JPS62176908A - 炭素分子篩の製法 - Google Patents
炭素分子篩の製法Info
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- JPS62176908A JPS62176908A JP61017487A JP1748786A JPS62176908A JP S62176908 A JPS62176908 A JP S62176908A JP 61017487 A JP61017487 A JP 61017487A JP 1748786 A JP1748786 A JP 1748786A JP S62176908 A JPS62176908 A JP S62176908A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕本発明は炭素分子篩の製法に関す
るものである。
るものである。
特に分子径が小さなガスの混合物からそれらの成分を分
離する場合有効なもので、例えば空気から窒素を分離す
る場合高い選択性を示す炭素分子篩の製法である。
離する場合有効なもので、例えば空気から窒素を分離す
る場合高い選択性を示す炭素分子篩の製法である。
〔従来の技術〕炭素質の細孔構造に基づく特異な物性は
以前からよく知られており、その1つとして、細孔の孔
径により吸着分子に対する適合性が変化する分子篩効果
がある。分子の吸着性0差異を利用して、混合ガスを分
離する圧力変動吸着法(Pres+ure swing
ad 5orpiion process )は顕著
な分子篩効果の応用例であり、特公昭38−25969
号公報には圧力変動吸着プロセスの基本的原理が示され
ており、その応用例として活性炭を吸着剤として空気中
の酸素と窒素の分離も開示されている。炭素質はその細
孔構造から、本質的に成る程度の分子篩性を有するが、
この特性を高めたいわゆる分子篩炭は1948年&nm
ett (P、HoEmmett :che+n、IL
ev、vol 43. P 、69 )が、塩化ヒニリ
テン樹脂を炭化することにより得て以来今日に至る迄多
くくの製法が提案されている。
以前からよく知られており、その1つとして、細孔の孔
径により吸着分子に対する適合性が変化する分子篩効果
がある。分子の吸着性0差異を利用して、混合ガスを分
離する圧力変動吸着法(Pres+ure swing
ad 5orpiion process )は顕著
な分子篩効果の応用例であり、特公昭38−25969
号公報には圧力変動吸着プロセスの基本的原理が示され
ており、その応用例として活性炭を吸着剤として空気中
の酸素と窒素の分離も開示されている。炭素質はその細
孔構造から、本質的に成る程度の分子篩性を有するが、
この特性を高めたいわゆる分子篩炭は1948年&nm
ett (P、HoEmmett :che+n、IL
ev、vol 43. P 、69 )が、塩化ヒニリ
テン樹脂を炭化することにより得て以来今日に至る迄多
くくの製法が提案されている。
通常炭素質の細孔径は10〜2OA以上で分子径が極め
て小さな通常のガス、例えば空気中の酸素と窒素の分離
等に連用する場合は、細孔径が大きすぎて分子篩効果が
不充分となる。そこで炭素質の細孔内に微粒子を充填し
て細孔径を狭小化させることにより分子篩効果を高め、
かかるガスの分離に適用しうる炭素吸着剤をつくる方法
が研究されている。例えば特公昭49−37036号公
報にはフェノール系あるいはフラン系樹脂のプレポリマ
ーを活性炭に吸着させその表面とで重合または/および
縮合せしめて細孔内を充填した後、400〜1,000
℃に加熱して表面に生成した樹脂を炭化して分子篩吸着
剤とする方法で、細孔内で重縮合反応をさせることを必
須の要件とするものである。
て小さな通常のガス、例えば空気中の酸素と窒素の分離
等に連用する場合は、細孔径が大きすぎて分子篩効果が
不充分となる。そこで炭素質の細孔内に微粒子を充填し
て細孔径を狭小化させることにより分子篩効果を高め、
かかるガスの分離に適用しうる炭素吸着剤をつくる方法
が研究されている。例えば特公昭49−37036号公
報にはフェノール系あるいはフラン系樹脂のプレポリマ
ーを活性炭に吸着させその表面とで重合または/および
縮合せしめて細孔内を充填した後、400〜1,000
℃に加熱して表面に生成した樹脂を炭化して分子篩吸着
剤とする方法で、細孔内で重縮合反応をさせることを必
須の要件とするものである。
また特開昭49−106982号公報にはコークスの細
孔の周縁部に常圧乃至減圧下で沸点200°〜360℃
の有機化合物を、ガス状で或いは揮発性溶剤に溶解して
添着させ細孔を狭小化せしめる方法が開示されている。
孔の周縁部に常圧乃至減圧下で沸点200°〜360℃
の有機化合物を、ガス状で或いは揮発性溶剤に溶解して
添着させ細孔を狭小化せしめる方法が開示されている。
特公昭52−18675号公報には揮発分5%以下のコ
ークスを不活性ガス中で600°〜900℃に保持し、
熱分解によりカーボンを放出するガス状炭化水素を添加
し、分解生成したカーボンを細孔中に沈着させて細孔径
を狭小化させることンこよる分子篩炭の製法で炉内にガ
ス状の炭化水素例えばベンゼン、トルエン或いはコーク
ス炉ガスを吹込み熱分解させることを必須の要件とする
ものである。
