JP2001322807A - 活性炭化物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃ＰＥＴボトルの有効な処理技術を解決する
と共に、同時に活性コークス又は活性炭等の活性炭化物
を簡便に且つ安価に製造する技術を開発提供する。 【解決手段】 平均粒度１００μｍ以下に微粒化したポ
リエチレンテレフタレート１５〜５０質量％と、平均粒
度１００μｍ以下に微粒化した石炭８５〜５０質量％と
を混合した後、酸素濃度１２体積％以下の雰囲気中で、
炭化することにより活性コークス又は活性炭等の活性炭
化物を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、活性コークス又は
活性炭等の活性炭化物の製造技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】大量に廃棄物として発生するポリエチレ
ンテレフタレートの容器（以下ＰＥＴボトルと称す）
は、一部再生処理されリサイクルされている。しかし、
ＰＥＴボトル廃棄物の大多数は、未処理のまま放置され
ているか、埋立処分あるいは焼却処分されているのが現
状であり、資源の有効利用や環境保全に対して大きな問
題となっている。

【０００３】一方、活性コークスは、石炭を主原料と
し、ピッチ等を補助原料として製造され、高価な商品で
ある。他方、活性炭は、貴重な植物から製造され、更に
高価な商品である。

【０００４】活性炭及び活性コークスの主原料として
は、褐炭から無煙炭までの石炭が考えられる。しかし、
実用性のある活性炭は衝撃強度等の強度の高いものであ
ることを必要とする。このような高品位の活性炭の製造
においては、粘結炭を微粉砕し、造粒した造粒炭が使用
されている。

【０００５】この造粒炭は粘結炭を用いているので、前
処理をせずに炭化を行うと軟化溶融現象が起こり、活性
コークス又は活性炭等の活性炭化物用として適した形
状、強度等の物質を有する炭化物は得られないという問
題がある。

【０００６】このような炭化過程での造粒炭の軟化溶融
現象を防止するためには、造粒炭の不溶融化処理を酸素
含有ガスによって行う必要がある。その不溶融化処理で
は、ロータリーキルンなどを使用すると共に、造粒炭の
発火を防止するため、酸素濃度を低くしている。

【０００７】しかし、酸素濃度を低くすると、不溶融化
処理時間が長くなる。なお、不溶融化処理においては造
粒炭の表面から酸化が進む。そのため、酸素濃度が低い
場合には酸化による均一な不溶融化処理が困難になる。

【０００８】しかも、不溶融化処理時間が長くなると、
炭化・賦活後の活性炭化物の歩留りが低下するという問
題がある。例えば比表面積１４００ｍ²／ｇの活性炭を
製造する場合には、その歩留りは２０質量％以下と極め
て低いものである。

【０００９】以上のように、活性コークス又は活性炭等
の活性炭化物を製造するに際しては、出発原料や炭化過
程等において、数多くの問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記の諸
問題を解決すべく、ＰＥＴボトルの熱挙動について研究
すると共に、活性コークス及び活性炭等の活性炭化物に
ついても同時に研究した結果、粉末のＰＥＴボトルと微
粉砕した石炭とを混合した後、炭化・賦活することによ
って、ＰＥＴボトルの熱分解時におけるＣ、Ｈ、Ｏの組
成変化の挙動と、石炭の酸化作用及び賦活作用とがほぼ
同時に起こることを発見した。この発見を基に廃棄物で
あるＰＥＴボトルの有効な利用方法を見出し、本発明を
完成する至った。

【００１１】従って、その目的とするところは、廃ＰＥ
Ｔボトルの有効な処理技術を解決すると共に、同時に活
性コークス又は活性炭等の活性炭化物を簡便に且つ安価
に製造する技術を開発し提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、〔１〕 平均粒度１００μｍ以下に微
粒化したポリエチレンテレフタレート１５〜５０質量％
と、平均粒度１００μｍ以下に微粒化した石炭８５〜５
０質量％とを混合した後、酸素濃度１２体積％以下の雰
囲気中で炭化することを特徴とする活性炭化物の製造方
法、並びに、〔２〕 平均粒度１００μｍ以下に微粒
化したポリエチレンテレフタレート１５〜５０質量％
と、平均粒度１００μｍ以下に微粒化した石炭８５〜５
０質量％とを混合した後、酸素濃度１２体積％以下の雰
囲気中で炭化した後、賦活することを特徴とする活性炭
化物の製造方法を提案するものである。

【００１３】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の方法により得られる活性
コークス又は活性炭の活性炭化物は、ポリエチレンテレ
フタレートと、石炭とを混合した後、炭化して得られる
炭化物、並びに、前記炭化物を賦活して得られる炭化・
賦活物である。

【００１５】本発明の活性炭化物の製造方法に用いるポ
リエチレンテレフタレートとしては、資源の有効利用か
ら廃棄物のＰＥＴボトルが好ましい。

【００１６】本発明の方法における出発原料であるポリ
エチレンテレフタレートは、無酸素状態で乾留したとき
の熱挙動が、２００〜３００℃から溶融し、５００〜９
００℃で殆ど炭化され、粉状の無定形の炭素になるもの
を用いることができる。

【００１７】また、上記ポリエチレンテレフタレート
は、好ましくは平均粒度１００μｍ以下、更に好ましく
は平均粒度０．１〜５０μｍ、特に好ましくは平均粒度
０．１〜１０μｍに微粒化したものを用いる。

【００１８】ポリエチレンテレフタレートの平均粒度が
１００μｍを超える場合は、次工程の石炭との混合にお
けるポリエチレンテレフタレートと石炭との分散性が悪
くなるので好ましくない。

【００１９】本発明の方法におけるもう一方の出発原料
である石炭は、無酸素状態で乾留したときの熱挙動が、
好ましくは２８０〜３６０℃から軟化を開始し、脱ガス
しながら、好ましくは３６０〜５００℃で溶融状態にな
り、好ましくは５００〜９００℃で完全に固化し、異方
性を有した炭素となり塊状に固結するものを用いること
ができる。

【００２０】このような無酸素状態で乾留したときの熱
挙動を示す石炭としては、元素分析での炭素が８０〜９
１（％ｄ．ａ．ｆ．）、水素が５〜７（％ｄ．ａ．
ｆ．）、酸素４〜６（％ｄ．ａ．ｆ．）を示す石炭、特
に粘結炭が好ましいものとして挙げられる。

【００２１】また、上記微粉炭は、好ましくは平均粒度
１００μｍ以下、更に好ましくは平均粒度０．１〜５０
μｍ、特に好ましくは平均粒度０．１〜１０μｍに微粒
化したものを用いる。

【００２２】石炭の平均粒度が１００μｍを超える場合
は、次工程のポリエチレンテレフタレートとの混合にお
けるポリエチレンテレフタレートと石炭との分散性が悪
くなるので好ましくない。

【００２３】本発明の活性炭化物の製造方法は、上記の
微粒化したポリエチレンテレフタレートと、上記の微粒
化した石炭とを下記の割合で配合して混合した後、この
混合物を必要に応じて造粒し、次いでこの造粒物を炭化
すること、並びに、得られた炭化物を賦活することを特
徴とする。

【００２４】上記の微粒化したポリエチレンテレフタレ
ートと、上記の微粒化した石炭とは、好ましくはポリエ
チレンテレフタレート１５〜５０質量％、石炭８５〜５
０質量％、特に好ましくはポリエチレンテレフタレート
１５〜４０質量％、石炭８５〜６０質量％の割合で配合
することができる。

【００２５】ポリエチレンテレフタレートが１５質量％
未満、石炭が８５質量％を超える配合割合の場合、後述
するように後工程の炭化工程において得られる炭化物に
十分な数量のミクロ気孔とマクロ気孔とを生成すること
ができないので好ましくない。

【００２６】他方、ポリエチレンテレフタレートが５０
質量％を超え、石炭が５０質量％未満の配合割合の場
合、後工程の造粒工程において得られる造粒物の機械的
強度が低下する。そのため、更に後工程の炭化工程、賦
活工程において前記造粒物の粉化が起こり、活性炭化物
の歩留りが低下するので好ましくない。

【００２７】上記の配合割合のポリエチレンテレフタレ
ートと石炭とを混合して得た混合物は、必要に応じて造
粒する。

【００２８】造粒方法は特に限定されるものではない
が、好ましくは１ｋｇｆ／ｃｍ²以上、更に好ましくは
１０ｋｇｆ／ｃｍ²以上、特に好ましくは１００ｋｇｆ
／ｃｍ²以上の圧力で加圧成形すると、ポリエチレンテ
レフタレートの配合割合が多い場合でも、炭化後の造粒
物は強固なものであった。

【００２９】造粒機については、上記混合物を造粒する
ことができるものであれば特に限定されるものではな
く、加圧成形に適しているロールコンパクター、あるい
は簡単な操作で造粒できるパンペレタイザーなどの既知
の造粒機を用いることができる。

【００３０】次いで、上記造粒物を加熱して炭化する。

【００３１】この炭化工程において、上記造粒物はポリ
エチレンテレフタレートが配合されているため、必ずし
も酸素含有ガスによる不溶融化処理をしなくても、造粒
物の溶融化は起こらない。即ち、この炭化工程において
は、好ましくは酸素濃度１２体積％以下、更に好ましく
は酸素濃度８体積％以下、特に好ましくは酸素濃度１体
積％以下の雰囲気中で、造粒物の溶融化を起こすことな
く、造粒物を炭化することができる。

【００３２】この造粒物について必ずしも酸素含有ガス
を用いなくても溶融化が起こらない現象は、以下のよう
に考えられる。ポリエチレンテレフタレートは炭化過程
において酸化性ガスを発生する。この酸化性ガスによ
り、微粒化した石炭粒子表面を不溶融化するためと考え
られる。

【００３３】微粒化した石炭粒子表面には、造粒物粒子
の内部における石炭と酸化性ガスとの接触面（内部接触
面）と、造粒物粒子の外部即ち造粒物粒子表面に顔を出
している石炭と酸化性ガスとの接触面（外部接触面）と
がある。この内部接触面においても、外部接触面におい
ても、酸化性ガスによる石炭の不溶融化反応が起こって
いると考えられる。そのため、石炭粒子の粒度が細かい
ほど、ポリエチレンテレフタレート粒子と石炭粒子との
混合状態が良好なほど、石炭と酸化性ガスとの接触面積
が増加し、不溶融化反応速度が速くなると考えられる。

【００３４】よって、本発明の方法により得られる造粒
物では、造粒物粒子の内部から、あるいは内部と外部と
から同時に即ち造粒物粒子全体から不溶融化反応が、均
質に且つ短時間で起こっていると考えられる。

【００３５】また、本発明の方法により得られる造粒物
は、低い温度で不溶融化処理することができる。そのた
め、この造粒物の不溶融化処理温度は、２８０〜３８０
℃の範囲が好ましい。しかも上記したように、この不溶
融化反応は短時間で起こっていると考えられるので、炭
化工程の昇温時に同時に不溶融化処理することができ
る。具体的には、炭化工程の昇温速度を、好ましくは２
０℃／ｍｉｎ以下、更に好ましくは０．１〜１０℃／ｍ
ｉｎ、特に好ましくは０．５〜５℃／ｍｉｎにして不溶
融化処理することができる。

【００３６】上記の昇温速度で昇温した後、上記造粒物
は、好ましくは５００〜１０００℃、更に好ましくは６
００〜９００℃、特に好ましくは６５０〜８００℃の温
度に、好ましくは５時間以下、更に好ましくは２時間以
下、特に好ましくは０．０１〜１時間保持し、炭化処理
した。

【００３７】本発明の方法によれば、ポリエチレンテレ
フタレートから発生する酸化性ガスにより、造粒物粒子
を不溶融化し、造粒物粒子相互の融着を防止すると共
に、造粒物粒子におけるポリエチレンテレフタレート及
び石炭は、炭化物と成って軟化溶融せず不定形の炭素と
なる。そして、得られる炭化物の内部には、ミクロ気孔
と同時にマクロ気孔が多数生成する。

【００３８】なお、ポリエチレンテレフタレートと石炭
とが配合されている上記造粒物から作った炭化物（ＰＥ
Ｔ−石炭配合炭化物）は、石炭単独配合の造粒物から作
った炭化物（石炭単独配合炭化物）よりも気孔率が低
い。石炭単独配合炭化物の気孔率が高いのは、マクロ気
孔より大きな気孔が多いためである。これに対し、ＰＥ
Ｔ−石炭配合炭化物は、マクロ気孔より大きな気孔が少
ないため気孔率は低い。そのため、外見は緻密に見え
る。しかし、このＰＥＴ−石炭配合炭化物は、上記のミ
クロ気孔とマクロ気孔とが多数生成しているので、炭化
物の比表面積は極めて高いものである。

【００３９】以上のように、得られる炭化物においてミ
クロ気孔とマクロ気孔とを多数生成させるためには、本
発明の方法に用いる造粒物に配合するポリエチレンテレ
フタレート及び石炭の割合は、前述したように、ポリエ
チレンテレフタレートを１５質量％以上、石炭を８５質
量％以下にすることが好ましい。

【００４０】以上の配合条件、炭化条件等にすることに
よって、本発明の方法により得られる炭化物の比表面積
は、賦活処理前においても極めて高いものであり、好ま
しくは１０ｍ²／ｇ以上、更に好ましくは３０ｍ²／ｇ以
上、特に好ましくは１００ｍ ²／ｇ以上とすることがで
きる。そのため、上記炭化物は賦活処理せずに、そのま
ま活性コークスとして使用しても良いものである。

【００４１】しかも、上記炭化物は、特にマクロ気孔が
多数生成しているため、炭化工程の後工程の賦活工程に
おいて、水蒸気又はＣＯ₂などを用いて賦活し、賦活後
の炭化物即ち活性炭の比表面積を、好ましくは５００ｍ
²／ｇ以上、更に好ましくは１０００ｍ²／ｇ以上、特に
好ましくは１４００ｍ²／ｇ以上とすることができ、炭
化物の賦活を容易にするものである。

【００４２】

【実施例】以下、本発明を実施例にとり、具体的に説明
するが、本発明は実施例により限定されるものではな
い。

【００４３】以下の実施例１及び２、並びに比較例１及
び２において、微粉炭は、元素分析で炭素８７（％ｄ．
ａ．ｆ．）、水素６（％ｄ．ａ．ｆ．）、酸素５（％
ｄ．ａ．ｆ．）の石炭を平均粒度３５μｍに微粒化した
ものを用い、粉末ＰＥＴボトルは、廃棄物のＰＥＴボト
ルを平均粒度３０μｍに微粒化したものを用いた。

【００４４】上記石炭を無酸素状態で乾留したときの熱
挙動は、３２０℃から軟化を開始し、脱ガスしながら４
３０℃で溶融状態になり、７００℃では完全に固化し、
異方性を有した炭素となり塊状に固結した。

【００４５】上記廃棄物のＰＥＴボトルを無酸素状態で
乾留したときの熱挙動は、２５０℃から溶融し、温度の
上昇と共にガスを発生し、そのガスの成分はＨ₂Ｏ、Ｃ
Ｏ、ＣＯ₂などであった。７００℃では、殆ど炭化さ
れ、粉状の無定形の炭素になった。

【００４６】（実施例１）上記微粉炭６０質量％と、上
記粉末ＰＥＴボトル４０質量％とを混合した後、この混
合物を加圧成形し、０．６〜１０ｍｍの造粒炭を得た。
この造粒炭を内容積５０ｍｌの炭化炉に２０ｇ装入し、
窒素ガスを流量５００ｍｌ／ｍｉｎで流通させて３℃／
ｍｉｎの加熱速度で７００℃まで昇温し、３０分間保定
後取出し炭化物とした。

【００４７】この炭化物の比表面積は１２０ｍ²／ｇで
あった。また、この炭化物は衝撃強度が高いものであっ
た。

【００４８】この炭化物１５ｇを内容積２００ｍｌの反
応管に装入し、反応管の温度を９００℃にして水蒸気を
流量３ｇ／ｍｉｎで流通させて３時間賦活し、炭化・賦
活物とした。生成した炭化・賦活物の比表面積は、１５
２０ｍ²／ｇであった。

【００４９】（実施例２）上記微粉炭８０質量％と、上
記粉末ＰＥＴボトル２０質量％とを混合した以外は、実
施例１と同様の操作を行い、炭化物、及び炭化・賦活物
を得た。

【００５０】得られた炭化物の比表面積は４０ｍ²／ｇ
であった。また、この炭化物は衝撃強度が高いものであ
った。

【００５１】得られた炭化・賦活物の比表面積は、１２
５０ｍ²／ｇであった。

【００５２】（実施例３）酸素４体積％、窒素９６体積
％の混合ガスを炭化炉に流量５００ｍｌ／ｍｉｎで流通
させた以外は、実施例１と同様の操作を行い、炭化物、
及び炭化・賦活物を得た。

【００５３】得られた炭化物は衝撃強度が高いものであ
った。

【００５４】（比較例１）上記微粉炭４０質量％と、上
記粉末ＰＥＴボトル６０質量％とを混合した以外は、実
施例１と同様の操作を行い、炭化物を得た。

【００５５】得られた炭化物は非常にもろい塊成物であ
った。

【００５６】（比較例２）上記微粉炭９０質量％と、上
記粉末ＰＥＴボトル１０質量％とを混合した以外は、実
施例１と同様の操作を行い、炭化物を得た。

【００５７】得られた炭化物は塊成炭相互が融着し、活
性コークス及び活性炭等の活性炭化物の原料とはなりえ
なかった。

【００５８】

【発明の効果】本発明の製造方法によって作られた炭化
物及び賦活物は、比表面積が高いので、活性コークス及
び活性炭等の活性炭化物として使用できる。

【００５９】また、本発明の製造方法は、原料にポリエ
チレンテレフタレートを配合しているため、炭化工程の
前処理としてポリエチレンテレフタレートから発生する
酸化性ガスによる不溶融化反応は、均質に且つ短時間で
起こるので、炭化工程の昇温時に不溶融化処理すること
ができ、且つ安全に不溶融化処理することができる。

【００６０】更に、本発明の製造方法は、廃棄物である
ＰＥＴボトルのリサイクルとして優れた方法である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F301 AA25 AB03 CA02 CA09 CA25 CA34 CA61 CA71 4G046 CA00 CA04 CC02 HA03 HA05 HC09 HC16 4G066 AA05B FA02 FA18 FA22 FA26 FA33 FA37

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平均粒度１００μｍ以下に微粒化したポ
   リエチレンテレフタレート１５〜５０質量％と、平均粒
   度１００μｍ以下に微粒化した石炭８５〜５０質量％と
   を混合した後、酸素濃度１２体積％以下の雰囲気中で炭
   化することを特徴とする活性炭化物の製造方法。
2. 【請求項２】 平均粒度１００μｍ以下に微粒化したポ
   リエチレンテレフタレート１５〜５０質量％と、平均粒
   度１００μｍ以下に微粒化した石炭８５〜５０質量％と
   を混合した後、酸素濃度１２体積％以下の雰囲気中で炭
   化した後、賦活することを特徴とする活性炭化物の製造
   方法。