Пористый углеродный материал, способ его получения, адсорбенты, маски, впитывающие листы и носители

Пористый углеродный материал, способ его получения, адсорбенты, маски, впитывающие листы и носители

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к пористым углеродным материалам, в которых используются материалы растительного происхождения в качестве сырья и способу их производства, а также к адсорбентам, маскам, впитывающим листам и носителям.

Уровень техники

В последние годы широкое распространение получило портативное электронное оборудование, такое как VTR (УЗВ, устройство записи на видеоленту, интегрированное в камеру), цифровые фотокамеры, сотовые телефоны, портативные информационные терминалы и персональные компьютеры типа портативного компьютера, и было бы весьма предпочтительно уменьшить их размеры, вес и увеличить срок службы. Для удовлетворения этой потребности выполняют разработку батарей, в частности аккумуляторных батарей, имеющих малый вес и обеспечивающих высокую плотность энергии, в качестве источников питания портативного электронного оборудования.

Среди них весьма перспективными считаются аккумуляторные батареи, в которых применяют литий в качестве реагента электрода в реакции заряда-разряда и используется его окклюзия и высвобождение (так называемые литий-ионные аккумуляторные батареи), поскольку они обеспечивают высокую плотность энергии по сравнению со свинцовыми батареями и никель-кадмиевыми батареями. В этих литий-ионных аккумуляторных батареях широкое применение получили углеродные материалы, используемые в качестве активных материалов анода в анодах (см., например, выложенный японский патент № Sho 62-090863). В качестве таких углеродных материалов, используемых для поддержания низкого уровня производственных затрат и получения улучшенных характеристик батареи, применяют, например, такие материалы, как пековый кокс, игольчатый кокс и нефтяной кокс, и спеченные продукты органических высокомолекулярных соединений, полученные в результате спекания и карбонизации фурановых смол, природных высокомолекулярных материалов и т.п., при соответствующих температурах (см., например, выложенный японский патент № Hei 4-308670). Кроме того, раскрыта технология, с помощью которой выполняют спекание органических высокомолекулярных соединений для получения пористого углеродного материала, имеющего трехмерную регулярность, например, в выложенном японском патенте №2005-262324, в котором также предложено использовать пористый углеродный материал в качестве активного материала анода.

Кроме того, углеродные материалы, полученные в результате спекания кристаллической целлюлозы, также используют в качестве активных материалов анода, поскольку такая кристаллическая целлюлоза обладает меньшей степенью вариаций кристалличности по сравнению с синтезированными высокомолекулярными соединениями (см., например, выложенный японский патент № Hei 2-054866). Такие углеродные материалы также приобретают большую емкость заряда по сравнению с коксами. В углеродных материалах, полученных в результате спекания кристаллической целлюлозы, однако, скрытые ионы лития высвобождаются с трудом. Высокая эффективность заряда поэтому трудно достигается, в результате чего наблюдают тенденцию уменьшения плотности энергии во всей батарее.

Неиспользуемые части растений, таких как овощи и злаковые, в основном выбрасывают. Однако существует большая потребность в эффективном использовании этих неиспользуемых частей для улучшения и сохранения глобальной окружающей среды. В качестве одного примера эффективного использования таких неиспользуемых частей можно упомянуть обработку карбонизации. Также исследуется возможность использования в качестве активного анодного материала для литий-ионных аккумуляторных батарей углеродного материала, полученного в результате карбонизации такого материала растительного происхождения (см., например, японский патент №3565994, японский патент №3719790 и публикацию патента РСТ № WO 96/27911).

Кроме того, у пациентов, страдающих болезнями печени или болезнями почек, токсичные вещества удаляют из организма путем гемодиализа. Однако для гемодиализа требуется специальная система и оператор-эксперт, и, кроме того, такая система предоставляет физический и/или психический дискомфорт или боль для пациентов. В таких условиях привлекают внимание адсорбенты перорального приема, изготовленные из активированного угля и имеющие высокую безопасность для организма и стабильность, такие как KREMEZIN (см. публикацию японского патента № Sho 62-11611). Кроме того, также были предложены агенты против ожирения, антидиабетические агенты, антивоспалительные агенты для лечения болезней кишечника, пуриновые адсорбенты и т.п., в которых используется активированный уголь. В настоящее время выполняются широкомасштабные научно-технические исследования возможности применения активированного угля в области медицины.