ークスを不活性ガス中で600°〜900℃に保持し、
熱分解によりカーボンを放出するガス状炭化水素を添加
し、分解生成したカーボンを細孔中に沈着させて細孔径
を狭小化させることンこよる分子篩炭の製法で炉内にガ
ス状の炭化水素例えばベンゼン、トルエン或いはコーク
ス炉ガスを吹込み熱分解させることを必須の要件とする
ものである。
特開昭56−130226号公報には0.5 mr以上
の細孔径を有する炭素質吸着剤に前記細孔径以下の分子
径をもつ炭化水素(例えばメタン、エタン、スチレン)
を2%以下に稀釈したガス中より炭素吸着剤に吸着させ
た後加熱して該炭化水素を熱分解して生成したカーボン
を細孔周辺に析出せしめることにより孔径を狭小化せし
める方法が開示されている。これらの方法はいづれもガ
ス状の炭化水素が熱分解して生成したカーボンを細孔内
1こ沈着させ、或いはガス状炭化水素を炭素質表面で熱
分解せしめて炭素質吸着剤が元来有する細孔組織の孔径
を狭小化させることにより、分子篩機能を向上させる方
法である。従って、ガス状炭化水素を吹込むこと、炭素
質に吸着せしめながら、同時に熱分解反応を進めるため
工程も複雑化して、品質の安定した分子篩炭が得がたく
、コストL昇もさけがたい。
の細孔径を有する炭素質吸着剤に前記細孔径以下の分子
径をもつ炭化水素(例えばメタン、エタン、スチレン)
を2%以下に稀釈したガス中より炭素吸着剤に吸着させ
た後加熱して該炭化水素を熱分解して生成したカーボン
を細孔周辺に析出せしめることにより孔径を狭小化せし
める方法が開示されている。これらの方法はいづれもガ
ス状の炭化水素が熱分解して生成したカーボンを細孔内
1こ沈着させ、或いはガス状炭化水素を炭素質表面で熱
分解せしめて炭素質吸着剤が元来有する細孔組織の孔径
を狭小化させることにより、分子篩機能を向上させる方
法である。従って、ガス状炭化水素を吹込むこと、炭素
質に吸着せしめながら、同時に熱分解反応を進めるため
工程も複雑化して、品質の安定した分子篩炭が得がたく
、コストL昇もさけがたい。
又北用浩:燃料協会誌第60巻、654号第859〜8
64頁(1982]よりルンチャー粉末に4〜5%のサ
ルファイドバルブ廃液、コールタールピッチを加えて造
粒し、窒素気流中で10℃/分の昇温速度で600°〜
700℃迄昇温した後1時間熱処理して分子篩性を高め
る方法について述べている。しかしながらバインダーの
主成分としてサルファイドパルプ廃液を使用した場合は
造粒品の硬度が低く且つばらつきが大きいため、品質の
安定した吸着剤を得がたい欠点があった。
64頁(1982]よりルンチャー粉末に4〜5%のサ
ルファイドバルブ廃液、コールタールピッチを加えて造
粒し、窒素気流中で10℃/分の昇温速度で600°〜
700℃迄昇温した後1時間熱処理して分子篩性を高め
る方法について述べている。しかしながらバインダーの
主成分としてサルファイドパルプ廃液を使用した場合は
造粒品の硬度が低く且つばらつきが大きいため、品質の
安定した吸着剤を得がたい欠点があった。
発明者等は以前より活性炭に分子篩性を賦与す方法につ
いて研究し、相当程度の分子篩性な有する活性炭の製法
を、特公昭51−3558号公報及び特公昭56−28
846号公報にて開示した。
いて研究し、相当程度の分子篩性な有する活性炭の製法
を、特公昭51−3558号公報及び特公昭56−28
846号公報にて開示した。
その後、やし数次に易結晶化炭素材料を含有せしめて、
特定条件下で熱処理した場合、細孔内に炭素微結晶集合
体が成長し、細孔を狭小化せしめうろことを見出し、こ
れに基づく分子篩炭の製法を開示した(特開昭59−4
5914 )。これはやし数次粉末に特定量のコールタ
ールを含浸させて熱処理する方法で、特に適当な大きさ
の炭素微結晶集合体を成長させるため酸洗浄によりアル
カリ塩を除去した後、熱処理する方法が好ましいと述べ
ている。
特定条件下で熱処理した場合、細孔内に炭素微結晶集合
体が成長し、細孔を狭小化せしめうろことを見出し、こ
れに基づく分子篩炭の製法を開示した(特開昭59−4
5914 )。これはやし数次粉末に特定量のコールタ
ールを含浸させて熱処理する方法で、特に適当な大きさ
の炭素微結晶集合体を成長させるため酸洗浄によりアル
カリ塩を除去した後、熱処理する方法が好ましいと述べ
ている。
〔発明が解決しようとする問題点〕分子篩炭の最も重要
な用途の1つは圧力変動吸着プロセスの吸着剤である。
な用途の1つは圧力変動吸着プロセスの吸着剤である。
この場合分子篩炭の分離効果がプロセスの性能に支配的
な役割を果すので高性能分子篩炭が強く求められている
。一般にガスの分離性能すなわち選択吸着性を高めると
ガス吸着量は低下し、逆にガス吸着量を高めると選択吸
着性が低下する2律背反性が認められる。従って、これ
を克服するため、選択吸着性を損わずに、吸着性を高め
ることが重要な課題となる。
な役割を果すので高性能分子篩炭が強く求められている
。一般にガスの分離性能すなわち選択吸着性を高めると
ガス吸着量は低下し、逆にガス吸着量を高めると選択吸
着性が低下する2律背反性が認められる。従って、これ
を克服するため、選択吸着性を損わずに、吸着性を高め
ることが重要な課題となる。
〔問題点を解決するための手段〕炭素基材に含浸せしめ
た物質と熱処理温度が選択吸着性及びガス吸着性に及ぼ
