JP2002018280A

JP2002018280A - 活性炭系吸着体

Info

Publication number: JP2002018280A
Application number: JP2000202424A
Authority: JP
Inventors: Seiji Seshima; 清治瀬島; Keiichi Asami; 圭一浅見
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2002-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】嵩密度が高く、単位体積当たりの吸着量が大
きくて装置の小型化を図ることができ、また、燃焼時に
有毒ガスの発生がなく、かつ、使用時に不純物の溶出が
なくて環境にやさしい活性炭系吸着体を提供する。【解決手段】活性炭とセルロース繊維を主成分とし、
活性炭１００質量部に対するセルロース繊維の含有量が
０．２質量部以上４０質量部以下であって、活性炭がセ
ルロース繊維によりランダムに絡合保持されている抄紙
による立体構造を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、活性炭とセルロー
ス繊維を主成分とする立体構造の活性炭系吸着体に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】活性炭を使用した気相及び液相用の吸着
材には、単位体積当たりの吸着量を大きくして装置の小
型化を図るために、嵩密度が高く、かつ、環境にやさし
い素材が望まれている。

【０００３】活性炭を使用した気相及び液相用の吸着材
としては、例えば次のものが知られているが、いずれも
上記の課題は達成されていない。（１）活性炭繊維と熱溶融性合成樹脂繊維とを混紡又は
混合した後、加熱して、両者を融着もしくは接着一体化
させた吸着材（例えば、特開昭５６−２４１５１号公報
参照）。（２）アクリル繊維、フェノ―ル樹脂繊維等の有機繊維
をニ―ドルパンチ加工してフェルト状又は不織布とする
か、又はこれら繊維を糸状とし、次いで織物とした後、
熱処理又は薬品処理により活性炭化させた吸着材。
（１）（２）の方法では、嵩密度が高く、緻密な立体構
造の吸着材の製造は困難である。さらに特に（２）の吸
着材は極めて多数の細孔直径１０〜４０オングストロ−
ム程度のミクロポアを備え、その強度は当初のフェルト
状又は織物状形態の強度の１／１０に低下しており、結
束強度が低いので、使用時に崩壊又は破損等を起こしや
すいという問題がある。

【０００４】また、（３）炭素繊維をニ―ドルパンチ加
工してフェルト状又は不織布とするか又は糸状とし、次
いで織物とした後、熱処理又は薬品処理により活性炭化
させた吸着材がある。この吸着材は強度が低いので、上
記（２）と同様に使用時に崩壊又は破損等を起こしやす
いという実用上の問題があり、また、この方法でも上記
（１）（２）と同様、嵩密度が高く、緻密な立体構造の
吸着材の製造は困難である。

【０００５】次に、特許２１３９１８６号には、熱溶融
性合成樹脂（形状は繊維状及びパウダ―状のいずれでも
よい。以下同じ）、特にポリアクリロニトリルを含む水
性スラリ―を調製し、多数の吸引用小孔を有する成形型
で吸引成形し、脱水した後、加熱することで得られる吸
着材が上記問題点を解決すると記載されている。この吸
着材は、嵩密度が高く、緻密な立体構造を有している
が、ポリアクリロニトリルは、ポリマーの構造上燃焼す
るとシアン化合物を発生するため、廃棄処分が困難にな
るという環境上の問題がある。

