JPH05245328A - 通電加熱型吸着体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】通電加熱を行ない得る活性炭系吸着体を提供す
ることを主な目的とする。 【構成】１．活性炭の焼結成形品からなる吸着体であっ
て、焼結成形品を通電により加熱するための電極を備え
たことを特徴とする通電加熱型吸着体。 ２．焼結成形品がシート状物であり、吸着体が間隔をお
いて積層した複数枚のシート状物により構成されている
上記項１に記載の通電加熱型吸着体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、活性炭の焼結成形品か
らなる吸着体に関する。

【０００２】なお、本明細書において、“％”および
“部”とあるのは、それぞれ“重量％”および“重量
部”を意味する。

【０００３】

【従来技術とその問題点】活性炭を使用する吸着体は、
公知である。

【０００４】しかしながら、活性炭に大量の電気絶縁性
物質を配合した積層体（ペーパー状のハニカム吸着体）
に通電加熱する場合には、通電加熱に対する電気抵抗が
大きいか或いは電気抵抗が一様でないため、昇温が不可
能であったり、活性炭のみが局所的に赤熱乃至発火した
りする。

【０００５】活性炭繊維（ＡＣＦ）をフェルト状に湿式
成形したシートを使用する吸着体も存在する。しかしな
がら、この形式の吸着体は、ＡＣＦ含有量が高いので、
昇温性には優れているものの、密度が小さく（０．２ｇ
／ｃｍ³ 以下）、やはり局所加熱による赤熱、発火など
を生じやすい。

【０００６】従って、従来の活性炭を使用する吸着体
は、通電加熱を行なうことが実質上困難であった。その
ため、高温のガス（蒸気、空気、窒素など）による吸着
体の再生を行なう必要があるが、この場合には、長時間
を要し、且つ脱着してくる被吸着物質の濃度を十分に高
くできないという難点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、通
電加熱を行ない得る活性炭系吸着体を提供することを主
な目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の様な
従来技術の問題点に鑑みて鋭意研究を進めた結果、活性
炭の焼結成形品からなる吸着体に電極を付設することに
より、従来技術の問題点が実質的に解消されることを見
出した。

【０００９】すなわち、本発明は、下記の通電加熱型吸
着体を提供するものである： １．活性炭の焼結成形品からなる吸着体であって、焼結
成形品を通電により加熱するための電極を備えたことを
特徴とする通電加熱型吸着体。

【００１０】２．焼結成形品がシート状物であり、吸着
体が間隔をおいて積層した複数枚のシート状物により構
成されている上記項１に記載の通電加熱型吸着体。

【００１１】本発明において使用する活性炭は、繊維
状、粉末状などの任意の形態のものであって良い。特
に、繊維状活性炭を使用する場合には、繊維同志の絡み
合いおよび繊維方向の高い強度などの構造的特性に基い
て、少量のバインダーの使用により、高強度の焼結体が
得られるので、より好ましい。繊維状活性炭としては、
特に限定されるものではないが、焼結前の性状として、
通常繊維直径２〜３０μｍ程度、繊維長０．１〜１０mm
程度、細孔径５〜２０オングストローム程度、比表面積
５００〜２５００ｍ² ／ｇ程度のものを使用することが
好ましい。粒状活性炭としては、平均粒径１０〜１００
μｍ程度、比表面積５００ｍ² ／ｇ以上の微細なもの
が、吸脱着特性の点から好ましい。

【００１２】活性炭の由来についても特に限定されず、
石炭系、石油系、フェノール樹脂系、ＰＡＮ系、セルロ
ース系、ヤシガラ系、木材系などのいずれであっても良
い。活性炭の焼結成形品は、活性炭１００部に必要に応
じて２０部以下、より好ましくは２〜２０部程度のバイ
ンダーを配合し、均一に混合した後、成形し、焼結する
ことにより、製造される。活性炭単独で焼結を行なって
も、十分な強度の焼結成型品が得られる場合には、バイ
ンダーを使用する必要はない。

