JP2017132652A - Production method of porous carbon material - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for producing a porous carbon material by heat-treating a metal carbide under a chlorine-containing atmosphere and recovering chlorine and the like from byproducts produced in the production step for reuse in the production step, without additional equipment and complex operation.SOLUTION: A production method of a porous carbon material includes a first step for exposing a metal carbide containing a first metal to a heating atmosphere of a first gas containing chlorine gas to produce a metal chloride containing the first metal and a porous carbon material, a second step for neutralizing the metal chloride with an aqueous solution of an alkali hydroxide to produce an aqueous solution of an alkali chloride and at least one of a metal oxide and a metal hydroxide containing the first metal, and a third step for electrolyzing the aqueous solution of an alkali chloride to produce chlorine gas and the aqueous solution of an alkali hydroxide. The chlorine gas and the aqueous solution of an alkali hydroxide produced in the third step are used in the first step and the second step respectively.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、多孔質炭素材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a porous carbon material.

特許文献１には、ケイ素またはチタン等の炭化物を塩素含有雰囲気で熱処理して多孔質炭素材料を製造する方法において、生成するケイ素またはチタン等の塩化物（ＳｉＣｌ４、ＴｉＣｌ４等）を、Ｚｎ、Ｍｇ等の金属元素と接触反応還元させ、これにより、ＳｉまたはＴｉは単体金属として生成し、Ｚｎ、Ｍｇ等の金属元素は塩化物となり、該金属塩化物を電気分解して生成した塩素を多孔質炭素材料製造工程に再利用することが記載されている。
また、特許文献２には、ケイ素またはチタン等の炭化物を塩素含有雰囲気で熱処理して多孔質炭素材料を製造する方法において、生成するＳｉＣｌ４、ＴｉＣｌ４等を酸素と反応させ、これにより、ケイ素またはチタン等の酸化物（ＳｉＯ２、ＴｉＯ２等）と塩素とを生成させ、生成した塩素を多孔質炭素材料生成工程に再利用することが記載されている。 In Patent Document 1, in a method for producing a porous carbon material by heat-treating a carbide such as silicon or titanium in a chlorine-containing atmosphere, the generated chloride such as silicon or titanium (SiCl 4 , TiCl 4 or the like) is converted into Zn. , By catalytic reaction reduction with a metal element such as Mg, thereby generating Si or Ti as a simple metal, metal element such as Zn or Mg becomes a chloride, and chlorine generated by electrolyzing the metal chloride is generated. It is described that it is reused in the porous carbon material manufacturing process.
Further, in Patent Document 2, in a method for producing a porous carbon material by heat-treating a carbide such as silicon or titanium in a chlorine-containing atmosphere, SiCl 4 and TiCl 4 produced are reacted with oxygen, whereby silicon Alternatively, it is described that an oxide such as titanium (SiO 2 , TiO 2 or the like) and chlorine are generated and the generated chlorine is reused in a porous carbon material generating step.

国際公開第２０１３／１５０９４１号パンフレットInternational Publication No. 2013/150941 Pamphlet 特開２０１４−８０３２５号公報JP 2014-80325 A

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、塩素のみではなく、Ｚｎ、Ｍｇ等の単体金属も回収・再利用可能であるが、塩化物の電気分解が高温である溶融塩の状態で行わなければならず、そのため設備負荷が大きく、また、設備費用が高くなる課題がある。
また、上記特許文献２に記載の技術では、塩素の回収に酸素を用いた酸化反応を行っているが、反応に用いるために添加した酸素は全てが反応に供されるわけではなく、一部が残留する。酸素が残留すると、その酸素が得られた多孔質炭素材料を燃やしてしまうので、塩素ガスと酸素ガスとの分離が必要になる。しかし、塩素ガスと酸素ガスの分離操作は非常に煩雑である。また、酸化反応では、酸化物超微粒子（０．０５〜０．２μｍ径）が生成されるので、その回収に更なる工夫が必要となる。 However, in the technique described in Patent Document 1, not only chlorine but also simple metals such as Zn and Mg can be recovered and reused, but the electrolysis of chloride must be performed in a molten salt state at a high temperature. Therefore, there is a problem that the equipment load is large and the equipment cost is high.
Further, in the technique described in Patent Document 2, an oxidation reaction using oxygen is performed for recovery of chlorine. However, not all oxygen added for use in the reaction is used for the reaction, and a part of it is used. Remains. If oxygen remains, the porous carbon material from which the oxygen is obtained is burned, so that it is necessary to separate chlorine gas and oxygen gas. However, the separation operation of chlorine gas and oxygen gas is very complicated. In addition, in the oxidation reaction, oxide ultrafine particles (0.05 to 0.2 μm in diameter) are generated, so that further contrivance is required for the recovery.

