CN114746175A - 分子状极性物质吸附炭 - Google Patents

分子状极性物质吸附炭 Download PDF

Info

Publication number
CN114746175A
CN114746175A CN202080080875.0A CN202080080875A CN114746175A CN 114746175 A CN114746175 A CN 114746175A CN 202080080875 A CN202080080875 A CN 202080080875A CN 114746175 A CN114746175 A CN 114746175A
Authority
CN
China
Prior art keywords
amount
activated carbon
polar substance
carbon
functional group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080080875.0A
Other languages
English (en)
Inventor
塚崎孝规
天能浩次郎
一乐阳司
伊藤宽志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mc Inbec Corp
Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
Original Assignee
Mc Inbec Corp
Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mc Inbec Corp, Kansai Coke and Chemicals Co Ltd filed Critical Mc Inbec Corp
Publication of CN114746175A publication Critical patent/CN114746175A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/318—Preparation characterised by the starting materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/01—Deodorant compositions
    • A61L9/014—Deodorant compositions containing sorbent material, e.g. activated carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • B01J20/28061—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area being in the range 100-500 m2/g
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • B01J20/28064—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area being in the range 500-1000 m2/g
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • B01J20/28066—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area being more than 1000 m2/g
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/342—Preparation characterised by non-gaseous activating agents
    • C01B32/348—Metallic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2209/00—Aspects relating to disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L2209/20—Method-related aspects
    • A61L2209/22—Treatment by sorption, e.g. absorption, adsorption, chemisorption, scrubbing, wet cleaning
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/354—After-treatment
    • C01B32/36—Reactivation or regeneration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/12—Halogens or halogen-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/16—Nitrogen compounds, e.g. ammonia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/02—Odour removal or prevention of malodour
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2307/00—Location of water treatment or water treatment device
    • C02F2307/06—Mounted on or being part of a faucet, shower handle or showerhead
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/584—Recycling of catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

本发明提供一种对分子状极性物质、特别是对气相中的分子状极性物质具有优异的吸附性能、且可再生的分子状极性物质吸附炭。本发明的分子状极性物质吸附炭，其酸性官能团量为2.1meq/g以上，碱性官能团量大于0且为0.6meq/g以下、且比表面积为1000～4000m2/g。

