JPWO2008146773A1 - 水銀吸着材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
基材活性炭と硫黄担持量および熱処理条件について最適化し、さらに水銀吸着性能を高めた水銀吸着材と、工業的に有利に実施し得る製造方法を提供することを課題とし、活性炭に硫黄が担持された硫黄担持活性炭からなる水銀吸着材であって、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で示差走査熱量計により測定した熱量曲線において、硫黄のピークトップが534℃〜537℃に示される水銀吸着材と、その製造方法により上記課題を解決する。
Description
本発明は水銀吸着材およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、活性炭に硫黄が担持された硫黄担持活性炭からなる水銀吸着材であって、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で示差走査熱量計により測定した熱量曲線において、硫黄のピークトップが534℃〜537℃に示される水銀吸着材およびその製造方法に関する。本発明の水銀吸着材によれば、各種ガス、特に排ガスなど気相中に含まれる水銀または水銀化合物を効果的に吸着除去することができる。
蛍光管などの水銀を含む廃棄物処理工程から排出されるガス中には水銀または水銀化合物が含まれており、健康上、公害上の観点から除去する必要がある。従来から、硫黄担持活性炭が水銀蒸気を吸着することは知られており、例えば、活性炭と硫黄微粒子を混合し、これを110℃〜400℃に加熱する硫黄担持活性炭の製造方法が知られている(特許文献1)。
特開昭59−78915号公報
特許文献1には、基材である活性炭の物性、硫黄の担持量および熱処理温度について記載されているが、活性炭については、比表面積1100m2/gの活性炭1種類のみを基材とし、硫黄担持量のほとんどは、活性炭100重量部に対して10重量部、最大でも14重量部の記載があるだけで、それ以上のものについては全く開示されていない。また、加熱温度は120℃〜400℃の範囲で実施されているが、水銀吸着性能にはほとんど差異が見られない。
水銀吸着剤や水銀の除去方法に関し、活性炭に−SH基、−SR基などを有する有機化合物と共に金属ハロゲン化物を担持させたガス中に含まれる水銀の吸着剤(特許文献2)、金属イオンを吸着した陽イオン交換樹脂やキレート樹脂を水銀含有ガスと接触させるもの(特許文献3)、活性炭などの多孔質物質にキレート形成基含有化合物を結合させた重金属吸着剤(特許文献4)も知られているが、これらはいずれもコスト的に問題があり、工業的に有利に実施し得るものであるとはいえない。
特開昭62−114632号公報
特開昭62−155925号公報
特開2000−342962公報
したがって、本発明の目的は、基材活性炭と硫黄担持量および熱処理条件について最適化し、さらに水銀吸着性能を高めた工業的に有利に実施し得る水銀吸着材およびその製造方法を提供することにある。
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、活性炭に硫黄が担持された硫黄担持活性炭からなる水銀吸着材であって、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で示差走査熱量計により測定した熱量曲線において、硫黄のピークトップが534℃〜537℃に示される水銀吸着材が上記目的に適う水銀吸着材であることを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は、活性炭に硫黄が担持された硫黄担持活性炭からなる水銀吸着材であって、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で示差走査熱量計により測定した熱量曲線において、硫黄のピークトップが534℃〜537℃に示されることを特徴とする水銀吸着材である。
このような水銀吸着材は、基材となる活性炭のトルエン吸着力と、硫黄の担持量が特定の関係を満たすときに、上記水銀吸着材を好ましく製造することができる。すなわち、本発明のもう一つの発明は、トルエン吸着力(T)が35〜70重量%の範囲の活性炭100重量部に対し、硫黄担持量(S)が1.5T−15≧S≧0.3T+10の関係式で表される重量部の範囲で担持させ、300〜440℃で加熱処理することを特徴とする水銀吸着材の製造方法である。
本発明により、水銀吸着性能を高めた工業的に有利に実施し得る水銀吸着材およびその製造方法を提供することができる。本発明の水銀吸着材は、水銀吸着性能が高く、空気、窒素、燃焼ガス、産業廃棄物処理工程からの排ガスや天然ガス、石油ガスなどに含まれる水銀および水銀化合物を効率的にしかも長期にわたって除去することが可能である。
本発明に用いられる活性炭の原料は、ヤシ殻、パームナット殻、桃の種などの植物系原料、ピート、泥炭、亜炭、瀝青炭、無煙炭などの石炭系原料、フェノール樹脂、アクリル樹脂などの合成樹脂系原料など、通常の活性炭原料とされているものを用いることができる。なかでも、ヤシ殻、パームナット殻が好ましく、ヤシ殻がより好ましい。
活性炭の原料は賦活されて活性炭となるが、賦活方法は特に限定されず、水蒸気、二酸化炭素など酸化性ガスや、塩化亜鉛、リン酸、水酸化カリウムなどの薬品により賦活したものを用いることができる。なかでも、水蒸気、二酸化炭素により賦活されたものがより好ましい。賦活後、活性炭は酸洗浄するのが望ましい。
活性炭の形状は、破砕状、顆粒状、球状、円柱状、ハニカム状、繊維状など何れでもよいが、通気抵抗および経済性の点から、破砕状、顆粒状、球状、円柱状のものが好ましく、それらの粒度は0.1〜9mmのものが好ましい。0.2mm〜4mmのものがより好ましく、0.5〜3mmのものがさらに好ましい。
粉化の点から、活性炭は硬いものが好ましく、97%以上の硬さを有する活性炭を使用するのが実用上好ましい。本発明において、活性炭の硬さはJIS K1424に準拠して測定することができる。