す影響について検討した結果、コールタールの特定留分
と特定温度範囲の熱処理を組合せることにより、ガス吸
着量を余り低下させずに、選択吸着性が著しく高められ
ることを見出して本発明に到達した。
た物質と熱処理温度が選択吸着性及びガス吸着性に及ぼ
す影響について検討した結果、コールタールの特定留分
と特定温度範囲の熱処理を組合せることにより、ガス吸
着量を余り低下させずに、選択吸着性が著しく高められ
ることを見出して本発明に到達した。
すなわち、やし数次粉末をコールタールまたはコールタ
ールピッチをバインダーとして造粒し、600°〜90
0℃で乾留し、乾留炭を鉱酸で洗浄、水洗、乾燥したも
のにクレオソートな含浸させ、600°〜900℃で1
0〜60分間熱処理した後不活性ガス中で冷却すること
を特徴とする炭素分子篩の製法である。尚クレオソート
としてその140°〜260℃の分留成分を使用し、或
いは2,3ジメチルナフタリンまたは2,4キシレンノ
ール、キノリンを使用しても好結果が得られる。
ールピッチをバインダーとして造粒し、600°〜90
0℃で乾留し、乾留炭を鉱酸で洗浄、水洗、乾燥したも
のにクレオソートな含浸させ、600°〜900℃で1
0〜60分間熱処理した後不活性ガス中で冷却すること
を特徴とする炭素分子篩の製法である。尚クレオソート
としてその140°〜260℃の分留成分を使用し、或
いは2,3ジメチルナフタリンまたは2,4キシレンノ
ール、キノリンを使用しても好結果が得られる。
ここでクレオソートとはコールタールの中油以上の分留
物から、結晶として析出したナフタリン、アントラセン
、及びタール酸類、タール塩基類を除去したものをいう
。
物から、結晶として析出したナフタリン、アントラセン
、及びタール酸類、タール塩基類を除去したものをいう
。
以下本発明を更に詳しく説明する。
本発明の分子篩炭原料はやし数次をコールタールピッチ
および/又はコールタールで造粒した粒状炭に限定され
るっガス分離用の分子篩炭として使用する場合は操業E
の観点から一定の形に成形した造粒炭が望ましく、また
成る程度以上の硬度が必要とされる。分子篩炭原料はや
し数次の他、褐炭、無悼炭、木材、コークス等も使用さ
れるが、やし数次以外の木材系コークスは充分な硬度を
賦与することが困難である。また石炭系原料を使用した
造粒炭は充分な硬度を有するが、小分子径のガス分離に
使用した場合はヤシ殻造粒炭と比較してガス吸着量及び
選択性共に著しく低下する。これは両者の細孔構造の差
異に基づくものと考えられ、やし数次の細孔径は熱処理
条件を選択した場合平均12〜15Aとしうるが、石炭
系原料の場合は平均2OA以下の細孔を賦与することが
困難なためと考えられる。一方小分子径ガスは通常5A
以下であるから、かかる分子に対して分子篩性を発揮さ
せるためには極微な炭素質表面の細孔を更に狭小化させ
る必要があり、この方法がむづかしいために石炭系原料
では充分な分子篩性を賦与することができないものと考
えられる。造粒工程は粉砕したやし数次に20〜30%
のコールタールピッチおよび/又はコールタールをバイ
ンダーとして加え、常法に従い混和・造粒する。この際
原料炭は可及的に微粉砕して使用することが好ましい。
および/又はコールタールで造粒した粒状炭に限定され
るっガス分離用の分子篩炭として使用する場合は操業E
の観点から一定の形に成形した造粒炭が望ましく、また
成る程度以上の硬度が必要とされる。分子篩炭原料はや
し数次の他、褐炭、無悼炭、木材、コークス等も使用さ
れるが、やし数次以外の木材系コークスは充分な硬度を
賦与することが困難である。また石炭系原料を使用した
造粒炭は充分な硬度を有するが、小分子径のガス分離に
使用した場合はヤシ殻造粒炭と比較してガス吸着量及び
選択性共に著しく低下する。これは両者の細孔構造の差
異に基づくものと考えられ、やし数次の細孔径は熱処理
条件を選択した場合平均12〜15Aとしうるが、石炭
系原料の場合は平均2OA以下の細孔を賦与することが
困難なためと考えられる。一方小分子径ガスは通常5A
以下であるから、かかる分子に対して分子篩性を発揮さ
せるためには極微な炭素質表面の細孔を更に狭小化させ
る必要があり、この方法がむづかしいために石炭系原料
では充分な分子篩性を賦与することができないものと考
えられる。造粒工程は粉砕したやし数次に20〜30%
のコールタールピッチおよび/又はコールタールをバイ
ンダーとして加え、常法に従い混和・造粒する。この際
原料炭は可及的に微粉砕して使用することが好ましい。
次いで6000〜900℃で充分乾留し、稀鉱酸水溶液
に浸漬して可溶成分を溶解除去する必要がある。
に浸漬して可溶成分を溶解除去する必要がある。
600℃以下では乾留不充分となり、900℃以Eとし
た場合は酸素、窒素等のガス吸着量が低下する。
た場合は酸素、窒素等のガス吸着量が低下する。
例えばここで、0.6 N塩酸による浸漬洗浄工程のみ
を省略した他は全く同一条件で調製した分子・篩炭を比
較すると洗浄しないものは酸素吸着量(6me/y t
c 対し 5.21nl/P) 及び選択吸着性(26
に対し18)が共に低下するが、特に選択吸着性の低下
が著しい。
を省略した他は全く同一条件で調製した分子・篩炭を比
較すると洗浄しないものは酸素吸着量(6me/y t
c 対し 5.21nl/P) 及び選択吸着性(26
