JPH06102152B2 - Molecular sieve activated carbon, a method for producing the same, and a method for separating a specific gas from a mixed gas using the same - Google Patents

Molecular sieve activated carbon, a method for producing the same, and a method for separating a specific gas from a mixed gas using the same

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JPH06102152B2
JPH06102152B2 JP60272050A JP27205085A JPH06102152B2 JP H06102152 B2 JPH06102152 B2 JP H06102152B2 JP 60272050 A JP60272050 A JP 60272050A JP 27205085 A JP27205085 A JP 27205085A JP H06102152 B2 JPH06102152 B2 JP H06102152B2
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molecular sieve
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、分子篩作用を有する活性炭に関するものであ
り、またその分子篩活性炭を製造する方法、さらにはそ
れを用いて混合ガスから特定ガスを分離する方法に関す
るものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to activated carbon having a molecular sieving action, a method for producing the molecular sieving activated carbon, and a method for separating a specific gas from a mixed gas using the activated carbon. It is about.

従来の技術 古くから各種用途に供されている一般活性炭は、その比
表面積が700〜1600m2/gと非常に大きいが、その細孔径
分布も非常に広く、分布の上限は数千Åにまで達してい
る。そのために平行細孔径も大きく、ゼオライトのよう
な分子篩作用による特定成分のみを選択的に吸着する特
性を具備していない。
Conventional technology Conventional activated carbon, which has been used for various purposes for a long time, has a very large specific surface area of 700 to 1600 m 2 / g, but its pore size distribution is also very wide, and the upper limit of the distribution is up to several thousand Å. Has reached Therefore, the diameter of parallel pores is large, and it does not have the property of selectively adsorbing only a specific component by a molecular sieving action such as zeolite.

しかし近年、酸素や窒素のような小さな動力学的気体分
子系を有するガスを含有する混合気体からそれらを分離
する炭素系分子篩、いわゆる分子篩活性炭の研究が盛ん
で、一部の市販もされている。
However, in recent years, research on carbon-based molecular sieves, so-called molecular sieve activated carbons, for separating them from a mixed gas containing a gas having a small kinetic gas molecular system such as oxygen and nitrogen, has been actively conducted, and some of them are commercially available. .

(イ)たとえば、特公昭56−28846号公報には、硬質の
植物性炭化物を乾燥後賦活ガスにより賦活し、酸および
水により可溶成分を除去し、乾燥後前記賦活ガスにて再
度賦活する方法が開示されている。この方法は、従来の
活性炭の製法を踏襲し、その処理条件を精密に調節する
ことによって分子篩作用を有する小分子吸着用活性炭を
製造するものである。
(A) For example, in Japanese Examined Patent Publication No. 56-28846, hard vegetable carbon is dried and then activated by an activating gas, soluble components are removed by acid and water, and dried and then reactivated by the activating gas. A method is disclosed. This method follows the conventional method for producing activated carbon and precisely adjusts the treatment conditions to produce activated carbon for adsorbing small molecules having a molecular sieving action.

また、特許第930875号(特公昭52−47758号公報)に
は、ポリ塩化ビニリデンを脱酸処理したものを粉砕し、
これに造粒剤、焼結剤を添加して造粒し、さらに高温で
乾留することにより炭素系分子篩を製造する方法が開示
されている。この方法は、従来の木質系、石炭系、ター
ルピッチ系等の代りにポリ塩化ビニリデンを用いた特異
な方法で、焼成により生成した炭素が特殊な骨格構造を
形成することを利用したものである。
Further, in Japanese Patent No. 930875 (Japanese Patent Publication No. 52-47758), polyvinylidene chloride deoxidized is pulverized,
There is disclosed a method of producing a carbon-based molecular sieve by adding a granulating agent and a sintering agent to the resulting mixture, granulating the mixture, and further performing carbonization at a high temperature. This method is a unique method using polyvinylidene chloride instead of conventional wood-based, coal-based, tar pitch-based, etc., and utilizes the fact that carbon produced by firing forms a special skeleton structure. .

(ロ)ところで、これまで報告されている分子篩活性炭
の製造法としては、炭素材を出発原料としてこれに何ら
かの方法で炭素を析出せしめる方法が多い。
(B) By the way, as a method for producing the molecular sieve activated carbon that has been reported so far, there are many methods in which a carbon material is used as a starting material and carbon is deposited on the carbon material by some method.

たとえば、特公昭60−20322号公報には、上記特許第930
875号の方法の改良法として、ポリ塩化ビニリデン廃棄
物を脱塩酸して得たチャーを微粉砕し、これに炭化によ
って強固なコークスを生成する有機物質を粘結剤として
配合し、常温で粘着性を示す有機物質を配合したものを
造粒し、高温で炭化する方法が示されている。
For example, Japanese Patent Publication No. 20322/1985 discloses that the above-mentioned Patent No. 930
As an improved method of No. 875, char obtained by dehydrochlorinating polyvinylidene chloride waste is finely pulverized, and an organic substance that produces strong coke by carbonization is mixed as a binder and adhered at room temperature. A method of granulating a mixture of an organic substance having a property and carbonizing at a high temperature is disclosed.

また、特公昭49−37036号公報には、フェノール系樹脂
またはフラン系樹脂を作る原料物質を活性炭に吸着さ
せ、重合、縮合せしめ、ついで高温で加熱する方法が示
されている。
In addition, Japanese Patent Publication No. 49-37036 discloses a method in which a raw material for producing a phenolic resin or a furanic resin is adsorbed on activated carbon, polymerized and condensed, and then heated at a high temperature.

特公昭52−18675号公報には、熱分解によりカーボンを
放出する炭化水素をコークスに添加し、これを高温で処
理して放出されたカーボンをコークスの細孔中に沈着さ
せる方法が示されている。
Japanese Patent Publication No. 52-18675 discloses a method in which a hydrocarbon that releases carbon by thermal decomposition is added to coke and treated at high temperature to deposit the released carbon in the pores of the coke. There is.

特開昭59−45914号公報には、やし殻炭粉末をコールタ
ールピッチおよび/またはコールタールをバインダーと
して造粒し、これを乾留して得た乾留炭を希鉱酸水溶液
で洗浄、水洗した後乾燥し、コールタールピッチおよび
/またはコールタールを加えて高温で熱処理する方法が
示されている。
JP-A-59-45914 discloses that coconut shell charcoal powder is granulated using coal tar pitch and / or coal tar as a binder, and the carbonized carbon obtained by carbonization is washed with a dilute mineral acid aqueous solution and washed with water. After that, a method of drying and then adding coal tar pitch and / or coal tar and heat treating at high temperature is shown.

特開昭60−171212号公報には、微細孔含有炭素基材を高
温で脱ガスし、ついで中程度の温度まで冷却後この温度
で気相の炭化水素と接触させてこの炭化水素を内部に収
着させ、ついで減圧下に脱ガスして炭素基材から物理的
に保持された炭化水素を除去し、その後基材の細孔に固
着した残留炭化水素を一層高い温度で分解することによ
り前記細孔に熱分解炭素を沈着させる方法が示されてい
る。
In Japanese Patent Laid-Open No. 60-171212, a microporous carbon substrate is degassed at a high temperature, then cooled to a medium temperature and then contacted with a vapor phase hydrocarbon at this temperature to bring the hydrocarbon inside. Sorbing and then degassing under reduced pressure to remove physically retained hydrocarbons from the carbon substrate, and then decomposing residual hydrocarbons that have adhered to the pores of the substrate at a higher temperature. A method of depositing pyrolytic carbon in the pores is shown.