活性炭に硫黄を担持させるには、例えば、(1)硫黄粉末を水に懸濁させ、活性炭を加えて攪拌混合し、乾燥する方法を採用することができる。このときの硫黄の形態は特に限定されないが、硫黄粉末の粒度は0.2mm以下のものが好ましく、0.1mm以下のものがより好ましい。
また、(2)予め活性炭に水を含浸させた後に粉末硫黄を加えてコーティングした後、更に水を加えてなじませる方法も採用することができるが、この場合の硫黄の形態も特に限定されないが、硫黄粉末の粒度は0.2mm以下のものが好ましく、0.1mm以下のものがより好ましい。
さらに、(3)硫黄を二硫化炭素などの溶剤に溶解した硫黄の溶液を活性炭に含浸させた後、溶剤を気化させる方法による場合、硫黄の形態はとくに限定されない。(4)硫化水素ガスに二酸化硫黄ガスまたは空気を混合し、活性炭と接触させ活性炭の細孔表面に硫黄を生成させる方法による場合は、硫黄化合物のガスから活性炭細孔表面に直接硫黄を生成させるので、硫黄の形態とは無関係である。
本発明の水銀吸着材は、後述する図1で示されるように、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で示差走査熱量計により熱量曲線を測定すると、通常は445℃近辺に存在する硫黄のピークが534℃〜537℃に存在する。この理由を必ずしも明確に説明することはできないが、本発明の水銀吸着材においては、硫黄が活性炭の細孔内部にまで担持されているため、水銀吸着材から脱離する硫黄のピークが遅れて出現し、硫黄が活性炭の細孔内部にまで担持されることにより、優れた水銀吸着能を発現することが想定される。
基材活性炭として、硫黄を多く担持できるようにするためには賦活を進めることが有効である。しかし、賦活を進め過ぎると、充填密度および硬さが低下するので、本発明では、JIS K1474(1999)追補に記載された溶剤蒸気の吸着性能に準拠した、25℃において、トルエン蒸気の希釈倍数10倍で測定された吸着量であるトルエン吸着力(T)が35〜70重量%の範囲の活性炭に硫黄を担持させることが好ましい。35重量%未満では、硫黄の担持量が不足することがあり、70重量%を越えると、充填密度および強度が低下することがある。
活性炭に担持される硫黄の量(S)は、活性炭の性能指標であるトルエン吸着力(T)と密接な関係があり、硫黄が少なすぎても多すぎても良くなく、適量が存在することを見出したのが本発明の特徴である。本発明では、トルエン吸着力(T)が35〜70重量%の範囲の活性炭100重量部に対し、硫黄担持量(S)が1.5T−15≧S≧0.3T+10の関係式で表される重量部の範囲で担持させることが好ましい。トルエン吸着力(T)が45〜60重量%の範囲で、硫黄担持量(S)が1.5T−22≧S≧0.3T+20で担持させるのがより好ましい。
活性炭に硫黄を担持させた後の加熱処理条件も重要であり、あまり高い温度では、硫黄が気化して担持量が不安定となるだけでなく、危険でもあるので、本発明では、窒素または酸素濃度3容量%以下のガス雰囲気下、300〜440℃で加熱処理するのが好ましく、320〜360℃で加熱処理するのがより好ましい。加熱処理においては、少なくとも10分間以上保持するのが好ましく、30分以上保持するのがより好ましい。
本発明において、トルエン吸着力(T)が45〜60重量%の範囲の活性炭100重量部に対し、硫黄担持量(S)が1.5T−22≧S≧0.3T+20の関係式で表される重量部の範囲であり担持させ、これを320〜360℃で加熱処理する方法はさらに好ましい製造方法である。
加熱処理後の冷却は、安全性の点で5容量%以下の酸素濃度下で行うのが好ましく、窒素雰囲気下がより好ましい。
得られた水銀吸着材は気相中の水銀または水銀化合物の吸着に供せられる。具体的には、水銀吸着材を充填塔に充填し、金属水銀や無機系の水銀化合物を含む空気、窒素、希ガス、各種排ガス、天然ガス、石油ガスなどを、好ましくは80℃以下、より好ましくは60℃以下で通じることにより実施することができる。その場合、接触時間は吸着材の粒径にもよるが、通常は1秒間以上、好ましくは2秒間以上が目安となる。以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
基材活性炭の調製:
クラレケミカル株式会社製のヤシ殻活性炭(クラレコールGG10/20)500gを直径100mmの外熱式流動賦活炉に投入し、880℃のLPG燃焼ガス雰囲気中で30分間賦活した後、不活性ガス中に取り出し冷却した。この賦活品をロールミルで破砕し、0.5〜1.0mmに篩い分けして基材活性炭1とした。この活性炭のトルエン吸着力は38重量%であった。同様の条件で60、110、140分間賦活を行い基材活性炭2〜4を製造した。トルエン吸着力は各々50、65、73重量%であった。また、賦活前のGG10/20についてもロールミルで破砕し0.5〜1.0mmに篩い分けし基材活性炭0とした。この活性炭のトルエン吸着力は32重量%であった。
クラレケミカル株式会社製のヤシ殻活性炭(クラレコールGG10/20)500gを直径100mmの外熱式流動賦活炉に投入し、880℃のLPG燃焼ガス雰囲気中で30分間賦活した後、不活性ガス中に取り出し冷却した。この賦活品をロールミルで破砕し、0.5〜1.0mmに篩い分けして基材活性炭1とした。この活性炭のトルエン吸着力は38重量%であった。同様の条件で60、110、140分間賦活を行い基材活性炭2〜4を製造した。トルエン吸着力は各々50、65、73重量%であった。また、賦活前のGG10/20についてもロールミルで破砕し0.5〜1.0mmに篩い分けし基材活性炭0とした。この活性炭のトルエン吸着力は32重量%であった。
クラレケミカル株式会社製の石炭系造粒炭(クラレコール2GK)をロールミルで破砕し0.5〜1.0mmに篩い分けし基材活性炭5とした。この活性炭のトルエン吸着力は48重量%であった。以上の基材活性炭0〜5について、トルエン吸着力、充填密度、硬さを測定した結果を表1に併せて示した。充填密度、硬さの測定はJIS K1474(1991)に準拠して行った。
水銀吸着能力の試験:
