KR20230091907A - 탄소질 재료 및 그 제조 방법, 그리고 함불소 유기 화합물 제거재, 정수용 필터 및 정수기 - Google Patents

탄소질 재료 및 그 제조 방법, 그리고 함불소 유기 화합물 제거재, 정수용 필터 및 정수기 Download PDF

Info

Publication number
KR20230091907A
KR20230091907A KR1020237013904A KR20237013904A KR20230091907A KR 20230091907 A KR20230091907 A KR 20230091907A KR 1020237013904 A KR1020237013904 A KR 1020237013904A KR 20237013904 A KR20237013904 A KR 20237013904A KR 20230091907 A KR20230091907 A KR 20230091907A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbonaceous material
gas
volume
water
oxygen
Prior art date
Application number
KR1020237013904A
Other languages
English (en)
Inventor
슈이치 이시다
기요토 오츠카
데츠야 하나모토
히로에 요시노부
Original Assignee
주식회사 쿠라레
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=81290852&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR20230091907(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 주식회사 쿠라레 filed Critical 주식회사 쿠라레
Publication of KR20230091907A publication Critical patent/KR20230091907A/ko

Links

Images

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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/02—Loose filtering material, e.g. loose fibres
    • B01D39/04—Organic material, e.g. cellulose, cotton
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1607—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
    • B01D39/1623—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2055—Carbonaceous material
    • B01D39/2058—Carbonaceous material the material being particulate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2055—Carbonaceous material
    • B01D39/2065—Carbonaceous material the material being fibrous
    • 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
    • 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
    • B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J20/28011—Other properties, e.g. density, crush strength
    • 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
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • B01J20/28066—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area being more than 1000 m2/g
    • 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
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28069—Pore volume, e.g. total pore volume, mesopore volume, micropore volume
    • B01J20/28071—Pore volume, e.g. total pore volume, mesopore volume, micropore volume being less than 0.5 ml/g
    • 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
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28078—Pore diameter
    • B01J20/2808—Pore diameter being less than 2 nm, i.e. micropores or nanopores
    • 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
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • 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
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3078—Thermal treatment, e.g. calcining or pyrolizing
    • 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
    • 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
    • C01B32/324—Preparation characterised by the starting materials from waste materials, e.g. tyres or spent sulfite pulp liquor
    • 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
    • C01B32/336—Preparation characterised by gaseous activating agents
    • 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
    • C02F1/286—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using natural organic sorbents or derivatives thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0407—Additives and treatments of the filtering material comprising particulate additives, e.g. adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0442—Antimicrobial, antibacterial, antifungal additives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/08—Special characteristics of binders
    • B01D2239/086—Binders between particles or fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/20—Halogens or halogen compounds
    • B01D2257/206—Organic halogen compounds
    • B01D2257/2066—Fluorine
    • 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
    • B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J20/28004—Sorbent size or size distribution, e.g. particle size
    • 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
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/2803—Sorbents comprising a binder, e.g. for forming aggregated, agglomerated or granulated products
    • 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
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • 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
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • B01J20/28059—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area being less than 100 m2/g
    • 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
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • B01J20/28061—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area being in the range 100-500 m2/g
    • 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
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • B01J20/28064—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area being in the range 500-1000 m2/g
    • 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
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28069—Pore volume, e.g. total pore volume, mesopore volume, micropore volume
    • 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
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28078—Pore diameter
    • B01J20/28083—Pore diameter being in the range 2-50 nm, i.e. mesopores
    • 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
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3085—Chemical treatments not covered by groups B01J20/3007 - B01J20/3078
    • 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
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/32—Hydrocarbons, e.g. oil
    • C02F2101/322—Volatile compounds, e.g. benzene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/36—Organic compounds containing halogen

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Abstract

본 발명의 일 국면은, 벤젠 흡착량이 30 ∼ 60 ％ 이고, 비타민 B12 흡착량이 50.0 mg/g 초과이고, 또한, 질소 흡착 등온선으로부터 BJH 법에 의해 산출한 메소공의 세공 용적이 0.13 ∼ 0.30 ㎤/g 인, 탄소질 재료에 관한 것이다.

