JP2618581B2 - 活性炭 - Google Patents
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Description
法に関する。さらに詳しくは、この発明は蒸気吸着に有
用な新しい炭素、及びその製造方法に関する。さらに詳
しくはこの発明は、高密度かつ高活性の炭素を製造する
ための化学的活性化と成形によって、リグノセルロース
材料から誘導される活性炭に関する。
加させるように処理された微結晶の非グラファイト構造
の炭素である。活性炭は一般に500〜2,500m2
/gの範囲の大きな比表面積を有する。そのため、気体
からガスや蒸気を吸着したり、液体から溶解した物質や
分散した物質を吸着することによって液体や気体を純化
するときに活性炭は工業的に利用されている。市販の活
性炭は気相吸着剤か液相吸着剤となっている。液相炭素
は一般に粉体か、粒状体か、あるいは成形体のいずれか
である。気相の蒸気吸着炭素は硬い粒体か、硬くて比較
的ダストの少ない成形ペレットである。
の吸着能力は高い。活性炭の利用可能な表面積はその孔
容積に依存する。単位体積当りの表面積は各孔のサイズ
が増大するにつれて減少するため、非常に小さな寸法を
有する孔の数をできる限り大きくしたり非常に大きな寸
法を有する孔の数をできる限り抑えたりすることによっ
て、表面積は最も大きくなる。孔のサイズは、米国のイ
ンターナショナル・ユニオン・オブ・ピュアー・アンド
・アプライド・ケミストリ(International Union of Pu
re and Applied Chemistry) によって、マイクロポア
(穴の幅<2nm)、メソポア(穴の幅=2〜50n
m)、マクロポア(穴の幅>50nm)と定義されてい
る。マイクロポアとメソポアは活性炭の吸着能力に寄与
する。一方、マクロポアは密度を下げ、炭素体積に基づ
いた活性炭の吸着効率を悪くする。吸着能力と吸着率
は、内部表面積と孔のサイズの分布に大きく依存する。
従来の化学的に活性なリグノセルロースをベースとした
炭素は、一般に炭素粒子の全体積の20%以上のマクロ
ポア有孔率(マクロポア容積)を有する。気相の活性炭
のマクロポア有孔率は、炭素粒子体積の20%以下であ
ることが好ましいであろう。同様に、高いメソポア有孔
率(すなわち、全粒子体積の50%以上)が望ましい。
しの穂軸、ケルプ、コーヒ豆、米のもみ、果物の種、堅
果の殻などの植物をもとにした材料や、バガスやリグニ
ンなどの残滓から作られてきた。また、活性炭は泥炭、
亜炭、軟炭、無煙炭、タール、ピッチ、アスファルト、
石油残留物、そしてカーボンブラックからも製造されて
きた。原材料の活性化は二つの異なる処理、すなわち
(1) 化学的活性化と、(2) 熱的活性化のどちらかによっ
て行われる。熱的活性化によって製造される活性炭の実
効有孔率は、(原材料の初期炭素化のあとでの)比較的
高い温度における炭素のガス化(gasification)の結果で
あるが、化学的活性化で製造された物質の有孔率はずっ
と低い温度において生じる化学的な脱水/濃縮によって
生じる。商業的には、化学的活性化は一般に単一のかま
(kiln)の中で行われる。炭素系材料の前駆物質に化学的
活性剤を混ぜ、混合物を450〜700℃の温度まで加
熱する。化学的活性剤はタールなどの副産物の生成を減
らし、その結果として、生産性が増大する。
高吸着性の堅い活性炭」が開示されている。この活性炭
は、「おがくず、泥炭、亜炭など」の微粉体有機材料
に、「塩化亜鉛やリン酸などの周知の活性剤」を混ぜ、
1時間から1時間半のあいだ100〜200℃まで加熱
して、材料がある程度可塑性を有するような部分的に炭
素化された状態を作ることによって製造される。温度を
下げずに材料を所望の形に加圧成形する。次に成形され
た材料を回転式の活性化レトルトの中で活性化し、約4
時間のあいだ450〜600℃の温度にする。同じよう
に、米国特許第 2,508,474号にはガスマスクの活性炭が
開示されている。この活性炭は、木の切り屑やおがくず
などの形の細かく刻まれた低密度セルロース材料に、濃
縮された塩化亜鉛を混ぜ、撹拌しながら50分以上12
0〜145℃まで加熱することによって製造される。次
に、反応した物質を「かなりの大きさの形状」にコンパ
クト化し、これを160〜300℃で乾燥し、乾燥した
材料を粒状に砕き、粒子を675〜725℃でか焼し、
残留した塩化亜鉛の大部分を粒子から濾過したあと、活
性化された炭素材料を少なくとも30分のあいだ100
0〜1100℃で再びか焼する。
は、多くの気相応用、特に工業的なガス流や、エアーコ
ンディショニングシステムにおける臭い除去、ガスマス
クにおけるガスの純化や分離に対して適切な活性度及び
密度を有する活性炭が製造される。しかし、従来の技術
による気相活性炭は有機蒸気の回収(除去だけではな
く)に対する幾つかの応用には十分であることが確認さ
れていない。有機蒸気の回収では、炭素表面上への吸着
のあとに、回収のために炭素からの脱着が行われる。実
際、環境的な配慮や規制のために、気相炭素に対する最
も大きな応用の一つは、自動車におけるガソリン蒸気放
出制御キャニスタにおけるものである。燃料タンクとキ
ャブレタの両方から生じる蒸気放出は活性炭によって吸
着される。燃料タンクやキャブレタが加熱されると発生
する燃料蒸気は、一般に0.5〜2リットルの活性炭を
含むキャニスタで吸着される。炭素の再生は、インテー
クマニホールドの真空を利用してキャニスタ中を空気を
引くことによって行われる。空気は放出された蒸気をエ
ンジンの中に運び、蒸気はエンジン内において通常の動
作中に燃焼される。蒸気制御炭素は適当な堅さと、高い
蒸気処理能(workingcapacity)、高い飽和性能(saturati
on capacity) を有する必要がある。ガソリン蒸気に対
する炭素の処理能は吸着−脱着の温度差や、炭素キャニ
スタの中を流れるパージエアーの容積、炭素の上に非可
逆的に吸着された分子量の大きいガソリン成分が堆積す
る度合によって決まる。
きの空間的な制約や経済的ないろいろな条件のために、
この応用においては、粒状あるいは成形された活性炭
は、一般に製造されている前述の従来のものよりも大き
な活性度と密度を有する必要がある。製品の密度を制御
する一つの方法が、公開欧州特許公報第0,423,967A2 号
に開示されている。出願人は、「木を原材料として使用
して化学的に活性化されたペレット形状を直接に製造す
るときに生じる多くの問題」について述べており、十分
な天然バイダ(binding agent) が存在しないために「木
粉材料から高密度の活性炭を製造することが不可能なこ
と」を主張している。原材料として「高濃度の天然バイ
ダ」を有する「若い炭素系野菜製品」を利用した(非常
に大きな密度の)改良された製品が開示されている。こ
うした材料としては、堅果の殻やくだものの核、特に、
オリーブの核や、アーモンドの殻、ココナッツの殻など
がある。また、米国特許第 5,039,651号には、ココナッ
ツの殻、木くず、おがくずなどのセルロース材料から活
性炭製品を高密度化する(densification) 方法が開示さ
れている。この方法では、まず比較的低い温度まで加熱
したあと加圧し、そのあと成形及びか焼する。しかし、
この方法によれば15g/100cm3 までのBWC(ブ
タン処理能)値を有する活性炭が得られることが示され
ているものの、この改善された処理方法によっても、出
願人は12.3g/100cm3 までの容積処理能しか持
たない炭素しか製造できなかった。これら従来の気相炭
素は、キャブレタや燃料タンクから放出される蒸気の限
られた容積に対してのみ満足のいくものであった。もっ
と多くの量の燃料蒸気放出を吸着する必要のある差し迫
った環境規制のために、これら多量の(additional)蒸気
の容積や、キャニスタシステムのサイズのひろがり(exp
ansion) を制限する空間的な制限や経済的条件によっ
て、従来よりも高い密度と、大きな活性と、高い容積処
理能(例えばBWC>15g/100cm3 )を有する活
性炭が必要になると予想される。従って、この発明の目
的は、溶剤や蒸気を吸着し回収するのに適した大きな活
性と比較的高い密度を有する活性炭を提供することであ
る。この発明の別の目的は、密度を犠牲にすることな
く、大きな活性を有する気相活性炭を製造するための化
学的活性化プロセスを提供することである。この発明の
さらに別の目的は、高い密度と大きな化学的活性を有す
る活性炭を自動車の放出制御に使用することである。
は、リグノセルロース材料であることが好ましい炭素系
材料を化学的活性剤で化学的に活性化して可塑性の中間
物質を製造し、それを高密度化することによって、活性
化された炭素系材料のマクロポア構造を効果的にできる
限り抑えることによってはからずも達成される。高密度
化の次には、成形された生成物の温度を制御された割合
で約425℃から650℃まで上昇させる。使用する原
材料や希望する活性レベルに応じて、この発明の別の新
しいプロセスを用いることができる。あるプロセスはマ
クロポア有孔率の保存度を調節することによって、液相
応用に適した炭素あるいは気相応用に適した炭素を製造
するように制御できる。製造された新しい高活性かつ高
密度の気相活性炭は、約15g/100cm3 から約1
9.2g/100cm3 のブタン処理能、好ましくは約1
7g/100cm3 から約19.2g/100cm3 、さら
に好ましくは19g/100cm3 から19.2g/10
0cm3 のブタン処理能と、約50g/100gから約7
2.5g/100gの、好ましくは約60g/100g
から約72.5g/100gの、さらに好ましくは約7
0g/100gから約72.5g/100gのブタン活
性と、約0.25g/cm3 から約0.30g/cm3 の、
好ましくは約0.27g/cm3 から約0.30g/cm3
の、さらに好ましくは約0.30g/cm3 の密度を有す
ることを特徴とする。こうした活性炭材料は、全粒子体
積に基づいた約50%以上の、好ましくは約60%以上
の、さらに好ましくは約70%以上のメソポア含有量
を、また全粒子体積に基づいた20%以下の、好ましく
は18%以下の、さらに好ましくは15%以下のマクロ
ポア含有量を有することが好ましい。
明の化学的活性化における原材料の前駆物質は、前述し
た植物や鉱物をもとにした炭素系材料の任意のものでよ
い。基本的には、好ましい前駆物質は植物をもとにした
リグノセルロース材料であり、木くずや木粉、おがくず
などの木材をベースとした材料や、ココナッツの殻など
の堅果の種や殻などが含まれる。化学的な活性剤として
は、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、硫化物、硫酸
塩、アルカリ土類の炭酸塩、塩化物、硫酸塩、リン酸
塩、そしてリン酸、ポリリン酸、ピロリン酸、塩化亜
鉛、硫酸、発煙硫酸ムなどがある。これらの中で好まし
いのは、リン酸と塩化亜鉛である。最も好ましいのは、
リン酸である。新しい炭素を製造するこの発明の方法
は、一般に以下の工程順序として記述できる。 1. 活性剤/リグノセルロース材料混合 2. ステージ1の熱処理(可塑化) 3. 成形及び高密度化 4. ステージ2の熱処理(熱硬化) 5. 活性化 活性化は一般にロータリ式のかまの中で行われる。かま
の中において、熱硬化成形された混合物の温度は、約5
50℃まで上げられる。通常、この基本的な処理のあと
に洗浄及び乾燥工程が続く。
方法(プロセスA)は、リン酸あるいは塩化亜鉛である
ことが好ましい化学的活性剤を、木くず、おがくず、木
粉であることが好ましいリグノセルロース材料と1〜
3:1で、撹拌しながら例えば約35℃から約95℃の
温度で1時間混合する。そのあと、混合物を平らな表面
の上で約6mmから約25mmの厚みの層に広げる。混合物
は、約35℃から約95℃の温度で、混合物が非常に可
塑性を有する状態から転移して熱硬化を開始するのに十
分な時間だけ第1ステージの熱処理が行われる。次に材
料に対して高密度化工程を行う。高密度化工程は押し出
し機やマルメライザ(Marumerizer) などの圧縮成形機に
通すプロセスを有する。成形された材料は次に約35℃
から約95℃の温度で再び熱処理され(第2ステー
ジ)、熱硬化プロセスを完了することによって高密度化
を終える。可塑性が完全になくなれば、約425℃から
約650℃まで温度を徐々に上げる。このプロセスによ
って得られるこの発明の代表的な活性炭の特性が表1に
示されている。
驚くべき改善は、マクロポア有孔率を犠牲にして個々の
炭素粒子のメソポア有孔率を大きく増大させたことを反
映している。活性炭の表面積の標準的な決定方法は、吸
着剤として窒素を使用した物理的吸着のブルナウア・エ
メット・テラー(Brunauer-Emmett-Teller、BET )モデ
ルによる。これは、0.05から0.20の範囲の相対圧力で窒
素吸着剤の等温線(isotherm)データに基づいてこの発明
の活性炭の表面積を計算するときに使用した方法であ
る。粒状あるいは成形された炭素の多くの応用において
は、決まった容積のスタティックな活性炭ベッドを使用
するため、粒状の活性炭の場合には密度は吸着剤の効率
の重要な特性である。この発明の活性炭の見かけ密度は
ASTM D 2854の方法に従って測定される。こ
こに記載されている粒子からなるパックされたベッド中
の炭素の見かけ密度の測定は、10×25メッシュの炭
素系材料に基づいたものである。個々の炭素粒子の密度
は、マイクロメリティクス・ポアサイザ(Micromeritics
PoreSizer )9310という装置を使用して水銀の変位
によって測定した。密度は、35マイクロメートル以下
の孔を含む粒子の質量及び体積に基づいている。この発
明の炭素のブタン活性は乾燥した約15mlの体積を有す
る、重量を測定した活性炭サンプルを直径1.45cmの
試験管の中に入れ、その中にブタンガスを導入すること
によって計算した。25℃で飽和状態で吸着された量を
測定し、100gの炭素当りのブタンをグラムで表した
(g/100g)ブタン活性として記録した。次に試験
管を25℃で25ml/min の速度で40分間エアーでパ
ージし、取り除かれたブタンの量を炭素100ml当りの
ブタンのグラム(g/100cm3 )で表したブタン処理
能(WBC)として記録した。炭素の質量から体積への
変換は、炭素の見かけ密度の測定値に基づいて行った。
約0.25g/cm3から約0.40g/cm3 までの密度
の炭素に対して、ブタン活性とBWCと密度の相互関係
を考慮すると、少なくとも約50g/100gのブタン
活性値でBWC>15を得ることができる。50nmよ
りも大きな孔の有孔率(マクロポア有孔率)は、マイク
ロメリティクス・ポアサイザ9310を用いて測定し
た。このポアサイザは圧力の影響によって孔の中に押し
込まれる水銀の体積を測定する。孔の寸法に対する孔の
容積の分布は、標準モデルであるウォッシュバーン(Was
hburn)の式を利用して計算する。50nmよりも小さな
孔の有孔率(マクロポア有孔率)は、マイクロメリティ
クス・ディジソーブ2600を用いて測定した。約77
゜Kで窒素に対して測定された吸着等温線データをケル
ビン(Kelvin)とハルシー(Halsey)の式に使用して、バレ
ット(Barrett) とジョイナ(Joyner)とハレンダ(Halend
a) の標準モデルに従って円柱状の孔の孔寸法に対する
孔の容積の分布を決定した。なお、本明細書中の「従来
の技術」の欄以外においては、マクロポア有孔率は50
nm以上の直径の孔の有孔率、メソポア有孔率は1.8
nmから50nmの直径の孔の有孔率、ミクロポア有孔
率は1.8nm以下の直径の孔の有孔率である。
した混合及びステージ1の熱処理工程のあとに、ピンミ
キサ(pin-mixer) のような高速のミキサ/撹拌機中で成
形及び高密度化の重要な工程が行われる。ピンミキサの
中では高密度の可塑性木炭の粒子が形成される。形成さ
れた粒子は、前述したプロセスにおいて行われたような
熱処理を受け、結合を強めて粒子の強度を維持する必要
がある。なお、ピンミキサは、その名称で市販されてお
り、材料の成形及び高密度化が行われる。このプロセス
に従って製造された活性炭は、18.1g/100cm3
のブタン処理能と、0.29g/cm3 の見かけ密度と、
0.48g/cm3 の粒子密度と、60%のメソポア容積
と、12%のマクロポア容積を有していた。
造する別の方法(プロセスC)は、リグノセルロース材
料がかなり劣化する(すなわち可溶化する)ような条件
(時間、温度及び活性剤の酸濃度)のもとで活性剤とリ
グノセルロース材料を混合し加熱することによって活性
炭のマクロポア有孔率を低下させる工程を有する。例え
ば、木をリン酸で可溶化すると、粘性流体が得られる。
この粘性流体においてはもとのリグノセルロースの個々
の粒子はもはや識別できない。可溶化プロセスにおい
て、スラリ混合物の初期粘性はリン酸だけの粘性と非常
に近い。温度が上昇するにつれて、その木の成分が溶解
するため材料の粘性は増大する。粘性がこのステージ1
の熱処理において速く増大し過ぎれば、水を加えること
によって、次に続く約80℃から約120℃での熱を加
えた状態での混合で十分な流動性を維持する。可塑性か
ら熱硬化性への転移が行われたら、プロセスAで述べた
ように材料を成形し、ステージ2の熱処理を行い、活性
化を行う。
くずのような比較的低い密度のリグノセルロースからこ
の発明の高活性かつ高密度の活性炭を製造することがで
きる。高密度の活性炭を実現するためのこの発明の別の
方法は、ココナッツの殻のようなもっと高い密度の原材
料を使用する(プロセスD)。この別の方法は、ステー
ジ1の熱処理及び成形の工程がなくなっている点で、前
述した方法とは異なっている。この方法は、ココナッツ
の殻を活性化する従来の方法とも異なる。この方法は、
熱処理や乾燥、熱硬化のときに比較的低い温度で長い時
間を掛け、プロセスA〜Cと同様に約480℃の最終的
な温度まで徐々に温度を上げて活性化する結果、新しい
活性炭が製造される。その天然の密度のために、ココナ
ッツの殻の従来の活性化では高いマイクロポア有孔率と
メソポア有孔率、及び低いマクロポア有孔率を有する活
性炭材料が得られる。このように、新しい活性炭を生じ
る吸着性能における改善は、より高いメソポア有孔率を
与えることによってこの発明のプロセスによって実現さ
れる。この発明の活性炭を製造するための別の新しい方
法の具体例を以下に述べる。
した。製造は、2,070gの濃リン酸溶液(85〜8
6%の濃度)と1,950gのおがくず(43%の湿
度)を混合(それぞれの固体の乾燥重量において酸:お
がくず=1.6:1)し、80〜95℃で30分間撹拌
し、そのあと混合物(分離したおがくず粒子からなる材
料)を浅いガラストレーに移して1〜1.5cmの厚みの
層に広げ、オーブンの中で加熱することによって行う。
熱処理は70℃で約36時間続けた。この時間で材料は
可塑性から熱硬化性に移り始めた。(すなわち、材料は
乾燥して見え、ねばねばではない。しかし、マルメライ
ザ中で成形するには十分な軟らかさを有する。)マルメ
ライザの中で処理する(800rpm で15〜30分の滞
在時間)ことによって成形を行うと、個々のおがくず粒
子は滑らかなビーズになる。成形された生成物はオーブ
ンへ戻され、そのあと85℃で36時間加熱され、熱硬
化プロセスが完了する。熱硬化性木炭の活性化は、温度
を約480℃まで徐々に上げることによって、ベンチス
ケール(bench-scale) の直火(direct-fired)のロータリ
かまの中で行った。炭素の七つのバッチは、16.1g
/100cm3 から18.2g/100cm3の範囲のブタ
ン処理能値であった。これらの活性炭の特性は表2に記
載されている。
ルのサンプルを製造して、例1のサンプル番号3、5、
7の生成物を組合せてガソリン蒸気の吸着試験を行っ
た。この試験においては、試験キャニスタ内の375ml
の活性炭サンプルを、200ml/min の空気を300ml
のガソリンの中に30℃でバブリングして発生されたガ
ソリン蒸気についてテストした。蒸気は炭素の上に吸着
され、飽和状態で約5,000rpm の濃度で全炭化水素
アナライザを用いてブレークスルーが検出される。ブレ
ークスルーのあと、逆方向の空気流を7.5ml/min の
流量で10分間流してガソリン蒸気を放出させる。吸着
/放出工程は25サイクルにわたって続けられる。ガソ
リン処理能(GWC)は、炭素体積をベースとして21
〜25サイクルの間に吸着される蒸気の平均質量として
計算する。試験は61g/lの性能を示しており、これ
は市販のWV−A1100に対する50g/lに匹敵す
る。また、このサンプルコンビネーションの孔寸法の分
布は、水銀の侵入と窒素の吸着を利用して決定した。こ
のデータを解析すると、マルメライザの中における機械
的な作用によって、生成物のマクロポア(>50nm)
は著しく減少することが示される。大きなメソポア(5
〜50nm)の増大は、ある種のスクイージング作用が
起こっているが、それにもかわらず小さなメソポア範囲
(ブタン処理能にとって重要)外のポア有孔率の正味の
減少があることを表している。このことは、実効的な密
度の増大になる。ブタン性能及びポア有孔率に関して、
この発明の活性炭を市販のWV−A1100と比較した
データを表3に示す。
9gの4×14メッシュ(U.S.)の木くず(42%
湿度、ロタリドラムチッパを用いて製造した)を混合
(酸:木=1.6:1)することによって、プロセスA
の活性炭を製造した。混合物は50℃で60分撹拌し
た。そのあと、混合物を浅いガラストレーへ移してオー
ブンの中で約120℃で45分間熱処理した。この初期
熱処理に続いて、混合物をオーブンへ移し、約140℃
で30分間加熱した。木くずの分離した特性を保持した
可塑性の木炭をマルメライザの中で30分間処理して、
部分的に成形及び高密度化を行う。しかし、このとき粒
状的な性質はあまり変わらない。次に材料をオーブンへ
移して85℃で16時間加熱することによって熱硬化処理を
完了する。熱硬化した木炭を、直火のロータリかまを使
用して約480℃まで温度を上げることによって活性化
する。活性化された木炭を水で洗浄して残留している酸
と、評価される粒状の活性炭生成物を取り除いた。生成
物の特性値を表4に示す。
くず1,900gを混合(1.6:1の酸:おがくず
比)し、室温で機械式ミキサの中で10分間混合してプ
ロセスBの活性炭を製造した。混合物を15分の間隔で
撹拌しながらオーブンの中で177℃で45分間加熱
し、次に177℃で45分間スチームオーブンの中で乾
燥した。2.7リットルの可塑性木炭を1,000rpm
で回転するバッチピンミキサ(フェロテック モデル
12TB34 タービュレイタ(Ferro-Tech model 12
TB34 Turbulator))の中に入れて、100mlの水を加
えた。この時点では粒状である木炭を、10×25メッ
シュのサイズの粒子に5分間で高密度化した。成形され
た木炭をオーブンの中で82℃、60時間にわたって熱
硬化した。引き続いて、木炭を直火ロータリかまの中で
約60分かけて480℃まで加熱して活性化した。活性
化された生成物を水で洗浄して評価した。測定した生成
物の特性を、表5に示されているように、市販されてい
るWV−A1100の測定値と比較した。
よってプロセスCの活性炭を製造した。全量で300g
(乾燥した状態で)のおがくずを加えて(酸の温度を下
げさせる)、混合物の温度を75℃に上げつつ混合し
た。混合は、定期的に十分な水を加えて流動性を維持し
つつ57分間続けた。次に粘性を有する流体生成物をガ
ラストレーに移して、16時間にわたって120℃の温
度で熱処理した。その結果得られた固形生成物を粒状化
し、粒子をマルメライザの中で13分間にわたって処理
してそれらを滑らかな長円体形状の(spheroidal)粒子に
変換した。最後に、この生成物を直火のロータリかまの
中で480℃に加熱することによって活性化した。その
結果得られた活性炭は表6のような特性を有していた。
度)400gと、86%濃度のリン酸660gを10分
間混合してプロセスDの活性炭を製造した。次に混合物
を三つの段階で熱処理した。第1段階において、薄い層
(13mmの厚み)に広げて、混合物をオーブンの中で6
5〜70℃で8時間にわたって、30分間隔で撹拌しな
がら加熱し、次に撹拌せずにさらに16時間加熱した。
第2段階においては、30分間隔で撹拌しながらオーブ
ンの温度を8時間にわたって95〜100℃に上げ、さ
らに撹拌せずに16時間にわたって加熱した。最後の段
階において、オーブンの温度を2時間にわたって120
℃に上げ、そのあと混合物を取り除いた。この熱処理さ
れた木炭を、直火の実験室用ロータリかまの中で、天然
ガスバーナからの煙道ガスと空気の雰囲気中で活性化し
た。かまの温度を30℃から480℃へ上げた。冷却し
たあと、活性化された材料を洗浄して、トレー乾燥用オ
ーブンの中で乾燥した。生成物に対して実施した分析の
結果は表7のとおりである。
形例である。おがくずをリン酸に混合し、材料が可塑性
から熱硬化性に転移しはじめるまで混合物を熱処理し
た。次に、熱処理された材料を近接して離間された二つ
のローラの間に通すことによって機械的に圧力を加えた
(新しい工程)。その結果得られた圧縮材料は粒状化さ
れ、マルメライザの中で約30分にわたって処理した。
次の熱処理及び活性化は例1と同様にして行った。機械
的な圧縮工程の驚くべき結果は、それが生成物のブタン
活性を増大させ、それと関連してブタン処理能を向上さ
せることである。生成物の特性を表8に示す。なお、二
つのローラによる材料に対する圧力は、対向するローラ
の間隔(すなわち両ローラ間を通る粒子の大きさ)や、
両ローラ間を通過する材料の可塑性(柔軟性)による
が、材料がローラ間を通過する際に可塑性から熱硬化性
に変化する。そうなるように、圧力値は種々の値がとら
れる。
を有する活性炭は、表面積を増大させることによって、
材料の密度を犠牲にすることなく製造される。これは、
炭素粒子のメソポア有孔率を上げることによって行われ
た。多くの場合、メソポア有孔率の増大は、それと同時
に炭素粒子のマクロポア有孔率を低下させつつ行われて
きた。以上、この発明の高活性、高密度の炭素を様々な
材料、手順、例を参照しつつ説明してきたが、この発明
は特定の材料や、そうした材料の組合せ、その目的のた
めに選択された手順に限定されるわけではない。この新
しい炭素を製造するための概念においては、当該分野の
技術者には明らかなように詳細を様々に変形することが
可能である。
Claims (18)
- 【請求項1】 50〜72.5g/100gのブタン活
性と、15〜19.2/100cm3 のブタン処理能と、
0.25〜0.30g/cm3 の見かけ密度を有する高活
性かつ高密度の活性炭。 - 【請求項2】 前記ブタン処理能が17〜19.2g/
100cm3 の範囲である請求項1記載の活性炭。 - 【請求項3】 前記ブタン処理能が19〜19.2g/
100cm3 の範囲である請求項2記載の活性炭。 - 【請求項4】 前記ブタン活性が60〜72.5g/1
00gの範囲である請求項1記載の活性炭。 - 【請求項5】 前記ブタン活性が70〜72.5g/1
00gの範囲である請求項4記載の活性炭。 - 【請求項6】 前記密度が0.27〜0.30g/cm3
の範囲である請求項1記載の活性炭。 - 【請求項7】 前記密度が0.30g/cm3 である請求
項6記載の活性炭。 - 【請求項8】 全粒子の体積に基づいた50%以上のメ
ソポア有孔率と、全粒子体積に基づいた20%以下のマ
クロポア有孔率を有する請求項1記載の活性炭。 - 【請求項9】 前記マクロポア含有量が18%以下であ
る請求項8記載の活性炭。 - 【請求項10】 前記マクロポア含有量が15%以下で
ある請求項9記載の活性炭。 - 【請求項11】 前記メソポア含有量が60%以上であ
る請求項8記載の活性炭。 - 【請求項12】 ブタン活性が50〜72.5g/10
0gであり、見かけ密度が0.25〜0.30g/cm3
であるようなリグノセルロースをベースとした高活性か
つ高密度の活性炭であって、 炭素が15〜19.2g/100cm3 のブタン処理能に
よって特徴付られるような活性炭。 - 【請求項13】 前記リグノセルロースが、木くず、お
がくず、木粉、ココナッツの殻からなるグループの中か
ら選択される請求項12記載の活性炭。 - 【請求項14】 前記ブタン処理能が17〜19.2g
/100cm3 であるような請求項12記載の活性炭。 - 【請求項15】 前記ブタン処理能が19〜19.2g
/100cm3 であるような請求項14記載の活性炭。 - 【請求項16】 全粒子体積に基づいたメソポア容積が
50%以上であり、全粒子体積に基づいたマクロポア容
積が20%以下である請求項12記載の活性炭。 - 【請求項17】 ガソリン蒸気を吸着するための蒸気放
出制御装置であって、 ブタン活性が50〜72.5g/100gの範囲であ
り、ブタン処理能が15〜19.2g/cm3 の範囲であ
り、見かけ密度が0.25〜0.30g/cm3 の範囲で
あるような高活性かつ高密度の活性炭を有する装置。 - 【請求項18】 前記活性炭が全粒子体積に基づいた5
0%以上のメソポア容積と、全粒子体積に基づいた20
%以下のマクロポア容積とを有する請求項18記載の蒸
気放出制御装置。
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