JP2001019415A - Method and device for alkali recycle regeneration of carbon material - Google Patents
Method and device for alkali recycle regeneration of carbon materialInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は炭素材のアルカリリ
サイクル賦活方法及びその装置に関するものである。よ
り詳細には、本発明は、アルカリ金属化合物賦活剤のト
ータル使用量の低減、賦活後の処理工程の簡略化を可能
とする、炭素材のバッチ方式、半連続方式、及び連続方
式のアルカリリサイクル賦活方法及びその装置に関する
ものである。The present invention relates to a method and an apparatus for activating alkali recycling of carbon materials. More specifically, the present invention is directed to batch, semi-continuous, and continuous alkali recycling of carbon materials that enables a reduction in the total amount of alkali metal compound activator used and simplification of the processing steps after activation. The present invention relates to an activation method and an activation device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】最近、より高比表面積を有する活性炭又
は活性炭素繊維は、浄水器、電気二重層キャパシタ等に
広く使用され、益々注目されるようになってきている。
このように高比表面積の活性炭又は活性炭素繊維の製造
には、アルカリ賦活剤による高温賦活法が比表面積が非
常に大きい活性炭又は活性炭素繊維が得られる点で有利
である。しかしながら、このアルカリ賦活剤による高温
賦活法は、溶融状又は溶液状のアルカリ金属化合物等の
アルカリ賦活剤で炭素材を賦活処理した後に水洗すると
いう方法で行っているのが現状である。この場合、賦活
処理後に生成したアルカリ金属は、得られた活性炭又は
活性炭素繊維の水洗工程等で流去されてしまい、アルカ
リ賦活剤の使用量の低減、水洗等の処理工程の削除又は
短縮、作業能率の向上等の低コスト製造プロセスの確立
が急務であった。2. Description of the Related Art Recently, activated carbon or activated carbon fiber having a higher specific surface area has been widely used in water purifiers, electric double layer capacitors and the like, and has been receiving more and more attention.
For the production of activated carbon or activated carbon fibers having such a high specific surface area, a high-temperature activation method using an alkali activator is advantageous in that activated carbon or activated carbon fibers having a very large specific surface area can be obtained. However, at present, the high-temperature activation method using an alkali activator is performed by a method in which a carbon material is activated with an alkali activator such as a molten or solution alkali metal compound and then washed with water. In this case, the alkali metal generated after the activation treatment is washed away in the washing step of the obtained activated carbon or activated carbon fiber, and the amount of the alkali activator used is reduced. There was an urgent need to establish a low-cost manufacturing process such as improving work efficiency.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、アル
カリ金属化合物賦活剤のトータル使用量の低減、賦活後
の処理工程の簡素化を可能とする、炭素材のバッチ方
式、半連続方式、及び連続方式のアルカリリサイクル賦
活方法及びその装置を提供するものである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to reduce the total amount of an alkali metal compound activator used and to simplify the processing steps after activation. And a method for activating alkali recycling by a continuous method and an apparatus therefor.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
鋭意検討した結果、炭素材の賦活処理に使用した後のア
ルカリ金属化合物賦活剤から生成した金属アルカリを新
たに配置した炭素材層により捕捉し、これを水和してア
ルカリ賦活剤に再生して再度該炭素材の賦活に用いるこ
とにより、炭素材のアルカリリサイクル賦活プロセスを
確立できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は； （A) アルカリリサイクル賦活方法： アルカリ金属化合物を賦活剤とする炭素材のアルカ
リ賦活時に発生するアルカリ金属を炭素材層で捕捉した
後に、水和してアルカリ賦活剤に戻し、再度アルカリ賦活
を行うことを特徴とする炭素材のアルカリリサイクル賦
活法を提供する。また、 アルカリ金属化合物を賦活剤とする炭素材のアルカ
リ賦活時に、不活性ガスを流通させ生成アルカリ金属を
移送する点に特徴を有する。また、 アルカリ金属を捕捉する炭素材層の温度調節を行う
点に特徴を有する。また、 アルカリ金属を捕捉した炭素材層を賦活する点に特
徴を有する。Means for Solving the Problems As a result of diligent study of the above-mentioned problems, the present inventor has found that a carbon material layer in which a metal alkali generated from an alkali metal compound activator after being used for an activation treatment of a carbon material is newly disposed. The present inventors have found that a process for activating alkali recycling of a carbon material can be established by hydrating it, regenerating it into an alkali activator, and using it again for activating the carbon material, thereby completing the present invention.
That is, the present invention provides: (A) an alkali recycling activation method: after capturing an alkali metal generated during alkali activation of a carbon material using an alkali metal compound as an activator, the carbon material layer is hydrated and returned to the alkali activator. And an alkali recycle activation method for a carbon material, wherein the alkali activation is performed again. Further, the present invention is characterized in that an inert gas is circulated to transfer generated alkali metal during alkali activation of a carbon material using an alkali metal compound as an activator. Another characteristic is that the temperature of the carbon material layer that captures the alkali metal is adjusted. Further, it is characterized in that the carbon material layer capturing the alkali metal is activated.
