Адсорбент, моющее средство, лекарственное средство при почечной недостаточности и функциональное питание

Адсорбент, моющее средство, лекарственное средство при почечной недостаточности и функциональное питание

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение имеет отношение к адсорбенту, моющему средству, лекарственному средству при почечной недостаточности и продуктам функционального питания, которые содержат пористый углеродный материал, изготавливаемый из материала растительного происхождения.

Уровень техники

Большая часть неиспользуемых частей растений, таких как, например, овощи и злаки, выбрасывается, при этом для сохранения и/или улучшения глобальной окружающей среды крайне необходима эффективная утилизация этих неиспользуемых частей. Примеры эффективной утилизации неиспользуемых частей включают карбонизирующую обработку (карбонизацию). Кроме того, было изучено применение углеродного материала, полученного путем карбонизации такого материала растительного происхождения (растительного сырья), как вышеупомянутый, в качестве активного материала для отрицательных электродов в литий-ионных вторичных батареях (см., например, японские патенты №3565994 и 3719790, и патентную заявку РСТ № WO 96/27911, инструкцию).

В организме больного с болезнью печени или почек по причине органопатии вырабатываются и накапливаются различные токсические вещества, тем самым вызывая уремию (самоотравление организма) или расстройство сознания или тому подобное. При этом у больных с почечной недостаточностью (хронической почечной недостаточностью) удаление токсических веществ осуществляют путем гемодиализа. Однако гемодиализ требует не только специальной аппаратуры и специалиста, но также возлагает значительную физическую и умственную нагрузку на пациента. Адсорбенты из активированного угля для перорального применения, такие как кремезин, которые являются высокоустойчивыми и безопасными для живых организмов (смотри японскую патентную заявку № Sho 62-11611), привлекают внимание как средства для отсрочки времени использования гемодиализа. Такой подход представляет собой способ удаления уремических метаболитов и/или уремических токсинов в пищеварительной системе с помощью адсорбентов из активированного угля, чтобы сдерживать развитие хронической почечной недостаточности. Кроме того, также были предложены средства против ожирения, антидиабетические средства, лекарственные средства от воспалительных заболеваний кишечника и адсорбенты пуриновых тел, которые основаны на использовании активированного угля. Таким образом, использование, а также исследование и создание активированного угля для медицинского применения широко осуществляется.

Моющие средства (детергенты и косметические или моющие адсорбенты) в качестве основных ингредиентов содержат соли высших жирных кислот и/или различные поверхностно-активные вещества, и увеличение их моющего действия зависит от увеличения содержания этих ингредиентов. Однако очищающее действие соли высшей жирной кислоты или поверхностно-активного вещества осуществляется посредством эмульгирования или увеличения растворимости кожного сала на коже, при этом чрезмерное очищение в результате увеличения содержания этих ингредиентов может быть причиной высушивания кожи или может вызвать ощущение натянутой кожи. В последние годы разработаны моющие средства, не вызывающие чувства чрезмерного очищения кожи после их использования, путем смешивания соли высшей жирной кислоты с древесным углем (углем), чтобы улучшить моющую способность без увеличения добавления солей высших жирных кислот и/или различных поверхностно-активных веществ (смотри, например, выложенный японский патент №2002-167325). В настоящее время большое количество очищающих материалов с добавлением древесного угля, активированного угля или медицинского угля является коммерчески доступным, причем эти коммерческие продукты включают такие, которые, как утверждается, обладают эффектом удаления запаха (дезодорирующий эффект) или антибактериальным эффектом в дополнение к действию в качестве высокоактивного моющего средства, и продукты, которые, как считается, обладают преимуществом высокой безопасности (см., например, выложенные японские патенты № Hei 9-111296 и 2000-53558).

Краткое раскрытие изобретения

Однако технологии карбонизации материалов растительного происхождения (растительного сырья) все еще не являются достаточными, и желательно, чтобы функциональность получаемых углеродных материалов была увеличена. Кроме того, существует острая потребность разработки пористых углеродных материалов для пероральных адсорбентов, которые можно использовать при лечении болезней почек и печени, или для разработки пористых углеродных материалов, которые направлены на адсорбцию вирусов или протеинов, оказывающих плохое влияние на организм человека, или для использования в качестве медицинских адсорбентов, которые еще лучше для проведения адсорбции. В частности, крайне необходимы материалы, которые показывают большую величину адсорбции в отношении токсических веществ при использовании в небольшой дозе. При использовании таких материалов можно облегчить нагрузку на пациента путем уменьшения количества материала, введенного перорально за один раз.

