JP2004315241A

JP2004315241A - 活性炭およびその製造方法

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Publication number: JP2004315241A
Application number: JP2003107150A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Urabe; 安彦浦邊; Kazuhiro Kanazawa; 一弘金澤; Hiroshi Kikuchi; 啓菊地
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-10
Also published as: JP4263523B2

Abstract

【課題】粉末活性炭からバインダを用いて形成活性炭を得る場合の活性炭の嵩密度を、ガス吸蔵効率を阻害することなく向上する。
【解決手段】原料を炭化および賦活し（ステップ２１）、これを粉砕して粉末活性炭を得る（ステップ２２）。粉末活性炭をふるいで分け（ステップ２３）、最大粒径が２００μｍの第１活性炭と最大粒径が３０μｍの第２活性炭を得る（ステップ２４，２５）。第１活性炭と第２活性炭とを、合計重量に対する第１活性炭の重量が１０％〜７０％好ましくは３０％〜６０％たとえば５０％となるように混合する（ステップ２６）。このときたとえばヒドロキシプロピルメチルセルロースをバインダとして添加する（ステップ２７）。混合された粉末活性炭を加熱することなく加圧成型し（ステップ２８）、形成活性炭を得る（ステップ２９）。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、活性炭およびその製造方法に関する。特に、ガス吸蔵効率の高い活性炭に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の排気ガスを清浄化することを目的として、ガソリンに代えて炭化水素、特にメタン（ＣＨ_４）を主な構成成分とするガス、たとえば都市ガス等を燃料とする技術が注目されている。このような技術開発においてメタンの貯蔵効率を向上することはメタン燃料を自動車に適用するうえで重要な開発要素となっている。また、地球温暖化の支障にならないクリーンな燃料として水素が注目されており、水素の貯蔵技術も重要な開発要素になっている。
【０００３】
水素の吸蔵には、従来水素吸蔵合金の存在が知られている。また、水素あるいはメタンの貯蔵には、その吸蔵媒体として、古くから知られている活性炭の適用が考えられている。活性炭の貯蔵効率の改善には、容器（たとえば燃料タンク）内に高密度の活性炭を充填する技術が重要になる。ただし、この高密度化の際に活性炭の細孔構造を破壊しないという条件が付加される。
【０００４】
活性炭の高密度形成には、以下の技術が知られている。たとえば、非特許文献１に記載されているように、あらかじめ粉末活性炭を製造した後、これを原料として原料活性炭にバインダ（粘結剤）を添加し、混練および造粒した後、これを焼成し、さらに賦活して造粒活性炭を製造する。
【０００５】
造粒に代えて、バインダを添加した原料活性炭を加熱状態でプレスし、たとえばペレット状の形成活性炭を形成する技術もある。図１は、従来技術の活性炭製造方法を示すフローチャートであり、図２はその模式図である。図示するように、原料（ステップ１）を炭化・賦活して（ステップ２）、粉末の活性炭１１を製造し（ステップ３）、バインダ１２を添加して（ステップ４）、これらを混合する（ステップ５）。バインダ１２としてはフェノール樹脂、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、コールタールピッチ、ＰＶＤＣ（サラン）等が用いられる。この混合された活性炭とバインダとをヒータ１３を有する加圧用治具１４（ステンレスセル）に充填し、加熱状態でプレスする（ステップ６）。加熱プレスは、たとえば０．２５〜１ｔ／ｃｍ^２の圧力を保持した状態で１００〜１５０℃の温度になるように加熱する。プレスにより成型された形成体１５を取り出し（ステップ７）、さらにこれを炭化・賦活して（ステップ８）、成型加工された活性炭１６を得る（ステップ９）。このような製造方法では、粉末活性炭をバインダで相互に接着して活性炭を成型するので、任意形状の形成活性炭が製造可能である。容器内形状に合わせた形成活性炭を製造してこれを容器内に設置することにより、容器内を活性炭で効率的に占有させることが出来る。このため所定形状の容器内の活性炭密度（嵩密度）を向上することが可能になる。