(ハ)これとは別の方法として、特開昭60−150831号公
報には、メソカーボン・マイクロビーズにニトロ基、ス
ルホン基を導入し、ついで非酸化性雰囲気中300〜600℃
で加熱処理する方法が示されている。メソカーボン・マ
イクロビーズは、主として縮合多環芳香族化合物よりな
り、この化合物が一定方向に配列してラメラ(薄層)を
形成し、このラメラが積層した構造を持つものである。
この方法は、事前に官能基を化学的手法で導入してお
き、希望の細孔径を確保した上でその官能基を脱離除去
する方法である。
(C) As another method, in JP-A-60-150831, a nitro group and a sulfone group are introduced into mesocarbon microbeads, and then 300 to 600 ° C. in a non-oxidizing atmosphere.
The method of heat treatment is shown. The mesocarbon microbeads are mainly composed of a condensed polycyclic aromatic compound, and the compounds are arranged in a certain direction to form a lamella (thin layer), and the lamella has a laminated structure.
This method is a method in which a functional group is previously introduced by a chemical method, a desired pore size is secured, and then the functional group is eliminated and removed.

(ニ)また、特開昭49−106982号公報には、炭素材の気
孔を常圧または減圧下で200〜360℃の沸点を持つ有機化
合物で縮小する方法が開示されている。この方法は比較
的沸騰の高い有機化合物を用いて炭化することなしに気
孔を形成させるものである。
(D) Further, JP-A-49-106982 discloses a method of reducing pores of a carbon material with an organic compound having a boiling point of 200 to 360 ° C. under normal pressure or reduced pressure. This method uses relatively high boiling organic compounds to form pores without carbonization.

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、(イ)で述べた特公昭56−28846号公報
の方法は、工程が多岐にわたる上、高温の処理が必要
で、経済的方法とは言い難い。また、特許第930875号の
方法は、原料ポリ塩化ビニリデンから得られる炭素系分
子篩の収率が低いという欠点がある。
Problems to be Solved by the Invention However, the method of Japanese Patent Publication No. 56-28846 described in (a) has a wide variety of steps and requires high-temperature treatment, and thus is not an economical method. Further, the method of Japanese Patent No. 930875 has a drawback that the yield of the carbon-based molecular sieve obtained from the raw material polyvinylidene chloride is low.

(ロ)で述べた方法は、炭素材に何らかの方法で炭素を
析出させることにより細孔を析出炭素でせばめて細孔径
を縮小させる方法であるが、炭化工程で大幅な体積減少
が見られ、効果的に細孔径を縮小させることは困難であ
る。このため、処理を複数回行ったり、炭素骨格全体を
縮小させるために高温処理を行ったり、昇温、冷却、再
加熱を行ったりしなければならず、細孔径制御および経
済性の面で問題がある。
The method described in (b) is a method of precipitating carbon in a carbon material by some method to narrow the pores with deposited carbon to reduce the pore diameter, but a large volume reduction is observed in the carbonization step, It is difficult to effectively reduce the pore size. For this reason, it is necessary to perform the treatment a plurality of times, perform a high temperature treatment in order to reduce the entire carbon skeleton, and perform heating, cooling, and reheating, which is a problem in terms of pore size control and economy. There is.

(ハ)で述べた特開昭60−150831号公報の方法は、出発
原料たるメソカーボン・マイクロビーズを得るのに複雑
かつ多岐にわたる工程を経る上、その収率も10%前後で
あり、経済性に問題がある。
The method described in JP-A-60-150831 described in (c) above involves complicated and diversified steps for obtaining mesocarbon microbeads as a starting material, and the yield is about 10%. There is a problem with sex.

(ニ)で述べた特開昭49−106982号公報の方法も、気孔
縮小剤として用いている有機化合物の沸点も200〜300℃
である。このような有機化合物は、常温では液体かある
いは融点216℃までのもので容易に液体になるものであ
り、熱的に不安定なものである。従って、その使用条
件、たとえば真空度、温度等によってはこの有機化合物
が炭素材より逸散するおそれがあり、従ってそれに伴な
って細孔経も変化することとなり、安定して使用できな
い。さらに生成される気孔も0.2〜0.6μmと非常に大き
い。
In the method described in JP-A-49-106982 described in (d), the boiling point of the organic compound used as a pore-reducing agent is also 200 to 300 ° C.
Is. Such an organic compound is a liquid at room temperature or a liquid having a melting point of up to 216 ° C., which easily becomes a liquid and is thermally unstable. Therefore, depending on the conditions of use, such as the degree of vacuum and temperature, this organic compound may dissipate from the carbon material, and accordingly, the pore diameter also changes, so that it cannot be used stably. Further, the generated pores are very large, 0.2 to 0.6 μm.

これまで述べてきたように、従来の分子篩活性炭の製造
法は、細孔径調整の制御性および製造コストの面で問題
の多い高温加熱処理を伴なった複雑な多くの工程を経て
作る方法か、それほど高温を必要としないが、得られる
分子篩活性炭が安定性に欠け、寿命に問題のある製造法
しか提示されていない。
As described above, the conventional method for producing activated carbon having molecular sieves is a method of making through many complicated steps involving high-temperature heat treatment, which is problematic in terms of controllability of pore diameter adjustment and production cost, or Although it does not require such a high temperature, the resulting molecular sieve activated carbon lacks stability and only a production method having a problem of life is presented.

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
あり、処理工程の簡略化と省エネルギー性を満足しなが
ら、効率良く細孔径調整を制御する方法と、通常予想さ
れる使用条件下の熱や圧力に対しても安定で、細孔径分
布の狭く揃った平均細孔径の小さい分子篩活性炭を提供
しようとするものである。
The present invention is intended to solve such problems, a method for efficiently controlling the pore size adjustment while satisfying the simplification of the treatment process and energy saving, and a normally expected use condition. The present invention intends to provide a molecular sieve activated carbon which is stable to heat and pressure and has a narrow average pore size and a narrow average pore size.

問題点を解決するための手段 本発明者らは永年にわたって、酸素と親和性をもついわ
ゆる酸素担体としての各種錯体化合物について研究を行
ってきたが、その研究過程で以下に述べる本発明に到達
した。
Means for Solving Problems The present inventors have been researching various complex compounds as oxygen carriers having affinity with oxygen for many years, and in the course of the research, they arrived at the present invention described below. .

すなわち、本発明の分子篩活性炭は、活性炭表面にフタ
ロシアニン系化合物が蒸着した構成を有することを特徴
とするものである。
That is, the molecular sieve activated carbon of the present invention is characterized by having a structure in which a phthalocyanine compound is vapor-deposited on the surface of activated carbon.

また本発明の分子篩活性炭の製造法は、フタロシアニン
類を常圧または減圧下に温度350〜750℃で加熱昇華する
ことにより、該フタロシアニン系化合物を活性炭の表面
に蒸着させることを特徴とするものである。
The method for producing a molecular sieve activated carbon of the present invention is characterized in that the phthalocyanine compound is vapor-deposited on the surface of the activated carbon by heating and sublimating phthalocyanines at a temperature of 350 to 750 ° C. under normal pressure or reduced pressure. is there.

さらに本発明の混合ガスから特定ガスを分離する方法
は、圧力変動式吸着分離法により混合ガスから特性ガス
を分離するにあたり、活性炭表面にフタロシアニン系化
合物が蒸着した構成を有する分子篩活性炭を吸着剤とし
て用いることを特徴とするものである。
Furthermore, the method for separating a specific gas from the mixed gas of the present invention is a method in which a characteristic gas is separated from the mixed gas by a pressure fluctuation type adsorption separation method. It is characterized by being used.

