KR20210058742A - 활성탄, 및 그 활성탄의 제조 방법 - Google Patents

활성탄, 및 그 활성탄의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210058742A
KR20210058742A KR1020207003249A KR20207003249A KR20210058742A KR 20210058742 A KR20210058742 A KR 20210058742A KR 1020207003249 A KR1020207003249 A KR 1020207003249A KR 20207003249 A KR20207003249 A KR 20207003249A KR 20210058742 A KR20210058742 A KR 20210058742A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
activated carbon
chloroform
treatment
equilibrium
phenol resin
Prior art date
Application number
KR1020207003249A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102576958B1 (ko
Inventor
코지로 텐노
타카키 츠카자키
Original Assignee
간사이네쯔카가꾸가부시끼가이샤
가부시키가이샤 엠씨 에바텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 간사이네쯔카가꾸가부시끼가이샤, 가부시키가이샤 엠씨 에바텍 filed Critical 간사이네쯔카가꾸가부시끼가이샤
Publication of KR20210058742A publication Critical patent/KR20210058742A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102576958B1 publication Critical patent/KR102576958B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • 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
    • 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
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/318—Preparation characterised by the starting materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/14—Pore volume
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/16—Pore diameter

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

흡착 성능이 우수한 특성을 갖는 활성탄을 제공하는 것.
본 발명의 활성탄은 BET 비표면적이 650㎡/g 이상, 1250㎡/g 이하, 전체 세공 용적이 0.25㎤/g 이상, 평균 세공 지름이 1.8㎚ 이상, 4.0㎚ 이하, 통수 시험 방법에 있어서의 클로로포름 통수량이 71L/g 이상이다.

Description

활성탄, 및 그 활성탄의 제조 방법
본 발명은 활성탄, 및 그 활성탄의 제조 방법에 관한 것이다.
활성탄은 흡착재, 커패시터용 전극재료, 촉매 등으로서 광범위한 분야에서 이용되고 있다. 또한 활성탄의 원료로서는 톱밥, 목재칩, 코코넛 쉘 등의 식물계 재료; 페놀 수지, 폴리아크릴로니트릴, 폴리이미드, 및 이것들의 복합물(종이 페놀 수지 등) 등의 고분자 재료; 석탄, 석유, 코크스, 각종 피치 등의 광물계 재료 등이 사용되고 있다.
본 발명자들은, 종이 페놀 수지는 부활(賦活) 조건을 제어함으로써 형성되는 메조포러스와 마이크로 구멍을 컨트롤할 수 있는 것에 착안하여, 피흡착물에 적합한 세공 구조를 갖는 활성탄을 제안하고 있다(특허문헌 1). 구체적으로는 유기할로겐 화합물에 대한 평형 흡착량 뿐만 아니라, 통수 조건 하에서도 뛰어난 흡착 성능을 발휘하는 활성탄으로서, 세공 지름 2㎚ 이하의 세공 용적 비율, 및 2㎚ 초과 10㎚ 이하의 세공 용적 비율을 제어한 활성탄을 개시하고 있다.
국제공개 제2015/152391호 팜플릿
본 발명자들은 상기 특허문헌 1에 개시한 활성탄을 개발한 후도, 활성탄의 흡착 성능을 더한층 향상시키는 것을 목적으로 해서 연구를 거듭했다.
본 발명은 상기와 같은 사정에 착안해서 이루어진 것으로서, 그 목적은 흡착 성능이 우수한 특성을 갖는 활성탄, 및 그 활성탄의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
[1] 상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명의 활성탄은,
BET 비표면적이 650㎡/g 이상, 1250㎡/g 이하,
전체 세공 용적이 0.25㎤/g 이상,
평균 세공 지름이 1.8㎚ 이상, 4.0㎚ 이하,
하기 통수 시험 방법에 있어서의 클로로포름 통수량이 71L/g 이상이다.
통수 시험 방법: 입자지름 53∼180㎛의 활성탄 2.0g을 충전한 컬럼에 시험 용수를 통과시켜서 컬럼 통과 전후의 클로로포름 농도를 측정하고, 파과점까지의 총 여과수량(L)으로부터 활성탄 1g당의 클로로포름 통수량(L/g)을 구해서 클로로포름 통수량으로 한다.
시험 용수: 클로로포름 농도 0.06㎎/L의 증류수
공간 속도(SV): 500h-1
클로로포름 농도 측정 방법: 헤드스페이스 가스 크로마토그래프
파과점: 컬럼 유입수 에 대한 컬럼 유출수의 클로로포름의 수중 농도가 20%를 초과한 시점
[2] 또한 본 발명의 활성탄은 하기 평형 시험 방법에 있어서의 클로로포름 평형 흡착량이 4.5㎎/g 이상인 [1]에 기재의 활성탄인 것도 바람직하다.
평형 시험 방법: 하기 소정량의 활성탄과 교반자를 넣은 100mL의 삼각 플라스크에 클로로포름 용액을 만수 충전하고 마개를 한 후, 20℃에서 14시간 교반한 후 삼각 플라스크 내용물을 여과 선별하고, 여과액을 상기 클로로포름 농도 측정 방법으로 클로로포름의 평형 농도(㎎/L), 및 활성탄 1g당의 클로로포름 평형 흡착량(㎎/g)을 구함과 아울러 흡착 등온선을 작성하여, 평형 농도 0.06㎎/L에 있어서의 평형 흡착량(㎎/g)으로 한다.
시험 용액: 농도 0.06㎎/L의 클로로포름 용액
삼각 플라스크의 질량: 클로로포름 용액의 충전 전후에서 삼각 플라스크의 질량을 측정
활성탄 입경: 입자지름 180㎛ 이하
각 시험에 있어서의 활성탄량: 0.013g, 0.026g, 0.065g, 0.130g, 0.260g
흡착 등온선: 상기 활성탄의 각 소정량으로 상기 평형 농도와 상기 평형 흡착량을 측정하고, 그 결과에 의거하여 상기 흡착 등온선을 작성한다.
[3] 상기 활성탄은 밀도 1.3g/㎤ 이하의 종이 페놀 수지 적층체를 탄화 처리한 후, 가스 부활 처리해서 얻어진 것인 상기 [1] 또는 [2]에 기재의 활성탄.
[4] 본 발명의 활성탄의 적합한 제조 방법은, 밀도 1.3g/㎤ 이하의 종이 페놀 수지 적층체를 탄화 처리한 후, 가스 부활 처리하는 것을 특징으로 한다.
[5] 상기 가스 부활 처리 후에 세정 처리, 건조 처리, 분쇄 처리, 및 가열 처리로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 행하는 것인 상기 [4]에 기재의 활성탄의 제조 방법.
[6] 상기 탄화 처리해서 얻어지는 상기 종이 페놀 수지 적층체의 탄화물의 세공 지름 1∼10㎛의 세공 용적이 0.15㎤/g 이상인 상기 [4] 또는 [5]에 기재의 활성탄의 제조 방법.