に対し18)が共に低下するが、特に選択吸着性の低下
が著しい。
酸洗浄により除去される成分は主としてやし殻炭に含ま
れるアルカリ金属化合物でこれは後の熱処理工程で細孔
を狭小化させる場合細孔内面の微結晶集合体成長を阻害
するものと考えられる。また鉱酸の種類及び濃度は特に
限定する必要はないが、経験的に0.4〜0.6Nの塩
酸が好ましい。また場合によっては軽度に賦活した後に
実施してもよい。
れるアルカリ金属化合物でこれは後の熱処理工程で細孔
を狭小化させる場合細孔内面の微結晶集合体成長を阻害
するものと考えられる。また鉱酸の種類及び濃度は特に
限定する必要はないが、経験的に0.4〜0.6Nの塩
酸が好ましい。また場合によっては軽度に賦活した後に
実施してもよい。
尚、酸洗浄後水洗乾燥した造粒炭の段階ではまだ窒素に
対する酸素の吸着速度の差違は殆んど認められない。
対する酸素の吸着速度の差違は殆んど認められない。
上記で得られた造粒炭にクレオソートを加え混和攪拌し
て充分含浸せしめた後6000〜900’Cで10〜6
0分間熱処理する。
て充分含浸せしめた後6000〜900’Cで10〜6
0分間熱処理する。
クレオソート含有量は特に限定しないが、含有量が低い
とガス吸着量は大きいが、選択吸着性が低下し、含有量
を高くすると、ガス吸着量は小さくなるが、選択吸着性
は向上する。従って、含有量は3〜8%が好ましい。ク
レオソートを造粒炭の内部迄均−に含浸させるためには
通常200°〜400℃で20〜25分間充分混和攪拌
せしめる方法が適当である。熱処理は通常少量の不活性
ガス例えば、窒素ガスを通しながら行なう。昇/2ii
+1速度は特に限定しないが、製品の品質を均一化する
ためには一定速度で昇温することが望ましく、100〜
1567分が適当である。
とガス吸着量は大きいが、選択吸着性が低下し、含有量
を高くすると、ガス吸着量は小さくなるが、選択吸着性
は向上する。従って、含有量は3〜8%が好ましい。ク
レオソートを造粒炭の内部迄均−に含浸させるためには
通常200°〜400℃で20〜25分間充分混和攪拌
せしめる方法が適当である。熱処理は通常少量の不活性
ガス例えば、窒素ガスを通しながら行なう。昇/2ii
+1速度は特に限定しないが、製品の品質を均一化する
ためには一定速度で昇温することが望ましく、100〜
1567分が適当である。
クレオソート添加前の造粒炭は高いガス吸着量を有する
が添加により大巾に低下し、熱処理によるクレオソート
の分解、蒸発に伴いガス吸着量が増加するが、尚熱処理
温度600’C以下では分子篩炭として充分なガス吸着
量に達しない。また900℃以上になると選択吸着性は
高いがガス吸M景は急激に低下する。従って、圧力変動
吸着プロセスの吸着剤としては何れも不適当である。
が添加により大巾に低下し、熱処理によるクレオソート
の分解、蒸発に伴いガス吸着量が増加するが、尚熱処理
温度600’C以下では分子篩炭として充分なガス吸着
量に達しない。また900℃以上になると選択吸着性は
高いがガス吸M景は急激に低下する。従って、圧力変動
吸着プロセスの吸着剤としては何れも不適当である。
実施例3.4.5は同一の割合でクレオソートを加え6
00°〜900℃の範囲で熱処理温度を変えて処理した
ものであるが、温度のト昇と共に酸素吸着量が低下し、
一方、選択吸着性が向上していることが明瞭に認められ
る。しかして、圧力変動吸着法試験機による空気分離試
験の結果は700”Cの場合最も良い値を示した。しか
し、この最適温度は含浸量、熱処理温度等その他の要因
により変動するものと考えられる。所要熱処理時間はそ
の温度により影響されるが、10分以下では不充分であ
り60分分取になるとガス吸着量が急激に低下する傾向
が認められる。
00°〜900℃の範囲で熱処理温度を変えて処理した
ものであるが、温度のト昇と共に酸素吸着量が低下し、
一方、選択吸着性が向上していることが明瞭に認められ
る。しかして、圧力変動吸着法試験機による空気分離試
験の結果は700”Cの場合最も良い値を示した。しか
し、この最適温度は含浸量、熱処理温度等その他の要因
により変動するものと考えられる。所要熱処理時間はそ
の温度により影響されるが、10分以下では不充分であ
り60分分取になるとガス吸着量が急激に低下する傾向
が認められる。
含浸剤としてクレオソート或いはその特定温度範囲の留
分な使用することは本発明が本発明者等の先願(特開昭
59−45914 )と著しい相違点である。しかして
、酸素吸着量及び選択吸着性について先願と本願実施例
を比較すると第1表に示す如くである。
分な使用することは本発明が本発明者等の先願(特開昭
59−45914 )と著しい相違点である。しかして
、酸素吸着量及び選択吸着性について先願と本願実施例
を比較すると第1表に示す如くである。
第 1 表
ここで、02吸着量及び選択吸着性は次のようにして測
定したものである。
定したものである。
少量の試料(約xopr)を真空中に30分以上放置し
た後25℃、1気圧の酸素あるいは窒素を通じ、60秒
間に吸着したガス量をl114/yで表示する。
た後25℃、1気圧の酸素あるいは窒素を通じ、60秒
間に吸着したガス量をl114/yで表示する。
これが各ガスに対する吸着容量である。
選択性の表示方法としては種々考えられるが、実際に分
