JPH0966231A - 活性炭 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 活性炭の有害物質の除去能を向上させる。 【解決手段】 酸化亜鉛が表面に存在することを特徴と
する活性炭。 【効果】 活性炭の有害物質の除去能が大幅に向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、活性炭に係るもの
である。本発明の活性炭は、紫外線や太陽光照射下にお
いて、水中あるいは気相中有害物質の除去能が大幅に向
上されたもので、、上水処理、下水処理、廃液処理、廃
気ガス処理、悪臭除去等に好適なものである。

【０００２】活性炭は、高比表面積であるため、優れた
吸着能を有しており、水中あるいは気相中有害物質を吸
着除去するのに用いられている。近年、生活排水や産業
排水による水質汚染や海洋汚染、大気汚染などが地球的
規模で広がっている。合成洗剤などを含む生活排水によ
る湖・河川の富栄養化、ハイテク産業やクリーニング店
で使われている有機溶剤による地下水や水源の汚染、ゴ
ルフ場で使用される農薬の流出による水質の汚染、など
がその代表例である。

【０００３】現在、広く行われている排水処理法は、ほ
とんどは活性汚泥法であるが、微生物を用いるため、温
度、ｐＨ、ガス雰囲気、毒性などの条件が厳しく、しか
も上述の農薬や有機溶剤（ハロゲン化合物を含む）、界
面活性剤などを分解、除去しにくく、それらに対して無
力であるという欠点をもっている。このような生物学的
に難分解性の有機物の処理法としては、塩素処理法、オ
ゾン処理法、焼却処理法、活性炭吸着法などがある。塩
素処理法は、過剰注入による残留塩素、あるいは、被処
理水中に含まれる有機物と反応して発癌性を持つトリハ
ロメタンに代表される有機ハロゲン化合物を生成するな
どの問題がある。また、最近、浄水場等において、高度
浄水処理法として、オゾン処理が脚光を浴びているが、
設備費、運転費がともに高価であるという問題がある。
焼却処理法は、希薄溶液の場合には現実的でない。活性
炭吸着法は、非常に有効な方法ではあるが、有機ハロゲ
ン化合物の吸着除去能が若干劣り、水中の有害物質全て
に対して有効というわけではなかった。

【０００４】大気汚染や悪臭物質等の気相中有害物質の
除去においても、活性炭の吸着除去は有効である。一般
に、気相中の汚染成分を対象とする吸着技術は、水蒸気
や炭酸ガスの共存下で低濃度ガスに対して有効なもので
なければならない。活性炭は、そのような条件下で多種
類の有機、無機化合物に対して使用される。気相用活性
炭は、特に大きい比表面積と小孔径の細孔構造を持ち、
低濃度ガスに対する吸着親和性が大きい。また、その表
面が疎水性であるために水蒸気に対する吸着親和性が小
さく、気相中に混在する有害ガスや臭気物質、特に有機
化合物を効率良く除去することができる。しかし、吸着
親和性が弱いガスもあり、活性炭の吸着除去能は、全て
において万能というわけではなかった。

【０００５】一方、半導体光電極を用いて、光エネルギ
ーを直接的に水の分解に利用できることが、１９６９年
に発見されて以来（本多−藤嶋効果）、光触媒は、光エ
ネルギーを化学エネルギーへ変換する有力な手段になり
得るものとして、世界的に様々な分野で研究開発が活発
に進められている。このような光触媒を用いた反応であ
る光触媒反応は、光の助けにより進む触媒反応であり、
その反応系に触媒が共在し、それだけでは反応が進まな
いが、光の照射によって反応が促進されるものと定義さ
れている。この光触媒反応は通常の触媒反応や光化学反
応と深い関わり有する反面、それらの反応と際だった相
違を有するものである。通常の触媒はその駆動力が熱で
あり、触媒の存在によって反応系が生成系移行する速度
が変化する。したがって、触媒の役割は、その系の温
度、圧力などで規定される平衡状態への到達速度を制御
するものであり、達成される反応は熱力学的に進行可能
な反応に限定される。これに対して、光化学反応は、反
応系に光が吸収され、物質の電子状態や化学結合性に変
化が生じることによって、生成系に変化するものであ
り、通常の触媒反応のような熱反応では起こすことので
きない反応を実現できる。