[7] 상기 [4]∼[6] 중 어느 하나에 기재된 제조 방법으로 얻어진 정수기용 활성탄.
본 발명에 의하면 종래 기술의 활성탄보다 흡착 성능이 우수한 특성을 갖는 활성탄, 및 그 활성탄의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 탄화물의 수은 압입량과 세공 지름의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 1∼10㎛의 매크로 구멍 용적과 종이 페놀 수지 적층체 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 활성탄의 비표면적과 통수 시험에서의 클로로포름 통수량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 활성탄의 비표면적과 평형 시험에서의 클로로포름 평형 흡착량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예의 활성탄의 전자현미경(SEM) 사진이다.
도 6은 실시예의 활성탄의 N2 흡착 등온선으로부터 BJH법으로 해석한 세공 지름 분포를 나타내는 그래프이다.
본 발명자들은 종래의 활성탄보다 흡착 성능을 향상시키기 위해서 검토를 거듭한갠 결과, 탄소 원료로서 사용하는 종이 페놀 수지 적층체를 개량함으로써 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 밝혀냈다. 종래부터 활성탄의 탄소 원료에는 전자부품 등에서 프린트 기판으로서 범용되고 있는 종이 페놀 수지 적층체의 단재가 사용되고 있다. 프린트 기판용의 종이 페놀 수지 적층체에는 내구성 등 여러가지 특성을 향상시키기 위해서 고밀도화되어 있지만, 의외로 종래보다 밀도를 낮게 제어한 종이 페놀 수지 적층체를 탄소 원료로 한 활성탄에 의해서 흡착 성능을 향상할 수 있는 것을 찾아내어, 본 발명에 이르렀다. 이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명의 활성탄은 공지의 활성탄과 마찬가지로 각종 물질을 피흡착 대상으로 하지만, 바람직하게는 클로로포름, 트리플루오로메탄, 클로로디플루오로메탄, 브로모디클로로메탄, 디브로모클로로메탄, 트리브로모메탄 등의 트리할로메탄류, 트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌 등의 유기할로겐 화합물, 보다 바람직하게는 트리할로메탄류, 더 바람직하게는 클로로포름에 대하여 뛰어난 흡착 성능을 갖는다. 본 발명에 있어서 흡착 성능이란, 상기 피흡착물에 대하여 바람직하게는 통수 조건하에서의 뛰어난 흡착 성능(이하, 통수 흡착 성능이라고 할 경우가 있다)을 갖는 것이며, 보다 바람직하게는 더욱 평형 흡착량에도 뛰어난 것이다(이하, 평형 흡착 성능이라고 할 경우가 있다). 이하, 흡착 성능이란 통수 흡착 성능을 말하지만, 바람직하게는 평형 흡착 성능도 포함한다.
본 발명의 활성탄은 BET 비표면적이 650㎡/g 이상, 1250㎡/g 이하, 세공 용적이 0.25㎤/g 이상, 평균 세공 지름이 1.8㎚ 이상, 4.0㎚ 이하, 실시예 기재의 통수 시험 방법에 있어서의 클로로포름 통수량이 71L/g 이상을 갖는다.
통수 흡착 성능
본 발명의 활성탄은 종래의 활성탄과 비교해서 뛰어난 통수 흡착 성능을 갖는다. 본 발명이 뛰어난 통수 흡착 성능은 후기하는 바와 같이 종래와는 다른 신규한 탄소 원료에 유래하고 있지만, 제조된 활성탄을 조사해도 탄소 원료에 유래하는 물리적 구조를 특정하는 것은 곤란하다. 그러나 통수 흡착 성능은 종래의 활성탄과 비교해서 뛰어나기 때문에 물리적 구조에도 차이가 있고, 활성탄으로서도 신규한 것은 명확하기 때문에, 해명 곤란한 물리적 구조를 나타내는 지표로 하여 클로로포름 통수량으로 규정했다. 구체적으로 본 발명의 활성탄은, 후기 실시예의 통수 시험에 의거한 클로로포름의 제거율 80% 이상을 유지할 수 있는 통수량으로서 71L/g 이상, 바람직하게는 75L/g 이상, 보다 바람직하게는 78L/g 이상, 더 바람직하게는 80L/g 이상, 보다 더 바람직하게는 85L/g 이상, 가장 바람직하게는 95L/g 이상이다.
평형 흡착 성능
또한 본 발명의 활성탄은 종래의 활성탄과 비교해서 뛰어난 평형 흡착 성능을 갖는다. 본 발명의 뛰어난 평형 흡착 성능도 통수 흡착 성능과 같이, 신규한 탄소 원료에 유래하는 것이지만, 해명 곤란한 물리적 구조를 나타내는 다른 지표로 하여클로로포름 평형 흡착량으로 규정했다. 구체적으로 본 발명의 활성탄은, 후기 실시예의 평형 시험에 기초한 활성탄 1g당의 클로로포름 흡착량은, 바람직하게는 4.5㎎/g 이상, 보다 바람직하게는 5.0㎎/g 이상, 더 바람직하게는 5.5㎎/g 이상, 보다 더 바람직하게는 6.0㎎/g 이상이다. 본 발명의 활성탄은 상기 통수 흡착 성능만을 만족하고 있어도 되지만, 바람직하게는 통수 흡착 성능과 평형 흡착 성능의 양쪽을 만족하는 것이다.
활성탄의 BET 비표면적
활성탄의 BET 비표면적은 충분한 흡착량을 확보하기 위해서 650㎡/g 이상, 바람직하게는 700㎡/g 이상, 보다 바람직하게는 750㎡/g 이상, 더 바람직하게는 800㎡/g 이상, 보다 더 바람직하게는 850㎡/g 이상, 가장 바람직하게는 900㎡/g 이상이다. 한편, 흡착량 향상에 기여하는 마이크로 구멍 용적 비율과 확산 속도 향상에 기여하는 메조포러스 용적 비율의 밸런스를 꾀함과 아울러 활성탄의 충전 밀도를 고려하면 BET 비표면적은 1250㎡/g 이하, 보다 바람직하게는 1200㎡/g 이하, 더 바람직하게는 1150㎡/g 이하, 보다 더 바람직하게는 1100㎡/g 이하, 가장 바람직하게는 1050㎡/g 이하이다.
활성탄의 전체 세공 용적
본 발명의 활성탄의 전체 세공 용적이란 세공 지름 30㎚ 이하의 세공 용적이다. 충분한 흡착량을 확보하기 위해서 전체 세공 용적은 0.25㎤/g 이상, 바람직하게는 0.30㎤/g 이상, 보다 바람직하게는 0.35㎤/g 이상, 더 바람직하게는 0.40㎤/g 이상, 보다 더 바람직하게는 0.45㎤/g 이상이다. 전체 세공 용적의 상한은 바람직하게는 0.80㎤/g 이하, 보다 바람직하게는 0.75㎤/g 이하, 더 바람직하게는 0.70㎤/g 이하, 보다 더 바람직하게는 0.60㎤/g 이하이다.
