JP2004352593A

JP2004352593A - Water-repelling activated carbon

Info

Publication number: JP2004352593A
Application number: JP2003154883A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yamamoto; 雅弘山本; Takeshi Iguchi; 威士井口
Original assignee: Cataler Corp
Current assignee: Cataler Corp
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide water repelling activated carbon having excellent water repellency. <P>SOLUTION: The water repelling activated carbon has ≤0.05 mmol/g surface acidic group and ≤5% water absorption under 90% relative humidity at 25°C. The water repelling activated carbon shows strong water repellency because it has a surface acid group quantity and water absorption equal to or below prescribed values. As a result, the activated carbon is particularly useful as an absorbent for absorbing an organic-based compound in steam or water. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撥水性活性炭に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水中の有機系化合物は、臭気、発がん性等の問題から、その除去が強く望まれている。水中の有機系化合物は、活性炭等の吸着材により吸着することで除去している。このため、高性能な吸着材の開発が急務とされていた。
【０００３】
従来より、水中の有機系化合物の除去においては活性炭が使用されている。そして、有機系化合物は、活性炭の細孔に吸着される。
【０００４】
しかしながら、活性炭は、表面に親水性官能基（酸性官能基）を有するため、水中の有機系化合物に対して十分な吸着率が得られないという問題があった。親水性官能基が活性炭の表面に存在すると、有機系化合物と親水性官能基との反発により、水中の有機系化合物に対して十分な吸着率が得られなくなる。ここで、通常の活性炭は、原料に炭化処理と賦活処理を施すことで製造されており、これらの処理時（特に賦活処理時）に表面に酸性官能基が生じる。
【０００５】
また、従来の活性炭においては、細孔内に吸着された水分子が有機系化合物の吸着を阻害するという問題もあった。
【０００６】
こうした酸性官能基の影響を取り除くことを目的として、特許文献１および２に開示された発明がなされている。
【０００７】
特許文献１には、エチレンやアセチレンのガス雰囲気中で加熱処理することで疎水性の表面を形成する方法が開示されている。
【０００８】
特許文献２には、表面の酸性官能基の量を小さくした活性炭が開示されており、酸性官能基の量を小さくする方法として、窒素ガス中で加熱することで官能基を分解する方法が開示されている。
【０００９】
しかしながら、これらの処理を施しても、２０％以上の酸性官能基が残存しており、水中の有機系化合物を吸着する吸着材として十分な吸着性能が得られなかった。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−２０３８２３号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平８−２８１０９９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、水中の有機系化合物を吸着することができる撥水性にすぐれた活性炭を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明者らは周囲の水分の影響を受けない活性炭について検討を重ねた結果、撥水性にすぐれた活性炭とすることで上記課題を解決できることを見出した。
【００１４】
すなわち、本発明の撥水性活性炭は、表面酸性基量が０．０５ｍｍｏｌ／ｇ以下であり、かつ相対湿度９０％、２５℃における吸水率が５％以下であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の撥水性活性炭は、表面酸性基量および吸水率を所定の値以下としているため、高い撥水性を有している。この結果、本発明の撥水性活性炭は、水蒸気中や水中で有機系化合物の吸着を行う吸着材として特に有用となっている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の撥水性活性炭は、表面酸性基量が０．０５ｍｍｏｌ／ｇ以下である。表面酸性基量が０．０５ｍｍｏｌ／ｇ以下となることで、活性炭表面の酸性基と有機系化合物との相互作用が生じなくなっている。すなわち、吸着材として用いたときに、有機系化合物を吸着することができる。
【００１７】
なお、本発明の撥水性活性炭の表面酸性基量は、以下に示したＢｏｅｈｍらの方法（Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．，Ｉｎｔｅｒｎ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．，５，５３３（１９６６））により測定される値である。
【００１８】
（表面酸性基量の測定）
秤量ビンに試料（活性炭）約０．１ｇを採取し、１１０℃で２時間真空（７．５×１０^−４ｔｏｒｒ）乾燥する。乾燥後の質量（Ｗ_ａ）を測定する。１００ｍｌのエルレンマイヤーフラスコに試料を移し、空の秤量ビンの質量（Ｗ_ｂ）を測定する。
【００１９】
そして、フラスコに０．１ｍｏｌ／ｌのＮａＯＨ水溶液５０ｍｌを加え、２５℃で４８時間振とう機にかける。また、このとき、０．１ｍｏｌ／ｌのＮａＯＨ水溶液５０ｍｌも白試料として準備しておく。
【００２０】
その後、試料と水溶液とを濾別し、濾液から２０ｍｌを採取し、指示薬としてメチルオレンジを数滴加え、０．１ｍｏｌ／ｌのＨＣｌ水溶液により逆滴定を行う。このとき、滴定操作には、電位差滴定装置を用いることが好ましい。そして、表面酸性基量は、以下の数１式に示された式から算出する。
【００２１】
【数１】

【００２２】
なお、数１において、Ｔｂ：白試料における０．１ｍｏｌ／ｌのＨＣｌ水溶液の滴下量（ｍｌ）、Ｔ：０．１ｍｏｌ／ｌのＨＣｌ水溶液の滴下量（ｍｌ）Ｗ：試料の質量（Ｗ_ａ−Ｗ_ｂ）（ｇ）、ｆ：０．１ｍｏｌ／ｌのＨＣｌ水溶液のファクター、である。
【００２３】
本発明の撥水性活性炭は、相対湿度９０％、２５℃における吸水率が５％以下である。吸水率が５％以下となることで、活性炭が水を吸着することが抑えられる。この結果、活性炭の細孔内に水分子が吸着されることによる活性炭の吸着性能の低下が抑えられる。なお、吸水率は、ＪＩＳＫ１１５０に規定された方法を用いて測定される。
【００２４】
具体的には、まず、試料（活性炭）約０．５ｇを量り取り、約１７０℃で２時間あるいは真空下で１５０℃で２時間の乾燥を行う。
【００２５】
そして、０．３〜０．４ｇを手早く平形量りビンに均等な厚さとし、ただちにふたをしてデシケーター中で室温まで冷却し、０．１ｍｇまで量って乾燥試料とする。
【００２６】
所定の硫酸を用いて、一定の相対湿度に維持し、２５±０．５℃に調整し、デシケーター中で吸湿させる。
【００２７】
４８時間後、試料を取りだし、直ちにふたをして質量を量り、吸水試料の質量を測定する。そして、以下の数２式に示された式から吸水率を算出する。
【００２８】
【数２】

【００２９】
なお、数２において、Ａ：吸水率（％）、Ｗ：乾燥試料の質量（ｇ）、Ｗ０：吸水試料の質量（ｇ）、である。
【００３０】
本発明の撥水性活性炭は、表面酸性基量および吸水率を所定の値以下とした以外は、特に限定されるものではない。すなわち、本発明の撥水性活性炭は、細孔径、細孔分布、比表面積等の条件は、特に限定されるものではない。
【００３１】
また、本発明の撥水性活性炭は、高い撥水性を有することから、水分に富んだ環境中において水分中に存在する有機系化合物の吸着を行う吸着材として用いることが好ましい。本発明の撥水性活性炭は、水中の有機系化合物を吸着する吸着材として特に有用である。
【００３２】
本発明の撥水性活性炭は、上記特性を有する活性炭であれば、その製造方法が特に限定されるものではない。たとえば、原料活性炭に有機化合物を吸着させることで製造することができる。また、原料活性炭の製造方法についても特に限定されるものではない。
【００３３】
原料活性炭に有機化合物を吸着させる製造方法は、加熱した状態で有機化合物の吸着を行う方法であることが好ましい。有機化合物の吸着が加熱状態で行われることで、原料活性炭の細孔中に有機化合物が侵入しやすくなり、細孔内部の表面酸性基量が減少する。有機化合物が細孔内に侵入した状態で温度を低下させることで、有機化合物により細孔内部の表面酸性基量が減少した活性炭となる。
【００３４】
原料活性炭に有機化合物を吸着させる製造方法は、原料活性炭に有機化合物を吸着させた後に、原料活性炭を加熱して原料活性炭の細孔の一定範囲のみ選択的に残存させることが好ましい。有機化合物をあらかじめ原料活性炭に吸着させた状態で原料活性炭を加熱することで、大きな細孔から有機化合物が外部に出るとともに小さな細孔に有機化合物が残存する。そして、原料活性炭の温度を低下させることで、有機化合物により細孔が閉塞された活性炭となる。
【００３５】
原料活性炭に有機化合物を吸着させる製造方法において、有機化合物が吸着した原料活性炭は、不活性ガス雰囲気下で冷却することが好ましい。冷却を不活性ガス雰囲気下で行うことで、有機化合物以外の物質が細孔を閉塞しなくなる。
【００３６】
原料活性炭に有機化合物を吸着させる製造方法において、有機化合物の吸着は、有機化合物が気体状態で行われることが好ましい。有機化合物が気体状態となることで、原料活性炭の細孔内への侵入が容易に行われることとなる。すなわち、有機化合物が細孔内に吸着されやすくなる。また、有機化合物が気体状態となることで、原料活性炭のいずれの細孔にも有機化合物が侵入できるようになる。すなわち、有機化合物は、加熱温度より低い沸点を有することが好ましい。原料活性炭に有機化合物を吸着させる製造方法において、有機化合物は、既知の沸点を有する有機化合物よりなることが好ましい。
【００３７】
原料活性炭に有機化合物を吸着させる製造方法において、有機化合物は、開口径の小さな細孔が吸着できる有機化合物よりなることが好ましい。開口径の小さな細孔が吸着できる有機化合物よりなることで、開口径の小さな細孔が閉塞された活性炭を製造することができる。
【００３８】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００３９】
本発明の実施例として、撥水性活性炭を製造した。
【００４０】
（実施例１）
市販のヤシ殻活性炭（破砕炭、４〜８メッシュ、ＢＥＴ比表面積１０５０ｍ^２／ｇ、嵩比重０．４７ｇ／ｍｌ）５００ｇを準備し、ＳＵＳ回転式環状炉（内径２００ｍｍ、長さ３００ｍｍ）内に投入し、環状炉が回転した状態でありかつ炉内にＮ_２ガスを１Ｌ／ｍｉｎの流量で流した状態（炉内環境をＮ_２ガス雰囲気とした状態）で炉内温度を４００℃に昇温した。
【００４１】
その後、炉内に市販のＡ重油を５０ｍｌ／ｍｉｎの流量で１０分間導入した（合計流入量：５００ｍｌ）。流入後、環状炉を１時間回転放置した後に、冷却した。炉内温度が１００℃以下になったところで炉内の活性炭をとりだした。
【００４２】
以上の手段により、本実施例の撥水性活性炭が製造された。
【００４３】
本実施例の撥水性活性炭は、粒径：４〜８メッシュ、ＢＥＴ比表面積：９９０ｍ^２／ｇ、嵩比重：０．５１ｇ／ｍｌであった。
【００４４】
（実施例２）
市販の石炭系活性炭（ペレット炭、φ２ｍｍ、長さ５〜１０ｍｍ、ＢＥＴ比表面積１２５０ｍ^２／ｇ、嵩比重０．３８ｇ／ｍｌ）５００ｇを準備し、ナフタレン結晶粉末１００ｇとともに、ＳＵＳ回転式環状炉（内径２００ｍｍ、長さ３００ｍｍ）内に投入し、炉内にＮ_２ガスを１Ｌ／ｍｉｎの流量で流した状態で炉内温度を６００℃に昇温した。
【００４５】
そして、３０分間回転放置した後に、冷却した。炉内温度が１００℃以下になったところで活性炭をとりだした。
【００４６】
以上の手段により、本実施例の撥水性活性炭が製造された。
【００４７】
本実施例の撥水性活性炭は、ＢＥＴ比表面積：８９０ｍ^２／ｇ、嵩比重：０．４３ｇ／ｍｌであった。
【００４８】
（比較例１）
実施例１において用いられたヤシ殻活性炭を、炉内雰囲気を調節可能な炉内に投入し、Ｈ_２ガス雰囲気中で５００℃で１時間加熱した。
【００４９】
以上の手段により、本比較例の撥水性活性炭が製造された。
【００５０】
本比較例の撥水性活性炭は、ＢＥＴ比表面積：１０７０ｍ^２／ｇ、嵩比重：０．４７ｇ／ｍｌであった。
【００５１】
（比較例２）
実施例２において用いられた石炭系活性炭を、炉内雰囲気を調節可能な炉内に投入し、Ｎ_２ガス雰囲気中で８００℃で２時間加熱した。
【００５２】
以上の手段により、本比較例の撥水性活性炭が製造された。
【００５３】
本比較例の撥水性活性炭は、ＢＥＴ比表面積：１１２０ｍ^２／ｇ、嵩比重：０．３７ｇ／ｍｌであった。
【００５４】
（比較例３）
本比較例は、実施例１において用いられたヤシ殻活性炭である。
【００５５】
（比較例４）
本比較例は、実施例２において用いられた石炭系活性炭である。
【００５６】
実施例および比較例において製造された撥水性活性炭の吸水率、表面酸性基量および吸水性を測定した。
【００５７】
（吸水率）
吸水率は、ＪＩＳＫ１１５０のシリカゲル試験法の水蒸気吸着等温線に記載された方法により測定された。測定結果を表１に示した。
【００５８】
【表１】