本発明の分子篩活性炭は、そのIRスペクトル、X線回折
等から、蒸着したフタロシアニン系化合物により活性炭
の細孔ないしは間隙の周縁が覆われて縮小されているこ
とが確認された。また、その細孔分布測定およびガスの
吸着特性から、その平均細孔径も10Å以下で任意に調節
可能であることが判明した。
From the IR spectrum, X-ray diffraction, etc., it was confirmed from the IR spectrum, X-ray diffraction, etc., that the activated carbon of the molecular sieve of the present invention was reduced by covering the periphery of the pores or gaps of the activated carbon with the vapor-deposited phthalocyanine compound. From the measurement of the pore size distribution and the gas adsorption property, it was found that the average pore size could be arbitrarily adjusted to 10 Å or less.

このように本発明の分子篩活性炭は、活性炭の細孔ない
しは間隙の周縁にフタロシアニン系化合物が蒸着してお
り、この蒸着により活性炭の細孔ないしは間隙が制御性
良く縮小されているので、混合ガスから特定ガスを分離
する目的、殊に、空気中の酸素を選択的に吸着すること
を利用して、空気中の酸素と窒素を分離する目的に好適
である。
Thus, in the molecular sieve activated carbon of the present invention, the phthalocyanine-based compound is vapor-deposited on the periphery of the pores or gaps of the activated carbon, and the pores or gaps of the activated carbon are reduced by this vapor deposition with good controllability. It is suitable for the purpose of separating a specific gas, particularly for the purpose of separating oxygen and nitrogen in the air by selectively adsorbing oxygen in the air.

本発明で使用されるフタロシアニン系化合物は、熱的に
も化学的にも安定で、一般に350〜500℃において真空下
ではじめて昇華し、これ以下の温度では溶融もせず、酸
およびアルカリにも強くほとんどの溶楳にも不溶であ
る。従って、本発明の分子篩活性炭は極めて安定で、通
常の使用条件下ではほとんど永久的にその機能を維持す
るものである。
The phthalocyanine compound used in the present invention is thermally and chemically stable, generally sublimates at 350 to 500 ° C. under vacuum for the first time, does not melt at a temperature below this, and is resistant to acids and alkalis. It is also insoluble in most melts. Therefore, the molecular sieve activated carbon of the present invention is extremely stable and maintains its function almost permanently under normal use conditions.

本発明で用いられるフタロシアニン系化合物としては、
金属フタロシアニン類または/および遊離フタロシアニ
ン類があげられる。
The phthalocyanine compound used in the present invention,
Examples thereof include metal phthalocyanines and / or free phthalocyanines.

金属フタロシアニン類としては、マンガンフタロシアニ
ン、鉄フタロシアニン、コバルトフタロシアニン、ニッ
ケルフタロシアニン、クロムフタロシアニン、銅フタロ
シアニン、スズフタロシアニン、亜鉛フタロシアニン、
白金フタロシアニン、パラジウムフタロシアニンなどが
例示され、これらの塩素置換体、スルホン酸置換体、ス
ルホンアミド置換体、カルボン酸置換体等の誘導体も用
いることができる。他の金属のフタロシアニンも昇華性
を示すものであれば使用できる。
As the metal phthalocyanines, manganese phthalocyanine, iron phthalocyanine, cobalt phthalocyanine, nickel phthalocyanine, chromium phthalocyanine, copper phthalocyanine, tin phthalocyanine, zinc phthalocyanine,
Platinum phthalocyanine, palladium phthalocyanine and the like are exemplified, and derivatives of these chlorine-substituted compounds, sulfonic acid-substituted compounds, sulfonamide-substituted compounds, carboxylic acid-substituted compounds and the like can also be used. Other metal phthalocyanines can be used as long as they exhibit sublimability.

遊離フタロシアニン類としては、中心イオンとして金属
イオンを持たない遊離フタロシアニンが用いられ、その
塩素置換体、スルホン酸置換体、スルホンアミド置換
体、カルボン酸置換体等の誘導体も用いることができ
る。
As the free phthalocyanines, free phthalocyanines having no metal ion as a central ion are used, and derivatives thereof such as chlorine-substituted compounds, sulfonic acid-substituted compounds, sulfonamide-substituted compounds, and carboxylic acid-substituted compounds can also be used.

上記フタロシアニン系化合物を蒸着させる活性炭として
は、木質系、石炭系、タールピッチ系等の各種活性炭、
コークスなど広義の活性炭の範ちゅうに属するものが用
いられる。活性炭の形状は、粉末状、粒状、破砕物状、
成形物状のいずれであってもよいが、比較的細孔分布の
揃った、かつ平均細孔径の小さいものを出発原料として
用いた方が好ましい。
As the activated carbon for depositing the phthalocyanine-based compound, wood-based, coal-based, various activated carbon such as tar pitch-based,
Those belonging to the broad category of activated carbon such as coke are used. The shape of activated carbon is powder, granular, crushed material,
Although it may be in the form of a molded product, it is preferable to use a material having a relatively uniform pore distribution and a small average pore diameter as the starting material.

次に、本発明の分子篩活性炭の製造法をさらに詳細に述
べる。
Next, the method for producing the molecular sieve activated carbon of the present invention will be described in more detail.

粉末状活性炭を出発原料とする場合は、これに所定の割
合のフタロシアニン系化合物の微粉末を均一に混合した
ものをヘリウム、窒素等の不活性ガス雰囲気下に常圧な
いしは減圧下、もしくは不活性ガスを用いない減圧下で
一定時間加熱昇華処理を行う。
When powdered activated carbon is used as a starting material, a finely divided powder of a phthalocyanine-based compound in a predetermined ratio is uniformly mixed with it in an atmosphere of an inert gas such as helium or nitrogen under normal pressure or reduced pressure, or inert gas. Heat sublimation is performed for a certain period of time under reduced pressure without using gas.

粒状、破砕物状、成形物状の活性炭を出発原料とする場
合は、予めフタロシアニン系化合物をボールミル等で微
粉砕した上、これを界面活性剤を用いて水、アルコール
等の分散媒(特に水−アルコール混合系が好ましい)に
所定の濃度に分散せしめた分散液を調製し、減圧下で充
分に脱気された成形活性炭をこの分散液に減圧下に浸漬
して含浸を行い、含浸の実施後に分散媒を常温または加
温(たとえば50〜150℃)下で常圧または減圧下に活性
炭から充分に留去する。こうして得られる表面に均一に
フタロシアニン系化合物を担持させた活性炭を、上述の
粉末活性炭を出発原料とする場合と同様に、ヘリウム、
窒素等の不活性ガス雰囲気下に常圧ないしは減圧下、も
しくは不活性ガスを用いない減圧下で一定時間加熱昇華
処理を行う。
When the granular, crushed, or molded activated carbon is used as a starting material, the phthalocyanine-based compound is finely pulverized in advance with a ball mill or the like, and then a surfactant is used to disperse the dispersion medium such as water or alcohol (especially water). -Alcohol mixture system is preferred) to prepare a dispersion liquid having a predetermined concentration, and the activated carbon that has been sufficiently deaerated under reduced pressure is immersed in this dispersion liquid under reduced pressure for impregnation to carry out impregnation. After that, the dispersion medium is sufficiently distilled off from the activated carbon under normal pressure or reduced pressure at room temperature or under heating (for example, 50 to 150 ° C). The activated carbon having the phthalocyanine-based compound uniformly supported on the surface obtained in this manner is converted into helium in the same manner as in the case where the above-mentioned powdered activated carbon is used as a starting material.
Heat sublimation is performed for a certain period of time under an atmospheric pressure or reduced pressure in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen, or under a reduced pressure without using an inert gas.