Description

分子状极性物质吸附炭
技术领域
本发明涉及分子状极性物质吸附炭，具体涉及分子状极性物质的吸附性能优异的活性炭。
背景技术
具有高比表面积的活性炭被广泛用作吸附材料。例如，活性炭用于从液体或气体中去除氨或氯胺等引起臭气的物质。近年来，为了提高对特定的被吸附物的吸附性能，提出了对活性炭进行改性的技术。
例如，在专利文献1中，作为提高了对气相中的氨的吸附性能的活性炭，提出了在细孔内浸渍有磷酸的活性炭。该活性炭能够使氨化学吸附在磷酸上，因此对氨显示出优异的吸附性能。
另外，在专利文献2中，作为提高了对液相中的微量金属的吸附性能的活性炭，提出了增大了比表面积500～900m2/g左右的活性炭的总酸性官能团量(1.0～2.4毫当量/g左右)和来自羧酸的酸性官能团量(0.2～0.9毫当量/g左右)的活性炭。该活性炭通过使酸性官能团量增大而对液相中的微量金属显示优异的吸附性能。
另外，专利文献3中，作为提高了极性物质的吸附性能的活性炭，提出了控制活性炭表面的表面氧化物量(0.35meq/g以上)和BET比表面积(900～2020m2/g)的活性炭。该活性炭具有化学吸附极性物质的能力和来源于活性炭的细孔的吸附能力。
现有技术文件
专利文献
专利文献1：日本发明专利公开公报特开2002-159852号
专利文献2：日本发明专利公开公报特开2004-315243号
专利文献3：日本发明专利公开公报特开2019-098324号
发明内容
活性炭本身可以对液相、气相中的任意一种使用，但在对吸附性能进行改性时，进行了对应于使用环境的改性。例如专利文献1那样，浸渍有磷酸等的药剂的活性炭适于去除气相中的氨等，但由于浸渍的药剂会流失，因此不能在液相中使用。通常，如果在吸附被吸附物后进行洗涤，则担载有药剂的活性炭中的药剂会流失，因此也无法再利用。另外，如专利文献2那样将比表面积抑制得较低而使酸性官能团量增大的活性炭适于液相中的金属吸附，但吸附量低而不具有充分的吸附性能。专利文献3的活性炭例如对氯胺不具有充分的吸附速度。
本发明着眼于上述这样的情况而完成，其目的在于提供一种对分子状的极性物质具有优异的吸附性能、且可以再生的分子状吸附活性炭。
解决了上述课题的本发明具有如下构成：[1]一种分子状极性物质吸附炭，其通过碱活化法得到，酸性官能团量为2.1meq/g以上，碱性官能团量大于0且为0.6meq/g以下，且比表面积为1000～4000m2/g。
[2]根据[1]所述的分子状极性物质吸附炭，其中，所述酸性官能团中含有的羟基和羧基的合计量为0.6meq/g以上也是优选的实施方式。
[3]根据[1]或[2]所述的分子状极性物质吸附炭，其中，所述酸性官能团量相对于所述酸性官能团量和所述碱性官能团量的合计的比例为70％以上也是优选的实施方式。
[4]根据[1]～[3]中任意一项所述的分子状极性物质吸附炭，其中，所述极性物质吸附炭的每单位比表面积的酸性官能团量为0.7μeq/m2以上也是优选的实施方式。
[5]根据[1]～[4]中任意一项所述的分子状极性物质吸附炭，其中，所述极性物质吸附炭在细孔内未浸渍药剂也是优选的实施方式。
[6]根据[1]～[5]中任意一项记载的分子状极性物质吸附炭，其中，所述极性物质吸附炭的活性表面积为180m2/g以上也是优选的实施方式。
本发明的分子状极性物质吸附炭由于具有高比表面积，且酸性官能团量也多，因此对分子状极性物质具有优异的吸附性能。另外，本发明的分子状极性物质吸附炭，由于使酸性官能团吸附分子状极性物质，即使实施洗涤等的再生处理，由于残存有酸性官能团，因此可以作为吸附材料再利用。
附图说明
图1示出实施例的活性炭的氨吸附量。
图2示出实施例的活性炭的酸性官能团量与氨吸附量的关系。
图3示出实施例的活性炭的OH基量与氨吸附量的关系。
图4示出实施例的活性炭的COOH基量与氨吸附量的关系。
图5示出实施例的活性炭的酸性官能团量率与氨吸附量的关系。
图6示出实施例的活性炭的每单位比表面积的酸性官能团量与氨吸附量的关系。
图7示出实施例的活性炭的碱性官能团量与氨吸附量的关系。
图8示出实施例的活性炭的比表面积与氯胺去除量的关系。
图9示出实施例的活性炭的酸性官能团量与氯胺去除量的关系。
图10示出实施例的活性炭的碱性官能团量与氯胺去除量的关系。
图11示出实施例的活性炭的活性表面积与氯胺去除量的关系。
图12示出实施例的活性炭的比表面积与氯胺去除速度的关系。
图13示出实施例的活性炭的酸性官能团量与氯胺去除速度的关系。
图14示出实施例的活性炭的碱性官能团量与氯胺去除速度的关系。
图15示出实施例的活性炭的活性表面积与氯胺去除速度的关系。
图16示出实施例的氯胺去除速度与氯胺去除量的关系。
具体实施方式
本发明的发明人以提供不仅提高对分子状极性物质的吸附性能提高，而且可以再生的活性炭为目的，反复进行了深入研究。首先，使比表面积增大的活性炭与含氨气体接触，但氨吸附性能低。另外，即使如专利文献2那样增大酸性官能团量，若活性炭的比表面积小，氨吸附性能也低。本发明的发明人为了提高对分子状极性物质的吸附性能，认为增大比表面积来增大吸附量、同时增大活性炭的边缘面来增大酸性官能团量是有效的，但增大比表面积时，酸性官能团量会减少，难以同时增大两者。因此，本发明的发明人对活性炭的制备条件再次进行了研究，结果发现，通过将与以往不同的制备条件例如在低温下进行碱活化处理等将活化条件进行最优化，可以提供比表面积和酸性官能团量两者均增大、最适于吸附分子状极性物质的活性炭，从而完成了本发明。
本发明中，活性炭的吸附性能是指对存在于气相中和/或液相中的分子状极性物质的吸附量和/或吸附速度。
另外，活性炭的各种物性只要没有特别提及，则基于实施例中记载的测定方法进行测定。
本发明的分子状极性物质吸附炭是通过碱性活化法得到的活性炭，其酸性官能团量为2.1meq/g以上，碱性官能团量大于0且为0.6meq/g以下，且比表面积为1000～4000m2/g。
(分子状极性物质吸附炭)
本发明中，分子状极性物质吸附炭是指具有分子状极性物质的吸附能力的活性炭。分子状极性物质是指分子具有电极性的物质，包括具有氨基、卤素基、羟基、羧基、硝基、甲酰基、烷氧基、酯基、腈基等极性基团的化合物。具体而言，可以例示出三甲胺、硫化氢、氨、甲硫醇等的恶臭成分；甲醛、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、乙醛等的挥发性有机化合物(VOC)；氯胺、次氯酸等的自来水的杀菌剂等。
(比表面积)
本发明的分子状极性物质吸附炭的比表面积为1000～4000m2/g。若增大比表面积，则可以增大对分子状极性物质的吸附量，同时细孔内的边缘面增加，可以提高吸附性能。另一方面，若比表面积过大，则酸性官能团量减少，并且细孔内的对分子状极性物质的吸附力降低。分子状极性物质吸附炭的比表面积优选为1250m2/g以上，更优选为1500m2/g以上，进一步优选为1700m2/g以上，最优选为1800m2/g以上，优选为3800m2/g以下，更优选为3500m2/g以下，进一步优选为3000m2/g以下，最优选为2500m2/g以下。