【０００６】さらに、熱溶融性合成樹脂の代わりに木材
パルプや、靱皮パルプのような天然パルプを使用した吸
着材もあるが、この吸着材は、リグニンなどの不純物が
使用中に溶出して活性炭の性能を損なうという問題があ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決し、嵩密度が高く、単位体積当たりの吸着量が大
きくて装置の小型化を図ることができ、また、燃焼時に
有毒ガスの発生がなく、かつ、使用時に不純物の溶出が
なくて環境にやさしい活性炭系吸着体を提供することを
技術的な課題とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために鋭意検討した結果、熱溶融性合成樹
脂や天然パルプの代わりにセルロース繊維を使用するこ
とによって、嵩密度が高く、かつ、燃焼時に有毒ガスが
発生したり、使用時に不純物が溶出することがない活性
炭系吸着体が得られることを見出して本発明に到達し
た。すなわち、本発明は、活性炭とセルロース繊維を主
成分とし、活性炭１００質量部に対するセルロース繊維
の含有量が０．２質量部以上、４０質量部以下であっ
て、活性炭がセルロース繊維によりランダムに絡合保持
されている抄紙による立体構造を有する活性炭系吸着体
を要旨とするものである。なお、本発明において、抄紙
による立体構造を有する吸着体とは、吸着体を構成する
繊維が厚手の和紙のようにランダムに配置され、かつ、
緻密な立体構造を有する吸着体をいう。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明の活性炭系吸着体（以下、吸着体とい
う。）は、活性炭とセルロ−ス繊維を主成分とし、活性
炭がセルロ−ス繊維によりランダムに絡合保持されてい
る抄紙による立体構造を有するものである。立体構造の
吸着体とは、シート状又はテープ状等の可撓性のある厚
さ３ｍｍ以下の薄い吸着材以外の形状の吸着体をいう。
具体的には、円柱状、角柱状、楕円柱状、円錐台状、角
錐台状、ペレット状、直方体状、立方体状等の形状をし
たものや、これらに孔を有する形状（例えば、前記柱状
体の上下面に開口し、この柱状体を貫通する孔を有する
円筒状のもの）の吸着体をいう。

【００１０】また、本発明の吸着体は、取扱やすくする
ために、一体的に成形された吸着体であることが好まし
い。一体的に成形された吸着体とは、シート状、テープ
状等の吸着体を接着剤等で積層して作製した吸着体を排
除するものであり、より具体的には立体構造の吸着体の
全部又は一部を一度に成形して得られたものをいう。

【００１１】本発明においては、活性炭は特に限定され
るものではなく、吸着体の使用分野等に応じて適宜選択
すればよいが、繊維状活性炭（活性炭繊維とは、同意
語）の場合は、通常直径２〜３０μｍ程度、長さ０．５
〜１０ｍｍ程度の繊維を使用するのが好ましい。また、
その由来についても限定されず、レ―ヨン系、ポリアク
リロニトリル系、フェノ―ル樹脂系、石炭ピッチ系、石
油ピッチ系等のいずれであってもよい。粉末状や粒状の
活性炭の場合は、平均粒径は０．５〜４００μｍ程度の
粒子が使用できるが、１〜３００μｍが好ましく、５〜
２００μｍがより好ましい。その由来についても限定さ
れず、ヤシ殻、フェノ―ル樹脂系、石炭ピッチ系、石油
ピッチ系等のいずれであってもよい。活性炭は、細孔直
径８〜２０オングストローム程度の微細孔を有し、比表
面積５００〜２５００ｍ²/ｇ程度のものが好ましい。ま
た、繊維状活性炭と粉末及び粒状活性炭は、それぞれ単
独で使用したり、適宜の組み合わせで混合して使用する
ことができる。

【００１２】活性炭を結合させて一体化させるセルロー
ス繊維としては、有機溶剤紡糸セルロース繊維が好まし
く用いられる。有機溶剤紡糸セルロース繊維とは、木質
パルプをＮ−メチルモルフォリン−Ｎ−オキサイドを溶
媒として用いて紡糸した有機溶剤紡糸セルロース繊維で
ある。この繊維は、紡糸行程で濾過や、洗浄などが施さ
れるため、天然繊維である木材パルプと靱皮パルプ等を
混合したバインダーに比べリグニンなどの不純物は殆ど
含まれておらず、このため不純物が溶出して活性炭の細
孔を閉塞させるおそれはない。また、有機溶剤紡糸セル
ロース繊維はフイブリル化しやすいため、抄紙による立
体構造において、フイブリル化したセルロース繊維が活
性炭を強固に絡合保持し、吸着体の形状と強度とを維持
することができる。セルロース繊維は、直径５〜１００
μｍ程度、長さ０．５〜１０ｍｍ程度のものが好まし
い。なお、有機溶剤紡糸セルロ−ス繊維は、ユニチカ株
式会社から、リヨセルの商標で販売されているものを使
用することができる。