そこで、本発明はケイ素またはチタン等の金属炭化物を塩素含有雰囲気で熱処理して多孔質炭素材料を製造すると同時に、該製造工程で生じる副産物から塩素等を回収し該製造工程に再利用する技術において、更なる設備や煩雑な操作が不要な技術を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a technique for producing a porous carbon material by heat-treating a metal carbide such as silicon or titanium in a chlorine-containing atmosphere, and simultaneously recovering chlorine and the like from by-products generated in the production process and reusing them in the production process. An object of the present invention is to provide a technique that does not require additional equipment or complicated operations.

本発明の一態様にかかる多孔質炭素材料の製造方法は、
塩素ガスを含む第１のガスの加熱雰囲気中に、第１の金属を含む金属炭化物を曝して、前記第１の金属を含む金属塩化物と多孔質炭素材料とを生成する第１の工程と、
前記金属塩化物をアルカリ水酸化物水溶液にて中和し、アルカリ塩化物水溶液と第１の金属を含む金属酸化物及び金属水酸化物の少なくとも一方とを生成する第２の工程と、
前記アルカリ塩化物水溶液を電気分解し塩素ガスとアルカリ水酸化物水溶液を生成する第３の工程を有し、
前記第３の工程において生成された塩素ガスとアルカリ水酸化物水溶液を、それぞれ前記第１の工程と前記第２の工程に用いる。 A method for producing a porous carbon material according to an aspect of the present invention includes:
A first step of generating a metal chloride containing the first metal and a porous carbon material by exposing a metal carbide containing the first metal in a heated atmosphere of the first gas containing chlorine gas; ,
A second step of neutralizing the metal chloride with an aqueous alkali hydroxide solution to produce an aqueous alkali chloride solution and at least one of a metal oxide and a metal hydroxide containing a first metal;
A third step of electrolyzing the alkali chloride aqueous solution to produce chlorine gas and an alkali hydroxide aqueous solution;
The chlorine gas generated in the third step and the aqueous alkali hydroxide solution are used in the first step and the second step, respectively.

上記発明の多孔質炭素材料の製造方法によれば、製造工程で生じる副産物から塩素等を回収し該製造工程に再利用する技術において、更なる設備や煩雑な操作が不要となる。   According to the method for producing a porous carbon material of the present invention, in the technique of recovering chlorine and the like from a by-product generated in the production process and reusing it in the production process, further facilities and complicated operations are not required.

本発明の一態様に係る多孔質炭素材料の製造方法の概要を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the outline | summary of the manufacturing method of the porous carbon material which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る多孔質炭素材料の製造方法の第３の工程に使用し得る電解槽の概略図である。It is the schematic of the electrolytic cell which can be used for the 3rd process of the manufacturing method of the porous carbon material which concerns on 1 aspect of this invention.

［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様に係る多孔質炭素材料の製造方法は、（１）塩素ガスを含む第１のガスの加熱雰囲気中に、第１の金属を含む金属炭化物を曝して、前記第１の金属を含む金属塩化物と多孔質炭素材料とを生成する第１の工程と、前記金属塩化物をアルカリ水酸化物水溶液にて中和し、アルカリ塩化物水溶液と第１の金属を含む金属酸化物及び金属水酸化物の少なくとも一方とを生成する第２の工程と、前記アルカリ塩化物水溶液を電気分解し塩素ガスとアルカリ水酸化物水溶液を生成する第３の工程を有し、前記第３の工程において生成された塩素ガスとアルカリ水酸化物水溶液を、それぞれ前記第１の工程と前記第２の工程に用いる。 [Description of Embodiment of the Present Invention]
In the method for producing a porous carbon material according to one aspect of the present invention, (1) a metal carbide containing a first metal is exposed to a heated atmosphere of a first gas containing chlorine gas, and the first metal is exposed. A first step of producing a metal chloride containing a porous carbon material, and neutralizing the metal chloride with an aqueous alkali hydroxide solution to obtain a metal oxide containing the aqueous alkali chloride solution and the first metal And a second step of producing at least one of the metal hydroxide and a third step of electrolyzing the aqueous alkali chloride solution to produce chlorine gas and an aqueous alkali hydroxide solution, Chlorine gas and alkali hydroxide aqueous solution generated in the step are used for the first step and the second step, respectively.

