JPH07241465A - 吸着剤及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 密度が高く，体積当たりの吸着性能が高く，
かつ圧損の少ない吸着剤及びその製造方法を提供するこ
と。 【構成】 吸着剤は，吸着材料を加圧成形してなると共
に多数の空洞部を有している。空洞部は，昇華性物質が
昇華して形成されたものである。吸着材料は例えば活性
炭素繊維等である。昇華性物質としては，例えばヨウ
素，ショウノウ，ナフタリン等がある。吸着剤の製造に
当たっては，粉砕した吸着材料と昇華性物質とを混合
し，加圧成形し，その後，上記昇華性物質を昇華させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，自動車用空気清浄器，
室内用空気清浄器，又は蒸発燃料処理装置等において，
多目的に用いられる吸着体及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】近年，内燃機関の燃料タンクから発生する
燃料空気が，環境や人体に与える悪影響が問題となって
いる。そのため，上記の排出規制を強化する動きがあ
る。また，室内の快適化志向が強まる中で脱臭ニーズも
高まりつつある。このように，様々な環境改善志向が高
まるなかで，燃料蒸気や臭気等を吸着する吸着剤が求め
られている。

【０００３】かかる要望に対し，従来，粒状活性炭，粉
末活性炭よりも吸着性能の優れた活性炭素繊維が吸着剤
として使用されつつある。しかし，活性炭素繊維の形状
は綿状であるため，そのまま何ら加工もすることなく用
いた場合には，取扱いにくい。そのため，活性炭素繊維
は，一般にペーパー状，フェルト状，ハニカム状に成形
して，用いられている。

【０００４】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記活性炭素
繊維成形体は，その密度がいずれも０．２ｇ／ｃｃ程度
であり，従来から用いられている粒状活性炭の充填密度
の半分程度である。そのため，活性炭素繊維成形体は，
重量当たりの性能は粒状活性炭より優れているが，体積
当たりの性能が低下するという問題があった。

【０００５】そこで，特開平４−４０４０号公報には，
加圧成形にて活性炭素繊維成形体の充填密度を０．４ｇ
／ｃｃ以上にする技法が考案されている。しかし，この
場合には，上記成形体にガス状，液体状の被処理流体を
通過させる場合，圧損が高くなりすぎ実際に使用するに
は依然として問題を残している。

【０００６】また，特開平２−２０７８４０号公報に
は，酸素欠乏下において加熱処理された籾殻炭を用い，
これに通気性をもたせて成形した吸着剤が開示されてい
る。しかし，この吸着剤についても同様に圧損が高くな
りすぎ，実際に使用することが困難である。本発明はか
かる従来の問題点に鑑み，高密度で，体積当たりの吸着
性能が高く，圧損が少ない吸着剤及びその製造方法を提
供しようとするものである。

【０００７】

【課題の解決手段】本発明は，吸着材料を加圧成形して
なると共に多数の空洞部を有する吸着剤であって，上記
空洞部は，昇華性物質が昇華して形成されたものである
ことを特徴とする吸着剤にある。

【０００８】本発明において最も注目すべきことは，上
記吸着剤は，昇華性物質が昇華して形成された多数の空
洞部を有することである。上記空洞部は，後述のごとき
昇華性物質が昇華して形成されたものである。吸着剤の
圧損，体積当たりの空洞部の占有率，及び空洞部の大き
さは，上記昇華性物質の量及び粒径により自由に調整さ
れる。

【０００９】上記吸着剤を製造する方法としては，例え
ば，粉砕した吸着材料と昇華性物質とを混合し，加圧成
形し，その後上記昇華性物質を昇華させることを特徴と
する吸着剤の製造方法がある。

【００１０】以下，図１を用いてこれを詳説する。まず
吸着材料の粉砕は，例えば，ミキサー，ボールミル等を
用いた湿式粉砕法により行なう。上記吸着材料として
は，一般に活性炭素繊維が用いられるが，その他，多孔
質無機繊維等を用いることもできる。吸着材料の粉砕物
の大きさは，繊維長さ１０ｍｍ以下とすることが好まし
い。１０ｍｍを越える場合には，吸着剤の充填密度が低
くなるおそれがある。