子篩として使用した場合の性能と対応の良い表示方法と
して、次の如き数値を用いることとした。即ち試料が、
25℃、1気圧に於て5秒間に吸着する酸素量(普通2
〜3 me、ty位の値を示す)と同一量の窒素を吸着
するに要する秒数(’I’Nzとする)を測定し、選択
性(8=−Vリー)を数値化することが出来る。
子篩として使用した場合の性能と対応の良い表示方法と
して、次の如き数値を用いることとした。即ち試料が、
25℃、1気圧に於て5秒間に吸着する酸素量(普通2
〜3 me、ty位の値を示す)と同一量の窒素を吸着
するに要する秒数(’I’Nzとする)を測定し、選択
性(8=−Vリー)を数値化することが出来る。
第1表において、本願は02吸着量、選択吸着性共に先
願より相当向上していることが認められ、特にこの2つ
の物性は2律背反性を有するにも拘らす、両者共に向丘
せしめることができたことは注目に値する。特に実用E
両者共に向すした場合圧力変動プロセスの効率を大巾t
こ改善しうるのでその意義は極めて大きい。
願より相当向上していることが認められ、特にこの2つ
の物性は2律背反性を有するにも拘らす、両者共に向丘
せしめることができたことは注目に値する。特に実用E
両者共に向すした場合圧力変動プロセスの効率を大巾t
こ改善しうるのでその意義は極めて大きい。
クレオソートによる効果は前記のようであるが、これは
炭化水素の気相中の熱分解による分子篩炭の製法との比
較検討の結果導かれたものである。
炭化水素の気相中の熱分解による分子篩炭の製法との比
較検討の結果導かれたものである。
空気中の酸素分子に対して選択吸着性を示すような性質
は炭素質表面に付着している炭素化合物が一旦揮発し、
気相中で更に熱分解されて生成した炭素が炭素質表面に
沈着することにより形成されるのか、或いは付着物が揮
発せず、炭素質表面で液相または固相の状態で熱分解を
うけることにより形成されるのかを検討した。
は炭素質表面に付着している炭素化合物が一旦揮発し、
気相中で更に熱分解されて生成した炭素が炭素質表面に
沈着することにより形成されるのか、或いは付着物が揮
発せず、炭素質表面で液相または固相の状態で熱分解を
うけることにより形成されるのかを検討した。
実施例1で得られた酸浸漬、水洗、乾燥後の乾留炭にベ
ンゼン5部を加え、窒素ガスを導入せず、揮発した炭化
水素が乾留炭の周辺にそのまま残留するような状態で、
実施例1の含浸、熱処理と同一温度で処理すると、選択
吸着性が形成され、01吸着量7,2献/y1選択吸着
性8=28となる。しかし、窒素ガスを連続的に吹込み
、揮発した炭化水素は直ちに系外に除去されるような条
件で処理すれば、01級着ff17、g me7y 、
選択吸着性8=1.3(比較例4)となって、処理前の
乾留#j2(比較例6)と略同じ性質で、選択吸着性は
殆んど形成されていない。しかし、クレオソート及びコ
ールタールを含浸させた場合は実施例1及び比較例2.
3に示すように窒素ガス流通下向一温度で処理しても明
らかに選択吸着性が形成されている。従って、炭素質表
部に付着している炭素化合物が液相或いは固相状態で熱
分解されたことにより分子篩性が形成されたことが明白
である。換言すれば、炭素質表面に分子篩性を形成する
ためには熱処理をうけたとき、そのまま揮発するような
炭素化合物ではなく、基材表面で熱分解して少くとも、
一部は液相或いは固相状態で更に熱分解をうけて炭素と
なるような物質を含浸させる必要がある。
ンゼン5部を加え、窒素ガスを導入せず、揮発した炭化
水素が乾留炭の周辺にそのまま残留するような状態で、
実施例1の含浸、熱処理と同一温度で処理すると、選択
吸着性が形成され、01吸着量7,2献/y1選択吸着
性8=28となる。しかし、窒素ガスを連続的に吹込み
、揮発した炭化水素は直ちに系外に除去されるような条
件で処理すれば、01級着ff17、g me7y 、
選択吸着性8=1.3(比較例4)となって、処理前の
乾留#j2(比較例6)と略同じ性質で、選択吸着性は
殆んど形成されていない。しかし、クレオソート及びコ
ールタールを含浸させた場合は実施例1及び比較例2.
3に示すように窒素ガス流通下向一温度で処理しても明
らかに選択吸着性が形成されている。従って、炭素質表
部に付着している炭素化合物が液相或いは固相状態で熱
分解されたことにより分子篩性が形成されたことが明白
である。換言すれば、炭素質表面に分子篩性を形成する
ためには熱処理をうけたとき、そのまま揮発するような
炭素化合物ではなく、基材表面で熱分解して少くとも、
一部は液相或いは固相状態で更に熱分解をうけて炭素と
なるような物質を含浸させる必要がある。
これらの観点からコールタールの分留物について検討し
た結果、クレオソートが好適であり、特に140°〜2
60℃の分留物がより好ましいとの結果が得られた。コ
ールタールの場合は極めて粘稠なため添加量は通常1.
5〜2.5%程度で、それ以上加えると熱処理しても殆
んどガス吸着性認められないが、クレオソートは2〜8
%程度含浸しても尚熱処理すれば相当なガス吸着性を示
すので基材表面により均一に炭素を分解生成せしめるこ
とができ、一層選択吸着性を高めうる理由と考えられる
。
た結果、クレオソートが好適であり、特に140°〜2
60℃の分留物がより好ましいとの結果が得られた。コ
ールタールの場合は極めて粘稠なため添加量は通常1.