【００１３】バインダーを使用する場合には、焼結操作
により、活性炭と一体化する材料（以下焼結性バインダ
ーという）が特に好適であり、より具体的には、不融化
炭素（例えば、原料ピッチを不融化処理した未焼成の炭
素）、熱硬化性樹脂（アラミド樹脂、フェノール樹脂、
エポキシ樹脂、尿素樹脂など）、不融化した熱溶融性樹
脂（不融化アクリル樹脂、不融化ポリビニルアルコール
樹脂など）などが例示される。さらに、焼結性バインダ
ーを糸状の形態で使用する場合には（例えば、原料ピッ
チを紡糸し、不融化処理した未焼成の炭素繊維を使用す
る場合には）、活性炭の細孔を塞ぐ割合がより少なくな
る。糸状の焼結性バインダーとしては、糸径５〜１００
μｍ程度、長さ０．１〜５mm程度のものを使用すること
が好ましい。

【００１４】活性炭または活性炭とバインダーとの配合
物には、必要に応じて、活性炭１００部に対して、５０
部程度までの補強材をさらに添加しても良い。この様な
添加材としては、麻、紙パルプなどの天然繊維類、ポリ
エチレン糸、ポリプロピレン糸などの熱溶融性繊維類な
どが例示される。

【００１５】本発明の吸着体は、例えば、以下の様にし
て製造される。まず、活性炭単独若しくは活性炭と焼結
性バインダーとの均一な混合物或いはさらに補強材を含
む仮成形物を型に入れ、圧力５〜１０００kgf/cm² 程度
（より好ましくは、１０〜３００kgf/cm² 程度）、温度
５００〜１５００℃程度（より好ましくは、７００〜１
１００℃程度）の条件下に焼結することにより、焼結成
形品を製造する。

【００１６】焼結時の加圧圧力が５kgf/cm² 未満の場合
および／または焼結温度が５００℃未満の場合には、焼
結不十分となって、強度が低く、密度の小さい焼結成形
品しか得られない。焼結温度が１５００℃を上回る場合
には、活性炭の細孔構造が変化し且つ細孔が焼結性バイ
ンダーにより塞がれる割合が増大して、焼結成形品の吸
着性能が低下する傾向がある。加圧圧力が、１０００kg
f/cm² を上回る場合には、活性炭の細孔が破壊されて、
焼結成形品の吸着性能が低下する虞がある。

【００１７】焼結時間は、使用する活性炭の種類、成形
体の形状、焼結性バインダーの種類および量などに応じ
て、適宜選択すれば良いが、通常５秒〜３０分程度の範
囲内にある。

【００１８】或いは、活性炭として繊維状のものを使用
する場合には、あらかじめ乾式法或いは湿式法により作
成しておいた低密度の予備成形体を焼結しても良い。湿
式法の場合には、活性炭単独、活性炭と焼結性バインダ
ーとの均一な混合物或いはさらに補強材を含む混合物を
水に分散させ、機械的に攪拌して均一な水性スラリーを
調製した後、吸引口を有する成形型を水性スラリー中に
入れ、吸引して予備成形体を得る。この予備成形体を乾
燥した後、型に入れ、上記と同様の条件で焼結すれば良
い。さらに、活性炭として繊維状のものを使用する場合
に、あらかじめ乾式法により不織布の形態としたものを
型に入れ、上記と同様の条件で焼結しても良い。これら
の予備成形体を使用する場合には、取扱いが容易とな
り、密度のむらを防止することができる。特に、湿式法
により作った予備成形体を使用する場合には、その目付
けのむらが小さいので、焼結成形品の密度むらも小さく
なり、好ましい。

【００１９】焼結成形品の厚さは、０．０５〜２mm程度
とすることが好ましく、０．３〜１mm程度とすることが
より好ましい。焼結成形品の厚さが２mmを上回る場合に
は、厚さが大きくなり過ぎるため、内部に存在する活性
炭が有効に利用されないことがある。また、焼結成形品
の厚さが０．０５mm未満となる場合には、必要な強度が
得られないという欠点がある。