【００１１】また，粉砕に当たって，吸着材料の繊維長
さが０．１ｍｍ〜１０ｍｍとなるよう粗粉砕した場合に
は，後述する成形の際に吸着材料の圧縮力を高め，吸着
材料の微細化，高密度化を行なうことが好ましい。これ
により，吸着剤の充填密度を高めることができる。ま
た，粉砕に当たって，吸着材料の繊維長さが０．１ｍｍ
未満となるように微細化した場合には，上記成形の際に
圧縮力を低減させることができる。

【００１２】次に，吸着材料の粉砕物に昇華性物質を加
えて混合する。上記昇華性物質は，微粉末で，常温では
固体性状であり，加熱により昇華する性質を有する。上
記昇華性物質は水に難溶であることが好ましい。これ
は，以下に述べる吸着剤の製造工程において，上記昇華
性物質及び吸着材料を湿式状態で行うことがあるからで
あり，最終工程の乾燥までは固体状態を保持する必要が
あるためである。かかる条件を具備する昇華性物質とし
ては，例えば，ヨウ素，ナフタリン，ショウノウ等が挙
げられる。

【００１３】また，粉砕物と昇華性物質とを混合する際
には，一般には，更にバインダーを添加混合する。バイ
ンダーとしては，例えば，ポリビニルアルコール，メチ
ルセルローズ，アクリルエマルジョン，アクリル−スチ
レン共重合体，酢酸ビニル，カルボキシメチルセルロー
ズ，デキストリン，コーンスターチ，水溶性高分子等が
ある。

【００１４】次に，上記吸着材料と昇華性物質との混合
物を成形する。加圧成形方法としては，例えば，混合物
をろ紙上に流し真空吸引する吸引成形法，混合物を型入
れし圧縮成形する圧縮成形法等がある。次に，その成形
体から昇華性物質を昇華させる。昇華性物質の昇華工程
は，成形体の温度上昇などにより行なえばよく，成形体
を加熱することにより，昇華性物質の昇華温度までの温
度と上昇と共に，成形体を乾燥するための温度上昇も同
時に行なうことが望ましい。

【００１５】本発明の吸着剤は，蒸発燃料処理装置，空
気清浄器，水浄化装置，溶剤回収装置等，様々な吸着装
置への用途がある。

【００１６】

【作用及び効果】本発明の吸着剤は，昇華性物質が昇華
して形成された空洞部を多数有している。そのため，空
洞部は三次元多孔体を構成することとなり，吸着剤中の
空気，液体等の流路が確実に確保される。また，吸着剤
は吸着材料を加圧成形したものであるため，充填密度が
高い。従って，本発明の吸着剤は，体積当たりの吸着性
能が高く，少量の吸着剤でも十分な吸着性能を発揮する
ことができる。

【００１７】また，少量の昇華性物質の使用により，吸
着剤の圧損を十分に著しく低減することができる。その
ため，本発明の吸着剤は，圧損が殆どなく，粒状活性炭
よりも顕著に吸着性能が向上する。また，非常に低圧損
を要求される場合には，昇華性物質を多量に用いること
により，吸着材料が三次元網目構造となり，通常のハニ
カム構造の吸着剤より飛躍的に吸着性能が向上する。以
上のごとく，昇華性物質の使用量によって，自由に吸着
剤の圧損を調整できるため，吸着剤を様々な用途に用い
ることができる。

【００１８】次に，本発明の吸着剤の製造方法において
は，加圧成形後に昇華性物質が昇華してその部位が空洞
部となる。このため，三次元多孔体の吸着剤を容易に作
製することができる。また，吸着材料を加圧成形してい
るため，充填密度の高い吸着剤を得ることができる。従
って，上記のごとく，高密度で，圧損が少なく，吸着性
能の高い吸着剤を容易に作製することができる。