【０００６】
なお、特許文献１には、メタンおよび二酸化炭素を主成分とする２成分系の消化ガスを効率良く吸着脱着することを目的とした消化ガス用吸着材（活性炭）の発明が記載されている。この発明では、吸着材（活性炭）を、０．２〜３．５ｍｍの粒径（０．８〜２．７ｍｍのメディアン径）の大粒径のものと、１〜１０００μｍの粒径（５０〜４５０μｍのメディアン径）の小粒径のものとの混合物とし、また、混合重量比を、大粒径の活性炭：小粒径の活性炭＝２０〜８０：８０〜２０とする旨の記載がある。
【０００７】
特許文献２には、被吸着材の通路が確保でき、かつ吸着性能が高い吸着粒子及びその製造方法を提供することを目的とした吸着粒子の発明が記載されている。この発明では、吸着粒子を、吸着能力を持つ１次粒子と１次粒子の集合群からなる２次粒子とで構成し、２次粒子の間には２次粒子の密度より小さい密度で１次粒子が配置される低密度領域を形成するとしている。
【０００８】
特許文献３には、本願の発明者を含む発明者らによって為されたバインダを用いない活性炭の発明が記載されている。この発明では、原料粉末にバインダを添加することなく加圧成型し、成型後に炭化および賦活を行うことによってバインダなしの高性能な活性炭および製造方法の技術を提供する。
【０００９】
【非特許文献１】真田雄三他２名著，「講談社サイエンティフィク新版活性炭基礎と応用」、株式会社講談社，１９９２年３月１日，ｐ６１
【特許文献１】特開２００１−２６９５７０号公報
【特許文献２】特開２００２−３３６６９５号公報
【特許文献３】特開２００１−２８７９０５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記した図１および図２に記載の活性炭製造方法では、粉末活性炭間の接着にバインダを用いるため、活性炭の表面や細孔構造の一部（ボイド、マクロ孔やメソ孔）をバインダで塞ぐ問題がある。細孔構造の閉塞は細孔容量の低下を引き起こし、ガス吸蔵効率を低下させるので好ましくない。バインダは成型後の炭化および賦活で成型される活性炭の一部になり得るものの、既に粉末活性炭の製造段階で形成されている細孔構造を閉塞しているバインダ組成物を、炭化および賦活によって完全に取り除くことは困難である。特にバインダと粉末活性炭とを加熱してプレスする前記方法では溶融したバインダが細孔内にまで進入し、閉塞の問題が顕著になる。
【００１１】
粉末活性炭とバインダとの混合物をプレスおよび加熱する条件を最適化することにより細孔構造の閉塞を最小限に留める方策が考え得る。しかしこの方策にも限界がある。プレス圧力を小さくし、あるいは加熱温度を低くすることは、細孔構造の閉塞を緩和する方向に作用する。しかし、プレス圧力を低くすることは活性炭の充填密度（嵩密度）を低下させる要因になる。また、加熱温度の低下は十分な接着強度の確保を困難にさせる。十分な機械的強度が確保された形成活性炭を得ることを前提にすれば、充填密度の増加と細孔容量の増加とはトレードオフの関係にある。
【００１２】
これら問題の根本的な解決は、バインダを用いないで形成活性炭を得ることである。この一解決策として、本発明者らは、特許文献３に記載の技術を提案した。特許文献３記載の発明により高性能な活性炭を得ることが可能になったが、更なる改良も考え得る。一方、バインダを用いる形成活性炭には先に説明したようなデメリットがあるものの、これを改良することに意味がないとはいえない。
【００１３】
前記したとおり成型される活性炭の原料は粉末活性炭であるから、これら活性炭が成型された状態ではその間にバインダが存在することになる。バインダに起因するデメリットを最小限に抑制するにはこの粉末活性炭間の空間を出来るだけ小さくしてバインダの量を最小限に抑制することが有効であると考えられよう。
