JPH119989A

JPH119989A - セラミック吸着体およびその製造法

Info

Publication number: JPH119989A
Application number: JP9181780A
Authority: JP
Inventors: Toichiro Izawa; 登一郎井澤; Masayuki Goto; 正幸後藤; Michio Takayanagi; 岐夫高柳; Yoshinori Yamaguchi; 祥範山口
Original assignee: OOTAKE SERAMU KK; OTAKE SERAMU KK
Current assignee: OOTAKE SERAMU KK; OTAKE SERAMU KK
Priority date: 1997-06-23
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 1999-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】吸着材が本来有する吸着能を損なうことなく且
つセラミックとしての高い機械的強度を有するセラミッ
ク吸着体成形物およびその製造法の提供。【解決手段】活性炭等の無機吸着材、粘土鉱物およびガ
ラス粉末、必要によりさらにフラックスを含む成形品を
４８０〜６３０℃で焼成することにより機械的強度が高
く、吸着性能に優れたセラミック吸着体を得ることがで
きた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸着材のもつ吸着
性能を損なうことなくセラミックとしての高い機械的強
度を有する成形されたセラミック吸着体の製造法および
その方法により製造されたセラミック吸着体に関する。

【０００２】

【従来の技術】大気汚染、水質汚染等のいわゆる環境汚
染がいよいよ深刻化し、その防止、改善策が急務となっ
ている。我国においても有害物質の排出基準値の設定、
その立法化、基準達成のための技術開発が鋭意進められ
てはいるが、対コストとの絡みで、必ずしも充分な効果
が得られていない。環境汚染源としては、自動車の排気
ガス、発電所や工場、ビル、家庭における化石燃料の燃
焼排ガス、工業排水、家庭排水などがあげられるが、こ
れらに含まれる悪臭、有害成分の除去には多くの場合活
性炭などの、各種吸着材が様々な形状で使用されてい
る。これら吸着体の形状には、粉末、粒状、棒状、板
状、繊維状などがあるが、運搬、容器への充填、交換な
どの取扱いに便利で、取り扱い時の粉立がなく、比較的
安価に製造しうることから、粒状吸着体が多用されてい
る。成形された吸着体は一般に、粉末状の活性炭やゼオ
ライトなどの吸着材を無機、有機の各種結合材を使用
し、自体公知の造粒、押出し、圧縮法などにより成形す
ることによって得られる。この場合結合材の使用量を多
くすると、成形物の機械的強度は高まるものの、吸着体
の吸着機能が低下する。これは成形時結合材が吸着材の
細孔の入り口を塞ぐためと考えられる。これに対し結合
材の使用量が少ないと、成形物の機械的強度が不足し、
運搬時、使用時あるいは使用後の再生処理時に成形物が
破損したり、崩壊する率が高くなる。またコークス系ピ
ッチや樹脂を結合材として用いて活性炭を成形し、これ
を焼成して結合材も活性炭化させる方法が提案されてい
る。この場合活性炭の吸着能は低下しないが、得られた
活性炭成形体は機械的強度が低く、取り扱い時に黒粉落
ち等の問題がある。さらに、機械的強度の高い吸着体を
得るために吸着材を他の材料とともにセラミック化する
技術も提案されている。この技術は、たとえば活性炭な
どの吸着材と粘度鉱物やガラス粉末などの結合材を含む
組成物を９００℃以上の温度で焼成することによりセラ
ミック吸着体を得るというものであるが、機械的強度の
高い吸着体は得られるものの、吸着材自体の細孔は結合
材の軟化により多くの細孔が塞がれ、悪臭又は有害物質
に対する吸着能が低下し、特に低分子化合物に対する吸
着能は相当に低下してしまうことが実験的にも確かめら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、活性炭等の