加熱昇華処理に際しての加熱温度は350〜750℃、好まし
くは400〜650℃に設定する。また、この際に用いる不活
性ガスとしては、その分子径が小さいことおよび熱伝導
の大きいことから、特にヘリウムが好ましい。また一般
に、加熱昇華処理は、その昇華速度を早めるために減圧
下で行うことが好ましい場合が多いが、その際の減圧度
は50Torr以下、より望ましくは1Torr以下、さらに望ま
しくは10-2Torr程度あるいはそれ以下である。加熱昇華
処理を行う時間は、通常、1〜4時間、より好ましくは
2〜3時間である。
The heating temperature in the heat sublimation treatment is set to 350 to 750 ° C, preferably 400 to 650 ° C. Further, as the inert gas used at this time, helium is particularly preferable because of its small molecular diameter and large thermal conductivity. Further, generally, the heat sublimation treatment is often preferably performed under reduced pressure in order to accelerate the sublimation rate, but the degree of reduced pressure at that time is 50 Torr or less, more preferably 1 Torr or less, and further preferably about 10 -2 Torr. Or less. The time for performing the heat sublimation treatment is usually 1 to 4 hours, more preferably 2 to 3 hours.

上記のようにして製造された分子篩活性炭を吸着剤とし
て用いて圧力変動式吸着分離法により混合ガスから特定
ガスを分離する際には、たとえば、吸着圧力を大気圧以
上10kg/cm2G未満程度に設定し、再生圧力を大気圧ない
しは大気圧以下に設定する。圧力変動式吸着分離装置の
具体例は、後述の実施例18のところで例示する。
When separating a specific gas from a mixed gas by a pressure fluctuation type adsorption separation method using the molecular sieve activated carbon produced as described above as an adsorbent, for example, the adsorption pressure is not less than atmospheric pressure and less than about 10 kg / cm 2 G. And set the regeneration pressure to atmospheric pressure or below atmospheric pressure. A specific example of the pressure fluctuation type adsorption / separation device will be illustrated in Example 18 described later.

本発明の分子篩活性炭の産業上の利用分野は極めて広範
であり、たとえば、混合ガスから特定ガスを分離するた
め、殊に、空気中の酸素と窒素を圧力変動式吸着分離プ
ロセス、いわゆるPSA用の吸着剤として各種化学工業、
電子工業、食品工業、農水産業、金属の熱処理、冶金、
船舶等の分野で用いられる。また、その不活性なガス特
性を生かして、保持用、酸化防止用、生物の呼吸抑制
用、微生物の醗酵用に、あるいは、金属の窒化硬化処理
用等に多用されるほか、化学物質をその混合物から分離
するためものとして、ガスクロマトグラフィーのカラム
充填剤としての分析用から各種化学工業の分離プロセス
まで広く利用できる。
The industrial application field of the molecular sieve activated carbon of the present invention is extremely wide, for example, for separating a specific gas from a mixed gas, in particular, oxygen and nitrogen in the air are subjected to a pressure swing adsorption separation process, so-called PSA. Various chemical industries as adsorbents,
Electronics industry, food industry, agriculture and fisheries industry, heat treatment of metal, metallurgy,
Used in the field of ships, etc. In addition, by making use of its inert gas characteristics, it is often used for holding, for preventing oxidation, for suppressing breathing of living organisms, for fermentation of microorganisms, or for nitriding hardening treatment of metals, and other chemical substances. As a material for separation from a mixture, it can be widely used for analysis as a column packing for gas chromatography and separation processes of various chemical industries.

作用 本発明の分子篩活性炭は、細孔分布が狭く、よく揃って
いるので、ゼオライトの細孔分布により近づいたもので
ある。従って、酸素および窒素をよく分離するようにそ
の平均細孔径をこれらの分子の動力学的分子径に充分近
づくまで細孔を縮小したものでは従来知られている分子
篩活性炭を上まわる分離性能を発揮する。すなわち、こ
のように細孔調整した本発明の分子篩活性炭では、酸素
の吸着量は吸着圧力、吸着時間にほぼ比例して増大し、
吸着温度が低いほどその吸着量が増大する傾向を示すの
に対して、窒素の吸着量の吸着圧力、吸着時間、吸着温
度に対する依存性は小さい。言い換えれば、窒素の吸着
を極度に押え、酸素を選択的に吸着する吸着選択性高い
分子篩活性炭であるということができる。しかもこのと
きの酸素の吸着量は、従来の分子篩活性炭のそれと同等
以上を維持しており、工業的応用価値は極めて大きい。
Action Since the molecular sieve activated carbon of the present invention has a narrow pore distribution and is well aligned, it is closer to the pore distribution of zeolite. Therefore, in order to separate oxygen and nitrogen well, the average pore size is reduced enough to be close enough to the dynamic molecular size of these molecules. To do. That is, in the molecular sieve activated carbon of the present invention having the pores adjusted as described above, the adsorption amount of oxygen increases almost in proportion to the adsorption pressure and the adsorption time,
While the adsorption amount tends to increase as the adsorption temperature decreases, the dependency of the adsorption amount of nitrogen on the adsorption pressure, adsorption time and adsorption temperature is small. In other words, it can be said that the activated carbon is a molecular sieve activated carbon that highly suppresses adsorption of nitrogen and selectively adsorbs oxygen. Moreover, the amount of oxygen adsorbed at this time is equal to or higher than that of the conventional molecular sieve activated carbon, and its industrial application value is extremely large.

酸素および窒素に対するゼオライトと炭素吸着剤の吸着
選択性に及ぼす因子は、一般にゼオライトに関してはそ
の細孔径の大小よりも窒素の大きな電気四重極能率とゼ
オライト細孔表面の電気化学的特性との相関が大きいと
言われているが、何ら炭素以外の添加物のない炭素吸着
材では、その細孔表面を構成する炭素とこれら酸素、窒
素との間にはその電気化学的親和力に差異はなく、ただ
これらガスの分子径の大小と炭素吸着材の細孔径の大小
が大きく関係しているものと考えられている。従って、
本発明の分子篩活性炭は酸素担体でもあるフタロシアニ
ン系化合物で活性炭の細孔を縮小し、これらガスの分離
に関わる細孔または間隙の大きさがたとえば3Å近辺に
調整され、しかも、その細孔分布測定結果にも示されて
いるように、より大きな分子である窒素の共吸着を許容
する大きな細孔が極度に少ない細孔分布の狭く揃った構
造であることが、これらの吸着選択性の向上に寄与して
いるものと思われる。
The factors affecting the adsorption selectivity of zeolites and carbon adsorbents for oxygen and nitrogen are generally the correlation between the electric quadrupole efficiency of nitrogen and the electrochemical characteristics of the zeolite pore surface It is said that, in the carbon adsorbent without any additives other than carbon, there is no difference in the electrochemical affinity between the carbon constituting the pore surface and these oxygen and nitrogen, However, it is considered that the molecular size of these gases and the pore size of the carbon adsorbent are greatly related. Therefore,
The molecular sieve activated carbon of the present invention is a phthalocyanine-based compound which is also an oxygen carrier to reduce the pores of activated carbon so that the size of the pores or gaps involved in the separation of these gases is adjusted to, for example, around 3Å, and the pore distribution is measured. As shown in the results, the structure in which the large pores that allow the co-adsorption of the larger molecule, nitrogen, are extremely small and the pore distribution is narrow and uniform is expected to improve the adsorption selectivity. It seems to have contributed.

実 施 例 次に実施例をあげて本発明をさらに説明する。EXAMPLES Next, the present invention will be further described with reference to Examples.

なお、以下において吸着実験装置としては第8図に示し
た装置を用いた。図中、(1)はボンベ、(2)はバッ
ファー管、(3)はサンプル管、(4)は真空ポンプ、
(5)は圧力計、(6)は圧力センサー、(7)は記録
計、(8a),(8b),(8c)はバルブ、(9)はサンプ
ル管(3)に充填した試料(蒸着活性炭)である。
In the following, the device shown in FIG. 8 was used as the adsorption experiment device. In the figure, (1) is a cylinder, (2) is a buffer tube, (3) is a sample tube, (4) is a vacuum pump,
(5) is a pressure gauge, (6) is a pressure sensor, (7) is a recorder, (8a), (8b) and (8c) are valves, and (9) is a sample filled in a sample tube (3) (vapor deposition). Activated carbon).

この吸着実験装置を用いての吸着実験操作は、次のよう
にして行った。
The adsorption experiment operation using this adsorption experiment apparatus was performed as follows.

次の工程で酸素ガスについて吸着操作を行う。In the next step, adsorption operation for oxygen gas is performed.

サンプル管(3)に試料を入れ、バルブ(8c)を閉
にし、バルブ(8a)と(8b)を開にして真空排気を行
う。
The sample is put in the sample tube (3), the valve (8c) is closed, the valves (8a) and (8b) are opened, and vacuum exhaust is performed.

バルブ(8a)と(8b)を閉にし、バルブ(8c)を開
にしてボンベ(1)から酸素ガスを導入し、ある一定圧
力のもとでバルブ(8c)を閉める。
The valves (8a) and (8b) are closed, the valve (8c) is opened, oxygen gas is introduced from the cylinder (1), and the valve (8c) is closed under a certain constant pressure.

バルブ(8a)を開にして、吸着曲線をを圧力センサ
ー(6)を通して記録計(7)により記録する。
The valve (8a) is opened and the adsorption curve is recorded by the recorder (7) through the pressure sensor (6).

同様に窒素ガスについても吸着操作を行う。Similarly, adsorption operation is performed for nitrogen gas.

吸着量を求めるために、ブランクとしてヘリウムガスを
使用する。
Helium gas is used as a blank to determine the adsorption amount.

なお、以下の実施例では、バッファー管(2)内の圧力
を2.0kg/cm2Gの一定値に設定した。
In the following examples, the pressure inside the buffer tube (2) was set to a constant value of 2.0 kg / cm 2 G.

実施例1 次の工程操作により、分子篩活性炭の製造およびそを用
いての吸着実験を行った。
Example 1 A molecular sieve activated carbon was produced and an adsorption experiment using the same was performed by the following process operations.

(a)粒状の活性炭(武田薬品工業株式会社製、MSC−5
A)3.0gを粉末にして、鉄フタロシアニン0.3gと均一に
混合し、試料とする。
(A) Granular activated carbon (MSC-5 manufactured by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.)
A) 3.0 g of powder is mixed with 0.3 g of iron phthalocyanine, and used as a sample.

(b)パイレックスまたは石英のガラス管(内径10mm、
長さ150mm)に上記試料を入れて10-2Torrで2時間真空
排気を行い、しかる後に管を封止する。
(B) Pyrex or quartz glass tube (inner diameter 10 mm,
The above sample is put in a length of 150 mm), and it is evacuated at 10 -2 Torr for 2 hours, and then the tube is sealed.

(c)電気炉で昇温速度8〜10℃/minで450〜500℃まで
加熱し、その温度で1時間保温する。
(C) Heat in an electric furnace at a heating rate of 8 to 10 ° C / min to 450 to 500 ° C, and keep the temperature for 1 hour.

(d)これを徐冷した後、サンプル管に入れて吸着実験
を行い、吸着曲線を記録する。
(D) After slowly cooling this, put it in a sample tube and perform an adsorption experiment, and record the adsorption curve.

このときの吸着曲線が第1図に実線で示す。吸着曲線
は、縦軸が吸着量、横軸が時間を表わしている。なお第
1図に破線で示した曲線はブランクであり、上記粒状の
活性炭MSC−5Aを粉末したもののみを用いた場合であ
る。(他の図の破線で示した吸着曲線も活性炭のみを用
いた場合である。) また、上記で得られた分子篩活性炭の細孔分布曲線を第
2図に破線で示す。なお、上記粒状の活性炭MSC−5Aを
粉末したもののみの細孔分布曲線を第2図に実線で示
す。第2図からも、基材としての活性炭の細孔径分布は
広く、平均細孔径が大きいが、これにフタロシアニン系
化合物を蒸着したものは、細孔径分布が狭く揃ってお
り、平均細孔径が小さいことがわかる。
The adsorption curve at this time is shown by the solid line in FIG. In the adsorption curve, the vertical axis represents the adsorption amount and the horizontal axis represents time. The curve shown by a broken line in FIG. 1 is a blank, and is a case where only the granular activated carbon MSC-5A powdered is used. (The adsorption curves shown by the broken lines in the other figures are also the case where only activated carbon is used.) The pore distribution curve of the molecular sieve activated carbon obtained above is shown by the broken lines in FIG. The pore distribution curve of only the granular activated carbon MSC-5A powder is shown by the solid line in FIG. From FIG. 2 as well, the activated carbon as a base material has a wide pore size distribution and a large average pore size, but the vapor-deposited phthalocyanine compound has a narrow pore size distribution and a small average pore size. I understand.

対照例1 実施例1における工程(c)の加熱温度を300〜350℃
(加熱温度を下げ、保温時間は一定に設定)または750
〜800℃(加熱温度を上げ、保温時間は一定に設定)と
したほかは実施例1と同様にして実験を行った。このと
きの吸着曲線を第3図に示す。
Comparative Example 1 The heating temperature in step (c) in Example 1 was 300 to 350 ° C.
(Lower heating temperature and constant heat retention time) or 750
Experiments were conducted in the same manner as in Example 1 except that the temperature was raised to 800 ° C (the heating temperature was raised and the heat retention time was set constant). The adsorption curve at this time is shown in FIG.

第1図および第3図から、基材とした活性炭には酸素、
窒素の吸着選択性はないが、この活性炭にフタロシアニ
ン系化合物を蒸着することにより、窒素の吸着選択性が
抑えられ、酸素のみの吸着選択性が現れたことがわか
る。また、酸素のみの吸着選択効果を最大限に発揮させ
るためには、加熱温度、すなわちフタロシアニン系化合
物の昇華温度が重要な因子となっていることがわかる。
From FIGS. 1 and 3, the activated carbon used as the base material is oxygen,
Although there is no nitrogen adsorption selectivity, it can be seen that by vapor-depositing a phthalocyanine-based compound on this activated carbon, the nitrogen adsorption selectivity was suppressed and oxygen only adsorption selectivity appeared. Further, it is understood that the heating temperature, that is, the sublimation temperature of the phthalocyanine-based compound is an important factor for maximizing the adsorption selection effect of only oxygen.

実施例2〜5 活性炭の種類、フタロシアニン系化合物の種類と使用
量、加熱温度、保温時間を種々変えたほかは実施例1と
同様にして実験を行った。
Examples 2 to 5 Experiments were performed in the same manner as in Example 1 except that the type of activated carbon, the type and amount of phthalocyanine compound used, the heating temperature, and the heat retention time were variously changed.

条件および結果を第1表に示す。The conditions and results are shown in Table 1.

上記実施例1〜5で得たフタロシアニン系化合物蒸着活
性炭の分析結果は次の通りであった。
The analysis results of the phthalocyanine compound vapor-deposited activated carbons obtained in Examples 1 to 5 were as follows.

平均細孔径は10Å以下に中心を持つ。 The average pore size is centered at 10Å or less.

