JP2003261314A - Activated carbon, method for producing the same, and water-purifying device - Google Patents

Activated carbon, method for producing the same, and water-purifying device

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JP2003261314A
JP2003261314A JP2002059423A JP2002059423A JP2003261314A JP 2003261314 A JP2003261314 A JP 2003261314A JP 2002059423 A JP2002059423 A JP 2002059423A JP 2002059423 A JP2002059423 A JP 2002059423A JP 2003261314 A JP2003261314 A JP 2003261314A
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activated carbon
hydrophobic
water
carbon
compound
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Application number
JP2002059423A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryuichi Yatsunami
竜一 八浪
Shinichiro Kaneko
信一郎 金子
Megumi Sakagami
恵 坂上
Akihide Shiratori
彰秀 白鳥
Tokiaki Shiratori
世明 白鳥
Takeyuki Inami
雄之 井浪
Original Assignee
Panasonic Communications Co Ltd
パナソニック コミュニケーションズ株式会社
Keio Gijuku
学校法人慶應義塾
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To inexpensively provide activated carbon capable of effectively adsorbing trihalomethane compounds such as chloroform, residual agricultural chemical components, etc., by allowing the activated carbon to have a hydrophobized surface formed without carrying out heat treatment of an activated carbon material, and to a provide a water-purifying device. <P>SOLUTION: An organosilane of the formula R<SP>1</SP>-Si(R<SP>2</SP>)<SB>(3-a)</SB>(-O-)<SB>a</SB>(where R<SP>1</SP>and R<SP>2</SP>are each a 2-22C straight or branched hydrocarbon chain which may have a substituent and a is an integer of 1-3) is bonded to the surface of activated carbon to modify the surface to a hydrophobic surface. For example, when octadecyltrichlorosilane (CH<SB>3</SB>(CH<SB>2</SB>)<SB>17</SB>SiCl<SB>3</SB>) is dissolved as the organosilane in a non-aqueous solvent and activated carbon is immersed in this solvent, hydrogen chloride removal reaction takes place between hydroxy groups (-OH) on the surface of the activated carbon and the silyl group of the above compound, whereby they bond covalently to form a molecular film. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、クロロホルムをは
じめとするトリハロメタン群化合物や残留農薬などで汚
染された飲料水から、汚染物質を吸着除去して浄化する
ための活性炭とその製造方法及びそれを用いた浄水器に
関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to activated carbon for adsorbing and purifying pollutants from drinking water contaminated with trihalomethane group compounds such as chloroform and pesticide residues, and a method for producing the same. Regarding the water purifier used.
【0002】[0002]
【従来の技術】水道水浄化等の殺菌過程で添加される塩
素ガスによってクロロホルムをはじめとする含ハロゲン
物質が副次的に生成することが知られている。これら化
学物質はトリハロメタン群化合物と総称され、そのほと
んどについて発ガン性等の毒性が指摘されており社会問
題化している。
2. Description of the Related Art It is known that halogen-containing substances such as chloroform are secondarily produced by chlorine gas added in a sterilization process such as tap water purification. These chemical substances are collectively referred to as trihalomethane group compounds, and most of them are pointed out to have toxicity such as carcinogenicity, which has become a social problem.
【0003】また一方、農地等において使用され地下に
浸透して地下水に溶解した農薬や、廃棄物処分場等から
漏出した化学物質の飲料水中への混入も危惧され、従
来、これら飲料水中に混入する有害物質の除去のために
活性炭を備えた浄水器が用いられてきた。
On the other hand, it is feared that agricultural chemicals used in farmland or the like that have penetrated underground and dissolved in groundwater, or chemical substances leaked from waste disposal sites, etc. may be mixed into drinking water, and conventionally, they are mixed into the drinking water. Water purifiers with activated carbon have been used for the removal of harmful substances.
【0004】しかし、活性炭の有害物質除去原理は活性
炭の持つ広大な表面と溶存物質間の吸着の分配平衡に基
づくものであり、溶存物質によって除去能に差が出ると
いう問題がある。
However, the principle of activated carbon removal of harmful substances is based on the distribution equilibrium of adsorption between the vast surface of activated carbon and dissolved substances, and there is a problem that the removal ability varies depending on the dissolved substances.
【0005】特に前記したトリハロメタン群化合物や農
薬類の多くは疎水性物質であるために、活性炭のように
水蒸気によって賦活され、水酸基で覆われた親水性表面
に対してはきわめて低い親和性しか持ち合わせず、現実
的な意味では活性炭はこれらの物質についてはほとんど
除去能を持たないといってよい。
In particular, since most of the above-mentioned trihalomethane compounds and agricultural chemicals are hydrophobic substances, they have an extremely low affinity for a hydrophilic surface activated by water vapor and covered with a hydroxyl group like activated carbon. However, in a practical sense, it can be said that activated carbon has almost no ability to remove these substances.
【0006】このため、活性炭を用いてトリハロメタン
群化合物や農薬類の多くを効率よく吸着させるために
は、活性炭の表面をトリハロメタン群化合物や農薬類の
性質により近づける、すなわち疎水化させることが必要
である。
Therefore, in order to efficiently adsorb many trihalomethane compounds and pesticides using activated carbon, it is necessary to bring the surface of the activated carbon closer to the properties of the trihalomethane compounds and pesticides, that is, to make them hydrophobic. is there.
【0007】しかし、活性炭の表面をむやみに疎水性に
すると活性炭の水に対する塗れ性が悪くなり、本来吸着
すべき水溶性の臭気物質や色素等の除去率が低下した
り、活性炭を用いて浄水器のフィルタを構成したときの
通水抵抗が大きくなったりする等の問題が生じる。この
問題に関連して例えば、以下のような技術が開示されて
いる。 (イ)特開平8−26711号公報(以下第1従来例と
いう)には、活性炭を不活性ガス雰囲気中で、温度12
00〜1700℃の範囲内において熱処理せしめてなる
トリハロメタン類の吸着能に優れた活性炭が記載されて
いる。 (ロ)特開平9−77508号公報(以下第2従来例と
いう)には、活性炭をトリメチルクロロシランの蒸気又
は溶液で処理した表面疎水性活性炭の製造方法が開示さ
れ、X線光分光法により測定したその表面のシリコン濃
度Si/Cが0.005〜0.03で、平衡水分曲線で
測定した水の吸着開始湿度が45〜60%の範囲である
表面疎水性活性炭が提案されている。
However, when the surface of the activated carbon is unnecessarily made hydrophobic, the wettability of the activated carbon to water is deteriorated, the removal rate of the water-soluble odorous substances and pigments which should be adsorbed is lowered, or the activated carbon is used to purify water. There is a problem such as an increase in water resistance when the filter of the container is constructed. For example, the following techniques have been disclosed in relation to this problem. (A) Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-26711 (hereinafter, referred to as a first conventional example) discloses that activated carbon is used in an inert gas atmosphere at a temperature of 12.
Activated carbon having excellent adsorption ability for trihalomethanes, which is heat-treated in the range of 00 to 1700 ° C., is described. (B) Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-77508 (hereinafter referred to as a second conventional example) discloses a method for producing surface-hydrophobic activated carbon obtained by treating activated carbon with a vapor or solution of trimethylchlorosilane, which is measured by X-ray spectroscopy. There is proposed a surface hydrophobic activated carbon having a silicon concentration Si / C of 0.005 to 0.03 on the surface thereof and a water adsorption starting humidity measured by an equilibrium moisture curve in the range of 45 to 60%.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術のものは以下のような課題を有していた。 (イ)第1従来例に記載の活性炭は、不活性雰囲気下で
加熱処理することで活性炭の表面に存在する水酸基を減
少させ疎水化させるものであるが、熱処理を行うので高
価な設備とエネルギーを必要とし経済性に欠けるという
課題があった。 (ロ)第2従来例に記載のトリメチルクロロシランで処
理する方法は、トリメチルクロロシランの反応性と毒性
が高いために処理作業時に危険を伴う等取り扱いに注意
を必要とし、さらにこの活性炭を飲料水の浄化に使用す
る場合を想定すると安全性に欠けるという課題があっ
た。
However, the above-mentioned conventional techniques have the following problems. (A) The activated carbon described in the first conventional example is one in which hydroxyl groups present on the surface of activated carbon are reduced and made hydrophobic by heat treatment in an inert atmosphere, but since heat treatment is performed, expensive equipment and energy are required. However, there was a problem that it was not economical. (B) The method of treating with trimethylchlorosilane described in the second conventional example requires caution in handling such as danger during treatment work because trimethylchlorosilane has high reactivity and toxicity. There was a problem in that it was not safe when used for purification.
