JP3506043B2 - 活性炭およびそれを用いた浄水器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浄水処理におい
て、水中の有害成分である有機塩素系化合物の中でも特
にトリハロメタン類等の吸着特性に優れた活性炭および
それを吸着材として用いた浄水器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】飲料用に供される水道水等は、殺菌を目
的に添加される残留塩素が一定濃度以上含有するよう
に、健康・公衆衛生の観点から水道法等に規定されてい
る。しかし、殺菌を目的としてに添加される残留塩素
は、殺菌作用の他に、無機物の酸化作用や有機物の酸化
分解作用も有しており、天然有機物の一種であるフミン
質等を酸化分解する際に、発ガン性物質であるトリハロ
メタン類を生成する。一方、水質汚染の拡大により近年
水道水等に利用される原水の水質は、劣化傾向にあり、
これに伴い原水中に含まれるフミン質等も増加し、フミ
ン質等の酸化分解により発生するトリハロメタン類の濃
度も増加傾向にある。このため、従来から発生したトリ
ハロメタン類の除去手段として、吸着作用を有する活性
炭による浄化処理が行われてきた。一般に、従来の水処
理用活性炭は、除去対象物の単位容量当りの吸着容量を
高めるために、ヨウ素吸着性能、メチレンブルー吸着性
能等の特性が良い高表面積を有する活性炭が使用されて
きたが、トリハロメタン類の吸着除去には前記特性の他
に、１０Å以下の細孔径を多く有するものが開発されて
きた。

【０００３】例えば、特開平８−２８１０９９号公報に
は、比表面積１５００ｍ²／ｇ以上の活性炭では１０Å
以下の細孔径を多く含むが、有機塩素系化合物の除去性
能が低いので、水分子よりも有機塩素系化合物の吸着能
を増加させるため、活性炭表面の親水性を減少させるよ
うに活性炭の全表面酸性官能基量を０．１ｍｅｑ／ｇ以
下にして親水性を制御した活性炭が開示されている。こ
れらの活性炭は、水処理用であることから、親水性も高
いことが望ましく、ガス賦活として水蒸気賦活されるも
のが圧倒的に多いが、ほかに、水酸化アルカリで賦活処
理して得られる薬品賦活活性炭も用いられている。これ
らの形状は多様で、粉末状、破砕状、球状、粒状、繊維
状のほかに、成形された円筒状や円盤状、顆粒状、球状
のものなどが製造され使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の活性炭は、以下の課題を有していた。

【０００５】（ａ）水蒸気等によりガス賦活された活性
炭は、吸着帯を形成し、吸着帯中を被処理水が通過する
通水中のトリハロメタン類の浄化処理法において、活性
炭単位重量当たりの吸着容量が、静水状態時の平衡吸着
量に対して極めて低く、活性炭の吸着性能が十分に発揮
されていない。

【０００６】（ｂ）椰子殻を原料とする活性炭は表面積
が大きく、水中に含まれる多くの物質に対して、広範な
吸着特性を有するが、トリハロメタン類の吸着浄化処理
においては、特定の細孔のみがトリハロメタン類の吸着
に有効であり、従来のガス賦活等により、通水中のトリ
ハロメタン類の吸着浄化処理を行うため、吸着に寄与す
る特定の細孔のみを選択的に多く持つように調整しよう
とすると、その他の吸着特性を劣化させ吸着剤としての
特性を損なう。

【０００７】（ｃ）フェノール樹脂を原料とする活性炭
は、選択的に形成された、特定の細孔がトリハロメタン
類の吸着に寄与し、静的状態下の平衡吸着時には高い吸
着特性を持つが、吸着帯を形成し、吸着帯中を被処理水
が通過する通水中のトリハロメタン類の浄化処理におい
ては、静的状態時の高い平衡吸着容量を有するにも関わ
らず、平衡到達速度が遅いため、通水という動的状態時
には平衡吸着時の高い吸着特性を活かし切れない。

【０００８】（ｄ）そこで通水時のトリハロメタンの吸
着速度を高めるために、活性炭の表面官能基を調整し
て、親水性を制御することが考えられるが、従来提案さ
れた活性炭のように前記活性炭の表面酸性官能基を０．
１ｍｅｑ／ｇ以下にして親水性を制御し、減少させて
も、水分子の活性炭細孔への吸着速度が極端に遅くな
り、通水中ではそれにともない水分子中のトリハロメタ
ンの吸着速度が極端に遅くなることがわかった。

【０００９】そこで、本発明者らは鋭意研究した結果、
通水状態で吸着速度を上げ動的吸着を行うのを向上させ
ようとすると、活性炭表面の親水性と疎水性の比率が大
きく影響してくるので、親水性である活性炭の全表面酸
性官能基と疎水性である活性炭の全表面塩基性官能基の
比率を所定の範囲内にすることが非常に重要であること
がわかった。また、トリハロメタンの吸着速度を高める
ためには比表面積の影響も大きく、動的吸着でも静的吸
着でも１５００ｍ²／ｇ以上の比表面積と１５００ｍ²／
ｇ以下の比表面積で差が生じることがわかった。

【００１０】本発明は上記従来の課題を解決し、通水時
という動的状態でトリハロメタン吸着に優れ活性炭の単
位重量当たりの吸着容量を著しく向上させた活性炭を提
供すること、また、通水時並びに静的状態のいずれでも
トリハロメタン吸着に優れ活性炭の単位重量当たりの吸
着容量を著しく向上させた活性炭を提供すること、及び
浄化作用に優れるとともに通水時にトリハロメタンの除
去特性を著しく向上させた浄水器を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、基材が椰子殻で、炭化処理後に賦活処理
され、さらに４００℃〜７００℃でアニーリングされた
比表面積が３００ｍ ² ／ｇ〜１５００ｍ ² ／ｇの活性炭で
あって、Ｂｏｅｈｅｍの方法による活性炭の全表面酸性
官能基量（ａ）と活性炭の全表面塩基性官能基量（ｂ）
の総量｛（ａ）＋（ｂ）｝に対する全表面酸性官能基量
（ａ）の比を総官能基量中酸性比率φとしたとき、全表
面酸性官能基量（ａ）が０．０８ｍｅｑ／ｇ〜０．１２
ｍｅｑ／ｇ、且つφが０．２２≦Ｋ×φ≦０．３０（但
し、Ｋ＝１）であるという構成を有している。また、本
発明は、基材がフェノール性合成樹脂の場合、全表面酸
性官能基量（ａ）が０．０３０ｍｅｑ／ｇ〜０．０３５
ｍｅｑ／ｇ、φが０．２２≦Ｋ×φ≦０．３０（但し、
Ｋ＝３．５）という構成となる。この構成により、通水
時にトリハロメタン吸着に優れ活性炭の単位重量当たり
の吸着容量を著しく向上させた活性炭にすることができ
る。

【００１２】また、本発明の浄水器は、浄水材として前
記活性炭を用いた構成を有している。この構成により、
少ない活性炭量でトリハロメタン類の吸着性能に優れ、
カートリッジの小型化・長寿命化が達成できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、基材が椰子殻で、炭化処理後に賦活処理、さらに４
００℃〜７００℃でアニーリングされた比表面積が３０
０ｍ ² ／ｇ〜１５００ｍ ² ／ｇの活性炭であって、Ｂｏｅ
ｈｅｍの方法による活性炭の全表面酸性官能基量（ａ）
と活性炭の全表面塩基性官能基量（ｂ）の総量｛（ａ）
＋（ｂ）｝に対する全表面酸性官能基量（ａ）の比を総
官能基量中酸性比率φとしたとき、全表面酸性官能基量
（ａ）が０．０８ｍｅｑ／ｇ〜０．１２ｍｅｑ／ｇ、且
つφが０．２２≦Ｋ×φ≦０．３０（但し、Ｋ＝１）の
活性炭に関するものである。

【００１４】これにより、（イ）吸着帯を形成し、吸着
帯中を被処理水が通過する通水中のトリハロメタン類の
浄化を行うと、活性炭単位重量当たりの吸着容量を高
め、活性炭の吸着性能を著しく向上させることができ
る。

【００１５】（ロ）親水性の活性炭の全表面酸性表面官
能基によりトリハロメタン類を含む水を取り込み、疎水
性の活性炭の全表面塩基官能により、このトリハロメタ
ン類を効果的に吸着することから、通水中という動的状
態であってもトリハロメタン類の吸着量を上げることが
できる。

【００１６】（ハ）通水中のトリハロメタン類の吸着量
を高めるためには親水性、疎水性のバランスの良い割合
の範囲が必要となる。本発明者らは総官能基重量中酸性
比率φと吸着容量の関数関係を示すパターンが活性炭の
材料と処理方法（炭化、賦活、後処理等）による固有値
を介して概ね相似になるとの知見を得、上記０．２２≦
Ｋ×φ≦０．３０に到達したものである。

【００１７】ここで、Ｂｏｅｈｅｍの方法は、Angew.Ch
em.,Intern.Ed.Engl.,5,533(1966)に記載された方法に
よった。この方法は周知の方法であるから簡単にＢｏｅ
ｈｅｍの方法を説明すると、所定の量の活性炭に酸であ
るＨＣｌを吸着させ、その溶液に塩基であるＮａＯＨに
よって逆適定することによって得られた酸消費量を塩基
性官能基量とし、逆に所定の量の活性炭に塩基であるＮ
ａＯＨを吸着させ、その溶液に酸であるＨＣｌによって
逆適定することによって得られた塩基消費量を酸性官能
基量としている。得られた値は活性炭１ｇ当たりのｍ当
量であるｍｅｑ／ｇという単位で表示される。詳細は上
記刊行物を参照されたい。

【００１８】 活性炭の原料として椰子殻を挙げている
が、おがくず、木材などの天然有機物、炭素原子を有す
る原料で重合された各種合成樹脂や合成繊維などの合成
有機物、あるいは石炭、石炭系ピッチ、石油系ピッチな
どが用いることもできる。

【００１９】トリハロメタン類とは、−ＣＨ構造をも
ち、これが疎水性を示し、親油性をもつものである。ク
ロロホルムの他、ブロモジクロロメタン、ジブロモジク
ロロメタン、トリプロモジクロロメタン等を示す。さら
に、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエ
チレン等に代表される炭素数２のハロゲン化合物をも含
む有機塩素化合物をいう。

【００２０】 後述するように賦活や後処理の種類によ
って異なるが、係数Ｋは活性炭の種類によって異なり、
椰子殻活性炭はＫ＝１（賦活は８００℃の水蒸気とＡｒ
ガスで４００〜７００℃でアニール処理）である。後述
のフェノール樹脂はＫ＝３．５（賦活は８００℃の水蒸
気とＡｒガスで４００〜７００℃でアニール処理）であ
る。前記係数Ｋは材質、かさ比重、比表面積、細孔経分
布等に影響を受ける。総官能基重量中酸性比率φと吸着
容量の関係を示すパターンは係数Ｋを介して１／Ｋにな
るため、フェノール樹脂のパターンを椰子殻活性炭のパ
ターンと比較し決定すればよい。なお、通水吸着容量比
が１．２倍以上になる０．３０以上のＫ×φについては
実験点の関係から本発明では確定的に範囲に含む旨の主
張は控えるが、図１に示すように０．３０≦Ｋ×φ≦
０．３６においても同様の効果が予測され均等の範囲と
考えられる。

【００２１】尚、活性炭の表面官能基量の調整は、いく
つかの種類の方法があり、特に限定するものではない。
まず、本発明の活性炭の製造工程において、炭化処理は
不活性雰囲気であるアルゴン、窒素等を用いて炭化温度
５００℃〜７００℃の範囲で処理する。次に賦活処理で
はまず、ガス賦活処理は水蒸気、酸素、二酸化炭素、も
しくはこれらのガスを２種類以上用いたもの、さらにこ
れらを含んだ不活性雰囲気のアルゴン、窒素等にて処理
され、薬品賦活処理は塩化亜鉛、リン酸等を用いて、賦
活温度８００〜１０００℃で処理する。この炭化処理の
炭化温度、賦活処理における賦活温度は後述するアニー
リングとともに材料ごとに関係し所定のＫ×φを与える
ため微妙に変更する必要がある。特に賦活温度は細孔分
布の形成に影響が大きく、併せて全表面酸性官能基と全
表面塩基官能基の量と割合にも影響を持つが、最終的に
決定的に影響を与えるのはアニーリングであり、アニー
ル温度である。このアニーリングによりＫ×φは０．２
２〜０．３０の範囲にコントロールされるが、前処理と
しての炭化処理、特に賦活処理があって始めてこれが実
現される。従って材料ごとに賦活温度、アニール温度を
選択する必要がある。

【００２２】次に、ガスを用いたアニーリングにおいて
は不活性雰囲気であるアルゴン、窒素等さらに還元性雰
囲気である水素等でアニール温度３００〜７００℃で処
理する。そして本発明の実施の形態としては、アルゴン
ガスによるアニーリングを後処理として行う。アニール
温度は４００〜７００℃で行うことが望ましい。アニー
リングは常温から１時間程度かけて４００℃〜７００℃
まで上昇させ、０〜２時間程度上昇した温度を維持しそ
の後自然放冷するパターンを採用している。アニーリン
グ開始後の加熱勾配が全表面酸性官能基の脱落を促し、
これが９Å以下の細孔と９Å以上の細孔とで差を生むこ
とが考えられる。結果として９Å以上の細孔では比較的
全表面酸性官能基が優勢となり、細孔分布の親水性、疎
水性の性質を制御できるものと考えられる。

【００２３】これにより、吸着帯を形成し、吸着帯中を
被処理水が通過する、水中のトリハロメタン類の浄化処
理法において、濁度成分や残留塩素，色度成分，臭気成
分等、その他の吸着特性を劣化させることなく、トリハ
ロメタン類の吸着容量を向上させることができる。特に
本発明のアニーリングにより、動的状態で最大６０％程
度の吸着量の増加が認められ、平衡吸着も約３０％程度
の向上が認められた。又、活性炭材料が石炭の場合、プ
ロパンガス雰囲気中で賦活し窒素が炭酸ガスでアニーリ
ングするものについては、アニール温度が３００〜４５
０℃であることが望ましいことが判った。

【００２４】

【００２５】本発明における活性炭の比表面積は３００
ｍ²／ｇ〜１５００ｍ²／ｇであるため、細孔径分布の６
Å〜９Åの範囲の細孔が比較的多く形成される。活性炭
等の多孔質の吸着材は、表面に分子が吸着されるとき、
分子と吸着表面の分子間力は、細孔が小さくなる程大き
くなり、分子は細孔の表面に強く吸着される。トリハロ
メタン類のクロロホルムの分子直径は約５Åであるの
で、分子間力が強く働くのは細孔径分布の６Å〜９Åが
有効であると推定される。

【００２６】活性炭の比表面積は，３００ｍ²／ｇ以下
では細孔分布の山の中心が６Å以下となると同時に細孔
容積自体が減る傾向が有り、一方、１５００ｍ²／ｇ以
上では細孔容積は増加するが、細孔分布の山の中心が９
Å以上となるため、いずれもトリハロメタン類の吸着性
能は低くなる傾向が有るのでいずれも好ましくない。す
なわち、この細孔径分布が６Å〜９Åの範囲の細孔内で
は分子の拡散速度が非常に遅くなることが知られてお
り、細孔内では毛細管凝縮により、非常に吸着速度が遅
い為、動的吸着は難しくなる。しかし、総官能基量中酸
性比率φを０．２２〜０．３０の中で選択し、６Å以下
の径の細孔と６Å〜９Åの径の細孔と９Å以上の径の細
孔の親水性と疎水性の性格を制御することで上記の通り
動的吸着特性も向上させることができる。

【００２７】 次に、この制御について説明すると、活
性炭表面にはは元来疎水性を示す全表面塩基官能基が多
数存在しているが、全表面酸性官能基を表面に形成する
とで親水性の性格を与えることができる。その全表面酸
性官能基の中でも親水性が最も高いものは、−ＯＨと表
記されるフェノール基や−ＣＯＯＨと表記されるカルボ
キシル基に代表される全表面酸性官能基である。また、
一緒に存在する上記の塩基性官能基は、その一部に−Ｒ
と表記される−ＣＨ2−のメチレン鎖を持ち、非常に親
油性が高いので、疎水性とみなされるものである。そし
て、全表面酸性官能基と全表面塩基性官能基の比によっ
ては、トリハロメタン類の吸着量が高められる。すなわ
ち、あまりに疎水性が大きいとトリハロメタン類を含む
水分子の細孔への吸着速度が低くなり、逆に親水性が高
くても疎水性のトリハロメタン類の細孔への吸着速度が
低くなり、結果として、水中のトリハロメタン類の吸着
量を高めるには親水性、疎水性のバランスの良い割合の
範囲が必要であり、賦活や後処理の方法を選択すること
で細孔分布に親水性・疎水性の性格を与えることができ
るものである。そして比表面積を３００ｍ²／ｇ〜１５
００ｍ²／ｇにすることにより、賦活や後処理で表面官
能基が脱落して表面官能基の総量が低下しても吸着量が
下がるのを防ぐことができる。また、表面官能基の総量
が減少することが少ないから、６Å〜９Åの細孔により
静的状態で吸着することができ、静的吸着特性である平
衡吸着量も高くすることができる。１５００ｍ²／ｇ以
上では細孔分布の山の中心位置が９Å以上となり６Å〜
９Åの細孔が減るため、平衡吸着量は５０％程度以下に
まで減少するが、３００ｍ²／ｇ〜１５００ｍ²／ｇで
は、このようなことが起こらず、平衡吸着量が高いもの
となる。

【００２８】

【００２９】

【００３０】 とくに活性炭の基材が椰子殻であるか
ら、産業廃棄物である椰子殻を用いることによって、安
価に原料を手にいれることができるとともに、石炭等の
鉱物系の原料よりも金属不純物が少ないため安全で構造
調整が安易であるという作用を有する。さらに東南アジ
アより安定供給されるので活性炭を低原価で安定して製
造できる。

【００３１】 ここで、椰子殻としては、椰子殻を主材
として、椰子殻及び数種類の産地の異なる椰子殻の混合
品や、混合物としてセルロース質（たとえば木屑や籾
殻）や澱粉質（たとえば米、麦、粟、稗、トウモロコ
シ、芋類）の他に、有機質、或いは無機質のバインダー
を混合したものを用いてもよい。

【００３２】 本発明の請求項２に記載の発明は、基材
がフェノール性合成樹脂で、炭化処理後に賦活処理さ
れ、さらに４００℃〜７００℃でアニーリングされた比
表面積が３００ｍ ² ／ｇ〜１５００ｍ ² ／ｇの活性炭であ
って、Ｂｏｅｈｅｍの方法による活性炭の全表面酸性官
能基量（ａ）と活性炭の全表面塩基性官能基量（ｂ）の
総量｛（ａ）＋（ｂ）｝に対する全表面酸性官能基量
（ａ）の比を総官能基量中酸性比率φとしたとき、全表
面酸性官能基量（ａ）が０．０３０ｍｅｑ／ｇ〜０．０
３５ｍｅｑ／ｇ、且つφが０．２２≦Ｋ×φ≦０．３０
（但し、Ｋ＝３．５）であるという構成を有している。
この構成により、全表面酸性官能基（ａ）を椰子殻活性
炭の単位重量当たり所定の量とすることで、吸着特性が
優れた３００ｍ²／ｇ〜１５００ｍ²／ｇの比表面積を有
する活性炭の細孔分布に於いて酸性官能基が９Å以上の
大きな細孔で水分子の吸着速度を上げ、９Å以下の細孔
で疎水性のトリハロメタン類を吸着でき、通水状態及び
静的状態で吸着容量を上げることができる。

【００３３】 活性炭の基材が熱硬化性合成樹脂のフェ
ノール性合成樹脂であるため、炭化、賦活処理時に硬化
し活性炭化し、材料の多様化を図ることができるという
作用を有する。

【００３４】 また、原料に金属不純物が少なく安全で
構造調整が安易にできるという作用を有する。

【００３５】 ここで、フェノール性合成樹脂として
は、フェノール樹脂を主材として、主材であるフェノー
ル樹脂のほかに、炭素源となりうる合成樹脂（アクリロ
ニトリル系樹脂やメラニン樹脂，ポリビニルアルコール
樹脂など）やセルロース質（たとえば木屑や籾殻）や澱
粉質（たとえば米、麦、粟、稗、トウモロコシ、芋類）
の他に、有機質、或いは無機質のバインダーを混合した
ものを用いることもできる。これにより、吸着帯を形成
し、吸着帯中を被処理水が通過する、水中のトリハロメ
タン類の浄化処理法において、活性炭の吸着速度を高め
ることができるので、トリハロメタン類の吸着容量を向
上させることができる。

【００３６】 ところで、請求項２の活性炭は全表面酸
性官能基量（ａ）が０．０３０ｍｅｑ／ｇ〜０．０３５
ｍｅｑ／ｇである構成を有している。この構成により、
全表面酸性官能基（ａ）をフェノール樹脂活性炭の単位
重量当たり所定の量とすることで、吸着特性が優れた３
００ｍ²／ｇ〜１５００ｍ²／ｇの比表面積を持つ活性炭
の細孔分布において酸性官能基が９Å以上の細孔で水分
子の吸着速を上げ、９Å以下の細孔で疎水性のトリハロ
メタン類を吸着でき、通水状態及び静的状態で吸着容量
を上げることができるという作用を有する。

【００３７】 本発明の請求項３に記載の発明は、浄水
材として前記請求項１又は２に記載の活性炭を用いた水
の浄水器に関するものである。

【００３８】これにより、吸着帯を形成し、吸着帯中を
被処理水が通過する、水中のトリハロメタン類の浄水器
において、活性炭単量重量当たりの吸着容量が、平衡吸
着量に対して低く、活性炭の吸着性能が十分に発揮され
ていないという課題に対し、前記細孔径分布のピークの
範囲に活性炭の設計を行うことで、吸着容量を従来例に
対して大きく向上させることができるという作用を有す
る。

【００３９】（実施の形態１）本発明の活性炭の実施例
については、以下の（実施例１）〜（実施例６）により
詳細に説明する。

【００４０】（実施の形態２）本発明の活性炭を用いた
水の浄水器について説明するが、この発明はこれに限定
させるものではない。

【００４１】図２は本発明の一実施の形態における活性
炭を用いた浄水器の使用状態を示す模式図である。

【００４２】図２において、１は吐出管、２は浄水器本
体、３は中空糸膜、４は前記実施例で得られた活性炭、
５は浄水カートリッジ、６は導水チューブ、７は水スイ
ッチ、８は蛇口である。

【００４３】以上のように構成された本実施例の浄水器
について、以下にその使用方法を説明する。

【００４４】まず、蛇口８より、供給された水道水は水
スイッチ７を介して導水チューブ６を通り、浄水器本体
２に入水する。このとき水スイッチ７は内臓されたスイ
ッチにより、浄水器本体２に入水するか、浄水器本体２
を介さずに外に排出されるか、選択することができる。

【００４５】さらに浄水器本体２に入水すると、浄水カ
ートリッジ５の下部に配置している活性炭４に通水され
る。前記活性炭４は大きな濁質や水中のトリハロメタン
等の有害物質を高い吸着率で吸着する。その後中空糸膜
３は、小さな濁質等を除去し、吐出管１を介して吐水さ
れ、主に飲用水として利用されることとなる。