Кроме того, существующие очищающие средства содержат древесный уголь (уголь), просто смешанный с ними, и они не считаются достаточными для очищающего или кондиционирующего действия на кожу. Древесно-угольный (угольный) компонент в существующих моющих средствах играет только вспомогательную роль в хемосинтетических детергентах.

Исходя из этого целью настоящего изобретения является предоставление адсорбента, моющего средства, лекарственного средства при почечной недостаточности и функционального питания, которые используют пористый углеродный материал, имеющий отличную адсорбционную способность.

Адсорбенты согласно вариантам осуществления настоящего изобретения с первого по четырнадцатый для достижения вышеупомянутой цели включают пористый углеродный материал, который изготавливается из растительного сырья, имеющего содержание кремния не менее чем 5 вес.%, и который имеет удельную площадь поверхности, установленную БЭТ методом, не менее чем 10 м²/г, содержание кремния не больше чем 1 вес.%, и объем пор, определенный методом BJH и методом MP, не менее чем 0,1 см³/г. Кроме того, адсорбент согласно первому варианту осуществления изобретения адсорбирует индол, адсорбент согласно второму варианту осуществления изобретения адсорбирует мочевую кислоту, адсорбент согласно третьему варианту осуществления изобретения адсорбирует аденозин, адсорбент согласно четвертому варианту осуществления изобретения адсорбирует α-амилазу, адсорбент согласно пятому варианту осуществления изобретения адсорбирует 3-метилиндол, адсорбент согласно шестому варианту осуществления изобретения адсорбирует триптофан. Более того, адсорбент согласно седьмому варианту осуществления изобретения адсорбирует индикан, адсорбент согласно восьмому варианту осуществления изобретения адсорбирует теофиллин, адсорбент согласно девятому варианту осуществления изобретения адсорбирует инозин 5-монофосфат динатриевую соль, адсорбент согласно десятому варианту осуществления изобретения адсорбирует аденозин 5-трифосфат динатриевую соль, адсорбент согласно одиннадцатому варианту осуществления изобретения адсорбирует жирную кислоту, и адсорбент согласно двенадцатому варианту осуществления изобретения адсорбирует красящее вещество (пигмент). Кроме того, адсорбент согласно тринадцатому варианту осуществления изобретения адсорбирует органическое вещество (например, органические молекулы или белок), имеющее среднечисленный молекулярный вес не менее чем 1×10² и менее чем 5×10², и адсорбент согласно четырнадцатому варианту осуществления изобретения адсорбирует гидрофобные молекулы. Более того, адсорбент для медицинского применения согласно пятнадцатому варианту осуществления настоящего изобретения, адсорбент для перорального применения согласно изобретению, моющее средство согласно изобретению включают пористый углеродный материал, который изготавливается из растительного сырья, имеющего содержание кремния не менее чем 5 вес.%, и который имеет удельную площадь поверхности, установленную БЭТ методом, не менее чем 10 м²/г, содержание кремния не больше чем 1 вес.%, и объем пор, определенный методом BJH и методом MP, не менее чем 0,1 см³/г.