【0009】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたもので、活性炭材料の熱処理を行うことなく疎
水化表面を形成させて、クロロホルムをはじめとするト
リハロメタン群化合物や残留農薬成分等を効果的に吸着
できる活性炭を安価に提供すると共に、これらで汚染さ
れた水から汚染物質を安全に吸着除去して浄化できる活
性炭を用いた浄水装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and forms a hydrophobized surface without heat-treating an activated carbon material to remove trihalomethane group compounds such as chloroform and residual pesticide components. An object of the present invention is to provide activated carbon that can be effectively adsorbed at a low cost, and to provide a water purification device that uses activated carbon that can safely adsorb and remove pollutants from water contaminated with these.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の活性炭は、表面に疎水性分子を結合させた
活性炭であって、前記疎水性分子は下記一般式(I)で
示される有機シランであることを特徴とする。
To achieve the above object, the activated carbon of the present invention is an activated carbon having a hydrophobic molecule bound to the surface thereof, and the hydrophobic molecule is represented by the following general formula (I). It is characterized by being an organic silane.
【0011】[0011]
【化3】 R1−Si(R2(3-a)(−O−)a (I) (但し、一般式(I)中、R1,R2は炭素数2以上22
以下の直鎖状または分岐した置換基を有してもよい炭化
水素鎖、aは1〜3の整数。) 次に本発明の浄水装置は、表面に前記一般式(I)で示
される有機シランからなる疎水性分子を結合させた活性
炭を通水用フィルタとして充填したことを特徴とする。
Embedded image R 1 —Si (R 2 ) (3-a) (—O—) a (I) (wherein, in the general formula (I), R 1 and R 2 each have 2 or more carbon atoms).
The following hydrocarbon chain which may have a linear or branched substituent, a is an integer of 1 to 3. Next, the water purifier of the present invention is characterized in that activated carbon having a hydrophobic molecule composed of the organic silane represented by the general formula (I) bonded to the surface thereof is filled as a water filter.
【0012】次に本発明の活性炭の製造方法は、表面に
疎水性分子を結合させた活性炭の製造方法であって、前
記疎水性分子は、活性水素と結合可能なシリル基を有す
る下記一般式(II)で示されるシラン化合物を、活性炭
表面の水酸基の水素と脱離反応し共有結合させて形成し
たことを特徴とする。
Next, the method for producing activated carbon of the present invention is a method for producing activated carbon in which a hydrophobic molecule is bound to the surface, wherein the hydrophobic molecule has a silyl group capable of binding to active hydrogen. It is characterized in that the silane compound represented by (II) is formed by desorption reaction with hydrogen of a hydroxyl group on the surface of activated carbon to form a covalent bond.
【0013】[0013]
【化4】R1−Si(R2(3-a)a (II) (但し、一般式(II)中、Xはハロゲノ基または炭素数
1〜4の置換基を有してもよいアルコキシ基、R1,R2
は炭素数2以上22以下の直鎖状または分岐した置換基
を有してもよい炭化水素鎖、aは1〜3の整数。)
Embedded image R 1 —Si (R 2 ) (3-a) X a (II) (provided that in general formula (II), X has a halogeno group or a substituent having 1 to 4 carbon atoms) Good alkoxy groups, R 1 , R 2
Is a hydrocarbon chain having 2 to 22 carbon atoms and which may have a linear or branched substituent, and a is an integer of 1 to 3. )
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】本発明は、活性炭表面の水酸基と
結合可能なハロゲン基、メトキシ基、エトキシ基等の官
能基を有した疎水表面形成剤で処理して形成された疎水
性表面を有するようにし、これによって、活性炭材料の
高温での熱処理を行うことなく優れた疎水化表面を形成
させて、クロロホルムをはじめとするトリハロメタン群
化合物や残留農薬成分等を効果的に吸着できる活性炭を
安価に提供する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention has a hydrophobic surface formed by treating with a hydrophobic surface-forming agent having a functional group such as a halogen group, a methoxy group or an ethoxy group capable of binding to a hydroxyl group on the surface of activated carbon. In this way, activated carbon that can effectively adsorb trihalomethane group compounds such as chloroform and residual pesticide components by forming an excellent hydrophobized surface without heat-treating the activated carbon material at high temperature is available at low cost. provide.
【0015】また、本発明ではシランカップリング剤等
の疎水表面形成剤で表面処理された活性炭を浄水装置の
通水用フィルタとして用いることによって、汚染された
水から汚染物質を安全に吸着除去して浄化でき優れたメ
ンテナンス性を備えた活性炭を用いた浄水装置を提供で
きる。
Further, in the present invention, activated carbon surface-treated with a hydrophobic surface-forming agent such as a silane coupling agent is used as a water-passing filter of a water purifier to safely adsorb and remove pollutants from contaminated water. It is possible to provide a water purification device that uses activated carbon and that can be purified by using the activated carbon.
【0016】この活性炭は、活性炭表面の水酸基と結合
可能なハロゲン基、メトキシ基、エトキシ基等の官能基
を有した前記一般式(II)で表される疎水表面形成剤で
表面処理した構成を有している。
This activated carbon has a constitution in which it is surface-treated with a hydrophobic surface-forming agent represented by the above general formula (II) having a functional group such as a halogen group, a methoxy group or an ethoxy group capable of binding to a hydroxyl group on the surface of the activated carbon. Have
【0017】この構成によって以下の作用が得られる。 (a)活性炭がシランカップリング剤等の疎水表面形成
剤により形成された疎水性表面を有し、その親水性の官
能基が少ないので、これによって、トリハロメタン群化
合物や農薬類等の疎水性物質を効果的に吸着させること
ができる。 (b)高温での熱処理を必要としないので、このための
高価な設備や大量のエネルギーを要せず高吸着性能の活
性炭を提供でき、経済性に優れる。
With this configuration, the following effects can be obtained. (A) Activated carbon has a hydrophobic surface formed by a hydrophobic surface-forming agent such as a silane coupling agent, and has few hydrophilic functional groups. Therefore, a hydrophobic substance such as a trihalomethane group compound or pesticides is thereby obtained. Can be effectively adsorbed. (B) Since heat treatment at high temperature is not required, it is possible to provide activated carbon with high adsorption performance without requiring expensive equipment and a large amount of energy for this, and it is excellent in economic efficiency.
【0018】ここで、活性炭の原料としては、ヤシ殻、
竹、石炭などの天然材料、またフェノールなどの樹脂な
どを原料として製造されたものである。その形状につい
ては特に制限はなく、粒状、粉末、繊維状等いずれも可
能である。
Here, as a raw material of activated carbon, coconut shell,
It is manufactured from natural materials such as bamboo and coal, and resins such as phenol. The shape is not particularly limited, and may be granular, powder, fibrous, or the like.
