KR102057134B1 - 촉매를 사용한 탄소 재료의 제조 방법 및 탄소 재료 - Google Patents

촉매를 사용한 탄소 재료의 제조 방법 및 탄소 재료 Download PDF

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Abstract

셀룰로오스계 재료를 사용하여, 셀룰로오스계 재료의 형태가 유지된 탄소 재료를 고수율로 제조할 수 있는, 탄소 재료의 제조 방법을 제공하는 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료에 대하여, 술폰산을 흡착시키는 공정, 및 상기 술폰산을 흡착시킨 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료를, 불활성 가스 분위기 중, 600∼2800 ℃의 온도에 의해 가열 처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 재료의 제조 방법이다.

Description

촉매를 사용한 탄소 재료의 제조 방법 및 탄소 재료{METHOD FOR PRODUCING CARBON MATERIAL USING CATALYST, AND CARBON MATERIAL}
본 발명은, 탄소 재료의 제조 방법 및 탄소 재료에 관한 것이며, 상세하게는, 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료를 사용하여, 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료의 형태가 유지된 탄소 재료를 고수율로 제조하는 방법, 및 상기 제조 방법에 의해 얻어지고, 원료의 형태를 유지한 탄소 재료에 관한 것이다.
셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료를 원료로 한 탄소 재료는 넓은 분야에서 이용되고 있다. 이와 같은 탄소 재료는, 대부분의 경우, 섬유형, 입자형 또는 괴상(塊狀)의 형태로 사용되고 있고, 필름 또는 막형의 얇은 평면적인 형태의 탄소 재료의 응용예는 매우 적은 실정이다. 이러한 평면적인 형태의 탄소 재료의 예로서는, 연료 전지의 전극의 가스 확산층에 탄소 섬유를 원료로 한 도전성의 카본 페이퍼 또는 클로스(cloth)가 있지만, 매우 고가이다.
셀룰로오스계 재료를 불활성 가스 중, 고온에서 가열하면, 열분해에 의해 탈수 반응과 해중합(depolymerization)이 생기고, CO, CO2, H2O, 그 외의 휘발성 가스가 발생할 뿐만 아니라, 레보글루코산과 같은 저분자량물의 생성 등, 복잡한 분해 반응이 생기고, 최종적으로는 탄소를 주성분으로 하는 흑색 물질이 남는 것으로 여겨지고 있다(비특허 문헌 1, 2).
이와 같은 열분해 때문에, 예를 들면, 필름형의 형태를 가지는 셀룰로오스계 물질에 있어서는, 그 형태 유지가 매우 곤란하여, 얻어지는 탄소 재료는 매우 취약하게 된다.
최근, 셀룰로오스계 물질의 특성을 살려, 박테리아가 생산한 겔상의 박테리아 셀룰로오스로부터, 비표면적(比表面積)이 큰 신규한 구성의 네트워크형 탄소 재료 및 시트형물을 양호한 수율로, 또한 흑연화 비율을 변동시켜 얻을 수 있는 기술에 대하여 보고하고 있다(특허 문헌 1). 또한, 최근, 본 발명자들은, 셀룰로오스계 물질에 대하여, 할로겐 또는 할로겐화물을 도핑한 후에, 가열 처리를 행함으로써 셀룰로오스계 물질의 형태가 유지된 탄소 재료를 제공할 수 있는 것에 대하여 보고하였다(특허 문헌 2).
일본공개특허 제2007-55865호 공보 일본공개특허 제2009-292676호 공보
Thermal Degradation of Polymeric Materials, by K. Pielichowski and J. Njuguna, Rapra, Shawbury, UK, 2005 Thermal Biomass Conversion, by A. V. Bridgwater, H. Hofbauer, S. VanLoo, CPL Press, London, UK, 2009
상기 특허 문헌 1에 있어서 박테리아 셀룰로오스계 물질로부터 탄소 재료를 양호하게 얻을 수 있는 것에 대하여 보고하고 있지만, 박테리아 셀룰로오스계 물질은 겔상의 물질이므로, 박테리아 셀룰로오스의 네트워크 구조를 유지하면서 건조시키는 공정이 필수적이며, 또한 이 건조 공정에서는 수축율을 소정 범위 내로 제어할 필요가 있는 등의 문제가 있다. 또한, 특허 문헌 2의 제조 방법은 할로겐의 가스를 사용함으로써, 기상(氣相)에서 할로겐 분자를 셀룰로오스에 흡착시키는 특징을 가지지만, 할로겐의 취급에 몇 가지 주의를 요한다는 점에 있어서 개선의 여지가 있었다.
