JP4876307B2 - 活性炭の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中に含まれる有害成分であるクロロホルム、ジクロロブロモメタン、クロロジブロモメタン、ブロモホルム等（以下、「トリハロメタン類」という。）の低沸点有機塩素化合物を吸着する活性炭の製造方法及びそれにより得られた活性炭並びに活性炭を用いた浄水器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
健康・公衆衛生の観点より、飲料用に供される水道水等は、殺菌目的で添加される残留塩素が一定濃度以上含有されることが必要であるという運用指針が水道法等に規定されている。
【０００３】
しかしながら、殺菌目的に添加される残留塩素には、殺菌作用の他、無機物の酸化作用や有機物の酸化分解作用があるため、天然有機物の一種であるフミン質等を酸化分解し、その結果、発ガン性物質のトリハロメタン類を生成してしまう。
【０００４】
一方、近年における水質汚染の拡大により、水道水等に利用される原水の水質は劣化傾向にあり、原水中に含まれる低沸点有機塩素化合物が増加しつつある。また、山林の落葉・腐葉等の集積により、その分解物であるフミン質等が増加し、それに伴いトリハロメタン類の濃度も次第に増加傾向にあり、人体への影響が大きな問題となっている。
【０００５】
このため、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着能力に優れる活性炭及びその製造方法並びに活性炭を用いた浄水器の開発が待望されている。
【０００６】
従来より、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物に対し、除去対象物の単位容量当りの吸着容量を高めた、ヨウ素吸着性能、メチレンブルー吸着性能等の特性に優れる、１００ｎｍ以下の細孔径を多く有する高比表面積の活性炭が開発されている。
【０００７】
更に、有機物を常法により炭化・賦活した活性炭、有機物として椰子殻を用いた活性炭、有機物としてフェノール樹脂を用いた活性炭、ガス賦活として水蒸気賦活された活性炭、水酸化アルカリで薬品賦活処理された活性炭、常法により作成された活性炭を不活性ガスあるいは賦活ガス雰囲気中で加熱処理した活性炭等、種々提案されている。
【０００８】
【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、以下のような課題を有していた。
【０００９】
（１）１００ｎｍ以下の細孔径を多く有する活性炭は、高比表面積で平衡吸着容量は大きいが、活性炭の硬度が低く機械強度に劣るので、寿命が短く耐久性に欠けるという問題点を有していた。
【００１０】
（２）有機物を常法により炭化・賦活したのみの活性炭は、被処理水を吸着帯中に通過させ吸着除去する過程で、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、活性炭の吸着性能を十分に発揮できないという問題点を有していた。
【００１１】
（３）椰子殻を原料として常法により炭化・賦活した活性炭は、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、特定の細孔がトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着に大きく寄与するため、この特定の細孔のみを選択的に多く有するように調整すると、活性炭の機械強度を低下させるばかりでなく、その他の有害物質の吸着特性を劣化させるという問題点を有していた。
【００１２】
（４）フェノール樹脂を原料として常法により炭化・賦活した活性炭は、選択的に形成された特定の細孔がトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着に寄与するため、平衡吸着時には高い吸着容量を有するが、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等の低沸点有機塩素化合物の浄化処理法においては、平衡到達速度が遅いため、平衡吸着時の高い吸着特性をいかし切れないという問題点を有していた。
【００１３】
（５）ガス賦活として水蒸気により賦活された活性炭は、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物吸着に寄与する特定の細孔のみを選択的に多く有するように調整すると、その他の有害物質の吸着特性を劣化させるという問題点を有していた。
【００１４】
（６）水酸化アルカリで薬品賦活処理された活性炭は、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着に大きく寄与する細孔が少ないという問題点を有していた。
【００１５】
（７）常法により炭化・賦活した活性炭を不活性ガスあるいは賦活ガス雰囲気中で加熱処理した活性炭は、トリハロメタン類や低沸点有機塩素化合物の除去性能を向上させることができるが、その吸着性は十分とはいえず、処理に多大な時間がかかるという問題点を有していた。
【００１６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着性能に極めて優れた、吸着容量の大きい活性炭の提供、及びトリハロメタン類等の吸着浄化処理能力が高く、吸着特性を十分に発揮できるとともに処理時間の短い活性炭の製造方法の提供、並びに浄化性能が極めて高く、経済性、耐久性に優れる浄水器を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の活性炭の製造方法は、有機物を炭化・賦活処理した後、実質的に酸素を含まない還元性ガス中で温度２００〜６５０℃の範囲内において加熱処理する構成を有している。
【００１８】
これにより、被処理水が吸着帯を通過する吸着処理において、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いという課題に対して吸着容量が向上し、吸着性能を十分に発揮して、水中のトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物を効率よく吸着除去することができる。
【００１９】
また、還元性ガス中で加熱処理を行うので、短時間で加熱処理効果が得られ、製造コストの低減を実現することができる。
【００２０】
上記課題を解決するため、本発明の活性炭は、請求項１乃至３の内いずれか１に記載の活性炭の製造方法により得られた構成を有している。
【００２１】
これにより、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着能力に優れるとともに、吸着容量の大きな活性炭を得ることができ、水道水等からトリハロメタン類等の有害物質を除去することができる。
【００２２】
また、浄化処理に必要な活性炭量を減少させることができ、浄化処理コストの低減を図ることができる。
【００２３】
上記課題を解決するため、本発明の浄水器は、請求項１乃至３の内いずれか１で得られた活性炭を吸着材として用いた構成を有している。
【００２４】
これにより、水中のトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の活性炭単位容積当たりの吸着容量の大きな、吸着速度の速い活性炭を吸着材として用いるので、カートリッジを小型化することができ、その結果、浄水器をコンパクトにし、省スペース化を図ることが可能となる。
【００２５】
また、浄水器の長寿命化を実現することができ、コストを大幅に低減することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の活性炭の製造方法は、有機物を炭化・賦活処理した後、酸素を実質的に含まない還元性ガス中で温度２００〜６５０℃の範囲内において加熱処理する構成を有している。
【００２７】
この構成により、以下の作用が得られる。
【００２８】
（１）吸着帯を形成し被処理水を通過させる水の浄化処理において、活性炭単量重量当たりの吸着容量を高めることにより、吸着容量を向上させ、水中のトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着性能に優れる活性炭を得ることができる。
【００２９】
（２）活性炭の吸着帯中を被処理水が通過する過程において、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物を確実に吸着し、水の浄化処理を行うことができる。
【００３０】
（３）浄化処理に必要な活性炭量を減少させることができ、浄化処理コストの低減を図ることができる。
【００３１】
（４）還元性ガス中で加熱処理を行うので、短時間で加熱処理効果が得られ、製造コストの低減を実現することができる。
【００３２】
（５）有機物を炭化・賦活処理した後、還元性ガス中で加熱処理することによって活性炭を製造することができるので、簡易な設備により短時間で製造可能であり、また、活性炭の燃焼による重量の減少も起こらないため、コストの上昇を少なくすることができる。
【００３３】
ここで、加熱処理における温度は２００〜６５０℃、好ましくは３００〜６５０℃の範囲内とされる。加熱温度が３００℃より低くなるにつれ、還元反応が低下し速度が遅くなる傾向がみられ、加熱温度が６５０℃より高くなるにつれ、活性炭の基材である炭素の脱離による重量の低下が発生する傾向がみられるので、いずれも好ましくない。特に、加熱温度が２００℃より低いと、この傾向が著しくので好ましくない。
【００３４】
有機物としては、炭素源となりうる合成樹脂（例えば、フェノール樹脂、アクリロニトリル系樹脂、メラニン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等）、セルロース質（例えば、木屑や籾殻）、澱粉質（例えば、米、麦、粟、稗、トウモロコシ、芋類）等を用いてもよく、更に、有機質あるいは無機質のバインダー等を混合してもよい。
【００３５】
有機物の形状としては、粒状、粉末状、繊維状、ハニカム状等があるが、いずれであってもよく、粒状には破砕炭、造粒炭及び顆粒炭等も含まれ、繊維状には活性炭クロス、フェルト、ファイバー及びチョップ等が含まれる。
【００３６】
粒状および粉末状の有機物には、椰子殻、おが屑、木材チップ、石炭、石油、フェノール樹脂等の合成樹脂等があり、炭化処理を行い賦活させて活性炭が得られる。
【００３７】
また、繊維状の有機物には、フェノール樹脂、レーヨン、アクリル系樹脂、コールタール、アクリロニトリル系樹脂、メラニン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、木屑、籾殻等のセルロースによる繊維等がある。
【００３８】
尚、本発明は、上記以外の有機物を用いてもよい。
【００３９】
有機物を賦活する方法には、水蒸気、二酸化炭素、酸素等のガスと高温で反応させるガス賦活法、あるいは塩化亜鉛、リン酸、濃硫酸で処理する薬品賦活法等があるが、ガス賦活法が好ましい。
【００４０】
有機物を炭化・賦活処理した後、活性炭を精製しても精製しなくても構わないが、活性炭の吸着能力を高め、吸着容量を大きくするため精製することが好ましい。
【００４１】
還元性ガスとは、活性炭と化学反応を起こし、活性炭から酸素を脱離するガスをいい、例えば、水素ガス、一酸化炭素ガス、亜硝酸ガス等が用いられる。
【００４２】
「実質的に酸素を含まない」還元性ガスとは、活性炭を加熱処理した場合、その表面に結合した酸素原子が存在しないような組成のガスの意味であり、具体的には酸素の含有率が１％以下の組成のガスをいう。
【００４３】
本発明の請求項２に記載の活性炭の製造方法は、有機物を炭化・賦活処理した後、実質的に酸素を含まない還元性ガスを１〜１００％含有する還元性ガス雰囲気中で温度２５０〜７５０℃の範囲内において加熱処理する構成を有している。
【００４４】
この構成により、以下の作用が得られる。
【００４５】
（１）加熱処理速度を容易に調整することができ、活性炭の製造作業性に優れる。
【００４６】
（２）還元性ガス雰囲気を還元性ガス濃度により調整することができるので、処理条件を自由に調整可能で、大量の活性炭を容易に均一な処理状態にすることができる。
【００４７】
（３）被処理水が吸着帯を通過する吸着処理において、活性炭単量重量当たりの吸着容量が大きくなるとともに、活性炭の吸着性能を十分に発揮することが可能となる。
【００４８】
（４）浄化処理に必要な活性炭量を減少させることができ、浄化処理コストの低減を図ることができる。
【００４９】
（５）還元性ガス中で加熱処理を行うので、短時間で加熱処理効果が得られ、製造コストの低減を実現することができる。
【００５０】
（６）水中のトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着浄化処理能力に優れる活性炭を得ることができる。
【００５１】
（７）有機物を炭化・賦活処理した後、還元ガス中で加熱処理することによって活性炭を製造することができるので、簡易な設備により短時間で製造可能であり、また、活性炭の燃焼による重量の減少も起こらないため、コストの上昇を少なくすることができる。
【００５２】
ここで、加熱処理における温度は２５０〜７５０℃、好ましくは３００〜５００℃の範囲内とされる。加熱温度が３００℃より低くなるにつれ、還元反応が低下し速度が遅くなる傾向がみられ、加熱温度が５００℃より高くなるにつれ、活性炭の基材である炭素の脱離による重量の低下が発生する傾向がみられるので、いずれも好ましくない。特に、加熱温度が２５０℃より低くなるか、７５０℃より高くなると、この傾向が著しいため、いずれも好ましくない。
【００５３】
還元性ガスを１〜１００％含有する還元性ガス雰囲気中とは、不活性ガス（Ｎ2、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、ＣＯ2）と還元性ガスの混合ガスをいう。
【００５４】
ここで、還元性ガスの含有量は、１〜１００％、好ましくは３〜１５％とされる。含有量が３％よりも小さくなるにつれ、著しく反応速度が遅くなる傾向がみられ、含有量が１５％よりも大きくなるにつれ、反応速度が速くなりすぎてコントロールが難しくなる傾向がみられるので、いずれも好ましくない。特に、含有量が１％未満であるとこの傾向が著しいため好ましくない。
【００５５】
還元性ガスとは、活性炭と化学反応を起こし、活性炭から酸素を脱離するガスをいい、例えば、水素ガス、一酸化炭素ガス、亜硝酸ガス等が用いられる。
【００５６】
「実質的に酸素を含まない」還元性ガスとは、活性炭を加熱処理した場合、その表面に結合した酸素原子が存在しないような組成のガスの意味であり、具体的には酸素の含有率が１％以下の組成のガスをいう。
【００５７】
有機物としては、炭素源となりうる合成樹脂（例えば、フェノール樹脂、アクリロニトリル系樹脂、メラニン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等）、セルロース質（例えば、木屑や籾殻）、澱粉質（例えば、米、麦、粟、稗、トウモロコシ、芋類）等を用いてもよく、更に、有機質あるいは無機質のバインダー等を混合してもよい。
【００５８】
有機物の形状としては、粒状、粉末状、繊維状、ハニカム状等があるがいずれであってもよく、粒状には破砕炭、造粒炭及び顆粒炭等も含まれ、繊維状には活性炭クロス、フェルト、ファイバー及びチョップ等が含まれる。
【００５９】
粒状および粉末状の有機物には、椰子殻、おが屑、木材チップ、石炭、石油、フェノール樹脂等の合成樹脂等があり、炭化処理を行い賦活させて活性炭が得られる。
【００６０】
また、繊維状の有機物には、フェノール樹脂、レーヨン、アクリル系樹脂、コールタール、アクリロニトリル系樹脂、メラニン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、木屑、籾殻等のセルロースによる繊維等がある。
【００６１】
尚、本発明は、上記以外の有機物を用いてもよい。
【００６２】
有機物を賦活する方法には、水蒸気、二酸化炭素、酸素等のガスと高温で反応させるガス賦活法、あるいは塩化亜鉛、リン酸、濃硫酸で処理する薬品賦活法等があるが、ガス賦活法が好ましい。
【００６３】
有機物を炭化・賦活処理した後、活性炭を精製しても精製しなくても構わないが、活性炭の吸着能力を高め、吸着容量を大きくするため精製することが好ましい。
【００６４】
本発明の請求項３に記載の活性炭の製造方法は、請求項１又は２において、前記有機物が、フェノール樹脂を主材とする構成を有している。
【００６５】
この構成により、請求項１又は２の作用に加え、以下の作用が得られる。
【００６６】
（１）活性炭の吸着速度を高めることができ、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着容量を向上させることができる。
【００６７】
（２）活性炭の吸着帯中を被処理水が通過する過程において、水中のトリハロメタン類等や低沸点有機塩素化合物を効率よく吸着し、水の浄化処理性に優れる。
【００６８】
（３）吸着速度が速くなり、吸着速度を高め通水吸着時の高い吸着特性を十分に活かすことが可能となる。
【００６９】
（４）トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着能力を向上させることができる。
【００７０】
（５）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ができ、経済性に優れる。
【００７１】
（６）トリハロメタン類等の低沸点有機化合物の吸着に大きく寄与する特定の細孔を選択的に多く作ることができるので、吸着容量を大きくすることができる。
【００７２】
ここで、有機物は、フェノール樹脂を主材とするが、その他に炭素源となりうる合成樹脂（例えば、アクリロニトリル系樹脂、メラニン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等）、セルロース質（例えば、木屑や籾殻）、澱粉質（例えば、米、麦、粟、稗、トウモロコシ、芋類）等を用いてもよく、更に、有機質あるいは無機質のバインダー等を混合してもよい。
【００７３】
本発明の請求項４に記載の活性炭は、請求項１乃至３の内いずれか１に記載の活性炭の製造方法により得られた構成を有している。
【００７４】
この構成により、請求項１乃至３の内いずれか１の作用に加え、以下の作用が得られる。
【００７５】
（１）分子量が小さく且つ比較的沸点が低く、その濃度が極めて希薄な吸着されにくい物質であるトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物を効率よく吸着除去することが可能となる。
【００７６】
（２）浄化処理に必要な活性炭量を減少させることができ、浄化処理コストの低減を図ることができる。
【００７７】
（３）水道水等に含まれるトリハロメタン類等等の低沸点有機塩素化合物を確実に吸着することにより、浄化能力の向上を図ることができる。
【００７８】
（４）発ガン性物質として問題となるトリハロメタン類等を容易に除去することができる。
【００７９】
本発明の請求項５に記載の浄水器は、請求項４に記載の活性炭を吸着材として備えた構成を有している。
【００８０】
この構成により、請求項４の作用に加え、以下の作用が得られる。
【００８１】
（１）活性炭単位容積当たりの吸着容量が大きく、吸着速度が速いので、必要な活性炭充填必要量を減少させることができ、その結果、カートリッジの小型化・長寿命化を実現するとともに、コストを大幅に低減し、経済性、耐久性に優れる浄水器を得ることができる。
【００８２】
（２）家庭において浄水器を使用する際にも、省スペース化を図ることができるとともに、カートリッジの交換を少なくすることができ、利便性に優れる。
【００８３】
（３）トリハロメタン類等や低沸点有機塩素化合物等、その他の有害物質を吸着除去し浄化能力の向上を図ることができ、汚染の少ない水道水を得ることが可能となる。
【００８４】
本発明の活性炭及びその製造方法並びに活性炭を用いた浄水器は、水道水中のトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着除去に適しているが、その他、比較的分子径の小さい物質、不純物の除去、一般の吸着剤としての使用も可能である。
【００８５】
【実施例】
以下、更に具体化した実施例について説明する。
【００８６】
（参考例１）
椰子ガラを主材とした有機物を常法により、炭化し賦活ガスを用い賦活処理した後、常圧下、実質的に酸素を含まない還元性ガスとしての水素ガスを活性炭体積比３倍容量毎分で通過処理しながら、温度２００〜１０００℃の範囲内で加熱処理を行った。加熱処理における保持時間は５分間とした。
【００８７】
このようにして得られた活性炭を、６０／１５０メッシュの篩等により粒子サイズを揃えた。
【００８８】
その後、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６８０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ー質量分析装置で定量測定した。
【００８９】
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し、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、加熱処理温度による効果を図１に示した。
【００９０】
図１は参考例１における加熱温度と吸着容量の関係を示す図である。
【００９１】
縦軸に賦活後未加熱処理（加熱温度０℃）の活性炭のトリハロメタン類の吸着容量を１００とした場合の加熱処理後の吸着容量を表示し、横軸に実質的に酸素を含まない還元性ガス中で行った加熱処理の温度を表示した。
【００９２】
図１に示すように、２００〜７５０℃の範囲内で加熱処理の効果が見られ、特に３５０〜６５０℃の範囲では１０％以上の吸着容量の向上が見られることがわかった。
【００９３】
ここで、還元性ガスとしては、水素や一酸化炭素ガス等が用いられ、これらのガス雰囲気下で減圧しても良い。
【００９４】
加熱処理における保持時間は、１分以上１０分以下が製造効率の面から望ましいが、３０分以上であっても構わない。
【００９５】
粒子サイズを揃えるのに篩等を用いることができるが、粒子サイズの大きさはいずれであってもよい。
【００９６】
（参考例２）
フェノール樹脂を主材とした有機物を常法により、炭化し賦活ガスを用い賦活処理した後、常圧下、実質的に酸素を含まない還元性ガスとしての水素ガスを活性炭体積比３倍容量毎分で通過処理しながら、温度２００〜１０００℃の範囲内で加熱処理を行った。加熱処理における保持時間は５分間とした。
【００９７】
このようにして得られた活性炭を、１００／１５０メッシュの篩等により粒子サイズを揃えた。
【００９８】
その後、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６８０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ー質量分析装置で定量測定した。
【００９９】
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、加熱処理温度による効果を図２に示した。
【０１００】
図２は参考例２における加熱温度と吸着容量の関係を示す図である。
【０１０１】
縦軸に賦活後未加熱処理（加熱温度０℃）の活性炭のトリハロメタン類の吸着容量を１００とした場合の加熱処理後の吸着容量を表示し、横軸に実質的に酸素を含まない還元性ガス中で行った加熱処理の温度を表示した。
【０１０２】
図２に示すように、１００〜７００℃の範囲内で加熱処理の効果が見られ、特に２００〜６８０℃の範囲では１０％以上の吸着容量向上が見られ、最大で４６％容量が増加した。
【０１０３】
ここで、還元性ガスとしては、水素や一酸化炭素ガス等が用いられ、これらガス雰囲気下で減圧しても良い。
【０１０４】
加熱処理における保持時間は、１分以上１０分以下が製造効率の面から望ましいが、３０分以上であっても構わない。
【０１０５】
粒子サイズを揃えるのに篩等を用いることができるが、粒子サイズの大きさはいずれであってもよい。
【０１０６】
（実施例３）
椰子ガラを主材とした有機物を常法により、炭化し賦活ガスを用い賦活処理した後、常圧下、還元性ガス雰囲気として実質的に酸素を含まない還元性ガスとしての水素ガスを１％含むアルゴンガスを毎分活性炭体積比３倍容量通過させて、温度２００〜１１００℃の範囲内加熱処理を行った。加熱処理における保持時間は２０分間とした。
【０１０７】
このようにして得られた活性炭を、６０／１５０メッシュの篩等により粒子サイズを揃えた。
【０１０８】
その後、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６８０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ー質量分析装置で定量測定した。
【０１０９】
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、加熱処理温度による効果を図３に示した。
【０１１０】
図３は実施例３における加熱温度と吸着容量の関係を示す図である。
【０１１１】
縦軸に賦活後未加熱処理（加熱温度０℃）の活性炭のトリハロメタン類の吸着容量を１００とした場合の加熱処理後の吸着容量を表示し、横軸に実質的に酸素を含まない還元性ガス中で行った加熱処理の温度を表示した。
【０１１２】
図３に示すように、２００〜８００℃の範囲内で加熱処理の効果が見られ、特に３５０〜７５０℃の範囲では１０％以上の吸着容量の向上が見られることがわかった。
【０１１３】
ここで、実質的に酸素を含まない還元性ガスを１〜１００％含む還元性ガス雰囲気として、水素や一酸化炭素ガスなどの還元性ガスと不活性ガスの混合ガス等が使用される。不活性ガスとしては、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオン等の希ガスや、窒素ガスや二酸化炭素ガス等が用いられる。尚、これら混合ガス雰囲気下で減圧してもよい。
【０１１４】
加熱処理における保持時間は、１分以上３０分以下が製造効率の面から望ましいが、１時間以上であっても構わない。
【０１１５】
粒子サイズを揃えるのに篩等を用いることができるが、粒子サイズの大きさはいずれであってもよい。
【０１１６】
（参考例４）
フェノール樹脂を主材とした有機物を常法により、炭化し賦活ガスを用い賦活処理した後、常圧下、実質的に酸素を含まない還元性ガスとしての水素ガスを毎分活性炭体積比３倍容量通過させて、温度２００〜１１００℃の範囲内加熱処理を行った。加熱処理における保持時間は２０分間とした。
【０１１７】
このようにして得られた活性炭を、１００／１５０メッシュの篩等により粒子サイズを揃えた。
【０１１８】
その後、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６８０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ー質量分析装置で定量測定した。
【０１１９】
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、加熱処理温度による効果を図４に示した。
【０１２０】
図４は参考例４における加熱温度と吸着容量の関係を示す図である。縦軸に賦活後未焼成処理（加熱温度０℃）の活性炭のトリハロメタン類の吸着容量比を１００とした場合の吸着容量比を表示し、横軸に実質的に酸素を含まない還元性ガス中で行った加熱処理の温度を表示した。
【０１２１】
図４に示すように、１００〜７８０℃の範囲内で熱処理の効果が見られ、特に２００〜７５０℃の範囲では１０％以上の吸着容量の向上が見られ、最大で４８％容量が増加することがわかった。
【０１２２】
ここで、実質的に酸素を含まない還元性ガスを１％以上含む還元性ガス雰囲気として、水素や一酸化炭素ガスなどの還元性ガスと不活性ガスの混合ガス等が使用される。不活性ガスとしては、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオン等の希ガスや、窒素ガスや二酸化炭素ガス等が用いられる。尚、これら混合ガス雰囲気下で減圧してもよい。
【０１２３】
加熱処理における保持時間は、１分以上３０分以下が製造効率の面から望ましいが、１時間以上であっても構わない。
【０１２４】
粒子サイズを揃えるのに篩等を用いることができるが、粒子サイズの大きさはいずれであってもよい。
【０１２５】
尚、本発明は、前記実施例に限定される訳ではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々な変更が可能である。
【０１２６】
【発明の効果】
以上のように本発明の活性炭の製造方法及びそれにより得られた活性炭並びに活性炭を備えた浄水器によれば、以下のような有利な効果が得られる。
【０１２７】
請求項１に記載の発明によれば、
（１）被処理水が吸着帯を通過する吸着処理において、吸着速度を高めることにより吸着容量を向上させ、水中のトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着性能に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１２８】
（２）活性炭の吸着帯中を被処理水が通過する過程において、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物を確実に吸着し、水の浄化処理性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１２９】
（３）浄化処理に必要な活性炭量を減少させることができ、浄化処理コストの低減を図ることができ、経済性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３０】
（４）還元性ガス中で加熱処理を行うので、短時間で加熱処理効果が得られ、製造コストの低減を実現することができ、経済性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３１】
（５）有機物を炭化・賦活処理した後、還元性ガス中で加熱処理することによって活性炭を製造することができるので、簡易な設備により短時間で製造可能であり、また、活性炭の燃焼による重量の減少も起こらないため、コストの上昇を少ない経済性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３２】
請求項２に記載の発明によれば、
（１）加熱処理速度を容易に調整することができ、活性炭の製造作業性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３３】
（２）還元性ガス雰囲気を還元性ガス濃度により調整することができるので、処理条件を自由に調整可能で、大量の活性炭を容易に均一な処理状態にすることができ、処理性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３４】
（３）通水処理における活性炭の吸着速度が大きいので、活性炭単量重量当たりの吸着容量が大きくなるとともに、活性炭の吸着性能に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３５】
（４）浄化処理に必要な活性炭量を減少させることができ、浄化処理コストの低減を図ることができ、経済性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３６】
（５）還元性ガス中で加熱処理を行うので、短時間で加熱処理効果が得られ、製造コストの低減を実現することができ、経済性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３７】
（６）水中のトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着浄化処理性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３８】
（７）有機物を炭化・賦活処理した後、還元ガス中で加熱処理することによって活性炭を製造することができるので、簡易な設備で短時間で製造可能であり、また、活性炭の燃焼による重量の減少も起こらないため、コストの上昇を少なくすることができ、経済性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３９】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）活性炭の吸着速度を高めることができ、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着容量性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１４０】
（２）活性炭の吸着帯中を被処理水が通過する過程において、水中のトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物を効率よく吸着し、水の浄化処理性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１４１】
（３）吸着速度が速くなり、吸着速度を高め平衡吸着時の高い吸着特性を十分に活かすことが可能な吸着性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１４２】
（４）トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着性能に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１４３】
（５）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ができ、経済性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１４４】
（６）トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着に大きく寄与する特定の細孔を選択的に多く作ることができるので、吸着容量を大きくすることができ吸着性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１４５】
請求項４に記載の発明によれば、
（１）分子量が小さく且つ比較的沸点が低く、その濃度が極めて希薄な吸着されにくい物質であるトリハロメタン類等を効率よく吸着除去することが可能な吸着除去性に優れる活性炭を提供することができる。
【０１４６】
（２）浄化処理に必要な活性炭量を減少させることができ、浄化処理コストの低減を図ることができる、経済性に優れる活性炭を提供することができる。
【０１４７】
（３）水道水等に含まれるトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物を確実に吸着することにより、浄化能力に優れる活性炭を提供することができる。
【０１４８】
（４）発ガン性物質として問題となるトリハロメタン類等を容易に除去することができる除去性に優れる活性炭を提供することができる。
【０１４９】
請求項５に記載の発明によれば、
（１）活性炭単位容積当たりの吸着容量が大きく、吸着速度が速いので、必要な活性炭充填必要量を減少させることができ、その結果、カートリッジの小型化・長寿命化を実現するとともに、コストを大幅に低減し、経済性、耐久性に優れる浄水器を提供することができる。
【０１５０】
（２）家庭において浄水器を使用する際にも、省スペース化を図ることができるとともに、カートリッジの交換を少なくすることができ、利便性に優れる浄水器を提供することができる。
【０１５１】
（３）トリハロメタン類や沸点有機塩素化合物等、その他の有害物質を吸着除去し浄化能力の向上を図ることができ、汚染の少ない水道水を得ることが可能な浄化能力性に優れる浄水器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例１における加熱温度と吸着容量との関係を示す図
【図２】参考例２における加熱温度と吸着容量との関係を示す図
【図３】実施例３における加熱温度と吸着容量との関係を示す図
【図４】参考例４における加熱温度と吸着容量との関係を示す図
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中に含まれる有害成分であるクロロホルム、ジクロロブロモメタン、クロロジブロモメタン、ブロモホルム等（以下、「トリハロメタン類」という。）の低沸点有機塩素化合物を吸着する活性炭の製造方法及びそれにより得られた活性炭並びに活性炭を用いた浄水器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
健康・公衆衛生の観点より、飲料用に供される水道水等は、殺菌目的で添加される残留塩素が一定濃度以上含有されることが必要であるという運用指針が水道法等に規定されている。
【０００３】
しかしながら、殺菌目的に添加される残留塩素には、殺菌作用の他、無機物の酸化作用や有機物の酸化分解作用があるため、天然有機物の一種であるフミン質等を酸化分解し、その結果、発ガン性物質のトリハロメタン類を生成してしまう。
【０００４】
一方、近年における水質汚染の拡大により、水道水等に利用される原水の水質は劣化傾向にあり、原水中に含まれる低沸点有機塩素化合物が増加しつつある。また、山林の落葉・腐葉等の集積により、その分解物であるフミン質等が増加し、それに伴いトリハロメタン類の濃度も次第に増加傾向にあり、人体への影響が大きな問題となっている。
【０００５】
このため、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着能力に優れる活性炭及びその製造方法並びに活性炭を用いた浄水器の開発が待望されている。
【０００６】
従来より、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物に対し、除去対象物の単位容量当りの吸着容量を高めた、ヨウ素吸着性能、メチレンブルー吸着性能等の特性に優れる、１００ｎｍ以下の細孔径を多く有する高比表面積の活性炭が開発されている。
【０００７】
更に、有機物を常法により炭化・賦活した活性炭、有機物として椰子殻を用いた活性炭、有機物としてフェノール樹脂を用いた活性炭、ガス賦活として水蒸気賦活された活性炭、水酸化アルカリで薬品賦活処理された活性炭、常法により作成された活性炭を不活性ガスあるいは賦活ガス雰囲気中で加熱処理した活性炭等、種々提案されている。
【０００８】
【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、以下のような課題を有していた。
【０００９】
（１）１００ｎｍ以下の細孔径を多く有する活性炭は、高比表面積で平衡吸着容量は大きいが、活性炭の硬度が低く機械強度に劣るので、寿命が短く耐久性に欠けるという問題点を有していた。
【００１０】
（２）有機物を常法により炭化・賦活したのみの活性炭は、被処理水を吸着帯中に通過させ吸着除去する過程で、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、活性炭の吸着性能を十分に発揮できないという問題点を有していた。
【００１１】
（３）椰子殻を原料として常法により炭化・賦活した活性炭は、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、特定の細孔がトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着に大きく寄与するため、この特定の細孔のみを選択的に多く有するように調整すると、活性炭の機械強度を低下させるばかりでなく、その他の有害物質の吸着特性を劣化させるという問題点を有していた。
【００１２】
（４）フェノール樹脂を原料として常法により炭化・賦活した活性炭は、選択的に形成された特定の細孔がトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着に寄与するため、平衡吸着時には高い吸着容量を有するが、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等の低沸点有機塩素化合物の浄化処理法においては、平衡到達速度が遅いため、平衡吸着時の高い吸着特性をいかし切れないという問題点を有していた。
【００１３】
（５）ガス賦活として水蒸気により賦活された活性炭は、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物吸着に寄与する特定の細孔のみを選択的に多く有するように調整すると、その他の有害物質の吸着特性を劣化させるという問題点を有していた。
【００１４】
（６）水酸化アルカリで薬品賦活処理された活性炭は、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着に大きく寄与する細孔が少ないという問題点を有していた。
【００１５】
（７）常法により炭化・賦活した活性炭を不活性ガスあるいは賦活ガス雰囲気中で加熱処理した活性炭は、トリハロメタン類や低沸点有機塩素化合物の除去性能を向上させることができるが、その吸着性は十分とはいえず、処理に多大な時間がかかるという問題点を有していた。
【００１６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着性能に極めて優れた、吸着容量の大きい活性炭の提供、及びトリハロメタン類等の吸着浄化処理能力が高く、吸着特性を十分に発揮できるとともに処理時間の短い活性炭の製造方法の提供、並びに浄化性能が極めて高く、経済性、耐久性に優れる浄水器を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の活性炭の製造方法は、有機物を炭化・賦活処理した後、実質的に酸素を含まない還元性ガス中で温度２００〜６５０℃の範囲内において加熱処理する構成を有している。
【００１８】
これにより、被処理水が吸着帯を通過する吸着処理において、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いという課題に対して吸着容量が向上し、吸着性能を十分に発揮して、水中のトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物を効率よく吸着除去することができる。
【００１９】
また、還元性ガス中で加熱処理を行うので、短時間で加熱処理効果が得られ、製造コストの低減を実現することができる。
【００２０】
上記課題を解決するため、本発明の活性炭は、請求項１乃至３の内いずれか１に記載の活性炭の製造方法により得られた構成を有している。
【００２１】
これにより、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着能力に優れるとともに、吸着容量の大きな活性炭を得ることができ、水道水等からトリハロメタン類等の有害物質を除去することができる。
【００２２】
また、浄化処理に必要な活性炭量を減少させることができ、浄化処理コストの低減を図ることができる。
【００２３】
上記課題を解決するため、本発明の浄水器は、請求項１乃至３の内いずれか１で得られた活性炭を吸着材として用いた構成を有している。
【００２４】
これにより、水中のトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の活性炭単位容積当たりの吸着容量の大きな、吸着速度の速い活性炭を吸着材として用いるので、カートリッジを小型化することができ、その結果、浄水器をコンパクトにし、省スペース化を図ることが可能となる。
【００２５】
また、浄水器の長寿命化を実現することができ、コストを大幅に低減することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の活性炭の製造方法は、有機物を炭化・賦活処理した後、酸素を実質的に含まない還元性ガス中で温度２００〜６５０℃の範囲内において加熱処理する構成を有している。
【００２７】
この構成により、以下の作用が得られる。
【００２８】
（１）吸着帯を形成し被処理水を通過させる水の浄化処理において、活性炭単量重量当たりの吸着容量を高めることにより、吸着容量を向上させ、水中のトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着性能に優れる活性炭を得ることができる。
【００２９】
（２）活性炭の吸着帯中を被処理水が通過する過程において、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物を確実に吸着し、水の浄化処理を行うことができる。
【００３０】
（３）浄化処理に必要な活性炭量を減少させることができ、浄化処理コストの低減を図ることができる。
【００３１】
（４）還元性ガス中で加熱処理を行うので、短時間で加熱処理効果が得られ、製造コストの低減を実現することができる。
【００３２】
（５）有機物を炭化・賦活処理した後、還元性ガス中で加熱処理することによって活性炭を製造することができるので、簡易な設備により短時間で製造可能であり、また、活性炭の燃焼による重量の減少も起こらないため、コストの上昇を少なくすることができる。
【００３３】
ここで、加熱処理における温度は２００〜６５０℃、好ましくは３００〜６５０℃の範囲内とされる。加熱温度が３００℃より低くなるにつれ、還元反応が低下し速度が遅くなる傾向がみられ、加熱温度が６５０℃より高くなるにつれ、活性炭の基材である炭素の脱離による重量の低下が発生する傾向がみられるので、いずれも好ましくない。特に、加熱温度が２００℃より低いと、この傾向が著しくので好ましくない。
【００３４】
有機物としては、炭素源となりうる合成樹脂（例えば、フェノール樹脂、アクリロニトリル系樹脂、メラニン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等）、セルロース質（例えば、木屑や籾殻）、澱粉質（例えば、米、麦、粟、稗、トウモロコシ、芋類）等を用いてもよく、更に、有機質あるいは無機質のバインダー等を混合してもよい。
【００３５】
有機物の形状としては、粒状、粉末状、繊維状、ハニカム状等があるが、いずれであってもよく、粒状には破砕炭、造粒炭及び顆粒炭等も含まれ、繊維状には活性炭クロス、フェルト、ファイバー及びチョップ等が含まれる。
【００３６】
粒状および粉末状の有機物には、椰子殻、おが屑、木材チップ、石炭、石油、フェノール樹脂等の合成樹脂等があり、炭化処理を行い賦活させて活性炭が得られる。
【００３７】
また、繊維状の有機物には、フェノール樹脂、レーヨン、アクリル系樹脂、コールタール、アクリロニトリル系樹脂、メラニン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、木屑、籾殻等のセルロースによる繊維等がある。
【００３８】
尚、本発明は、上記以外の有機物を用いてもよい。
【００３９】
有機物を賦活する方法には、水蒸気、二酸化炭素、酸素等のガスと高温で反応させるガス賦活法、あるいは塩化亜鉛、リン酸、濃硫酸で処理する薬品賦活法等があるが、ガス賦活法が好ましい。
【００４０】
有機物を炭化・賦活処理した後、活性炭を精製しても精製しなくても構わないが、活性炭の吸着能力を高め、吸着容量を大きくするため精製することが好ましい。
【００４１】
還元性ガスとは、活性炭と化学反応を起こし、活性炭から酸素を脱離するガスをいい、例えば、水素ガス、一酸化炭素ガス、亜硝酸ガス等が用いられる。
【００４２】
「実質的に酸素を含まない」還元性ガスとは、活性炭を加熱処理した場合、その表面に結合した酸素原子が存在しないような組成のガスの意味であり、具体的には酸素の含有率が１％以下の組成のガスをいう。
【００４３】
本発明の請求項２に記載の活性炭の製造方法は、有機物を炭化・賦活処理した後、実質的に酸素を含まない還元性ガスを１〜１００％含有する還元性ガス雰囲気中で温度２５０〜７５０℃の範囲内において加熱処理する構成を有している。
【００４４】
この構成により、以下の作用が得られる。
【００４５】
（１）加熱処理速度を容易に調整することができ、活性炭の製造作業性に優れる。
【００４６】
（２）還元性ガス雰囲気を還元性ガス濃度により調整することができるので、処理条件を自由に調整可能で、大量の活性炭を容易に均一な処理状態にすることができる。
【００４７】
（３）被処理水が吸着帯を通過する吸着処理において、活性炭単量重量当たりの吸着容量が大きくなるとともに、活性炭の吸着性能を十分に発揮することが可能となる。
【００４８】
（４）浄化処理に必要な活性炭量を減少させることができ、浄化処理コストの低減を図ることができる。
【００４９】
（５）還元性ガス中で加熱処理を行うので、短時間で加熱処理効果が得られ、製造コストの低減を実現することができる。
【００５０】
（６）水中のトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着浄化処理能力に優れる活性炭を得ることができる。
【００５１】
（７）有機物を炭化・賦活処理した後、還元ガス中で加熱処理することによって活性炭を製造することができるので、簡易な設備により短時間で製造可能であり、また、活性炭の燃焼による重量の減少も起こらないため、コストの上昇を少なくすることができる。
【００５２】
ここで、加熱処理における温度は２５０〜７５０℃、好ましくは３００〜５００℃の範囲内とされる。加熱温度が３００℃より低くなるにつれ、還元反応が低下し速度が遅くなる傾向がみられ、加熱温度が５００℃より高くなるにつれ、活性炭の基材である炭素の脱離による重量の低下が発生する傾向がみられるので、いずれも好ましくない。特に、加熱温度が２５０℃より低くなるか、７５０℃より高くなると、この傾向が著しいため、いずれも好ましくない。
【００５３】
還元性ガスを１〜１００％含有する還元性ガス雰囲気中とは、不活性ガス（Ｎ2、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、ＣＯ2）と還元性ガスの混合ガスをいう。
【００５４】
ここで、還元性ガスの含有量は、１〜１００％、好ましくは３〜１５％とされる。含有量が３％よりも小さくなるにつれ、著しく反応速度が遅くなる傾向がみられ、含有量が１５％よりも大きくなるにつれ、反応速度が速くなりすぎてコントロールが難しくなる傾向がみられるので、いずれも好ましくない。特に、含有量が１％未満であるとこの傾向が著しいため好ましくない。
【００５５】
還元性ガスとは、活性炭と化学反応を起こし、活性炭から酸素を脱離するガスをいい、例えば、水素ガス、一酸化炭素ガス、亜硝酸ガス等が用いられる。
【００５６】
「実質的に酸素を含まない」還元性ガスとは、活性炭を加熱処理した場合、その表面に結合した酸素原子が存在しないような組成のガスの意味であり、具体的には酸素の含有率が１％以下の組成のガスをいう。
【００５７】
有機物としては、炭素源となりうる合成樹脂（例えば、フェノール樹脂、アクリロニトリル系樹脂、メラニン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等）、セルロース質（例えば、木屑や籾殻）、澱粉質（例えば、米、麦、粟、稗、トウモロコシ、芋類）等を用いてもよく、更に、有機質あるいは無機質のバインダー等を混合してもよい。
【００５８】
有機物の形状としては、粒状、粉末状、繊維状、ハニカム状等があるがいずれであってもよく、粒状には破砕炭、造粒炭及び顆粒炭等も含まれ、繊維状には活性炭クロス、フェルト、ファイバー及びチョップ等が含まれる。
【００５９】
粒状および粉末状の有機物には、椰子殻、おが屑、木材チップ、石炭、石油、フェノール樹脂等の合成樹脂等があり、炭化処理を行い賦活させて活性炭が得られる。
【００６０】
また、繊維状の有機物には、フェノール樹脂、レーヨン、アクリル系樹脂、コールタール、アクリロニトリル系樹脂、メラニン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、木屑、籾殻等のセルロースによる繊維等がある。
【００６１】
尚、本発明は、上記以外の有機物を用いてもよい。
【００６２】
有機物を賦活する方法には、水蒸気、二酸化炭素、酸素等のガスと高温で反応させるガス賦活法、あるいは塩化亜鉛、リン酸、濃硫酸で処理する薬品賦活法等があるが、ガス賦活法が好ましい。
【００６３】
有機物を炭化・賦活処理した後、活性炭を精製しても精製しなくても構わないが、活性炭の吸着能力を高め、吸着容量を大きくするため精製することが好ましい。
【００６４】
本発明の請求項３に記載の活性炭の製造方法は、請求項１又は２において、前記有機物が、フェノール樹脂を主材とする構成を有している。
【００６５】
この構成により、請求項１又は２の作用に加え、以下の作用が得られる。
【００６６】
（１）活性炭の吸着速度を高めることができ、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着容量を向上させることができる。
【００６７】
（２）活性炭の吸着帯中を被処理水が通過する過程において、水中のトリハロメタン類等や低沸点有機塩素化合物を効率よく吸着し、水の浄化処理性に優れる。
【００６８】
（３）吸着速度が速くなり、吸着速度を高め通水吸着時の高い吸着特性を十分に活かすことが可能となる。
【００６９】
（４）トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着能力を向上させることができる。
【００７０】
（５）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ができ、経済性に優れる。
【００７１】
（６）トリハロメタン類等の低沸点有機化合物の吸着に大きく寄与する特定の細孔を選択的に多く作ることができるので、吸着容量を大きくすることができる。
【００７２】
ここで、有機物は、フェノール樹脂を主材とするが、その他に炭素源となりうる合成樹脂（例えば、アクリロニトリル系樹脂、メラニン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等）、セルロース質（例えば、木屑や籾殻）、澱粉質（例えば、米、麦、粟、稗、トウモロコシ、芋類）等を用いてもよく、更に、有機質あるいは無機質のバインダー等を混合してもよい。
【００７３】
本発明の請求項４に記載の活性炭は、請求項１乃至３の内いずれか１に記載の活性炭の製造方法により得られた構成を有している。
【００７４】
この構成により、請求項１乃至３の内いずれか１の作用に加え、以下の作用が得られる。
【００７５】
（１）分子量が小さく且つ比較的沸点が低く、その濃度が極めて希薄な吸着されにくい物質であるトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物を効率よく吸着除去することが可能となる。
【００７６】
（２）浄化処理に必要な活性炭量を減少させることができ、浄化処理コストの低減を図ることができる。
【００７７】
（３）水道水等に含まれるトリハロメタン類等等の低沸点有機塩素化合物を確実に吸着することにより、浄化能力の向上を図ることができる。
【００７８】
（４）発ガン性物質として問題となるトリハロメタン類等を容易に除去することができる。
【００７９】
本発明の請求項５に記載の浄水器は、請求項４に記載の活性炭を吸着材として備えた構成を有している。
【００８０】
この構成により、請求項４の作用に加え、以下の作用が得られる。
【００８１】
（１）活性炭単位容積当たりの吸着容量が大きく、吸着速度が速いので、必要な活性炭充填必要量を減少させることができ、その結果、カートリッジの小型化・長寿命化を実現するとともに、コストを大幅に低減し、経済性、耐久性に優れる浄水器を得ることができる。
【００８２】
（２）家庭において浄水器を使用する際にも、省スペース化を図ることができるとともに、カートリッジの交換を少なくすることができ、利便性に優れる。
【００８３】
（３）トリハロメタン類等や低沸点有機塩素化合物等、その他の有害物質を吸着除去し浄化能力の向上を図ることができ、汚染の少ない水道水を得ることが可能となる。
【００８４】
本発明の活性炭及びその製造方法並びに活性炭を用いた浄水器は、水道水中のトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着除去に適しているが、その他、比較的分子径の小さい物質、不純物の除去、一般の吸着剤としての使用も可能である。
【００８５】
【実施例】
以下、更に具体化した実施例について説明する。
【００８６】
（参考例１）
椰子ガラを主材とした有機物を常法により、炭化し賦活ガスを用い賦活処理した後、常圧下、実質的に酸素を含まない還元性ガスとしての水素ガスを活性炭体積比３倍容量毎分で通過処理しながら、温度２００〜１０００℃の範囲内で加熱処理を行った。加熱処理における保持時間は５分間とした。
【００８７】
このようにして得られた活性炭を、６０／１５０メッシュの篩等により粒子サイズを揃えた。
【００８８】
その後、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６８０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ー質量分析装置で定量測定した。
【００８９】
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し、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、加熱処理温度による効果を図１に示した。
【００９０】
図１は参考例１における加熱温度と吸着容量の関係を示す図である。
【００９１】
縦軸に賦活後未加熱処理（加熱温度０℃）の活性炭のトリハロメタン類の吸着容量を１００とした場合の加熱処理後の吸着容量を表示し、横軸に実質的に酸素を含まない還元性ガス中で行った加熱処理の温度を表示した。
【００９２】
図１に示すように、２００〜７５０℃の範囲内で加熱処理の効果が見られ、特に３５０〜６５０℃の範囲では１０％以上の吸着容量の向上が見られることがわかった。
【００９３】
ここで、還元性ガスとしては、水素や一酸化炭素ガス等が用いられ、これらのガス雰囲気下で減圧しても良い。
【００９４】
加熱処理における保持時間は、１分以上１０分以下が製造効率の面から望ましいが、３０分以上であっても構わない。
【００９５】
粒子サイズを揃えるのに篩等を用いることができるが、粒子サイズの大きさはいずれであってもよい。
【００９６】
（参考例２）
フェノール樹脂を主材とした有機物を常法により、炭化し賦活ガスを用い賦活処理した後、常圧下、実質的に酸素を含まない還元性ガスとしての水素ガスを活性炭体積比３倍容量毎分で通過処理しながら、温度２００〜１０００℃の範囲内で加熱処理を行った。加熱処理における保持時間は５分間とした。
【００９７】
このようにして得られた活性炭を、１００／１５０メッシュの篩等により粒子サイズを揃えた。
【００９８】
その後、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６８０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ー質量分析装置で定量測定した。
【００９９】
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、加熱処理温度による効果を図２に示した。
【０１００】
図２は参考例２における加熱温度と吸着容量の関係を示す図である。
【０１０１】
縦軸に賦活後未加熱処理（加熱温度０℃）の活性炭のトリハロメタン類の吸着容量を１００とした場合の加熱処理後の吸着容量を表示し、横軸に実質的に酸素を含まない還元性ガス中で行った加熱処理の温度を表示した。
【０１０２】
図２に示すように、１００〜７００℃の範囲内で加熱処理の効果が見られ、特に２００〜６８０℃の範囲では１０％以上の吸着容量向上が見られ、最大で４６％容量が増加した。
【０１０３】
ここで、還元性ガスとしては、水素や一酸化炭素ガス等が用いられ、これらガス雰囲気下で減圧しても良い。
【０１０４】
加熱処理における保持時間は、１分以上１０分以下が製造効率の面から望ましいが、３０分以上であっても構わない。
【０１０５】
粒子サイズを揃えるのに篩等を用いることができるが、粒子サイズの大きさはいずれであってもよい。
【０１０６】
（実施例３）
椰子ガラを主材とした有機物を常法により、炭化し賦活ガスを用い賦活処理した後、常圧下、還元性ガス雰囲気として実質的に酸素を含まない還元性ガスとしての水素ガスを１％含むアルゴンガスを毎分活性炭体積比３倍容量通過させて、温度２００〜１１００℃の範囲内加熱処理を行った。加熱処理における保持時間は２０分間とした。
【０１０７】
このようにして得られた活性炭を、６０／１５０メッシュの篩等により粒子サイズを揃えた。
【０１０８】
その後、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６８０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ー質量分析装置で定量測定した。
【０１０９】
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、加熱処理温度による効果を図３に示した。
【０１１０】
図３は実施例３における加熱温度と吸着容量の関係を示す図である。
【０１１１】
縦軸に賦活後未加熱処理（加熱温度０℃）の活性炭のトリハロメタン類の吸着容量を１００とした場合の加熱処理後の吸着容量を表示し、横軸に実質的に酸素を含まない還元性ガス中で行った加熱処理の温度を表示した。
【０１１２】
図３に示すように、２００〜８００℃の範囲内で加熱処理の効果が見られ、特に３５０〜７５０℃の範囲では１０％以上の吸着容量の向上が見られることがわかった。
【０１１３】
ここで、実質的に酸素を含まない還元性ガスを１〜１００％含む還元性ガス雰囲気として、水素や一酸化炭素ガスなどの還元性ガスと不活性ガスの混合ガス等が使用される。不活性ガスとしては、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオン等の希ガスや、窒素ガスや二酸化炭素ガス等が用いられる。尚、これら混合ガス雰囲気下で減圧してもよい。
【０１１４】
加熱処理における保持時間は、１分以上３０分以下が製造効率の面から望ましいが、１時間以上であっても構わない。
【０１１５】
粒子サイズを揃えるのに篩等を用いることができるが、粒子サイズの大きさはいずれであってもよい。
【０１１６】
（参考例４）
フェノール樹脂を主材とした有機物を常法により、炭化し賦活ガスを用い賦活処理した後、常圧下、実質的に酸素を含まない還元性ガスとしての水素ガスを毎分活性炭体積比３倍容量通過させて、温度２００〜１１００℃の範囲内加熱処理を行った。加熱処理における保持時間は２０分間とした。
【０１１７】
このようにして得られた活性炭を、１００／１５０メッシュの篩等により粒子サイズを揃えた。
【０１１８】
その後、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６８０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ー質量分析装置で定量測定した。
【０１１９】
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、加熱処理温度による効果を図４に示した。
【０１２０】
図４は参考例４における加熱温度と吸着容量の関係を示す図である。縦軸に賦活後未焼成処理（加熱温度０℃）の活性炭のトリハロメタン類の吸着容量比を１００とした場合の吸着容量比を表示し、横軸に実質的に酸素を含まない還元性ガス中で行った加熱処理の温度を表示した。
【０１２１】
図４に示すように、１００〜７８０℃の範囲内で熱処理の効果が見られ、特に２００〜７５０℃の範囲では１０％以上の吸着容量の向上が見られ、最大で４８％容量が増加することがわかった。
【０１２２】
ここで、実質的に酸素を含まない還元性ガスを１％以上含む還元性ガス雰囲気として、水素や一酸化炭素ガスなどの還元性ガスと不活性ガスの混合ガス等が使用される。不活性ガスとしては、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオン等の希ガスや、窒素ガスや二酸化炭素ガス等が用いられる。尚、これら混合ガス雰囲気下で減圧してもよい。
【０１２３】
加熱処理における保持時間は、１分以上３０分以下が製造効率の面から望ましいが、１時間以上であっても構わない。
【０１２４】
粒子サイズを揃えるのに篩等を用いることができるが、粒子サイズの大きさはいずれであってもよい。
【０１２５】
尚、本発明は、前記実施例に限定される訳ではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々な変更が可能である。
【０１２６】
【発明の効果】
以上のように本発明の活性炭の製造方法及びそれにより得られた活性炭並びに活性炭を備えた浄水器によれば、以下のような有利な効果が得られる。
【０１２７】
請求項１に記載の発明によれば、
（１）被処理水が吸着帯を通過する吸着処理において、吸着速度を高めることにより吸着容量を向上させ、水中のトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着性能に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１２８】
（２）活性炭の吸着帯中を被処理水が通過する過程において、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物を確実に吸着し、水の浄化処理性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１２９】
（３）浄化処理に必要な活性炭量を減少させることができ、浄化処理コストの低減を図ることができ、経済性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３０】
（４）還元性ガス中で加熱処理を行うので、短時間で加熱処理効果が得られ、製造コストの低減を実現することができ、経済性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３１】
（５）有機物を炭化・賦活処理した後、還元性ガス中で加熱処理することによって活性炭を製造することができるので、簡易な設備により短時間で製造可能であり、また、活性炭の燃焼による重量の減少も起こらないため、コストの上昇を少ない経済性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３２】
請求項２に記載の発明によれば、
（１）加熱処理速度を容易に調整することができ、活性炭の製造作業性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３３】
（２）還元性ガス雰囲気を還元性ガス濃度により調整することができるので、処理条件を自由に調整可能で、大量の活性炭を容易に均一な処理状態にすることができ、処理性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３４】
（３）通水処理における活性炭の吸着速度が大きいので、活性炭単量重量当たりの吸着容量が大きくなるとともに、活性炭の吸着性能に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３５】
（４）浄化処理に必要な活性炭量を減少させることができ、浄化処理コストの低減を図ることができ、経済性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３６】
（５）還元性ガス中で加熱処理を行うので、短時間で加熱処理効果が得られ、製造コストの低減を実現することができ、経済性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３７】
（６）水中のトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着浄化処理性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３８】
（７）有機物を炭化・賦活処理した後、還元ガス中で加熱処理することによって活性炭を製造することができるので、簡易な設備で短時間で製造可能であり、また、活性炭の燃焼による重量の減少も起こらないため、コストの上昇を少なくすることができ、経済性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１３９】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）活性炭の吸着速度を高めることができ、トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着容量性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１４０】
（２）活性炭の吸着帯中を被処理水が通過する過程において、水中のトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物を効率よく吸着し、水の浄化処理性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１４１】
（３）吸着速度が速くなり、吸着速度を高め平衡吸着時の高い吸着特性を十分に活かすことが可能な吸着性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１４２】
（４）トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着性能に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１４３】
（５）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ができ、経済性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１４４】
（６）トリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物の吸着に大きく寄与する特定の細孔を選択的に多く作ることができるので、吸着容量を大きくすることができ吸着性に優れる活性炭の製造方法を提供することができる。
【０１４５】
請求項４に記載の発明によれば、
（１）分子量が小さく且つ比較的沸点が低く、その濃度が極めて希薄な吸着されにくい物質であるトリハロメタン類等を効率よく吸着除去することが可能な吸着除去性に優れる活性炭を提供することができる。
【０１４６】
（２）浄化処理に必要な活性炭量を減少させることができ、浄化処理コストの低減を図ることができる、経済性に優れる活性炭を提供することができる。
【０１４７】
（３）水道水等に含まれるトリハロメタン類等の低沸点有機塩素化合物を確実に吸着することにより、浄化能力に優れる活性炭を提供することができる。
【０１４８】
（４）発ガン性物質として問題となるトリハロメタン類等を容易に除去することができる除去性に優れる活性炭を提供することができる。
【０１４９】
請求項５に記載の発明によれば、
（１）活性炭単位容積当たりの吸着容量が大きく、吸着速度が速いので、必要な活性炭充填必要量を減少させることができ、その結果、カートリッジの小型化・長寿命化を実現するとともに、コストを大幅に低減し、経済性、耐久性に優れる浄水器を提供することができる。
【０１５０】
（２）家庭において浄水器を使用する際にも、省スペース化を図ることができるとともに、カートリッジの交換を少なくすることができ、利便性に優れる浄水器を提供することができる。
【０１５１】
（３）トリハロメタン類や沸点有機塩素化合物等、その他の有害物質を吸着除去し浄化能力の向上を図ることができ、汚染の少ない水道水を得ることが可能な浄化能力性に優れる浄水器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例１における加熱温度と吸着容量との関係を示す図
【図２】参考例２における加熱温度と吸着容量との関係を示す図
【図３】実施例３における加熱温度と吸着容量との関係を示す図
【図４】参考例４における加熱温度と吸着容量との関係を示す図
Claims (2)
- 有機物を炭化・賦活処理した後、実質的に酸素を含まない還元性ガスを１〜１５％含有する不活性ガスとの混合ガス雰囲気中で温度３００〜５００℃の範囲内において加熱処理することを特徴とする活性炭の製造方法。
- 前記有機物が、フェノール樹脂を主材とすることを特徴とする請求項１に記載の活性炭の製造方法。
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