【００１４】
相対的に大きな粒子と大きな粒子との間には大きな空間が形成されるので、この大きな空間に相対的に小さな粒子を充填することにより、粉末活性炭間の空間を最小限に抑制する方策が考え得る。このような方策に適用できる技術として特許文献１あるいは特許文献２に記載の技術がある。しかし、特許文献１には、粉末活性炭（吸着材）を大粒径のものと小粒径のものとの混合物とし、混合比率を２０〜８０：８０〜２０とする旨の記載はあるもの、実施例においては５０：５０のガス貯蔵量のみが具体的に示されるだけであり、何れの範囲が効果的であるかを具体的に把握することが出来ない。特許文献２には、小粒径活性炭に相当する一次粒子と大粒径活性炭に相当する二次粒子（一次粒子の集合群）が存在し、一次粒子が二次粒子の間に配置される活性炭の構造を開示する。しかし、二次粒子の間に配置される一次粒子の密度は二次粒子の密度よりも小さいものであり、嵩密度を向上しようとする本願発明の思想とは逆の発想である。
【００１５】
本願発明の目的は、粉末活性炭からバインダを用いて形成活性炭を得る場合の、活性炭の嵩密度を、ガス吸蔵効率を阻害することなく向上できる技術を提供することにある。また、本願発明の他の目的は、粉末材料を成型した後に炭化および賦活を行って成型された活性炭を得る場合の、更なる嵩密度の向上を実現できる技術を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明は、粉状または粒状の第１活性炭および第２活性炭を含む原料から成型された活性炭であって、前記第１活性炭の最大粒径が、前記第２活性炭の最大粒径の４倍以上であり、前記第１活性炭および第２活性炭の合計重量に対する前記第１活性炭の重量が１０％〜７０％の範囲内にあるものである。このような活性炭によれば、細孔容量を減少することなく、嵩密度を向上することが可能である。特に、第１活性炭の最大粒径を第２活性炭の最大粒径の６倍〜７倍の範囲内、第１活性炭および第２活性炭の合計重量に対する第１活性炭重量を３０％〜６０％の範囲内とすることにより、嵩密度を極大化することができ、第１活性炭と第２活性炭との混合割合の最適値を提供することが出来る。なお、本発明において嵩密度の極大化が図れるのは、粒径の大きな粉末活性炭の隙間に粒径の小さな粉末活性炭が適度に入り込み、単一粒径の粉末活性炭から成型する場合よりも効率的に空間が粉末活性炭で充填されるためである。従って従来バインダで占有されていた空間が小さな粒径の粉末活性炭で置き換えられ、従来に比較してバインダに起因するデメリットが抑制される。よって、ここでバインダの種類は特に限定されるわけでなく、従来技術同様の熱溶融により接着効果を発揮するバインダであってもかまわない。
【００１７】
ここで、成型された活性炭に第１活性炭と第２活性炭が含まれることはもとよりであるが、第３の粉末活性炭あるいは必要に応じてさらに多数の粉末活性炭（第４活性炭等）が含まれても良い。これら複数の粉末活性炭をその粒径の大きい順に並べたとすると粒径の隣接する活性炭材料の大きいものと小さいものとの関係は、前記した第１活性炭と第２活性炭との関係を満足する。たとえば粒径の大きい順が第１活性炭、第２活性炭、第３活性炭であると仮定すると、第１活性炭の最大粒径は第２活性炭の最大粒径の４倍以上好ましくは６〜７倍であり、第２活性炭の最大粒径は第３活性炭の最大粒径の４倍以上好ましくは６〜７倍である。そして第１活性炭および第２活性炭の合計重量に対する第１活性炭の重量が１０％〜７０％の範囲好ましくは３０％〜６０％の範囲であるとともに、第２活性炭および第３活性炭の合計重量に対する第２活性炭の重量が１０％〜７０％の範囲好ましくは３０％〜６０％の範囲である。第４あるいは第５活性炭等さらに多数の活性炭が存在する場合も同様の関係が成立する。
【００１８】
また、ここで最大粒径とは、粉末活性炭の有する粒径分布において最大粒径領域に属する活性炭粒子の粒径のうち最小の粒径である。すなわち、ある母集団（この場合第１活性炭や第２活性炭という粉末活性炭の集合）に属するすべての活性炭粒子の粒径を測定して、そのうち最も大きな値を有する活性炭粒子の粒径を以って最大粒径とするのは現実的ではない。一般に統計的手法が採られることは自明であり、ここでも統計的な手法を採用した最大粒径を定義する。母集団から適当に採取されたサンプル（粉末活性炭）の粒径を測定し、粒径の度数分布が適切な分布関数で表される分布をしているとの仮定の下に粒径が大きい方から１０％の範囲を最大粒径領域とする。この最大粒径領域に属する活性炭粒子のうち最小の粒径を有する活性炭粒子の粒径が最大粒径である。従って、サンプリングによっては、測定される活性炭粒子の最大粒径が最大粒径領域に入らない場合もある。統計的処理であるから当然のことである。なお、適切な分布関数としては正規分布、χ^２分布等が例示できる。また、粒径はその測定方法によって各種定義が存在するが、何れの定義を採用しても良い。具体的には、２軸平均径、３軸平均径、調和平均径、表面積平均径、立体積平均径、外接長方形相当径、正方形相当径、円形相当径、直方体相当径、円筒体相当径、立方体相当径、球形相当径、定方向径、定方等分径、ナッセンシュタイン径、ストークス径等を採用できる。本明細書において粒径は粒度と同義で用いる。
【００１９】
前記した発明において、第１活性炭および第２活性炭を接着するバインダにヒドロキシプロピルメチルセルロースを代表とするセルロース系材料を用いることができる。セルロース系材料を用いれば、加熱してバインダを溶融することなく、接着を実現できる。これにより活性炭表面の閉塞を抑制して細孔容量の低下を抑制できる。また、セルロース系材料は後の炭化および賦活により比較的高品質な活性炭に転化されるので、成型された活性炭の性能を高く維持できる。
【００２０】
前記した活性炭によれば、嵩密度が０．５ｇ／ｃｃ以上、メタンの３．５ＭＰａ環境下における吸蔵効率が１３８倍以上という高性能な活性炭を得ることが出来る。このような高性能活性炭は、粉末活性炭原料からバインダを用いて成型した従来の活性炭では得られない性能が実現される。なお、吸蔵効率は、活性炭の占有する体積に１気圧環境下で存在する吸蔵ガス量の倍数で表す。
【００２１】
本明細書で開示する他の発明は、前記した活性炭を製造する方法である。すなわち、粉状または粒状の、複数の原料活性炭を用意する工程と、前記複数の原料活性炭を所定割合で混合する工程と、前記混合した原料活性炭にバインダを添加し活性炭混成物とする工程と、前記活性炭混成物を加圧して成型する工程と、を含む活性炭の製造方法であって、前記複数の原料活性炭をその最大粒径の順に並べた場合における任意の隣接する第１活性炭および第２活性炭において、前記第１活性炭の最大粒径が前記第２活性炭の最大粒径の４倍以上であり、前記第１活性炭および第２活性炭の合計重量に対する前記第１活性炭の重量が１０％〜７０％の範囲内にあるものである。このような活性炭の製造方法によれば、前記した活性炭を製造することが可能である。バインダにヒドロキシプロピルメチルセルロースを含むセルロース系材料を利用できることは前記と同様である。
【００２２】
本明細書で開示するさらに他の発明は、粉状または粒状の原料を成型、炭化および賦活して生成された活性炭であって、前記原料には、その最大粒径が相違する粉状または粒状の第１原料および第２原料を含むものである。このような活性炭によれば、バインダを用いない形成活性炭において、細孔容量を減少することなくより大きな嵩密度を得ることが出来る。すなわち、互いに粒径の相違する原料粒子の間に他の原料粒子が入り込み、原料粉末の成型の段階で稠密な形成体が製造される。炭化賦活前に稠密な形成体が成型されるので、嵩密度が高い形成活性炭を得ることが可能になる。
【００２３】
前記発明において、第１原料の最大粒径を第２原料の最大粒径の４倍以上好ましくは６〜７倍とし、かつ、第１原料および第２原料の合計重量に対する第１原料の重量を１０％〜７０％の範囲内好ましくは３０％〜６０％の範囲内とすることができる。原料粉末の条件をこれら条件に合致させることにより、出来上がった活性炭の嵩密度を最適に制御することが出来る。なお、第３あるいは第４等の原料粉末を採用できることは前記した場合と同様である。また、最大粒径および粒径の考え方は前記したとおりである。