Кроме того, для обеспечения эффективного воздействия лекарства в организме требуется обеспечить возможность воздействия соответствующего количества лекарства в течение адекватного времени. С этой целью предпочтительно использовать носитель, который может управлять скоростью высвобождения лекарства. Адсорбция лекарства в таком носителе позволяет постоянно высвобождать лекарство с заданным постоянным уровнем. Такой комплекс лекарство-носитель можно использовать, например, в качестве трансдермальных препаратов, обладающих способностью впитывания через кожу и оказывающих местное воздействие, которые передают лекарство через кожу, или как лекарственные препараты для перорального приема. Носитель состоит, например, из углерода, который является нетоксичным и обладает химической устойчивостью неорганического материала, такого как глинозем или кремнезем, или органического материала, такого как целлюлоза или полиэтиленоксид. В последние годы, однако, появились сообщения о некоторых примерах использования углеродных материалов в качестве носителей (см., например, выложенный японский патент №2005-343885). Также появились отчеты об удобрениях с замедленным высвобождением в результате использования активированного угля (см., например, японский патент №3694305).

Раскрытие сущности изобретения

Тем не менее технологии обработки карбонизацией материалов растительного происхождения не считаются достаточными, и для получаемых углеродных материалов все еще желательно выполнить дополнительное улучшение их функции. Однако считается, что, когда углеродные материалы растительного происхождения используют в электрохимических устройствах, таких как батареи, такие как литий-ионные аккумуляторные батареи, или в электрических двухслойных конденсаторах, достаточные характеристики обеспечиваются с трудом. В соответствии с этим до сих пор остается неудовлетворенной сильная потребность в получении углеродного материала, который мог бы проявлять еще лучшие характеристики при использовании в электрохимических устройствах. Также существуют не удовлетворенная до сих пор сильная потребность в развитии пористых углеродных материалов для использования в качестве адсорбентов, пригодных для перорального приема при заболеваниях почек и заболеваниях печени, развитии пористых углеродных материалов с целью адсорбции вредных для организма белков или вирусов или медицинских адсорбирующих препаратов, обладающих еще лучшими характеристиками адсорбции, и развитии пористых углеродных материалов, пригодных для использования в качестве носителей, позволяющих адекватно управлять скоростью высвобождения лекарства.

Цель настоящего изобретения поэтому состоит в том, чтобы обеспечить пористый углеродный материал, который обладает высокой функциональностью, позволяет получать отличные характеристики при использовании, например, в электрохимическом устройстве, таком как батарея, такая как литий-ионная аккумуляторная батарея, или в двухслойном электрическом конденсаторе и обладает отличными характеристиками адсорбции и характеристиками высвобождения лекарства, и способ его производства, а также адсорбент, маску, впитывающий лист и носитель.

Пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением, для достижения описанных выше целей, может быть получен из материала растительного происхождения, имеющего содержание кремния (Si), по меньшей мере, 5 мас.%, используемого в качестве сырья, и имеет значение удельной площади поверхности, по меньшей мере, 10 м²/г, измеряемое с помощью способа азотного BET, содержание кремния (Si) не более 1 мас.% и объем пор, по меньшей мере, 0,1 см³/т, измеряемый с помощью способа BJH и способа МР.

В пористом углеродном материале в соответствии с настоящим изобретением может быть предпочтительно, но без ограничения в этом отношении, чтобы содержание магния (Mg) составляло, по меньшей мере, 0,01 мас.%, но не более 3 мас.%, содержание калия (K) составляло, по меньшей мере, 0,01 мас.%, но не более 3 мас.%, и содержание кальция (Са) составляло, по меньшей мере, 0,05 мас.%, но не более 3 мас.%.

