JP6695764B2

JP6695764B2 - 浄水器用活性炭及びそれを用いた浄水器用カートリッジ

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Publication number: JP6695764B2
Application number: JP2016177133A
Authority: JP
Inventors: 穣慈秋山; 秀男下田
Original assignee: Osaka Gas Chemicals Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Chemicals Co Ltd
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2036-09-09
Also published as: JP2018039712A

Description

本発明は、浄水器用活性炭及びそれを用いた浄水器用カートリッジに関する。

近年、飲料水、特に水道水の水質に関する安全衛生上の関心が高まってきており、飲料水中に含まれる遊離残留塩素、トリハロメタン化合物、黴臭等の有害物質を除去するために、活性炭、セラミック等の無機材料の吸着部材と、必要により濾過用の有機高分子膜等を備えた浄水器用カートリッジ及びそれを備えた浄水器が使用されている。

水道水中に微量溶存しているトリハロメタン化合物は、発癌性物質であることが懸念されており、近年の健康志向の高まりの中で、トリハロメタン化合物を除去したおいしい水の重要性はますます高まっている。トリハロメタン化合物とは、メタン分子の4個の水素原子の内、3個がハロゲンによって置換された化合物の総称であり、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、ブロモホルム等がその代表例である。

水道水中のトリハロメタン化合物のうち、半量近くはクロロホルムであると言われており、水道水中のトリハロメタン化合物、特にクロロホルムの除去は、浄水器の重要な課題になっている。

トリハロメタン化合物は比較的分子サイズの小さい物質であるため、活性炭の細孔径が小さいヤシ殻を原料とした活性炭が有効であることが知られている（例えば、非特許文献１等参照）。

また、トリハロメタン化合物は疎水性化合物であり、活性炭のように炭素六角網面層が並んだ疎水細孔は適しているが、よりトリハロメタン化合物除去性能の向上が期待される。

このようなトリハロメタン化合物除去性能の向上方法としては、シランカップリング化合物（例えば、特許文献１等参照）、オルガノシリカゾル（例えば、特許文献２等参照）等を活性炭に添着する方法により、活性炭表面を疎水化できる方法が開示されている。一方、低分子量の化合物を使用する方法としては、トリメチルクロロシラン（例えば、特許文献３等参照）を少量添加することで、トリハロメタン化合物除去性能が適度に向上することが知られている。

特開２００３−２６１３１４号公報特開２０１３−１０３１７４号公報特許第２８１０９７９号

「吸着技術の産業応用ハンドブック」、2008年6月25日、p286

しかしながら、特許文献１及び２で使用されているような高分子疎水化材は、分子サイズの問題から活性炭の細孔奥まで疎水化することができず、トリハロメタン化合物除去性能は十分とは言えなかった。また、特許文献３の方法では処理温度が低いため、活性炭にトリメチルクロロシランが付着しているだけであり、通水時にトリメチルクロロシランが活性炭から遊離し、毒性が高いトリメチルクロロシランを誤飲してしまう課題があった。