【００１９】また，昇華性物質は常温で固体であるた
め，粉砕，加圧成形時にもその形状を維持している。従
って，上記固体状の昇華性物質の形状を適宜調整するこ
とにより，空洞部の空孔寸法を広範囲に制御することが
できる。以上のごとく，本発明によれば，高密度で，体
積当たりの吸着性能が高く，圧損が少ない吸着剤及びそ
の製造方法を提供することができる。

【００２０】

【実施例】

実施例１ 本発明の実施例にかかる吸着剤について，図２を用いて
説明する。本例の吸着剤は，吸着材料を加圧成形してな
ると共に多数の空洞部を有している。空洞部は，昇華性
物質が昇華して形成されたものである。本例の吸着剤
は，蒸発燃料処理装置において用いられる。

【００２１】次に，上記吸着剤の製造方法について図２
を用いて説明する。まず，吸着材料と水とをボールミル
に入れる。上記吸着材料は，比表面積１２００ｍ² ／ｇ
のワタ状の活性炭素繊維（以下，ＡＣＦという。）であ
る。ＡＣＦと水との重量比は１対１００である。次い
で，ボールミル中でＡＣＦを５時間湿式粉砕して繊維長
が平均８０μｍとなるよう微粉砕した。

【００２２】次に，ボールミル中に，昇華性物質を，Ａ
ＣＦの重量に対し１０％添加し，更にバインダーとして
ポリビニルアルコール粉末をＡＣＦ重量に対して５％添
加した。そして，２〜３分間混合して均一混合を行なっ
た。本例において用いた昇華性物質は，粒径１〜３ｍｍ
の顆粒状のヨウ素であり，固体から液体になることな
く，気化する性質を有する。ヨウ素は水に難溶であり，
水に対する溶解度は０．０１８ｇ／１００ｍｌ（２０
℃，１ａｔｍ）である。

【００２３】次に，この混合スラリーを吸引ろ過して，
シート状に成形した。次いで，５０〜１００ｋｇ／ｃｍ
² の加圧の下に，１００℃の温度で３時間加熱した。こ
れにより，ヨウ素を昇華させて，多数の空洞部を有する
上記吸着剤を得た。吸着剤中のＡＣＦの繊維長は，５０
μｍ以下であった。

【００２４】次に，本例の作用効果について説明する。
本例の吸着剤は，昇華性物質が昇華して形成された多数
の空洞部を有している。そのため，空洞部は三次元多孔
体を構成することとなり，吸着剤の空気流路が確実に確
保される。

【００２５】また，吸着剤はＡＣＦを加圧成形したもの
であるため，充填密度が高い。従って，吸着剤は，体積
当たりの吸着性能が高い。また，吸着剤の製造方法にお
いては，加圧成形後の加熱において，ヨウ素が昇華し
て，その部位が空洞部となる。このため，吸着剤は三次
元網目構造の多孔質となる。

【００２６】また，昇華性物質として用いるヨウ素は常
温で固体であり，水に難溶である。そのため，ヨウ素は
湿式粉砕，加圧成形時にもその形状を維持している。従
って，上記固体状の昇華性物質の形状を適宜調整するこ
とにより，空洞部の空孔寸法を広範囲で制御することが
できる。

【００２７】一方，昇華性物質が水溶性である場合，或
いは液体状の揮発物質を用いる場合にも，脱水後に上記
昇華性物質又は揮発物質が揮発し，微細な空孔を形成す
る。しかし，この揮発は自然発生的に生じるため，本例
のように常温で固体の昇華性物質を用いた場合のよう
に，空洞部の寸法を広範囲に制御することはできない。

【００２８】実施例２ 本例においては，実施例１で作製した吸着剤について，
その再生性能及び圧損について測定した。実施例１によ
り得た吸着剤１は，図３に示すごとく，下記の性能テス
トに供するため，蒸発燃料処理装置２のタンク３内に充
填した。該タンク３には，燃料タンク４０の上方に連結
した燃料タンクポート４と，大気ポート５と，パージポ
ート６とを設けている。

【００２９】上記吸着体１は，タンク３に内設された多
孔状の整流板３０，３１の間に充填されて，固定されて
いる。充填密度は０．４５ｇ／ｃｃである。タンク３
は，内径３１ｍｍ×長さ２１．５ｍｍの大きさで，その
内容積は１６．２ｃｃである。