Способ в соответствии с настоящим изобретением для производства пористого углеродного материала из материала растительного происхождения, в качестве материала сырья для получения описанной выше цели, заключается в том, что проводят карбонизацию материала растительного происхождения при температуре от 800°С до 1400°С и затем применяют обработку кислотой или щелочью.

Термин "карбонирование" или " карбонизация", используемый здесь, обычно подразумевает обработку органического вещества ("материала растительного происхождения" в настоящем изобретении) теплом для преобразования его в углеродистый материал (см., например, JIS М. 0104-1984). Следует отметить, что в качестве атмосферы для карбонизации можно упомянуть атмосферу, не содержащую кислород. В частности, можно упомянуть условия вакуума, атмосферу инертного газа, такого как газообразный азот или газообразный аргон, или атмосферу, которая переводит материал в такую форму, как если бы его поджарили на сковороде с закрытой крышкой. При этом можно отметить, что в такой атмосфере используют скорость повышения температуры карбонизации 1°С/мин или выше, предпочтительно 3°С/мин или выше, более предпочтительно 5°С/мин или выше. В качестве верхнего предела времени карбонизации, с другой стороны, можно отметить 10 часов, предпочтительно 7 часов, более предпочтительно 5 часов, хотя верхний предел не ограничивается этим временем. Нижний предел времени карбонизации может представлять собой время, за которое материал растительного происхождения может быть надежно карбонизирован. Кроме того, материал растительного происхождения может быть размолот до требуемого размера частиц в соответствии с необходимостью, и, кроме того, можно проводить его сортировку. Кроме того, материал растительного происхождения можно заранее промывать.

В способе в соответствии с настоящим изобретением для производства пористого углеродного материала способ может быть выполнен на практике в таком варианте выполнения, что обработку активации применяют после обработки кислотой или щелочью. Такой вариант воплощения позволяет увеличить микропоры (более подробно описано ниже), размер пор которых меньше 2 нм. В качестве способа обработки активации можно упомянуть способ активации газом или способ химической активации. Термин "способ активации газом" означает способ, при котором кислород, пар, газообразный углекислый газ, воздух или тому подобное используют в качестве активатора и пористый углеродный материал нагревают в такой атмосфере с температурой 700°С-1000°С в течение периода от нескольких десятков минут до нескольких часов для развития микроструктуры с использованием летучих компонентов и молекул углерода в пористом углеродном материале. Следует отметить, что температуру нагрева можно выбирать в соответствии с необходимостью на основе вида материала растительного происхождения, вида и концентрации газа и так далее. Предпочтительно, однако, чтобы температура нагрева составляла, по меньшей мере, 800°С, но не более 950°С. Термин "способ химической активации", используемый здесь, с другой стороны, означает способ, при котором активацию осуществляют с использованием хлорида цинка, хлорида железа, фосфата кальция, гидроксида кальция, карбоната магния, карбоната калия, серной кислоты или тому подобного, вместо кислорода или пара, используемых в способе активации газом, после чего выполняют промывку соляной кислотой, регулируют рН, используя раствор водной щелочи, и выполняют сушку.

В способе в соответствии с настоящим изобретением, включая описанные выше предпочтительные варианты воплощения, для производства пористого углеродного материала удаляют компоненты кремния из материала растительного происхождения после его карбонизации, используя обработку кислотой или щелочью. Здесь в качестве компонентов кремния можно упомянуть окисленные компоненты кремния, такие как диоксиды кремния, оксид кремния и соли оксида кремния.