【００４６】

【実施例】（比較例１）活性炭原料として椰子殻を用
い、不活性雰囲気（窒素ガス雰囲気）下、６００℃で炭
化処理を行った後、賦活処理を水蒸気で行った。賦活処
理温度は６００℃で行った。試料に供した活性炭の比表
面積は１０００ｍ²／ｇで、粒度分布は６０／１５０メ
ッシュである。

【００４７】なお、不活性雰囲気は窒素、アルゴン等で
５００〜７００℃で炭化処理を行うのでもよく、賦活処
理は水蒸気、酸素、二酸化炭素、アルゴンガス等で行う
のでもよい。

【００４８】 前述のＢｏｅｈｅｍの方法による測定で
は、全表面酸性官能基量は０．２ｍｅｑ／ｇで、全表面
塩基性官能基量は０．２８ｍｅｑ／ｇであり、総官能基
量中酸性比率φは４２であった。これに係数Ｋ（椰子殻
活性炭の場合はＫ＝１）を乗じた。

【００４９】次ぎに、活性炭を体積容量５０ｍｌ、厚さ
２０ｍｍの円筒形カラムに充填し、活性炭と０．２μｍ
フィルターにより浄化処理した水道浄化水に、トリハロ
メタン類を１００ｐｐｂ添加したものを調整原水とし、
ＳＶ値６４０で、カラム中に充填した活性炭層を通過さ
せ、活性炭層の流入前後でトリハロメタン類の濃度を、
パージ・アンド・トラップ法で濃縮前処理し、ガスクロ
マトグラフ−質量分析装置で定量測定した。この時、活
性炭層通過前後で、流入水に対する流出水のトリハロメ
タン類の水中濃度が、２０％以上になる点を破過点と
し、活性炭の吸着材としての寿命とする。そして、この
時点までに活性炭が吸着したトリハロメタン類の量を吸
着容量として求めた。トリハロメタンの吸着容量は１２
０（ｐｐｂ・ｔｏｎ）であった。これらの結果を（表
１）に示した。

【００５０】

【表１】

【００５１】本発明では総官能基量中酸性比率φが、
０．２２≦Ｋ×φ≦０．３０であり、更に比表面積が３
００ｍ²／ｇ〜１５００ｍ²／ｇであるが、これを充たす
活性炭は上記した炭化処理、賦活処理、アニーリングで
製造できる。しかし最も特徴的なのはアニーリングであ
る。そこで、（表１）では比較の基準となる比較例１と
してアニーリングしない一般的な椰子殻活性炭を用いて
説明している。

【００５２】 （実施例１） 活性炭原料として椰子殻を用い、不活性雰囲気（窒素ガ
ス雰囲気）下、６００℃で炭化処理を行った後、賦活処
理を水蒸気で行った。賦活処理温度は８００℃で行っ
た。所定時間の賦活処理を行った後、アルゴンガスによ
ってアニーリングを行った。アニール温度は４００℃で
１時間保持して行った。試料に供した活性炭の比表面積
は１０００ｍ²／ｇで、粒度分布は６０／１５０メッシ
ュである。前述のＢｏｅｈｅｍの方法による測定では、
全表面酸性官能基量は０．１２ｍｅｑ／ｇで、全表面塩
基性官能基量は０．２８ｍｅｑ／ｇであり、総官能基量
中酸性比率φは０．３０であった。これに係数Ｋ（椰子
殻活性炭の場合はＫ＝１）を乗じた。次いで、比較例１
と同様にして、トリハロメタン類の吸着容量を求めた。
トリハロメタンの吸着容量は１９０（ｐｐｂ・ｔｏｎ）
であった。これらの結果を（表１）に示した。尚、吸着
容量比は、比較例の値を１としその比を表した。

【００５３】 （実施例２） 活性炭原料として椰子殻を用い、不活性雰囲気（窒素ガ
ス雰囲気）下、６００℃で炭化処理を行った後、賦活処
理を水蒸気で行った。賦活処理温度は８００℃で行っ
た。次いで、実施例１と同様これを本発明のアルゴンガ
スによってアニーリングを行った。アニール温度は５０
０℃で１時間保持して行った。試料に供した活性炭の比
表面積は１０００ｍ²／ｇで、粒度分布は６０／１５０
メッシュである。前述のＢｏｅｈｅｍの方法による測定
では、全表面酸性官能基量は０．１ｍｅｑ／ｇで、全表
面塩基性官能基量は０．２８ｍｅｑ／ｇであり、総官能
基量中酸性比率φは０．２６であった。これに係数Ｋ
（椰子殻活性炭の場合はＫ＝１）を乗じた。次いで、比
較例１と同様にしてトリハロメタン類の吸着容量及び吸
着容量比を求めた。トリハロメタンの吸着容量は１６３
（ｐｐｂ・ｔｏｎ）であった。これらの結果を（表１）
に示した。

【００５４】 （実施例３） 活性炭原料として椰子殻を用い、不活性雰囲気（窒素ガ
ス雰囲気）下、６００℃で炭化処理を行った後、賦活処
理を水蒸気で行った。賦活処理温度は８００℃で行っ
た。次いで、実施例１と同様にして、アルゴンガスによ
ってアニーリングを行った。アニール温度は６００℃で
１時間保持して行った。試料に供した活性炭の比表面積
は１０００ｍ²／ｇで、粒度分布は、６０／１５０メッ
シュである。前述のＢｏｅｈｅｍの方法による測定で
は、全表面酸性官能基量は０．０８ｍｅｑ／ｇで、全表
面塩基性官能基量は０．２８ｍｅｑ／ｇ、総官能基量中
酸性比率φは０．２２であった。これに係数Ｋ（椰子殻
活性炭の場合はＫ＝１）を乗じた。次いで、比較例１と
同様にして、トリハロメタン類の吸着容量及び吸着容量
比等を求めた。トリハロメタンの吸着容量は１５４（ｐ
ｐｂ・ｔｏｎ）であった。これらの結果を（表１）に示
した。

【００５５】本発明の活性炭を製造するときの最大の特
徴はアニーリングであり、従来のアニーリングは７００
℃〜１０００℃で行われたので、このアニーリングとの
比較を明らかにするため比較例２ではアニール温度７０
０℃、比較例３ではアニール温度８００℃、比較例４で
はアニール温度１０００℃を採用した。

【００５６】 （比較例２） 活性炭原料として椰子殻を用い、不活性雰囲気（窒素ガ
ス雰囲気）下、６００℃で炭化処理を行った後、賦活処
理を水蒸気で行った。賦活処理温度は８００℃で行っ
た。次いで、実施例１と同様にしてアルゴンガスによっ
てアニーリングを行った。アニール温度は７００℃で１
時間保持した。試料に供した活性炭の比表面積は１００
０ｍ²／ｇで、粒度分布は６０／１５０メッシュであ
る。前述のＢｏｅｈｅｍの方法による測定では、全表面
酸性官能基量は０．０７ｍｅｑ／ｇで、全表面塩基性官
能基量は０．３６ｍｅｑ／ｇであり、総官能基量中酸性
比率φは０．１６であった。これに係数Ｋ（椰子殻活性
炭の場合はＫ＝１）を乗じた。次いで、比較例１と同様
にして、トリハロメタン類の吸着容量及び吸着容量比等
を求めた。トリハロメタンの吸着容量は１３２（ｐｐｂ
・ｔｏｎ）であった。これらの結果を（表１）に示し
た。

【００５７】 （比較例３） 活性炭原料として椰子殻を用い、不活性雰囲気（窒素ガ
ス雰囲気）下、６００℃で炭化処理を行った後、賦活処
理を水蒸気で行った。賦活処理温度は８００℃で行っ
た。次いで、アルゴンガスによってアニーリングを行っ
た。アニール温度は８００℃で１時間保持して行った。
試料に供した活性炭の比表面積は１０００ｍ²／ｇで、
粒度分布は６０／１５０メッシュである。前述のＢｏｅ
ｈｅｍの方法による測定では、全表面酸性官能基量は
０．０５ｍｅｑ／ｇで、全表面塩基性官能基量は０．３
６ｍｅｑ／ｇであり、総官能基量中酸性比率φは０．１
２であった。これに係数Ｋ（椰子殻活性炭の場合はＫ＝
１）を乗じた。次いで、比較例１と同様にして、トリハ
ロメタン類の吸着容量及び吸着容量比等を求めた。トリ
ハロメタンの吸着容量は１３２（ｐｐｂ・ｔｏｎ）であ
った。これらの結果を（表１）に示した。

【００５８】 （比較例４） 活性炭原料として椰子殻を用い、不活性雰囲気（窒素ガ
ス雰囲気）下、６００℃で炭化処理を行った後、賦活処
理を水蒸気で行った。賦活処理温度は８００℃で行っ
た。次いで、アルゴンガスによってアニーリングを行っ
た。アニール温度は８００℃で１時間保持した。試料に
供した活性炭の比表面積は１０００ｍ²／ｇで、粒度分
布が６０／１５０メッシュである。前述のＢｏｅｈｅｍ
の方法による測定では、全表面酸性官能基量は０．０５
ｍｅｑ／ｇで、全表面塩基性官能基量は０．３６ｍｅｑ
／ｇであり、総官能基量中酸性比率φは、０．１２であ
った。これに係数Ｋ（椰子殻活性炭の場合はＫ＝１）を
乗じた。次いで、比較例１と同様にして、トリハロメタ
ン類の吸着容量及び吸着容量比等を求めた。トリハロメ
タンの吸着容量は１３２（ｐｐｂ・ｔｏｎ）であった。
これらの結果を（表１）に示した。

【００５９】この（表１）から明らかなように、原料が
椰子殻である活性炭のトリハロメタンの吸着容量は、実
施例１〜３は比較例１に比べて１．３倍以上となってい
る。さらに実施例１は、Ｋ×φが０．３０となってお
り、トリハロメタンの通水吸着容量は、実施例１は比較
例１に比べて１．６倍の通水吸着容量を持っていること
がわかる。

【００６０】比較例２〜４はいずれも比較例１の１．１
倍の通水吸着容量であり従来のアニーリングではこれが
限界と考えられる。そこで、本発明では比較例の１．２
倍の通水吸着容量をその限界値として採用している。そ
して、ｋ×φの上限値は、実験点の関係から０．３６程
度と考えられるが、本実施の形態では実験点の関係から
ｋ×φを０．３０以下としている。

【００６１】次に活性炭原料としてフェノール樹脂を用
いたものについて詳細に説明する。

【００６２】 （比較例５） 活性炭原料としてフェノール樹脂を用い、不活性雰囲気
（窒素ガス雰囲気）下、６００℃で炭化処理を行った
後、賦活処理を水蒸気で行った。賦活処理温度は８００
℃である。これはフェノール樹脂活性炭のアニール前の
元炭である。試料に供した活性炭の比表面積は１１００
ｍ²／ｇで、粒度分布は６０／２００メッシュである。
前述のＢｏｅｈｅｍの方法による測定では、全表面酸性
官能基量は０．０６ｍｅｑ／ｇで、全表面塩基性官能基
量は０．４４ｍｅｑ／ｇであり、総官能基量中酸性比率
φは０．１２であった。これに係数Ｋ（フェノール活性
炭の場合はＫ＝３．５である。）を掛けると０．４２で
あった。次いで、比較例１と同様にして、トリハロメタ
ン類の吸着容量及び吸着容量比等を求めた。トリハロメ
タンの吸着容量は２２０（ｐｐｂ・ｔｏｎ）であった。
これらの結果を（表２）に示した。

【００６３】 （実施例４） 活性炭原料としてフェノール樹脂を用い、不活性雰囲気
（窒素ガス雰囲気）下、６００℃で炭化処理を行った
後、賦活処理を水蒸気で行った。賦活処理温度は８００
℃である。次いで、アルゴンガスによってアニーリング
を行った。アニール温度は４００℃で１時間保持した。
試料に供した活性炭の比表面積は１１００ｍ²／ｇで粒
度分布は、６０／２００メッシュである。前述のＢｏｅ
ｈｅｍの方法による測定では、全表面酸性官能基量は
０．０３５ｍｅｑ／ｇで全表面塩基性官能基量は０．４
４ｍｅｑ／ｇであり、総官能基量中酸性比率φは、０．
０７であった。これに係数Ｋ（フェノール樹脂の場合は
Ｋ＝３．５である。）を掛けると０．２５であった。次
いで、比較例１と同様にして、トリハロメタン類の吸着
容量及び吸着容量比等を求めた。トリハロメタンの吸着
容量は３８１（ｐｐｂ・ｔｏｎ）であった。これらの結
果を（表２）に示した。

【００６４】

【表２】

【００６５】 （実施例５） 活性炭原料としてフェノール樹脂を用い、不活性雰囲気
（窒素ガス雰囲気）下、６００℃で炭化処理を行った
後、賦活処理を水蒸気で行った。賦活処理温度は８００
℃である。次いで、アルゴンガスによってアニーリング
を行った。アニール温度は５００℃で１時間保持した。
試料に供した活性炭の比表面積は１１００ｍ²／ｇで粒
度分布は、６０／２００メッシュである。前述のＢｏｅ
ｈｅｍの方法による測定では、全表面酸性官能基量は
０．０３３ｍｅｑ／ｇで全表面塩基性官能基量は０．４
４ｍｅｑ／ｇであり、総官能基量中酸性比率φは、０．
０７％であった。これに係数Ｋ（フェノール活性炭の場
合はＫ＝３．５である。）を掛けると０．２５であっ
た。次いで、比較例１と同様にして、トリハロメタン類
の吸着容量及び吸着容量比等を求めた。トリハロメタン
の吸着容量は３００（ｐｐｂ・ｔｏｎ）であった。これ
らの結果を（表２）に示した。

【００６６】 （実施例６） 活性炭原料としてフェノール樹脂を用い、不活性雰囲気
（窒素ガス雰囲気）下、６００℃で炭化処理を行った
後、賦活処理を水蒸気で行った。賦活処理温度は８００
℃である。次いで、アルゴンガスによってアニーリング
を行った。アニール温度は６００℃で１時間保持した。
試料に供した活性炭の比表面積は１１００ｍ²／ｇで粒
度分布は、６０／２００メッシュである。前述のＢｏｅ
ｈｅｍの方法によると全表面酸性官能基量は０．０３０
ｍｅｑ／ｇで全表面塩基性官能基量は０．４５ｍｅｑ／
ｇであり、総官能基量中酸性比率φは、０．０６であ
る。これに係数Ｋ（フェノール活性炭の場合はＫ＝３．
５である。）を掛けると０．２２である。次いで、比較
例１と同様にして、トリハロメタン類の吸着容量及び吸
着容量比等を求めた。トリハロメタンの吸着容量は２６
４（ｐｐｂ・ｔｏｎ）であった。これらの結果を（表
２）に示した。

【００６７】 （比較例６） 活性炭原料としてフェノール樹脂を用い、不活性雰囲気
（窒素ガス雰囲気）下、６００ ℃で炭化処理を行った後、賦活処理を水蒸気で行った。
賦活処理温度は８００℃である。次いで、アルゴンガス
によってアニーリングを行った。アニール温度は７００
℃で１時間保持した。試料に供した活性炭の比表面積は
１１００ｍ²／ｇで粒度分布は、６０／２００メッシュ
である。前述のＢｏｅｈｅｍの方法による測定では、全
表面酸性官能基量は０．０２８ｍｅｑ／ｇで全表面塩基
性官能基量は０．５４ｍｅｑ／ｇであり、総官能基量中
酸性比率φは、０．０５である。これに係数Ｋ（フェノ
ール活性炭の場合はＫ＝３．５である。）を掛けると
０．１８であった。次いで、比較例１と同様にして、ト
リハロメタン類の吸着容量及び吸着容量比等を求めた。
トリハロメタンの吸着容量は２４４（ｐｐｂ・ｔｏｎ）
であった。これらの結果を（表２）に示した。

【００６８】 （比較例７） 活性炭原料としてフェノール樹脂を用い、不活性雰囲気
（窒素ガス雰囲気）下、６００℃で炭化処理を行った
後、賦活処理を水蒸気で行った。賦活処理温度は８００
℃である。次いで、アルゴンガスによってアニーリング
を行った。アニール温度は８００℃で１時間保持した。
試料に供した活性炭の比表面積は１１００ｍ²／ｇで粒
度分布は、６０／２００メッシュである。前述のＢｏｅ
ｈｅｍの方法による測定では、全表面酸性官能基量は
０．０２８ｍｅｑ／ｇで全表面塩基性官能基量は０．５
４ｍｅｑ／ｇであり、総官能基量中酸性比率φは、０．
０５であった。これに係数Ｋ（フェノール活性炭の場合
はＫ＝３．５である。）を掛けると０．１８であった。
次いで、比較例１と同様にして、トリハロメタン類の吸
着容量及び吸着容量比等を求めた。トリハロメタンの吸
着容量は２４４（ｐｐｂ・ｔｏｎ）であった。これらの
結果を（表２）に示した。

【００６９】 （比較例８） 活性炭原料としてフェノール樹脂を用い、不活性雰囲気
（窒素ガス雰囲気）下、６００℃で炭化処理を行った
後、賦活処理を水蒸気で行った。賦活処理温度は８００
℃である。次いで、アルゴンガスによってアニーリング
を行った。アニール温度は１０００℃で１時間保持し
た。試料に供した活性炭の比表面積は１１００ｍ²／ｇ
で粒度分布は、６０／２００メッシュである。前述のＢ
ｏｅｈｅｍの方法による測定では、全表面酸性官能基量
は０．０２８ｍｅｑ／ｇで全表面塩基性官能基量は０．
５４ｍｅｑ／ｇであり、総官能基量中酸性比率φは、
０．０５であった。これに係数Ｋ（フェノール活性炭の
場合はＫ＝３．５である。）を掛けると０．１８であっ
た。次いで、比較例１と同様にして、トリハロメタン類
の吸着容量及び吸着容量比等を求めた。トリハロメタン
の吸着容量は２４４（ｐｐｂ・ｔｏｎ）であった。これ
らの結果を（表２）に示した。

【００７０】 （表２）から明らかなように、原料がフ
ェノール樹脂である活性炭のトリハロメタンの吸着容量
は、実施例４〜６は比較例５に比べて１．２倍以上とな
っている。さらに実施例４は、Ｋ×φが０．２６となっ
ており、トリハロメタンの吸着容量は、実施例４は比較
例５に比べて１．６倍の吸着容量を持っていることがわ
かった。

【００７１】比較例６〜８の通水吸着容量は比較例５の
１．１倍であり、従来のアニーリングの限界と考えられ
る。本実施例のＫ×φは０．２２〜０．３０で少なくと
も通水吸着容量が１．２倍以上であり、従来の活性炭の
通水時の吸着能力を飛躍的に増加させている。

【００７２】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
によれば、以下の優れた効果を実現できる。

【００７３】本発明の請求項１に記載の発明によれば、 （１）通水中であっても、活性炭単量重量当たりの吸着
容量を向上させ、トリハロメタン類の浄化処理に必要な
活性炭量を少なくすることが出来るようになり、活性炭
を有効に使うことで、処理コストの低減が実現できる。

【００７４】 さらに、（２）従来トリハロメタンの平
衡吸着能が高いといわれていた比表面積が１５００ｍ²
／ｇ以下で、本発明により、動的状態でも静的状態でも
さらに高いトリハロメタン類の除去率を得ることができ
る。

【００７５】 （３）椰子殻を用いることによって、安
価に活性炭を手に入れることができるとともに、石炭等
の鉱物系の原料よりも金属不純物が少ないため、安全で
構造調整が容易である。

【００７６】 （４）従来から広範に使用されていた、
浄水処理用の椰子殻活性炭の、広範な浄化性能を低下さ
せることなく、トリハロメタン類の吸着特性を飛躍的に
向上させることができる。

【００７７】 （５）９Å以上の大きな細孔で水分子の
吸着速度を上げ、６〜９Åの細孔で、疎水性のトリハロ
メタン類を吸着でき、通水時の吸着容量を上げるととも
に、静的状態では、６〜９Åの細孔で平衡吸着量に至る
まで吸着できる。

【００７８】 そして、（６）炭化、賦活時に硬化し、
活性炭になり得ることができる。

【００７９】 本発明の請求項２に記載の発明によれ
ば、 （１）トリハロメタン類に対して高い吸着特性を有する
フェノール樹脂を基材とする活性炭の吸着能力を高めた
ことで、材料コストの高い活性炭のランニングコストを
下げることを実現できる。

【００８０】 （２）９Å以上の大きな細孔で水分子の
吸着速度を上げ、６〜９Åの細孔で疎水性のトリハロメ
タン類を吸着でき、通水時の吸着容量を上げるととも
に、静的状態では６〜９Åの細孔で平衡吸着量に至るま
で吸着できる。

【００８１】 本発明の請求項３に記載の発明によれ
ば、 （１）トリハロメタン類の吸着に必要な活性炭量が低減
することにより、浄水器等に使用されるカートリッジな
どの、活性炭充填必要量が減少するので、カートリッジ
の小型化・長寿命化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】総官能基量中酸性比率φと通水時のトリハロメ
タンの通水吸着容量比の関係を示す図

【図２】本発明の一実施の形態における活性炭を用いた
浄水器の使用状態を示す模式図

【符号の説明】

１ 吐出管 ２ 浄水器本体 ３ 中空糸膜 ４ 活性炭 ５ 浄水カートリッジ ６ 導水チューブ ７ 水スイッチ ８ 蛇口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−145516（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−281099（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−34605（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C01B 31/08 B01J 20/20 C02F 1/28 C02F 1/44

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基材が椰子殻で、炭化処理後に賦活処理さ
   れ、さらに４００℃〜７００℃でアニーリングされた比
   表面積が３００ｍ ² ／ｇ〜１５００ｍ ² ／ｇの活性炭であ
   って、Ｂｏｅｈｅｍの方法による活性炭の全表面酸性官
   能基量（ａ）と活性炭の全表面塩基性官能基量（ｂ）の
   総量｛（ａ）＋（ｂ）｝に対する全表面酸性官能基量
   （ａ）の比を総官能基量中酸性比率φとしたとき、全表
   面酸性官能基量（ａ）が０．０８ｍｅｑ／ｇ〜０．１２
   ｍｅｑ／ｇ、且つφが０．２２≦Ｋ×φ≦０．３０（但
   し、Ｋ＝１）であることを特徴とする活性炭。
2. 【請求項２】基材がフェノール性合成樹脂で、炭化処理
   後に賦活処理され、さらに４００℃〜７００℃でアニー
   リングされた比表面積が３００ｍ ² ／ｇ〜１５００ｍ ² ／
   ｇの活性炭であって、Ｂｏｅｈｅｍの方法による活性炭
   の全表面酸性官能基量（ａ）と活性炭の全表面塩基性官
   能基量（ｂ）の総量｛（ａ）＋（ｂ）｝に対する全表面
   酸性官能基量（ａ）の比を総官能基量中酸性比率φとし
   たとき、全表面酸性官能基量（ａ）が０．０３０ｍｅｑ
   ／ｇ〜０．０３５ｍｅｑ／ｇ、且つφが０．２２≦Ｋ×
   φ≦０．３０（但し、Ｋ＝３．５）であることを特徴と
   する活性炭。
3. 【請求項３】浄水材として請求項１又は２に記載の活性
   炭を用いたことを特徴とする浄水器。