【０００５】(B) アルカリリサイクル賦活装置： アルカリ賦活反応部、温度調節手段を備えた少なく
も１段のアルカリ金属を捕捉する捕捉部、不活性ガス導
入口、排気口及び水蒸気導入口を配置したことを特徴と
するアルカリリサイクル賦活装置を提供する。(B) Alkali recycling activation device: an alkali activation reaction unit, at least one stage of capturing alkali metal provided with a temperature control means, an inert gas inlet, an outlet and a steam inlet are arranged. An alkali recycle activation device is provided.
【０００６】以下、本発明を詳細に説明する。 （A) 炭素材原料：本発明のアルカリ賦活プロセスにお
いて、炭素材原料としては特に制限されないが、通常炭
素材粉末又は炭素繊維を使用でき、アルカリ金属捕捉用
にも使用する場合には、炭素繊維、特にピッチ系炭素繊
維の使用が好適である。炭素材粉末原料としては、石油
コークス、石炭、やしがら、おがくず、フェノール樹脂
等の樹脂質の炭化したもの；石炭コークス、石炭タール
等を炭化したもの等を挙げることができる。また、炭素
繊維としては、石油ピッチ、石炭ピッチ等を原料とし、
紡糸が可能ならば特に限定されるものではないが、特に
メソフェーズピッチ系炭素繊維がアルカリ賦活の程度の
コントロールという点から望ましい。炭素繊維の形状と
しては、長繊維状、短繊維状、ミルド状、マット又はフ
ェルト状等任意の形状が可能である。マット又はフェル
トや織布等の集合体状のものが、アルカリ賦活に際して
発生するアルカリ金属の捕捉し易さの点から好ましく、
また、アルカリ金属化合物との接触効率という点からミ
ルド状のものが好ましい。更に、粉末状炭素材を用いる
場合には、生成するアルカリ金属を移送し捕捉できる程
度の通気性を有する袋状不織布等に収納することが良
い。Hereinafter, the present invention will be described in detail. (A) Carbon material raw material: In the alkali activation process of the present invention, the carbon material raw material is not particularly limited, but usually carbon material powder or carbon fiber can be used. In particular, the use of pitch-based carbon fibers is preferred. Examples of the carbon material powder raw materials include carbonized resinous materials such as petroleum coke, coal, coconut shell, sawdust, and phenol resin; and carbonized coal coke and coal tar. In addition, as a carbon fiber, petroleum pitch, coal pitch and the like as a raw material,
Although there is no particular limitation as long as spinning is possible, mesophase pitch-based carbon fibers are particularly desirable from the viewpoint of controlling the degree of alkali activation. As the shape of the carbon fiber, any shape such as long fiber, short fiber, milled, mat or felt can be used. Aggregates such as mats or felts or woven fabrics are preferred from the viewpoint of easy capture of alkali metals generated during alkali activation,
Further, a milled material is preferable from the viewpoint of the contact efficiency with an alkali metal compound. Furthermore, when a powdered carbon material is used, it is preferable to store it in a bag-shaped nonwoven fabric or the like having air permeability sufficient to transfer and capture the generated alkali metal.
【０００７】(B) アルカリリサイクル賦活方法：本発明
の炭素材のアルカリリサイクル賦活方法は、バッチ方
式、半連続方式、または連続方式のいずれの方式でも行
うことができる。図１は、本発明のアルカリリサイクル
賦活方法の一例を示す模式図である。図１において、ア
ルカリ賦活を行う賦活反応部５（炉１）、及び生成する
アルカリ金属を捕捉する捕捉部６（炉２）、不活性ガス
及び水蒸気の導入口、及び温度調節手段４である。 １）図１に示されるように、最初に賦活反応装置内の賦
活反応部５（炉１）で、炭素材をアルカリ賦活剤により
所定の高温加熱条件下でアルゴン等の不活性ガスを流通
させながら賦活して活性炭粉末又は活性炭素繊維とす
る。発生した反応ガス及びアルカリ金属蒸気は、不活性
ガスとともに、賦活反応部５の下流側に設置され約７５
０℃以下の温度に保持された捕捉部６（炉２）の炭素材
層に導入され、アルカリ金属が炭素材層に捕捉され不活
性ガス及び反応ガスは系外に排出される。捕捉部は１段
でもよく、アルカリ金属の捕捉率を高めるために複数段
設置してもよい。所定の賦活反応終了後、 賦活反応部５
内の賦活された活性炭粉末又は活性炭素繊維は水洗又は
脱灰後に系外に取り出される。次に、捕捉部６（炉２）
のアルカリ金属を捕捉した炭素材層に水蒸気を吹き付け
てアルカリ金属を水和させた後、この炭素材層を賦活反
応部５（炉１）に移し、必要により不足している賦活剤
を補充するとともに、新しい炭素材層を捕捉部６（炉
２）に捕捉炭素材層として導入した後、 賦活反応部５
（炉１）を所定の高温加熱条件にして賦活する。 この操作を繰り返すことにより、アルカリリサイクル賦
活処理することができる。特に、最初に賦活反応部に導
入する炭素材とアルカリ金属捕捉用の炭素材を同一素材
にすることが効果的である。(B) Method for activating alkali recycling: The method for activating alkali recycling of the carbon material of the present invention can be carried out by any of a batch system, a semi-continuous system, and a continuous system. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the alkali recycling activation method of the present invention. In FIG. 1, an activation reaction section 5 (furnace 1) for performing alkali activation, a capturing section 6 (furnace 2) for capturing generated alkali metal, an inlet for inert gas and water vapor, and a temperature control means 4 are shown. 1) First, as shown in FIG. 1, in an activation reaction section 5 (furnace 1) in an activation reaction device, an inert gas such as argon is passed through a carbon material under a predetermined high-temperature heating condition using an alkali activator. While activating to obtain activated carbon powder or activated carbon fiber. The generated reaction gas and alkali metal vapor together with the inert gas are installed downstream of the activation reaction section 5 for about 75 minutes.
