JPH05105414A - 高強度成形活性炭の製造方法 - Google Patents

高強度成形活性炭の製造方法

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JPH05105414A
JPH05105414A JP3297893A JP29789391A JPH05105414A JP H05105414 A JPH05105414 A JP H05105414A JP 3297893 A JP3297893 A JP 3297893A JP 29789391 A JP29789391 A JP 29789391A JP H05105414 A JPH05105414 A JP H05105414A
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JP
Japan
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activated carbon
carbon
strength
treatment
resin
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JP3297893A
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English (en)
Inventor
Hiroaki Arai
啓哲 新井
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Tokai Carbon Co Ltd
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Tokai Carbon Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 優れた吸着性能を保持しながら高水準の組織
強度を具備する高強度成形活性炭の製造方法を提供す
る。 【構成】 平均気孔径 200μm 〜2mm、気孔率50%以上
の性状を有するセルロース繊維系不織布を所定の厚さに
積層し、これを残炭率50%以上のフェノール樹脂液に浸
漬して含浸処理する。含浸樹脂を加熱硬化したのち、炭
酸ガスの連続通気雰囲気に保持された焼成炉に移し 900
〜1000℃の温度域で焼成炭化処理と賦活処理を同時に施
す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、吸着性に優れる気孔構
造と高水準の組織強度を備える高強度成形活性炭の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、吸着材として各種用途に汎用され
ている活性炭には、粉末、粒状、繊維状、成形状のもの
が知られている。これらのうち、粉末、粒状の活性炭は
本質的に比較的脆弱な炭素の集合体であるため、ハンド
リング過程で粉体が飛散したり器材を汚染するといった
取扱上の難点がある。この点、炭素繊維を活性化して製
造される繊維状活性炭は汚染性が少ないうえに可撓性が
あるためハンドリングに至便であるが、吸着容量が小さ
く、破過時間が短いという性能上の問題がある。そのう
え繊維状活性炭は、低沸点分子を有する水溶液には極め
て優れた吸着性能を発揮するが、有機溶剤等を含有する
気体に対しては、チャンネリング現象を起こすことが多
い。したがって、賦形された一定の組織構造を備え、優
れた吸着性能ならびに機械的強度を有する成形状の活性
炭が開発されれば、上記問題の多くは解決される。
【0003】しかしながら、従来提案されている成形活
性炭およびその製造技術には、要求される吸着性能、組
織強度および経済性を同時に満足するものは開発されて
いない。すなわち、特開昭62-72509号公報には、レーヨ
ン、パルプ、椰子殻炭等を何層かに抄き合わせた成形活
性炭が開示されているが、成形体中に占める活性炭量が
制限されるため充分な吸着性能の確保が困難であり、ま
た主原料がレーヨン、パルプであるため高温度域での制
約がある。活性炭粉末を例えばフェノール樹脂、フラン
樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコン樹脂、メチ
ルセルロース、リグニン主原料樹脂、PVA、木節粘
土、活性白土、石油系ピッチ等のバインダーを用いて成
形する方法に関しては多くの提案がなされている(特開
昭50-14595号公報、同51-39594号公報、同53-125292 号
公報、同55-167118 号公報、同59-213610 号公報等)。
しかし、これらバインダーの使用は概して気孔を閉塞す
る因となり易く、またバインダー自体の中には高価なも
のもあり経済性の見地から用途が限定される問題点があ
る。
【0004】この他、フェノール樹脂等に活性炭と発泡
剤を混入して作製する多孔質成形体(特願昭53-125292
