JPH1025110A - 多孔性炭素材料 - Google Patents
多孔性炭素材料Info
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- JPH1025110A JPH1025110A JP8175090A JP17509096A JPH1025110A JP H1025110 A JPH1025110 A JP H1025110A JP 8175090 A JP8175090 A JP 8175090A JP 17509096 A JP17509096 A JP 17509096A JP H1025110 A JPH1025110 A JP H1025110A
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- porous carbon
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は新規な多孔性炭素材料を提供する。
【構成】 樹脂粉末を集合体としたのちに賦活してなる
多孔性炭素材料であり、該多孔性炭素材料を構成する樹
脂粉末由来の炭素粉末の長径が１００μｍ以下であるこ
とを特徴とする多孔性炭素材料。 【効果】 本発明の多孔性炭素材料は、樹脂粉末の集合
体を賦活した隙間の多い多孔構造とすることで吸着容量
の向上を図ることができた。結果として、水中の有機化
合物など不純物の吸着除去における寿命を大幅に改善す
ることが可能となった。
多孔性炭素材料であり、該多孔性炭素材料を構成する樹
脂粉末由来の炭素粉末の長径が１００μｍ以下であるこ
とを特徴とする多孔性炭素材料。 【効果】 本発明の多孔性炭素材料は、樹脂粉末の集合
体を賦活した隙間の多い多孔構造とすることで吸着容量
の向上を図ることができた。結果として、水中の有機化
合物など不純物の吸着除去における寿命を大幅に改善す
ることが可能となった。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、新規な多孔性炭素材料
に関するものである。さらに詳しくは、水中のトリハロ
メタンやトリクロロエチレンなどの有機塩素系化合物や
２−メチルイソボルネオール等の臭気物質、残留農薬や
残留塩素など不純物除去用の吸着材として最適で、さら
に食品や化学薬品等の脱色、分離精製、ガス中の不純物
除去や溶剤回収装置用の吸着材、ガス分離材、触媒、脱
臭材、触媒担体、微生物担体その他の担体、電極材、電
気二重層型キャパシター材料、フィラーなど幅広い用途
に適した新規な多孔構造を有する多孔性炭素材料に関す
るものである。
に関するものである。さらに詳しくは、水中のトリハロ
メタンやトリクロロエチレンなどの有機塩素系化合物や
２−メチルイソボルネオール等の臭気物質、残留農薬や
残留塩素など不純物除去用の吸着材として最適で、さら
に食品や化学薬品等の脱色、分離精製、ガス中の不純物
除去や溶剤回収装置用の吸着材、ガス分離材、触媒、脱
臭材、触媒担体、微生物担体その他の担体、電極材、電
気二重層型キャパシター材料、フィラーなど幅広い用途
に適した新規な多孔構造を有する多孔性炭素材料に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】水道水中には発ガン性が指摘されている
トリハロメタンやトリクロロエチレンなどの有機塩素系
化合物、カビ臭など臭気の原因となる２−メチルイソボ
ルネオールやジオスミン、健康への影響が心配される残
留農薬など様々な有機化合物が含まれており、従来より
それらの除去においては粒状活性炭が吸着材として用い
られてきた。しかし、従来の粒状活性炭では粒子内部の
細孔が有効に利用できないため、これら水中の有機化合
物に対する実質的な除去性能の向上が図られていなかっ
た。
トリハロメタンやトリクロロエチレンなどの有機塩素系
化合物、カビ臭など臭気の原因となる２−メチルイソボ
ルネオールやジオスミン、健康への影響が心配される残
留農薬など様々な有機化合物が含まれており、従来より
それらの除去においては粒状活性炭が吸着材として用い
られてきた。しかし、従来の粒状活性炭では粒子内部の
細孔が有効に利用できないため、これら水中の有機化合