【００２４】
また、原料にはセルロース、セルロース化合物、ポリイミド、ポリイミド化合物、または、セルロースを主成分とする天然物もしくは人工物のうちから選択された何れかの材料またはそれらの混合材料を採用できる。
【００２５】
本明細書でさらに開示する発明は、粉状または粒状の、複数の原料を用意する工程と、前記複数の原料を混合する工程と、前記混合した原料を加圧して成型する工程と、成型された前記原料を炭化して炭化物を生成する工程と、前記炭化物を賦活する工程と、を含む活性炭の製造方法であって、前記複数の原料に含まれる任意の原料の最大粒径は、前記複数の原料に含まれる他の原料の最大粒径と相違するものである。このような製造方法により前記した活性炭を製造できる。ここで、原料粉末として第１原料、第２原料（必要に応じて第３原料等他の粒径分布を持つ原料）を用意することが出来る。これら原料粉末の関係は、前記と同様にすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施の形態１）
図３は、本発明の一実施の形態である活性炭の製造方法の一例を示したフローチャートである。まず、活性炭の原料を用意する（ステップ２０）。活性炭の原料としては、セルロース、セルロース化合物、ポリイミド、ポリイミド化合物、セルロースを主成分とする天然物または人工物を例示できる。セルロースを主成分とする天然物には、椰子殻、桃種、胡桃殻、珈琲滓、トウモロコシ芯、古紙を例示できる。このような材料は、本来廃棄物として廃棄されるものであるが、環境意識の高まりとともに廃棄物の減少に寄与でき、環境問題の解決の一助にできる。また、廃棄物を原料に用いることは材料コストを低減する観点からも好ましい。また、セルロース化合物、ポリイミド化合物は、金属原子を置換させたイオン交換機能を有するものとすることができる。イオン交換機能を有すれば、形成活性炭に金属を添加することができ、この金属を触媒として作用させることが可能となる。
【００２７】
次に、公知の炭化・賦活方法によって原料を活性炭化する（ステップ２１）。炭化方法としては、窒素等不活性雰囲気に置換した炉内で原料を熱処理する方法を例示できる。炭化熱処理の処理温度はたとえば９００℃、処理時間はたとえば１２時間を例示できる。賦活方法としては、一酸化炭素等の酸化雰囲気に置換した炉内で炭化された原料を熱処理する方法を例示できる。賦活熱処理の処理温度はたとえば８００℃、処理時間はたとえば１２時間を例示できる。
【００２８】
次に、ステップ２１で得られた活性炭を擂り潰す等の方法により粉末状にする（ステップ２２）。得られた粉末活性炭をたとえばふるいを用いてふるい分けを行う（ステップ２３）。たとえば一辺が２００μｍの四角い開口をもつメッシュで粉末活性炭をふるいにかけた場合、メッシュを通過する粉末活性炭は最大粒径が２００μｍの活性炭となる（ステップ２４）。さらに、このふるいを通過した粉末活性炭を一辺が３０μｍの四角い開口を持つメッシュでふるいにかけると最大粒径が３０μｍの粉末活性炭を得ることができる（ステップ２５）。ここでは、最大粒径が２００μｍの活性炭を第１活性炭、３０μｍの粉末活性炭を第２活性炭とする。なお、ふるい分けは、第１活性炭と第２活性炭とを連続して（つまり第１活性炭を得るためのふるい分けの後、このふるいによって得られた活性炭を第２活性炭を得るためのふるいにかける）行うこともでき、第１活性炭と第２活性炭とをおのおの独立のふるいわけによって得ることも可能である。
【００２９】
次に、第１活性炭と第２活性炭を所定割合で混合する（ステップ２６）。混合割合は、第１活性炭および第２活性炭の合計重量に対し、第１活性炭の重量が１０％〜７０％好ましくは３０％〜６０％となるようにする。混合割合を変化させた場合の活性炭性能については後に説明する。この混合の際、バインダを添加する（ステップ２７）。バインダとしては、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを例示できる。バインダはヒドロキシプロピルメチルセルロースに限られずその他のセルロース系材料を適用できる。