【００２０】上記の方法で得られた焼結成形品は、密度
が０．４ｇ／cm³ 以上という非常に高いものとなり、し
かもそのほとんどが活性炭により構成されているため、
吸着能に優れ、高強度を発揮する。

【００２１】本発明の吸着体は、流体を吸着処理する場
合には、その吸着特性、圧力損失などの観点から、上記
の様にして得られた複数枚の焼結成形品を各焼結成形品
間に一定の間隔が存在するように積層した構造を有して
いることが好ましい。この間隔の存在により、焼結成形
品間に被吸着物質を含む液体を低圧損で流し、処理する
ことが可能となる。

【００２２】間隔の形成方法は、特に限定されるもので
はないが、例えば、図１に概略的な断面図として示す様
に、平面状の焼結成形品１と波形状の焼結成形品３とを
交互に積層することにより、間隔を形成することができ
る。

【００２３】或いは、本発明においては、図２に概略的
な断面図として示す様に、多数の突起７，…７を設けた
複数枚の焼結成形品５，…５を積層しても良い。この様
な突起の例を図３、図４および図５に平面図として示
す。このような突起は、焼結シートの焼結加工時に併せ
て一体的に形成することができる。

【００２４】図３に示す焼結成形品１には、円形状の突
起７，…７が縦横方向に規則的に形成されている。図４
に示す焼結成形品１には、円形状の突起７，…７が千鳥
状に規則的に形成されている。これらの円形状の突起
は、規則的なパターンで形成しても良く、或いはランダ
ムに（図示せず）形成しても良い。図５に示す焼結成形
品１には、直線状の突起９，……９が形成されている。

【００２５】焼結成形品１を平面図として見た場合に突
起７，…７若しくは９，……９の占める割合は、焼結成
形品１の平面面積の５０％以下であることが好ましく、
２０〜５％であることがより好ましい。

【００２６】複数枚の焼結成形品の間に形成される間隔
（図１の場合には、波形状の焼結成形品３の山と谷との
距離）は、処理流体の性状、吸着体の使用条件などによ
り適宜選択されるが、圧損の大きさおよび吸着体の長さ
を考慮すれば、通常０．０５〜５mm程度、より好ましく
は０．２〜２mm程度であり、さらに好ましくは０．３〜
１mm程度である。焼結成形品間の間隔が、０．０５mm未
満の場合には、圧損が大きくなって、実用的でなくなる
のに対し、５mmを上回る場合には、活性炭の充填密度が
小さく且つ被吸着物質の拡散抵抗が大きくなり、その結
果、被吸着物質が破過しやすくなる。これを防止しよう
とすれば、吸着体の長さも大きくなって、やはり実用性
に欠けるものとなる。

【００２７】図６および図７に電極を付設する前の吸着
体の他の例を断面図として示す。焼結成形品１，３およ
び５には、孔１３が設けられている。図８および図９
は、図３および図４に示す焼結成形品５に孔１３を設け
た例の平面図をそれぞれ示す。これらの形式の吸着体
は、処理流体を焼結成形品に垂直な方向に流す使用する
ものである。

【００２８】図１０乃至図１３に本発明による電極を付
設した吸着体の例を断面図として示す。

【００２９】図１０に示す構造の吸着体においては、図
１に示す焼結成形品１および３の積層体の両面に電極１
１，１１を設けている。電極を構成する材料としては、
特に制限されるものではないが、例えば、黒鉛、アルミ
ニウムおよびその合金、鉄およびその合金、銅およびそ
の合金などが使用される。吸着体への電極の取付けも、
特に限定されるものではないが、例えば、導電性接着剤
により接合することができる。

【００３０】図１１に示す構造の吸着体においては、図
２に示す焼結成形品５の積層体（但し、突起を有しない
平面状の焼結成形品１を上面に配置してある）の両面に
電極１１，１１を設けている。

【００３１】図１２に示す構造の吸着体においては、図
１に示す焼結成形品１および３の積層体の両端面に電極
１１，１１を設けている。

【００３２】図１３に示す構造の吸着体においては、図
２に示す焼結成形品５の積層体の両端面に電極１１，１
１を設けている。

【００３３】本発明吸着体においては、焼結成形品の炭
素含有量が多く且つその表面を平滑にできるので、焼結
成形品と電極との接触抵抗を小さくすることができる。

【００３４】本発明吸着体を使用するに際し、両電極間
に加える電圧は、吸着体の大きさ、形状、昇温の程度な
どにより決められるが、通常５０Ｖ以下、好ましくは２
〜２０Ｖ程度である。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、下記の様な顕著な効果
が達成される。

【００３６】（１）活性炭の焼結成形品は、密度が高
く、電気絶縁性物質を殆ど含まないので、電気抵抗が小
さく且つ一様で、耐熱性に優れている。従って、通電に
より吸着体を短時間内に一様に昇温することができ、局
所的な異常昇温は生じないし、耐久性にも優れている。

【００３７】（２）焼結により得た高密度焼結成形品を
使用するので、従来の熱融着バインダーをその融点近く
の温度で融着させた活性炭含有シートを使用する場合と
異なって、活性炭の細孔がほとんど塞がれることなく残
存している。また。活性炭の含有率が非常に高い。従っ
て、得られた焼結成形品およびこれを使用して形成され
る吸着体は、優れた吸着性能を発揮する。

【００３８】（３）上記の様な焼結成形品を一定の間隔
をおいて層状に積層することにより得られる吸着体は、
低圧損で各種の流体を処理することができ、その吸着性
能も極めて優れている。また、積層することにより、吸
着体としての形態保持性にも優れている。

【００３９】（４）特に、活性炭として繊維状のものを
使用する場合には、繊維同志の絡み合いおよび繊維長さ
方向の高い強度により、より一層強度に優れた焼結成形
品および吸着体が得られる。

【００４０】（５）上記の様な特性を備えた本発明によ
る吸着体は、具体的には、下記の様な用途において、優
れた効果を発揮する。

【００４１】（ａ）溶剤回収装置；脱着に使用する蒸気
或いは不活性ガスの量が減少するので、脱着後の溶剤濃
度が高くなり、凝縮しやすくなる。従って、装置の小形
化、脱着剤の使用量の減少、排水量の減少などにより、
大幅なコストダウンが実現される。

【００４２】（ｂ）溶剤濃縮装置；上記溶剤回収装置の
場合と同様の利点が得られる。

【００４３】（ｃ）ガス貯蔵タンク；ガスの取出し時の
温度を高くすることができる。また、加熱ヒータ、加熱
用熱交換器が不要となる。

【００４４】（ｄ）脱臭装置；装置が小形化され、装置
の再生も容易となる。

【００４５】

【実施例】以下に実施例および比較例を示し、本発明の
特徴とするところをより一層明確にする。

【００４６】実施例１ 比表面積１５００ｍ² ／ｇのピッチ系活性炭素繊維（商
標“Ａ−１５”、（株）アドール製）９８部および結合
材としてアクリル樹脂系バインダー２部を水に分散さ
せ、炭素繊維長がほぼすべて５mm以下となるまで叩解し
て、均一なスラリーを得た。

【００４７】次いで、下部に多数の吸引口を有する平面
状の成形型に上記のスラリーを入れ、吸引を行ない、目
付約３６０ｇ／ｍ² の平板の湿式成形シート（１００mm
×１００mm）を得た後、これを圧力５０ｋｇ／ｃｍ² 、
温度９３０℃で２０秒間保持することにより、厚さ０．
６mm、嵩密度０．６ｇ／ｃｍ³ の平板状の焼結成形品を
得た。

【００４８】また、非常に緩やかな波形状の成形型内に
上記と同様にして製造した湿式成形シートを設置し、プ
レス機により圧力５０ｋｇ／ｃｍ² で加圧しつつ、９３
０℃で２０秒間保持することにより、厚さ０．６mmで嵩
密度０．６ｇ／ｃｍ³ の波形状の焼結成形品を得た。得
られた焼結成形品の波形は、山と谷との高さの差が０．
３mmであり、山と山との間隔が５mmであった。

