，从得到的斜率s和截距i，基于表达式(2-1)和表达式(2-2)计算Vm和C。另外，从Vm，基于表达式(3)计算比表面积asBET(参考由BEL JAPAN,INC.制造的BELSORP-mini和BELSORP分析软件的手册第62至66页)。应当注意的是，氮BET法是一种基于JIS R 1626-1996“通过气体吸附BET法测量精细陶瓷粉末的比表面积的方法”的测量方法。
Va＝(Vm·C·p)/[(p0-p){1+(C-1)(p/p0)}] (1)
[p/{Va(p0-p)}]＝[(C-1)/(C·Vm)](p/p0)+[1/(C·Vm)] (1’)
Vm＝1/(s+i) (2-1)
C＝(s/i)+1 (2-2)
asBET＝(Vm·L·σ)/22414 (3)
其中，
Va：吸附量
Vm：单分子层的吸附量
p：氮平衡时的压力
p0：氮气的饱和蒸气压
L：阿伏加德罗常数(Avogadro’s number)
σ：氮的吸附截面积
在基于氮BET法计算孔体积Vp的情况下，例如，对得到的吸附等温线的吸附数据进行线性插值(linear interpolation)，并且将相对压力设定在孔体积计算相对压力。然后，获得在如此设定的相对压力下的吸附量V。从该吸附量V，可以基于表达式(4)计算孔体积Vp(参考由BEL JAPAN，INC.制造的BELSORP-mini和BELSORP分析软件的手册，第62至65页)。应当注意的是，基于氮BET法的孔体积在下文中有时将简称为“孔体积”。
Vp＝(V/22414)×(Mg/ρg) (4)
其中
V：相对压力下的吸附量
Mg：氮的分子量
ρg：氮的密度
例如，可以基于BJH法从孔体积相对于孔径的变化率，将介孔的孔径计算为孔的分布。BJH法是一种被广泛用作孔分布分析方法的方法。在基于BJH法进行孔分布分析的情况下，首先，使多孔碳材料吸附/解吸作为被吸附分子的氮，由此获得解吸等温线。然后，基于所得到的解吸等温线，获得当所述被吸附分子(例如氮)从孔中充满被吸附分子的状态逐步被吸附/解吸时的吸附层厚度以及在这种状态下产生的孔的内径(核半径的两倍)，基于表达式(5)计算孔半径rp，并且基于表达式(6)计算孔体积。然后，从孔半径和孔体积绘制相对于孔径(2rp)的孔体积变化率(dVp/drp)，由此获得孔分布曲线(参考由BEL JAPAN，INC.制造的BELSORP-mini和BELSORP分析软件的手册，第85至88页)。
rp＝t+rk (5)
Vpn＝Rn·dVn-Rn·dtn·c·ΣApj (6)
其中
Rn＝rpn 2/(rkn-1+dtn)2 (7)
此处，
rp：孔径
rk：在具有厚度t的吸附层在相关压力下被吸附在孔半径为rp的孔的内壁上的情况下的核半径(内径/2)，
Vpn：当发生氮的第n次吸附/解吸时的孔体积
dVn：当时的变化量
dtn：当发生氮的第n次吸附/解吸时，吸附层厚度的tn变化量
rkn：当时的核半径
c：固定值
rpn：当发生氮的第n次吸附/解吸时的孔半径
此外，ΣApj表示从j＝1至j＝n-1的孔壁面面积的积分值。
例如，可以基于MP法，从相对于有关孔径的孔体积变化率，以孔分布的形式计算微孔孔径。在基于MP法进行孔分布分析的情况下，首先，使多孔碳材料吸附氮，从而获得吸附等温线。然后，将所得到的吸附等温线转换为相对于吸附层厚度t的孔体积(进行t-plot)。然后，可以基于所涉及的曲线的曲率来获得孔分布曲线(孔体积变化量相对于吸附层厚度t的变化量)(参考由BEL JAPAN,INC.制造的BELSORP-mini和BELSORP分析软件的手册，第72、73和82页)。
通过汞压入法对孔的测量基于JIS R1655:2003“通过汞压入法对精细陶瓷的生坯致密孔径分布的测试方法”。具体地，使用POREMASTER 60GT(Quantachrome公司制造)进行基于汞压入法的测量。将孔测量区域设定在3nm至200μm的范围内。累积处于期望范围内的测量的区段孔体积，由此使得能够计算累积孔体积。可以基于JIS K1474:2014“活性炭测试方法”中描述的测量填充密度的方法来获得体密度。可以通过体密度的值与灼烧残渣的值的乘积来获灼烧残渣的体密度。可以基于JIS K1474:2014“活性灰分测试方法”看描述的测量灼烧残渣的方法来计算灼烧残渣(残留灰分)。可取的是，本公开的固体化的多孔碳材料的灼烧残渣(残留灰分)的值为20质量％以下，优选15质量％以下。此外，可取的是，多孔碳材料前体中的灼烧残渣(残留灰分)的值为20质量％以上，优选25质量％以上。
使多孔碳材料前体经受酸处理或碱处理。在这种情况下，具体的处理方法例如可以包括：将多孔碳材料前体浸渍在酸性水溶液或碱性水溶液中的方法，和使多孔碳材料前体与气相中的酸或碱反应的方法。更具体地说，在酸处理的情况下，所述酸例如可以包括显示酸性的氟化合物，例如氟化氢、氢氟酸、氟化铵、氟化钙或氟化钠。在使用氟化合物的情况下，仅需要氟元素相对于所述多孔碳材料前体中含有的硅组分中的硅元素为4质量倍，并且氟化合物水溶液的浓度优选为10质量％以上。在通过使用氢氟酸除去所述多孔碳材料前体中含有的硅组分(例如二氧化硅)的情况下，二氧化硅如化学式(A)或化学式(B)所示与氢氟酸反应，以便以六氟硅酸盐(H2SiF6)或四氟化硅(SiF4)的形式除去，由此使得能够获得多孔碳材料。然后，在下文中，只需要进行清洁和干燥。
SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O (A)
SiO2+4HF→SiF4+2H2O (B)
此外，在使用碱(碱)进行处理的碱处理的情况下，例如，碱可以包括氢氧化钠。在使用碱性水溶液的情况下，所需要的是水溶液的pH值为11以上。在意欲通过使用氢氧化钠水溶液去除多孔碳材料前体中含有的硅组分(例如二氧化硅)的情况下，通过加热氢氧化钠水溶液使所述二氧化硅如化学式(C)所示与氢氧化钠反应并且以硅酸钠(Na2SiO3)的形式被除去，由此使得能够获得多孔碳材料。另外，在通过使氢氧化钠在气相中反应进行处理的情况下，由此通过加热固体氢氧化钠使所述二氧化硅如化学式(C)所示与氢氧化钠反应并且以硅酸钠(Na2SiO3)的形式被除去，从而使得能够获得多孔碳材料。然后，在下文中，只需要进行清洁和干燥。
SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O (C)
可以将功能材料粘附到本公开的多孔碳材料上。具体地，在进行酸处理或碱处理之后(此后，在进行活化处理的情况下，在进行活化处理之后)，只需要将功能材料粘附在本公开的固体化的多孔碳材料上即可。所述功能材料例如可以包括药物(具体地，例如亚乙基脲、磷酸或硝酸铜)。可替换地，功能材料可以采用表现出光催化性质的形式。在后一种情况下，功能材料例如可以包括氧化钛(TiO2)或氧化锌(ZnO)。应该注意的是，通过使用亚乙基脲，可以有效地去除甲醛和乙醛，通过使用磷酸，可以有效地去除氨，并且通过使用硝酸铜，可以有效地去除氨、硫化氢等的臭味。因此，多孔碳材料具有催化性能，并且所述多孔碳材料可作为可以通过光催化作用半永久使用的有害物质分解剂或有害物质去除剂。对于有害物质的分解或去除，只需要用能量线或电磁波(例如紫外线、阳光、可见光等)照射所述多孔碳材料即可。所述有害物质可以包括存在于空气中的有害物质。具体而言，可以将各种病毒、过敏原因物质和烟草烟雾中包含的致癌物质(例如苯并芘)表示为有害物质。
虽然取决于功能材料的种类、构成、结构和形式，但是所述功能材料粘附到多孔碳材料的形式可以包括：功能材料作为粒子粘附到多孔碳材料的表面(包括孔的内部)的状态，功能材料作为薄膜形状粘附到多孔碳材料的表面的状态，和功能材料以海/岛形状粘附到多孔碳材料的表面的状态(在多孔碳材料的表面被视为“海”的情况下，功能材料对应于“岛”)。应该注意的是，粘附意味着不同种类材料之间的粘合现象。将功能材料粘附到本公开的固体化的多孔碳材料的方法可以包括第一种方法到第五种方法。在这种情况下，在第一种方法中，将多孔碳材料浸入到含有功能材料的液体溶液中，以使所述功能材料沉淀在多孔碳材料的表面上。在第二种方法中，通过非电解电镀法(化学电镀法)或化学还原反应将功能材料沉淀在多孔碳材料的表面上。在第三种方法中，将多孔碳材料浸入到含有功能材料的前体的液体溶液中，并且进行热处理，由此将功能材料沉淀在多孔碳材料的表面上。在第四种方法中，将多孔碳材料浸入到含有功能材料的前体的液体溶液中，并且进行超声波处理，由此将功能材料沉淀在多孔碳材料的表面上。此外，在第五种方法中，将多孔碳材料浸入到含有功能材料的前体的液体溶液中，并且进行溶胶-凝胶反应，由此将功能材料沉淀在多孔碳材料的表面上。
尽管对于本公开的固体化的多孔碳材料，例如可以例示应用于在滤水器、滤水器筒等中的用途，在空气净化器中的用途，应用于过滤器部件(空气净化器中的过滤器或滤水器中的过滤器)，但是应用领域决不限于此。可替换地，本公开的固体化的多孔碳材料也可以应用于化妆品、食品、烟草滤器、浸染药物的复合体(具有浸渍剂的多孔碳材料)等。
例如，在滤水器中的用途中，只需要将本公开的固体化的多孔碳材料用作过滤介质即可。此外，可以用酸或碱清洁所述固体化的多孔碳材料，以调节到待使用的pH。例如，在含有分子量为1×102至1×105的物质的水中、在含十二烷基苯磺酸盐的水中、在含有百菌清的水中、在含有敌敌畏的水中、在含有四环素的水中、在含有可溶性铅的水中、在含有游离氯的水中和在含有总有机卤素的水中，使用本公开的固体化的多孔碳材料可以除去各种物质。
在将所述固体化的多孔碳材料用于净化水和空气(且通常用于净化流体)的情况下，作为本公开的固体化的多孔碳材料(或者在某些情况下粉碎的产品)的使用形式，可以例示以片状使用、以粘附于聚氨酯泡沫的状态使用、在填充于柱或筒的状态下使用、在放入具有渗透性的袋子中的状态下使用、以通过使用粘合剂等成形为期望的形状的状态使用以及在粉末状态下使用。在分散在液体溶液中的材料意欲被去除的情况下，可以对固体化的多孔碳材料的表面进行亲水处理或使用疏水处理。在以片状使用中，支撑部件可以包括机织织物或无纺织物，并且构成支撑部件的材料可以包括纤维素、聚丙烯和聚酯。然后，可以提供其中多孔碳材料被保持在支撑构件和支撑构件之间的形式，以及其中将多孔碳材料揉捏到支撑构件中的形式。
在滤水器的情况下，滤水器可以具有还具有过滤膜(例如，中空纤维膜或平板膜，其中每个孔的直径为0.4至0.01μm)的结构(本公开的固体化的多孔碳材料与过滤膜的组合)，并且可以具有还具有反渗透膜(RO)的结构(本公开的固体化的多孔碳材料与反渗透膜的组合)。此外，滤水器可以具有进一步具有陶瓷过滤介质(具有细孔的陶瓷过滤介质)的结构(本公开的固体化的多孔碳材料与陶瓷过滤介质的组合)，并且可以具有还具有离子交换树脂的结构(本公开的固体化的多孔碳材料与离子交换树脂的组合)。应该注意的是，尽管通常在穿过反渗透膜(RO)的过滤水中几乎不含有矿物组分，但在穿过反渗透膜(RO)之后，使过滤后的水通过本发明的固体化的多孔碳材料，导致矿物组分可以被包含在过滤水中。
滤水器的种类可以包括连续式滤水器、批式滤水器和反渗透膜滤水器。可替换地，滤水器的种类可以包括水龙头直接附着式滤水器(其中滤水器主体直接连接到水龙头的头部)、固定式滤水器(也被称为顶部水槽式滤水器或桌面式滤水器)、水龙头一体式滤水器(其中滤水器结合在水龙头中)、和安装在厨房的水槽内的下水槽式滤水器(内置式滤水器)。此外，滤水器的种类可以包括罐式滤水器(水壶式滤水器)(其中滤水器结合在诸如罐或水壶等容器中)、中央式滤水器(其直接连接到从水表分配的水管上)、便携式滤水器和吸管式滤水器(straw type water filter)。滤水器的构造和结构可以与过去的滤水器相同。在滤水器中，例如，可以将本公开的固体化的多孔碳材料放入待使用的筒中。在这种情况下，只需要筒体设有水流入部分和排水部分。在滤水器中应作为净化目标的“水”决不局限于JIS S3201:2010“国内滤水器试验方法”的“3.术语和定义”中规定的“水”。
可替换地，适合于结合本公开的固体化的多孔碳材料的构件可以包括带有帽、盖、吸管构件或喷雾构件的瓶子(所谓的塑料瓶)、层压容器、塑料容器、玻璃容器、玻璃瓶等中的帽或盖。此处，迫使设置有本公开的固体化的多孔碳材料的瓶子、层压容器、塑料容器、玻璃容器、玻璃瓶等内的液体或水(如饮用水或润肤露)穿过布置在帽或盖内的本公开的固体化的多孔碳材料，以便进行饮用或使用，从而使得矿物组分能够被包含在过滤水中。可替换地，也可以采用其中将包括本发明的固体化的多孔碳材料的过滤介质收纳于具有渗透性的袋子中的形式，并且将该袋子放置在处于诸如瓶子(所谓的塑料瓶)、层压容器、塑料容器、玻璃容器、玻璃瓶、罐和水壶(pitcher)等各种容器内的液体或水(诸如饮用水或润肤露)中。
实施例1
实施例1涉及本公开的固体化的多孔碳材料及其制造方法。
在实施例1的制造固体化的(具体而言，造粒的)多孔碳材料的方法中，将谷壳用作植物来源的材料。然后，通过使用颗粒机将谷壳固体化为粒料状固体化的植物来源的材料，具体地以获得平均直径为6mm且平均长度为30mm的大致呈圆柱形的粒料状固体化的植物来源的材料。应当注意的是，在固体化过程中，未使用粘合剂。固体化的植物来源的材料的体密度在0.2至1.4g/cm3的范围内，具体地0.7g/cm3。其次，在固体化的状态下，在400℃至1400℃碳化所述固体化的植物来源的材料。具体地，通过使用覆套式加热器在500℃下在氮气氛下将固体化的植物来源的材料碳化3小时。在固体化状态下碳化的材料(多孔碳材料前体)的体密度处于0.2至0.8g/cm3的范围内，具体地0.5g/cm3。此外，在固体化状态下碳化的材料的灼烧残渣为42％，并且所述灼烧残渣的体密度是0.1g/cm3以上，具体地0.50g/cm3×0.42＝0.21g/cm3。此外，使用Kiya硬度测试仪测量破坏硬度，证明破坏硬度为73N。此后，在80℃下将在固体状态下碳化的材料浸入到1摩尔/升的氢氧化钠水溶液中，并且搅拌24小时。其后，进行清洗直到水溶液变成中性，并且过滤得到的固体化的多孔碳材料，然后在120℃下干燥24小时。
然后，使用20目和200目的筛进行分级，并且获得下表1中描绘的样品。另外，对实施例1A的固体化的多孔碳材料进行基于气体活化方法的活化处理，具体地，在900℃下使用水蒸气进行活化处理2小时，以获得实施例1C。此外，对实施例1B的固体化的多孔碳材料进行基于气体活化方法的活化处理，具体地在900℃下使用水蒸气进行活化处理2小时以及3小时，以获得实施例1D和实施例1E。通过酸或碱处理获得的固体化的多孔碳材料(实施例1A)的灼烧残渣的值等于或大于0.1质量％且等于或小于20质量％，具体地，9.3质量％。此外，实施例1A的破坏硬度为35N。
<表1>
实施例1A：20目筛上的产品(在水蒸气活化之前)
实施例1B：20目通过，200目筛上的产品(在水蒸气活化之前)
实施例1C：实施例1A的水蒸气活化产物
实施例1D：实施例1B的水蒸汽活化产物
实施例1E：实施例1B的水蒸汽活化产物
即使在实施例1F、实施例1G、实施例1H、实施例1J、实施例1K、实施例1L和实施例1M的制造的情况下，将谷壳用作植物来源的材料。然后，通过使用颗粒机将作为植物来源的材料的谷壳固体化，具体地以获得平均直径为6mm且平均长度为30mm的大致呈圆柱形的粒料状固体化的植物来源的材料。应当注意的是，在固体化过程中，未使用粘合剂。固体化的植物来源的材料的体密度处于0.2至1.4g/cm3的范围内，具体地0.7g/cm3。其次，在固体化状态下，在400℃至1400℃下将固体化的植物来源的材料碳化。然后，不同于上述样品，具体地，通过使用马弗炉在氮气氛下在800℃下将固体化的植物来源的材料碳化1小时。在固体化状态下碳化的材料(多孔碳材料前体)的体密度处于0.2至0.8g/cm3范围内，具体地0.46g/cm3。此处，在固体状态下碳化的材料的灼烧残渣为44％，并且所述灼烧残渣的体密度为0.1g/cm3以上，具体地，0.46g/cm3×0.44＝0.20g/cm3。此外，使用Kiya硬度测试仪测量破坏硬度，证明破坏硬度为120N。此后，在80℃下将在固体化状态下碳化的材料浸入到1摩尔/升的氢氧化钠水溶液中，并且搅拌24小时。随后，进行清洗直到水溶液变成中性，并且过滤得到的固体化的多孔碳材料，然后在120℃下干燥24小时。
随后，通过使用筛将所得到的固体化的多孔碳材料进行分级以获得3mm上的产品和1mm上且3mm通过的产品(称为1至3mm的产品)。然后，对于3mm上的产品进行基于气体活化方法的活化处理，具体地的860℃下使用水蒸气进行活化处理2小时，由此获得实施例1F的固体化的多孔碳材料。另外，使用水清洗实施例1F的固体化的多孔碳材料，然后在120℃下干燥，由此获得实施例1G的固体化的多孔碳材料。此外，对于3mm上的产品在860℃下使用水蒸气进行2.5小时的活化处理，由此获得获得实施例1H的固体化的多孔碳材料。此外，用水清洗实施例1H的固体化的多孔碳材料，然后在120℃下干燥，由此获得实施例1J的固体化的多孔碳材料。此外，在对3mm上的产品在850℃下使用水蒸气进行3小时的活化处理之后，使用水进行清洗并且然后在120℃进行干燥，由此获得实施例1K的固体化的多孔碳材料。另一方面，对1至3mm的产品进行基于气体活化方法的活化处理，具体地在860℃下使用水蒸气进行活化处理2小时，由此获得实施例1L的固体化的多孔碳材料。然后，使用水清洗实施例1L的固体化的多孔碳材料并且然后在120℃干燥，由此获得实施例1M的固体化的多孔碳材料。以下描述了通过使用Kiya硬度测试仪测量所得到的实施例1F、实施例1G、实施例1H、实施例1J和实施例1K的破坏硬度的结果。
即使在实施例1N、实施例1P、实施例1Q、实施例1R和实施例1S的制造的情况下，将谷壳用作植物来源的材料。然后，使用颗粒机将作为植物来源的材料的谷壳固体化，具体地，以获得平均直径为6mm且平均长度30mm的大致圆柱形的粒料状固体化的植物来源的材料。应当注意的是，在固体化过程中，未使用粘合剂。固体化的植物来源的材料的体密度处于0.2至1.4g/cm3的范围内，具体地0.67g/cm3。随后，在固体化的状态下，在400℃至1400℃下将固体化的植物来源的材料碳化。具体地，通过使用回转窑在氮气氛下在600℃下将固体化的植物来源的材料碳化0.5小时。在固体状态下碳化的所得材料(多孔碳材料前体)的体密度在0.2至0.8g/cm3的范围内，具体地，0.55g/cm3。此外，在固体状态下碳化的材料的灼烧残渣为40％，并且所述灼烧残渣的体密度为0.1g/cm3以上，具体地0.55g/cm3×0.40＝0.22g/cm3。
随后，进行基于气体活化方法的活化处理，具体地，在850℃下使用水蒸气进行活化处理3.5小时(实施例1N)、4.0小时(实施例1P)、4.75小时(实施例1Q)、5.5小时(实施例1R)和5.75小时(实施例1S)。此后，在50℃下将在固态化状态下碳化的材料浸入到4.0摩尔/升的氢氧化钠水溶液中，并且搅拌12小时。随后，通过使用盐酸进行清洗直到水溶液变为中性，过滤得到的固体化的多孔碳材料，然后在120℃下干燥24小时。将这样得到的五种固体化的多孔碳材料设定为实施例1N、实施例1P、实施例1Q、实施例1R和实施例1S。
为了比较，通过使用覆套式加热器在氮气气氛下在500℃下将未固体化的谷壳(也就是说，谷壳保持原状)碳化3小时。未固体化的所得材料的体密度为0.1g/cm3。此外，灼烧残渣为42％，并且灼烧残渣的体密度为0.04g/cm3。此外，在80℃下将未固体化的状态的碳化材料浸入到1摩尔/升的氢氧化钠水溶液中并且搅拌24小时。随后，进行清洗直到水溶液变成中性，并且过滤未固体化的所得多孔碳材料，然后在120℃下干燥24小时。然后，使用20目和200目的筛进行分级，并且将下表2中将比较例1B的样品描绘为20目通过200目上的产品。应当注意的是，几乎没有获得20目上的产品。此外，通过使用自然型碳化炉将未固体化的谷壳(也就是说，保持原状的谷壳)碳化。处于未固体化状态的所得材料的体密度为0.11g/cm3。此外，灼烧残渣为36％，并且灼烧残渣的体密度为0.04g/cm3。因此，在80℃下将未固体化状态的碳化材料浸入在1摩尔/升的氢氧化钠水溶液中并且搅拌24小时。随后，进行清洗直到水溶液变为中性，并且过滤未固体化的所得多孔碳材料，然后在120℃下干燥24小时。然后，通过使用20目和200目的筛进行分级，并且获得在下表2中描绘为20目通过200目上的产品比较例1C。另外，对于所得到的比较例1C，在900℃下使用水蒸气下进行活化处理2小时和3小时，由于获得比较例1D和比较例1E。在比较例1F至比较例1J中使用市售的材料。此外，因为在参考例1A至参考例1D中，首先，原材料不是植物来源的原材料，所以将参考例1A至参考例1D作为参考例给出。当测量比较例1B的破坏硬度时，比较例1B在测试开始后即被破坏，因此不能进行测量。
<表2>
比较例1B：20目通过，200目上的产品
比较例1C：将未固体化的谷壳用作原材料
比较例1D：比较例1C的水蒸气活化产物
比较例1E：比较例1C的水蒸气活化产物
比较例1F：KURARAY CHEMICAL CO.,LTD.制造的Kuraray Coal GW(60目以上，30目以下)
比较例1G：KURARAY CHEMICAL CO.,LTD.制造的Kuraray Coal GG(60目以上,30目以下)
比较例1H：TSURUMI COAL CO.,LTD.4GS-S(椰子壳煤煤砖)
比较例1J：SANWA Co.,Ltd.制造的SWKW(木材活性炭)
参考例1A：UNION SERVICE Co.,LTD.制造的UN 8至32目(煤粉碎)
参考例1B：UNION SERVICE Co.,LTD.制造的UP 4至6目(煤粒料)
参考例1C：Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造的活性炭，粉碎，2至5mm，发布商代码031-18061(泥炭粉碎)
参考例1D：Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造的活性炭，粉末，中立发布者代码035-18101(泥炭粉)
实施例1A至实施例1E、比较例1B至比较例1J和参考例1A至参考例1D的各种物理性质测量值如下述表3所示。顺便提一句，在表3中，“汞压入法-A”表示基于汞压入法，每1克固体化的多孔碳材料的孔径大小处于10μm以下范围内的累积孔体积的值。“汞压入法-B”表示基于汞压入法，每1克固体化的多孔碳材料的孔径大小处于0.05至5μm范围内的累积孔体积的值。此外，“孔体积-A”表示基于汞压入法，每1cm3固体化的多孔碳材料的孔径大小处于10μm以下范围内的累积孔体积的值。“孔体积-B”表示基于汞压入法，每1cm3固体化的多孔碳材料的孔径大小处于0.05至5μm范围内的累积孔体积的值。
<表3>
<表3续>
<表3续>
<表3续>
从表3，在实施例1A至实施例1E中，固体化的多孔碳材料的体密度处于0.2至0.4g/cm3的范围内，优选处于0.3至0.4g/cm3的范围内。基于汞压入法，每1克固体化的多孔碳材料的孔径大小处于0.05至5μm范围内的累积孔体积的值(“汞压入法-B”的值)处于0.4至1.2cm3的范围内，优选0.5至1.0cm3。此外，基于汞压入法，每1克固体化的多孔碳材料，孔径大小处于10μm以下范围内的累积孔体积的值(“汞压入法-A”的值)在0.7至2.0cm3的范围内，优选0.7至1.7cm3。另外，每1cm3固体化的多孔碳材料基于BJH法的孔体积值为0.1cm3以上。每1cm3固体化的多孔碳材料基于MP法的孔体积值在0.04至0.1cm3的范围内。此外，每1克固体化的多孔碳材料基于BJH法的孔体积值为0.3cm3以上，并且每1克固体化的多孔碳材料基于MP法的孔体积值为0.1cm3以上。另外，固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的体密度在1×10-4至1×10-1g/cm3的范围内，优选1×10-2至1×10-1g/cm3。
基于汞压入法的测量结果以图1A、图1B、图2A和图2B的图形形式描述。应该注意的是，图1B的曲线图是通过放大图1A的曲线图中左侧的一部分峰获得的，并且图2B的曲线图是通过放大图2A的曲线图中左侧的一部分峰来获得的。图1A、图1B、图2A和图2B中每一个的横坐标轴表示孔径(单位：埃)，并且纵坐标轴表示的扇区孔体积(单位：cm3/g)。图1A和图2A的曲线图中右侧的峰是由于固体化的多孔碳材料之间存在的间隙引起的。此外，图3A和图3B中的每一个描绘了表示累积孔体积值在0.05至5μm范围内的曲线图，其是基于汞压入法获得的。在图1A、图1B和图3A中，“A”表示实施例1A的体积，“B”表示实施例1B的体积，“C”表示实施例1C的体积，“D”表示实施例1D的体积，且“E”表示实施例1E的体积。在图2A、图2B和图3B中，“b”表示比较例1B的值，“c”表示比较例1C的值，“d”表示比较例1D的值，“e”表示比较例1E的值，“f”表示比较例1F的值，并且“g”表示比较例1G的值。在图3B中，比较例1F的值(f)和比较例1G的值(g)相互重叠。
与未固体化的多孔碳材料(比较例1B至比较例1E)以及使用椰子壳作为原材料的活性炭(比较例1F至比较例1J)相比，因为实施例1A至实施例1E的多孔碳材料是固体化的，所以多孔碳材料的运输和处理可以更容易地进行。此外，在实施例1的制造多孔碳材料的方法中，植物来源的材料被固体化，接下来在400℃至1400℃在固体化状态下碳化，并且接下来用酸或碱处理。因此，原材料或多孔碳材料的运输和处理、碳化处理以及酸或碱处理可以更容易地进行。另外，实施例1A至实施例1E的固体化的多孔碳材料具有上述物理性质值。因此，每单位体积的表面积的值、微孔的值(基于MP法的孔体积的值)和介孔的值(基于BJH方法的孔体积的值)较大，并因此与不是固体化的多孔碳材料的情况(比较例1B至比较例1E)相比，每单位体积的反应面或吸附孔的数量增加。因此，所述固体化的多孔碳材料表现出优异的益处，因为固体化的多孔碳材料导致更多物质在有限的空间内反应/吸附，例如空气净化器或滤水器的过滤器。此外，与使用椰子壳作为原材料的活性炭的情况(比较例1F至比较例1H)相比，由于介孔或大孔的比率较大，容易促使水、空气和溶剂在多孔碳材料内的扩散并因此提高反应速率。因此，固体化的多孔碳材料空气净化器的过滤器、滤水器的过滤器、滤水器筒等在短时间内需要更多反应的用途应用中表现出优异的益处。顺便提一下，由于木材活性炭(比较例1J)是由先前粉碎的锯屑制造的，因此其产品是粉末。在滤水器或空气净化器的过滤器中使用粉末产品的情况下，压力损失变高，由此粉末产品是不适于滤水器或空气净化器的过滤器的材料。
实施例2
在实施例2中，将参照其中将实施例1A至1E每一个中描述的固体化的多孔碳材料用作滤水器中的过滤介质的实施例进行描述。
图4示出了实施例2的滤水器的剖视图。实施例2的滤水器是连续式滤水器，也是水龙头直接附着式滤水器，它的滤水器主体直接连接到水龙头的顶部。实施例2的滤水器具备滤水器主体10、第一填充部12和第二填充部14。在这种情况下，第一填充部12设置在滤水器主体10的内部并且填充有实施例1A至1E中每一个的固体化的多孔碳材料11。第二填充部14填充有棉花13。从水龙头排出的自来水从设置于滤水器主体10内的入口15穿过多孔碳材料11和棉13，并且通过设置于滤水器主体10内的出口16排出。
可替换地，如示意性局部剖视图的图5A中所示，包括描述于实施例1A至1E每一个中的固体化的多孔碳材料的过滤介质40(以下简称为“过滤介质40”)也可以并入到具有盖构件30的瓶(所谓的塑料瓶)20中。具体地，将过滤介质40设置在盖构件30的内部，并且将过滤器31和32分别布置在盖构件30的液体流入侧和液体排出侧，以免流出过滤介质40。然后，迫使处于瓶子20内的液体或水(诸如饮用水或润肤露)穿过布置在盖构件30内的过滤介质40以便饮用或使用，由此例如使得可能增加液体(水)中的矿物组分。应当注意的是，通常使用盖子将盖构件30关闭(未示出)。
可替换地，如示意剖视图的图5B中所示，还可以采用将过滤介质40存储于具有渗透性的袋50中的形式，并且将该袋50放置在处于瓶子20内的流体或水(诸如饮用水或润肤露)21中。应当注意的是，参考数字22表示用于封闭瓶子20的口部的盖子。可替换地，如示意剖视图的图6A中所示，过滤介质40设置在吸管构件60内并且过滤器(未示出)分别布置在吸管构件60的液体膜流入侧和液体排出侧，以免流出过滤介质40。然后，迫使处于瓶子20内的液体或水(饮用水)21穿过布置在吸管构件60内侧的过滤介质40以便进行饮用，由此使得能够增加液体(水)的矿物组分。可替换地，如部分剖视图的图6B所示，过滤介质40设置在喷雾构件70内，并且过滤器(未示出)分别设置在喷雾构件70的液体流入侧和液体排出侧，以免流出过滤介质40。然后，通过按下喷雾构件70中提供的按钮71，迫使于瓶子20内的液体或水(诸如饮用水或润肤露)21穿过喷雾构件70内的过滤介质40，以便通过喷孔72喷出，由此使得能够增加液体(水)中的矿物组分。
尽管到目前为止已基于优选实施例描述了本公开，但本公开决不限于这些实施例，并且可以进行各种改变。已在实施例中描述的固体化的多孔碳材料、原材料(植物来源的材料)、制造方法、制造条件等仅仅是例示并且可以进行适合改变。作为实施例2中描述的过滤介质，还可以获得其中将包括实施例1中描述的固体化的多孔碳材料的过滤介质与陶瓷过滤介质(具有细孔的陶瓷过滤介质)彼此组合的滤水器，以及其中将过滤介质与离子交换树脂彼此组合的滤水器。
应该注意的是，本公开可以采用以下构造：
[A01]《固体化的多孔碳材料》
一种使用植物来源的材料作为原材料的固体化的多孔碳材料，
其中，该固体化的多孔碳材料的体密度在0.2至0.4g/cm3的范围内，并且
每1克所述固体化的多孔碳材料，基于汞压入法的孔径大小处于0.05至5μm内的累积孔体积的值在0.4至1.2cm3的范围内。
[A02]根据[A01]所述的固体化的多孔碳材料，其中每1克所述固体化的多孔碳材料，基于汞压入法的孔径大小处于0.05至5μm范围内的累积孔体积的值在0.5至1.0cm3的范围内。
[A03]根据[A01]或[A02]所述的固体化的多孔碳材料，其中每1克所述固体化的多孔碳材料，基于汞压入法的孔径大小处于10μm以下范围内的累积孔体积的值在0.7至2.0cm3的范围内。
[A04]根据[A01]至[A03]中任一项所述的固体化的多孔碳材料，其中每1cm3所述固体化的多孔碳材料，基于BJH法的孔体积的值为0.1cm3以上。
[A05]根据[A01]至[A04]中任一项所述的固体化的多孔碳材料，其中每1cm3所述固体化的多孔碳材料，基于MP法的孔体积的值在0.04至0.1cm3的范围内。
[A06]根据[A01]至[A05]任一项中所述的固体化的多孔碳材料，其中每1克所述固体化的多孔碳材料基于BJH法的孔体积的值为0.3cm3以上，并且每1克所述固体化的多孔碳材料基于MP法的孔体积的值为0.1cm3以上。
[A07]根据[A01]至[A06]中任一项所述的固体化的多孔碳材料，其中所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的值等于或大于0.1质量％且等于或小于20质量％。
[A08]根据[A01]至[A07]中任一项所述的固体化的多孔碳材料，其中所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的体密度在1×10-4至1×10-1g/cm3的范围内。
[A09]根据[A01]至[A08]中任一项所述的固体化的多孔碳材料，其中破坏硬度为20N以上。
[B01]《制造多孔碳材料的方法》
一种制造固体化的多孔碳材料的方法，包括：
将植物来源的材料固体化；
随后在固体化状态下将所述材料在400℃至1400℃碳化；和
随后用酸或碱处理所述材料。
[B02]根据[B01]所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，
其中，所述固体化的多孔碳材料的体密度在0.2至0.4g/cm3的范围内，并且
每1克所述固体化的多孔碳材料，基于汞压入法的孔径大小处于0.05至5μm范围内的累积孔体积的值在0.4至1.2cm3的范围内。
[B03]根据[B01]或[B02]所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中所述固体化的植物来源的材料的体密度在0.2至1.4g/cm3的范围内。
[B04]根据[B01]至[B03]中任一项所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中在固体状态下碳化的材料的体密度在0.2至0.8g/cm3的范围内。
[B05]根据[B01]至[B04]中任一项所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中在将植物来源的材料固体化时，将淀粉或片栗粉用作粘合剂。
[B06]根据[B01]至[B05]中任一项所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中通过酸或碱处理的多孔碳材料固体化的灼烧残渣的值为等于或大于0.1质量％且等于或小于20质量％。
[B07]根据[B01]至[B06]中任一项所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，
其中，在固体状态下碳化的材料的灼烧残渣的体密度等于或大于0.1g/cm3，并且
所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的体密度在1×10-4至1×10-1g/cm3的范围内。
[B08]根据[B01]至[B07]中任一项所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中每1克所述固体化的多孔碳材料，基于汞压入法的孔径大小处于0.05至5μm范围内的累积孔体积的值在0.5至1.0cm3的范围内。
[B09]根据[B01]至[B08]中任一项所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中每1克所述固体化的多孔碳材料，基于汞压入法的孔径大小处于10μm以下范围内的累积孔体积的值在0.7至2.0cm3的范围内。
[B10]根据[B01]至[B09]中任一项所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中每1cm3所述固体化的多孔碳材料，基于BJH法的孔体积的值为0.1cm3以上。
[B11]根据[B01]至[B10]中任一项所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中每1cm3所述固体化的多孔碳材料，基于MP法的孔体积的值处于0.04至0.1cm3的范围内。
[B12]根据[B01]至[B11]中任一项所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中每1克所述固体化的多孔碳材料基于BJH法的孔体积的值为0.3cm3以上并且每1克所述固体化的多孔碳材料基于MP法的孔体积值为0.1cm3以上。
[B13]根据[B01]至[B12]中任一项所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的值等于或大于0.1质量％且等于或小于20质量％。
[B14]根据[B01]至[B13]中任一项所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的体密度在1×10-4至1×10-1g/cm3的范围内。
[B15]根据[B01]至[B14]中任一项所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中所述固体化的多孔碳材料的破坏硬度为20N以上。
[C01]《滤水器》
一种滤水器，包括：
滤水器主体；和
布置在所述滤水器主体内部并且填充有根据[A01]至[A09]中任一项所述的多孔碳材料11的填充部。
引用符号列表
10…滤水器主体，11…多孔碳材料，12…第一填充部，13…棉，14…第二填充部，15…入口，16…出口，20…瓶子，21…液体或水，22…盖，30…盖构件，31、32…过滤器，40…过滤介质，50…袋，60…吸管构件，70…喷雾构件，71…按钮，72…喷孔。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种使用植物来源的材料作为原材料的固体化的多孔碳材料，
其中，所述固体化的多孔碳材料的体密度在0.2至0.4g/cm3的范围内，
每1克所述固体化的多孔碳材料，基于汞压入法的孔径大小在0.05至5μm范围内的累积孔体积的值在0.4至1.2cm3的范围内，并且
每1cm3所述固体化的多孔碳材料，基于MP法的孔体积的值在0.04至0.09cm3的范围内。
2.根据权利要求1所述的固体化的多孔碳材料，其中，每1克所述固体化的多孔碳材料，基于所述汞压入法的孔径大小在0.05至5μm范围内的累积孔体积的值在0.5至1.0cm3的范围内。
3.根据权利要求1所述的固体化的多孔碳材料，其中，每1克所述固体化的多孔碳材料，基于所述汞压入法的孔径大小在10μm以下范围内的累积孔体积的值在0.7至2.0cm3的范围内。
4.根据权利要求1所述的固体化的多孔碳材料，其中，每1cm3所述固体化的多孔碳材料，基于BJH法的孔体积的值为0.1cm3以上。
5.(删除)
6.(删除)
7.根据权利要求1所述的固体化的多孔碳材料，其中，所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的值等于或大于0.1质量％且等于或小于20质量％。
8.根据权利要求1所述的固体化的多孔碳材料，其中，所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的体密度在1×10-4至1×10-1g/cm3的范围内。
9.根据权利要求1所述的固体化的多孔碳材料，其中，破坏硬度为20N以上。
10.(修改后)一种制造固体化的多孔碳材料的方法，包括：
固化植物来源的材料；
随后在固体化后的状态下，在400℃至1400℃下碳化所述材料；和
随后使用酸或碱处理所述材料，
其中，在400℃至1400℃下碳化之后，在使用所述酸或碱处理之前，材料的灼烧残渣的值为20质量％以上。
11.根据权利要求10所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，
其中，所述固体化的多孔碳材料的体密度在0.2至0.4g/cm3的范围内，并且
每1克所述固体化的多孔碳材料，基于汞压入法的孔径大小在0.05至5μm范围内的累积孔体积的值在0.4至1.2cm3的范围内。
12.根据权利要求10所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中，固体化的植物来源的材料的体密度在0.2至1.4g/cm3的范围内。
13.根据权利要求10所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中，在固体化后的状态下碳化的材料的体密度在0.2至0.8g/cm3的范围内。
14.根据权利要求10所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中，在固体化所述植物来源的材料时，将淀粉或片栗粉用作粘合剂。
15.根据权利要求10所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中，通过用酸或碱处理的所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的值等于或大于0.1质量％且等于或小于20质量％。
16.根据权利要求10所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，
其中，在固体化后的状态下碳化的材料的灼烧残渣的体密度等于或大于0.1g/cm3，并且
所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的体密度在1×10-4至1×10-1g/cm3的范围内。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
修改内容
基于条约19条(1)的说明
权利要求1是修改前的权利要求1和权利要求5的组合，并且由与段落标号[0069]中的<表3续>中的文字“基于MP方法每1cm3体积的孔体积的值”相关的数据规定了基于MP方法的孔体积的值的上限。因此，可以提供具有更优异性能的固体化的多孔碳材料。与修改后权利要求1有关的本发明没有在国际检索报告中应用的任何文件中公开，并且对于本领域技术人员而言是非显而易见的。
权利要求10的修改是基于原始提交的说明书的段落编号[0042]中描述的内容。具体地，原始提交的说明书的段落编号[0042]描述了
“…省略…
此外，可取的是，多孔碳材料前体中的灼烧残渣(残留灰分)的值为20质量％以上，优选25质量％以上。”
因此，防止了在用于制造固体化多孔碳材料的方法中损害的产生并且容易处理，也就是说，实现了在使用酸或碱进行处理之前在400℃至1400℃下碳化之后，防止了损害的产生且容易处理。与修改后的权利要求10有关的本发明没有在国际检索报告中应用的任何文件中公开，并且对于本领域技术人员而言是非显而易见的。

Claims (16)

1.一种使用植物来源的材料作为原材料的固体化的多孔碳材料，
其中，所述固体化的多孔碳材料的体密度在0.2至0.4g/cm3的范围内，并且
每1克所述固体化的多孔碳材料，基于汞压入法的孔径大小在0.05至5μm范围内的累积孔体积的值在0.4至1.2cm3的范围内。
2.根据权利要求1所述的固体化的多孔碳材料，其中，每1克所述固体化的多孔碳材料，基于所述汞压入法的孔径大小在0.05至5μm范围内的累积孔体积的值在0.5至1.0cm3的范围内。
3.根据权利要求1所述的固体化的多孔碳材料，其中，每1克所述固体化的多孔碳材料，基于所述汞压入法的孔径大小在10μm以下范围内的累积孔体积的值在0.7至2.0cm3的范围内。
4.根据权利要求1所述的固体化的多孔碳材料，其中，每1cm3所述固体化的多孔碳材料，基于BJH法的孔体积的值为0.1cm3以上。
5.根据权利要求1所述的固体化的多孔碳材料，其中，每1cm3所述固体化的多孔碳材料，基于MP法的孔体积的值在0.04至0.1cm3的范围内。
6.根据权利要求1所述的固体化的多孔碳材料，其中，每1克所述固体化的多孔碳材料，基于BJH法的孔体积的值为0.3cm3以上，并且每1克所述固体化的多孔碳材料，基于MP法的孔体积的值为0.1cm3以上。
7.根据权利要求1所述的固体化的多孔碳材料，其中，所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的值等于或大于0.1质量％且等于或小于20质量％。
8.根据权利要求1所述的固体化的多孔碳材料，其中，所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的体密度在1×10-4至1×10-1g/cm3的范围内。
9.根据权利要求1所述的固体化的多孔碳材料，其中，破坏硬度为20N以上。
10.一种制造固体化的多孔碳材料的方法，包括：
固体化植物来源的材料；
随后在固体化后的状态下，在400℃至1400℃下碳化所述材料；和
随后使用酸或碱处理所述材料。
11.根据权利要求10所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，
其中，所述固体化的多孔碳材料的体密度在0.2至0.4g/cm3的范围内，并且
每1克所述固体化的多孔碳材料，基于汞压入法的孔径大小在0.05至5μm范围内的累积孔体积的值在0.4至1.2cm3的范围内。
12.根据权利要求10所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中，固体化的植物来源的材料的体密度在0.2至1.4g/cm3的范围内。
13.根据权利要求10所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中，在固体化后的状态下碳化的材料的体密度在0.2至0.8g/cm3的范围内。
14.根据权利要求10所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中，在固体化所述植物来源的材料时，将淀粉或片栗粉用作粘合剂。
15.根据权利要求10所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，其中，通过用酸或碱处理的所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的值等于或大于0.1质量％且等于或小于20质量％。
16.根据权利要求10所述的制造固体化的多孔碳材料的方法，
其中，在固体化后的状态下碳化的材料的灼烧残渣的体密度等于或大于0.1g/cm3，并且
所述固体化的多孔碳材料的灼烧残渣的体密度在1×10-4至1×10-1g/cm3的范围内。
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