The alkali metal is introduced into the carbon material layer of the capturing unit 6 (furnace 2) kept at a temperature of 0 ° C. or lower, the alkali metal is captured by the carbon material layer, and the inert gas and the reaction gas are discharged out of the system. The capturing section may be provided in one stage, or may be provided in a plurality of stages in order to increase the capturing rate of the alkali metal. After completion of the predetermined activation reaction, the activation reaction section 5
The activated carbon powder or activated carbon fiber in the inside is taken out of the system after washing or decalcification. Next, the capturing unit 6 (furnace 2)
Water vapor is sprayed onto the carbon material layer that has captured the alkali metal to hydrate the alkali metal, and then the carbon material layer is moved to the activation reaction section 5 (furnace 1) to replenish the insufficient activator if necessary. At the same time, after introducing a new carbon material layer into the trapping section 6 (furnace 2) as a trapped carbon material layer, the activation reaction section 5
(Furnace 1) is activated under predetermined high-temperature heating conditions. By repeating this operation, an alkali recycle activation treatment can be performed. In particular, it is effective to use the same carbon material as the carbon material to be initially introduced into the activation reaction section and the carbon material for capturing the alkali metal.
【０００８】図２は、本発明のアルカリリサイクル賦活
方法の別の形態の一例を示す模式図である。図２におい
て、アルカリ賦活を行う賦活反応部５（炉１）、生成す
るアルカリ金属を捕捉する捕捉部６（炉２）、炉１と炉
２を仕切ることができる開閉バルブ９、不活性ガスの導
入口７、不活性ガス、水蒸気及び反応ガスの排出口８、
及び温度調節手段４である。図２において、アルカリリ
サイクル賦活は次のようにして行うことが出来る。 ステージ１；アルカリ金属化合物の賦活剤と炭素材を
賦活反応部５（炉１）に設置し、開閉バルブ９を開けた
状態で導入口７から不活性ガスを流通させながら賦活処
理を行い、活性炭粉末または活性炭素繊維とする。発生
した反応ガス及びアルカリ金属蒸気は、不活性ガスとも
に捕捉部６（炉２）に導入され、アルカリ金属は捕捉部
６に設置した炭素材層で捕捉され、不活性ガス及び反応
ガスは排出口８より系外へ排出される。所定の賦活処理
終了後、開閉バルブ９を閉め、捕捉部６（炉２）のアル
カリ金属を捕捉した炭素材層に水蒸気を吹き付けてアル
カリ金属を水和させる。炉１の賦活された炭素材を取り
出し、新たな被賦活炭素材を捕捉部として炉１に導入す
る。 ステージ２；開閉バルブ９を開け、今度は炉２を賦活
反応部５とし、不活性ガスをステージ１とは逆方向に流
通させながら、賦活処理を行い、活性炭粉末または活性
炭素繊維とする。発生した反応ガス及びアルカリ金属蒸
気は、炉１に設置した新たな炭素材層で捕捉する。所定
の賦活処理終了後、開閉バルブ９を閉じ、炉１（ステー
ジ２では捕捉部６）のアルカリ金属を捕捉した炭素材層
に水蒸気を吹きつけてアルカリ金属を水和させる。炉２
（賦活反応部５）の賦活された炭素材を取り出す。この
ように、ステージ１及びステージ２の操作を繰り返すこ
とにより、アルカリ金属化合物をリサイクルしながら、
炭素材の賦活処理を行うことができる。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of another embodiment of the alkali recycle activation method of the present invention. In FIG. 2, an activation reaction section 5 (furnace 1) for performing alkali activation, a capture section 6 (furnace 2) for capturing generated alkali metal, an opening / closing valve 9 capable of separating the furnace 1 and the furnace 2, and an inert gas Inlet 7, outlet 8 of inert gas, steam and reaction gas,
And temperature control means 4. In FIG. 2, the alkali recycle activation can be performed as follows. Stage 1: an activator of an alkali metal compound and a carbon material are installed in an activation reaction section 5 (furnace 1), and an activation process is performed while an inert gas is circulated from an inlet 7 with an open / close valve 9 open. Powder or activated carbon fiber. The generated reaction gas and alkali metal vapor are introduced into the trapping unit 6 (furnace 2) together with the inert gas, the alkali metal is trapped by the carbon material layer provided in the trapping unit 6, and the inert gas and the reaction gas are discharged