이에, 본 발명의 목적은, 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료를 사용하여, 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료의 형태가 유지된 탄소 재료를 고수율로 제조하는 탄소 재료의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 예의(銳意) 검토한 결과, 탄소화의 촉매로서 비교적 취급하기 쉬운 술폰산을 사용함으로써 상기 문제점을 해결할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 탄소 재료의 제조 방법은, 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료에 대하여, 술폰산을 흡착시키는 공정, 및 상기 술폰산을 흡착시킨 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료를, 불활성 가스 분위기 중, 600∼2800 ℃, 바람직하게는 600∼1000 ℃의 온도에 의해 가열 처리하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 탄소 재료의 제조 방법은, 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료에 대하여, 술폰산을 흡착시키는 공정, 상기 술폰산을 흡착시킨 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료를, 불활성 가스 분위기 중, 600∼2800 ℃의 온도, 바람직하게는 600∼1000 ℃에 의해 가열 처리하는 공정, 및 상기 가열 처리한 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료를 실온까지 냉각한 후, 불활성 가스 분위기 중, 1800∼3000 ℃의 온도에서의 재가열 처리를 행하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 탄소 재료의 제조 방법에 있어서는, 상기 술폰산을 흡착시키는 공정이, 실온에서 술폰산 수용액에 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료를 침지(浸漬)시킴으로써 행해지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 탄소 재료의 제조 방법에 있어서는, 상기 술폰산 수용액의 농도가, 0.1∼2.0 몰/L인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 탄소 재료의 제조 방법에 있어서는, 상기 술폰산은 지방족계, 방향족계 중 어느 계의 술폰산이어도 된다. 구체적으로는, 메탄 술폰산, p-톨루엔 술폰산, 나프탈렌 술폰산, 벤젠 술폰산 및 캠퍼 술폰 등의 수용성 술폰산 등 중에서 어느 1종 단독으로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 탄소 재료의 제조 방법에 있어서는, 상기 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료가, 방적사, 모노 필라멘트, 종이, 필름, 시트, 직물 및 편물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 형태인 것이 바람직하다.
본 발명의 탄소 재료는, 상기 어느 하나의 탄소 재료의 제조 방법에 의해 얻어지고, 원료로서 사용한 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료의 형태가 유지되고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 술폰산이 흡착된 셀룰로오스가 온도 상승과 함께, 술폰산의 탈수 기능에 의해, 셀룰로오스 분자로부터 물(H2O)을 제거함으로써, 열분해 반응이 거의 없어져서, 셀룰로오스 분자 내의 대부분의 탄소가 탄소화물로서 남기 때문에, 고탄소화 수율로, 형태가 유지된 탄소화가 가능하게 된다. 이와 같이 셀룰로오스계 재료의 형태가 유지되어 탄소화된 결과, 예를 들면, 일본 종이(和紙)로부터 도전성을 가지는 탄소 필름을 고탄소화 수율로 제작하는 것도 가능하게 된다.
이하에서, 본 발명의 탄소 재료를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 탄소 재료의 제조 방법은, 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료에 대하여, 술폰산을 흡착시키는 공정, 상기 술폰산을 흡착시킨 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료를, 불활성 가스 분위기 중, 600∼2800 ℃의 온도, 바람직하게는 600∼1000 ℃의 온도에 의해 가열 처리하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료에 대하여, 술폰산을 흡착시키는 공정에 있어서, 술폰산 수용액에 침지하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 술폰산 수용액을 셀룰로오스계 재료에 대하여 뿌리는 방법, 기화된 술폰산 증기에 접촉시키는 방법, 술폰산 수용액에 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료의 섬유를 혼합하여 초지(抄紙)하는 방법 등을 예로 들 수 있다. 바람직하게는, 술폰산 수용액에 셀룰로오스계 재료를 침지하는 방법이다. 술폰산 수용액의 침지시의 온도는 특별히 한정되지 않지만, 실온이 바람직하다. 침지 시간은, 바람직하게는 5∼120 분간, 더욱 바람직하게는 5∼30 분간이다. 침지에 의해, 셀룰로오스계 재료 내에, 예를 들면 1∼150 질량%, 바람직하게는 5∼60 질량%의 술폰산이 흡착한다. 침지 후, 셀룰로오스계 재료를 인출하여, 건조시키는 것이 바람직하다. 건조 방법으로서는, 예를 들면, 실온에서 방치, 건조기에 도입하는 등의 어떤 방법이라도 된다. 건조는, 술폰산 수용액으로부터 인출한 후, 여분의 수분이 증발하여 시료 중량의 변화가 없어질 때까지 행하면 된다. 예를 들면, 실온 건조하는 경우에는, 건조 시간은 0.5일 이상 방치하면 된다. 건조에 의해 질량 변화가 거의 없어진 후, 셀룰로오스계 재료를 가열 처리 공정에 제공한다.
