JP6999067B1 - 水銀吸着剤及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
〔態様1〕
比表面積が1000m2/g以上(好ましくは1000~2500m2/g、より好ましくは1200~2000m2/g、更に好ましくは1300~1700m2/g、更により好ましくは1400~1600m2/g)であり、細孔半径が0.8nm(8Å)以下のミクロポアの容積が80cm3/g以上(好ましくは90cm3/g以上、より好ましくは100cm3/g以上)である活性炭に鉱酸が担持されており、水分量が0.1~3重量%(好ましくは0.2~2.9重量%、より好ましくは0.2~2.8重量%、更に好ましくは0.3~2.5重量%)である、液体炭化水素中の水銀及び/又は水銀化合物を吸着するために用いられる水銀吸着剤。
〔態様2〕
前記活性炭の酸素量と炭素量との重量比(O/C)が0.010~0.100(好ましくは0.015~0.080、より好ましくは0.020~0.050、更に好ましくは0.030~0.045)である、態様1に記載の水銀吸着剤。
〔態様3〕
燃焼イオンクロマトグラフィー法にて計測される、塩化物イオン、臭化物イオン、リン酸イオン、亜リン酸イオン、硫酸イオン及び亜硫酸イオンからなる群より選択される少なくとも一種の検出量が1000~5000ppm(好ましくは1200~4000ppm、より好ましくは1500~3500ppm、更に好ましくは2300~3500ppm)であり、燃焼イオンクロマトグラフィー法にて計測されるイオンの検出量は、水銀吸着剤を燃焼させ、発生ガスをイオン交換水に吸収させた分析試料を、炭酸ナトリウム/炭酸水素ナトリウム水溶液を溶離液としたイオンクロマトグラフィーにより測定される、態様1又は2に記載の水銀吸着剤。
〔態様4〕
前記鉱酸が塩酸、硫酸及びリン酸からなる群より選択される少なくとも1種である、態様1~3のいずれか一態様に記載の水銀吸着剤。
〔態様5〕
比表面積が1000m2/g以上(好ましくは1000~2500m2/g、より好ましくは1200~2000m2/g、更に好ましくは1300~1700m2/g、更により好ましくは1400~1600m2/g)であり、細孔半径が0.8nm(8Å)以下のミクロポアの容積が80cm3/g以上(好ましくは90cm3/g以上、より好ましくは100cm3/g以上)である活性炭に鉱酸水溶液を接触させる工程と、水分量を0.1~3重量%(好ましくは0.2~2.9重量%、より好ましくは0.2~2.8重量%、更に好ましくは0.3~2.5重量%)に調整する工程と、を少なくとも備える、態様1~4のいずれか一態様に記載の水銀吸着剤の製造方法。
〔態様6〕
前記活性炭の酸素量と炭素量との重量比(O/C)が0.010~0.100(好ましくは0.015~0.080、より好ましくは0.020~0.050、更に好ましくは0.030~0.045)である、態様5に記載の水銀吸着剤の製造方法。
〔態様7〕
態様1~4のいずれか一態様に記載の水銀吸着剤を、水銀及び/又は水銀化合物を含む液体炭化水素と接触させて水銀及び/又は水銀化合物を吸着させる、水銀吸着剤の使用方法。
本発明の水銀吸着剤は、活性炭に鉱酸が担持されている。ここで使用する担体の活性炭は、比表面積が1000m2/g以上である。特定の大きい比表面積を有する活性炭を用いることにより、鉱酸の担持に有用であるだけでなく、水分量を保持させることが可能となる。活性炭の比表面積は、好ましくは1000~2500m2/g、より好ましくは1200~2000m2/g、更に好ましくは1300~1700m2/g、更により好ましくは1400~1600m2/gであってもよい。なお、活性炭の比表面積は、BET法により測定した比表面積であり、後述の実施例に記載した方法により測定される値である。
活性炭(鉱酸担持前の活性炭)の酸素量及び炭素量は、後述の実施例に記載した方法により鉱酸を担持する前の活性炭に対して測定される値である。この値は、酸素及び炭素を有しない鉱酸(例えば塩酸)の場合は、鉱酸担持後の活性炭を測定しても、同じ値であるが、酸素及び/又は炭素を有している鉱酸を担持した活性炭を測定対象とする場合、その鉱酸の種類に応じて、その鉱酸が有する酸素原子及び炭素原子以外の原子(例えば、硝酸に含まれる窒素等)の含有量、又はその鉱酸自体の含有量を別途測定することにより、鉱酸担持前の活性炭の酸素量及び炭素量を算出することができる。すなわち、鉱酸担持前の活性炭の酸素量及び炭素量は、鉱酸担持後の活性炭の酸素量及び炭素量の元素分析結果から、その鉱酸に由来する酸素量及び炭素量をそれぞれ差し引くことにより算出することができる。例えば、鉱酸がリン酸、硫酸である場合、自動燃焼・吸収装置(三菱ケミカルアナリテック製、「AQF-2100H」)及びイオンクロマトグラフ(Thermo Fisher scientific製、「ICS-2100」)を用いて、含有されているリン酸分、硫酸分を別途定量し、鉱酸担持後の活性炭の酸素量の元素分析結果から、リン酸、硫酸に由来する酸素量を差し引くことにより鉱酸担持前の活性炭の酸素量を算出することができる。