【００３０】次に，上記吸着剤の再生性能について測定
した。測定に当たっては，まず，大気ポート５及びパー
ジポート６を閉じる。次いで，燃料タンクポート４よ
り，上記吸着剤１を収納したタンク３内に，測定用ガス
としての９９．９％ｎ−ブタンを０．０５リットル／分
間（０．１１５ｃｍ／秒間）の流速で導入した。そし
て，吸着剤１に０．３％破過終点まで上記測定用ガスを
吸着させた。このときの吸着剤の重量を測定し，「ガス
吸着時の重量」とした。

【００３１】その後，上記燃料タンクポート４を閉塞
し，測定用ガスの導入を停止した。その一方で，大気ポ
ート５から空気を１０リットル／分間（２．３ｃｍ／秒
間）の流速で３．５分間導入した。これと同時に，パー
ジポート６を開けて，タンク３中の大気及び吸着剤１よ
り脱離した測定用ガスを，該パージポート６から放出さ
せた。このときの吸着剤の重量を測定し，「ガス脱離時
の重量」とした。そして，吸着剤１の再生性能をワーキ
ングキャパシティ（Ｗ．Ｃ．）として，以下の式により
算出した。Ｗ．Ｃ．が大きいほど吸着剤がキャニスタ用
の吸着剤として優れていることを示す。 Ｗ．Ｃ．＝ガス吸着時の重量（ｇ）−ガス離脱後の重量
（ｇ）

【００３２】また，上記脱離用大気導入時には，吸着剤
の圧損を測定した。これは吸着時より脱離時の方が吸着
剤中の測定用ガスの流速が速いため，比較品との圧損差
が明確に示されるからである。

【００３３】また，比較のために，粒状活性炭（比較品
１）と，昇華性物質を用いることなく，ＡＣＦから上記
と同様に製作した吸着剤（比較品２）とを製作した。比
較品１については圧損測定のみ，比較品２については圧
損及びＷ．Ｃ．の測定を行った。タンクへの充填密度
は，比較品１，２とも本発明品と同じ０．４５ｇ／ｃｃ
とした。上記圧損及びＷ．Ｃ．の測定結果を表１に示し
た。

【００３４】

【表１】

【００３５】次に，上記測定結果につき説明する。ま
ず，脱離時の圧損については，同表より，本発明品は比
較品１よりも著しく少なく，また比較品２の粒状活性炭
と同程度の値を示した。これは，本発明品が昇華性物質
と混合された活性炭素繊維を加圧成形したものであるた
め，ガス流路が確保されており，脱離時においてもガス
流路の損失を抑制することができたためであると考えら
れる。

【００３６】次に，Ｗ．Ｃ．については，同表より，本
発明品は比較品２よりも高い値を示した。これは，本発
明品が比較品２と同様の充填密度であること，及び上記
のごとく圧損が比較品２と同程度となったことから，Ａ
ＣＦ本来の「吸着・脱離速度が大きい」という特性が有
効に生かされたためであると考えられる。

【００３７】また，本発明品を空気清浄器，水浄化，溶
剤回収等の吸着剤として用いた場合にも，上記と同様に
圧損が少なく，Ｗ．Ｃ．が高い結果を得ることができ
た。

【００３８】実施例３ 本例の吸着剤の製造方法においては，加圧成形を圧縮成
形により行なった。即ち，図４に示すごとく，まず，ボ
ールミル中に入れる水の量をＡＣＦ重量と同程度にし，
ヨウ素及びバインダーは前記と同様にして，湿潤状態で
湿式粉砕及び混合した。その後この混合スラリーを型入
れしておもりを用いて圧縮成形した。次に，型に入った
状態で上記混合スラリーを乾燥した。圧力，乾燥条件等
の他の条件は実施例１と同様である。本例においても，
実施例１と同様に，高い充填密度で，優れた吸着性能を
有し，かつ圧損の少ない吸着剤を得ることができた。

