JPH05293371A - 吸着剤組成物およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゾル−ゲル法により多孔質ガラス中に活性
炭、活性アルミナ、または合成ゼオライトを分散させる
ことにより、有機ガスや水蒸気の吸着性に優れた吸着剤
組成物を得る。 【構成】 金属アルコキシドに例えばフェノ−ル系活性
炭粉末を添加後、ゾル化し、バルク状または薄膜状の多
孔質ガラス中に活性炭を分散した吸着剤を作製する。こ
の吸着剤の比表面積は、例えば１６００ｍ² ｇ^-1と従来
活性炭に比べて約１．５倍以上大きく、ベンゼン等の有
機ガスや水蒸気に対して良好な吸着力を示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスや溶液から特定物
質を吸着除去する吸着剤組成物およびその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】吸着剤は、水の浄化や半導体製造プロセ
ス等の分野に広く用いられている。しかしながら、近年
の著しい技術革新により、吸着剤においても、新規な機
能を有する材料の開発、またはより改良された高性能な
吸着力を有する材料の開発が強く要求されている。

【０００３】従来用いられている代表的な吸着剤には、
活性炭、活性アルミナ、または合成ゼオライトがある。
活性炭には、粒状、破砕形、粉末状のものがある。原料
は、主として植物性炭素質（椰子殻、ア−モンド殻）、
木炭である。水蒸気や炭酸ガスを供給しながら、原料を
加熱し、賦活することにより各種の活性炭が得られる。
その細孔は、主に約１〜１００ｎｍであり、比表面積は
約１０００ｍ² ｇ^-1にもおよぶ。このような大きな比表
面積に基づき、優れた吸着特性を示す。

【０００４】活性アルミナは、アルミニウム化合物の電
解、加水分解や金属アルミニウムから製造されており、
一般にγ−アルミナと呼ばれている。γ−アルミナは、
８００℃以上に加熱すると比表面積が小さく不活性なα
−アルミナとなり、吸着力がなくなる。現在、排気ガス
浄化用触媒の触媒担体等に用いられている。また、有機
物に対するより、水に対する吸着力の方が強い。

【０００５】合成ゼオライトは、均一な孔径を有するた
めに、分子直径の特定のものだけを吸着する力を持って
いる。現在、４Ａ，５Ａ、１３Ｘと呼ばれるものが使用
されており、それぞれ平均孔径４、５、１３オングスト
ロ−ムのほぼ均一な細孔を有する。このように、合成ゼ
オライトは、均一な細孔を有するため、細孔を通過する
分子直径をもった物質だけを吸着することができる。ま
た、水のような極性分子に対して強い選択吸着性を示す
とともに、分圧（濃度）が低く、高温下においても吸着
力が高い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の吸着剤には、次
のような課題がある。 （１）活性炭の場合：天然原料を使用しているため、純
度が低く、また比表面積も１０００ｍ² ｇ^-1以上にする
ことが困難である。形状としては、粒状、破砕形、粉末
状のものが主であり、大きな形状を有する試料を作製す
るには、多量の結合剤を用いなければ機械的強度が得ら
れない。さらに、膜状にすることは極めて困難である。 （２）活性アルミナの場合：比表面積が３００ｍ² ｇ^-1
以下であり、活性炭に比べ吸着力も低い。また、水に対
する吸着力が高いので、多湿雰囲気では、有機物に対す
る吸着力が著しく低下する。活性炭と同様、大きな形状
の試料を作製するには、多量の結合剤を用いなければな
らない。さらに、膜状にすることは極めて困難である。 （３）合成ゼオライトの場合：上記のような種々の優れ
た特徴を有するが、活性炭やアルミナと同様に大きな形
状の試料を作製するには、多量の結合剤を用いなければ
ならない。さらに、膜状にすることは極めて困難であ
る。また、水に対する吸着力が高いので、多湿雰囲気で
は、有機物に対する吸着力が著しく低下する。

【０００７】本発明は、多孔質ガラス中に活性炭、活性
アルミナ、または合成ゼオライトを分散させた構成によ
り、優れた吸着力を有するバルク状や膜状の吸着剤を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の吸着剤組成物は、物質吸着能を有する吸着
剤組成物であって、多孔質ガラス中に活性炭、活性アル
ミナ、または合成ゼオライトが分散して存在しているこ
とを特徴とする。

【０００９】前記本発明の構成においては、吸着剤組成
物がバルク状または膜状であることが好ましい。また前
記本発明の構成においては、活性炭が分子篩作用を有す
ることが好ましい。