本発明の水銀吸着剤の製造方法は、比表面積が1000m2/g以上であり、細孔半径が8Å以下のミクロポアの容積が80cm3/g以上である活性炭を鉱酸水溶液に接触させる工程と、水分量を0.1~3重量%に調整する工程と、を少なくとも備えていてもよい。
本発明の水銀吸着剤の使用形態としては、液体炭化水素に対して使用できる限り種々の形態として使用することができるが、液体炭化水素中に含まれている水銀や水銀化合物を除去するため、また、比重差の大きい媒体での吸着では撹拌により活性炭の破砕を避けるため、水銀吸着剤を吸着塔に充填した固定床として使用する方法が好ましい。
酸担持前の活性炭を真空脱気した後、マイクロトラック・ベル社製窒素吸着量測定装置「BELSORP-MAX」を使用し、77Kでの窒素吸着等温線を測定し、得られた吸着等温線からBET法により比表面積(m2/g)を求めた。
酸担持前の活性炭を真空脱気した後、マイクロトラック・ベル社製窒素吸着量測定装置「BELSORP-MAX」を使用し、相対圧P/P0(P:吸着平衡にある吸着質の気体の圧力、P0:吸着温度における吸着質の飽和蒸気圧)が0.93までの窒素吸着量を測定して得られた77Kでの窒素吸着等温線に対してNL-DFT法を適用することにより細孔分布を算出し、全細孔容積(cm3/g)及び細孔半径8Å以下の細孔容積(cm3/g)を求めた。
酸担持前の活性炭について、パーキンエルマー社製2400II型CHNS元素分析装置を用いて元素分析を行った。1800℃下、純酸素中で完全燃焼し、フロンタルクロマトグラフィーにより測定した。試験は3検体で分析し、その平均値を炭素量の分析値とした。
酸担持前の活性炭について、株式会社堀場製作所製、酸素・窒素・水素分析装置「EMGA-930」を用いて、不活性ガス溶解法に基づいて元素分析を行った。当該装置の検出方法は、酸素:不活性ガス融解-非分散型赤外線吸収法(NDIR)であり、校正は、Niカプセル、SS-3(酸素標準試料)で行い、前処理として250℃、約10分で乾燥した20mgをNiカプセルに取り、分析装置内で30秒脱ガスした後に測定した。試験は3検体で分析し、その平均値を酸素量の分析値とした。
吸着剤試料1gについて、三菱化学アナリテック社製カールフィッシャー水分計CA-310を使用し、250℃に加熱し、窒素気流下で電量滴定法に基づいて水分量(重量%)を測定した。
吸着剤試料を三菱化学製微量塩素硫黄分析計「TOX-10Σ」で燃焼させ、発生ガスをイオン交換水に吸収させて分析試料を作製した。ダイオネクス社製イオンクロマトグラフ装置「DX-120」を使用し、炭酸ナトリウム/炭酸水素ナトリウム水溶液を溶離液として、塩化物イオン、リン酸イオン含有量(ppm)を測定した。
吸着剤試料を、水銀及び水銀化合物を含むライトナフサ(C6~C9の炭化水素)と接触させ、吸着剤の水銀吸着量を測定した。具体的には、水銀濃度が100μg/kgのライトナフサ中に吸着剤10gを浸漬して、緩やかに撹拌しながら2時間経過後、ライトナフサ中の水銀濃度を測定した。ライトナフサ中の水銀濃度は、日本インスツルメンツ社製還元気化原子吸光光度計「RA3420」で測定し、下記の式(1)から吸着剤による水銀吸着量を算出した。
水銀吸着量(mg/g)=(吸着前のライトナフサ中の水銀量-吸着後のライトナフサ中の水銀量)/使用吸着剤量・・・(1)
◎:1mg/g以上
○:0.75mg/g以上
△:0.25mg/g以上
×:0.25mg/g未満
吸着剤試料20gをガラスシャーレに取り、20mm×20mm×2mmのSS300製テストピースを吸着剤試料中に埋没してガラスにて蓋をした状態で7日間室温下に放置し、7日後取り出して、以下の判定基準でテストピースの外観評価を行った。
◎:変化なし
〇:わずかに曇りあり
△:全面に曇りあり
×:点上の腐食痕あり
ヤシ殻を乾留した炭化物を4~10メッシュ(粒径1.7mm以上、4.75mm以下)に整粒して粒状活性炭の原料とした。この原料炭化物をプロパン燃焼ガス(ガス組成(体積%):窒素ガス70%、酸素ガス0.2%、炭酸ガス19.8%、水蒸気10%)を用いて870℃で2時間賦活した後、同一組成のガス中で200℃以下迄冷却した。この様にして得られた活性炭を破砕し10~32メッシュ(粒径0.5mm以上、1.7mm以下)の粒状活性炭を得た。得られた活性炭の灰分(強熱残分)は2.5重量%であった。また、得られた活性炭の比表面積は1490m2/g、全細孔容積は279cm3/g、細孔半径8Å以下の細孔容積は120cm3/g、酸素量は3.2wt%、炭素量は94.1wt%であった。
原料炭化物の賦活で用いたガス組成を窒素ガス50%、酸素ガス0.2%、炭酸ガス19.8%、水蒸気30%に変更した以外は参考例1と同様に粒状活性炭を得た。得られた活性炭の比表面積は1570m2/g、全細孔容積は291cm3/g、細孔半径8Å以下の細孔容積は107cm3/g、酸素量は2.94wt%、炭素量は94.7wt%であった。
原料炭化物の賦活で用いたガス組成を窒素ガス25%、酸素ガス0.2%、炭酸ガス19.8%、水蒸気55%に変更した以外は参考例1と同様に粒状活性炭を得た。得られた活性炭の比表面積は1610m2/g、全細孔容積は302cm3/g、細孔半径8Å以下の細孔容積は48cm3/g、酸素量は2.56wt%、炭素量は94.9wt%であった。
参考例1で得られた粒状活性炭を窒素下、800℃、1.5時間で再加熱を行い、粒状活性炭を得た。得られた活性炭の比表面積は1350m2/g、全細孔容積は244cm3/g、細孔半径8Å以下の細孔容積は72cm3/g、酸素量は1.69wt%、炭素量は93.8wt%であった。
参考例1で得た活性炭100gを25℃で1Nの塩酸1Lに1.5時間浸漬して塩酸を吸着させた後、ろ過により蒸留水5Lで洗浄し、洗浄水のpHが6になるまで洗浄し、大気下、120℃で10時間乾燥した。更にライトナフサ(C6~C9の炭化水素)1Lで洗浄し、再び大気下、90℃で10時間乾燥し、吸着剤を得た。得られた吸着剤の水分量、及び塩素量を測定した結果、並びに水銀吸着量評価及び腐食性外観試験の結果を表2に示す。
参考例2の活性炭を用いた以外は、実施例1と同様の方法により吸着剤を作製した。各種評価結果を表2に示す。
担持する酸として塩酸をリン酸に変更した以外は、実施例1と同様の方法により吸着剤を作製した。各種評価結果を表2に示す。
蒸留水での洗浄後、ライトナフサでの洗浄前の乾燥時の乾燥時間を4時間に変更した以外は、実施例1と同様の方法により吸着剤を作製した。各種評価結果を表2に示す。
参考例3の活性炭を用いた以外は、実施例1と同様の方法により吸着剤を作製した。各種評価結果を表2に示す。
蒸留水での洗浄後、ライトナフサでの洗浄前の乾燥時の乾燥温度を110℃、乾燥時間を12時間に変更した以外は、実施例1と同様の方法により吸着剤を作製した。各種評価結果を表2に示す。
酸を添着しなかった以外は、実施例1と同様の方法により吸着剤を作製した。各種評価結果を表2に示す。
参考例4の活性炭を用いた以外は、実施例1と同様の方法により吸着剤を作製した。各種評価結果を表2に示す。
Claims (7)
- 比表面積が1000m2/g以上であり、細孔半径が0.8nm以下のミクロポアの容積が80cm3/g以上である活性炭に鉱酸が担持されており、水分量が0.1~3重量%である、液体炭化水素中の水銀及び/又は水銀化合物を吸着するために用いられる水銀吸着剤。
- 前記活性炭の酸素量と炭素量との重量比(O/C)が0.010~0.100である、請求項1に記載の水銀吸着剤。
- 燃焼イオンクロマトグラフィー法にて計測される、塩化物イオン、臭化物イオン、リン酸イオン、亜リン酸イオン、硫酸イオン及び亜硫酸イオンからなる群より選択される少なくとも一種の検出量が1000~5000ppmであり、燃焼イオンクロマトグラフィー法にて計測されるイオンの検出量は、水銀吸着剤を燃焼させ、発生ガスをイオン交換水に吸収させた分析試料を、炭酸ナトリウム/炭酸水素ナトリウム水溶液を溶離液としたイオンクロマトグラフィーにより測定される、請求項1又は2に記載の水銀吸着剤。
- 前記鉱酸が塩酸、硫酸及びリン酸からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1~3のいずれか一項に記載の水銀吸着剤。
- 比表面積が1000m2/g以上であり、細孔半径が0.8nm以下のミクロポアの容積が80cm3/g以上である活性炭に鉱酸水溶液を接触させる工程と、水分量を0.1~3重量%に調整する工程と、を少なくとも備える、請求項1~4のいずれか一項に記載の水銀吸着剤の製造方法。
- 前記活性炭の酸素量と炭素量との重量比(O/C)が0.010~0.100である、請求項5に記載の水銀吸着剤の製造方法。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の水銀吸着剤を、水銀及び/又は水銀化合物を含む液体炭化水素と接触させて水銀及び/又は水銀化合物を吸着させる、水銀吸着剤の使用方法。
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