JPH0986913A - 活性炭およびその製造方法 - Google Patents

活性炭およびその製造方法

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JPH0986913A
JPH0986913A JP7247682A JP24768295A JPH0986913A JP H0986913 A JPH0986913 A JP H0986913A JP 7247682 A JP7247682 A JP 7247682A JP 24768295 A JP24768295 A JP 24768295A JP H0986913 A JPH0986913 A JP H0986913A
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JP
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activated carbon
coal
particle
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specific surface
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JP7247682A
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Yoshio Yoshino
良雄 吉野
Mitsufumi Matsumoto
充史 松本
Kimihisa Oishi
公寿 大石
Akihide Yoshida
彰秀 吉田
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Mitsubishi Chemical Corp
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Mitsubishi Chemical Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/18Carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30Active carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高い比表面積を有し、粉化が少なく且つ圧力損
失が低い活性炭を得る。 【解決手段】 窒素吸着等温線の相対圧0.05から
0.15の範囲より求めたBET比表面積が1000m
2/g以上の粒子状の活性炭であって、粒子の表面近傍
10重量%からなる粒子表面と、該粒子表面を分離した
残り90重量%からなる粒子内部の比表面積の差が0よ
り大きく100m2/g以下である活性炭。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、活性炭並びにその
製造方法に関するものであり、詳しくは、溶剤回収、ガ
スの精製・分離や排煙脱硫等の気相分野の吸着や触媒担
体として好適な石炭系活性炭に関するものである。活性
炭を用いた吸着技術を適用した溶剤回収やガスの精製・
分離等では、経済性を見出すために、運転費(ランニン
グコスト)を低減させることが重要な要素の一つであ
り、性能を十分に発揮させるとともに、原単位に直接影
響する圧力損失を低下させることが重要である。従って
吸着剤としての活性炭の持つべき特性として、粒径が大
きくて高い吸着性能を有することが重要であるととも
に、長所になる。
【0002】一般に、活性炭の製造は、原料炭材を薬品
又はガスを用いて賦活するのであるが、これらのうちガ
ス賦活により粒状活性炭を製造する場合、粒径が大きく
なるほどガスの接触頻度の多い粒子表面と接触頻度の少
ない粒子内部との間の賦活度の差が顕著となり、均一な
賦活が困難となる。すなわち、ガス賦活では粒径が大き
くなるにつれて、粒子表面近傍で賦活が過剰に進行する
為に、形成された微細な細孔が消失し、粒子内部では水
蒸気の拡散が悪く賦活が不十分となり、賦活内外差(粒
子内賦活ムラ)が増大し細孔の発現が困難となる。ま
た、著しく賦活が進行した表面は機械的強度が小さいの
で、ハンドリングを受けた際の粉化も問題となる。
【0003】このように、粒径が大きな成形物をガス賦
活する方法では、賦活内外差が増大する為に吸着性能及
び比表面積、機械的強度の発現が不十分とされているた
め、粒径が大きな粒状活性炭を製造するには、均一に賦
活した粉末活性炭をバインダ−で造粒するか、あるいは
薬品による賦活、すなわち原料に賦活薬品を均等に含浸
させて成形し、不活性ガス雰囲気中で加熱(焼成)し、
薬品の脱水および酸化反応により、微細な多孔質を作る
薬品賦活法が用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高い比表面
積を有し、粉化が少なく且つ圧力損失が低い活性炭を、
