JP2002029725A - 造粒活性炭の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 賦活処理なしに造粒物の吸着能力を保持する
ことができると共に、造粒物の硬さ度合を大きくするこ
とができ、その上、再生の反復によるも所望の硬さを保
持した造粒活性炭の製造方法を提供する。 【解決手段】 粉末状活性炭もしくは破砕活性炭にバイ
ンダーを混合した混合物に、水分を付与して混練後、成
形して造粒物を調製し、熱硬化処理および炭化処理を行
い、賦活処理を行わずに造粒活性炭を製造する方法であ
って、前記バインダーが粉末状で水に溶解しないもので
あり、前記混合物に添加する水分の重量比が１：０．６
〜１．３である造粒活性炭の製造方法。バインダーは、
粉末状有機樹脂である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉末状の活性炭、
もしくは粉砕された活性炭を造粒し、硬度が高く、吸着
性の大な造粒活性炭を製造する方法に関し、詳しくは賦
活操作を行うことなしに原料活性炭の吸着能を保持し、
吸着能の低下を最小限に維持した造粒活性炭を製造する
方法に関し、更には、粒状活性炭製造時において副生し
て排出される粉末状の活性炭を再利用する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、造粒活性炭を製造するに際し
て、造粒物の硬さを強くする方法や、吸着性能を大きく
する方法、手段に関して、種々の提案等がなされてい
る。例えば、木質系原料または石炭系原料等の活性炭原
料をハンマーパルメライザー、ボールミルまたはロッド
ミル等の微粉砕機で粉砕した後、結合剤として、ピッ
チ、タール、澱粉、廃糖蜜、パルプ廃液等を配合し、混
練した後、ドラム型造粒機やディスク型造粒機等により
造粒を行った後に、炭化、賦活を行い造粒活性炭を得る
例が挙げられる。

【０００３】また、微粉状の活性炭を造粒し、強固な造
粒物を造る方法として、粉末状活性炭にバインダーとし
て、フェノール樹脂を混合することにより、造粒物を得
る方法が提案されており、具体的にはフェノール樹脂と
してレゾール型フェノール樹脂水溶液を用いることが示
されている。しかしながら、この方法で用いられている
レゾール型フェノール樹脂は、水溶性であり、活性炭と
混合すると細孔内への吸着が起こり、細孔の閉塞が生じ
る欠点がある。また、熱処理温度が５００℃以下と低い
ため、吸着物の炭化が完全に起こらず、細孔内に吸着物
が留まり、吸着能力が低下することがある。更に、分子
量が１万以上の熱不融性の粉末フェノール樹脂に、分子
量３０００以上のフェノール樹脂をバインダーとして混
合し、水を加えて転動造粒し、乾留、賦活することによ
り球状活性炭を得る方法も知られており、フェノール樹
脂から活性炭を調製する方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】通常、造粒活性炭は、
活性炭原料にバインダーと湿潤剤、例えば水を添加した
後に、混練を行い、造粒、炭化処理、賦活処理を行うこ
とにより得られるが、規格外れとなった粉末活性炭や破
砕活性炭を再利用して造粒活性炭を得ることは、コスト
的な側面、廃棄物の削減の側面から強く要望されている
ところである。活性炭を原料として造粒活性炭を調製す
る場合、活性炭にバインダーおよび湿潤剤、例えば水を
添加して混練、および造粒過程を経て造粒物を得、炭化
処理、賦活処理を行うことが一般的であるが、原料の活
性炭を再度賦活させることは、造粒物の硬さを低下させ
たり、コストが嵩むことから必ずしも効率的であるとは
いえない。