X線回析、FT−IRより、フタロシアニン系化合物の
同定ピークが存在する。
From X-ray diffraction and FT-IR, there is an identification peak of the phthalocyanine compound.

走査電子顕微鏡より、明らかにフタロシアニン系化
合物の結晶と思われる針状晶が認められる。
Needle-like crystals, which are apparently crystals of phthalocyanine compounds, are observed by scanning electron microscopy.

上記、、の分析結果より、フタロシアニン系化合
物が細孔調節剤としての役目を果たしていることが判明
した。しかし、FT−IRより得られる同定ピーク以外に別
なピークの存在することもあり、フタロシアニン骨格を
保持した一部分解物あるいは重合物と思われるピークも
加熱条件によっては現れることがある。
From the above analysis results of, it was found that the phthalocyanine-based compound plays a role as a pore control agent. However, in addition to the identified peaks obtained by FT-IR, there may be other peaks, and peaks that are considered to be partially decomposed products or polymers having a phthalocyanine skeleton may also appear depending on heating conditions.

実施例6 次の工程操作により、分子篩活性炭の製造およびそれを
用いての吸着実験を行った。
Example 6 Production of molecular sieve activated carbon and an adsorption experiment using the same were carried out by the following process operations.

(a)粒状の活性炭(武田薬品工業株式会社製、白鷲−
G)3.0gを粉末にして、コバルトフタロシアニン0.4gを
均一に混合し、試料とする。
(A) Granular activated carbon (manufactured by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd., white eagle-
G) 3.0 g of powder is made into powder and 0.4 g of cobalt phthalocyanine is uniformly mixed to obtain a sample.

(b)パイレックスまたは石英のガラス管(内径10mm、
長さ150mm)に上記試料を入れて10-2Torrで2時間真空
排気を行う。
(B) Pyrex or quartz glass tube (inner diameter 10 mm,
The above sample is put into a length of 150 mm) and vacuum exhaust is performed at 10 -2 Torr for 2 hours.

(c)減圧下ヘリウムガスを通じ、内部を空気より遮断
し、ヘリウムガスの微量を通しながら電気炉で昇温速度
8〜10℃/minで700〜750℃まで加熱し、その温度で1時
間保温する。
(C) The interior is shielded from air by passing helium gas under reduced pressure, and while passing a small amount of helium gas, it is heated in an electric furnace to 700 to 750 ° C at a temperature rising rate of 8 to 10 ° C / min and kept at that temperature for 1 hour. To do.

(d)これを徐冷した後、サンプル管に入れて吸着実験
を行い、吸着曲線を記録する。
(D) After slowly cooling this, put it in a sample tube and perform an adsorption experiment, and record the adsorption curve.

このときの吸着曲線を第4図に示す。The adsorption curve at this time is shown in FIG.

実施例7〜10 活性炭の種類、フタロシアニン系化合物の種類と使用
量、加熱温度、保温時間を種々変えたほかは実施例6と
同様にして実験を行った。
Examples 7 to 10 Experiments were conducted in the same manner as in Example 6 except that the type of activated carbon, the type and amount of phthalocyanine compound used, the heating temperature, and the heat retention time were variously changed.

条件および結果を第2表に示す。The conditions and results are shown in Table 2.

上記実施例6〜10はフタロシアニン系化合物の蒸着を常
圧下で行ったものであるが、その吸着量は減圧下で行っ
た実施例1〜5の場合と大差のないものであり、また、
フタロシアニン系化合物蒸着活性炭の分析結果も前述の
実施例1〜5の場合と同じであった。
In Examples 6 to 10 above, vapor deposition of the phthalocyanine-based compound was carried out under normal pressure, but the adsorption amount was not much different from that in Examples 1 to 5 carried out under reduced pressure.
The analysis results of the phthalocyanine compound vapor-deposited activated carbon were also the same as those in Examples 1 to 5 described above.

実施例11〜15 実施例1〜10は粉末状の活性炭と粉末状のフタロシアニ
ン系化合物の均一混合系に関するものであったが、粒状
の活性炭を用いて上述の工程操作を行うと、蒸着が不充
分で蒸着むらを生ずる。
Examples 11 to 15 Examples 1 to 10 were related to a homogeneous mixed system of powdered activated carbon and powdered phthalocyanine compound, but when the above-mentioned process operation was performed using granular activated carbon, vapor deposition was unsuccessful. Sufficient vapor deposition unevenness occurs.

その対策のために、フタロシアニン系化合物を分散媒に
分散せしめた分散液を粒状の活性炭に含浸させる方法を
採用したのが以下にあげる実施例11〜15である。
As a countermeasure against this, Examples 11 to 15 described below employ a method of impregnating a dispersion liquid in which a phthalocyanine compound is dispersed in a dispersion medium into granular activated carbon.

この場合、フタロシアニン系化合物を溶媒に溶解して含
浸させるのが好ましいが、フタロシアニン系化合物は溶
媒にはほとんど溶けず、濃硫酸に溶ける程度である。そ
こで、粒状の活性炭の表面にまんべんなく均一にフタロ
シアニン系化合物を付着させるために、非イオン界面活
性剤を使用して分散媒にフタロシアニン系化合物を分散
させ、減圧下で蒸着を行う方法を採用した。
In this case, the phthalocyanine compound is preferably dissolved in a solvent for impregnation, but the phthalocyanine compound is almost insoluble in the solvent but only in concentrated sulfuric acid. Therefore, in order to evenly and uniformly adhere the phthalocyanine compound to the surface of the granular activated carbon, a method of dispersing the phthalocyanine compound in the dispersion medium using a nonionic surfactant and performing vapor deposition under reduced pressure was adopted.

実施例11 次の工程操作により、分子篩活性炭の製造およびそれを
用いての吸着実験を行った。
Example 11 A molecular sieve activated carbon was produced and an adsorption experiment using the same was performed by the following process operations.

(a)粒状の活性炭(武田薬品工業株式会社製、MSC−5
A)3.0gを用意し、2時間真空排気を行う。
(A) Granular activated carbon (MSC-5 manufactured by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.)
A) Prepare 3.0g and evacuate for 2 hours.

(b)マンガンフタロシアニン0.30gと非イオン系界面
活性剤(花王石鹸株式会社製、エマルゲンA−90)0.06
gを、水とエタノールの重量比で10:1の混合溶媒3.0gに
分散させた後、真空下で上記真空排気を行った活性炭を
滴下する。
(B) Manganese phthalocyanine 0.30 g and nonionic surfactant (Emulgen A-90, manufactured by Kao Soap Co., Ltd.) 0.06
g is dispersed in 3.0 g of a mixed solvent having a weight ratio of water and ethanol of 10: 1, and then the activated carbon that has been evacuated under vacuum is added dropwise.

(c)これを充分に脱水した後、電気炉で昇温速度8〜
10℃/minで500〜550℃まで加熱し、その温度で2時間保
温する。
(C) After sufficiently dehydrating this, the heating rate is 8 to 8 in an electric furnace.
Heat to 500-550 ° C at 10 ° C / min and keep the temperature for 2 hours.

(d)これを徐冷した後、サンプル管に入れて吸着実験
を行い、吸着曲線を記録する。
(D) After slowly cooling this, put it in a sample tube and perform an adsorption experiment, and record the adsorption curve.

このときの吸着曲線を第5図に示す。The adsorption curve at this time is shown in FIG.

実施例12〜15 活性炭の種類、フタロシアニン系化合物の種類と使用
量、加熱温度、保温時間を種々変えたほかは実施例11と
同様にして実験を行った。
Examples 12 to 15 Experiments were performed in the same manner as in Example 11 except that the type of activated carbon, the type and amount of phthalocyanine compound, the heating temperature, and the heat retention time were variously changed.