from the outlet. It is discharged out of the system from 8. After the end of the predetermined activation process, the opening / closing valve 9 is closed, and steam is sprayed on the carbon material layer of the capturing unit 6 (furnace 2) capturing the alkali metal to hydrate the alkali metal. The activated carbon material in the furnace 1 is taken out, and a new activated carbon material is introduced into the furnace 1 as a capturing unit. Stage 2: opening / closing valve 9 is opened, and this time furnace 2 is used as activation reaction section 5 and an activation process is performed while flowing an inert gas in a direction opposite to that of stage 1 to obtain activated carbon powder or activated carbon fiber. The generated reaction gas and alkali metal vapor are captured by a new carbon material layer installed in the furnace 1. After the end of the predetermined activation process, the opening / closing valve 9 is closed, and steam is sprayed on the carbon material layer of the furnace 1 (the capturing unit 6 in the stage 2) capturing the alkali metal to hydrate the alkali metal. Furnace 2
The activated carbon material of the (activation reaction section 5) is taken out. In this way, by repeating the operations of stage 1 and stage 2, while recycling the alkali metal compound,
The carbon material can be activated.
【０００９】２）本発明によるアルカリ賦活では、アル
カリ金属を捕捉した炭素材層に水蒸気を吹き付けてアル
カリ金属を水和させた後、この炭素材層を賦活反応部に
移し、賦活剤を補充することなしに昇温し、賦活するこ
とが可能である。アルカリ賦活は、アルゴン、窒素等の
不活性ガス雰囲気下で行うのが反応の円滑化、反応物の
収率の点から好ましい。炭素材のアルカリ賦活時に、不
活性ガスを流通させることが反応接触効率、アルカリ金
属の回収の点から望ましい。2) In the alkali activation according to the present invention, water vapor is sprayed on the carbon material layer capturing the alkali metal to hydrate the alkali metal, and then the carbon material layer is transferred to the activation reaction section to replenish the activator. It is possible to raise the temperature and activate without any problems. The alkali activation is preferably performed in an atmosphere of an inert gas such as argon or nitrogen in terms of smoothing the reaction and yield of the reaction product. At the time of alkali activation of the carbon material, it is desirable to flow an inert gas from the viewpoint of reaction contact efficiency and recovery of the alkali metal.
【００１０】本発明に使用するアルカリ賦活剤として
は、アルカリ金属の化合物であれば特に限定はされない
が、例えば水酸化物、炭酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、塩化
物、過マンガン酸塩等を挙げることができる。特に、ア
ルカリ金属の水酸化物が好ましく、例えばナトリウム、
カリウム、セシウム、リチウムなどの水酸化物が挙げら
れるが、水酸化カリウムの使用がより好ましい。アルカ
リ賦活剤の使用量は、通常炭素材１に対して重量割合で
０．５〜７倍、好ましくは１〜４倍である。アルカリ賦
活剤の使用量が０．５倍未満では細孔形成の効率が悪
く、一方、７倍を越えて添加しても得られる炭素材の比
表面積の増加は少なく、非効率的である。The alkali activator used in the present invention is not particularly limited as long as it is an alkali metal compound, and examples thereof include hydroxides, carbonates, nitrites, sulfates, chlorides, permanganates and the like. Can be mentioned. In particular, hydroxides of alkali metals are preferred, for example, sodium,
Hydroxides such as potassium, cesium, and lithium are mentioned, but potassium hydroxide is more preferably used. The amount of the alkali activator to be used is usually 0.5 to 7 times, preferably 1 to 4 times by weight based on 1 carbon material. When the amount of the alkali activator used is less than 0.5 times, the efficiency of pore formation is poor. On the other hand, even when added more than 7 times, the specific surface area of the carbon material obtained is small and inefficient.
【００１１】アルカリ賦活時の賦活反応部の加熱は５５
０℃以上１０００℃以下、好ましくは６００℃以上９０
０℃以下、より好ましくは７００℃以上８５０℃以下で
ある。加熱時間は通常数時間、好ましくは１〜１０時間
である。加熱温度が５５０℃未満では賦活反応が進み難
く、１０００℃を超えると装置の腐食等の観点から好ま
しくない。捕捉部の温度は、アルカリ金属の捕捉効率の
点から７５０℃以下が好ましい。The heating of the activation reaction section at the time of alkali activation is 55
0 ° C to 1000 ° C, preferably 600 ° C to 90 ° C
0 ° C or lower, more preferably 700 ° C or higher and 850 ° C or lower. The heating time is usually several hours, preferably 1 to 10 hours. If the heating temperature is lower than 550 ° C., the activation reaction hardly proceeds. If the heating temperature exceeds 1000 ° C., it is not preferable from the viewpoint of corrosion of the apparatus. The temperature of the capturing section is preferably 750 ° C. or less from the viewpoint of alkali metal capturing efficiency.
【００１２】(C) 炭素材としての好適なピッチ系炭素繊
維の製造： １）原料ピッチ 本発明に用いるピッチ系炭素繊維の原料ピッチは、石
油、石炭等様々な原料から作られるが、紡糸可能なら特
に制限されない。 ２）紡糸 紡糸方法としては、従来の溶融紡糸、遠心紡糸、渦流紡
糸等限定されるものではないが、紡糸装置の建設費や運
転費等製造コスト面及び糸径のコントロールの自由度等
品質面から、総合的にメルトブロー紡糸法が特に好まし
い。このメルトブロー紡糸法は、本発明で好適な炭素材
としているマット、フェルト状の炭素繊維集合体を製造
するのに適している。 ３）不融化 原料ピッチは、熱可塑性有機化合物であり、繊維形態を
保持したまま熱（炭化）処理するためには、紡糸の後、
不融化処理が必要である。この不融化は常法により液
相、気相で連続的に不融化処理することが可能である
が、通常には、空気、酸素、ＮＯ2 等の酸化性雰囲気中
で行なう。例えば、空気中での不融化においては、平均
昇温速度１〜１５℃／分、好ましくは３〜１２℃／分
で、処理温度範囲が１００〜３５０℃、好ましくは１５
０〜３００℃程度の温度域で行なわれる。不融化工程を
経ない、即ち、紡糸したままのピッチ繊維を用いてアル
カリ金属化合物と均一混合して熱処理すると、加熱工程
においてピッチ繊維が再溶融するため紡糸工程において
形成された黒鉛層面の配向を乱すばかりでなく、極端な
場合は繊維形状をなくしてしまう。(C) Production of Pitch-Based Carbon Fiber Suitable as Carbon Material: 1) Raw Material Pitch The raw material pitch of the pitch-based carbon fiber used in the present invention is made from various raw materials such as petroleum and coal. Is not particularly limited. 2) Spinning Spinning methods include, but are not limited to, conventional melt spinning, centrifugal spinning, and vortex spinning. However, in terms of manufacturing costs such as construction costs and operation costs of a spinning device, and quality such as the degree of freedom in controlling yarn diameter. Therefore, the melt blow spinning method is particularly preferable comprehensively. This melt blow spinning method is suitable for producing a mat or felt-like carbon fiber aggregate which is a preferred carbon material in the present invention. 3) Infusibilization The raw material pitch is a thermoplastic organic compound. In order to perform heat (carbonization) treatment while maintaining the fiber form, after spinning,
Infusibilization treatment is required. This infusibilization can be carried out continuously in a liquid phase or a gaseous phase by an ordinary method, but is usually carried out in an oxidizing atmosphere such as air, oxygen, NO 2 or the like. For example, in the case of infusibilization in air, the average temperature rise rate is 1 to 15 ° C./min, preferably 3 to 12 ° C./min, and the treatment temperature range is 100 to 350 ° C., preferably 15 to 150 ° C.
It is performed in a temperature range of about 0 to 300 ° C. When the infusibilizing step is not performed, that is, when the pitch fiber as-spun is uniformly mixed with the alkali metal compound and heat-treated, the pitch fiber is re-melted in the heating step, so that the orientation of the graphite layer surface formed in the spinning step is changed. Not only does it disturb, but in extreme cases the fiber shape is lost.
【００１３】４）軽度炭化 上記のようにして得られた不融化繊維は、そのままでも
次の賦活処理工程に用いることが出来るが、最適には、
事前に炭化処理、好ましくは軽度炭化処理を行うことが
望ましい。上記の不融化繊維は揮発分を多く含むため、
賦活工程での賦活収率が低くなるだけでなく、賦活反応
において揮発するタール状物が反応系内を汚染するた
め、これらの揮発分を軽度炭化により予め除去すること
が望ましい。軽度炭化は窒素等の不活性ガス中で行われ
るが、処理温度範囲としては１０００℃以下、好ましく
は３５０℃以上８００℃以下、より好ましくは４００℃
以上７００℃以下である。この処理温度の上限が１００
０℃を越えると賦活速度が遅くなり反応に長時間を要す
るため好ましくない。また、その下限温度は軽度炭化が
円滑に行われるなら、特に制限されないが、炭化温度が
低いと揮発成分が多くなり賦活収率が低くなるため３５
０℃以上が好ましい。4) Lightly carbonized The infusibilized fiber obtained as described above can be used as it is in the next activation treatment step.