활성탄의 평균 세공 지름
활성탄의 평균 세공 지름은 활성탄 내부에의 피흡착물의 도입 효율을 향상시키는 관점으로부터, 1.80㎚ 이상, 보다 바람직하게는 1.82㎚ 이상, 더 바람직하게는 1.85㎚ 이상, 보다 더 바람직하게는 1.87㎚ 이상, 가장 바람직하게는 1.90㎚ 이상이다. 한편, 평균 세공 지름이 지나치게 커지면 충전 밀도가 저하할 경우가 있기 때문에, 4.0㎚ 이하, 바람직하게는 3.5㎚ 이하, 보다 바람직하게는 3.0㎚ 이하이다.
활성탄의 평균 입경
본 발명의 활성탄은 용도에 따른 형상, 사이즈로 할 수 있다. 정수기 용도 등에 활성탄을 사용하는 경우에는, 접촉 효율을 고려하면 분말상, 입상, 또는 이것들의 과립물이 바람직하다. 활성탄의 평균 입경(즉, 분말상, 입상, 또는 이것들의 과립물의 평균 입자지름)은 상기 접촉 효율을 고려하면 바람직하게는 10㎛ 이상, 보다 바람직하게는 20㎛ 이상, 더 바람직하게는 30㎛ 이상이며, 바람직하게는 500㎛ 이하, 보다 바람직하게는 300㎛ 이하, 더 바람직하게는 200㎛ 이하이다.
본 발명이 뛰어난 통수 흡착 성능 및 평형 흡착 성능은, 본 발명의 소정의 탄소 원료에 유래하는 것이다. 따라서 BET 비표면적, 전체 세공 용적, 및 평균 세공 지름이 상기 범위 내이여도 다른 탄소 원료를 사용한 경우에는 본 발명의 소정의 탄소 원료를 유래로 하는 활성탄과는 다른 물리적 구조가 되기 때문에, 본 발명의 통수 흡착 성능이나 평형 흡착 성능은 달성할 수 없다.
본 발명의 활성탄은 밀도 1.3g/㎤ 이하의 종이 페놀 수지 적층체(이하, 저밀도 종이 페놀 수지 적층체라고 할 경우가 있다)를 탄소 원료로 하는 것이다. 구체적으로 본 발명의 상기 활성탄은, 저밀도 종이 페놀 수지 적층체를 탄화 처리한 후, 가스 부활 처리해서 얻어진 것이 바람직하다. 저밀도 종이 페놀 수지 적층체 유래의 활성탄은, 종래의 밀도 1.3g/㎤ 초과의 종이 페놀 수지 적층체(이하, 고밀도 종이 페놀 수지 적층체라고 할 경우가 있다) 유래의 활성탄보다 뛰어난 흡착 성능을 갖는다. 그 때문에 저밀도 종이 페놀 수지 적층체 유래의 활성탄은 고밀도 종이 페놀 수지 적층체 유래의 활성탄과는 다른 특이한 물리적 구조를 갖는다고 생각되지만, 예를 들면 도 5에 나타내는 실시예 4와 비교예 2의 전자현미경(SEM) 사진으로부터 발명예의 활성탄의 물리적 구조의 특징을 비교예와 구별 가능한 정도로 특정하는 것은 곤란하고, 활성탄의 단면 형상을 조사해도 활성탄마다 다르기 때문에 특정하는 것은 곤란하다. 또한 활성탄의 세공 지름 분포에 대해서도 도 6에 나타낸 바와 같이 발명예와 비교예의 활성탄을 구별하는 것은 어렵고, 다른 각종 분석 장치로 조사해도 본 발명에 따른 활성탄의 특징을 특정하는 것은 곤란하다. 따라서 본 발명의 활성탄은, 바람직하게는 특정의 탄소 원료에 유래하는 활성탄인 것을 특징의 하나로 한다. 또한 종래의 고밀도 종이 페놀 수지 적층체 유래의 활성탄에서는 본 발명의 뛰어난 흡착 성능이 얻어지지 않기 때문에, 얻어지는 효과의 정도를 규정함으로써 종래의 활성탄과 구별 가능하다.
종이 페놀 수지 적층체
본 발명에서는 탄소 원료로서 저밀도 종이 페놀 수지 적층체를 사용한다. 종이 페놀 수지 적층체는 비교적 큰 세공이 형성되기 쉬운 종이 기재(이하, 메조포러스 형성 원료라고 한다)와, 비교적 작은 세공이 형성되기 쉬운 페놀 수지(이하, 마이크로 구멍 형성 원료)의 복합체이다. 그리고 저밀도 종이 페놀 수지 적층체의 탄화물을 가스 부활 처리하면, 통수 흡착 성능이나 평형 흡착 성능 향상에 기여하는 세공 구조를 갖는 활성탄이 얻어진다. 본 발명에서 규정하는 종이 페놀 수지 적층체의 밀도는 기지의 종이 페놀 수지 적층체의 밀도보다 저밀도이며, 신규한 재료이다. 그리고 이러한 신규한 종이 페놀 수지 적층체의 탄화물을 부활 처리하면 종래의 고밀도 종이 페놀 수지 적층체와는 다른 물리적 구조를 갖는 활성탄이 얻어진다.
본 발명에서는 저밀도 종이 페놀 수지 적층체를 탄화 처리하지만, 저밀도 종이 페놀 수지 적층체 유래의 탄화물은, 고밀도 종이 페놀 수지 적층체 유래의 탄화물과 비교해서 도 1에 나타내는 바와 같이 세공 지름 1∼10㎛의 세공 용적이 현저하게 발달하여 있다. 그리고 이러한 특이한 세공 구조를 갖는 저밀도 종이 페놀 수지 적층체 유래의 탄화물은, 고밀도 종이 페놀 수지 적층체 유래의 탄화물과는 가스 부활 처리시의 상기 탄화물 내에서의 가스의 확산 형태가 다르다고 생각된다. 즉, 저밀도 종이 페놀 수지 적층체 유래의 탄화물은 밀도가 낮기 때문에 가스 부활 처리하면 내부에서의 가스 확산성이 높고, 형성되는 세공이나 세공 구조에 영향을 미치게 한다고 생각된다. 이러한 세공이나 세공 구조의 형성 과정의 상위에 기인해서 저밀도 종이 페놀 수지 적층체 유래의 활성탄은, 동일 조건으로 탄화 처리, 부활 처리한 고밀도 종이 페놀 수지 적층체 유래의 활성탄과는 물리적인 구조가 상위하고, 그 상위가 흡착 성능의 차로 되어서 나타난다고 생각된다. 이러한 상위를 발현하는 본 발명의 종이 페놀 수지 적층체의 밀도는 1.30g/㎤ 이하, 바람직하게는 1.25g/㎤ 이하, 보다 바람직하게는 1.20g/㎤ 이하, 더 바람직하게는 1.15g/㎤ 이하이다. 종이 페놀 수지 적층체의 밀도의 하한은 바람직하게는 0.70g/㎤ 이상, 보다 바람직하게는 0.80g/㎤ 이상, 더 바람직하게는 0.90g/㎤ 이상, 가장 바람직하게는 1.00g/㎤ 이상이다.