【００１０】次に本発明の第１番目の吸着剤組成物の製
造方法は、金属アルコキシド溶液と活性炭、活性アルミ
ナ、または合成ゼオライトとの混合溶液を加水分解し
て、多孔質ガラス中に活性炭、活性アルミナ、または合
成ゼオライトを分散させ、しかる後乾燥することを特徴
とする。

【００１１】次に本発明の第１番目の吸着剤組成物の製
造方法は、金属アルコキシド溶液と活性炭、活性アルミ
ナ、または合成ゼオライトとの混合溶液を塗布法、スピ
ンコ−ト法で膜状にした後、加水分解して、多孔質ガラ
ス中に活性炭、活性アルミナ、または合成ゼオライトを
分散させ、しかる後乾燥することを特徴とする。

【００１２】

【作用】前記本発明の構成によれば、多孔質ガラス中に
活性炭、活性アルミナ、または合成ゼオライトを分散さ
せたバルク状または膜状の形状を有する吸着剤を実現で
き、優れた吸着力を有する吸着剤を提供することが可能
となる。これは、活性炭、活性アルミナ、または合成ゼ
オライト自体の吸着能と、多孔質ガラスの吸着能が相乗
的に作用するからである。また、多孔質ガラス中に活性
炭、活性アルミナ、または合成ゼオライトを分散させた
ことによる組成物全体として吸着能の向上が発揮され
る。

【００１３】また薄膜など様々な形状に成形することが
容易になる。

【００１４】

【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。本発明において、活性炭等の結合剤であり、
かつ自ら吸着剤の役割を果たす多孔質ガラスは、金属ア
ルコキシド溶液を加水分解して作製する、いわゆるゾル
−ゲル法により作製する。この多孔質ガラスは、化学的
に、熱的に安定で容易に作製可能なＳｉＯ₂ ガラスが好
ましい。多孔質ガラスの平均細孔径は、効果的な吸着力
が発現できる１０ｎｍ以下が好ましい。本発明で用いる
活性炭は、１ｎｍ付近に細孔分布のピ−クを有し分子篩
作用を示すフェノ−ル樹脂系活性炭等の分子篩炭素が好
ましい。また、活性炭は、溶液と調製時に均一に混合で
きるように、２０μｍ程度の平均粒径を示す微粒子が好
ましい。

【００１５】本発明に用いる活性アルミナは２０μｍ以
下のものが好ましい。さらに、本発明で用いる合成ゼオ
ライトも、細孔径および粒径の制御されたＡ、Ｘ、また
はＹ型ゼオライトが好ましい。

【００１６】以下本発明の具体的実施例について説明す
る。 実施例１ 表１に示した組成のゾルに平均粒径；２０μｍ、比表面
積：１９００ｍ² ｇ^-1、細孔径のピ−ク；０．９ｎｍに
あるフェノ−ル系活性炭粉末を３０重量％となるように
添加後、室温で１時間撹拌した。このゾルをポリテトラ
フルオロエチレン製の容器に移し、さらに６０℃の温度
で１００時間乾燥後ゲル化した。このようにして縦２０
ｍｍ，横３０ｍｍ，深さ３ｍｍの直方体状の多孔質ガラ
ス中に活性炭を分散した吸着剤を作製した。この吸着剤
の比表面積は、１６００ｍ² ｇ^-1と従来活性炭に比べ
１．５倍以上大きかった。また、機械的強度にも優れた
特性を示した。さらに、細孔径のピ−クは、活性炭に起
因する０．９ｎｍと多孔質ガラスに起因する０．３ｎｍ
にあった。この試料を１１０℃で３時間加熱し残留水分
を除去した後、各種ガスの吸着力を評価した。デシケ−
タ中に保存した試料１０ ｇをＵ字管に精秤し、２０℃
の恒温槽中で、２０℃のベンゼン中に乾燥空気を１８０
ｍｌ/ 分の速さで送り１０倍の乾燥空気で薄めたベンゼ
ン（分圧７ｍｍＨｇ）を通じて重量増加が終了した後、
次式で吸着力を算出した。吸着率（％）＝｛（増加重
量）／（試料重量）｝×１００（％）このようにして算
出した本実施例における吸着剤のベンゼン吸着力は、４
５％であった。

【００１７】同様な方法により算出した従来の破砕状活
性炭（比表面積；８００ｍ² ｇ^-1）は、２３％であっ
た。また、本実施例における相対湿度５０％における水
の平衡吸着量は、３５％であり、従来の破砕状活性炭の
それは、２７％であった。このように本実施例における
吸着剤は、有機ガスに対しても、水蒸気に対しても良好
な吸着力を示した。これは、本実施例の吸着剤が活性炭
と多孔質ガラスとから構成され、活性炭が有機ガスに対
して強い吸着力を示し、多孔質ガラスが水蒸気に対して
強い吸着力を有するためである。さらに、この吸着剤
は、酸素と窒素とを篩分ける分子篩作用を有しているこ
とがわかった。

【００１８】本実施例では、フェノ−ル系活性炭粉末を
３０重量％となるように添加したが、６０重量％程度ま
で活性炭粉末を添加しても機械的強度に優れていること
がわかった。

【００１９】

【表１】

【００２０】実施例２ 実施例１と同様な表１に示した組成のゾルに平均粒径；
２０μｍ、比表面積：１９００ｍ² ｇ^-1、細孔径のピ−
ク；０．９ｎｍにあるフェノ−ル系活性炭粉末を２０重
量％となるように添加後、室温で１時間撹拌した。この
ゾルをガラス基板上にスピンコ−トし、さらに６０℃の
温度で１０分乾燥後ゲル化した。このような操作を５回
繰り返して膜厚１μｍの多孔質ガラス中に活性炭を分散
した膜状の吸着剤を作製した。この吸着剤の比表面積
は、１５００ｍ² ｇ^-1と従来活性炭に比べ１．５倍大き
く、基板との付着強度も強かった。この試料を１１０℃
で３時間加熱し残留水分を除去した後、アンモニアガス
の吸着力を評価した。デシケ−タ中に保存した試料を、
２０℃の恒温槽中で、２０℃の０．５％アンモニアガス
の雰囲気中で、重量増加が終了した後、次式で吸着力を
算出した。 吸着率（％）＝｛（増加重量）／（試料重量）｝×１００（％） このようにして算出した本実施例における吸着剤のアン
モニア吸着力は、３９％であった。同様な方法により算
出した、従来の破砕状活性炭（比表面積；８００ｍ² ｇ
^-1）は、２５％であった。

【００２１】また、本実施例における相対湿度５０％に
おける水の平衡吸着量は、４２％であり、従来の破砕状
活性炭では２７％であった。 実施例３ 実施例１と同様な表１に示した組成のゾルに平均粒径；
２０μｍ、比表面積：１９００ｍ² ｇ^-1、細孔径のピ−
ク；０．９ｎｍにあるフェノ−ル系活性炭粉末を２０重
量％となるように添加後、室温で１時間撹拌した。この
ゾルをダンボ−ル紙に塗布し、さらに６０℃の温度で１
０分乾燥後ゲル化した。このような操作を３回繰り返し
て膜厚１μｍの多孔質ガラス中に活性炭を分散した吸着
剤の膜を紙の表面に作製した。この吸着剤の比表面積
は、１５００ｍ² ｇ^-1と従来活性炭に比べ１．５倍大き
く、紙との付着強度も強かった。この試料を８０℃で３
時間加熱し残留水分を除去した後、アンモニアガスの吸
着力を評価した。デシケ−タ中に保存した試料を、２０
℃の恒温槽中で、２０℃の０．５％アンモニアガスの雰
囲気中で、重量増加が終了した後、次式で吸着力を算出
した。 吸着率（％）＝｛（増加重量）／（試料重量）｝×１００（％） このようにして算出した本実施例における吸着剤のアン
モニア吸着力は、３６％であった。同様な方法により算
出した、従来の破砕状活性炭（比表面積；８００ｍ² ｇ
^-1）は、２５％であった。

【００２２】また、本実施例における相対湿度５０％に
おける水の平衡吸着量は、４１％であり、従来の破砕状
活性炭では２７％であった。 実施例４ 実施例１の表１に示した組成のゾルに粒径；２５μｍ、
比表面積：２８０ｍ²ｇ^-1、細孔径のピ−ク；０．３５
ｎｍにある活性アルミナを３０重量％となるように添加
後、室温で１時間撹拌した。このゾルをポリテトラフル
オロエチレン製の容器に移し、さらに６０℃の温度で１
００時間乾燥後ゲル化した。このようにして縦２０ｍ
ｍ，横３０ｍｍ，深さ３ｍｍの直方体状の多孔質ガラス
中に活性炭を分散した吸着剤を作製した。この吸着剤の
比表面積は、１１００ｍ² ｇ^-1と大きく、また、機械的
強度にも優れた特性を示した。さらに、細孔径のピ−ク
は、０．３ｎｍにあった。この試料を１１０℃で３時間
加熱し残留水分を除去した後、水蒸気の吸着力を評価し
た。本実施例における相対湿度５０％における水の平衡
吸着量は、４８％であり、従来の破砕状活性炭では２７
％であった。

【００２３】実施例５ 実施例１の表１に示した組成のゾルに粒径；２５μｍ、
比表面積：２８０ｍ²ｇ^-1、細孔径のピ−ク；０．３５
ｎｍにある活性アルミナを２０重量％となるように添加
後、室温で１時間撹拌した。このゾルをガラス基板上に
スピンコ−トし、さらに６０℃の温度で１０分乾燥後ゲ
ル化した。このような操作を５回繰り返して膜厚１．２
μｍの多孔質ガラス中に活性アルミナを分散した吸着剤
の膜を作製した。この吸着剤の比表面積は、１２３０ｍ
² ｇ^-1であり、基板との付着強度も強かった。この試料
を１１０℃で３時間加熱し残留水分を除去した後、水蒸
気の吸着力を評価した。本実施例における相対湿度５０
％における水の平衡吸着量は、４７％であり、従来の破
砕状活性炭では２７％であった。

【００２４】実施例６ 実施例１の表１に示した組成のゾルに粒径；２５μｍの
市販Ｘ−タイプ合成ゼオライトを３０重量％となるよう
に添加後、室温で１時間撹拌した。このゾルをポリテト
ラフルオロエチレン製の容器に移し、さらに６０℃の温
度で１００時間乾燥後ゲル化した。このようにして縦２
０ｍｍ，横３０ｍｍ，深さ３ｍｍの直方体状の多孔質ガ
ラス中に合成ゼオライトを分散した吸着剤を作製した。
本実施例における吸着剤は、機械的強度に優れていた。
この試料を１１０℃で３時間加熱し残留水分を除去した
後、水蒸気の吸着力を評価した。本実施例における相対
湿度５０％における水の平衡吸着量は、５３％であり、
従来の破砕状活性炭では２７％であった。

【００２５】実施例７ 実施例１の表１に示した組成のゾルに粒径；２５μｍの
市販Ｘ−タイプ合成ゼオライトを２０重量％となるよう
に添加後、室温で１時間撹拌した。このゾルをガラス基
板上にスピンコ−トし、さらに６０℃の温度で１０分乾
燥後ゲル化した。このような操作を５回繰り返して膜厚
１．１μｍの多孔質ガラス中に合成ゼオライトを分散し
た吸着剤の膜を作製した。この膜は、基板に強く付着し
ていた。この試料を１１０℃で３時間加熱し残留水分を
除去した後、水蒸気の吸着力を評価した。本実施例にお
ける相対湿度５０％における水の平衡吸着量は、５２％
であり、従来の破砕状活性炭では２７％であった。

【００２６】以上説明した通り、本発明の前記実施例に
よれば、活性炭、活性アルミナ、または合成ゼオライト
自体の吸着能と、多孔質ガラスの吸着能が相乗的に作用
して優れた吸着組成物とすることが確認できた。また、
多孔質ガラス中に活性炭、活性アルミナ、または合成ゼ
オライトを分散させたことによる組成物全体として吸着
能の向上が発揮されることも確認できた。

【００２７】また薄膜など様々な形状に成形することが
容易になる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の、ゾル−ゲル法により多孔質ガ
ラス中に活性炭、活性アルミナ、または合成ゼオライト
を分散させることにより、有機ガスや水蒸気に対して吸
着性に優れたバルク状または薄膜状の吸着剤を作製する
ことができる。また薄膜など様々な形状に成形すること
が容易になる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物質吸着能を有する吸着剤組成物であっ
   て、多孔質ガラス中に活性炭、活性アルミナ、または合
   成ゼオライトが分散して存在していることを特徴とする
   吸着剤組成物。
2. 【請求項２】 吸着剤組成物がバルク状または膜状であ
   る請求項１に記載の吸着剤組成物。
3. 【請求項３】 活性炭が分子篩作用を有する請求項１に
   記載の吸着剤組成物。
4. 【請求項４】 金属アルコキシド溶液と活性炭、活性ア
   ルミナ、または合成ゼオライトとの混合溶液を加水分解
   して、多孔質ガラス中に活性炭、活性アルミナ、または
   合成ゼオライトを分散させ、しかる後乾燥することを特
   徴とする吸着剤組成物の製造方法。
5. 【請求項５】 金属アルコキシド溶液と活性炭、活性ア
   ルミナ、または合成ゼオライトとの混合溶液を塗布法、
   スピンコ−ト法で膜状にした後、加水分解して、多孔質
   ガラス中に活性炭、活性アルミナ、または合成ゼオライ
   トを分散させ、しかる後乾燥することを特徴とする膜状
   の吸着剤組成物の製造方法。