В данном случае гидрофобные молекулы могут определяться как кожное сало, присутствующее на поверхности кожи человека, масла и жиры или грязь, которая может отлагаться на коже или одежде. Конкретные примеры гидрофобных молекул включают масла или жиры или кожное сало, содержащее сложные эфиры глицерина и жирных кислот; липиды, такие как простые липиды, сложные липиды и индуцированные липиды; и органические кислоты, составляющие воск, особенно масляные компоненты, присутствующие на поверхности кожи человека вообще (жирные кислоты в широком смысле). Кроме того, примеры также включают жирные кислоты в узком смысле, которые имеют неразветвленную цепь или разветвлённую цепь или имеют циклическую структуру, такие как насыщенные жирные кислоты и ненасыщенные жирные кислоты. Конкретные примеры жирных кислот включают олеиновую кислоту, стеариновую кислоту, миристиновую кислоту, сквален (масло или жир, относящийся к терпеноидам), холестерин (биосинтезированный из сквалена) и моноглицеринстеарат. Кроме того, примеры красящего вещества включают разрешенные красители (каменноугольные красители), такие как рубиновый литол ВСА (красный №202), как правило, включая, амарант (красный №2), новый кокцин (красный №102), литол рубиновый В (красный №201), литол красный (красный №206), родамин В (красный №231), глубокий темно-бордовый (красный №220), фуксин кислый прочный (красный №227), виоламин R (красный №401), судан IV (красный №501), прочный красный S (красный № 506), дибромфлуоресцеин (оранжевый №201), дииодфлуоресцеин (оранжевый №206), ганза оранжевая (оранжевый №401), тартразин (желтый №4), флуоресцеин (желтый №201), бензидин желтый G (желтый №205), ганза желтая (желтый №401), метанил желтый (желтый №406), зеленый стойкий FCF (зеленый №3), ализарин цианиновый зеленый F (зеленый № 201), нафтол зеленый (зеленый №401), бриллиантовый голубой (синий №1), индиго (синий №201), судановый синий В (синий №403), резорцин коричневый (коричневый №201), ализарин пурпурный SS (фиолетовый №201) и нафтол сине-черный (черный №401).

В данном случае адсорбент согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, который адсорбирует индол, используют как лекарственное средство при болезнях почек, таких как уремия. Адсорбент согласно второму варианту осуществления изобретения, который адсорбирует мочевую кислоту, используют как лекарственное средство при болезнях почек, таких как уремия, и как лекарственное средство при гиперурикемии. Адсорбент согласно третьему варианту осуществления изобретения, который адсорбирует аденозин, используется в качестве адсорбента для пуриновых тел. Адсорбент согласно четвертому варианту осуществления изобретения, который адсорбирует α-амилазу, используют как модель для изучения адсорбционных характеристик белка, например, воспалительного цитокина, который вызывает болезнь Крона или тому подобную (обусловленную воспалительным цитокином). Адсорбент согласно пятому варианту осуществления изобретения, который адсорбирует 3-метилиндол, используют как лекарственное средство при болезнях почек, таких как уремия. Адсорбент согласно шестому варианту осуществления изобретения, который адсорбирует триптофан, используют как лекарственное средство при болезни почек, такой как уремия. Адсорбент согласно седьмому варианту осуществления изобретения, который адсорбирует индикан, может быть использован как лекарственное средство при болезнях почек, например, уремии. Адсорбент согласно восьмому варианту осуществления изобретения, который адсорбирует теофиллин, используют как антидотный адсорбент при отравлении лекарственным средством (отравлении теофиллином). Адсорбент согласно девятому варианту осуществления изобретения, который адсорбирует инозин 5-монофосфат динатриевую соль, используют как адсорбент пуриновых тел. Адсорбент согласно десятому варианту осуществления изобретения, который адсорбирует аденозин 5-трифосфат динатриевую соль, используют как адсорбент пуриновых тел. Адсорбент согласно одиннадцатому варианту осуществления изобретения, который адсорбирует жирную кислоту, адсорбент согласно двенадцатому варианту осуществления, который адсорбирует красящее вещество, и моющее средство (детергент или косметический или очищающий адсорбент) согласно изобретению предназначаются для удаления загрязняющих компонентов пота, масел и жиров, губной помады и т.д. и могут оказывать кондиционирующее действие на кожу.

Лекарственное средство при болезни почек согласно настоящему изобретению для достижения вышеупомянутой цели включает пористый углеродный материал, который изготавливается из растительного сырья, имеющего содержание кремния не менее чем 5 вес.%, и который имеет удельную площадь поверхности, установленную БЭТ методом, не менее чем 10 м²/г, содержание кремния не больше чем 1 вес.%, и объем пор, определенный методом BJH и методом MP, не менее чем 0,1 см³/г.