본 발명의 저밀도 종이 페놀 수지 적층체를 구성하는 원료는, 종래의 프린트 기판 등에 사용되는 종이 페놀 수지 적층체와 같은 종이, 및 페놀 수지를 사용할 수 있고, 그 밖의 첨가제, 및 조성도 한정되지 않는다. 또한 저밀도 종이 페놀 수지 적층체의 제조 방법은 종래의 제조 방법에 준거해서 제조하는 것이 가능하지만, 상기 밀도로 되도록 제조 조건을 조정할 필요가 있다. 예를 들면, 종이 기재에 페놀 수지를 함침시켜서 얻어지는 종이 페놀 수지(프리프레그)의 적층체를 성형 프레스할 때의 프레스 압력을 조정함으로써 종이 페놀 수지 적층체의 밀도를 소망의 저밀도로 조정할 수 있다. 또, 전자부품용 프린트 기판 등에 적합한 강도나 내구성을 부여하기 위해서 종이 페놀 수지 적층체는 고프레스 압력으로 성형되어 있다. 그 때문에 기지의 종이 페놀 수지 성형체는 고밀도화되어 있고, 어느 것이나 본 발명의 소정의 밀도를 초과하고 있다. 한편, 프레스 압력을 저감시킴으로써 본 발명의 저밀도 종이 페놀 수지 적층체가 얻어지지만, 밀도가 낮기 때문에 강도나 내구성이 낮아 프린트 기판 용도에는 적합하지 않지만, 정수기 용도 등 흡착재로서 요구되는 강도나 내구성은 구비하고 있다.
분쇄 공정 1
본 발명에서는 탄화 처리 전에 저밀도 종이 페놀 수지 적층체의 분쇄 처리를 행해도 된다. 예를 들면 저밀도 종이 페놀 수지 적층체를 미세화함으로써 단시간에 균일한 탄화 처리나 부활 처리가 가능해지기 때문에, 탄화로의 사이즈에 따라서 적당하게 분쇄하면 좋다. 예를 들면 분쇄 후의 저밀도 종이 페놀 수지 적층체의 바람직하게는 70% 이상, 보다 바람직하게는 75% 이상, 더 바람직하게는 80% 이상이, 바람직하게는 입경 5.0㎜ 이하, 보다 바람직하게는 4.0㎜ 이하, 더 바람직하게는 3.35㎜ 이하인 것이 바람직하다. 하한은 취급성 등을 고려해서 적당하게 결정하면 좋다.
탄화 처리 공정
탄화 처리 공정은 저밀도 종이 페놀 수지 적층체를 탄화 처리해서 탄화물을 얻는 공정이다. 저밀도 종이 페놀 수지 적층체를 탄화 처리해서 얻어진 탄화물(이하, 저밀도 탄화물이라고 할 경우가 있다)은, 세공 지름 1∼10㎛의 세공 용적(이하, 매크로 세공 용적이라고 할 경우가 있다)이 현저하게 발달한다. 매크로 구멍 용적이 발달한 저밀도 탄화물을 가스 부활 처리하면 가스 부활시의 가스 확산성이 향상하고, 얻어지는 활성탄은 흡착 성능 향상에 기여하는 세공 구조를 갖는다. 이러한 효과를 갖는 저밀도 탄화물의 매크로 세공 용적은, 바람직하게는 0.13㎤/g 이상, 보다 바람직하게는 0.15㎤/g 이상, 더 바람직하게는 0.20㎤/g 이상이다.
또한 저밀도 탄화물의 전체 매크로 구멍 용적에 대한 1∼10㎛의 매크로 구멍 용적의 비율은, 바람직하게는 40% 이상, 보다 바람직하게는 45% 이상, 더 바람직하게는 50% 이상, 보다 더 바람직하게는 55% 이상이다. 매크로 구멍 용적 비율이 높을수록 부활 처리시의 가스 확산성이 향상하고, 얻어지는 활성탄의 흡착 성능 향상에 기여하는 세공 구조가 얻어지기 때문에 바람직하다.
탄화 처리 조건은 상기 매크로 구멍 용적을 갖는 저밀도 탄화물이 얻어지도록 탄화 처리 조건을 적당하게 조정하는 것이 바람직하다. 탄화 처리시의 분위기는 질소 가스, 헬륨, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 분위기로 하는 것이 바람직하다. 또한 저밀도 종이 페놀 수지 적층체가 연소하지 않는 온도, 시간으로 가열 처리하는 것이 바람직하고, 탄화 처리의 온도(로내 온도)는, 바람직하게는 500℃ 이상, 보다 바람직하게는 550℃ 이상이며, 바람직하게는 1000℃ 이하, 보다 바람직하게는 950℃ 이하이다. 상기 탄화 처리 온도에서의 유지 시간은, 바람직하게는 1분 이상, 보다 바람직하게는 5분 이상, 더 바람직하게는 10분 이상이며, 바람직하게는 10시간 이하, 보다 바람직하게는 8시간 이하, 더 바람직하게는 6시간 이하이다.
가스 부활 처리 공정
가스 부활 처리 공정은 저밀도 탄화물을 가스 부활 처리해서 활성탄을 얻는 공정이다. 저밀도 탄화물을 가스 부활 처리해서 얻어진 활성탄은, 구체적인 세공 구조는 불분명하지만, 통수 흡착 성능, 및 평형 흡착 성능에 뛰어난 특이한 세공 구조를 갖는다.
가스 부활 처리 공정의 조건은 상기 활성탄이 얻어지도록 적당하게 조정하면 좋다. 가스 부활 처리란 탄화물을 소정의 온도까지 가열한 후, 부활 가스를 공급 함으로써 부활 처리를 행하는 방법이다. 가스 부활 처리를 행할 때의 온도(로내 온도)는 바람직하게는 400℃ 이상, 보다 바람직하게는 500℃ 이상, 더 바람직하게는 600℃ 이상이며, 바람직하게는 1500℃ 이하, 보다 바람직하게는 1300℃ 이하, 더 바람직하게는 1100℃ 이하이다. 이 때의 승온 속도는 바람직하게는 1℃/분 이상, 보다 바람직하게는 2℃/분 이상, 더 바람직하게는 6℃/분 이상이며, 바람직하게는 100℃/분 이하, 보다 바람직하게는 50℃/분 이하, 더 바람직하게는 25℃/분 이하이다. 또한 가열 유지 시간은 바람직하게는 0.1시간 이상, 보다 바람직하게는 0.25시간 이상이며, 바람직하게는 10시간 이하, 보다 바람직하게는 7.5시간 이하이다.