本発明は、以上のような課題を解決しようとするものであり、水道水中に含まれるトリハロメタン化合物のなかでも、クロロホルムの吸着性能を改善した浄水器用活性炭及びそれを用いた浄水器用カートリッジを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題に鑑み、鋭意研究を重ねてきた。その結果、アセトン洗浄後のエネルギー分散型X線分析による表面のケイ素濃度が0.1〜10質量%である活性炭が、上記課題を解決できることを見出した。本発明は、このような知見に基づき、さらに研究を重ね、完成したものである。すなわち、本発明は、以下の構成を包含する。
項１．活性炭にケイ素化合物を添着させた浄水器用活性炭であって、アセトン洗浄後のエネルギー分散型X線分析による表面のケイ素濃度が0.1〜10質量%である、浄水器用活性炭。
項２．JIS S 3201に準拠し、クロロホルム濃度が60ppbである試験水を、前記浄水器用活性炭を充填したモジュールに通水し、クロロホルムの除去率が初期値の80 %になった時点での積算通水量が、前記浄水器用活性炭の原料である前記活性炭について同様に測定した積算通水量と比較して、2%以上高い、項１に記載の浄水器用活性炭。
項３．前記ケイ素化合物の分子量が50〜700である、項１又は２に記載の浄水器用活性炭。
項４．前記ケイ素化合物が、トリメチルシリル基を有する有機ケイ素化合物である、項１〜３のいずれかに記載の浄水器用活性炭。
項５．前記ケイ素化合物が、ヘキサメチルジシランである、項１〜４のいずれかに記載の浄水器用活性炭。
項６．項１〜５のいずれかに記載の浄水器用活性炭の製造方法であって、前記活性炭と前記ケイ素化合物とを、370℃より高い温度で加熱する工程
を備える、製造方法。
項７．前記加熱工程において、前記ケイ素化合物の使用量が、前記活性炭100質量部に対して、1〜200質量部である、項６に記載の製造方法。
項８．前記加熱工程が、密閉容器内で行われる、項６又は７に記載の製造方法。
項９．項１〜５のいずれかに記載の浄水器用活性炭を備える、浄水器用カートリッジ。
項１０．前記浄水器用活性炭及び熱可塑性樹脂を含む組成物が、中空円筒状又はディスク状に成形されている、項９に記載の浄水器用カートリッジ。
項１１．前記浄水器用活性炭及び繊維状バインダーを含む組成物が、中空円筒状又はディスク状に成形されている、項９に記載の浄水器用カートリッジ。

本発明の浄水器用活性炭は、従来の活性炭と比較して、その表面が適度に疎水化されている（過度に疏水化されていない）ため、クロロホルム吸着性能に優れている。このため、従来の活性炭と比較しても、クロロホルム除去性能に優れている。

実施例1〜2及び比較例1〜3の活性炭のクロロホルム除去率と積算通水量との関係を示すグラフである。実施例3〜4及び比較例4の活性炭のクロロホルム除去率と積算通水量との関係を示すグラフである。

本明細書において、「含有」又は「含む」とは、「含有する」、「実質的にのみからなる」及び「のみからなる」をいずれも包含する概念である。また、本明細書においては、ケイ素化合物を添着させる前の活性炭を「活性炭」又は「元炭」、ケイ素化合物を添着させた後の活性炭を「添着炭」又は「疎水化炭」と言うことがある。さらに、本明細書においては、「添着」とは、化学結合等により、物質の表面に異なる物質が強固に結合していることを意味し、単に「付着」しているだけの場合を含まない概念である。

１．浄水器用活性炭
本発明の浄水器用活性炭は、活性炭にケイ素化合物を添着させた浄水器用活性炭であって、アセトン洗浄後のエネルギー分散型X線分析による表面のケイ素濃度が0.1〜10質量%である。

活性炭としては、種々の活性炭を使用することができ、例えば、黒鉛、鉱物系材料（褐炭、れき青炭等の石炭；石油；石炭ピッチ等）、植物系材料（木材、竹、果実殻（やし殻等）等）、高分子材料（ポリアクリロニトリル（PAN）、フェノール樹脂、セルロース、再生セルロース等）等を原料とする活性炭等が挙げられる。活性炭は、これらの原料を必要に応じて炭化又は不融化した後、賦活処理することにより得ることができる。なお、炭化方法、不融化方法、賦活方法等は、特には限定されず、慣用の方法が利用できる。例えば、賦活は、炭素原料（又はその炭化物若しくは不融化物）を賦活ガス（水蒸気、二酸化炭素等）中、例えば500〜1000℃で熱処理するガス賦活法、炭素原料（又はその炭化物若しくは不融化物）を賦活剤（リン酸、塩化亜鉛、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等）と混合し、例えば300〜800℃で熱処理する化学的賦活法等により行うことができる。

これらの活性炭のうち、やし殻、おが屑等を原料にした植物系活性炭；石炭、石炭ピッチ等を原料とする鉱物系活性炭；PAN系活性炭、セルロース系活性炭、フェノール系活性炭等の高分子系活性炭等が好ましい。上記した活性炭は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて使用することもできる。なかでも、活性炭の疎水化をより適度に進行させ（過度に進行させず）、クロロホルム吸着性能により優れる観点から、やし殻活性炭が好ましい。