吸着材の吸着能を犠牲にすることなく成形、焼成し、機
械的強度が高く、親水性、親油性を問わず、低分子化合
物から高分子化合物に至る各種の悪臭、有害物質を効果
的に吸着除去しうる成形されたセラミック吸着体および
その製造法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】粘土鉱物類はいずれもそ
の結晶構造中に結晶水を含んでいるが、その結晶水は温
度の上昇とともに次第に脱水され、ついにはすべての結
晶水を放って粘土の結晶構造そのものが非可逆的に変化
するかまたは崩壊してしまう。粘土の最終脱水開始温度
は粘土の種類により異なるが、殆どのものは６００℃附
近である。これに対し、たとえばソーダ・ライム系、ホ
ウケイ酸系などの一般的なガラスの軟化温度は６５０℃
付近であり、その温度以下では全く変化はなく、それを
越えて加熱されると徐々に軟化して液相へと変化する。
ところが本発明者らはこの粘度鉱物とガラス粉末を特定
割合で含む組成物を徐々に昇温してゆくと、ガラス粉末
の軟化点以下の温度で且つ粘度鉱物の最終脱水開始温度
以下、たとえば５００℃前後から６００℃前後の温度に
おいてもガラス表面が軟化して接着性能を発揮するとい
う予想外の知見を得た。この現象はおそらく温度の上昇
とともに粘度鉱物から放出されてくる水酸基がガラス粉
末の表面で揮発性融材の役割を演じ、その結果ガラス表
面の軟化点が通常のガラスの軟化点より低くなることに
よるものと思われる。この知見に基づいてさらに研究を
進め、無機吸着材、粘度鉱物およびガラス粉末を特定割
合で含んでなる組成物を粘度鉱物の最終脱水開始温度お
よびガラスの軟化温度以下の温度で焼成することによ
り、吸着材の吸着能を保持し、セラミックスとしての高
い機械的強度を有するセラミック吸着体を得ることに成
功した。すなわち、本発明は、（１）無機質吸着材
（Ａ）、粘土鉱物（Ｂ）およびガラス粉末（Ｃ）を含有
してなり、（Ａ）が１０〜８５重量％、（Ｂ）と（Ｃ）
の合計が１０〜８０重量％、（Ｂ）／（Ｃ）の重量比が
２０／８０〜８０／２０である成形物を４８０〜６３０
℃で焼結することを特徴とするセラミック吸着体の製造
法、（２）成形物がさらにフラックス（Ｄ）を０．１〜
１０重量％含有するものである前記（１）記載の製造
法、（３）成形物中（Ａ）が２５〜７０重量％、（Ｂ）
と（Ｃ）の合計が２５〜７０重量％、（Ｂ）／（Ｃ）の
重量比が３０／７０〜７０／３０である前記（１）記載
の製造法、（４）成形物がさらに（Ｄ）を０．５〜５重
量％含有するものである前記（３）記載の製造法、
（５）成形物を５００〜６２０℃で焼結する前記（１）
記載の製造法、および（６）前記（１）記載の製造法に
より製造されたセラミック吸着体、である。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明に用いられる無機吸着材
（Ａ）としては、たとえば活性炭、ゼオライト、セピオ
ライト、酸性白土、活性白土、珪藻土などが挙げられ
る。本発明に用いられる活性炭の原料としては、たとえ
ば、木粉、木炭、ヤシ殻などの植物原料、たとえば泥
炭、亜炭、瀝青炭、無煙炭、石油ピッチ、コークス、コ
ールタールなどの化石原料、たとえばフェノール樹脂、
酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂など
の各種合成樹脂原料、たとえばポリブチル、ポリブタジ
エン、ポリクロロプレンなどの合成ゴム原料などが挙げ
られる。これらの活性炭原料は、たとえば固定床、移動
床、流動床などで炭化・賦活される。賦活にはたとえば
水蒸気、塩化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素など
を用いるガス賦活、アルカリ、酸または塩を用いる薬品
賦活などがあげられるが、本発明においてはそのいずれ
によって賦活されたものでも使用することができる。本
発明に用いられる活性炭は、液体窒素温度条件下の窒素
吸着によるＢＥＴ表面積が通常５００〜３５００ｍ²／
ｇ、好ましくは７００〜３０００ｍ²／ｇ、より好まし
くは９００〜２５００ｍ²／ｇのものである。

