JP2005350319A

JP2005350319A - 活性炭複合材及びその製造方法

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Publication number: JP2005350319A
Application number: JP2004174951A
Authority: JP
Inventors: Toichiro Izawa; 登一郎井澤; Masayuki Goto; 正幸後藤; Michio Takayanagi; 岐夫高柳
Original assignee: OOTAKE SERAMU KK; OTAKE SERAMU KK
Current assignee: OOTAKE SERAMU KK; OTAKE SERAMU KK
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】吸着力と強度を兼備させる。
【解決手段】ベントナイト、セピオライト、雲母の中から少なくととも１種以上を選択し
、これを結合剤として活性炭に配合し、この配合物に、結合助剤として、ホウケイ酸ガラ
スが添加し、これを成形した後、７００℃以下、脱酸素雰囲気で焼成することによって、
結合剤に含まれているアルミナ、シリカ等の主成分を溶融させることなく、結合剤層間に
存在するアルカリ・アルカリ土類金属カチオンの溶融・固着、並びに、ホウケイ酸ガラス
の軟化・固着により、成形体を焼結させ、更に層間で吸着力を補う。
【選択図】なし

Description

本発明は、空気中に漂う臭気成分、その他の浮遊物を吸着するための活性炭複合材及び
その製造方法に関する。

従来、脱臭や空気浄化に用いる吸着材として、活性炭に結合剤を配合し、これを成形、
焼成した活性炭複合材が知られており、前記結合剤は、カオリン、ゼオライト、パイロフ
ィライト等の鉱物原料が使用されていた（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１６５８１０号公報（第２頁、右欄２８〜３１行）

ところが、鉱物原料のうち、大部分のもの（例えば、カオリン、ゼオライト、、パイロ
フィライト等）は、これを焼結させるため、焼成温度を１０００℃以上にせねばならず、
１０００℃以上の温度にすることで、鉱物原料粉の粒子表面に液相をつくり、この液相が
他の鉱物原料粒子や活性炭粒子と融着・固化して、全体が焼結するのであるが、この液相
は幾分の流動性を有し、そのため活性炭の細孔に入り込んで、開口を塞いでしまうことか
ら、上記方法では活性炭自体の吸着力低下は避けられなかった。
従って、活性炭複合材に、実用上必要な吸着力を確保するためには、配合中の活性炭比
率を高くし、結合剤比率を低く抑えればよいが、すると強度は低下してしまい、吸着力と
強度を兼備させることは出来なかった。

本発明は、上記従来技術に基づく、吸着力と強度を兼備させねばならない課題に鑑み、
構成単位が層状に積重してなる鉱物（所謂、層間化合物）のうち、ベントナイト、セピオ
ライト、雲母の中から少なくととも１種以上を選択し、これを結合剤として活性炭に配合
し、この配合物にホウケイ酸ガラスを添加し、これを成形した後、７００℃以下の脱酸素
雰囲気で焼成することによって、結合剤に含まれているアルミナ、シリカ等の主成分を溶
融させることなく、結合剤の層間に存在するアルカリ・アルカリ土類金属カチオンの溶融
・固着、並びに、ホウケイ酸ガラスの軟化・固着により、成形体を焼結させ、更に層間で
吸着力を補う様にして、上記課題を解決する。

要するに本発明は、層間化合物の中でも、焼結に作用し易いアルカリ・アルカリ土類金
属のカチオン含有量が多く、低温下での点結合に適した鉱物原料を特に選択し、これを結
合剤として活性炭に配合し、この配合物にホウケイ酸ガラスを添加したものを成形し、７
００℃以下の脱酸素雰囲気で焼成する様にしたので、この温度域で上記結合剤はその粒子
表面に液相を生成しないが、層間に存在するアルカリ・アルカリ土類金属カチオンが溶融
し、活性炭と点結合することによって、活性炭の細孔数を元来の状態に維持したまま、成
形体全体を焼結、一体化させることが出来る。
更に、７００℃以下において、ホウケイ酸ガラスは、軟化するも、流動性を有する液相
を生成するまでには至らないから、ホウケイ酸ガラスを添加しても、活性炭の細孔をホウ
ケイ酸ガラスの溶融物で塞いでしまうことはなく、むしろホウケイ酸ガラスの軟化・固着
により、結合力をより強くすることが出来る。
又、結合剤の層間は活性炭の細孔と同じく吸着作用を有することから、強度確保のため
に、配合中の結合剤比率を高くしても、吸着作用に関与する有効面積は減少しない。
そして、結合剤の層間距離（１０〜２０ｎｍ）は、活性炭の細孔径（２〜７ｎｍ）より
も大であるため、活性炭複合材の見掛け上の細孔径分布は、活性炭のそれよりも幅広くな
り、全体としての吸着力はむしろ向上する。
従って、従来品よりも強力な吸着力を有する活性炭複合材を得ることが出来、この活性
炭複合材は、実用に耐え得る高い強度も有しているため、様々な用途に適用することが出
来る。

焼成時に焼失する有機物粉を配合物に混合する様にしたので、活性炭細孔より大きな気
孔を形成し、比表面積を増大させると共に、吸着作用を有する見掛け上の細孔径分布幅を
更に拡張して、吸着力の更なる向上を図ることが出来る等その実用的効果甚だ大である。

本発明に係る活性炭複合材は、活性炭の粉末に結合剤の粉末を配合し、この配合物を所
望の形に成形した後、この成形体を７００℃以下、脱酸素雰囲気で焼成したものであり、
本発明の特徴は、結合剤を特に選択すると共に、配合物に、結合助剤として、ホウケイ酸
ガラスの粉末を添加したことにある。

結合剤は、ベントナイト、セピオライト、雲母の中から少なくととも１種以上を選択し
て用いる。
ベントナイトは、モンモリロナイト（アルミニウムの含水ケイ酸塩が主体の粘土鉱物）
を主成分とし、ゲル状ケイ酸を含んでなり、膨潤性及びイオン交換性が極めて高く、膨潤
土とも呼ばれている。
又、セピオライトはマグネシウムの含水ケイ酸塩が主体の粘土鉱物であり、雲母は熱変
成により生成した組成が複雑な固溶体鉱物群である。
そして、ベントナイト、セピオライト及び雲母は、鉱物の構成単位が層状に積重してな
り、層と層の間に１０〜２０ｎｍ程度の間隙があり、間隙が存在することによって、２０
０〜３００ｍ² ／ｇの比表面積を有し、この様な構造を有するものは、一般的に層間化合
物と称されている。
又、ベントナイト、セピオライト及び雲母は、その層間にアルカリ・アルカリ土類金属
のカチオン（例えば、ナトリウムイオン、カルシウムイオン等）を多く含んでおり、この
カチオンは焼成等の加熱により、空気中の酸素、又は鉱物原料がその構成中に有する酸素
原子を取り込んで、一旦酸化物となった後に溶融し、その融点はおおよそ７００℃以下で
ある。

ホウケイ酸ガラスとは、ホウ酸及び二酸化ケイ素を主成分とするアルカリ分の少ないガ
ラスであり、ホウケイ酸低アルカリガラスとホウケイ酸無アルカリガラスがある。
一般に、温度計、金属封入用ガラス、理科学用ガラス等に用いられ、ホウケイ酸低アル
カリガラスの成分は、二酸化ケイ素６５〜８５％、三酸化ホウ素５〜２５％、酸化アルミ
ニウム１〜５％、酸化鉄０．５％以下、酸化カルシウム４〜８％、酸化マグネシウム０．
５〜２％、酸化ナトリム５〜１４％、酸化カリウム１〜６％である。

本発明の方法によれば、７００℃以下の脱酸雰囲気下で焼成しているため、成形体中の
活性炭は酸化されてしまわず、ベントナイト、セピオライト及び雲母は、これらを構成す
る主成分が溶融することなく、層間カチオン類のみが、変化した後溶融し、この溶融物に
よって、成形体中の各原料粒子は点結合されて、一体化される。
又、焼成温度が７００℃以下であるから、ホウケイ酸ガラスは、軟化するも溶融せず、
ホウケイ酸ガラスの軟化・固着により、成形体中の各原料粒子の結合力をより強くなる。

以下に実施例を示し、本発明について更に詳細に説明する。

本発明の製造方法、並びに従来方法で試験体を作製し、得られた試験体について、圧壊
強度等の各種物性と、吸着力の評価としてのアセトン吸着量を測定した。
具体的には、先ず、末尾の表１上欄の調合表に従って、各原料粉を秤量し、これに少量
且つ一定量のバインダーを加えた後、混練し、これを寸法５０×５０×５０ｍｍの立方体
形に成形した。
次に、上記成形体を、表１中欄に示す通り、試験体Ｎｏ１〜５（本発明品）のものは６
５０℃、試験体Ｎｏ６（従来品）ものは１１００℃、脱酸素雰囲気下で焼成した。
最後に、各試験体の特性比較のため、表１下欄に示す通り、各種物性及び吸着力を測定
した。
尚、活性炭は平均細孔径１．９ｎｍ、比表面積１５００ｍ² ／ｇのものを使用した。

表１下欄に示す様に、本発明のものは、いずれも従来品よりも高い圧壊強度を示し、特
に試験体Ｎｏ１及び２のものは、試験体Ｎｏ３のものより高く、これは結合剤にホウケイ
酸ガラスを添加したことによるものと考えられる。
尚、試験体Ｎｏ１のものにおいて、比表面積９００ｍ² ／ｇは、使用した活性炭の比表
面積（１５００ｍ² ／ｇ）×配合率（５５重量％）＝８５０ｍ² ／ｇを超えており、これ
はセピオライト、ベントナイトの層間によるものと考えられる。
又、平均細孔径が２．１９ｎｍを示す、これも活性炭の平均細孔径１．９ｎｍを超えて
いるが、同様の理由によるものと考えられる。

試験体Ｎｏ４のものは、焼成時に焼失する有機物粉を配合物に混合しており、他の発明
品に比べ、圧壊強度がやや劣るが、従来品（試験体Ｎｏ６）よりも高く、実用上十分な値
を示した。
又、本実施例においては、被吸着物をアセトンにしたため、試験体Ｎｏ１〜３と、試験
体Ｎｏ４のものとで、差異が認められないが、被吸着物をより大きな粒子のものとすれば
、平均細孔径の差異からして、明確な差が認められると思われ、試験体Ｎｏ４のものは、
平均細孔径２．３５ｎｍを示し、例えば、ディーゼルエンジン排ガスに含まれる様な微粒
子の吸着にその効果を発揮するものと思われる。

そして、試験体Ｎｏ５のものは、配合中の活性炭比率を高くしたため、他のいずれのも
のより、優れた吸着力を示し、それでも圧壊強度は３．９ＭＰａを示し、この値は従来品
の２．０ＭＰａを遙かに凌ぐものである。

Claims

活性炭と結合剤との配合物を成形した後、７００℃以下、脱酸素雰囲気で焼成して形成
した活性炭複合材であって、
前記結合剤は、ベントナイト、セピオライト、雲母の中から少なくととも１種以上を選
択したものから成り、前記配合物に、結合助剤として、ホウケイ酸ガラスが添加されてい
ることを特徴とする活性炭複合材。
焼成時に焼失する有機物粉を前記配合物に混合したことを特徴とする請求項１記載の活
性炭複合材。
活性炭と結合剤との配合物を成形した後、７００℃以下、脱酸素雰囲気で焼成して形成
する様にした活性炭複合材の製造方法であって、
前記結合剤を、ベントナイト、セピオライト、雲母の中から少なくととも１種以上を選
択したものとし、前記配合物に、結合助剤として、ホウケイ酸ガラスを添加する様にした
ことを特徴とする活性炭複合材の製造方法。
焼成時に焼失する有機物粉を前記配合物に混合したことを特徴とする請求項３記載の活
性炭複合材の製造方法。