【００３０】
次に、バインダを添加した第１活性炭および第２活性炭をプレス（加圧成型）し（ステップ２８）、形成活性炭を得る（ステップ２９）。ここで、プレスの際に材料を加熱する必要は無い。これはバインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロースを用いるためである。ヒドロキシプロピルメチルセルロースは常温であっても若干の水分を含むことにより接着作用を発揮し、プレス段階である程度材料を潮解させておくことにより接着剤としての機能を果たすことが可能になる。プレス後に材料を乾燥させることで所定性能の形成活性炭を得ることが出来る。
【００３１】
以上のようにして、本発明の活性炭を製造することが可能である。次に、第１活性炭と第２活性炭との混合割合を変化させたときの実施例を説明する。
【００３２】
【実施例１】
表１は、第１活性炭および第２活性炭の合計重量の対する第１活性炭の重量（表中では単に第１活性炭の割合と表している。以下同様に略称する。）を変化させた場合の実験例１〜１０で得られた形成活性炭の嵩密度およびミクロ孔容量を測定した結果である。また、この表１の結果を第１活性炭の割合を横軸にしてグラフ化したものが図４である。
【表１】

【００３３】
図４から明らかに、嵩密度は第１活性炭の割合が増加するに従い増加し、約０．５をピークに減少する。すなわち、嵩密度を高くする最適な第１活性炭割合が存在する。嵩密度が０．５ｇ／ｃｃ以上であれば従来にない良好な活性炭特性が得られることから、第１活性炭の割合が０．１〜０．７（１０％〜７０％）の範囲は有効な活性炭特性が得られる範囲であると言える。特に、第１活性炭の重量が３０％〜６０％の範囲は嵩密度が高く、またピーク近傍であるからその範囲での嵩密度の変化もさほど大きくない。よって、第１活性炭の重量が３０％〜６０％の範囲は特に好ましい範囲といえる。
【００３４】
一方図４のミクロ孔容量に着目すれば、第１活性炭の割合を変化させてもほぼ一定であり、ミクロ孔容積を減少させる等の不具合は見られない。すなわち、本実施の形態の活性炭では、従来存在した嵩密度とミクロ孔容量との間のトレードオフの関係が存在せず、ミクロ孔容量を減少させることなく嵩密度を増加させることが可能である。
【００３５】
図５は、形成活性炭の貯蔵効率を貯蔵圧力の関数として示したグラフである。図中実線で示したラインは第１活性炭の割合が５０％の場合（混合割合５０％）である。比較のため、第１活性炭のみで形成活性炭を作成した場合（混合割合１００％）のグラフを図中点線のラインで示す。図示するように、全ての貯蔵圧力領域で混合割合５０％の場合の方が貯蔵効率は高く、特に２ＭＰａ以上の貯蔵圧力領域でその差は顕著となる。３．５ＭＰａの貯蔵圧力では、貯蔵効率は１４３Ｎｃｃ／ｃｃという良好な特性を示す。なお、吸蔵効率は、メタンガスの吸蔵効率であり、活性炭が占める体積に常温１気圧で存在するメタン量の倍数で表している
【００３６】
（実施の形態２）
図６は、本発明の他の実施の形態である活性炭の製造方法の一例を示したフローチャートである。本実施の形態では、原料粉末の粒径を制御し、バインダを用いないで形成活性炭を製造する例を説明する。
【００３７】
まず、活性炭になる原料粉末を用意する（ステップ３０）。原料粉末としては、セルロース、セルロース化合物、ポリイミド、ポリイミド化合物、セルロースを主成分とする天然物または人工物等の粉末を例示できる。セルロースを主成分とする天然物は実施の形態１の場合と同様である。
【００３８】
次に原料粉末をふるい分ける（ステップ３１）。ふるい分けは実施の形態１と同様に行える。ここで、最大粒径が２００μｍの原料粉末を第１原料とする（ステップ３２）。また、最大粒径が３０μｍの原料粉末を第２原料とする（ステップ３３）。
【００３９】
次に、第１原料と第２原料とを混合する（ステップ３４）。このとき、第１原料および第２原料の合計重量に対する第１原料の重量を、１０％〜７０％好ましくは３０％〜６０％とするのがよい。第１原料と第２原料との混合割合をこれら範囲内とすることにより、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４０】