【０００６】ゼオライトは沸石と呼ばれ、一般式

【化１】で表される鉱物群である。このゼオライトは、（Ａｌ，
Ｓｉ）Ｏ₄四面体が頂点を共有してつくる三次元網目構
造中の空孔に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、水分
子等が入った構造を有しており、陽イオン交換能を有し
ている。またゼオライトは極めて親水性であり、その水
分子は連続的に脱水、復水する。ゼオライトには天然ゼ
オライトと合成ゼオライトがあり、本発明においてはそ
のいずれも使用することができる。天然ゼオライトとし
ては、たとえばＰ型ゼオライト（等軸晶系）、Ｘ、Ｙ型
ゼオライト（三方晶系）、Ｔ型ゼオライト（斜方晶
系）、輝沸石（単斜晶系）などが挙げられる。

【０００７】合成ゼオライトとしては、たとえばＺＡ−
４型ゼオライト、ＺＹ−９型ゼオライト、ＺＭＳ−５型
ゼオライト、４Ａ及び５Ａと呼ばれるＡ型ゼオライト、
ホージァサイト型といわれる１３Ｘ型ゼオライト、Ａ型
およびホージァサイト型ゼオライトを、NaOH、NaHCO₃、
Na₂CO₃、Na₂S、Na₂SO₄、NaNO₃、NaCl 等のナトリウム化
合物や LiNO₃、LiCl、LiOH、LiF、Li₂(OH)CO₃ 等のリチ
ウム化合物とｐＨ１０以上の溶液中で熱水処理、変性し
て得られるソーダライト型ゼオライトなどが挙げられ
る。天然ゼオライトの細孔径は３〜４００オングストロ
ームと細孔径に大小があるが、合成ゼオライトの細孔径
は３〜９オングストロームとほぼ均一である。これらの
ゼオライトの中で、粒度が揃い、細孔径がほぼ均一な合
成ゼオライトが好ましく用いられる。特にそのAl／Siの
原子比が0.9〜1.2でNa／Alの原子比0.9〜1.4のものが有
利に使用される。セピオライトは鎖状粘土鉱物であり、
１０オングストローム付近と２００オングストローム付
近の２種の細孔径を有し、特異な鎖状結晶構造により吸
着および脱色能を有する。酸性白土および活性白土は、
シリカ層、アルミナ層、シリカ層の三層からなる結晶構
造体で、その細孔径は２００〜３００オングストローム
であり、比表面積は１００〜４００ｍ²／ｇである。珪
藻土は含水非晶質シリカであり、細孔径は２０００〜４
０００オングストロームである。吸着作用のほか脱脂、
濾過材としても用いられる。これら脱色用粘土や珪藻土
はいずれも親水性表面と高い水分吸着作用を有してい
る。