부활 가스로서는 수증기, 공기, 탄산 가스, 산소, 연소 가스, 및 이것들의 혼합 가스를 사용할 수 있다. 이하, 수증기를 예시해서 기재하지만, 탄산 가스 등 다른 부활 가스에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 수증기를 공급할 경우, 부활 처리 중에 공급하는 수증기 농도는, 바람직하게는 40Vol% 이상, 보다 바람직하게는 50Vol% 이상, 더 바람직하게는 60Vol% 이상이며, 바람직하게는 100Vol% 이하, 보다 바람직하게는 90Vol% 이하, 더 바람직하게는 85Vol% 이하이다. 공급하는 수증기 농도가 상기 범위 내이면, 부활 반응에 의한 세공 형성이 보다 양호하게 됨과 아울러, 부활 반응이 보다 효율적으로 진행하여 생산성을 향상할 수 있다.
수증기를 공급하는 형태로서는, 수증기를 희석하지 않고 공급하는 형태, 수증기를 불활성 가스로 희석해서 공급하는 형태의 어느 것이나 가능하지만, 부활 반응을 효율적으로 진행시키기 위해서 불활성 가스로 희석해서 공급하는 형태가 바람직하다. 수증기를 불활성 가스로 희석해서 공급할 경우, 상기 혼합 가스(전체 압 101.3㎪) 중의 수증기 분압은 40㎪ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50㎪ 이상, 더 바람직하게는 70㎪ 이상이다.
가스 부활 처리 후의 처리
수증기 부활 후의 활성탄은 (a)세정 처리, (b)건조 처리, (c)분쇄 처리 2, 및 (d)가열 처리로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 처리를 행해도 된다. (a)세정 처리는 수증기 부활 후의 활성탄을, 물이나 산 용액 또는 알칼리 용액 등의 공지의 용매를 이용하여 행한다. 활성탄을 세정함으로써 회분 등의 불순물을 제거할 수 있다. (b)건조 처리는 수증기 부활 후 또는 세정 후의 활성탄에 포함되는 물 등을 제거하는 공정이다. 건조 처리는 활성탄을 상온 하, 또는 가열 하에 소정 시간 노출해서 건조시키면 좋다. (c)분쇄 처리 2는 활성탄의 입경을 용도에 따른 사이즈로 조정하는 공정이다. 분쇄 처리 2는 디스크밀, 볼밀, 비드밀 등을 이용하여 행할 수 있고, 또한 필요에 따라서 분급 등에 의해 소정의 입도로 조정해도 좋다. (d)가열 처리는 불활성 분위기 하에서 활성탄을 고온 가열 처리하는 공정이다. 가열 처리함으로써 활성탄의 산성 관능기량을 저감 내지 제거할 수 있다. 본 발명의 저밀도 종이 페놀 수지 적층체 유래의 활성탄은 산성 관능기량을 저감시키면 흡착 성능을 향상할 수 있기 때문에 (d)가열 처리를 행하는 것이 바람직하다. 가열 처리시의 불활성 분위기는 탄화 처리 공정과 같다. 또한 가열 처리는 산성 관능기를 저감할 수 있는 온도, 시간이면 되고, 바람직하게는 400℃ 이상, 보다 바람직하게는 600℃ 이상이며, 바람직하게는 1300℃ 이하, 보다 바람직하게는 1200℃ 이하이다. 또한 가열 유지 시간은 바람직하게는 0.5시간 이상, 보다 바람직하게는 1시간 이상, 더 바람직하게는 1.5시간 이상이며, 바람직하게는 10시간 이하, 보다 바람직하게는 8시간 이하이다.
상기 가스 부활 처리 후의 처리는, 단독, 또는 2 이상의 처리를 임의로 조합하여 행해도 된다. 세정 처리와 다른 처리를 조합시킬 경우, 세정 처리는 분쇄 처리 전후 어디에서 행해도 좋지만, 세정 처리는 건조 처리나 가열 처리 전에 행하는 것이 바람직하다. 복수의 처리의 바람직한 조합은 (i)분쇄 처리-세정 처리, (ii)세정 처리-분쇄 처리이며, 보다 바람직한 조합은 (iii)분쇄 처리-세정 처리-건조 처리, (iv)세정 처리-분쇄 처리-건조 처리이며, 더욱 바람직한 조합은 (v)분쇄 처리-세정 처리-가열 처리, (vi)세정 처리-분쇄 처리-가열 처리이다. 또, 건조 처리 후에 가열 처리를 행해도 좋지만, 가열 처리에 의해 활성탄을 건조할 수 있기 때문에 처리 효율을 고려하면 건조 처리를 생략해도 좋다. 또한 상기 바람직한 조합 (iii)∼(vi)에 있어서 입도 조정 등이 불필요하면 분쇄 처리를 생략해도 좋다. 또한 입도를 조정하기 위해서 필요에 따라서 체 등에 의한 분급 처리를 행해도 좋고, 상기 처리 후의 최종 공정으로서 분급 처리를 행해도 좋다.
본 발명의 활성탄은 대기중, 수중에 존재하는 피흡착물의 흡착재로서 사용할 수 있다. 특히 수돗물이나 공업폐수에 포함되는 하기 피흡착물의 제거에 적합하고, 보다 바람직하게는 정수기용 활성탄으로서의 사용이다. 본 발명의 활성탄을 사용하는 정수기의 형태는 특별하게 한정되지 않고, 각종 공지의 정수기에 적용할 수 있다.
(실시예)
이하, 실시예를 들어서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 원래 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니고, 전·후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 추가해서 실시하는 것도 물론 가능하고, 그것들은 어느 것이나 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
실시예 1
탄소 원료: 종이 페놀 수지(프리프레그)의 적층체를 성형 프레스할 때의 프레스 압력을 조정하여, 밀도가 1.1g/㎤인 종이 페놀 수지 적층체를 탄소 원료로서 사용했다.
분쇄 공정 1: 상기 탄소 원료를 분쇄기(다이코 세이키사제 DAS-20)에 충전해서 탄소 원료의 분쇄를 행하였다. 그 때, 상기 분쇄기 내의 스크린을 직경 8㎜로 해서 3.35㎜ 이하의 비율이 80% 이상이 되도록 탄소 원료를 분쇄했다.
탄화 처리 공정: 분쇄한 탄소 원료 200g을 머플 로(muffle furnace)(고요 서모사제)에 투입하고, 질소 유통 하(2L/min), 로내 온도를 700℃까지 승온(승온 속도: 10℃/min)한 후, 2시간 유지해서 탄소 원료의 탄화물을 얻었다.
부활 처리 공정: 상기 탄화물 50g을 로터리 킬른로(rotary kiln furnace)(다나카 테크사제)에 투입해서 로내 온도 910℃까지 승온(10℃/min)한 후, 상기 온도를 유지하면서 수증기를 질소(1L/min)와 함께 로내에 유통시키고(수증기 농도 70Vol%), 수증기 부활을 20분간 행해서 활성탄을 얻었다.