【００５９】
表１より、実施例の活性炭は、比較例の活性炭と比べて、吸水率が大幅に低下していることがわかる。すなわち、実施例１および２の活性炭は、水分を吸着しにくくなっている。
【００６０】
（表面酸性基量）
表面酸性基量の測定は、まず、試料（活性炭）０．３ｇに０．１ＮのＮａＯＨ水溶液を加えて１００ｍｌとし、２５℃で２４時間振とうした。その後、濾別し、濾液１０ｍｌを０．０５ＮのＨＣｌ水溶液で滴定し、滴定量から表面酸性基量を算出した。測定結果を表２に示した。
【００６１】
【表２】

【００６２】
表２より、実施例の活性炭は、比較例と比べて表面酸性基量が大幅に低下していることがわかる。すなわち、実施例の活性炭は、有機系化合物を吸着する吸着材として用いたときに、有機系化合物と表面酸性基との相互作用による吸着率の低下が生じにくくなっている。
【００６３】
（吸水性）
また、実施例１、比較例１および３の撥水性活性炭の吸水性（水分の吸着性能）を測定した。
【００６４】
詳しくは、まず、撥水性活性炭を小型シャーレ内に、均一な厚さとなるように移し取った。そして、この小型シャーレを乾燥剤の替わりに水が入れられたデシケータの内部に配置した。そして、デシケータ内を飽和湿度雰囲気として、撥水性活性炭の重量変化を測定した。測定結果を図１に示した。
【００６５】
図１より、実施例１の活性炭は、比較例１および３の活性炭と比較して、雰囲気中の水分の吸着量が少ないことがわかる。すなわち、実施例１の活性炭は、水分を吸着しにくくなっている。
【００６６】
（評価）
実施例において製造された撥水性活性炭の評価として、有機系化合物の吸着試験を行った。
【００６７】
（吸着試験１）
撥水性活性炭を粉砕、篩別して３０〜６０メッシュとし、１ｇを分取する。
【００６８】
分取した活性炭を、クロロホルムが５０ｐｐｂの割合で含まれる水５００ｍｌに投入し、２時間攪拌した。攪拌終了後の水中のクロロホルム濃度を測定した。測定結果を表３に示した。なお、水中のクロロホルム濃度の測定は、以下の方法が用いられた。
【００６９】
まず、フッ素樹脂加工されたシート状のゴムキャップ付きのバイヤルビンに、１００ｍｌのクロロホルム水溶液を加えて、ゴムキャップで密閉した状態で２５℃で２４時間放置する。放置後、ガスシリンジを用いてバイヤルビン上部のガスを１ｍｌ採取する。そして、ＥＣＤを用いてガス中のクロロホルム濃度を測定し、ガス相／液相の濃度平行関係から、水中のクロロホルム濃度を算出し、算出された値を測定結果とした。
【００７０】
【表３】

【００７１】
表３より、実施例の活性炭を投入した水のクロロホルム濃度は、比較例の活性炭を投入した水のクロロホルム濃度より、低くなっていることがわかる。すなわち、実施例の活性炭は、水中のクロロホルムの吸着性能がすぐれている。さらに、実施例の活性炭は、水中のクロロホルムをほとんど吸着している。
【００７２】
（吸着試験２）
また、実施例および比較例の活性炭を用いて、水中のトルエンの吸着試験を行った。
【００７３】
純水１０００ｍｌに０．１ｇのトルエンを滴下し、２５℃で５時間強攪拌した後に１時間静置し、容器の下半分を試験溶液とした。
【００７４】
試験溶液に、分取した活性炭１ｇを投入し、１０時間攪拌した。攪拌後、５Ａ濾紙を用いて濾別し、得られた濾液のトルエン濃度の測定をＴＯＣを用いて行った。測定結果を表４に示した。
【００７５】
【表４】

【００７６】
表４より、実施例の活性炭の水中のトルエンの吸着性能は、比較例の活性炭より、高いことがわかる。さらに、実施例の活性炭は、水中のトルエンをほとんど吸着していることがわかる。
【００７７】
上記したように、実施例の撥水性活性炭は、表面酸性基量と吸水率を制御することで水との相互作用による吸着性能の低下が抑えられており、水中の有機系化合物の吸着を行う吸着材として、高い吸着性能を発揮している。
【００７８】
【発明の効果】
本発明の撥水性活性炭は、表面酸性基量および吸水率を所定の値以下としているため、高い撥水性を有している。この結果、本発明の撥水性活性炭は、水蒸気中や水中で有機系化合物の吸着を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例および比較例の活性炭の水分の吸着量の測定結果を示した図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to water-repellent activated carbon.
[0002]
[Prior art]
Removal of organic compounds in water is strongly desired due to problems such as odor and carcinogenicity. Organic compounds in water are removed by adsorption with an adsorbent such as activated carbon. Therefore, development of a high-performance adsorbent has been urgently required.
[0003]
Conventionally, activated carbon has been used for removing organic compounds in water. Then, the organic compound is adsorbed on the pores of the activated carbon.
[0004]
However, since activated carbon has a hydrophilic functional group (acidic functional group) on the surface, there has been a problem that a sufficient adsorption rate to organic compounds in water cannot be obtained. When the hydrophilic functional group is present on the surface of the activated carbon, a sufficient adsorption rate to the organic compound in water cannot be obtained due to repulsion between the organic compound and the hydrophilic functional group. Here, ordinary activated carbon is produced by subjecting a raw material to a carbonization treatment and an activation treatment, and an acidic functional group is generated on the surface during these treatments (particularly during the activation treatment).
[0005]
Further, in the conventional activated carbon, there is also a problem that water molecules adsorbed in the pores inhibit the adsorption of organic compounds.
[0006]
The inventions disclosed in Patent Documents 1 and 2 have been made for the purpose of removing the influence of such acidic functional groups.
[0007]
Patent Document 1 discloses a method of forming a hydrophobic surface by performing heat treatment in a gas atmosphere of ethylene or acetylene.
[0008]
Patent Document 2 discloses an activated carbon in which the amount of acidic functional groups on the surface is reduced. As a method for reducing the amount of acidic functional groups, a method of decomposing functional groups by heating in nitrogen gas is disclosed. Have been.
[0009]
However, even with these treatments, 20% or more of the acidic functional groups remained, and sufficient adsorption performance as an adsorbent for adsorbing organic compounds in water could not be obtained.
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2000-203823 A
[Patent Document 2]
JP-A-8-281099
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an activated carbon having excellent water repellency capable of adsorbing organic compounds in water.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present inventors have repeatedly studied activated carbon which is not affected by the surrounding water, and as a result, have found that the above problems can be solved by using activated carbon having excellent water repellency.
[0014]
That is, the water-repellent activated carbon of the present invention is characterized in that the surface acidic group content is 0.05 mmol / g or less, and the relative humidity is 90% and the water absorption at 25 ° C. is 5% or less.
[0015]
The water-repellent activated carbon of the present invention has high water repellency because the amount of surface acidic groups and the water absorption are not more than predetermined values. As a result, the water-repellent activated carbon of the present invention is particularly useful as an adsorbent for adsorbing organic compounds in steam or water.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The water-repellent activated carbon of the present invention has a surface acidic group content of 0.05 mmol / g or less. When the amount of surface acidic groups is 0.05 mmol / g or less, no interaction occurs between the acidic groups on the activated carbon surface and the organic compound. That is, when used as an adsorbent, organic compounds can be adsorbed.
[0017]
The surface acidic group content of the water-repellent activated carbon of the present invention is a value measured by the following method of Boehm et al. (Angew. Chem., Intern. Ed. Engl., 5, 533 (1966)). .
[0018]
(Measurement of surface acidic group content)
About 0.1 g of a sample (activated carbon) is collected in a weighing bin, and dried at 110 ° C. for 2 hours under vacuum (7.5 × 10 ⁻⁴ torr). The mass after drying (W _a ) is measured. Transfer the sample to a 100 ml Erlenmeyer flask and measure the mass (W _b ) of the empty weighing bottle.
[0019]
Then, 50 ml of a 0.1 mol / l NaOH aqueous solution is added to the flask, and the flask is shaken at 25 ° C. for 48 hours. At this time, 50 ml of a 0.1 mol / l NaOH aqueous solution is also prepared as a white sample.
[0020]
Thereafter, the sample and the aqueous solution are separated by filtration, 20 ml is collected from the filtrate, a few drops of methyl orange are added as an indicator, and back titration is performed with a 0.1 mol / l aqueous HCl solution. At this time, it is preferable to use a potentiometric titrator for the titration operation. Then, the amount of surface acidic groups is calculated from the equation shown in the following equation (1).
[0021]
(Equation 1)

[0022]
In equation (1), Tb: drop amount (ml) of a 0.1 mol / l HCl aqueous solution in a white sample, T: drop amount (ml) of a 0.1 mol / l HCl aqueous solution in a white sample, W: mass of the sample (W _a) _{-W b) (g), f} : a 0.1 mol / l HCl aqueous factor.
[0023]
The water-repellent activated carbon of the present invention has a relative humidity of 90% and a water absorption at 25 ° C. of 5% or less. When the water absorption is 5% or less, adsorption of water by the activated carbon can be suppressed. As a result, a decrease in the adsorption performance of activated carbon due to adsorption of water molecules in the pores of activated carbon is suppressed. The water absorption is measured using a method specified in JIS K 1150.
[0024]
Specifically, first, about 0.5 g of a sample (activated carbon) is weighed and dried at about 170 ° C. for 2 hours or under vacuum at 150 ° C. for 2 hours.
[0025]
Then, 0.3 to 0.4 g is quickly weighed in a flat weighing bottle to have a uniform thickness, immediately closed, cooled to a room temperature in a desiccator, weighed to 0.1 mg to obtain a dry sample.
[0026]
Using a predetermined sulfuric acid, maintain a constant relative humidity, adjust to 25 ± 0.5 ° C., and absorb moisture in a desiccator.
[0027]
Forty-eight hours later, the sample is taken out, immediately covered, weighed, and the weight of the water-absorbing sample is measured. Then, the water absorption rate is calculated from the following equation (2).
[0028]
(Equation 2)