号公報)もあるが、この場合にも相対的に活性炭量が少
なくなるため吸着性能が減退する難点がある。また、合
成樹脂系の成形活性炭として、ポリビニルホルマール、
ポリウレタンフォーム等の発泡成形体にフェノールある
いはメラミン樹脂等を含浸して炭化したのち、水蒸気あ
るいは炭酸ガス等で賦活化する技術報告もあるが、ポリ
ビニルホルマール、ポリウレタンホォーム等は熱可塑性
樹脂であるため炭化後にその部分が空洞になり、成形体
の組織がかなり脆弱なものになるという強度面の難点が
ある。
【0005】本発明者は、このような従来技術の問題点
を解消するため、平均気孔径 200μm 〜2mm、気孔率50
%以上の性状を有する有機質不織布を処理の厚さに積層
し、これに残炭率50%以上の熱硬化性樹脂液を含浸して
加熱硬化したのち、非酸化雰囲気下 800℃以上の温度域
で焼成炭化し、得られた炭素成形体を水蒸気もしくは炭
酸ガスにより賦活処理することを特徴とする成形活性炭
の製造方法を既に提案した(特願平3−205545号) 。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記の先願発明によれ
ば、比較的簡易な製造プロセスによりミクロからマクロ
までの気孔が混在する広範囲の吸着能を発揮し、組織強
度にも優れる成形活性炭を得ることができる。しかしな
がら、該先願発明を含む従来技術で採用されている炭化
処理後に賦活処理を施すプロセスによる場合には、組織
強度と吸着に必要な比表面積とが反比例する傾向があ
る。このため、組織強度を高めようとすると必然的に比
表面積が減少する結果を与えることから、強度の向上に
は自ずから限度があった。
【0007】本発明は、上記の先願発明プロセスのうち
炭化工程と賦活工程を同時に施すと比表面積を減少させ
ることなしに組織強度を大幅に増大させることができる
ことを確認して開発に至ったもので、その目的は優れた
吸着性能を保持しながら高水準の組織強度を具備する均
質多孔構造の高強度成形活性炭を効率よく製造するため
の方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による高強度成形活性炭の製造方法は、平均
気孔径 200μm 〜2mm、気孔率50%以上の性状を有する
有機質不織布を所定の厚さに積層し、これに残炭率50%
以上の熱硬化性樹脂液を含浸して加熱硬化したのち、炭
酸ガスの連続通雰囲気下に 900〜1000℃の温度域で加熱
して焼成炭化処理と賦活処理を同時に施すことを構成上
の特徴とする。
【0009】本発明では原料基材として、平均気孔径 2
00μm 〜2mm、気孔率50%以上の性状を有する有機質の
不織布を選択使用する。平均気孔径および気孔率がそれ
ぞれ200μm 、50%を下廻る場合には、熱硬化性樹脂液
の含浸から熱処理に至る後工程において気孔の閉塞化を
誘発し、他方、平均気孔径が2mmを越えると強度特性の
低下が著しくなる。不織布を構成する繊維は特に限定さ
れないが、熱処理時に溶融しないで炭化する熱不融性の
ものが好ましく用いられる。熱不融性の繊維としては、
例えばセルロース繊維、ポリビニルアルコール繊維、フ
ェノール繊維などを挙げることができる。これらの不織
布は所定の厚さに積層し、必要により圧縮処理して使用
に供される。この際、積層前に予め50〜 110℃程度の温
度域で加熱処理を施して不織布に含まれる水分の除去と
表面の改質をおこなっておくと、含浸時、樹脂液との濡
れ性が効果的に改善される。
【0010】積層された不織布には、熱硬化性樹脂液が
含浸される。使用する熱硬化性樹脂としては、残炭率が
50%以上のものを選択する必要がある。残炭率とは、樹
脂を非酸化性雰囲気中1000℃の温度で焼成したときに残
留する炭素分の重量を指し、これが50%未満の場合には
得られる成形体の組織強度を実用水準まで引き上げるこ
とが極めて困難となる。また、炭素残留量が多い程、後
工程の賦活処理後の強度および比表面積の向上が顕著と
なる。この種の残炭率50%以上の熱硬化性樹脂の例とし
ては、フェノールホルムアルデヒト、フルフリルアルコ
ール、ジビニルベンゼン等が挙げられ、いずれも本目的
に有効使用される。
【0011】熱硬化性樹脂の溶液化は、樹脂をアルコー
ル、アセトンのような常用の有機溶媒に溶解することに
よっておこなわれるが、溶液の濃度は、30〜90wt%に設
定することが望ましい。この理由は、溶液濃度が30wt%
以下になると強度特性の減退を招き、また90wt%を越え
ると円滑な含浸が阻害されるうえに気孔の閉塞を伴うか
らである。不織布に対する熱硬化性樹脂液の含浸処理
は、浸漬、塗布、スプレー等の手段を用いておこなうこ
とができる。
【0012】ついで、含浸物を加熱して樹脂を硬化させ
る。加熱硬化処理の好ましい条件は、60℃〜 140℃まで
6時間で昇温することで、この処理により含浸樹脂成分
は完全に硬化する。加熱硬化後の材料は、炭酸ガスを連
続的に通気する雰囲気に保持された焼成炉に移し、 900
