JP2006247527A - Adsorbent - Google Patents

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Hisatsugu Izuhara
久嗣 出原
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Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an adsorbent having an excellent adsorption property even in the case of dynamic adsorption such as water passing through treatment. <P>SOLUTION: The adsorbent of the present invention comprises porous carbon in which the ratio of the volume of pores having a pore size of 20 Å to 100 Å to the volume of pores having a pore size of 100 Å or smaller is 5 to 50% and the ratio of the volume of pores having a pore size of 10 Å or smaller to the volume of pores having a pore size of 100 Å or smaller is 45% or more. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、吸着剤に関するものであり、より詳細には、浄水用吸着剤に関するものである。   The present invention relates to an adsorbent, and more particularly to an adsorbent for water purification.

飲料水用の水道水には、殺菌のため塩素が添加されるが、残留塩素は、殺菌作用以外に有機物の酸化分解作用も有しており、発ガン性物質であるトリハロメタン類或いはその他の有機塩素系化合物を生成する。トリハロメタン類は、分子量が小さく比較的沸点が低いうえ、水道水中に含まれる濃度は極めて希薄である。このため、従来の活性炭では、これらの有害物質を十分除去することが困難であることから、一般に、吸着容量を高めるために比表面積の高い活性炭が使用されてきた。賦活方法としては、ガス賦活として水蒸気賦活されたものが圧倒的に多いが、近年では水酸化アルカリで賦活された薬品賦活も行われてきており、特定成分の吸着特性を得るために、細孔径分布の制御や表面性状の制御が検討されてきている。   Chlorine is added to tap water for drinking water for sterilization. Residual chlorine has an oxidative decomposition action of organic substances in addition to the sterilization action, and is a carcinogen such as trihalomethanes or other organic substances. Generates chlorinated compounds. Trihalomethanes have a small molecular weight, a relatively low boiling point, and a very low concentration in tap water. For this reason, since it is difficult for conventional activated carbon to sufficiently remove these harmful substances, activated carbon having a high specific surface area has generally been used to increase the adsorption capacity. As the activation method, the gas activation is overwhelmingly the most, but in recent years chemical activation activated with alkali hydroxide has also been performed, and in order to obtain the adsorption characteristics of specific components, the pore diameter Control of distribution and surface properties have been studied.

例えば、特許文献1には、直径6〜8Åの細孔の100Å以下の細孔容積に対する割合が、65vol%以上である活性炭が開示され,静的吸着力である平衡吸着量が大きくなることが示されている。また、特許文献2には、表面酸性官能基が、0.1meq/g以下の活性炭が開示されている。表面酸性官能基量が多く親水性が高すぎると、水溶液中の吸着では水分子の吸着が優先され、有機塩素系化合物の吸着能を減少させるためとされている。   For example, Patent Document 1 discloses activated carbon in which the ratio of pores having diameters of 6 to 8 mm to pore volumes of 100 mm or less is 65 vol% or more, and the amount of equilibrium adsorption that is a static adsorption force is increased. It is shown. Patent Document 2 discloses activated carbon having a surface acidic functional group of 0.1 meq / g or less. If the amount of acidic functional groups on the surface is large and the hydrophilicity is too high, the adsorption of water molecules is given priority in the adsorption in an aqueous solution, and the adsorption ability of the organic chlorine compound is reduced.

ところで、近年、フラーレン、フラーレンを含有する煤やこれからフラーレンを抽出した残渣などの新たな炭素材料が注目されている。(例えば、非特許文献1)
特開平9−110409号公報 特開平8−281099号公報 Minato Egashira et al、“Carbon framework structure produced in the FUllerene related material(フラーレン関連物質に製造される炭素骨格構造)”“Carbon(炭素) 38(2000)615−621”
By the way, in recent years, new carbon materials such as fullerenes, soots containing fullerenes and residues obtained by extracting fullerenes have attracted attention. (For example, Non-Patent Document 1)
JP-A-9-110409 JP-A-8-289999 Minato Egashira et al, “Carbon framework structure produced in the Fullerene related material (carbon skeleton structure produced in fullerene related materials)” “Carbon” 38 (2000) 615-62

本来の通水処理では、動的吸着であるため、吸着容量は平衡吸着量より相当低くなってしまう。すなわち、通水処理では吸着速度が重要な要素となっている。例えば、特許文献1のように直径が6〜8Åの小さな細孔を形成させると、平衡吸着量は大きくなるものの、細孔内での拡散速度が非常に遅くなるので、通水処理では十分に吸着できないという課題がある。また、特許文献2のように表面酸性官能基を減少させてしまうと、従来のような細孔範囲での吸着剤では、水分子の細孔内での拡散速度が極端に遅くなり、通水処理では、水中のトリハロメタン類の吸着速度が極端に遅くなるという課題がある。   In the original water flow treatment, since it is dynamic adsorption, the adsorption capacity is considerably lower than the equilibrium adsorption amount. That is, the adsorption rate is an important factor in the water treatment. For example, when a small pore having a diameter of 6 to 8 mm is formed as in Patent Document 1, although the equilibrium adsorption amount is increased, the diffusion rate in the pore becomes very slow. There is a problem that it cannot be adsorbed. Moreover, if the surface acidic functional group is reduced as in Patent Document 2, the diffusion rate of water molecules in the pores becomes extremely slow in the conventional adsorbent in the pore range, so In the treatment, there is a problem that the adsorption rate of trihalomethanes in water becomes extremely slow.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、通水処理の如く動的吸着態様においても、吸着性能に優れる吸着剤を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the adsorption agent which is excellent in adsorption | suction performance also in a dynamic adsorption aspect like a water flow process.

上記課題を解決することのできた本発明の吸着剤とは、細孔径が100Å以下の細孔容積に対して、細孔径20Å〜100Åの細孔容積比率が5〜50%であり、細孔径10Å以下の細孔容積比率が45%以上である多孔質炭素を含有することを特徴とする。   The adsorbent of the present invention capable of solving the above problems has a pore volume ratio of 5 to 50% of a pore diameter of 20 to 100% with respect to a pore volume of 100 or less. It contains porous carbon having the following pore volume ratio of 45% or more.

本発明において、細孔径が100Å以下の細孔容積に対して、細孔径20Å〜100Åの細孔容積比率を5〜50%とするのは、比較的大きな細孔の割合を高めて、動的吸着力を高めるためである。一方、静的吸着力である平衡吸着量を高める必要もあることから、静的平衡吸着量に有効な細孔径10Å以下の細孔容積比率を45%以上とする。上記のような構成とすることによって、静的吸着力と動的吸着力とを両立することができる。また、前記細孔径10Å以下の細孔容積比率の上限は85%とすることが好ましい。さらに、前記細孔径20Å〜100Åの細孔容積比率を5〜30%とすることも好ましい態様である。10Å以下の細孔容積と20Å〜100Åの細孔容積とを一定比率にすることによって、静的吸着力と動的吸着力のバランスが良好になるからである。また、前記多孔質炭素のBET比表面積は、350〜1450m2/gであることが好ましい。 In the present invention, with respect to the pore volume having a pore diameter of 100 mm or less, setting the pore volume ratio of the pore diameter of 20-100 mm to 5-50% increases the proportion of relatively large pores, This is to increase the adsorption power. On the other hand, since it is necessary to increase the equilibrium adsorption amount, which is a static adsorption force, the pore volume ratio with a pore diameter of 10 mm or less effective for the static equilibrium adsorption amount is set to 45% or more. By setting it as the above structures, static adsorption force and dynamic adsorption force can be made compatible. The upper limit of the pore volume ratio of the pore diameter of 10 mm or less is preferably 85%. Furthermore, it is also a preferable aspect that the pore volume ratio of the pore diameter of 20 to 100% is 5 to 30%. This is because the balance between the static adsorption force and the dynamic adsorption force is improved by making the pore volume of 10 mm or less and the pore volume of 20 mm to 100 mm constant. The BET specific surface area of the porous carbon is preferably 350 to 1450 m 2 / g.

本発明で使用する多孔質炭素は、特異的な炭素質物質を賦活して得られる新たな多孔質炭素であり、フラーレン、フラーレン含有煤、及び、フラーレン含有煤からフラーレンの少なくとも一部を実質的に抽出して得られる抽出残渣物よりなる群から選択される少なくとも1種の炭素質物質を賦活して得られたものであることが好ましい。   The porous carbon used in the present invention is a new porous carbon obtained by activating a specific carbonaceous material. Fullerene, fullerene-containing soot, and at least a part of fullerene from the fullerene-containing soot are substantially contained. It is preferably obtained by activating at least one carbonaceous material selected from the group consisting of extraction residues obtained by extraction.

本発明の吸着剤は、動的吸着力と静的吸着力との両方に優れる。特に、通水処理における浄水用吸着剤として好適であり、トリハロメタン類或いはその他の有機塩素系化合物を吸着するのに優れている。   The adsorbent of the present invention is excellent in both dynamic adsorption force and static adsorption force. In particular, it is suitable as an adsorbent for water purification in water flow treatment, and is excellent in adsorbing trihalomethanes or other organochlorine compounds.

本発明の吸着剤は、細孔径が100Å(10nm)以下の細孔容積に対して、細孔径20Å(2nm)〜100Å(10nm)の細孔容積比率が5〜50%であり、細孔径10Å(1nm)以下の細孔容積比率が45%以上である多孔質炭素を含有することを特徴とする。細孔径が20Å以上100Å以下の細孔は、被吸着物質の多孔質炭素内部への拡散速度を早めて、動的吸着力を高めるのに有効であると考えられるものであり、本発明では、細孔径が100Å以下の細孔容積に対する20Å〜100Åの細孔容積比率を5%以上とする。細孔径20Å〜100Åの細孔容積比率が低くなりすぎると、被吸着物質の多孔質炭素内部への拡散速度が低くなって、動的吸着力が低下する。一方、細孔径20Å〜100Åの細孔容積比率が高くなりすぎると、その反面で、静的吸着力(平衡吸着量)を高めるのに有効な比較的小さな細孔(例えば、細孔径10Å以下)の細孔容積比率が低下して、吸着量が低下する場合がある。そのため本発明では、細孔径が100Å以下の細孔容積に対する20Å〜100Åの細孔容積比率を50%以下、より好ましくは40%以下、さらに好ましくは30%以下とする。   The adsorbent of the present invention has a pore volume ratio of 5% to 50% of a pore diameter of 20% (2 nm) to 100% (10 nm) with respect to a pore volume having a pore size of 100% (10 nm) or less, and a pore size of 10%. It contains porous carbon having a pore volume ratio of (1 nm) or less of 45% or more. The pores having a pore diameter of 20 to 100 mm are considered to be effective for increasing the dynamic adsorption force by increasing the diffusion rate of the adsorbed substance into the porous carbon. A pore volume ratio of 20 to 100% with respect to a pore volume having a pore size of 100 or less is set to 5% or more. If the pore volume ratio of the pore diameters of 20 to 100 is too low, the diffusion rate of the adsorbed substance into the porous carbon is lowered, and the dynamic adsorption force is reduced. On the other hand, if the pore volume ratio of pore sizes 20 to 100 is too high, on the other hand, relatively small pores effective for increasing the static adsorption force (equilibrium adsorption amount) (for example, pore sizes of 10 mm or less). The pore volume ratio may decrease and the amount of adsorption may decrease. Therefore, in the present invention, the pore volume ratio of 20 to 100% with respect to the pore volume having a pore size of 100 or less is 50% or less, more preferably 40% or less, and further preferably 30% or less.

また、多孔質炭素における細孔径10Å以下の細孔は、静的吸着力(平衡吸着量)を高めるのに有効であると考えられる細孔であり、本発明では、細孔径が100Å以下の細孔容積に対する10Å以下の細孔容積比率を45%以上とし、より好ましくは50%以上とする。細孔径10Å以下の細孔容積比率が45%未満であると、静的吸着力(平衡吸着量)が低下しすぎるからである。一方、細孔径が100Å以下の細孔容積に対する10Å以下の細孔容積比率は、85%以下、より好ましくは80%以下とする。10Å以下の細孔容積比率が高くなりすぎると、その反面で、動的吸着力に効果を奏する細孔径20Å〜100Åの細孔容積比率が小さくなりすぎて、多孔質炭素全体としての吸着量が低下するからである。   In addition, pores having a pore diameter of 10 mm or less in porous carbon are pores that are considered to be effective in increasing the static adsorption force (equilibrium adsorption amount). In the present invention, the pore diameter is 100 mm or less. The ratio of the pore volume of 10 mm or less to the pore volume is 45% or more, more preferably 50% or more. This is because if the volume ratio of the pores having a pore diameter of 10 mm or less is less than 45%, the static adsorption force (equilibrium adsorption amount) is too low. On the other hand, the ratio of the pore volume of 10 Å or less to the pore volume of 100 細孔 or less is 85% or less, more preferably 80% or less. On the other hand, if the pore volume ratio of 10 mm or less is too high, the pore volume ratio of pore diameters of 20 mm to 100 mm, which has an effect on the dynamic adsorption force, becomes too small, and the amount of adsorption as the entire porous carbon is reduced. It is because it falls.

本発明で使用する多孔質炭素の全細孔容積に対する細孔径100Å以下の細孔容積比率は、55%以上、より好ましくは60%以上であることが好ましい。細孔径100Å以下の細孔は、静的あるいは動的な吸着力を高める作用を有するものであり、これらの細孔を多孔質炭素が一定比率有することによって、多孔質炭素全体としての吸着量が高くなるからである。   The ratio of the pore volume having a pore diameter of 100 mm or less to the total pore volume of the porous carbon used in the present invention is preferably 55% or more, more preferably 60% or more. The pores having a pore diameter of 100 mm or less have a function of increasing the static or dynamic adsorption force, and the porous carbon has a certain ratio so that the adsorption amount as a whole of the porous carbon can be increased. Because it becomes high.

また本発明で使用する多孔質炭素の全細孔容積に対する細孔径100Å以下の細孔容積比率は、従来の活性炭と比べてそれ程高くないという傾向があり、その上限は、特に限定されるものではないが、96%程度であり、より好ましくは90%程度である。
多孔質炭素の細孔容積は、マイクロメリティックス社製ASAP−2400の窒素吸着装置を使用して測定でき、窒素相対圧と吸着量とから、ある細孔範囲の細孔容積を求めることができる。
Further, the ratio of the pore volume with a pore diameter of 100 mm or less to the total pore volume of the porous carbon used in the present invention tends not to be so high as compared with the conventional activated carbon, and the upper limit is not particularly limited. However, it is about 96%, more preferably about 90%.
The pore volume of the porous carbon can be measured using a nitrogen adsorption device of ASAP-2400 manufactured by Micromeritics, and the pore volume within a certain pore range can be obtained from the nitrogen relative pressure and the adsorption amount. it can.

一般に、多孔質炭素の細孔は、細孔径が20Å未満であるミクロ孔と、細孔径が20Å〜500Å未満であるメソ孔と、細孔径が500Å以上であるマクロ孔とに大別される。本発明の多孔質炭素は、上記ミクロ孔と上記マクロ孔とがメソ孔領域で効率よく連通するような構造をとっているものと考えられ、ミクロ孔からマクロ孔までの細孔全体の有効利用率が格段に高くなっているものと推定される。その結果、吸着性能に優れるものと考えられる。   In general, the pores of porous carbon are roughly classified into micropores having a pore diameter of less than 20 mm, mesopores having a pore diameter of 20 to less than 500 mm, and macropores having a pore diameter of 500 mm or more. The porous carbon of the present invention is considered to have a structure in which the micropores and the macropores communicate efficiently in the mesopore region, and effective use of the entire pores from the micropores to the macropores. The rate is estimated to be much higher. As a result, it is considered that the adsorption performance is excellent.

すなわち、本発明の多孔質炭素として好ましいのは、窒素吸着法により細孔分布を測定し、縦軸をdV/dlog(D)(dV/dlog(D)は、細孔の頻度(若しくは、細孔量)を指標するものであり、Vの単位はcc/gである)、横軸を細孔径D(Å)とした細孔分布図において、細孔径Dが10Å、30Å、40Å、及び、100ÅのときのdV/dlog(D)の値をそれぞれV10、V30、V40、及び、V100としたときに、V100/V10、V100/V30、及び、V100/V40が下記条件を満足するものである。ここで、V100/V10、V100/V30、及び、V100/V40はそれぞれ、多孔質炭素中の細孔径が10Å、30Å、40Åである細孔量に対する細孔径100Åの細孔量の割合を示すものである。前記V100/V30は、0.5以上であり、より好ましくは0.7以上である。また、V100/V40は、好ましくは0.6以上であり、0.8以上であり、さらに好ましくは0.9以上である。V100/V30、及び、V100/V40を一定以上とすることによって、ミクロ孔とマクロ孔とがメソ孔領域で効率よく連通し、例えば、吸着剤として使用した際には、被吸着物の多孔質炭素内部への拡散速度が早くなり、その結果、多孔質炭素全体の吸着量が高くなると考えられる。一方、V100/V30、及び、V100/V40が小さくなりすぎると、細孔径が20Å未満であるミクロ孔への通路となるようなメソ孔領域(特に細孔径が100Å)の細孔量の割合が小さくなるので、ミクロ孔を有効に活用できない虞がある。また、V100/V30、及び、V100/V40の上限は、特に限定されるものではないが、好ましくは2.0であり、より好ましくは1.5程度である。 That is, the porous carbon of the present invention preferably has a pore distribution measured by a nitrogen adsorption method, and the vertical axis indicates dV / dlog (D) (dV / dlog (D) is the frequency of pores (or finer). In the pore distribution diagram in which the horizontal axis is the pore diameter D (Å), the pore diameter D is 10 mm, 30 mm, 40 mm, and When the values of dV / dlog (D) at 100 と し た are V 10 , V 30 , V 40 , and V 100 respectively, V 100 / V 10 , V 100 / V 30 , and V 100 / V 40 satisfies the following conditions. Here, V 100 / V 10 , V 100 / V 30 , and V 100 / V 40 are pores having a pore diameter of 100 mm with respect to the amount of pores of 10 mm, 30 mm, and 40 mm in the porous carbon, respectively. It shows the ratio of the quantity. The V 100 / V 30 is 0.5 or more, more preferably 0.7 or more. V 100 / V 40 is preferably 0.6 or more, 0.8 or more, and more preferably 0.9 or more. By setting V 100 / V 30 and V 100 / V 40 to a certain value or more, the micropores and macropores communicate efficiently in the mesopore region. It is considered that the diffusion rate of the object into the porous carbon increases, and as a result, the amount of adsorption of the entire porous carbon increases. On the other hand, if V 100 / V 30 and V 100 / V 40 become too small, the pores in the mesopore region (particularly the pore size is 100 Å) that can be a passage to micropores having a pore size of less than 20 Å. Since the ratio of the amount is small, there is a possibility that the micropores cannot be effectively used. Also, V 100 / V 30 and, the upper limit of V 100 / V 40 is not particularly limited, preferably 2.0, more preferably about 1.5.

また上述したように、静的吸着力に影響を及ぼす細孔径が10Å程度の細孔量を一定範囲とすることも好ましい態様であり、本発明ではV100/V10を0.08以上、より好ましくは0.13以上、0.35以下、より好ましくは0.3以下とすることが望ましい。またV100を0.05以上、より好ましくは0.06以上として、100Å近辺の細孔の絶対量を一定以上とすることも好ましい態様である。 In addition, as described above, it is also a preferable aspect to make the amount of pores having a pore diameter of about 10 mm affecting static adsorption force within a certain range, and in the present invention, V 100 / V 10 is set to 0.08 or more. Preferably it is 0.13 or more and 0.35 or less, more preferably 0.3 or less. It is also a preferable aspect that V 100 is set to 0.05 or more, more preferably 0.06 or more, and the absolute amount of pores near 100 mm is set to a certain value or more.

多孔質炭素の細孔分布は、マイクロメリティックス社製ASAP−2400の窒素吸着装置を使用して測定し、島津製作所解析ソフト中のBARRETT−JOYNER−HALENDA法(BJH法)で解析できる。   The pore distribution of the porous carbon can be measured using an ASAP-2400 nitrogen adsorption device manufactured by Micromeritics, and analyzed by the BARRETT-JOYNER-HALENDA method (BJH method) in Shimadzu Corporation analysis software.

本発明で使用する多孔質炭素の表面酸性官能基量は、特に限定されるものではないが、0.5meq/g以下、より好ましくは0.3meq/g以下、さらに好ましくは0.2meq/g以下であることが好ましい。   The amount of the surface acidic functional group of the porous carbon used in the present invention is not particularly limited, but is 0.5 meq / g or less, more preferably 0.3 meq / g or less, and still more preferably 0.2 meq / g. The following is preferable.

上述したように水溶液中の吸着では、表面酸性官能基量が高くなると水分子が優先的に吸着されるので、トリハロメタン類或いはその他の有機塩素系化合物などの被吸着物質の吸着量が低下する場合があるからである。多孔質炭素の表面酸性官能基量は、既定量の強アルカリNaOEt(ナトリムエトキシド)を吸着させた後、その上澄み液を分離し、塩酸を用いて滴定し、アルカリ吸着量を算出することにより求めることができる。前記表面酸性官能基としては、例えば、カルボキシル基、エステル基、ヒドロキシル基、ケト基などを挙げることができる。   As described above, when the surface acidic functional group amount is high in adsorption in an aqueous solution, water molecules are preferentially adsorbed, so that the adsorption amount of adsorbed substances such as trihalomethanes or other organochlorine compounds decreases. Because there is. The surface acidic functional group amount of porous carbon is obtained by adsorbing a predetermined amount of strong alkali NaOEt (Natrimethethoxide), separating the supernatant, titrating with hydrochloric acid, and calculating the amount of alkali adsorption. Can be sought. Examples of the surface acidic functional group include a carboxyl group, an ester group, a hydroxyl group, and a keto group.

本発明で使用する多孔質炭素のBET比表面積は、特に限定されるものではないが、350m2/g以上、より好ましくは400m2/g以上であって、1450m2/g以下、より好ましくは1300m2/g以下、さらに好ましくは900m2/g以下であることが望ましい。BET比表面積が350m2/g未満では、細孔発達が不十分となる場合があり、1450m2/g超では、密度が下がりすぎる場合があるからである。 BET specific surface area of the porous carbon used in the present invention, but are not particularly limited, 350 meters 2 / g or more, more preferably be at 400 meters 2 / g or more, 1450 m 2 / g or less, more preferably It is desirable that it is 1300 m 2 / g or less, more preferably 900 m 2 / g or less. The BET specific surface area of 350m less than 2 / g, sometimes pores development is insufficient, the 1450 m 2 / g greater, there is a case where density is too lowered.

本発明で使用する多孔質炭素の細孔容積は、特に限定されるものではないが、0.3cc/g以上、より好ましくは0.4cc/g以上であることが望ましい。細孔容積が小さすぎると、吸着量が低下するからである。細孔容積の上限も特に限定されるものではないが、1.0cc/g、より好ましくは0.7cc/gであることが望ましい。   The pore volume of the porous carbon used in the present invention is not particularly limited, but is desirably 0.3 cc / g or more, more preferably 0.4 cc / g or more. This is because if the pore volume is too small, the amount of adsorption decreases. The upper limit of the pore volume is not particularly limited, but is desirably 1.0 cc / g, more preferably 0.7 cc / g.

次に、本発明で使用する多孔質炭素の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the porous carbon used by this invention is demonstrated.

本発明で使用する多孔質炭素は、フラーレン、フラーレン含有煤、及び、フラーレン含有煤から溶媒を用いてフラーレンの少なくとも一部を実質的に抽出して得られる抽出残渣物よりなる群から選択される少なくとも1種の炭素質物質を賦活することにより得ることができる。   The porous carbon used in the present invention is selected from the group consisting of fullerene, fullerene-containing soot, and an extraction residue obtained by substantially extracting at least a part of fullerene from the fullerene-containing soot using a solvent. It can be obtained by activating at least one carbonaceous material.

フラーレンとは、周知の如く、5員環と6員環とのネットワークで閉じた中空殻状の構造を有する炭素分子であり、例えば、C60、C70、C76、C78、C80、C82、C84、C86、C88、C90、C92、C94、C96、C180、C240、C320、C540、または、これらの混合物を挙げることができる。そして、フラーレン含有煤とは、フラーレンを製造する際にできる煤であれば、特に限定されない。フラーレンの製造方法としては、例えば、グラファイト電極などを用いてアーク放電により原料を蒸発させる方法(アーク放電法)、炭素質原料に高電流を流して原料を蒸発させる方法(抵抗加熱法)、紫外レーザーを黒鉛に照射する方法(レーザー蒸発法)、ベンゼンなどの炭素含有化合物を不完全燃焼させる方法(燃焼法)などが挙げられ、いずれの方法によってもフラーレンを含有する煤が得られる。前記フラーレン含有煤には、上述したフラーレンの他、例えば、フラーレンのような閉環構造には至らなかったフラーレンの前躯体、グラファイトやグラファイト構造を有する炭素、非晶質炭素、不定形炭素、カーボンブラック、多環芳香族炭化水素などが含有されている(非特許文献1)。 As is well known, fullerene is a carbon molecule having a hollow shell-like structure closed by a network of five-membered rings and six-membered rings. For example, C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 80 , C 82 , C 84 , C 86 , C 88 , C 90 , C 92 , C 94 , C 96 , C 180 , C 240 , C 320 , C 540 , or mixtures thereof may be mentioned. The fullerene-containing soot is not particularly limited as long as it is a soot that can be produced when producing fullerene. As a method for producing fullerene, for example, a method of evaporating a raw material by arc discharge using a graphite electrode (arc discharge method), a method of evaporating a raw material by passing a high current through a carbonaceous material (resistance heating method), an ultraviolet There are a method of irradiating a graphite with a laser (laser evaporation method), a method of incompletely burning a carbon-containing compound such as benzene (combustion method), etc., and any method can obtain soot containing fullerene. The fullerene-containing soot includes, in addition to the fullerenes described above, for example, fullerene precursors that did not reach a closed ring structure such as fullerene, graphite or carbon having a graphite structure, amorphous carbon, amorphous carbon, carbon black And polycyclic aromatic hydrocarbons (Non-Patent Document 1).

前記フラーレン含有煤の具体例としては、アーク放電法若しくはレーザー蒸着法によって得られるC60を10%以上含有するフラーレン含有煤やトルエン可溶のフラーレンを5質量%以上含むフラーレン含有煤を挙げることができる。 Examples of the fullerene-containing soot, be mentioned fullerene-containing soot containing fullerene-containing soot and the toluene soluble fullerenes containing C 60 obtained by an arc discharge method or laser evaporation method at least 10% less than 5% by mass it can.

また本発明では、前記フラーレン含有煤から溶媒を用いてフラーレンの少なくとも一部を実質的に抽出した抽出残渣物を使用することができる。フラーレン含有煤から溶媒を用いてフラーレンの少なくとも一部を実質的に抽出した抽出残渣物とは、フラーレン含有煤に含まれるフラーレン成分の内、溶媒に可溶なフラーレン成分を実質的に抽出した残渣物を意味する。例えば、炭素数がC60〜C70などのフラーレンは、後述する溶媒に可溶であり、フラーレン含有煤から溶媒で抽出される。そして、前記フラーレン含有煤から溶媒を用いてフラーレンの少なくとも一部を実質的に抽出して得られる抽出残渣物には、前記のフラーレンの前躯体、グラファイトやグラファイト構造を有する炭素、非晶質炭素、不定形炭素、カーボンブラックやC70以上の高次のフラーレンなどが含まれていると考えられる。 In the present invention, an extraction residue obtained by substantially extracting at least a part of fullerene from the fullerene-containing soot using a solvent can be used. An extraction residue obtained by substantially extracting at least a part of fullerene from a fullerene-containing soot using a solvent is a residue obtained by substantially extracting a fullerene component soluble in a solvent from the fullerene components contained in the fullerene-containing soot. Means a thing. For example, fullerene having a carbon number of C 60 to C 70 is soluble in a solvent described later, and is extracted from the fullerene-containing soot with a solvent. An extraction residue obtained by substantially extracting at least a part of the fullerene from the fullerene-containing soot using a solvent includes a precursor of the fullerene, carbon having a graphite or a graphite structure, and amorphous carbon. , amorphous carbon, is believed to contain a carbon black or a C 70 or higher order fullerenes.

非特許文献1によると、黒鉛電極を用いてアーク放電法で作ったフラーレン含有煤中のトルエン可溶分は10%であり、C60:70%、C70:22%、小量のC76〜C120の高次フラーレンからなり、トルエン不溶分中にはC70からC400のC60、C70と類似の構造のクラスターがある。更にトルエン不溶分にアセトンを加えるとグラファイト様物質が分離するが、その量はフラーレン含有煤の15%となる。 According to Non-Patent Document 1, the toluene soluble content in the fullerene-containing soot produced by an arc discharge method using a graphite electrode is 10%, C 60 : 70%, C 70 : 22%, and a small amount of C 76. consists higher fullerenes of -C 120, the toluene-insoluble matter is clusters of C 60, C 70 and analogous structures C 400 from C 70. Further, when acetone is added to the toluene insoluble matter, the graphite-like substance is separated, but the amount is 15% of the fullerene-containing soot.

フラーレン含有煤から溶媒を用いてフラーレンの少なくとも一部を実質的に抽出する際に使用する溶媒としては、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、塩素化炭化水素などの有機溶媒が挙げられる。例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、1−メチルナフタレン、1,2,4−トリメチルベンゼン、テトラリン等の芳香族系有機溶媒が挙げられ、これらの中では、トルエンが好適である。トルエンを使用すれば、C60〜C120程度のフラーレンを抽出することができる。 Examples of the solvent used when substantially extracting at least a part of fullerene from the fullerene-containing soot using a solvent include organic solvents such as aromatic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons, and chlorinated hydrocarbons. Examples thereof include aromatic organic solvents such as benzene, toluene, xylene, 1-methylnaphthalene, 1,2,4-trimethylbenzene, and tetralin, and among these, toluene is preferable. Using toluene, can be extracted C 60 -C 120 about fullerene.

フラーレン含有煤から溶媒を用いてフラーレンの少なくとも一部を実質的に抽出して、抽出残渣物を得る方法としては、例えば、次のような方法を挙げることができる。まず、フラーレン含有煤に約60倍の質量の溶媒を加えてフラーレン含有煤の分散液を作製し、この分散液を室温で1時間超音波で処理して、フラーレン含有煤の溶媒に可溶なフラーレン成分やその他の溶媒可溶分を溶媒に溶解させる。次いで、フラーレン含有煤の分散液をろ過して、更に、ろ液の着色がなくなるまでフラーレン含有煤を溶媒で洗浄し、溶媒に可溶なフラーレンの少なくとも一部やその他の溶媒可溶分を実質的に抽出して、得られた抽出残渣物を約60℃で真空乾燥することにより得られる。   Examples of a method for obtaining an extraction residue by substantially extracting at least a part of fullerene from a fullerene-containing soot using a solvent include the following methods. First, a solvent having a mass of about 60 times is added to fullerene-containing soot to prepare a dispersion of fullerene-containing soot, and this dispersion is treated with ultrasonic waves at room temperature for 1 hour to be soluble in the solvent of fullerene-containing soot. The fullerene component and other solvent-soluble components are dissolved in the solvent. Next, the dispersion of the fullerene-containing soot is filtered, and the fullerene-containing soot is washed with a solvent until the filtrate is no longer colored, so that at least a part of the solvent-soluble fullerene and other solvent-soluble components are substantially removed. And the obtained extraction residue is vacuum-dried at about 60 ° C.

次に、本発明における炭素質物質を賦活する方法について説明する。   Next, a method for activating the carbonaceous material in the present invention will be described.

本発明における「賦活処理」とは、上述した炭素質物質を多孔質化するための処理であって、前記炭素質物質の比表面積、或いは、細孔容積の少なくとも一方を増大させる処理であれば、特に限定されず、例えば、薬品賦活処理、ガス賦活処理などを採用することができる。前記薬品賦活処理は、例えば、上述した炭素質物質をアルカリ金属化合物で賦活する方法であり、炭素質物質とアルカリ金属化合物とを混合して熱処理することにより行うことができる。前記アルカリ金属化合物としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物;炭酸カリウム、炭酸ナトリウムなどのアルカリ金属炭酸塩;硫酸カリウム、硫酸ナトリウムなどのアルカリ金属の硫酸塩などや、その水溶液や水和物を挙げることができる。前記賦活剤として好ましいのは、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物の水和物や濃厚な水溶液である。前記炭素質物質に対するアルカリ金属化合物の使用量は、特に限定されないが、例えば、アルカリ金属化合物として水酸化カリウムを用いる場合は、無水基準で、水酸化カリウム/炭素質物質(質量比)=0.3以上4.0以下であることが好ましい。本発明では、アルカリ金属化合物/炭素質物質の質量比をさらに低くすることができ、例えば、アルカリ金属化合物として水酸化カリウムを用いる場合は、水酸化カリウム/炭素質物質の質量比を、無水基準で、2.5以下、より好ましくは1.5以下とすることができる。本発明によれば、アルカリ金属化合物の使用量を少なくできるので、経済的である。   The “activation treatment” in the present invention is a treatment for making the above-described carbonaceous material porous, and it is a treatment that increases at least one of the specific surface area of the carbonaceous material or the pore volume. There is no particular limitation, and for example, chemical activation treatment, gas activation treatment, and the like can be employed. The chemical activation treatment is, for example, a method of activating the above-described carbonaceous material with an alkali metal compound, and can be performed by mixing and heat-treating the carbonaceous material and the alkali metal compound. Examples of the alkali metal compound include alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide; alkali metal carbonates such as potassium carbonate and sodium carbonate; alkali metal sulfates such as potassium sulfate and sodium sulfate; And aqueous solutions and hydrates thereof. Preferred as the activator is a hydrate or concentrated aqueous solution of an alkali metal hydroxide such as potassium hydroxide or sodium hydroxide. The amount of the alkali metal compound used with respect to the carbonaceous material is not particularly limited. For example, when potassium hydroxide is used as the alkali metal compound, potassium hydroxide / carbonaceous material (mass ratio) = 0. It is preferable that it is 3 or more and 4.0 or less. In the present invention, the mass ratio of the alkali metal compound / carbonaceous material can be further reduced. For example, when potassium hydroxide is used as the alkali metal compound, the mass ratio of potassium hydroxide / carbonaceous material is determined based on anhydrous standards. Therefore, it can be 2.5 or less, more preferably 1.5 or less. According to the present invention, the amount of alkali metal compound used can be reduced, which is economical.

前記薬品賦活をする際の熱処理は、特に限定されるものではないが、例えば、500℃以上900℃以下で行うことができ、アルゴン、窒素などの不活性ガス雰囲気下で熱処理を行うことも好ましい態様である。   The heat treatment for the chemical activation is not particularly limited. For example, the heat treatment can be performed at 500 ° C. or more and 900 ° C. or less, and the heat treatment is also preferably performed in an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen. It is an aspect.

本発明では、ガス賦活処理を行っても良く、ガス賦活処理は、例えば、上述した炭素質物質を750℃以上で酸化性ガスと接触することによって行われることが好ましい態様である。前記ガス賦活処理の温度は、800℃以上、より好ましくは850℃以上であって、1100℃以下、より好ましくは1050℃以下で行うことが望ましい。また、前記酸化性ガスとしては、例えば、炭酸ガス、水蒸気、酸素、燃焼排ガス、およびこれらの混合物などを使用することができる。   In this invention, you may perform a gas activation process, and it is a preferable aspect that a gas activation process is performed by contacting the carbonaceous substance mentioned above with oxidizing gas at 750 degreeC or more, for example. The temperature of the gas activation treatment is 800 ° C. or higher, more preferably 850 ° C. or higher, 1100 ° C. or lower, more preferably 1050 ° C. or lower. Moreover, as said oxidizing gas, a carbon dioxide gas, water vapor | steam, oxygen, combustion exhaust gas, a mixture thereof, etc. can be used, for example.

また本発明では、上述した炭素質物質を単に加熱処理することによっても賦活することができる。上述した炭素質物質を単に加熱処理することのみによっても、BET比表面積で350m2/g以上、さらに好ましくは400m2/g以上であって、実用レベルの吸着量を有する多孔質炭素を得ることができる。本態様における加熱処理温度は、特に限定されるものではないが、750℃以上、より好ましくは800℃以上であって、1400℃以下、より好ましくは1300℃以下、さらに好ましくは1050℃以下であることが望ましい。加熱処理温度が低すぎると、細孔発達の程度が低くなりすぎるからであり、加熱処理温度が高すぎると、得られる多孔質炭素の吸着量が小さくなる場合がある。前記炭素質物質の加熱処理は、不活性雰囲気下で行うことが好ましく、例えば、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下、酸化されやすい炭素からなる坩堝に入れて焼成するなど実質的に不活性な雰囲気下で行うことが好ましい。また、前記加熱処理は、例えば、減圧下で行うこともできる。 In the present invention, the carbonaceous material described above can also be activated simply by heat treatment. The porous carbon having a BET specific surface area of 350 m 2 / g or more, more preferably 400 m 2 / g or more and having a practical amount of adsorption can be obtained by simply heat-treating the above-mentioned carbonaceous material. Can do. The heat treatment temperature in this embodiment is not particularly limited, but is 750 ° C. or higher, more preferably 800 ° C. or higher, 1400 ° C. or lower, more preferably 1300 ° C. or lower, more preferably 1050 ° C. or lower. It is desirable. This is because if the heat treatment temperature is too low, the degree of pore development is too low, and if the heat treatment temperature is too high, the amount of porous carbon obtained may be reduced. The heat treatment of the carbonaceous material is preferably performed in an inert atmosphere. For example, the carbonaceous material is substantially inert in a crucible made of carbon that is easily oxidized in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. It is preferable to carry out in an atmosphere. Moreover, the said heat processing can also be performed under pressure reduction, for example.

本態様における加熱処理において、上述した酸化性ガスを併用すれば、上記加熱処理と上述した酸化性ガス賦活処理とが重畳的に行われることになる。また、加熱処理による賦活処理と酸化性ガスを用いるガス賦活処理とを適宜組合わせて賦活することもでき、例えば、加熱処理による賦活処理に続けて、酸化性ガスを用いるガス賦活処理を続けて行うことも好ましい態様である。   In the heat treatment in this aspect, if the above-described oxidizing gas is used in combination, the above heat treatment and the above-described oxidizing gas activation treatment are performed in a superimposed manner. Moreover, it can also activate by combining suitably the activation process by heat processing, and the gas activation process using oxidizing gas, for example, continuing the gas activation process using oxidizing gas following the activation process by heat processing. Performing is also a preferred embodiment.

本発明では、前記炭素質物質を賦活した後に、さらに、酸、水、および、有機溶剤よりなる群から選択される少なくとも1種で洗浄して得られる多孔質炭素を使用することも好ましい態様である。特にアルカリ金属水酸化物などで薬品賦活をした場合には、酸および/又は水による洗浄によって、多孔質炭素内に存在する未反応の賦活剤や反応の結果生じたアルカリ金属化合物(例えば、カリウム化合物)などを除去することが好ましい。また、洗浄して得られた多孔質炭素を乾燥することにより、多孔質炭素中に含まれる酸および/又は水を除去することも好ましい態様である。   In the present invention, it is also preferable to use porous carbon obtained by activating the carbonaceous material and then washing it with at least one selected from the group consisting of an acid, water, and an organic solvent. is there. In particular, when chemical activation is performed with an alkali metal hydroxide or the like, an unreacted activator present in the porous carbon or an alkali metal compound (for example, potassium) generated by the reaction by washing with acid and / or water. Compound) and the like are preferably removed. It is also a preferred embodiment to remove the acid and / or water contained in the porous carbon by drying the porous carbon obtained by washing.

賦活処理後の多孔質炭素には、有機溶剤可溶分が含まれている場合がある。多孔質炭素を浄水用吸着剤として使用する際には、この有機溶剤可溶分を予め除いておくこととも好ましい態様である。多孔質炭素から有機溶剤可溶分を除去するための有機溶剤としては、トルエン、ベンゼンなどを使用することが好ましい。また、有機溶剤による抽出または洗浄をした多孔質炭素を真空乾燥することにより、多孔質炭素中に含まれる有機溶剤を除去することも好ましい態様である。   The porous carbon after the activation treatment may contain an organic solvent-soluble component. When porous carbon is used as an adsorbent for water purification, it is also a preferred aspect to remove this organic solvent soluble component beforehand. As the organic solvent for removing the organic solvent-soluble component from the porous carbon, it is preferable to use toluene, benzene or the like. It is also a preferred embodiment to remove the organic solvent contained in the porous carbon by vacuum drying the porous carbon extracted or washed with the organic solvent.

本発明において、前記洗浄後や賦活処理後に、さらに不活性ガス雰囲気下で熱処理して得られる多孔質炭素を使用することも好ましい態様である。多孔質炭素の表面の酸性官能基量を調整できるからである。前記洗浄後や賦活処理後の熱処理としては、賦活直後の多孔質炭素を不活性ガス雰囲気下で熱処理する態様;賦活直後の多孔質炭素を、酸および/または水で洗浄した後、不活性ガス雰囲気下で熱処理する態様;賦活直後の多孔質炭素を有機溶剤で洗浄した後、不活性ガス雰囲気下で熱処理する態様;賦活直後の多孔質炭素を酸および/または水で洗浄して、不活性ガス雰囲気下で熱処理を行った後、さらに有機溶剤で洗浄して、不活性ガス雰囲気下で熱処理を行う態様などを挙げることができる。前記不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、窒素、ヘリウムなどを使用することができる。また、前記熱処理温度は、特に限定されないが、好ましくは400℃以上1000℃以下である。   In the present invention, it is also a preferable aspect to use porous carbon obtained by heat treatment in an inert gas atmosphere after the washing or activation treatment. This is because the amount of acidic functional groups on the surface of the porous carbon can be adjusted. As the heat treatment after the cleaning or the activation treatment, an embodiment in which the porous carbon immediately after the activation is heat-treated in an inert gas atmosphere; after the porous carbon immediately after the activation is washed with an acid and / or water, the inert gas is used. An embodiment in which heat treatment is performed in an atmosphere; an embodiment in which porous carbon immediately after activation is washed with an organic solvent and then heat treatment is performed in an inert gas atmosphere; a porous carbon immediately after activation is washed in an acid and / or water to be inert. Examples include an embodiment in which after the heat treatment is performed in a gas atmosphere, the substrate is further washed with an organic solvent and the heat treatment is performed in an inert gas atmosphere. As said inert gas, argon, nitrogen, helium etc. can be used, for example. The heat treatment temperature is not particularly limited, but is preferably 400 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

本発明で使用する多孔質炭素の細孔容積比率、細孔容積、BET比表面積などは上記賦活条件を適宜変更することによって、所望の範囲とすればよい。また、本発明の吸着剤は、上述した多孔質炭素に加えて、所望の性能を低下させない範囲であれば、さらに従来の活性炭などを含有してもよい。   The pore volume ratio, pore volume, BET specific surface area, and the like of the porous carbon used in the present invention may be set to a desired range by appropriately changing the activation conditions. The adsorbent of the present invention may further contain conventional activated carbon or the like as long as the desired performance is not deteriorated in addition to the porous carbon described above.

以下、本発明を実施例によってより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更、実施の態様は、いずれも本発明の範囲内に含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and all modifications and embodiments within the scope not departing from the gist of the present invention are described in the present invention. Included within the scope of the invention.

[多孔質炭素の細孔容積の測定方法]
マイクロメリティックス社製ASAP−2400の窒素吸着装置により、吸着等温線を求める。全細孔容積は、飽和蒸気圧に近い圧力における吸着ガス量を、液体に換算した値として示す。相対圧0.016のときの吸着量より10Å以下の細孔容積を、相対圧0.168のときの吸着量から20Å以下の細孔容積を、相対圧0.350のときの吸着量より30Å以下の細孔容積を、相対圧0.484の吸着量より40Å以下の細孔容積を、相対圧0.787のときの吸着量から100Å以下の細孔容積を求めた。
[Measurement method of pore volume of porous carbon]
The adsorption isotherm is determined by a nitrogen adsorption device of ASAP-2400 manufactured by Micromeritics. The total pore volume indicates the amount of adsorbed gas at a pressure close to the saturated vapor pressure as a value converted to a liquid. A pore volume of 10 liters or less than the adsorption amount at a relative pressure of 0.016, a pore volume of 20 liters or less from the adsorption amount at a relative pressure of 0.168, and a pore volume of 30 liters from the adsorption amount at a relative pressure of 0.350. The following pore volume was determined from the amount of adsorption at a relative pressure of 0.484 to a pore volume of 40 mm or less, and from the amount of adsorption at a relative pressure of 0.787, a pore volume of 100 mm or less was determined.

[BET比表面積測定方法]
炭素質物質、及び、多孔質炭素のBET比表面積は、マイクロメリティックス社製ASAP−2400窒素吸着装置を用いて測った。
[Method for measuring BET specific surface area]
The BET specific surface area of the carbonaceous material and porous carbon was measured using an ASAP-2400 nitrogen adsorption device manufactured by Micromeritics.

[吸着試験(通水試験)]
通水試験は、トリハロメタン類の中で最も除去が困難とされているクロロホルムを選んで実施した。内径15mmφのカラムに得られた吸着剤を10mmの層高で充填し、このカラムに、クロロホルム濃度を50ppbに調整した試験水を空間速度1000h-1で通水し、排出水をガスクロマトグラフ質量分析装置により分析した。試験水に対する排出水のクロロホルム濃度が20%以上になる点を破過点として、通水可能量とした。
[Adsorption test (water flow test)]
The water flow test was conducted by selecting chloroform, which is the most difficult to remove among the trihalomethanes. The obtained adsorbent was packed into a column with a diameter of 15 mmφ at a bed height of 10 mm, and test water adjusted to a chloroform concentration of 50 ppb was passed through this column at a space velocity of 1000 h −1 , and the discharged water was subjected to gas chromatography mass spectrometry. Analyzed by instrument. The point at which the chloroform concentration of the discharged water relative to the test water was 20% or more was regarded as the breakthrough point and the amount allowed to pass.

[X線回折測定]
X線回折測定は、以下の条件で行った。
X線回折測定装置:Spectris社製X’Pert PRO型
X線源:Cu−Kα線(波長1.54Å)、出力:40KV40mA、操作軸:θ/2θ、測定モード:Continuous、測定範囲:2θ=5〜80°、取り込み幅:0.01°、走査速度:5.0°/min.
[X-ray diffraction measurement]
X-ray diffraction measurement was performed under the following conditions.
X-ray diffraction measurement apparatus: X-Pert PRO type X-ray source manufactured by Spectris: Cu-Kα ray (wavelength 1.54 mm), output: 40 KV 40 mA, operation axis: θ / 2θ, measurement mode: Continuous, measurement range: 2θ = 5 to 80 °, capture width: 0.01 °, scanning speed: 5.0 ° / min.

[実施例1]
東京プログレスシステム社より購入したMTR社製混合フラーレン(C60:50%、C70:40%、高分子フラーレン:10%)を小型のロータリーキルンに入れて、窒素雰囲気下950℃に昇温した後、該温度において、水蒸気/窒素=50/50(体積比)の雰囲気下で10分間保持して賦活処理を行った。その後、窒素雰囲気下で放冷して、多孔質炭素を製造した。得られた多孔質炭素の賦活直前の炭素質物質に対する歩留を求めたところ83質量%であった。得られた多孔質炭素の特性、及び、吸着試験の結果を表1に示した。尚、前記歩留は、下記式によって定義される。
歩留(%)=100×(賦活直後の多孔質炭素の質量/賦活直前の炭素質物質の質量)
[Example 1]
MTR mixed fullerene (C 60 : 50%, C 70 : 40%, polymer fullerene: 10%) purchased from Tokyo Progress System was put in a small rotary kiln and heated to 950 ° C in a nitrogen atmosphere. At this temperature, the activation treatment was performed by holding for 10 minutes in an atmosphere of water vapor / nitrogen = 50/50 (volume ratio). Then, it was left to cool in a nitrogen atmosphere to produce porous carbon. The yield with respect to the carbonaceous material immediately before the activation of the obtained porous carbon was determined to be 83% by mass. The characteristics of the obtained porous carbon and the results of the adsorption test are shown in Table 1. The yield is defined by the following formula.
Yield (%) = 100 × (mass of porous carbon immediately after activation / mass of carbonaceous material immediately before activation)

[実施例2]
東京プログレスシステム社より購入したフラーレン含有煤(C60:10%以上)を小型のロータリーキルンに入れて、実施例1と同様に多孔質炭素を製造した。得られた多孔質炭素の賦活直前の炭素質物質に対する歩留を求めたところ79質量%であった。得られた多孔質炭素の特性、及び、吸着試験の結果を表1に示した。
[Example 2]
Fullerene-containing soot (C 60 : 10% or more) purchased from Tokyo Progress System was put into a small rotary kiln to produce porous carbon in the same manner as in Example 1. The yield with respect to the carbonaceous material immediately before activation of the obtained porous carbon was determined and found to be 79% by mass. The characteristics of the obtained porous carbon and the results of the adsorption test are shown in Table 1.

東京プログレス(株)製フラーレン含有煤(C60:10%以上含有品)についてX線回折を測定した結果を図3に示した。27°、44°、55°付近に黒鉛に由来するピークが認められ、11°、17°、21°付近にはフラーレンC60に由来すると考えられるピーク、更には、非晶質、不定形の炭素に由来すると考えられる台地状のベースラインの上昇が認められた。 FIG. 3 shows the results of X-ray diffraction measurement of fullerene-containing soot (C 60 : product containing 10% or more) manufactured by Tokyo Progress Co., Ltd. Peaks derived from graphite are observed in the vicinity of 27 °, 44 °, and 55 °, peaks considered to be derived from fullerene C 60 in the vicinity of 11 °, 17 °, and 21 °, and further, amorphous and amorphous. An increase in plateau-like baseline, which is thought to be derived from carbon, was observed.

[実施例3]
実施例2で使用したフラーレン含有煤を箱型焼成炉に入れて、窒素雰囲気下において昇温速度10℃/分で1400℃まで昇温し、該温度で4時間保持し、その後放冷して多孔質炭素を製造した。加熱処理前の炭素質物質に対する加熱処理後の多孔質炭素の歩留は、84質量%であった。得られた多孔質炭素の特性、及び、吸着試験の結果を表1に示した。
[Example 3]
The fullerene-containing soot used in Example 2 was put in a box-type baking furnace, heated to 1400 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min in a nitrogen atmosphere, held at that temperature for 4 hours, and then allowed to cool. Porous carbon was produced. The yield of porous carbon after the heat treatment relative to the carbonaceous material before the heat treatment was 84% by mass. The characteristics of the obtained porous carbon and the results of the adsorption test are shown in Table 1.

[実施例4]
実施例2で使用したフラーレン含有煤に60倍の質量のトルエンを加え、1時間超音波をかけた後、ろ過した。更にろ液の着色が無くなるまでトルエンで洗浄し、90%収率でフラーレン含有煤からトルエンを用いてフラーレンの少なくとも一部を実質的に抽出した抽出残渣物を得た。これを小型のロータリーキルンに入れて、窒素雰囲気下950℃に昇温した後、該温度において、水蒸気/窒素=50/50(体積比)の雰囲気下で10分間保持して賦活処理を行った。その後、窒素雰囲気下で放冷して、多孔質炭素を製造した。得られた多孔質炭素の賦活直前の炭素質物質に対する歩留を求めたところ84質量%であった。得られた多孔質炭素の特性、及び、吸着試験の結果を表1に示した。
[Example 4]
60 times the mass of toluene was added to the fullerene-containing soot used in Example 2, and after applying ultrasonic waves for 1 hour, the mixture was filtered. Further, the filtrate was washed with toluene until the color of the filtrate disappeared, and an extraction residue was obtained in which at least part of the fullerene was substantially extracted from the fullerene-containing soot with toluene at a yield of 90%. This was put into a small rotary kiln, heated to 950 ° C. under a nitrogen atmosphere, and then subjected to an activation treatment by holding at that temperature for 10 minutes in an atmosphere of water vapor / nitrogen = 50/50 (volume ratio). Then, it was left to cool in a nitrogen atmosphere to produce porous carbon. When the yield with respect to the carbonaceous material just before activation of the obtained porous carbon was calculated | required, it was 84 mass%. The characteristics of the obtained porous carbon and the results of the adsorption test are shown in Table 1.

上記フラーレン含有煤から溶媒を用いてフラーレンの少なくとも一部を実質的に抽出して得られる抽出残渣物についてX線回折を測定した結果を図4に示した。図4より、フラーレンC60に由来すると考えられる11°、17°、21°付近のピークの高さが、黒鉛由来のピークと比べて、図3よりも相対的に低くなっていることが認められる。この結果より、得られた抽出残渣物は、フラーレン含有煤からフラーレンの少なくとも一部としてC60が実質的に抽出されているものであることが分かる。 FIG. 4 shows the result of X-ray diffraction measurement of the extraction residue obtained by substantially extracting at least a part of fullerene from the fullerene-containing soot using a solvent. From FIG. 4, it is recognized that the peak heights near 11 °, 17 °, and 21 ° considered to be derived from fullerene C 60 are relatively lower than those of FIG. 3 compared with the peaks derived from graphite. It is done. From the results, obtained extracted residue, it is understood C 60 as at least a part of fullerene from the fullerene-containing soot is one that is substantially extracted.

[比較例1]
市販の椰子殻水蒸気賦活活性炭(カーボンテック社製ダイヤソーブ、BET比表面積:1150m2/g、平均直径150μm)を吸着剤として使用した。該活性炭の特性、及び、これを用いた吸着試験の結果を表1に示した。
[Comparative Example 1]
Commercially available coconut shell steam activated activated carbon (Diasorb, carbon tech, BET specific surface area: 1150 m 2 / g, average diameter 150 μm) was used as the adsorbent. Table 1 shows the characteristics of the activated carbon and the results of an adsorption test using the activated carbon.

[比較例2]
平均直径110μmの鐘紡社製球状フェノール樹脂を、700℃で炭化したものを賦活原料とし、実施例7と同様にしてアルカリ賦活し、さらに、表面酸性官能基量を低減するために、窒素雰囲気下900℃で2時間熱処理した。得られた活性炭の特性、及び、これを用いた吸着試験の結果を表1に示した。
[Comparative Example 2]
In order to reduce the amount of acidic functional groups on the surface in the same manner as in Example 7, alkali-activated material obtained by carbonizing a spherical phenol resin manufactured by Kanebo Co., Ltd. having an average diameter of 110 μm at 700 ° C. was used as an activation raw material. Heat treatment was performed at 900 ° C. for 2 hours. Table 1 shows the characteristics of the obtained activated carbon and the results of the adsorption test using the activated carbon.

Figure 2006247527
Figure 2006247527

表1より、実施例1〜4の吸着剤は、細孔径が100Å以下の全細孔容積に対して、
細孔径20Å〜100Åの細孔容積比率が5〜50%の範囲にあり、細孔径10Å以下の細孔容積比率が45%以上であった。この結果より、実施例1〜4の吸着剤は、比較例1及び2のような従来の吸着剤と比べて特異的な細孔容積特性を有していることがわかる。また、実施例1〜4の吸着剤は、通水可能量がいずれも48(l/g)以上と優れており、浄水性能が極めて高くなった。
From Table 1, the adsorbents of Examples 1 to 4 have a pore diameter of 100 μm or less, with respect to the total pore volume.
The pore volume ratio with a pore diameter of 20 to 100% was in the range of 5 to 50%, and the pore volume ratio with a pore diameter of 10 or less was 45% or more. From this result, it can be seen that the adsorbents of Examples 1 to 4 have specific pore volume characteristics as compared with conventional adsorbents such as Comparative Examples 1 and 2. In addition, the adsorbents of Examples 1 to 4 each had an excellent water flow rate of 48 (l / g) or more, and the water purification performance was extremely high.

一方、比較例では静的吸着力に有効な10Å以下の細孔容積比率が80%超と高いが、動的吸着力に有効である20Å〜100Åの細孔容積比率が10%未満であるために、通水可能量が低下したものと考えられる。   On the other hand, in the comparative example, the pore volume ratio of 10 mm or less effective for static adsorption force is as high as more than 80%, but the pore volume ratio of 20 mm to 100 mm effective for dynamic adsorption force is less than 10%. In addition, the amount of water that can be passed is considered to have decreased.

実施例1、実施例4、及び、比較例2で用いた多孔質炭素の細孔分布を図1に、累積細孔容積を図2に示した。図1および図2より、本発明で使用する多孔質炭素は、従来の多孔質炭素に比べて、細孔径が20Å未満の細孔の割合が比較的小さくなっている一方で、動的吸着力に有効な細孔径が20〜100Åの細孔の割合が大きくなっていることが分かる。   The pore distribution of the porous carbon used in Example 1, Example 4, and Comparative Example 2 is shown in FIG. 1, and the cumulative pore volume is shown in FIG. 1 and 2, the porous carbon used in the present invention has a relatively small proportion of pores having a pore diameter of less than 20 mm compared with the conventional porous carbon, while the dynamic adsorption force It can be seen that the proportion of pores having an effective pore diameter of 20 to 100 mm increases.

本発明の吸着剤は、水中のトリハロメタン類(クロロホルム、ブロモジクロロメタン、ジブロモクロロメタン、ブロモホルム)、或いは、その他の有機塩素系化合物(トリクロロエチレン、トリクロロエタン、テトラクロロエチレン、塩化メチレンなど)の除去に好適であり、水道水、井戸水などの飲料用水の浄化に好適であり、さらに、下水、工業用排水などの浄化にも適用できると考えられる。また、本発明の吸着剤は、例えば、家庭用蛇口直結型浄水器カートリッジや業務用大型カラム等に好適に使用できる。   The adsorbent of the present invention is suitable for removing trihalomethanes (chloroform, bromodichloromethane, dibromochloromethane, bromoform) or other organic chlorine compounds (trichloroethylene, trichloroethane, tetrachloroethylene, methylene chloride, etc.) in water, It is suitable for purification of drinking water such as tap water and well water, and is also considered to be applicable to purification of sewage and industrial wastewater. Moreover, the adsorbent of this invention can be used conveniently for a household faucet direct connection type water purifier cartridge, a commercial large column, etc., for example.

多孔質炭素の細孔分布を例示するグラフ。The graph which illustrates the pore distribution of porous carbon. 多孔質炭素の累積細孔容積を示すグラフ。The graph which shows the accumulation pore volume of porous carbon. 本発明で使用するフラーレン含有煤のX線回折パターンである。2 is an X-ray diffraction pattern of fullerene-containing soot used in the present invention. 本発明で使用するフラーレン含有煤から溶媒を用いてフラーレンの少なくとも一部を実質的に抽出して得られる抽出残渣物のX線回折パターンである。It is an X-ray diffraction pattern of an extraction residue obtained by substantially extracting at least a part of fullerene from a fullerene-containing soot used in the present invention using a solvent.

Claims (9)

細孔径が100Å以下の細孔容積に対する、
細孔径20Å〜100Åの細孔容積比率が5〜50%であり、
細孔径10Å以下の細孔容積比率が45%以上である多孔質炭素を含有することを特徴とする吸着剤。
For a pore volume with a pore diameter of 100 mm or less,
The pore volume ratio of the pore diameter of 20-100cm is 5-50%,
An adsorbent comprising porous carbon having a pore volume ratio of 45% or more with a pore diameter of 10 mm or less.
前記細孔径10Å以下の細孔容積比率が85%以下である請求項1に記載の吸着剤。   The adsorbent according to claim 1, wherein the pore volume ratio of the pore diameter of 10 mm or less is 85% or less. 前記細孔径20Å〜100Åの細孔容積比率が5〜30%である請求項1又は2記載の吸着剤。   The adsorbent according to claim 1 or 2, wherein a pore volume ratio of the pore diameter of 20 to 100% is 5 to 30%. 前記多孔質炭素の全細孔容積に対する細孔径100Å以下の細孔容積比率が55〜96%である請求項1〜3のいずれかに記載の吸着剤。   The adsorbent according to any one of claims 1 to 3, wherein a ratio of a pore volume having a pore diameter of 100 mm or less to a total pore volume of the porous carbon is 55 to 96%. 前記多孔質炭素のBET比表面積は、350〜1450m2/gである請求項1〜4のいずれかに記載の吸着剤。 The adsorbent according to claim 1, wherein the porous carbon has a BET specific surface area of 350 to 1450 m 2 / g. 前記多孔質炭素は、フラーレン、フラーレン含有煤、及び、フラーレン含有煤からフラーレンの少なくとも一部を実質的に抽出して得られる抽出残渣物よりなる群から選択される少なくとも1種の炭素質物質を賦活して得られるものである請求項1〜5のいずれかに記載の吸着剤。   The porous carbon comprises at least one carbonaceous material selected from the group consisting of fullerene, fullerene-containing soot, and an extraction residue obtained by substantially extracting at least a part of fullerene from the fullerene-containing soot. The adsorbent according to any one of claims 1 to 5, which is obtained by activation. 前記賦活処理は、前記炭素質物質を750℃以上で酸化性ガスと接触させることにより行われるものである請求項6に記載の吸着剤。   The adsorbent according to claim 6, wherein the activation treatment is performed by bringing the carbonaceous material into contact with an oxidizing gas at 750 ° C or higher. 前記賦活処理は、前記炭素質物質を不活性雰囲気下で750℃以上に加熱処理することにより行われるものである請求項6に記載の吸着剤。   The adsorbent according to claim 6, wherein the activation treatment is performed by heat-treating the carbonaceous material to 750 ° C. or higher in an inert atmosphere. 請求項1〜8のいずれかに記載の浄水用吸着剤。

The adsorbent for water purification according to any one of claims 1 to 8.

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