【００３９】実施例４ 本例の吸着剤の製造方法においては，図５に示すごと
く，ＡＣＦの粉砕を繊維長０．１〜１０ｍｍの粗粉砕に
留めておき，加圧成形時に高圧（４００ｋｇｆ／ｃ
ｍ² ）で高密度化した。

【００４０】即ち，まず，比表面積１２００ｍ² ／ｇの
綿状のＡＣＦと水とをミキサーに入れた。ＡＣＦと水と
の重量比は，１対１００である。次いで，ミキサー中で
ＡＣＦを湿式粉砕し，繊維長が平均０．１〜１０ｍｍと
なるよう粗粉砕した。

【００４１】次に，実施例２と同様に，ミキサー中の上
記ＡＣＦに昇華性物質及びバインダーを添加し混合し
た。更に，この混合スラリーを高圧下（４００ｋｇｆ／
ｃｍ²）にて圧縮成形し，乾燥した。これにより，実施
例２と同様の吸着剤を得ることができた。

【００４２】本例においては，ＡＣＦを粗粉砕（繊維長
０．１〜１０ｍｍ）した後，高い圧力で成形している点
が，予めＡＣＦを微細に粉砕（繊維長０．１ｍｍ以下）
した後に低い圧力で成形する実施例１とは異なる。しか
し，いずれの製造方法においても，完成後は同様の５０
μｍ以下の繊維長となる。

【００４３】両製造方法は，吸着剤の大きさ，量によっ
て適宜選択する。例えば，大きな吸着剤を作製するに
は，大圧力で成形しなければならない。そのため，加圧
成形前にＡＣＦを微粉砕しておき，低圧力で成形するこ
とが好ましい。これにより，設備の維持，省力化を図る
ことができる。

【００４４】実施例５ 本例においては，実施例１で昇華性物質として用いたヨ
ウ素の替わりに，ナフタリン，ショウノウを用いた。そ
の他は実施例１と同様である。本例においても実施例１
と同様の効果を得ることができる。尚，昇華性物質とし
ては，大気圧下の常温で固体であり，成形体の乾燥のた
めの加熱により得られる温度上昇で確実に昇華するよう
な物質であることが望ましい。

【００４５】実施例６ 本例においては，実施例１で用いた成形用バインダーで
あるポリビニールアルコールの替わりに，メチルセルロ
ーズ，アクリルエマルジョン，アクリル−スチレン共重
合体，酢酸ビニル，カルボキシメチルセルローズ，デキ
ストリン，コーンスターチ，水溶性高分子等を用いた。
この場合にも，実施例１と同様の成形体を作製すること
ができた。また，本例の吸着剤においても，実施例１と
同様の性能であることが確認できた。

【００４６】実施例７ 本例においては，実施例１に用いた吸着材料としてのＡ
ＣＦの替わりに，比表面積６００〜２０００ｍ² ／ｇの
ＡＣＦを用いた。その他は，実施例１と同様である。本
例においては，実施例１の吸着剤よりも吸着性能が優れ
ていた。このことから，ＡＣＦの比表面積が大きいほど
吸着性能が良くなることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吸着剤の製造方法を示す説明図。

【図２】実施例１の吸着剤の製造方法を示す説明図。

【図３】実施例２の蒸発燃料処理装置の原理図。

【図４】実施例３の吸着剤の製造方法を示す説明図。

【図５】実施例４の吸着剤の製造方法を示す説明図。

【符号の説明】

１．．．吸着剤， ２．．．蒸発燃料処理装置， ３．．．タンク，

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸着材料を加圧成形してなると共に多数
   の空洞部を有する吸着剤であって，上記空洞部は，昇華
   性物質が昇華して形成されたものであることを特徴とす
   る吸着剤。
2. 【請求項２】 粉砕した吸着材料と昇華性物質とを混合
   し，加圧成形し，その後上記昇華性物質を昇華させるこ
   とを特徴とする吸着剤の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２において，上記吸着材料は，活
   性炭素繊維であることを特徴とする吸着剤の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項２又は３において，上記昇華性物
   質は，ヨウ素，ナフタリン，及びショウノウのグループ
   から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする
   吸着剤の製造方法。