5〜2.5%程度で、それ以上加えると熱処理しても殆
んどガス吸着性認められないが、クレオソートは2〜8
%程度含浸しても尚熱処理すれば相当なガス吸着性を示
すので基材表面により均一に炭素を分解生成せしめるこ
とができ、一層選択吸着性を高めうる理由と考えられる
。
更にクレオソートの1400〜260”Cの分留物に含
まれる成分について検討した結果、2.3ジメチルナフ
タリン及び2.4キシレノール或いはキノリンについて
も良好な結果を得た。しかし、熱処理をうけた際基材表
面で熱分解し、少くとも一部は液相或いは固相状態で炭
素迄分解するような化合物ならば略同様な効果が得られ
る。
まれる成分について検討した結果、2.3ジメチルナフ
タリン及び2.4キシレノール或いはキノリンについて
も良好な結果を得た。しかし、熱処理をうけた際基材表
面で熱分解し、少くとも一部は液相或いは固相状態で炭
素迄分解するような化合物ならば略同様な効果が得られ
る。
次にこのような性質を有する炭素化合物を炭素質表面に
含浸させた場合、その熱分解生成物と選択吸着性形成の
関係を検討した。実施例1で得られた酸浸漬、水洗後乾
燥した乾留炭にクレオソート2%を添加し、ロータリイ
キルン中で混和攪拌しながら徐々に温度をトげ、熱分解
を初期の段階にとどめるため、8oo〜600°Cの範
囲で熱処理温度を変えて40分間処理し、ガス吸着量及
び選択吸着性を測定した。その結果を第2表に示す。
含浸させた場合、その熱分解生成物と選択吸着性形成の
関係を検討した。実施例1で得られた酸浸漬、水洗後乾
燥した乾留炭にクレオソート2%を添加し、ロータリイ
キルン中で混和攪拌しながら徐々に温度をトげ、熱分解
を初期の段階にとどめるため、8oo〜600°Cの範
囲で熱処理温度を変えて40分間処理し、ガス吸着量及
び選択吸着性を測定した。その結果を第2表に示す。
第 2 表
これよりクレオソート添加前の乾留炭は高いガス吸着性
を有するが、選択吸着性は殆んど示さない。クレオソー
ト添加直後は表面に不均一に付着した状態であるが、少
し加熱しながら攪拌混和すると均一に含浸された状態と
なる。@2表で熱処理温度80℃の場合は略この状態と
考えられ、多少の選択吸着性の向上はみられるが、ガス
吸mf&は大巾に低下する。更に熱処理温度がと昇する
に従いガス吸着量と共に選択吸着性も向上している。
を有するが、選択吸着性は殆んど示さない。クレオソー
ト添加直後は表面に不均一に付着した状態であるが、少
し加熱しながら攪拌混和すると均一に含浸された状態と
なる。@2表で熱処理温度80℃の場合は略この状態と
考えられ、多少の選択吸着性の向上はみられるが、ガス
吸mf&は大巾に低下する。更に熱処理温度がと昇する
に従いガス吸着量と共に選択吸着性も向上している。
300°〜400℃では既に相当な選択吸着性を示して
いることが認められ600℃ではかなり高い値に達して
いる。ところで、300°〜400℃ではクレオソート
が成る程度揮発しその一部が気相中に存在すると考え・
られるが、これらが熱分解をうけたとしてもこの程度の
温度では不揮発性成分例えば遊離状炭素になって基材表
面に沈着するとは考えられない。一方熱処理温度と共に
ガス吸着量が増加していることを考慮すれば、炭素基材
表面に付着しているクレオソートが揮発または熱分解を
起して基材の表面状態を変化させ、これにより選択吸着
性すなわち分子篩性が形成されたものと推論される。従
って、気相中で生成した熱分解性炭素の高温での沈着と
は明らかに別の機構で分子篩性が形成されたものと考え
られる。
いることが認められ600℃ではかなり高い値に達して
いる。ところで、300°〜400℃ではクレオソート
が成る程度揮発しその一部が気相中に存在すると考え・
られるが、これらが熱分解をうけたとしてもこの程度の
温度では不揮発性成分例えば遊離状炭素になって基材表
面に沈着するとは考えられない。一方熱処理温度と共に
ガス吸着量が増加していることを考慮すれば、炭素基材
表面に付着しているクレオソートが揮発または熱分解を
起して基材の表面状態を変化させ、これにより選択吸着
性すなわち分子篩性が形成されたものと推論される。従
って、気相中で生成した熱分解性炭素の高温での沈着と
は明らかに別の機構で分子篩性が形成されたものと考え
られる。
圧力変動吸着プロセス等実用Eの目的に使用するために
は更に高性能の分子篩炭が要求され、そのためには60
0°〜900℃の高温の熱処理が行われる。そのような
高温領域では炭素質基材の周辺の気相中に多量の炭素化
合物が存在すれば、熱分解により生成した遊離状炭素が
基材表面に沈着する可能性があるが、先にベンゼンを添
加した乾留炭を熱処理する場合窒素ガス流通の有無の影
響について述べたことからも明らかなように、窒素ガス
流通下で熱処理を行なう場合は高温でも、分子篩性の形
成は主として基材表面に存在する炭素化合物の液相或い
は固相状態における熱分解によるものと考えられる。尚
低温領域では熱処理温度のと昇によりガス吸着量及び選
択吸着性が共にと昇したが、高性能分子篩炭が得られる
ような高温領域では実施例4〜6からも明らかなように
両者は2律背y性を示し、両者を併せて向Eせしめるこ
とが重要な課題となっていることは先にも述べた通りで
ある。
は更に高性能の分子篩炭が要求され、そのためには60
0°〜900℃の高温の熱処理が行われる。そのような
高温領域では炭素質基材の周辺の気相中に多量の炭素化
合物が存在すれば、熱分解により生成した遊離状炭素が
基材表面に沈着する可能性があるが、先にベンゼンを添
加した乾留炭を熱処理する場合窒素ガス流通の有無の影
響について述べたことからも明らかなように、窒素ガス
流通下で熱処理を行なう場合は高温でも、分子篩性の形
成は主として基材表面に存在する炭素化合物の液相或い
は固相状態における熱分解によるものと考えられる。尚
低温領域では熱処理温度のと昇によりガス吸着量及び選
択吸着性が共にと昇したが、高性能分子篩炭が得られる
ような高温領域では実施例4〜6からも明らかなように
両者は2律背y性を示し、両者を併せて向Eせしめるこ
とが重要な課題となっていることは先にも述べた通りで