【０００５】しかしながら、賦活処理を施さなければ、
バインダーにより活性炭の細孔が閉塞されてしまう等の
好ましくない現象により、吸着性能が低下するため、必
要不可欠な処置であった。さらに、活性炭は再生処理を
行うことによる反復使用を理想とするが、使用済み造粒
活性炭を再生する際に、硬さ度合が漸次減少することも
問題点で、そのように減少しないような製造法を得るこ
とを課題の一つとされていた。このような事情から、本
願発明は、賦活処理なしに造粒物の吸着能力を保持する
ことができると共に、造粒物の硬さ度合を大きくするこ
とができ、その上、再生の反復によるも所望の硬さを保
持した造粒活性炭の製造方法を提供することを目的とし
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の造粒活性炭の製造方法は、活性炭それ自体を
造粒し、硬さが大きく、再生の繰り返しがあっても硬さ
の低下が少ない活性炭を得ることに関し、さらに、造粒
物を賦活処理することなく、吸着能力を保持せしめる手
段に関する。即ち、本発明は以下の各項により構成され
る。 （１）粉末状活性炭もしくは破砕活性炭にバインダーを
混合した混合物に、水分を付与して混練後、成形して造
粒物を調製し、熱硬化処理および炭化処理を行い、賦活
処理を行わずに造粒活性炭を製造する方法であって、前
記バインダーが粉末状で水に溶解しないものであり、前
記混合物に添加する水分の重量比が１：０．６〜１．３
であることを特徴とする造粒活性炭の製造方法。

【０００７】（２）粉末状活性炭もしくは破砕活性炭に
バインダーを混合した混合物に、水分を付与して混練
後、成形して造粒物を調製し、熱硬化処理および炭化処
理を行い、賦活処理を行わずに造粒活性炭を製造する方
法であって、前記バインダーが粉末状で水に溶解しない
ものであり、前記混合物に添加する水分の重量比が１：
０．６〜１．３であり、成形した造粒物の水分が４０重
量％以上であることを特徴とする造粒活性炭の製造方
法。

【０００８】（３）バインダーが、粉末状の有機樹脂で
あることを特徴とする前記（１）又は（２）記載の造粒
活性炭の製造方法。 （４）バインダーが、ノボラック型フェノール樹脂で、
分子量が３００〜１５００であることを特徴とする前記
（１）又は（２）記載の造粒活性炭の製造方法。 （５）造粒物が熱硬化処理工程に移行する以前に、造粒
物の乾燥による重量変化が、１０％以内、好ましくは造
粒物の乾燥なしに熱硬化することを特徴とする前記
（１）〜（４）のいずれか１項記載の造粒活性炭の製造
方法。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明をさらに詳しく説
明する。本発明は、粉状の活性炭そのものを造粒し、硬
さが大きく、再生の反復によっても硬さの低下度合が少
ない造粒活性炭を得ようとするものであり、さらに、造
粒した物が賦活処理なしに高い吸着能を有する造粒活性
炭を製造する方法に関する。まず、粉末状活性炭又は破
砕活性炭に粉末状バインダーを添加混合し、混合物に水
を重量比１：０．６〜１．３の割合で添加し、混練機で
よく混合し、造粒機や成型機を用いて造粒物を調製す
る。得られた造粒物は、熱硬化工程においてバインダー
を重合させ、さらに、熱硬化物を焼成工程において、熱
処理を行い造粒活性炭を得る。

【００１０】この場合、粉末状活性炭又は破砕活性炭に
対する粉末状バインダーの混合割合は、粉末状活性炭又
は破砕活性炭に対し、粉末状バインダーを重量比で、
１：０．０５以上がよく、好ましくは１：０．０５〜
０．５がよい。活性炭とバインダーの混合比が１：０．
０５より下では、焼成物の強度が小となり、１：０．５
を超えると、焼成物の吸着性能の低下が大となるため、
活性炭とバインダーの混合比は１：０．０５〜０．５の
範囲とすることが好ましい。活性炭とバインダーの混合
比による焼成物の強度及び吸着性能との関係を第１表に
示す。