【0019】疎水表面形成剤の一般式(II)の基本構造
において、Xで表現している官能基のうち代表的なもの
としてクロル基、メトキシ基、エトキシ基等があり、こ
れらの官能基は活性炭表面上に存在する水酸基(−OH
基)等の活性水素と脱離反応し、塩化水素、メタノー
ル、エタノールを脱離し、その結果、疎水表面形成剤の
Si原子が活性炭表面に共有結合により化学結合する。
また疎水表面形成剤は膜状の構造を形成する。膜厚はナ
ノメーターレベルである。いずれの結合においても、疎
水表面形成剤のSi原子と活性炭の炭素原子または別の
疎水表面形成剤のSi原子は酸素原子を介して結合する
ことが知られている。
In the basic structure of the general formula (II) of the hydrophobic surface-forming agent, typical functional groups represented by X are a chloro group, a methoxy group, an ethoxy group and the like. Hydroxyl groups present on the surface of activated carbon (-OH
Group) and other active hydrogen to eliminate hydrogen chloride, methanol and ethanol, and as a result, the Si atom of the hydrophobic surface-forming agent is chemically bonded to the surface of the activated carbon by a covalent bond.
Further, the hydrophobic surface forming agent forms a film-like structure. The film thickness is on the nanometer level. In any bond, it is known that the Si atom of the hydrophobic surface-forming agent and the carbon atom of the activated carbon or the Si atom of another hydrophobic surface-forming agent are bonded via an oxygen atom.
【0020】一般式(I)及び(II)の各基本構造にお
いてRで示した構造にも様々な種類がある。直鎖アルキ
ル、分岐を持つアルキル、単一または複数の二重結合や
三重結合を持つものや、互いに環を形成するもの、エポ
キシやアクリルなどの官能基や架橋構造を含むもの、さ
らには窒素等炭素以外の原子を含むもの等である。
There are various kinds of structures represented by R in the basic structures of the general formulas (I) and (II). Straight-chain alkyl, branched alkyl, those having single or multiple double bonds or triple bonds, those forming rings with each other, those containing functional groups or cross-linking structures such as epoxy and acryl, and further nitrogen etc. For example, those containing atoms other than carbon.
【0021】これら疎水表面形成剤は前記したXで代表
される構造と、Rで代表される構造を目的に応じて組み
合わせることで様々な性質を持たせることが可能であ
る。
These hydrophobic surface-forming agents can have various properties by combining the structure represented by X and the structure represented by R according to the purpose.
【0022】一般式(I)で表される疎水表面形成剤
は、1分子中の疎水部の占める割合が大きく少量の分子
で大きな撥水効果が得られる特徴を有し、活性炭表面の
水酸基と反応して結合する官能基とアルキル基等の疎水
性能力を有した主要構成部とを有している。
The hydrophobic surface-forming agent represented by the general formula (I) is characterized in that a large proportion of the hydrophobic part in one molecule provides a large water-repellent effect with a small amount of molecules, and it is It has a functional group that reacts and bonds with it, and a main component having a hydrophobic ability such as an alkyl group.
【0023】一般式(II)で表される疎水表面形成剤と
しては、炭素数8−25の炭化水素系トリクロロシラン
が好ましく、例えば、ヘキサデシルトリクロロシラン、
ヘプタデシルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロ
ロシラン、ノナデシルトリクロロシラン等が挙げられ
る。
The hydrophobic surface-forming agent represented by the general formula (II) is preferably a hydrocarbon type trichlorosilane having 8 to 25 carbon atoms, such as hexadecyltrichlorosilane,
Heptadecyltrichlorosilane, octadecyltrichlorosilane, nonadecyltrichlorosilane and the like can be mentioned.
【0024】活性炭表面の疎水化処理により含有された
疎水表面形成剤(S)と活性炭組成物(C)との重量比
(S/C)は、適用する活性炭や疎水表面形成剤の種類
や形状等にもよるが、例えば1/1000〜1/10の
範囲とすることが好ましい。これは、疎水表面形成剤や
活性炭組成物の種類等にもよるが、重量比(S/C)が
1/1000より少ないと、疎水性表面を形成させるこ
とができず、トリハロメタン群化合物や農薬類等の疎水
性物質に対する吸着能力が不足し、逆に1/10を超え
ると疎水性表面を形成させるのに必要な疎水表面形成剤
を大量に必要として経済性に欠ける上に、過剰の疎水表
面形成剤が未反応のまま残留し、使用時に溶出するた
め、種々の弊害を生じることもあるので好ましくない。
The weight ratio (S / C) of the hydrophobic surface forming agent (S) and the activated carbon composition (C) contained by the hydrophobic treatment of the activated carbon surface is the kind and shape of the activated carbon or the hydrophobic surface forming agent to be applied. It is preferable that the range is, for example, 1/1000 to 1/10, although it depends on the above. This depends on the kind of the hydrophobic surface forming agent and the activated carbon composition, but if the weight ratio (S / C) is less than 1/1000, the hydrophobic surface cannot be formed, and the trihalomethane group compound or the pesticide is not formed. Insufficient ability to adsorb hydrophobic substances such as compounds, and when it exceeds 1/10, on the contrary, a large amount of hydrophobic surface-forming agent required to form a hydrophobic surface is required, which is not economical, and excessive hydrophobicity is required. Since the surface forming agent remains unreacted and is eluted during use, various adverse effects may occur, which is not preferable.
【0025】前記化学式(II)のaが2の場合、以下の作
用が得られる。 (1)活性炭が疎水表面形成剤により形成された疎水性
表面を有し、その親水性の水酸基が少ないので、これに
よって、トリハロメタン群化合物や農薬類等の疎水性物
質を効果的に吸着させることができる。 (2)高温での熱処理を必要としないので、このための
高価な設備や大量のエネルギーを要せず高吸着性能の活
性炭を提供でき、経済性に優れる。
When a in the chemical formula (II) is 2, the following effects are obtained. (1) Since activated carbon has a hydrophobic surface formed by a hydrophobic surface-forming agent and its hydrophilic hydroxyl groups are few, it effectively adsorbs hydrophobic substances such as trihalomethane compounds and pesticides. You can (2) Since heat treatment at high temperature is not required, activated carbon with high adsorption performance can be provided without requiring expensive equipment and a large amount of energy for this, and it is excellent in economic efficiency.
【0026】一般式(II)で表される疎水表面形成剤
は、活性炭表面の水酸基と反応する官能基(Xの部分)
が2つあり反応効率が高く、強固な処理面を得ることが
できる特徴を有し、活性炭表面の水酸基と反応して結合
する官能基とアルキル基等の疎水性能力を有した主要構
成部とを有している。このような疎水表面形成剤として
は、例えば、ジヘキサデシルジクロロシラン、ジヘプタ
デシルジクロロシラン、ジオクタデシルジクロロシラ
ン、ジノナデシルジクロロシラン等が挙げられる。
The hydrophobic surface-forming agent represented by the general formula (II) is a functional group (X portion) which reacts with a hydroxyl group on the surface of activated carbon.
There are two types, the reaction efficiency is high, and a strong treated surface can be obtained, and a main constituent part having a hydrophobic ability such as a functional group and an alkyl group that reacts with and binds to a hydroxyl group on the surface of activated carbon. have. Examples of such a hydrophobic surface forming agent include dihexadecyldichlorosilane, diheptadecyldichlorosilane, dioctadecyldichlorosilane, dinonadecyldichlorosilane, and the like.
【0027】前記化学式(II)のaが1の場合、以下の作
用が得られる。 (1)活性炭が疎水表面形成剤により形成された疎水性
表面を有し、その親水性の水酸基が少ないので、これに
よって、トリハロメタン群化合物や農薬類等の疎水性物
質を効果的に吸着させることができる。 (2)高温での熱処理を必要としないので、このための
高価な設備や大量のエネルギーを要せず高吸着性能の活
性炭を提供でき、経済性に優れる。 (3)シランカップリング剤が一般式(II)で表される
活性炭の水酸基と結合するX1、X2、X3からなる官能
基を有するので、特に少ない添加量で優れた活性炭を提
供できる。
When a in the chemical formula (II) is 1, the following effects can be obtained. (1) Since activated carbon has a hydrophobic surface formed by a hydrophobic surface-forming agent and its hydrophilic hydroxyl groups are few, it effectively adsorbs hydrophobic substances such as trihalomethane compounds and pesticides. You can (2) Since heat treatment at high temperature is not required, activated carbon with high adsorption performance can be provided without requiring expensive equipment and a large amount of energy for this, and it is excellent in economic efficiency. (3) Since the silane coupling agent has a functional group composed of X 1 , X 2 , and X3 that is bonded to the hydroxyl group of the activated carbon represented by the general formula (II), excellent activated carbon can be provided with a particularly small addition amount.
【0028】この疎水表面形成剤は、活性炭表面の水酸
基と結合した後に、活性炭との結合に寄与しない反応基
X同士が互いに重合し、活性炭表面を2次元的に覆うこ
とで、より効率的に表面を疎水化できる特徴を有し、活
性炭表面の水酸基と反応して結合する官能基とアルキル
基等の疎水性能力を有した主要構成部とを有している。
In this hydrophobic surface-forming agent, the reactive groups X that do not contribute to the binding with the activated carbon are polymerized with each other after binding with the hydroxyl groups on the activated carbon surface, and the activated carbon surface is two-dimensionally covered, so that the surface is more efficiently. It has a characteristic that the surface can be hydrophobized, and has a functional group that reacts with and binds to a hydroxyl group on the surface of activated carbon and a main constituent part having a hydrophobic ability such as an alkyl group.
【0029】このような疎水表面形成剤としては、例え
ば、トリエチルクロルシラン、トリブチルクロルシラン
等が適用できる。
As such a hydrophobic surface forming agent, for example, triethylchlorosilane, tributylchlorosilane, etc. can be applied.
【0030】本発明の浄水装置は、以下の作用が得られ
る。 (1)活性炭材料に高温で熱処理を行うことなく疎水化
表面を形成させて、トリハロメタン群化合物、残留農薬
成分等を効果的に吸着できる活性炭を有し、これらで汚
染された水からを汚染物質を安全に吸着除去できる。 (2)活性炭がシランカップリング剤等により形成され
た疎水性表面を有し、その親水性の水酸基を除くことが
でき、トリハロメタン群化合物や農薬類等の疎水性物質
を効果的に吸着させることができる。 (3)製造に際して高温を用いた熱処理を必要としない
ので、このための高価な設備や大量のエネルギーを要せ
ず高吸着性能の浄水装置を提供でき、経済性に優れる。
The water purifying device of the present invention has the following effects. (1) The activated carbon material has an activated carbon that can effectively adsorb trihalomethane group compounds, residual pesticide components, etc. by forming a hydrophobized surface without heat treatment at high temperature. Can be safely adsorbed and removed. (2) Activated carbon has a hydrophobic surface formed by a silane coupling agent or the like, can remove hydrophilic hydroxyl groups thereof, and effectively adsorbs hydrophobic substances such as trihalomethane group compounds and agricultural chemicals. You can (3) Since heat treatment using high temperature is not required for manufacturing, a water purifier with high adsorption performance can be provided without requiring expensive equipment and a large amount of energy for this, and is excellent in economic efficiency.
【0031】ここで、通水用フィルタは、例えば、ネッ
ト状やメッシュ状に形成された2枚又は複数の保持板の
間に粒状、繊維状等の活性炭を充填したものであり、ト
リハロメタン類などの汚染物質を含む水が一方向から供
給されて活性炭の表面で汚染物質を吸着除去するように
したものである。
Here, the water passing filter is, for example, a granular or fibrous activated carbon filled between two or more holding plates formed in a net shape or a mesh shape, and is contaminated with trihalomethanes or the like. Water containing a substance is supplied from one direction to adsorb and remove contaminants on the surface of activated carbon.
【0032】以下、本発明の一実施の形態に係る活性炭
について説明する。
The activated carbon according to one embodiment of the present invention will be described below.
【0033】実施の形態において処理される活性炭は、
浄水器等の浄水装置に一般的に用いられているものであ
ればどのようなものでもよい。一般に活性炭の原料とし
てヤシ殻、竹、石炭などの天然材料、またフェノールな
どの樹脂などが使われているが、それらいずれもが本発
明の活性炭材料として使用可能である。本発明において
はヤシ殻を原料として作られた活性炭を用いる。以下で
はヤシ殻を材料とした活性炭を例に挙げて説明する。
The activated carbon treated in the embodiment is
What is generally used for a water purifier such as a water purifier may be used. Generally, natural materials such as coconut shell, bamboo, and coal, and resins such as phenol are used as raw materials of activated carbon, and any of them can be used as the activated carbon material of the present invention. In the present invention, activated carbon made from palm shell is used. In the following description, activated carbon made of coconut shell will be described as an example.
【0034】また、活性炭はその形状についても特に制
限はなく、粒状、粉末、繊維状等いずれも可能である。
しかしながら、現行の浄水器フィルタに用いられる活性
炭としての主な形状は粒子状であり、本実施の形態では
粒子状の活性炭を例に挙げ、この活性炭に化学結合させ
る化合物について説明を行う。
There is no particular limitation on the shape of the activated carbon, and it may be in the form of granules, powder, fibres, or the like.
However, the main shape of the activated carbon used in the current water purifier filter is particulate, and in the present embodiment, the particulate activated carbon will be taken as an example to describe the compound chemically bonded to the activated carbon.
【0035】活性炭の表面に存在する水酸基等の官能基
に化学結合させる疎水表面形成剤として、シラン系表面
処理剤またはシランカップリング剤と称されている物質
を用いる。以降の説明を簡便にするためにシラン系表面
処理剤またはシランカップリング剤をまとめて、これ以
降シランカップリング剤と表現する。シランカップリン
グ剤にはその構造により様々の種類がある。
A substance called a silane-based surface treatment agent or a silane coupling agent is used as a hydrophobic surface forming agent that is chemically bonded to a functional group such as a hydroxyl group existing on the surface of activated carbon. To simplify the following description, the silane-based surface treatment agent or the silane coupling agent will be collectively referred to as a silane coupling agent hereinafter. There are various types of silane coupling agents depending on their structures.
【0036】前記したもの以外の代表的なシランカップ
リング剤の一例を挙げると、エチルトリメトキシシラ
ン、エチルトリクロルシラン、ブチルトリメトキシシラ
ン、プロピルトリメトキシシラン、等々の直鎖アルキル
を持つシランカップリング剤をはじめ、フェニルトリエ
トキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキシルトリ
メトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ビニルト
リクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルト
リエトキシシラン、β−(3,4エポキシシクロヘキシ
ル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメ
チルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリ
エトキシシラン、パラスチリルトリメトキシシラン、γ
−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ
−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メ
タクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メ
タクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリ
ロキシプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエ
チル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N
−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシ
シラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルト
リエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシ
ラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−ト
リエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデ
ン)プロピルアミン、N−フェニル−γ−アミノプロピ
ルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエト
キシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、
γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−
メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス(トリエ
トキシシリルプロピル)テトラスルフィド、γ−イソシ
アネートプロピルトリエトキシシラン等がある。これら
の化合物はいずれも本実施の形態で使用することがで
き、また一般的な試薬メーカーから容易に入手すること
が可能である。
Examples of typical silane coupling agents other than those mentioned above include linear silane coupling agents such as ethyltrimethoxysilane, ethyltrichlorosilane, butyltrimethoxysilane, propyltrimethoxysilane, etc. Agents, phenyltriethoxysilane, hexamethyldisilazane, hexyltrimethoxysilane, decyltrimethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, β- (3,4epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxy Silane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, parastyryltrimethoxysilane, γ
-Methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, γ
-Methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, γ-methacryloxypropyltriethoxysilane, γ-acryloxypropyltrimethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropylmethyldimethoxysilane , N
-Β (aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-triethoxysilyl -N- (1,3-dimethyl-butylidene) propylamine, N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-ureidopropyltriethoxysilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane,
γ-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, γ-
Examples include mercaptopropyltrimethoxysilane, bis (triethoxysilylpropyl) tetrasulfide, γ-isocyanatopropyltriethoxysilane. Any of these compounds can be used in the present embodiment, and can be easily obtained from general reagent manufacturers.
【0037】ここでこれらシランカップリング剤とし
て、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランを
例に説明する。この化合物は一般に樹脂と充填剤を混合
する際に充填剤のぬれ性を改善し樹脂との間の結合を強
化するために用いられる。
Here, γ-methacryloxypropyltriethoxysilane will be described as an example of these silane coupling agents. This compound is generally used to improve the wettability of the filler and enhance the bond between the resin and the filler when mixing the resin and the filler.
【0038】樹脂成型品を作る際の充填剤として一般的
に使われる炭酸カルシウムやガラス粉末は表面が親水性
であり、そのまま混練したのでは疎水性が強い樹脂との
ぬれ性が悪く分散性の低下、成型品の強度低下等を引き
起こす。しかし、混練コンパウンドに対し上記シランカ
ップリング剤の添加を行うと、充填剤の表面には親水性
基の部分が反応によって化学結合し、充填剤の表面は末
端に二重結合をもった樹脂に対して親和性の高い官能基
で覆われるようになる。これによって充填剤の表面のぬ
れ性は改善され樹脂との相溶性が向上する。さらに、末
端のビニル基は樹脂の重合の際にその中に取り込まれて
樹脂と一体化し充填剤との結合をさらに強固なものにす
るなどの効果を生み出す。
Calcium carbonate and glass powder, which are generally used as a filler when making a resin molded product, have a hydrophilic surface, and if they are kneaded as they are, they are poor in wettability with a resin having strong hydrophobicity and have a dispersibility. It causes deterioration and strength of molded products. However, when the above silane coupling agent is added to the kneading compound, the hydrophilic group part chemically bonds to the surface of the filler due to the reaction, and the surface of the filler becomes a resin having a double bond at the end. On the other hand, it is covered with a functional group having high affinity. This improves the wettability of the surface of the filler and improves the compatibility with the resin. Further, the vinyl group at the terminal is taken into the resin during the polymerization of the resin, and is integrated with the resin, thereby further strengthening the bond with the filler.
【0039】本発明では、上記で説明したシランカップ
リング剤を活性炭表面の改質のために使用する。
In the present invention, the silane coupling agent described above is used for modifying the surface of activated carbon.
【0040】次に前記活性炭を通水用フィルタとして用
いた浄水装置の一例である浄水器について説明する。
Next, a water purifier which is an example of a water purifier using the activated carbon as a water-passing filter will be described.
【0041】トリハロメタン群化合物と総称される含塩
素化合物及び乳剤の形で使用される農薬などの化合物群
はいずれも水に対する親和性が低く、水に微量しか溶解
しない。しかしながら、その人体に対する毒性は強く、
これら物質の飲料水に対する残留レベルの微量の溶解が
問題となるのは広く知られている。
The chlorine-containing compounds collectively referred to as trihalomethane group compounds and the compound groups such as pesticides used in the form of emulsion have low affinity for water and dissolve only in trace amounts in water. However, its toxicity to the human body is strong,
It is well known that residual levels of trace amounts of these substances in drinking water are problematic.
【0042】現在このような水から不純物を除去するに
は活性炭を用いた浄水装置による方法が一般的であり、
浄水器として市販されている。
At present, in order to remove impurities from such water, a method using a water purifier using activated carbon is generally used.
It is commercially available as a water purifier.
【0043】浄水器は一般的に、活性炭及びそれを保持
するためのネット、微粒子を除去するための孔径1ミク
ロン以下の微細孔を多数持った中空糸膜といわれるフィ
ルタ等から構成される。浄水器内に流入した水はまんべ
んなく活性炭と相互作用するように流路が設計されてお
りその過程で溶解している不純物が吸着除去される。さ
らに、活性炭を通過した水は中空糸膜フィルタを通過す
る過程で、微生物や砂粒等が取り除かれる。
The water purifier is generally composed of activated carbon, a net for holding the activated carbon, a filter called a hollow fiber membrane having a large number of fine pores having a pore diameter of 1 micron or less for removing fine particles, and the like. The flow path is designed so that the water that flows into the water purifier interacts with the activated carbon evenly, and the impurities dissolved in the process are adsorbed and removed. Further, the water that has passed through the activated carbon removes microorganisms, sand particles, etc. in the process of passing through the hollow fiber membrane filter.
【0044】現行の一般的な浄水器が除去対象としてい
るのは、飲料水中のカルキ(次亜塩素酸ナトリウム)、
カビや鉄分等に起因する臭気や着色、細菌であって、ト
リハロメタン群化合物等の本発明において除去対象とし
ている物質を除去するものはまだ一部に限られている。
一般的な浄水器に用いられている活性炭ではトリハロメ
タン群化合物等の疎水性物質を除去する能力が低いた
め、そのままでは使用することができないためである。
The current general water purifiers are intended to remove chlorinated water (sodium hypochlorite),
The odor, coloring, and bacteria caused by mold, iron, and the like, which remove the substances to be removed in the present invention such as trihalomethane group compounds, are still limited to some.
This is because the activated carbon used in general water purifiers has a low ability to remove hydrophobic substances such as trihalomethane group compounds and cannot be used as it is.
【0045】なぜ一般的な活性炭では上記疎水性物質を
除去する能力が低いかというと、それは活性炭の表面の
性質によるものと発明者らは考えている。
The present inventors believe that the reason why general activated carbon has a low ability to remove the above-mentioned hydrophobic substances is that it depends on the surface properties of the activated carbon.
【0046】活性炭は製造に際し賦活といわれる微細孔
作成過程において水蒸気にさらされ、その表面が水酸基
で覆われる結果、親水的な性質を持つようになる。親水
性表面は水に対する濡れ性もよく水中の溶存物質の除去
を行うには向いているが、トリハロメタン群化合物のよ
うな疎水性物質とは相互作用が少なく、除去率はあまり
あがらない。
Activated carbon is exposed to water vapor in the process of forming fine pores, which is said to be activated during production, and its surface is covered with hydroxyl groups, so that it becomes hydrophilic. Although the hydrophilic surface has good wettability with water and is suitable for removing dissolved substances in water, it has little interaction with hydrophobic substances such as trihalomethane group compounds and the removal rate is not so high.
【0047】一般的な浄水器が対応している不純物の除
去寿命はおおむね半年から1年であり、一般家庭におけ
る通水量に換算すると10000L程度とされている。
これに対し、これら活性炭を用いてたとえばトリハロメ
タン群化合物の代表としてのクロロホルムの除去寿命を
評価すると、おおむね1/10あるいはそれ以下であ
る。
The lifespan of impurities removed by a general water purifier is about half a year to one year, which is about 10,000 L when converted to the water flow rate in a general household.
On the other hand, when these activated carbons are used to evaluate the removal life of chloroform as a representative of trihalomethane group compounds, it is about 1/10 or less.
【0048】さて、先に述べたように、現行の使用に供
されている浄水器のうち一部はすでにトリハロメタン群
化合物を実用的な寿命で除去する能力を持っている。こ
れらの浄水器に使用されている材料はやはり活性炭であ
るが、一般的な活性炭に対して後処理が付加されてい
る。これらは一般的な活性炭に対して熱処理を行ってい
るものがほとんどである。たとえば、活性炭の燃焼を防
ぐために真空中や不活性ガス雰囲気中で500℃から1
000℃あるいはそれ以上に加熱すると賦活過程で表面
に結合した水酸基が外れていく。水酸基が外れた活性炭
表面はたとえば黒鉛の表面のごとく疎水性を呈するよう
になり、その結果疎水性の溶存物質に対する吸着性をよ
り向上させる。
As described above, some of the water purifiers currently used have the ability to remove trihalomethane group compounds in a practical life. The material used for these water purifiers is still activated carbon, but post-treatment is added to general activated carbon. Most of these are heat-treated general activated carbon. For example, in order to prevent combustion of activated carbon, in vacuum or in an inert gas atmosphere
When heated to 000 ° C or higher, hydroxyl groups bonded to the surface are removed during the activation process. The surface of activated carbon from which hydroxyl groups have been removed becomes hydrophobic like the surface of graphite, and as a result, the adsorptivity for hydrophobic dissolved substances is further improved.
【0049】しかしながら、これらの処理には加熱のた
めの多大のエネルギーと真空吸引やガス置換のための多
くの時間を必要とし、工業的な見地からは決して望まし
い方法とは言えない。
However, these treatments require a large amount of energy for heating and a lot of time for vacuum suction and gas replacement, which is not a desirable method from an industrial point of view.
【0050】[0050]
【実施例】以下、具体的な活性炭の処理方法を述べ、本
発明の内容を詳細に説明する。
[Examples] Hereinafter, a specific method for treating activated carbon will be described, and the content of the present invention will be described in detail.
【0051】処理の基材となる活性炭は一般的なヤシガ
ラ炭であり、多くのメーカーより市場に供給されてい
る。本実施の形態では武田薬品工業の粒状炭、白鷺WH
2C(商品名、以下「未処理炭」と呼ぶ)を用いた。
The activated carbon used as the base material for the treatment is general coconut husk charcoal, and is supplied to the market by many manufacturers. In this embodiment, Shirasagi WH, granular charcoal of Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.
2C (trade name, hereinafter referred to as "untreated charcoal") was used.
【0052】一方、トルエン400mlと四塩化炭素1
00mlの非水系混合溶媒にオクタデシルトリクロロシ
ラン(CH3(CH217SiCl3)を10重量%添加
し、処理溶液を調製した。
On the other hand, 400 ml of toluene and 1 carbon tetrachloride
Octadecyltrichlorosilane (CH 3 (CH 2 ) 17 SiCl 3 ) was added to 00 ml of a non-aqueous mixed solvent in an amount of 10% by weight to prepare a treatment solution.
【0053】この処理溶液の中に、前記未処理炭100
gを浸漬処理した。温度は室温(25℃)、浸漬時間は
5分であった。浸漬中は攪拌を続けた。
Into this treated solution, the untreated charcoal 100 is added.
g was soaked. The temperature was room temperature (25 ° C.), and the immersion time was 5 minutes. The stirring was continued during the immersion.
【0054】これにより、活性炭表面の水酸基(−O
H)とオクタデシルトリクロロシランとは次のような反
応をした。 CH3(CH2)17SiCl3 + HO-活性炭 → CH3(CH2)17Si(Cl2)
O-活性炭 + HCl 次いで処理物を濾過し、活性炭を回収した。次にエタノ
ールを用いて活性炭を洗浄し、90℃の温度で3時間乾
燥した。乾燥は減圧乾燥機を用いることもできる。この
操作により、次の反応式のとおり、空気中の水分との反
応が進んだ。 CH3(CH2)17Si(Cl2)O-活性炭 + H2O → CH3(CH2)17Si
(-O-)2O-活性炭 + 2HCl 前記において、(-O-)の部分は、他の分子とのシロキサ
ン結合による架橋構造を示す。得られた疎水性分子群
は、厚みがナノメーターレベルの分子膜を形成してい
た。
As a result, the hydroxyl group (--O
H) and octadecyltrichlorosilane reacted as follows. CH 3 (CH 2 ) 17 SiCl 3 + HO-activated carbon → CH 3 (CH 2 ) 17 Si (Cl 2 )
O-activated carbon + HCl Then, the treated material was filtered to collect activated carbon. Next, the activated carbon was washed with ethanol and dried at a temperature of 90 ° C. for 3 hours. A vacuum dryer can also be used for drying. By this operation, the reaction with the moisture in the air proceeded according to the following reaction formula. CH 3 (CH 2 ) 17 Si (Cl 2 ) O-activated carbon + H 2 O → CH 3 (CH 2 ) 17 Si
(-O-) 2 O-Activated carbon + 2HCl In the above, the (-O-) portion shows a cross-linked structure by a siloxane bond with another molecule. The obtained hydrophobic molecule group formed a molecular film having a thickness of nanometer level.
【0055】前記のとおり、処理炭の作製は、活性炭表
面に結合させる化合物を含んだ溶液中に未処理炭を浸漬
後乾燥するだけであり、非常に簡易な手順である。乾燥
に加熱と条件によっては真空吸引を行う場合があるもの
のその温度は溶媒を除去するための最低限のものでよ
く、多大なエネルギーの投入を必要とするものではな
い。
As mentioned above, the preparation of the treated carbon is a very simple procedure, only by immersing the untreated carbon in the solution containing the compound to be bonded to the surface of the activated carbon and then drying it. Although vacuum suction may be performed depending on heating and conditions for drying, the temperature may be the minimum temperature for removing the solvent and does not require enormous energy input.
【0056】作製した処理炭について、未処理炭と共に
本発明で除去対象と考える疎水性化合物の代表としてク
ロロホルムを用いた吸着能力評価試験を行った。
The treated charcoal thus produced was subjected to an adsorption capacity evaluation test using chloroform as a representative of the hydrophobic compounds considered to be removed in the present invention together with untreated charcoal.
【0057】試験は約100ppbのクロロホルムを含
む原水100mlを準備し、これに処理炭100mgを
投入して攪拌を行いながら原水中のクロロホルム濃度を
時間経過にしたがって適宜測定し、比較対照としての未
処理炭と共にグラフ化して行った。原水中のクロロホル
ム濃度は時間が経過すると共に投入された活性炭に吸着
されて低下していく。測定時点でのクロロホルム濃度を
測定開始時点での濃度である100ppbに対する比率
で表し、これを除去率としてグラフにプロットした。活
性炭のクロロホルム吸着能力が高いほど時間経過と共に
原水中のクロロホルム濃度は大きく低下、すなわち除去
率は上昇する。この度合いを未処理の活性炭と比較する
ことで処理炭のクロロホルム吸着能力を知ることができ
る。
In the test, 100 ml of raw water containing chloroform of about 100 ppb was prepared, 100 mg of treated charcoal was added thereto, and the concentration of chloroform in the raw water was appropriately measured over time while stirring, and untreated as a comparative control. Graphing was done with charcoal. Chloroform concentration in the raw water decreases as time passes and it is adsorbed by the activated carbon. The chloroform concentration at the time of measurement was expressed as a ratio to 100 ppb which is the concentration at the time of measurement start, and this was plotted in the graph as the removal rate. The higher the chloroform adsorption capacity of the activated carbon, the more the concentration of chloroform in the raw water decreases with time, that is, the removal rate increases. By comparing this degree with the untreated activated carbon, the chloroform adsorption capacity of the treated carbon can be known.
【0058】図1は活性炭のクロロホルム吸着能力を試
験した結果のグラフであり、処理炭のクロロホルム吸着
能力が未処理炭に比較して向上しているのがわかる。
FIG. 1 is a graph showing the results of testing the ability of the activated carbon to adsorb chloroform. It can be seen that the treated carbon has an improved ability to adsorb chloroform as compared to untreated carbon.
【0059】これは先に説明したように、処理炭の表面
に疎水性のアルキル基が結合したために未処理炭表面の
水に対する親和性が低下し、逆に疎水性物質であるクロ
ロホルムとの親和性が向上した結果、クロロホルムと活
性炭の相互作用がより強くなり除去能向上に結びついた
ものである。
As described above, this is because, as the hydrophobic alkyl group is bonded to the surface of the treated carbon, the affinity of the untreated carbon surface for water is decreased, and conversely, the affinity with the hydrophobic substance, chloroform, is reduced. As a result of the improved properties, the interaction between chloroform and activated carbon becomes stronger, which leads to the improvement of the removal ability.
【0060】ところで、本実施例においては活性炭表面
に結合させる化合物としてオクタデシルトリクロロシラ
ンを用いたが、化合物はすでに説明したとおり非常に多
くの種類があり、目的に応じて適宜選択されるべきもの
であることはいうまでもない。アルキル鎖長が長くなる
につれて、化合物としての疎水性は強くなっていき、そ
の結果、それを結合させた活性炭表面の疎水性も強くな
っていく。
By the way, in this example, octadecyltrichlorosilane was used as a compound to be bonded to the surface of activated carbon. However, there are numerous kinds of compounds as already described, and they should be appropriately selected according to the purpose. Needless to say. As the alkyl chain length becomes longer, the hydrophobicity as a compound becomes stronger, and as a result, the hydrophobicity of the surface of the activated carbon to which it is bonded becomes stronger.
【0061】疎水性の化合物を除去するためには、先に
説明したとおり除去対象となるクロロホルムなどの疎水
性物質と活性炭との相互作用を強める、すなわち活性炭
表面を疎水的に処理することが望ましい。このような考
え方に立つと活性炭に結合させる化合物の疎水性は強い
ほど、すなわち単純なアルキル鎖でいえば鎖が長いほど
良いように思われる。しかし実際にはあまりにアルキル
鎖が長いとその化合物の粘性が上昇し均一な処理は難し
くなっていく。
In order to remove the hydrophobic compound, it is desirable to enhance the interaction between the hydrophobic substance such as chloroform and the activated carbon to be removed, that is, to treat the surface of the activated carbon hydrophobically as described above. . Based on this idea, it seems that the stronger the hydrophobicity of the compound bonded to the activated carbon, that is, the longer the alkyl chain is, the better. However, in reality, if the alkyl chain is too long, the viscosity of the compound increases and uniform treatment becomes difficult.
【0062】また、周知の通り活性炭は分子あるいは原
子レベルの非常に微細な細孔を有しており、それら細孔
の表面で吸着過程が進行するので、結合する化合物の分
子量があまりに大きいと細孔の内部まで進入することが
できず、細孔内部が未処理の状態で残ってしまいかえっ
て除去性能が低下するという事態が生じる。さらに、活
性炭の過度の疎水化処理は浄水器フィルタとしてカラム
を構成した際に通水抵抗の上昇を招き、実使用上たとえ
ば水圧があまり高くない地域においては使用できない等
の問題を抱えることになる。
As is well known, activated carbon has very fine pores at the molecular or atomic level, and the adsorption process proceeds on the surface of these pores, so if the molecular weight of the compound to be bonded is too large, There is a situation that the inside of the pores cannot be penetrated and the inside of the pores remains in an untreated state, which rather reduces the removal performance. Furthermore, excessive hydrophobization of activated carbon causes an increase in water flow resistance when a column is constructed as a water purifier filter, which causes a problem that it cannot be used in an area where water pressure is not so high in actual use. .
【0063】一方、逆にアルキル基で表現すると鎖の長
さが短い場合、化合物の分子は小さくなるので活性炭の
細孔の奥深くまで処理を行うことが可能になるが、アル
キル鎖が短くなると共に化合物の疎水性は低下していく
ことに注意せねばならない。また、アルキル鎖が短くな
るに従って化合物の沸点は低下、反応性は上昇し、また
一般に毒性も上昇する。活性炭と化合物は共有結合によ
って強固な結合をするとはいえ、未反応の化合物が残っ
ている可能性もあり、飲用に供する水としては使用する
化合物が安全であるに越したことはない。また、反応性
が強くなることで処理時の作業の危険性が増すので生産
時の安全性確保という点から望ましいものではない。
On the other hand, when expressed in terms of an alkyl group, on the other hand, when the chain length is short, the molecule of the compound becomes small, so that it is possible to perform treatment deep inside the pores of the activated carbon, but the alkyl chain becomes shorter as well. It should be noted that the hydrophobicity of the compound decreases. Further, as the alkyl chain becomes shorter, the boiling point of the compound decreases, the reactivity increases, and the toxicity generally increases. Although activated carbon and a compound form a strong bond by a covalent bond, there is a possibility that an unreacted compound remains, and it is safe to say that the compound used as drinking water is safe. In addition, the increased reactivity increases the risk of work during processing, which is not desirable from the viewpoint of ensuring safety during production.
【0064】従って、活性炭を処理する際には条件をよ
く見極める必要がある。前述した実施の形態の内容はあ
くまでその一例にすぎない。表面の疎水性は結合する化
合物のアルキル鎖の長さや置換基の種類によっても変化
し得るし、またその濃度によっても変わる。よって、処
理条件は浄水器のカラム構成や除去対象物質の種類と濃
度、共存物質の種類や量によって適宜選択されるべきも
のである。
Therefore, it is necessary to carefully check the conditions when treating the activated carbon. The contents of the above-described embodiments are merely examples. The hydrophobicity of the surface can be changed by the length of the alkyl chain of the compound to be bonded and the kind of the substituent, and also by the concentration thereof. Therefore, the treatment conditions should be appropriately selected depending on the column configuration of the water purifier, the type and concentration of the substance to be removed, and the type and amount of the coexisting substance.
【0065】上記の事柄を鑑み、検討した結果、化合物
のアルキル基で代表される疎水部を構成する構造の大き
さは炭素数で表すと2から22の範囲とすることが好ま
しいという結論に至った。炭素数が22を超えると細孔
内部を処理するには化合物が大きすぎ、また炭素数が1
では活性炭表面の疎水性が不足であり、また化合物の反
応性が高いために処理時の作業性が低下し、なによりそ
の毒性のために飲用に供するには危険が大きく適してい
るとは言えない。
In consideration of the above matters, as a result of the examination, it was concluded that the size of the structure constituting the hydrophobic part represented by the alkyl group of the compound is preferably in the range of 2 to 22 in terms of carbon number. It was If the carbon number exceeds 22, the compound is too large to treat the inside of the pores, and the carbon number is 1
However, the hydrophobicity of the surface of activated carbon is insufficient, and the reactivity of the compound is high, which reduces the workability during processing. Above all, it is dangerous and suitable for drinking due to its toxicity. Absent.
【0066】ところで、本実施の形態では単一の化合物
を活性炭表面に結合させる場合を説明したが、これはあ
くまで一例であって、複数の化合物を用いた処理を否定
するものではない。すでに説明したように、疎水部の炭
素数が多い化合物は一般に疎水性向上という点では優れ
ているが、細孔内部への処理の浸透という意味では効率
的ではない場合がある。このような場合には、まずより
分子量の小さな化合物で処理を行った後により分子量の
大きな化合物での処理を行うとか、または分子量の異な
る複数の化合物の混合物による同時処理を行う等の方法
がある。こうすることにより表面全体が好ましく疎水化
された活性炭を得ることができる。もちろんこの場合も
所望の構成の活性炭表面を得るために適宜処理条件が調
整され、化合物の組み合わせ等も対象物質の条件などに
よって最適化されるべきものであることはいうまでもな
い。
By the way, although the case where a single compound is bonded to the surface of activated carbon has been described in the present embodiment, this is merely an example, and the treatment using a plurality of compounds is not denied. As described above, a compound having a large number of carbon atoms in the hydrophobic portion is generally excellent in improving hydrophobicity, but it may not be efficient in terms of permeation of treatment into the inside of pores. In such a case, there are methods such as first treating with a compound having a smaller molecular weight and then treating with a compound having a larger molecular weight, or simultaneously treating with a mixture of a plurality of compounds having different molecular weights. . By doing so, activated carbon whose entire surface is preferably hydrophobized can be obtained. Of course, in this case as well, it is needless to say that the treatment conditions should be appropriately adjusted in order to obtain the activated carbon surface having a desired constitution, and the combination of compounds and the like should be optimized depending on the conditions of the target substance and the like.
【0067】本発明の一実施例の活性炭およびそれを用
いた浄水装置は以上のように構成されているので、以下
の作用を有する。 (1)シランカップリング剤等の疎水表面形成剤により
表面を処理した活性炭は水中に微量溶解したトリハロメ
タン群化合物や残留農薬等の疎水性化合物を吸着除去す
るに疎水性表面を有しその親水性の水酸基が少ないの
で、これによってトリハロメタン群化合物や農薬類等の
疎水性物質を効果的に吸着させて安全な飲料水を提供す
る浄水器を構成することができる。 (2)活性炭の製造に際して高温での熱処理を必要とし
ないので、このための高価な設備や大量のエネルギーを
要せず高性能の浄水装置を安価に提供できる。 (c)活性炭の水酸基に結合する化合物を汚染物質の種
類や処理量等の使用条件に応じて選択して用いることが
できる。
The activated carbon of one embodiment of the present invention and the water purifying apparatus using the same have the above-described configurations and therefore have the following effects. (1) Activated carbon whose surface is treated with a hydrophobic surface-forming agent such as a silane coupling agent has a hydrophobic surface for adsorbing and removing hydrophobic compounds such as trihalomethane group compounds dissolved in water and residual agricultural chemicals Since it has a small number of hydroxyl groups, it is possible to construct a water purifier that effectively adsorbs hydrophobic substances such as trihalomethane compounds and pesticides to provide safe drinking water. (2) Since high-temperature heat treatment is not required in the production of activated carbon, a high-performance water purifier can be provided at low cost without requiring expensive equipment and a large amount of energy for this purpose. (C) The compound that binds to the hydroxyl group of the activated carbon can be selected and used according to the usage conditions such as the type of contaminant and the treatment amount.
【0068】[0068]
【発明の効果】本発明によれば、簡易な処理系で多大な
エネルギー消費をすることなしにトリハロメタン群化合
物や残留農薬を効果的に吸着除去する活性炭ならびにこ
れら活性炭を用いた浄水機能を有する装置を提供するこ
とができる。
According to the present invention, activated carbon which effectively adsorbs and removes trihalomethane group compounds and residual pesticides with a simple treatment system without consuming a large amount of energy, and a device having a water purification function using these activated carbons. Can be provided.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】本発明の一実施例における活性炭のクロロホル
ム吸着能力を示したグラフ
FIG. 1 is a graph showing the chloroform adsorption capacity of activated carbon in one example of the present invention.
フロントページの続き (72)発明者 八浪 竜一 福岡市博多区美野島4丁目1番62号 九州 松下電器株式会社内 (72)発明者 金子 信一郎 福岡市博多区美野島4丁目1番62号 九州 松下電器株式会社内 (72)発明者 坂上 恵 福岡市博多区美野島4丁目1番62号 九州 松下電器株式会社内 (72)発明者 白鳥 彰秀 神奈川県港北区日吉3丁目14番1号 学校 法人慶應義塾大学理工学部内 (72)発明者 白鳥 世明 神奈川県港北区日吉3丁目14番1号 学校 法人慶應義塾大学理工学部内 (72)発明者 井浪 雄之 神奈川県港北区日吉3丁目14番1号 学校 法人慶應義塾大学理工学部内 Fターム(参考) 4D024 AA02 AB04 AB11 BA02 BB01 BC01 CA11 4G066 AA05B AB18 AD13 AD20 AE04 BA09 CA33 CA56 DA07 EA20 FA03 FA37 4G146 AA06 AA15 AD11 AD14 AD15 BB11 BB15 CB23 Continued front page    (72) Inventor Ryuichi Hachinami             4-1, 62, Minoshima, Hakata-ku, Fukuoka Kyushu             Matsushita Electric Co., Ltd. (72) Inventor Shinichiro Kaneko             4-1, 62, Minoshima, Hakata-ku, Fukuoka Kyushu             Matsushita Electric Co., Ltd. (72) Inventor Megumi Sakagami             4-1, 62, Minoshima, Hakata-ku, Fukuoka Kyushu             Matsushita Electric Co., Ltd. (72) Inventor Akihide Shiratori             3-14-1, Hiyoshi, Kohoku Ward, Kanagawa School             Keio University Faculty of Science and Engineering (72) Inventor Shimei Shiratori             3-14-1, Hiyoshi, Kohoku Ward, Kanagawa School             Keio University Faculty of Science and Engineering (72) Inventor Takeyuki Inami             3-14-1, Hiyoshi, Kohoku Ward, Kanagawa School             Keio University Faculty of Science and Engineering F-term (reference) 4D024 AA02 AB04 AB11 BA02 BB01                       BC01 CA11                 4G066 AA05B AB18 AD13 AD20                       AE04 BA09 CA33 CA56 DA07                       EA20 FA03 FA37                 4G146 AA06 AA15 AD11 AD14 AD15                       BB11 BB15 CB23

Claims (6)

    【特許請求の範囲】[Claims]
  1. 【請求項1】 表面に疎水性分子を結合させた活性炭で
    あって、前記疎水性分子は下記一般式(I)で示される
    有機シランであることを特徴とする活性炭。 【化1】 R1−Si(R2(3-a)(−O−)a (I) (但し、一般式(I)中、R1,R2は炭素数2以上22
    以下の直鎖状または分岐した置換基を有してもよい炭化
    水素鎖、aは1〜3の整数。)
    1. An activated carbon having a hydrophobic molecule bound to the surface thereof, wherein the hydrophobic molecule is an organic silane represented by the following general formula (I). Embedded image R 1 —Si (R 2 ) (3-a) (—O—) a (I) (provided that in the general formula (I), R 1 and R 2 each have 2 or more carbon atoms).
    The following hydrocarbon chain which may have a linear or branched substituent, a is an integer of 1 to 3. )
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の活性炭を通水用フィル
    タとして充填したことを特徴とする浄水装置。
    2. A water purifier characterized by being filled with the activated carbon according to claim 1 as a water-permeable filter.
  3. 【請求項3】 表面に疎水性分子を結合させた活性炭の
    製造方法であって、前記疎水性分子は、活性水素と結合
    可能なシリル基を有する下記一般式(II)で示されるシ
    ラン化合物を、活性炭表面の水酸基の水素と脱離反応し
    共有結合させて形成したことを特徴とする活性炭の製造
    方法。 【化2】R1−Si(R2(3-a)a (II) (但し、一般式(II)中、Xはハロゲノ基または炭素数
    1〜4の置換基を有してもよいアルコキシ基、R1,R2
    は炭素数2以上22以下の直鎖状または分岐した置換基
    を有してもよい炭化水素鎖、aは1〜3の整数。)
    3. A method for producing activated carbon having a hydrophobic molecule bound to the surface thereof, wherein the hydrophobic molecule is a silane compound represented by the following general formula (II) having a silyl group capable of binding active hydrogen. The method for producing activated carbon is characterized in that the activated carbon is formed by desorption reaction with hydrogen of a hydroxyl group on the surface of activated carbon and covalently bonding the hydrogen. Embedded image R 1 —Si (R 2 ) (3-a) X a (II) (provided that in general formula (II), X has a halogeno group or a substituent having 1 to 4 carbon atoms) Good alkoxy groups, R 1 , R 2
    Is a hydrocarbon chain having 2 to 22 carbon atoms and which may have a linear or branched substituent, and a is an integer of 1 to 3. )
  4. 【請求項4】 シラン化合物のXがクロル基であり、非
    水溶媒に溶解して室温で活性炭と反応させる請求項3に
    記載の活性炭の製造方法。
    4. The method for producing activated carbon according to claim 3, wherein X of the silane compound is a chloro group, and the silane compound is dissolved in a non-aqueous solvent and reacted with activated carbon at room temperature.
  5. 【請求項5】 シラン化合物のXがアルコキシ基であ
    り、非水溶媒に溶解して活性炭と反応させる請求項3に
    記載の活性炭の製造方法。
    5. The method for producing activated carbon according to claim 3, wherein X of the silane compound is an alkoxy group, and the silane compound is dissolved in a non-aqueous solvent and reacted with activated carbon.
  6. 【請求項6】 疎水性分子(S)と活性炭(C)との重
    量比(S/C)が、1/1000〜1/10の範囲であ
    る請求項3に記載の活性炭の製造方法。
    6. The method for producing activated carbon according to claim 3, wherein the weight ratio (S / C) of the hydrophobic molecule (S) and the activated carbon (C) is in the range of 1/1000 to 1/10.
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