JP3443952B2 - 分子篩能を有する炭素質分離剤 - Google Patents

分子篩能を有する炭素質分離剤

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は廃イオン交換樹脂の再利
用に関するもので、特に、廃イオン交換樹脂から製造し
た分子篩能を有する炭素質分離剤に関するものである。 【0002】 【従来の技術】イオン交換樹脂は、そのイオン交換能を
利用し、水中の不純物を分離して純水、軟水を製造した
り、特定イオンを除去して廃水を浄化したり、液中から
特定物質を濃縮、分離したり、物質を精製したりする
等、種々の目的で用いられている。 通常、イオン交換
樹脂は使用中イオン交換能力が低下した場合は、再生剤
により再生を行い繰り返し使用する。しかし、イオン交
換樹脂が汚染されたり、イオン交換能の回復が十分でき
なくなったり、破砕したりした場合あるいは再生を繰り
返し行わない場合には、イオン交換樹脂は廃イオン交換
樹脂となる。廃イオン交換樹脂は産業廃棄物として埋立
処分されているのが現状である。最近では廃イオン交換
樹脂のリサイクルも検討されてきており、廃イオン交換
樹脂を炭化して活性炭材料として利用することも提案さ
れている(第4回廃棄物学会研究発表会講演論文集第2
85−288ページ)。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】廃イオン交換樹脂を埋
立処分する場合では、環境保全に十分な留意が必要であ
り、また、埋立地の不足の問題があり、廃イオン交換樹
脂の再利用が望まれている。上述の提案された活性炭の
製造方法は、廃イオン交換樹脂を空気中で500〜70
0℃に加熱処理して炭化し、さらに活性化ガスを用い9
00℃で賦活処理して活性炭を製造するものである。廃
イオン交換樹脂の再利用の観点から実用化が望まれると
ころである。本発明は、廃イオン交換樹脂を原料とし
た、比較的簡単に製造可能な、活性炭とは異なる機能す
なわち、分子篩作用を有する分離剤を提供することを目
的とする。なお、イオン交換樹脂の新品を焼成して、触
媒(特公昭58ー13488)や活性炭(特公平5ー6
9768)を製造することも知られているが、分子篩能
を有する分離剤の製造は知られていない。 【0004】 【課題を解決するための手段】本発明は、廃イオン交換
樹脂を不活性ガス中で所定温度まで昇温して焼成してな
る分子篩能を有する炭素質分離剤である。本発明で用い
られる廃イオン交換樹脂は、アニオン性交換樹脂であっ
ても、カチオン性のものであってもよく、また、使用履
歴も問わない。例えば、純水製造装置、軟水製造装置、
糖製造プロセス、その他分離、濃縮、精製等に使用さ
れ、廃棄処分となる廃イオン交換樹脂を原料として使用
できる。イオン交換樹脂は、通常、スチレンとジビニル
ベンゼンの架橋共重合体を母材とし、イオン交換基とな
る官能基が導入された、粒状の粒子である。 【0005】本発明の分子篩能を有する分離剤は、廃イ
オン交換樹脂を用いるのが重要であり、新品の樹脂では
炭化収率が低く、分子篩能を有する分離剤の製造は困難
である。分離剤の製造においては、廃イオン交換樹脂を
耐熱カラムに充填し、不活性ガス中に、例えば、窒素気
流中において所定温度まで順次昇温していき、焼成す
る。昇温速度は原料によっても異なるが、毎分5〜50
℃程度が均質な焼成と強度の向上のために好ましい。 【0006】焼成温度は、600〜900℃の任意の温
度を選択できるが、原料の廃イオン交換樹脂に応じて適
宜設定するとともに、分離剤の所望の細孔径に応じて最
適の温度を選択する。600℃以下では原料によっては
炭化が不十分な場合がある。廃イオン交換樹脂を上述の
ようにして焼成すると、廃イオン交換樹脂は炭化し、収
縮はするが元の形状を保った、粒子となる。この粒子は
分子レベルのほぼ均一な細孔を有して分子篩作用を示
し、比較的大孔径までのブロードなポアをもつ通常の活
性炭とは異なった性能を示す。本発明の分子篩作用を有
する粒子は、窒素と酸素の分離、炭酸ガスの選択的吸
着、メタン、エタン、ブタン、ベンゼン等の混合ガスか
らのメタン、エタンの選択的分離等通常の分子篩剤と同
様種々の用途に適用できる。 【0007】 【発明の効果】本発明により、廃イオン交換樹脂を有用
な用途を持つ分離剤として再利用でき、省資源、環境保
全に有効であるばかりでなく、本発明の分離剤は簡単な
プロセスにより製造でき、市販の分子篩剤に匹敵する強
度を持っている。 【0008】 【実施例】用いた廃イオン交換樹脂(スチレンとジビニ
ルベンゼンの架橋共重合体)と比較のために用いた新イ
オン交換樹脂(同母材)の元素分析値と用途を表1に示
す。 【表1】 各イオン交換樹脂を管の中に充填し、炉に入れ、管の一
方から窒素ガスを流しながら、10℃/分の割合で昇温
していき、300〜900℃まで加熱し、炭化温度の異
なる試料を調整した。各試料について4種類のガスの2
5℃での吸着等温線を定容式吸着量測定装置で測定し、
これにDubinin−Astakhov式を適用して
極限吸着容積を求め、それが吸着分子の分子径(二酸化
炭素:0.33nm、エタン:0.4nm、ブタン:
0.43nm、イソブタン:0.5nm)以上の細孔の
全容積を表すとして細孔容積分布を求めた。図1に結果
を示す。焼成温度300℃では廃樹脂A、Bは細孔が形
成されてきている。600℃では廃樹脂A、B、Cのい
ずれも細孔が生成している。900℃では細孔径が小さ
い方へシフトしており、0.4nm付近の細孔の収縮や
0.33nm程度のミクロポアが生成している。 【0009】図1の900℃のグラフには参考のため
に、市販の分子篩炭素質分離剤(図中、MSCと表示)
の累積細孔容積分布を表示した。A、Bはこの市販のも
のとほぼ同じ細孔分布を持っていることがわかる。ま
た、廃イオン交換樹脂A(廃樹脂A)に相当する新樹脂
A’を300℃で炭化した試料では、細孔がほとんど生
成されていなく、また、廃樹脂Bに相当する新樹脂B’
の試料では、細孔容積分布はブロードとなっており、分
子篩能が期待できないものとなっている(図1、炭化温
度300℃参照)。さらに、上述の加熱処理(炭化)に
おいて、熱重量変化をみた結果を図2に示す。廃イオン
交換樹脂Aは温度300℃〜900℃で炭化収率は約6
0%〜40%となった。一方、廃イオン交換樹脂Aに相
当する新品樹脂では約410℃で炭化収率は0となり、
灰分のみに変化した。また、廃イオン交換樹脂B、Cと
それらの新品樹脂との比較においても炭化収率は、廃イ
オン交換樹脂の方が優れていることがわかる。次に、上
述のようにして900℃で炭化、調製した分離剤試料を
用いて以下の試験を行った。試料1gを精秤し、200
℃で2時間真空脱気処理を行った後、二酸化炭素、メタ
ンについて圧力600mmHgにおける吸着量を測定し
た。測定は自動吸着量測定装置(BELSORP 28
日本ベル製)を用いて吸着温度25℃で測定した。結
果は次の通りであった。 上記結果から、本発明の分離剤は分子篩能を示すことが
明かである。 【0010】
【図面の簡単な説明】 【図1】図1は、炭化温度別に、炭化試料の累積細孔容
積分布を示すグラフであり、横軸は細孔径[nm]、縦
軸は細孔容積[cc/g]である。 【図2】図2は、樹脂別に、廃樹脂と新樹脂の熱重量変
化曲線を示し、横軸は炭化温度[℃]、縦軸は初期重量
(W0)に対する炭化後の重量(W)である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−12312(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 20/00 - 20/34

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】廃イオン交換樹脂を不活性ガス中で600
    〜900℃の所定温度まで昇温して加熱焼成してなる分
    子篩能を有する炭素質分離剤。
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