분쇄 공정 2: 얻어진 활성탄의 입자지름이 180㎛ 이하로 될 때까지 유발로 분쇄했다.
세정 공정: 분쇄한 활성탄을 5.0%의 염산(60℃)으로 세정한 후, 온수(60℃) 세정해서 활성탄 1을 제조했다.
실시예 2
수증기 부활 시간을 9분간으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 얻어진 활성탄에 하기 처리를 행해서 활성탄 2를 제조했다.
가열 처리 공정: 세정 후의 활성탄을 머플 로(고요 사모사제)에 투입하고, 질소 유통 하(2L/min), 900℃까지 승온(승온 속도: 10℃/min)한 후, 2시간 유지해서 활성탄 2를 제조했다.
실시예 3
수증기 부활 시간을 15분간으로 변경한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 해서 활성탄 3을 제조했다.
실시예 4
실시예 1의 활성탄 1에 하기 처리를 행해서 활성탄 4를 제조했다.
가열 처리 공정: 세정 후의 활성탄을 머플 로에 투입하고, 질소 유통 하(2L/min), 900℃까지 승온(승온 속도: 10℃/min)한 후, 2시간 유지해서 활성탄 4를 제조했다.
실시예 5
수증기 부활 시간을 30분간으로 변경한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 해서 활성탄 5를 제조했다.
실시예 6
실시예 1의 탄화한 탄소 원료 50g을 로터리 킬른로에 투입하고, 질소 가스 유통 하(1L/min), 로내 온도를 910℃까지 승온(승온 속도: 10℃/min)한 후, 상기 온도를 유지하면서 탄산 가스(2.3L/min)를 질소 가스(1.0L/min)와 함께 로내에 유통시키고(탄산 가스 농도 70Vol%), 탄산 가스 부활을 32분간 행해서 활성탄을 얻었다.
분쇄 공정 2: 얻어진 활성탄의 입자지름이 180㎛ 이하가 될 때까지 유발로 분쇄해서 활성탄을 얻었다.
분쇄한 활성탄에 실시예 2와 같은 조건으로 세정 공정, 가열 처리 공정을 행해서 활성탄 6을 제조했다.
비교예 1
탄소 원료: 특허문헌 1의 실시예에서 사용한 활성탄 No.1과 같은 탄소 원료를 사용했다. 구체적으로는 종이 페놀 수지(프리프레그)의 적층체를 성형 프레스할 때의 프레스 압력을 조정하여, 밀도가 1.44g/㎤인 종이 페놀 수지 적층체를 탄소 원료로서 사용했다. 실시예 1과 마찬가지로 해서 분쇄 공정 1, 탄화 처리 공정, 부활 처리 공정, 분쇄 공정 2를 행해서 활성탄을 얻었다. 얻어진 활성탄을 실시예 2와 마찬가지로 해서 세정 공정, 가열 처리 공정을 행해서 활성탄 7을 제조했다. 또, 비교예 1∼3은 특허문헌 1의 발명예를 모의한 활성탄이다.
비교예 2
수증기 부활 시간을 30분간으로 변경한 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지로 해서 활성탄 8을 제조했다.
비교예 3
수증기 부활 시간을 45분간으로 변경한 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지로 해서 활성탄 9를 제조했다.
비교예 4
수증기를 탄산 가스(2.3L/min)로 변경해서 질소(1L/min)와 함께 로내에 유통시키고(탄산 가스 농도 70Vol%), 탄산 가스 부활을 60분간 행한 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지로 해서 활성탄 10을 제조했다.
본 실시예에 있어서의 각종 특성의 측정 조건은 이하와 같다. 측정 결과는 표 1에 기재했다.
[종이 페놀 수지 적층체의 밀도]
하기 식에 의거하여 조이 페놀 수지 적층체의 밀도를 산출했다.
종이 페놀 수지 적층체의 밀도(g/㎤)=종이 페놀 수지 적층체의 질량(g)/종이 페놀 수지 적층체의 체적(세로 ㎝×가로 ㎝×두께 ㎝)
[탄화물의 매크로 구멍 용적]
수은 세공계(mercury porosimeter)(마이크로메트릭스사제 Auto Pore IV 9520)를 사용해서 수은 압입 압력 0.152∼414㎫의 범위에 있어서의 입경 0.5㎜ 이상의 시료(탄화물)를 측정했다. 매크로 구멍 용적의 해석에는 세공 지름 0.05㎛∼107㎛에 있어서의 수은 압입량의 적산값을 이용하여 매크로 구멍 용적을 구했다.
또한 시료의 세공 지름 1∼10㎛에 있어서의 수은 압입량의 적산값을 이용하여 세공 지름 1∼10㎛까지의 매크로 구멍 용적을 구했다.
측정 결과에 기초한 세공 지름 분포를 도 1에 나타냈다.
[활성탄의 세공 분포]
얻어진 각 활성탄은 활성탄 0.2g을 200℃에서 진공 건조 후, ASAP2400(시마즈 세이사쿠쇼사제)을 이용하여 N2 가스 흡착법에 의한 흡착 등온선으로부터 BJH법에 의해 해석하고, 세공 지름 분포를 구했다. 결과를 도 6에 나타낸다.
[활성탄의 비표면적]
시료(활성탄) 0.2g을 250℃에서 진공 가열한 후, 질소 흡착 장치(마이크로메트릭스사제 ASAP-2400)를 사용하여 흡착 등온선을 구하고, BET법에 의해 비표면적(㎡/g)을 산출했다.
[활성탄의 전체 세공 용적]
질소 흡착 등온선으로부터 상대압(p/p0)=0.93에 있어서의 질소 흡착량을 전체 세공 용적(㎤/g)으로 했다.
[활성탄의 평균 세공 지름]
평균 세공 지름은 활성탄에 형성된 세공의 형상을 실린더 형상으로 가정해서 하기 식에 의거하여 산출했다.
평균 세공 지름(㎚)= (4×전체 세공 용적(㎤/g))/비표면적(㎡/g)×1000
[통수 시험]
미분에 의한 압력손실을 저감시키기 위해서, 활성탄의 입경을 53∼180㎛의 범위 내로 조정한 활성탄 2.0g을 컬럼(직경 15㎜)에 충전하고, JIS S 3201(2010년: 가정용 정수기 시험법)에 준해서 통수 시험을 행했다. 구체적으로는 클로로포름 농도가 0.06㎎/L가 되도록 조정한 원수를 공간속도(SV) 500h-1로 컬럼에 통과시켰다. 컬럼 통과 전후의 클로로포름 농도를 헤드스페이스 가스 크로마토그램법으로 정량측정을 행하였다. 파과점을 컬럼 유입수에 대한 유출수의 트리클로로메탄 농도 20%로 하고, 파과점에 도달한 시점의 트리클로로메탄 통수량(=[파과점까지의 총 여과수량(L)/활성탄 질량(g)])을 산출하고, 여과 성능으로 했다. 또, 헤드스페이스는 파킨엘머사제 TurboMatrix HS, 가스 크로마토그램 질량 분석계는 시마즈 세이사쿠쇼사제 QP2010을 사용했다.
