JP7300124B2 - トリハロメタン除去用活性炭およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、トリハロメタンの除去に好適に使用できる活性炭に関する。
近年、水道水から残留塩素（次亜塩素酸）、カビ臭、濁り、微生物等を除去することを目的とした小型浄水器が広く普及している。これらの浄水器において、水道水中の残留塩素を取り除くために、活性炭が使用されている。
このような活性炭として、例えば、特許文献１には、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔容積のうち、１．５ｎｍ以下の範囲の細孔径の細孔容積Ａが０．３ｃｃ／ｇ以上０．５ｃｃ／ｇ以下であり、かつ、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔容積のうち、１．５ｎｍ以上２．５ｎｍ以下の範囲の細孔径の細孔容積Ｂが０．０３ｃｃ／ｇ以上０．１２ｃｃ／ｇ以下である活性炭が記載されている（特許文献１（段落００１９、００２０）参照）。
また、特許文献２には、細孔径が１００Å（１０．０ｎｍ）以下の細孔容積に対する、細孔径２０Å（２．０ｎｍ）～１００Å（１０．０ｎｍ）の細孔容積比率が５～５０％であり、細孔径１０Å（１．０ｎｍ）以下の細孔容積比率が４５％以上である多孔質炭素が記載されている（特許文献２（段落００１１）参照）。
活性炭において、吸着物質の細孔への吸着過程は、活性炭内の空隙への拡散、細孔への拡散、および、細孔内への保持である。そのため、活性炭による吸着の原動力は、物理吸着によるものである。物理吸着は、Wan deer Waals型の吸引相互作用であるため、細孔壁間が狭くなると吸着力は向上する。また、細孔径１０ｎｍ以下の細孔への物理吸着は、気体から液体への相転移と捉えられているため、温度、圧力の変化（物質の三態）で状態体積が変化する温度域では吸着物質が脱着する。
ここで、活性炭を浄水器フィルターに使用する場合、流体（水道水）内の吸着物質を吸着除去するためには、効率よく吸着物質を細孔内に保持する必要がある。しかし、クロロホルムのような低沸点有機化合物では、適した細孔径でなければ、吸着後に容易に脱離してしまう。そのため、クロロホルムを含むトリハロメタン用の活性炭は、細孔径２ｎｍ以下の細孔を多く有することが求められる。しかしながら、吸着に有効な細孔が多くても、その細孔に拡散しなければクロロホルムの吸着は期待できない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、トリハロメタンの除去性能に優れた活性炭を提供することを目的とする。また、本発明は、このような活性炭の製造方法を提供することも目的とする。
本発明のトリハロメタン除去用活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．６ｎｍ～２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ0.6-2）中の細孔径が０．７ｎｍ～０．９ｎｍである細孔の細孔容積（Ｖ0.7-0.9）の割合が、３９％～６０％であり、かつ、前記細孔容積（Ｖ0.7-0.9）と細孔径が１．０ｎｍ～１．２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ1.0-1.2）との比（Ｖ1.0-1.2／Ｖ0.7-0.9）が、０．３９～０．７０であることを特徴とする。
本発明のトリハロメタン除去用活性炭の製造方法は、ＢＥＴ比表面積が８４５ｍ2／ｇ～１３００ｍ2／ｇ、かつ、細孔容積が０．３８ｃｍ3／ｇ～０．５５ｃｍ3／ｇである賦活物を出発原料とし、前記賦活物を、賦活ガスが存在する酸化性雰囲気中で、７５０℃～９５０℃で熱処理して活性炭を得ることを特徴とする。
本発明によれば、トリハロメタンの除去性能に優れた活性炭が得られる。
本発明のトリハロメタン除去用活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．６ｎｍ～２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ0.6-2）中の細孔径が０．７ｎｍ～０．９ｎｍである細孔の細孔容積（Ｖ0.7-0.9）の割合が、３９％～６０％であり、かつ、前記細孔容積（Ｖ0.7-0.9）と細孔径が１．０ｎｍ～１．２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ1.0-1.2）との比（Ｖ1.0-1.2／Ｖ0.7-0.9）が、０．３９～０．７０であることを特徴とする。
活性炭によるクロロホルムの動的吸着は、水中のクロロホルムを活性炭細孔にひきつけ、これを細孔内に導入し、最終的に吸着する細孔にとどめることで行われる。クロロホルムの分子サイズは約０．６ｎｍであるため、このクロロホルム分子を吸着（保持）するための細孔径は、吸着物質よりやや大きい０．７ｎｍ～０．９ｎｍが好ましい。よって、クロロホルムの除去性能を高めるためには、細孔容積（Ｖ0.7-0.9）の割合を高くする必要がある。また、細孔径１．０ｎｍ～１．２ｎｍの細孔を適度に存在させることで、クロロホルムを活性炭内部へ引き寄せることができ、効率よく細孔径０．７ｎｍ～０．９ｎｍの細孔に導くことができる。よって、細孔容積（Ｖ0.6-2）における細孔容積（Ｖ0.7-0.9）の割合、および、比（Ｖ1.0-1.2／Ｖ0.7-0.9）を制御することで、トリハロメタンの除去性能に優れた活性炭が得られる。