It is desirable to carry out a carbonization treatment, preferably a light carbonization treatment in advance. Because the above infusible fiber contains a lot of volatile matter,
Not only the activation yield in the activation step is lowered, but also tar-like substances volatilized in the activation reaction contaminate the reaction system. Therefore, it is desirable to remove these volatile components in advance by light carbonization. Light carbonization is performed in an inert gas such as nitrogen, and the treatment temperature range is 1000 ° C. or lower, preferably 350 ° C. to 800 ° C., more preferably 400 ° C.
Not less than 700 ° C. The upper limit of this processing temperature is 100
Exceeding 0 ° C. is not preferred because the activation rate becomes slow and the reaction requires a long time. The lower limit temperature is not particularly limited as long as mild carbonization is performed smoothly. However, when the carbonization temperature is low, the volatile component increases and the activation yield decreases, so
0 ° C. or higher is preferred.
【００１４】５）ミルド化 このようにして得られた、不融化繊維或いは軽度炭化繊
維は、マット、フェルト状のような集合体状のままでも
賦活できるが、アルカリ金属化合物賦活剤との均一混合
を向上させるために、賦活前に粉砕（ミルド化）するこ
とが好ましい。ミルド化の方法としては、ビクトリーミ
ル、クロスフローミル等の高速回転ミル、ジェットミル
等を用いることが有効である。ミルド化には、ヘンシェ
ルミキサーやボールミル、擂潰機等による方法もある
が、これらの方法によると繊維の直径方向への加圧力が
働き、繊維軸方向への縦割れの発生が多くなり好ましく
ない。また、ミルド化に長時間要し適切なミルド化方法
とは言い難い。ミルド化を効率よく行うためには、例え
ばブレードを取付けたローターを高速で回転することに
より、繊維を剪断・寸断する方法が適切である。繊維長
は、ローターの回転数、ブレードの角度等を調整するこ
とによりコントロールすることが可能である。5) Milling The infusibilized fiber or the lightly carbonized fiber thus obtained can be activated in the form of an aggregate such as a mat or a felt, but can be uniformly mixed with an alkali metal compound activator. It is preferable to pulverize (mill) before activation in order to improve the water content. As a method of milling, it is effective to use a high-speed rotation mill such as a Victory mill or a cross flow mill, a jet mill, or the like. Milling may be performed using a Henschel mixer, a ball mill, a crusher, or the like. However, according to these methods, a pressing force acts in the diameter direction of the fiber, and the occurrence of longitudinal cracks in the fiber axis direction increases, which is not preferable. . In addition, milling requires a long time and is not an appropriate milling method. In order to efficiently perform milling, a method of shearing or cutting fibers by rotating a rotor with a blade attached thereto at a high speed, for example, is appropriate. The fiber length can be controlled by adjusting the number of rotations of the rotor, the angle of the blade, and the like.
【００１５】６）アルカリ賦活 本発明に従って、不融化繊維又は更に軽度炭化した炭素
繊維を賦活する。賦活後に反応物を常温に冷却した後、
水洗し未反応のアルカリ賦活剤及びアルカリ金属残渣等
を除去する。本発明に従って賦活処理を行うと、例え
ば、３０ｍ2／ｇ〜３０００ｍ2／ｇのＢＥＴ比表面積を
有するピッチ系活性炭素繊維が得られる。6) Alkali activation According to the present invention, infusibilized fibers or lightly carbonized carbon fibers are activated. After cooling the reactants to room temperature after activation,
Washing with water removes unreacted alkali activator and alkali metal residue. Doing activation treatment according to the present invention, for example, pitch-based activated carbon fibers having a BET specific surface area of 30m 2 / g~3000m 2 / g is obtained.
【００１６】(D) 炭素材のアルカリ賦活装置：本発明の
炭素材のアルカリリサイクル賦活方法は、バッチ方式、
半連続方式、及び連続方式の何れの方式でも行うことが
でき、これらの方式及び賦活処理の目的などにより、バ
ッチ装置、半連続装置、連続装置を使用することができ
る。本発明のアルカリリサイクル賦活を行う装置は、ア
ルカリ金属化合物を賦活剤として炭素材の賦活処理を行
うアルカリ賦活反応部、賦活処理で発生するアルカリ金
属蒸気を炭素材層に捕捉する少なくも１段の捕捉部、不
活性ガス導入口、水蒸気導入口及び反応ガス等の排出口
を備えている。また、必要により、賦活反応部と捕捉部
との間に開閉バルブを設置する。上記、バッチ装置、半
連続装置、及び連続装置において、温度調節手段により
賦活層及び捕捉部の温度を制御し、アルカリ賦活条件並
びにアルカリ金属の捕捉量を制御させることが望まし
い。温度調節手段としては、通常のヒーター等を使用で
きる。また、温度の精密な制御のために、通常の温度コ
ントローラー等を使用できる。必要により、冷却が可能
としても良い。(D) Apparatus for activating alkali of carbon material: The method for activating alkali of carbon material of the present invention is a batch method,
Any of a semi-continuous method and a continuous method can be performed, and a batch device, a semi-continuous device, or a continuous device can be used depending on the method, the purpose of the activation treatment, and the like. The apparatus for activating alkali recycling according to the present invention includes an alkali activation reaction section for activating carbon material using an alkali metal compound as an activator, and at least one stage for capturing alkali metal vapor generated in the activation process in the carbon material layer. A trap, an inert gas inlet, a steam inlet, and an outlet for reactant gas are provided. If necessary, an open / close valve is provided between the activation reaction section and the capturing section. In the above-mentioned batch apparatus, semi-continuous apparatus, and continuous apparatus, it is desirable that the temperature of the activation layer and the capturing section be controlled by the temperature control means to control the alkali activation conditions and the amount of captured alkali metal. As the temperature adjusting means, a normal heater or the like can be used. In addition, a normal temperature controller or the like can be used for precise control of the temperature. If necessary, cooling may be enabled.