Функциональное питание согласно настоящему изобретению для достижения вышеупомянутой цели включает пористый углеродный материал, который изготавливается из растительного сырья, имеющего содержание кремния не менее чем 5 вес.%, и который имеет удельную площадь поверхности, установленную БЭТ методом, не менее чем 10 м²/г, содержание кремния не больше чем 1 вес.%, и объем пор, определенный методом BJH и методом MP, не менее чем 0,1 см³/г. В частности, функциональное питание согласно настоящему изобретению может содержать другие ингредиенты, отличные от пористого углеродного материала; примеры других ингредиентов включают вспомогательное вещество, связующее вещество, разрыхлитель, смазывающее вещество, разбавитель, вкусовое вещество (корригирующее вещество), консервант, стабилизирующее вещество, краситель, ароматизирующее вещество, витамины, закрепитель цвета, осветлитель, подслащивающее вещество, горькое вещество (bitterness agent), подкисляющий агент, вещество, усиливающее вкус, ферментативную приправу, антиоксидант, фермент, дрожжевой экстракт и пищевую добавку. Кроме того, примеры форм функционального питания включают порошок, твердое вещество, таблетки, частицы, гранулы, капсулы, крем, золь, гель и коллоид.

Является предпочтительным, но не ограничивающим, что содержание магния (Mg) составляет от 0,01 до 3 вес.%, содержание калия (K) составляет от 0,01 до 3 вес.%, и содержание кальция (Са) составляет от 0,05 до 3 вес.% в пористом углеродном материале в каждом из адсорбентов согласно вариантам осуществления настоящего изобретения с первого по пятнадцатый, в адсорбенте для перорального применения согласно изобретению, в моющем средстве согласно изобретению, в лекарственном средстве при почечной болезни согласно изобретению и в функциональном питании согласно изобретению (в дальнейшем в этом документе они могут, в общем, называться "адсорбент или тому подобное согласно настоящему изобретению").

Кроме того, пористый углеродный материал в адсорбенте или тому подобном согласно настоящему изобретению можно получить с помощью карбонизации растительного сырья при температуре от 800 до 1400°C и затем обработки продукта карбонизации кислотой или щелочью. В данном случае такой способ получения будет называться "первый способ получения". Или, альтернативно, пористый углеродный материал можно получить, подвергая растительное сырье предварительной обработке перед карбонизацией (описанной позже), затем обработкой полученного продукта кислотой или щелочью, и карбонизацией обработанного таким образом продукта при температуре от 800 до 1400°C. В данном случае такой способ получения будет называться "второй способ получения". В данном описании термин "карбонизация" в общем смысле означает превращение органического материала (в настоящем изобретении растительного сырья) в углеродный материал при помощи термической обработки (смотри, например, JIS МО 104-1984). В этой связи примеры атмосферы для карбонизации включают атмосферу без доступа кислорода; конкретнее, примеры включают атмосферу вакуума, атмосферу инертного газа, такого как азот или аргон, и атмосферу для прокаливания (обжига) растительного сырья в (или как бы в) закрытом сосуде. Скорость повышения температуры до достижения температуры карбонизации в такой атмосфере, как только что упомянутая, может составлять не менее чем 1°C/минуту, предпочтительно не менее чем 3°C/минуту, и более предпочтительно не менее чем 5°C/минуту. Верхний предел времени карбонизации может составлять 10 часов, предпочтительно 7 часов и более предпочтительно 5 часов, причем значения не являются ограничивающими. Нижний предел времени карбонизации может быть таким, что растительное сырье наверняка карбонизируется за ограниченный период времени. Кроме того, растительное сырье может быть измельчено до желательного размера гранул, в соответствии с требованием, и может быть дополнительно подвергнуто классификации (по размеру). В дополнение к этому растительное сырье может быть предварительно очищено.