ステップ３４の混合の際、バインダは添加しない。バインダを添加しないことにより、バインダに起因する細孔入り口の閉塞等の不具合を抑制してより高性能な活性炭を製造することが可能になる。
【００４１】
次に、混合した材料をプレスして成型した原料を得る（ステップ３５）。成型により成型される原料の形状は任意である。すなわち円筒体や立方体に成型することを望むのであれば、それに適合したプレス容器を用意すればよい。なお、プレス圧力としては、０．５ｔ／ｃｍ^２〜１ｔ／ｃｍ^２を例示することができる。
【００４２】
次に、公知の炭化・賦活方法によってプレスした原料を炭化および賦活する（ステップ３６）。炭化方法としては、窒素等不活性雰囲気に置換した炉内で原料を熱処理する方法を例示できる。炭化熱処理の処理温度はたとえば９００℃、処理時間はたとえば１２時間を例示できる。賦活方法としては、一酸化炭素等の酸化雰囲気に置換した炉内で炭化された原料を熱処理する方法を例示できる。賦活熱処理の処理温度はたとえば８００℃、処理時間はたとえば１２時間を例示できる。なお、この炭化および賦活処理により原料が若干収縮するので、炭化および賦活はプレス容器に入れたまま行っても良い。体積収縮によって簡単にプレス容器から製造された活性炭を取り出すことが出来る。このようにして形成活性炭を得る（ステップ３７）。
【００４３】
以上のようにしてバインダを用いない形成活性炭を製造することができる。本実施の形態の形成活性炭は前記の通り原料粉末の粒径を制御して、適切な割合でこれを混合しているので、原料粉末を成型した段階での形成体の密度を向上できる。よって、原料形成体を熱処理して得られる活性炭の密度も向上する効果を得ることができる。さらにバインダを用いないことによりバインダに起因するデメリットを受けることなくさらに性能の高い活性炭を製造することが可能である。
【００４４】
以上、本発明を具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００４５】
たとえば前記実施の形態では粉末活性炭あるいは粉末原料の粒径制御にふるいを用いる例を示した。しかし、粒径を分けるのにふるいである必要はなく、流体中を沈降する速度の差を利用した沈降法等の他の精粒方法を適用することも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
本願発明によれば、粉末活性炭からバインダを用いて形成活性炭を得る場合の活性炭の嵩密度を、ガス吸蔵効率を阻害することなく向上できる。また、粉末材料を成型した後に炭化および賦活を行って成型された活性炭を得る場合の、更なる嵩密度の向上を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の活性炭製造方法を示すフローチャートである。
【図２】従来技術の活性炭製造方法を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施の形態である活性炭の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】表１の結果を第１活性炭の割合を横軸にして示したグラフである。
【図５】形成活性炭の貯蔵効率を貯蔵圧力の関数として示したグラフである。
【図６】本発明の他の実施の形態である活性炭の製造方法の一例を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１１…活性炭、１２…バインダ、１３…ヒータ、１４…加圧用治具、１５…形成体、１６…活性炭。

Claims

粉状または粒状の第１活性炭および第２活性炭を含む原料から成型された活性炭であって、
前記第１活性炭の最大粒径が、前記第２活性炭の最大粒径の４倍以上であり、
前記第１活性炭および第２活性炭の合計重量に対する前記第１活性炭の重量が１０％〜７０％の範囲内にある活性炭。
前記第１活性炭の最大粒径が、前記第２活性炭の最大粒径の６倍〜７倍の範囲内にあり、前記第１活性炭および第２活性炭の合計重量に対する前記第１活性炭の重量が３０％〜６０％の範囲内にある請求項１記載の活性炭。
前記第１活性炭および第２活性炭の各活性炭粒子は、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを含むセルロース系材料で接着されている請求項１または２記載の活性炭。
前記活性炭の嵩密度が０．５ｇ／ｃｃ以上である請求項３記載の活性炭。
メタンの３．５ＭＰａ環境下における吸蔵量が、前記活性炭の占有する体積に１気圧環境下で存在する前記メタンの１３８倍以上である請求項４記載の活性炭。
粉状または粒状の、複数の原料活性炭を用意する工程と、
前記複数の原料活性炭を所定割合で混合する工程と、
前記混合した原料活性炭にバインダを添加し活性炭混成物とする工程と、
前記活性炭混成物を加圧して成型する工程と、
を含む活性炭の製造方法であって、
前記複数の原料活性炭をその最大粒径の順に並べた場合における任意の隣接する第１活性炭および第２活性炭において、前記第１活性炭の最大粒径が前記第２活性炭の最大粒径の４倍以上であり、前記第１活性炭および第２活性炭の合計重量に対する前記第１活性炭の重量が１０％〜７０％の範囲内にある活性炭の製造方法。
前記第１活性炭の最大粒径が、前記第２活性炭の最大粒径の６倍〜７倍の範囲内にあり、前記第１活性炭および第２活性炭の合計重量に対する前記第１活性炭の重量が３０％〜６０％の範囲内にある請求項６記載の活性炭の製造方法。
前記バインダは、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを含むセルロース系材料である請求項６または７記載の活性炭の製造方法。
粉状または粒状の原料を成型、炭化および賦活して生成された活性炭であって、
前記原料には、その最大粒径が相違する粉状または粒状の第１原料および第２原料を含む活性炭。
前記第１原料の最大粒径が、前記第２原料の最大粒径の４倍以上であり、
前記第１原料および第２原料の合計重量に対する前記第１原料の重量が１０％〜７０％の範囲内にある請求項９記載の活性炭。
前記第１原料の最大粒径が、前記第２原料の最大粒径の６倍〜７倍の範囲内にあり、前記第１原料および第２原料の合計重量に対する前記第１原料の重量が３０％〜６０％の範囲内にある請求項１０記載の活性炭。
前記活性炭の各粒子の接着にはバインダが用いられていない請求項９〜１１の何れか一項に記載の活性炭。
前記原料は、セルロース、セルロース化合物、ポリイミド、ポリイミド化合物、または、セルロースを主成分とする天然物もしくは人工物のうちから選択された何れかの材料またはそれらの混合材料である請求項９〜１２の何れか一項に記載の活性炭。
粉状または粒状の、複数の原料を用意する工程と、
前記複数の原料を混合する工程と、
前記混合した原料を加圧して成型する工程と、
成型された前記原料を炭化して炭化物を生成する工程と、
前記炭化物を賦活する工程と、
を含む活性炭の製造方法であって、
前記複数の原料に含まれる任意の原料の最大粒径は、前記複数の原料に含まれる他の原料の最大粒径と相違する活性炭の製造方法。
前記複数の原料をその最大粒径の順に並べた場合における任意の隣接する第１原料および第２原料において、前記第１原料の最大粒径が前記第２原料の最大粒径の４倍以上であり、前記第１原料および第２原料の合計重量に対する前記第１原料の重量が１０％〜７０％の範囲内にある請求項１４記載の活性炭の製造方法。
前記第１原料の最大粒径が、前記第２原料の最大粒径の６倍〜７倍の範囲内にあり、前記第１原料および第２原料の合計重量に対する前記第１原料の重量が３０％〜６０％の範囲内にある請求項１５記載の活性炭の製造方法。
前記製造方法において、バインダを添加しない請求項１４〜１６の何れか一項に記載の活性炭の製造方法。
前記原料は、セルロース、セルロース化合物、ポリイミド、ポリイミド化合物、または、セルロースを主成分とする天然物もしくは人工物のうちから選択された何れかの材料またはそれらの混合材料である請求項１４〜１７の何れか一項に記載の活性炭の製造方法。