ある。
一方、他の分子篩炭の製法として炭素基材を高温に保持
し、そこへ熱分解して遊離状態の炭素を発生し易い炭化
水素ガス、例えばメタン、エチレン、ベンゼン等の蒸気
を吹込み、熱分解により発生した遊離状炭素を基材表面
に沈着させて分子篩性を付与する方法が知られている。
し、そこへ熱分解して遊離状態の炭素を発生し易い炭化
水素ガス、例えばメタン、エチレン、ベンゼン等の蒸気
を吹込み、熱分解により発生した遊離状炭素を基材表面
に沈着させて分子篩性を付与する方法が知られている。
従って、この機構を類推して、コールタール或いはピッ
チ等をバインダーとして作られた造粒炭或いは炭素基材
に炭素化合物な含浸後熱処理して分子篩性が形成された
場合、本質的にはバインダー或いは添加物が一旦揮発し
た後、気相状態で熱分解して遊離状の炭素を発生し、基
材表面に沈着するためであるとの見解もある。しかし、
前記から明らかなようにこれは主として基材表面に存在
する炭素化合物が液相或いは固相状態で熱分解するため
に形成されるもので、気相で発生した遊離状炭素による
影響は僅少と考えられる。
チ等をバインダーとして作られた造粒炭或いは炭素基材
に炭素化合物な含浸後熱処理して分子篩性が形成された
場合、本質的にはバインダー或いは添加物が一旦揮発し
た後、気相状態で熱分解して遊離状の炭素を発生し、基
材表面に沈着するためであるとの見解もある。しかし、
前記から明らかなようにこれは主として基材表面に存在
する炭素化合物が液相或いは固相状態で熱分解するため
に形成されるもので、気相で発生した遊離状炭素による
影響は僅少と考えられる。
実際に含浸熱処理法で分子16r#を調整する場合は少
量の不活性ガス例えば窒素ガスを吹込みながら熱処理す
る場合が多いが、揮発性ガスが完全には除去されない場
合もあるので一部少量の遊離状炭素の沈着が起りうると
しても、その作用に基づく分子篩性形成の度合は少ない
ものと考えられる。
量の不活性ガス例えば窒素ガスを吹込みながら熱処理す
る場合が多いが、揮発性ガスが完全には除去されない場
合もあるので一部少量の遊離状炭素の沈着が起りうると
しても、その作用に基づく分子篩性形成の度合は少ない
ものと考えられる。
熱処理工程が終了した分子篩炭は不活性ガス中で冷却し
た後取出す必要があり、冷却温度は300℃程度以下が
好ましい。高温で取出し、空電と接触せしめると酸素吸
着能が著しく低下する。
た後取出す必要があり、冷却温度は300℃程度以下が
好ましい。高温で取出し、空電と接触せしめると酸素吸
着能が著しく低下する。
本願発明方法では1回目の熱処理のみでは殆んど選択吸
着性は付与されず、酸洗浄及び特定炭素化合物の含浸を
介在した特定条件による2回の熱処理ではじめて高性能
の分子篩性を付与しつるもので、ここに本発明の要部が
ある。しかして、ガス吸着量と選択吸着性の2律背反性
を排して両者共に高性能を達成しえたところに実用上大
きな意義がある。
着性は付与されず、酸洗浄及び特定炭素化合物の含浸を
介在した特定条件による2回の熱処理ではじめて高性能
の分子篩性を付与しつるもので、ここに本発明の要部が
ある。しかして、ガス吸着量と選択吸着性の2律背反性
を排して両者共に高性能を達成しえたところに実用上大
きな意義がある。
〔作用・効果〕本発明によって得られた分子篩炭は特に
酸素ガスに対する大きな吸着量と酸素及び窒素混合ガス
中で酸素に対する大きな選択吸着性を示す。従って、圧
力変動吸着法によって空電より窒素、酸素を分離する場
合に特に好適であるが、それ以外にも分子径5A以下の
ガスを分子径の差違を利用して分離する場合に有効であ
る。
酸素ガスに対する大きな吸着量と酸素及び窒素混合ガス
中で酸素に対する大きな選択吸着性を示す。従って、圧
力変動吸着法によって空電より窒素、酸素を分離する場
合に特に好適であるが、それ以外にも分子径5A以下の
ガスを分子径の差違を利用して分離する場合に有効であ
る。
本願明細書において分子篩性評価のために採用した物性
値である吸着容量及び選択性の測定方法は前述の如くで
あるか、併せて小型圧力変動吸着試験機(P8A試験機
)で実用性評価を行った。
値である吸着容量及び選択性の測定方法は前述の如くで
あるか、併せて小型圧力変動吸着試験機(P8A試験機
)で実用性評価を行った。
を
吸着塔二分子篩炭充填量 1.05 、2本啜着圧カニ
6. s Kg/crd (G)、 25部脱着圧カ
ニ760朋H9 吸脱着時間:各2分 で、ガス流速は8V : 2.0及び1.5” で測定
した。
6. s Kg/crd (G)、 25部脱着圧カ
ニ760朋H9 吸脱着時間:各2分 で、ガス流速は8V : 2.0及び1.5” で測定
した。
ここで8vとは1分間に得られる標準状態の窒素ガス量
を1本の吸着塔の分子篩炭充填容量で除した値である。
を1本の吸着塔の分子篩炭充填容量で除した値である。
尚小型試験機で得られた結果は若干ばらつくので、評価
基準としては酸素吸着容量及び選択性を採用し、試験機
の結果も併せて考慮した。
基準としては酸素吸着容量及び選択性を採用し、試験機
の結果も併せて考慮した。
以下実施例を挙げて本発明の詳細な説明するが、これら
の実施例は本発明を何等限定するものではない。
の実施例は本発明を何等限定するものではない。
実施例1−3
やし数次微粉末100部にコールタール35部と水5部
を加え、ニーダ−でよく混和した後ペレッターで2−の
造粒炭とした。造粒炭を流動乾留炬に入れ40分間で7
00°C迄昇温し、更に外熱式tiW完炉で900℃迄
加熱して乾留した。−乾留炭を0.6N希塩酸IB M
に侵漬し、充分に水洗した後乾燥した。これにクレオソ
ートの140°〜260 ’C留分5 r+’bを加え
ロータリイキルンで小量の窒素ガス流通下、常温から4
00℃迄20分で昇温して、クレオソートを充分含浸さ
せ、更に700℃迄20分間で昇n1λして熱処理した
後窒素ガス中で常温迄冷却して取出し、分子篩炭を調製
した。
を加え、ニーダ−でよく混和した後ペレッターで2−の
造粒炭とした。造粒炭を流動乾留炬に入れ40分間で7
00°C迄昇温し、更に外熱式tiW完炉で900℃迄