〜1000℃の温度域で加熱する。処理温度が900 ℃未満で
あると非表面積が増大せず約1000m2/g程度に留まってし
まい、また1000℃を越えると材料事態が脆弱化する。こ
の処理により樹脂成分の焼成炭化処理と賦活活性化処理
とを同時に進行させて本発明の高強度成形活性炭を得
る。
【0013】
【作用】本発明において原料基材として用いる平均気孔
径 200μm 〜2mm、気孔率50%以上の不織布は、熱硬化
性樹脂液の含浸から硬化するまでの骨格として機能し、
焼成炭化時には繊維状炭化物として残留する。一方、不
織布基材に含浸された残炭率50%以上の熱硬化性樹脂は
焼成炭化処理により炭化残留して強度の高いガラス状炭
素に転化する。引続く炭酸ガス雰囲気下の熱処理による
炭化と賦活の同時進行を介して組織強度を弱化させずに
炭素成形体中の不織布から転化した繊維状炭化物の部分
が活性化され、 200μm 〜2mm程度のマクロポアと0.5
nm〜3nm程度のミクロポアが混在する広い吸着能を備え
る高強度の多孔質組織を形成する。
【0014】上記の作用が複合して、高水準の組織強度
を保有し、且つ優れた吸着性能を備える成形活性炭を安
定して製造することが可能となる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。
【0016】実施例1〜3 平均気孔径および気孔率の異なるセルロース繊維からな
る厚さ0.25mmの不織布(クラレ社製“KURAFLEX”) を 1
10℃の乾燥器中で2時間加熱乾燥し、これを10枚密着状
に積層した。積層した不織布を、残炭率50%のフェノー
ル樹脂(大日本インキ社製“プライオフェン5900”)の
70wt%アセトン溶液に浸漬して十分に含浸させた。含浸
処理した不織布は、60℃の乾燥器に入れて2時間保持
し、アセトン成分を除去したのち、加熱しながら面圧0.
5kg/cm2 の圧力で圧縮した。この圧縮段階の加熱条件
は、80℃から1時間おきに20℃づつ温度を上昇させ、最
終的に140℃まで昇温した。
【0017】ついで、硬化後の成形体を炭酸ガスの連続
通気雰囲気に保持された焼成炉に入れ、950 ℃の温度に
より焼成炭化処理と賦活処理を同時に施して厚さ 2.0mm
の成形活性炭を得た。
【0018】このようにして製造された各成形活性炭の
特性を、基材として用いた不織布の平均気孔径および気
孔率と対比させて表1に示した。なお、各性状の測定
は、平均気孔径および気孔率は水銀圧入法、平均細孔径
および比表面積についてはBET法、曲げ強度および曲
げ弾性率はJIS K6911の方法に従っておこなっ
た。
【0019】比較例1〜3 実施例と同一条件で不織布に含浸、硬化した成形体を、
窒素ガス雰囲気に保持された焼成炉に入れ、1000℃の温
度で焼成炭化処理をおこなったのち、賦活炉に移して炭
酸ガス雰囲気下 950℃の温度で賦活処理を施して成形活
性炭を得た。このようにして製造した成形活性炭につい
ても各種特性を測定し、結果を同様にして表1に併載し
た。
【0020】表1の結果から、本発明を適用した実施例
は、いずれも吸着性能の指標となる気孔構造および比表
面積が比較例と同等の高特性を示しながら、強度特性は
大幅に向上していることが認められる。
【0021】
【表1】
【0022】
【発明の効果】以上のとおり、本発明に従えば簡易な製
造プロセスにより高水準の組織強度と優れた吸着性能を
備える成形活性炭を効率よく製造することができる。ま
た、気孔分布が 200μm 〜2mm程度のマクロポアと0.5n
m 〜3nm程度ノミクロポアとが混在してりる多孔組織を
有するから、例えば廃水処理に際しては、比較的大きな
廃物から微細は有機廃液に至る広い範囲での吸着が可能
となる。さらに材料事態が導電性を備えているため電極
としての使用も期待できる。したがって、工業用吸着材
として、上下水をはじめとする各種液体の浄化精製、排
ガスに含まれる硫黄酸化物、窒素酸化物ほかの有毒成分
の吸着除去などに有用である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均気孔径 200μm 〜2mm、気孔率50%
    以上の性状を有する有機質不織布を所定の厚さに積層
    し、これに残炭率50%以上の熱硬化性樹脂液を含浸して
    加熱硬化したのち、炭酸ガスの連続通気雰囲気下に 900
    〜1000℃の温度域で加熱して焼成炭化処理と賦活処理を
    同時に施すことを特徴とする高強度成形活性炭の製造方
    法。
JP3297893A 1991-10-18 1991-10-18 高強度成形活性炭の製造方法 Pending JPH05105414A (ja)

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Cited By (5)

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