第２の工程で生成されたアルカリ塩化物水溶液を、第３の工程で電気分解することにより塩素ガスが回収され、この塩素ガスを第１の工程の塩素ガスとして利用できる。これにより、多孔質炭素材料の生成において塩素ガスを再利用して塩素ガスを循環的に使用できる。このことから、塩素ガスを効率よく利用できると共に塩素ガスの環境負荷を低減することができる。
また、第１の工程及び第２の工程で生成される中間生成物は、気体、スラリー、水溶液等の配管輸送や反応操作が容易なものである。さらに、第２及び第３の各工程における反応は０〜５０℃程度の常温領域で進行するものである。このため、本発明の方法には更なる設備や煩雑な操作を不要とすることができる。また、第３の工程におけるアルカリ塩化物水溶液の電気分解は、苛性ソーダの製造プロセスとして広く活用されているので、既存の設備などを活用しやすい。
また、第１の工程において生成した金属塩化物は中和保存することができるので、製造設備が停止した場合でも、特許文献１に記載の技術と比較して、稼働時の安全性が高い。
さらに、本発明の一態様の方法を単一で用いるだけではなく、特許文献１及び２等に記載の公知のプロセスの一部に本発明の一態様の方法を組み込み、設備停止時の塩素ガスの安全な除外と回収に用いることも可能である。 Chlorine gas is recovered by electrolyzing the aqueous alkali chloride solution produced in the second step in the third step, and this chlorine gas can be used as the chlorine gas in the first step. Thereby, in the production of the porous carbon material, the chlorine gas can be reused by reusing the chlorine gas. Thus, chlorine gas can be used efficiently and the environmental load of chlorine gas can be reduced.
Moreover, the intermediate product produced | generated by a 1st process and a 2nd process is a thing with easy piping transport and reaction operation, such as gas, a slurry, and aqueous solution. Furthermore, the reaction in each of the second and third steps proceeds in a room temperature region of about 0 to 50 ° C. This eliminates the need for further equipment and complicated operations in the method of the present invention. In addition, since the electrolysis of the aqueous alkali chloride solution in the third step is widely used as a caustic soda manufacturing process, it is easy to use existing facilities.
Moreover, since the metal chloride produced | generated in the 1st process can be neutralized and preserve | saved, even when a manufacturing facility stops, compared with the technique of patent document 1, the safety | security at the time of operation is high.
Furthermore, not only the method according to one aspect of the present invention is used alone, but also the method according to one aspect of the present invention is incorporated into a part of known processes described in Patent Documents 1 and 2, etc., so It can also be used for safe exclusion and recovery of

（２）前記第１の工程で使用する前記金属炭化物としては、炭化アルミニウム、炭化ホウ素、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化モリブデンの少なくとも一つを含むことが好ましい。これらが塩素と反応して生成される金属塩化物は、いずれも沸点が３００℃以下で蒸気圧が高く、常温常圧で気体の形態をとり易いものである。これにより、生成される金属塩化物の配管輸送や次工程での反応操作をより容易にすることができる。
（３）前記金属炭化物が炭化ケイ素であることが、取扱い性、入手容易性、コストパフォーマンスの点で好ましい。
（４）前記第１のガスが、５００〜１５００℃の温度に加熱されることが、反応の確実性や加熱エネルギーコストの点で好ましい。
（５）前記第１のガスが、１０００〜１３００℃の温度に加熱されることが、反応の確実性や加熱エネルギーコストの点でより好ましい。
（６）前記第２の工程において、アルカリ水酸化物がＮａＯＨであり、その水溶液の濃度が５〜２０質量％であることが好ましい。ＮａＯＨを使用することにより、第３の工程において、ＮａＯＨと塩素を製造する一般的な工業プロセスを転用できる。
（７）前記電気分解が陽イオン交換膜を介し行われることが好ましい。ＮａＯＨと塩素を製造する一般的な工業プロセスで使用している設備等を容易に転用できる。 (2) The metal carbide used in the first step preferably includes at least one of aluminum carbide, boron carbide, silicon carbide, titanium carbide, tungsten carbide, and molybdenum carbide. All of these metal chlorides produced by reacting with chlorine have a boiling point of 300 ° C. or lower, a high vapor pressure, and are easily in the form of a gas at normal temperature and pressure. Thereby, the piping operation of the metal chloride produced | generated and reaction operation in the following process can be made easier.
(3) It is preferable that the metal carbide is silicon carbide in terms of handleability, availability, and cost performance.
(4) It is preferable that the first gas is heated to a temperature of 500 to 1500 ° C. in terms of the certainty of the reaction and the heating energy cost.
(5) It is more preferable that the first gas is heated to a temperature of 1000 to 1300 ° C. in terms of the certainty of the reaction and the heating energy cost.
(6) In the second step, the alkali hydroxide is NaOH, and the concentration of the aqueous solution is preferably 5 to 20% by mass. By using NaOH, a general industrial process for producing NaOH and chlorine can be diverted in the third step.
(7) The electrolysis is preferably performed via a cation exchange membrane. Equipment and the like used in a general industrial process for producing NaOH and chlorine can be easily diverted.