物に対する実質的な除去性能の向上が図られていなかっ
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術の問
題点を解決する。即ち水中の有機化合物除去に最適な構
造制御を実現し、高い吸着容量を有する多孔性炭素材料
を提供することを目的とする。
題点を解決する。即ち水中の有機化合物除去に最適な構
造制御を実現し、高い吸着容量を有する多孔性炭素材料
を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、樹脂粉末を集
合体としたのちに賦活してなる多孔性炭素材料であり、
該多孔性炭素材料を構成する樹脂粉末由来の炭素粉末の
長径が１００μｍ以下であることを特徴とする多孔性炭
素材料である。
合体としたのちに賦活してなる多孔性炭素材料であり、
該多孔性炭素材料を構成する樹脂粉末由来の炭素粉末の
長径が１００μｍ以下であることを特徴とする多孔性炭
素材料である。
【０００５】また本発明は、多孔性炭素材料が粒状物で
あり、その長径が１００μｍ以上５ｍｍ未満の範囲にあ
ることを特徴とする多孔性炭素材料である。また本発明
は、樹脂粉末がフェノール樹脂であることを特徴とする
多孔性炭素材料である。以下本発明を詳細に説明する。
あり、その長径が１００μｍ以上５ｍｍ未満の範囲にあ
ることを特徴とする多孔性炭素材料である。また本発明
は、樹脂粉末がフェノール樹脂であることを特徴とする
多孔性炭素材料である。以下本発明を詳細に説明する。
【０００６】水中の有機化合物用吸着材においては、吸
着材内部に存在する細孔まで有効に利用するために、吸
着材自体が大きな外表面積を有し、吸着分子の拡散性に
優れていることが重要である。このような条件を満たす
ために鋭意検討を行った結果本発明に至った。
着材内部に存在する細孔まで有効に利用するために、吸
着材自体が大きな外表面積を有し、吸着分子の拡散性に
優れていることが重要である。このような条件を満たす
ために鋭意検討を行った結果本発明に至った。
【０００７】上記の条件に関しては以下の手段により解
決した。樹脂粉末を集合体としたのちに賦活してなる多
孔性炭素材料であり、該多孔性炭素材料を構成する樹脂
粉末由来の炭素粉末の長径が１００μｍ以下、望ましく
は５０μｍ以下、さらに望ましくは３０μｍ以下である
ことを特徴とする多孔性炭素材料とした。
決した。樹脂粉末を集合体としたのちに賦活してなる多
孔性炭素材料であり、該多孔性炭素材料を構成する樹脂
粉末由来の炭素粉末の長径が１００μｍ以下、望ましく
は５０μｍ以下、さらに望ましくは３０μｍ以下である
ことを特徴とする多孔性炭素材料とした。
【０００８】ここで多孔性炭素材料を構成する樹脂粉末
由来の炭素粉末は球形、回転楕円形、不定形その他どの
ような形状でもかまわないが、差し渡しのもっとも長い
部分の長さを長径とする。
由来の炭素粉末は球形、回転楕円形、不定形その他どの
ような形状でもかまわないが、差し渡しのもっとも長い
部分の長さを長径とする。
【０００９】従来のヤシ殻炭化物や石炭等の炭素質から
得られた粒状活性炭は粒子内部まで連続する大きな拡散
孔が少なく、粒子内部に存在する細孔まで有効に利用す
ることができないため充分な吸着量が得られなかった。
得られた粒状活性炭は粒子内部まで連続する大きな拡散
孔が少なく、粒子内部に存在する細孔まで有効に利用す
ることができないため充分な吸着量が得られなかった。
【００１０】本発明のように、樹脂粉末を集合体とした
のちに賦活してなる多孔性炭素材料では、その内部に樹
脂粉末が炭化された炭素粉末同士の隙間が存在し、その
隙間に面する炭素粉末それぞれが該多孔性炭素材料の実
質的な外表面をなす。このことにより、該多孔性炭素材
料では内部に存在する細孔まで吸着分子が速やかに拡散
し、これらの細孔を有効に利用できるため大きな吸着容
量を得ることができる。
のちに賦活してなる多孔性炭素材料では、その内部に樹
脂粉末が炭化された炭素粉末同士の隙間が存在し、その
隙間に面する炭素粉末それぞれが該多孔性炭素材料の実
質的な外表面をなす。このことにより、該多孔性炭素材
料では内部に存在する細孔まで吸着分子が速やかに拡散
し、これらの細孔を有効に利用できるため大きな吸着容
量を得ることができる。
【００１１】炭素粉末の最大長さが１００μｍよりも大
きい場合には、多孔性炭素材料を構成する単位体積あた
りの炭素粉末の数が少なくなり、炭素粉末同士の接合部
分が相対的に少なくなるため充分な強度の多孔性炭素材
料が得られないため好ましくない。
きい場合には、多孔性炭素材料を構成する単位体積あた
りの炭素粉末の数が少なくなり、炭素粉末同士の接合部
分が相対的に少なくなるため充分な強度の多孔性炭素材
料が得られないため好ましくない。
【００１２】また、多孔性炭素材料は粒状物であり、そ
の長径は１００μｍ以上５ｍｍ未満、望ましくは１５０
μｍ以上１ｍｍ未満、さらに望ましくは１５０μｍ以上
０．５ｍｍ未満の範囲にあることが有効である。
の長径は１００μｍ以上５ｍｍ未満、望ましくは１５０
μｍ以上１ｍｍ未満、さらに望ましくは１５０μｍ以上
０．５ｍｍ未満の範囲にあることが有効である。
【００１３】多孔性炭素材料が粒子状であり、その長径
が１００μｍ以上５ｍｍ未満の範囲にあれば、カラム状
に充填して使用することができ、その充填層に通水した
場合に通液圧損が小さく、かつ未処理液等が充填層をそ
のまま通過してしまうチャネリングも起こりにくい。多
孔性炭素材料の長径が１００μｍよりも小さいと通液圧
損が大きくなり好ましくない。また、多孔性炭素材料の
長径が５ｍｍ以上の場合には充填層内で多孔性炭素材料
の間に大きな隙間が生じ、チャネリングを起こしやすい
ため好ましくない。
が１００μｍ以上５ｍｍ未満の範囲にあれば、カラム状
に充填して使用することができ、その充填層に通水した
場合に通液圧損が小さく、かつ未処理液等が充填層をそ
のまま通過してしまうチャネリングも起こりにくい。多
孔性炭素材料の長径が１００μｍよりも小さいと通液圧
損が大きくなり好ましくない。また、多孔性炭素材料の
長径が５ｍｍ以上の場合には充填層内で多孔性炭素材料
の間に大きな隙間が生じ、チャネリングを起こしやすい
ため好ましくない。
【００１４】また本発明の樹脂粉末はフェノール樹脂を
用いることが有効である。ここで樹脂粉末はフェノール
樹脂であればレゾール系、ノボラック系など種類は問わ
ないが、硬化した熱不溶融性の樹脂粉末を用いる。この
樹脂粉末を適当な型に充填し、加熱下で高圧を加えるこ
とにより各樹脂粉末の形をほぼ保ったままで樹脂粉末同
士が圧着し、連続した隙間の多い構造を持つ集合体を形
成する。この集合体を炭化・水蒸気賦活することにより
本発明の様に隙間の多い多孔性炭素材料を得ることがで
きる。ヤシ殻や石炭などの天然物や他の合成樹脂系の原
料では成型時や賦活時に溶融、変形や分解が起こった
り、粉末同士の圧着の強度が充分得られないなどの問題
があり、粉末を上記のように隙間を保って成型し、炭化
・水蒸気賦活するには不向きである。
用いることが有効である。ここで樹脂粉末はフェノール
樹脂であればレゾール系、ノボラック系など種類は問わ
ないが、硬化した熱不溶融性の樹脂粉末を用いる。この
樹脂粉末を適当な型に充填し、加熱下で高圧を加えるこ
とにより各樹脂粉末の形をほぼ保ったままで樹脂粉末同
士が圧着し、連続した隙間の多い構造を持つ集合体を形
成する。この集合体を炭化・水蒸気賦活することにより
本発明の様に隙間の多い多孔性炭素材料を得ることがで
きる。ヤシ殻や石炭などの天然物や他の合成樹脂系の原
料では成型時や賦活時に溶融、変形や分解が起こった
り、粉末同士の圧着の強度が充分得られないなどの問題
があり、粉末を上記のように隙間を保って成型し、炭化
・水蒸気賦活するには不向きである。
【００１５】
【実施例】以下実施例をあげて本発明を説明するが、本
発明はこれら実施例により限定されるものではない。
発明はこれら実施例により限定されるものではない。
【００１６】実施例１ フェノール樹脂粉末（ユニチカ＝ユニベックスＣ−３
０；最大粒径３０μｍ）を温度１５０℃、圧力１００ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 で１時間加熱加圧成形し、フェノール樹脂
粉末の集合体としたものを粉砕して１７５μｍから３６
０μｍの範囲にふるい分けした。これを窒素雰囲気下に
おいて２時間で８５０℃まで昇温してそのまま２時間保
持して炭化、さらに同温度で３０ｖｏｌ％の水蒸気を含
む窒素ガスを導入して３時間の水蒸気賦活を行い、窒素
気流下で室温まで放冷することで実施例１の多孔性炭素
材料を得た。
０；最大粒径３０μｍ）を温度１５０℃、圧力１００ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 で１時間加熱加圧成形し、フェノール樹脂
粉末の集合体としたものを粉砕して１７５μｍから３６
０μｍの範囲にふるい分けした。これを窒素雰囲気下に
おいて２時間で８５０℃まで昇温してそのまま２時間保
持して炭化、さらに同温度で３０ｖｏｌ％の水蒸気を含
む窒素ガスを導入して３時間の水蒸気賦活を行い、窒素
気流下で室温まで放冷することで実施例１の多孔性炭素
材料を得た。
【００１７】比較例１ 市販の浄水用ヤシ殻系粒状活性炭（武田薬品＝粒状白鷺
ＷＨ２ｃ）を１７５μｍから３６０μｍの範囲にふるい
分けして比較例２の粒状活性炭を得た。
ＷＨ２ｃ）を１７５μｍから３６０μｍの範囲にふるい
分けして比較例２の粒状活性炭を得た。
【００１８】比較例２ フェノール樹脂粉末（ユニチカ＝ユニベックスＣ−１０
０；最大粒径１５０μｍ）を温度１５０℃、圧力１００
ｋｇｆ／ｃｍ2 で１時間加熱加圧し、成型を試みた。
０；最大粒径１５０μｍ）を温度１５０℃、圧力１００
ｋｇｆ／ｃｍ2 で１時間加熱加圧し、成型を試みた。
【００１９】実施例１で得られた多孔性炭素材料および
比較例１で得られた粒状活性炭の有機化合物除去性能
は、有機化合物の例としてクロロホルムを用い、次のよ
うにして比較した。すなわち、実施例１の多孔性炭素材
料あるいは比較例１の粒状活性炭１ｇを、それぞれ内径
１０ｍｍのガラス製カラムに充填し、濃度４０ｐｐｂ、
温度２０℃に調整したクロロホルム水溶液を毎分１５０
ｃｍ3 の流量で通液した。通液後の水溶液のクロロホル
ム濃度を溶媒抽出法によりＥＣＤ付きガスクロマトグラ
フィー装置（Ｙａｎａｃｏ Ｇ−２８００、３ｍｍφ×
４ｍガラスカラム：ＫＯＣＬ−５５２／Ｃｈｒｏｍｏｓ
ｏｒｂ ＷＡＷ ＤＭＣＳ ６０／８０）を用いてイン
ジョクション温度２００℃、カラム温度１００℃、ディ
テクター温度２００℃、キャリアーＮ2 流量３０ｃｃ／
ｍｉｎで測定し、除去率を求めた。
比較例１で得られた粒状活性炭の有機化合物除去性能
は、有機化合物の例としてクロロホルムを用い、次のよ
うにして比較した。すなわち、実施例１の多孔性炭素材
料あるいは比較例１の粒状活性炭１ｇを、それぞれ内径
１０ｍｍのガラス製カラムに充填し、濃度４０ｐｐｂ、
温度２０℃に調整したクロロホルム水溶液を毎分１５０
ｃｍ3 の流量で通液した。通液後の水溶液のクロロホル
ム濃度を溶媒抽出法によりＥＣＤ付きガスクロマトグラ
フィー装置（Ｙａｎａｃｏ Ｇ−２８００、３ｍｍφ×
４ｍガラスカラム：ＫＯＣＬ−５５２／Ｃｈｒｏｍｏｓ
ｏｒｂ ＷＡＷ ＤＭＣＳ ６０／８０）を用いてイン
ジョクション温度２００℃、カラム温度１００℃、ディ
テクター温度２００℃、キャリアーＮ2 流量３０ｃｃ／
ｍｉｎで測定し、除去率を求めた。
【００２０】得られた実施例１の多孔性炭素材料および
比較例１の粒状活性炭のクロロホルム除去性能を表１に
示す。ここでクロロホルム除去性能は、上記のクロロホ
ルム除去率が８０％以下に低下するまでに該カラムに通
液したクロロホルム水溶液の積算流量をサンプル１ｇあ
たりのリットル数で表したものである。比較例２に関し
ては加熱加圧成型を行っても得られた成型体の強度が極
めて低く、賦活等の操作およびその後の評価は不可能で
あった。
比較例１の粒状活性炭のクロロホルム除去性能を表１に
示す。ここでクロロホルム除去性能は、上記のクロロホ
ルム除去率が８０％以下に低下するまでに該カラムに通
液したクロロホルム水溶液の積算流量をサンプル１ｇあ
たりのリットル数で表したものである。比較例２に関し
ては加熱加圧成型を行っても得られた成型体の強度が極
めて低く、賦活等の操作およびその後の評価は不可能で
あった。
【００２１】多孔性炭素材料を構成する樹脂粉末由来の
炭素粉末の長径、および多孔性炭素材料の長径は以下の
方法により規定した。すなわち白金コート（日立イオン
スパッターＥ１０２；Ｐｔイオン電流１８ｍＡ、３分
間）した多孔性炭素材料を走査電子顕微鏡（日立Ｓ−２
５００；加速電圧１５ｋＶ、エミッション電流８０μ
Ａ、試料−レンズ間距離５ｍｍ）を用いて写真撮影し、
その像から求めた。
炭素粉末の長径、および多孔性炭素材料の長径は以下の
方法により規定した。すなわち白金コート（日立イオン
スパッターＥ１０２；Ｐｔイオン電流１８ｍＡ、３分
間）した多孔性炭素材料を走査電子顕微鏡（日立Ｓ−２
５００；加速電圧１５ｋＶ、エミッション電流８０μ
Ａ、試料−レンズ間距離５ｍｍ）を用いて写真撮影し、
その像から求めた。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明の多孔性炭素材料
は、樹脂粉末の集合体を賦活した隙間の多い多孔構造と
することで吸着容量の向上を図ることができた。結果と
して、水中の有機化合物など不純物の吸着除去における
寿命を大幅に改善することが可能となった。
は、樹脂粉末の集合体を賦活した隙間の多い多孔構造と
することで吸着容量の向上を図ることができた。結果と
して、水中の有機化合物など不純物の吸着除去における
寿命を大幅に改善することが可能となった。
【００２３】
【表１】
【図１】 本発明に係る多孔性炭素材料を具体化した実
施例１の外観を示す顕微鏡写真である。
施例１の外観を示す顕微鏡写真である。
【図２】 従来の粒状活性炭の外観を示す顕微鏡写真で
ある。
ある。
【図３】 炭素粉末および多孔性炭素材料の長径に関す
る説明である。
る説明である。
Claims (3)
- 【請求項１】 樹脂粉末を集合体としたのちに賦活して
なる多孔性炭素材料であり、該多孔性炭素材料を構成す
る樹脂粉末由来の炭素粉末の長径が１００μｍ以下であ
ることを特徴とする多孔性炭素材料。 - 【請求項２】 多孔性炭素材料が粒状物であり、その長
径が１００μｍ以上５ｍｍ未満の範囲にあることを特徴
とする請求項１に記載の多孔性炭素材料。 - 【請求項３】 樹脂粉末がフェノール樹脂であることを
特徴とする請求項１に記載の多孔性炭素材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8175090A JPH1025110A (ja) | 1996-07-04 | 1996-07-04 | 多孔性炭素材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8175090A JPH1025110A (ja) | 1996-07-04 | 1996-07-04 | 多孔性炭素材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1025110A true JPH1025110A (ja) | 1998-01-27 |
Family
ID=15990080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8175090A Pending JPH1025110A (ja) | 1996-07-04 | 1996-07-04 | 多孔性炭素材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1025110A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012114154A (ja) * | 2010-11-22 | 2012-06-14 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | 電気二重層キャパシタ用電極の製造方法 |
-
1996
- 1996-07-04 JP JP8175090A patent/JPH1025110A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012114154A (ja) * | 2010-11-22 | 2012-06-14 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | 電気二重層キャパシタ用電極の製造方法 |
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