В способе в соответствии с настоящим изобретением, включая описанные выше предпочтительные варианты воплощения и детали, для производства пористого углеродного материала может потребоваться, чтобы содержание кремния (Si) в материале растительного происхождения составляло, по меньшей мере, 5 мас.% и чтобы в пористом углеродном материале значение удельной площади поверхности составляло, по меньшей мере, 10 м²/г, которое измеряют с помощью способа азотного BET, содержание кремния (Si) составляло не более 1 мас.% и объем пор составлял, по меньшей мере, 0,1 см³/г, который измеряют с помощью способа BJH и способа МР. Кроме того, в способе в соответствии с настоящим изобретением, включая предпочтительные варианты воплощения и свойства, для производства пористого углеродного материала может быть предпочтительным, чтобы в пористом углеродном материале содержание магния (Mg) составляло, по меньшей мере, 0,01 мас.%, но не более 3% мас., содержание калия (К) составляло, по меньшей мере, 0,01 мас.%, но не более 3 мас.%, и содержание кальция (Са) составляло, по меньшей мере, 0,05 мас.%, но не более 3 мас.%. Кроме того, в способе в соответствии с настоящим изобретением, включая описанные выше предпочтительные варианты воплощения и свойства, для производства пористого углеродного материала может быть предпочтительным применять тепловую обработку (обработку предварительной карбонизации) материала растительного происхождения при более низкой температуре (например, 400°С-700°С), чем температура карбонизации, в условиях отсутствия кислорода, перед карбонизацией материала растительного происхождения, хотя это зависит от используемого материала растительного происхождения. При тепловой обработке компоненты дегтя, которые могут формироваться в ходе карбонизации, будут экстрагированы, и в результате содержание компонентов дегтя, образующихся в ходе карбонизации, можно уменьшить или устранить. Следует отметить, что состояние отсутствия кислорода может быть достигнуто, например, при использовании атмосферы инертного газа, такого как газообразный азот или газообразный аргон, в условиях вакуума или в атмосфере, которая переводит материал растительного происхождения в такую форму, как если бы он был поджарен на сковороде с крышкой. Кроме того, материал растительного происхождения предпочтительно можно погружать перед его карбонизацией в спирт (например, метиловый спирт, этиловый спирт или изопропиловый спирт) для уменьшения содержания минеральных компонентов и воды в материале растительного происхождения или для исключения возникновения неприятного запаха в ходе карбонизации, хотя это зависит от используемого материала растительного происхождения. Следует отметить, что обработку предварительной карбонизации можно выполнять после погружения. В качестве материалов, для которых предпочтительно применять тепловую обработку в атмосфере инертного газа, можно упомянуть, например, растения, которые в изобилии образуют пироуксусную кислоту (деготь и фракции масел с малым весом). В качестве материалов, для которых можно предпочтительно применять предварительную обработку спиртом, с другой стороны, можно упомянуть, например, морские водоросли, которые в изобилии содержат йод и различные минералы.

В пористом углеродном материале и в способе его производства в соответствии с настоящим изобретением, включая описанные выше различные предпочтительные варианты воплощения и свойства, в качестве материала растительного происхождения можно упомянуть шелуху зерна или рисовую солому (растение рис), ячменя, пшеницы, ржи, куриного проса или проса итальянского, тростник или стебли морских водорослей. Однако материал растительного происхождения не ограничивается такими материалами, и кроме них также можно упомянуть, например, сосудистые растения, папоротники и мхи, которые растут на суше, водоросли и морские водоросли. Следует отметить, что в качестве сырья эти материалы можно использовать по отдельности или множество из них можно использовать в комбинации. Кроме того, не накладываются какие-либо определенные ограничения на форму материала растительного происхождения. Например, шелуху зерна или солому можно использовать в том виде, как она есть, или можно использовать в форме высушенного продукта. Также возможно использовать материал, подвергавшийся одной или больше различным обработкам, таким как обработка ферментации, обработка прожаривания и обработка экстракции при обработке пищевых продуктов или напитков, таких как пиво или алкогольные напитки. В частности, с точки зрения обеспечения повторного использования промышленных отходов и ресурсов, предпочтительно использовать солому или шелуху зерен после такой обработки, как молотьба. Солома или шелуха зерен после такой обработки может быть легко получена в больших объемах, например, в сельскохозяйственных кооперативах, пивоваренных компаниях или в компаниях по производству пищевых продуктов.

Пористый углеродный материал и способ его производства в соответствии с настоящим изобретением, включая описанные выше различные предпочтительные варианты воплощения и свойства, в общем будут называться просто "настоящим изобретением" в следующем описании. Кроме того, пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением, включая описанные выше различные предпочтительные варианты воплощения и свойства, и пористые углеродные материалы, полученные в способе производства в соответствии с настоящим изобретением, в общем будут называться просто "пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением". Кроме того, материал, полученный после карбонизации материала растительного происхождения при температуре 800°С-1400°С, но перед применением кислотной или щелочной обработки, будет называться "предшественником пористого углеродного материала" или "углеродистым материалом".

В пористом углеродном материале в соответствии с настоящим изобретением могут содержаться неметаллические элементы, такие как фосфор (Р) и сера (S), и металлические элементы, такие как элементы переходной группы. Содержание фосфора (Р) может составлять, по меньшей мере, 0,01 мас.%, но не более, 3 мас.%, в то время как содержание серы (S) может составлять, по меньшей мере, 0,01 мас.%, но не более 3 мас.%. Следует отметить, что понижение содержания этих элементов и упомянутого выше магния (Mg), калия (K) и кальция (Ca) предпочтительно с точки зрения увеличения величины удельной площади поверхности, хотя это зависит от применения пористого углеродного материала. Совершенно понятно, что пористый углеродный материал также может содержать один или больше другие элементы, кроме описанных выше элементов, и описанные выше диапазоны содержания различных элементов могут изменяться в зависимости от варианта применения пористого углеродного материала.

В настоящем изобретении анализ различных элементов может быть выполнен с использованием спектроскопии с дисперсией по энергии (EDS, СДЭ), при использовании, например, рентгеноспектрального анализатора на основе способа энергетической дисперсии (например, JED-2200F, производства компании JEOL Ltd. (товарный знак)). В качестве условий измерения можно установить напряжение сканирования и ток облучения, например, равными 15 кВ и 13 мкА соответственно.

При использовании в электрохимических устройствах, таких как батареи, такие как литий-ионные аккумуляторные батареи, и двухслойные электрические конденсаторы, фосфор (Р) и сера (S) предпочтительно могут содержаться в пористом углеродном материале с точки зрения улучшения таких характеристик, как емкость и характеристики циклического использования. Когда пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением используют в качестве активного материала анода в литий-ионной аккумуляторной батарее, например, включение фосфора (Р) в пористый углеродный материал позволяет получить высокий уровень легирования лития. В результате можно получить улучшение емкости аккумуляторной батареи. С другой стороны, включение серы (S) в пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением может подавлять распад раствора электролита, что делает его пригодным для улучшений характеристик циклического использования и рабочих характеристик при высокой температуре.

Пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением можно использовать для избирательного поглощения различных ненужных молекул в организме. Поэтому пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением можно использовать как адсорбирующие препараты перорального приема или медицинские адсорбирующие препараты для медикаментов приема во внутрь или тому подобное, используемых при лечении и для предотвращения болезней. Когда пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением применяют в области адсорбирующих препаратов перорального приема или медицинских адсорбирующих препаратов, конкретные примеры адсорбента в соответствии с настоящим изобретением могут включать в себя адсорбент для поглощения креатинина, адсорбент для поглощения ализарина цианина зеленого, адсорбент для поглощения лизоцима, адсорбент для поглощения альбимина и адсорбент для поглощения органического вещества (например, органической молекулы белка), имеющего ряд средних молекулярных весов от 1×10³ до 1×10⁴, все из которых содержат пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением также можно использовать в качестве упаковочного материала (адсорбента) для колонн очистки крови. Кроме того, пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением также можно применять как адсорбент в различных масках, таких как, например, маски против сенной лихорадки, и они могут поглощать, например, белки. А именно маска в соответствии с настоящим изобретением может быть разработана в форме, в которой предусмотрен адсорбент, который содержит пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением также можно наносить на впитывающие листы. А именно впитывающий лист в соответствии с настоящим изобретением может быть разработан в форме, содержащей элемент в форме листа, который содержит пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением, и опорный элемент, поддерживающий на себе элемент в форме листа. Также, кроме того, пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением также можно использовать как адсорбент для очистки воды, предназначенный для очистки воды. Следует отметить, что к поверхностям пористого углеродного материала в соответствии с настоящим изобретением можно применять химическую обработку или модификацию молекулы. Химическая обработка может представлять собой, например, обработку, которая формирует карбоксильные группы на поверхностях в результате обработки азотной кислотой. Путем выполнения аналогичной обработки, в качестве обработки активации паром, кислородом, щелочами или тому подобным, на поверхностях пористого углеродного материала можно формировать различные функциональные группы, такие как гидроксильные группы, карбоксильные группы, кетоновые группы или группы сложных эфиров. Кроме того, модификация молекулы также может быть выполнена в результате химической реакции пористого углеродного материала с химическими веществами или белками, имеющими одну или больше реакционноспособные гидроксильные группы, карбоксильные группы, аминогруппы и/или тому подобное.

Носитель в соответствии с настоящим изобретением, предназначенный для переноса на нем лекарства, может быть сформирован из пористого углеродного материала в соответствии с настоящим изобретением. В частности, описано, что, как предполагается, когда пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением содержит сто весовых частей, комплекс, позволяющий высвобождать лекарство (комплекс лекарство-носитель, позволяющий адекватно управлять скоростью высвобождения лекарства), может быть получен путем поглощения и переноса одной части по массе к двумстам частям по массе лекарства на пористом углеродном материале в соответствии с настоящим изобретением. Такой комплекс лекарство-носитель (препарат для высвобождения лекарства) содержит пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением и лекарство и может принимать такую форму, что в весовом соотношении пористого углеродного материала и лекарства лекарство составляет одну часть массы к двумстам частям массы, когда пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением, как предполагается, составляет сто частей по массе.

В качестве лекарств, которые можно поглощать и которые можно переносить на пористом углеродном материале в соответствии с настоящим изобретением, можно упомянуть органические молекулы, полимерные молекулы и белки. Конкретные примеры могут включать в себя, но без ограничений, пентоксифиллин, празозин, ацикловир, нифедипин, дилтиазем, напроксен, ибупрофен, флурбипрофен, кетопрофен, фенопрофен, метиндол, диклофенак, фентиазак, валерат эстрадиола, метопролол, сульпирид, каптоприл, тагамет, зидовудин, никардипин, терфенадин, атенолол, сальбутамол, карбамазепин, ранитидин, эналаприл, симвастатин, флуоксетин, алпразолам, фамотидин, ганцикловир, фамцикловир, спиронолактон, 5-АСА, хинидин, периндоприл, морфин, пентазоцин, парацетамол, омепразол, метоклопрамид, аспирин и метформин; и для системного и местного лечения различные гормоны (например, инсулин, эстрадиол и т.п.), средства от астмы (например, альбутерол), средства от туберкулеза (например, рифампицин, этамбутол, стрептомицин, изониазид, пиразинамид и т.п.), средства от рака (например, цисплатин, карбоплатин, адриамицин, 5-FU, паклитаксел и т.п.) и средства от гипертонии (например, клонидин, празозин, пропранолол, лабеталол, бунитролол, резерпин, нифедипин, фуросемид и т.п.). Комплекс из пористого углеродного материала и лекарства может быть получен путем растворения такого лекарства в органическом растворителе, который может растворять это лекарство, путем погружения пористого углеродного материала в соответствии с настоящим изобретением в полученный в результате раствор, и с последующим удалением растворителя и излишков раствора. Конкретные растворители могут включать в себя воду, метиловый спирт, этиловый спирт, изопропиловый спирт, бутиловый спирт, ацетон, этилацетат, хлороформ, 2-хлорометан, 1-хлорометан, гексан, тетрагидрофуран, пиридин и т.п.

Пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением имеет множество пор. Поры разделяют на "мезопоры", размер пор которых колеблется от 2 нм до 50 нм, и "микропоры", размер пор которых меньше чем 2 нм. В частности, поры, размер пор которых составляет, например, 20 нм и меньше, содержатся в большом количестве в виде мезопор, причем поры с размером пор 10 нм и меньше составляют особенно большое количество. С другой стороны, в качестве микропор в большом количестве содержатся поры с размером пор 1,9 нм или тому подобное, поры с размером пор 1,5 нм или тому подобное и поры с размером пор от 0,8 нм до 1 нм или тому подобное. В пористом углеродном материале в соответствии с настоящим изобретением размер пор, измеряемый с помощью способа BJH и способа МР, составляет, по меньшей мере, 0,1 см³/г, при этом размер, по меньшей мере, 0,3 см³/г является еще более предпочтительным.

В пористом углеродном материале в соответствии с настоящим изобретением желательно, чтобы значение удельной площади поверхности, измеряемое с помощью способа азотного BET (которое ниже называется просто "величиной удельной площади поверхности"), предпочтительно может составлять, по меньшей мере, 50 м²/г, более предпочтительно, по меньшей мере, 100 м²/г, для получения еще лучших функций. Когда пористый углеродный материал в соответствии с настоящим изобретением используют в электрохимическом устройстве, таком как батарея (аккумуляторная батарея с неводным электролитом), такая как литий-ионная аккумуляторная батарея или двухслойный электрический конденсатор, например, область двойного электрического слоя, формируемая на границе перехода между пористым углеродным материалом и раствором электролита, после заряда или разряда становится достаточно большой в результате управления величиной ее площади удельной поверхности так, чтобы она составляла 10 м²/г или больше, предпочтительно 50 м²/г или больше, более предпочтительно 100 м²/г или больше, таким образом, чтобы можно было получить большую емкость. С другой стороны, когда значением ее удельной площади поверхности управляют для получения величины 1500 м²/г или меньше, может подавляться необратимая электрохимическая реакция функциональных групп, присутствующих на поверхностях пористого углеродного материала, и в результате можно улучшить эффективность заряда-разряда.

Термин "способ азотного BET" означает способ, с помощью которого измеряют изотерму адсорбции путем поглощения азота в качестве адсорбируемых молекул на адсорбенте (пористый углеродный материал в данном контексте), десорбции его из адсорбента и анализа измеренных данных на основе уравнения BET, представленного уравнением (1), и на основе данного способа можно рассчитать удельную площадь поверхности, объем пор и т.п. В частности, при расчете величины удельной площади поверхности, используя способ азотного BET, вначале получают изотерму адсорбции путем адсорбции азота в качестве адсорбируемых молекул на адсорбенте (пористый углеродный материал) и затем десорбции его из адсорбента. Из полученной таким образом изотермы адсорбции рассчитывают [p/{V_a(p₀-p)}] на основе уравнения (1) или уравнения (1'), выведенного в результате модификации уравнения (1), с нанесением на график, в зависимости от равновесного относительного давления (p/p₀). Если предположить, что эти графики представляют собой прямую линию, наклон s(=[(С-1)/(C·V_m)]) и точку пересечения i(=[1/(C·V_m)]) затем рассчитывают на основе способа наименьших квадратов. По определенному таким образом наклону s и точке i пересечения рассчитывают значения V_m и С на основе уравнения (2-1) и уравнения (2-2). Затем по величине V_m рассчитывают удельную площадь a_sBET поверхности на основе уравнения (3) (см. страницы 62-66 Руководства по программному обеспечению для анализа BELSORP-mini и BELSORP, производства компании BEL Japan Inc). Следует также отметить, что такой способ азотного BET представляет собой способ измерений, который соответствует JIS R 1626-1996 "Measurement method of the specific surface area of fine ceramic powder by the gas adsorption BET method".