(酸性官能团量)
本发明的分子状极性物质吸附炭的酸性官能团量为2.1meq/g以上。在上述范围的比表面积中，若增加酸性官能团，则可以提高对分子状极性物质的吸附性能。酸性官能团量优选为2.3meq/g以上，更优选为2.5meq/g以上，进一步优选为2.7meq/g以上。上限没有特别限定，优选为10.0meq/g以下，更优选为7.0meq/g以下，进一步优选为5.0meq/g以下。
(碱性官能团量)
本发明的分子状极性物质吸附炭的碱性官能团量大于0且为0.6meq/g以下。若碱性官能团过多，则酸性官能团减少，对分子状极性物质的吸附性能降低。另一方面，由于难以完全去除碱性官能团，因此将其设为大于0。碱性官能团量优选为0.5meq/g以下，更优选为0.4meq/g以下，进一步优选为0.3meq/g以下，优选为0.001meq/g以上，更优选为0.003meq/g以上。
(酸性官能团量的比例)
从提高对分子状极性物质的吸附性能的观点出发，酸性官能团量相对于酸性官能团量和碱性官能团量的合计的比例(酸性官能团量/(酸性官能团量+碱性官能团量)×100)优选为70％以上，更优选为80％以上，进一步优选为90％以上，最优选为95％以上。
(碱活化法)
本发明的分子状极性物质吸附炭是用碱活化法得到的碱活化炭。通过对活化原料进行碱活化，可以得到与水蒸气活化等其他活化法不同的细孔结构，可以兼备高比表面积和高酸性官能团量。另外，与水蒸气活化炭的细孔结构相比，本发明的碱活化炭具有有助于提高吸附性能的细孔结构。作为碱活化法，例示后述的碱活化处理工序。此外，如后所述，有时伴随碱活化处理而在活性炭中残存有钾等的碱金属。
(羟基和羧基的合计量)
本发明的分子状极性物质吸附炭中，作为构成上述酸性官能团的官能团，含有羟基和羧基，若羟基和羧基的含量多，则对分子状极性物质的吸附性能进一步提高，因而优选。羟基和羧基的合计量优选为0.6meq/g以上，更优选为0.8meq/g以上，进一步优选为1.0meq/g以上，最优选为1.5meq/g以上。上限没有特别限定，优选为10.0meq/g以下，更优选为7.0meq/g以下，进一步优选为5.0meq/g以下。
另外，考虑到对分子状极性物质的吸附性能，羟基和羧基的含量分别优选为0.3meq/g以上，更优选为0.5meq/g以上，进一步优选为0.9meq/g以上，最优选为1.0meq/g以上。
(每单位比表面积的酸性官能团量)
为了提高对分子状极性物质的吸附性能，提高比表面积和酸性官能团量两者是有效的。分子状极性物质吸附炭的每单位比表面积的酸性官能团量优选为0.7μeq/m2以上，更优选为1.0μeq/m2以上，进一步优选为1.2μeq/m2以上。
(活性表面积)
若活性表面积(边缘面)为一定水平以上，则对极性物质的吸附性能显著提高。活性表面积优选为180m2/g以上，更优选为185m2/g以上，进一步优选为190m2/g以上。
由于活性表面积越高，吸附性能越高，因此上限没有限定。即使活性表面积优选为500m2/g以下、更优选为350m2/g以下、进一步优选为250m2/g以下，也发挥出优异的吸附性能。
(细孔容积)
若分子状极性物质吸附炭的细孔容积过小，则有时不能充分确保吸附量。另外，若细孔容积过大，则体积变大，使用时的填充量减少。本发明的分子状极性物质吸附炭的细孔容积优选为0.3cm3/g以上，更优选为0.6cm3/g以上，进一步优选为0.8cm3/g以上，优选为3.0cm3/g以下，更优选为2.5cm3/g以下，进一步优选为2.0cm3/g以下。
(平均细孔直径)
若分子状极性物质吸附炭的平均细孔直径过小，则分子状极性物质的扩散性差，吸附性能降低。另一方面，若平均细孔直径过大，则体积变大，使用时的填充量减少。本发明的分子状极性物质吸附炭的平均细孔直径优选为0.5nm以上，更优选为1.0nm以上，进一步优选为1.5nm以上，最优选为1.8nm以上，优选为5.0nm以下，更优选为4.5nm以下，进一步优选为4.0nm以下。
本发明的分子状极性物质吸附炭，由于具有高比表面积，同时适于分子状极性物质吸附的酸性官能团量也多，因而具有优异的吸附性能。因此，本发明的分子状极性物质吸附炭不需要在细孔内浸渍有助于吸附的磷酸等的药剂。
另外，本发明的分子状极性物质吸附炭在活性炭的边缘面等形成有酸性官能团。因此，即使通过洗涤等的再生处理去除吸附的分子状极性物质，酸性官能团也残存于活性炭中，可以作为吸附材料再利用。本发明的分子状极性物质吸附炭，再生处理后与处理前相比，例如也显示90％以上的吸附率。
本发明的分子状极性物质吸附炭的形状没有特别的限定，只要是适应用途的形状即可，可以举出粉末状、粒状、纤维状、颗粒状等。
本发明的分子状极性物质吸附炭的比表面积、细孔容积等的各种物性值和酸性官能团量、碱性官能团量等的表面官能团量，均是基于实施例记载的测定方法的值。
本发明的分子状极性物质吸附炭，由于分子状极性物质的扩散性、吸附速度和吸附量优异，另外，由于赋予活性炭的酸性官能团对分子状极性物质的吸附优异，因此可以用于气相和液相的任意一种用途。
作为一个实施方式，本发明的分子状极性物质吸附炭在气相用途中是有效的，例如对含有分子状极性物质的气体、含有恶臭成分的气体、含有挥发性有机化合物(VOC)的气体等的气相中的分子状极性物质具有优异的吸附性能。
另外，作为其他实施方式，本发明的分子状极性物质吸附炭在液相用途中的有效的，例如，对含有分子状极性物质的液体、含有恶臭成分的液体、含有挥发性有机化合物的液体等的液相中的分子状极性物质具有优异的吸附性能。
作为气相用途的具体例子，例示了在美术馆等展示设施中作为从混凝土或画材等散发的氨的吸附材料。在美术馆中使用浸渍有磷酸的活性炭时，由于从该活性炭微量地散发出的磷酸会腐蚀绘画的框缘等，因此不能使用。本发明的分子状极性物质吸附炭由于具有与磷酸浸渍活性炭同等的氨吸附性能，因此是有用的。
作为液相用途的具体例子，例示了自来水等液体中所含的氯胺的吸附材料。本发明的分子状极性物质吸附炭，由于对液层中的极性物质的吸附速度也优异，因此可以在短时间内得到去除效果。
本发明的分子状极性物质吸附炭也可以与其他材料组合使用。例如，将经微粉碎的分子状极性物质吸附炭浸渍在天然纤维或合成纤维上，可以赋予纤维除臭功能。使用了浸渍有这样的分子状极性物质吸附炭的纤维的衣服、鞋垫、腋下衬垫等，在去除恶臭成分上起到效果，同时由于通过洗涤可以再生吸附功能，因此可以持续除臭功能。
本发明的分子状极性物质吸附炭，作为从自来水等的液体中去除极性物质的过滤材料、人工透析用的精制水的过滤、调制等的过滤材料也是有用的。另外，例如通过将本发明的分子状极性物质吸附炭填充于滤筒等容器中，也可以作为净水器使用。