[평형 시험]
클로로포름(CHCl3) 0.5g을 메탄올 50mL로 희석한 후, 메탄올로 10배 더 희석하고, 시험 원액으로 했다. 시험 원액 2mL를 순수로 희석하고, 농도 2㎎/L의 클로로포름 용액을 조제했다. 용량 100mL의 갈색 삼각 플라스크에 교반자와 각 시험마다 입경을 180㎛ 이하로 조정한 활성탄을 소정량(각 시험에 있어서의 활성탄량은 0.013g: 0.026g: 0.065g: 0.130g: 0.260g)을 넣은 후, 클로로포름 용액으로 가득 채우고, 테플론(등록상표) 그리스를 도포한 유리 마개로 밀폐하여, 클립으로 고정했다. 또한 주수 전후의 플라스크의 질량을 측정해서 플라스크 내의 클로로포름 용액의 질량을 산출했다. 그 후 20℃로 유지한 항온조에 삼각 플라스크를 적재하고, 마그네틱 스터러를 이용하여 14시간 교반했다. 교반 후, 삼각 플라스크 내의 활성탄과 용액을 시린지 필터로 여과 선별하고, 얻어진 여과액을 상기 통수 시험과 같은 헤드스페이스 가스 크로마토그램법으로 클로로포름의 평형 농도(㎎/L), 및 사용한 활성탄 질량으로 나눈 활성탄 1g당의 평형 흡착량(㎎/g)을 구해서 흡착 등온선을 작성하고, 평형 농도 0.06㎎/L에 있어서의 평형 흡착량을 산출하여, 클로로포름에 대한 흡착량으로 했다. 결과를 표의 「평형 흡착량(㎎/g)」란에 기재했다. 또, 흡착 등온선은 활성탄의 상기 소정량에 있어서의 평형 농도와 평형 흡착량을 측정하고, 그 결과에 의거하여 흡착 등온선을 작성한 후, 상기 평형 농도에 있어서의 평형 흡착량을 산출했다.
Figure pct00001
도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 저밀도 종이 페놀 수지 적층체(실시예 1∼6) 유래의 저밀도 탄화물의 1∼10㎛의 매크로 구멍 용적은 고밀도 종이 페놀 수지 적층체(비교예 1∼4) 유래의 고밀도 탄화물보다 현저하게 증대하고 있는 것을 알 수 있다. 또한 표 1에 나타내는 바와 같이 실시예 1∼6의 활성탄과 비교예 1∼4를 각 그룹끼리로 비교하면 비표면적, 세공 용적, 평균 세공 지름과 같은 물리적 구조에 있어서 명확한 차이는 찾아낼 수 없지만, 도 3에 나타내는 통수 시험 결과나 도 4에 나타내는 평형 시험 결과에 있어서 현저한 효과가 얻어지고 있다. 따라서 이 결과로부터도 탄소 원료인 종이 페놀 수지 적층체의 밀도에 기인해서 활성탄의 물리적 구조에 차이가 생기고 있고, 이것이 통수 흡착 성능이나 평형 흡착 성능 향상에 유효하게 작용하고 있는 것을 알 수 있다.
또한 실시예 1과 실시예 4는 부활 처리 후의 가열 처리의 유무가 다른 활성탄이다. 양자는 활성탄의 비표면적, 세공 용적, 평균 세공 지름이 거의 동일하고, 이것들에 기초한 물리적 구조에 차이는 찾아낼 수 없다. 그러나 가열 처리를 행한 실시예 4의 활성탄은 보다 뛰어난 통수 흡착 성능, 및 평형 흡착 성능을 나타내고 있어, 가열 처리에 의해 산성 관능기량을 저감시키는 것이 흡착 성능 향상에 기여하고 있는 것을 알 수 있다.
실시예 4와 비교예 1, 실시예 5와 비교예 2는 동일한 부활 조건이지만, 저밀도 종이 페놀 수지 적층체 유래의 활성탄(실시예 4, 5)은 고밀도 종이 페놀 수지 적층체(비교예 1, 2) 유래의 활성탄보다 비표면적, 세공 용적, 및 평균 세공 지름 모두 증대하는 경향이 나타내어져 있고, 또한 통수 흡착 성능, 및 평형 흡착 성능도 현저하게 향상되어 있다. 이 결과로부터도 동일 조건으로 부활 처리해도 저밀도 종이 페놀 수지 적층체 유래의 활성탄은 흡착 성능 향상에 유효한 물리적 구조를 갖고 있는 것을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. BET 비표면적이 650㎡/g 이상, 1250㎡/g 이하,
    전체 세공 용적이 0.25㎤/g 이상,
    평균 세공 지름이 1.8㎚ 이상, 4.0㎚ 이하,
    하기 통수 시험 방법에 있어서의 클로로포름 통수량이 71L/g 이상인 활성탄.
    통수 시험 방법: 입자지름 53∼180㎛의 활성탄 2.0g을 충전한 컬럼에 시험 용수를 통과시켜서 컬럼 통과 전후의 클로로포름 농도를 측정하고, 파과점까지의 총 여과수량(L)으로부터 활성탄 1g당의 클로로포름 통수량(L/g)을 구해서 클로로포름 통수량으로 한다.
    시험 용수: 클로로포름 농도 0.06㎎/L의 증류수
    공간 속도(SV): 500h-1
    클로로포름 농도 측정 방법: 헤드스페이스 가스 크로마토그래프
    파과점: 컬럼 유입수에 대한 컬럼 유출수의 클로로포름의 수중 농도가 20%를 초과한 시점
  2. 제 1 항에 있어서,
    하기 평형 시험 방법에 있어서의 클로로포름 평형 흡착량이 4.5㎎/g 이상인 활성탄.
    평형 시험 방법: 하기 소정량의 활성탄과 교반자를 넣은 100mL의 삼각 플라스크에 클로로포름 용액을 만수 충전하고 마개를 한 후, 20℃에서 14시간 교반한 후 삼각 플라스크 내용물을 여과 선별하고, 여과액을 상기 클로로포름 농도 측정 방법으로 클로로포름의 평형 농도(㎎/L), 및 활성탄 1g당의 클로로포름 평형 흡착량(㎎/g)을 구함과 아울러 흡착 등온선을 작성하여, 평형 농도 0.06㎎/L에 있어서의 평형 흡착량(㎎/g)으로 한다.