特にガス賦活により製造する方法を提供することを目的
とするものである。
【0005】
【課題を解決する為の手段】本発明者らは、上記目的を
達成するために鋭意検討を重ねた結果、原料炭として粘
結炭に非粘結炭を配合した混合物を用い成形炭とする
と、炭化処理での溶融や結晶の発達が抑制され、賦活反
応性に富んだ乾留物が得られ、この乾留物は、非粘結炭
を配合したことにより非常に賦活反応性に富んでいるた
め、この乾留物を水蒸気、炭酸ガスあるいは空気などの
酸化性ガス雰囲気中で加熱することにより炭素を部分的
燃焼させて微細孔を形成して活性炭とするにあたって
も、ガス接触頻度の少ない粒子内部でも十分に賦活が行
われ、高い比表面積を有する大粒径活性炭が提供される
ことを見いだし、本発明に至った。
【0006】即ち本発明は、窒素吸着等温線の相対圧
0.05から0.15の範囲より求めたBET比表面積
が1000m2/g以上の粒子状の活性炭であって、粒子
の表面近傍10重量%からなる粒子表面と、該粒子表面
を分離した残り90重量%からなる粒子内部の比表面積
の差が0より大きく100m2/g以下である活性炭、並
びに粘結炭に非粘結炭を5〜70重量%配合して成形
し、得られた成形炭を酸化性ガスで賦活することを特徴
とする上記活性炭の製造方法、にある。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明では、原料炭材として、粘結炭に非粘結炭を特定
比率で配合したもの(以下、「配合炭」という)を用い
る。本発明で用いられる粘結炭としては、微粘結性、弱
粘結性、または、強粘結性を有する亜歴青炭、歴青炭の
1種または2種以上を用いることができる。また、非粘
結炭としては、粘結性のない亜炭、褐炭、亜歴青炭、無
煙炭の1種または2種以上が用いられる。特に、粘結炭
として強粘結性の歴青炭を、また非粘結炭として褐炭を
用いると好ましい結果が得られる。
【0008】非粘結炭の配合割合は、配合炭全量に対し
て5〜70重量%、好ましくは30〜50重量%とす
る。非粘結炭の配合割合が70重量%以上では、得られ
る活性炭の機械的強度が十分ではなく、一方5重量%未
満では、粒子内部の賦活が不十分となり、賦活内外差
(粒子内賦活ムラ)が大きくなり、比表面積が低下する
ためである。
【0009】配合炭の平均反射率を、0.6〜1.2、
好ましくは0.7〜1.0になるように、粘結炭と非粘
結炭の配合割合を調整するのが望ましい。平均反射率が
上記範囲となるように配合された配合炭を用いた場合、
得られる活性炭の比表面積が特に適切なものとなる。配
合炭の平均反射率が上記の範囲を逸脱すると、得られる
活性炭の比表面積が低下する傾向にある。配合炭の平均
反射率は、日本工業規格(JIS)M8816に従って
測定した各単味炭の値より、配合割合に応じて計算した
値である。
【0010】また、配合炭は、石炭を炭化した際の強度
を示す値としての強度指数(RI)を、10〜95、好
ましくは30〜95の範囲となるように調整するのが望
ましい。強度指数(RI)が10未満では、得られる活
性炭の機械的強度がやや劣る傾向にあり、一方95を越
えると粒子内部の賦活が低下する傾向にあるため、賦活
内外差(粒子内賦活ムラ)が大きくなり、比表面積が低
下する傾向にある。
【0011】なお、配合物の強度指数(RI)は次のよ
うにして測定した値である。容積30mlのるつぼに試
料3gを入れ、表面を水平に均した後、試料の上に11
0gの重りを載せ、圧縮器にて、この重りの上に更に6
kgの荷重をかけて30秒間圧密する。次に110gの
重りを除き、蓋をしたのち、850±10℃に保持した
マッフル炉に入れ、15分間加熱焼成する。焼成した試
料を冷却後、るつぼから取り出して4分割し、全量をI
型ドラム(25mmφ、300mmLの円筒容器)に装
填する。ドラムを回転速度1.8rpmで100回転さ
せたのち、内容物を1mm目の篩で篩分し、篩上の重量
100分率を強度指数とする。
【0012】上述した配合炭を、通常の粒度に微粉砕
し、公知の手段で成形する。配合炭の成形は、通常ブリ
ケットマシン、ペレタイザ−、押圧成形機、転動式造粒
機等を用い、直径が1mm以上、好ましくは2〜100
mm、より好ましくは3〜100mmの球形、ア−モン
ド形、枕形、円柱状に直接成形されるか、あるいは成形
後、更に破砕して上記粒度に整粒される。
【0013】こうして得られた成形物は、回転炉、流動
炉あるいは移動床炉で外熱または内熱さらには外熱と内
熱を併用した方法で乾燥、炭化した後、水蒸気、炭酸ガ
スあるいは空気などの酸化性ガス雰囲気中で加熱するこ
とにより活性炭とする。上述した本発明の製造方法によ
り、本発明の活性炭を容易に得ることができる。すなわ
ち、窒素吸着等温線の相対圧0.05から0.15の範
囲より求めたBET比表面積が1000m2/g以上の活
性炭粒子であって、該粒子の表面近傍10重量%からな
る粒子表面と該粒子表面を分離した残り90重量%から
なる粒子内部の比表面積の差が0より大きく100m2/
g以下である活性炭である。また、この本発明の活性炭
であって平均粒径が1mm以上の大粒径であるものをも
容易に得ることができる。
【0014】本発明の製造方法においては、炭化の際に
結晶の発達や溶融が抑制され、賦活処理時に粒子内部ま
で十分に賦活が行われ、その結果、賦活内外差(粒子内
賦活ムラ)が小さく比表面積の大きい活性炭を得ること
ができるものと考えられる。
【0015】
【実施例】次に本発明を実施例により、更に具体的に説
明する。 実施例1 平均反射率1.2の強粘結炭60重量部と、平均反射率
0.5の褐炭40重量部とを混合し、ハンマ−ミルを用
いて平均粒子径が75〜250μmになるように微粉砕
し、配合炭とした。この粉状の配合炭の強度指数(R
I)は90であった。この配合炭を2軸ロ−ル型押し圧
機を用いて成形し、更にインパクトミルで破砕し、平均
粒子径が2〜5mmとなるよう整粒した。こうして得ら
れた破砕炭を、外熱式ロ−タリ−キルンを用い窒素と酸
素の混合ガスを通気して乾燥し、その後窒素ガスのみを
通気して400℃から700℃まで3.3℃/分で昇温
後、700℃で30分間保持し炭化した。得られた炭化
物を、前記ロ−タリ−キルンを用い、1020℃で窒素
50体積%と水蒸気50体積%の混合ガスを通気し、炭
化物からの収率40重量%まで賦活した。得られた活性
炭について、粒子表面と粒子芯を分離した後、粒子表面
と粒子芯の各々の比表面積を測定し、表1に示す結果を
得た。
【0016】表1中、粒子内の賦活ムラを示す値である
賦活内外差は、以下のようにして測定した、活性炭の粒
子の表面近傍10重量%からなる粒子表面と、該粒子表
面を分離した残り90重量%からなる粒子内部の比表面
積の差により示されるものである。
【0017】即ち、日本工業規格(JIS)K−147
4準拠した方法で試料の粒度を調べ、下限1重量%を取
り除く。次に当該試料を、ASTM D2854−70
に準拠した方法でバイブレタ−フィ−ダ−よりシリンダ
−に充填しながら100mlを測りとり、仕込み量が重
量A(g)となるのを確認した後、日本工業規格(JI
S)K−1474にある硬さ試験用さらに入れる。次に
硬さ試験用さらを篩振とう機に取り付け、試料の粒度下
限の目開きの2段下の篩い(JIS標準篩)を通過する
重量が仕込み量A(g)の約10重量%以上(通常10
〜13重量%程度)になるまで振とうする。
【0018】ここで、試料の粒度下限の目開きの2段下
の篩いを通過した粉を、粒子表面とし、通過しなかった
篩い上を粒子の芯とする。次に粒子表面と芯について各
々液体窒素を用いる方法でBET比表面積(窒素吸着等
温線の相対圧0.05から0.15の範囲より求め
る。)を求め、その差を算出する。以上の操作を5回繰
り返して、比表面積の差の平均値を賦活内外差とする。
【0019】実施例2 破砕炭の平均粒子径を4〜7mmとした以外は実施例1
と同一条件で製造した活性炭について実施例1同様に各
物性の測定を実施し、表1に示す結果を得た。 比較例1 非粘結炭を配合せず強粘結炭のみを原料とした以外は、
実施例1と同一条件で製造した活性炭について実施例1
同様に各物性の測定を実施し、表1に示す結果を得た。 比較例2 非粘結炭を配合せず強粘結炭のみを原料とした以外は、
実施例2と同一条件で製造した活性炭について実施例1
同様に各物性の測定を実施し、表1に示す結果を得た。
【0020】
【表1】
【0021】
【発明の効果】本発明により得られる活性炭は、粒子表
面と粒子内部の賦活度が均一となる為、高い吸着性能を
有し、機械的強度が大きくて粉化し難い。従って、本発
明の活性炭は、例えば水処理、あるいはガス処理に用い
た場合において、活性炭の層高を薄くしたり、流速を大
きくすることができ、あるいは再生または交換サイクル
を長くすることもできる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 彰秀 北九州市八幡西区黒崎城石1番1号 三菱 化学株式会社黒崎事業所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒素吸着等温線の相対圧0.05から
    0.15の範囲より求めたBET比表面積が1000m
    2/g以上の粒子状の活性炭であって、粒子の表面近傍1
    0重量%からなる粒子表面と、該粒子表面を分離した残
    り90重量%からなる粒子内部の比表面積の差が0より
    大きく100m2/g以下である活性炭。
  2. 【請求項2】 該活性炭粒子の平均粒径が1mm以上で
    あることを特徴とする請求項1記載の活性炭。
  3. 【請求項3】 粘結炭に非粘結炭を5〜70重量%配合
    して成形してなる成形炭を、酸化性ガスで賦活すること
    を特徴とする請求項1又は2記載の活性炭の製造方法。
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