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
〔多孔質炭素材料の概要〕
本発明の一態様に係る多孔質炭素材料の製造方法は、図１のフロー図に示す通り、第１の工程と、第２の工程と、第３の工程とを有する。第１の工程では、塩素ガスを含む第１のガスの加熱雰囲気中に、第１の金属を含む金属炭化物を曝して、前記第１の金属を含む金属塩化物と多孔質炭素材料とを生成する。第２の工程では、前記金属塩化物をアルカリ水酸化物水溶液にて中和し、アルカリ塩化物水溶液と第１の金属を含む金属酸化物及び金属水酸化物の少なくとも一方とを生成する。第３の工程では、前記アルカリ塩化物水溶液を電気分解し塩素ガスとアルカリ水酸化物水溶液を生成する。さらに前記第３の工程において生成された塩素ガスとアルカリ水酸化物水溶液を、それぞれ前記第１の工程と前記第２の工程に用いる。 [Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[Outline of porous carbon material]
The method for producing a porous carbon material according to one embodiment of the present invention includes a first step, a second step, and a third step, as shown in the flowchart of FIG. In the first step, the metal carbide containing the first metal is exposed to the heated atmosphere of the first gas containing chlorine gas to produce the metal chloride containing the first metal and the porous carbon material. To do. In the second step, the metal chloride is neutralized with an aqueous alkali hydroxide solution to produce an aqueous alkali chloride solution and at least one of a metal oxide containing a first metal and a metal hydroxide. In the third step, the alkali chloride aqueous solution is electrolyzed to produce chlorine gas and an alkali hydroxide aqueous solution. Further, the chlorine gas and the alkali hydroxide aqueous solution generated in the third step are used in the first step and the second step, respectively.

〔第１の工程〕
第１の工程では、塩素ガスを含む第１のガスの加熱雰囲気中に、第１の金属を含む金属炭化物を曝して、前記金属炭化物と第１のガスとを反応させる。金属炭化物は、構成元素として炭素及び金属元素を含む。第１の工程では、詳細には前記金属炭化物を構成する金属と第１のガスに含まれる塩素とを反応させる。この反応により、第１の金属を含む金属塩化物と多孔質炭素材料とが生成される。
例えば、前記金属炭化物として炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いた場合、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）及び多孔質炭素材料（Ｃ）が生成される。この反応は、下記化学反応式（１）により示される。 [First step]
In the first step, the metal carbide containing the first metal is exposed to a heated atmosphere of the first gas containing chlorine gas to cause the metal carbide to react with the first gas. Metal carbide includes carbon and metal elements as constituent elements. In the first step, in detail, the metal constituting the metal carbide is reacted with chlorine contained in the first gas. By this reaction, a metal chloride containing the first metal and a porous carbon material are generated.
For example, when silicon carbide (SiC) is used as the metal carbide, silicon tetrachloride (SiCl 4 ) and a porous carbon material (C) are generated. This reaction is represented by the following chemical reaction formula (1).