図2に示すような試験装置を用いて、予め0.5〜1.0mmに粒度を調整した硫黄担持炭1.000gを水銀吸着材(5)として直径6mmのガラスカラム(4)に充填し、25℃の水銀飽和蒸気を含む窒素ガス(1)を1.00Nl/分の速度で24時間通気した時の重量増加により吸着量を求めた。図1において、2は水銀、3は空瓶、6はガラスウール、7は排気、8は恒温槽である。なお、窒素中に含まれる水銀蒸気濃度は日本LPガス協会規格、LPガス中の水銀分析方法(JLPGA−S−07)に記載の湿式吸収−還元気化原子吸光分析法にて行ったところ2.3ppmであり、25℃水銀飽和濃度にほぼ等しい結果であった。
図2に示すような試験装置を用いて、予め0.5〜1.0mmに粒度を調整した硫黄担持炭1.000gを水銀吸着材(5)として直径6mmのガラスカラム(4)に充填し、25℃の水銀飽和蒸気を含む窒素ガス(1)を1.00Nl/分の速度で24時間通気した時の重量増加により吸着量を求めた。図1において、2は水銀、3は空瓶、6はガラスウール、7は排気、8は恒温槽である。なお、窒素中に含まれる水銀蒸気濃度は日本LPガス協会規格、LPガス中の水銀分析方法(JLPGA−S−07)に記載の湿式吸収−還元気化原子吸光分析法にて行ったところ2.3ppmであり、25℃水銀飽和濃度にほぼ等しい結果であった。
示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定方法:
水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピークは理学電機株式会社製示差走査熱量計(Thermo Plus TG8120)を用い、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で測定した。なお、各実施例の熱量曲線は類似しているので、代表的に実施例1、実施例8および比較例8について示した。
水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピークは理学電機株式会社製示差走査熱量計(Thermo Plus TG8120)を用い、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で測定した。なお、各実施例の熱量曲線は類似しているので、代表的に実施例1、実施例8および比較例8について示した。
実施例1
基材活性炭1の100gに、水95gに45μm以下の粉末硫黄40gを分散させた硫黄懸濁液を加えて混合し、活性炭表面に粉末硫黄をコーティングした後、120±5℃の乾燥器中で120分間乾燥した。次いで、外熱式加熱炉に入れ、200ml/分の速度で窒素を流しながら300℃で40分間加熱した。引き続き窒素を流しながら加熱炉を100℃以下になるまで放冷した後、取り出して硫黄担持炭No.1−1とした。重量増加から求めた実際の担持量は39.5gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は534℃であった。結果を表2および図1に示す。
基材活性炭1の100gに、水95gに45μm以下の粉末硫黄40gを分散させた硫黄懸濁液を加えて混合し、活性炭表面に粉末硫黄をコーティングした後、120±5℃の乾燥器中で120分間乾燥した。次いで、外熱式加熱炉に入れ、200ml/分の速度で窒素を流しながら300℃で40分間加熱した。引き続き窒素を流しながら加熱炉を100℃以下になるまで放冷した後、取り出して硫黄担持炭No.1−1とした。重量増加から求めた実際の担持量は39.5gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は534℃であった。結果を表2および図1に示す。
実施例2
水95gに150μm以下の粉末硫黄30gを分散させた硫黄懸濁液を用い、360℃で40分間加熱する以外は実施例1と同様にして硫黄担持炭No.1−2を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は29.6gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は536℃であった。結果を表2に示す。
水95gに150μm以下の粉末硫黄30gを分散させた硫黄懸濁液を用い、360℃で40分間加熱する以外は実施例1と同様にして硫黄担持炭No.1−2を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は29.6gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は536℃であった。結果を表2に示す。
実施例3
基材活性炭2を用い、水100gに45μm以下の粉末硫黄60gを分散させた硫黄懸濁液を用いて440℃で20分間加熱する以外は実施例1と同様にして硫黄担持炭No.2−1を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は57.1gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は537℃であった。結果を表2に示す。
基材活性炭2を用い、水100gに45μm以下の粉末硫黄60gを分散させた硫黄懸濁液を用いて440℃で20分間加熱する以外は実施例1と同様にして硫黄担持炭No.2−1を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は57.1gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は537℃であった。結果を表2に示す。
実施例4
水100gに45μm以下の粉末硫黄45gを分散させた硫黄懸濁液を用い、330℃で60分間加熱する以外は実施例3と同様にして硫黄担持炭No.2−2を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は44.7gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は535℃であった。結果を表2に示す。