    시험 용액: 농도 0.06㎎/L의 클로로포름 용액
    삼각 플라스크의 질량: 클로로포름 용액의 충전 전후에서 삼각 플라스크의 질량을 측정
    활성탄 입경: 입자지름 180㎛ 이하
    각 시험에 있어서의 활성탄량: 0.013g, 0.026g, 0.065g, 0.130g, 0.260g
    흡착 등온선: 상기 활성탄의 각 소정량으로 상기 평형 농도와 상기 평형 흡착량을 측정하고, 그 결과에 의거하여 상기 흡착 등온선을 작성한다
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 활성탄은 밀도 1.3g/㎤ 이하의 종이 페놀 수지 적층체를 탄화 처리한 후, 가스 부활 처리해서 얻어진 것인 활성탄.
  4. 밀도 1.3g/㎤ 이하의 종이 페놀 수지 적층체를 탄화 처리한 후, 가스 부활 처리하는 것을 특징으로 하는 활성탄의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가스 부활 처리 후에 세정 처리, 건조 처리, 분쇄 처리, 및 가열 처리로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 행하는 것인 활성탄의 제조 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 탄화 처리해서 얻어지는 상기 종이 페놀 수지 적층체의 탄화물의 세공 지름 1∼10㎛의 세공 용적이 0.15㎤/g 이상인 활성탄의 제조 방법.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법으로 얻어진 정수기용 활성탄.
KR1020207003249A 2018-09-28 2018-09-28 활성탄, 및 그 활성탄의 제조 방법 KR102576958B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2018/036346 WO2020065930A1 (ja) 2018-09-28 2018-09-28 活性炭、及び該活性炭の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210058742A true KR20210058742A (ko) 2021-05-24
KR102576958B1 KR102576958B1 (ko) 2023-09-11

Family

ID=69953414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207003249A KR102576958B1 (ko) 2018-09-28 2018-09-28 활성탄, 및 그 활성탄의 제조 방법

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR102576958B1 (ko)
CN (1) CN111247097B (ko)
WO (1) WO2020065930A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112892481A (zh) * 2021-01-21 2021-06-04 北京再益生物科技有限公司 一种活性炭的改性方法、一种改性活性炭及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0826711A (ja) * 1994-07-08 1996-01-30 Kuraray Chem Corp トリハロメタン除去用活性炭
WO2003033135A1 (fr) * 2001-09-21 2003-04-24 Ad'all Co., Ltd. Fibre de carbone active pour eliminer des composes organochlores
WO2015152391A1 (ja) 2014-04-03 2015-10-08 関西熱化学株式会社 浄水器用活性炭
JP2016059826A (ja) * 2014-09-12 2016-04-25 株式会社タカギ 成形吸着体およびそれを用いた浄水器
KR20170035907A (ko) * 2014-07-25 2017-03-31 간사이네쯔카가꾸가부시끼가이샤 흡착 성능이 우수한 활성탄 및 그 제조 방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0769614A (ja) * 1993-08-28 1995-03-14 Risho Kogyo Co Ltd 活性炭の製造方法
JPH07187634A (ja) * 1993-12-27 1995-07-25 Hitachi Chem Co Ltd 活性炭及びその製造方法
JP2000037622A (ja) * 1998-05-20 2000-02-08 Kobe Steel Ltd 接合体の分離方法及び分離装置
JP3988110B2 (ja) * 2000-09-12 2007-10-10 東洋紡績株式会社 低圧力損失不織布状活性炭素繊維及びその製造方法
JP5770550B2 (ja) * 2011-07-20 2015-08-26 関西熱化学株式会社 活性炭及びその製造方法
JP6085336B2 (ja) * 2015-06-18 2017-02-22 関西熱化学株式会社 活性炭成形体、および該活性炭成形体の製造方法、並びに該活性炭成形体を用いた吸着材、および吸蔵材

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0826711A (ja) * 1994-07-08 1996-01-30 Kuraray Chem Corp トリハロメタン除去用活性炭
WO2003033135A1 (fr) * 2001-09-21 2003-04-24 Ad'all Co., Ltd. Fibre de carbone active pour eliminer des composes organochlores
WO2015152391A1 (ja) 2014-04-03 2015-10-08 関西熱化学株式会社 浄水器用活性炭
KR20160142275A (ko) * 2014-04-03 2016-12-12 간사이네쯔카가꾸가부시끼가이샤 정수기용 활성탄
KR20170035907A (ko) * 2014-07-25 2017-03-31 간사이네쯔카가꾸가부시끼가이샤 흡착 성능이 우수한 활성탄 및 그 제조 방법
JP2016059826A (ja) * 2014-09-12 2016-04-25 株式会社タカギ 成形吸着体およびそれを用いた浄水器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020065930A1 (ja) 2020-04-02
CN111247097B (zh) 2024-03-05
KR102576958B1 (ko) 2023-09-11
CN111247097A (zh) 2020-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Post-enrichment of nitrogen in soft-templated ordered mesoporous carbon materials for highly efficient phenol removal and CO 2 capture
US9737871B2 (en) Granular activated carbon having many mesopores, and manufacturing method for same
Goel et al. Synthesis of nitrogen doped mesoporous carbons for carbon dioxide capture
Obregón-Valencia et al. Comparative cadmium adsorption study on activated carbon prepared from aguaje (Mauritia flexuosa) and olive fruit stones (Olea europaea L.)
US9802824B2 (en) Granular activated carbon, and manufacturing method for same
CN105555714B (zh) 净水器用活性炭
US10105680B2 (en) Activated carbon with excellent adsorption performance and process for producing same
JP6379325B1 (ja) 活性炭及びその製造方法
Özçimen et al. Adsorption of copper (II) ions onto hazelnut shell and apricot stone activated carbons
KR20190093960A (ko) 활성탄소의 제조방법
JP2022132348A (ja) 活性炭及びその製造方法
US11873235B2 (en) Activated carbon
Yu et al. Single and bicomponent anionic dyes adsorption equilibrium studies on magnolia-leaf-based porous carbons
Qu et al. Rapid iodine capture from radioactive wastewater by green and low-cost biomass waste derived porous silicon–carbon composite
KR102576958B1 (ko) 활성탄, 및 그 활성탄의 제조 방법
JP6542968B1 (ja) 活性炭、及び該活性炭の製造方法
Lemraski et al. Comparison of 2-amino benzyl alcohol adsorption onto activated carbon, silicon carbide nanoparticle and silicon carbide nanoparticle loaded on activated carbon
CN116529207A (zh) 碳质材料及其制造方法、含氟有机化合物去除材料、净水用过滤器和净水器
JP7491506B2 (ja) 活性炭
Sinyoung et al. Preparation of activated carbon from bagasse by microwave-assisted phosphoric acid activation
Demiral et al. Kinetics and equilibrium adsorption study of lead (II) onto activated carbon prepared from pumpkin seed shell
Tsai et al. Novel preparation of bamboo biochar and its application on cationic dye removal
JP2022142928A (ja) 活性炭成型体及びその製造方法
CN107021485A (zh) 一种中孔发达活性炭的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant