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JP4478797B2 - Method for producing silicon carbide based porous material - Google Patents

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JP4478797B2
JP4478797B2 JP2005152009A JP2005152009A JP4478797B2 JP 4478797 B2 JP4478797 B2 JP 4478797B2 JP 2005152009 A JP2005152009 A JP 2005152009A JP 2005152009 A JP2005152009 A JP 2005152009A JP 4478797 B2 JP4478797 B2 JP 4478797B2
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Description

本発明は、高い比表面積を有するシリコンカーバイド系多孔質体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a silicon carbide based porous body having a high specific surface area.

市販されている活性炭はその比表面積が1000〜2000m2/gと大きく、吸着剤、脱臭剤、排ガスフィルター、高温化学反応用触媒担体への応用など様々な用途に使用されている。しかし活性炭は硝酸中では酸化によって細孔が失われ、比表面積が著しく低下するなど耐酸化性に劣り、また、空気中で約600℃で燃焼して消失するため、その用途が制限されていた。
一方、SiCは耐熱温度が高く、熱伝導性と電気伝導性に優れ、化学的安定性を備えているため、高温用の各種構造材料として利用されている。また活性炭では不可能であった過酷な酸化雰囲気中での使用が可能であることから、比表面積の大きな多孔質SiCは、触媒担体、高温ガス浄化フィルター、溶融金属濾過用フィルター、マイクロ波吸収発熱体、通気性断熱材など多様な分野において使用されている。しかしSiCは焼結性が低いため、高表面積を有するSiCの製造は困難であった。
Commercially available activated carbon has a large specific surface area of 1000 to 2000 m 2 / g, and is used for various applications such as adsorbents, deodorizers, exhaust gas filters, and catalyst supports for high-temperature chemical reactions. However, activated carbon is inferior in oxidation resistance because it loses pores due to oxidation in nitric acid, and the specific surface area is remarkably reduced, and its use is limited because it burns and disappears at about 600 ° C in air. .
On the other hand, SiC has a high heat-resistant temperature, is excellent in thermal conductivity and electrical conductivity, and has chemical stability. Therefore, SiC is used as various structural materials for high temperatures. In addition, because it can be used in harsh oxidizing atmospheres that were not possible with activated carbon, porous SiC with a large specific surface area is a catalyst carrier, high-temperature gas purification filter, filter for molten metal filtration, microwave absorption heat generation. Used in various fields such as body and breathable insulation. However, since SiC has low sinterability, it has been difficult to produce SiC having a high surface area.

このようなSiC多孔質体の製造方法として、炭化珪素体を、酸素濃度が2〜20ppmの非酸化性ガス雰囲気下で1200〜1500℃の温度により加熱処理することを特徴とする活性炭化珪素の製造方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。この特許文献1の方法では、既存の炭化珪素体に対し特定された条件範囲内で簡単な加熱処理を施すことにより高い比表面積を備える活性炭化珪素を効率よく製造することができるとある。また、炭化珪素を銅化合物及び/又はカリウム化合物を含む触媒の存在下で熱処理することを特徴とする活性炭化珪素の製造方法が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。この特許文献2では触媒の燃焼反応促進作用により炭化珪素中の表面に存在する炭素の一部が除去され、その表面に多数の微細な凹凸が形成されることにより、高表面積化された活性炭化珪素が形成されるとある。更に、炭素とシリカの混合物に金属触媒を加えて多孔質SiCセラミックスを製造し、ついで混酸で処理して得られる高表面積及び高強度を有するSiCセラミックスの製造法が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。特許文献3に示される方法により、耐酸化性が大きく、かつ高強度で表面積の大きなSiCセラミックスが得られる。
特開平05−306111号公報(請求項1、段落[0023]) 特開2003−002625号公報(請求項1、段落[0011]) 特開2003−026483号公報(請求項2、段落[0006]、図1)
As a method for producing such a SiC porous body, a silicon carbide body is heat-treated at a temperature of 1200 to 1500 ° C. in a non-oxidizing gas atmosphere having an oxygen concentration of 2 to 20 ppm. A manufacturing method is disclosed (for example, refer to Patent Document 1). In the method of Patent Document 1, activated silicon carbide having a high specific surface area can be efficiently produced by subjecting an existing silicon carbide body to a simple heat treatment within a specified range of conditions. In addition, a method for producing activated silicon carbide is disclosed in which silicon carbide is heat-treated in the presence of a catalyst containing a copper compound and / or a potassium compound (see, for example, Patent Document 2). In this Patent Document 2, a part of carbon existing on the surface of silicon carbide is removed by the combustion reaction promoting action of the catalyst, and a large number of fine irregularities are formed on the surface. When silicon is formed. Furthermore, a method for producing SiC ceramics having a high surface area and high strength obtained by adding a metal catalyst to a mixture of carbon and silica to produce porous SiC ceramics and then treating with a mixed acid is disclosed (for example, patents). Reference 3). By the method shown in Patent Document 3, SiC ceramics having high oxidation resistance, high strength and a large surface area can be obtained.
JP 05-306111 A (Claim 1, paragraph [0023]) JP 2003-002625 A (Claim 1, paragraph [0011]) JP 2003-026483 A (Claim 2, paragraph [0006], FIG. 1)

しかしながら、上記特許文献1及び2の方法は、既存の炭化珪素体に対して施すことで比表面積をある程度にまで高めることができるため、後処理工程としては有用であるが、特許文献1の方法では高い処理温度で、かつ処理環境を厳密に管理する必要があり、また高い比表面積を有するシリコンカーバイド系多孔質体を得るためには、一旦、ある程度の比表面積を有する多孔質体を製造した後に、更に後処理として施すため、複数工程を施す必要があり、工程が煩雑である。更に、上記特許文献3の製造方法で得られるSiCセラミックスは、その図1に示されるように、その比表面積が最大でも40m2/g程度のものしか製造できておらず、触媒担体等の用途に供するには、十分とはいえない。
本発明の目的は、高い比表面積を有するシリコンカーバイド系多孔質体の製造方法を提供することにある。
However, the methods of Patent Documents 1 and 2 described above are useful as a post-treatment step because the specific surface area can be increased to some extent by applying to the existing silicon carbide body. Then, it is necessary to strictly control the processing environment at a high processing temperature, and in order to obtain a silicon carbide based porous body having a high specific surface area, a porous body having a certain specific surface area was once manufactured. Later, in order to perform further post-processing, it is necessary to perform a plurality of steps, and the steps are complicated. Furthermore, as shown in FIG. 1, the SiC ceramic obtained by the production method of Patent Document 3 can only be produced having a specific surface area of about 40 m 2 / g at the maximum. Not enough to serve.
An object of the present invention is to provide a method for producing a silicon carbide based porous body having a high specific surface area.

請求項に係る発明は、図1に示すように、粒径が数十μmで、細孔が2〜50nmのメソ孔を有するメソポーラスシリカ粉末11の細孔内部にポリカルボシランのシリコンカーバイド前駆体溶液12を充填する工程と、充填粉末13を乾燥させて充填した溶液に含まれる溶媒成分を除去する工程と、充填粉末13を大気圧下、100〜200℃で1〜24時間保持して細孔中の前駆体に不融化処理を施す工程と、充填粉末13を不活性ガス雰囲気下、1000〜1200℃で1〜2時間焼成する工程と、シリカを溶解するエッチング液を用いて焼成した粉末14よりメソポーラスシリカ11を消失させることで、三次元網目状に形成され、かつ網目内部の空孔が連続気孔構造を有し、主としてシリコンカーバイドから構成され、前記シリコンカーバイドだけでなく、シリコンカーバイドに酸素が一部結合したSiC x y の構造を有する化合物の双方を含む、BET比表面積が450〜700m 2 /gのシリコンカーバイド系多孔質体を得る工程とを含むことを特徴とするシリコンカーバイド系多孔質体の製造方法である。
なお、SiC x y のxは1〜1.5の範囲であり、yは0〜0.5の範囲である。
As shown in FIG. 1, the invention according to claim 1 is a silicon carbide precursor of polycarbosilane inside the pores of mesoporous silica powder 11 having a mesopore size of several tens of μm and pores of 2 to 50 nm. a step of filling the body solution 12, and removing the solvent component contained in the solution filled by drying the filled powder 13, a packing powder 13 under atmospheric pressure, and held for 1 to 24 hours at 100 to 200 ° C. The step of subjecting the precursor in the pores to infusibilization , the step of firing the filling powder 13 at 1000 to 1200 ° C. for 1 to 2 hours under an inert gas atmosphere, and firing using an etching solution that dissolves silica. by causing than the powder 14 is lost mesoporous silica 11 is formed on the three-dimensional network, and has pores continuous pore structure of the internal network, consists mainly silicon carbide, said silicon Not only carbide include both compounds having a structure of SiC x O y oxygen to silicon carbide is bonded portion, and a step of BET specific surface area to obtain a silicon carbide-based porous body of 450~700m 2 / g It is a manufacturing method of the silicon carbide type porous body characterized by including.
Note that x in SiC x O y is in the range of 1 to 1.5, and y is in the range of 0 to 0.5.

請求項に係る発明は、請求項に係る発明であって、シリコンカーバイド前駆体溶液12を構成するシリコンカーバイド前駆体がポリカルボシランであって、溶媒がテトラヒドロフラン(以下、THFという。)又はトルエンである製造方法である。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1 , wherein the silicon carbide precursor constituting the silicon carbide precursor solution 12 is polycarbosilane, and the solvent is tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF) or. It is a manufacturing method which is toluene.

本発明の製造方法で得られるシリコンカーバイド系多孔質体は、SiCが有する高い耐熱温度、優れた熱伝導性と電気伝導性、化学的安定性等の特性を備えるとともに、高い比表面積を有するという利点がある。
The silicon carbide based porous material obtained by the production method of the present invention has characteristics such as high heat resistance, excellent thermal conductivity and electrical conductivity, chemical stability, etc. possessed by SiC, and has a high specific surface area. There are advantages.

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
本発明者はシリコンカーバイド系多孔質体について、メソポーラスシリカ粉末を鋳型として用い、このシリカ粉末が有するメソ孔にシリコンカーバイド前駆体溶液を充填し、所定の処理を施した後に焼成して、シリカ粉末内部にシリコンカーバイドを形成し、更に、メソポーラスシリカ粉末のシリカ成分を除去することで高い比表面積を有するシリコンカーバイド系多孔質体が得られることを知見した。本発明のシリコンカーバイド系多孔質体は、三次元網目状に形成され、かつ網目内部の空孔が連続気孔構造を有し、主としてシリコンカーバイドから構成されたことを特徴とする。本発明のシリコンカーバイド系多孔質体のBET比表面積は450〜700m2/gである。上記範囲としたのは鋳型となるメソポーラスシリカ粉末が有するメソ孔の大きさによっても異なるが、下限値未満ではその使用用途に供するのに十分ではなく、上限値を越えると強度に劣るためである。本発明のシリコンカーバイド系多孔質体は、シリコンカーバイドだけでなく、シリコンカーバイドに酸素が一部結合したSiCxyの構造を有する化合物の双方を含む。SiCxyのxは1〜1.5の範囲であり、yは0〜0.5の範囲である。
Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
The present inventor used mesoporous silica powder as a mold for silicon carbide based porous material, filled mesopores of this silica powder with a silicon carbide precursor solution, subjected to predetermined treatment, and fired to obtain silica powder. It was found that a silicon carbide based porous body having a high specific surface area can be obtained by forming silicon carbide inside and further removing the silica component of the mesoporous silica powder. The silicon carbide based porous body of the present invention is characterized in that it is formed in a three-dimensional network shape, and the pores inside the network have a continuous pore structure and are mainly composed of silicon carbide. The BET specific surface area of the silicon carbide based porous material of the present invention is 450 to 700 m 2 / g. The above range depends on the size of the mesopores of the mesoporous silica powder used as a mold, but if it is less than the lower limit, it is not sufficient for use, and if it exceeds the upper limit, the strength is poor. . The silicon carbide based porous material of the present invention includes not only silicon carbide but also a compound having a SiC x O y structure in which oxygen is partially bonded to silicon carbide. In the SiC x O y , x is in the range of 1 to 1.5, and y is in the range of 0 to 0.5.

次に本発明のシリコンカーバイド系多孔質体の製造方法について説明する。
先ず、図1に示すように、メソポーラスシリカ粉末11の細孔内部にシリコンカーバイド前駆体溶液12を充填する。メソポーラスシリカ粉末11としては、粒径が数十μm程度で、細孔が2〜50nm程度のメソ孔を有するものが好適である。またシリコンカーバイド前駆体溶液12を構成するシリコンカーバイド前駆体としてはポリカルボシランが、溶媒としてはTHF、トルエンがそれぞれ挙げられる。前駆体溶液12にメソポーラスシリカ粉末11を浸漬、攪拌することで、メソポーラスシリカ粉末11の細孔内部にシリコンカーバイド前駆体溶液12が充填される。この充填の際に、減圧してシリカ粉末の細孔内を脱気することが好ましい。次いで、前駆体溶液から充填粉末13を取り出して、フィルターで濾過した後、充填粉末13を乾燥させて充填した溶液に含まれる溶媒成分を除去する。ここでの乾燥は自然乾燥で十分である。
Next, the manufacturing method of the silicon carbide based porous material of the present invention will be described.
First, as shown in FIG. 1, the silicon carbide precursor solution 12 is filled into the pores of the mesoporous silica powder 11. As the mesoporous silica powder 11, those having mesopores having a particle size of about several tens of μm and pores of about 2 to 50 nm are suitable. Moreover, polycarbosilane is mentioned as a silicon carbide precursor which comprises the silicon carbide precursor solution 12, and THF and toluene are mentioned as a solvent, respectively. The silicon carbide precursor solution 12 is filled inside the pores of the mesoporous silica powder 11 by immersing and stirring the mesoporous silica powder 11 in the precursor solution 12. During the filling, it is preferable to deaerate the pores of the silica powder by reducing the pressure. Next, after the filling powder 13 is taken out from the precursor solution and filtered through a filter, the filling powder 13 is dried to remove the solvent component contained in the filled solution. Natural drying is sufficient for drying here.

続いて、充填粉末13を大気圧下、100〜200℃で1〜24時間保持して細孔中の前駆体に不融化処理を施す。この工程を施すことで、後に続く工程で焼成している間に、充填した前駆体が融解することがなくなる。また、後に続く工程で焼成して得られるSiCxyの酸素割合を低くすることができる。100℃未満ではその効果が得られず、200℃を越えると、前駆体の酸化が過度に進行し化学的安定性に欠ける不具合を生じる。また、保持時間が1時間未満では十分な効果が得られず、24時間を越えてもその効果はかわらない。150〜200℃で12〜24時間保持することが特に好ましい。次に、充填粉末13を不活性ガス雰囲気下、1000〜1200℃で1〜2時間焼成する。この焼成によりシリカ粉末の細孔中の前駆体がシリコンカーバイド、或いはシリコンカーバイドに酸素が一部結合したSiCxyとなる。不活性ガスとしては窒素ガス、希ガスなどが挙げられる。1000℃未満ではシリコンカーバイド中の組成が十分ではなく、耐薬品性に劣る多孔質体となる。1200℃を越えてもシリコンカーバイドは得られるが、焼成炉等の性能から上記上限値とした。また、保持時間が1時間未満ではシリコンカーバイド中の組成が十分ではなく、耐薬品性に劣る多孔質体となる。2時間を越えてもその効果はかわらない。1100〜1200℃で1〜2時間保持することが特に好ましい。更に、シリカを溶解するエッチング液を用いて焼成した粉末14よりメソポーラスシリカ11を溶解除去することによりシリカ成分を消失させることにより、シリコンカーバイド系多孔質体15が得られる。シリカを消失させるためのエッチング液としては、フッ化水素酸溶液、NaOH飽和溶液等が挙げられる。 Subsequently, the filled powder 13 is held at 100 to 200 ° C. for 1 to 24 hours under atmospheric pressure to subject the precursor in the pores to infusibilization. By applying this process, the filled precursor is not melted during firing in the subsequent process. Further, it is possible to lower the proportion of oxygen SiC x O y obtained by baking in a step that follows later. If the temperature is lower than 100 ° C., the effect cannot be obtained. If the temperature is higher than 200 ° C., the precursor is excessively oxidized, resulting in a defect that lacks chemical stability. Further, if the holding time is less than 1 hour, a sufficient effect cannot be obtained, and if it exceeds 24 hours, the effect does not change. It is particularly preferable to hold at 150 to 200 ° C. for 12 to 24 hours. Next, the filling powder 13 is fired at 1000 to 1200 ° C. for 1 to 2 hours in an inert gas atmosphere. By this firing, the precursor in the pores of the silica powder becomes silicon carbide or SiC x O y in which oxygen is partially bonded to silicon carbide. Examples of the inert gas include nitrogen gas and rare gas. If it is less than 1000 degreeC, the composition in a silicon carbide is not enough, and it becomes a porous body inferior to chemical resistance. Although silicon carbide can be obtained even when the temperature exceeds 1200 ° C., the upper limit is determined from the performance of the firing furnace or the like. Further, if the holding time is less than 1 hour, the composition in the silicon carbide is not sufficient, and the porous body is inferior in chemical resistance. The effect does not change even if it exceeds 2 hours. It is particularly preferable to hold at 1100 to 1200 ° C. for 1 to 2 hours. Furthermore, the silicon carbide based porous body 15 is obtained by eliminating the silica component by dissolving and removing the mesoporous silica 11 from the powder 14 fired using an etching solution for dissolving silica. Examples of the etching solution for eliminating silica include a hydrofluoric acid solution and a saturated NaOH solution.

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
<実施例1>
先ず、粒径が数十μmのメソポーラスシリカ粉末(日本化学工業社製;商品名シリファム)を用意した。また、ポリカルボシランをTHFに所定の割合で添加してシリコンカーバイド前駆体溶液を調製した。次いで、調製した前駆体溶液にメソポーラスシリカ粉末を浸漬、攪拌することで、メソポーラスシリカ粉末の細孔内部にシリコンカーバイド前駆体溶液を充填した。次に、充填粉末を取り出し、フィルターで濾過した後、充填粉末を自然乾燥して充填した溶液に含まれる溶媒成分を除去した。続いて、充填粉末を大気圧下、200℃で24時間保持して細孔中の前駆体に不融化処理を施した。次に、充填粉末を窒素ガス雰囲気下、1000℃で1時間焼成することにより、細孔中の前駆体をシリコンカーバイドとした。更に、50重量%フッ化水素酸溶液をエッチング液として用意し、このエッチング液で焼成した粉末のメソポーラスシリカを溶解除去することによりシリカ成分を消失させ、シリコンカーバイド系多孔質体を得た。
Next, examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples.
<Example 1>
First, mesoporous silica powder (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd .; trade name Sirifam) having a particle size of several tens of μm was prepared. Further, polycarbosilane was added to THF at a predetermined ratio to prepare a silicon carbide precursor solution. Next, the mesoporous silica powder was immersed in the prepared precursor solution and stirred to fill the pores of the mesoporous silica powder with the silicon carbide precursor solution. Next, the filled powder was taken out and filtered through a filter, and then the solvent component contained in the filled solution was removed by naturally drying the filled powder. Subsequently, the filled powder was held at 200 ° C. for 24 hours under atmospheric pressure to subject the precursor in the pores to infusibilization. Next, the filler powder was fired at 1000 ° C. for 1 hour in a nitrogen gas atmosphere, so that the precursor in the pores was silicon carbide. Furthermore, a 50 wt% hydrofluoric acid solution was prepared as an etching solution, and the silica component was eliminated by dissolving and removing powdered mesoporous silica fired with this etching solution to obtain a silicon carbide based porous material.

<比較例1>
活性炭素繊維を比較検体として用意した。
<比較例2>
平均長径15μm、平均短径10μmのシリコンカーバイド系繊維(日本カーボン社製;商品名:ニカロン)を比較検体として用意した。
<比較例3>
平均粒径1μmのβ型シリコンカーバイド粉末を比較検体として用意した。
<Comparative Example 1>
Activated carbon fiber was prepared as a comparative specimen.
<Comparative example 2>
Silicon carbide fibers (manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd .; trade name: Nicalon) having an average major axis of 15 μm and an average minor axis of 10 μm were prepared as comparative samples.
<Comparative Example 3>
A β-type silicon carbide powder having an average particle size of 1 μm was prepared as a comparative specimen.

<比較試験1>
実施例1の多孔質体及び比較例1〜3の比較検体について以下の試験を行った。
(1) 得られた実施例1の多孔質体及び用意した比較例1〜3の比較検体についてBET比表面積を測定した。
(2) 16mol/lの濃硝酸を用意し、実施例1の多孔質体及び比較例1の比較検体を濃硝酸に浸漬して室温で1週間保持する濃硝酸処理を行った後に、BET比表面積を測定した。
(3) 16mol/lの濃硝酸を用意し、実施例1の多孔質体及び比較例1の比較検体を濃硝酸に浸漬して100℃で3時間保持する濃硝酸処理を行った後に、BET比表面積を測定した。
得られたBET比表面積結果を表1にそれぞれ示す。
<Comparison test 1>
The following tests were conducted on the porous body of Example 1 and the comparative specimens of Comparative Examples 1 to 3.
(1) The BET specific surface area of the obtained porous material of Example 1 and the prepared comparative samples of Comparative Examples 1 to 3 were measured.
(2) 16 mol / l of concentrated nitric acid was prepared, and the porous body of Example 1 and the comparative sample of Comparative Example 1 were immersed in concentrated nitric acid and subjected to concentrated nitric acid treatment that was held at room temperature for 1 week, and then the BET ratio. The surface area was measured.
(3) After preparing 16 mol / l concentrated nitric acid, the porous body of Example 1 and the comparative sample of Comparative Example 1 were immersed in concentrated nitric acid and treated at 100 ° C. for 3 hours, followed by BET. The specific surface area was measured.
The obtained BET specific surface area results are shown in Table 1, respectively.

Figure 0004478797
Figure 0004478797

表1より明らかなように、試験(1)において、実施例1のシリコンカーバイド系多孔質体及び比較例1の活性炭素繊維は、高い比表面積値が得られていた。一方、多孔質構造とはなっていない比較例2のシリコンカーバイド系繊維並びに比較例3のβ型シリコンカーバイド粉末はBET比表面積値が低い結果となった。比較例1の活性炭素繊維は、試験(2)の濃硝酸処理後では、試験(1)の濃硝酸処理を施さないBET比表面積値に比べてBET比表面積値が大幅に低下していた。濃硝酸処理によって炭素繊維が酸化されて細孔が失われた結果であると考えられる。また試験(3)の濃硝酸処理後では、活性炭素繊維の全てが消失してしまい、BET比表面積の測定ができなかった。一方、実施例1のシリコンカーバイド系多孔質体では、その理由は定かではないが、試験(2)の濃硝酸処理後、試験(3)の濃硝酸処理後では、それぞれBET比表面積値が試験(1)の濃硝酸処理を施さないBET比表面積値に比べて高くなっていた。   As is clear from Table 1, in test (1), the silicon carbide porous material of Example 1 and the activated carbon fiber of Comparative Example 1 had high specific surface area values. On the other hand, the silicon carbide fiber of Comparative Example 2 that does not have a porous structure and the β-type silicon carbide powder of Comparative Example 3 resulted in low BET specific surface area values. The activated carbon fiber of Comparative Example 1 had a significantly lower BET specific surface area value after the concentrated nitric acid treatment in Test (2) than the BET specific surface area value that was not subjected to the concentrated nitric acid treatment in Test (1). This is thought to be the result of the loss of pores due to oxidation of carbon fibers by concentrated nitric acid treatment. Further, after the concentrated nitric acid treatment in Test (3), all of the activated carbon fibers disappeared, and the BET specific surface area could not be measured. On the other hand, in the silicon carbide based porous material of Example 1, the reason is not clear, but after the concentrated nitric acid treatment in the test (2) and after the concentrated nitric acid treatment in the test (3), the BET specific surface area values were tested. It was higher than the BET specific surface area value of (1) not subjected to concentrated nitric acid treatment.

<比較試験2>
実施例1のシリコンカーバイド系多孔質体、比較例2のシリコンカーバイド系繊維並びに比較例3のβ型シリコンカーバイド粉末をそれぞれX線回折測定した。得られたX線回折結果を図2に示す。
図2より明らかなように、結晶性の高い比較例3のβ型シリコンカーバイド粉末は、特徴のあるピークが得られており結晶性が高いことが判る。一方、実施例1の多孔質体及び比較例2のシリコンカーバイド系繊維は、明確なピーク値が得られておらず、それぞれ結晶性が低い構造であると考えられる。また、比較例2のシリコンカーバイド系繊維では20°〜30°の回折強度が小さいのに対し、実施例1の多孔質体では回折強度が大きく、両者の結晶構造は異なるものと推察される。
<Comparison test 2>
X-ray diffraction measurement was performed on the silicon carbide based porous body of Example 1, the silicon carbide based fiber of Comparative Example 2, and the β-type silicon carbide powder of Comparative Example 3. The obtained X-ray diffraction results are shown in FIG.
As can be seen from FIG. 2, the β-type silicon carbide powder of Comparative Example 3 having high crystallinity has a characteristic peak and high crystallinity. On the other hand, the porous body of Example 1 and the silicon carbide fiber of Comparative Example 2 do not have clear peak values, and are considered to have a structure with low crystallinity. Further, the silicon carbide fiber of Comparative Example 2 has a small diffraction intensity of 20 ° to 30 °, whereas the porous body of Example 1 has a high diffraction intensity, and it is presumed that the crystal structures of the two are different.

<比較試験3>
実施例1のシリコンカーバイド系多孔質体及び比較例1の活性炭素繊維について熱重量分析測定を行った。測定条件は大気中、昇温時間5℃/分である。得られた熱重量分析結果を図3に示す。
図3より明らかなように、比較例1の活性炭素繊維では500℃を越えたあたりから急激な重量減少が生じ、600℃に達するあたりで重量減少率が−100%となり、測定サンプルが全て消失した。この消失は活性炭素繊維が燃焼してしまったためと考えられる。一方、実施例1のシリコンカーバイド系多孔質体では、500℃を越えたあたりで約20%程度の重量減少が生じたが、その後は800℃を越えても、大きな重量変化はなく、難燃性に優れた多孔質体であることが判った。
<Comparison test 3>
Thermogravimetric analysis was performed on the silicon carbide porous material of Example 1 and the activated carbon fiber of Comparative Example 1. Measurement conditions are a temperature rising time of 5 ° C./min in the atmosphere. The obtained thermogravimetric analysis results are shown in FIG.
As is clear from FIG. 3, the activated carbon fiber of Comparative Example 1 suddenly loses weight when the temperature exceeds 500 ° C., and when reaching 600 ° C., the weight reduction rate becomes −100%, and all the measurement samples disappear. did. This disappearance is thought to be due to the burning of the activated carbon fiber. On the other hand, in the silicon carbide based porous material of Example 1, a weight loss of about 20% occurred when the temperature exceeded 500 ° C., but there was no significant weight change even after exceeding 800 ° C. It was found to be a porous body having excellent properties.

本発明のシリコンカーバイド系多孔質体は比表面積が大きく、ナノ細孔も有しているので、活性炭の用途と同様に、吸着剤、脱臭剤、排ガスフィルター、高温化学反応用触媒担体への応用など様々な用途に適用できる。また、導電性を付与することで、電気二重層キャパシタの電極材としての利用も可能である。   Since the silicon carbide based porous material of the present invention has a large specific surface area and also has nanopores, it can be applied to an adsorbent, a deodorant, an exhaust gas filter, and a catalyst carrier for high-temperature chemical reaction as well as the use of activated carbon. It can be applied to various uses. In addition, by providing conductivity, it can be used as an electrode material for an electric double layer capacitor.

本発明のシリコンカーバイド系多孔質体の製造方法を示す工程図。Process drawing which shows the manufacturing method of the silicon carbide type porous body of this invention. 比較試験2におけるX線回折結果を示す図。The figure which shows the X-ray-diffraction result in the comparative test 2. 比較試験3における熱重量分析結果を示す図。The figure which shows the thermogravimetric analysis result in the comparative test 3. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

11 メソポーラスシリカ粉末
12 シリコンカーバイド前駆体溶液
13 充填粉末
14 焼成した粉末
15 シリコンカーバイド系多孔質体
11 Mesoporous silica powder 12 Silicon carbide precursor solution 13 Filled powder 14 Baked powder 15 Silicon carbide based porous body

Claims (2)

粒径が数十μmで、細孔が2〜50nmのメソ孔を有するメソポーラスシリカ粉末(11)の細孔内部にポリカルボシランのシリコンカーバイド前駆体溶液(12)を充填する工程と、
前記充填粉末(13)を乾燥させて前記充填した溶液に含まれる溶媒成分を除去する工程と、
前記充填粉末(13)を大気圧下、100〜200℃で1〜24時間保持して細孔中の前駆体に不融化処理を施す工程と、
前記充填粉末(13)を不活性ガス雰囲気下、1000〜1200℃で1〜2時間焼成する工程と、
シリカを溶解するエッチング液を用いて前記焼成した粉末(14)より前記メソポーラスシリカ(11)を消失させることで、三次元網目状に形成され、かつ網目内部の空孔が連続気孔構造を有し、主としてシリコンカーバイドから構成され、前記シリコンカーバイドだけでなく、シリコンカーバイドに酸素が一部結合したSiC x y の構造を有する化合物の双方を含む、BET比表面積が450〜700m 2 /gのシリコンカーバイド系多孔質体を得る工程と
を含むことを特徴とするシリコンカーバイド系多孔質体の製造方法。
なお、SiC x y のxは1〜1.5の範囲であり、yは0〜0.5の範囲である。
Filling a silicon carbide precursor solution (12) of polycarbosilane into pores of mesoporous silica powder (11) having a particle size of several tens of μm and pores having mesopores of 2 to 50 nm ;
Removing the solvent component contained in the filled solution by drying the filled powder (13);
Holding the filled powder (13) at 100 to 200 ° C. under atmospheric pressure for 1 to 24 hours to subject the precursor in the pores to infusibilization ;
Baking the filled powder (13) at 1000 to 1200 ° C. for 1 to 2 hours in an inert gas atmosphere;
By removing the mesoporous silica (11) from the calcined powder (14) using an etching solution that dissolves silica , a three-dimensional network is formed, and pores inside the network have a continuous pore structure. Silicon having a BET specific surface area of 450 to 700 m 2 / g , mainly composed of silicon carbide, including not only the silicon carbide but also a compound having a SiC x O y structure in which oxygen is partially bonded to silicon carbide. And a step of obtaining a carbide-based porous body. A method for producing a silicon carbide-based porous body.
Note that x in SiC x O y is in the range of 1 to 1.5, and y is in the range of 0 to 0.5.
シリコンカーバイド前駆体溶液(12)を構成するシリコンカーバイド前駆体がポリカルボシランであって、溶媒がテトラヒドロフラン又はトルエンである請求項記載の製造方法。 The production method according to claim 1 , wherein the silicon carbide precursor constituting the silicon carbide precursor solution (12) is polycarbosilane, and the solvent is tetrahydrofuran or toluene.
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