본 발명의 탄소 재료의 제조 방법에 있어서, 원료로서 사용되는 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료는, 셀룰로오스 유도체를 주성분으로 하여 구성되는 재료이다. 셀룰로오스, 셀룰로오스 유도체로서는, 화학 합성품, 식물 유래, 재생 셀룰로오스, 박테리아가 생산한 셀룰로오스 등, 그 유래는 어느 것이라도 된다. 예를 들면, 이른바 수목 등의 고등 식물에 의해 생산되는 일반적인 식물 셀룰로오스계 재료, 면이나 펄프로부터 채취되는 단섬유형 셀룰로오스에 화학 처리를 행하여 용해시켜 얻어지는 장섬유형의 재생 셀룰로오스계 재료를 들 수 있다. 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료는, 1차 원으로부터 3차원에 이르는 각종 형상을 가지는 섬유형, 필름형 또는 3차원적 구조의 형태를 가지며, 본 발명은, 이와 같은 다양한 형태를 가지는 것이라도, 고온에서의 탄소화에 있어서 형태 파괴 및 탄소 수율의 저하를 방지하는 것을 가능하도록 한 것이다. 이러한 효과를 얻기 위해 바람직한 셀룰로오스계 재료로서, 방적사, 모노 필라멘트, 종이, 필름, 시트, 직물, 편물, 탈지면 등을 예로 들 수 있다.
술폰산으로서는, 지방족계, 방향족계의 각종 술포기를 가지는 화합물을 이용할 수 있다. 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료를 구성하는 셀룰로오스 분자는 화학식으로 (C6(H2O)5)n으로 기재되는 경우도 있으며, 탄소와 물에 의해 생성된 분자로도 생각할 수 있다. 본 발명의 방법에 있어서 술폰산은, 그 탈수 기능에 의해, 셀룰로오스계 재료의 가열 처리 시에 셀룰로오스 분자로부터 물(H2O)만을 제거하므로, 통상의 열분해에 따른 탄화수소계의 가스의 발생이 거의 없으며, 셀룰로오스 분자 중의 탄소 성분이 거의 없어지지 않기 때문에 최종적으로 잔존하는 탄소 물질의 양의 저하를 방지하는 것으로 여겨진다. 본 발명에 있어서 사용 가능한 술폰산으로서는, 탄소 골격에 술포기(-SO3H)가 결합한 유기 화합물이면 어떤 것이라도 되며, 바람직하게는 취급이 용이한 저분자화합물이다. 술포기의 개수는 1개일 수도 있고, 복수 개일 수도 있다. 사용 가능한 술폰산의 구체예로서, 예를 들면, R-SO3H(식중, R은 탄소 원자수 1∼20의 직쇄/분지쇄 알킬기, 탄소 원자수 3∼20의 시클로알킬기, 또는 탄소 원자수 6∼20의 아릴기를 나타내고, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기는, 각각 알킬기, 수산기, 할로겐 원자로 치환되어 있어도 된다.)로 표시되는 화합물을 들 수 있다. 술폰산의 구체적인 화합물 예로서, 예를 들면, 메탄 술폰산, 에탄 술폰산, 프로판 술폰산, 1-헥산 술폰산, 비닐 술폰산, 시클로헥산 술폰산, p-톨루엔 술폰산, p-페놀 술폰산, 나프탈렌 술폰산, 벤젠 술폰산, 캠퍼 술폰산 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 메탄 술폰산, p-톨루엔 술폰산, 나프탈렌 술폰산, 벤젠 술폰산 및 캠퍼 술폰산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이다. 술폰산은 1종을 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.
술폰산을 수용액으로서 사용하는 경우, 바람직한 농도는, 0.1∼2.0 몰/L이며, 더욱 바람직하게는, 0.5∼1.0 몰/L이다.
