CN104583119B - 赋予有碱性官能团的活性炭及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种亲水性良好、增大了水蒸气吸附量的活性炭、以及该活性炭的制备方法。本发明的活性炭具有活性炭的碱性官能团量为0.470meq/g以上的要旨，所述活性炭的单位比表面积的碱性官能团量优选为0.200μmeq/m2以上，碱性官能团量与酸性官能团量的比(碱性官能团量/酸性官能团量)优选为1.00以上，另外，本发明的活性炭的制备方法具有包括使活性炭与碱性物质接触以赋予碱性官能团的工序的要旨，而且包括将所得到的活性炭在惰性气氛下加热的工序，是优选的实施方式。

Description

赋予有碱性官能团的活性炭及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种赋予有碱性官能团的活性炭及其制备方法。
背景技术
活性炭由于其高比表面积和发达的细孔结构而被用于各种吸附用途等中。为了在这样的用途中有效地发挥功能，要求活性炭具有适当的物性。已知活性炭的吸附性能等物性受活性炭的结构影响，主要受比表面积影响。但是，活性炭由于是疏水性的，对水等极性物质(具有极性基团的物质)的吸附性能差，因此，难以适用于空气中的水分(水蒸气)吸附用途，例如以水蒸气为工作介质的吸附热泵用吸附材料等。另外，活性炭由于与水的润湿性差，不能充分与水接触，因此，对水中的被吸附物的吸附能力差，因此，在水(液体)中的被吸附物的吸附效率比在空气(气体)中使用时低。
近年来，根据各种研究，研究了提高活性炭的亲水性的技术，提出了能够提高在现有的活性炭中不够充分的水蒸气吸附量的活性炭。
例如在非专利文献1中提出了一种利用盐酸或硝酸等氧化剂将活性炭氧化处理，在活性炭表面赋予酸性官能团，以提高亲水性的技术。
另外，在非专利文献2中提出了一种在间苯二酚-甲醛树脂中添加尿素或三聚氰胺，在活性炭的炭骨架(环结构)内引入氮，以提高亲水性的技术。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：下岡·山崎·武脇ら“用于高性能吸附热泵的亲水性活性炭的开发”化学工学论文集第32卷第6号第528～534页2006年
非专利文献2：坂尾·堀河·加藤·林“含氮多孔质碳材料的制备及其水蒸气吸附特性”SCEJ 76th Annual Meeting 2011年、第222页
发明内容
本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种亲水性良好的活性炭，特别是提高水蒸气吸附量的活性炭，以及该活性炭的制备方法。
本发明人反复深入研究的结果发现，在活性炭表面赋予碱性官能团时，活性炭的亲水性良好，还能够提高水蒸气吸附量。另外，本发明人发现，在活性炭的制备过程中，用碱性物质处理活性炭时，能够在活性炭表面赋予有助于提高活性炭的亲水性的碱性官能团，从而完成本发明。
能够达到上述目的的本发明的活性炭具有活性炭的碱性官能团量为0.470meq/g以上的要旨。
另外，在本发明中，所述活性炭的单位比表面积的碱性官能团量为0.200μeq/m2以上是优选的实施方式，进而所述活性炭的碱性官能团量与酸性官能团量的比(碱性官能团量/酸性官能团量)为1.00以上也是优选的实施方式。
本发明中，将上述任意一项所述的活性炭用于吸附用途也是优选的实施方式，另外，使用了该活性炭的吸附材料也是优选的实施方式。
另外，能够解决上述目的的本发明的活性炭的制备方法具有包括使活性炭与碱性物质接触，以赋予碱性官能团的工序的要旨。
在本发明中，优选包括将在赋予所述碱性官能团的工序中得到的活性炭在惰性气氛下加热处理的工序。
另外，还优选包括用无机酸洗涤在活化处理工序中得到的活性炭的工序。
在本发明中，还包括使用了通过上述任意一项所述的制备方法而得到的活性炭的吸附材料。
本发明的活性炭由于增加碱性官能团量，因此，能够提高活性炭的亲水性，能够发挥水蒸气吸附量的增加效果。
另外，根据本发明的方法，能够增加活性炭的碱性官能团量，从而能够提供一种亲水性良好的活性炭、特别是提高水蒸气吸附量的活性炭。
附图说明
图1是表示本发明的活性炭的制备工序的工序示意图；
图2是绘制碱性官能团量与低相对压区域的水蒸气吸附量的关系的图；
图3是绘制单位比表面积的碱性官能团量与低相对压区域的水蒸气吸附量的关系的图。
具体实施方式
关于活性炭的水蒸气吸附性能，已知低相对压区域的吸附量(以下有时仅称作“吸附量”)小，在中相对压区域显示急剧上升(非专利文献2)。因此，本发明人深入研究的结果明白，在活性炭表面增加氨基等碱性官能团时，亲水性变得良好，另外，能够显著提高低相对压区域的活性炭每单位质量的水蒸气吸附量。
在本发明中，“低相对压”是指，吸附平衡状态时的水蒸气的压力(吸附平衡压)P〔mmHg〕与水蒸气的饱和蒸气压P0〔mmHg〕的比(相对压：P/P0)为0.6以下。
本发明的活性炭，活性炭的碱性官能团量为0.470meq/g以上。活性炭的碱性官能团量变多时，亲水性得以提高，在低相对压区域的水蒸气吸附量也得以增大。活性炭的碱性官能团量优选为0.480meq/g以上，更优选为0.500meq/g以上。活性炭的碱性官能团量的上限没有特别的限定，但是优选为2.00meq/g以下，更优选为1.50meq/g以下，进一步优选为1.00meq/g以下。
另外，关于活性炭的吸附性能，单位比表面积的碱性官能团量(μeq/m2)的影响也大，可知，单位比表面积的碱性官能团量为0.200μeq/m2以上与不足0.200μeq/m2时产生差。即，活性炭的碱性官能团量为上述规定值以上，进而单位比表面积的碱性官能团量变多时，亲水性进一步提高，水蒸气吸附量也得以提高，因此优选。单位比表面积的碱性官能团量优选为0.200μeq/m2以上，更优选为0.230μeq/m2以上。关于单位比表面积的碱性官能团量的上限，没有特别的限定。
此外，本发明的活性炭增大碱性官能团量时，显示出酸性官能团量降低的趋势，考虑这是由于在活性炭的制备过程中存在于活性炭表面的酸性官能团被除去，并且在该被除去了酸性官能团的活性炭表面被赋予碱性官能团的缘故。并且，为了得到增大了碱性官能团量的亲水性提高效果，活性炭的碱性官能团量与酸性官能团量的比(碱性官能团量/酸性官能团量)优选为1.00以上，更优选为1.05以上，进一步优选为1.10以上。关于活性炭的碱性官能团量与酸性官能团量的比的上限，没有特别的限定，但是，优选调节碱性官能团量和酸性官能团量，使得碱性官能团量与酸性官能团量的比为1.00以上。例如酸性官能团量优选为1.5meq/g以下，更优选为1.0meq/g以下，进一步优选为0.8meq/g以下。
本发明的活性炭的形状没有特别的限定，形成为适合用途的形状即可，可举出粉末状、粒状、纤维状等。例如在水等液体中将活性炭用作吸附材料时，从通水性和减少压力损失的观点考虑，可以使用纤维状(例如纤维直径为5～30μm程度)的活性炭。
