JPH03275139A - 球状繊維塊活性炭およびその製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、高い吸着能力および広い表面積を活かして、
公害防止および環境浄化、食品工業、石油工業等に用い
られる高機能性繊維状活性炭とその製造法に関するもの
である。

（従来の技術） 活性炭は無数の微細孔を有し、単位重量当たりの外表面
積が大きいため、気相、液相中の種々の分子を吸着、保
持し、また離脱させることができる。従って、従来から
活性炭はこの機能を活かして種々の分子の分離剤、除去
剤、吸着剤、回収剤、触媒、触媒担体等として使用され
ている。

（発明が解決しようとする課題） 活性炭は、歴史的に古く、最も一般的に工業的に用いら
れており、製造波１ホテは公知で、その形態から、一般
に粒径が１４９μｍ以下の粉状活性炭と、粒径が１　ｍ
ｍ〜５ｒＭｒｌ程度の粒状活性炭と、無定形の繊維状活
性炭とに大別される。これらの活性炭の製造法はガス賦
活法と薬品賦活法に大別される。

粉状活性炭は粒状活性炭に比べて、単位重量当たりの外
表面積が大きく、吸着速度が大という利点はあるが、飛
散しやすいため取扱いが困難で、粉塵爆発の危険性を有
している。また、流体通過抵抗が大きいことから、固定
層で使用されることば稀で、一般には、処理液と適当量
の粉状活性炭を滌合した後に濾過する接触回分法に用い
られるに過ぎない。即ち、粉状活性炭はその利用法に大
きな制約がある。

一方、粒状活性炭は、粉状活性炭に比べ、飛散しにくく
粉塵爆発の危険性もないため、取扱い易く、また充填層
で使用するときは流体通過抵抗が小さいことから、気相
中でも液相中でも利用でき、更に再生使用もできるとい
う利点をもつ。

しかし、その一方で、破砕粒状活性炭、成型粒状活性炭
、球状活性炭内の空隙率は小さいという問題がある。

ここで、空隙率とは、例えば第２図に示す如く、粒状活
性炭粒子１個内において、隣接し合う微粉状活性炭１の
間の空隙３が粒状活性炭１個の容積に占める割合のこと
であり、より実際的には粒状活性炭内部の半径１００Å
以上の細孔の容積が粒状活性炭１個の容積に占める割合
のことである。この半径１００Å以上の細孔は殆ど吸着
機能がなく、専ら吸着質分子が吸着能力の高い半径１０
０Å以下（特に２０Å以下のごクロポアと称される細孔
は吸着能力が高い）の細孔へ移動する際の経路にあたる
。したがって、半径１００Å以上の細孔は吸着質分子の
粒子内拡散速度、即ち吸着速度を支配する。

この空隙率は、水銀圧入法により容易に測定することが
できる。例えば、アクリル水溶液等に試料となる粒状活
性炭を浸漬させた後、これを乾燥して粒状活性炭表面に
アクリルフィルムを形成する。

これを水銀ポロシメータにおいて圧力１５ｐｓｉａ　（
常圧）の条件で水銀を圧入する。この時、アクリルフィ
ルムのために水銀は粒子内部へ侵入しないので、粒子容
積を求めることができる。次に、同し試料を無処理のま
ま水銀ボロシメークで圧力１００００ｐｓ　ｉａの条件
で水銀を圧入する。この時の水銀の圧入容積（半径１０
０Å以上の細孔の全容積に対応）から、空隙率を求める
ことができる。

粒状活性炭はこの空隙率が０．１７〜０．３０と小さい
ため、粒状活性炭内部での吸着脱着物質の拡散が遅く、
実用的な単位重量当たりの吸着量が少なく、また外表面
積が小さいために、粉末活性炭に比しても、吸脱着速度
が小さいという欠点を有するのである。

この対策として、粒状′活性炭の空隙率を高めることが
考えられる。例えば、破砕粒状活性炭の場合、賦活化工
程で、賦活化率を上げ、空隙率を高めることが試みられ
ているが、破砕粒状活性炭の表面部分のみ賦活され、表
面部分の強度が低下し、破砕粉化され易くなり、実用的
でない。

また、成型粒状活性炭、球状活性炭の場合は、その粒子
の構造は第２図に示す如く、微粉状活性炭１が接着剤ま
たは粘結剤のバインダ２で結合した構造になっている。

原料となる微粉砕物の形状係数は０．５３〜１．０であ
り、これをルーズに凝集させることで、空隙率を高める
ことが試みられている。得られる粒状活性炭の粒子（第
３図）は、微粉砕物相互の接着強度が小さく破砕粉化さ
れ易く、実用的でない。強度を大きくするためのバイン
ダの増量は吸着表面を減少させ、得策でない。すなわち
、通常の粒状活性炭、球状活性炭の場合は、空隙率を高
めることは困難である。従って、粒状活性炭は吸着能力
や吸脱着速度を犠牲にして、ハンドリング性等の、実用
上のメリットを優先させている。