В первом способе получения или втором способе получения пористого углеродного материала в адсорбенте или тому подобном согласно настоящему изобретению полученный пористый углеродный материал можно подвергнуть активирующей обработке, посредством которой можно увеличить микропоры (описанные позже) меньше чем 2 нм в диаметре. Примеры методов активации включают (паро)газовые методы активации и методы активации с помощью химических веществ. В этом описании парогазовые методы активации представляют собой методы, в которых в качестве активирующего средства используется кислород, пар (водяной пар), углекислый газ, воздух или тому подобное, причем пористый углеродный материал нагревается в такой атмосфере газа при температуре от 700 до 1000°C в течение периода времени в пределах от нескольких десятков минут до нескольких часов, при этом в пористом углеродном материале при помощи летучих компонентов или молекул углерода развивается микроструктура. В частности, соответствующим образом можно выбрать температуру нагрева исходя из вида растительного сырья, вида и концентрации используемого газа и т.д., при этом температура составляет предпочтительно от 800 до 950°C. Методы активации с использованием химических веществ представляют собой способы, в которых пористый углеродный материал активируют путем применения хлорида цинка, хлорида железа, фосфата кальция, гидроксида кальция, карбоната магния, карбоната калия, серной кислоты или тому подобного вместо кислорода или пара, применяемого в газовых методах активации, затем пористый углеродный материал промывают в соляной кислоте, регулируют значение pH с помощью водного щелочного раствора, а затем производят сушку. Кроме того, предпочтительно, кремниевые компоненты из растительного сырья после карбонизации удаляются при помощи обработки кислотой или щелочью. В этом документе примеры кремниевых компонентов включают оксиды кремния, такие как диоксид кремния, оксид кремния, и соли оксида кремния.

В дополнение к этому в первом способе получения пористого углеродного материала в адсорбенте или тому подобном согласно настоящему изобретению растительное сырье до карбонизации может подвергаться термической обработке (предварительная обработке перед карбонизацией) в условиях без доступа кислорода при температуре ниже, чем температура карбонизации (например, при температуре от 400 до 700°C), в зависимости от используемого растительного сырья. При такой термообработке или во втором способе получения смоляные компоненты, которые будут получены в процессе карбонизации, можно экстрагировать, что будет приводить к уменьшению количества или удалению смоляных компонентов, которые могут получаться в процессе карбонизации. В частности, условие без доступа кислорода может быть достигнуто путем использования атмосферы инертного газа, такого как газообразный азот или аргон, или при использовании вакуумной среды, или путем прокалки (обжига) растительного сырья в (или как бы в) закрытом сосуде. Кроме того, в первом способе получения или втором способе получения растительное сырье можно погрузить в спирт (например, метиловый спирт, этиловый спирт или изопропиловый спирт) с целью уменьшения количества минеральных компонентов и воды (влаги), содержащейся в растительном сырье, и/или с целью предотвращения образования посторонних запахов в процессе карбонизации, при этом в зависимости от используемого растительного сырья. В частности первый способ получения может сопровождаться предварительной обработкой до карбонизации. Примеры материала, для которого термическая обработка в инертном газе является предпочтительной, включают растения, которые вырабатывают большие количества древесного уксуса (смолу или светлое масло). С другой стороны, примеры материала, для которого предварительная обработка спиртом является предпочтительной, включает морские водоросли, содержащие йод и/или различные минералы в больших количествах.

Поверхность пористого углеродного материала в адсорбенте или тому подобном согласно настоящему изобретению может быть подвергнута химической обработке или молекулярной модификации. Примеры химической обработки включают обработку, при которой на поверхности образуются карбоксильные группы при обработке азотной кислотой. Кроме того, может проводиться обработка, подобная активирующей обработке с использованием пара, кислорода, щелочи или тому подобного, для создания различных функциональных групп, таких как гидроксильная группа, карбоксильная группа, кетонная группа, сложноэфирная группа и т.д., на поверхности пористого углеродного материала. Более того, пористый углеродный материал также может быть подвергнут химической реакции с химическими соединениями или белком, имеющим гидроксильные группы, карбоксильные группы, аминогруппы или тому подобные, способные реагировать с пористым углеродным материалом, при этом можно достичь молекулярной модификации.

Примеры растительного сырья для пористого углеродного материала в адсорбенте или тому подобном согласно настоящему изобретению, включая вышеописанные различные предпочтительные варианты и конфигурации (такой адсорбент или тому подобное может в дальнейшем называться просто как "настоящее изобретение"), включают, но не ограничиваются этим, шелуху и солому риса, ячменя, пшеницы мягкой, ржи, пайзы (Japanese millet), проса итальянского и т.д., а также тростник обыкновенный и морскую водоросль kukiwakame. Дополнительные примеры растительного сырья включают сосудистое растение (Tracheophyta), произрастающее на суше, Pteridophyta, Bryophyta (мхи), водоросли, морские водоросли и т.д. В частности, эти материалы можно использовать как сырье, отдельно или в сочетании некоторых из них. Кроме того, вид и форма растительного сырья не являются особым образом ограниченными; например, шелуху или солому можно использовать как таковую, или можно использовать их высушенные продукты. Более того, также могут быть использованы материалы, полученные при обработке растительного сырья различными методами, такими как ферментация, сушка, экстракция и т.д., при переработке пищевых продуктов и напитков, при производстве пива и других напитков и тому подобного. В частности, с точки зрения рекуперации ресурсов от отходов производства предпочтительно использовать шелуху или солому, полученную после обмолота. Такая шелуха и солома после обработки является легкодоступной от сельскохозяйственных кооперативов, производителей алкогольных напитков или продовольственных компаний в больших количествах.

Те материалы, которые получаются путем карбонизации растительного сырья при температуре от 800 до 1400°C и которые еще не обработаны кислотой или щелочью, в описании адсорбента или тому подобного согласно настоящему изобретению, включая вышеупомянутые различные предпочтительные варианты и конфигурации, будут называться "предшественник пористого углеродного материала [1]." С другой стороны, те материалы, которые получают путем предварительной обработки растительного сырья до карбонизации и которые еще не обработаны кислотой или щелочью, будут называться "предшественник пористого углеродного материала [2]."

Пористый углеродный материал в настоящем изобретении может содержать неметаллические элементы, такие как фосфор (P), сера (S) и т.д., или металлические элементы, такие как переходные элементы. Например, содержание фосфора (P) может составлять от 0,01 до 3 вес.%, а содержание серы (S) может составлять от 0,01 до 3 вес.%. В частности, хотя и в зависимости от предполагаемого использования пористого углеродного материала, более предпочтительным (с точки зрения увеличения удельной площади поверхности) является такое содержание этих элементов и вышеупомянутых магния (Mg), калия (К) и кальция (Ca), когда их меньше. Естественно, пористый углеродный материал может содержать другие элементы, отличные от вышеупомянутых элементов, и пределы содержания вышеупомянутых различных элементов могут изменяться согласно предполагаемому использованию пористого углеродного материала.

В настоящем изобретении анализ различных элементов может быть осуществлен при помощи энергодисперсионной спектрометрии (EDS), например, с использованием энергодисперсионного рентгеновского анализатора (например, JED-2200F, произведенного компанией JEOL Ltd.). В данном описании условия измерения, например, могут быть такими - сканирующее напряжение 15 кВ и ток облучения 13 мкА.

Пористый углеродный материал в настоящем изобретении имеет множество пор. Поры включают "мезопоры", имеющие диаметр пор от 2 до 50 нм, и "микропоры", имеющие диаметр пор менее чем 2 нм. Конкретно, мезопоры включают, например, множество пор, имеющих диаметр пор не более чем 20 нм, в частности, множество пор, имеющих диаметр пор не более чем 10 нм. В дополнение к этому микропоры включают, например, множество пор с диаметром пор около 1,9 нм, множество пор с диаметром пор около 1,5 нм, и множество пор с диаметром пор примерно от 0,8 до 1 нм. В пористом углеродном материале в настоящем изобретении объемы пор, определенные с помощью метода BJH и метода MP, составляют каждый не менее чем 0,1 см³/г. Предпочтительно, объем пор, определенный с помощью метода BJH, составляет не меньше чем 0,3 см³/г, и объем пор, определенный с помощью метода MP, составляет не меньше чем 0,10 см³/г. Более предпочтительно, объем пор, определенный с помощью метода BJH, составляет не меньше чем 0,3 см³/г, а объем пор, определенный с помощью метода MP, составляет не меньше чем 0,15 см³/г. Более предпочтительно, объем пор, определенный с помощью метода BJH, составляет не меньше чем 0,3 см³/г, и объем пор, определенный с помощью метода MP, составляет не меньше чем 0,20 см³/г. Кроме того, в пористом углеродном материале в настоящем изобретении величина удельной площади поверхности, определенная с использованием азотной адсорбции по методу БЭТ (величина может в дальнейшем называться "величина удельной площади поверхности"), составляет предпочтительно не менее чем 50 м²/г, более предпочтительно не менее чем 100 м²/г, для получения дополнительной превосходной функциональности.