このような活性炭の形状は、特に制限されず、粉体、繊維状、ペレット状、粒状、ハニカム状、ペーパー状等の任意の形態のものを使用することができる。なかでも、活性炭の疎水化をより適度に進行させ（過度に進行させず）、クロロホルム吸着性能により優れる観点から、粒状が好ましい。

活性炭の比表面積は、特に制限はなく、活性炭の疎水化をより適度に進行させ（過度に進行させず）、クロロホルム吸着性能により優れる観点から、例えば、100〜3500 m²/g程度が好ましく、500〜2000 m²/g程度がより好ましく、700〜1500 m²/g程度がさらに好ましい。なお、活性炭の比表面積は、BET法により測定する。

活性炭に添着させるケイ素化合物としては、当該活性炭が有する細孔の奥まで適度に疎水化させ、クロロホルム吸着性能をより向上させる観点からは、分子サイズの小さい（低分子量の）ケイ素化合物が好ましい。このため、ケイ素化合物の分子量は、例えば、50〜700程度が好ましく、70〜500程度がより好ましく、90〜300程度がさらに好ましい。

このような条件を満たすケイ素化合物としては、例えば、ヘキサメチルジシラン、トリメチルシラノール、テトラメチルジシラン、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルビニルシラン、トリメチルアリルシラン、テトラフェニルジシラン、ヘキサフェニルジシラン等の有機ケイ素化合物が挙げられ、活性炭が有する細孔の奥まで適度に疎水化させ、クロロホルム吸着性能をより向上させる観点から、トリメチルシリル基を有する有機ケイ素化合物（ヘキサメチルジシラン、トリメチルシラノール、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルビニルシラン、トリメチルアリルシラン等）が好ましく、ヘキサメチルジシラン、トリメチルシラノール等がより好ましく、ヘキサメチルジシランがさらに好ましい。これらのケイ素化合物は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。

本発明において、活性炭に添着させるケイ素化合物の量は、活性炭が有する細孔の奥までより適度に疎水化させることでクロロホルム吸着性能をより向上させるため、アセトン洗浄後のエネルギー分散型X線分析による表面のケイ素濃度が0.1〜10質量%、好ましくは1〜8質量%、より好ましくは2〜6質量%である。なお、活性炭に付着しているだけのケイ素化合物は、エネルギー分散型X線分析に供する前のアセトン洗浄により除去される。このため、上記ケイ素濃度は、活性炭表面に付着しているだけのケイ素化合物の濃度は含まれず、活性炭表面に添着している（化学結合等により強固に結合している）ケイ素化合物の濃度を意味する。

本発明の浄水器用活性炭は、通常の活性炭と同様に、例えば、筒状の耐圧容器に充填することでモジュール化することができる。このようなモジュール化された本発明の浄水器用活性炭を用いて、本発明の浄水器用活性炭のクロロホルム吸着性能を評価することができる。

例えば、JIS S 3201に準拠し、クロロホルム濃度が60ppbである試験水を、本発明の浄水器用活性炭を充填したモジュールに通水し、クロロホルムの除去率が初期値の80%になった時点での積算通水量を測定する。これとは別に、本発明の浄水器用活性炭の原料である活性炭についても同様に積算通水量を測定する。なお、クロロホルム濃度60ppbは、水質基準の上限値に含まれるクロロホルムの濃度である。また、クロロホルムの除去率が初期値の80%となる場合、通常カートリッジの交換が推奨される。このため、上記の積算通水量は、実際の生活においてカートリッジの交換が必要になる通水量を見積もることができる。当然ながら、積算通水量が大きいほど好ましい。本発明においては、本発明の浄水器用活性炭を用いた場合の積算通水量が、原料である活性炭を用いた場合の積算通水量と比較して2%以上高いことが好ましく、5%以上高いことがより好ましい。上限値は特に制限されないが、通常100%程度である。