다음으로, 본 발명의 가열 처리 공정(탄소화 공정)에 있어서는, 상기한 술폰산과의 흡착 공정을 경과한 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료를, 불활성 가스 분위기 중, 600℃∼2800℃, 바람직하게는 600℃∼1000℃의 열처리 온도k에서 탄소화한다. 이로써, 형태가 그대로 유지된 탄소 재료를 얻을 수 있다. 이 열처리 온도가 600℃ 미만이면 탄소화물의 탄소 함유량이 80 질량% 이하이며 탄소화가 불충분하고, 한편, 2800℃를 초과하여도, 탄화 상태는 더 이상 거의 변화하지 않는다.
구체적으로는, 예를 들면, 먼저, 상기한 술폰산과의 흡착 공정을 경과한 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료를 그 형태를 유지한 상태에서 전기로를 사용하여 질소 또는 아르곤 가스 분위기 하에서, 전술한 범위 내에서 열처리한다. 이 때, 열처리 시간은, 열처리 온도에 의해서도 좌우되지만, 바람직하게는 0.5∼1 시간이다. 또한, 실온으로부터 소정 열처리 온도까지의 승온(昇溫) 속도는 3∼8 ℃/분이 바람직하다. 가열 처리 공정에 있어서 관형로나 전기로 등의 불활성 가스 분위기로 한 고온 로를 사용할 수 있지만, 이 경우에, 불활성 가스의 배기관에 활성 탄소와 같은 흡착재를 충전하여, 술폰산으로부터 발생하는 소량의 유황계 가스의 탈황 처리를 행하는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 탄소 재료의 제조 방법에 의해, 원료가 되는 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료의 형태를 유지한 채, 탄소 재료를 얻을 수 있다. 이론상, 셀룰로오스에 포함되는 탄소가 모두 탄소화물로서 잔존한다고 가정하면, 탄소화 수율은 44.4 질량%가 된다. 본 발명에 의해, 바람직하게는, 30 질량% 이상, 경우에 따라서는 40 질량% 이상과 같은 높은 탄소화 수율의 탄소 재료를 제조하는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 본 발명의 다른 제조 방법에 대하여 이하에서 설명한다. 본 발명의 다른 탄소 재료의 제조 방법은, 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료에 대하여, 술폰산을 흡착시키는 공정, 상기 술폰산을 흡착시킨 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료를, 불활성 가스 분위기 중, 600∼2800 ℃의 온도에 의해 가열 처리하는 공정, 및 상기 가열 처리한 시료를, 불활성 가스 분위기 중, 1800∼3000 ℃의 온도에서의 재가열 처리를 행하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 제조 방법은, 가열 처리 공정까지는 상기 탄소 재료의 제조 방법과 동일하다. 가열 처리 공정은, 상기와 동일하게 하여, 먼저, 술폰산과의 흡착 공정을 경과한 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료를, 불활성 가스 분위기 중, 600℃ 이상 2800℃ 이하의 열처리 온도에서 탄소화한다. 이 때, 열처리 시간은, 열처리 온도에 의해서도 좌우되지만, 바람직하게는 0.5∼1 시간이다. 이로써, 셀룰로오스계 재료의 형태가 그대로 유지된 탄소 재료를 얻는다.
이어서, 재가열 공정(부분 그래파이트화 공정)으로서, 바람직하게는 전술한 공정에서 열처리된 탄소 재료의 온도를 실온까지 되돌린 후, 불활성 가스 분위기 중, 1800℃∼3000℃, 바람직하게는 1800℃∼2800℃의 온도에서 재열처리한다. 이로써, 셀룰로오스계 물질의 최초의 형태가 유지된 상태에서, 부분적으로 그래파이트화된 탄소 재료를 얻을 수 있다. 이 재열처리 온도가 1800℃ 미만이면 그래파이트화(결정화)가 거의 진행되지 않고, 한편, 3000℃를 초과해도, 이제는 그래파이트화의 정도는 거의 변함없게 된다.
구체적으로는, 예를 들면, 탄소화 공정과 마찬가지로, 탄소화 공정에서 얻어진 탄소 재료를 그 형상을 유지한 상태에서 전기로를 사용하여 아르곤 가스 분위기 하, 전술한 온도 범위 내에서 열처리한다. 열처리 시간은, 열처리 온도에 의해서도 좌우되지만, 바람직하게는 0.5∼1 시간이다.
그리고, 본 발명의 다른 제조 방법에서는, 600℃∼1000℃에서 탄소화하여 얻어진 탄소 재료를, 일단 실온까지 냉각하고 나서 1800℃∼3000℃에서 더욱 열처리하여, 부분 그래파이트화할 수도 있고, 600℃∼1000℃에서 탄소화하여 얻어진 탄소 재료를, 그대로 연속하여 1800℃∼3000℃까지 재승온하여, 그래파이트화해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
최초의 탄소화 공정에서 얻어진 탄소 재료는, 사이즈의 수축은 있지만, 형태를 거의 유지한 상태이며, 전도도가 수 S/cm 정도인 재료이다. 이 탄소 재료를 부분 그래파이트 공정에 있어서 1800℃∼3000℃에서 열처리함으로써, 그래파이트화가 진행되고, 그 결과, 전도도도 향상되어, 수십 S/cm 이상이 된다.
실시예
[실시예 1]
p-톨루엔 술폰산의 0.1 몰/L 수용액에, 시료인 일본 종이·사이잘(sisal) 마지(麻紙)(60×80 ㎜, 두께 0.5 ㎜)를 실온 하, 10분간 침지하였다. 그 후, 일본 종이·사이잘 마지를 수용액으로부터 인출하고, 실온에서 12시간 건조하였다. 술폰산의 흡착량은 9 질량%였다. 이 시료를, 2장의 탄소판에 끼우고, 전기로로 아르곤 가스 분위기 하, 800℃에서 60분간 가열하고, 탄소화했다. 이 때, 아르곤 가스의 배기관에 탈황을 위해 소량의 활성탄을 넣어 두었다. 탄소화 후, 전기로 내를 실온으로 하고, 탄소화 시료(탄화지)를 인출하였다. 탄소화 수율을 확인한 바, 탄소화 수율은 32 질량%였다.
[실시예 2]
p-톨루엔 술폰산 대신, 메탄 술폰산 1.0 몰/L를 사용한 점 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 탄화지를 제작하였다. 메탄 술폰산의 흡수량은, 60 질량%였다. 얻어진 탄화 용지의 탄소화 수율은 38 질량%였다.
[비교예 1]
실시예 1에서 사용한 일본 종이·사이잘 마지를, p-톨루엔 술폰산으로의 침지를 행하지 않고, 그대로 전기로로 아르곤 가스 분위기 하, 800℃에서 60분간 가열하고, 탄소화했다. 탄소화 후, 전기로 내를 실온으로 하고, 탄소화 시료를 인출하였다. 탄소화 수율을 확인한 바, 탄소화 수율은 17 질량%였다.
[실시예 3]
p-톨루엔 술폰산의 0.1 몰/L 수용액에, 시료인 일본 종이·안피지(雁皮紙)(80×100 ㎜, 두께 0.3 ㎜)를 실온 하, 20분간 침지하였다. 그 후, 일본 종이·안피지를 수용액으로부터 인출하고, 실온에서 36시간 건조하였다. 술폰산의 흡착량은 6 질량%였다. 이 시료를, 실시예 1과 동일한 방법으로 가열 처리하여 탄화지를 제작하였다. 탄소화 수율을 확인한 바, 탄소화 수율은 32 질량%였다.
[실시예 4]
p-톨루엔 술폰산 대신, 메탄 술폰산 1.0 몰/L를 사용한 점 이외에는, 실시예 3과 동일한 방법에 의해 탄소화했다. 메탄 술폰산의 흡수량은, 61 질량%였다. 얻어진 탄화 용지의 탄소화 수율은 35 질량%였다.
[비교예 2]
실시예 3에서 사용한 일본 종이·안피지를, p-톨루엔 술폰산으로의 침지를 행하지 않고, 그대로 전기로로 아르곤 가스 분위기 하, 800℃에서 60분간 가열하고, 탄소화했다. 탄소화 후, 전기로 내를 실온으로 하고, 탄소화 시료를 인출하였다. 탄소화 수율을 확인한 바, 탄소화 수율은 18 질량%였다.
[실시예 5]
p-톨루엔 술폰산의 0.1 몰/L 수용액에, 시료인 재생 셀룰로오스지(60×67 ㎜, 두께 0.53 ㎜)를 실온 하, 10분간 침지하였다. 그 후, 시료를 수용액으로부터 인출하고, 실온에서 36시간 건조하였다. 술폰산의 흡착량은 14 질량%였다. 이 시료를, 실시예 1과 동일한 방법으로 가열 처리하여 탄화지를 제작하였다. 탄소화 수율을 확인한 바, 탄소화 수율은 33 질량%였다.
[실시예 6]
메탄 술폰산의 1.0 몰/L 수용액에, 시료인 여과지(80×100 ㎜, 두께 0.34 ㎜)를 실온 하, 20분간 침지하였다. 그 후, 시료를 수용액으로부터 인출하고, 실온에서 36시간 건조하였다. 술폰산의 흡착량은 38 질량%였다. 이 시료를, 실시예 1과 동일한 방법으로 가열 처리하여 탄화지를 제작하였다. 탄소화 수율을 확인한 바, 탄소화 수율은 35 질량%였다.
[실시예 7]
메탄 술폰산의 2.0 몰/L 수용액에, 시료인 면사(綿絲)(방적사, 직경 1 ㎜)를 실온 하, 120분간 침지하였다. 그 후, 시료를 수용액으로부터 인출하고, 실온에서 12시간 건조하였다. 술폰산의 흡착량은 43 질량%였다. 이 시료를, 실시예 1과 동일한 방법으로 가열 처리하여 탄소화하여, 탄소 섬유를 제작하였다. 탄소화 수율을 확인한 바, 탄소화 수율은 38 질량%였다.
[실시예 8]
p-톨루엔 술폰산의 0.1 몰/L 수용액에, 시료인 시판 탈지면을 실온 하, 10분간 침지하였다. 그 후, 시료를 수용액으로부터 인출하고, 실온에서 36시간 건조하였다. 술폰산의 흡착량은 46 질량%였다. 이 시료를, 실시예 1과 동일한 방법으로 가열 처리하여 탄화 탈지면을 제작하였다. 탄소화 수율을 확인한 바, 탄소화 수율은 40 질량%였다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 탄소 재료는, 탄소 필름, 탄소 섬유, 나노 전도 소재 등의 각종 전자 디바이스 소재, 각종 전지용 전극 소재, 각종 가스 저장 소재, 각종 가스 흡장·흡착재, 열전도·방출재, 촉매 담체, 여과재, 전자 방출 소재 등에 극히 유용하다.

Claims (9)

  1. 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료에 대하여, 술폰산을 흡착시키는 공정; 및
    상기 술폰산을 흡착시킨 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료를, 불활성 가스 분위기 중, 600∼2800 ℃의 온도에 의해 가열 처리하는 공정
    을 포함하고,
    상기 술폰산을 흡착시키는 공정이, 술폰산 수용액에 셀룰로오스계 재료를 침지(浸漬)시킴으로써 행해지고,
    상기 술폰산 수용액의 농도가, 0.1∼2.0 몰/L인, 탄소 재료의 제조 방법.
  2. 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료에 대하여, 술폰산을 흡착시키는 공정;
    상기 술폰산을 흡착시킨 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료를, 불활성 가스 분위기 중, 600∼2800 ℃의 온도에 의해 가열 처리하는 공정; 및
    가열 처리한 셀룰로오스계 재료를, 불활성 가스 분위기 중, 1800∼3000 ℃의 온도에서의 재가열 처리를 행하는 공정
    을 포함하고,
    상기 술폰산을 흡착시키는 공정이, 술폰산 수용액에 셀룰로오스계 재료를 침지(浸漬)시킴으로써 행해지고,
    상기 술폰산 수용액의 농도가, 0.1∼2.0 몰/L인, 탄소 재료의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 술폰산이, 메탄 술폰산, p-톨루엔 술폰산, 나프탈렌 술폰산, 벤젠 술폰산 및 캠퍼 술폰산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 탄소 재료의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료가, 방적사, 모노 필라멘트, 종이, 필름, 시트, 직물 및 편물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 형태인, 탄소 재료의 제조 방법.
  7. 제1항에 기재된 탄소 재료의 제조 방법에 의해 얻어지고, 30 질량% 이상의 탄소화 수율을 가지며, 원료로서 사용된 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료의 형태가 유지되고 있는, 탄소 재료.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가열 처리하는 공정 후에 얻어지는 탄소 원료가, 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료의 형태가 유지되어 있는, 탄소 재료의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료가, 방적사, 모노 필라멘트, 종이, 필름, 시트, 직물 및 편물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 형태이고,
    상기 가열 처리하는 공정 후에 얻어지는 탄소 원료가, 셀룰로오스계 재료 및/또는 재생 셀룰로오스계 재료의 형태가 유지되어 있는, 탄소 재료의 제조 방법.
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