【０００８】本発明に用いられる粘土鉱物（Ｂ）は成形
時の結合材として用いられるものであり、それらには、
例えば長石、カオリン、陶石、モンモリロナイト、タル
ク、パイロフェライト、スメクタイトなど乾燥固結性を
有する粘土鉱物が含まれる。セピオライトは粘土鉱物で
あり、且つ無機質吸着剤でもある。ガラス粉末（Ｃ）と
しては、通常のガラスビン、板ガラスなどのソーダライ
ムガラス粉末、アンプルなどのホウケイ酸ガラス粉末、
陶磁器用釉薬粉末などが挙げられる。ガラス粉末の粒度
は一般に６０〜３２５メッシュ、好ましくは２００〜３
２５メッシュである。フラックス（Ｄ）としては、たと
えばケイフッ化カリウム、ケイフッ化ナトリウム、ホタ
ル石、氷晶石等のフッ化物や塩化カルシウム、塩化ナト
リウムなどの塩化物、ホウ酸、ホウ砂、ホウ酸ナトリウ
ム、ホウ酸カルシウムなどのホウ酸塩などの融材が挙げ
られる。これらフラックスの使用はガラス表面の軟化速
度を促進させる効果があり、またガラスの軟化点を若干
低下させるので、焼成時間を短縮することができる。本
発明においては、上記無機吸着材（Ａ）、粘土鉱物
（Ｂ）およびガラス粉末（Ｃ）、必要によりさらにフラ
ックス（Ｄ）を含む組成物を水やアルコール類などの親
水性有機溶媒を適宜用いて自体公知の方法により望まし
い形状に成形し、乾燥後焼成する。成形物中の各成分の
配合割合は、乾燥物換算で無機吸着材（Ａ）が１０〜８
５重量％、好ましくは２５〜７０重量％、粘土鉱物
（Ｂ）とガラス粉末（Ｃ）の合計が１０〜８０重量％、
好ましくは２５〜７０重量％、（Ｂ）と（Ｃ）の重量比
が２０：８０〜８０：２０、好ましくは３０：７０〜７
０；３０である。フラックス（Ｄ）が使用される場合の
使用量は、成形物中０．１〜１０重量％、好ましくは
０．５〜５重量％である。

【０００９】さらに結合材として、粘土鉱物以外にもた
とえばメチルセルロース、デンプン等の糊料、フェノー
ル樹脂、酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエステ
ル樹脂などの合成樹脂ラテックスなどの有機質の結合材
を使用することができる。これら有機質の結合材は、本
発明のセラミック吸着体の製造工程中に行われる焼成に
より熱分解して生ずるガスの通過または物質の欠損によ
り成形体に空洞を形成させるので、より多孔質の吸着体
が得らる。焼成前の成形物の大きさは特に限定されず、
球、長球、表面に多数の小突起を有する金平糖様の粒
状、棒状、板状などいずれの形状でもよい。粒状の場合
の粒径は通常０．５〜５ｍｍ、好ましくは１〜３ｍｍで
ある。成形法は自体公知の転動、押出、圧縮などにより
望む形に成形すればよいが、通常粒状とするのが取り扱
い上好ましい。得られた成形物を自然乾燥または５０〜
３００℃の熱風で乾燥したのち焼成する。焼成温度は４
８０〜６３０℃、好ましくは５００〜６２０℃、さらに
好ましくは５３０〜６１０℃である。焼成時間は通常１
０分〜１２時間、好ましくは３０分〜８時間、さらに好
ましくは２〜６時間である。

【００１０】この焼成により無機質吸着材と粘土鉱物表
面が熔融したガラス粉末により点接着して５,０００〜
２００,０００オングストローム程度の細孔径の二次空
隙を有するセラミック吸着体が得られる。このようにし
て形成される二次空隙の総容積が０.２〜０.５ｍｌ／ｇ
程度のものが各種臭気成分や有害物質の吸着除去に特に
適している。またセラミック吸着体に抗菌性、触媒活性
その他の機能を持たせようとする場合は、たとえば銀、
銅、亜鉛等の抗菌金属イオンや酸化チタン、リン酸カル
シウム塩などを添着もしくはイオン交換により担持させ
た無機吸着材、粘土鉱物を配合したり、または吸着体を
それらの金属イオンや酸化物、塩で表面処理することに
より、目的を達成することができる。これらの金属を配
合する場合の配合比は、セラミック吸着体に対し０.１
〜５重量％、好ましくは０.２〜３重量％程度である。
得られるセラミック吸着体のうち成形物として取り扱い
や使用に便利なものは、直系が１〜１５ｍｍ、好ましく
は２〜１０ｍｍ程度の粒状物である。被覆造粒によく用
いられる回転ドラム使用湿式造粒法は、通常ドラムに核
を入れ、回転させながら被覆層を構成する成分の粉末と
溶媒を交互に少量ずつ供給してゆくのであるが、その途
中で意図的にやや多量の粉を供給し、水等の溶媒の供給
を少なめにすると粒子の表面にさらに小さな粒子が多数
付着し、その後で粉末、溶媒の供給を通常に戻して被覆
を続けると、いわゆる金平糖様の外観を有する粒状物が
得られる。この多突起粒状物は使用時の圧損が低いとい
う利点を有している。また得られたセラミック吸着体は
焼結体であるので、吸着破過したものは通常４００〜６
００℃で加熱処理することにより何度でも再利用するこ
とができる。