【００１３】活性炭１００質量部に対するセルロース繊
維の配合量は、０．２〜４０質量部程度、好ましくは
０．２〜２０質量部程度とする。セルロース繊維の配合
量が少なすぎると吸着体の強度が低くなり、配合量が多
すぎる場合には、活性炭の細孔が塞がれて気孔率が減少
する。吸着体がある程度の強度を必要とし、かつ活性炭
の含有量を多くして、その特性を発揮させることが必要
な場合のセルロース繊維の配合量は、１〜２０質量部が
好ましく、２〜７質量部がより好ましい。

【００１４】本発明の吸着体には、その物性を損なわな
い範囲で、ムライト粉末、シリカ粉末、 SiC粉末、ハイ
ドロキシアパタイト粉末、TiO₂粉末、アルミナ粉末、フ
ェライト粉末、マイカ等の無機粉末、さらにガラス繊
維、セラミックス繊維、炭素繊維等の無機繊維、芳香族
ポリアミド繊維、ポリイミド繊維等を添加してもよい。

【００１５】次に、本発明の吸着体の製法例について説
明する。まず、所定の割合で活性炭とセルロース繊維を
含有する均一な水性スラリ―を調製する。水性スラリ―
中の固型分濃度は、特に限定されるものではないが、取
扱いの容易さ、成形の容易さ等の観点から０．１〜４質
量％程度とするのが好ましい。スラリ―の調製に際して
は、常法に従ってナイアガラビーターなどで機械的分
散、撹拌、叩解を行う。また、吸着体の性能を阻害しな
い限り、分散剤、安定剤、粘度調整剤、紙力増強剤、歩
留向上剤等を添加してもよい。

【００１６】成形は、例えば、吸引成形のように、減圧
下に予備脱水しつつ行なうことが好ましい。より具体的
には、例えば、円筒体を製造する場合は、図１で示した
ように両端が遮蔽フランジ５．６で密閉された表面に多
数の吸引用小孔を有する円筒状の芯体４を有する成形型
１をスラリー２中に浸漬し、フランジ５の一端側に設け
られた吸引用ノズル（図示せず）を介してスラリー２を
ポンプで吸引することによって芯体４の表面に繊維成分
をランダムに集積成形する。円筒体製品の長さが短い場
合は、端面から吸引して繊維成分をランダムに集積成形
することも可能である。孔のない立体構造の吸着体の場
合は、少なくとも１面に吸引用小孔を有する成形型を使
用して吸引することによって成形できる。吸引成形は成
形型をスラリー中に埋設することなく、成形型にスラリ
ーを供給して脱水することによって行うことも可能であ
る。

【００１７】成形された湿潤状態の吸着体は所望の脱水
を施し、次いで、８０〜１５０℃の温度で乾燥して目的
とする本発明の吸着体を得る。

【００１８】本発明の吸着体は、活性炭がセルロ−ス繊
維によりランダムに絡合保持されている抄紙による立体
構造を有するため、セルロース繊維の含有量が少なくて
も実用できる程度の強度を有するものである。すなわ
ち、例えば前記の製法例によれば、吸引面近傍では繊維
は吸引面にほぼ平行にランダムに配向しているが、吸引
面から遠ざかると、繊維の一部は吸引面に種々の角度を
もってランダムに吸引集積される。この角度を持って吸
引された繊維が保形作用に寄与しているものと認められ
る。

【００１９】湿式で吸引成形した本発明の吸着体を使用
する場合、被吸着物質含有流体は成形時の吸引方向に流
すことが、セルロース繊維の含有量が少なくても、層間
剥離が起こりに難くなる点から好ましい。