水100gに45μm以下の粉末硫黄45gを分散させた硫黄懸濁液を用い、330℃で60分間加熱する以外は実施例3と同様にして硫黄担持炭No.2−2を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は44.7gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は535℃であった。結果を表2に示す。
実施例5
水100gに45μm以下の粉末硫黄38gを分散させた硫黄懸濁液を用い、360℃で30分間加熱する以外は実施例3と同様にして硫黄担持炭No.2−3を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は37.4gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は536℃であった。結果を表2に示す。
水100gに45μm以下の粉末硫黄38gを分散させた硫黄懸濁液を用い、360℃で30分間加熱する以外は実施例3と同様にして硫黄担持炭No.2−3を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は37.4gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は536℃であった。結果を表2に示す。
実施例6
基材活性炭3を用い、水105gに45μm以下の粉末硫黄75gを分散させた硫黄懸濁液を用いて330℃で40分間加熱する以外は実施例1と同様にして硫黄担持炭No.3−1を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は74.1gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は535℃であった。結果を表2に示す。
基材活性炭3を用い、水105gに45μm以下の粉末硫黄75gを分散させた硫黄懸濁液を用いて330℃で40分間加熱する以外は実施例1と同様にして硫黄担持炭No.3−1を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は74.1gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は535℃であった。結果を表2に示す。
実施例7
水105gに45μm以下の粉末硫黄40gを分散させた硫黄懸濁液を用い、400℃で30分間加熱する以外は実施例6と同様にして硫黄担持炭No.3−2を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は38.6gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は537℃であった。結果を表2および図1に示す。
水105gに45μm以下の粉末硫黄40gを分散させた硫黄懸濁液を用い、400℃で30分間加熱する以外は実施例6と同様にして硫黄担持炭No.3−2を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は38.6gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は537℃であった。結果を表2および図1に示す。
実施例8
基材活性炭3の100gを、二硫化炭素100mlに粉末硫黄35gを溶解させた溶液に加えて硫黄を含浸させた後、60±5℃の防爆型乾燥器中で窒素流通下180分間乾燥し二硫化炭素を追い出した。この硫黄を含浸した活性炭を外熱式加熱炉にいれ、200ml/分の窒素を流しながら300℃で60分間加熱した。引き続き5容量%の酸素を含む窒素を流しながら加熱炉を100℃以下になるまで放冷した後、取り出して硫黄担持炭No.3−3とした。重量増加から求めた実際の担持量は34.7gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は534℃であった。結果を表2に示す。
基材活性炭3の100gを、二硫化炭素100mlに粉末硫黄35gを溶解させた溶液に加えて硫黄を含浸させた後、60±5℃の防爆型乾燥器中で窒素流通下180分間乾燥し二硫化炭素を追い出した。この硫黄を含浸した活性炭を外熱式加熱炉にいれ、200ml/分の窒素を流しながら300℃で60分間加熱した。引き続き5容量%の酸素を含む窒素を流しながら加熱炉を100℃以下になるまで放冷した後、取り出して硫黄担持炭No.3−3とした。重量増加から求めた実際の担持量は34.7gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は534℃であった。結果を表2に示す。
実施例9
基材活性炭5を用い、水105gに45μm以下の粉末硫黄34gを分散させた硫黄懸濁液を用いて330℃で60分間加熱する以外は実施例1と同様にして硫黄担持炭No.5−1を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は33.5gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は535℃であった。結果を表2に示す。
基材活性炭5を用い、水105gに45μm以下の粉末硫黄34gを分散させた硫黄懸濁液を用いて330℃で60分間加熱する以外は実施例1と同様にして硫黄担持炭No.5−1を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は33.5gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は535℃であった。結果を表2に示す。
比較例1
基材活性炭0を用い、水86gに45μm以下の粉末硫黄40gを分散させた硫黄懸濁液を用いて250℃で40分間加熱する以外は実施例1と同様にして硫黄担持炭No.0−1を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は39.8gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は533℃であった。結果を表2に示す。