V_m=1/(s+i)(2-1)

C=(s/i)+1(2-2)

где

V_a: адсорбируемый объем,

V_m: адсорбируемый объем на мономолекулярном слое,

p: давление азота при равновесии,

p₀: давление насыщения паров азота,

L: число Авогадро,

σ: площадь поперечного сечения поглощения азота.

При расчете объема V_p пор, используя способ азотного BET, адсорбируемый объем V при относительном давлении, заранее установленном как относительное давление для расчета объема пор, определяют, например, путем линейной интерполяции данных адсорбции определенной изотермы адсорбции. Для этого адсорбируемого объема V объем V_p пор можно рассчитать на основе уравнения (4) (см. страницу 62-65 Руководства по программному обеспечению для анализа BELSORP-mini и BELSORP, производства BEL Japan, Inc). Следует отметить, что объем пор на основе способа азотного BET ниже может называться просто "объемом пор".

где

V: адсорбированное количество при относительном давлении,

M_g: молекулярный вес азота,

ρ_g: плотность азота.

Размеры пор для мезопор могут быть рассчитаны, например, как распределение пор по скорости изменения объема пор относительно двух размеров пор на основе способа BJH. Способ ВJH представляет собой способ, широко используемый как способ анализа распределения пор. При выполнении анализа распределения пор на основе способа BJH вначале определяют изотерму десорбции, выполняя адсорбцию и десорбцию азота, в качестве адсорбируемых молекул на адсорбенте (пористый углеродный материал). На основе определенной таким образом изотермы десорбции определяют толщину адсорбированного слоя после последовательной десорбции адсорбционных молекул (например, азота) из состояния, когда пора заполнена адсорбированными молекулами, и внутренний диаметр пор (два радиуса сердечника), сформированный в результате десорбции. Радиус r_p поры рассчитывают на основе уравнения (5) и объем поры рассчитывают на основе уравнения (6). Кривая распределения пор затем может быть получена из радиуса поры и объема поры, путем составления графика зависимости скорости изменения объема поры (dV_p/dr_p) от размера (2r_p) поры (см. страницы 85-88 Руководства по программному обеспечению для анализа BELSORP-mini и BELSORP, производства компании BEL Japan, Inc).

где

r_p: радиус поры,

r_k: радиус сердечника (внутренний диаметр/2), когда слой адсорбции толщиной t адсорбируют в присутствии внутренней стенки поры, имеющей r_p поры,

V_pn: объем поры, когда произошла n-я десорбция азота,

dV_n: скорость изменения при возникновении десорбции,

dt_n: скорость изменения толщины t_n слоя адсорбции, когда произошла n-я десорбция азота,

r_kn: радиус сердечника во время n-й десорбции азота,

с: фиксированное значение,

r_pn: радиус поры, когда произошла n-я десорбция азота.

Кроме того, ∑A_pj представляет интегрированное значение площадей стенок пор от j=1 до j=n-1.

Размеры пор для микропор могут быть рассчитаны, например, как распределение пор по скорости изменения объема пор относительно размеров пор на основе способа МР. После проведения анализа распределения пор на основе способа МР, вначале определяют изотерму адсорбции, выполняя адсорбцию азота на адсорбенте (пористый углеродный материал). Эту изотерму адсорбции затем преобразуют в объем пор в зависимости от толщины t адсорбировавшего слоя (график зависимости от t). На основе кривизны графиков (скорости изменения объема пор относительно скорости изменения толщины t адсорбировавшего слоя) затем можно получить кривую распределения размера пор (см. страницы 72-73 и 82 Руководства по программному обеспечению для анализа BELSORP-mini и BELSORP, производства BEL Japan Inc).

Предшественник пористого углеродного материала обрабатывают кислотой или щелочью. В качестве специфичного способа обработки можно упомянуть способ, при котором выполняют погружение предшественника пористого углеродного материала в водный раствор кислоты или щелочи, или способ, при котором происходит реакция предшественника пористого углеродного материала с кислотой или щелочью в паровой фазе. Более конкре