【００２０】本発明の吸着体は、セルロース繊維、好ま
しくは有機溶剤紡糸セルロ−ス繊維で活性炭を絡合保持
しているため、焼却時の有毒ガス発生や使用時の不純物
の溶出がない上に、下記の特徴を有している。（１）抄紙による立体構造であるため、使用する活性炭
にもよるが、嵩密度が０．１０〜０．４０ｇ／cm³程度
の嵩密度が高い吸着体が得られる。（２）嵩密度が高く緻密な構造であるため、単位体積当
たりの吸着量が大きくて装置の小型化が可能であり、さ
らに使用時に被吸着物質含有流体がショートパスするこ
とがないので、被吸着物質含有流体の流速を速くでき
る。（３）活性炭が密に集積し、かつセルロース繊維で絡合
保持されていることと、繊維がランダムに存在し、特に
前記製法例によれば吸引面に対して任意の角度で保形作
用をする繊維が存在するため、脆い活性炭を使用してい
るにもかかわらず、吸着体の形状が崩れ難い。（４）吸着体は活性炭とセルロ−ス繊維を主成分とする
抄紙構造であるため、活性炭の細孔が塞がれ難い。

【００２１】本発明の吸着体は、液相や気相における固
型分の濾過、微量不純物及び有害成分の吸着除去、有用
成分の吸脱着による濃縮等に有効に使用できる。より具
体的には、浄水器におけるフィルタ―として水道水から
の鉄錆、悪臭物質、遊離塩素等の除去、空気清浄器やエ
アコンディショナ―におけるフィルタ―として煙、悪臭
物質等の除去、及び調湿、化学工場、クリ―ニング業等
における溶剤回収、鉱物油及び植物油中の固型分の除去
等の広範な分野で使用できる。

【００２２】

【実施例】次に、本発明を実施例及び比較例により具体
的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。

【００２３】実施例１有機溶剤紡糸セルロ−ス繊維（繊維長５mm、繊維経１４
μｍ）１０質量部と、繊維状活性炭（ユニチカアドー
ルＡ10：比表面積１２００m²/g、繊維径16.5μｍ、繊
維長２〜６mm）１９０質量部とを水５０００質量部に投
入し、ナイアガラビーターで攪拌、叩解させ均一なスラ
リ―を得た。

【００２４】次いで、図１のように両端に遮蔽フランジ
５、６が取り付けられ、芯体４の周面に多数の吸引用小
孔を設けた円筒状の成形型１（外径２９ｍｍ、長さ５０
０ｍｍ）を水槽３の中に浸漬し、遮蔽フランジ６に取り
付けられた吸引ホース７を介して吸引ポンプ（図示せ
ず）で芯体４の内部からスラリーを吸引し、成形型１の
芯体４の周囲に水性スラリー２を付着させた後、形成さ
れた湿潤状態の中空円筒体（内径２９ｍｍ、外径６０ｍ
ｍ、長さ５００ｍｍ）を上記型から取外し、１４０℃で
２時間加熱乾燥した。

【００２５】得られた抄紙構造の吸着体の寸法は、内径
２８．９ｍｍ、外径５９．９ｍｍ、長さ４９９ｍｍであ
り、その物性は、密度０．２２ｇ／ｃｍ³、透気度８０
sec/300cc （通過面を直径１０ｍｍとした以外はＪＩＳ
Ｐ８１１７に準じて測定）、濾過速度１８６sec/10
0cc （ＪＩＳＰ３８０１により測定）であった。

【００２６】実施例２繊維状活性炭（ユニチカアドールＡ10：比表面積１
２００m²/g、繊維径16.5μｍ、繊維長２〜６mm）１５０
質量部、粒状活性炭（東洋カルゴン製 BPL：比表面積
900m²/g)４０質量部及び有機溶剤紡糸セルロース繊維
（繊維長５mm、繊維経１４μｍ）１０質量部を水５００
０質量部に投入し、ナイアガラビーターで叩解して均一
なスラリ―を得た後、実施例１と同様にして中空円筒状
吸着体を作り、１３０℃で２時間加熱して本発明の吸着
体を得た。