【００１７】本発明のアルカリリサイクル賦活装置は、
所望により縦型にすることも横型にすることも可能であ
る。各炭素材の賦活反応部及び捕捉部の壁への保持に
は、特に仕切り等は必要がなく、例えば炭素材を壁に軽
く係止する係止片を設けても良い。The alkali recycle activation device of the present invention comprises:
It can be vertical or horizontal as desired. A partition or the like is not particularly required for holding the activation reaction section and the capturing section of each carbon material on the wall. For example, a locking piece for lightly locking the carbon material on the wall may be provided.
【００１８】[0018]
【実施例】以下本発明を実施例によりさらに具体的に説
明するが，本発明はそれに限定されるものではない。 （実施例１）石油の分解残渣油を熱処理して得たメトラ
ー軟化点２８５℃の光学的異方性ピッチを幅２ｍｍのス
リット中に直径０．２ｍｍの紡糸孔を一列に１，０００
個有する口金を用いてメロトブロー紡糸しピッチ繊維を
製造した。この紡出されたピッチ繊維を捕集部分が３５
メッシュのステンレス製金網で構成されたベルトの背面
から吸引してベルト上に捕集した。得られたピッチ繊維
のマット状物を空気中で平均昇温速度４℃／分で不融化
処理を行った後、窒素ガス中で６５０℃で軽度炭化処理
を行って、メソフェーズ系炭素繊維マットを得た。そこ
で、図１に示されたアルカリリサイクル賦活装置を用い
て、賦活反応部の温度調節手段４の温度を８００℃、及
び捕捉部の温度調節手段の温度を７４０℃に設定し、ア
ルカリ金属捕捉用炭素材として、前述のマットを使用し
た。水酸化カリウム賦活剤２．４ｇをメソフェーズピッ
チ系炭素繊維マット０．６ｇと混合し（ＫＯＨ／ＣＦ＝
４）、５℃／分で昇温して８００℃で５時間賦活反応を
行い活性炭素繊維を得た。その結果を表１の（１）に示
す。EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to the following Examples, but it should not be construed that the present invention is limited thereto. (Example 1) An optically anisotropic pitch having a Mettler softening point of 285 ° C obtained by heat-treating petroleum cracking residual oil was subjected to a spinning hole having a diameter of 0.2 mm in a slit of 2 mm width in a row of 1,000 mm.
Pitch fibers were manufactured by melt-blowing using a spinneret. The collected portion of the spun pitch fibers is 35
It was sucked from the back of a belt composed of a mesh stainless steel wire net and collected on the belt. After performing the infusibilization treatment of the obtained pitch fiber mat-like material in the air at an average heating rate of 4 ° C./min, the carbon fiber is subjected to mild carbonization treatment at 650 ° C. in a nitrogen gas to obtain a mesophase-based carbon fiber mat. Obtained. Thus, using the alkali recycle activation device shown in FIG. 1, the temperature of the temperature control means 4 of the activation reaction section was set to 800 ° C., and the temperature of the temperature control means of the trapping section was set to 740 ° C. The above-mentioned mat was used as a carbon material. 2.4 g of potassium hydroxide activator was mixed with 0.6 g of mesophase pitch-based carbon fiber mat (KOH / CF =
4) The temperature was raised at a rate of 5 ° C./min, and an activation reaction was performed at 800 ° C. for 5 hours to obtain an activated carbon fiber. The results are shown in Table 1 (1).
【００１９】[0019]
【表１】 [Table 1]
【００２０】捕捉部のマットに水蒸気を吹き付け、捕捉
した金属カリウムを水和した後、賦活反応部に移し、同
じ条件で賦活したところ最初の活性炭素繊維と同程度に
賦活された活性炭素繊維が得られた。尚、捕捉部の金属
カリウムを捕捉したマットに水蒸気を吹き付け、捕捉し
た金属カリウムを水和した後、賦活反応部に移し、アル
カリ金属化合物を加えることなくそのまま賦活した。そ
の結果を、表１の（２）に示す。その結果、リサイクル
効果を確認できた。Water vapor is sprayed on the mat in the trapping section to hydrate the trapped metallic potassium, then transferred to the activation reaction section and activated under the same conditions. As a result, activated carbon fibers activated to the same extent as the first activated carbon fiber are obtained. Obtained. Water vapor was sprayed on the mat in which the metal potassium was captured in the capturing section, and the captured metal potassium was hydrated. Thereafter, the metal potassium was transferred to the activation reaction section, and was activated without adding an alkali metal compound. The results are shown in Table 1 (2). As a result, the recycling effect was confirmed.
【００２１】[0021]
【発明の効果】本発明の方法によると、炭素材の賦活処
理に使用した後のアルカリ賦活剤から生成した金属アル
カリを別の炭素材層により捕捉し、これを水和してアル
カリ賦活剤に再生して再度該炭素材層の賦活に用いるこ
とにより、アルカリ賦活剤のトータル使用量の低減、賦
活後の処理工程の簡素化を可能とする、炭素材のアルカ
リリサイクル賦活方法及び装置を提供できる。なお、本
発明の方法により得られた活性炭粉末及び活性炭繊維
は、浄水器、電気二重層キャパシタなどに用いることが
できる。According to the method of the present invention, the metal alkali generated from the alkali activator after being used for the activation treatment of the carbon material is captured by another carbon material layer, which is hydrated to form the alkali activator. By recycling and using the activated carbon material layer again to activate the carbon material layer, it is possible to provide a method and an apparatus for activating alkali recycling of a carbon material, which can reduce the total amount of the alkali activator used and simplify the processing steps after activation. . The activated carbon powder and activated carbon fiber obtained by the method of the present invention can be used for water purifiers, electric double layer capacitors, and the like.
【図１】本発明のアルカリリサイクル賦活方法のプロセ
スを示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing the process of the alkali recycling activation method of the present invention.
【図２】本発明のアルカリリサイクル賦活方法のプロセ
スを示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing a process of the alkali recycling activation method of the present invention.
１ 被賦活炭素材 ２ 賦活炭素材 ４ 温度調節手段 ５ 賦活反応部 ６ 捕捉部 ７ 導入口 ８ 排出口 ９ 開閉バルブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Activated carbon material 2 Activated carbon material 4 Temperature control means 5 Activation reaction part 6 Capture part 7 Inlet 8 Discharge port 9 Opening / closing valve
Claims (5)
材のアルカリリサイクル賦活時に発生するアルカリ金属
を炭素材層で捕捉した後に、水和してアルカリリサイク
ル賦活剤に戻し、再度アルカリリサイクル賦活を行うこ
とを特徴とする炭素材のアルカリリサイクル賦活法。Claims 1. An alkali metal generated during activation of alkali recycling of a carbon material containing an alkali metal compound as an activator is captured by a carbon material layer, then hydrated and returned to the alkali recycling activator, and alkali recycling activation is performed again. A method for activating alkali recycling of carbon materials, characterized in that:
材のアルカリリサイクル賦活時に、不活性ガスを流通さ
せ生成アルカリ金属を移送することを特徴とする請求項
１記載の炭素材のアルカリリサイクル賦活方法。2. The method for activating alkali recycling of a carbon material according to claim 1, wherein an inert gas is circulated to transfer the generated alkali metal during the alkali recycling activation of the carbon material using an alkali metal compound as an activator. .
調節を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の
アルカリリサイクル賦活法。3. The method according to claim 1, wherein the temperature of the carbon material layer for capturing the alkali metal is adjusted.
することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載
のアルカリリサイクル賦活法。4. The alkali recycling activation method according to claim 1, wherein the carbon material layer capturing the alkali metal is activated.
えた少なくも１段のアルカリ金属を捕捉する捕捉部、不
活性ガス導入口、排気口及び水蒸気導入口を配置したこ
とを特徴とするアルカリリサイクル賦活装置。5. An alkali, comprising: an alkali activation reaction section, at least one stage of a capture section provided with a temperature control means for capturing an alkali metal, an inert gas inlet, an exhaust port, and a steam inlet. Recycling activation device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11196492A JP2001019415A (en) | 1999-07-09 | 1999-07-09 | Method and device for alkali recycle regeneration of carbon material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP11196492A JP2001019415A (en) | 1999-07-09 | 1999-07-09 | Method and device for alkali recycle regeneration of carbon material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001019415A true JP2001019415A (en) | 2001-01-23 |
Family
ID=16358684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11196492A Pending JP2001019415A (en) | 1999-07-09 | 1999-07-09 | Method and device for alkali recycle regeneration of carbon material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001019415A (en) |
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-
1999
- 1999-07-09 JP JP11196492A patent/JP2001019415A/en active Pending
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