条件および結果を第3表に示す。The conditions and results are shown in Table 3.

(第3表参照) 上記実施例11〜15は粒状の活性炭にフタロシアニン系化
合物を蒸着させたものであるが、その吸着量は粉末状の
活性炭と粉末状のフタロシアニン系化合物の均一混合系
に関する実施例1〜10の場合と大差のないものであり、
また、フタロシアニン系化合物蒸着活性炭の分析結果も
前述の実施例1〜5の場合と同じであった。
(See Table 3) In Examples 11 to 15 above, the phthalocyanine-based compound was vapor-deposited on the granular activated carbon, and the adsorption amount was an operation relating to a homogeneous mixed system of powdered activated carbon and powdered phthalocyanine-based compound. There is not much difference from the cases of Examples 1 to 10,
The analysis results of the phthalocyanine compound vapor-deposited activated carbon were also the same as those in Examples 1 to 5 described above.

実施例16 次の工程操作により、分子篩活性炭の製造およびそれを
用いての吸着実験を行った。
Example 16 A molecular sieve activated carbon was produced and an adsorption experiment using the same was performed by the following process operations.

(a)活性炭(北越炭素工業株式会社製、Y−20、破砕
炭)3.0gを用意し、2時間真空排気を行う。
(A) Prepare 3.0 g of activated carbon (Hokuetsu Carbon Co., Ltd., Y-20, crushed coal) and evacuate it for 2 hours.

(b)銅フタロシアニン−(SO3NH2)n(0<n<1)
0.4gと非イオン系界面活性剤(花王石鹸株式会社製、エ
マルゲンA−90)0.06gを、水とエタノールの重量比で1
0:1の混合溶媒3.0gに分散させた後、真空下で上記真空
排気を行った活性炭に滴下する。
(B) Copper phthalocyanine- (SO 3 NH 2 ) n (0 <n <1)
0.4 g and 0.06 g of nonionic surfactant (Emulgen A-90 manufactured by Kao Soap Co., Ltd.) in a weight ratio of water and ethanol of 1
After being dispersed in 3.0 g of a 0: 1 mixed solvent, it is added dropwise to the above-described evacuated activated carbon under vacuum.

(c)真空下で充分に脱水した後、ヘリウムガスを通じ
て微量ずつ大気に放出しながら、電気炉で昇温速度8〜
10℃/minで650〜700℃まで加熱し、その温度で3時間保
温する。
(C) After sufficiently dehydrating in a vacuum, the temperature rise rate is 8 to 8
Heat at 650-700 ° C at 10 ° C / min and keep it at that temperature for 3 hours.

(d)これを徐冷した後、サンプル管に入れて吸着実験
を行い、吸着曲線を記録する。
(D) After slowly cooling this, put it in a sample tube and perform an adsorption experiment, and record the adsorption curve.

このときの吸着曲線を第6図に示す。The adsorption curve at this time is shown in FIG.

実施例17 次の工程操作により、分子篩活性炭の製造およびそれを
用いての吸着実験を行った。
Example 17 A molecular sieve activated carbon was produced and an adsorption experiment using the same was performed by the following process operations.

(a)5の三つ口フラスコに活性炭(武田薬品工業株
式会社製、白鷲−G、粒状)1.0kgを入れ、100〜120℃
で2時間加熱排気を行う。
(A) 1.0 kg of activated carbon (manufactured by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd., White Eagle-G, granular) was put in a three-necked flask of 5 and 100 to 120 ° C.
And heat exhaust for 2 hours.

(b)鉄フタロシアニン35.0g、銅フタロシアニン80.0g
および非イオン系界面活性剤(花王石鹸株式会社製、エ
マルゲンA−90)20.0gを、水とエタノールの重量比で1
0:1の混合溶媒1を用いて分散させる(ただし、分散
においては磁性ボールミルを使用)。
(B) Iron phthalocyanine 35.0 g, copper phthalocyanine 80.0 g
And 20.0 g of a nonionic surfactant (Emulgen A-90 manufactured by Kao Soap Co., Ltd.) in a weight ratio of water to ethanol of 1
Disperse using 0: 1 mixed solvent 1 (however, use a magnetic ball mill for dispersion).

(c)上記(a)に上記(b)を滴下ロートを用いて充
分に時間をかけて滴下する。
(C) The above (b) is dropped into the above (a) using a dropping funnel for a sufficient time.

(d)表面上に水分が存在しないと目視で判断した後、
砂浴で2時間、120〜140℃で水分を飛ばす。
(D) After visually judging that there is no water on the surface,
Drain water at 120-140 ° C for 2 hours in a sand bath.

(e)充分に水分がなくなった状態で、添付着活性炭を
真空電気炉に移し、10-2Torrで昇温速度5〜8℃/minで
530〜580℃まで加熱する。
(E) With the water completely removed, transfer the attached activated carbon to a vacuum electric furnace at 10 -2 Torr at a heating rate of 5 to 8 ° C / min.
Heat to 530-580 ° C.

(f)真空拡散ポンプの口を遮断して、ヘリウムガス20
Torrまで入れた後、530〜580℃の温度で1時間保温す
る。
(F) Close the port of the vacuum diffusion pump to remove helium gas 20
After adding to Torr, keep the temperature at 530-580 ° C for 1 hour.

(g)ヘリウムガスを徐々に増やして排気口を開け、徐
冷する。
(G) Gradually increase the helium gas, open the exhaust port, and gradually cool.

その中の試料3.0gの吸着曲線は第7図に示した如くであ
る。
The adsorption curve of 3.0 g of the sample is as shown in FIG.

実施例18 第9図に示した圧力変動式吸着分離装置を用い、この装
置に実施例11で製造した分子篩活性炭を充填して、空気
より窒素分離を行った。
Example 18 Using the pressure swing adsorption separation apparatus shown in FIG. 9, the apparatus was filled with the molecular sieve activated carbon produced in Example 11, and nitrogen was separated from air.

第9図中、(10),(10)は吸着塔、(11)は製品タン
ク、(12)は真空ポンプである。
In FIG. 9, (10) and (10) are adsorption towers, (11) is a product tank, and (12) is a vacuum pump.

容積0.58(重量で360g/塔)の分子篩活性炭を充填し
た吸着塔2基を使用して、吸着圧力4.5kg/cm2G、真空再
生圧力10Torr、吸着時間120秒とした場合、次の第4表
に示す結果が得られた。
When using two adsorption towers packed with 0.58 (360 g / tower by weight) molecular activated carbon, the adsorption pressure is 4.5 kg / cm 2 G, the vacuum regeneration pressure is 10 Torr, and the adsorption time is 120 seconds. The results shown in the table were obtained.

実施例19 実施例16で製造した分子篩活性炭を用いて、実施例18と
同様の操作を行った。ただし、吸着時間は90秒とした。
結果を第5表に示す。
Example 19 The same operation as in Example 18 was performed using the molecular sieve activated carbon produced in Example 16. However, the adsorption time was 90 seconds.
The results are shown in Table 5.

実施例20 実施例17で製造した分子篩活性炭を用いて、実施例18と
同様の操作を行った。ただし、吸着時間は60秒とした。
結果を第6表に示す。
Example 20 The same operation as in Example 18 was performed using the molecular sieve activated carbon produced in Example 17. However, the adsorption time was 60 seconds.
The results are shown in Table 6.

実施例21 実施例11を製造した分子篩活性炭を用いて、アルゴン80
%、酸素20%の混合ガスよりアルゴン分離を行った。装
置および条件は実施例18と同じ装置および条件とした。
結果を第7表に示す。
Example 21 Using the molecular sieve activated carbon prepared in Example 11, argon 80
Argon was separated from a mixed gas containing 20% oxygen and 20% oxygen. The apparatus and conditions were the same as in Example 18.
The results are shown in Table 7.

発明の効果 本発明の分子篩活性炭は、活性炭の細孔ないしは間隙の
周縁にフタロシアニン系化合物が蒸着しており、この蒸
着により活性炭の細孔ないしは間隙が制御性良く縮小さ
れている。この平均細孔径も10Å以下で任意に調節可能
である。そのため、窒素の吸着を極度に押え、酸素を選
択的に吸着するすぐれた選択吸着性を示す。また、フタ
ロシアニン系化合物は、熱的にも化学的にも極めて安定
であるので、発明の分子篩活性炭も極めて安定であり、
通常の使用条件下ではほとんど永久的にその機能を維持
する。
EFFECTS OF THE INVENTION In the molecular sieve activated carbon of the present invention, a phthalocyanine compound is vapor-deposited on the periphery of the pores or gaps of the activated carbon, and the vapor deposition reduces the pores or gaps of the activated carbon with good controllability. This average pore diameter can also be arbitrarily adjusted to 10 Å or less. Therefore, it exhibits excellent selective adsorptivity that suppresses the adsorption of nitrogen extremely and selectively adsorbs oxygen. Further, since the phthalocyanine-based compound is extremely stable both thermally and chemically, the molecular sieve activated carbon of the invention is also extremely stable,
It maintains its function almost permanently under normal use conditions.

従って、本発明の分子篩活性炭は、混合ガスから特定ガ
スを分離する目的、殊に、空気中の酸素を圧力変動式吸
着分離プロセスに従って選択的に吸着することにより空
気中の酸素と窒素と分離する目的に好適であり、その他
種々の目的に用いることができる。
Therefore, the molecular sieve activated carbon of the present invention separates the oxygen in the air from the nitrogen by selectively adsorbing the oxygen in the air according to the pressure swing adsorption separation process for the purpose of separating the specific gas from the mixed gas. It is suitable for the purpose and can be used for various other purposes.

しかも、本発明の分子篩活性炭の製造にあたっては、処
理工程が簡略化され、かつ省エネルギーが図られるの
で、この点でも工業的価値が高いものであるということ
ができる。
Moreover, in the production of the molecular sieve activated carbon of the present invention, the treatment process is simplified and energy saving can be achieved, so that it can be said that the industrial value is also high in this respect.

【図面の簡単な説明】 第1図は実施例1における吸着曲線を示したものであ
る。 第2図は実施例1で得られた分子篩活性炭の細孔分布曲
線およびその基材として用いた活性炭の細孔分布曲線で
ある。 第3図は対照例1における吸着曲線を示したものであ
る。 第4図、第5図、第6図および第7図は、それぞれ実施
例6、実施例11、実施例16、実施例17における吸着曲線
を示したものである。 第8図は各実施例で用いた吸着実験装置を示したもので
ある。 第9図は実施例で用いた圧力変動式吸着分離装置を示し
たものである。 (1)……ボンベ、(2)……バッファー管、(3)…
…サンプル管、(4)……真空ポンプ、(5)……圧圧
力計、(6)……圧力センサー、(7)……記録計、
(8a),(8b),(8c)……バルブ、(9)……試料、
(10)……吸着塔、(11)……製品タンク、(12)……
真空ポンプ
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows an adsorption curve in Example 1. FIG. 2 shows the pore distribution curve of the molecular sieve activated carbon obtained in Example 1 and the pore distribution curve of the activated carbon used as the base material. FIG. 3 shows the adsorption curve in Control Example 1. FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6, and FIG. 7 show adsorption curves in Example 6, Example 11, Example 16, and Example 17, respectively. FIG. 8 shows the adsorption experimental apparatus used in each example. FIG. 9 shows the pressure fluctuation type adsorption / separation device used in the examples. (1) …… Cylinder, (2) …… Buffer tube, (3)…
… Sample tube, (4) …… Vacuum pump, (5) …… Pressure and pressure gauge, (6) …… Pressure sensor, (7) …… Recorder,
(8a), (8b), (8c) ... valve, (9) ... sample,
(10) …… Adsorption tower, (11) …… Product tank, (12) ……
Vacuum pump

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】活性炭表面にフタロシアニン系化合物が蒸
着した構成を有する分子篩活性炭。
1. A molecular sieve activated carbon having a structure in which a phthalocyanine compound is vapor-deposited on the surface of activated carbon.
【請求項2】蒸着後の平均細孔径が10Å以下である特許
請求の範囲第1項記載の分子篩活性炭。
2. The molecular sieve activated carbon according to claim 1, wherein the average pore size after vapor deposition is 10 Å or less.
【請求項3】フタロシアニン系化合物が金属フタロシア
ニン類または/および遊離フタロシアニン類である特許
請求の範囲第1項記載の分子篩活性炭。
3. The molecular sieve activated carbon according to claim 1, wherein the phthalocyanine compound is a metal phthalocyanine and / or a free phthalocyanine.
【請求項4】フタロシアニン系化合物を常圧または減圧
下に温度350〜750℃で加熱昇華することにより、該フタ
ロシアニン系化合物を活性炭の表面に蒸着させることを
特徴とする分子篩活性炭の製造法。
4. A method for producing activated carbon of molecular sieve, which comprises subjecting a phthalocyanine compound to vapor deposition on the surface of activated carbon by heating and sublimating the phthalocyanine compound at a temperature of 350 to 750 ° C. under normal pressure or reduced pressure.
【請求項5】粉末状活性炭にフタロシアニン系化合物の
微粉末を均一に混合した後、不活性ガス雰囲気下に常圧
ないしは減圧下、もしくは不活性ガスを用いない減圧下
に加熱昇華処理することを特徴とする特許請求の範囲第
4項記載の製造法。
5. A method in which a fine powder of a phthalocyanine compound is uniformly mixed with powdered activated carbon and then subjected to heat sublimation treatment under atmospheric pressure or reduced pressure in an inert gas atmosphere or under reduced pressure without using an inert gas. The manufacturing method according to claim 4, characterized in that
【請求項6】充分に脱気された粒状、破砕物状または成
形物状の活性炭に、微粉砕状フタロシアニン系化合物を
分散媒に分散せしめた分散液を含浸させた後、分散媒を
留去し、ついで不活性ガス雰囲気下に常圧ないしは減圧
下、もしくは不活性ガスを用いない減圧下に加熱昇華処
理することを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の製
造法。
6. A sufficiently deaerated granular, crushed or shaped activated carbon is impregnated with a dispersion liquid in which a finely ground phthalocyanine compound is dispersed in a dispersion medium, and then the dispersion medium is distilled off. Then, the sublimation treatment is carried out by heating under atmospheric pressure or reduced pressure under an inert gas atmosphere, or under reduced pressure without using an inert gas, according to claim 4.
【請求項7】圧力変動式吸着分離法により混合ガスから
特定ガスを分離するにあたり、活性炭表面にフタロシア
ニン系化合物が蒸着した構成を有する分子篩活性炭を吸
着剤として用いることを特徴とする混合ガスから特定ガ
スを分離する方法。
7. When separating a specific gas from a mixed gas by a pressure fluctuation type adsorption separation method, molecular sieve activated carbon having a constitution in which a phthalocyanine compound is vapor-deposited on the surface of activated carbon is used as an adsorbent. How to separate gases.
【請求項8】空気中の酸素と窒素を分離するものである
特許請求の範囲第7項記載の方法。
8. The method according to claim 7, which separates oxygen and nitrogen in the air.
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