JP2005126292A - Manufacturing method of active carbon - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing active carbon containing a metal oxide by more simply controlling the decrease in the number of pores. <P>SOLUTION: This manufacturing method of the active carbon comprises a sugar preparation process 10 where a gel-like sugar material is prepared using carbonization treatment 16 of a sugar-containing material with an acid, a metal mixing process 20 where a metal compound is mixed with the gel-like sugar material obtained in the sugar preparation process 10, and an activation process 30 where the metal mixed material obtained in the metal mixing process 20 is activated. Since the metal compound is mixed in the gel-like sugar material, a desired quantity of the metal compound can be uniformly mixed in the sugar material having fluidity by stirring, etc., therefore, there is no fear of clogging of the pores of the active carbon by the addition of the metal or the metal compound, and its pore diameter, pore shape, pore number, etc., are controlled by the metal or the metal compound, and its performance such as gas adsorption, etc., can be improved by the metal or the metal oxide. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、活性炭の製造方法に関し、特に、ガス吸着に適する活性炭の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing activated carbon, and more particularly to a method for producing activated carbon suitable for gas adsorption.

近年、天然ガスをガソリン等の石油資源の代替として使用する技術が研究、開発されるにあたり、より大量のガスを保持できる軽量且つ小型のガス保持装置が求められている。一般に、ガスを高圧化することにより単位体積あたりのガスの量を増大させて小容積にすることができるが、高圧状態で封入するための装置が大掛かりとなり、自動車など重量化が本来の性能に悪影響を与える機器においては、好ましくない。このため、シリカ、活性アルミナ、ゼオライト、活性炭などガスを吸着且つ放出可能な材料を利用して高圧化を抑制してより多くのガスを保持する技術が考えられてきている。   In recent years, as a technique for using natural gas as an alternative to petroleum resources such as gasoline is researched and developed, a lightweight and small-sized gas holding device capable of holding a larger amount of gas is required. In general, by increasing the pressure of gas, the amount of gas per unit volume can be increased to reduce the volume. It is not preferable for devices that have an adverse effect. For this reason, a technique has been considered in which a high pressure is suppressed by using a material capable of adsorbing and releasing gas, such as silica, activated alumina, zeolite, activated carbon, and the like, and more gas is retained.

これらの材料のうち、活性炭は、比較的安価かつ容易に入手できるため、より低圧でより多量のガスを吸着できる材料を目指してさまざまな開発がなされている。ここで、活性炭は表面に存在する微細な細孔にガスを保持する。したがって、細孔径や細孔形状を制御することにより、所定のガス、あるいは所定の条件を有するガスを選択的に吸着可能とすることができる。また、これらの材料における単位あたりのガス吸着量は、単位あたりの細孔数が多いほど、具体的には、比表面積や単位あたりの細孔容積が大きいほど多くなる。したがって、これらの物性を制御して活性炭を製造する方法が開発されている。例えば、より大きな平均細孔径と比表面積とを備える活性炭を製造するために、活性炭に第8属金属化合物を添加して賦活処理する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。また、活性炭に天然ガス中の主成分の一つであるメタンを化学吸着できる金属を添加する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。   Among these materials, activated carbon is relatively inexpensive and easily available, and therefore various developments have been made aiming at materials capable of adsorbing a larger amount of gas at a lower pressure. Here, the activated carbon holds gas in fine pores existing on the surface. Therefore, it is possible to selectively adsorb a predetermined gas or a gas having a predetermined condition by controlling the pore diameter and the pore shape. In addition, the amount of gas adsorption per unit in these materials increases as the number of pores per unit increases, specifically, as the specific surface area or pore volume per unit increases. Therefore, a method for producing activated carbon by controlling these physical properties has been developed. For example, in order to produce activated carbon having a larger average pore diameter and specific surface area, a method of adding an Group 8 metal compound to activated carbon and performing an activation treatment is disclosed (for example, see Patent Document 1). In addition, a method is disclosed in which a metal capable of chemisorbing methane, which is one of the main components in natural gas, is added to activated carbon (see, for example, Patent Document 2).

特開平7−155587号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-155589 特開平6−55067号公報JP-A-6-55067

しかしながら、一度作成された活性炭に、金属化合物を添加する方法では、活性炭表面に金属化合物が付着するため、金属化合物自体が穴に入り込んだり、穴の入り口部分に付着したりして細孔を塞いだり、潰してしまったりするおそれがあり、より多くの細孔を得る、という観点では、効率が悪い可能性がある。また、活性炭は疎水性であり、また固体であるため、水溶液に調製した金属化合物を用いても、添加できる金属化合物の量が限定されたり、不均一に付着したりするおそれがある。さらに、金属化合物を活性炭に化学結合によって安定化するために、再度加熱処理する必要があり、手間がかかる。   However, in the method of adding a metal compound to the activated carbon once created, the metal compound adheres to the surface of the activated carbon, so the metal compound itself enters the hole or adheres to the entrance of the hole to block the pores. There is a possibility that it may be crushed or crushed, and in view of obtaining more pores, the efficiency may be poor. In addition, since activated carbon is hydrophobic and solid, even if a metal compound prepared in an aqueous solution is used, the amount of the metal compound that can be added may be limited or may be unevenly attached. Furthermore, in order to stabilize the metal compound to the activated carbon by chemical bonding, it is necessary to perform the heat treatment again, which is troublesome.

そこで、本発明では、より簡単に、細孔数の減少を抑制して金属酸化物を含有する活性炭を製造する方法を提供することを課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing activated carbon containing a metal oxide by suppressing the decrease in the number of pores more simply.

上記課題を解決するための手段として、本発明の第1発明は、糖質含有材料の酸による炭化処理を用いてゲル状の糖質材料を調製する糖質調製工程と、糖質調製工程で得られるゲル状の糖質材料に金属化合物を添加して混合する金属混合工程と、金属混合工程で得られる金属混合材料を賦活処理する賦活工程とを備える、活性炭の製造方法である。
また、本発明の第2発明は、さらに、草木質をリグニン質除去処理して得られる糖質含有材料を用いる活性炭の製造方法である。
本発明の第3発明は、賦活工程は、アルカリを使用する、上記いずれかの活性炭の製造方法である。
本発明の第4発明は、金属混合工程では、糖質材料の乾燥重量に対して1%〜50%の金属化合物を添加する、上記いずれかの活性炭の製造方法である。
As means for solving the above-mentioned problems, the first invention of the present invention includes a saccharide preparation step of preparing a gel-like saccharide material using an acid carbonization treatment of a saccharide-containing material, and a saccharide preparation step. It is a manufacturing method of activated carbon provided with the metal mixing process which adds and mixes a metal compound to the gel-like saccharide material obtained, and the activation process which activates the metal mixing material obtained at a metal mixing process.
The second invention of the present invention is a method for producing activated carbon using a saccharide-containing material obtained by further removing lignin from vegetation.
3rd invention of this invention is a manufacturing method of one of the said activated carbon in which an activation process uses an alkali.
4th invention of this invention is a manufacturing method of any one of the said activated carbon which adds 1%-50% of metal compounds with respect to the dry weight of carbohydrate material at a metal mixing process.

本発明によれば、より簡単に、細孔数の減少を抑制して金属酸化物を含有する活性炭を製造する方法を提供することにより、細孔数に起因する性質をより良好に保持しており、且つ金属酸化物によって所望の性質が付与された活性炭を容易に得ることができる。
第1発明によれば、糖質調製工程で糖質材料をゲル状に調製しておき、金属混合工程では、このゲル状糖質材料に金属化合物を添加するため、攪拌などによって、流動性を有する糖質材料に、所望の量の金属化合物をより均一に混合することができる。特に、金属化合物が水溶性の場合は、糖質材料が保有する水分に溶解させることができるため、より良好に糖質材料中に混合することができる。そしてこの金属混合材料を賦活処理することにより、金属または金属化合物によって細孔径、細孔形状、細孔数などを制御して、あるいは、金属または金属酸化物によってガス吸着性等の性能を向上させて、活性炭を製造することができる。したがって、この製造方法は、金属または金属化合物の添加によって活性炭の細孔を塞いだり詰めたりするおそれがなく、活性炭を形成後に金属を添加する場合と比較して、加熱(焼成)工程数を低減できる。
According to the present invention, by providing a method for producing activated carbon containing a metal oxide by suppressing the decrease in the number of pores more easily, the property resulting from the number of pores can be better maintained. In addition, it is possible to easily obtain activated carbon to which desired properties are imparted by a metal oxide.
According to the first invention, the saccharide material is prepared in a gel form in the saccharide preparation step, and in the metal mixing step, the metal compound is added to the gel saccharide material. A desired amount of the metal compound can be more uniformly mixed with the carbohydrate material. In particular, when the metal compound is water-soluble, it can be dissolved in the water held by the saccharide material, so that it can be mixed into the saccharide material better. And by activating the mixed metal material, the pore size, pore shape, number of pores, etc. are controlled by the metal or metal compound, or the performance such as gas adsorption is improved by the metal or metal oxide. Thus, activated carbon can be produced. Therefore, this manufacturing method has no risk of clogging or filling the pores of the activated carbon due to the addition of a metal or metal compound, and the number of heating (firing) steps is reduced as compared with the case where the metal is added after the activated carbon is formed. it can.

第2発明によれば、活性炭の原料として草木質を使用するため、石油資源の利用を低減できる。また、これらの草木質をリグニン質除去処理してから使用することにより、糖質材料を賦活処理する際に、リグニン質によって、形成された細孔が塞がれたり、細孔の形成自体が阻害されたりすることを抑制することができる。したがって、効率よくより多くの細孔を有する活性炭を製造することができる。
第3発明によれば、賦活工程で、アルカリを使用する、いわゆるアルカリ賦活をすることにより、より高い収率で比表面積がより大きい活性炭を得ることができる。
第4発明によれば、賦活工程における金属および/または金属化合物による作用、および得られる活性炭における金属および/または金属酸化物による作用が有意となるとともに、所定の強度を有する活性炭を得ることができる。
According to the second invention, the use of petroleum resources can be reduced because vegetation is used as a raw material for activated carbon. In addition, when these vegetative materials are used after lignin removal treatment, when the carbohydrate material is activated, the formed pores are blocked by the lignin, or the formation of the pores themselves. Inhibition can be suppressed. Therefore, activated carbon having more pores can be efficiently produced.
According to the third invention, activated carbon having a higher specific surface area can be obtained at a higher yield by performing so-called alkali activation using an alkali in the activation step.
According to the 4th invention, while the effect | action by the metal and / or metal compound in an activation process, and the effect | action by the metal and / or metal oxide in the activated carbon obtained become significant, activated carbon which has predetermined intensity | strength can be obtained. .

以下に本発明を実施するための最良の形態について説明する。
本発明に係る活性炭の製造方法では、金属または金属酸化物によって所望の性質が付与された活性炭、あるいは、製造工程中に金属または金属化合物によって所望の物性が付与された活性炭を製造することができる。活性炭の用途は、典型的には、メタン、ブタンなどの燃料ガスの吸着および放出が可能な吸着剤であるが、これに限定されず、脱臭、消臭や殺菌、触媒など公知の用途を挙げることができる。
以下、ガス吸着剤、特にメタン等の吸着剤に適すると想定される活性炭を製造する方法を例に挙げて、図1を参照して説明する。本発明は、糖質調製工程10と、金属混合工程20と、賦活工程30とを備える。本実施形態の方法は、さらに、糖質調製工程10において、粉砕処理12、リグニン質除去処理14、酸による炭化処理16を有する。
The best mode for carrying out the present invention will be described below.
In the method for producing activated carbon according to the present invention, activated carbon imparted with a desired property by a metal or metal oxide, or activated carbon imparted with a desired physical property by a metal or metal compound during the production process can be produced. . The use of activated carbon is typically an adsorbent capable of adsorbing and releasing fuel gas such as methane and butane, but is not limited thereto, and includes known uses such as deodorization, deodorization, sterilization, and catalyst. be able to.
Hereinafter, a method for producing activated carbon assumed to be suitable for a gas adsorbent, particularly an adsorbent such as methane, will be described as an example with reference to FIG. The present invention includes a carbohydrate preparation step 10, a metal mixing step 20, and an activation step 30. The method of this embodiment further includes a pulverization process 12, a lignin removal process 14, and an acid carbonization process 16 in the carbohydrate preparation step 10.

(糖質調製工程)
糖質調製工程10では、糖質を含有する材料、すなわち糖質含有材料を、賦活によって活性炭にすることができ、且つ金属または金属化合物を添加しやすい状態に調製する。
糖質含有材料は、糖質、すなわち、単糖、二糖、オリゴ糖、多糖、およびこれらの誘導体を含有する材料である。合成糖でもよいが、草木質に由来する材料を好適に選択することができる。草木質に由来する材料は、繊維であるセルロースやヘミセルロース等のかたちで多量の糖質を含有する。草木質に由来する材料としては、針葉樹、広葉樹、熱帯樹などいわゆる木本類に由来する材料でもよいが、イネ、アサ、ジュート、サイザル、綿、サトウキビなどの草本類に由来する材料、特に栽培可能な草本類に由来する材料が好ましい。具体的には、例えば、ケナフ、サイザル、ジュートなどの靭皮植物が好ましく、ケナフは、1年草で栽培が容易で入手しやすいため、特に好ましい。糖質含有材料は、草木質の糖質を含有する部分であればどこでもよいが、草本類の場合のコア(芯材)のように、繊維やパルプなどの採取に適さない部分であっても、良好に使用することができる。図1に示す形態では、ケナフのコアを糖質含有材料として使用した。
なお、糖質含有材料は、採取し、適宜、乾燥、分別などしたものでもよいし、パルプやさとうきびのバガスなど、草木質を処理した後に得られる糖質を含有する材料を用いても良い。
(Sugar preparation process)
In the saccharide preparation step 10, a saccharide-containing material, that is, a saccharide-containing material can be activated into activated carbon and prepared in a state where a metal or a metal compound can be easily added.
The saccharide-containing material is a material containing saccharides, that is, monosaccharides, disaccharides, oligosaccharides, polysaccharides, and derivatives thereof. A synthetic sugar may be used, but a material derived from a plant can be suitably selected. The material derived from plant wood contains a large amount of sugar in the form of fibers such as cellulose and hemicellulose. The material derived from the vegetation may be a material derived from so-called woods such as conifers, hardwoods, tropical trees, but materials derived from herbs such as rice, Asa, jute, sisal, cotton, sugarcane, especially cultivation Materials derived from possible herbs are preferred. Specifically, for example, bast plants such as kenaf, sisal, and jute are preferred, and kenaf is particularly preferred because it is easy to grow on annual grasses and is easily available. The sugar-containing material may be anywhere as long as it contains vegetative sugar, but even if it is a part that is not suitable for collecting fibers or pulp, such as a core in the case of herbs. Can be used well. In the form shown in FIG. 1, a kenaf core was used as the carbohydrate-containing material.
In addition, the saccharide-containing material may be collected and appropriately dried, fractionated, or the like, or a saccharide-containing material obtained after treating vegetation such as pulp or sugarcane bagasse may be used.

糖質含有材料は、糖質調製工程10において、短時間でより均一に調製できるように、小さくされていることが好ましい。具体的には、液体に浸漬させたときに全体が浸潤しやすい大きさである。したがって、例えば、チップや薄片およびそれより大きい形状の材料については、粉砕、切削など公知の方法により、予め小片化することが好ましい。小片化の手段は、特に限定されず、ミルなどの粉砕機やリファイナなどを用いることができる。図1に示す形態では、粉砕処理12において、ケナフコアを公知のミルなどの粉砕機によって粒径約1mm以下の大きさまで粉砕しておくことが好ましい。   The carbohydrate-containing material is preferably made small in the carbohydrate preparation step 10 so that it can be prepared more uniformly in a short time. Specifically, the size is such that the whole is easily infiltrated when immersed in a liquid. Therefore, for example, it is preferable that chips, flakes, and materials having a larger shape are cut into small pieces in advance by a known method such as grinding or cutting. The means for fragmentation is not particularly limited, and a pulverizer such as a mill or a refiner can be used. In the form shown in FIG. 1, in the pulverization process 12, it is preferable that the kenaf core is pulverized to a size of about 1 mm or less by a pulverizer such as a known mill.

糖質含有材料として草木質を使用する場合、賦活工程30より前にリグニン質除去処理14をすることが好ましい。草木質はセルロース等の糖質成分の他、リグニン質を多く含んでおり、一般に、リグニン質は賦活工程30において、活性炭の細孔の形成を阻害する。リグニン質除去処理14は、リグニン質をセルロース等の糖質から分離する処理であり、公知のパルプ化法と同様の方法を用いることができる。具体的には、例えば、草木質由来の糖質含有材料に硫酸を添加して酸溶解させる方法、糖質含有材料を硝酸処理およびアルカリ処理する方法(いわゆる硝酸法)、糖質含有材料をヒドロトロピ塩溶液で処理する方法(いわゆるヒドロトロピ法)を用いることができる。
リグニン質除去処理14は、酸による炭化処理16より前に行うと、糖質からリグニン質を分離するのが容易であり、好ましい。また、後述する酸による炭化処理16において好適に使用される硫酸を使用する方法であると、使用する薬品数を減らして効率よく処理することができ、好ましい。
When using vegetation as the saccharide-containing material, it is preferable to perform the lignin removal treatment 14 before the activation step 30. In addition to saccharide components such as cellulose, vegetation contains a large amount of lignin, and in general, lignin inhibits the formation of pores of activated carbon in the activation step 30. The lignin removal process 14 is a process for separating lignin from saccharides such as cellulose, and a method similar to a known pulping method can be used. Specifically, for example, a method of adding sulfuric acid to a saccharide-containing material derived from vegetation and dissolving the acid, a method of treating the saccharide-containing material with a nitric acid and an alkali (so-called nitric acid method), and a saccharide-containing material with a hydrotrope. A method of treating with a salt solution (so-called hydrotropic method) can be used.
When the lignin removal treatment 14 is performed before the carbonization treatment 16 with an acid, it is easy to separate the lignin from the carbohydrate, which is preferable. Further, the method using sulfuric acid suitably used in the carbonization treatment 16 with an acid described later is preferable because the number of chemicals used can be reduced and the treatment can be efficiently performed.

図1に示す実施形態では、リグニン質除去処理14として硫酸による処理を行った。濃度70%の硫酸に草木質を投入し、室温で1時間攪拌することにより、加水分解によって糖質とリグニン質とが分離し、糖質は水溶液中に溶解する一方、リグニン質は固体として析出する。そして、例えば、遠心分離などによって固体と液体とを分離し、液体のみを回収することにより、簡単に析出したリグニン質を除去して糖質溶液(硫酸溶液)を得ることができる。   In the embodiment shown in FIG. 1, treatment with sulfuric acid was performed as the lignin removal treatment 14. By introducing plant material into sulfuric acid with a concentration of 70% and stirring at room temperature for 1 hour, saccharides and lignin are separated by hydrolysis, and the saccharide dissolves in the aqueous solution, while lignin precipitates as a solid. To do. Then, for example, by separating the solid and the liquid by centrifugation or the like and collecting only the liquid, the precipitated lignin can be easily removed to obtain a saccharide solution (sulfuric acid solution).

酸による炭化処理16では、疎水性を向上させるとともに、炭素の割合を向上させる。すなわち、酸による炭化処理16では、低分子量化されており炭素をより多く含む部分(糖質材料)を他の成分がより少ない状態で析出させる。酸による炭化処理16では、強酸の存在下で加熱する。これにより、脱水反応およびこれに類する反応を主として起こすことができ、糖質から極性基(ヒドロキシル基、チオール基など)を除去したり、極性部分を分解したりする。これにより、糖質材料中の窒素原子や硫黄原子を低減することもでき、焼成時に人体や環境に有害な物質が発生することを抑制できる。酸による炭化処理16では、より高い温度で処理することにより短時間でゲル化可能な糖質材料を析出させることができる。例えば、180℃で1時間処理することにより、良好な収量のゲル状糖質材料を得ることができる。一方、図1に示すように、比較的穏やかな加熱条件、例えば90℃などでより長い時間、例えば5時間で処理することにより、より粒度が均一なゲル状の糖質材料を得ることができる。酸による炭化処理16で用いる強酸は、加熱によって蒸発するものであると、作業環境が悪化したり、処理液の酸濃度が低下したりするため、不揮発性の硫酸が好適である。   In the carbonization treatment 16 using an acid, the hydrophobicity is improved and the ratio of carbon is improved. That is, in the carbonization treatment 16 with an acid, a portion having a low molecular weight and containing more carbon (a saccharide material) is precipitated in a state where there are fewer other components. In the carbonization treatment 16 with an acid, heating is performed in the presence of a strong acid. As a result, a dehydration reaction and a similar reaction can be mainly caused, and polar groups (hydroxyl groups, thiol groups, etc.) are removed from carbohydrates, or polar parts are decomposed. Thereby, the nitrogen atom and sulfur atom in carbohydrate material can also be reduced, and it can suppress that a harmful substance generate | occur | produces to a human body or an environment at the time of baking. In the carbonization treatment 16 with an acid, a saccharide material that can be gelled in a short time can be precipitated by treatment at a higher temperature. For example, a 1-hour gel-like saccharide material can be obtained by treating at 180 ° C. for 1 hour. On the other hand, as shown in FIG. 1, a gel-like saccharide material having a more uniform particle size can be obtained by treating it under a relatively mild heating condition such as 90 ° C. for a longer time, for example, 5 hours. . If the strong acid used in the carbonization treatment 16 with an acid is evaporated by heating, the working environment is deteriorated or the acid concentration of the treatment liquid is lowered. Therefore, nonvolatile sulfuric acid is suitable.

酸による炭化処理16の後は、酸を除去して、所望の含水率のゲルに調製する。例えば、本実施形態では、図1に示すように、酸による炭化処理16の後の溶液に水を添加して3倍希釈した後、糖質をろ取し、さらに水で洗浄した。このようにして得られたゲル状糖質材料の含水率は、例えば、図1に示す実施形態では、90%であった。   After the carbonization treatment with acid 16, the acid is removed to prepare a gel having a desired water content. For example, in this embodiment, as shown in FIG. 1, after adding water to the solution after the carbonization treatment 16 with acid and diluting it three times, the saccharide was collected by filtration and further washed with water. The water content of the gel-like saccharide material thus obtained was 90% in the embodiment shown in FIG. 1, for example.

(金属混合工程)
金属混合工程20では、ゲル状の糖質材料に金属化合物、好ましくは水溶性の金属化合物を添加し、混合する。金属化合物は、粉状のものを、ゲル状糖質材料に直接添加することができる。水溶性の金属化合物を用いる場合、ゲル状糖質材料中の水に溶解するため、良好に分散させることができる。また、水に不溶の金属化合物の場合も、ゲル状糖質材料が流動性を有するため、攪拌などすることにより、良好に分散状態で保持させることができる。また、ゲル状糖質材料の粘性や水による表面張力により、金属化合物を糖質材料に付着した状態に安定化できる。
(Metal mixing process)
In the metal mixing step 20, a metal compound, preferably a water-soluble metal compound, is added to the gel-like saccharide material and mixed. The metal compound can be directly added to the gel-like saccharide material. When a water-soluble metal compound is used, it dissolves in water in the gel-like saccharide material, so that it can be dispersed well. Also, in the case of a metal compound insoluble in water, since the gel-like saccharide material has fluidity, it can be held in a well dispersed state by stirring. In addition, the metal compound can be stabilized in a state of adhering to the saccharide material by the viscosity of the gel saccharide material or the surface tension by water.

ここで、添加される金属は、特に限定されず、所望の性質を付与するのに適する金属の化合物を使用することができる。例えば、マグネシウム、ニッケル、カルシウム、鉄、チタンなどを挙げることができ、特に、マグネシウム、ニッケル、カルシウムでは、メタンの吸着性能が向上することが期待される。また、金属化合物は、塩化物や硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、リン酸塩などの無機塩や、酢酸塩、蟻酸塩、クエン酸塩などの有機塩など、特に限定されない。後述する賦活工程30でアルカリ賦活をする場合、これらの塩は、アルカリの添加によって水酸化物に変わってもよい。金属化合物は、焼成によって有害な物質を発生しにくく、且つ酸化物に転換されやすい金属塩、例えば、水酸化物が好ましい。また、酸化物も好ましい。したがって、例えば、水溶性でリン、窒素、硫黄などを含まない水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ニッケルなどは、好適である。また、チタンや鉄は、例えば、酸化チタンや水酸化鉄の粉末として、ゲル状糖質材料に添加して攪拌などにより、糖質材料中に分散状態で存在させることができる。   Here, the metal to be added is not particularly limited, and a metal compound suitable for imparting desired properties can be used. For example, magnesium, nickel, calcium, iron, titanium and the like can be mentioned. In particular, magnesium, nickel, and calcium are expected to improve the adsorption performance of methane. The metal compound is not particularly limited, and includes inorganic salts such as chlorides, sulfates, nitrates, carbonates and phosphates, and organic salts such as acetates, formates and citrates. When alkali activation is performed in the activation step 30 to be described later, these salts may be changed to hydroxides by addition of alkali. The metal compound is preferably a metal salt, such as a hydroxide, which does not easily generate a harmful substance upon firing and is easily converted into an oxide. Oxides are also preferred. Accordingly, for example, water-soluble magnesium hydroxide, calcium hydroxide, nickel hydroxide and the like that do not contain phosphorus, nitrogen, sulfur, and the like are preferable. Titanium and iron can be present in a dispersed state in the saccharide material, for example, as titanium oxide or iron hydroxide powder added to the gel-like saccharide material and stirring.

添加される金属化合物の量は、特に限定されないが、50%を越えると活性炭の細孔が塞がるなどして大幅に減ってしまうおそれが高い。また、金属化合物の量が、乾燥状態の糖質材料の重量に対して1%未満であると、金属を添加することによる効果が発揮されにくい。したがって、金属化合物の添加量は、乾燥状態の糖質材料の重量に対して1%以上50%以下が好ましく、より好ましくは、10%以上20%以下であると、得られる活性炭が所定の強度を有する、すなわち、その形状を保持できる。   The amount of the metal compound to be added is not particularly limited, but when it exceeds 50%, there is a high possibility that the pores of the activated carbon are blocked, and the amount is significantly reduced. In addition, when the amount of the metal compound is less than 1% with respect to the weight of the saccharide material in the dry state, the effect of adding the metal is hardly exhibited. Therefore, the addition amount of the metal compound is preferably 1% or more and 50% or less, more preferably 10% or more and 20% or less, with respect to the weight of the saccharide material in the dry state, and the obtained activated carbon has a predetermined strength. That is, it can retain its shape.

(賦活工程)
ゲル状の糖質材料は、賦活工程30の前に乾燥させておくことが好ましい。これにより、賦活工程30で必要とされる熱エネルギーを低減できるとともに、水の蒸発に伴う爆発(糖質材料の破裂)を防ぐことができる。乾燥は、例えば、105℃など、水の蒸発が促進される温度である。なお、このゲル状の糖質材料は、適宜、押出成形などによって賦形することができる。この場合は、押出し成形などによって成形後、あるいは、成形型に充填した状態で、乾燥させる。
なお、後述する賦活工程30において、アルカリ賦活を用いる場合は、ゲル状の糖質材料を乾燥させる前に水酸化カリウム等の粉末を添加し、攪拌などによって混合しておくことが好ましい。これにより、アルカリの添加工程を簡単にすることができる。
(Activation process)
The gel-like saccharide material is preferably dried before the activation step 30. Thereby, while being able to reduce the thermal energy required in the activation process 30, the explosion (rupture of saccharide material) accompanying water evaporation can be prevented. Drying is a temperature at which evaporation of water is accelerated, such as 105 ° C. The gel-like saccharide material can be appropriately shaped by extrusion or the like. In this case, it is dried after being molded by extrusion molding or the like or filled in a mold.
In addition, when using alkali activation in the activation process 30 mentioned later, it is preferable to add powder, such as potassium hydroxide, and to mix by stirring etc. before drying a gelatinous saccharide | sugar material. Thereby, the addition process of an alkali can be simplified.

賦活工程30は、活性炭を製造する場合の公知の賦活方法、アルカリ賦活、塩化亜鉛賦活、リン酸賦活等の薬品賦活や水蒸気、二酸化炭素、二酸化窒素等を用いるガス賦活などを適用することができる。好ましくは、アルカリ賦活であると、比表面積の大きい活性炭を、高収率で得ることができる。賦活における処理条件も、特に限定されず、公知の賦活条件と同様の条件とすることができる。
加熱後の焼成体は、粉砕後、希塩酸などの酸および水によって洗浄し、乾燥によって水分を除去することにより、活性炭とすることができる。
なお、賦活工程30の前に一度、焼成処理して糖質をより炭化させても良い。この場合、アルカリ賦活のためのアルカリは、焼成処理の後に添加することができる。
The activation step 30 may be a known activation method in the case of producing activated carbon, chemical activation such as alkali activation, zinc chloride activation, phosphoric acid activation, or gas activation using water vapor, carbon dioxide, nitrogen dioxide, or the like. . Preferably, when activated by alkali, activated carbon having a large specific surface area can be obtained in a high yield. The treatment conditions for activation are not particularly limited, and can be the same conditions as known activation conditions.
The fired body after heating can be converted into activated carbon by pulverization, washing with an acid such as dilute hydrochloric acid and water, and removing moisture by drying.
Note that the saccharide may be further carbonized by baking treatment once before the activation step 30. In this case, the alkali for alkali activation can be added after a baking process.

この製造方法によれば、ゲル状の糖質材料に金属化合物を添加するため、攪拌等により、簡単に糖質材料中に金属化合物を分散状態に混合することができる。また、ゲル状の糖質材料に金属化合物を添加するため、活性炭等を金属化合物の水溶液等に浸漬し、乾燥させる場合と比較して、より確実に所望の量の金属化合物を糖質材料に付着させることができる。そして、この状態で乾燥させて、賦活工程30を行うことにより、金属が付加された状態で細孔を形成させることができ、金属によって一度形成された細孔を塞いだり、細孔へのガス分子の接近を阻害するように突出したりすることを抑制できる。また、金属を、例えば、細孔の内側や奥などにも配置できることが予想される。したがって、本発明では、良好な分散状態で金属(金属酸化物)が付加された活性炭を、より少ない焼成処理で得ることができる。さらに、活性炭形成後に金属を付加する場合とは異なる位置に金属を配置することができ、金属(金属酸化物)による作用、効果をより大きく、あるいは、異なる形で得られることも期待できる。
また、本実施形態に係る方法では、特に、リグニン除去処理14と酸による炭化処理16とを施したゲル状の糖質材料に金属化合物を添加するため、活性炭となる前の材料に不純物が少なく、金属化合物との予期しない、あるいは好ましくない反応を良好に抑制することができる。また、アルカリ賦活をする場合に、ゲル状の糖質材料にアルカリ(水酸化カリウム等)を添加することにより、金属化合物の場合と同様、アルカリ水溶液に活性炭等を浸漬、乾燥させる場合よりもより確実にアルカリの量を制御することができる。
According to this production method, since the metal compound is added to the gel-like saccharide material, the metal compound can be easily mixed in the saccharide material in a dispersed state by stirring or the like. In addition, since the metal compound is added to the gel-like saccharide material, the desired amount of the metal compound is added to the saccharide material more reliably than when activated carbon is immersed in an aqueous solution of the metal compound and dried. Can be attached. Then, by drying in this state and performing the activation step 30, pores can be formed in a state where the metal is added, and the pores once formed by the metal are blocked or gas to the pores is formed. Protruding so as to inhibit the approach of molecules can be suppressed. In addition, it is expected that the metal can be disposed, for example, on the inside or the back of the pore. Therefore, in the present invention, activated carbon to which a metal (metal oxide) is added in a good dispersion state can be obtained with less firing treatment. Furthermore, it is possible to arrange the metal at a position different from the case where the metal is added after the activated carbon is formed, and it is expected that the action and effect of the metal (metal oxide) can be increased or obtained in a different form.
Further, in the method according to this embodiment, since the metal compound is added to the gel-like saccharide material subjected to the lignin removal treatment 14 and the acid carbonization treatment 16 in particular, there are few impurities in the material before becoming activated carbon. Unexpected or undesirable reaction with the metal compound can be satisfactorily suppressed. In addition, when alkali activation is performed, by adding alkali (potassium hydroxide or the like) to the gel-like saccharide material, as in the case of the metal compound, the activated carbon or the like is immersed in an aqueous alkaline solution and dried more. The amount of alkali can be reliably controlled.

以下の方法により、本発明に係る活性炭(実施例1)および比較のための活性炭(比較例1,2)を製造した。
実施例1:
(1)ケナフ芯材を粒径約1mm以下に粉砕し、70%硫酸に室温下で約1時間かけて溶解させ、反応混合物を1300Gで10分間遠心分離し、固形分(硫酸リグニン等)を除去した。
(2)(1)で得られる液相を90℃で5時間加熱し、この液相を水で3倍に希釈して、ガラスフィルターで濾過し、ろ物をpH4となるまで水で洗浄してゲル状の固形分を得た。
(3)(2)のゲル状の固形分(含水率90%)100gに水酸化マグネシウム10gを添加し、常温で攪拌した。
(4)(3)の固形分に、さらに、水酸化カリウム10gを添加し、常温で2時間攪拌し、105℃で乾燥させて水分を除去した。
(5)(4)で得られた乾燥体をN雰囲気下で750℃で約5時間焼成して焼成体を得、焼成体を粉砕後、希塩酸および水で洗浄してアルカリを除去した後、ろ過し、ろ物を105℃で48時間乾燥させて、活性炭を得た。これを実施例1とした。
Activated carbon according to the present invention (Example 1) and comparative activated carbon (Comparative Examples 1 and 2) were produced by the following method.
Example 1:
(1) The kenaf core material is pulverized to a particle size of about 1 mm or less, dissolved in 70% sulfuric acid at room temperature for about 1 hour, and the reaction mixture is centrifuged at 1300 G for 10 minutes to obtain solids (eg, lignin sulfate). Removed.
(2) The liquid phase obtained in (1) is heated at 90 ° C. for 5 hours, this liquid phase is diluted 3 times with water, filtered through a glass filter, and the filtrate is washed with water until pH 4 is reached. Thus, a gel-like solid was obtained.
(3) 10 g of magnesium hydroxide was added to 100 g of the gel-like solid content (water content 90%) of (2) and stirred at room temperature.
(4) Further, 10 g of potassium hydroxide was added to the solid content of (3), stirred at room temperature for 2 hours, and dried at 105 ° C. to remove moisture.
(5) The dried product obtained in (4) was calcined at 750 ° C. for about 5 hours in an N 2 atmosphere to obtain a calcined product. After the calcined product was crushed and washed with dilute hydrochloric acid and water, the alkali was removed. The filtrate was dried at 105 ° C. for 48 hours to obtain activated carbon. This was designated Example 1.

比較例1:
(6)実施例1の(2)で得られるゲル状の固形分(含水率90%)100gに水酸化カリウム10gを添加し、常温で2時間攪拌し、105℃で乾燥させて水分を除去した。
(7)(6)で得られた乾燥体をN雰囲気下で750℃で約5時間焼成して焼成体を得、焼成体を粉砕後、希塩酸および水で洗浄してアルカリを除去した後、ろ過し、ろ物を105℃で48時間乾燥させて、活性炭を得た。これを比較例1とした。
比較例2:
(8)比較例1の(7)で得られた活性炭3gを10wt%硝酸マグネシウム水溶液20mLに含浸し、24時間攪拌した。
(9)(8)の溶液に1N水酸化カリウムを添加して水溶液をpH10に調整し、12時間攪拌後、5Lの水に分散させて、ガラスフィルターでろ過、水で洗浄後、ろ物を減圧下、300℃で1時間焼成して、活性炭を得た。これを比較例2とした。
Comparative Example 1:
(6) 10 g of potassium hydroxide was added to 100 g of the gel-like solid content (water content 90%) obtained in (2) of Example 1, stirred at room temperature for 2 hours, and dried at 105 ° C. to remove moisture. did.
(7) The dried product obtained in (6) was calcined at 750 ° C. for about 5 hours in an N 2 atmosphere to obtain a calcined product, which was pulverized and washed with dilute hydrochloric acid and water to remove the alkali. The filtrate was dried at 105 ° C. for 48 hours to obtain activated carbon. This was designated as Comparative Example 1.
Comparative Example 2:
(8) 3 g of the activated carbon obtained in (7) of Comparative Example 1 was impregnated in 20 mL of a 10 wt% magnesium nitrate aqueous solution and stirred for 24 hours.
(9) 1N potassium hydroxide is added to the solution of (8) to adjust the aqueous solution to pH 10, stirred for 12 hours, dispersed in 5 L of water, filtered through a glass filter, washed with water, Firing was performed at 300 ° C. for 1 hour under reduced pressure to obtain activated carbon. This was designated as Comparative Example 2.

これらの活性炭について、それぞれ窒素ガスを用いるBET法によって比表面積を、これに基づくT−プロットによって細孔容積を求めた。結果を表1に示す。

Figure 2005126292
About these activated carbons, the specific surface area was calculated | required by the BET method using nitrogen gas, respectively, and the pore volume was calculated | required by T-plot based on this. The results are shown in Table 1.
Figure 2005126292

これにより、実施例1の活性炭では、金属を付加しない比較例1の活性炭と比較して、比表面積が大きくなっており、細孔数が増大していることが明らかとなった。また、比較例1の活性炭に後で金属を添加した比較例2では、比較例1よりも比表面積が小さくなっており、金属を添加したことによって、細孔が塞がったり、埋まったりしていることが明らかとなった。このことから、活性炭となる前、すなわち賦活前の炭素質材料に金属を添加しておく本発明の方法により、活性炭の細孔を良好に増大させられることが分かった。また、実施例1では、比較例1と比較して細孔容積が0.2mL/g増加しており、金属化合物の添加により、細孔径がより大きい細孔が形成されていると予想される。一方、活性炭に金属を添加した比較例2では、比較例1よりも細孔容積が小さくなっており、金属化合物が細孔内に詰まったり、細孔が塞がれたりしていることが考えられる。   This revealed that the activated carbon of Example 1 had a larger specific surface area and an increased number of pores compared to the activated carbon of Comparative Example 1 in which no metal was added. Moreover, in the comparative example 2 which added the metal later to the activated carbon of the comparative example 1, the specific surface area is smaller than that of the comparative example 1, and the pores are blocked or buried by adding the metal. It became clear. From this, it was found that the pores of the activated carbon can be favorably increased by the method of the present invention in which a metal is added to the carbonaceous material before activation, that is, before activation. In Example 1, the pore volume was increased by 0.2 mL / g compared to Comparative Example 1, and it is expected that pores having a larger pore diameter were formed by the addition of the metal compound. . On the other hand, in Comparative Example 2 in which a metal is added to activated carbon, the pore volume is smaller than in Comparative Example 1, and it is considered that the metal compound is clogged in the pores or the pores are blocked. It is done.

本発明の一実施形態に係る活性炭の製造方法の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the manufacturing method of the activated carbon which concerns on one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 糖質調製工程
12 粉砕処理
14 リグニン質除去処理
16 酸による炭化処理
20 金属混合工程
30 賦活工程
10 Carbohydrate Preparation Process 12 Grinding Process 14 Lignin Removal Process 16 Acid Carbonization Process 20 Metal Mixing Process 30 Activation Process

Claims (4)

糖質含有材料の酸による炭化処理を用いてゲル状の糖質材料を調製する糖質調製工程と、
糖質調製工程で得られるゲル状の糖質材料に、金属化合物を添加して混合する金属混合工程と、
金属混合工程で得られる金属混合材料を賦活処理する賦活工程と
を備える、活性炭の製造方法。
A saccharide preparation step of preparing a gel-like saccharide material using carbonization treatment of the saccharide-containing material with an acid;
A metal mixing step of adding and mixing a metal compound to the gel-like saccharide material obtained in the saccharide preparation step;
A method for producing activated carbon, comprising: an activation step of activating the metal mixed material obtained in the metal mixing step.
草木質をリグニン除去処理して得られる糖質含有材料を用いる、請求項1に記載の活性炭の製造方法。   The method for producing activated carbon according to claim 1, wherein a saccharide-containing material obtained by removing lignin from vegetation is used. 賦活工程は、アルカリを使用する、請求項1または2に記載の活性炭の製造方法。   The method for producing activated carbon according to claim 1, wherein the activation step uses an alkali. 金属混合工程では、糖質材料の乾燥重量に対して1%〜50%の金属化合物を添加する、請求項1〜3のいずれかに記載の活性炭の製造方法。
The method for producing activated carbon according to any one of claims 1 to 3, wherein in the metal mixing step, 1% to 50% of a metal compound is added to the dry weight of the saccharide material.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007145147A1 (en) * 2006-06-16 2007-12-21 Nippon Shokubai Co., Ltd. Method for producing iron-containing carbon material
JP2013199413A (en) * 2012-03-26 2013-10-03 Kurita Water Ind Ltd Method for cleaning fine particle
JP2015013767A (en) * 2013-07-04 2015-01-22 国立大学法人九州工業大学 Method for producing porous carbon material
JP2016005843A (en) * 2009-02-27 2016-01-14 ビーエーエスエフ コーポレーション Process for production of metal-carbon-bearing bodies
CN106276895A (en) * 2016-08-05 2017-01-04 南通绿业中试技术研究院有限公司 A kind of preparation method of amberlite aliphatic radical material with carbon element
US10010867B2 (en) 2009-02-27 2018-07-03 Basf Corporation Process for producing carbon nanofibers and/or carbon nanotubes
US10279328B2 (en) 2009-02-27 2019-05-07 Basf Corporation Process for the preparation of metal-carbon containing bodies
KR20230069355A (en) * 2021-11-12 2023-05-19 한국화학연구원 Method of preparing ultra-high specific surface area spherical activated carbon and the activated carbon thereby

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007145147A1 (en) * 2006-06-16 2007-12-21 Nippon Shokubai Co., Ltd. Method for producing iron-containing carbon material
JP2008021638A (en) * 2006-06-16 2008-01-31 Osaka City Manufacturing method of iron-containing carbon material
JP2016005843A (en) * 2009-02-27 2016-01-14 ビーエーエスエフ コーポレーション Process for production of metal-carbon-bearing bodies
US10010867B2 (en) 2009-02-27 2018-07-03 Basf Corporation Process for producing carbon nanofibers and/or carbon nanotubes
US10279328B2 (en) 2009-02-27 2019-05-07 Basf Corporation Process for the preparation of metal-carbon containing bodies
JP2013199413A (en) * 2012-03-26 2013-10-03 Kurita Water Ind Ltd Method for cleaning fine particle
JP2015013767A (en) * 2013-07-04 2015-01-22 国立大学法人九州工業大学 Method for producing porous carbon material
CN106276895A (en) * 2016-08-05 2017-01-04 南通绿业中试技术研究院有限公司 A kind of preparation method of amberlite aliphatic radical material with carbon element
KR20230069355A (en) * 2021-11-12 2023-05-19 한국화학연구원 Method of preparing ultra-high specific surface area spherical activated carbon and the activated carbon thereby
KR102595632B1 (en) 2021-11-12 2023-10-27 한국화학연구원 Method of preparing ultra-high specific surface area spherical activated carbon and the activated carbon thereby

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