JPH03109075A

JPH03109075A - 活性炭構造物

Info

Publication number: JPH03109075A
Application number: JP1247531A
Authority: JP
Inventors: Shinro Katsura; 桂　真郎
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Priority date: 1989-09-22
Filing date: 1989-09-22
Publication date: 1991-05-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】発明の技術分野本発明は、新規な活性炭構造物に関する。

発明の技術的背景近年健康への関心から、特に煙草から発生する煙の害に
対する問題意識が高まり、室内空気の浄化に対する要請
が強くなってきた。

このような要請に答えるべく、様々な空気清浄器が販売
されており、最近では脱臭性能を持たせたエアコンも市
販され初めている。

ところで、煙草の煙に含まれる悪臭成分に対する吸着材
としては、従来より、活性炭素繊維、粒状活性炭などの
活性炭や、活性炭が添着されたウレタンフオームなどが
、最も効果のある材料として知られている。

しかし、このような吸着材をエアコンに使用した場合、
きわめて低い圧力損失が要求されるためその使用量が制
限され、その結果、低い脱臭性能しか得ることができな
かった。

また、空気清浄器については、使用量に対する制限は緩
和されるが、いずれにせよ悪臭成分を吸着するにつれ、
吸着性能の低下は不可避であり、フィルターの定期的な
交換が必要であった。

発明の目的本発明は、上記のような従来技術に伴う問題点を解決し
ようとするものであって、脱臭性能が優れ、かつ脱臭性
能の低下に伴なう交換を必要としない活性炭構造物を提
供することを目的としている。

発明の概要本発明に係る活性炭構造物は、プラスチック発泡体が炭
化、賦活されてなる活性炭素多孔体と、外部電源と接続
される端子と、前記活性炭素多孔体および前記端子を電
気的に連結する通電路とを備えたことを特徴としている
。

本発明に係る活性炭構造物によれば、活性炭素多孔体に
通電路を介して通電し、ジュール熱を発生させることに
より、吸着した悪臭成分を脱着できるため、低下した脱
臭性能を回復することができる。

発明の詳細な説明以下、本発明に係る活性炭構造物について具体的に説明
する。

本発明に係る活性炭構造物を構成する活性炭素多孔体は
、好ましくはフェノール樹脂発泡体を炭化し、次いで賦
活して得られる。

このフェノール樹脂発泡体は、フェノール樹脂を発泡硬
化させることにより得られ、このようなフェノール樹脂
としては、好ましくはレゾール型フェノール樹脂が用い
られる。

レゾール型フェノール樹脂は、公知の方法にしたがって
、フェノール類とアルデヒド類とをアルカリ触媒の存在
下で反応させることにより得られる。

フェノール類としては、具体的には、フェノール、クレ
ゾール、キシレノールおよびレゾルシンなどが用いられ
る。

アルデヒド類としては、具体的には、ホルムアルデヒド
、アセトアルデヒドおよびフルフラールなどが用いられ
る。

アルカリ触媒としては、具体的には、ＫＯＨ。

Ｎ　ａ　ＯＨ１Ｎ　ＨＳＮ　Ｈ４０Ｈ−エタノールアミ
ンおよびエチレンジアミンなどが用いられる。

レゾール型フェノール樹脂を発泡させるための発泡剤と
しては、従来公知の種々の分解型発泡剤および蒸発型発
泡剤を用いることができる。

このうち蒸発型発泡剤が好ましく、具体的には、パラフ
ィン系炭化水素、アルコール、エーテル、ハロゲン化炭
化水素を最も好ましく用いることができる。

ハロゲン化炭化水素としては、具体的には、クロロホル
ム、四塩化炭素、トリクロロモノフルオロメタン、ジク
ロロモノフルオロメタン、テトラクロロジフルオロエタ
ン、トリクロロトリフルオロメタン、ジクロロテトラフ
ルオロエタン、ジブロモトリフルオロエタンなどが用い
られる。

パラフィン系炭化水素としては、ブタン、ペンタン、ヘ
キサン、シクロペンタン、シクロヘキサンおよびこれら
の混合物で常温ないしそれより若干高い温度に沸点を有
するものが好ましく用いられる。発泡剤量は樹脂に対し
、１〜２０が好ましい。

レゾール型フェノール樹脂を発泡硬化させるために発泡
剤とともに硬化剤が用いられるが、このような硬化剤と
しては、従来公知の種々の硬化剤が、プレポリマーの種
類に応じて選択され使用される。具体的には、硫酸、塩
酸、リン酸、フェノールスルホン酸、ベンゼンスルホン
酸、トルエンスルホン酸、メタクレゾールスルホン酸、
レゾルシノールスルホン酸、ブチルスルホン酸、プロピ
ルスルホン酸などが用いられる。

このような硬化剤は、通常レゾール型フェノール樹脂１
００重量部に対して、３〜３０重量部の量で用いられる
。また、本発明においては、必要に応じてさらに他の部
分、たとえば整泡剤や充填剤を併用してもかまわない。

上記のようなレゾール型フェノール樹脂、発泡剤および
硬化剤を一挙にもしくは逐次に混合攪拌して得られた、
クリーム状のフェノール樹脂プレポリマー組成物をたと
えば保温された金型内もしくは２重帯状コンベアー上に
供給すると、フェノール樹脂プレポリマー組成物は発泡
硬化される。

得られた樹脂発泡体は、必要に応じて切断してもよい。

このようにして得られたフェノール樹脂発泡体の成形体
は、そのまま直接かもしくは抑制するなどした後、非酸
化性または微酸化性雰囲気下で焼成され炭素化される。

すなわち、減圧下またはＡｒガス、Ｈｅガス、Ｎ２ガス
、ハロゲンガス、アンモニアガス、水素ガス、−酸化炭
素等の中で、好ましくは５００〜１２００℃、特に６０
０〜９００℃の温度で焼成する。このようにして発泡体
は炭素化され、炭素多孔体が得られる。

焼成時の昇温速度は特に制限はないものの、−般に樹脂
の分解が開始される２００〜６００　’Ｃ付近にかけて
は徐々に行なうほうが好ましい。

このようにして得られた炭素多孔体は、さらに酸化性ガ
ス雰囲気下で７００〜１０００℃の温度で加熱される賦
活処理により活性化される。

酸化性ガスとしては、活性炭の賦活処理に使用される従
来公知の各種酸素含有気体が用いられ、酸素または水蒸
気などの酸化性ガスと不活性ガスとの混合気体などが好
ましく用いられる。

不活性ガスと酸化性ガスとの混合比は、処理温度に応じ
て決定されるが、作業性を考慮すると、不活性ガス１モ
ルに対し、酸化性ガスは０．０１〜０．５モル、好まし
くは０．１〜０．３モルの割合で混合される。

上記のような賦活処理時間は、前述した酸化性ガスの濃
度に応じて変化するが、作業性を考慮すると通常１分〜
２４時間の範囲であることが好ましい。

このようにして得られた活性炭素多孔体は、嵩密度が０
．０５〜０．５ｇ／−の範囲にあることが好ましい。

活性炭素多孔体の重密度をこのような範囲とすることに
より、賦活操作を容易とし、極めて優れた脱臭性能を有
する多孔体を得ることができる。

また活性炭素多孔体の嵩密度を０．０５ｇ／ｃｄ以上と
することにより、後述の構造体とするのに十分な自己保
持力および強度を得ることができる。

さらに活性炭素多孔体の嵩密度を上記のような値とする
ことにより、体積固有抵抗率を０．０１〜１Ω・０とす
ることができ、通電時に発生するジュール熱により、活
性炭素多孔体を臭の脱着に必要な１００〜３５０℃の温
度に加熱することができる。

また、活性炭素多孔体の比表面積は、通常５００ｍ／ｇ
以上であり、この範囲の比表面積を有する活性炭素多孔
体は悪臭等を吸着する能力が極めて優れている。

なお、本発明における比表面積は、ＢＥＴ法によるＮ２
の等温吸着曲線より求めた値である。

さらに、活性炭素多孔体の炭素含有率は、好ましくは８
５〜９５％、特に好ましくは８８〜９２％である。活性
炭素多孔体の炭素含有率を上記のような値とすることに
より、脱臭性能が極めて優れた活性炭素多孔体を得るこ
とができる。

本発明で用いられる活性炭素多孔体は、優れた吸着性能
および耐熱性を有するとともに、適度な自己保持力、導
電性および電気抵抗有していなければならない。

それに対して、従来より空気清浄器に多用されているウ
レタンフオーム添着活性炭は、ウレタンに導電性がなく
、また耐熱性も８０℃程度と低いため、本発明のように
通電し、そのジュール加熱により再生可能とすることが
できない。また、粒状活性炭や球状活性炭は一定の形状
を有さないため、通電可能な構造を取り得ない。さらに
、活性炭素繊維も自己保持性に乏しいため、通電可能な
形状にするのはかなり困難なことである。

本発明に係る活性炭構造物では、このような活性炭素多
孔体は悪臭成分を含む空気の流路に配設される。

この際、活性炭素多孔体の形状としては、各種の形状が
考えられ、たとえば板状物、棒状物、あるいは特願平１
−９６１６１号明細書に記載されるような孔を形成した
板状物などを挙げることができる。

本発明に係る活性炭素構造物では、このような活性炭素
多孔体は、特願平１−９６１５７号明細書に記載される
ように、所定の間隔を明けて複数並べて構成されるスリ
ット構造としてもよい。

このようなスリット構造は、圧力損失が小さく、かつ後
述のジュール加熱に好適な形状を取り得るため好ましい
。スリット構造の内では、特に、活性炭素多孔体の棒状
体で構成されたスリット構造が、圧力損失が低いため好
ましい。

スリット構造を構成する活性炭素多孔体は、任意の幅、
厚さおよび長さを取り得るが、電気抵抗、吸着性能の点
から見て、十分な構造強度が得られる範囲内において、
できる限り薄くかつ細い形状が好ましい。

本発明に係る活性炭構造物は、このような活性炭素多孔
体と、外部電源と接続される端子と、前記活性炭素多孔
体および前記端子を電気的に連結する通電路とを備えて
いる。

このような端子は、たとえば金属などの耐熱性および導
電性良好な硬質材料からなり、必要に応じて他の素子、
たとえばプラグ、コンセント、スイッチなどを介し、電
線、金属棒状体などによって外部電源と接続される。

通電路は、活性炭素多孔体と端子との間、複数配設され
た活性炭素多孔体間あるいはその両方に介設されて、活
性炭素多孔体と端子とを電気的に連結し、活性炭素多孔
体が抵抗として組込まれた回路を構成する。この際、活
性炭素多孔体は、回路内に複数個直列に組込まれても、
並列に組込まれてもよい。

このような本発明に係る活性炭構造物では、端子に電圧
を印加すると、通電路を介して活性炭素多孔体に電流が
流れる。この際、活性炭素多孔体が電気抵抗を有するた
め、電気エネルギーが熱エネルギーに変換され、ジュー
ル熱が発生して活性炭素多孔体自体が発熱する。

したがって、本発明に係る活性炭素構想物は、脱臭フィ
ルターとして使用した場合、吸着性能が低下した際に、
活性炭素多孔体を発熱させて吸着物質を脱着し、吸着能
力を回復させることができる。

また、本発明に係る活性炭構造物は、ヒーターを兼させ
ることもでき、たとえばエアコンに組込むことによりエ
アコン用フィルターおよびヒーターとして機能させ、従
来必要であったヒーター部品を省略することができる。

次に本発明に係る活性炭構造物の好ましい一態様を添付
第１図を参照してさらに具体的に説明する。

第１図は本発明に係る活性炭構造物の好ましい−態様を
示す概略図である。

第１図に示されるように、活性炭構造物１は、耐熱性お
よび絶縁性を有するケース３内に配設される棒状活性炭
素多孔体５．５・・・と、棒状活性炭素多孔体５．５・
・・の最外部に位置する２片の端部に配設される金属製
の端子７ａ、７ｂと、棒状活性炭素多孔体５，５・・・
の端部間に介設されて活性炭素多孔体５．５・・・を電
気的に直列に接続する連結具９，９・・・とを有してい
る。そして、ケース３内の棒状活性炭素多孔体５，５・
・・は、間隔を明けて平行に並べられることにより、ス
リット構造を構成している。

このような活性炭構造物１は、空気清浄器などに用いら
れる場合、悪臭成分などが含まれた空気の流路に配設さ
れ、端子７ａ、７ｂには電線１１゜１１によって電源２
０が接続される。またこの際、電線１１には、タイマー
などが介設されていてもよい。

次に、このような空気清浄器に組込まれた活性炭構造物
の作動について説明すると、図示していない空気清浄器
のファンにより空気清浄器内と室内との間を循環させら
れる空気は、清浄器内に形成された空気の流路に配設さ
れた活性炭構造物１のスリット間を流れ、この際、空気
中の悪臭成分は、活性炭素多孔体棒状体５，５・・・に
吸着される。

所定時間経過後、タイマー（図示せず）の働きで端子７
ａ、７ｂに電圧が印加され、吸着がある程麿進んだ活性
炭素多孔体棒状体５．５・・・に電流が流される。その
結果、印加電圧および各活性炭素多孔体５，５・・・の
抵抗に応じ、活性炭素多孔体５．５・・・自体が発熱し
、それと同時に悪臭成分を脱着する。この脱着した成分
は、前期流路とは異なる経路を介して室外に排出される
。

所定時間悪臭成分の脱着を行なった後、タイマーの働に
より、端子７ａ、７ｂへの電圧の印加が停止され、適当
な活性炭素多孔体５，５・・・が放冷期間の後、再びフ
ァンが作動して活性炭構造物１は悪臭成分吸着に供され
る。

本発明の活性炭構造物について、これまで脱臭フィルタ
ーとし使用した場合を説明したが、本発明に係る活性炭
構造物は、活性炭が使用される従来公知の用途、たとえ
ば溶剤回収や水処理などに有効に用いることができる。

すなわち、活性炭を溶剤回収に用いる場合、溶剤は活性
炭による吸脱着を繰り返すことにより回収されるが、活
性炭からの溶剤の脱着操作は、従来では加熱気体を用い
て活性炭を加熱することにより行なわれていた。

本発明に係る活性炭構造物では、加熱基体を用いなくて
も活性炭素多孔体自身を加熱し、溶剤を多孔体から脱着
することができる。したがって、加熱気体を供給するた
めに必要な装置が不要になり、回収装置をコンパクトに
できる。

また、本発明に係る活性炭構造物は、水処理においても
活性炭素多孔体を加熱することにより吸着された有機物
あるいは塩素等の不純物を脱着、あるいは分解し、再度
使用することが可能である。

発明の効果本発明の活性炭構造物は、プラスチック発泡体が炭化、
賦活されてなる活性炭素多孔体と、外部電源と接続され
る端子と、前記活性炭素多孔体および前記端子を電気的
に連結する通電路とを備えているため、活性炭素多孔体
に端子および通電路を介して通電し、ジュール熱を発生
させて、活性炭素多孔体に吸着された物質を脱着あるい
は分解させることができる。したがって、フィルターと
して使用した場合、通電により低下した脱臭性能を回復
することができるため、定期的なフィルター交換が必要
でなく、また活性炭が使用される従来公知の用途、たと
えば溶剤回収や水処理などに有効に用いることができる
。

しかも、本発明で用いる活性炭素多孔体は、吸着性能、
特に煙草の脱臭等の用途において、吸着速度が速く、吸
着量が多い。したがって、本発明に係る活性炭構造物で
は、活性炭素多孔体でスリット構造を構成した場合、ス
リットの間隔を大きくすることができ、吸着工程におけ
る圧力損失をより小さくすることができる。

次に実施例を挙げて、本発明の活性炭構造物につきさら
に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限
り、これらの実施例に何ら制約されるものではない。

実施例ルゾール１００重量部、硬化剤としてのパラトルエンスル
ホン酸１０重量部および発泡剤としてのフロンガス（フ
レオン１１）２重量部を高速ミキサーで充分に攪拌した
後、該混合物を木型内に流し込み、蓋をした後、８０℃
のエアーオーブン内に３０分放置することにより、縦３
０ｃｍ、横３０国、厚さ３ａｎ、嵩密度０．ｌＯｇ／−
の板状フェノール樹脂発泡体を得た。

この成形板をマツフル炉に入れ、窒素雰囲気下で昇温速
度６０℃／時間で温度８ｏｏ℃まで昇温して加熱し、次
いで同温度でＮ２ガスを水蒸気との混合モル比が０．８
：０，２である混合ガスを流し、３０分間賦活処理した
後冷却してこの温度を１時間保持した後冷却して、縦２
５ｃｍ、横２５■、厚さ２．６３、嵩密度０．０９ｇ／
ｃｊ、比表面積が１２００ｒｒｆ／ｇ、炭素含有率９０
％の板状炭素多孔体を得た。

［フィルターの製造］上記板状活性炭素多孔体から厚さ５　ｍｍ、ＩＩ　１０
順、長さ１５０　ｍｍの棒を切り出し、耐熱プラスチッ
クの枠体に感覚を明けて並べてスリット構造とし、これ
ら活性炭素多孔体を通電路により直列に接続して回路を
構成し、この回路に通電用の端子を設けて活性炭構造物
を作成した。なお、スリットは間隔１０ｍｍ、炭素多孔
体の本数は９本とした。

［性能評価］圧力損失チャンバー（内部寸法ｌｍＸ１ｍＸ１．３ｍ）と、この
チャンバーに連結される６７鵬φの導管と、この同感の
途中に配設されるフィルターホルダーと、このホルダー
の上下流側の各々に配設される圧力計と、チャンバー内
の空気を排出する送風機とを有する装置を用いて圧力損
失を測定した。

測定操作は、ホルダーに活性炭構造物を装着した後、送
風機を駆動し、チャンバー内の空気を１．００ａ［ｌ／
＋ｅｃの速度で導管を通って排出する。

この際、フィルターの上流側および下流側の圧力を測定
し、圧力差を圧力損失（＋ｎｍ　Ｈ２０）で示す。

脱臭効果導管をチャンバー内に空気がリサイクルするよう循環式
に設ける。チャンバー内にアセトアルデヒドを濃度が１
００　ｐｐｍになるよう導入した後、送風機の回転を開
始する。その後１０分、２０分、３０分経過後のチャン
バー内のアセトアルデヒドの濃度をガス検知管により求
める。

脱臭率＝（初期濃度−３０分経過後の濃度／初期濃度Ｘ
１００　（％）以上の測定結果を表１に示す。

加熱試験前述第１図に示した電気回路を作成し、電源１０の電圧
負荷量を変えて、活性炭素多孔体の表面温度を測定した
。

結果を第２図に示す。

脱着、再吸着試験アセトアルデヒド吸着試験を行なったフィルターに８０
ｖの電圧を印加し発熱させ、２００℃（８０Ｖ）に加熱
して、脱着操作をした。次にフィルターの冷却を待って
１時間後、再度アセトアルデヒド吸着試験を実施した。

この操作を２回繰り返した後の吸着性能の評価結果を表
１に示す。

実施例２実施例１の活性炭構造物において、スリットの間隔を１
５ｍｍに、使用する活性炭素多孔体の本数を６本とする
以外は、実施例と同様に性能評価を行なった。なお、脱
着操作は印加電圧を７０Ｖとし、温度を２１０℃として
実施した。

結果を表１に示す。

比較例１脱着操作を行なわないでアセトアルデヒド吸着試験を３
度繰り返した時の吸着性能の評価結果を表１に示す。

比較例２脱臭フィルターとして市販されている、粉末活性炭が添
着されたウレタンフオーム（嵩密度０．０５ｇ／′−１
厚さ５ｍｍ）を比較例１と同様にして性能評価を行なっ
た。

結果を表１に示す。

比較例３市販の活性炭素繊維製脱臭フィルター（嵩密度０４０６
ｇ／ｃｌＡ１厚さ２−）を比較例１と同様にして性能評
価を行なった。

結果を表１に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る活性炭構造物の一例を示す概略図
である。第２図は本発明に係る活性炭構造物の１実施例
を用いて行なった加熱試験の結果を示したグラフである
。１・・・活性炭構造物　５・・・活性炭素多孔体３・・
・ケース　　　　７ａ、７ｂ・・・端子９・・・連結具
　　　　８・・・電線０・・・電源

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プラスチック発泡体が炭化、賦活されてなる活性
炭素多孔体と、外部電源と接続される端子と、前記活性
炭素多孔体および前記端子を電気的に連結する通電路と
を備えたことを特徴とする活性炭構造物。
（２）前記端子が金属製端子であることを特徴とする請
求項第１項に記載の活性炭構造物。
（３）前記プラスチック発泡体がフェノール樹脂発泡体
であることを特徴とする請求項第１項に記載の活性炭構
造物。
（４）前記活性炭素多孔体は、嵩密度が０．０５〜０．
５ｇ／ｃｍ＾３であることを特徴とする請求項第１項に
記載の活性炭構造物。
（５）前記活性炭素多孔体は、体積固有抵抗率が１〜０
．０１Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項第１項な
いし第４項に記載の活性炭構造物。
（６）前記活性炭素多孔体は、炭素含有率が８５〜９５
％の範囲にあることを特徴とする請求項第１項に記載の
活性炭構造物。
（７）前記活性炭素多孔体が、間隔を明けて複数並べら
れてなるスリット構造を構成することを特徴とする請求
項第１項に記載の活性炭構造物。
（８）前記活性炭素多孔体が棒状物であることを特徴と
する請求項第７項に記載の活性炭構造物。