Альтернативно, пористый углеродный материал в настоящем изобретении может иметь распределение пор по размеру, определенное с помощью метода проникновения ртути, при котором максимальное значение находится в пределах от 1×10^-7 до 5×10^-6 м, и распределение пор по размеру, определенное с помощью метода BJH, при котором максимальное значение находится в пределах от 2 нм до 20 нм. В этом случае распределение пор по размеру, определенное с помощью метода проникновения ртути, предпочтительно имеет максимальное значение в пределах от 2×10^-7 до 2×10^-6 м, а распределение пор по размеру, определенное с помощью метода BJH, имеет максимальное значение в пределах от 2 до 10 нм.

Метод азотной адсорбции БЭТ представляет собой метод, при котором азот в виде адсорбируемых молекул адсорбируется на адсорбенте и десорбируется (выделяется) из адсорбента (в данном описании, пористого углеродного материала) для измерения изотермы адсорбции, а результаты измерений анализируются на основе формулы БЭТ, представленной формулой (1). Исходя из этого метода можно вычислить удельную площадь поверхности и объем пор и т.д. В частности, в случае вычисления удельной площади поверхности с помощью азотного метода БЭТ, во-первых, азот в виде адсорбируемых молекул адсорбируется на адсорбенте и десорбируется из адсорбента (пористого углеродного материала), чтобы получить изотерму адсорбции. Затем из полученной таким образом изотермы адсорбции вычисляют [ρ/{V_a(ρ₀-ρ)}] по формуле (1) или формуле (1'), полученной путем изменения формулы (1), и результат вычисления наносят на график относительно равновесного относительного давления (ρ/ρ₀). Затем, рассматривая график как прямую линию, вычисляют наклон s(=[(C-1)/(C·V_m)]) и отрезок i(=[1/(C·V_m)]) прямой линии, исходя из метода наименьших квадратов. Затем, из наклона s и отрезка i, полученного таким образом, вычисляют V_m и С по формуле (2-1) и формуле (2-2). Далее, удельную площадь поверхности а_sBET вычисляют из V_m по формуле (3) (см. руководство к прибору BELSORP-mini и программное обеспечение BELSORP, составленное BEL Japan, Inc., pp.62 to 66). В частности, азотный метод БЭТ представляет собой метод измерения по работе "Measuring method for specific surface area of fine ceramic powders by gas adsorption BET method", обозначенной JIS R 1626-1996.

где

V_a: величина адсорбции;

V_m: величина адсорбции при мономолекулярном слое;

p: давление азота при равновесии;

ρ₀: давление насыщенного пара азота;

L: число Авогадро;

σ: поперечное сечение азота (молекулы адсорбата).

Например, в случае вычисления объема пор V_p с помощью азотного метода БЭТ применяется линейная интерполяция данных полученной изотермы адсорбции и получается величина адсорбции V при относительном давлении, установленная при вычислении объема пор относительно давления. Из этого объема адсорбции V может быть вычислен объем пор V_p по формуле (4) (см. руководство к прибору BELSORP-mini и программное обеспечение BELSORP, составленное BEL Japan, Inc., pp. 62 to 65). В частности, объем пор, полученный на основе азотного метода БЭТ, может в дальнейшем называться просто "объем пор".

где

V: величина адсорбции при относительном давлении;

M_g: молекулярный вес азота;

p_g: плотность азота.

Например, поровый диаметр мезопор может быть вычислен как распределение пор по размеру от скорости изменения объема пор относительно порового диаметра на основе метода BJH. Метод BJH представляет собой метод, который широко используется как метод анализа распределения пор по размеру. В случае анализа распределения пор по размеру на основе метода BJH, во-первых, азот в виде адсорбируемых молекул адсорбируется на и выделяется из адсорбента (пористого углеродного материала) для получения изотермы десорбции. Затем, исходя из полученной таким образом изотермы десорбции получают толщину адсорбированного слоя во время ступенчатой адсорбции/десорбции адсорбируемых молекул из состояния, когда поры наполнены адсорбируемыми молекулами (например, азотом), и внутренний диаметр (удвоенный радиус пор) пор, образующихся в этом случае, затем вычисляют радиус пор r_p по формуле (5), а объем пор вычисляется по формуле (6). Затем, исходя из радиуса пор и объема пор строят график скорости изменения объема пор (dV_p/dr_p) относительно диаметра пор (2r_p), при этом получают кривую распределения пор по размеру (см. руководство к прибору BELSORP-mini и программное обеспечение BELSORP, составленное BEL Japan, Inc., pp.85 to 88).

,

где

,

где

r_p: радиус пор;

r_k: радиус частицы (внутренний диаметр/2) в случае, когда адсорбированный слой с толщиной t адсорбируется на внутренней стенке пор с радиусом пор r_p при этом давлении;

V_pn: объем пор, когда происходит n-ая адсорбция/десорбция азота;

dV_n: изменение в этом случае;

dt_n: изменение толщины t_n адсорбированного слоя, когда происходит n-ая адсорбция/десорбция азота;

r_kn: радиус частицы в этом случае;

с: постоянная;

r_pn: диаметр пор, когда происходит n-ая адсорбция/десорбция азота.

Кроме того, ∑A_pj представляет собой суммарное значение площади поверхности стенок пор от j=1 до j=n-1.

Например, поровый диаметр микропор может быть вычислен как распределение пор по размеру от скорости изменения объема пор относительно диаметра пор исходя из метода MP. В случае анализа распределения пор по размеру методом MP, во-первых, азот адсорбируется на адсорбенте (пористом углеродном материале) для получения изотермы адсорбции. Затем изотерма адсорбции превращается в объем пор относительно толщины t адсорбированного слоя (отложенный в зависимости от t). Затем исходя из изгиба графика (изменение объема пор относительно изменения толщины t адсорбированного слоя) можно получить кривую распределения пор по размеру (см. руководство к прибору BELSORP-mini и программное обеспечение BELSORP, составленное BEL Japan, Inc., pp. 72 to 73 and p.82).

Предшественники пористого углеродного материала [1] и [2] обрабатываются кислотой или щелочью. Конкретные примеры метода обработки включают метод, в котором предшественник пористого углеродного материала [1] или [2] погружают в водный раствор кислоты или щелочи, и метод, в котором предшественник пористого углеродного материала [1] или [2] вступает в реакцию с кислотой или щелочью в газовой фазе. Конкретнее, в случае обработки кислотой примеры кислоты включают кислотные соединения фтора, такие как фторид водорода, фтористо-водородная кислота, фторид аммония, фторид калия, фторид натрия и т.д. В случае использования соединения фтора достаточно, что количество фторсодержащей части является в четыре раза больше, чем количество кремния в кремниевых компонентах, содержащихся в предшественнике пористого углеродного материала [1] или [2], и предпочтительным является, что концентрация водного раствора фтористого соединения составляет не менее чем 10 вес.%. В случае удаления кремниевых компонентов (например, диоксида кремния), содержащихся в предшественнике пористого углеродного материала [1] или [2], с помощью фтористо-водородной кислоты, диоксид кремния вступает в реакцию с фтористо-водородной кислотой, как показано посредством схем реакций (1) или (2), и удаляется как фторкремниевая кислота (H₂SiF₆) или четырехфтористый кремний (SiF₄), в результате чего может быть получен пористый углеродный материал. Затем достаточно пористый углеродный материал промыть и высушить.

Далее, в случае обработки щелочью (основанием) в качестве щелочи можно упомянуть, например, гидроксид натрия. Когда используется водный раствор щелочи, достаточно, что рН раствора составляет не меньше чем 11. В случае, когда кремниевые компоненты (например, диоксид кремния), содержащиеся в предшественнике пористого углеродного материала [1] или [2], удаляются при помощи водного раствора гидроксида натрия, нагревание водного раствора гидроксида натрия приводит к тому, что диоксид кремния вступает в реакцию, как представлено схемой реакции (3), и будет удаляться в виде силиката натрия (Na₂SiO₃), при этом может быть получен пористый углеродный материал. В дополнение к этому, в случае обработки посредством реакции с гидроксидом натрия в газовой фазе, нагревание гидроксида натрия в твердом состоянии приводит к тому, что гидроксид натрия вступает в реакцию, как показано схемой реакции (3), и будет удаляться как силикат натрия (Na₂SiO₃), при этом мо