以下，对本发明的分子状极性物质吸附炭的制备方法进行说明，但本发明的制备方法只要能够得到上述所希望的物性，就不限定于下述制备方法，也可以适当变更。此外，下述制备条件表示优选的范围，但需要适当调整各制备条件以得到所期望的物性。
(活化原料)
活化原料为碳质物质的碳化物。在本发明中使用公知的碳质物质。例如，木材、锯屑、木炭、椰壳、纤维素类纤维和合成树脂(例如酚醛树脂)等的难石墨化性碳，中间相沥青、沥青焦炭、石油焦炭、煤焦炭、针状焦炭、聚氯乙烯、聚酰亚胺和聚丙烯腈等的易石墨化性碳，以及它们的混合物。这些碳质物质可以单独使用，也可以组合2种以上使用。优选的碳质物质为酚醛树脂等的合成树脂和其他碳质物质的组合(例如纸-酚醛树脂层叠体)、聚丙烯腈树脂、沥青系碳纤维。特别是聚丙烯腈树脂等这样的含有氮的碳质物质能够增大酸性官能团量，因此优选。
(碳化处理工序)
活化原料是在活化处理前对碳质物质进行碳化处理而得到的。碳化处理可以是将碳质物质在氮气等的惰性气体中进行热处理，例如在400℃～1000℃保持1小时～3小时。
(碱活化处理工序)
本发明的活化处理工序是将含有碱金属化合物的活化剂与活化原料混合，在惰性气体中加热而得到活性炭的碱活化处理。本发明中，由于在比以往低的温度下进行碱活化处理，因此可以增大比表面积和酸性官能团量两者。
在本发明的碱活化处理工序中，作为碱活化剂使用碱金属化合物。碱金属化合物例如为氢氧化钾、氢氧化钠等的碱金属氢氧化物；碳酸钾、碳酸钠等的碱金属碳酸盐；硫酸钾、硫酸钠等的碱金属的硫酸盐。优选为碱金属氢氧化物，更优选为氢氧化钾。
活化剂的用量显示出活化剂相对于活化原料的混合比例越高，活性炭的比表面积越增大的倾向。另一方面，若活化剂的混合比例过高，则活性炭的密度显示出降低的倾向。在本发明中，只要调整活化剂的混合比例以达到上述比表面积即可，活化剂相对于活化原料的质量比(活化剂的质量/活化原料的质量)优选为0.5以上，更优选为1.0以上，进一步优选为2.0以上，优选为10.0以下，更优选为5.0以下，进一步优选为4.0以下。
本发明的碱活化处理在氩气、氦气、氮气等任意的惰性气氛下进行。
本发明的碱活化处理温度过低时，不能确保充分的比表面积和酸性官能团量。另一方面，若达到800℃以上，则酸性官能团量减少。因此，碱活化处理时的加热温度为450℃以上，优选为500℃以上，更优选为550℃以上，且小于800℃，更优选为780℃以下，进一步优选为760℃以下。活化处理时间优选为1小时以上，更优选为2小时以上，优选为10小时以下，更优选为5小时以下。为了实现本发明的比表面积和酸性官能团量的增大，升温速度优选为1℃/分钟以上，更优选为5℃/分钟以上，优选为20℃/分钟以下，更优选为15℃/分钟以下。
(洗涤处理工序)
洗涤处理工序是对碱活化处理后的活性炭进行水洗处理、无机酸洗涤处理而去除活性炭中残留的碱金属的工序。通过多次重复洗涤处理，可以提高碱金属去除率。
(水洗处理)
水洗处理中使用的水的温度优选为20℃以上，更优选为30℃以上，优选为100℃以下，更优选为95℃以下。水洗处理优选反复进行多次水洗和过滤，直至滤液的pH达到7.0以下。
(无机酸洗涤)
在无机酸洗涤中，作为无机酸，可以使用盐酸、氢氟酸等的氢酸，硫酸、硝酸、磷酸、高氯酸等的含氧酸等，优选盐酸。从维持活性炭的物性、同时提高碱金属去除率的观点出发，优选以相对于活性炭100质量份，无机酸为10质量份～100质量份的方式调制无机酸浓度。无机酸水溶液的液温优选设定为能够抑制无机酸的挥发、并且提高活性炭中的碱金属去除效率的温度区域，优选为20℃以上，更优选为30℃以上，优选为100℃以下，更优选为95℃以下。无机酸洗涤处理优选反复多次进行洗涤和过滤，优选进行至活性炭中的钾残存量达到5000mg/kg以下(超过0mg/kg)，更优选活性炭中的碱金属残存量达到2500mg/kg以下(超过0mg/kg)，进一步优选达到1000mg/kg以下(超过0mg/kg)。碱金属残留量可以用ICP发光分光分析装置测定。
(水洗工序)
无机酸洗涤处理后，进行水洗处理，去除活性炭中残留的无机酸。从提高无机酸的去除效率的观点出发，水洗处理中使用的水的温度优选为20℃以上，更优选为30℃以上，进一步优选为50℃以上，优选为100℃以下，更优选为95℃以下。水洗处理优选反复多次进行水洗和过滤，直至滤液的pH达到6.5以上。
(干燥处理工序)
洗涤处理后，也可以进行干燥处理而使活性炭干燥。干燥只要是能够去除活性炭中残存的水分的条件即可，例如优选在大气气氛下加热，干燥0.5小时～24小时。
适当调整各制备条件而得到的碱活化炭，作为本发明的分子状极性物质吸附炭具有上述构成。
本申请主张基于2019年11月25日提交的日本专利申请第2009-212411号的优先权的权益。2019年11月25日提交的日本专利申请第2009-212411号的全部内容作为本申请的参考而引用于此。
实施例
以下举出实施例，对本发明进行更具体的说明，但是，本发明不受下述实施例的限制，当然也可以在能够适合前、后述宗旨的范围内施加改变而实施，这些均包含在本发明的技术范围内。
实施例1
(活化原料)
作为含碳材料，将纸酚醛树脂层叠板在氮气气氛中于700℃下处理2小时进行碳化，将得到的纸酚醛树脂碳化物用作活化材料。
(活化处理工序)
在得到的纸酚醛树脂碳化物1.0重量份中，添加市售的碱活化剂(浓度48.5％氢氧化钾水溶液)使得作为活化剂的质量比([活化剂的碱成分的质量]/[活化原料的质量]：以下称为KOH/C比)为4.0，在氮气气氛下升温至600℃，在该温度下保持2小时，得到碱活化炭。
(水洗处理工序)
对得到的碱活化炭使用60℃的温水进行洗涤直至滤液的pH为7.0以下。
(无机酸洗涤工序)
将水洗处理后的活性炭在调整为液温60℃的5.25wt％盐酸水溶液中进行1小时的酸洗处理后，进行抽滤。
(后处理工序(水洗工序))
对过滤后的活性炭使用60℃的温水反复进行洗涤和脱水直至pH达到6.5以上。
(干燥处理工序)
将得到的活性炭在设定为115℃的干燥机中进行24小时的干燥处理，得到活性炭No.1。
实施例2
除了将碳质物质由纸酚醛树脂层叠板变更为焦炭以外，与实施例1同样地制作活性炭No.2。
实施例3
将作为碳质物质的聚丙烯腈(PAN)树脂装入马弗炉(光洋热处理社制)中，在氮气气氛下，炉内温度升温至650℃(升温速度：10℃/分钟)，在该温度下保持2小时，将得到的PAN树脂碳化物作为活化原料。
(活化处理工序)
除了使用得到的PAN树脂碳化物，使KOH/C比为3.0以外，与实施例1同样地得到碱活化炭。对碱活化炭实施与实施例1同样的洗涤处理、干燥处理，制作活性炭No.3。
实施例4
除了将碳质物质由纸酚醛树脂层叠板变更为沥青系碳纤维(平均纤维直径15μm，平均纤维长度200μm)以外，与实施例1同样地制作活性炭No.4。
实施例5
除了将碳质物质由纸酚醛树脂层叠板变更为焦炭，使KOH/C＝2.0以外，与实施例1同样地制作活性炭No.5。