Description

탄소질 재료 및 그 제조 방법, 그리고 함불소 유기 화합물 제거재, 정수용 필터 및 정수기
본 발명은, 탄소질 재료에 관한 것이다. 나아가서는, 상기 탄소질 재료의 제조 방법, 그리고 상기 탄소질 재료를 사용한, 함불소 유기 화합물 제거재, 정수용 필터 및 정수기에 관한 것이다.
최근, 수도수의 수질에 관한 안전 위생상의 관심이 높아져 오고 있어, 여러 가지 유해 물질을 제거하는 것이 요망되고 있다.
함불소 유기 화합물은 다른 물질로는 실현할 수 없는 특이한 성질 (내열, 내약품성이 우수하고 가혹한 조건에서도 사용 가능, 광 흡수능이 없는 등) 을 가지기 때문에, 계면 활성제, 유화제, 발수제, 소화제, 왁스, 카페트 클리닝제, 코팅제 등, 여러 가지 용도에 이용되어 왔다. 최근에도 반도체용의 표면 처리제나 연료 전지 구성 재료 등, 기능성 재료로서의 용도가 증가하고 있다.
그런데, 수년 전부터 일부 함불소 유기 화합물이 환경수나 야생 생물체 내에 축적되고 있는 것이 미국이나 캐나다의 연구자를 중심으로 보고되기 시작하였다. 그 전형이 퍼플루오로옥탄산 (PFOA : C7F15COOH) 으로 대표되는 퍼플루오로알킬카르복실산류나 퍼플루오로옥탄술폰산 (PFOS : C8F17SO3H) 으로 대표되는 퍼플루오로알킬술폰산류이다. 그 후, 유럽이나 일본의 연구자 등도 환경 분석 연구에 뛰어든 결과, 이들 화합물이 일본을 포함하여 세계 규모로 환경 중에 존재하고 있는 것이 밝혀졌다. 이와 같은 상황을 받아들여, 함불소 유기 화합물 (퍼플루오로알킬 화합물 및 폴리플루오로알킬 화합물 ; 이하,「PFAS」라고도 칭하는 경우가 있다) 의 환경 리스크 저감을 위해, 대처가 시작되고 있다.
예를 들어, 75 ㎛ 의 필터를 통과하는 입자가 전체 입자의 90 ％ 이상인 활성탄과, 함불소 계면 활성제를 함유하는 처리 대상수를 접촉시킴으로써, 처리 대상수로부터 함불소 계면 활성제를 제거하는 방법이 보고되어 있다 (특허문헌 1).
특허문헌 1 에서 제안되어 있는 기술과 같이, 지금까지도, 활성탄을 사용하여 물로부터 함불소 유기 화합물을 제거하는 것에 대하여 보고가 있다. 그러나, 특허문헌 1 에 기재된 기술은 주로 배치 용도 (공장 배수의 처리·정화) 에서 사용되는 기술이다. 지금까지 보고되어 있는 기술은 그러한 배치 용도나 정수장 등에 있어서의 원수 (하천수 등) 로부터 PFAS 를 제거하기 위한 방법이고, 정수기 등에 의해 함불소 유기 화합물을 제거하는 수단에 대해서는, 아직 별로 연구가 진행되지 않은 것이 현상황이다.
정수장 등에 있어서의 처리와 정수기에 의한 처리에서는, 처리 대상이 되는 물이 상이하고 (원수와 수도수), 또한 처리 대상수의 처리 시간도 대폭 상이하기 때문에, 정수장에서의 PFAS 제거 수단을, 예를 들어, 가정용의 정수기 등에 그대로 적용할 수 있는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 주된 과제는, 정수기 용도에서도 사용할 수 있는, PFAS (PFOS, PFOA 등) 제거 성능이 높은 탄소질 재료를 제공하는 것에 있다.
일본 공개특허공보 2010-158662호
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토한 결과, 하기 구성을 갖는 탄소질 재료에 의해 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 알아내어, 그 지견에 기초하여 더욱 검토를 거듭함으로써 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명의 일 국면에 관한 탄소질 재료는, 벤젠 흡착량이 30 ∼ 60 ％ 이고, 비타민 B12 흡착량이 50.0 mg/g 초과이고, 또한, 질소 흡착 등온선으로부터 BJH 법에 의해 산출한 메소공의 세공 용적이 0.13 ∼ 0.30 ㎤/g 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 국면에 관한 탄소질 재료의 제조 방법은, 유동로를 사용하는 것과, 노상 (爐床) 으로부터 도입하는 유동 가스와는 별도로, 산소 함유 가스를, 유동 가스와 산소 함유 가스를 합계한 가스 중의 산소 농도가 0.004 ∼ 1 용량％ 가 되도록 유동로에 도입하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 국면에 관한 정수용 필터는, 상기 서술한 바와 같은 탄소질 재료와 섬유상 바인더를 포함하는 것, 섬유상 바인더의 CSF 값이 10 ∼ 150 mL 인 것, 및 탄소질 재료 100 질량부에 대하여, 섬유상 바인더를 4 ∼ 10 질량부 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의, 유동로를 사용한 탄소질 재료의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2 는, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의, 유동로를 사용한 탄소질 재료의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3 은, 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서의, PFOS 및 PFOA 의 제거율과 Bed Volume 의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 관련된 실시형태에 대해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은, 이들에 한정되는 것은 아니다.
[탄소질 재료]
본 발명의 일 실시형태에 관련된 탄소질 재료는, 벤젠 흡착량이 30 ∼ 60 ％ 이고, 비타민 B12 흡착량이 50.0 mg/g 초과이고, 또한, 질소 흡착 등온선으로부터 BJH 법에 의해 산출한 메소공의 세공 용적이 0.13 ∼ 0.30 ㎤/g 인 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 정수기 용도에서도 사용할 수 있는, PFAS (PFOS, PFOA등) 제거 성능이 높은 탄소질 재료를 제공할 수 있다.
(벤젠 흡착량)
벤젠 흡착량은, 탄소질 재료의 부활의 진행 정도를 나타내는 지표이다. 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료는, 벤젠 흡착량이 30 ∼ 60 ％ 의 범위임으로써, PFAS 의 흡착에 적합하다.
우수한 PFAS 흡착 성능을 갖는다는 관점에서, 탄소질 재료의 벤젠 흡착량은, 30 ∼ 60 ％ 의 범위에 있고, 상한은, 바람직하게는 58 ％ 이하, 보다 바람직하게는 56 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 55 ％ 이하이고, 하한은, 바람직하게는 40 ％ 이상, 보다 바람직하게는 42 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 44 ％ 이상이다.
탄소질 재료의 벤젠 흡착량은, 후술하는 [벤젠 흡착량의 측정] 에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다.
(비타민 B12 흡착량)
비타민 B12 (시아노코발라민) 는 분자량이 약 1355 로 크고, 비타민 B12 흡착량은, 분자 사이즈가 큰 물질에 대한 흡착 특성의 지표가 된다. 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료는, 비타민 B12 흡착량이 50 mg/g 초과임으로써, PFAS 의 흡착에 적합한 탄소질 재료가 된다.
우수한 PFAS 흡착 성능을 실현하는 관점에서, 탄소질 재료의 비타민 B12 흡착량은, 50 mg/g 초과이고, 바람직하게는 60 mg/g 이상, 보다 바람직하게는 70 mg/g 이상, 더욱 바람직하게는 80 mg/g 이상이다. 비타민 B12 흡착량의 상한은, 특별히 한정은 되지 않지만, 벤젠 흡착량 등의 다른 물성값과의 밸런스로부터, 통상적으로 500 mg/g 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 460 mg/g 이하, 더욱 바람직하게는 420 mg/g 이하이다.
탄소질 재료의 비타민 B12 흡착량은, 후술하는 [비타민 B12 흡착량의 측정] 에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다.
(메소공 용적)
탄소질 재료가 갖는 세공은, 그 직경에 따라, 마이크로공 (직경 2 ㎚ 미만), 메소공 (직경 2 ∼ 50 ㎚), 매크로공 (직경 50 ㎚ 초과) 으로 분류할 수 있다 (괄호 내는 IUPAC 의 분류 기준을 나타낸다). 메소공은 마이크로공에 비교하여 크고, 메소공의 용적은, 주로, 분자 사이즈가 큰 물질의 흡착 특성의 지표가 될 수 있다. 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료는, 메소공 용적이 0.130 ∼ 0.30 ㎤/g 의 범위이고, 그로써 PFAS 의 흡착에 보다 적합한 탄소질 재료가 된다.
우수한 PFAS 흡착 성능을 실현하는 관점에서, 탄소질 재료의 메소공 용적은, 0.130 ∼ 0.300 ㎤/g 의 범위에 있고, 하한은, 바람직하게는 0.140 ㎤/g 이상, 보다 바람직하게는 0.145 ㎤/g 이상이다. 또, 상한은, 바람직하게는 0.280 ㎤/g 이하, 보다 바람직하게는 0.250 ㎤/g 이하이다.
탄소질 재료의 메소공 용적은, 질소 흡착 등온선으로부터 BJH (Barrett-Joyner-Halenda) 법을 사용하여 산출할 수 있다. 질소 흡착 등온선의 측정 및 메소공 용적의 산출은, 후술하는 [질소 흡착 등온선의 측정] 및 [BJH 법에 의한 메소공 세공 용적의 측정] 에 기재된 방법에 의해 실시할 수 있다.
이상, 본 실시형태에 있어서의 벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량, 및 메소공 세공 용적의 각각에 대해 기술적 의의의 설명을 시도했지만, 탄소질 재료 (흡착매) 의 구조와 흡착질에 대한 흡착 특성의 관계는 복잡하고, 벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량, 및 메소공 세공 용적은 별개 독립적으로 흡착질에 대한 흡착 특성과 직접 상관하지 않는 경우도 있다. PFAS 를 효율적으로 제거하는 것이 가능한 탄소질 재료를 실현하려면, 이들 벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량, 및 메소공 용적의 밸런스가 중요한 것이라고 생각된다. 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 유동로를 사용한 특정한 제조 방법에 의해, 상기 특성을 겸비한 탄소질 재료의 제조에 성공하였다.
본 실시형태의 탄소질 재료는, 상기 서술한 바와 같이 벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량, 및 메소공 세공 용적이 각각 상기 범위가 되어 있으면, 그 밖의 특성에 대해 특별히 한정은 없지만, 보다 확실하게 본 발명의효과를 얻기 위해서는, 후술하는 특성도 구비하고 있는 것이 바람직하다고 생각된다.
(비표면적)
탄소질 재료는, 정수기에 요구되는 흡착 제거 성능을 높은 레벨로 실현하는 관점에서, 비표면적이 1200 ∼ 2000 ㎡/g 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 비표면적의 하한은, 보다 바람직하게는 1300 ㎡/g 이상, 또는 1400 ㎡/g 이상이고, 상한은, 보다 바람직하게는 1900 ㎡/g 이하, 또는 1800 ㎡/g 이하이다.
탄소질 재료의 비표면적은, 질소 흡착 등온선으로부터 BET 법을 사용하여 산출할 수 있다. 질소 흡착 등온선의 측정 및 비표면적의 산출은, 후술하는 [질소 흡착 등온선의 측정] 및 [비표면적의 측정] 에 기재된 방법에 의해 실시할 수 있다.
(평균 세공경)
보다 우수한 PFAS 흡착 성능을 실현하는 관점에서, 탄소질 재료는, 평균 세공경이 1.85 ∼ 1.90 ㎚ 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 평균 세공경의 하한은, 보다 바람직하게는 1.86 ㎚ 이상 또는 1.87 ㎚ 이상이고, 상한은, 바람직하게는 1.89 ㎚ 이하 또는 1.88 ㎚ 이하이다.
탄소질 재료의 평균 세공경은, 질소 흡착 등온선으로부터 산출할 수 있다. 질소 흡착 등온선의 측정 및 평균 세공경의 산출은, 후술하는 [질소 흡착 등온선의 측정] 및 [전체 세공 용적·평균 세공경의 측정] 에 기재된 방법에 의해 실시할 수 있다.
(도전율)
본 실시형태에 관련된 탄소질 재료는, 하중 12 kN 에 있어서의 분체 저항 측정에 의한 도전율이 3 ∼ 9 S/㎝ 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 도전율이 이 범위에 있으면, 상세하게는, 도전율이 상기 범위에 있는 구조를 가지면, 탄소질 재료는, 정수기에 요구되는 흡착 제거 성능을 높은 레벨로 실현할 수 있다. 도전율의 상한은, 바람직하게는 8.7 S/㎝ 이하, 보다 바람직하게는 8.3 S/㎝ 이하, 더욱 바람직하게는 8 S/㎝ 이하이고, 하한은, 바람직하게는 5.3 S/㎝ 이상, 보다 바람직하게는 5.6 S/㎝ 이상, 더욱 바람직하게는 6 S/㎝ 이상이다.
탄소질 재료의 상기 도전율은, 후술하는 [도전율의 측정] 에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다.
탄소질 재료의 형상은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 입자상, 섬유상 (사상 (絲狀), 직포 (크로스) 상, 펠트상) 등의 어느 형상이어도 되고, 구체적 사용 양태에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 단위 체적당의 흡착 성능이 높기 때문에, 입자상이 바람직하다. 입자상의 탄소질 재료인 경우, 그 치수는 특별히 한정되지 않고, 구체적 사용 양태에 따라 적절히 입도 등을 조정하면 된다.
탄소질 재료의 원료 (탄소질 전구체) 는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 식물계의 탄소질 전구체 (예를 들어, 목재, 대팻밥, 목탄, 야자 껍질이나 호두 껍질 등의 과실 껍질, 과실 종자, 펄프 제조 부생성물, 리그닌, 폐당밀 등의 식물 유래의 재료), 광물계의 탄소질 전구체 (예를 들어, 이탄, 아탄, 갈탄, 역청탄, 무연탄, 코크스, 콜타르, 석탄 피치, 석유 증류 잔류물, 석유 피치 등의 광물 유래의 재료), 합성 수지계의 탄소질 전구체 (예를 들어, 페놀 수지, 폴리염화비닐리덴, 아크릴 수지 등의 합성 수지 유래의 재료), 천연 섬유계의 탄소질 전구체 (예를 들어, 셀룰로오스 등의 천연 섬유, 레이온 등의 재생 섬유 등의 천연 섬유 유래의 재료) 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 가정용품 품질 표시법에서 규정되는 제거 대상 물질의 흡착 성능이 우수한 탄소질 재료로 하기 쉬운 점에서, 식물계의 탄소질 전구체가 바람직하다. 따라서 바람직한 일 실시형태에 있어서, 탄소질 재료는, 식물계의 탄소질 전구체에서 유래한다. PFAS 를 보다 한층 효율적으로 제거할 수 있는 탄소질 재료를 실현할 수 있는 관점에서, 야자 껍질을 원료로 하는 것이 바람직하다. 따라서 특히 바람직한 일 실시형태에 있어서, 식물계의 탄소질 전구체로서 야자 껍질을 사용한다.
본 실시형태에 관련된 탄소질 재료는, PFAS 의 흡착에 적합하고, 특히 정수기 용도에 있어서 우수한 효과를 발휘한다. 따라서, 본 실시형태의 탄소질 재료는, 정수하기 위한 탄소질 재료 (정수용 탄소질 재료) 로서 바람직하게 사용할 수 있고, 수도수를 정수하기 위한 탄소질 재료 (수도수의 정수용 탄소질 재료) 로서 보다 바람직하게 사용할 수 있다.
특히, 본 실시형태의 탄소질 재료는, 이하의 측정 조건에 의해 얻어지는 함불소 유기 화합물의 제거 성능이 Bed Volume 에서 12000 이상인 것이 바람직하다.
(측정 조건)
탄소질 재료를 충전한 직경 6.2 ㎜, 높이 25.4 ㎜, 내용적 0.77 mL 의 스테인리스제 칼럼에, PFOA 농도 50 ± 10 ppt, PFOS 농도 50 ± 10 ppt 로 조정한 물 (TOC 1.2 ppm 을 함유) 을 시험수로서 사용하고, 7.2 mL/분, 공간 속도 (SV) = 560 hr-1 의 조건에서, 업플로로 통수하여 제거율 80 ％ 를 하회한 점을 파과점으로 했을 때에 얻어지는, 통수 개시시부터 파과점까지의 통수량 (Bed Volume) 을 제거 성능으로 한다. 그로써, 우수한 상기 제거 효과를 보다 확실하게 얻을 수 있다고 생각된다.
본 실시형태의 탄소질 재료는, 함불소 유기 화합물을 효율적으로 흡착할 수 있으므로, 함불소 유기 화합물 제거재로서 바람직하게 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에는, 상기 서술한 탄소질 재료로 이루어지는 함불소 유기 화합물 제거재도 포함된다.
[탄소질 재료의 제조 방법]
본 발명의 일 실시형태에 관련된 탄소질 재료는, 상기 서술한 탄소질 전구체를 부활함으로써 제조된다. 또한, 부활에 앞서, 탄화를 필요로 하는 경우, 통상적으로 산소 또는 공기를 차단하고, 예를 들어, 400 ∼ 800 ℃ (바람직하게는 500 ∼ 800 ℃, 더욱 바람직하게는 550 ∼ 750 ℃) 에서 탄화하면 된다. 이 경우, 탄소질 전구체의 탄화에 의해 얻어진 원료탄을 부활하여 탄소질 재료를 제조한다.
벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량 및 메소공 세공 용적 (또한, 필요에 따라, 임의로 만족하면 되는, 비표면적, 평균 세공경, 도전율 등의 특성) 이 특정 범위에 있는 탄소질 재료를 실현할 때에 있어서, 부활 방법이 중요하다. 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료의 제조 방법 (이하, 간단히「본 실시형태의 제조 방법」이라고도 한다) 은, 부활로로서 유동로 (유동 부활로) 를 사용하고, 노상으로부터 도입하는 유동 가스와는 별도로, 산소 함유 가스를 유동로에 도입하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 부활로로서 로터리 킬른을 사용하는 종래법이나, 유동로에 오로지 유동 가스를 노상으로부터 도입하는 종래법에서는 실현 곤란하였던, 벤젠 흡착량이 40 ∼ 60 ％ 이고, 또한, 비타민 B12 흡착량이 50 mg/g 초과인, 탄소질 재료를 실현할 수 있다.
유동 가스는, 원료탄을 유동 부활하는 작용을 갖는 한 특별히 한정되지 않고, 종래 공지된 것을 사용해도 된다. 예를 들어, 유동 가스로는, 수증기 및/또는 이산화탄소를 함유하는 가스를 들 수 있다. 공업적으로는, 수증기나 이산화탄소를 적절하게 포함하기 때문에, 탄화수소 (예를 들어, 메탄, 프로판, 부탄 등의 경질 가스, 경유, 등유, 중유 등의 액체 연료) 의 연소 가스가 바람직하게 사용된다.
원료탄을 효율적으로 부활할 수 있는 관점에서, 유동 가스 중의 수증기 농도는, 10 ∼ 40 용량％ 인 것이 바람직하다. 상한은, 보다 바람직하게는 35 용량％ 이하, 또는 30 용량％ 이하이고, 하한은, 보다 바람직하게는 12 용량％ 이상, 14 용량％ 이상, 또는 15 용량％ 이상이다. 또, 유동 가스 중에 이산화탄소를 함유하는 경우, 유동 가스 중의 이산화탄소 농도는, 15 용량％ 이하인 것이 바람직하다. 상한은, 보다 바람직하게는 14 용량％ 이하, 또는 13 용량％ 이하이고, 하한은, 보다 바람직하게는 8 용량％ 이상, 9 용량％ 이상, 또는 10 용량％ 이상이다.
본 실시형태의 제조 방법에 있어서, 노상으로부터 도입하는 유동 가스와는 별도로, 산소 함유 가스가 유동로에 도입된다. 산소 함유 가스는, 유동 가스와 산소 함유 가스를 합계한 가스 중의 산소 농도가 0.004 ∼ 1 용량％ 가 되도록 유동로에 도입된다. PFAS 를 보다 한층 효율적으로 제거할 수 있는 탄소질 재료를 얻는 관점에서, 유동 가스와 산소 함유 가스를 합계한 가스 중의 산소 농도는, 바람직하게는 0.005 용량％ 이상, 0.01 용량％ 이상, 0.02 용량％ 이상, 0.03 용량％ 이상, 0.04 용량％ 이상, 또는 0.05 용량％ 이상이다. 그 산소 농도의 상한은, 바람직하게는 0.95 용량％ 이하, 0.9 용량％ 이하, 0.85 용량％ 이하, 또는 0.8 용량％ 이하이다. 본 실시형태에 있어서, 유동 가스와 산소 함유 가스를 합계한 가스 중의 산소 농도는, 유동 가스의 조성과 도입량, 산소 함유 가스의 조성과 도입량에 기초하여 산출되는 주입 환산의 농도이다.
산소 함유 가스는, 산소를 함유하는 한 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 공기, 및 공기를 다른 가스 (예를 들어, 질소 등의 불활성 가스) 로 희석한 가스를 사용할 수 있다. 산소 함유 가스 중의 산소 농도는, 유동 가스와 산소 함유 가스를 합계한 가스 중의 산소 농도가 0.004 ∼ 1 용량％ 의 범위가 되는 한 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 20 용량％ 이하, 보다 바람직하게는 15 용량％ 이하, 10 용량％ 이하, 8 용량％ 이하, 6 용량％ 이하, 5 용량％ 이하, 4 용량％ 이하, 3 용량％ 이하, 또는 2 용량％ 이하이다. 산소 함유 가스 중의 산소 농도의 하한은, 통상적으로 0.1 용량％ 이상, 0.2 용량％ 이상 등으로 할 수 있다. 또한, 노상으로부터 도입하는 유동 가스 중에 산소가 포함되어 있어도 되는데, 유동 가스에 연소 가스를 사용하는 경우, 연소 가스 중의 미량의 산소 농도를 제어하는 것은 일반적으로 곤란하기 때문에, 산소 함유 가스 유래의 산소에 의해, 산소 농도를 제어하는 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 실시형태의 제조 방법을 설명한다.
도 1 에, 본 실시형태의 제조 방법에 사용되는 유동로 (유동 부활로) (100) 의 모식도를 나타낸다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 각 부호는 각각, 1 유동 가스 입구, 2 산소 함유 가스 입구, 3 가스 출구, 4 가스 분산층, 5 원료탄, 6 원료탄 (유동 부활시), 7 유동 가스, 8 산소 함유 가스, 9 배출 가스, 10 가스 분산부, 20 유동 상부 (床部), 100 유동로 (유동 부활로) 를 나타낸다.
유동로 (100) 는, 유동 가스 입구 (1), 산소 함유 가스 입구 (2), 가스 출구 (3), 가스 분산층 (4) 을 포함한다. 유동 가스 입구 (1) 는, 일반적으로 노상에 배치되고, 유동로 (100) 에 도입된 유동 가스 (도시 생략) 는, 가스 분산층 (4) 을 통과하고, 원료탄 (5) 과 접촉하여 원료탄의 유동 부활에 제공된다. 그 후, 유동 가스는, 일반적으로 노 천정에 배치되는 가스 출구 (3) 로부터 노 외로 배출된다. 도 1 에서는, 상기 유동 가스의 흐름 주방향 (즉, 노상으로부터 노 천정으로의 흐름 방향) 을 방향 Z 로서 나타내고 있다.
가스 분산층 (4) 은, 유동 가스 입구 (1) 로부터 도입된 유동 가스의 흐름을 분산시켜 원료탄 (5) 에 균일하게 유동 가스를 접촉시키는 기능을 갖는 한 특별히 한정되지 않고, 종래 공지된 것을 사용해도 된다. 예를 들어, 구멍이 뚫린 판을 사용하여 유동 가스를 분산시키는 경우, 노상으로부터 구멍이 뚫린 판까지의 완충 영역을 포함하여 가스 분산층 (4) 으로 칭한다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 가스 분산층 (4) 은, 유동 가스의 흐름 주방향 Z 에서 보아, 유동로 내의 상류측에 배치된다. 본 실시형태에 있어서, 가스 분산층 (4) 으로 이루어지는 영역을 가스 분산부 (10) 로 칭한다. 따라서, 유동로 (100) 는, 유동 가스의 흐름 주방향 Z 에서 보아 유동로 내의 상류측에 가스 분산부 (10) 를 구비한다.
유동로 (100) 는 또한, 유동 가스의 흐름 주방향 Z 에서 보아 유동로 내의 하류측에, 유동 상부 (20) 를 구비한다. 유동 상부 (20) 에 있어서, 원료탄 (5) 과 유동 가스가 접촉하여 원료탄 (5) 의 유동 부활이 실시된다.
상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태의 제조 방법은, 노상으로부터 도입하는 유동 가스와는 별도로, 산소 함유 가스를 유동로에 도입하는 것을 특징으로 한다. 그리고 벤젠 흡착량 및 비타민 B12 흡착량이 특정 범위에 있는 탄소질 재료를 실현할 때에 있어서, 산소 함유 가스의 도입 위치가 중요하다. 즉, 유동 가스의 흐름 주방향 Z 에 있어서의 가스 분산부의 상류단 위치를 0 (m), 하류단 위치를 t1 (m) 로 하고 (t1 ＞ 0 이다), 산소 함유 가스를 도입하는 위치를 t2 (m) 로 했을 때, 0.5t1 ≤ t2 의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 0.5t1 ＞ t2 의 경우, 벤젠 흡착량 및 비타민 B12 흡착량이 특정 범위에 있는 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료를 실현하는 것은 곤란하다. 바람직하게는 0.7t1 ≤ t2, 보다 바람직하게는 0.8t1 ≤ t2, 0.9t1 ≤ t2, 또는 t1 ≤ t2, 특히 바람직하게는 t1 ＜ t2, 1.2t1 ≤ t2, 1.4t1 ≤ t2, 또는 1.5t1 ≤ t2 이다. t2 의 상한은, 산소 함유 가스가 유동 부활 중의 원료탄과 접촉할 수 있는 한 특별히 한정되지 않고, 노 천정까지의 임의의 위치로 할 수 있지만, 방향 Z 에서 보아 유동 상부 (20) 의 높이 (두께) 를 T (m) 로 한 경우 (즉, T = (노 천정 높이 - t1)), t2 ≤ 0.8T, t2 ≤ 0.7T, t2 ≤ 0.6T, 또는 t2 ≤ 0.5T 인 것이 바람직하다. 또한, 산소 함유 가스의 도입 위치 t2 란, 방향 Z 에서 보아 산소 함유 가스 입구 (2) 가 폭 (두께) 을 갖는 경우, 그 폭 (두께) 의 중심 위치를 가리킨다.
도 2 에, 도 1 에 기재된 유동로를 사용하여 원료탄을 유동 부활하는 모습을 나타내는 모식도를 나타낸다. 도 2 에 있어서, 도 1 과 동일한 부호로 나타낸 부재·부분은 도 1 과 동일한 부재·부분을 나타낸다.
도 2 에 있어서, 노상으로부터 유동 가스 (7) 가, 노측부로부터 산소 함유 가스 (8) 가, 각각 유동로 (100) 에 도입된다. 유동 가스 (7) 는, 가스 분산층 (4) 으로 이루어지는 가스 분산부 (10) 를 통과하고, 유동 상부 (20) 에 있어서 원료탄과 접촉하여 원료탄의 유동 부활에 제공된다. 또, 산소 함유 가스 (8) (상세하게는, 가스 중의 산소) 는, 유동 부활 중의 원료탄 (6) 과 접촉하여 원료탄의 국소적인 부활에 제공된다. 이와 같은 산소 함유 가스에 의한 원료탄의 국소적인 부활에 의해 마이크로공을 유지한 채로 국소적으로 메소공을 발달시키는 것이 가능해지고, 그 결과, 벤젠 흡착량 및 비타민 B12 흡착량이 특정 범위에 있는 탄소질 재료가 유리하게 제조된다고 추찰된다.
원료탄의 부활의 조건은, 유동 가스와는 별도로 산소 함유 가스를 도입하는 점을 제외하고, 종래 공지된 조건을 채용해도 된다. 예를 들어, 부활시의 온도는 700 ∼ 1000 ℃ (바람직하게는 800 ∼ 1000 ℃, 더욱 바람직하게는 850 ∼ 950 ℃) 여도 되고, 부활의 시간은 소기의 벤젠 흡착량 (소기의 부활의 진행 정도) 이 달성되는 임의의 시간이어도 된다.
본 실시형태의 제조 방법에서는, 유동 가스와는 별도로 도입한 산소 함유 가스의 작용에 의해, 벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량 및 메소공 세공 용적이 특정 범위에 있는 소기의 탄소질 재료를 제조할 수 있는 것은 상기 서술한 바와 같다. 여기서, 유동 가스 중의 수증기나 이산화탄소에 의한 원료탄의 부활이 흡열 반응인 데에 반하여, 산소 함유 가스 중의 산소에 의한 원료탄의 부활은 급격한 발열 반응이다. 따라서, 유동 부활 중의 원료탄에 산소 함유 가스를 접촉시키는 본 실시형태의 제조 방법에서는, 원료탄의 부활을 유지하는 데에 필요해지는 외부로부터의 열공급을 감소시킬 수 있어, 에너지 밸런스의 관점에서도, 매우 유리하다.
원료탄의 부활에 제공된 후, 유동 가스 (7) 와 산소 함유 가스 (8) 는, 가스 출구로부터 노 외로 배출된다 (도 2 에 있어서의 배출 가스 (9)). 배출 가스의 일부 또는 전부를 순환하거나 열교환하거나 함으로써, 배출 가스의 열에너지를 재이용해도 된다.
도 1 및 도 2 에는, 유동 가스 입구 (1), 산소 함유 가스 입구 (2), 가스 출구 (3) 를 각각 1 개 구비한 유동로를 나타냈지만, 도 1 및 도 2 는 모식도에 지나지 않고, 유동로는, 유동 가스 입구 (1), 산소 함유 가스 입구 (2), 가스 출구 (3) 를 각각 복수 구비해도 된다. 산소 함유 가스 입구 (2) 를 복수 구비하는 경우, 유동 가스의 흐름 주방향 Z 에서 보아, 서로 동일한 위치 (높이) 에 배치해도 되고, 상이한 위치 (높이) 에 배치해도 된다.
부활 후의 탄소질 재료는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 천이 금속 등의 불순물을 포함하는 야자 껍질 등의 식물계의 탄소질 전구체나 광물계의 탄소질 전구체를 사용한 경우, 회분이나 약제를 제거하기 위해서 세정한다. 따라서 일 실시형태에 있어서, 본 발명의 제조 방법은, 부활 후의 탄소질 재료를 세정하는 공정을 포함해도 된다. 그 경우, 세정에는 광산이나 물이 사용되고, 광산으로는 세정 효율이 높은 염산이 바람직하다. 염산 등의 광산을 사용하여 탄소질 재료를 세정 (산세) 하는 경우에는, 산세 후에 수세 등을 실시하여, 탈산 처리를 하는 것이 바람직하다.
세정 후, 얻어진 탄소질 재료에 대해 건조, 필요에 따라 분쇄·체분을 실시하여, 탄소질 재료의 제품을 얻을 수 있다.
[정수용 필터]
탄소질 재료를 사용하여 정수용 필터를 제조할 수 있다. 이하에, 바람직한 실시형태에 관련된 정수용 필터를 설명한다.
바람직한 일 실시형태에 있어서, 정수용 필터는, 상기 서술한 바와 같은 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료와 섬유상 바인더를 포함한다.
섬유상 바인더는, 피브릴화시킴으로써, 탄소질 재료를 휘감아 부형할 수 있는 것이면, 특별히 한정되지 않고, 합성품, 천연품을 불문하고 폭넓게 사용 가능하다. 이와 같은 섬유상 바인더로는, 예를 들어, 아크릴 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 셀룰로오스 섬유, 나일론 섬유, 아라미드 섬유, 펄프 등을 들 수 있다. 섬유상 바인더의 섬유 길이는 4 ㎜ 이하인 것이 바람직하다.
섬유상 바인더는 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다. 특히 바람직하게는, 폴리아크릴로니트릴 섬유 또는 펄프를 바인더로서 사용하는 것이다. 그로써, 성형체 밀도 및 성형체 강도를 더욱 높여, 성능 저하를 억제할 수 있다.
바람직한 일 실시형태에 있어서, 섬유상 바인더의 통수성은, CSF 값으로 10 ∼ 150 mL 정도이다. 본 실시형태에 있어서, CSF 값은 JIS P8121「펄프의 여수도 시험 방법」캐나다 표준 여수도법에 준해 측정한 값이다. 또, CSF 값은, 예를 들어, 섬유상 바인더를 피브릴화시킴으로써 조정할 수 있다. 섬유상 바인더의 CSF 값이 10 mL 미만이 되면, 통수성이 얻어지지 않고, 성형체의 강도가 낮아지고, 압력 손실도 높아질 우려가 있다. 한편, 상기 CSF 값이 150 mL 를 초과하는 경우에는, 분말상의 활성탄을 충분히 유지할 수 없어, 성형체의 강도가 낮아지는 데다가, 흡착 성능이 떨어질 가능성이 있다.
정수용 필터는, 제거 대상 물질의 제거 성능, 성형성 등의 점에서, 탄소질 재료 100 질량부에 대하여, 섬유상 바인더를 바람직하게는 4 ∼ 10 질량부, 보다 바람직하게는 4.5 ∼ 6 질량부 포함한다. 따라서, 바람직한 일 실시형태에 있어서, 정수용 필터는, 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료와 섬유상 바인더를 포함하고, 섬유상 바인더의 CSF 값이 10 ∼ 150 mL 이고, 탄소질 재료 100 질량부에 대하여, 섬유상 바인더를 4 ∼ 10 질량부 포함한다. 또한, 정수용 필터가, 후술하는 다른 기능성 성분을 포함하는 경우, 필터 조성에 대해 말하는「탄소질 재료 100 질량부에 대해」는「탄소질 재료와 다른 기능성 성분의 합계 100 질량부에 대해」라고 바꾸어 적용하면 된다.
정수용 필터는, 본 발명의효과가 저해되지 않는 한에 있어서, 다른 기능성 성분을 포함해도 된다. 다른 기능성 성분으로는, 예를 들어, 용해성 납을 흡착 제거할 수 있는 티타노실리케이트나 제올라이트계 분말 등의 납 흡착재나 이온 교환 수지 또는 킬레이트 수지, 혹은 항균성을 부여하기 위해서 은 이온 및/또는 은 화합물을 포함한 각종 흡착재 등을 들 수 있다.
본 실시형태에 관련된 정수용 필터는, 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료를 포함하는 점에서, PFAS 를 효율적으로 제거하는 것이 가능하다. 통수 조건은 특별히 한정되지 않지만, 압력 손실이 극도로 커지지 않도록 300 ∼ 6500/hr 의 공간 속도 (SV) 로 실시된다. 원수 및 투과수 중의 제거 대상 물질의 농도로부터 계산되는 각 제거율과, 통수 개시부터 흘린 수량 (L) 과 정수 카트리지의 용적 (mL) 의 비 (누적 투과수량 L/mL) 의 관계를 플롯함으로써, 정수용 필터의 성능을 확인할 수 있다.
[정수기]
탄소질 재료 또는 정수용 필터를 사용하여 정수기를 제조할 수 있다. 바람직한 실시형태에 있어서, 정수기는, 상기 서술한 바와 같은 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료 또는 정수용 필터를 포함한다.
바람직한 일 실시형태에 있어서, 정수기는 정수용 카트리지를 구비하고, 그 정수용 카트리지가, 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료 또는 정수용 필터를 사용하여 구성된다. 예를 들어, 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료를 하우징에 충전하여 정수용 카트리지를 구성해도 되고, 또, 본 실시형태에 관련된 정수용 필터를 하우징에 충전하여 정수용 카트리지를 구성해도 된다. 정수용 카트리지는, 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료 또는 정수용 필터에 더하여, 공지된 부직포 필터, 각종 흡착재, 미네랄 첨가재, 세라믹 여과재, 중공사막 등을 조합하여 포함해도 된다.
본 명세서는, 상기 서술한 바와 같이 여러 가지 양태의 기술을 개시하고 있지만, 그 중 주된 기술을 이하에 정리한다.
즉, 본 발명의 일 국면에 관한 탄소질 재료는, 벤젠 흡착량이 30 ∼ 60 ％ 이고, 비타민 B12 흡착량이 50.0 mg/g 초과이고, 또한, 질소 흡착 등온선으로부터 BJH 법에 의해 산출한 메소공의 세공 용적이 0.13 ∼ 0.30 ㎤/g 인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 의해, PFAS (PFOS, PFOA 등) 제거 성능이 높은, 정수기 용도에도 사용 가능한 탄소질 재료를 제공할 수 있다.
또한 상기 탄소질 재료에 있어서, 질소 흡착 등온선으로부터 BET 법으로 산출한 비표면적이 1200 ∼ 2000 ㎡/g 인 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 의해, 정수기에 요구되는 흡착 제거 성능을 높은 레벨로 실현할 수 있다고 생각된다.
또한 상기 탄소질 재료에 있어서, 질소 흡착 등온선으로부터 산출한 평균 세공경이 1.85 ∼ 1.90 ㎚ 인 것이 바람직하다. 그로써, PFAS 를 보다 한층 효율적으로 제거할 수 있다고 생각된다.
또한 상기 탄소질 재료에 있어서, 하중 12 kN 에 있어서의 분체 저항 측정에 의한 도전율이 3 ∼ 9 S/㎝ 인 것이 바람직하다. 그로써, 정수기에 요구되는 흡착 제거 성능을 높은 레벨로 실현할 수 있다고 생각된다.
또, 상기 탄소질 재료가 식물계의 탄소질 전구체에서 유래하는 것이 바람직하다. 그로써, 가정용품 품질 표시법에서 규정되는 제거 대상 물질의 흡착 성능이 우수한 탄소질 재료로 하기 쉽다고 생각된다. 또한 상기 식물계의 탄소질 전구체가 야자 껍질인 것이 바람직하고, 그로써 PFAS 를 보다 한층 효율적으로 제거할 수 있는 탄소질 재료를 실현할 수 있다고 생각된다.
또한, 상기 탄소질 재료는, 이하의 측정 조건에 의해 얻어지는 함불소 유기 화합물의 제거 성능이 Bed Volume 으로 12000 이상인 것이 바람직하다.
측정 조건 : 탄소질 재료를 충전한 직경 6.2 ㎜, 높이 25.4 ㎜, 내용적 0.77 mL 의 스테인리스제 칼럼에, PFOA 농도 50 ± 10 ppt, PFOS 농도 50 ± 10 ppt 로 조정한 물 (TOC 1.2 ppm 을 함유) 을 시험수로서 사용하고, 7.2 mL/분, 공간 속도 (SV) = 560 hr-1 의 조건에서, 업플로로 통수하여 제거율 80 ％ 를 하회한 점을 파과점으로 했을 때에 얻어지는, 통수 개시시부터 파과점까지의 통수량 (Bed Volume) 을 제거 성능으로 한다. 그로써, 상기 서술한 바와 같은 효과를 보다 확실하게 얻을 수 있다고 생각된다.
본 발명의 다른 국면에 관한 탄소질 재료의 제조 방법은, 유동로를 사용하는 것과 노상으로부터 도입하는 유동 가스와는 별도로, 산소 함유 가스를, 유동 가스와 산소 함유 가스를 합계한 가스 중의 산소 농도가 0.004 ∼ 1 용량％ 가 되도록 유동로에 도입하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성에 의해, 상기 서술한 바와 같은 우수한 탄소질 재료를 얻을 수 있다.
또, 상기 제조 방법에 있어서, 상기 노상으로부터 도입하는 유동 가스 중의 수증기 농도가 10 ∼ 40 용량％ 인 것이 바람직하다. 그로써, 원료탄을 효율적으로 부활할 수 있다고 생각된다.
또한, 상기 제조 방법에 있어서, 상기 유동로가, 유동 가스의 흐름 주방향 Z 에서 보아 유동로 내의 상류측에 가스 분산부를 구비하고 있고, 상기 방향 Z 에 있어서의 가스 분산부의 상류단 위치를 0 (m), 하류단 위치를 t1 (m) 로 하고, 산소 함유 가스를 도입하는 위치를 t2 (m) 로 했을 때, 0.5t1 ≤ t2 의 관계를 만족하도록, 상기 산소 함유 가스를 도입하는 것이 바람직하다. 그로써, 상기 서술한 바와 같은 우수한 탄소질 재료를 보다 확실하게 얻을 수 있다고 생각된다.
본 발명의 또 다른 국면에 관한 정수용 필터는, 상기 서술한 바와 같은 탄소질 재료와 섬유상 바인더를 포함하는 것, 섬유상 바인더의 CSF 값이 10 ∼ 150 mL 인 것, 및 탄소질 재료 100 질량부에 대하여, 섬유상 바인더를 4 ∼ 10 질량부 포함하는 것을 특징으로 한다. 또, 본 발명에는, 상기 서술한 바와 같은 탄소질 재료를 포함하는 정수기, 상기 서술한 바와 같은 탄소질 재료로 이루어지는 함불소 유기 화합물 제거재, 그리고 상기 정수용 필터를 포함하는 정수기도 포함된다.
실시예
이하에, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 실시예에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.
＜평가 방법＞
실시예에 있어서의 각 물성값은, 이하에 나타내는 방법에 의해 측정하였다.
[벤젠 흡착량의 측정]
실시예 및 비교예에서 조제한 탄소질 재료를, 115 ℃ 의 항온 건조기 중에서 3 시간 건조시킨 후, 건조제로서 실리카 겔을 사용한 데시케이터 중에서 실온까지 방랭하였다. 이어서, 20 ℃ 의 항온조 내에 있어서, 탄소질 재료에, 포화 농도의 1/10 의 농도의 벤젠을 포함하는 건조 공기를 통과시켰다. 흡착 평형에 도달한 탄소질 재료의 질량과, 흡착 전의 탄소질 재료의 질량 (즉, 건조·방랭 후의 탄소질 재료의 질량) 으로부터, 다음의 식 (1) 에 따라 벤젠 흡착량 (질량％) 을 구하였다.
[식 (1)]
벤젠 흡착량 (질량％) = [{(벤젠 흡착 후의 시료 질량) - (벤젠 흡착 전의 시료 질량)}/(벤젠 흡착 전의 시료 질량)] × 100
[비타민 B12 흡착량의 측정]
실시예 및 비교예에서 조제한 탄소질 재료를, 탄소질 재료의 체적 기준의 누적 분포의 50 ％ 입자경 (D50) 이 9 ∼ 11 ㎛ 정도가 되도록 분쇄하고, 115 ℃ 의 항온 건조기 중에서 3 시간 건조시킨 후, 건조제로서 실리카 겔을 사용한 데시케이터 중에서 실온까지 방랭하였다. 또한, 분쇄한 탄소질 재료의 입경은 레이저 회절 측정법에 의해 측정하였다. 즉, 측정 대상인 탄소질 재료를 계면 활성제와 함께 이온 교환수 중에 넣고, 초음파 진동을 부여하여 균일 분산액을 제작하고, 마이크로트랙·벨 (주) 제조의 Microtrac MT3200 을 사용하여 측정하였다. 계면 활성제에는, 후지 필름 와코 순약 (주) 제조의「폴리옥시에틸렌(10)옥틸페닐에테르」를 사용하였다. 분석 조건을 이하에 나타낸다.
(분석 조건)
측정 횟수 : 1 회
측정 시간 : 30 초
분포 표시 : 체적
입경 구분 : 표준 계산 모드 : MT3000
용매명 : WATER
측정 상한 : 1408 ㎛, 측정 하한 : 0.265 ㎛
잔분비 : 0.00
통과 분비 : 0.00
잔분비 설정 : 무효
입자 투과성 : 투과
입자 굴절률 : 1.81
입자 형상 : 비구형
용매 굴절률 : 1.333 DV 값 : 0.0100 ∼ 0.0500
투과율 (TR) : 0.750 ∼ 0.920
유속 : 50 ％
얻어진 탄소질 재료 0.050 g 에, 약 300 ppm 으로 조정한 비타민 B12 (C63H88N14O14PCo : 분자량 1355.4) 수용액 100 mL 를 첨가하고, 25 ℃ 에서 24 시간 교반하였다. 그 후, 탄소질 재료를 여과한 여과액과, 흡착 시험에 사용한 약 300 ppm 의 비타민 B12 시험수에 대하여, 330 ㎚ 에 있어서의 흡광도를 측정하고, 미리 작성해 둔 검량선에 기초하여 비타민 B12 의 농도를 산출하였다. 얻어진 비타민 B12 의 농도로부터, 이하의 식 (2) 에 의해 탄소질 재료 1 g 당의 비타민 B12 의 흡착량을 산출하였다.
[식 (2)]
비타민 B12 흡착량 (mg/g) = {흡착 전의 비타민 B12 농도 (ppm) - 흡착 처리 후의 비타민 B12 농도 (ppm)} × 0.1/탄소질 재료의 질량 (g)
[질소 흡착 등온선의 측정]
마이크로트랙·벨 (주) 제조의 BELSORP-mini 를 사용하고, 탄소질 재료를 질소 기류하 (질소 유량 : 50 mL/분) 에서 300 ℃ 에서 3 시간 가열한 후, 77 K 에 있어서의 탄소질 재료의 질소 흡탈착 등온선을 측정하였다.
[비표면적의 측정]
상기 방법에 의해 얻어진 질소 흡착 등온선으로부터 BET 식에 의해 다점법에 의한 해석을 실시하고, 얻어진 곡선의 상대압 P/P0 = 0.01 ∼ 0.1 의 영역에서의 직선으로부터 비표면적을 산출하였다.
[전체 세공 용적·평균 세공경의 측정]
상기 방법에 의해 얻어진 질소 흡착 등온선에 있어서의 상대압 P/P0 = 0.99 에서의 질소 흡착량으로부터 Gurvish 법에 의해 전체 세공 용적을 산출하였다. 평균 세공경에 관해서는, 전체 세공 용적 및 먼저 기재한 BET 법으로부터 구한 비표면적으로부터, 이하의 식 (3) 에 기초하여 산출하였다.
[식 (3)]
평균 세공경 (㎚) = 전체 세공 용적 (㎤/g)/비표면적 (㎡/g) × 4000
[BJH 법에 의한 메소공 세공 용적의 측정]
상기 방법에 의해 얻어진 질소 흡착 등온선에 대하여, BJH 법을 적용하여, 메소공의 세공 용적을 산출하였다. 또한, BJH 법에서의 해석에 있어서는 마이크로트랙·벨 (주) 로부터 제공된 기준 곡선「NGCB-BEL.t」를 사용하였다.
[도전율의 측정]
분체 저항률 측정 유닛 ((주) 미츠비시 케미컬 아날리테크 제조, MCP-PD51) 을 사용하여, 탄소질 재료의 도전율을 측정하였다. 도전율의 측정에는, 측정 시료의 입경이 크게 영향을 주기 때문에, 탄소질 재료의 체적 기준의 누적 분포의 50 ％ 입자경 (D50) 이 5 ∼ 8 ㎛ 정도가 되도록 분쇄하고, 하중을 12 kN 가했을 때의 탄소질 재료 펠릿의 도전율을 측정하였다. 또한, 분쇄한 탄소질 재료의 입경은 레이저 회절 측정법에 의해 측정하였다. 탄소질 재료의 입경의 측정 순서·분석 조건은, 앞의 [비타민 B12 흡착량의 측정] 에 있어서 기재한 바와 같다.
＜실시예 1＞
필리핀산의 야자 껍질을 탄화한 야자 껍질탄을 30 mesh (0.5 ㎜) 로부터 60 mesh (0.25 ㎜) 로 입도 조정하였다. 이 야자 껍질탄 1 ㎏ 을 900 ℃ 로 가열한 유동 부활로에 투입하고, 노상으로부터 수증기 15 용량％, 이산화탄소 11 용량％ 의 유동 가스 50 L/분, 노측부로부터 산소 0.5 용량％, 질소 99.5 용량％ 의 산소 함유 가스 5 L/분을 도입하여, 벤젠 흡착량이 약 53.3 중량％ 가 될 때까지 부활 처리를 실시하였다 (유동 부활로에 도입하는 합계 가스 중의 산소 농도는 약 0.045 용량％). 유동 부활로에는, 유동 가스의 흐름 주방향 Z 에서 보아 노 내의 상류측에 가스 분산층을 구비하는 노를 사용하였다. 또, 방향 Z 에 있어서의 산소 함유 가스의 도입 위치 t2 와 가스 분산층의 하류단 t1 은 t1 ＜ t2 의 관계를 만족한다. 즉, 산소 함유 가스는 유동 부활로의 유동 상부에 도입하였다.
얻어진 부활 처리탄을 희염산으로 세정하고, 이어서 잔류한 염산을 제거하기 위해 이온 교환수로 충분히 세정, 건조시킴으로써, 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜실시예 2＞
부활 처리시에 도입하는 산소 함유 가스의 농도를, 산소 1.0 용량％, 질소 99.0 용량％ 로 변경하고, 벤젠 흡착량이 45.7 중량％ 가 될 때까지 부활 처리를 실시한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜실시예 3＞
부활 처리시에 도입하는 산소 함유 가스의 농도를, 산소 3.0 용량％, 질소 97.0 용량％ 로 변경하고, 벤젠 흡착량이 52.6 중량％ 가 될 때까지 부활 처리를 실시한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 1＞
벤젠 흡착량이 약 34.4 중량％ 가 될 때까지 부활 처리를 실시한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 탄소 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 2＞
필리핀산의 야자 껍질을 탄화한 야자 껍질탄을 30 mesh (0.5 ㎜) 로부터 60 mesh (0.25 ㎜) 로 입도 조정하였다. 이 야자 껍질탄 5 g 을 내경 42 ㎜ 의 석영관을 세트한 횡형 전기 관상로에 투입하였다. 산소 0.5 용량％, 질소 99.5 ％ 의 가스 1 L/min 으로 물을 버블링함으로써, 수증기를 노 내에 도입하고, 900 ℃ 로 가열하여, 벤젠 흡착량이 32.3 중량％ 가 될 때까지 부활 처리를 실시하였다. 얻어진 부활 처리탄을 희염산으로 세정하고, 이어서 잔류한 염산을 제거하기 위해 이온 교환수로 충분히 세정, 건조시킴으로써, 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 3＞
부활 처리시에 도입하는 산소 함유 가스의 농도를, 산소 0.1 용량％, 질소 99.9 용량％ 로 변경하고, 벤젠 흡착량이 46.6 중량％ 가 될 때까지 부활 처리를 실시한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 4＞
부활 처리시에 도입하는 산소 함유 가스의 농도를, 산소 10.0 용량％, 질소 90.0 용량％ 로 변경하고, 벤젠 흡착량이 53.0 중량％ 가 될 때까지 부활 처리를 실시한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 5＞
필리핀산의 야자 껍질을 탄화한 야자 껍질탄을 10 mesh (1.7 ㎜) 로부터 30 mesh (0.5 ㎜) 로 입도 조정하였다. 이 야자 껍질탄 1 ㎏ 을 900 ℃ 로 가열한 로터리 킬른에 투입하고, 수증기 15 용량％, 이산화탄소 11 용량％ 의 부활 가스 10 L/분과 산소 0.5 용량％, 질소 99.5 용량％ 의 추가 가스 1 L/분을 도입하여, 벤젠 흡착량이 약 62.3 중량％ 가 될 때까지 부활 처리를 실시하였다.
얻어진 부활 처리탄을 희염산으로 세정하고, 이어서 잔류한 염산을 제거하기 위해 이온 교환수로 충분히 세정, 건조시킴으로써, 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 6＞
염화칼슘 0.28 g 과 시트르산 0.96 g 을 18.8 mL 의 이온 교환수에 용해한 수용액에, Evoqua 사 제조 입상 활성탄 AquaCarb1240C 10 g 을 침지하고, 12 시간 정치하였다. 그 후, 흡인 여과에 의해 수용액을 제거하고, 얻어진 칼슘/시트르산 함침 활성탄의 약 절반량을 Wet 상태인 채, 알루미나 보트에 투입한 것을, 내경 42 ㎜ 의 석영관을 세트한 횡형 전기 관상로에 투입하였다. 산소 0.5 용량％, 질소 99.5 ％ 의 가스 1 L/min 으로 물을 버블링함으로써, 수증기를 노 내에 도입하여, 900 ℃ 로 가열하여, 벤젠 흡착량이 56.0 중량％ 가 될 때까지 부활 처리를 실시하였다.
얻어진 부활 처리탄을 희염산으로 세정하고, 이어서 잔류한 염산을 제거하기 위해 이온 교환수로 충분히 세정, 건조시킴으로써, 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 7＞
필리핀산의 야자 껍질을 탄화한 야자 껍질탄을 10 mesh (1.7 ㎜) 로부터 30 mesh (0.5 ㎜) 로 입도 조정하였다. 이 야자 껍질탄 1 ㎏ 을 900 ℃ 로 가열한 로터리 킬른에 투입하고, 수증기 15 용량％, 이산화탄소 11 용량％ 의 부활 가스 10 L/분과 산소 0.5 용량％, 질소 99.5 용량％ 의 추가 가스 1 L/분을 도입하여, 벤젠 흡착량이 약 31.0 중량％ 가 될 때까지 부활 처리를 실시하였다.
얻어진 부활 처리탄을 희염산으로 세정하고, 이어서 잔류한 염산을 제거하기 위해 이온 교환수로 충분히 세정, 건조시킴으로써, 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성을 표 1 에 나타낸다.
Figure pct00001
[탄소질 재료의 여과 능력 평가]
실시예 1 ∼ 3 및 비교예 1 ∼ 7 에서 조제한 탄소질 재료를 직경 6.2 ㎜, 높이 25.4 ㎜, 내용적 0.77 mL 의 스테인리스제 칼럼에 충전하고, ASTM D6586-03 (2014) 에 규정된 the Prediction Of Contaminant Adsorption On GAC In Aqueous Systems Using Rapid Small-Scale Column Tests 에 준거하여, 하기에 나타내는 순서에 따라, PFOA ＋ PFOS 의 여과 능력 시험을 실시하였다. 또한, 본시험에 사용한 탄소질 재료에 대해서는, 120 mesh (125 ㎛) ∼ 200 mesh (74 ㎛) 로 입도 조제한 후에 본시험을 실시하였다.
[PFOA ＋ PFOS 여과 능력 시험]
PFOA 농도 50 ± 10 ppt, PFOS 농도 50 ± 10 ppt 로 조정한 물 (TOC 1.2 ppm 을 함유) 을 시험수에 사용하고, 7.2 mL/분, 공간 속도 (SV) = 560 hr-1 의 조건에서, 업플로로 통수하고, 제거율 80 ％ 를 하회한 점을 파과점으로서, 여과 능력 시험을 실시하였다. 본시험에서는, 여과 능력이 12000 (Bed Volumes) 이상인 것을 합격으로 하였다. 통수 시험 조건 및 결과를 표 2 및 도 3 에 나타낸다.
Figure pct00002
(고찰)
표 2 및 도 3 의 결과로부터 명확한 바와 같이, 본 발명에 관한 실시예의 탄소질 재료는 모두 정수기 용도로서 사용할 수 있고, 우수한 PFAS 제거능을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 평균 세공경이 1.85 ㎚ 이상인 실시예 1 및 3 에서는, 보다 우수한 제거능을 나타내는 것도 알 수 있었다.
이것에 대하여, 벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량 및 메소공 세공 용적 중 적어도 어느 것이 본 발명의 규정을 만족하고 있지 않은 비교예 1 ∼ 7 에서는, PFAS 를 충분히 제거할 수 없었다. 특히, 비타민 B12 흡착량 및 메소공 세공 용적 모두 본 발명의 규정을 만족하고 있지 않은 비교예 2 및 비교예 7 에서는, 통수 개시의 시점으로부터 제거율이 80 ％ 를 크게 하회하고 있고, PFAS 제거능은 0 을 나타냈다.
이 출원은, 2020년 10월 23일에 출원된 일본 특허출원 2020-177898을 기초로 하는 것이고, 그 내용은 본 발명에 포함되는 것이다.
본 발명을 표현하기 위해서, 전술에 있어서 구체적인 실시형태를 통해 본 발명을 적절하고 충분히 설명했지만, 당업자이면 전술한 실시형태를 변경 및/또는 개량하는 것은 용이하게 할 수 있는 것이라고 인식해야 한다. 따라서, 당업자가 실시하는 변경 형태 또는 개량 형태가, 청구범위에 기재된 청구항의 권리 범위를 이탈하는 레벨의 것이 아닌 한, 당해 변경 형태 또는 당해 개량 형태는, 당해 청구항의 권리 범위에 포괄된다고 해석된다.
본 발명의 탄소질 재료는 특히 함불소 유기 화합물의 제거에 유용하다. 따라서, 본 발명은, 정수용 필터, 정수기 등의 정수 기술에 있어서 폭넓은 산업상 이용가능성을 갖는다.

Claims (14)

  1. 벤젠 흡착량이 30 ∼ 60 ％ 이고, 비타민 B12 흡착량이 50.0 mg/g 초과이고, 또한, 질소 흡착 등온선으로부터 BJH 법에 의해 산출한 메소공의 세공 용적이 0.13 ∼ 0.30 ㎤/g 인, 탄소질 재료.
  2. 제 1 항에 있어서,
    질소 흡착 등온선으로부터 BET 법으로 산출한 비표면적이 1200 ∼ 2000 ㎡/g 인, 탄소질 재료.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    질소 흡착 등온선으로부터 산출한 평균 세공경이 1.85 ∼ 1.90 ㎚ 인, 탄소질 재료.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하중 12 kN 에 있어서의 분체 저항 측정에 의한 도전율이 3 ∼ 9 S/㎝ 인, 탄소질 재료.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    식물계의 탄소질 전구체에서 유래하는, 탄소질 재료.
  6. 제 5 항에 있어서,
    식물계의 탄소질 전구체가 야자 껍질인, 탄소질 재료.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이하의 측정 조건에 의해 얻어지는 함불소 유기 화합물의 제거 성능이 Bed Volume 으로 12000 이상인, 탄소질 재료.
    측정 조건 : 탄소질 재료를 충전한 직경 6.2 ㎜, 높이 25.4 ㎜, 내용적 0.77 mL 의 스테인리스제 칼럼에, PFOA 농도 50 ± 10 ppt, PFOS 농도 50 ± 10 ppt 로 조정한 물 (TOC 1.2 ppm 을 함유) 을 시험수로서 사용하고, 7.2 mL/분, 공간 속도 (SV) = 560 hr-1 의 조건에서, 업플로로 통수하여 제거율 80 ％ 를 하회한 점을 파과점으로 했을 때에 얻어지는, 통수 개시시부터 파과점까지의 통수량 (Bed Volume) 을 제거 성능으로 한다.
  8. 유동로를 사용한 탄소질 재료의 제조 방법으로서, 노상으로부터 도입하는 유동 가스와는 별도로, 산소 함유 가스를, 유동 가스와 산소 함유 가스를 합계한 가스 중의 산소 농도가 0.004 ∼ 1 용량％ 가 되도록 유동로에 도입하는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 탄소질 재료의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 노상으로부터 도입하는 유동 가스 중의 수증기 농도가 10 ∼ 40 용량％ 인, 탄소질 재료의 제조 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 유동로가, 유동 가스의 흐름 주방향 Z 에서 보아 유동로 내의 상류측에 가스 분산부를 구비하고 있고,
    상기 방향 Z 에 있어서의 가스 분산부의 상류단 위치를 0 (m), 하류단 위치를 t1 (m) 로 하고, 상기 산소 함유 가스를 도입하는 위치를 t2 (m) 로 했을 때, 0.5t1 ≤ t2 의 관계를 만족하도록, 상기 산소 함유 가스를 도입하는, 탄소질 재료의 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 탄소질 재료와 섬유상 바인더를 포함하는 정수용 필터로서, 상기 섬유상 바인더의 CSF 값이 10 ∼ 150 mL 이고, 탄소질 재료 100 질량부에 대하여, 섬유상 바인더를 4 ∼ 10 질량부 포함하는, 정수용 필터.
  12. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 탄소질 재료를 포함하는, 정수기.
  13. 제 11 항에 기재된 정수용 필터를 포함하는, 정수기.
  14. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 탄소질 재료로 이루어지는, 함불소 유기 화합물 제거재.
KR1020237013904A 2020-10-23 2021-10-14 탄소질 재료 및 그 제조 방법, 그리고 함불소 유기 화합물 제거재, 정수용 필터 및 정수기 KR20230091907A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2020-177898 2020-10-23
JP2020177898 2020-10-23
PCT/JP2021/038008 WO2022085550A1 (ja) 2020-10-23 2021-10-14 炭素質材料及びその製造方法、並びに、含フッ素有機化合物除去材、浄水用フィルター及び浄水器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230091907A true KR20230091907A (ko) 2023-06-23

Family

ID=81290852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237013904A KR20230091907A (ko) 2020-10-23 2021-10-14 탄소질 재료 및 그 제조 방법, 그리고 함불소 유기 화합물 제거재, 정수용 필터 및 정수기

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230390731A1 (ko)
EP (1) EP4215483A1 (ko)
JP (2) JP7060772B1 (ko)
KR (1) KR20230091907A (ko)
CN (1) CN116529207A (ko)
TW (1) TW202222705A (ko)
WO (1) WO2022085550A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7453463B1 (ja) 2023-11-29 2024-03-19 大阪ガスケミカル株式会社 炭素質材料及びその製造方法、並びに吸着フィルター

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010158662A (ja) 2008-07-04 2010-07-22 Daikin Ind Ltd 含フッ素界面活性剤含有水溶液の処理方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60137811A (ja) * 1983-12-22 1985-07-22 Toho Rayon Co Ltd 浄水用活性炭素繊維
JP2003290654A (ja) * 2002-04-01 2003-10-14 Kuraray Co Ltd 活性炭素繊維及びその製造方法、並びに浄水器用カートリッジ及び浄水器
JP5936423B2 (ja) * 2012-04-19 2016-06-22 フタムラ化学株式会社 浄水器用活性炭及びこれを用いた活性炭カートリッジ
US10843168B2 (en) * 2016-05-17 2020-11-24 Kuraray Co., Ltd. Activated carbon, and adsorption filter and water purifier both including same
CN110274189A (zh) 2019-04-19 2019-09-24 武汉康圣金水晶工艺品有限公司 一种水晶灯罩
JP6829796B1 (ja) * 2019-04-26 2021-02-10 株式会社クラレ 炭素質材料及びその製造方法、並びに浄水用フィルター及び浄水器

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010158662A (ja) 2008-07-04 2010-07-22 Daikin Ind Ltd 含フッ素界面活性剤含有水溶液の処理方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4215483A1 (en) 2023-07-26
TW202222705A (zh) 2022-06-16
US20230390731A1 (en) 2023-12-07
JPWO2022085550A1 (ko) 2022-04-28
WO2022085550A1 (ja) 2022-04-28
JP2022093398A (ja) 2022-06-23
JP7060772B1 (ja) 2022-04-26
CN116529207A (zh) 2023-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102511171B1 (ko) 클로라민 및 염소 제거 물질 및 이의 제조 방법
JP7012026B2 (ja) 多孔質炭素材料並びにその製造方法と用途
Manap et al. Adsorption isotherm and kinetic study of gas-solid system of formaldehyde on oil palm mesocarp bio-char: pyrolysis effect
KR20160142275A (ko) 정수기용 활성탄
Hassani et al. Activated carbon fiber for environmental protection
JP6829796B1 (ja) 炭素質材料及びその製造方法、並びに浄水用フィルター及び浄水器
KR102510598B1 (ko) 탄소질 재료 및 그 제조 방법, 그리고 정수용 필터 및 정수기
Anadão et al. Preparation and characterization of carbon/montmorillonite composites and nanocomposites from waste bleaching sodium montmorillonite clay
KR20230091907A (ko) 탄소질 재료 및 그 제조 방법, 그리고 함불소 유기 화합물 제거재, 정수용 필터 및 정수기
JP2006282441A (ja) かび臭除去用粉末活性炭
Chouikhi et al. Valorization of agricultural waste as a carbon materials for selective separation and storage of CO2, H2 and N2
Manirajah et al. Evaluation of low cost-activated carbon produced from waste tyres pyrolysis for removal of 2-chlorophenol
Nuilerd et al. Pellet activated carbon production using parawood charcoal from gasifier by KOH activation for adsorption of iron in water.
Wang et al. Performance evaluation of adsorptive removal of Ni (II) by treated waste granular-activated carbon and new granular-activated carbon
US10464820B2 (en) Fluid purification media and cartridge
KR20200127174A (ko) 다공질 탄소 재료 그리고 그 제조 방법과 용도
JP7453462B1 (ja) 炭素質材料及びその製造方法、吸着フィルター、浄水器カートリッジ、浄水器、並びに水浄化設備
Ebrahimzade et al. Porous nanomaterials associated with the adsorption of VOCs: A Review
Gaur Adsorption on activated carbon: role of surface chemistry in water purification
RU2807840C1 (ru) Способ приготовления поглотителя хлороводорода из газовых смесей
Sahoo Preparation and Properties of Activated Carbon
Gholidoust Saraidashti CO2 Adsorption Enhancement via Modification of Porous Materials
JP2024080893A (ja) 活性炭及び活性炭フィルター体
JP2019209312A (ja) 造粒用繊維状バインダ