加熱して乾留した。−乾留炭を0.6N希塩酸IB M
に侵漬し、充分に水洗した後乾燥した。これにクレオソ
ートの140°〜260 ’C留分5 r+’bを加え
ロータリイキルンで小量の窒素ガス流通下、常温から4
00℃迄20分で昇温して、クレオソートを充分含浸さ
せ、更に700℃迄20分間で昇n1λして熱処理した
後窒素ガス中で常温迄冷却して取出し、分子篩炭を調製
した。
更にE記においてクレオソートの140°〜260℃留
分の添加量を8%及び12%とし、その他は同一条件で
分子篩炭を調整した。
分の添加量を8%及び12%とし、その他は同一条件で
分子篩炭を調整した。
得られた分子篩炭の性能を第3表に示す。
第 3 表
※P8A通過ガス 02%
実施例4−6 比較例1
実施例1においてクレオソート含没後の熱処理温度と処
理時間を変更した他は同一条件で3種類の分子篩炭を調
整した。
理時間を変更した他は同一条件で3種類の分子篩炭を調
整した。
その結果を第4表に示す。
第 4 表
※: P8A通過ガス02%
実施例7−8 比較例2−3
実施例1tこおいてクレオソートの代りに下記の添加物
を使用した他は同一条件で分子篩炭を調製した。
を使用した他は同一条件で分子篩炭を調製した。
その結果を第5表に示す。
第 5 表
※PS人通過ガス02%
実施例9−11 比較例4−6
実施例1においてクレオソートの代りtこ下記の添加物
を使用した他は同一条件で調整した分子篩炭の性能を第
6表に示す。
を使用した他は同一条件で調整した分子篩炭の性能を第
6表に示す。
以下余白
第6表
※PSA通過ガス02%
代 理 人 弁理士 小出中 壽 雄手続補正書(
方式) %式% 2、発明の名称 炭素分子篩の製法 3、補正をする者 クラレケミカル株式会社 代表取締役 豊 島 賢太部 4、代理人 大阪市北区芝田町1丁目4番14号 クラレケミカル株式会社内
方式) %式% 2、発明の名称 炭素分子篩の製法 3、補正をする者 クラレケミカル株式会社 代表取締役 豊 島 賢太部 4、代理人 大阪市北区芝田町1丁目4番14号 クラレケミカル株式会社内
Claims (4)
- (1)やし殻炭粉末をコールタールまたはコールタール
ピッチをバインダーとして造粒し、600°〜900℃
で乾留し、乾留炭を鉱酸で洗浄、水洗、乾燥したものに
クレオソートを含浸させ、600°〜900℃で10〜
60分間熱処理した後不活性ガス中で冷却することを特
徴とする炭素分子篩の製法。 - (2)クレオソートとして、その140°〜260℃の
分留成分を使用する特許請求の範囲第1項記載の炭素分
子篩の製法。 - (3)クレオソート添加量が2〜8%である特許請求の
範囲第1項記載の炭素分子篩の製法。ここで、クレオソ
ート添加量とはやし殻炭粉末の乾量に対する比率をいう
。 - (4)やし殻炭粉末をコールタールまたはコールタール
ピッチをバインダーとして造粒し、600°〜900℃
で乾留し、乾留炭を鉱酸で洗浄、水洗、乾燥したものに
2.3ジメチルナフタリンまたは、2.4キシレノール
或いはキノリンを含浸させ、600°〜900℃で10
〜60分間熱処理した後不活性ガス中で冷却することを
特徴とする炭素分子篩の製法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61017487A JPS62176908A (ja) | 1986-01-29 | 1986-01-29 | 炭素分子篩の製法 |
US07/008,327 US4742040A (en) | 1986-01-29 | 1987-01-29 | Process for manufacturing a carbon molecular sieve |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61017487A JPS62176908A (ja) | 1986-01-29 | 1986-01-29 | 炭素分子篩の製法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62176908A true JPS62176908A (ja) | 1987-08-03 |
JPH0566886B2 JPH0566886B2 (ja) | 1993-09-22 |
Family
ID=11945358
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61017487A Granted JPS62176908A (ja) | 1986-01-29 | 1986-01-29 | 炭素分子篩の製法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4742040A (ja) |
JP (1) | JPS62176908A (ja) |
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CN111377432A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-07 | 中国科学院化学研究所 | 一种煤溶剂热处理制备层状纳米碳材料的方法 |
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- 1986-01-29 JP JP61017487A patent/JPS62176908A/ja active Granted
-
1987
- 1987-01-29 US US07/008,327 patent/US4742040A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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JPH0566886B2 (ja) | 1993-09-22 |
US4742040A (en) | 1988-05-03 |
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