これに対し、繊維状活性炭は単位重量当たりの外表面積
が大きく、その表面に半径２０Å以下のミクロボアが存
在するため、吸着速度が極めて大きく、単位重量当りの
吸着量も高いという利点を有する。ただし、その形態は
シート状、フェルト状、チョップ状に限られ（特開昭６
３−５３２９４号、同５１１９８１８号）、これらを高
密度に充填した繊維状活性炭充填層は極端に大きい流体
通過抵抗、つまり圧力損失を示す。従って、繊維状活性
炭は、０．９０〜０．９５と非常に大きい空隙率（充填
密度で０．１０〜０．０５ｇ／ｃｃ）に調整された充填
層で使用せざるを得す、このため形態保持能力が低く、
ハンドリングにあたり粉化されやすいという欠点を有す
る。さらに、空隙率が大きいということは、充填層単位
容積内に占める繊維状活性炭の量が少ないということ、
すなわち充填密度が小さいということであり ０ るから、充填層単位容積当たりの吸着量もそれほど高く
ならず、繊維状活性炭の特性を有効に活用することがで
きない。このことば、吸着能力の高い半径２０Å以下の
ミクロポアのみが繊維表面に存在するために吸脱着速度
が高く、単位重量当りの吸着量が高いという繊維状活性
炭の特性を有効に活用することができないことを意味す
る。

この、形態保持能力が低いがために粉化されやすいとい
う欠点を解消するため、繊維状吸着材を糸まり状に成形
し、使用するという提案が実開昭５４−２８４８６号公
報に開示されている。しかし、糸まり状の繊維状吸着材
の空隙率はフェルトと同等ないしはそれよりも高いため
、耐粉化性やハンドリング性がいくら改善されても、そ
れを充填した時の充填密度は極めて小さい。すなわち、
充填密度を向上させて単位充填容積当たりの吸着量を増
大させる効果は得られない。

一方、特開昭５８−１８０２２８号公報に、０．５ｍｍ
〜５０ｍｍの長さの繊維状活性炭を絡み合わせてなる球
状の吸着材が開示されている。しかし、絡み合いだけで
は球状吸着材の形態保持能力は低く、使用あるいはハン
ドリングにあたっての粉化を避けることはできない。特
に、２ｍｍ以下の繊維状活性炭を用いて得た球状吸着材
は繊維の短さゆえに絡み合いが非常に弱くなり、形態破
壊や粉化が極端に発生しやすく、とても実際の用途に供
することはできない。

本発明の目的は、上述したような従来の活性炭、即ち粉
状活性炭、粒状活性炭および繊維状活性炭あるいは球状
の繊維吸着材の欠点を解消した高機能性繊維状活性炭、
すなわち、単位充填容積当たりの吸着能力が高く、吸脱
着速度が速く、取扱いが容易で形状維持性が良く、粉化
されない繊維状活性炭とその製造方法を提供することに
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、以下に述べる着想に基づいて、上記課題
を全て解決すべく鋭意検討を行った。すなわち、繊維状
活性炭を三次元繊維網状体化し、繊維状活性炭同士を接
着させることで形状維持性、耐粉化性、強度が高められ
、またそれを球状塊とずれば、その充填層の流体通過抵
抗は小さくなるはずである。また、一般に、ランダム充
填層の空隙率は、形状係数と強い相関があることから（
Ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、
　１９６９＋　Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙａｎｄ　５ｏｎｓ
、　Ｉｎｃ、、　Ｐ６６）、球状繊維塊の空隙率は、そ
れを構成する繊維の形状係数で制御でき、この結果最適
空隙率、すなわち最適充填密度及び最適吸着速度を選定
できるのではないかという点に着目したのである。

ここで、形状係数φ３は、下記の（１）式で表わすこと
ができる。

さらに、繊維の側表面積を無視すれば、形状係数φ３ば
、アスペクト比Ｌ／Ｄで（２）式の様に表わずことがで
る。

會 φ、　＝１．３１（Ｌ／Ｄ）　　　　　　　　　　　　
　・・・（２）アスペクト比とは繊維の長さＬと直径り
との比Ｌ／Ｄのことであり、繊維の長さと直径に分布が
あるときには各々の算術平均値の比を平均アスペクト比
とし、最適空隙率の選定に、平均アスペクト比に着目し
た。

そこで、バインダを用いて繊維状炭素質材を球状繊維塊
状物に造粒することを、主に解砕造粒法を用いて試みた
。その結果、三次元繊維網状体化が可能であるとともに
、第１図に示すように、繊維の平均アスペクト比とそれ
から得られる球状繊維塊状物の空隙率に、強い相関があ
ることが判明した。

本発明者らは、上記知見に基づき更に鋭意検討を行った
結果、繊維状炭素質材をバインダを含む媒体で球状繊維
塊状物に造粒し、球状繊維塊状物を構成する繊維状炭素
質材の平均アスペクト比を２〜１００とし、引き続き加
熱処理による乾燥（バインダの硬化処理を含む）して繊
維同士を接着させ、必要ならば不融化し、更に炭化・賦
活化工程を経て、３次元繊維網状体化（第４図）するこ
とで、高機能性の球状繊維塊活性炭が得られることを見
出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、繊維状活性炭４がバイン３ ４ ダ２で接着された三次元繊維網状体構造をなし、空隙率
が０．３５〜０．８５であることを特徴とする球状繊維
塊活性炭およびその製造方法に関するものである。

以下、本発明の球状繊維塊活性炭およびその製造方法を
詳細に説明する。

本発明の球状繊維塊活性炭は、繊維状活性炭がバインダ
で接着された３次元繊維網状体からなり、空隙率が０．
３５〜０．８５の範囲内にあることを要する。

空隙率が０．３５未満の球状繊維塊活性炭は、繊維同士
の接触点が過多となり、バインダによる三次元繊維網状
体の維持が困難となり、繊維１本の外表面積が大きいと
いう繊維状活性炭の特性を損なうことになる。一方、空
隙率が０．８５を超えると球状繊維塊活性炭は、強度が
低いため粉砕され易くなり、形態維持性も低下するとと
もに、単位充填容積当たりの重量が高くならず、従って
単位充填容積当たりの吸着量も改善されない。

また、外周部を構成する繊維状活性炭が円周方向に沿っ
て実質的に平行に配向し、内部を構成する繊維状活性炭
が三次元ランダムに配向した上記球状繊維塊活性炭は、
摩耗に対する耐力が大きく改善され、耐粉化性に優れる
ため、好ましい。

更に、本発明の球状繊維塊活性炭を構成する繊維状活性
炭の直径は３〜５０μｍが好ましい。この直径が５０μ
ｍを越える繊維状活性炭は単位重量当りの外表面積が小
さくなり、繊維状活性炭としての特徴を失なう。一方、
３μｍ未満の繊維状活性炭はその製造が困難であり、製
造できたとしてもそのコストが大幅に上昇するため工業
化には適さない。

次に、本発明の球状繊維塊活性炭の製造法について述べ
る。

原料である繊維状炭素質材としては、ピッチ繊維、ピッ
チ不融化繊維、耐炎化フェノール繊維、耐炎化ポリアク
リルニトリル繊維、レーヨン繊維およびこれらを炭化処
理して得られる炭素繊維等を用いることができるし、既
に賦活化処理を終えた繊維状活性炭でも良い。原料繊維
として繊維状活性炭を用いる場合、バインダとしてカル
ボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）　、Ｒ粉、ポリビ
ニルアルコール（ＰＶＡ）　、フェノール樹脂系接着剤
等を使用できるが、これらの選定は球状繊維塊活性炭の
使用環境や再生条件を考慮して決定すべきである。

原料繊維として賦活化処理を施していない繊維状炭素質
料を用いる場合、使用するバインダは、賦活化処理後も
バインダとしての機能を残しているものでなければなら
ない。このためには、不活性雰囲気中７００°Ｃでの残
炭率が２０％以上のものが良い。残炭率が２０％未満の
バインダは賦活過程でバインダ自体がかなり消失してし
まい、得られた球状繊維塊活性炭の形状維持性が低くな
るためである。このようなバインダとしては、フェノー
ル樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコ
ール、タールピッチ等が挙げられる。これらの溶媒とし
てはメタノール、アセトン等の有機溶媒と水溶媒（ただ
し、水の場合は乳化状でも良い）を用いることができ、
経済性や取扱い性の点で水溶媒系で使用できるバインダ
を選定するのが好ましい。しかし、この場合でも、バイ
ンダの選定は、球状繊維塊活性炭の使用環境や再生条件
を考慮して決めるべきである。

なお、本発明での残炭率とは、樹脂を不活性雰囲気下７
００°Ｃまで加熱した際に残る炭素重量の加熱前の樹脂
の重量に対する割合（重量％）を示す。

バインダを用いて繊維状炭素質料を球状繊維塊状物に造
粒する工程は、押出造粒、解砕造粒で遠戚できる。すな
わち、繊維状炭素質材をバインダ、必要ならば補強材を
含む媒体で混和し、解砕造粒あるいは押出造粒し、引き
続き転動処理することで球状繊維塊状物にすることがで
きる。

球状繊維塊活性炭を構成する原料繊維としての繊維状炭
素質材または繊維状活性炭の平均アスペクト比を２〜１
００の範囲内の任意値に調整することは、造粒操作中に
原料繊維をバインダを含む媒体と混和する工程で遠戚す
ることができる。すなわち、原料繊維の強度が大きく、
混和工程で粉砕できない場合は、予め原料繊維の平均ア
スペクト比を粉砕、切断等で２〜１００の範囲内とし、
一方、原料繊維の強度が小さく、混和することで粉砕さ
７ ８ れ易い場合は、混和強度（混和トルク、混和時間等）を
原ネ１繊維の強度に合わせて制御することで、達成する
ことができる。また、原料繊維としての繊維状炭素質材
を、ピッチ繊維、ピッチ不融化繊維、耐炎化フェノール
繊維、耐炎化ポリアクリルニトリル繊維、レーヨン繊維
および炭素繊維のうちのいずれか２種以上の混合物とす
ることで、粉砕され難さの差を利用して、アスペクト比
を調整することができる。混和装置としては、ニーダ等
混合装置を利用することがきる。

混和工程を終えた原料繊維は、媒体のイ」着力や凝集力
の作用により、一体の塊状物となる。これを造粒するた
めには、まず目的とする粒度に近い状態に原料繊維塊状
物を細分化する必要がある。

この方法としては解砕造粒（破砕造粒ともいう）、ペレ
タイザーによる押出造粒が適している。この方法を採用
して得られる繊維塊は、後工程の転動処理に耐えうる強
度を維持し、かつ、それを構成する繊維は完全に３次元
ランダムに配向している。

解砕造粒装置としては、ナイフカッタで原料繊維塊を細
分し、それをスクリーンから押し出す構造のコごニュー
タ、フィッツミル、フラッシュミル等を使用することが
できる。

こ・うして得られた造粒物は、真球度が低くい塊状ある
いは円筒状であるため、転動処理を施して、球状化する
必要がある。この転動処理装置としては、ドラム型造粒
機や皿型造粒機を用いることができる。

この転動処理の際、転動処理条件により、球状化だけで
なく、第５図に示す如く、この球状繊維塊の内部は三次
元ランダム配向のままに、外周部を構成する繊維を円周
方向に沿って実質的に平行に配向させることができる。

すなわち、トラム型造粒機や皿型造粒機の回転周速を５
　ｍ／ｓ以上にすることでこれを達成することができる
。これ未満の回転周速による転動処理では、繊維塊状体
を球状化する効果はあるものの、外周部を構成する繊維
を円周方向に平行に配向させる効果はあまり太き（ない
。

転動処理を終えた球状繊維塊状物には、引き続きバイン
ダの硬化処理を含む乾燥処理を施し、必要ならば不融化
し、更に炭化・賦活化工程を経て、三次元繊維網状体化
して、球状繊維塊活性炭を製造することができる。

尚、繊維状炭素質材としてピッチ繊維を用いる場合は不
融化工程を必要とする。

ここでいう不融化とは、熱溶融性のピッチ繊維を、後の
高温熱処理工程（炭化・賦活化工程）での溶融による繊
維形態消失を防止するために行う処理であり、例えば空
気等の酸化性ガス雰囲気下、１５０〜３５０°Ｃの温度
で行うことができる。さらに、不活性雰囲気下７００°
Ｃまでの温度で炭化処理し、続いて水蒸気や二酸化炭素
等の賦活用ガスを含む雰囲気下で７００〜１０００°Ｃ
の温度で１０〜６００分賦活処理すれば、球状繊維塊活
性炭を得ることができる。

乾燥、不融化、炭化・賦活化工程では、ロータリーキル
ン、流動層等をもちいることができる。

前記球状繊維塊状物は、それ自体球状であり、またバイ
ンダで三次元繊維網状体化されているため、流動化粒子
として最適であり、流動層に好適に用いることができる
。また、衝撃や摩耗に対して強いため、設備で連続的に
乾燥、不融化、炭化・賦活化を実施することができ、か
つ工程ロスの発生も殆どない。従って、生産効率の非常
に高いプロセスを組むことが可能になる。

以上のようにして得た球状繊維塊活性炭は、単位重量当
たりの外表面積あるいは単位容積上たりの外表面積が大
きく、吸脱着速度が速く、しかも球状であることから取
り扱い性に優れ、あらゆる形状に高密度に充填可能であ
る。また、形態維持性が非常に良いため、固定層のみな
らず、流動層における使用時や再生時のロスが少なく、
さらに、液相、気相を問わずに公害防止、環境浄化等の
用途に用いることができる。

（実施例） 以下、実施例により本発明を説明する。

尚、以下の実施例、比較例の空隙率の測定は、前述のア
クリルフィルムを形成する方法で、同様の測定条件下に
て行なった。

１ ２ 尖拉赳引七 ヘンゼン不溶分５９％、キノリンネ溶分痕跡量の光学的
等方性ピッチを押出し紡糸し、繊維径１９μｍのピッチ
繊維を１２００　ｇ製造した。このうち、９００ｇを繊
紳長３ｍｍのチョップ状に切断した後、３分割し、これ
と、各々フェノール樹脂溶液（水溶媒系、含有フェノー
ル樹脂の７００　℃の残炭率５５％）を原液としてフェ
ノール樹脂含有率１１％に調整した媒体１２０ｇとをニ
ーダで混和した。混和時間は各々１分、２分、４分とし
、サンプルＡ、ＢおよびＣを得た。各サンプルＡ、Ｂ、
Ｃの平均アスペクト比（Ｊ、各々５０．１８．５であっ
た。

次に繊維径１９μｍ、引張り強度７２ｋｇｆ／ｍｍ”の
石炭系炭素繊維を繊維長１．５ｍｍに切断した炭素繊維
１５ｔ）ｇと、先に製造したピッチ繊維１５０ｇを繊維
長３　ｍｍのチョップ状に切断したものと、先に調整し
たのと同様の媒体１２０ｇとを、先と同しニーダで混和
した。混和時間は２分とし、サンプルＤを得た。

す′ンプルＤの平均アスペクト比は３２であった。

次に、これらを原料に、スクリーン径３ｍｍφのフラッ
シュミルで解砕造粒し、次いで、底面転動型造粒機マル
メライザで周速２　ｍ／ｓで３分間転動処理し、各種球
状繊維塊状物を得た。

次に、これら球状繊維塊状物を内径１００ｍｍのガス流
動化装置に投入し、分散板によりガスを送風し、最小流
動化速度の１．５倍の流動化状態で乾燥、不融化、炭化
、賦活化を連続して実施した。各々の、昇温条件ならび
にガス組成を下記の第１表に示す。

第□」−一表 得られた球状繊維塊活性炭を構成する繊維状活性炭の平
均アスペクト比は、サンプルＡが５２、サンプルＢが１
９、サンプルＣが５、サンプルＤが３６であった。また
、そのＢＥＴ比表面積（マイクロメリティクス社製アサ
ツブ２０００による測定）、空隙率、平均粒径、吸着特
性、充填特性および流動層粉化特性を下記の第２表に示
す。

第２表により、球状繊維塊活性炭は、粒状活性炭とほぼ
同じ充填密度であれば、その単位充填容積当たりのトル
エン吸着量は粒状活性炭のそれよりかなり大きいことが
わかる。また、充填密度がフェルト形態のそれよりもか
なり大きいにもかかわらず、圧力損失は極めて小さいこ
とがわかる。

また、粒状活性炭に比して吸着速度が１０倍程度大きい
ことがわかる。

更に、繊維状炭素質材の強度が小さい場合は、繊維状炭
素質材の強度に合わせて、混合時間を設定することで、
球状繊維塊状物を構成する繊維状炭素質材の平均アスペ
クト比を任意値に調整することができることがわかる。

更にまた、粉砕され難さの差を利用して、平均アスペク
ト比を調整することができることがわかる。

以上の結果、球状繊維塊活性炭の空隙率を任意値に制御
することができることがわかる。

比較思上 実施例１と同様に、ベンゼン不溶分５９％、キノリンネ
溶分痕跡量の光学的等方性ピッチを押出し紡糸し、繊維
径１２μｍのピッチ繊維を製造した。

このうち、６００ｇを繊維長６ｍｍのチョップ状に切断
した後、２分割し、これと、各々フェノール樹脂溶液（
水溶媒系、含有フェノール樹脂の７００°Ｃの５ ６ 残炭率５５％）を原液としてフェノール樹脂含有率１１
％に調整した媒体１２０ｇとをニーダで混和した。

混和時間は各々３０秒、１０分であった。

次に、これら原料をフラッシュミルで解砕造粒し、続い
て、マルメライザで周速２　ｍ／ｓで３分間転動造粒し
、球状繊維塊状物のサンプルＥ、Ｆを得た。各サンプル
Ｅ、Ｆの平均アスペクト比は、各々４５０．１．５であ
った。

次いで、これら球状繊維塊状物を内径１００　ｍｍのガ
ス流動化装置に投入し、分散板よりガスを送風し、流動
化状態で乾燥、不融化、炭化、賦活化を連続して実施し
た。各々の昇温条件ならびにガス組成は実施例と同様に
第１表に示す通りである。

得られた球状繊維塊活性炭の比表面積、空隙率、平均粒
径、吸着特性、充填特性および流動層粉化特性を第２表
に示す。

尚サンプルＥから得られた球状繊維塊活性炭の収率は粉
化飛散のため８ｗｔ％と低い値であった。

第２表から、空隙率が０．３５未満では、繊維状活性炭
の特性が損なわれることがわかる。

また、空隙率が０．８５を超えると、球状繊維塊活性炭
は粉砕され易くなり、形態繊維特性が低下することがわ
かる。

実男Ｕ組え 繊維径１９μｍ、繊維長１．５ｍｍのチョップ状ピッチ
不融化繊維１０００ｇと、フェノール樹脂溶液（水溶媒
系、含有フェノール樹脂の７００°Ｃの残炭率５５％）
を原液としてフェノール樹脂含有率１１％に調整した媒
体４００ｇとをニーダ−で２分間混和した。

次に、このサンプルを２分割し、一方をスクリーン径３
ｍｍφのフラッシュごルで解砕造粒し、他方をスクリー
ン径３ｍｍφの横押出ベレッタで押出造粒した。引き続
き、マルメライザで周速２　ｍ／ｓで３分間転動処理し
、球状繊維塊状物を得た。

フラッシュミル造粒品をサンプルＧ、横押出ペレッタ造
粒品をサンプルＨとすると、各々の平均アスペクト比は
２６．１１であった。

次に、これらの球状繊維塊状物を実施例１と同し条件で
乾燥、炭化、賦活化処理した（不融化処理は省略した）
。得られた球状繊維塊活性炭を構成する繊維状活性炭の
平均アスペクト比は、サンプルＧが２７、サンプルＨが
１２であった。その比表面積、空隙率、平均粒径、吸着
特性、充填特性および流動層粉化特性を下記の第３表に
示す。

尖旌斑主 繊維径１２μｍ、比表面積１５００ｍ２／ｇの繊維状活
性炭を切断して、２００ｇの繊維を得た。これに、ポリ
ビニルアルコールを４ｗｔ％含むバインダｉ　液ヲ１０
０ｇ添加し、ニーダ−で混練、混和した。次に、この原
料をフラッシュ旦ル（スクリーン孔径６　ｍｍφ）で解
砕造粒し、続いてマルメライザで周速５　ｍ／Ｓで５分
間、転動処理し、平均アスペクト比１００の球状繊維塊
を得た。これを、１００℃の熱風下で１０分間乾燥処理
し、球状繊維塊活性炭を得た。このサンプルをＩとする
。

このンプルＩの比表面積、空隙率、平均粒度、吸着特性
、充填特性および流動層粉化特性を下記の第３表に示す
。

失豊拠土 ベンゼン不溶分５７％、キノリンネ溶分痕跡量の光学的
等方性ピッチを押出紡糸して、繊維径１９μｍのピッチ
繊維を製造した。このうち、３００ｇをチョンプ状とし
た後、これと、フェノール樹脂溶液（水溶媒系、含有フ
ェノールレジンの７００　℃の残炭率５５％）を原液と
してフェノールレジン含有率１１％に調整した媒体１２
０ｇとをニーダ−で混和した。

次に、これを原料として、実施例１と同じ条件で造粒し
、ピッチ繊維からなる球状塊を製造した。

ただし、フラッシュくルには３ｍｍφのスクリーンを使
用した。また、マルメライザの周速は５ｍ／ｓとした。

続いて、実施例１と同し条件で乾燥、不融化、炭化、賦
活化処理を施し、球状繊維塊活性炭として、このサンプ
ルをＪとした。

サンプルＪを構成する繊維状活性炭の平均アスペクト比
は１８であった。このサンプルＪの、比表面積、空隙率
、平均粒径、吸着特性、充填特性および流動層粉化特性
を第３表に示す。

この実施例で製造された球状繊維塊活性炭の断面を顕微
鏡で観察したところ、第５図に示すように外周部の繊維
状活性炭は円周方向に沿って実質的に平行に配向してお
り、内部のそれは３次元ランダムに配向していることが
分った。すなわち、転動処理時の周速を５ｍ／ｓとした
ことで、外周部の繊維状活性炭を円周方向に沿って平行
に配向させることができた。また、この処理により耐粉
化性が向上することが第３表かられかる。

実施班ｉ 繊維径１７μｍのピッチ系炭素繊維を切断し、１ｍｍ長
の炭素繊維を１０００ｇ得た。このうち５００ｇと、フ
ェノール樹脂溶液（水溶媒系、含有フェノール樹脂の７
００°Ｃの残炭率２５％）を原液としてフェノール樹脂
含有率１５％に調整した媒体２００ｇとをニダーで４分
間混和した。次に、これをスクリーン径３ＩＩＩＩＩｌ
φの横押出ペレッタで押出造粒し、引き続き、マルメラ
イザで周速２ｍ／ｓで３分間転動処理し、球状繊維塊状
物を得た。これを、実施例２と同じ条件で乾燥、賦活処
理し、球状繊維塊活性炭を得た。これをサンプルにとす
る。

一方、残りの炭素繊維５００ｇと、１５％ポリビニル７
　／Ｉ／　：２−　／Ｌ／　（ＰＶＡ）水溶液（ＰＶＡ
（７）７００　”Ｃ（７）残炭率１６％）２００ｇとを
同しくニーダ−で４分間混和した。

次に、これをスクリーン径３ｍｍφの横押出ペレッ２ ３ 夕で押出造粒し、引き続き、マルメライザで周速２　ｍ
／ｓで３分間転動処理し、球状繊維塊状物を得た。これ
を、実施例２と同じ条件で乾燥、賦活処理し、球状繊維
塊活性炭を得た。これをサンプルＬとする。

サンプルＫを構成する繊維状活性炭の平均アスペクト比
は２５であった。また、サンプルＬを構成する繊維状活
性炭の平均アスペクト比はサンプルにと同しであった。

サンプルにおよびセンプルＪの比表面積、空隙率、平均
粒径、吸着特性、充填特性および流動層粉化特性を第３
表に示す。

第３表より、サンプルＬはサンプルにと平均アスペクト
比および空隙率は同じであるが、その強度は弱くて粉化
し易く、流動層残存率は８２％であった。すなわち、７
００″Ｃにおける残炭率が２０％以上のバインダを用い
ると、バインダとしての能力が賦活後にも十分に維持さ
れることが分かる。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明による球状繊維塊活性
炭は、粒状活性炭と繊維状活性炭両者の長所を併せもち
、吸着能力が高く、吸脱着速度が速く、取り扱い性およ
び形状維持性に優れ、しかも流体通過抵抗が極めて低い
という効果を有する。

また、本発明による製造方法を用いれば、容易に、かつ
効率良く本発明の球状繊維塊活性炭を製造することがで
きる。

従って、かかる球状繊維塊活性炭は幅広い産業分野で利
用できる活性炭としての条件を満たしており、公害防止
および環境浄化の他に、食品工業、石油工業等の分野で
も使用することができ、高度処理技術に不可欠なものと
して、産業上極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、平均アスペクト比と空隙率との関係を示すグ
ラフ、 第２図は、粒状活性炭の粒子を構成する微粉状活性炭の
状態を示す断面図であり、 ６ 第３図は、空隙率を大とした粒状活性炭の粒子を構成す
る微粉状活性炭の状態を示す断面図、第４図は三次元繊
維網状体を構成する繊維状活性炭の状態を模型的に示す
拡大図である。 第５図は、外周部の繊維状活性炭が円周方向に実質的に
平行に配向した球状繊維塊活性炭の概要を示す断面図で
ある。 ■・・・微粉状活性炭 ２・・・バインダ（接着剤または粘結剤）３・・・空隙
　　　　　　　４・・・繊維状活性炭７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数本の繊維状活性炭とバインダとで構成された三
   次元繊維網状体からなり、空隙率が０．３５〜０．８５
   であることを特徴とする球状繊維塊活性炭。 ２、平均アスペクト比が２〜１００の範囲内にある繊維
   状活性炭で構成された請求項１記載の球状繊維塊活性炭
   。 ３、繊維状活性炭の直径が３〜５０μｍの範囲内である
   請求項１記載の球状繊維塊活性炭。 ４、外周部を構成する繊維状活性炭が円周方向に沿って
   実質的に平行に配向し、内部を構成する繊維状活性炭が
   三次元ランダムに配向した構造を有する請求項１記載の
   球状繊維塊活性炭。 ５、原料繊維としてのピッチ繊維をバインダを含む媒体
   で解砕造粒あるいは押出造粒して得られた造粒物に転動
   処理を施し、引き続いて乾燥、不融化、炭化・賦活化処
   理を施すことを特徴とする請求項１記載の球状繊維塊活
   性炭の製造方法。 ６、原料繊維としてのピッチ繊維をバインダを含む媒体
   で解砕造粒あるいは押出造粒して得られた造粒物に、５
   ｍ／ｓ以上の転動周速を与えることで球状繊維塊状物の
   外周部を構成するピッチ繊維を円周方向に沿って実質的
   に平行に配向させる転動処理を施し、引き続いて乾燥、
   不融化、炭化・賦活化処理を施すことを特徴とする請求
   項４記載の球状繊維塊活性炭の製造方法。 ７、ピッチ不融化繊維、耐炎化フェノール繊維、耐炎化
   ポリアクリロニトリル繊維およびレーヨン繊維から成る
   群から選ばれた少なくとも１種、もしくはこれに炭素繊
   維を加えた少なくとも２種以上の混合物を原料繊維とし
   、この原料繊維をバインダを含む媒体で解砕造粒あるい
   は押出造粒して得られた造粒物に転動処理を施し、引き
   続いて乾燥、炭化・賦活化処理を施すことを特徴とする
   請求項１記載の球状繊維塊活性炭の製造方法。 ８、ピッチ不融化繊維、耐炎化フェノール繊維、耐炎化
   ポリアクリロニトリル繊維およびレーヨン繊維から成る
   群から選ばれた少なくとも１種、もしくはこれに炭素繊
   維を加えた少なくとも２種以上の混合物を原料繊維とし
   、この原料繊維をバインダを含む媒体で解砕造粒あるい
   は押出造粒して得られた造粒物に、５ｍ／ｓ以上の転動
   周速を与えることで球状繊維塊状物の外周部を構成する
   原料繊維を円周方向に沿って実質的に平行に配向させる
   転動処理を施し、引き続いて乾燥、炭化・賦活化処理を
   施すことを特徴とする請求項４記載の球状繊維塊活性炭
   の製造方法。 ９、原料繊維としての炭素繊維をバインダを含む媒体で
   解砕造粒あるいは押出造粒して得られた造粒物に転動処
   理を施し、引き続いて乾燥、賦活化処理を施すことを特
   徴とする請求項１記載の球状繊維塊活性炭の製造方法。 １０、原料繊維としての炭素繊維をバインダを含む媒体
   で解砕造粒あるいは押出造粒して得られた造粒物に、５
   ｍ／ｓ以上の転動周速を与えることで球状繊維塊状物の
   外周部を構成する炭素繊維を円周方向に沿って実質的に
   平行に配向させる転動処理を施し、引き続いて乾燥、賦
   活化処理を施すことを特徴とする請求項４記載の球状繊
   維塊活性炭の製造方法。 １１、不活性雰囲気中７００℃での残炭率が２０重量％
   以上のバインダを用いる請求項５〜１０のうちいずれか
   一項記載の球状繊維塊活性炭の製造方法。 １２、原料繊維としての繊維状活性炭をバインダを含む
   媒体で解砕造粒あるいは押出造粒して得られた造粒物に
   転動処理を施し、引き続いて乾燥処理を施すことを特徴
   とする請求項１記載の球状繊維塊活性炭の製造方法。 １３、原料繊維としての繊維状活性炭をバインダを含む
   媒体で解砕造粒あるいは押出造粒して得られた造粒物に
   、５ｍ／ｓ以上の転動周速を与えることで球状繊維塊活
   性炭の外周部を構成する繊維状活性炭を円周方向に沿っ
   て実質的に平行に配向させる転動処理を施し、引き続い
   て乾燥処理を施すことを特徴とする請求項４記載の球状
   繊維塊活性炭の製造方法。 １４、造粒工程において、原料繊維の平均アスペクト比
   を調整することで球状繊維塊活性炭の空隙率を制御する
   請求項５〜１３のうちいづれか一項記載の製造方法。 １５、造粒工程において、原料繊維の平均アスペクト比
   を２〜１００の範囲内に制御する請求項５〜１３のうち
   いづれか一項記載の製造方法。 １６、原料繊維として、平均アスペクト比が２〜１００
   のものを用いる請求項５〜１３のうちいづれか一項記載
   の製造方法。