【００１１】

【表１】

【００１２】前記の粉末状バインダーとしては、粉末状
有機樹脂であることが好ましく、具体的には分子量が比
較的小で、熱硬化時における流動性が大きな樹脂が好ま
しく、例えば、ノボラック型フェノール樹脂（分子量３
００〜１５００程度）が挙げられる。有機樹脂としては
合成有機樹脂が通常使用され、入手も容易である。ま
た、フェノール樹脂は、焼成時の固定炭素分が大きいた
め、造粒炭中にバインダー由来の炭素分が大きくなり、
強度を大きくすることができる。

【００１３】レゾール型フェノール樹脂やフラン樹脂な
どの液状バインダーを用いると、バインダー成分が活性
炭に吸着されてしまい、活性炭粒子間に存在するバイン
ダー量が少なくて造粒物が硬化し難いとか、そこにある
バインダー量が充分にあるようにすると、多量のバイン
ダーを添加する必要が生じる、あるいはバインダーによ
り活性炭の細孔が塞がれて吸着能が低下する等の不都合
が生じる。また、液状のバインダーの粘性が大きな場合
には、粒子間への染み込みが小さく、均一に広がらない
ため、適宜な溶媒で希釈して用いることになるが、溶媒
で粘性を低くすると、前記同様にバインダー成分が活性
炭に吸着され、粒子間の結合力が弱化することになる。
更に、細孔内に進入したバインダー成分は、後に行う炭
化作用により、細孔内で炭化が進み、活性炭の細孔を閉
塞させてしまうため、細孔容積、比表面積が小さくなっ
てしまう。

【００１４】これに対し、ノボラック型フェノール樹脂
などの粉末状バインダーを用いた場合、バインダーの細
孔内への進入は液状のものに比べて少なく、相互の活性
炭粒子の表面を結合するに際して、効果的に作用するも
のと考えられる。但し、バインダーが水に溶解性のもの
である場合には、液状バインダーと同様の問題を起こす
のでその使用を避ける必要がある。最近、バインダーと
して、分子量が１００００程度の粉末フェノール樹脂が
開発されている。しかし、それらはノボラック型フェノ
ール樹脂より分子量が大きいために、硬化時に樹脂が液
状化して、骨材に展開する際に、粘性が高く展開しにく
い。そのため造粒物の硬さが得られない欠点がある。ベ
ントナイト、珪酸ナトリウム、水ガラスなどは、バイン
ダー添加量分だけ、造粒物の単位重量当たりの活性炭吸
着性能が低下するし、硬さもさほど得られない。

【００１５】混合物に添加する水分の重量比について
は、混合物と水分の比が１：０．６以下でも造粒は可能
であるものの、造粒物および焼成物の強度が小さくなっ
てしまう。一方、１：１．３を越えると混合物が固まり
となり、造粒物が得られない。このため、混合物に添加
する水分の重量比は、１：０．６〜１：１．３の範囲と
する。更に、押し出し成型したとしても、成型物が互い
に付着してしまうために、適切な湿潤状態を保つ必要が
ある。更に、混練物は造粒機により造粒されるが、造粒
機としては、転動造粒機や、押し出し成型機など必要と
する形状の造粒物を調製することができるものであれ
ば、何れの種類のものであってもよく、その型式は問わ
ない。転動造粒機などにおいて、混練物の造粒は、水分
が２０％程度以上存在すれば容易に可能である。しか
し、造粒物を焼成した後の硬さは、さほど大きくならな
い。焼成物の硬さを大きくするためには、造粒直後の含
水率を高く保ち、造粒物の水分蒸発量が少ないうちにゲ
ル化を行うと良い。

【００１６】従来技術として、フェノール樹脂粉末の混
合物に水を加えて混合したものを成型し、乾留、賦活す
ることにより活性炭を製造する方法があるが、その場合
の水の添加量は、最大でも全体量の約３３％にとどまる
が、本発明では、活性炭混合物と水の比が１：０．６以
上であるため、含水率で約３８％以上であって、好まし
くは４０％以上が良く、前者と比べ含水率が高い。混練
物の造粒により得られる造粒物は、成型後の水分が４０
％以上であるのが良く、好ましくは４５％以上である。

【００１７】造粒物は、そのままの状態で乾燥しないで
熱硬化処理を行った方が好ましいが、熱硬化処理までに
時間が経過して、造粒物が大気に曝された状態で置かれ
たために乾燥が起るような場合においても、水分の蒸発
による造粒物の重量減少が１０％以内にあるようにする
のがよく、その間に熱硬化処理を行うことが望ましい。
乾燥が進み過ぎると、粒子間の圧密が小さくなり、硬化
後の強度低下が生じることになる。このため、熱硬化処
理までに時間が開くような場合には、造粒物から水分が
飛ばないようにシートで覆うようにした方がよい。硬化
物の熱処理である焼成工程は、不活性ガス雰囲気で、６
００〜１０００℃の温度範囲で行う必要があり、好まし
くは７００〜９００℃の温度範囲で、不活性ガス雰囲気
で行うことが好ましい。６００℃以下の温度の場合に
は、バインダーの樹脂の炭化が不完全となり、活性炭の
吸着能が十分高いものとすることができない。また、１
０００℃以上で熱処理を行うと収率が低くなることや、
運転費用がかさむ等のことから、非効率的になる虞があ
り好ましくない。このようにして得られた焼成物は、吸
着性能の低下が少なく、硬さが大な焼成物として得られ
る。さらに、複数の活性炭間の結合が炭素のみであるこ
とから、吸着剤として使用した後に、熱再生を行って
も、造粒物の劣化が少なく再生効率が大きくなる。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明の活性炭の造粒方法について
の実施例を示すが、本発明はこの実施例によって限定さ
れるものではない。

【００１９】実施例１ （他のバインダーとの比較）４５μｍ以下の粒径が９０
％以上である粉末活性炭１００ｇ（よう素吸着性能８７
０ｍｇ／ｇ）に粉末状フェノール樹脂（ノボラック型）
を２０ｇ、水を９０ｍｌ添加し、容器内で混練機で充分
に混練した。混練で得た混練物をΦ３００、パン型造粒
機（吉田製作所社製）を用いて造粒し、得られた造粒物
を１７０℃の温度でゲル化した。造粒物の平均粒径は
５．５ｍｍであった。また、ゲル化前の造粒活性炭の水
分は約４２％であった。次いで、ゲル化した造粒物を９
００℃の温度で３０分間、窒素雰囲気下で焼成して本発
明例の造粒活性炭を得た。造粒活性炭の平均粒径は５．
５ｍｍであった。なお、バインダーとして粉末フェノー
ル樹脂を用いた場合、粉末フェノール樹脂として２種用
い、両者を「粉末フェノール樹脂１」及び「粉末フェノ
ール樹脂２」と呼ぶが、粉末フェノール樹脂１と粉末フ
ェノール樹脂２の分子量（平均）はそれぞれ約５００、
約１０００であった。

【００２０】バインダーにベントナイト又は珪酸ナトリ
ウムを用いた場合は、本発明例と同じ活性炭１００ｇに
バインダーをそれぞれ２０ｇ添加後混合し、混合物に水
を第２表に示す量を添加し混練した。その後乾燥物を９
００℃にて３０分間焼成した。粉末フェノール樹脂と溶
媒にエチレングリコールを用いた場合は、本発明例と同
じ活性炭１００ｇにバインダーをそれぞれ２０ｇ添加後
混合し、混合物にエチレングリコールを第２表に示す量
を添加し混練した。その後パン型造粒機で造粒し、得ら
れた造粒物を１７０℃の温度でゲル化した。その後、硬
化物を９００℃にて３０分間焼成した。バインダーにフ
ラン樹脂を用いた場合は、本発明例と同じ活性炭１００
ｇに硬化剤（キシレンスルフォン酸、硫酸系硬化剤）を
第２表に示す量だけ添加し混練した。その後フラン樹脂
を２０ｇ添加して良く混練し、すばやく造粒し、その後
樹脂が硬化するのを待った。なお、フラン樹脂の添加量
及び硬化剤の添加量は、鋳物鋳型を成型するときの添加
量と比べ、重量比で約１０倍の添加量である。バインダ
ーと湿潤剤を用いた造粒物の試作条件を第２表に示し
た。

【００２１】（測定結果）得られた造粒活性炭の特性を
測定した。その測定結果は第３表に示す。第３表に示す
ように、バインダーとして、粉末フェノール樹脂を用い
た場合、液体フェノール樹脂（レゾール型）や他のバイ
ンダーを用いた場合に比べて、より圧壊強度の高い造粒
物を得ることができ、また、よう素吸着性能の低下も少
なかった。

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

【００２４】実施例２ 実施例１で用いたのと同じ粉末活性炭１００ｇ（よう素
吸着性能８７０ｍｇ／ｇ）にバインダーとして、前記第
２表の粉末フェノール樹脂１（ノボラック型）を１５ｇ
添加し、水を９０ｍｌ添加して充分に混練した。混練で
得た混練物を実施例１の転動造粒装置を用いて造粒し、
得られた造粒物を下記、第４表に示す各含水率にそれぞ
れ自然乾燥し、それぞれの造粒物を１７０℃の温度でゲ
ル化（熱硬化）した。次いで、ゲル化したそれぞれの造
粒物を９００℃の温度で３０分間、窒素雰囲気下で焼成
して造粒活性炭を得た。 （測定結果）得られた造粒活性炭の特性を測定した。そ
の測定結果は第４表に示す。第４表に示すように、造粒
物の乾燥が進むと、得られる造粒活性炭の硬さ（圧壊強
度）が低下することが明らかになった。

【００２５】

【表４】

【００２６】実施例３ 実施例１で用いたのと同じ粉末活性炭１００ｇ（よう素
吸着性能８７０ｍｇ／ｇ）に粉状フェノール樹脂１を１
５ｇ、水を９０ｍｌ添加して充分に混練し、得られた混
練物を実施例１の転動造粒装置を用いて造粒し、造粒物
を１７０℃の温度でゲル化した。ゲル化した造粒物を窒
素雰囲気下でそれぞれ、４００℃、６００℃および９０
０℃の焼成温度で３０分間焼成して、第５表に示すそれ
ぞれの造粒活性炭を得た。 （測定結果）測定結果を第５表に示す。第５表から、こ
の焼成温度範囲にあっては、温度が高くなるにつれて各
性能が高くなることが示された。

【００２７】

【表５】

【００２８】実施例４ 実施例１で用いたのと同じ粉末活性炭１０００ｇ（よう
素吸着性能８７０ｍｇ／ｇ）に粉末フェノール樹脂１を
１５０ｇ、水を９００ｍｌ添加して充分に混練し、得ら
れた混練物を実施例１の転動造粒装置を用いて造粒し、
造粒物を１７０℃の温度でゲル化した。ゲル化した造粒
物を焼成温度を変えて３０分間窒素雰囲気下で焼成し、
造粒活性炭を得た。得られた造粒活性炭で、し尿処理排
ガスの吸着処理を行い、使用後の活性炭の再生を行っ
た。再生は、筒径Φ２００ｍｍのロータリーキルン炉に
て行った。炭化処理を７００℃で１０分間熱処理を行
い、水蒸気賦活を１５分行った。不活性ガス流量は１０
リットル／ｍｉｎ（常温換算）、水蒸気投入量は１３リ
ットル／ｍｉｎ（常温換算）とした。再生により、吸着
性能はほぼ回復し、硬さも概ね使用前の値を保持した。 （測定結果）測定結果を第６表に示す。

【００２９】

【表６】

【００３０】実施例５ 実施例１で用いたのと同じ粉末活性炭１００ｇ（よう素
吸着性能８７０ｍｇ／ｇ）に粉末フェノール樹脂（フェ
ノール樹脂１及び２）を２０ｇ、水を第７表に示すよう
に添加量を変えて添加して充分に混練し、得られた混練
物を実施例１のパン型造粒装置を用いて造粒し、造粒物
を１７０℃の温度でゲル化した。ゲル化した造粒物を９
００℃の焼成温度で３０分間窒素雰囲気下で焼成し、造
粒活性炭を得た。得られた造粒活性炭についてその特性
を測定した。 （測定結果）測定結果を第７表に示す。測定結果による
と、混練時の造粒物の含水率が高い方が圧壊強度が大き
いことが認められ、特に含水率が４０％を超すと圧壊強
度がかなり大きくなることが認められた。また、水の添
加を混練時と造粒時とに分けて行ったものは、造粒物の
含水率を高くすることができるが、造粒時の添加量を変
えてもあまり影響はなく、硬さ及びよう素吸着性能が高
いが差がない造粒活性炭が得られた。

【００３１】

【表７】

【００３２】

【発明の効果】本発明の活性炭の造粒方法によれば、粉
状の活性炭を原料として硬さ、強度が大きく、吸着能も
大きく、且つ使用後の再生を行っても硬さ、強度が低下
せず、吸着能の減少も少ない造粒活性炭を得ることがで
きる。また、本発明の活性炭の造粒方法によれば、従来
の粒状活性炭の製造において製品とならないはね物とな
った粉末活性炭や破砕活性炭を再利用して造粒活性炭を
得ることができるので、資源の有効利用を齎すと共に、
コスト的側面に加えて廃棄物の削減等の面から利用価値
が大きい。この造粒された活性炭は強度が高く、再生後
においても強度の低下が少ないため、再生して再利用す
ることを可能とする。さらに、造粒処理に際しての活性
炭の吸着機能の低下が少ないことから、従来の活性炭と
同等の使用を可能とするので、極めて有益である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉末状活性炭もしくは破砕活性炭にバイ
   ンダーを混合した混合物に、水分を付与して混練後、成
   形して造粒物を調製し、熱硬化処理および炭化処理を行
   い、賦活処理を行わずに造粒活性炭を製造する方法であ
   って、前記バインダーが粉末状で水に溶解しないもので
   あり、前記混合物に添加する水分の重量比が１：０．６
   〜１．３であることを特徴とする造粒活性炭の製造方
   法。
2. 【請求項２】 粉末状活性炭もしくは破砕活性炭にバイ
   ンダーを混合した混合物に、水分を付与して混練後、成
   形して造粒物を調製し、熱硬化処理および炭化処理を行
   い、賦活処理を行わずに造粒活性炭を製造する方法であ
   って、前記バインダーが粉末状で水に溶解しないもので
   あり、前記混合物に添加する水分の重量比が１：０．６
   〜１．３であり、成形した造粒物の水分が４０重量％以
   上であることを特徴とする造粒活性炭の製造方法。
3. 【請求項３】 バインダーが、粉末状の有機樹脂である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の造粒活性
   炭の製造方法。
4. 【請求項４】 バインダーが、ノボラック型フェノール
   樹脂で、分子量が３００〜１５００であることを特徴と
   する請求項１又は請求項２記載の造粒活性炭の製造方
   法。
5. 【請求項５】 造粒物が熱硬化処理工程に移行する以前
   に、造粒物の乾燥による重量変化が、１０％以内、好ま
   しくは造粒物の乾燥なしに熱硬化することを特徴とする
   請求項１〜４のいずれか１項記載の造粒活性炭の製造方
   法。