【００４９】上記の様にして得られた平板状の焼結成形
品および波形状の焼結成形品の強度は高く、取扱いに支
障は全くなかった。

【００５０】得られた平板状の焼結成形品と波形状の焼
結成形品とを交互に積層して、図６に示す形状の吸着体
（体積２００ｃｍ³ ）を製造し、端面を不織布でシール
した。該吸着体の嵩密度は、約０．４７ｇ／ｃｍ³ であ
った。

【００５１】得られた積層吸着体の両側面を厚さ１０mm
の発泡シリコンシートで断熱するとともに、上下両面に
黒鉛製電極を取付け、両電極間に１０Ｖの電極を印加し
たところ、約２．５分後に積層吸着体全体が１００〜１
２０℃の範囲で且つ幅方向に１０℃程度の温度差で昇温
できることが、熱電対による温度測定により確認され
た。

【００５２】実施例２ 実施例１で得られた吸着体に窒素雰囲気中でベンゼンを
４０％吸着させた後、１０Ｖの電圧を印加しつつ、窒素
ガスを１５ ｌ／分の割合で流し、ベンゼンの脱着を行
なったた。吸着体のベンゼン吸着量が５％となるまでに
要した時間は、３分以内であった。

【００５３】比較例１ 実施例１と同様のピッチ系繊維状活性炭７０部、木材パ
ルプ２２部およびアクリル樹脂系バインダー８部を含む
スラリーを使用して、抄紙手法によりペーパーシートを
調製した。

【００５４】得られたペーパーシートの性状は、下記の
通りであった。

【００５５】目付：１４２ｇ／ｍ² 厚さ：０．８５mm 嵩密度：０．１７ｇ／ｍ³ さらに、実施例１におけると同様の形状の平板状のペー
パーシートと波形状のペーパーシートとを交互に積層し
て、２０mm×１００mm×１００mm（体積２００ｃｍ³ ）
の吸着体を製造した。この吸着体の嵩密度は、０．１３
ｇ／ｍ³ であった。

【００５６】この吸着体に実施例１と同様にして電極を
付設し、徐々に電圧を印加していったところ、１０Ｖで
は殆ど昇温できなかった。さらに電圧を上げていくと、
局所的な異常昇温が生じた。

【００５７】この吸着体では、昇温に必要な電圧が著し
く高く、且つ一様な昇温ができないことが確認された。

【図面の簡単な説明】

【図１】平面状の焼結成形品と波形状の焼結成形品とに
より構成される本発明による流体処理用吸着体の一例の
概要を示す断面図である。

【図２】突起を有する複数枚の焼結成形品により構成さ
れる本発明による流体処理用吸着体の一例の概要を示す
断面図である。

【図３】円形状の突起を有する平面状の焼結成形品の一
例を示す平面図である。

【図４】円形状の突起を有する平面状の焼結成形品の他
の一例を示す平面図である。

【図５】直線状の突起を有する平面状の焼結成形品の一
例を示す平面図である。

【図６】焼結成形品に孔を設けた本発明による流体処理
用吸着体の一例を示す断面図である。

【図７】焼結成形品に孔を設けた本発明による流体処理
用吸着体の他の一例を示す断面図である。

【図８】図３に示す焼結成形品に孔を設けた例の平面図
である。

【図９】図４に示す焼結成形品に孔を設けた例の平面図
である。

【図１０】本発明による吸着体の一例を示す断面図であ
る。

【図１１】本発明による吸着体の他の一例を示す断面図
である。

【図１２】本発明による吸着体のさらに他の一例を示す
断面図である。

【図１３】本発明による吸着体のさらに他の一例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１…平板状の焼結成形品 ３…波形状の焼結成形品 ５…突起を有する焼結成形品 ７…円形の突起 ９…直線状の突起 11…電極 13…孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性炭の焼結成形品からなる吸着体であ
   って、焼結成形品を通電により加熱するための電極を備
   えたことを特徴とする通電加熱型吸着体。
2. 【請求項２】 焼結成形品がシート状物であり、吸着体
   が間隔をおいて積層した複数枚のシート状物により構成
   されている請求項１に記載の通電加熱型吸着体。