在本发明中，从吸附性能的观点考虑，活性炭的比表面积的上限及下限没有特别的限定。但是，由于有活性炭的比表面积变大时，吸附能力也得以提高的趋势，因此，活性炭的比表面积优选为500m2/g以上，更优选为800m2/g以上。另外，由于比表面积变得过大时，活性炭的强度会降低，因此，活性炭的比表面积优选为4000m2/g以下，更优选为3500m2/g以下。在此，“活性炭的比表面积”是根据测定多孔质碳的氮吸附等温线的BET法求出的值。
本发明的活性炭的细孔容积(全细孔容积)和细孔直径没有特别的限定。活性炭的细孔容积和细孔直径根据被吸附物质适当调节即可。例如全细孔容积优选为0.2cm3/g以上，更优选为0.5cm3/g以上，优选为3.0cm3/g以下，更优选为2.8cm3/g以下。在此，“全细孔容积”是根据测定相对压P/P0(P：吸附平衡时吸附质的气体的压力、P0：吸附温度中的吸附质的饱和蒸气压)在0.93的氮吸附量的氮气吸附法求出的值。另外，平均细孔径优选为1.5nm以上，更优选为1.6nm以上，优选为4.0nm以下，更优选为3.5nm以下。在此，“平均细孔径”是使用根据BET法求出的比表面积与根据氮气吸附法求出的全细孔容积，假定细孔形状为圆筒状而计算出的值[(4×由氮气吸附法求出的全细孔容积)/由BET法求出的比表面积]。
此外，本发明的活性炭的比表面积、全细孔容积、平均细孔径等，可以通过适当选择用于原料的活性炭原料、加热条件等而调节。
本发明的活性炭的亲水性，可以用水蒸气吸附量来表示。即，这是由于提高活性炭的亲水性时，活性炭表面与水的润湿性变高，水蒸气吸附量增大的缘故。另外，本发明的活性炭的吸附性能，如后记的实施例所示，用水蒸气吸附量表示，但是，由于对水蒸气的吸附性能高时，对各种极性物质也显示出良好的吸附性能，因此，本发明的活性炭的吸附性能并不限定于对水蒸气的吸附性能。因此，本发明的活性炭(包括用后记的本发明的制备方法得到的活性炭)可以作为空气中的水分吸附用途、除臭用途、有害物质除去用途等各种用途中的吸附用活性炭使用，例如，适合用作气体吸附用填充材料、***用填充材料(过滤材料、吸附材料)等吸附材料。
另外，由于通过赋予碱性官能团，亲水性得以提高，因此，与水的亲和性得以提高，能够得到良好的分散性。例如，用作电极材料时，通过提高涂覆性、提高与电解液的润湿性，同时降低酸性官能团量，能够用作耐久性也良好的电极用活性炭。
以下，基于图1所示的工序示意图，对本发明的具有碱性官能团的活性炭的制备方法进行说明，但是，本发明的制备方法不限定于下述制备方法，也可以适当改变。
(活化处理工序)
活化处理工序是在碳质物质和/或碳质物质的碳化物(以下有时统称“碳化物”)的表面形成细孔，以增大比表面积及细孔容积的工序。
作为在本工序中使用的碳质物质，只要是作为活性炭原料而公知的碳质物质，就没有特别的限定。例如，可举出木材、锯屑、木炭、椰子壳、纤维素系纤维、合成树脂(例如苯酚树脂)等难石墨化性碳；中间相沥青、沥青焦炭、石油焦炭、煤焦炭、针焦炭、聚氯乙烯、聚酰亚胺、PAN等易石墨化性碳；以及它们的混合物等。这些碳质物质可以单独使用，也可以两种以上组合使用。优选为苯酚树脂等合成树脂、或合成树脂与其它碳质物质的组合(例如纸-苯酚树脂层积体)。
根据需要，碳质物质还可以在活化处理前被高温碳化处理。在本工序中使用的碳质物质的碳化物，可以通过将上述碳质物质在惰性气体中在400℃～1000℃下热处理1～3小时而得到。
作为活化处理的方法，可举出气体活化；药品活化等。所谓“气体活化”，是指将碳化物加热到规定温度后，通过供给活化气体来进行活化处理的方法。作为活化气体，可以使用水蒸气、空气、二氧化碳、氧气、燃烧气体以及这些气体的混合气体。所谓“药品活化”是指将碳质物质和/或碳质物质的碳化物与活化剂混合，通过加热进行活化处理的方法。在本发明的活性炭的制备方法中，活化处理方法没有特别的限定，但是，作为活化处理的方法，优选采用将含有碱金属化合物的活化剂与碳质物质和/或碳质物质的碳化物混合，在惰性气体中加热而得到活性炭的碱活化处理工序。通过碱活化，能够得到具有更高比表面积的活性炭。另外，采用碱活化时，有活化处理后的活性炭的酸性官能团量增大的趋势，但是，通过实施后记的碱性官能团赋予工序和加热处理工序，能够减少酸性官能团量。特别是通过在氮气气氛下进行加热处理，能够进一步发挥增大碱性官能团量的效果。
以下，对碱活化处理工序的优选实施方式进行说明。
作为所述碱活化剂，优选碱金属化合物。作为碱金属化合物，只要是一般被用作碳化物的活化剂的，就没有限定。例如，可举出氢氧化钾、氢氧化钠等碱金属氢氧化物；碳酸钾、碳酸钠等碱金属碳酸盐；硫酸钾、硫酸钠等碱金属硫酸盐。更优选为氢氧化钾、氢氧化钠等碱金属氢氧化物，进一步优选为氢氧化钾。
活化剂也可以含有除碱金属化合物以外的其它活化剂。例如，可举出磷酸、硫酸、氯化钙、氯化锌、硫化钾等。
关于活化剂相对于碳质物质和/或碳质物质的碳化物的混合量，存在其越多，活性炭的比表面积越大的趋势，适当设定该混合量，使得活性炭的比表面积成为所希望的比表面积即可。例如为了充分增大活性炭的比表面积(例如1500m2/g以上)，活化剂相对于碳质物质的碳化物的质量比(活化剂的质量/碳质物质的碳化物的质量)优选为0.5以上，更优选为1以上。另一方面，活化剂的混合比率过高时，有时会导致活性炭密度的低密度化，因此，活化剂的质量比优选为10以下，更优选为5以下，进一步优选为4以下。
作为本工序中使用的惰性气体，可举出氩气、氦气、氮气等。
本工序的加热温度低时，活化不进行；过高时，会引起活化容器或活化炉的腐蚀，不实用，因此，为400～900℃较好，优选为500～900℃，更优选为600～900℃。此外，加热时间没有特别限定，通常为5小时以内。
(前处理工序(水洗涤工序))
前处理工序为根据需要在碱活化处理工序后，无机酸洗涤工序之前，用水进行洗涤的工序，优选通过重复进行多次(例如2～5次程度)，提高残留在活性炭中的碱金属的去除率。
本工序中使用的水的温度没有特别的限定，从提高碱金属的去除效率的观点考虑，优选水为20℃以上。另一方面，由于水的温度过高时，由蒸发引起的水的损失变多，因此，在常压下进行本工序时，优选水为100℃以下，更优选水为95℃以下。
(无机酸洗涤工序)
无机酸洗涤工序为用无机酸洗涤被碱活化等活化处理后的活性炭的工序，用无机酸洗涤并除去残留在活性炭上的碱金属等。优选通过重复进行多次(例如2～5次程度)，提高碱金属去除率。
作为在本工序中使用的无机酸，一般只要是在碱活化时为了除去残留在活性炭上的碱金属而使用的无机酸，就没有特别的限定，可举出盐酸、氢氟酸等含氢酸、或硫酸、硝酸、磷酸、高氯酸等含氧酸，特别优选盐酸。
本工序中使用的无机酸，优选以无机酸水溶液的形式被使用。水溶液中的无机酸的浓度没有特别的限定，但是，从提高无机酸的去除效率、以及制备成本的观点考虑，相对于100质量份的碱活化处理后的活性炭，优选调节为10质量份～100质量份的无机酸被供给的浓度。
本工序中使用的无机酸水溶液的液温，没有特别的限定，但是，优选设定为能够抑制无机酸的挥发、提高活性炭中的碱金属的去除效率的温度区域，例如优选为50℃以上，优选为100℃以下，更优选为85℃以下。
(后处理工序(水洗涤工序))
后处理工序为根据需要在无机酸洗涤工序后，用水进行洗涤的工序，优选通过重复进行多次(例如2～5次程度)，提高残留在活性炭中的无机酸的去除率。
本工序中使用的水的温度没有特别的限定，从提高无机酸的去除效率的观点考虑，水优选为30℃以上，更优选为50℃以上，进一步优选为60℃以上。另一方面，水的温度过高时，由蒸发引起的水的损失变多，因此，在常压下进行本工序时，优选水为100℃以下，更优选水为95℃以下。
(碱性官能团赋予工序)
碱性官能团赋予工序为使活性炭与碱性物质接触，赋予碱性官能团的工序，通过本工序，能够增大活性炭的碱性官能团量。另外，残留在活性炭上的无机酸，通过与一部分的碱性物质中和反应而被中和并除去，其结果，减少了活性炭的酸性官能团量。
本工序中使用的“碱性物质”，是与无机酸中和反应、且能够在活性炭表面赋予碱性官能团的物质。具体地，可举出碳酸铵或碳酸氢铵等热分解性的碱性物质、或甲胺、乙胺、丙胺、二甲胺、二乙胺、二丙胺、三甲胺、三乙胺等有机胺、或氨等挥发性的碱性物质。这些碱性物质，可以单独使用，也可以两种以上组合使用。优选发挥对活性炭的碱性官能团量增大良好的效果的碳酸铵或碳酸氢铵等热分解性的碱性物质，特别优选碳酸氢铵。
本工序也可以使用使上述碱性物质溶解在溶剂中而成的溶液而进行。另外，优选为通过无机酸与碱性物质的中和反应而生成的盐也溶解的溶剂。例如，可举出水或甲醇、乙醇等醇类。这些溶剂可以单独使用，也可以两种以上组合使用。
本工序中使用的溶液的液温，在使用的碱性物质为热分解性的物质时，优选设定为小于该碱性物质的热分解温度。另外，为挥发性的物质时，优选设定为尽可能难挥发的温度。
本工序中使用的碱性物质的使用量，没有特别的限定，例如相对于100质量份的活性炭，优选供给碱性物质0.5质量份以上、更优选1.0质量份以上，优选100质量份以下，更优选50质量份以下。
本工序也可以重复进行几次，直至活性炭中的无机酸浓度为所期望的数值以下，但是，在进行后述的水洗涤工序时，优选重复进行直至1kg活性炭中无机酸含量为500mg以下(活性炭还含有一种以上的金属时，各金属含量为200mg以下(例如K、Fe、Ni的含量分别为200mg以下))。
(水洗涤工序)
本发明的活性炭的制备方法还可以包括在使用了上述碱性物质的碱性官能团赋予工序后，进一步用水洗涤所得到的活性炭的工序，另外，通过重复进行多次(例如2～5次程度)，能够进一步提高残留在活性炭中的无机酸等的去除率。而且，也可以除去残留在活性炭表面的碱性物质、或利用无机酸与碱性物质的中和反应生成的盐。
本工序中使用的水的温度没有特别的限定，从提高无机酸的去除效率的观点考虑，水优选为30℃以上，更优选为50℃以上，进一步优选为60℃以上。另一方面，水的温度过高时，由蒸发引起的水的损失变多，因此，在常压下进行本工序时，优选水为100℃以下，更优选水为95℃以下。
本工序中使用的水，在不妨碍本工序的目的的范围内，也可以含有其它成分。作为其它成分，只要是能够通过加热从活性炭中快速除去的成分，就没有特别的限定，例如可举出甲醇、乙醇等醇类等。
(粉碎工序)
在粉碎工序中，为将上述活化处理后的活化炭制成所期望的尺寸(例如平均粒径为1μm～20μm程度)的工序。粉碎工序也可以在后记的加热处理工序的前后进行均可。
活化炭的粉碎方法，没有特别的限定，使用球磨机、盘磨机、珠磨机、喷磨机等进行即可。其中，球磨机简便而优选。另外，对于使用球磨机的粉碎方法，有湿式和干式，均可以使用。此外，也可以适当改变粉碎条件，以得到所期望的平均粒径。另外，调节活化炭的平均粒径时，也可以根据需要进行分级。分级例如可以使用不锈钢筛或旋风型分级装置等。
(加热处理工序)
加热处理工序为将在上述赋予碱性官能团的工序中得到的活性炭在惰性气氛下进行加热处理的工序。作为本工序中使用的惰性气体，可举出氩气、氦气、氮气等，优选氮气。通过在惰性气氛下(优选氮气气氛下)进行加热处理，能够促进残留在活性炭上的酸性官能团的分解和脱离，能够进一步增大活性炭的碱性官能团量。
为了抑制活性炭的碱性官能团的脱离(去除)、促进酸性官能团的分解和脱离，优选采用下述加热温度和加热时间。
本工序的加热温度，优选为1500℃以下，更优选为1200℃以下，进一步优选为1000℃以下，更进一步优选为800℃以下。另一方面，从提高碱性官能团量的增加效果的观点考虑，优选为300℃以上，更优选为400℃以上，进一步优选为500℃以上。
从提高上述效果的观点考虑，加热时间优选在上述温度区域中加热1分钟以上，更优选为5分钟以上，进一步优选为10分钟以上。另一方面，加热时间过长时，有时活性炭的比表面积或细孔容积会降低，引起吸附容量减少，因此，优选为10小时以下，更优选为8小时以下，进一步优选为4小时以下。
本申请主张基于2012年8月9日申请的日本专利申请第2012-177233号的优先权的利益。2012年8月9日申请的日本专利申请第2012-177233号的说明书的全部内容作为本申请的参考而被引用。
实施例
以下举出实施例，对本发明进行更具体地说明，但是，本发明并不受下述实施例的限制，当然也可以在能够适合上述、下述宗旨的范围内施加改变而实施，这些均包含在本发明的技术范围内。
(实施例1)
＜活化处理工序＞
将作为碳质物质的纸苯酚树脂层积板在氮气气氛中在700℃下处理碳化2小时，得到纸苯酚树脂的碳化物。在所得到的纸苯酚树脂碳化物50g中，以质量比(活化剂的质量/碳质物质的碳化物的质量)计添加2.5倍的氢氧化钾作为活化剂，在氮气气氛中在800℃下处理2小时，得到被活化的活性炭。
＜前处理工序(水洗涤工序)＞
在所得到的活性炭中加入2L水(60℃)，在100℃下加热1小时后，进行过滤。过滤后，使用水(60℃)，重复进行洗涤和脱水，直至活性炭的pH为9以下。
＜无机酸洗涤工序＞
在通过前处理工序得到的活性炭中加入1.7L水和0.3L盐酸(浓度为35质量％)，并在100℃下加热1小时后，进行过滤。
＜后处理工序(水洗工序)＞
在通过无机酸洗涤工序得到的活性炭中加入水(60℃)，重复进行洗涤和脱水，直至pH为3以上。
＜碱性官能团赋予工序＞
在所得到的活性炭中加入作为碱性物质溶解液的0.1质量％的碳酸氢铵(NH4HCO3)水溶液，调制活性炭浓度为10质量％的浆料，搅拌10分钟后，脱水。进一步重复该工序5次。
＜水洗涤工序＞
在通过碱性官能团赋予工序而得到的活性炭中加入水(60℃)，调制活性炭浓度为10质量％的浆料，搅拌10分钟后，脱水，得到活性炭。
＜粉碎工序＞
使用盘磨机型振动粉碎机(川崎重工株式会社制)，将通过水洗工序得到的活性炭粉碎，使得平均粒径为5～15μm，以调节活性炭的粒度。
＜加热处理工序＞
将所得到的活性炭加入马弗炉(光洋サーモ社制)，在氮气流通下(2L/min)升温(升温速度：10℃/分钟)，直至炉内温度为800℃，在该温度(800℃)下保持2小时，之后，在炉内放冷至室温，得到活性炭(A)。
(实施例2)
在碱性官能团赋予工序中，除了将碱性物质溶解液变为0.5质量％的碳酸氢铵(NH4HCO3)水溶液以外，与上述实施例1同样地，制备活性炭(B)。
(实施例3)
在碱性官能团赋予工序中，除了将碱性物质溶解液变为5.0质量％的碳酸氢铵(NH4HCO3)水溶液以外，与上述实施例1同样地，制备活性炭(C)。
(比较例1)
除了未进行碱性官能团赋予工序、碱性官能团赋予工序后的水洗涤工序以外，与上述实施例1同样地，制备活性炭(D)。
测定上述各样品的比表面积(m2/g)、酸性官能团量(meq/g)、碱性官能团量(meq/g、μmeq/m2)、水蒸气吸附量(cc/g)，表示在表1中。
(比表面积的测定方法)
使样品(0.2g)在250℃下真空干燥后，使用比表面积/细孔径分布测定装置(島津-マイクロメリティックス社制ASAP-2400)，测定液体氮气氛下(-196℃)的氮气的吸附量，求出氮吸附等温线，通过BET法求出比表面积(m2/g)。
(酸性官能团量的测定方法)
酸性官能团的量根据Boehm法(在文献“H.P.Boehm,Adzan.Catal,16,179(1966)”中记载有其详细情况)而求出。具体地，首先，在2g样品中加入50ml乙醇钠水溶液(0.1mol/L)，以500rpm搅拌2小时后，放置24小时。经过24小时后，再搅拌30分钟，进行过滤分离。相对于25ml所得到的滤液，滴加0.1mol/L的盐酸，测定pH为4.0时的盐酸滴定量。另外，作为空白试验，相对于25ml所述乙醇钠水溶液(0.1mol/L)，滴加0.1mol/L的盐酸，测定pH为4.0时的盐酸滴定量。然后，通过下述式(1)计算出酸性官能团量(meq/g)。
【数学式1】
Figure GDA0000669471210000141
a：空白试验中的盐酸滴定量(ml)
b：使样品反应时的盐酸滴定量(ml)
S：样品质量(g)
(碱性官能团量的测定方法)
碱性官能团的量通过测定酸性官能团量时的反滴定而求出。具体地，在2g样品中加入50ml盐酸(0.1mol/L)，以500rpm搅拌2小时后，放置24小时。经过24小时后，再搅拌30分钟，进行过滤分离。相对于25ml所得到的滤液，滴加0.1mol/L的氢氧化钠，测定pH为8.0时的氢氧化钠滴定量。另外，作为空白试验，相对于25ml所述盐酸(0.1mol/L)，滴加0.1mol/L的氢氧化钠，测定pH为8.0时的氢氧化钠滴定量。然后，通过下述式(2)计算出碱性官能团量(meq/g)。
【数学式2】
Figure GDA0000669471210000151
a：空白试验中的氢氧化钠滴定量(ml)
b：使样品反应时的氢氧化钠滴定量(ml)
S：样品质量(g)
(单位比表面积的碱性官能团量)
从通过上述BET法求出的比表面积(m2/g)与碱性官能团量，计算出单位比表面积的碱性官能团量(μeq/m2)。
(水蒸气吸附量的测定方法)
将40mg样品在250℃下真空加热后，使用高精度气体/蒸气吸附量测定装置(BELSORP-max，日本ベル株式会社制)，测定298K下的水蒸气吸附等温线。利用所得到的水蒸气吸附等温线计算出直至相对压(P/P0)为0.6的水蒸气吸附量。
表1
Figure GDA0000669471210000152
※1单位比表面积的碱性官能团量
实施例1～3是满足本发明的规定的活性炭，显示出高的水蒸气吸附量(100cc/g以上)。另一方面，比较例1中，碱性官能团量少，水蒸气吸附量(小于100cc/g)少。
若更详细地研究上述实验结果，可以看出，首先，在未进行碱性官能团赋予工序的比较例1中，碱性官能团量少。
另外，在实施例1～3中，碱性官能团赋予工序中的碱性物质浓度越高，活性炭的碱性官能团量也增加，对于增大碱性官能团量，提高碱性物质浓度是有效的。
另外，若比较实施例1～3，碱性官能团量变多时，显示出酸性官能团量减少的趋势，但是，如上所述，考虑这是由于在活性炭的制备过程中存在于活性炭表面的酸性官能团被除去，并且在该被除去了酸性官能团的活性炭表面被赋予碱性官能团的缘故。因此，对于减少酸性官能团量，增加碱性官能团量是有效的。
若比较比表面积相同的实施例1和比较例1，碱性官能团量少的比较例1的水蒸气吸附量少。由此可以看出，与比表面积相比，碱性官能团量对水蒸气吸附量的影响大。
同样地，比较实施例2和比较例1，也可以明白上述结论。即，若比较实施例2和比较例1，实施例2比比较例1的比表面积小，但是，碱性官能团量多。实施例2比比较例1的水蒸气吸附量多，由此也可以看出，与比表面积相比，碱性官能团量对水蒸气吸附量的影响大。
另外，比较例1是比实施例3的酸性官能团量多，但是碱性官能团量少的例子。由于该比较例1比实施例3的水蒸气吸附量少，因此，可以看出，与酸性官能团量相比，碱性官能团量对水蒸气吸附量的影响大。
从以上结果也显示出，对于提高水蒸气吸附量，增大碱性官能团量比增大比表面积有效。
图2是绘制碱性官能团量与低相对压区域(至0.6)的水蒸气吸附量的关系的图。从该图显示出，增加碱性官能团量时，伴随于此，水蒸气吸附量也增加，特别是在碱性官能团量为0.470meq/g以上的实施例1～3中(图中黑圆点)，显示出高的水蒸气吸附量。
同样地，从绘制单位比表面积的碱性官能团量与低相对压区域的水蒸气吸附量的关系的图3也显示出，伴随着单位比表面积的碱性官能团量的增加，水蒸气吸附量增大。另外，可以看出，单位比表面积的碱性官能团量为0.200μeq/g以上(实施例1～3)时，水蒸气吸附量也变高。

Claims (4)

1.一种极性物质吸附性良好的活性炭吸附材料，其特征在于，该活性炭吸附材料为通过使活性炭与碱性物质溶解液接触而得到碱活化活性炭，所述接触后的活性炭的碱性官能团量为0.470meq/g以上，单位比表面积的碱性官能团量为0.200μeq/m2以上，比表面积为1500m2/g以上，并且所述接触后的活性炭中含有的K、Fe、Ni各金属含量分别为200mg/kg以下。
2.根据权利要求1所述的极性物质吸附性良好的活性炭吸附材料，其中，所述接触后的活性炭的碱性官能团量与酸性官能团量的比，即碱性官能团量/酸性官能团量为1.00以上。
3.一种权利要求1或2所述的活性炭吸附材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：
将碳质物质进行碳化处理的工序；
将碳化处理后的碳化物进行活化处理的工序；
将得到的活化炭进行无机酸洗涤处理的工序；以及
对无机酸洗涤处理后的活化炭赋予碱性官能团的工序，
其中，所述赋予碱性官能团的工序为使碱性物质溶解液与活性炭在小于所述碱性物质的热分解温度的温度下接触，以赋予碱性官能团的工序。
4.根据权利要求3所述的活性炭吸附材料的制备方法，其中，该方法包括将在赋予所述碱性官能团的工序中得到的活性炭在惰性气氛下加热处理的工序。
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