ＳｉＣ ＋ ２Ｃｌ２ → ＳｉＣｌ４ ＋ Ｃ ・・・（１） SiC + 2Cl 2 → SiCl 4 + C (1)

第１の工程で使用する、前記金属炭化物としては、既に例述した炭化ケイ素の他、炭化アルミニウム、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化モリブデンが好ましく、これらを単独、または併用して使用することができる。
これらの金属炭化物が、上記化学反応式（１）のような反応で金属塩化物として生成された場合、該金属塩化物は沸点が３００℃以下であり、常温で気体または液体の状態となるものである。常温で気体または液体の状態であれば、後に詳述する、第２の工程の場への配管輸送や反応操作性において好適である。
取扱い性、入手容易性、コストパフォーマンスの観点から、炭化ケイ素を使用することが好ましい。 As the metal carbide used in the first step, aluminum carbide, boron carbide, titanium carbide, tungsten carbide, and molybdenum carbide are preferable in addition to the silicon carbide described above, and these are used alone or in combination. be able to.
When these metal carbides are produced as metal chlorides by the reaction shown in the above chemical reaction formula (1), the metal chlorides have a boiling point of 300 ° C. or lower and become gaseous or liquid at room temperature. It is. If it is in the state of gas or liquid at normal temperature, it is suitable for the piping transportation to the place of the 2nd process and reaction operativity which are explained in full detail later.
From the viewpoints of handleability, availability, and cost performance, it is preferable to use silicon carbide.

第１の工程で使用する、第１のガスは、構成元素として塩素ガスを含むガスである。第１のガスは、塩素ガスと不活性ガスとの混合ガス、若しくは実質的に１００％の塩素ガスのみからなるガスである。不活性ガスは、窒素ガス（Ｎ２）、アルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウムガス（Ｈｅ）、ネオンガス（Ｎｅ）、キセノンガス（Ｘｅ）等である。 The first gas used in the first step is a gas containing chlorine gas as a constituent element. The first gas is a mixed gas of chlorine gas and an inert gas, or a gas consisting essentially of 100% chlorine gas. The inert gas is nitrogen gas (N 2 ), argon gas (Ar), helium gas (He), neon gas (Ne), xenon gas (Xe), or the like.

第１の工程における反応は、加熱雰囲気で行われるが、具体的には５００〜１５００℃の温度範囲が好ましい。５００℃以上であれば反応速度が確実な条件となる。また、１５００℃を超えた場合は、加熱エネルギーコストの点で好ましくない。また、製造設備を損傷したり、生成された金属塩化物や多孔質炭素材料を破壊したり副生成物を生じさせたりすることもある。より好ましい加熱雰囲気は１０００〜１３００℃の温度範囲である。   The reaction in the first step is performed in a heated atmosphere, and specifically, a temperature range of 500 to 1500 ° C. is preferable. If it is 500 degreeC or more, reaction rate will become reliable conditions. Moreover, when it exceeds 1500 degreeC, it is unpreferable at the point of a heating energy cost. In addition, the production equipment may be damaged, the generated metal chloride or porous carbon material may be destroyed, or a by-product may be generated. A more preferable heating atmosphere is a temperature range of 1000 to 1300 ° C.

第１の工程において生成される金属塩化物と多孔質炭素材料は、それぞれ、気体と固体粒子である。第１の工程において生成された金属塩化物と多孔質炭素材料は、適切な気体−固体粒子分離手段により分離される。   The metal chloride and porous carbon material produced in the first step are gas and solid particles, respectively. The metal chloride and porous carbon material produced in the first step are separated by an appropriate gas-solid particle separation means.

〔第２の工程〕
第２の工程では、前記第１の工程で生成した金属塩化物をアルカリ水酸化物水溶液に添加することにより、金属塩化物を加水分解することで中和させる。この中和反応により、金属酸化物または金属水酸化物とアルカリ塩化物水溶液とが生成される。
例えば、第１の工程で生成した前記金属塩化物がＳｉＣｌ４で、アルカリ水酸化物が水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の場合には、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）が生成される。この反応は、下記化学反応式（２）により示される。 [Second step]
In the second step, the metal chloride produced in the first step is added to the aqueous alkali hydroxide solution to neutralize the metal chloride by hydrolysis. By this neutralization reaction, a metal oxide or metal hydroxide and an aqueous alkali chloride solution are generated.
For example, when the metal chloride produced in the first step is SiCl 4 and the alkali hydroxide is sodium hydroxide (NaOH), silicon oxide (SiO 2 ) and sodium chloride (NaCl) are produced. . This reaction is represented by the following chemical reaction formula (2).