实施例6
除了将碳质物质由纸酚醛树脂层叠板变更为焦炭以外，与实施例1同样地制作活性炭No.6。
实施例7
除了将碳质物质由纸酚醛树脂层叠板变更为焦炭，使KOH/C＝5.0以外，与实施例1同样地制作活性炭No.7。
实施例8
除了将碳质物质由纸酚醛树脂层叠板变更为沥青系碳纤维(平均纤维直径15μm，平均纤维长度200μm)，使KOH/C＝3.0以外，与实施例1同样地制作活性炭No.8。
实施例9
除了将碳质物质由纸酚醛树脂层叠板变更为沥青系碳纤维(平均纤维直径15μm，平均纤维长度200μm)，使KOH/C＝5.0以外，与实施例1同样地制作活性炭No.9。
比较例1
除了使用实施例3中得到的PAN树脂碳化物作为活化原料，将活化处理条件设定为KOH/C比为0.8、活化温度为800℃以外，与实施例1同样地得到碱活化炭。对碱活化炭实施与实施例1同样的洗涤处理、干燥处理，制作活性炭No.10。
比较例2
将市售的椰子壳水蒸气活化活性炭(MC英博泰克社制W10-30)作为活性炭No.11。
比较例3
将市售的酸浸渍活性炭(MC英博泰克社制MAXSORB XCA-AS)作为活性炭No.12。
比较例4
将实施例6的活性炭100g装入马弗炉(光洋热处理社制)，在氮气气氛下升温至炉内温度600℃，在该温度下保持2小时，制作活性炭No.13。
比较例5
使用焦炭作为活化原料，以KOH/C＝1.6的方式添加市售的碱活化剂，在氮气气氛下升温至800℃，在该温度下保持2小时，得到碱活化炭。对碱活化炭实施与实施例1同样的洗涤处理、干燥处理，制作活性炭No.14。
比较例6
除了将碳质物质由焦炭变更为沥青系碳纤维(平均纤维直径15μm，平均纤维长度200μm)，使KOH/C＝1.7以外，与比较例5同样地制作活性炭No.15。
比较例7
将比较例2的活性炭100g装入回转窑炉(Tanaka tec社制)中，一边使空气以5L/分钟的流量在炉内流通，一边将炉内温度升温至500℃，在该温度下保持3小时，实施氧化处理，由此制作活性炭No.16。
比较例8
将比较例2的活性炭100g装入回转窑炉(Tanaka tec社制)中，一边使空气以0.5L/分钟的流量在炉内流通，一边将炉内温度升温至500℃，然后一边使空气以流量0.5L/分钟、纯水以3.62g/分钟在炉内流通以使相对湿度达到90％，一边在该温度下保持3小时，实施氧化处理，由此制作活性炭No.17。
比较例9
将比较例2的活性炭100g投入烧杯中，在60℃的20％硝酸水溶液中，以300rpm搅拌的同时进行氧化处理3小时。氧化处理后，一边进行抽滤一边用60℃的温水冲洗，去除硝酸水溶液，将过滤后的活性炭在温水中煮沸1小时。对煮沸后的活性炭使用60℃的温水反复进行洗涤和脱水，直至pH达到6.5以上。将得到的活性炭在设定为115℃的干燥机中进行24小时的干燥处理，制作活性炭No.18。
比较例10
将高比表面积椰子壳水蒸气活化活性炭(MC英博泰克社制Z10-30HS的一次粉碎品)作为活性炭No.19。
在下述条件下评价上述各试样。
(比表面积)
将试样(0.2g)在250℃下真空干燥后，使用氮吸附装置(Micromeritics社制ASAP-2420)测定液氮气氛下(-196℃)的氮气的吸附量，求出氮吸附等温线，利用BET法求出比表面积(m2/g)。
(总细孔容积)
由氮吸附等温线中相对压力(P/P0)＝0.93下的氮吸附量，算出总细孔容积(mL/g)。
(平均细孔直径)
将活性炭的细孔假定为圆筒状，基于下式算出平均细孔直径。
平均细孔直径(nm)＝4×总细孔容积(mL/g)/比表面积(m2/g)×1000
(总酸性官能团量)
酸性官能团的量根据Boehm法(文献“H.P.Boehm,Adzan.Catal,16,179(1966)”)求得。具体而言，在活性炭1g(实施例1～9)或2g(比较例1、2、4～10)中加入乙醇钠水溶液(0.1moL/L)50mL，以500rpm搅拌2小时后，放置24小时。经过24小时后，再搅拌30分钟，过滤分离。向得到的滤液25mL中滴加0.1moL/L的盐酸，测定pH为4.0时的盐酸滴定量。另外，作为空白试验，对所述乙醇钠水溶液(0.1moL/L)25mL滴加0.1moL/L的盐酸，测定pH达到4.0时的盐酸滴定量。然后，通过下式(1)算出酸性官能团量(meq/g)。
[数学式1]
Figure BDA0003654698970000131
式中，a：空白试验中的盐酸滴定量
b：使试样反应时的盐酸滴定量
S：试样质量(g)
(单独酸性官能团)
用0.1moL/1000mL的NaOH、或0.05moL/1000mL的Na2CO3、或0.1moL/1000mL的NaHCO3代替0.1moL/1000mL的NaOEt，与总酸性官能团量同样地进行评价。另外，各酸性官能团的计算通过下式求出。
[表1]
Figure BDA0003654698970000132
活性炭的官能团量的定量方法是基于[表面,34[2](19 96)音羽p.62]或[Catal.,1966[16](美)p.179]的方法，将1g(实施例1～9)或2g(比较例1、2、4～10)活性炭放入100mL的锥形瓶中，分别加入N/10的碱试剂((a)碳酸氢钠、(b)碳酸钠、(c)苛性钠、(d)乙醇钠)50mL，振荡24小时后过滤，用N/10盐酸滴定未反应的碱试剂，由于羧基与试剂(a)～(d)全部反应、内酯基与试剂(b)～(d)反应、羟基与试剂(c)～(d)、醌基与试剂(d)反应，由此通过减去各自的滴定量对官能团量进行定量。
(碱性官能团)
碱性官能团的量通过酸性官能团量测定时的反滴定来求得。具体而言，在活性炭1g(实施例1～9)或2g(比较例1、2、4～10)中加入盐酸(0.1moL/L)50mL，以500rpm搅拌2小时后，放置24小时。经过24小时后，再搅拌30分钟，过滤分离。对得到的滤液25mL滴加0.1moL/L的氢氧化钠，测定pH达到8.0时的氢氧化钠滴定量。另外，作为空白试验，相对于所述盐酸(0.1moL/L)25mL滴加0.1moL/L的氢氧化钠，测定pH达到8.0时的氢氧化钠滴定量。然后，通过下述式(2)算出碱性官能团量(meq/g)。
[数学式2]
Figure BDA0003654698970000141
式中，a：空白试验中的氢氧化钠滴定量
b：使试样反应时的氢氧化钠滴定量
S：试样质量(g)
(酸性官能团之比)
由上述酸性官能团量(meq/g)、碱性官能团量(meq/g)算出酸性官能团量的比例。
酸性官能团量/(酸性官能团量+碱性官能团)×100
(每单位比表面积的酸性官能团量)
由上述比表面积(m2/g)、酸性官能团量(meq/g)求得每单位比表面积的酸性官能团量(μeq/m2)。
酸性官能团量(meq/g)/比表面积(m2/g)×1000(单位调整)
(氧化后的酸性官能团量和活性表面积)
将实施例4、8～9和比较例6的未粉碎的活性炭纤维、用研钵将作为粒状炭的实施例2、3、5～7和比较例1、2、4、5、7～10粉碎至250μm以下的试样，在空气气氛下、300℃下氧化24小时，基于下式算出氧化后的酸性表面官能团量(meq/g)，使含氧化合物1分子所占的面积为0.083nm2，算出活性表面积(m2/g)。
[数学式3]
活性表面积(m2/g)＝a×10-3×b×c×10-18
a：氧化后的酸性表面官能团量(meq/g)
b：6.02×1023(mol-1)阿伏加德罗常数
c：0.083(nm2)含氧化合物1分子所占的面积
(氨吸附评价)
向5L的泰德拉采样袋内投入粉碎成250μm以下的活性炭。活性炭的投入量如下所述。
实施例1、2、4和比较例3：0.01g、0.02g、0.03g
实施例3：0.005g、0.01g、0.02g
比较例1：0.03g、0.06g、0.09g
比较例2：0.1g、0.3g、0.5g
投入活性炭后，利用真空泵将泰德拉采样袋内脱气，然后填充3L干燥空气。接着，在该泰德拉采样袋中注入氨水(岸田化学社制，纯度28％)以使其初始浓度为100ppm，在25℃的恒温槽内静置24小时。然后，用检测管(Gastec社制)定量泰德拉采样袋内的氨浓度，制作吸附等温线。由得到的吸附等温线利用Freundlich式求出平衡浓度10ppm下的吸附量。
[表2A]
Figure BDA0003654698970000161
[表2B]
Figure BDA0003654698970000171
活性炭No.1～4均是具有比表面积1500m2/g以上的高比表面积、且具有2.1meq/g以上的高酸性官能团量和0.2meq/g以下的低碱性官能团量的、满足本发明要件的分子状极性物质吸附炭。另外，这些活性炭氧化后的酸性官能团量为3.15meq/g以上，活性表面积为180m2/g以上。活性炭No.1～4的氨吸附量均为10.0mg/g以上，显示出比作为比较例的活性炭No.10、11优异的吸附性能。
活性炭No.10是以往的高温活化的碱活化炭。该活性炭的比表面积为2000m2/g以上，但由于酸性官能团量少，因此氨吸附量少。
另外，活性炭No.11是水蒸气活化的椰壳活性炭，但由于酸性官能团量少，因此几乎不吸附氨。活性炭No.12是浸渍有药剂的活性炭，由于药剂的效果，氨吸附量高，但无法再利用。
如图1所示，满足本发明的要件的活性炭No.1～4(实施例1～4)与以往的活性炭No.10(比较例1)相比，氨吸附量高2倍以上，显示出优异的氨吸附性能。另外，活性炭No.2～4显示出与浸渍有药剂的活性炭No.12(比较例3)同等优异的吸附性能。
如图2～4、7所示，酸性官能团量与碱性官能团量之间存在相关关系，如果增加酸性官能团量，则碱性官能团量有减少的倾向。另外可知，酸性官能团量增多时，氨吸附量也增大。进而，如图6所示可知，当每单位比表面积的酸性官能团量增加时，氨吸附量也有增大的倾向，并且不仅酸性官能团量而且比表面积的增加对于提高吸附性能是有效的。
(氯胺吸附评价)
在100mL的带塞三角烧瓶(褐色)中投入调整过粒度的活性炭。实施例4、8～9和比较例6是未粉碎的活性炭纤维，实施例2、3、5～7和比较例1、2、4、5、7～10是用53～125μm的筛分级的颗粒状活性炭。活性炭的投入量如下所述。
·实施例2～9：0.01g、0.03g、0.05g、0.1g、0.2g
·比较例2、8～10：0.1g、0.3g、0.5g、1.0g、1.5g
·比较例1、4～7：0.05g、0.1g、0.2g、0.3g、0.5g
在投入活性炭之后，加入调制为约100ppm的氯胺(一氯胺)水溶液100mL，在25℃的恒温浴中以200rpm搅拌2小时后，用针筒式过滤器过滤活性炭，得到滤液。
在带塞比色管10mL中采取磷酸缓冲液0.5mL，在该缓冲液中加入稀释至规定浓度的所述滤液，使总量为10mL。然后，加入N,N-二乙基-对苯二胺(DPD)试剂(关东化学社制)0.1g，混合后，用残留氯计(HACH社制)测定显色的检测液的游离残留氯浓度。
然后，在测定的检测液中加入碘化钾(岸田化学社制)0.1g并溶解，静置2分钟后，用残留氯计测定残留氯浓度。由上述残留氯浓度和游离残留氯浓度之差算出结合残留氯(氯胺)浓度(mg/L)，由残留氯胺浓度和每单位重量活性炭的氯胺去除量(mg/g-活性炭)的关系制成吸附等温线。通过Freundlich公式由得到的吸附等温线求出残留浓度3ppm时的去除量。
(氯胺的去除速度评价)
在100mL的带塞三角烧瓶(褐色)中投入0.1g调整过粒度的活性炭。作为调整过粒度的活性炭，实施例4和比较例6中为未粉碎的活性炭纤维，实施例2、3、5～7和比较例1、2、4、5、7～10中为用53～125μm的筛分级的颗粒状活性炭。
在投入活性炭之后，加入调制为约100ppm的氯胺(一氯胺)水溶液100mL，在25℃的恒温槽中以200rpm搅拌5分钟、10分钟、20分钟、30分钟、60分钟、90分钟和120分钟后，与上述方法同样地算出结合残留氯(氯胺)浓度(mg/L)。由得到的残留氯胺浓度(C)和初始氯胺浓度(C0)，并将搅拌时间(反应时间)定义为t，通过以下式子求出每单位时间的氯胺去除速度，并将其定义为氯胺去除速度(v，％/min)。
v(％/min)＝{(C0-C)/C0×100}/t
[表3A]
Figure BDA0003654698970000201
[表3B]
Figure BDA0003654698970000211
活性炭No.2～9均是具有比表面积1500m2/g以上的高比表面积、且具有2.1meq/g以上的高酸性官能团量和0.2meq/g以下的低碱性官能团量的、满足本发明要件的分子状极性物质吸附炭。另外，这些活性炭氧化后的酸性官能团量为3.15meq/g以上，活性表面积为180m2/g以上。
活性炭No.2～9均具有30mg/g以上的氯胺去除量和6％/min以上的氯胺去除速度，显示出与作为比较例的活性炭No.10、11、13～19相比更优异的吸附性能。
活性炭No.10、11、13～19是比表面积为1000m2/g以上，但酸性官能团量少、活性表面积也小的例子。这些活性炭的氯胺去除量不充分，氯胺去除速度也慢。
图8～11是示出活性炭的各物性与氯胺去除量的关系的图。另外，图12～15是示出活性炭的各物性与氯胺去除速度的关系的图。
如图8、12所示，在比表面积和氯胺去除量、氯胺去除速度之间没有发现相关关系。
如图9所示，当酸性官能团量大时，氯胺去除量也有增大的倾向。另外，如图13所示，酸性官能团量与氯胺去除速度之间存在相关关系。
另外，从图9、10、13、14中可以看出，酸性官能团量与碱性官能团量之间存在相关关系，并且酸性官能团量增大时，碱性官能团量有减少的倾向。
如图9、11、13、15所示，可知活性炭No.2～9显示出优异的对氯胺的吸附性能。
图16为显示氯胺去除速度与氯胺去除量的关系的图。
如图16所示，可知活性炭No.2～7的催化性能优异。

Claims (6)

1.一种分子状极性物质吸附炭，其通过碱活化法得到，酸性官能团量为2.1meq/g以上，碱性官能团量大于0且为0.6meq/g以下，且比表面积为1000～4000m2/g。
2.根据权利要求1所述的分子状极性物质吸附炭，其中，所述酸性官能团中含有的羟基和羧基的合计量为0.6meq/g以上。
3.根据权利要求1或2所述的分子状极性物质吸附炭，其中，所述酸性官能团量相对于所述酸性官能团量和所述碱性官能团量的合计的比例为70％以上。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的分子状极性物质吸附炭，其中，所述极性物质吸附炭的每单位比表面积的酸性官能团量为0.7μeq/m2以上。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的分子状极性物质吸附炭，其中，所述极性物质吸附炭在细孔内未浸渍药剂。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的分子状极性物质吸附炭，其中，所述极性物质吸附炭的活性表面积为180m2/g以上。
CN202080080875.0A 2019-11-25 2020-09-30 分子状极性物质吸附炭 Pending CN114746175A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019212411 2019-11-25
JP2019-212411 2019-11-25
PCT/JP2020/037324 WO2021106364A1 (ja) 2019-11-25 2020-09-30 分子状極性物質吸着炭

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114746175A true CN114746175A (zh) 2022-07-12

Family

ID=76128890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080080875.0A Pending CN114746175A (zh) 2019-11-25 2020-09-30 分子状极性物质吸附炭

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220410119A1 (zh)
JP (1) JP7397093B2 (zh)
KR (1) KR20220104742A (zh)
CN (1) CN114746175A (zh)
WO (1) WO2021106364A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115322076A (zh) * 2022-08-18 2022-11-11 华北电力大学 一种电子废塑料热解联产酚类化学品和co2吸附炭材料的方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7354336B1 (ja) 2022-03-29 2023-10-02 関西熱化学株式会社 多孔質炭素材料
JP7462014B1 (ja) 2022-11-16 2024-04-04 関西熱化学株式会社 水溶液系電気二重層キャパシタ用電極材
US11896950B1 (en) * 2023-10-10 2024-02-13 King Faisal University Activated carbon composite flakes using olive stone-polyethylene waste

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5521008A (en) * 1993-11-25 1996-05-28 Electrophor, Inc. Manufacture of activated carbon fiber
JP2009220098A (ja) * 2008-02-18 2009-10-01 Nagoya Electrical Educational Foundation 複合活性炭からなる吸着材とその製造方法
WO2014025016A1 (ja) * 2012-08-09 2014-02-13 関西熱化学株式会社 塩基性官能基を付与した活性炭、およびその製造方法
US20150203356A1 (en) * 2012-07-26 2015-07-23 Kansai Coke And Chemicals Co., Ltd. Activated carbon having high active surface area
JP2017172099A (ja) * 2016-03-15 2017-09-28 関西熱化学株式会社 活性炭素繊維およびその製法
JP2019098324A (ja) * 2017-11-30 2019-06-24 フタムラ化学株式会社 極性物質吸着活性炭

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002159852A (ja) 2000-11-28 2002-06-04 Unitika Ltd 悪臭ガス除去用活性炭繊維及び空気浄化シート
JP4267357B2 (ja) 2003-04-11 2009-05-27 株式会社クラレ 微量金属除去材及び微量金属の除去方法
JP2015196102A (ja) * 2014-03-31 2015-11-09 東邦化工建設株式会社 脱臭用吸着材素子及びその製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5521008A (en) * 1993-11-25 1996-05-28 Electrophor, Inc. Manufacture of activated carbon fiber
JP2009220098A (ja) * 2008-02-18 2009-10-01 Nagoya Electrical Educational Foundation 複合活性炭からなる吸着材とその製造方法
US20150203356A1 (en) * 2012-07-26 2015-07-23 Kansai Coke And Chemicals Co., Ltd. Activated carbon having high active surface area
WO2014025016A1 (ja) * 2012-08-09 2014-02-13 関西熱化学株式会社 塩基性官能基を付与した活性炭、およびその製造方法
CN104583119A (zh) * 2012-08-09 2015-04-29 关西热化学株式会社 赋予有碱性官能团的活性炭及其制备方法
JP2017172099A (ja) * 2016-03-15 2017-09-28 関西熱化学株式会社 活性炭素繊維およびその製法
JP2019098324A (ja) * 2017-11-30 2019-06-24 フタムラ化学株式会社 極性物質吸着活性炭

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115322076A (zh) * 2022-08-18 2022-11-11 华北电力大学 一种电子废塑料热解联产酚类化学品和co2吸附炭材料的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20220410119A1 (en) 2022-12-29
KR20220104742A (ko) 2022-07-26
WO2021106364A1 (ja) 2021-06-03
JP7397093B2 (ja) 2023-12-12
JPWO2021106364A1 (zh) 2021-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114746175A (zh) 分子状极性物质吸附炭
US9737872B2 (en) Modified activated carbon preparation and methods thereof
US20170333872A1 (en) Process to prepare adsorbents from organic fertilizer and their applications for removal of acidic gases from wet air streams
JP6513401B2 (ja) 高活性表面積を有する活性炭素繊維
JP4002054B2 (ja) 二酸化炭素吸着のための圧力スイング吸着方法
Tsai et al. Removal of H 2 S from exhaust gas by use of alkaline activated carbon
CN104583119B (zh) 赋予有碱性官能团的活性炭及其制备方法
WO2016013619A1 (ja) 吸着性能に優れた活性炭、およびその製造方法
WO1989002412A1 (en) Solid filtration medium incorporating alumina and carbon
KR101680610B1 (ko) 산성가스 제거용 활성탄 흡착제 및 이의 제조방법
JP4774141B2 (ja) 活性炭及びその製造方法
JPH0986914A (ja) 活性炭およびその製造方法ならびに酸性成分の吸着除去方法
JP6349736B2 (ja) 酸性ガス吸着・除去フィルタ
JP2011143359A (ja) 複合ガス吸着材、複合ガス吸着材組成物、およびそれを用いた吸着フィルター
JP2013103174A (ja) 疎水化吸着材およびその製造方法
JP2002282686A (ja) リン酸イオン吸着材及び水中のリン酸イオン除去方法
US11795066B2 (en) Carbonaceous material and method for producing same, water purification filter, and water purifier
JP2001170482A (ja) 活性炭及びその製造方法並びにそれを使用した水の浄化処理装置
CN116529207A (zh) 碳质材料及其制造方法、含氟有机化合物去除材料、净水用过滤器和净水器
JP2017177047A (ja) 金属除去用吸着剤
JP6509591B2 (ja) 疎水化炭素材及びその製造方法
Bae et al. Overlook of carbonaceous adsorbents and processing methods for elemental mercury removal
KR101488237B1 (ko) 기체상 이산화탄소에 대한 선택적 건식 포집체의 제조방법
JP7300124B2 (ja) トリハロメタン除去用活性炭およびその製造方法
JP7006239B2 (ja) 多孔質炭素材

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination