JP3610208B2 - 活性炭ハニカム構造体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脱臭やオゾン分解用担体として用いられる活性炭ハニカム構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知の如く、活性炭は単位重量当たりの表面積が極めて大きいため、有害ガスや臭気ガスの吸着剤、触媒の担持体或いはオゾン分解剤等として広く使用されている。また、この活性炭をハニカム構造体とすることによって、通気抵抗を低減し、表面積を拡大して形状を小型化し、ハンドリング性を向上したものが用いられている。
【０００３】
ところで、活性炭自身には保型力が無く、ハニカム構造体とするためには、木節粘土、アルミナ、カオリン等の無機材質からなる骨材と混合されて使用されることが多かった。具体的には、活性炭粉末４０〜８０重量％と、木節粘土、アルミナ、カオリン粉粒等の無機材質粉末からなる骨材６０〜２０％との割合いで混合し、プレス、押出成形法等を用いてハニカム構造体に成形した後、骨材成分が焼結して保型効果が生じる１０００〜１３００℃の高温下において、活性炭が酸化分解しないように、還元雰囲気に制御し焼成することによって活性炭ハニカム構造体を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような活性炭と骨材の複合体である活性炭ハニカム構造体では、活性炭の占める割合が低いために、脱臭やオゾン分解特性等の本来の活性炭特性を得ることができなかった。
【０００５】
そこで、特開平３−１３１５６２号公報などに示すように、活性炭と有機バインダーを混合し、ハニカム形状に成形した後、乾燥してハニカム構造体とすることも提案されている。しかし、この場合は、有機バインダーが活性炭の表面を覆うため、充分な吸着やオゾン分解特性が得られなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はこれらの問題に鑑みてなされたもので、主成分である活性炭を１００重量部と、リグニン、アルギン酸、アラビアゴム、デキストリン、カードラン、パラミロンの群から選ばれる一種以上の多糖類系バインダーを主体とする有機バインダー及びこの有機バインダーの炭化物を合計５〜２５重量部と、粒子径７〜２０μｍのコロイダルシリカを２〜４重量部含有することを特徴とする活性炭ハニカム構造体である。
【０００７】
即ち、本発明は、無機材質からなる骨材を使用せず、有機バインダーを用いることによって活性炭の比率を高めたものである。そして、上記有機バインダーの一部を炭化し、残部を有機バインダーのまま残存させたことを特徴とする。
【０００８】
そのため、有機バインダーの一部を炭化することによって、有機バインダーが活性炭の表面を覆って吸着等の特性を低下することを防止し、かつ、残存した有機バインダーによって、活性炭ハニカム構造体の強度を高く維持することができるのである。
【０００９】
なお、主成分を成す活性炭１００重量部に対し、有機バインダーの比率を５〜２５重量部としたのは、５重量部未満ではハニカム構造体の強度が低くなり、一方２５重量部を超えると吸着などの特性が低くなってしまうためである。
【００１０】
また、この有機バインダーとしては、多糖類を主体としたものを用いる。ここで多糖類系の有機バインダーは、網目状構造を有することから、ハニカム構造体の強度を向上させるとともに、活性炭粒子を完全に覆うことなく、一部を露出させることができ、吸着特性の低下を防止できるのである。このような多糖類系バインダーとしては、例えば、リグニン、アルギン酸、アラビアゴム、デキストリン、カードラン、パラミロン等を用いるが、特にカードラン、アルギン酸、デキストリンの一種以上を用いることが好ましい。
【００１１】
また、この有機バインダーとしては、上記多糖類系バインダーに、メチルセルロース、ＣＭＣ、ＰＶＡ、グリセリン等を加えることもできる。そして、好ましくは、多糖類系バインダーを５〜１５重量部、メチルセルロース、ＣＭＣ、ＰＶＡ、グリセリン等を１０重量部以下の範囲で含有する。
【００１２】
さらに、上記各成分に加えて、粒子径が７〜２０μｍのコロイダルシリカを１〜５重量部の範囲で含有させれば、熱処理の過程で焼結助剤としての作用を成し、吸着特性を良好に維持したままで強度を向上させることができる。
【００１３】
以上のような本発明の活性炭ハニカム構造体は、強度を高くすることができ、ハニカムの貫通孔と垂直な方向の圧縮強度が４０ｋｇ／ｃｍ２ 以上であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、１００重量部の活性炭と、５〜２５重量部の多糖類を主体とする有機バインダーを混合し、ハニカム形状に成形した後、１７０〜３００℃の範囲で熱処理を行って、上記有機バインダーの一部を炭化する工程からなる活性炭ハニカム構造体の製造方法を特徴とする。
【００１５】
即ち、成形した後、１７０〜３００℃の温度域にて熱処理を行うことにより、有機バインダーの一部を炭化することができ、ハニカム構造体の強度を高く維持したまま、吸着特性を向上させることができるのである。
【００１６】
また、本発明の活性炭ハニカム構造体は、有害ガスや臭気ガスの吸着剤、触媒の担持体、オゾン分解剤等として用いることができ、通気抵抗の低減、表面積の拡大による小型化、ハンドリング性の向上等を図ることができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明実施例を説明する。
【００１８】
実験例１
活性炭粉末１００重量部に対し、多糖類系バインダー５〜１５重量部、メチルセルロース（ＭＣ）、ＣＭＣ、ＰＶＡ、グリセリンを各々あるいは併用して最大１０重量部、さらに必要に応じてコロイダルシリカ１〜５重量部になるよう秤量し、水分を加えながら、ニーダーによる湿式混練を１時間行った。
【００１９】
ここで、多糖類系バインダー量は、上記範囲より少ないとバインダーの役目を十分に果たさず、多すぎても逆に吸着特性等の効果を減退させるなどの副作用を生ずる。
【００２０】
得られた混練原料を真空押出成形機を用いて、５０ｍｍ角、厚み１００ｍｍ、５００セル（１平方インチ内のセル数）のハニカム形状に成形し、温風乾燥機にて１２０℃、３時間、残水がなくなるまで十分に乾燥させた。得られた乾燥体を厚み１５ｍｍに切断し試験様試料とした。また、試料の一部は、熱処理による特性の向上を測定する為、２００〜４００℃で１時間保持する条件で、高温乾燥機にて加熱処理した。
【００２１】
得られた試験片について、有機バインダー量を測定することにより、添加した有機バインダーの炭化率を測定した。また、各試験片に対し、オートグラフを用いて圧縮強度を測定し、合わせてオゾン分解性能及びアセトン吸着性能を測定し性能評価した。
【００２２】
圧縮強度については、２０×２０×４８ｍｍの試料を切り出し、図１に示すように、この試料１に対し、ハニカムの貫通孔と垂直方向にオートグラフ２で荷重を加えて測定した。
【００２３】
また、オゾン分解性能は、図２に示すように、試料１にオゾンガスを通過させてオゾン除去した時の、初期濃度と除去後濃度から、
オゾン除去率（％）＝（（初期濃度−除去後濃度）／初期濃度）×１００
により求めた。また、アセトン吸着性能については、同様の装置を用いて、アセトンガスを通過させた時の試料の増加重量を測定し、
アセトン吸着量（％）＝（（増加重量−初期重量）／初期重量）×１００
により求めた。
【００２４】
なお、比較例として、活性炭４０〜８０重量％と木節粘土、アルミナ、カオリン等の骨材６０〜２０重量％の複合材からなる活性炭ハニカム構造体も用意し、同様の評価を行った。
【００２５】
結果は、表１、２に示す通りである。この結果より、比較例であるＮｏ．１の活性炭と骨材の複合材からなるハニカム構造体は強度、吸着特性ともに低いことがわかる。また、有機バインダーを添加しても、熱処理を施さず、一部を炭化しないもの（Ｎｏ．２〜５）では、有機バインダーが活性炭粒子の表面を覆うことにより吸着特性が低下している。一方、熱処理温度が高く、全ての有機バインダーが炭化したもの（Ｎｏ．１８〜２１）では、強度が極端に低下していた。
【００２６】
これらに対し、Ｎｏ．６〜１７に示すように、１７０〜３００℃で熱処理し、有機バインダーの約５０％一部を炭化させたものでは、４０ｋｇ／ｃｍ２以上の圧縮強度を維持したまま、吸着特性を向上することができ、強度や吸着特性等を高くできることがわかる。これは、多糖類系バインダーの網目状構造と一部の炭化によるものであり、炭素と多糖類バインダーとの特性が融合、調和した結果である。
【００２７】
そして、本発明実施例として、コロイダルシリカを含有したもの（Ｎｏ．１４〜１７）は、圧縮強度を７０ｋｇ／ｃｍ２以上と高くすることができた。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、１００重量部の活性炭粉末と、５〜２５重量部の多糖類を主体とする有機バインダーを混合し、ハニカム形状に成形した後、１７０〜３００℃の範囲で熱処理を行って、上記有機バインダーの一部を炭化する工程から活性炭ハニカム構造体を製造することによって、高い強度を維持したまま、吸着特性等の優れた活性炭ハニカム構造体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】活性炭ハニカム構造体の圧縮強度の測定方法を示す図である。
【図２】活性炭ハニカム構造体のオゾン除去性能の測定方法を示す図である。
【符号の説明】
１：試料
２：オートグラフ
【発明の属する技術分野】
本発明は、脱臭やオゾン分解用担体として用いられる活性炭ハニカム構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知の如く、活性炭は単位重量当たりの表面積が極めて大きいため、有害ガスや臭気ガスの吸着剤、触媒の担持体或いはオゾン分解剤等として広く使用されている。また、この活性炭をハニカム構造体とすることによって、通気抵抗を低減し、表面積を拡大して形状を小型化し、ハンドリング性を向上したものが用いられている。
【０００３】
ところで、活性炭自身には保型力が無く、ハニカム構造体とするためには、木節粘土、アルミナ、カオリン等の無機材質からなる骨材と混合されて使用されることが多かった。具体的には、活性炭粉末４０〜８０重量％と、木節粘土、アルミナ、カオリン粉粒等の無機材質粉末からなる骨材６０〜２０％との割合いで混合し、プレス、押出成形法等を用いてハニカム構造体に成形した後、骨材成分が焼結して保型効果が生じる１０００〜１３００℃の高温下において、活性炭が酸化分解しないように、還元雰囲気に制御し焼成することによって活性炭ハニカム構造体を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような活性炭と骨材の複合体である活性炭ハニカム構造体では、活性炭の占める割合が低いために、脱臭やオゾン分解特性等の本来の活性炭特性を得ることができなかった。
【０００５】
そこで、特開平３−１３１５６２号公報などに示すように、活性炭と有機バインダーを混合し、ハニカム形状に成形した後、乾燥してハニカム構造体とすることも提案されている。しかし、この場合は、有機バインダーが活性炭の表面を覆うため、充分な吸着やオゾン分解特性が得られなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はこれらの問題に鑑みてなされたもので、主成分である活性炭を１００重量部と、リグニン、アルギン酸、アラビアゴム、デキストリン、カードラン、パラミロンの群から選ばれる一種以上の多糖類系バインダーを主体とする有機バインダー及びこの有機バインダーの炭化物を合計５〜２５重量部と、粒子径７〜２０μｍのコロイダルシリカを２〜４重量部含有することを特徴とする活性炭ハニカム構造体である。
【０００７】
即ち、本発明は、無機材質からなる骨材を使用せず、有機バインダーを用いることによって活性炭の比率を高めたものである。そして、上記有機バインダーの一部を炭化し、残部を有機バインダーのまま残存させたことを特徴とする。
【０００８】
そのため、有機バインダーの一部を炭化することによって、有機バインダーが活性炭の表面を覆って吸着等の特性を低下することを防止し、かつ、残存した有機バインダーによって、活性炭ハニカム構造体の強度を高く維持することができるのである。
【０００９】
なお、主成分を成す活性炭１００重量部に対し、有機バインダーの比率を５〜２５重量部としたのは、５重量部未満ではハニカム構造体の強度が低くなり、一方２５重量部を超えると吸着などの特性が低くなってしまうためである。
【００１０】
また、この有機バインダーとしては、多糖類を主体としたものを用いる。ここで多糖類系の有機バインダーは、網目状構造を有することから、ハニカム構造体の強度を向上させるとともに、活性炭粒子を完全に覆うことなく、一部を露出させることができ、吸着特性の低下を防止できるのである。このような多糖類系バインダーとしては、例えば、リグニン、アルギン酸、アラビアゴム、デキストリン、カードラン、パラミロン等を用いるが、特にカードラン、アルギン酸、デキストリンの一種以上を用いることが好ましい。
【００１１】
また、この有機バインダーとしては、上記多糖類系バインダーに、メチルセルロース、ＣＭＣ、ＰＶＡ、グリセリン等を加えることもできる。そして、好ましくは、多糖類系バインダーを５〜１５重量部、メチルセルロース、ＣＭＣ、ＰＶＡ、グリセリン等を１０重量部以下の範囲で含有する。
【００１２】
さらに、上記各成分に加えて、粒子径が７〜２０μｍのコロイダルシリカを１〜５重量部の範囲で含有させれば、熱処理の過程で焼結助剤としての作用を成し、吸着特性を良好に維持したままで強度を向上させることができる。
【００１３】
以上のような本発明の活性炭ハニカム構造体は、強度を高くすることができ、ハニカムの貫通孔と垂直な方向の圧縮強度が４０ｋｇ／ｃｍ２ 以上であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、１００重量部の活性炭と、５〜２５重量部の多糖類を主体とする有機バインダーを混合し、ハニカム形状に成形した後、１７０〜３００℃の範囲で熱処理を行って、上記有機バインダーの一部を炭化する工程からなる活性炭ハニカム構造体の製造方法を特徴とする。
【００１５】
即ち、成形した後、１７０〜３００℃の温度域にて熱処理を行うことにより、有機バインダーの一部を炭化することができ、ハニカム構造体の強度を高く維持したまま、吸着特性を向上させることができるのである。
【００１６】
また、本発明の活性炭ハニカム構造体は、有害ガスや臭気ガスの吸着剤、触媒の担持体、オゾン分解剤等として用いることができ、通気抵抗の低減、表面積の拡大による小型化、ハンドリング性の向上等を図ることができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明実施例を説明する。
【００１８】
実験例１
活性炭粉末１００重量部に対し、多糖類系バインダー５〜１５重量部、メチルセルロース（ＭＣ）、ＣＭＣ、ＰＶＡ、グリセリンを各々あるいは併用して最大１０重量部、さらに必要に応じてコロイダルシリカ１〜５重量部になるよう秤量し、水分を加えながら、ニーダーによる湿式混練を１時間行った。
【００１９】
ここで、多糖類系バインダー量は、上記範囲より少ないとバインダーの役目を十分に果たさず、多すぎても逆に吸着特性等の効果を減退させるなどの副作用を生ずる。
【００２０】
得られた混練原料を真空押出成形機を用いて、５０ｍｍ角、厚み１００ｍｍ、５００セル（１平方インチ内のセル数）のハニカム形状に成形し、温風乾燥機にて１２０℃、３時間、残水がなくなるまで十分に乾燥させた。得られた乾燥体を厚み１５ｍｍに切断し試験様試料とした。また、試料の一部は、熱処理による特性の向上を測定する為、２００〜４００℃で１時間保持する条件で、高温乾燥機にて加熱処理した。
【００２１】
得られた試験片について、有機バインダー量を測定することにより、添加した有機バインダーの炭化率を測定した。また、各試験片に対し、オートグラフを用いて圧縮強度を測定し、合わせてオゾン分解性能及びアセトン吸着性能を測定し性能評価した。
【００２２】
圧縮強度については、２０×２０×４８ｍｍの試料を切り出し、図１に示すように、この試料１に対し、ハニカムの貫通孔と垂直方向にオートグラフ２で荷重を加えて測定した。
【００２３】
また、オゾン分解性能は、図２に示すように、試料１にオゾンガスを通過させてオゾン除去した時の、初期濃度と除去後濃度から、
オゾン除去率（％）＝（（初期濃度−除去後濃度）／初期濃度）×１００
により求めた。また、アセトン吸着性能については、同様の装置を用いて、アセトンガスを通過させた時の試料の増加重量を測定し、
アセトン吸着量（％）＝（（増加重量−初期重量）／初期重量）×１００
により求めた。
【００２４】
なお、比較例として、活性炭４０〜８０重量％と木節粘土、アルミナ、カオリン等の骨材６０〜２０重量％の複合材からなる活性炭ハニカム構造体も用意し、同様の評価を行った。
【００２５】
結果は、表１、２に示す通りである。この結果より、比較例であるＮｏ．１の活性炭と骨材の複合材からなるハニカム構造体は強度、吸着特性ともに低いことがわかる。また、有機バインダーを添加しても、熱処理を施さず、一部を炭化しないもの（Ｎｏ．２〜５）では、有機バインダーが活性炭粒子の表面を覆うことにより吸着特性が低下している。一方、熱処理温度が高く、全ての有機バインダーが炭化したもの（Ｎｏ．１８〜２１）では、強度が極端に低下していた。
【００２６】
これらに対し、Ｎｏ．６〜１７に示すように、１７０〜３００℃で熱処理し、有機バインダーの約５０％一部を炭化させたものでは、４０ｋｇ／ｃｍ２以上の圧縮強度を維持したまま、吸着特性を向上することができ、強度や吸着特性等を高くできることがわかる。これは、多糖類系バインダーの網目状構造と一部の炭化によるものであり、炭素と多糖類バインダーとの特性が融合、調和した結果である。
【００２７】
そして、本発明実施例として、コロイダルシリカを含有したもの（Ｎｏ．１４〜１７）は、圧縮強度を７０ｋｇ／ｃｍ２以上と高くすることができた。
【００２８】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、１００重量部の活性炭粉末と、５〜２５重量部の多糖類を主体とする有機バインダーを混合し、ハニカム形状に成形した後、１７０〜３００℃の範囲で熱処理を行って、上記有機バインダーの一部を炭化する工程から活性炭ハニカム構造体を製造することによって、高い強度を維持したまま、吸着特性等の優れた活性炭ハニカム構造体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】活性炭ハニカム構造体の圧縮強度の測定方法を示す図である。
【図２】活性炭ハニカム構造体のオゾン除去性能の測定方法を示す図である。
【符号の説明】
１：試料
２：オートグラフ
Claims (1)
- 主成分である活性炭を１００重量部と、リグニン、アルギン酸、アラビアゴム、デキストリン、カードラン、パラミロンの群から選ばれる一種以上の多糖類系バインダーを主体とする有機バインダー及びこの有機バインダーの炭化物を合計５〜２５重量部と、粒子径７〜２０μｍのコロイダルシリカを２〜４重量部含有することを特徴とする活性炭ハニカム構造体。
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