基材活性炭0を用い、水86gに45μm以下の粉末硫黄40gを分散させた硫黄懸濁液を用いて250℃で40分間加熱する以外は実施例1と同様にして硫黄担持炭No.0−1を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は39.8gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は533℃であった。結果を表2に示す。
比較例2
水86gに45μm以下の粉末硫黄15gを分散させた硫黄懸濁液を用い、300℃で30分間加熱する以外は比較例1と同様にして硫黄担持炭No.0−2を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は14.7gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は534℃であった。結果を表2に示す。
水86gに45μm以下の粉末硫黄15gを分散させた硫黄懸濁液を用い、300℃で30分間加熱する以外は比較例1と同様にして硫黄担持炭No.0−2を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は14.7gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は534℃であった。結果を表2に示す。
比較例3
基材活性炭1を用い、水95gに45μm以下の粉末硫黄30gを分散させた硫黄懸濁液を用いて480℃で40分間加熱する以外は比較例1と同様にして硫黄担持炭No.1−3を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は22.0gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は538℃であった。結果を表2に示す。
基材活性炭1を用い、水95gに45μm以下の粉末硫黄30gを分散させた硫黄懸濁液を用いて480℃で40分間加熱する以外は比較例1と同様にして硫黄担持炭No.1−3を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は22.0gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は538℃であった。結果を表2に示す。
比較例4
基材活性炭2を用い、水100gに45μm以下の粉末硫黄75gを分散させた硫黄懸濁液を用いて300℃で40分間加熱する以外は比較例1と同様にして硫黄担持炭No.2−4を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は73.3gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は534℃であった。結果を表2に示す。
基材活性炭2を用い、水100gに45μm以下の粉末硫黄75gを分散させた硫黄懸濁液を用いて300℃で40分間加熱する以外は比較例1と同様にして硫黄担持炭No.2−4を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は73.3gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は534℃であった。結果を表2に示す。
実施例10
基材活性炭4を用い、水115gに45μm以下の粉末硫黄40gを分散させた硫黄懸濁液を用いて360℃で40分間加熱する以外は比較例1と同様にして硫黄担持炭No.4−1を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は39.4gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は536℃であった。結果を表2に示す。
基材活性炭4を用い、水115gに45μm以下の粉末硫黄40gを分散させた硫黄懸濁液を用いて360℃で40分間加熱する以外は比較例1と同様にして硫黄担持炭No.4−1を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は39.4gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は536℃であった。結果を表2に示す。
比較例5
硫黄を担持しない基材活性炭2について水銀吸着性能を測定した。
硫黄を担持しない基材活性炭2について水銀吸着性能を測定した。
比較例6
基材活性炭5を用い、水100gに45μm以下の粉末硫黄21gを分散させた硫黄懸濁液を用いて330℃で60分間加熱する以外は比較例1と同様にして硫黄担持炭No.5−2を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は20.5gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は535℃であった。結果を表2に示す。
基材活性炭5を用い、水100gに45μm以下の粉末硫黄21gを分散させた硫黄懸濁液を用いて330℃で60分間加熱する以外は比較例1と同様にして硫黄担持炭No.5−2を製造した。重量増加から求めた実際の担持量は20.5gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は535℃であった。結果を表2に示す。
比較例7
BET表面積1108m2/gで16〜32メッシュ(0.5〜1mm)のヤシ殻活性炭(基材活性炭6)100gに、45μm以下の粉末硫黄10.2gを90mlの水に分散させた硫黄懸濁液を加えて混合し、活性炭表面に粉末硫黄を均一に散布した後、空気中で200℃で60分間加熱した後、取り出して硫黄担持炭No.6−1とした。重量増加から求めた実際の担持量は10.0gであった。この基材6の活性炭のトルエン吸着力は34.4重量%であった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は532℃であった。結果を表2および図1に示す。
