JP2014176821A - 吸着材料 - Google Patents

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Abstract

【課題】各種揮発性有機化合物あるいは水蒸気を高い効率で吸着し得る吸着材料を提供する。
【解決手段】吸着材料は、植物由来の多孔質炭素材料から成り、粒子空隙率εpの値が０．７以上である空気浄化用フィルター向けの吸着材料であり、あるいは又、充填密度ρbの値が０．２グラム／ミリリットル以下である空気浄化用フィルター向けの吸着材料であり、あるいは又、水蒸気吸着法に基づく２０ｎｍ以上の径を有する細孔の容積が１．０ミリリットル／グラム以上である空気浄化用フィルター向けの吸着材料であり、あるいは又、メタノール法に基づく細孔の容積が０．６ミリリットル／グラム以上である空気浄化用フィルター向けの吸着材料である。
【選択図】 図２

Description

本開示は、吸着材料に関する。
従来のヤシガラや石油ピッチを原料とした活性炭が、多くのフィルター用材料として使用され、特に、揮発性有機化合物（Volatile Organic Compounds，ＶＯＣ）を吸着する吸着剤として着目を浴びている。また、室内や車内の快適性の向上を目的として、不快臭を除去するために活性炭が使用されている。
特開２００８−１０４８４５
しかしながら、例えば、特開２００８−１０４８４５によれば、活性炭はＶＯＣを充分に吸着することができないとされている。また、不快臭の元であるニオイ成分は、屡々、空気中の水蒸気（水分子）に付着している。ところが、活性炭は水蒸気を効率良く吸着することができず、このようなニオイ成分が空気中の水蒸気（水分子）に付着している状態にあっては、活性炭によってニオイ成分を除去することが困難である。
従って、本開示の目的は、各種揮発性有機化合物あるいは水蒸気を高い効率で吸着し得る吸着材料を提供することにある。
上記の目的を達成するための本開示の第１の態様に係る吸着材料は、植物由来の多孔質炭素材料から成り、粒子空隙率εpの値が０．７以上である空気浄化用フィルター向けの吸着材料である。尚、本開示の第１の態様に係る吸着材料にあっては、粒子見掛け密度ρpは０．５グラム／ミリリットル以下であることが好ましい。粒子空隙率εpは、以下に定義される。
粒子空隙率εp＝α・β・ρp
ここで、
ρp：粒子見掛け密度（単位：グラム／ミリリットル）であり、１／（１／ρt＋α・β）から算出される。
ρt：粒子真密度（単位：グラム／ミリリットル）であり、（試料質量／試料体積）から求められる。
α ：湿潤重量当たりの含水率（ｇ−水／ｇ−ｗｅｔ）
β ：乾燥重量換算係数（ｇ−ｗｅｔ／ｇ−ｄｒｙ）
である。
上記の目的を達成するための本開示の第２の態様に係る吸着材料は、植物由来の粒状の多孔質炭素材料から成り、充填密度ρbの値が０．２グラム／ミリリットル以下である空気浄化用フィルター向けの吸着材料である。充填密度ρbは、粒径０．２５ｍｍ乃至０．５０ｍｍの乾燥多孔質炭素材料５．００グラムの体積Ｖ500を求め、乾燥多孔質炭素材料の質量の値を体積Ｖ500の値で除すことで求めることができる。粒状の多孔質炭素材料のアスペクト比は２０以下であることが好ましい。粒状の多孔質炭素材料のアスペクト比は、ＳＥＭ観察により任意の粒子１０粒のアスペクト比を測定し、その平均をアスペクト比とするといった方法に基づき求めることができる。
上記の目的を達成するための本開示の第３の態様に係る吸着材料は、植物由来の多孔質炭素材料から成り、水蒸気吸着法に基づく２０ｎｍ以上の径を有する細孔の容積が１．０ミリリットル／グラム以上である空気浄化用フィルター向けの吸着材料である。
上記の目的を達成するための本開示の第４の態様に係る吸着材料は、植物由来の多孔質炭素材料から成り、「工業化学会誌」，Ｖоｌ.７３，Ｎｏ．９，１９１１−１９１５（１９７０）、あるいは、「表面」，Ｖｏｌ.１３，ｐｐ．５８８−５９２，ｐｐ．６５０−６５６，ｐｐ．７３８−７４５（１９７５）に記載されたメタノール法に基づく１ｎｍ以上の径を有する細孔の容積が０．６ミリリットル／グラム以上である空気浄化用フィルター向けの吸着材料である。
上記の目的を達成するための本開示の第５の態様に係る吸着材料は、植物由来の多孔質炭素材料から成り、アセトン３容積％を含む大気雰囲気におけるアセトン平衡吸着量が０．２９ミリグラム／グラム以上である、アセトンを吸着する吸着材料である。
上記の目的を達成するための本開示の第６の態様に係る吸着材料は、植物由来の多孔質炭素材料から成り、トルエン１．５容積％を含む大気雰囲気におけるトルエン平衡吸着量が０．５ミリグラム／グラム以上である、トルエンを吸着する吸着材料である。
上記の目的を達成するための本開示の第７の態様に係る吸着材料は、植物由来の多孔質炭素材料から成り、温度４０゜Ｃ、相対湿度８４％の大気雰囲気における水蒸気平衡吸着量が０．５０ミリグラム／グラム以上である、水蒸気を吸着する吸着材料である。
上記の目的を達成するための本開示の第８の態様に係る吸着材料は、植物由来の多孔質炭素材料から成り、８ｐｐｍのアンモニアガスを含む、温度２０゜Ｃ、相対湿度５０％の空気を空間速度５×１０2／時にて通気させたとき、通気開始から１時間までの累積アンモニアガス除去率が、０．３マイクロモル／グラム以上である、アンモニアを吸着する吸着材料である。
上記の目的を達成するための本開示の第９の態様に係る吸着材料は、植物由来の多孔質炭素材料から成り、
０．１４ｐｐｍのアセトアルデヒド蒸気を含む、温度２０゜Ｃ、相対湿度５０％の空気を空間速度１．５×１０4／時にて通気させたとき、通気開始から１時間までの累積アセトアルデヒド蒸気除去率が、０．２マイクロモル／グラム以上である、アセトアルデヒドを吸着する吸着材料である。
本開示の第１の態様〜第９の態様に係る吸着材料は植物由来の多孔質炭素材料から成る。そして、本開示の第１の態様吸着材料にあっては、多孔質炭素材料の粒子空隙率εpの値が規定されており、本開示の第２の態様に係る吸着材料にあっては、充填密度ρbの値が規定されており、本開示の第３の態様に係る吸着材料にあっては、水蒸気吸着法に基づく細孔容積の値が規定されており、本開示の第４の態様に係る吸着材料にあっては、メタノール法に基づく細孔容積の値が規定されているので、各種揮発性有機化合物あるいは水蒸気を高い効率で、効果的に吸着し得る吸着材料を提供することができる。また、本開示の第５の態様に係る吸着材料にあっては、所定の条件におけるアセトン平衡吸着量を規定することで吸着材料が特定されており、アセトンを高い効率で、効果的に吸着し得る吸着材料を提供することができる。更には、本開示の第６の態様に係る吸着材料にあっては、所定の条件におけるトルエン平衡吸着量を規定することで吸着材料が特定されており、トルエンを高い効率で、効果的に吸着し得る吸着材料を提供することができる。また、本開示の第７の態様に係る吸着材料にあっては、所定の条件における水蒸気平衡吸着量を規定することで吸着材料が特定されており、水蒸気を高い効率で、効果的に吸着し得る吸着材料を提供することができる。更には、本開示の第８の態様に係る吸着材料にあっては、所定の条件における累積アンモニアガス除去率を規定することで吸着材料が特定されており、アンモニアを高い効率で、効果的に吸着し得る吸着材料を提供することができる。また、本開示の第９の態様に係る吸着材料にあっては、所定の条件における累積アセトアルデヒド蒸気除去率を規定することで吸着材料が特定されており、アセトアルデヒドを高い効率で、効果的に吸着し得る吸着材料を提供することができる。
図１は、吸着材料を構成する実施例１における多孔質炭素材料の概念図である。 図２は、実施例１において、吸着材料のアセトン平衡吸着量を求めた結果を示すグラフである。 図３は、実施例２において、吸着材料のトルエン平衡吸着量を求めた結果を示すグラフである。 図４は、実施例３において、吸着材料の水蒸気平衡吸着量を求めた結果を示すグラフである。 図５は、実施例４において、吸着材料の累積アンモニアガス除去量を求めた結果を示すグラフである。 図６は、実施例５において、吸着材料の累積アセトアルデヒド蒸気除去量を求めた結果を示すグラフである。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の第１の態様〜第９の態様に係る吸着材料、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の第１の態様〜第５の態様に係る吸着材料）
３．実施例２（実施例１の変形及び本開示の第６の態様に係る吸着材料）
４．実施例３（実施例１の変形及び本開示の第７の態様に係る吸着材料）
５．実施例４（実施例１の変形及び本開示の第８の態様に係る吸着材料）
６．実施例５（実施例１の変形及び本開示の第９の態様に係る吸着材料）、その他
［本開示の第１の態様〜第９の態様に係る吸着材料、全般に関する説明］
本開示の第１の態様〜第９の態様に係る吸着材料（以下、これらを総称して、単に、『本開示の吸着材料』と呼ぶ場合がある）において、多孔質炭素材料は植物由来の材料を原料としている。ここで、植物由来の材料として、米（稲）、大麦、小麦、ライ麦、稗（ヒエ）、粟（アワ）等の籾殻や藁、珈琲豆、茶葉（例えば、緑茶や紅茶等の葉）、サトウキビ類（より具体的には、サトウキビ類の絞り滓）、トウモロコシ類（より具体的には、トウモロコシ類の芯）、果実の皮（例えば、オレンジの皮、グレープフルーツの皮、ミカンの皮といった柑橘類の皮やバナナの皮等）、あるいは又、葦、茎ワカメを挙げることができるが、これらに限定するものではなく、その他、例えば、陸上に植生する維管束植物、シダ植物、コケ植物、藻類、海藻を挙げることができる。尚、これらの材料を、原料として、単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。また、植物由来の材料の形状や形態も特に限定はなく、例えば、籾殻や藁そのものでもよいし、あるいは乾燥処理品でもよい。更には、ビールや洋酒等の飲食品加工において、発酵処理、焙煎処理、抽出処理等の種々の処理を施されたものを使用することもできる。特に、産業廃棄物の資源化を図るという観点から、脱穀等の加工後の藁や籾殻を使用することが好ましい。これらの加工後の藁や籾殻は、例えば、農業協同組合や酒類製造会社、食品会社、食品加工会社から、大量、且つ、容易に入手することができる。
本開示の吸着材料は、空気の浄化、広くは気体の浄化のために用いることができる。本開示の吸着材料は、多孔質炭素材料、単独で構成することもできるし、多孔質炭素材料とポリマから成る多孔質炭素材料／ポリマ複合体から構成することもできる。ここで、多孔質炭素材料／ポリマ複合体を構成するバインダーとして、例えば、カルボキシニトロセルロース、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン系樹脂、レゾルシン系樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリ（メタ）アクリル酸エステル樹脂、（メタ）アクリル酸・スチレン共重合体樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合体樹脂、酢酸ビニル・（メタ）アクリル共重合体樹脂、エチレン・酢酸ビニル・（メタ）アクリル３元共重合体樹脂等を挙げることができるが、この中でも、親水性で、加水分解あるいは膨潤し難いアクリロニトリル・ブタジエン樹脂（ＡＢ樹脂）、スチレン・ブタジエン樹脂（ＳＢ樹脂）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリル酸エステル・スチレン共重合体樹脂、メタクリル酸エステル・スチレン共重合体樹脂等のブタジエン系樹脂、スチレン系樹脂がより好ましい。また、２種以上のバインダーを併用してもよい。
そして、多孔質炭素材料あるいは多孔質炭素材料／ポリマ複合体（以下、これらを総称して、『多孔質炭素材料等』と呼ぶ場合がある）が支持部材によって支持（担持）されている形態を挙げることができる。支持部材として織布や不織布（湿式不織布を含む）、紙、化繊紙を挙げることができ、織布や不織布、化繊紙を構成する材料として、セルロースやポリプロピレン、ポリエステル、レーヨンを例示することができる。支持形態として、多孔質炭素材料等が支持部材と支持部材との間に挟まれた形態、多孔質炭素材料等が支持部材に練り込まれた形態、多孔質炭素材料等が支持部材に漉き込まれた形態（例えば、混抄紙）、多孔質炭素材料等を支持部材に付着させた形態、支持部材が多孔質炭素材料等でコーティングされた形態を挙げることができる。
あるいは又、粉状、粗粉砕状、粒状での使用、シート状での使用、バインダー（結着剤）等を用いて所望の形状に賦形した状態での使用、カラムやカートリッジに充填された状態での使用、コルゲートハニカム状、プリーツ状、ハニカム状の支持部材との併用を例示することができる。
そして、本開示の吸着材料から、例えば、空気浄化装置のフィルター、マスク、防護手袋や防護靴、各種車両の燃料タンク用キャニスターを構成することができる。
本開示の第１の態様〜第４の態様に係る吸着材料の吸着対象物として、総揮発性有機化合物（ＴＶＯＣ）、具体的には、プロパン、ブタン、塩化メチルといった高揮発性有機化合物（ＶＶＯＣ）；ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ｄ−リモネン、トリエン、アセトン、キシレン、エタノール、２−プロパン、ヘキサノール、エチルベンゼン、スチレン、パラジクロロベンゼン、テトラデカン、クロルピリホス、フェノルカルプ、フタル酸ジ−ｎ−ブチル、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル、ダイアジノンといった揮発性有機化合物（ＶＯＣ）；殺虫剤（ＤＤＴ，クロルデン）、可塑剤（フタル酸化合物）、難燃剤といった準揮発性有機化合物（ＳＶＯＣ）を挙げることができるし、あるいは又、水蒸気、水蒸気に同伴されたニオイ成分を挙げることができる。また、浮遊粒子状物質、微粒子状物質、超微粒子、ディーゼル排気微粒子、吸入性粒子、吸入性粉塵、降下煤塵、大気エアロゾル粒子（浮遊粉塵）等を挙げることもできる。
本開示の吸着材料における多孔質炭素材料の原料を、ケイ素（Ｓｉ）を含有する植物由来の材料とする場合、具体的には、限定するものではないが、多孔質炭素材料は、ケイ素（Ｓｉ）の含有率が５質量％以上である植物由来の材料を原料とし、ケイ素（Ｓｉ）の含有率が、５質量％以下、好ましくは３質量％以下、より好ましくは１質量％以下であることが望ましい。
本開示の吸着材料における多孔質炭素材料は、例えば、植物由来の材料を４００゜Ｃ乃至１４００゜Ｃにて炭素化した後、酸又はアルカリで処理することによって得ることができる。このような本開示の吸着材料における多孔質炭素材料の製造方法（以下、単に、『多孔質炭素材料の製造方法』と呼ぶ場合がある）において、植物由来の材料を４００゜Ｃ乃至１４００゜Ｃにて炭素化することにより得られた材料であって、酸又はアルカリでの処理を行う前の材料を、『多孔質炭素材料前駆体』あるいは『炭素質物質』と呼ぶ。
多孔質炭素材料の製造方法において、酸又はアルカリでの処理の後、賦活処理を施す工程を含めることができるし、賦活処理を施した後、酸又はアルカリでの処理を行ってもよい。また、このような好ましい形態を含む多孔質炭素材料の製造方法にあっては、使用する植物由来の材料にも依るが、植物由来の材料を炭素化する前に、炭素化のための温度よりも低い温度（例えば、４００゜Ｃ〜７００゜Ｃ）にて、酸素を遮断した状態で植物由来の材料に加熱処理（予備炭素化処理）を施してもよい。これによって、炭素化の過程において生成するであろうタール成分を抽出することが出来る結果、炭素化の過程において生成するであろうタール成分を減少あるいは除去することができる。尚、酸素を遮断した状態は、例えば、窒素ガスやアルゴンガスといった不活性ガス雰囲気とすることで、あるいは又、真空雰囲気とすることで、あるいは又、植物由来の材料を一種の蒸し焼き状態とすることで達成することができる。また、多孔質炭素材料の製造方法にあっては、使用する植物由来の材料にも依るが、植物由来の材料中に含まれるミネラル成分や水分を減少させるために、また、炭素化の過程での異臭の発生を防止するために、植物由来の材料をアルコール（例えば、メチルアルコールやエチルアルコール、イソプロピルアルコール）に浸漬してもよい。尚、多孔質炭素材料の製造方法にあっては、その後、予備炭素化処理を実行してもよい。不活性ガス中で加熱処理を施すことが好ましい材料として、例えば、木酢液（タールや軽質油分）を多く発生する植物を挙げることができる。また、アルコールによる前処理を施すことが好ましい材料として、例えば、ヨウ素や各種ミネラルを多く含む海藻類を挙げることができる。
多孔質炭素材料の製造方法にあっては、植物由来の材料を４００゜Ｃ乃至１４００゜Ｃにて炭素化するが、ここで、炭素化とは、一般に、有機物質（本開示の吸着材料における多孔質炭素材料にあっては、植物由来の材料）を熱処理して炭素質物質に変換することを意味する（例えば、ＪＩＳ Ｍ０１０４−１９８４参照）。尚、炭素化のための雰囲気として、酸素を遮断した雰囲気を挙げることができ、具体的には、真空雰囲気、窒素ガスやアルゴンガスといった不活性ガス雰囲気、植物由来の材料を一種の蒸し焼き状態とする雰囲気を挙げることができる。炭素化温度に至るまでの昇温速度として、限定するものではないが、係る雰囲気下、１゜Ｃ／分以上、好ましくは３゜Ｃ／分以上、より好ましくは５゜Ｃ／分以上を挙げることができる。また、炭素化時間の上限として、１０時間、好ましくは７時間、より好ましくは５時間を挙げることができるが、これに限定するものではない。炭素化時間の下限は、植物由来の材料が確実に炭素化される時間とすればよい。また、植物由来の材料を、所望に応じて粉砕して所望の粒度としてもよいし、分級してもよい。植物由来の材料を予め洗浄してもよい。あるいは又、得られた多孔質炭素材料前駆体や多孔質炭素材料を、所望に応じて粉砕して所望の粒度としてもよいし、分級してもよい。あるいは又、賦活処理後の多孔質炭素材料を、所望に応じて粉砕して所望の粒度としてもよいし、分級してもよい。更には、最終的に得られた多孔質炭素材料に殺菌処理を施してもよい。炭素化のために使用する炉の形式、構成、構造に制限はなく、連続炉とすることもできるし、回分炉（バッチ炉）とすることもできる。
多孔質炭素材料の製造方法において、上述したとおり、賦活処理を施せば、孔径が２ｎｍよりも小さいマイクロ細孔を増加させることができる。賦活処理の方法として、ガス賦活法、薬品賦活法を挙げることができる。ここで、ガス賦活法とは、賦活剤として酸素や水蒸気、炭酸ガス、空気等を用い、係るガス雰囲気下、７００゜Ｃ乃至１４００゜Ｃにて、好ましくは７００゜Ｃ乃至１０００゜Ｃにて、より好ましくは８００゜Ｃ乃至１０００゜Ｃにて、数十分から数時間、多孔質炭素材料を加熱することにより、多孔質炭素材料中の揮発成分や炭素分子により微細構造を発達させる方法である。尚、より具体的には、加熱温度は、植物由来の材料の種類、ガスの種類や濃度等に基づき、適宜、選択すればよい。薬品賦活法とは、ガス賦活法で用いられる酸素や水蒸気の替わりに、塩化亜鉛、塩化鉄、リン酸カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カリウム、硫酸等を用いて賦活させ、塩酸で洗浄、アルカリ性水溶液でｐＨを調整し、乾燥させる方法である。
本開示の吸着材料における多孔質炭素材料の表面に対して、化学処理又は分子修飾を行ってもよい。化学処理として、例えば、硝酸処理により表面にカルボキシ基を生成させる処理を挙げることができる。また、水蒸気、酸素、アルカリ等による賦活処理と同様の処理を行うことにより、多孔質炭素材料の表面に水酸基、カルボキシ基、ケトン基、エステル基等、種々の官能基を生成させることもできる。更には、多孔質炭素材料と反応可能な水酸基、カルボキシ基、アミノ基等を有する化学種又は蛋白質とを化学反応させることでも、分子修飾が可能である。
多孔質炭素材料の製造方法にあっては、酸又はアルカリでの処理によって、炭素化後の植物由来の材料中のケイ素成分を除去する。ここで、ケイ素成分として、二酸化ケイ素や酸化ケイ素、酸化ケイ素塩といったケイ素酸化物を挙げることができる。このように、炭素化後の植物由来の材料中のケイ素成分を除去することで、高い比表面積を有する多孔質炭素材料を得ることができる。場合によっては、ドライエッチング法に基づき、炭素化後の植物由来の材料中のケイ素成分を除去してもよい。
本開示の吸着材料における多孔質炭素材料には、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）や、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）等の非金属元素や、遷移元素等の金属元素が含まれていてもよい。マグネシウム（Ｍｇ）の含有率として０．０１質量％以上３質量％以下、カリウム（Ｋ）の含有率として０．０１質量％以上３質量％以下、カルシウム（Ｃａ）の含有率として０．０５質量％以上３質量％以下、リン（Ｐ）の含有率として０．０１質量％以上３質量％以下、硫黄（Ｓ）の含有率として０．０１質量％以上３質量％以下を挙げることができる。尚、これらの元素の含有率は、比表面積の値の増加といった観点からは、少ない方が好ましい。多孔質炭素材料には、上記した元素以外の元素を含んでいてもよく、上記した各種元素の含有率の範囲も、変更し得ることは云うまでもない。
本開示の吸着材料における多孔質炭素材料にあっては、各種元素の分析を、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（例えば、日本電子株式会社製のＪＥＤ−２２００Ｆ）を用い、エネルギー分散法（ＥＤＳ）により行うことができる。ここで、測定条件を、例えば、走査電圧１５ｋＶ、照射電流１０μＡとすればよい。
本開示の吸着材料における多孔質炭素材料は、細孔（ポア）を多く有している。細孔として、孔径が２ｎｍ乃至５０ｎｍの『メソ細孔』、孔径が５０ｎｍを超える『マクロ細孔』、及び、孔径が２ｎｍよりも小さい『マイクロ細孔』が含まれる。具体的には、メソ細孔として、例えば、２０ｎｍ以下の孔径の細孔を多く含み、特に、１０ｎｍ以下の孔径の細孔を多く含んでいる。また、マイクロ細孔として、例えば、孔径が１．９ｎｍ程度の細孔と、１．５ｎｍ程度の細孔と、０．８ｎｍ〜１ｎｍ程度の細孔とを多く含んでいる。本開示の吸着材料における多孔質炭素材料にあっては、ＢＪＨ法による細孔の容積は、０．１ｃｍ3／グラム以上、好ましくは０．２ｃｍ3／グラム以上、より好ましくは０．３ｃｍ3／グラム以上、一層好ましくは０．５ｃｍ3／グラム以上であることが望ましい。ＭＰ法による細孔の容積も、０．１ｃｍ3／グラム以上、好ましくは０．２ｃｍ3／グラム以上、より好ましくは０．３ｃｍ3／グラム以上、一層好ましくは０．５ｃｍ3／グラム以上であることが望ましい。
本開示の吸着材料における多孔質炭素材料において、窒素ＢＥＴ法による比表面積の値（以下、単に、『比表面積の値』と呼ぶ場合がある）は、より一層優れた機能性を得るために、好ましくは５０ｍ2／グラム以上、より好ましくは１００ｍ2／グラム以上、更に一層好ましくは４００ｍ2／グラム以上であることが望ましい。
窒素ＢＥＴ法とは、吸着剤（ここでは、多孔質炭素材料）に吸着分子として窒素を吸脱着させることにより吸着等温線を測定し、測定したデータを式（１）で表されるＢＥＴ式に基づき解析する方法であり、この方法に基づき比表面積や細孔容積等を算出することができる。具体的には、窒素ＢＥＴ法により比表面積の値を算出する場合、先ず、多孔質炭素材料に吸着分子として窒素を吸脱着させることにより、吸着等温線を求める。そして、得られた吸着等温線から、式（１）あるいは式（１）を変形した式（１’）に基づき［ｐ／｛Ｖa（ｐ0−ｐ）｝］を算出し、平衡相対圧（ｐ／ｐ0）に対してプロットする。そして、このプロットを直線と見なし、最小二乗法に基づき、傾きｓ（＝［（Ｃ−１）／（Ｃ・Ｖm）］）及び切片ｉ（＝［１／（Ｃ・Ｖm）］）を算出する。そして、求められた傾きｓ及び切片ｉから式（２−１）、式（２−２）に基づき、Ｖm及びＣを算出する。更には、Ｖmから、式（３）に基づき比表面積ａsBETを算出する（日本ベル株式会社製ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ及びＢＥＬＳＯＲＰ解析ソフトウェアのマニュアル、第６２頁〜第６６頁参照）。尚、この窒素ＢＥＴ法は、ＪＩＳ Ｒ １６２６−１９９６「ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法」に準じた測定方法である。
Ｖa＝（Ｖm・Ｃ・ｐ）／［（ｐ0−ｐ）｛１＋（Ｃ−１）（ｐ／ｐ0）｝］ （１）
［ｐ／｛Ｖa（ｐ0−ｐ）｝］
＝［（Ｃ−１）／（Ｃ・Ｖm）］（ｐ／ｐ0）＋［１／（Ｃ・Ｖm）］ （１’）
Ｖm＝１／（ｓ＋ｉ） （２−１）
Ｃ ＝（ｓ／ｉ）＋１ （２−２）
ａsBET＝（Ｖm・Ｌ・σ）／２２４１４ （３）
但し、
Ｖa：吸着量
Ｖm：単分子層の吸着量
ｐ ：窒素の平衡時の圧力
ｐ0：窒素の飽和蒸気圧
Ｌ ：アボガドロ数
σ ：窒素の吸着断面積
である。
窒素ＢＥＴ法により細孔容積Ｖpを算出する場合、例えば、求められた吸着等温線の吸着データを直線補間し、細孔容積算出相対圧で設定した相対圧での吸着量Ｖを求める。この吸着量Ｖから式（４）に基づき細孔容積Ｖpを算出することができる（日本ベル株式会社製ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ及びＢＥＬＳＯＲＰ解析ソフトウェアのマニュアル、第６２頁〜第６５頁参照）。尚、窒素ＢＥＴ法に基づく細孔容積を、以下、単に『細孔容積』と呼ぶ場合がある。
Ｖp＝（Ｖ／２２４１４）×（Ｍg／ρg） （４）
但し、
Ｖ ：相対圧での吸着量
Ｍg：窒素の分子量
ρg：窒素の密度
である。
メソ細孔の孔径は、例えば、ＢＪＨ法に基づき、その孔径に対する細孔容積変化率から細孔の分布として算出することができる。ＢＪＨ法は、細孔分布解析法として広く用いられている方法である。ＢＪＨ法に基づき細孔分布解析をする場合、先ず、多孔質炭素材料に吸着分子として窒素を吸脱着させることにより、脱着等温線を求める。そして、求められた脱着等温線に基づき、細孔が吸着分子（例えば窒素）によって満たされた状態から吸着分子が段階的に着脱する際の吸着層の厚さ、及び、その際に生じた孔の内径（コア半径の２倍）を求め、式（５）に基づき細孔半径ｒpを算出し、式（６）に基づき細孔容積を算出する。そして、細孔半径及び細孔容積から細孔径（２ｒp）に対する細孔容積変化率（ｄＶp／ｄｒp）をプロットすることにより細孔分布曲線が得られる（日本ベル株式会社製ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ及びＢＥＬＳＯＲＰ解析ソフトウェアのマニュアル、第８５頁〜第８８頁参照）。
ｒp＝ｔ＋ｒk （５）
Ｖpn＝Ｒn・ｄＶn−Ｒn・ｄｔn・ｃ・ΣＡpj （６）
但し、
Ｒn＝ｒpn 2／（ｒkn−１＋ｄｔn）2 （７）
ここで、
ｒp：細孔半径
ｒk：細孔半径ｒpの細孔の内壁にその圧力において厚さｔの吸着層が吸着した場合のコア半径（内径／２）
Ｖpn：窒素の第ｎ回目の着脱が生じたときの細孔容積
ｄＶn：そのときの変化量
ｄｔn：窒素の第ｎ回目の着脱が生じたときの吸着層の厚さｔnの変化量
ｒkn：その時のコア半径
ｃ：固定値
ｒpn：窒素の第ｎ回目の着脱が生じたときの細孔半径
である。また、ΣＡpjは、ｊ＝１からｊ＝ｎ−１までの細孔の壁面の面積の積算値を表す。
マイクロ細孔の孔径は、例えば、ＭＰ法に基づき、その孔径に対する細孔容積変化率から細孔の分布として算出することができる。ＭＰ法により細孔分布解析を行う場合、先ず、多孔質炭素材料に窒素を吸着させることにより、吸着等温線を求める。そして、この吸着等温線を吸着層の厚さｔに対する細孔容積に変換する（ｔプロットする）。そして、このプロットの曲率（吸着層の厚さｔの変化量に対する細孔容積の変化量）に基づき細孔分布曲線を得ることができる（日本ベル株式会社製ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ及びＢＥＬＳＯＲＰ解析ソフトウェアのマニュアル、第７２頁〜第７３頁、第８２頁参照）。
多孔質炭素材料前駆体を酸又はアルカリで処理するが、具体的な処理方法として、例えば、酸あるいはアルカリの水溶液に多孔質炭素材料前駆体を浸漬する方法や、多孔質炭素材料前駆体と酸又はアルカリとを気相で反応させる方法を挙げることができる。より具体的には、酸によって処理する場合、酸として、例えば、フッ化水素、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム、フッ化カルシウム、フッ化ナトリウム等の酸性を示すフッ素化合物を挙げることができる。フッ素化合物を用いる場合、多孔質炭素材料前駆体に含まれるケイ素成分におけるケイ素元素に対してフッ素元素が４倍量となればよく、フッ素化合物水溶液の濃度は１０質量％以上であることが好ましい。フッ化水素酸によって、多孔質炭素材料前駆体に含まれるケイ素成分（例えば、二酸化ケイ素）を除去する場合、二酸化ケイ素は、化学式（Ａ）又は化学式（Ｂ）に示すようにフッ化水素酸と反応し、ヘキサフルオロケイ酸（Ｈ2ＳｉＦ6）あるいは四フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）として除去され、多孔質炭素材料を得ることができる。そして、その後、洗浄、乾燥を行えばよい。
ＳｉＯ2＋６ＨＦ → Ｈ2ＳｉＦ6＋２Ｈ2Ｏ （Ａ）
ＳｉＯ2＋４ＨＦ → ＳｉＦ4＋２Ｈ2Ｏ （Ｂ）
また、アルカリ（塩基）によって処理する場合、アルカリとして、例えば、水酸化ナトリウムを挙げることができる。アルカリの水溶液を用いる場合、水溶液のｐＨは１１以上であればよい。水酸化ナトリウム水溶液によって、多孔質炭素材料前駆体に含まれるケイ素成分（例えば、二酸化ケイ素）を除去する場合、水酸化ナトリウム水溶液を熱することにより、二酸化ケイ素は、化学式（Ｃ）に示すように反応し、ケイ酸ナトリウム（Ｎａ2ＳｉＯ3）として除去され、多孔質炭素材料を得ることができる。また、水酸化ナトリウムを気相で反応させて処理する場合、水酸化ナトリウムの固体を熱することにより、化学式（Ｃ）に示すように反応し、ケイ酸ナトリウム（Ｎａ2ＳｉＯ3）として除去され、多孔質炭素材料を得ることができる。そして、その後、洗浄、乾燥を行えばよい。
ＳｉＯ2＋２ＮａＯＨ → Ｎａ2ＳｉＯ3＋Ｈ2Ｏ （Ｃ）
あるいは又、本開示の吸着材料における多孔質炭素材料として、例えば、特開２０１０−１０６００７に開示された空孔が３次元的規則性を有する多孔質炭素材料（所謂、逆オパール構造を有する多孔質炭素材料）、具体的には、１×１０-9ｍ乃至１×１０-5ｍの平均直径を有する３次元的に配列された球状の空孔を備え、表面積が３×１０2ｍ2／グラム以上の多孔質炭素材料、好ましくは、巨視的に、結晶構造に相当する配置状態にて空孔が配列されており、あるいは又、巨視的に、面心立方構造における（１１１）面配向に相当する配置状態にて、その表面に空孔が配列されている多孔質炭素材料を用いることもできる。
実施例１は、本開示の第１の態様〜第４の態様に係る吸着材料、本開示の第５の態様に係る吸着材料に関する。即ち、実施例１の吸着材料は、植物由来の多孔質炭素材料から成り、粒子空隙率εpの値が０．７以上である空気浄化用フィルター向けの吸着材料であり、更には、粒子見掛け密度ρpは０．５グラム／ミリリットル以下である空気浄化用フィルター向けの吸着材料であり、あるいは又、充填密度ρbの値が０．２グラム／ミリリットル以下である空気浄化用フィルター向けの吸着材料であり、あるいは又、水蒸気吸着法に基づく２０ｎｍ以上の径を有する細孔の容積が１．０ミリリットル／グラム以上である空気浄化用フィルター向けの吸着材料であり、あるいは又、前述した文献に記載されたメタノール法に基づく１ｎｍ以上の径を有する細孔の容積が０．６ミリリットル／グラム以上である空気浄化用フィルター向けの吸着材料である。更には、実施例１の吸着材料は、植物由来の多孔質炭素材料から成り、アセトン３容積％を含む大気雰囲気におけるアセトン平衡吸着量が０．２９ミリグラム／グラム以上である、アセトンを吸着する吸着材料である。
ここで、粒子空隙率εpは、前述したとおり、
粒子空隙率εp＝α・β・ρp
と定義され、
ρp：粒子見掛け密度（単位：グラム／ミリリットル）であり、１／（１／ρt＋α・β）から算出される。
ρt：粒子真密度（単位：グラム／ミリリットル）であり、（試料質量／試料体積）から求められる。
α ：湿潤重量当たりの含水率（ｇ−水／ｇ−ｗｅｔ）
β ：乾燥重量換算係数（ｇ−ｗｅｔ／ｇ−ｄｒｙ）
である。また、充填密度ρbは、前述したとおり、粒径０．２５ｍｍ乃至０．５０ｍｍの乾燥多孔質炭素材料５．００グラムの体積Ｖ500を求め、乾燥多孔質炭素材料の質量の値を体積Ｖ500の値で除すことで求めることができる。粒状の多孔質炭素材料のアスペクト比は２０以下である。
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例５においては、以下に説明する植物由来の多孔質炭素材料を使用した。即ち、多孔質炭素材料の原料である植物由来の材料を米（稲）の籾殻とした。そして、多孔質炭素材料は、原料としての籾殻を炭素化して炭素質物質（多孔質炭素材料前駆体）に変換し、次いで、酸処理を施すことで得られる。
吸着材料の製造においては、植物由来の材料を４００゜Ｃ乃至１４００゜Ｃにて炭素化した後、酸又はアルカリで処理することによって、多孔質炭素材料を得た。即ち、先ず、籾殻に対して、不活性ガス中で加熱処理（予備炭素化処理）を施す。具体的には、籾殻を、窒素気流中において５００゜Ｃ、３時間、加熱することにより炭化させ、炭化物を得た。尚、このような処理を行うことで、次の炭素化の際に生成されるであろうタール成分を減少あるいは除去することができる。その後、この炭化物の１０グラムをアルミナ製の坩堝に入れ、窒素気流中（５リットル／分）において５゜Ｃ／分の昇温速度で８００゜Ｃまで昇温させた。そして、８００゜Ｃで１時間、炭素化して、炭素質物質（多孔質炭素材料前駆体）に変換した後、室温まで冷却した。尚、炭素化及び冷却中、窒素ガスを流し続けた。次に、この多孔質炭素材料前駆体を４６容積％のフッ化水素酸水溶液に一晩浸漬することで酸処理を行った後、水及びエチルアルコールを用いてｐＨ７になるまで洗浄した。次いで、１２０°Ｃにて乾燥させた後、窒素気流中で９００゜Ｃまで昇温させた。そして、９００゜Ｃで水蒸気気流中にて３時間加熱することで賦活処理を行うことで、吸着材料を構成する実施例１における多孔質炭素材料を得ることができた。
市販のヤシガラ活性炭（比較例１Ａ及び比較例１Ｂ）、石炭系粒子状活性炭（比較例１Ｃ）、石油系繊維状活性炭（比較例１Ｄ）を比較例として用いた。使用した試料を篩（目開き：１．７０ｍｍ、０．８５ｍｍ、０．５０ｍｍ、０．２５ｍｍ及び０．１０６ｍｍの５種類の篩）を使用して分級することで得られた粒度分布を、以下の表１に示す。尚、実施例１における多孔質炭素材料のアスペクト比は、約１０であった。
比較例１Ａ：クラレケミカル株式会社製クラレコールＧＧ
比較例１Ｂ：クラレケミカル株式会社製クラレコールＧＷ
比較例１Ｃ：カルゴンカーボンジャパン株式会社製カルゴンＦ４００
比較例１Ｄ：ユニチカ株式会社製アドールＡ−１
［表１］
0.10mm〜0.25mm 0.25mm〜0.50mm 0.50mm〜0.84mm 0.84mm〜1.68mm
実施例１ １８．３ ３８．９ ３９．０ ３．７
比較例１Ａ ２８．０ ７２．０ − −
比較例１Ｂ ２１．０ ７９．０ − −
比較例１Ｃ ０．２ ０．４ ９．４ ９０．０
また、使用したそれぞれの試料の粒子真密度ρt（単位：グラム／ミリリットル）、粒子見掛け密度ρp（単位：グラム／ミリリットル）、粒子空隙率εp（無次元）、充填空隙率εb（無次元）、充填密度ρb（単位：グラム／ミリリットル）のそれぞれの値を、以下の表２に示す。
ここで、粒子真密度ρt、粒子見掛け密度ρp、粒子空隙率εpを、以下に説明する方法で算出した。即ち、予め、２５ミリリットルのメスフラスコ（質量：Ｗ0）の標線まで純水を入れて、質量Ｗ3を測定しておく。そして、この２５ミリリットルのメスフラスコに、湿潤篩い分けした試料を、乾燥換算で約２．０グラム（Ｗ2）入れ、次いで、純水を約１５ミリリットル入れてから、脱気した後、純水でメスアップして質量Ｗ4を測定した。ここで、純水の密度を１．０００グラム／ｃｍ3とすれば、
メスフラスコの容量＝Ｗ3−Ｗ0
である。一方、
純水の体積＝Ｗ4−Ｗ0−Ｗ2
である。粒子真密度ρtは、
ρt＝Ｗ2／試料の体積＝Ｗ2／（メスフラスコの容量−純水の体積）
である。従って、粒子真密度ρtは、
ρt＝Ｗ2／｛（Ｗ3−Ｗ0）−（Ｗ4−Ｗ0−Ｗ2）｝
＝Ｗ2／（Ｗ3＋Ｗ2−Ｗ4）
から求めることができる。そして、試料の細孔も粒子に含まれるとした粒子見掛け密度ρpを、
ρp＝1／（1／ρt ＋α・β）
から算出した。更に、試料の細孔体積割合である粒子空隙率εpを、
εp＝ｖp・ρp＝α・β・ρp
から算出した。
また、充填密度ρb及び充填空隙率εbを、以下に説明する方法で算出した。即ち、粒径０．２５ｍｍ乃至０．５０ｍｍの乾燥試料について、５．００グラムの体積Ｖ500（単位：ミリリットル）を求める。そして、試料の充填密度ρbを、
ρb＝５．０／Ｖ500
から算出した。更に、充填時の粒子以外の体積の割合である充填空隙率εbを、
εb＝（1／ρb−1／ρp）／（1／ρb）
＝（１−ρb／ρp）
から算出した。
尚、図１に、吸着材料を構成する実施例１における多孔質炭素材料の概念図を示すが、円形の図形は多孔質炭素材料を模式的に示し、円形の図形の内部の黒色の部分は、多孔質炭素材料の固体部分を模式的に示し、円形の図形の内部の白色の部分は、多孔質炭素材料における細孔部分を模式的に示し、円形の図形と円形の図形との間の領域は、多孔質炭素材料と多孔質炭素材料の隙間の領域（多孔質炭素材料集合体における隙間の領域）を示す。尚、粒子真密度ρt、粒子見掛け密度ρp、粒子空隙率εp、充填密度ρb及び充填空隙率εbは、以下のように表現することもできる。
粒子真密度ρt：（多孔質炭素材料の固体部分の質量）／（多孔質炭素材料の固体部分の体積）
粒子見掛け密度ρp：（多孔質炭素材料の固体部分の質量）／（多孔質炭素材料の固体部分の体積＋多孔質炭素材料における細孔部分の体積）
粒子空隙率εp：（多孔質炭素材料における細孔部分の体積）／（多孔質炭素材料の固体部分の体積＋多孔質炭素材料における細孔部分の体積）
充填空隙率εb：（多孔質炭素材料集合体における隙間の領域の体積）／（多孔質炭素材料集合体の体積）
充填密度ρb：（多孔質炭素材料集合体の質量）／（多孔質炭素材料集合体の体積）
更には、水蒸気吸着法に基づく２０ｎｍ以上の径を有する細孔の容積の値（ＶＬ1）、水蒸気吸着法に基づく２０ｎｍ未満の径を有する細孔の容積の値（ＶＬ’1）、前述した文献に記載されたメタノール法に基づく１ｎｍ以上の径を有する細孔の容積の値（ＶＬ2）を、以下の表３に示す。
ここで、水蒸気吸着法にあっては、相対湿度８４、６４、５０、４０、２０％の平衡吸着量を求め、相対湿度と平衡吸着量の関係を図示した。
また、メタノール法に基づく細孔容積を以下の手順で測定した。即ち、乾燥した試料を、容積５ミリリットルのステンレス鋼製ネット付きカラムに入れ、質量を測定する。次いで、各カラムをガス吸着装置に取り付ける。そして、カラムへのメタノール蒸気流量と乾燥空気流量を調整して、相対圧Ｐ／Ｐ0＝０．９８のガスを約１．０リットル／分でガス吸着装置に通気する。そして、カラムの質量が一定となるまで通気を行い、メタノールを含む大気雰囲気におけるメタノール平衡吸着量を求めた。同様に、相対圧Ｐ／Ｐ0＝０．８２，０．６０，０．４０，０．２０のガスを用いて、メタノールを含む大気雰囲気におけるメタノール平衡吸着量を求めた。更に、メタノールの４０゜Ｃでの液体密度０．７７２（グラム／ミリリットル）で除して、液体体積換算平衡吸着量を算出した。そして、各相対圧（Ｐ／Ｐ0）のメタノール平衡吸着量のプロットを基にした近似曲線であるメタノール吸着等温線から、細孔の累積容積分布、微分容積分布、積算比表面積、及び、累積比表面積分布を計算した。尚、メタノール法による多孔質材料の内部表面積Ｓは、細孔分布から、半径変化Δｒ（ｒi−ｒi＋１）の細孔の体積変化ΔＶから、
ΔＳ＝２ΔＶ／（ｒi−ｒi＋１）／２
を積算して求める。
［表２］
ρt ρp εp εb ρb
実施例１ １．９９ ０．３８ ０．８１ ０．６０ ０．１５
比較例１Ａ １．９３ ０．７８ ０．６０ ０．５０ ０．３６
比較例１Ｂ ２．０８ ０．８２ ０．６１ ０．３３ ０．５５
比較例１Ｃ ２．００ ０．７５ ０．６３ ０．４１ ０．４４
比較例１Ｄ ２．０２ ０．７４ ０．６４ ０．８０ ０．１５
［表３］
ＶＬ1 ＶＬ’1 ＶＬ2
実施例１ １．３１ ０．７９ ０．７９
比較例１Ａ ０．３９ ０．４０ ０．４０
比較例１Ｂ ０．３７ ０．３８ ０．３８
比較例１Ｃ ０．３０ ０．５４ ０．５３
比較例１Ｄ ０．４３ ０．４３ ０．４２
表２から、実施例１における多孔質炭素材料の粒子見掛け密度ρpの値は、比較例１Ａ〜比較例１Ｄと比べて小さく、また、粒子空隙率εpの値は、比較例１Ａ〜比較例１Ｄと比べて大きいことが判る。更には、粒状の実施例１における多孔質炭素材料の充填密度ρbの値は、粒状の試料である比較例１Ａ〜比較例１Ｃと比べて小さいことが判る。
表３から、実施例１における水蒸気吸着法に基づく２０ｎｍ以上の径を有する細孔の容積の値（ＶＬ1）の値は、比較例１Ａ〜比較例１Ｄと比べて０．８ｃｍ3／グラム以上であることが判る。また、実施例１における水蒸気吸着法に基づく２０ｎｍ未満の径を有する細孔の容積の値（ＶＬ’1）の値は、比較例１Ａ〜比較例１Ｄと比べて０．２ｃｍ3／グラム以上であることが判る。更には、実施例１におけるメタノール法に基づく細孔の容積の値（ＶＬ2）の値は、比較例１Ａ〜比較例１Ｄと比べて０．２ｃｍ3／グラム以上であることが判る。
アセトン蒸気の平衡吸着量を以下の手順で測定した。即ち、先ず、乾燥した試料をカラムに入れ、質量を測定する。次いで、各カラムを恒温槽内のガス吸着装置に取り付ける。そして、カラムへのアセトン蒸気流量と乾燥空気流量を調整して、３．０容積％（相対圧Ｐ／Ｐ0＝０．１０）のガスを１．０リットル／分（希釈用９００ミリリットル／分及びアセトン飽和蒸気１００ミリリットル／分）でガス吸着装置に通気する。そして、１５分後、３０分後、４５分後等にカラムを取り外し、質量を測定し、カラムの質量が一定となるまで通気を行い、アセトン３容積％を含む大気雰囲気におけるアセトン平衡吸着量を求めた。同様に、０．６１容積％（相対圧Ｐ／Ｐ0＝０．０２）のガス、及び、０．１５容積％（相対圧Ｐ／Ｐ0＝０．００５）のガスを用いて、アセトン０．６容積％及び０．１５容積％を含む大気雰囲気におけるアセトン平衡吸着量を求めた。その結果を図２、及び、以下の表４に示す。尚、図２及び後述する図３中、曲線「ａ」は実施例１あるいは実施例２のデータを示し、曲線「Ｂ」は比較例１Ｂのデータを示し、曲線「Ｄ」は比較例１Ｄのデータを示す。
［表４］ アセトン平衡吸着量（単位：アセトン ミリグラム／試料１グラム）
アセトン濃度（ｐｐｍ） １５２０ ６０８０ ３０４００
実施例１ １５０ ２２５ ３００
比較例１Ｂ １５０ ２３５ ２４０
比較例１Ｄ １６０ ２１０ ２７５
アセトン蒸気の平衡吸着量の試験結果から、実施例１にあっては、アセトン３容積％を含む大気雰囲気におけるアセトン平衡吸着量が０．２９ミリグラム／グラム以上であると規定することで吸着材料が特定されており、アセトンを高い効率で、効果的に吸着し得る吸着材料を提供することができる。
実施例２は、実施例１に変形であり、本開示の第１の態様〜第４の態様に係る吸着材料に関し、更に、本開示の第６の態様に係る吸着材料に関する。即ち、実施例２の吸着材料は、植物由来の多孔質炭素材料から成り、トルエン１．５容積％を含む大気雰囲気におけるトルエン平衡吸着量が０．５ミリグラム／グラム以上である、トルエンを吸着する吸着材料である。尚、吸着材料、それ自体は、実施例１の吸着材料と同じである。
トルエン蒸気の平衡吸着量を以下の手順で測定した。即ち、乾燥した粒径０．２５ｍｍ乃至０．５０ｍｍの実施例２の試料０．２０グラム、乾燥した比較例１Ｂの試料０．２０グラム、乾燥した比較例１Ｄの試料０．２０グラムを使用した。そして、各試料を、それぞれ、ステンレス鋼製ネット付きカラムに入れ、質量を測定する。次いで、各カラムを恒温槽内のガス吸着装置に取り付ける。そして、カラムへのトルエン蒸気流量と乾燥空気流量を調整して、１．５０容積％（相対圧Ｐ／Ｐ0＝０．４０）のガスを１．０リットル／分でガス吸着装置に通気する。そして、１５分後、３０分後、４５分後等にカラムを取り外し、質量を測定し、カラムの質量が一定となるまで通気を行い、トルエン１．５容積％を含む大気雰囲気におけるトルエン平衡吸着量を求めた。同様に、０．３７容積％（相対圧Ｐ／Ｐ0＝０．１０）のガス、及び、０．０１容積％（相対圧Ｐ／Ｐ0＝０．００２７）のガスを用いて、トルエン０．３７容積％及び０．０１容積％を含む大気雰囲気におけるトルエン平衡吸着量を求めた。その結果を図３、及び、以下の表５に示す。
［表５］ トルエン平衡吸着量（単位：トルエン ミリグラム／試料１グラム）
トルエン濃度（ｐｐｍ） １００ ３７００ １５０００
実施例２ ２６０ ３８０ ５５０
比較例１Ｂ ２２５ ３０５ ３５０
比較例１Ｄ ２６０ ３８５ ４４０
トルエン蒸気の平衡吸着量の試験結果から、実施例２にあっては、トルエン１．５容積％を含む大気雰囲気におけるトルエン平衡吸着量が０．５ミリグラム／グラム以上であると規定することで吸着材料が特定されており、トルエンを高い効率で、効果的に吸着し得る吸着材料を提供することができる。
実施例３は、実施例１に変形であり、本開示の第１の態様〜第４の態様に係る吸着材料に関し、更に、本開示の第７の態様に係る吸着材料に関する。即ち、実施例３の吸着材料は、植物由来の多孔質炭素材料から成り、温度４０゜Ｃ、相対湿度８４％の大気雰囲気における水蒸気平衡吸着量が０．５０ミリグラム／グラム以上である、水蒸気を吸着する吸着材料である。尚、吸着材料、それ自体は、実施例１の吸着材料と同じである。
水蒸気の平衡吸着量を以下の手順で測定した。即ち、乾燥した試料を、容積５ミリリットルのステンレス鋼製ネット付きカラムに入れ、質量を測定する。次いで、各カラムを４０゜Ｃの恒温槽内に設置されたコック付きガス吸着装置に取り付ける。そして、カラムへの水蒸気流量と乾燥空気流量を調整して、相対湿度９８％、８４％、６４％、５０％、４０％、２０％となるように希釈用乾燥空気と飽和水蒸気の流量を変え、ガス吸着装置に通気する。そして、カラムの質量が一定となるまで通気を行い、水蒸気の平衡吸着量を求めた。その結果を図４、及び、以下の表６に示す。尚、図４中、曲線「ａ」は実施例３のデータを示し、曲線「Ｂ」は比較例１Ｂのデータを示し、曲線「Ｃ」は比較例１Ｃのデータを示し、曲線「Ｄ」は比較例１Ｄのデータを示す。
［表６］ 水蒸気平衡吸着量（単位：水蒸気 ミリグラム／試料１グラム）
水蒸気相対湿度％ ２０ ４０ ５０ ６４ ８４ ９８
実施例３ １００ １４０ ２３０ ４９０ ６２０ ６４０
比較例１Ｂ １０ １１０ ２５０ ２３０ ２４０ ２５０
比較例１Ｃ ４０ ２００ ３１０ ３７０ ４５０ ４８０
比較例１Ｄ ２５ ３３０ ３４５ ３４５ ３４５ ３５０
水蒸気の平衡吸着量の試験結果から、実施例３にあっては、温度４０゜Ｃ、相対湿度８４％の大気雰囲気における水蒸気平衡吸着量が０．５０ミリグラム／グラム以上であると規定することで吸着材料が特定されており、水蒸気を高い効率で、効果的に吸着し得る吸着材料を提供することができる。そして、その結果、ニオイ成分が空気中の水蒸気（水分子）に付着している状態にあっても、実施例３の吸着材料によってニオイ成分を効果的に除去することが可能である。
実施例４は、実施例１に変形であり、本開示の第１の態様〜第４の態様に係る吸着材料に関し、更に、本開示の第８の態様に係る吸着材料に関する。即ち、実施例４の吸着材料は、植物由来の多孔質炭素材料から成り、８ｐｐｍのアンモニアガスを含む、温度２０゜Ｃ、相対湿度５０％の空気を空間速度５×１０2／時にて通気させたとき、通気開始から１時間までの累積アンモニアガス除去率が、０．３マイクロモル／グラム以上である、アンモニアを吸着する吸着材料である。尚、吸着材料、それ自体は、実施例１の吸着材料と同じである。
累積アンモニアガス除去率を以下の手順で測定した。即ち、乾燥した試料を、容積３０ミリリットルのステンレス鋼製ネット付きカラム（注射筒）に入れ、質量を測定する。次いで、各カラムをガス吸着装置に取り付ける。そして、先ず、温度２０゜Ｃ、相対湿度５０％の空気を約１．０リットル／分の割合で、カラムに約１時間３０分、流した。次に、アンモニアガスを８ｐｐｍ含有する湿潤空気（温度２０゜Ｃ、相対湿度５０％）を下降流で２５０ミリリットル／分の割合（空間速度５×１０2／時）でカラムに流した。そして、カラム入口及びカラム出口におけるアンモニアガス濃度を、所望の時間間隔で、アンモニアガス用検知管で測定した。比較例１Ａにおいても、同様の試験を行った。その結果を図５に示す。尚、図５中、曲線「ａ」は実施例４のデータを示し、曲線「Ａ」は比較例１Ａのデータを示す。
実施例４にあっては、８ｐｐｍのアンモニアガスを含む、温度２０゜Ｃ、相対湿度５０％の空気を空間速度５×１０2／時にて通気させたとき、通気開始から１時間までの累積アンモニアガス除去率が、０．３マイクロモル／グラム以上であると規定することで吸着材料が特定されており、アンモニアを高い効率で、効果的に吸着することができる。
実施例５は、実施例１に変形であり、本開示の第１の態様〜第４の態様に係る吸着材料に関し、更に、本開示の第９の態様に係る吸着材料に関する。即ち、実施例５の吸着材料は、植物由来の多孔質炭素材料から成り、０．１４ｐｐｍのアセトアルデヒド蒸気を含む、温度２０゜Ｃ、相対湿度５０％の空気を空間速度１．５×１０4／時にて通気させたとき、通気開始から１時間までの累積アセトアルデヒド蒸気除去率が、０．２マイクロモル／グラム以上である、アセトアルデヒドを吸着する吸着材料である。尚、吸着材料、それ自体は、実施例１の吸着材料と同じである。
累積アセトアルデヒド蒸気除去率を以下の手順で測定した。即ち、乾燥した試料を、容積１ミリリットルのカラムに入れ、質量を測定する。次いで、各カラムをガス吸着装置に取り付ける。そして、先ず、温度２０゜Ｃ、相対湿度５０％の空気を、カラムの質量が一定となるまでカラムに流した。次に、アセトアルデヒド蒸気を０．１４ｐｐｍ含有する湿潤空気（温度２０゜Ｃ、相対湿度５０％）を下降流で２５０ミリリットル／分の割合（空間速度１．５×１０4／時）でカラムに流した。そして、カラム入口及びカラム出口におけるアセトアルデヒド蒸気濃度を、所望の時間間隔で、アセトアルデヒド蒸気用検知管で測定した。比較例１Ａにおいても、同様の試験を行った。その結果を図６に示す。尚、図６中、曲線「ａ」は実施例５のデータを示し、曲線「Ａ」は比較例１Ａのデータを示す。
実施例５にあっては、０．１４ｐｐｍのアセトアルデヒド蒸気を含む、温度２０゜Ｃ、相対湿度５０％の空気を空間速度１．５×１０4／時にて通気させたとき、通気開始から１時間までの累積アセトアルデヒド蒸気除去率が、０．２マイクロモル／グラム以上であると規定することで吸着材料が特定されており、アセトアルデヒドを高い効率で、効果的に吸着することができる。
以上、好ましい実施例に基づき本開示を説明したが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。実施例にあっては、多孔質炭素材料の原料として、籾殻を用いる場合について説明したが、他の植物を原料として用いてもよい。ここで、他の植物として、例えば、藁、葦あるいは茎ワカメ、陸上に植生する維管束植物、シダ植物、コケ植物、藻類及び海藻等を挙げることができ、これらを、単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。具体的には、例えば、多孔質炭素材料の原料である植物由来の材料を稲の藁（例えば、鹿児島産；イセヒカリ）とし、多孔質炭素材料を、原料としての藁を炭素化して炭素質物質（多孔質炭素材料前駆体）に変換し、次いで、酸処理を施すことで得ることができる。あるいは又、多孔質炭素材料の原料である植物由来の材料を稲科の葦とし、多孔質炭素材料を、原料としての稲科の葦を炭素化して炭素質物質（多孔質炭素材料前駆体）に変換し、次いで、酸処理を施すことで得ることができる。また、フッ化水素酸水溶液の代わりに、水酸化ナトリウム水溶液といったアルカリ（塩基）にて処理して得られた多孔質炭素材料においても、同様の結果が得られた。
あるいは又、多孔質炭素材料の原料である植物由来の材料を茎ワカメ（岩手県三陸産）とし、多孔質炭素材料を、原料としての茎ワカメを炭素化して炭素質物質（多孔質炭素材料前駆体）に変換し、次いで、酸処理を施すことで得ることができる。具体的には、先ず、例えば、茎ワカメを５００゜Ｃ程度の温度で加熱し、炭化する。尚、加熱前に、例えば、原料となる茎ワカメをアルコールで処理してもよい。具体的な処理方法として、エチルアルコール等に浸漬する方法が挙げられ、これによって、原料に含まれる水分を減少させると共に、最終的に得られる多孔質炭素材料に含まれる炭素以外の他の元素や、ミネラル成分を溶出させることができる。また、このアルコールでの処理により、炭素化時のガスの発生を抑制することができる。より具体的には、茎ワカメをエチルアルコールに４８時間浸漬する。尚、エチルアルコール中では超音波処理を施すことが好ましい。次いで、この茎ワカメを、窒素気流中において５００゜Ｃ、５時間、加熱することにより炭化させ、炭化物を得る。尚、このような予備炭素化処理を行うことで、次の炭素化の際に生成されるであろうタール成分を減少あるいは除去することができる。その後、この炭化物の１０グラムをアルミナ製の坩堝に入れ、窒素気流中（１０リットル／分）において５゜Ｃ／分の昇温速度で１０００゜Ｃまで昇温する。そして、１０００゜Ｃで５時間、炭素化して、炭素質物質（多孔質炭素材料前駆体）に変換した後、室温まで冷却する。尚、炭素化及び冷却中、窒素ガスを流し続ける。次に、この多孔質炭素材料前駆体を４６容積％のフッ化水素酸水溶液に一晩浸漬することで酸処理を行った後、水及びエチルアルコールを用いてｐＨ７になるまで洗浄し、乾燥させることにより、多孔質炭素材料を得ることができる。
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［Ａ０１］《吸着材料：第１の態様》
植物由来の多孔質炭素材料から成り、粒子空隙率εpの値が０．７以上である空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ａ０２］粒子見掛け密度ρpが０．５グラム／ミリリットル以下である［Ａ０１］に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ａ０３］粒子空隙率εpは、以下に定義される［Ａ０１］又は［Ａ０２］に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
粒子空隙率εp＝α・β・ρp
ここで、
ρp：粒子見掛け密度（単位：グラム／ミリリットル）であり、１／（１／ρt＋α・β）から算出される。
ρt：粒子真密度（単位：グラム／ミリリットル）であり、（試料質量／試料体積）から求められる。
α ：湿潤重量当たりの含水率（ｇ−水／ｇ−ｗｅｔ）
β ：乾燥重量換算係数（ｇ−ｗｅｔ／ｇ−ｄｒｙ）
である。
［Ａ０４］アセトンを吸着する［Ａ０１］乃至［Ａ０３］のいずれか１項に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ａ０５］トルエンを吸着する［Ａ０１］乃至［Ａ０３］のいずれか１項に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ａ０６］アンモニアを吸着する［Ａ０１］乃至［Ａ０３］のいずれか１項に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ａ０７］アセトアルデヒドを吸着する［Ａ０１］乃至［Ａ０３］のいずれか１項に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ａ０８］水蒸気を吸着する［Ａ０１］乃至［Ａ０３］のいずれか１項に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｂ０１］《吸着材料：第２の態様》
植物由来の粒状の多孔質炭素材料から成り、充填密度ρbの値が０．２グラム／ミリリットル以下である空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｂ０２］充填密度ρbは、粒径０．２５ｍｍ乃至０．５０ｍｍの乾燥多孔質炭素材料５．００グラムの体積を求め、乾燥多孔質炭素材料の質量の値を体積の値で除すことで求められる［Ｂ０１］に記載に空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｂ０３］粒状の多孔質炭素材料のアスペクト比は２０以下である［Ｂ０１］又は［Ｂ０２］に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｂ０４］アセトンを吸着する［Ｂ０１］乃至［Ｂ０３］のいずれか１項に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｂ０５］トルエンを吸着する［Ｂ０１］乃至［Ｂ０３］のいずれか１項に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｂ０６］アンモニアを吸着する［Ｂ０１］乃至［Ｂ０３］のいずれか１項に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｂ０７］アセトアルデヒドを吸着する［Ｂ０１］乃至［Ｂ０３］のいずれか１項に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｂ０８］水蒸気を吸着する［Ｂ０１］乃至［Ｂ０３］のいずれか１項に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｃ０１］《吸着材料：第３の態様》
植物由来の多孔質炭素材料から成り、水蒸気吸着法に基づく２０ｎｍ以上の径を有する細孔の容積が１．０ミリリットル／グラム以上である空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｃ０２］アセトンを吸着する［Ｃ０１］に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｃ０３］トルエンを吸着する［Ｃ０１］に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｃ０４］アンモニアを吸着する［Ｃ０１］に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｃ０５］アセトアルデヒドを吸着する［Ｃ０１］に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｃ０６］水蒸気を吸着する［Ｃ０１］に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｄ０１］《吸着材料：第４の態様》
植物由来の多孔質炭素材料から成り、メタノール法に基づく１ｎｍ以上の径を有する細孔の容積が０．６ミリリットル／グラム以上である空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｄ０２］アセトンを吸着する［Ｄ０１］に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｄ０３］トルエンを吸着する［Ｄ０１］に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｄ０４］アンモニアを吸着する［Ｄ０１］に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｄ０５］アセトアルデヒドを吸着する［Ｄ０１］に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｄ０６］水蒸気を吸着する［Ｄ０１］に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
［Ｅ０１］《吸着材料：第５の態様》
植物由来の多孔質炭素材料から成り、アセトン３容積％を含む大気雰囲気におけるアセトン平衡吸着量が０．２９ミリグラム／グラム以上である、アセトンを吸着する吸着材料。
［Ｆ０１］《吸着材料：第６の態様》
植物由来の多孔質炭素材料から成り、トルエン１．５容積％を含む大気雰囲気におけるトルエン平衡吸着量が０．５ミリグラム／グラム以上である、トルエンを吸着する吸着材料。
［Ｇ０１］《吸着材料：第７の態様》
植物由来の多孔質炭素材料から成り、温度４０゜Ｃ、相対湿度８４％の大気雰囲気における水蒸気平衡吸着量が０．５０ミリグラム／グラム以上である、水蒸気を吸着する吸着材料。
［Ｈ０１］《吸着材料：第８の態様》
植物由来の多孔質炭素材料から成り、８ｐｐｍのアンモニアガスを含む、温度２０゜Ｃ、相対湿度５０％の空気を空間速度５×１０2／時にて通気させたとき、通気開始から１時間までの累積アンモニアガス除去率が、０．３マイクロモル／グラム以上である、アンモニアを吸着する吸着材料。
［Ｊ０１］《吸着材料：第９の態様》
植物由来の多孔質炭素材料から成り、０．１４ｐｐｍのアセトアルデヒド蒸気を含む、温度２０゜Ｃ、相対湿度５０％の空気を空間速度１．５×１０4／時にて通気させたとき、通気開始から１時間までの累積アセトアルデヒド蒸気除去率が、０．２マイクロモル／グラム以上である、アセトアルデヒドを吸着する吸着材料。

Claims (13)

  1. 植物由来の多孔質炭素材料から成り、粒子空隙率εpの値が０．７以上である空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
  2. 粒子見掛け密度ρpが０．５グラム／ミリリットル以下である請求項１に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
  3. 粒子空隙率εpは、以下に定義される請求項１又は請求項２に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
    粒子空隙率εp＝α・β・ρp
    ここで、
    ρp：粒子見掛け密度（単位：グラム／ミリリットル）であり、１／（１／ρt＋α・β）から算出される。
    ρt：粒子真密度（単位：グラム／ミリリットル）であり、（試料質量／試料体積）から求められる。
    α ：湿潤重量当たりの含水率（ｇ−水／ｇ−ｗｅｔ）
    β ：乾燥重量換算係数（ｇ−ｗｅｔ／ｇ−ｄｒｙ）
    である。
  4. 植物由来の粒状の多孔質炭素材料から成り、充填密度ρbの値が０．２グラム／ミリリットル以下である空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
  5. 充填密度ρbは、粒径０．２５ｍｍ乃至０．５０ｍｍの乾燥多孔質炭素材料５．００グラムの体積を求め、乾燥多孔質炭素材料の質量の値を体積の値で除すことで求められる請求項４に記載に空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
  6. 粒状の多孔質炭素材料のアスペクト比は２０以下である請求項４に記載の空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
  7. 植物由来の多孔質炭素材料から成り、水蒸気吸着法に基づく２０ｎｍ以上の径を有する細孔の容積が１．０ミリリットル／グラム以上である空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
  8. 植物由来の多孔質炭素材料から成り、メタノール法に基づく１ｎｍ以上の径を有する細孔の容積が０．６ミリリットル／グラム以上である空気浄化用フィルター向けの吸着材料。
  9. 植物由来の多孔質炭素材料から成り、アセトン３容積％を含む大気雰囲気におけるアセトン平衡吸着量が０．２９ミリグラム／グラム以上である、アセトンを吸着する吸着材料。
  10. 植物由来の多孔質炭素材料から成り、トルエン１．５容積％を含む大気雰囲気におけるトルエン平衡吸着量が０．５ミリグラム／グラム以上である、トルエンを吸着する吸着材料。
  11. 植物由来の多孔質炭素材料から成り、温度４０゜Ｃ、相対湿度８４％の大気雰囲気における水蒸気平衡吸着量が０．５０ミリグラム／グラム以上である、水蒸気を吸着する吸着材料。
  12. 植物由来の多孔質炭素材料から成り、８ｐｐｍのアンモニアガスを含む、温度２０゜Ｃ、相対湿度５０％の空気を空間速度５×１０2／時にて通気させたとき、通気開始から１時間までの累積アンモニアガス除去率が、０．３マイクロモル／グラム以上である、アンモニアを吸着する吸着材料。
  13. 植物由来の多孔質炭素材料から成り、０．１４ｐｐｍのアセトアルデヒド蒸気を含む、温度２０゜Ｃ、相対湿度５０％の空気を空間速度１．５×１０4／時にて通気させたとき、通気開始から１時間までの累積アセトアルデヒド蒸気除去率が、０．２マイクロモル／グラム以上である、アセトアルデヒドを吸着する吸着材料。
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