【００２７】得られた抄紙構造の吸着体の寸法は、内径
２９．２ｍｍ、外径６０．２ｍｍ、長さ４９９ｍｍであ
り、その物性は、坪量３７２５ｇ／ｍ²、厚さ１５．５
ｍｍ、密度０．２４ｇ／ｃｍ³、透気度５５sec/300cc
（実施例１と同様にして測定）、濾過速度１２４sec/10
0cc （実施例１と同様にして測定）であった。なお、秤
量は、成形体の重量を側面を展開した平均の面積（π×
（内径＋外径）／２×長さ）で除して計算した。上記製
品重量は２６１ｇ、面積はπ×（２．９２＋６．０２）
／２×４９．９＝７００．７ｃｍ²であったため、上記
の値になる。

【００２８】実施例３繊維状活性炭（ユニチカアドールＡ10：比表面積１
２００m²/g、繊維径16.5μｍ、繊維長２〜６mm）５０質
量部、粒状活性炭（東洋カルゴン製BPL 比表面積900m²/
g)１４０質量部及び有機溶剤紡糸セルロース繊維（繊維
長５mm、繊維経１４μｍ）１０質量部を水５０００質量
部に投入し、ナイアガラビーターで叩解して均一なスラ
リーを得た後、実施例１と同様にして中空円筒状吸着体
を作り、１３０℃で２時間加熱して本発明の吸着体を得
た。

【００２９】得られた吸着体の寸法は、内径２９．２ｍ
ｍ、外径６０．２ｍｍ、長さ４９９ｍｍであり、その物
性は、坪量４６５２ｇ／ｍ²、厚さ１５．５ｍｍ、密度
０．３０ｇ／ｃｍ³、透気度６１sec/300cc （実施例１
と同様にして測定）、濾過速度１３５sec/100cc （実施
例１と同様にして測定）であった。

【００３０】比較例１実施例１で用いた有機溶剤紡糸セルロース繊維の代わり
に軟化点約８０℃のポリアクリロニトリル繊維（旭化成
社製 A104）を使用した以外は、実施例１と同様にして
円筒状の吸着体を得た。得られた吸着体の嵩密度は、
０．１７ｇ／ｃｍ³であった。

【００３１】比較例２実施例１で用いた有機溶剤紡糸セルロース繊維の代わり
に木材パルプと靱皮パルプを１／１に混合したものを使
用した以外は、は実施例１と同様にして円筒状の吸着体
を得た。得られた吸着体の嵩密度は、０．１９ｇ／ｃｍ
³であった。

【００３２】次に、実施例１〜３、比較例１〜２で得ら
れた吸着体の燃焼試験と不純物溶出試験を行ったが、そ
の結果を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１から明らかなように、有機溶剤紡糸セ
ルロース繊維を使用することにより燃焼時の有毒ガスの
発生が抑制され、さらに天然パルプなどでは溶出しやす
いリグニンなどの不純分の溶出も認められなかった。な
お、焼却時のＨＣＮ発生の有無は、建設省告示第３４１
５号で規定されている難燃材料の試験装置使用し、吸着
体１０ｇを１０分間燃焼させた後の集煙箱内のＨＣＮ濃
度を測定して評価した。また、不純物の溶出は、水１０
リットルの水中に吸着体を２週間浸積し、溶出の有無を
調査した。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、嵩密度が高く、単位面
積当たりの吸着量が大きくて装置の小型化を図ることが
でき、また、燃焼時に有毒ガスの発生が無く、かつ、使
用時に不純物の溶出がなくて環境にやさしい吸着体が提
供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吸着体の製法例である吸引成形で使用
する成形装置を示す説明図である。

【符号の説明】

１円筒状の成形型２スラリ− ３水槽４芯体５遮蔽フランジ６遮蔽フランジ７吸引ホ−ス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性炭とセルロース繊維を主成分とし、
活性炭１００質量部に対するセルロース繊維の含有量が
０．２質量部以上、４０質量部以下であって、活性炭が
セルロース繊維によりランダムに絡合保持されている抄
紙による立体構造を有する活性炭系吸着体。
【請求項２】活性炭１００質量部に対するセルロース
繊維の含有量が０．２質量部以上、２０質量部以下であ
る請求項１記載の活性炭系吸着体。
【請求項３】セルロ−ス繊維が、有機溶剤紡糸セルロ
−ス繊維である請求項１又は２記載の活性炭系吸着体。