BET表面積1108m2/gで16〜32メッシュ(0.5〜1mm)のヤシ殻活性炭(基材活性炭6)100gに、45μm以下の粉末硫黄10.2gを90mlの水に分散させた硫黄懸濁液を加えて混合し、活性炭表面に粉末硫黄を均一に散布した後、空気中で200℃で60分間加熱した後、取り出して硫黄担持炭No.6−1とした。重量増加から求めた実際の担持量は10.0gであった。この基材6の活性炭のトルエン吸着力は34.4重量%であった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は532℃であった。結果を表2および図1に示す。
比較例8
比較例7で使用したものと同じ基材活性炭100gに、水90mlを均一に散布した後、この湿潤活性炭を攪拌しながら45μm以下の粉末硫黄10.3gを90mlの水に分散させた硫黄懸濁液を加えて混合し、活性炭表面に粉末硫黄を均一に散布した後、窒素ガス中で400℃で30分間加熱した後、取り出して硫黄担持炭No.6−2とした。重量増加から求めた実際の担持量は10.0gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は537℃であった。結果を表2に示す。
比較例7で使用したものと同じ基材活性炭100gに、水90mlを均一に散布した後、この湿潤活性炭を攪拌しながら45μm以下の粉末硫黄10.3gを90mlの水に分散させた硫黄懸濁液を加えて混合し、活性炭表面に粉末硫黄を均一に散布した後、窒素ガス中で400℃で30分間加熱した後、取り出して硫黄担持炭No.6−2とした。重量増加から求めた実際の担持量は10.0gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は537℃であった。結果を表2に示す。
本発明の実施例1〜9の硫黄担持炭は、水銀吸着量24時間値が何れも20mg/g以上であるが、比較例1〜5は20mg/gを下回り水銀吸着能力が劣っていることがわかる。なお、トルエン吸着力の高い比較例5は、吸着性能は満足するが硬さが不足しており実用上粉化などの問題がある。比較例6は硫黄が担持されていない基材活性炭であるが、水銀吸着性能はほとんど有していない。
本発明の水銀吸着材は、水銀吸着性能が高く、空気、窒素、燃焼ガス、産業廃棄物処理工程からの排ガスや天然ガス、石油ガスなどに含まれる水銀および水銀化合物を効率的にしかも長期にわたって除去することが可能であるので産業上有用である。
1 窒素ガス
2 水銀
3 空瓶
4 カラム
5 吸着材
6 ガラスウール
7 排気
8 恒温槽
2 水銀
3 空瓶
4 カラム
5 吸着材
6 ガラスウール
7 排気
8 恒温槽
【0002】
スト的に問題があり、工業的に有利に実施し得るものであるとはいえない。
特許文献2:特開昭62−114632号公報
特許文献3:特開昭62−155925号公報
特許文献4:特開2000−342962公報
発明の開示
発明が解決しようとする課題
[0005]
したがって、本発明の目的は、基材活性炭と硫黄担持量および熱処理条件について最適化し、さらに水銀吸着性能を高めた工業的に有利に実施し得る水銀吸着材およびその製造方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0006]
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、活性炭に硫黄が担持された硫黄担持活性炭からなる水銀吸着材であって、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で示差走査熱量計により測定した熱量曲線において、硫黄のピークトップが534℃〜537℃に示される水銀吸着材が上記目的に適う水銀吸着材であることを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は、トルエン吸着力(T)が35〜70重量%の範囲の活性炭100重量部に対し、硫黄担持量(S)が1.5T−15≧S≧0.3T+10の関係式で表される重量部の範囲で担持させ、300〜440℃で加熱処理することによって活性炭に硫黄が担持された硫黄担持活性炭からなる水銀吸着材であって、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で示差走査熱量計により測定した熱量曲線において、硫黄のピークトップが534℃〜537℃に示されることを特徴とする水銀吸着材である。
[0007]
このような水銀吸着材は、基材となる活性炭のトルエン吸着力と、硫黄の担持量が特定の関係を満たすときに、上記水銀吸着材を好ましく製造することができる。すなわち、本発明のもう一つの発明は、トルエン吸着力(T)が35〜70重量%の範囲の活性炭100重量部に対し、硫黄担持量(S)が1.5T−15≧S≧0.3T+10の関係式で表される重量部の範囲で担持させ、300〜440℃で加熱処理することを特徴とする水銀吸着材の製造方法である。
発明の効果
[0008]
本発明により、水銀吸着性能を高めた工業的に有利に実施し得る水銀吸着材およびその製造方法を提供することができる。本発明の水銀吸着材は、水銀吸着性能が
スト的に問題があり、工業的に有利に実施し得るものであるとはいえない。
特許文献2:特開昭62−114632号公報
特許文献3:特開昭62−155925号公報
特許文献4:特開2000−342962公報
発明の開示
発明が解決しようとする課題
[0005]
したがって、本発明の目的は、基材活性炭と硫黄担持量および熱処理条件について最適化し、さらに水銀吸着性能を高めた工業的に有利に実施し得る水銀吸着材およびその製造方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0006]