【０００６】光触媒反応は、光を吸収して電子的励起状
態に置かれた触媒が反応系に作用することにより触媒表
面でのみ反応が進行するものである。この触媒の電子的
励起状態は、光化学反応における励起種と同様、電子の
温度だけが極めて高くなった非平衡の状態に相当するも
ので、その結果、熱力学的には反応が不可能である温和
な条件下であっても反応が進行する。これは、通常の触
媒反応で知られている「触媒は化学反応の平衡を変えな
い」という大原則が光触媒反応では成り立たない場合の
あることを意味しており、光触媒反応の重要な特徴とな
っている。この光触媒反応は、（１）半導体が光を吸収
し、励起して電子−正孔対を生じる光励起過程と、
（２）生成した電子および正孔が、半導体粒子内電位勾
配や拡散により各々表面に移動する電荷分離と移動の過
程、（３）表面に移動した正孔および電子が触媒に吸着
した基質と電子移動を起こし、各々酸化還元反応を行う
表面反応過程に分かれる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の活性炭は、
あらゆる場合に水中あるいは気相中有害物質の除去能が
十分というわけではなく、水中あるいは気相中有害物質
の除去能が良好な工業的に適用範囲の広い活性炭が要求
されていた。本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意
検討した結果、酸化亜鉛が表面に固定化された活性炭
が、紫外線や太陽光照射下において、水中あるいは気相
中有害物質の除去能を大幅に向上することを見い出し本
発明に到達した。

【０００８】

【発明の実施の形態】即ち、本発明は、酸化亜鉛が表面
に存在することを特徴とする活性炭に存する。以下、本
発明を詳細に説明する。本発明の活性炭の原料として
は、通常用いられる活性炭の原料としてもちいられる多
くの炭素質物質を採用することができ、工業的には活性
化の難易、原料の品位、価格、大量かつ安定的に入手で
きることなどの点から適宜選択すればよい。原料の種類
によって製造条件も若干異なるが公知の方法により行え
ばよい。具体的には、原料としては、植物物系の木材、
のこくず、ヤシ殻、パルプ廃液、化石燃料系の石炭、石
油重質油、あるいはそれらを熱分解した石炭および石油
系ピッチ、タールピッチを紡糸した繊維、合成高分子、
フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポ
リ塩化ビニリデン樹脂、プラスチック廃棄物、廃タイヤ
等多種多用の炭素質材料が用いられる。

【０００９】これらの原料を場合によっては必要に応じ
粉砕、成形等の手段を施してから炭化後、賦活すること
により活性炭とする。炭化法は公知の方法を採ればよ
く、特に限定されないが、一般には６００〜９００℃程
度に加熱する。炭化後賦活するが、賦活法は、ガス賦活
と薬品賦活に大別される。ガス賦活法は、薬品賦活が化
学的な活性化であるのに対して、物理的な活性化ともい
われ、炭化された原料を高温で水蒸気、炭酸ガス、酸
素、その他の酸化ガスなどと接触反応させて、微細な多
孔質の吸着炭をつくる方法であり、工業的には水蒸気を
用いる方法が主流である。これに対し薬品賦活法は、原
料に賦活薬品を均等に含侵させて、不活性ガス雰囲気中
で加熱し、薬品の脱水および酸化反応により、微細な多
孔質の吸着炭をつくる方法である。使用される薬品とし
ては、塩化亜鉛、りん酸、りん酸ナトリウム、塩化カル
シウム、硫化カリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリ
ウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウ
ム、硫酸カリウム、炭酸カルシウム等がある。本発明の
活性炭を製造するには、これらいずれの方法も採用する
ことができる。

【００１０】また、活性炭の形状は、使用目的により、
破砕、造粒、顆粒、繊維、フェルト、織物、シート状等
各種の形状があるが、いずれも本発明に使用することが
できる。

【００１１】ここで、本発明の活性炭は、その表面に酸
化亜鉛が存在することを特徴するのであるが、活性炭表
面上へ酸化亜鉛を存在させる方法としては、表面電位を
利用しても、樹液、糖密、ポリビニルアルコール、テフ
ロン、粘土鉱物、ピッチ、フェノール樹脂等のバインダ
ーを使用し、必要に応じ、適当な熱処理を施して固定化
してもよい。特に、石炭系活性炭の製造方法において、
粉砕した石炭に酸化亜鉛造粒前に混入し、炭化して、賦
活する方法もある。また、活性炭をゾルゲル法、ＣＶＤ
法等で処理するのも有効な手法である。

【００１２】活性炭表面を白色になるまで酸化亜鉛で被
覆した場合には、比表面積が低下する。一般に、活性炭
の吸着能は、比表面積見合いで決まるため、活性炭表面
が白色になるまで酸化亜鉛で被覆したことにより、比表
面積が低下すると、吸着能が著しく低下するので、好ま
しくない。そこで、酸化亜鉛の表面存在量としては、活
性炭の吸着能を著しく落とさない程度にすることが望ま
しい。固形分換算（重量％）でいうと、活性炭及び酸化
亜鉛の全重量に対し重量比で３０％以下、さらに好まし
くは、０.１〜２０％程度が適当である。

【００１３】本発明の活性炭は、従来使用されている活
性炭と同様に使用でき、流動床、固定床等の使用法を問
わない。従来の装置がそのまま使用可能であり、装置を
大型化する必要もない。さらに、本発明の活性炭を紫外
線や太陽光照射下で使用することにより、水中あるいは
気相中の有害物質の除去は、活性炭のみによる吸着除去
に比べ、酸化亜鉛の光触媒反応による分解除去が加わる
ため、その除去能は飛躍的に増加することになる。特
に、活性炭では従来、吸着除去が難しかった有機ハロゲ
ン化合物、臭気物質などが多く含まれる被処理水あるい
は被処理ガスなどにも好適に使用される。また、活性炭
に藻が生えにくくなることや、活性炭の再生までの時間
がより長くなること等の長所があるため、装置の維持・
管理が今まで以上に容易になる。

【００１４】本発明の最大の特徴は、活性炭自身の吸着
除去能を実質的に低下させないよう活性炭の表面に酸化
亜鉛を固定化し、活性炭に光触媒機能を付与したことに
ある。酸化亜鉛はｎ型半導体であり、バンドギャップ
は、３.２ｅＶであり、結晶系は、六方晶系でウルツ鉱
型構造である。励起光に関しては、波長３８５ｎｍ以下
の紫外光が含まれていればよく、紫外線ランプに限ら
ず、太陽光でも十分である。活性炭表面近傍上では、そ
の吸着能により水中あるいは気相中の有害物質の濃度が
高くなるので、酸化亜鉛を活性炭表面上に固定化できれ
ば、水中あるいは気相中の有害物質の分解除去能の向上
がより一層期待できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を越えない限り、下記実施
例により限定されるものではない。 （実施例１）和光純薬製酸化亜鉛（〜５μm）の水スラ
リーをｐＨ ９に調整し、三菱化学（株）製活性炭００
８Ｓ（粒径０.３５〜０.７１ｍｍ）を混入し、表面電位
の差を利用して、活性炭表面に酸化亜鉛を固定化した。
酸化亜鉛の固形分濃度は、ＩＣＰ発光分光分析より求め
たところ、０.５ｗｔ％であった。こうして得られた活
性炭を用い、１４０Ｗの紫外線ランプ照射下で、ＳＶ
５の条件でカラム通水テストを行った。カラムは、石英
製で内径５ｍｍφのものを使用した。原水には、２６０
ｎｍの吸光度が石英製５ｃｍセルで９（Ｅ260〔５ｃｍ
セル〕＝９）となる腐葉土抽出水を使用した。この原水
を用いてフミン質の除去能を評価した。図１のＢは、得
られた破過曲線である。

【００１６】（比較例１）実施例１で、酸化亜鉛を使用
しない以外は同様にして、フミン質の除去能を評価し
た。図１のＡは、活性炭のみの場合の破過曲線である。
これより、酸化亜鉛が表面に存在する活性炭の方が除去
能が優れていることが良くわかる。

【００１７】

【発明の効果】本発明の活性炭は、水中あるいは気相中
有害物質の除去能を大幅に向上することができ、多大な
工業的利益を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１及比較例１で得られた破過曲線を示
す図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０２Ｆ 1/28 Ｃ０２Ｆ 1/32 1/32 Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＪ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化亜鉛が表面に存在することを特徴とす
   る活性炭。
2. 【請求項２】粒径が５μｍ以下の酸化亜鉛を、表面に、
   活性炭及び酸化亜鉛全重量に対し０．１〜３０重量％添
   着した請求項１記載の活性炭。