【００１１】

【実施例】以下に実施例および実験例をあげて本発明を
より具体的に説明するが、本発明はそれらによって限定
されるものではない。実施例１〜６下記〔表１〕に示された各成分のうち、まず活性炭を除
く他の成分を混合し、ポットミルに入れ約２時間乾式撹
拌する。得られた混合物７０重量部に粉末活性炭３０重
量部を混合し、水２０重量部を加えさらに約２時間湿式
混合する。得られた混合物をポットミルから取り出し、
油圧式プレスで１００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で１０ｍｍ×
１０ｍｍ×５０ｍｍの大きさに成形し、１００℃で４時
間乾燥する。乾燥成形品を所定の温度で焼成し、得られ
たセラミック吸着体の特性値等を〔表１〕に示した。活
性炭は武田薬品工業（株）社製「ＰＨＣ−５」（比表面
積1000ｍ²／g、アセトン吸着量２５％）を、セピオライ
トは水澤化学工業（株）社製「エードプラスＳＰ」を使
用した。

【００１２】

【表１】

【００１３】実施例７〜１２活性炭を５０重量部、それ以外の成分を合計５０重量部
用いた外は重量部１〜６と同様にして、セラミック吸着
体を製造した。用いた成分および得られたセラミック吸
着体の特性値等を〔表２〕に示した。

【表２】

【００１４】実施例１３〜１８活性炭を７０重量部、それ以外の成分を合計３０重量部
用いた外は重量部１〜６と同様にして、セラミック吸着
体を製造した。用いた成分および得られたセラミック吸
着体の特性値等を〔表３〕に示した。

【表３】

【００１５】実施例１９および２０吸着材兼結合材としてセピオライトを用い、〔表４〕に
示した成分を混合して実施例１または５に準じて同様の
成形されたセラミック吸着体を製造した。得られたセラ
ミック吸着体の特性値等を〔表４〕に示した。

【表４】

【００１６】

【発明の効果】本発明によって得られるセラミック吸着
体は、高い機械的強度とガス状、液状の臭気成分や有害
物質を効率よく吸着除去する能力を備えている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山口祥範愛知県瀬戸市塩草町136番地オオタケセラム株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無機質吸着材（Ａ）、粘土鉱物（Ｂ）およ
びガラス粉末（Ｃ）を含有してなり、（Ａ）が１０〜８
５重量％、（Ｂ）と（Ｃ）の合計が１０〜８０重量％、
（Ｂ）／（Ｃ）の重量比が２０／８０〜８０／２０であ
る成形物を４８０〜６３０℃で焼結することを特徴とす
るセラミック吸着体の製造法。
【請求項２】成形物がさらにフラックス（Ｄ）を０．１
〜１０重量％含有するものである請求項１記載の製造
法。
【請求項３】成形物中（Ａ）が２５〜７０重量％、
（Ｂ）と（Ｃ）の合計が２５〜７０重量％、（Ｂ）／
（Ｃ）の重量比が３０／７０〜７０／３０である請求項
１記載の製造法。
【請求項４】成形物がさらに（Ｄ）を０．５〜５重量％
含有するものである請求項３記載の製造法。
【請求項５】成形物を５００〜６２０℃で焼結する請求
項１記載の製造法。
【請求項６】請求項１記載の製造法により製造されたセ
ラミック吸着体。