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、活性炭に硫黄が担持された硫黄担持活性炭からなる水銀吸着材であって、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で示差走査熱量計により測定した熱量曲線において、硫黄のピークトップが534℃〜537℃に示される水銀吸着材が上記目的に適う水銀吸着材であることを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は、トルエン吸着力(T)が35〜70重量%の範囲の活性炭100重量部に対し、硫黄担持量(S)が1.5T−15≧S≧0.3T+10の関係式で表される重量部の範囲で担持させ、300〜440℃で加熱処理することによって活性炭に硫黄が担持された硫黄担持活性炭からなる水銀吸着材であって、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で示差走査熱量計により測定した熱量曲線において、硫黄のピークトップが534℃〜537℃に示されることを特徴とする水銀吸着材である。
[0007]
このような水銀吸着材は、基材となる活性炭のトルエン吸着力と、硫黄の担持量が特定の関係を満たすときに、上記水銀吸着材を好ましく製造することができる。すなわち、本発明のもう一つの発明は、トルエン吸着力(T)が35〜70重量%の範囲の活性炭100重量部に対し、硫黄担持量(S)が1.5T−15≧S≧0.3T+10の関係式で表される重量部の範囲で担持させ、300〜440℃で加熱処理することを特徴とする水銀吸着材の製造方法である。
発明の効果
[0008]
本発明により、水銀吸着性能を高めた工業的に有利に実施し得る水銀吸着材およびその製造方法を提供することができる。本発明の水銀吸着材は、水銀吸着性能が
【0005】
のが好ましく、320〜360℃で加熱処理するのがより好ましい。加熱処理においては、少なくとも10分間以上保持するのが好ましく、30分以上保持するのがより好ましい。
[0020]
本発明において、トルエン吸着力(T)が45〜60重量%の範囲の活性炭100重量部に対し、硫黄担持量(S)が1.5T−22≧S≧0.3T+20の関係式で表される重量部の範囲で担持させ、これを320〜360℃で加熱処理する方法はさらに好ましい製造方法である。
[0021]
加熱処理後の冷却は、安全性の点で5容量%以下の酸素濃度下で行うのが好ましく、窒素雰囲気下がより好ましい。
[0022]
得られた水銀吸着材は気相中の水銀または水銀化合物の吸着に供せられる。具体的には、水銀吸着材を充填塔に充填し、金属水銀や無機系の水銀化合物を含む空気、窒素、希ガス、各種排ガス、天然ガス、石油ガスなどを、好ましくは80℃以下、より好ましくは60℃以下で通じることにより実施することができる。その場合、接触時間は吸着材の粒径にもよるが、通常は1秒間以上、好ましくは2秒間以上が目安となる。以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[0023]
基材活性炭の調製:
クラレケミカル株式会社製のヤシ殼活性炭(クラレコールGG10/20)500gを直径100mmの外熱式流動賦活炉に投入し、880℃のLPG燃焼ガス雰囲気中で30分間賦活した後、不活性ガス中に取り出し冷却した。この賦活品をロールミルで破砕し、0.5〜1.0mmに篩い分けして基材活性炭1とした。この活性炭のトルエン吸着力は38重量%であった。同様の条件で60、110、140分間賦活を行い基材活性炭2〜4を製造した。トルエン吸着力は各々50、65、73重量%であった。また、賦活前のGG10/20についてもロールミルで破砕し0.5〜1.0mmに篩い分けし基材活性炭0とした。この活性炭のトルエン吸着力は32重量%であった。
[0024]
クラレケミカル株式会社製の石炭系造粒炭(クラレコール2GK)をロールミルで破砕し0.5〜1.0mmに篩い分けし基材活性炭5とした。この活性炭のトルエン吸着力は48重量%であった。以上の基材活性炭0〜5について、トルエン吸着力、充填密度、
のが好ましく、320〜360℃で加熱処理するのがより好ましい。加熱処理においては、少なくとも10分間以上保持するのが好ましく、30分以上保持するのがより好ましい。
[0020]
本発明において、トルエン吸着力(T)が45〜60重量%の範囲の活性炭100重量部に対し、硫黄担持量(S)が1.5T−22≧S≧0.3T+20の関係式で表される重量部の範囲で担持させ、これを320〜360℃で加熱処理する方法はさらに好ましい製造方法である。
[0021]
加熱処理後の冷却は、安全性の点で5容量%以下の酸素濃度下で行うのが好ましく、窒素雰囲気下がより好ましい。
[0022]
得られた水銀吸着材は気相中の水銀または水銀化合物の吸着に供せられる。具体的には、水銀吸着材を充填塔に充填し、金属水銀や無機系の水銀化合物を含む空気、窒素、希ガス、各種排ガス、天然ガス、石油ガスなどを、好ましくは80℃以下、より好ましくは60℃以下で通じることにより実施することができる。その場合、接触時間は吸着材の粒径にもよるが、通常は1秒間以上、好ましくは2秒間以上が目安となる。以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[0023]
基材活性炭の調製:
クラレケミカル株式会社製のヤシ殼活性炭(クラレコールGG10/20)500gを直径100mmの外熱式流動賦活炉に投入し、880℃のLPG燃焼ガス雰囲気中で30分間賦活した後、不活性ガス中に取り出し冷却した。この賦活品をロールミルで破砕し、0.5〜1.0mmに篩い分けして基材活性炭1とした。この活性炭のトルエン吸着力は38重量%であった。同様の条件で60、110、140分間賦活を行い基材活性炭2〜4を製造した。トルエン吸着力は各々50、65、73重量%であった。また、賦活前のGG10/20についてもロールミルで破砕し0.5〜1.0mmに篩い分けし基材活性炭0とした。この活性炭のトルエン吸着力は32重量%であった。
[0024]
クラレケミカル株式会社製の石炭系造粒炭(クラレコール2GK)をロールミルで破砕し0.5〜1.0mmに篩い分けし基材活性炭5とした。この活性炭のトルエン吸着力は48重量%であった。以上の基材活性炭0〜5について、トルエン吸着力、充填密度、