［トリハロメタン除去用活性炭］
本発明のトリハロメタン除去用活性炭（以下、単に「活性炭」と称する場合がある。）は、トリハロメタンの除去性能が向上するように細孔径分布が制御された活性炭である。本発明において、細孔容積は、ＱＳＤＦＴ法（急冷固体密度汎関数法）によって算出する。なお、活性炭とは、比表面積が８００ｍ２／ｇ以上の炭素物質である。
本発明のトリハロメタン除去用活性炭（以下、単に「活性炭」と称する場合がある。）は、トリハロメタンの除去性能が向上するように細孔径分布が制御された活性炭である。本発明において、細孔容積は、ＱＳＤＦＴ法（急冷固体密度汎関数法）によって算出する。なお、活性炭とは、比表面積が８００ｍ２／ｇ以上の炭素物質である。
本発明において、特定の細孔径範囲の細孔容積は、ＱＳＤＦＴ法によって算出されるものである。ＱＳＤＦＴ法（急冷固体密度汎関数法）とは、幾何学的・化学的に不規則なミクロポーラス・メソポーラスな炭素の細孔径解析を対象とした、約０．５ｎｍ～約４０ｎｍまでの細孔径分布の計算ができる解析手法である。ＱＳＤＦＴ法では、細孔表面の粗さと不均一性による影響が明瞭に考慮されているため、細孔径分布解析の正確さが大幅に向上した手法である。
（全細孔容積（Ｖtotal））
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、全細孔容積（Ｖtotal）が、０．３４ｃｍ3／ｇ以上が好ましく、より好ましくは０．４０ｃｍ3／ｇ以上、さらに好ましくは０．４５ｃｍ3／ｇ以上であり、０．５３ｃｍ3／ｇ以下が好ましく、より好ましくは０．４８ｃｍ3／ｇ以下、さらに好ましくは０．４６ｃｍ3／ｇ以下である。全細孔容積（Ｖtotal）が０．３４ｃｍ3／ｇ以上であればクロロホルムを吸着保持する性能が向上し、０．５３ｃｍ3／ｇ以下であれば細孔径の大きな細孔の割合が低くなり、クロロホルムの吸着量が増加する。なお、全細孔容積（Ｖtotal）は、細孔径が０．３４ｎｍ～５００ｎｍの細孔の細孔容積である。
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、全細孔容積（Ｖtotal）が、０．３４ｃｍ3／ｇ以上が好ましく、より好ましくは０．４０ｃｍ3／ｇ以上、さらに好ましくは０．４５ｃｍ3／ｇ以上であり、０．５３ｃｍ3／ｇ以下が好ましく、より好ましくは０．４８ｃｍ3／ｇ以下、さらに好ましくは０．４６ｃｍ3／ｇ以下である。全細孔容積（Ｖtotal）が０．３４ｃｍ3／ｇ以上であればクロロホルムを吸着保持する性能が向上し、０．５３ｃｍ3／ｇ以下であれば細孔径の大きな細孔の割合が低くなり、クロロホルムの吸着量が増加する。なお、全細孔容積（Ｖtotal）は、細孔径が０．３４ｎｍ～５００ｎｍの細孔の細孔容積である。
（細孔容積（Ｖ0.6-2））
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．６ｎｍ～２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ0.6-2）が、０．１０ｃｍ3／ｇ以上が好ましく、より好ましくは０．１４ｃｍ3／ｇ以上、さらに好ましくは０．１８ｃｍ3／ｇ以上であり、０．３０ｃｍ3／ｇ以下が好ましく、より好ましくは０．２４ｃｍ3／ｇ以下、さらに好ましくは０．２１ｃｍ3／ｇ以下である。細孔容積（Ｖ0.6-2）が０．１０ｃｍ3／ｇ以上であればクロロホルムを吸着保持する細孔の割合が多くなり、０．３０ｃｍ3／ｇ以下であれば大きな細孔径の割合を抑えることが出来る。
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．６ｎｍ～２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ0.6-2）が、０．１０ｃｍ3／ｇ以上が好ましく、より好ましくは０．１４ｃｍ3／ｇ以上、さらに好ましくは０．１８ｃｍ3／ｇ以上であり、０．３０ｃｍ3／ｇ以下が好ましく、より好ましくは０．２４ｃｍ3／ｇ以下、さらに好ましくは０．２１ｃｍ3／ｇ以下である。細孔容積（Ｖ0.6-2）が０．１０ｃｍ3／ｇ以上であればクロロホルムを吸着保持する細孔の割合が多くなり、０．３０ｃｍ3／ｇ以下であれば大きな細孔径の割合を抑えることが出来る。
（細孔容積（Ｖ0.7-0.9））
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．７ｎｍ～０．９ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ0.7-0.9）が、０．０６ｃｍ3／ｇ以上が好ましく、より好ましくは０．０７ｃｍ3／ｇ以上、さらに好ましくは０．０８ｃｍ3／ｇ以上であり、０．１２ｃｍ3／ｇ以下が好ましく、より好ましくは０．１０ｃｍ3／ｇ以下、さらに好ましくは０．０９ｃｍ3／ｇ以下である。細孔容積（Ｖ0.7-0.9）が０．０６ｃｍ3／ｇ以上であればクロロホルムの吸着量が向上し、０．１２ｃｍ3／ｇ以下であれば効率よくクロロホルムを吸着できる。
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．７ｎｍ～０．９ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ0.7-0.9）が、０．０６ｃｍ3／ｇ以上が好ましく、より好ましくは０．０７ｃｍ3／ｇ以上、さらに好ましくは０．０８ｃｍ3／ｇ以上であり、０．１２ｃｍ3／ｇ以下が好ましく、より好ましくは０．１０ｃｍ3／ｇ以下、さらに好ましくは０．０９ｃｍ3／ｇ以下である。細孔容積（Ｖ0.7-0.9）が０．０６ｃｍ3／ｇ以上であればクロロホルムの吸着量が向上し、０．１２ｃｍ3／ｇ以下であれば効率よくクロロホルムを吸着できる。
（細孔容積（Ｖ1.0-1.2））
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が１．０ｎｍ～１．２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ1.0-1.2）が、０．０２ｃｍ3／ｇ以上が好ましく、より好ましくは０．０３ｃｍ3／ｇ以上、さらに好ましくは０．０４ｃｍ3／ｇ以上であり、０．０７ｃｍ3／ｇ以下が好ましく、より好ましくは０．０６ｃｍ3／ｇ以下である。細孔容積（Ｖ1.0-1.2）が０．０２ｃｍ3／ｇ以上であればクロロホルムの吸着効率が向上し、０．０７ｃｍ3／ｇ以下であれば大きな細孔径の割合を抑えることが出来る。
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が１．０ｎｍ～１．２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ1.0-1.2）が、０．０２ｃｍ3／ｇ以上が好ましく、より好ましくは０．０３ｃｍ3／ｇ以上、さらに好ましくは０．０４ｃｍ3／ｇ以上であり、０．０７ｃｍ3／ｇ以下が好ましく、より好ましくは０．０６ｃｍ3／ｇ以下である。細孔容積（Ｖ1.0-1.2）が０．０２ｃｍ3／ｇ以上であればクロロホルムの吸着効率が向上し、０．０７ｃｍ3／ｇ以下であれば大きな細孔径の割合を抑えることが出来る。
（細孔容積（Ｖ1.0-3.0））
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が１．０ｎｍ～３．０ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ1.0-3.0）が、０．１５ｃｍ3／ｇ未満が好ましく、より好ましくは０．１３ｃｍ3／ｇ以下、さらに好ましくは０．１０ｃｍ3／ｇ以下である。
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が１．０ｎｍ～３．０ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ1.0-3.0）が、０．１５ｃｍ3／ｇ未満が好ましく、より好ましくは０．１３ｃｍ3／ｇ以下、さらに好ましくは０．１０ｃｍ3／ｇ以下である。
（細孔容積（Ｖ1.5-2.5））
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が１．５ｎｍ～２．５ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ1.5-2.5）が、０．０３ｃｍ3／ｇ未満が好ましく、より好ましくは０．０２ｃｍ3／ｇ以下、さらに好ましくは０．０１ｃｍ3／ｇ以下である。
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が１．５ｎｍ～２．５ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ1.5-2.5）が、０．０３ｃｍ3／ｇ未満が好ましく、より好ましくは０．０２ｃｍ3／ｇ以下、さらに好ましくは０．０１ｃｍ3／ｇ以下である。
（全細孔容積（Ｖtotal）における細孔容積（Ｖ0.6-2）の割合）
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、全細孔容積（Ｖtotal）における細孔径が０．６ｎｍ～２ｎｍである細孔の細孔容積（Ｖ0.6-2）の割合が、３１％以上が好ましく、より好ましくは３６％以上、さらに好ましくは３９％以上であり、５７％以下が好ましく、より好ましくは４６％以下、さらに好ましくは４０％以下である。前記割合が３１％～５７％であればクロロホルムを効率よく吸着できる。
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、全細孔容積（Ｖtotal）における細孔径が０．６ｎｍ～２ｎｍである細孔の細孔容積（Ｖ0.6-2）の割合が、３１％以上が好ましく、より好ましくは３６％以上、さらに好ましくは３９％以上であり、５７％以下が好ましく、より好ましくは４６％以下、さらに好ましくは４０％以下である。前記割合が３１％～５７％であればクロロホルムを効率よく吸着できる。
（細孔容積（Ｖ0.6-2）における細孔容積（Ｖ0.7-0.9）の割合）
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．６ｎｍ～２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ0.6-2）における細孔径が０．７ｎｍ～０．９ｎｍである細孔の細孔容積（Ｖ0.7-0.9）の割合が、３９％以上が好ましく、より好ましくは４３％以上、さらに好ましくは４９％以上であり、６０％以下が好ましく、より好ましくは５２％以下、さらに好ましくは５０％以下である。前記割合が３９％～６０％であればクロロホルムの吸着量が向上する。
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．６ｎｍ～２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ0.6-2）における細孔径が０．７ｎｍ～０．９ｎｍである細孔の細孔容積（Ｖ0.7-0.9）の割合が、３９％以上が好ましく、より好ましくは４３％以上、さらに好ましくは４９％以上であり、６０％以下が好ましく、より好ましくは５２％以下、さらに好ましくは５０％以下である。前記割合が３９％～６０％であればクロロホルムの吸着量が向上する。
（細孔容積（Ｖ0.6-2）における細孔容積（Ｖ1.0-1.2）の割合）
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．６ｎｍ～２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ0.6-2）における細孔径が１．０ｎｍ～１．２ｎｍである細孔の細孔容積（Ｖ1.0-1.2）の割合が、１９％以上が好ましく、より好ましくは２１％以上、さらに好ましくは２６％以上であり、２９％以下が好ましく、より好ましくは２７％以下、さらに好ましくは２６％以下である。前記割合が１９％～２９％以上であればクロロホルムを効率よく吸着できる。
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．６ｎｍ～２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ0.6-2）における細孔径が１．０ｎｍ～１．２ｎｍである細孔の細孔容積（Ｖ1.0-1.2）の割合が、１９％以上が好ましく、より好ましくは２１％以上、さらに好ましくは２６％以上であり、２９％以下が好ましく、より好ましくは２７％以下、さらに好ましくは２６％以下である。前記割合が１９％～２９％以上であればクロロホルムを効率よく吸着できる。
（比（Ｖ1.0-1.2／Ｖ0.7-0.9））
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．７ｎｍ～０．９ｎｍである細孔の細孔容積（Ｖ0.7-0.9）と細孔径が１．０ｎｍ～１．２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ1.0-1.2）との比（Ｖ1.0-1.2／Ｖ0.7-0.9）が、０．３９以上が好ましく、より好ましくは０．５０以上、さらに好ましくは０．５６以上であり、０．７０以下が好ましく、より好ましくは０．６０以下、さらに好ましくは０．５６以下である。前記比（Ｖ1.0-1.2／Ｖ0.7-0.9）が０．３９以上であればクロロホルムの吸着効率が向上し、０．７０以下であればクロロホルムの吸着量が向上する。
前記活性炭は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．７ｎｍ～０．９ｎｍである細孔の細孔容積（Ｖ0.7-0.9）と細孔径が１．０ｎｍ～１．２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ1.0-1.2）との比（Ｖ1.0-1.2／Ｖ0.7-0.9）が、０．３９以上が好ましく、より好ましくは０．５０以上、さらに好ましくは０．５６以上であり、０．７０以下が好ましく、より好ましくは０．６０以下、さらに好ましくは０．５６以下である。前記比（Ｖ1.0-1.2／Ｖ0.7-0.9）が０．３９以上であればクロロホルムの吸着効率が向上し、０．７０以下であればクロロホルムの吸着量が向上する。
（ＢＥＴ比表面積）
前記活性炭のＢＥＴ比表面積は、８４５ｍ2／ｇ以上が好ましく、より好ましくは９７０ｍ2／ｇ以上、さらに好ましくは１１００ｍ2／ｇ以上であり、１３００ｍ2／ｇ以下が好ましく、より好ましくは１２５０ｍ2／ｇ以下、さらに好ましくは１２００ｍ2／ｇ以下である。ＢＥＴ比表面積が、８４５ｍ2／ｇ以上であれば活性炭として吸着性能を持ち、１３００ｍ2／ｇ以下であればクロロホルム吸着に関与しない細孔の発達を抑えることが出来る。
前記活性炭のＢＥＴ比表面積は、８４５ｍ2／ｇ以上が好ましく、より好ましくは９７０ｍ2／ｇ以上、さらに好ましくは１１００ｍ2／ｇ以上であり、１３００ｍ2／ｇ以下が好ましく、より好ましくは１２５０ｍ2／ｇ以下、さらに好ましくは１２００ｍ2／ｇ以下である。ＢＥＴ比表面積が、８４５ｍ2／ｇ以上であれば活性炭として吸着性能を持ち、１３００ｍ2／ｇ以下であればクロロホルム吸着に関与しない細孔の発達を抑えることが出来る。
（形状）
前記活性炭は、繊維状、粒子状のいずれでもよいが、繊維状が好ましい。なお、前記活性炭が繊維状である場合、繊維径は１３μｍ～１７μｍが好ましい。また、前記活性炭が粒子状である場合、体積平均粒子径は１０μｍ～１５０μｍが好ましい。
前記活性炭は、繊維状、粒子状のいずれでもよいが、繊維状が好ましい。なお、前記活性炭が繊維状である場合、繊維径は１３μｍ～１７μｍが好ましい。また、前記活性炭が粒子状である場合、体積平均粒子径は１０μｍ～１５０μｍが好ましい。
（クロロホルム処理量）
前記活性炭は、水温６０℃におけるクロロホルム処理量（Ｙ（ｍｇ／ｇ））と、水温２０℃におけるクロロホルム処理量（Ｘ（ｍｇ／ｇ））との比（Ｙ／Ｘ）が、０．５以上であることが好ましく、より好ましくは０．７以上、さらに好ましくは０．９以上である。
前記活性炭は、水温６０℃におけるクロロホルム処理量（Ｙ（ｍｇ／ｇ））と、水温２０℃におけるクロロホルム処理量（Ｘ（ｍｇ／ｇ））との比（Ｙ／Ｘ）が、０．５以上であることが好ましく、より好ましくは０．７以上、さらに好ましくは０．９以上である。
前記活性炭は、ガラスカラム（直径１０ｍｍ）に活性炭１００ｍｇを充填した活性炭カラムに、原水（クロロホルム濃度：０．０６±０．０１２ｍｇ／Ｌ、水温：２０℃）１Ｌを、空塔速度１，５３０ｈ-1で通水したとき、クロロホルム処理量が０．０５９ｍｇ／ｇ以上が好ましく、より好ましくは０．０６５ｍｇ／ｇ以上、さらに好ましくは０．０７５ｍｇ／ｇ以上である。
また、前記活性炭は、ガラスカラム（直径１０ｍｍ）に活性炭１００ｍｇを充填した活性炭カラムに、原水（クロロホルム濃度：０．０６±０．０１２ｍｇ／Ｌ、水温：６０℃）１Ｌを、空塔速度１，５３０ｈ-1で通水したとき、クロロホルム処理量が０．０５６ｍｇ／ｇ以上が好ましく、より好ましくは０．０６５ｍｇ／ｇ以上、さらに好ましくは０．０７５ｍｇ／ｇ以上である。
前記活性炭は、炭素物質を賦活することで得られる。
前記炭素物質としては、ヤシガラ、木材、おが屑、木炭、セルロース系繊維、合成樹脂（例えば、フェノール樹脂）、ピッチ、コークスなどの炭化物が挙げられる。前記炭化物は、原料を不活性ガス雰囲気下で加熱処理することで得られる。
前記賦活とは、炭素物質を多孔質化する処理であり、例えば、ガス賦活、薬品賦活が挙げられる。前記ガス賦活は、炭素物質を賦活ガスを用いた酸化性雰囲気中で、熱処理することで活性炭を得る。
前記賦活ガスとしては、二酸化炭素、水蒸気などが挙げられる。
前記炭素物質としては、ヤシガラ、木材、おが屑、木炭、セルロース系繊維、合成樹脂（例えば、フェノール樹脂）、ピッチ、コークスなどの炭化物が挙げられる。前記炭化物は、原料を不活性ガス雰囲気下で加熱処理することで得られる。
前記賦活とは、炭素物質を多孔質化する処理であり、例えば、ガス賦活、薬品賦活が挙げられる。前記ガス賦活は、炭素物質を賦活ガスを用いた酸化性雰囲気中で、熱処理することで活性炭を得る。
前記賦活ガスとしては、二酸化炭素、水蒸気などが挙げられる。
［活性炭の製造方法］
前記トリハロメタン除去用活性炭の製造方法としては、ＢＥＴ比表面積が８４５ｍ2／ｇ～１３００ｍ2／ｇ、かつ、全細孔容積が０．３８ｃｍ3／ｇ～０．５５ｃｍ3／ｇである賦活物を出発原料とし、前記賦活物を、賦活ガスが存在する酸化性雰囲気中で、７５０℃～９００℃で熱処理して活性炭を得る方法が好ましい。
前記トリハロメタン除去用活性炭の製造方法としては、ＢＥＴ比表面積が８４５ｍ2／ｇ～１３００ｍ2／ｇ、かつ、全細孔容積が０．３８ｃｍ3／ｇ～０．５５ｃｍ3／ｇである賦活物を出発原料とし、前記賦活物を、賦活ガスが存在する酸化性雰囲気中で、７５０℃～９００℃で熱処理して活性炭を得る方法が好ましい。
特定の細孔径分布を有する賦活物を出発原料とし、この出発原料を再度賦活することで、トリハロメタンの除去性能に優れた活性炭を容易に製造することができる。
（出発原料）
前記賦活物のＢＥＴ比表面積は、８４５ｍ2／ｇ以上が好ましく、より好ましくは９００ｍ2／ｇ以上、さらに好ましくは９５０ｍ2／ｇ以上、特に好ましくは１０００ｍ2／ｇ以上であり、１３００ｍ2／ｇ以下が好ましく、より好ましくは１２００ｍ2／ｇ以下、さらに好ましくは１１５０ｍ2／ｇ以下、特に好ましくは１１００ｍ2／ｇ以下である。賦活物のＢＥＴ比表面積が、８４５ｍ2／ｇ以上であれば得られる活性炭がクロロホルム吸着に関与する細孔を持ち、１３００ｍ2／ｇ以下であれば得られる活性炭においてクロロホルム吸着に関与しない細孔の発達を抑えることが出来る。
前記賦活物のＢＥＴ比表面積は、８４５ｍ2／ｇ以上が好ましく、より好ましくは９００ｍ2／ｇ以上、さらに好ましくは９５０ｍ2／ｇ以上、特に好ましくは１０００ｍ2／ｇ以上であり、１３００ｍ2／ｇ以下が好ましく、より好ましくは１２００ｍ2／ｇ以下、さらに好ましくは１１５０ｍ2／ｇ以下、特に好ましくは１１００ｍ2／ｇ以下である。賦活物のＢＥＴ比表面積が、８４５ｍ2／ｇ以上であれば得られる活性炭がクロロホルム吸着に関与する細孔を持ち、１３００ｍ2／ｇ以下であれば得られる活性炭においてクロロホルム吸着に関与しない細孔の発達を抑えることが出来る。
前記賦活物は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、全細孔容積が、０．３８ｃｍ3／ｇ以上が好ましく、より好ましくは０．３９ｃｍ3／ｇ以上、さらに好ましくは０．４０ｃｍ3／ｇ以上であり、０．５５ｃｍ3／ｇ以下が好ましく、より好ましくは０．５４ｃｍ3／ｇ以下、さらに好ましくは０．４９ｃｍ3／ｇ以下である。賦活物の全細孔容積が０．３８ｃｍ3／ｇであれば得られる活性炭がクロロホルム吸着に関与する細孔を持ち、０．５５ｃｍ3／ｇ以下であれば得られる活性炭においてクロロホルム吸着に関与しない細孔の発達を抑えることが出来る。なお、全細孔容積は、細孔径が０．３５ｎｍ～５００ｎｍの細孔の細孔容積である。
前記賦活物は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．６ｎｍ～２ｎｍの細孔の細孔容積が、０．１５ｃｍ3／ｇ以上が好ましく、より好ましくは０．１７ｃｍ3／ｇ以上であり、０．２５ｃｍ3／ｇ以下が好ましく、より好ましくは０．２３ｃｍ3／ｇ以下である。賦活物の細孔径が０．６ｎｍ～２ｎｍの細孔の細孔容積が０．１５ｃｍ3／ｇ以上であれば得られる活性炭においてクロロホルム吸着に関与する細孔を持ち、０．２５ｃｍ3／ｇ以下であれば得られる活性炭においてクロロホルム吸着に関与しない細孔の発達を抑えることが出来る。
前記賦活物は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．７ｎｍ～０．９ｎｍの細孔の細孔容積が、０．０６１ｃｍ3／ｇ以上が好ましく、より好ましくは０．０６３ｃｍ3／ｇ以上であり、０．０８２ｃｍ3／ｇ以下が好ましく、より好ましくは０．０８１ｃｍ3／ｇ以下である。細孔径が０．７ｎｍ～０．９ｎｍの細孔の細孔容積が０．０６１ｃｍ3／ｇ以上であれば得られる活性炭においてクロロホルム吸着に関与する細孔を持ち、０．０８２ｃｍ3／ｇ以下であれば得られる活性炭においてクロロホルム吸着に関与しない細孔の発達を抑えることが出来る。
前記賦活物は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が１．０ｎｍ～１．２ｎｍの細孔の細孔容積が、０．０３４ｃｍ3／ｇ以上が好ましく、より好ましくは０．０３７ｃｍ3／ｇ以上であり、０．０６９ｃｍ3／ｇ以下が好ましく、より好ましくは０．０６８ｃｍ3／ｇ以下である。細孔径が１．０ｎｍ～１．２ｎｍの細孔の細孔容積が０．０３４ｃｍ3／ｇ以上であれば得られる活性炭がクロロホルム吸着に関与する細孔を持ち、０．０６９ｃｍ3／ｇ以下であれば得られる活性炭においてクロロホルム吸着に関与しない細孔の発達を抑えることが出来る。
前記賦活物の形状は、特に限定されず、繊維状賦活物、粒子状賦活物のいずれでもよい。なお、最終的に得られる活性炭の形状を繊維状としたい場合には、前記賦活物として繊維状賦活物を使用すればよい。
前記賦活物としては特に限定されないが、例えば、繊維状活性炭が挙げられる。
前記ＢＥＴ比表面積および全細孔容積を満たす繊維状活性炭の製造方法としては、例えば、ピッチを溶融紡糸してピッチ繊維を得る工程；ピッチ繊維を空気などの不融化ガスで処理して不融化ピッチ繊維を得る工程；不融化ピッチ繊維を水蒸気賦活して、繊維状活性炭を得る工程を有する製造方法が挙げられる。
前記ピッチ繊維の単糸径は５μｍ～５０μｍが好ましい。
前記水蒸気賦活における賦活温度は、８５０℃～１０００℃が好ましい。
前記ＢＥＴ比表面積および全細孔容積を満たす繊維状活性炭の製造方法としては、例えば、ピッチを溶融紡糸してピッチ繊維を得る工程；ピッチ繊維を空気などの不融化ガスで処理して不融化ピッチ繊維を得る工程；不融化ピッチ繊維を水蒸気賦活して、繊維状活性炭を得る工程を有する製造方法が挙げられる。
前記ピッチ繊維の単糸径は５μｍ～５０μｍが好ましい。
前記水蒸気賦活における賦活温度は、８５０℃～１０００℃が好ましい。
前記出発原料として使用される賦活物は、炭化物を賦活処理して作製してもよいし、前記物性を有する市販の活性炭を用いてもよい。
（賦活処理）
前記賦活物を、さらに賦活処理することでトリハロメタン除去用活性炭が得られる。前記賦活処理は、前記賦活物を、賦活ガスが存在する酸化性雰囲気中で、熱処理することで行う。具体的には、賦活物を不活性雰囲気下で加熱し、所定の温度に達した後、賦活物に賦活ガスを接触させる。
前記賦活物を、さらに賦活処理することでトリハロメタン除去用活性炭が得られる。前記賦活処理は、前記賦活物を、賦活ガスが存在する酸化性雰囲気中で、熱処理することで行う。具体的には、賦活物を不活性雰囲気下で加熱し、所定の温度に達した後、賦活物に賦活ガスを接触させる。
前記賦活処理の温度は、７５０℃以上が好ましく、より好ましくは８００℃以上、さらに好ましくは８５０℃以上であり、９５０℃以下が好ましく、より好ましくは９００℃以下、さらに好ましくは８７５℃以下である。賦活処理温度が７５０℃以上であれば二酸化炭素を用いた賦活反応が進行し、９５０℃以下であれば賦活反応を抑えることが出来る。
前記賦活処理の時間は、１時間以上が好ましく、より好ましくは２時間以上、さらに好ましくは５時間以上であり、１０時間以下が好ましい。賦活処理の時間が１時間以上であれば二酸化炭素を用いた賦活反応が進行し、１０時間以下であれば賦活物を消失することなく得ることができる。
前記賦活ガスとしては、二酸化炭素、水蒸気が挙げられ、二酸化炭素が好ましい。前記賦活処理における賦活ガスの使用量は、賦活物１ｇに対して、５ｍＬ／ｍｉｎ以上が好ましく、より好ましくは１０ｍＬ／ｍｉｎ以上であり、２０ｍＬ／ｍｉｎ以下が好ましく、より好ましくは１０ｍＬ／ｍｉｎ以下である。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更、実施の態様は、いずれも本発明の範囲内に含まれる。
１．評価方法
（１）細孔容積、ＢＥＴ比表面積
ガス吸着装置（Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ社製、「ａｕｔｏｓｏｒｂ（登録商標）-１－ＭＰ」を用いて、窒素吸着等温線の測定、およびＱＳＤＦＴ法による細孔分布解析を行った。特定の細孔径範囲の細孔容積は、７７Ｋの温度において測定した窒素の脱着等温線に対し、Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌとしてＮ2 ａｔ ７７Ｋ ｏｎ ｃａｒｂｏｎ［ｓｌｉｔ ｐｏｒｅ，ＱＳＤＦＴ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｍｏｄｅｌ］を適用して細孔径分布を計算することで、算出した。
また、比表面積はＢＥＴ法によって、相対圧０．０１～０．０５の測定点から計算した。
（１）細孔容積、ＢＥＴ比表面積
ガス吸着装置（Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ社製、「ａｕｔｏｓｏｒｂ（登録商標）-１－ＭＰ」を用いて、窒素吸着等温線の測定、およびＱＳＤＦＴ法による細孔分布解析を行った。特定の細孔径範囲の細孔容積は、７７Ｋの温度において測定した窒素の脱着等温線に対し、Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌとしてＮ2 ａｔ ７７Ｋ ｏｎ ｃａｒｂｏｎ［ｓｌｉｔ ｐｏｒｅ，ＱＳＤＦＴ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｍｏｄｅｌ］を適用して細孔径分布を計算することで、算出した。
また、比表面積はＢＥＴ法によって、相対圧０．０１～０．０５の測定点から計算した。
（２）クロロホルムろ過能力（ｍｇ／ｇ）
活性炭の含水率を水分計で測定し、乾燥重量が１００ｍｇになるように採取し、ガラスカラムに充填した。ガラスカラムは直径１０ｍｍのものを用い、高さ１０ｍｍになるように充填した。ＪＩＳ Ｓ３２０１（２０１７）「家庭用浄水器試験方法」に基づいて、クロロホルム濃度が０．０６±０．０１２ｍｇ／Ｌの原水を調整し、水温２０±３℃または６０±３℃に管理し、空塔速度１，５３０ｈ-1で活性炭カラムに通水した。原水およびろ過水のクロロホルム濃度は、マルチ反応リアルタイム質量分析計（ＳＹＦＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ社製、ＳＩＦＴ－ＭＳ（ＶＯＩＣＥ２００ｕｌｔｒａ)を使用し、ヘッドスペース法で測定した。原水を１Ｌ通水し、クロロホルムの除去量(ｍｇ／Ｌ)を算出した。
活性炭の含水率を水分計で測定し、乾燥重量が１００ｍｇになるように採取し、ガラスカラムに充填した。ガラスカラムは直径１０ｍｍのものを用い、高さ１０ｍｍになるように充填した。ＪＩＳ Ｓ３２０１（２０１７）「家庭用浄水器試験方法」に基づいて、クロロホルム濃度が０．０６±０．０１２ｍｇ／Ｌの原水を調整し、水温２０±３℃または６０±３℃に管理し、空塔速度１，５３０ｈ-1で活性炭カラムに通水した。原水およびろ過水のクロロホルム濃度は、マルチ反応リアルタイム質量分析計（ＳＹＦＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ社製、ＳＩＦＴ－ＭＳ（ＶＯＩＣＥ２００ｕｌｔｒａ)を使用し、ヘッドスペース法で測定した。原水を１Ｌ通水し、クロロホルムの除去量(ｍｇ／Ｌ)を算出した。
２．活性炭の製造
（１）出発原料
出発原料として、下記の賦活物（アドール社製、繊維状活性炭）を準備した。
（１）出発原料
出発原料として、下記の賦活物（アドール社製、繊維状活性炭）を準備した。
（２）活性炭の製造
活性炭Ｎｏ．１
サンプルホルダーに、出発原料Ｎｏ．Ａ－７を固定し、これを小型チューブ炉（光洋サーモシステム社製、ＫＴＦ０４０Ｎ１）の石英管内に設置した。この石英管内部の空気をアルゴンガスで置換し、アルゴンガスを流通させながら炉内温度を賦活温度（７００℃）まで昇温した。アルゴンガスの流入量は、３００ｍＬ／ｍｉｎとした。炉内温度が賦活温度に到達した後、石英管内に二酸化炭素を導入し、賦活処理を行った。なお、二酸化炭素の導入量は、流入させているアルゴンガスに対して３割～５割とした。また、二酸化炭素の導入量は、出発原料１ｇに対して、６０ｍＬ／ｍｉｎ～１００ｍＬ／ｍｉｎに調整した。そして、所定時間（５分間）賦活処理を行った後、石英管内部をアルゴンガスで置換し、室温まで降温させた。得られた活性炭Ｎｏ．１について、ＢＥＴ比表面積、細孔容積、クロロホルム処理量を評価し、表２に示した。
活性炭Ｎｏ．１
サンプルホルダーに、出発原料Ｎｏ．Ａ－７を固定し、これを小型チューブ炉（光洋サーモシステム社製、ＫＴＦ０４０Ｎ１）の石英管内に設置した。この石英管内部の空気をアルゴンガスで置換し、アルゴンガスを流通させながら炉内温度を賦活温度（７００℃）まで昇温した。アルゴンガスの流入量は、３００ｍＬ／ｍｉｎとした。炉内温度が賦活温度に到達した後、石英管内に二酸化炭素を導入し、賦活処理を行った。なお、二酸化炭素の導入量は、流入させているアルゴンガスに対して３割～５割とした。また、二酸化炭素の導入量は、出発原料１ｇに対して、６０ｍＬ／ｍｉｎ～１００ｍＬ／ｍｉｎに調整した。そして、所定時間（５分間）賦活処理を行った後、石英管内部をアルゴンガスで置換し、室温まで降温させた。得られた活性炭Ｎｏ．１について、ＢＥＴ比表面積、細孔容積、クロロホルム処理量を評価し、表２に示した。
活性炭Ｎｏ．２～７
賦活条件を表２に示す温度、時間に変更したこと以外は、活性炭Ｎｏ．１の製造方法と同様にして、活性炭Ｎｏ．２～７を作製した。得られた活性炭Ｎｏ．２～７について、ＢＥＴ比表面積、細孔容積、クロロホルム処理量を評価し、表２に示した。
賦活条件を表２に示す温度、時間に変更したこと以外は、活性炭Ｎｏ．１の製造方法と同様にして、活性炭Ｎｏ．２～７を作製した。得られた活性炭Ｎｏ．２～７について、ＢＥＴ比表面積、細孔容積、クロロホルム処理量を評価し、表２に示した。
活性炭Ｎｏ．８～１１
出発原料に賦活を行わず、これらのクロロホルム処理量を評価した。
出発原料に賦活を行わず、これらのクロロホルム処理量を評価した。
活性炭Ｎｏ．１～７は、ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．６ｎｍ～２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ0.6-2）中の細孔径が０．７ｎｍ～０．９ｎｍである細孔の細孔容積（Ｖ0.7-0.9）の割合が、３９％～６０％であり、かつ、細孔容積（Ｖ0.7-0.9）と細孔径が１．０ｎｍ～１．２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ1.0-1.2）との比（Ｖ1.0-1.2／Ｖ0.7-0.9）が、０．３９～０．７０である。これらの活性炭Ｎｏ．１～７は、水温２０℃および６０℃の両方におけるクロロホルム処理量が高い。よって、クロロホルム処理量は、原水の温度の影響を受けにくくなっている。
活性炭Ｎｏ．８～１１は、いずれも水温６０℃におけるクロロホルム処理量が低かった。
本発明の活性炭は、浄水器の吸着材として使用することができ、特にトリハロメタンの吸着材として有用である。
Claims (5)
- ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．６ｎｍ～２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ 0.6-2 ）が０．１０ｃｍ 3 ／ｇ～０．３０ｃｍ 3 ／ｇ、細孔径が０．７ｎｍ～０．９ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ 0.7-0.9 ）が０．０６ｃｍ 3 ／ｇ～０．１２ｃｍ 3 ／ｇであり、
細孔径が０．６ｎｍ～２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ0.6-2）中の細孔径が０．７ｎｍ～０．９ｎｍである細孔の細孔容積（Ｖ0.7-0.9）の割合が、３９％～６０％であり、かつ、
前記細孔容積（Ｖ0.7-0.9）と細孔径が１．０ｎｍ～１．２ｎｍの細孔の細孔容積（Ｖ1.0-1.2）との比（Ｖ1.0-1.2／Ｖ0.7-0.9）が、０．３９～０．７０であることを特徴とするトリハロメタン除去用活性炭。 - ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、全細孔容積（Ｖ total ）が、０．３４ｃｍ 3 ／ｇ～０．５３ｃｍ 3 ／ｇである請求項１に記載のトリハロメタン除去用活性炭。
- 水温６０℃におけるクロロホルム処理量（Ｙ（ｍｇ／ｇ））と、水温２０℃におけるクロロホルム処理量（Ｘ（ｍｇ／ｇ））との比（Ｙ／Ｘ）が、０．５以上である請求項１または２に記載のトリハロメタン除去用活性炭。
- 請求項１～３のいずれか１項に記載のトリハロメタン除去用活性炭の製造方法であって、
ＱＳＤＦＴ法によって算出される細孔解析において、細孔径が０．６ｎｍ～２ｎｍの細孔の細孔容積が０．１５ｃｍ3／ｇ～０．２５ｃｍ3／ｇ、細孔径が０．７ｎｍ～０．９ｎｍの細孔の細孔容積が０．０６１ｃｍ3／ｇ～０．０８２ｃｍ3／ｇ、ＢＥＴ比表面積が８４５ｍ2／ｇ～１３００ｍ2／ｇ、かつ、細孔容積が０．３８ｃｍ3／ｇ～０．５５ｃｍ3／ｇである賦活物を出発原料とし、
前記賦活物を、賦活ガスが存在する酸化性雰囲気中で、７５０℃～９５０℃で熱処理して活性炭を得ることを特徴とするトリハロメタン除去用活性炭の製造方法。 - 前記賦活ガスが二酸化炭素である請求項４に記載のトリハロメタン除去用活性炭の製造方法。
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