JPH10310991A - シート状活性炭およびその製造方法 - Google Patents

シート状活性炭およびその製造方法

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JPH10310991A JP9119987A JP11998797A JPH10310991A JP H10310991 A JPH10310991 A JP H10310991A JP 9119987 A JP9119987 A JP 9119987A JP 11998797 A JP11998797 A JP 11998797A JP H10310991 A JPH10310991 A JP H10310991A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低質の樹木や木質の利用法の1つとしてのシ
ート状活性炭およびその製造方法を提供することを目的
とする。 【構成】 酢酸リグニンと繊維状物質とからなる混合物
をプレスしてシート状に成形し、該シート状成型物を炭
化、賦活化することを特徴とするシート状活性炭の製造
方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明は、低質の樹木や木
質の利用法の1つとしてのシート状活性炭およびその製
造方法に関する。
【0002】
【従来技術】地球環境の保全・整備といった公共の使命
から低質の広葉樹が環境林と称して栽培されている。ま
た、木材を利用した工業においても、製品の製造過程に
おいて多くの低質の木質が発生する。これらの多くの低
質の樹木や木質を有機資源(バイオマス)として利用で
きるような技術の確立は、地球環境の改善および有機資
源の有効利用といった面から重要である。本発明者等
は、先に前記低質の樹木の利用という観点から例えばカ
バ外皮などの低質樹木を常圧酢酸蒸解によるパルプ化を
行ない、このパルプ化の工程において得られた酢酸リグ
ニンの利用、用途について開発、発表した(日本木材学
会北海道支部講演集 第26巻 平成6年10月号 6
7〜70頁参照)。更に、酢酸リグニンより活性炭を調
製し、優れた吸着特性を有することを見出した。しかし
ながら、ここで得られた活性炭は繊維状であり、繊維状
活性炭は操作性、機能性および利用性といった面から見
ると十分とはいえなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで、酢酸リグニン
を用いた活性炭について、再生が容易であり、目的に応
じて種々の形態や大きさに自由に変えることができるシ
ート状活性炭の調製について種々検討した結果、本発明
を完成したので、本発明の目的はシート状活性炭及びそ
の製造法を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本願の請求項1の発明の
要旨は、酢酸リグニンと繊維状物質との混合物を原料と
したシート状活性炭であり、請求項2の発明の要旨は、
酢酸リグニンと繊維状物質とからなる混合物をプレスし
てシート状に成形し、該シート状成型物を炭化、賦活化
することを特徴とするシート状活性炭の製造方法であ
る。
【0005】酢酸リグニンは、本来熱軟化性を有するた
め種々の形態に熱成形することが可能である。そこで、
酢酸リグニンのみをもってシート状活性炭にすることを
試みたところ、炭化工程において著しく発泡膨張してし
まいシートの形態を維持することが困難であった。そこ
で、炭化工程においてもシートの形状が維持できる手段
について検討した結果、繊維状物質、例えばパルプ、古
紙又は再生セルロ−ス等を酢酸リグニンに混合したもの
から成形したシートは、炭化工程において収縮を起し硬
いシート状炭素化物が得られることを見出した。この理
由は定かではないが、酢酸リグニンのみの場合は、酢酸
リグニンは炭化時の加熱により部分的に溶融し、表面の
硬化が起こり、炭化の過程で分解により発生するガスが
外に出て行かれないために、シートの膨張を起こし、シ
ートの著しい変形を引き起こしたためと考えられる。
【0006】これに対し、シート作成時に熱流動しない
繊維状物質を混合して得たシート状物は、炭化工程での
加熱による酢酸リグニンの急激な硬化反応を抑制され、
発泡による形態の変形が押さえられ、20%程度の混合
により収縮を起こし硬いシート状炭素化物が調製できた
ものと思われる。
【0007】
【発明の実施の態様】本発明について詳細に述べる。本
発明で使用する酢酸リグニンを作成する木質原料として
は、針葉樹や広葉樹等特に限定されるものではないが、
低質の樹木や木質バイオマス(農産廃棄物など)を用い
ることが好ましく、酢酸リグニンは、これら木質原料チ
ップを常圧酢酸蒸解で得られた蒸解液より得たものであ
る。その製法の1例を示すと、チップを90〜95%酢
酸水及び塩酸又は硫酸等の鉱酸で煮沸抽出し、得られた
抽出液を減圧濃縮し、水により分別沈澱によって糖類を
除去したものである。(なお、此の点について先述の日
本木材学会北海道支部講演集参照)
【0008】酢酸リグニンに混合する繊維状物質は、繊
維状物質としては、パルプ、再生セルロ−ス、木粉等熱
可塑化しない繊維ならいずれでも良く、パルプとしては
酢酸パルプ等が用いられる。原料コスト等の点から見て
パルプが好ましい。繊維状物質の添加量としては、5〜
20%程度である。繊維状物質の添加量の増加に伴い、
ヨウ素吸着量が増加する傾向が見られたが、表面積の増
加は確認されなかった。本発明にかかるシート状活性炭
には、上記の酢酸リグニンと繊維状物質の外に木粉、熱
硬化性樹脂等を必要に応じて添加してもよく、その添加
量としては10〜20%程度である。
【0009】酢酸リグニンと繊維状物質との混合物をシ
ート状とする手段については、特に規定はなく、例えば
ステンレス製シート成形機に混合物を入れ、加熱プレス
機を用いた加熱圧締法によりシートを作成した。シート
の厚さとしては2〜5mm程度である。得られたシート
を炭化、賦活化の処理を施す。炭化条件としては窒素雰
囲気下で約700〜1.000℃で1〜4時間行なう。
この処理によって得られた炭素化物を次いで賦活化処理
を行なう。
【0010】賦活化処理は炭素材料表面を水蒸気や二酸
化炭素のような活性なガスで削り込み、表面に多数の細
孔を形成させる処理と考えられ、賦活化の進行と共に表
面が削られ収率が低下する。賦活化時間と共に賦活化収
率は低下するが、吸着性能は上がり、吸着性能と賦活化
収率との間には負の関係がある。なお、シート活性炭の
総収量としては、この値に炭素化時の収量50〜60%
を掛けたものとなる。本発明における賦活化処理として
は水蒸気賦活化法で賦活化時間としては0.5〜2時間
である。賦活化時間と得られる活性炭の性能について調
べたところ、繊維状活性炭で十分効果があった40分間
の賦活化では、シート状活性炭は表面積、ヨウ素吸着量
とも市販の粒状活性炭より大きな値を示したが、粉末状
活性炭には及ばなかった。120分の賦活化で表面積は
粉末状より高くなり、吸着量も同等となった。
【0011】本発明における繊維状物質を添加したシー
トについて細孔分布測定したところ、0.4nmおよび
2nm付近に特徴的なピークが観察され、更に、繊維状
物質の添加量により半径10nm以下の細孔体積が著し
く増加することが観察された。 また、SEM(走査型
電子顕微鏡)で観察したところ、パルプがシート内部に
繊維状活性炭として形態を保持しながら残存しているこ
とが確認できたこれらのことより、繊維状物質が繊維状
活性炭として吸着特性にかなり影響を与えていることが
分かった。また、細孔分布測定は、この活性炭が汎用的
な吸着材料の外に、分子ふるい用の活性炭として使用で
きることを示唆している。更に、シート状活性炭のガス
吸着性能をメタンガス吸着から評価したところ、市販の
粉末状活性炭の2倍の吸着量を示し、ガス吸着剤として
も有用であるから煙道ガス中のダイオキシンなどの吸着
剤としても利用できる。
【0012】
【実施例】次に実施例をもって具体的に本発明を説明す
る。 実施例 1 酢酸リグニンの製造。 これは従来から公知の方法によって製造される。例え
ば、シラカンバチップを少量の鉱酸(塩酸または硫酸)
含む酢酸水溶液中で煮沸する常圧酢酸処理し、パルプを
除去した液に苛性ソーダを加えて中和した後、該液を濃
縮し、該濃縮液に水を加えてリグニンを沈殿させて採取
する。 炭化用シートの作成。 シート成型用の混合物を、酢酸リグニンにパルプ、具体
的には酢酸パルプを、混合量を1.7重量%、10重量
%、20重量%に変えて添加した試料を作った。これを
ステンレス製シート成型器を用いて加熱プレスして、そ
れぞれの混合試料から、炭化用のシートを作成した。 シートの炭化。 それぞれのシートを炭化炉に入れ、窒素気流下で、昇温
速度3℃/minで最高温度1000℃に昇温し、該最