[0029]
In Equation 2, A: water absorption (%), W: mass of dry sample (g), W0: mass of water absorption sample (g).
[0030]
The water-repellent activated carbon of the present invention is not particularly limited except that the amount of surface acidic groups and the water absorption are set to predetermined values or less. That is, in the water-repellent activated carbon of the present invention, conditions such as the pore diameter, the pore distribution, and the specific surface area are not particularly limited.
[0031]
Further, since the water-repellent activated carbon of the present invention has high water repellency, it is preferable to use the activated carbon as an adsorbent for adsorbing organic compounds present in water in a water-rich environment. The water-repellent activated carbon of the present invention is particularly useful as an adsorbent for adsorbing organic compounds in water.
[0032]
The method for producing the water-repellent activated carbon of the present invention is not particularly limited as long as it is an activated carbon having the above characteristics. For example, it can be produced by adsorbing an organic compound on the raw material activated carbon. Also, the method for producing the raw material activated carbon is not particularly limited.
[0033]
The production method for adsorbing the organic compound on the raw material activated carbon is preferably a method in which the organic compound is adsorbed in a heated state. When the organic compound is adsorbed in a heated state, the organic compound easily enters the pores of the raw material activated carbon, and the amount of surface acidic groups inside the pores decreases. By lowering the temperature in a state where the organic compound has penetrated the pores, the organic compound becomes activated carbon having a reduced amount of surface acidic groups inside the pores.
[0034]
In the production method in which an organic compound is adsorbed on raw material activated carbon, it is preferable that after the organic compound is adsorbed on the raw material activated carbon, the raw material activated carbon is heated to selectively leave only a certain range of pores of the raw material activated carbon. By heating the raw material activated carbon in a state where the organic compound is adsorbed on the raw material activated carbon in advance, the organic compound exits from the large pores and remains in the small pores. Then, by lowering the temperature of the raw material activated carbon, it becomes activated carbon whose pores are blocked by the organic compound.
[0035]
In the production method in which the organic compound is adsorbed on the raw activated carbon, the raw activated carbon on which the organic compound has been adsorbed is preferably cooled in an inert gas atmosphere. By performing the cooling in an inert gas atmosphere, substances other than the organic compound do not block the pores.
[0036]
In the production method in which the organic compound is adsorbed on the raw material activated carbon, the organic compound is preferably adsorbed in a gaseous state. When the organic compound is in the gaseous state, the raw material activated carbon can easily enter the pores. That is, the organic compound is easily adsorbed in the pores. In addition, since the organic compound is in a gaseous state, the organic compound can enter any pores of the raw material activated carbon. That is, the organic compound preferably has a boiling point lower than the heating temperature. In the production method in which an organic compound is adsorbed on a raw material activated carbon, the organic compound preferably comprises an organic compound having a known boiling point.
[0037]
In the production method in which an organic compound is adsorbed on a raw material activated carbon, the organic compound is preferably made of an organic compound that can adsorb pores having a small opening diameter. By using an organic compound capable of adsorbing the pores having a small opening diameter, activated carbon having the pores having a small opening diameter blocked can be produced.
[0038]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described using examples.
[0039]
As an example of the present invention, a water-repellent activated carbon was manufactured.
[0040]
(Example 1)
500 g of commercially available coconut shell activated carbon (crushed carbon, 4 to 8 mesh, BET specific surface area 1050 m ² / g, bulk specific gravity 0.47 g / ml) is prepared, and placed in a SUS rotary annular furnace (200 mm inside diameter, 300 mm length). The furnace temperature was increased to 400 ° C. in a state where the annular furnace was rotated and N ₂ gas was flowed into the furnace at a flow rate of 1 L / min (the furnace environment was an N ₂ gas atmosphere). Warmed up.
[0041]
Thereafter, commercially available heavy oil A was introduced into the furnace at a flow rate of 50 ml / min for 10 minutes (total inflow: 500 ml). After the inflow, the annular furnace was left to rotate for 1 hour, and then cooled. When the temperature in the furnace became 100 ° C. or less, the activated carbon in the furnace was taken out.
[0042]
By the above means, the water-repellent activated carbon of this example was manufactured.
[0043]
The water-repellent activated carbon of this example had a particle size of 4 to 8 mesh, a BET specific surface area of 990 m ² / g, and a bulk specific gravity of 0.51 g / ml.
[0044]
(Example 2)
500 g of commercially available coal-based activated carbon (pellet coal, φ2 mm, length 5 to 10 mm, BET specific surface area 1250 m ² / g, bulk specific gravity 0.38 g / ml) is prepared, and together with 100 g of naphthalene crystal powder, a SUS rotary ring furnace ( (Inner diameter 200 mm, length 300 mm), and the temperature in the furnace was raised to 600 ° C. while N ₂ gas was flowed into the furnace at a flow rate of 1 L / min.
[0045]
Then, after being left to rotate for 30 minutes, it was cooled. When the temperature in the furnace became 100 ° C. or lower, activated carbon was taken out.
[0046]
By the above means, the water-repellent activated carbon of this example was manufactured.
[0047]
The water-repellent activated carbon of this example had a BET specific surface area of 890 m ² / g and a bulk specific gravity of 0.43 g / ml.
[0048]
(Comparative Example 1)
The coconut shell activated carbon used in Example 1 was put into a furnace whose atmosphere in the furnace was adjustable, and heated at 500 ° C. for 1 hour in a H ₂ gas atmosphere.
[0049]
By the above means, the water-repellent activated carbon of this comparative example was manufactured.
[0050]
The water-repellent activated carbon of this comparative example had a BET specific surface area of 1070 m ² / g and a bulk specific gravity of 0.47 g / ml.
[0051]
(Comparative Example 2)
The coal-based activated carbon used in Example 2 was charged into a furnace whose atmosphere in the furnace was adjustable, and heated at 800 ° C. for 2 hours in a N ₂ gas atmosphere.
[0052]
By the above means, the water-repellent activated carbon of this comparative example was manufactured.
[0053]
The water-repellent activated carbon of this comparative example had a BET specific surface area of 1120 m ² / g and a bulk specific gravity of 0.37 g / ml.
[0054]
(Comparative Example 3)
This comparative example is the coconut shell activated carbon used in Example 1.
[0055]
(Comparative Example 4)
This comparative example is the coal-based activated carbon used in Example 2.
[0056]
The water absorption, the amount of surface acidic groups and the water absorption of the water-repellent activated carbon produced in the examples and comparative examples were measured.
[0057]
(Water absorption)
The water absorption was measured by the method described in the water vapor adsorption isotherm of the silica gel test method of JIS K 1150. Table 1 shows the measurement results.
[0058]
[Table 1]

[0059]
From Table 1, it can be seen that the activated carbon of the example has a significantly lower water absorption than the activated carbon of the comparative example. That is, the activated carbons of Examples 1 and 2 are less likely to adsorb moisture.
[0060]
(Amount of surface acidic groups)
The amount of surface acidic groups was measured by adding a 0.1N aqueous NaOH solution to 0.3 g of a sample (activated carbon) to make 100 ml and shaking at 25 ° C. for 24 hours. Thereafter, the mixture was filtered off, and 10 ml of the filtrate was titrated with a 0.05N HCl aqueous solution, and the amount of surface acidic groups was calculated from the titer. Table 2 shows the measurement results.
[0061]
[Table 2]

[0062]
From Table 2, it can be seen that the activated carbon of the example has a significantly lower surface acidic group content than the comparative example. That is, when the activated carbon of the example is used as an adsorbent for adsorbing an organic compound, a decrease in the adsorption rate due to the interaction between the organic compound and the surface acidic group is unlikely to occur.
[0063]
(Water absorption)
In addition, the water absorption (performance of adsorbing moisture) of the water-repellent activated carbons of Example 1 and Comparative Examples 1 and 3 was measured.
[0064]
Specifically, first, the water-repellent activated carbon was transferred into a small petri dish so as to have a uniform thickness. Then, this small petri dish was placed inside a desiccator filled with water instead of the desiccant. Then, the desiccator was placed in a saturated humidity atmosphere, and the weight change of the water-repellent activated carbon was measured. The measurement results are shown in FIG.
[0065]
From FIG. 1, it can be seen that the activated carbon of Example 1 has a lower adsorption amount of moisture in the atmosphere than the activated carbons of Comparative Examples 1 and 3. That is, the activated carbon of the first embodiment is less likely to adsorb moisture.
[0066]
(Evaluation)
As an evaluation of the water-repellent activated carbon produced in the examples, an adsorption test of an organic compound was performed.
[0067]
(Adsorption test 1)
The water-repellent activated carbon is pulverized and sieved to 30 to 60 mesh to collect 1 g.
[0068]
The separated activated carbon was put into 500 ml of water containing chloroform at a rate of 50 ppb, and stirred for 2 hours. After completion of the stirring, the chloroform concentration in the water was measured. Table 3 shows the measurement results. In addition, the following method was used for the measurement of the chloroform concentration in water.
[0069]
First, 100 ml of an aqueous chloroform solution is added to a vial bottle having a rubber cap and a sheet-like rubber cap which has been processed with a fluororesin, and left at 25 ° C. for 24 hours while being sealed with the rubber cap. After standing, 1 ml of the gas above the vial bin is collected using a gas syringe. Then, the concentration of chloroform in the gas was measured using the ECD, the concentration of chloroform in water was calculated from the concentration parallelism of the gas phase / liquid phase, and the calculated value was used as the measurement result.
[0070]
[Table 3]

[0071]
From Table 3, it can be seen that the chloroform concentration of the water into which the activated carbon of the example was charged was lower than the chloroform concentration of the water into which the activated carbon of the comparative example was charged. That is, the activated carbon of the example has excellent adsorption performance of chloroform in water. Furthermore, the activated carbon of the examples almost adsorbs chloroform in water.
[0072]
(Adsorption test 2)
Further, an adsorption test of toluene in water was performed using the activated carbons of Examples and Comparative Examples.
[0073]
0.1 g of toluene was added dropwise to 1000 ml of pure water, and the mixture was vigorously stirred at 25 ° C. for 5 hours and then allowed to stand for 1 hour. The lower half of the container was used as a test solution.
[0074]
1 g of the separated activated carbon was added to the test solution and stirred for 10 hours. After stirring, the solution was filtered off using a 5A filter paper, and the toluene concentration of the obtained filtrate was measured using TOC. Table 4 shows the measurement results.
[0075]
[Table 4]

[0076]
From Table 4, it can be seen that the adsorption performance of the activated carbon of the example for toluene in water is higher than that of the activated carbon of the comparative example. Furthermore, it turns out that the activated carbon of an Example has almost adsorbed toluene in water.
[0077]
As described above, in the water-repellent activated carbon of the example, a decrease in the adsorption performance due to interaction with water is suppressed by controlling the amount of surface acidic groups and the water absorption, and the organic compound in water is adsorbed. It exhibits high adsorption performance as an adsorbent.
[0078]
【The invention's effect】
The water-repellent activated carbon of the present invention has high water repellency because the amount of surface acidic groups and the water absorption are not more than predetermined values. As a result, the water-repellent activated carbon of the present invention can adsorb organic compounds in steam or water.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the results of measuring the amount of water adsorbed on activated carbon in Examples and Comparative Examples.

Claims

A water-repellent activated carbon having a surface acidic group content of 0.05 mmol / g or less, a relative humidity of 90%, and a water absorption at 25 ° C. of 5% or less.