本発明の浄水器用活性炭は、原料として用いる活性炭と比較して、添着したケイ素化合物の量に応じて、単位質量当たりの比表面積、細孔容積等は若干減少する傾向にある。このため、本発明の浄水器用活性炭の比表面積は、通常、50〜2000m²/gが好ましく、300〜1500m²/gがより好ましく、400〜1200m²/gがさらに好ましい。なお、浄水器用活性炭の比表面積は、BET法により測定する。

本発明の浄水器用活性炭は、水に対する疎水性及び撥水性を向上させ、水道水中の揮発性の高いトリハロメタン化合物、特にクロロホルムを効率的に回収することができる。また、本発明の浄水器用活性炭は、活性炭の表面にケイ素化合物が強固に添着しており、付着しているだけではないため、浄水器用途に使用した場合に水道水中にケイ素化合物が遊離することを抑制することができ、ケイ素化合物を誤飲することも抑制することができる。

２．浄水器用活性炭の製造方法
上記のような本発明の浄水器用活性炭は、特に制限はなく、活性炭とケイ素化合物とを、370℃より高い温度で加熱する工程を備える製造方法により得ることができる。例えば、活性炭とケイ素化合物とを混合し、370℃より高い温度で加熱することが好ましい。この際、活性炭と、液体状又は気体状のケイ素化合物とを混合することが、十分混合してケイ素化合物を活性炭に添着することができるため好ましく、活性炭と、液体状のケイ素化合物とを混合することがより簡便である。より具体的には、例えば、密閉容器内で、活性炭とケイ素化合物とを仕込み、空壁部を不活性ガスで置換した後、容器を密閉し、370℃より高い温度に昇温し、30分以上保持し、室温まで冷却することが好ましい。活性炭と、液体状のケイ素化合物とを混合する場合には、液体状のケイ素化合物中に活性炭を浸漬する方法が簡便である。この場合、ケイ素化合物が常温で液体又は気体の場合はそのまま活性炭と混合することができるし、ケイ素化合物が常温で固体の場合は溶媒（水；エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール等）中に溶解又は分散させた後に活性炭と混合することができる。

上記加熱工程において、使用するケイ素化合物の使用量は、ケイ素化合物の添着をより強固にすることで活性炭の疎水化をより進行させるために、水道水中のトリハロメタン化合物、特にクロロホルムをより吸着することができる観点から、活性炭100質量部に対して、1〜200質量部が好ましく、2〜150質量部がより好ましく、3〜120質量部がさらに好ましく、5〜100質量部が特に好ましい。

上記加熱工程において、加熱温度は、370℃より高い温度であることが必須であり、好ましくは371〜900℃、より好ましくは400〜700℃である。加熱温度が370℃以下の場合、活性炭とケイ素化合物とが化学的に結合されず、単に付着しているだけであるため、浄水器用途に使用した場合に水道水中にケイ素化合物が遊離してケイ素化合物を誤飲してしまう。なお、本明細書において、加熱温度は、加熱工程における最高到達温度を意味する。

上記加熱工程において、加熱時間は、ケイ素化合物の添着をより強固にすることで活性炭の疎水化をより進行させるために、水道水中のトリハロメタン化合物、特にクロロホルムをより吸着することができる観点から、30分〜1日（24時間）が好ましく、1時間〜12時間がより好ましく、1.5時間〜6時間がさらに好ましい。なお、本明細書において、加熱時間は、加熱工程における最高到達温度における維持時間を意味する。

上記加熱工程は、密閉雰囲気（密閉容器内）で行ってもよいし、開放雰囲気で行ってもよいが、密閉容器内で行うことが好ましい。密閉雰囲気（密閉容器内）で行う場合は、密閉型の耐熱耐圧容器（オートクレーブ等）を用いることができるし、開放系雰囲気で行う場合には、開放系の加熱装置、例えば、コンベア炉、流動炉、熱風吹込炉、フラッシュ乾燥機、電気管状炉、外熱式回転管状炉等を用いることができる。

上記加熱工程の後は、雰囲気温度を室温まで冷却し、得られた浄水器用活性炭を容器外に取り出すことが好ましい。

また、取り出された本発明の浄水器用活性炭は、必要に応じて水及び／又は有機溶媒（アセトン、エタノール、ヘキサン等）で洗浄することが好ましい。これにより、本発明の浄水器用活性炭に残存し、且つ、活性炭と化学的に結合されていないケイ素系化合物をより確実に速やかに除去することができる。

本発明の浄水器用活性炭を吸着材として使用するためには、上記の洗浄の後、速やかに減圧下で加熱する（減圧乾燥する）ことが好ましい。これにより、余分な溶媒（水、有機溶媒等）を浄水器用活性炭が有する細孔中に留まることをより抑制して除去することができる。

減圧乾燥の際の加熱温度は、特に制限されず、余分な溶媒を浄水器用活性炭が有する細孔中に留まることをより抑制して除去する観点から、50〜350℃が好ましく、100〜300℃がより好ましい。

３．浄水器用カートリッジ
上記した本発明の浄水器用活性炭をカートリッジケースに充填することで、浄水器用カートッジを得ることができる。カートリッジを作製するための成形方法は、乾式成形法及び湿式成形法のいずれも採用できる。

浄水器用カートリッジを製造する際に使用する本発明の浄水器用活性炭の中心粒子径は、10〜300μmが好ましく、20〜250μmがより好ましい。本発明の浄水器用活性炭の中心粒子径をこの範囲とすることで、通水抵抗を上昇させすぎないために微粉が処理水に混入することをより抑制するとともに、接触効率がより向上させて性能をより向上させることができる。本発明の浄水器用活性炭の中心粒子径は、レーザー回折散乱法粒度分布測定装置（ベックマン・コールター株式会社製、LS 13 320）により測定する。

乾式成形法を採用する場合、上記本発明の浄水器用活性炭及び熱可塑性樹脂を含む組成物が、中空円筒状又はディスク状に成形されることが好ましい。より具体的には、上記本発明の浄水器用活性炭及び熱可塑性樹脂を含む組成物を、必要に応じてアルミニウム等からなる金型に投入し、加熱して中空円筒状又はディスク状に成形することが好ましい。

使用できる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、エチレンアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート、ナイロン、メソフェーズピッチ、親水性樹脂（例えば、ポリビニルアルコール樹脂、エチレン−ビニルアルコール樹脂等）等が挙げられる。

熱可塑性樹脂の含有量は特に制限されない。具体的には、成形体の強度と吸着特性の観点から、本発明の浄水器用活性炭100質量部に対して、5〜20質量部が好ましく、8〜18質量部がより好ましい。

湿式成形法を採用する場合、上記本発明の浄水器用活性炭及び繊維状バインダーを含む組成物が、中空円筒状又はディスク状に成形されることが好ましい。より具体的には、上記本発明の浄水器用活性炭及び繊維状バインダーを含む組成物を、水中に分散させてスラリーを調製し、必要に応じてスラリーを吸引しながら中空円筒状又はディスク状に成形することが好ましい。

繊維状バインダーは、フィブリル化させることによって、繊維状活性炭及び粉末状活性炭を絡めて賦形できるものであれば、特に限定されるものではなく、合成品、天然品を問わず幅広く使用可能である。このような繊維状バインダーとしては、例えば、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維等を挙げることができる。

繊維状バインダーの形状は特に制限はなく、成形体の強度と作業性の観点から、平均繊維長が0.5〜4mmが好ましく、0.7〜2mmがより好ましい。

繊維状バインダーの含有量は特に制限されない。具体的には、成形体の強度と吸着特性の観点から、本発明の浄水器用活性炭100質量部に対して、2〜15質量部が好ましく、5〜10質量部がより好ましい。

カートリッジに上記本発明の浄水器用活性炭を充填する際、通常の活性炭（ケイ素化合物が添着していない粉末状活性炭、繊維状活性炭）等を充填することもできる。また、溶解性鉛を吸着除去することができるゼオライト、チタノシリケート等や、抗菌性を付与することができる銀イオン及び／又は銀化合物を含む吸着剤等を充填することもできる。この際、充填する活性炭全量に対する本発明の浄水器用活性炭の重量は、50質量%以上（50〜100質量%）が好ましく、70質量%以上（70〜100質量%）がより好ましく、80質量%以上（80〜100質量%）がさらに好ましい。

上記組成物を中空円筒状又はディスク状に成形する方法は特に制限されず、常法にしたがうことができる。得られる中空円筒状又はディスク状の成形体の大きさは特に制限されず、充填しようとするカートリッジに準じた大きさとすることができる。

本発明の浄水器用カートリッジは、そのまま容器に充填して浄水器として利用できる他、公知の中空糸膜フィルター、不織布フィルター、各種吸着材、ミネラル添加材、セラミック濾過材等と組合せて使用することもできる。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって制限されるものではない。

ケイ素濃度
ケイ素化合物が添着した浄水器用活性炭表面のケイ素濃度は、（株）日立ハイテクノロジーズ製のX線分析装置付走査型電子顕微鏡Microscope TM3000/ShiftED3000を用いて定量した。

かさ密度
170℃で6時間以上乾燥させた活性炭を、50ccのメスフラスコにタップしながら活性炭を充填しその重量を測定した。

比表面積及び細孔容積
原料である活性炭及びケイ素化合物を添着させた浄水器用活性炭の比表面積の測定は、マイクロトラック・ベル（株）製の高精度ガス／蒸気吸着量測定装置BELSORP−maxを用いて窒素ガス吸着法により、BET法を用いて算出した。

クロロホルム除去性能試験
通水方法はJIS S 3201に定められた家庭用浄水器試験方法に準拠して行い、クロロホルムの濃度が60ppbの試験水を、0.2 MPaの圧力条件下で、活性炭モジュールに向かって、3L/分の流量で流した。クロロホルムの濃度は、試料を容器に採取し、密閉して気相部分をサンプリングし、ガスクロマトグラフで分析する方法によって測定した。クロロホルムの除去率が初期値の80%未満になった時点での積算通水量を、除去性能として評価した。

なお、水道水中に含まれるクロロホルムの濃度は通常60 ppb程度であるため、試験水の濃度も同程度とした。また、クロロホルムの除去率が初期値の80%未満になるとカートリッジの交換が推奨されることから、クロロホルムの除去率が初期値の80%未満になるまでの時間が長いほどクロロホルム吸着性能に優れることを意味する。

実施例1
活性炭試料は、TC−100L（大阪ガスケミカル（株）製、やし破砕炭（粒状）、中心粒子径 160μm、比表面積 1558m²/g）を用いた。170℃で加熱乾燥した活性炭60gを耐圧ステンレスオートクレーブ内に入れ、ヘキサメチルジシラン30gを反応容器内へ投入し、反応器を密閉して430℃で4時間反応させた。反応後の活性炭をアセトンで2回洗浄し、アセトンをろ別した後、170℃で3時間、加熱乾燥させることで、実施例1の浄水器用活性炭を得た。なお、アセトンによりろ別したことにより、活性炭表面と強固に化学結合していないケイ素化合物は除去される。

得られた浄水器用活性炭のケイ素量をエネルギー分散型X線分析装置により分析した結果、4.4%（質量濃度）であった（表１）。

得られた浄水器用活性炭を50ccのメスシリンダーに充填し、かさ密度を算出した。反応させるケイ素反応量が増加するに従い、かさ密度も増加する傾向にあった（表１）。

また、-196℃での窒素吸着測定を実施し、BET比表面積、全細孔容積を算出した結果も合わせて表１に示す。ケイ素反応量が増加するに従い、重量も増加し、細孔が閉塞するため、比表面積は低下する傾向にあった（表１）。

次に、実施例1の浄水器用活性炭を内容量56ccのプラスチック製モジュール（カートリッジ）に装填し、家庭用浄水器試験方法に準拠して、クロロホルム濃度が60±12μg/L（60 ppb）となるように、20℃、3L/分の流量で通水した。図１に示すように、クロロホルムの除去率が80%を下回った時点での積算通水量は700Lであった。

実施例2
活性炭試料は、TC−100L（大阪ガスケミカル（株）製、やし破砕炭（粒状）、中心粒子径 160μm、比表面積 1558m²/g）を用いた。170℃で加熱乾燥した活性炭50gを耐圧ステンレスオートクレーブ内に入れ、ヘキサメチルジシラン50gを反応容器内へ投入し、反応器を密閉して430℃で4時間反応させた。反応後の活性炭をアセトンで2回洗浄し、アセトンをろ別した後、170℃で3時間、加熱乾燥させることで、実施例2の浄水器用活性炭を得た。なお、アセトンによりろ別したことにより、活性炭表面と強固に化学結合していないケイ素化合物は除去される。

得られた浄水器用活性炭のケイ素量をエネルギー分散型X線分析装置により分析した結果、7.9%（質量濃度）であった（表１）。

実施例1と同様に、かさ密度、BET比表面積、全細孔容積を算出した。また、実施例1と同様に、クロロホルムの除去率が80%を下回った時点での積算通水量を測定した結果、700Lであった（表１、図１）。

比較例1
TC−100L（大阪ガスケミカル（株）製、やし破砕炭（粒状）、中心粒子径 160μm、比表面積 1558m²/g）をそのまま比較例1の活性炭とした。

この比較例1の活性炭について、実施例1と同様に、かさ密度、BET比表面積、全細孔容積を算出した。また、実施例1と同様に、クロロホルムの除去率が80%を下回った時点での積算通水量を測定した結果、375Lであった（表１、図１）。

比較例2
活性炭試料は、TC−100L（大阪ガスケミカル（株）製、やし破砕炭（粒状）、中心粒子径 160μm、比表面積 1558m²/g）を用いた。170℃で加熱乾燥した活性炭50gを耐圧ステンレスオートクレーブ内に入れ、ヘキサメチルジシラン50gを反応容器内へ投入し、反応器を密閉して370℃で4時間反応させた。反応後の活性炭をアセトンで2回洗浄し、アセトンをろ別した後、170℃で3時間、加熱乾燥させることで、比較例2の活性炭を得た。なお、アセトンによりろ別したことにより、活性炭表面と強固に化学結合していないケイ素化合物は除去される。

得られた比較例2の活性炭のケイ素量をエネルギー分散型X線分析装置により分析した結果、ケイ素は未検出であった。ケイ素が検出されなかった原因として、反応温度が低い為、ヘキサメチルジシランは活性炭と反応（化学結合）しておらず、細孔内に吸着されたヘキサメチルジシランはアセトン洗浄により、すべて洗い流されたと推定される。

また、実施例1と同様に、かさ密度、BET比表面積、全細孔容積を算出した。さらに、実施例1と同様に、クロロホルムの除去率が80%を下回った時点での積算通水量を測定した結果、比較例1の活性炭と同様であった（表１）。

比較例3
活性炭試料は、TC−100L（大阪ガスケミカル（株）製、やし破砕炭（粒状）、中心粒子径 160μm、比表面積 1558m²/g）を用いた。170℃で加熱乾燥した活性炭10gを耐圧ステンレスオートクレーブ内に入れ、ヘキサメチルジシラン30gを反応容器内へ投入し、反応器を密閉して430℃で4時間反応させた。反応後の活性炭をアセトンで2回洗浄し、アセトンをろ別した後、170℃で3時間、加熱乾燥させることで、比較例3の活性炭を得た。なお、アセトンによりろ別したことにより、活性炭表面と強固に化学結合していないケイ素化合物は除去される。

得られた活性炭のケイ素量をエネルギー分散型X線分析装置により分析した結果、13.2%（質量濃度）であった（表１）。

実施例1と同様に、かさ密度、BET比表面積、全細孔容積を算出した。また、実施例1と同様に、クロロホルムの除去率が80%を下回った時点での積算通水量を測定した結果、50Lであった（表１、図１）。ケイ素化合物を過剰に反応させすぎた為、クロロホルム吸着に適した細孔が閉塞し、積算通水量が大きく低下したと推定される。

実施例3
活性炭試料は、TC−100N（大阪ガスケミカル（株）製、やし破砕炭（粒状）、中心粒子径 140μm、比表面積 1207m²/g）を用いた。170℃で加熱乾燥した活性炭60gを耐圧ステンレスオートクレーブ内に入れ、ヘキサメチルジシラン7.5gを反応容器内へ投入し、反応器を密閉して430℃で4時間反応させた。反応後の活性炭をアセトンで2回洗浄し、アセトンをろ別した後、170℃で3時間、加熱乾燥させることで、実施例3の浄水器用活性炭を得た。なお、アセトンによりろ別したことにより、活性炭表面と強固に化学結合していないケイ素化合物は除去される。

得られた浄水器用活性炭のケイ素量をエネルギー分散型X線分析装置により分析した結果、2.2%（質量濃度）であった（表２）。

実施例1と同様に、かさ密度、BET比表面積、全細孔容積を算出した。また、実施例1と同様に、クロロホルムの除去率が80%を下回った時点での積算通水量を測定した結果、1150Lであった（表２、図２）。

実施例4
活性炭試料は、TC−100N（大阪ガスケミカル（株）製、やし破砕炭（粒状）、中心粒子径 140μm、比表面積 1207m²/g）を用いた。170℃で加熱乾燥した活性炭60gを耐圧ステンレスオートクレーブ内に入れ、ヘキサメチルジシラン1.0gを反応容器内へ投入し、反応器を密閉して430℃で4時間反応させた。反応後の活性炭をアセトンで2回洗浄し、アセトンをろ別した後、170℃で3時間、加熱乾燥させることで、実施例4の浄水器用活性炭を得た。なお、アセトンによりろ別したことにより、活性炭表面と強固に化学結合していないケイ素化合物は除去される。

得られた浄水器用活性炭のケイ素量をエネルギー分散型X線分析装置により分析した結果、0.9%（質量濃度）であった（表２）。

実施例1と同様に、かさ密度、BET比表面積、全細孔容積を算出した。また、実施例1と同様に、クロロホルムの除去率が80%を下回った時点での積算通水量を測定した結果、980Lであった（表２、図２）。

比較例4
TC−100N（大阪ガスケミカル（株）製、やし破砕炭（粒状）、中心粒子径 140μm、比表面積 1207 m²/g）をそのまま比較例1の活性炭とした。

この比較例4の活性炭について、実施例1と同様に、かさ密度、BET比表面積、全細孔容積を算出した。また、実施例1と同様に、クロロホルムの除去率が80%を下回った時点での積算通水量を測定した結果、810Lであった（表２、図２）。

Claims

活性炭にケイ素化合物を添着させた浄水器用活性炭であって、アセトン洗浄後のエネルギー分散型X線分析による表面のケイ素濃度が0.1〜10質量%である、浄水器用活性炭。
JIS S 3201に準拠し、クロロホルム濃度が60 ppbである試験水を、前記浄水器用活性炭を充填したモジュールに通水し、クロロホルムの除去率が初期値の80 %になった時点での積算通水量が、前記浄水器用活性炭の原料である前記活性炭について同様に測定した積算通水量と比較して、2 %以上高い、請求項１に記載の浄水器用活性炭。
前記ケイ素化合物の分子量が50〜700である、請求項１又は２に記載の浄水器用活性炭。
前記ケイ素化合物が、トリメチルシリル基を有する有機ケイ素化合物である、請求項１〜３のいずれかに記載の浄水器用活性炭。
前記ケイ素化合物が、ヘキサメチルジシランである、請求項１〜４のいずれかに記載の浄水器用活性炭。
請求項１〜５のいずれかに記載の浄水器用活性炭の製造方法であって、前記活性炭と前記ケイ素化合物とを、370℃より高い温度で加熱する工程を備える、製造方法。
前記加熱工程において、前記ケイ素化合物の使用量が、前記活性炭100質量部に対して、1〜200質量部である、請求項６に記載の製造方法。
前記加熱工程が、密閉容器内で行われる、請求項６又は７に記載の製造方法。
請求項１〜５のいずれかに記載の浄水器用活性炭を備える、浄水器用カートリッジ。
前記浄水器用活性炭及び熱可塑性樹脂を含む組成物が、中空円筒状又はディスク状に成形されている、請求項９に記載の浄水器用カートリッジ。
前記浄水器用活性炭及び繊維状バインダーを含む組成物が、中空円筒状又はディスク状に成形されている、請求項９に記載の浄水器用カートリッジ。