ＳｉＣｌ４ ＋ ４ＮａＯＨ → ＳｉＯ２ ＋ ４ＮａＣｌ ＋ ２Ｈ２Ｏ
・・・（２） SiCl 4 + 4NaOH → SiO 2 + 4NaCl + 2H 2 O
... (2)

第２の工程の反応は、０〜５０℃の常温の範囲で行われるために、反応装置の加熱のためのエネルギーコストを小さくすることができる。   Since the reaction in the second step is performed in a range of normal temperature of 0 to 50 ° C., the energy cost for heating the reaction apparatus can be reduced.

第２の工程で使用するアルカリ水酸化物としては、既に例述した水酸化ナトリウムの他、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等が好ましく、これらを単独、または併用して使用することができる。
取扱い性、入手容易性、コストパフォーマンスの観点や、苛性ソーダと塩素を製造する一般的な工業プロセスを導入できる利点から、水酸化ナトリウムを使用することが好ましい。また、その際の水酸化ナトリウム水溶液の濃度は５〜２０質量％であることが好ましい。 As the alkali hydroxide used in the second step, potassium hydroxide, calcium hydroxide, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide and the like are preferable in addition to the sodium hydroxide already exemplified, and these may be used alone or in combination. Can be used.
Sodium hydroxide is preferably used from the viewpoints of handleability, availability, cost performance, and the advantage that a general industrial process for producing caustic soda and chlorine can be introduced. Moreover, it is preferable that the density | concentration of the sodium hydroxide aqueous solution in that case is 5-20 mass%.

第２の工程で生成された金属酸化物または金属水酸化物とアルカリ塩化物水溶液の分離は、生成酸化物などを沈殿濾過する手法を用いることが出来る。場合により高分子凝集剤などを添加し、沈殿が生じやすくする手法を用いてもよい。   For separation of the metal oxide or metal hydroxide generated in the second step and the aqueous alkali chloride solution, a method of precipitation filtering the generated oxide or the like can be used. In some cases, a method may be used in which a polymer flocculant or the like is added to facilitate precipitation.

第２の工程で生成されたアルカリ塩化物水溶液は、後で詳述する第３の工程に供される。一方、金属酸化物または金属水酸化物は、廃棄しても良く、別の用途に使用してもよく、さらに炭素と反応させることにより炭化物とし、第１の工程で再利用してもよい。   The aqueous alkali chloride solution produced in the second step is subjected to a third step which will be described in detail later. On the other hand, the metal oxide or metal hydroxide may be discarded, may be used for another purpose, or may be made into a carbide by reacting with carbon and reused in the first step.

〔第３の工程〕
第３の工程では、前記第２の工程で生成したアルカリ塩化物水溶液を電気分解させる。この反応により、塩素ガスとアルカリ水酸化物水溶液とが生成される。
例えば、第２の工程で生成したアルカリ塩化物水溶液が塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液の場合には、塩素ガス（Ｃｌ２）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液とが生成される。この反応は、下記化学反応式（３）により示される。 [Third step]
In the third step, the alkaline chloride aqueous solution generated in the second step is electrolyzed. By this reaction, chlorine gas and an aqueous alkali hydroxide solution are generated.
For example, when the alkali chloride aqueous solution generated in the second step is a sodium chloride (NaCl) aqueous solution, chlorine gas (Cl 2 ) and a sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution are generated. This reaction is represented by the following chemical reaction formula (3).

正極 ２ＮａＣｌ → Ｃｌ２ ＋ ２Ｎａ＋ ＋ ２ｅ−
負極 ２Ｎａ＋ ＋ ２Ｈ２Ｏ ＋ ２ｅ− → ２ＮａＯＨ ＋ Ｈ２
・・・（３） Positive electrode 2NaCl → Cl 2 + 2Na + + 2e −
Negative electrode 2Na + + 2H 2 O + 2e − → 2NaOH + H 2
... (3)

第３の工程での電気分解の条件としては、特に限定はないが、陽イオン交換膜を介し行われることが好ましい。具体的には、苛性ソーダと塩素を製造する一般的な工業プロセスで用いる、図２に示すような電解槽１が挙げられる。
図２に示す電解槽１は、陽極２と陰極３とを備え、陽極２と陰極３との間が陽イオン交換膜６で隔てられていることにより、陽極室４と陰極室５が形成されている。陽極室４の下部から食塩水（ＮａＣｌsoln.）を、陰極室５の下部から水（Ｈ２Ｏ）を供給し、陽極２及び陰極３間に直流電流を印加することで電気分解を行う。
電気分解により、陽極室４では、塩素イオン（Ｃｌ−）が陽極２に電気的に引き寄せられ、陽極２の表面で気体の塩素分子（Ｃｌ２）となる。また陽極室４中のナトリウムイオン（Ｎａ＋）は、陰極３に電気的に引き寄せられ、陽イオン交換膜６を通過して陰極室５に移動する。陰極室５では、Ｈ２Ｏが水素イオン（Ｈ＋）と水酸イオン（ＯＨ−）に分解され、Ｈ＋は陰極３に電気的に引き寄せられ、陰極３の表面で気体の水素分子（Ｈ２）となる。またＨ２Ｏから分解されたＯＨ−と、陽極室４から陽イオン交換膜６を通過して移動してきたＮａ＋により、ＮａＯＨ水溶液が生成される。
なお、電解槽１において、Ｎａ＋は陽イオン交換膜６を通過して陽極室４から陰極室５へ移動するが、Ｃｌ−及びＯＨ−は陽イオン交換膜６を通過することができず、それぞれ、陽極室４及び陰極室５から移動しないで留まる。
陽極室４で発生したＣｌ２は第１の工程で再利用され、陰極室５で生成されたＮａＯＨ水溶液は第２の工程で再利用される。 The conditions for the electrolysis in the third step are not particularly limited, but it is preferably carried out via a cation exchange membrane. Specifically, there is an electrolytic cell 1 as shown in FIG. 2 used in a general industrial process for producing caustic soda and chlorine.
The electrolytic cell 1 shown in FIG. 2 includes an anode 2 and a cathode 3, and the anode chamber 4 and the cathode chamber 5 are formed by separating the anode 2 and the cathode 3 by a cation exchange membrane 6. ing. Electrolysis is performed by supplying saline (NaClsoln.) From the lower part of the anode chamber 4 and water (H 2 O) from the lower part of the cathode chamber 5 and applying a direct current between the anode 2 and the cathode 3.
In the anode chamber 4, chlorine ions (Cl − ) are electrically attracted to the anode 2 by electrolysis, and become gaseous chlorine molecules (Cl 2 ) on the surface of the anode 2. In addition, sodium ions (Na + ) in the anode chamber 4 are electrically attracted to the cathode 3, pass through the cation exchange membrane 6, and move to the cathode chamber 5. In the cathode chamber 5, H 2 O is decomposed into hydrogen ions (H + ) and hydroxide ions (OH − ), H + is electrically attracted to the cathode 3, and gaseous hydrogen molecules (H 2 ). An aqueous NaOH solution is generated by OH − decomposed from H 2 O and Na + that has moved from the anode chamber 4 through the cation exchange membrane 6.
In the electrolytic cell 1, Na + passes through the cation exchange membrane 6 and moves from the anode chamber 4 to the cathode chamber 5, but Cl − and OH − cannot pass through the cation exchange membrane 6. Remain without moving from the anode chamber 4 and the cathode chamber 5, respectively.
Cl 2 generated in the anode chamber 4 is reused in the first step, and the aqueous NaOH solution generated in the cathode chamber 5 is reused in the second step.

〔その他〕
本実施形態は、第２及び第３の工程の反応温度が低く、該工程で生成される物質も取扱い性が良いため、製造コストを低く抑えながらも、塩素ガスを効率よく回収、再利用できる。これに対して、特許文献１及び２に記載の技術は、本実施形態と比較して、各工程の反応温度が高く、各工程で生成される物質も取扱い性が複雑になるが、金属材料を効率よく回収、再利用できる点もあり、本実施形態とは異なる有利点もある。
したがって、多孔質炭素材料の製造、およびそれに使用する調製材料の回収、再利用のための方法、設備として、特許文献１及び２に記載の技術を主な構成とし、その主な構成の方法、設備が停止した際等に、予備的又は緊急回避的な処理方法、設備として、本実施形態の方法、設備を作動させるようにしても良い。 [Others]
In this embodiment, the reaction temperatures of the second and third steps are low, and the substances produced in the steps are also easy to handle, so that chlorine gas can be efficiently recovered and reused while keeping the manufacturing cost low. . On the other hand, the techniques described in Patent Documents 1 and 2 have a higher reaction temperature in each process than in the present embodiment, and the materials generated in each process are more complicated to handle. Can be efficiently recovered and reused, and there is an advantage different from the present embodiment.
Therefore, as a method and equipment for producing a porous carbon material, and recovering and reusing a prepared material used therefor, the technology described in Patent Documents 1 and 2 is a main configuration, and a method of the main configuration, When the equipment is stopped, the method and equipment of this embodiment may be operated as a preliminary or emergency avoidance processing method and equipment.

１ 電解槽
２ 陽極
３ 陰極
４ 陽極室
５ 陰極室
６ 陽イオン交換膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrolysis cell 2 Anode 3 Cathode 4 Anode chamber 5 Cathode chamber 6 Cation exchange membrane

Claims (7)

塩素ガスを含む第１のガスの加熱雰囲気中に、第１の金属を含む金属炭化物を曝して、前記第１の金属を含む金属塩化物と多孔質炭素材料とを生成する第１の工程と、
前記金属塩化物をアルカリ水酸化物水溶液にて中和し、アルカリ塩化物水溶液と第１の金属を含む金属酸化物及び金属水酸化物の少なくとも一方とを生成する第２の工程と、
前記アルカリ塩化物水溶液を電気分解し塩素ガスとアルカリ水酸化物水溶液を生成する第３の工程を有し、
前記第３の工程において生成された塩素ガスとアルカリ水酸化物水溶液を、それぞれ前記第１の工程と前記第２の工程に用いる多孔質炭素材料の製造方法。 A first step of generating a metal chloride containing the first metal and a porous carbon material by exposing a metal carbide containing the first metal in a heated atmosphere of the first gas containing chlorine gas; ,
A second step of neutralizing the metal chloride with an aqueous alkali hydroxide solution to produce an aqueous alkali chloride solution and at least one of a metal oxide and a metal hydroxide containing a first metal;
A third step of electrolyzing the alkali chloride aqueous solution to produce chlorine gas and an alkali hydroxide aqueous solution;
A method for producing a porous carbon material, wherein the chlorine gas and the alkali hydroxide aqueous solution generated in the third step are used in the first step and the second step, respectively. 前記金属炭化物が、炭化アルミニウム、炭化ホウ素、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化モリブデンの少なくとも一つを含む請求項１に記載の多孔質炭素材料の製造方法。   The method for producing a porous carbon material according to claim 1, wherein the metal carbide includes at least one of aluminum carbide, boron carbide, silicon carbide, titanium carbide, tungsten carbide, and molybdenum carbide. 前記金属炭化物が炭化ケイ素である請求項１又は請求項２に記載の多孔質炭素材料の製造方法。   The method for producing a porous carbon material according to claim 1, wherein the metal carbide is silicon carbide. 前記第１の工程において、前記第１のガスが、５００〜１５００℃の温度に加熱される請求項１又は請求項２に記載の多孔質炭素材料の製造方法。   The method for producing a porous carbon material according to claim 1 or 2, wherein, in the first step, the first gas is heated to a temperature of 500 to 1500 ° C. 前記第１の工程において、前記第１のガスが、１０００〜１３００℃の温度に加熱される請求項４に記載の多孔質炭素材料の製造方法。   The method for producing a porous carbon material according to claim 4, wherein in the first step, the first gas is heated to a temperature of 1000 to 1300 ° C. 前記第２の工程において、アルカリ水酸化物がＮａＯＨであり、その水溶液の濃度が５〜２０質量％である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の多孔質炭素材料の製造方法。   The porous carbon material according to any one of claims 1 to 5, wherein in the second step, the alkali hydroxide is NaOH and the concentration of the aqueous solution is 5 to 20% by mass. Method. 前記電気分解が陽イオン交換膜を介し行われる、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の多孔質炭素材料の製造方法。   The method for producing a porous carbon material according to any one of claims 1 to 6, wherein the electrolysis is performed via a cation exchange membrane.
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