高温度で1時間保持して炭化した。 炭化したシートの水蒸気による賦活化。 流速450ml/minの窒素を80℃の水に通し、水
分量50%にて900℃で賦活した。得られた各シート
状活性炭のSEMによる観察によると、パルプはシート
内部で繊維状活性炭として存在していた。
【0013】また、120分の賦活化処理した各シート
状活性炭について各種の特性を測定した。 A.吸着性の測定 各シート状活性炭の吸着性をJIS K1417規定に
従いヨウ素とメチレンブルーの吸着量を測定した。表面
積は、ラングミユア法及びBET法によって算出した。
其の結果を表1に示す。表1においてA−AWL−CF
はカバ材の酢酸リグニン(AL)から製造した賦活性化
炭素繊維であり、Powder ACは市販の粉末状賦
活性化炭素、Granule ACは市販の粒状賦活性
化炭素を示す。
【0014】
【表1】
【0015】B.細孔分布(細孔ピーク半径、表面積) 細孔分布を、日本ベル社製BELSORP28を用いて
測定、その測定値より細孔ピーク半径を算出、その結果
を図1〜図3に示した。図1はDollimore−H
eal法によって算出した細孔体積の累積値(積分)、
図2はCranston−Inkley法によって算出
した細孔(微分)の分布図、図3はMolecular
−Probe法によって算出した細孔(微分)の分布図
であり、各図において、(a)賦活性化AL+1.7%
パルプ、(b)賦活性化AL+10%パルプ、(c)賦
活性化AL+20%パルプの場合を示す。図1よりパル
プ含量が多くなるに従い10nm以下の細孔半径の体積
が著しく増加することが示され、図2により半径2nm
に細孔ピ−クがあることがわかり、このことから分子ふ
るい的な利用方法が示唆され、また、図3は同様な図で
あるが、分布を求める計算式が異なるために、別図とな
り、この図では0.4nmにピ−クのあることが示され
た。 C.ガス吸着能及び再生能 120分間賦活性化した賦活性化AL+10%パルプに
ついて、メタンの吸着量(○印)及び脱離量(●印)か
らガス吸着性能及び再生能を評価した。其の結果を図4
に示した。比較のためヤシ殻から製造し粉末状賦活性化
カ−ボンの場合についても吸着量(△印)及び脱離量
(▲印)を示した。図4より本発明のシート状活性炭の
ガス吸着量が、従来の粉末炭に比べて多いことを示し
た。
【0016】実施例 2 酢酸リグニン(AL)、AL+繊維、AL+パルプを用
いて賦活化収率と賦活化処理時間との関連を調べた。其
の結果を図5に示した。図5において、□印はALを、
△印はAL+再生セルロ−ス繊維を、○印はAL+パル
プを示した。この図より賦活化収率と賦活化時間とは反
比例することが示された。
【0017】
【発明の効果】酢酸リグニンをパルプと混合して、シー
ト状の活性炭とすることにより、特徴的な細孔ピークを
持つ活性炭特性を示し、分子ふるい用の活性炭として使
用でき優れた特性を示す。また、再生も容易であるとい
う優れた特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】細孔半径に対する細孔体積の累積値の関係図で
(a)賦活性化AL+1.7%パルプ、(b)賦活性化
AL+10%パルプ、(c)賦活性化AL+20%パル
プの場合を示す。
【図2】Cranston−Inkley法によって算
出した細孔(微分)の分布図で(a)賦活性化AL+
1.7%パルプ、(b)賦活性化AL+10%パルプ、
(c)賦活性化AL+20%パルプの場合を示す。
【図3】Molucular−Probe法によって算
出した細孔(微分)の分布図で(a)賦活性化AL+
1.7%パルプ、(b)賦活性化AL+10%パルプ、
(c)賦活性化AL+20%パルプの場合を示す。
【図4】賦活性化炭素の吸着−脱離の等温線。
【図5】賦活性化時間に対する賦活性化収率の関係図。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酢酸リグニンと繊維状物質との混合物を
    原料としたシート状活性炭。
  2. 【請求項2】 酢酸リグニンと繊維状物質とからなる混
    合物をプレスしてシート状に成形し、該シート状成型物
    を炭化、賦活化することを特徴とするシート状活性炭の
    製造方法。
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