【0006】
硬さを測定した結果を表1に併せて示した。充填密度、硬さの測定はJIS K1474(1991)に準拠して行った。
[0025]
水銀吸着能力の試験:
図2に示すような試験装置を用いて、予め0.5〜1.0mmに粒度を調整した硫黄担持炭1.000gを水銀吸着材(5)として直径6mmのガラスカラム(4)に充填し、25℃の水銀飽和蒸気を含む窒素ガス(1)を1.00Nl/分の速度で24時間通気した時の重量増加により吸着量を求めた。図1において、2は水銀、3は空瓶、6はガラスウール、7は排気、8は恒温槽である。なお、窒素中に含まれる水銀蒸気濃度は日本LPガス協会規格、LPガス中の水銀分析方法(JLPGA−S−07)に記載の湿式吸収−還元気化原子吸光分析法にて行ったところ2.3ppmであり、25℃水銀飽和濃度にほぼ等しい結果であった。
[0026]
示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定方法:
水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピークは理学電機株式会社製示差走査熱量計(Thermo Plus TG8120)を用い、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で測定した。なお、各実施例の熱量曲線は類似しているので、代表的に実施例1、実施例7および比較例8について示した。
[0027]
実施例1
基材活性炭1の100gに、水95gに45μm以下の粉末硫黄40gを分散させた硫黄懸濁液を加えて混合し、活性炭表面に粉末硫黄をコーティングした後、120±5℃の乾燥器中で120分間乾燥した。次いで、外熱式加熱炉に入れ、200ml/分の速度で窒素を流しながら300℃で40分間加熱した。引き続き窒素を流しながら加熱炉を100℃以下になるまで放冷した後、取り出して硫黄担持炭No.1−1とした。重量増加から求めた実際の担持量は39.5gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は534℃であった。結果を表2および図1に示す。
[0028]
実施例2
水95gに150μm以下の粉末硫黄30gを分散させた硫黄懸濁液を用い、360℃で40分間加熱する以外は実施例1と同様にして硫黄担持炭No.1−2を製造した。重
硬さを測定した結果を表1に併せて示した。充填密度、硬さの測定はJIS K1474(1991)に準拠して行った。
[0025]
水銀吸着能力の試験:
図2に示すような試験装置を用いて、予め0.5〜1.0mmに粒度を調整した硫黄担持炭1.000gを水銀吸着材(5)として直径6mmのガラスカラム(4)に充填し、25℃の水銀飽和蒸気を含む窒素ガス(1)を1.00Nl/分の速度で24時間通気した時の重量増加により吸着量を求めた。図1において、2は水銀、3は空瓶、6はガラスウール、7は排気、8は恒温槽である。なお、窒素中に含まれる水銀蒸気濃度は日本LPガス協会規格、LPガス中の水銀分析方法(JLPGA−S−07)に記載の湿式吸収−還元気化原子吸光分析法にて行ったところ2.3ppmであり、25℃水銀飽和濃度にほぼ等しい結果であった。
[0026]
示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定方法:
水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピークは理学電機株式会社製示差走査熱量計(Thermo Plus TG8120)を用い、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で測定した。なお、各実施例の熱量曲線は類似しているので、代表的に実施例1、実施例7および比較例8について示した。
[0027]
実施例1
基材活性炭1の100gに、水95gに45μm以下の粉末硫黄40gを分散させた硫黄懸濁液を加えて混合し、活性炭表面に粉末硫黄をコーティングした後、120±5℃の乾燥器中で120分間乾燥した。次いで、外熱式加熱炉に入れ、200ml/分の速度で窒素を流しながら300℃で40分間加熱した。引き続き窒素を流しながら加熱炉を100℃以下になるまで放冷した後、取り出して硫黄担持炭No.1−1とした。重量増加から求めた実際の担持量は39.5gであった。また、示差走査熱量計による水銀吸着材からの硫黄脱離温度ピーク測定結果は534℃であった。結果を表2および図1に示す。
[0028]
実施例2
水95gに150μm以下の粉末硫黄30gを分散させた硫黄懸濁液を用い、360℃で40分間加熱する以外は実施例1と同様にして硫黄担持炭No.1−2を製造した。重
Claims (7)
- 活性炭に硫黄が担持された硫黄担持活性炭からなる水銀吸着材であって、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で示差走査熱量計により測定した熱量曲線において、硫黄のピークトップが534℃〜537℃に示されることを特徴とする水銀吸着材。
- 該活性炭の硬さが97%以上である請求項1記載の水銀吸着材。
- 該活性炭がヤシ殻炭を原料とする活性炭である請求項1または2記載の水銀吸着材。
- 該活性炭の粒度が0.1mm〜9mmである請求項1〜3いずれかに記載の水銀吸着材。
- トルエン吸着力(T)が35〜70重量%の範囲の活性炭100重量部に対し、硫黄担持量(S)が1.5T−15≧S≧0.3T+10の関係式で表される重量部の範囲で担持させ、300〜440℃で加熱処理することを特徴とする水銀吸着材の製造方法。
- 該トルエン吸着力(T)が45〜60重量%の範囲で硫黄担持量(S)が1.5T−22≧S≧0.3T+20である請求項5記載の水銀吸着材の製造方法。
- 該加熱処理する温度が320〜360℃である請求項5または6記載の水銀吸着材の製造方法。
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