JP2002255531A - 炭素質多孔材および廃熱利用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水蒸気を低相対水蒸気圧域で吸脱着する吸着
材および該吸着材を用いた効率のよい空調装置の提供を
する。 【解決手段】 ＢＥＴ比表面積が５００ｍ²／ｇ以上
で、炭素質多孔材の表面における炭素原子に対するヘテ
ロ原子の相対存在比が０．１７以上であることを特徴と
する炭素質多孔材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は炭素質多孔材及び、
該炭素質多孔材を吸着材として用いる吸着ヒートポン
プ、デシカント空調装置または除湿装置に関するもので
ある。詳しくは、吸着した水蒸気を１００℃以下の熱源
で脱着できる炭素質多孔材および該炭素質多孔材を用い
た吸着ヒートポンプ、デシカント空調装置または除湿装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】活性炭の吸着等温線は一般にＳ字型と呼
ばれ、狭い相対蒸気圧範囲で吸着質を大量に吸脱着する
ため、吸着・再生を繰り返す用途に適すると言われてい
る。吸着・再生を繰り返す用途の例として吸着ヒートポ
ンプ、デシカント空調装置または除湿装置の吸着材が挙
げられるが、これらの装置の吸着材として用いる場合、
装置の駆動効率を上げるためには低相対蒸気圧で吸脱着
するものが好ましい。例えば、吸着ヒートポンプ用吸着
材として実用化されているＡ型シリカゲルの相対蒸気圧
０．０５〜０．３０の範囲での吸着量差は０．１５ｇ／
ｇ、０．０７〜０．５０の範囲での吸着量差は０．２２
ｇ／ｇである。

【０００３】炭素質多孔材の例として活性炭、モレキュ
ラーシービングカーボンおよびカーボンブラックなどが
挙げられるが、通常これらの炭素質多孔材は表面が疎水
性であり、低相対蒸気圧では水蒸気をほとんど吸着しな
い。例えば木質系活性炭は、特開平１１−１３７９４７
号公報に記載されているように、吸着質が水蒸気の場
合、吸着を始めるのは相対蒸気圧０．４０〜０．５０で
ある。つまり低相対蒸気圧での吸着量は非常に少ないた
め、吸着ヒートポンプ、デシカント空調装置または除湿
装置には適さないとされている。

【０００４】そこで、活性炭の表面にシリカゲルを添着
することで活性炭の吸着等温線を低相対圧側へ移動させ
ることが検討されている（特開平１０−２６３３９４号
公報参照）。しかし該公報の実施例で最も性能の優れた
ＳｉＯ₂・ＮａＯ濃度９％処理品でも、相対蒸気圧０．
０７と０．５０の水蒸気吸着量差は０．１５ｇ／ｇであ
り、これはＡ型シリカゲルよりも小さい値である。

【０００５】また、フェノール重合体とメラミンの混合
物を出発原料として製造された構造状活性炭は相対蒸気
圧０．５０付近から急激に吸着しはじめ、その最大吸着
量は約０．７０ｇ／ｇであるとの報告がされている（化
学工学論文集、第１５巻、第１号、１９８９年、ｐ３８
−４３、Fig.4）。しかし、該フェノール重合体を出発
原料として製造された構造状活性炭も相対蒸気圧０．５
０以下での吸着量はほぼ０に等しく、除湿、デシカント
空調、吸着ヒートポンプの吸着材として使用するのは難
しい。

【０００６】そして、活性炭表面の官能基量と水蒸気吸
着量の関係が報告されている（Ｃａｒｂｏｎ ３７（１
９９９）ｐ．７−ｐ．１４）。該文献によると、木を出
発原料とした活性炭をリン酸により賦活処理して得た試
料が、相対蒸気圧０．４０以下で０．２０ｇ／ｇ程度水
蒸気を吸着している。該試料は比較的低い相対蒸気圧域
で水蒸気を吸着するが、相対蒸気圧０．０５〜０．３０
の吸着量差は０．０７ｇ／ｇ程度である。

【０００７】さらに、熱可塑性重合体のポリエステル繊
維を水酸化カリウムで賦活、焼成した活性炭が報告され
ている（第３３回化学工学会秋季大会講演要旨集、講演
番号Ｃ３１８）。この活性炭は低相対圧域から水蒸気を
吸着し、吸着ヒートポンプの操作範囲である相対蒸気圧
０．０５〜０．３０の吸着量差は０．１９ｇ／ｇとＡ型
シリカゲルよりも大きい。しかし、熱可塑性重合体であ
るポリエステル繊維を水酸化カリウムで賦活しているた
め嵩密度が小さく、単位容積あたりに充填できる吸着材
が少なくなり、結果的に装置として大型化するという問
題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は水蒸気を低相
対水蒸気圧域で吸脱着する吸着材および該吸着材を用い
た効率のよい空調装置の提供を目的としてなされたもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決する炭素質多孔材を鋭意検討した結果、炭素質
多孔材の表面積が一定以上で、かつ炭素質多孔材の表面
における炭素原子に対するヘテロ原子の相対存在比が一
定以上である炭素質多孔材が良好な水蒸気吸着特性を示
すことを見いだし、本発明を達成した。

【００１０】すなわち本発明の要旨は、ＢＥＴ比表面積
が５００ｍ²／ｇ以上であって、炭素質多孔材の表面に
おける炭素原子に対するヘテロ原子の相対存在比が０．
１５以上である炭素質多孔材、ならびに該水蒸気吸着材
を用いる吸着ヒートポンプ、デシカント空調装置および
除湿装置に存する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の装置の一つである
吸着ヒートポンプの動作原理等について説明する。吸着
ヒートポンプの操作相対蒸気圧範囲は、次式（１）およ
び（２）から求められる。 脱着側相対蒸気圧φ１＝平衡蒸気圧（Ｔｌｏｗ１）／平衡蒸気圧（Ｔｈｉｇｈ） …（１） 吸着側相対蒸気圧φ２＝平衡蒸気圧（Ｔｃｏｏｌ）／平衡蒸気圧（Ｔｌｏｗ２） …（２） ここで、高温熱源温度Ｔｈｉｇｈは吸着材から吸着質を
脱着して吸着材を再生する際の加熱に用いる熱源の温度
を、低温熱源温度Ｔｌｏｗ１は凝縮部の吸着質の温度
を、低温熱源温度Ｔｌｏｗ２は再生後の吸着材を吸着に
供する際に冷却する熱媒の温度を、冷熱生成温度Ｔｃｏ
ｏｌは蒸発部の吸着質の温度、すなわち生成した冷熱の
温度を意味する。平衡蒸気圧は吸着質の平衡蒸気圧曲線
を用いて、温度から求めることができる。

【００１２】以下、吸着質が水である場合の操作蒸気圧
範囲を例示する。高温熱源温度Ｔｈｉｇｈが８０℃、低
温熱源温度Ｔｌｏｗ１およびＴｌｏｗ２が３０℃、冷熱
生成温度Ｔｃｏｏｌが１０℃の場合、操作相対蒸気圧範
囲はφ１〜φ２＝０．０９〜０．２９である。同様に高
温熱源温度が６０℃の場合、操作相対水蒸気圧範囲はφ
１〜φ２＝０．２１〜０．２９である。また、自動車の
エンジン排熱を利用して吸着ヒートポンプを駆動する場
合については特開２０００−１４０６２５号公報に詳細
に記載されている。この報告を基に推算すると、高温熱
源温度約９０℃、低温熱源温度３０℃であり、この場合
操作相対水蒸気圧範囲はφ１〜φ２＝０．０６〜０．２
９である。

【００１３】以上より、ガスエンジンコージェネレーシ
ョン、固体高分子型燃料電池および自動車の排熱を利用
して吸着ヒートポンプを駆動する場合、操作相対水蒸気
圧範囲はφ１〜φ２＝０．０５〜０．３０、さらに限定
すればφ１〜φ２＝０．０６〜０．２９となると考えら
れる。つまり、加熱によって相対水蒸気圧を下げて吸着
材を再生する際に、相対水蒸気圧が０．０５、好ましく
は０．０６以上の範囲で脱着が完了しなければならな
い。一方、吸着という点では、相対蒸気圧０．３０、好
ましくは０．２９以下の範囲で充分な吸着量が得られな
ければならない。つまり、この操作湿度範囲の中で吸着
量の変化が大きい材料が好ましい。したがって通常は、
相対蒸気圧の下限が０．０５、好ましくは０．０６、上
限が０．３０、好ましくは０．２９の範囲、すなわち相
対蒸気圧の範囲はこれらの下限と上限の組み合わせから
選ばれるが、好ましくは０．０５〜０．３０、より好ま
しくは０．０６〜０．２９の範囲において吸着量が大き
く変化する材料が適当である。

【００１４】例えば、吸着式ヒートポンプにより、５．
０ｋＷ（＝１８，０００ｋJ）の冷房能力を得る場合に
ついて想定する。５．０ｋＷは木造南向き和室１６畳程
度、または一般的な自動車のエアコンに使用されるエア
コンの冷房能力である。水の蒸発潜熱量は約２５００ｋ
J／ｋｇであり、吸脱着の切り替えサイクルを１０分
（６回／時間）とすると、吸着量が０．２０ｇ／ｇであ
る場合、吸着材は６．０ｋｇ必要となる。吸着材必要量
Ｘｋｇ＝１８０００ｋＪ／（２５００ｋＪ×０．２０ｋ
ｇ／ｋｇ×６回／ｈｒ）＝６．０ｋｇ。同様に吸着量が
０．１５ｇ／ｇであると８ｋｇ必要となる。また、切り
替えサイクルが６分（１０回／時間）となると０．２０
ｇ／ｇである場合３．６ｋｇ、０．１５ｇ／ｇである場
合４．８ｋｇとなる。吸着量は多いほど良いが、例えば
自動車などの、吸着ヒートポンプの大きさが限られたも
のに搭載するには吸着量を大きくする必要があるため、
相対蒸気圧０．０５〜０．３０での吸着量が０．２０ｇ
／ｇ以上、さらには０．２２ｇ／ｇ以上である炭素質多
孔材が好ましいと考えられる。

【００１５】吸着ヒートポンプは、吸着材が吸着質を吸
脱着する能力を駆動源として利用している。吸着ヒート
ポンプにおいては吸着質として、水、エタノールおよび
アセトンなどが使用できるが、中でも安全性、価格、蒸
発潜熱の大きさから、水が最も好ましい。吸着質は蒸気
として吸着材に吸着されるが、吸着材は、狭い相対蒸気
圧範囲で吸着量の変化が大きいと、同じ条件で同等の吸
着量を得るために必要な吸着材の量を減らし、冷却熱源
と加熱熱源の温度差が小さくても吸着ヒートポンプを駆
動できるからである。

【００１６】また、デシカント空調装置を駆動する場合
にも、必要な熱源温度は主に吸着材の吸脱着特性に依存
する。デシカント空調装置においては、室内空気の除湿
に供した水蒸気吸着材を加熱して水蒸気を脱着させて再
生するが、再生を８０℃に加熱した外気にて行う場合、
外気の湿度を絶対湿度２１ｇ／ｋｇ（ＪＩＳ−Ｃ９６１
２参照）と想定すると、外気の８０℃における相対水蒸
気圧は、約０．０７になる。一方、吸着される室内空気
は、乾球温度２７℃、湿球温度１９℃（ＪＩＳ−Ｃ９６
１２等に規定された室内条件）と想定すると、相対水蒸
気圧約０．５０である。すなわち水蒸気吸着材は相対水
蒸気圧０．５０の処理空気と０．０７の処理空気の間を
交互に接触する。したがって、８０℃に加熱した外気で
再生を行うデシカント空調装置の吸着材としては、相対
水蒸気圧０．０７〜０．５０（相対湿度７〜５０％）の
範囲で吸着量変化が多いほど優れているということがで
きる。

【００１７】本発明の炭素質多孔材は水蒸気吸着材とし
て好ましく使用でき、水蒸気吸着材は大気中の水蒸気を
吸着する除湿器、デシカント空調装置および調湿建材な
どに用いられ、また、吸着ヒートポンプのように真空中
で水蒸気しか存在しない環境で吸着材として使用され
る。本発明の炭素質多孔材のＢＥＴ比表面積は５００ｍ
²／ｇ以上であって、８００ｍ²／ｇ以上が好ましい。Ｂ
ＥＴ比表面積が５００ｍ²／ｇより小さいと水蒸気を十
分に吸着する事ができないから不適である。

【００１８】ＢＥＴ比表面積は、容量法による窒素吸着
測定による窒素吸着等温線から求める。容量法では測定
系内での吸着質ガスの吸着前後の圧力差により吸着量を
算出する。まず、基準となる空間に吸着質ガスを注入
し、そのときの圧力（Ｐ_i）を測定する。次に、基準空
間と試料管を連結するコックを開くことにより吸着が平
行に達したときの圧力（Ｐ_e）を測定すると吸着量Ｖ
（標準状態での吸着材１ｇあたりの吸着量）は次の式
（３）で求めることが出来る。 Ｖ＝｛Ｐ_i×Ｖ_s−Ｐ_e（Ｖ_s+Ｖ_d）｝×２７３．１５／７６０×Ｗ_s×Ｔ…（３） ここでＶ_sは基準空間の容積、Ｖ_dは試料管（サンプルが
入った状態）の容積、Ｔはサンプル管部分の絶対温度、
Ｗ_sは吸着材の質量である。次に再び基準空間とサンプ
ル管を連結するコックを閉め、基準空間に吸着質を注入
し、この圧力を測定し、次に基準空間とサンプル管連結
コックを開くことにより、同様に前回測定時からの吸着
量増加を計算することが出来る。この操作を繰り返すこ
とによって各測定圧力での吸着量を求めることが出来
る。

【００１９】更に、窒素吸着等温線からＢＥＴ比表面積
を求めるにはまず、単分子吸着容量ｖ_mを求める。単分
子吸着容量と相対蒸気圧の間には以下の関係式（４）が
成り立つ。 ｘ／ｖ(１−ｘ) ＝ １／（ｖ_m×Ｃ）＋ｘ（Ｃ−１）／（ｖ_m×Ｃ）…（４） ここで、ｘは相対蒸気圧、ｖは吸着量（ｇ／ｇ）、Ｃは
吸着エネルギーに関する定数である。従って、窒素吸着
等温線から縦軸にｘ／ｖ（１−ｘ）、横軸にｘを取って
プロットし、その切片と勾配から単分子吸着容量ｖ_mを
求めることが出来る。

【００２０】単分子吸着容量とＢＥＴ比表面積（Ａ_s）
の間には窒素分子が吸着質である場合、次の式（５）が
成り立つことから容易にＢＥＴ比表面積を求めることが
出来る。ただし、このときのｖ_mの単位はｍｌ／ｇであ
る。 Ａ_s＝４．３５×ｖ_m（ｍ²／ｇ） …（５） 本発明の炭素質多孔材は、炭素質多孔材の表面における
炭素原子に対するヘテロ原子の相対存在比が０．１５以
上であって、０．２０以上のものが好ましい。該相対存
在比が０．１５より少ないと、相対蒸気圧０．０５〜
０．３０で十分に水蒸気を吸着しないため、好適でな
い。

【００２１】また、炭素質多孔材の表面における炭素原
子に対する酸素原子の相対存在比は０．１２以上が好ま
しい。炭素質多孔材の表面における炭素原子に対する酸
素原子の相対存在比は、酸化処理の度合いにより調整す
る。炭素質多孔材を酸化処理して、水酸基やカルボキシ
ルキなどの含酸素官能基を修飾することにより、炭素質
多孔材の表面に酸素原子を付与する。

【００２２】そして、炭素質多孔材の表面における炭素
原子に対する酸素原子以外のヘテロ原子の相対存在比は
０．１０以上が好ましく、０．１２以上がより好まし
い。該相対存在比が０．１より小さいと、相対蒸気圧
０．０５〜０．３０で十分に水蒸気を吸着しないため、
好適でない。酸素以外のヘテロ原子の例として窒素、硫
黄、珪素、およびリンが好ましく挙げられ、窒素が最も
好ましい。

【００２３】炭素質多孔材の表面における炭素原子に対
する酸素原子以外のヘテロ原子の相対存在比は、炭素質
多孔材の焼成温度によって調整する。焼成温度が低いほ
ど炭素表面に存在するヘテロ原子の数は多くなるため、
焼成温度は８５０℃以下が好ましく、８００℃以下が更
に好ましい。含窒素化合物とフェノール化合物との混合
物および／または含窒素化合物とフェノール化合物との
反応物から炭素質多孔材を製造する場合、含窒素化合物
とフェノール化合物との混合比を変更することで炭素原
子表面に存在する酸素原子以外のヘテロ原子の存在比率
を調整することできる。含窒素化合物とフェノール化合
物との混合比率は混合物全体に対する含窒素化合物の重
量％で３０重量％以上が好ましく、５０重量％が更に好
ましく、７０重量％以上がより好ましい。混合物にしめ
る含窒素化合物の重量％が３０重量％より少ないと炭素
原子表面に存在する酸素原子以外のヘテロ原子の存在比
率が０．１２より多くならないため不適である。

【００２４】さらに、炭素質多孔材の表面における炭素
原子に対するアルカリ金属原子の相対存在比が０．００
１以上である炭素質多孔材が好ましい。炭素質多孔材の
表面における炭素原子に対するアルカリ金属原子の存在
比は賦活に用いる賦活剤の仕込量と水洗の度合いによっ
て調整する。アルカリ金属原子は賦活に用いる賦活材、
例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等に由来す
るもので、賦活材のアルカリ金属原子が炭素材中に残存
する。

【００２５】炭素質多項材の表面にヘテロ原子およびア
ルカリ金属原子が存在することで、炭素質多孔材の表面
親水性が変化し、炭素質多孔材の水蒸気吸着特性に影響
を及ぼすと考えられる。つまり、炭素質材料表面の炭素
原子に対するヘテロ原子およびアルカリ金属原子の相対
存在比が表面親水性に影響を及ぼす要因の一つと考えら
れる。

【００２６】炭素質材料表面の炭素原子に対するヘテロ
原子およびアルカリ金属原子の相対存在比は、ＥＳＣＡ
（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）に
より測定する。ＥＳＣＡによりヘテロ原子がグラファイ
トの骨格内に存在しているか官能基の形で存在している
かどうかまでは特定できないが、炭素質材料表面の炭素
原子に対するヘテロ原子の相対存在比を特定することは
可能である。

【００２７】本発明における炭素質材料表面の炭素原子
に対するヘテロ原子およびアルカリ原子の相対存在比を
特定するための好ましい測定条件は以下の通りである。 測定装置：（株）島津製作所製 ＥＳＣＡ装置 ＥＳＣ
Ａ−１０００ 励起Ｘ線：ＭｇＫα線（１２５３．６ｅＶ） Ｘ線出力：８ｋＶ、３０ｍＡ 分析モード：微小部分析（LENS MODE；SMALL、スリット
切り換えつまみ；＃３アパーチャ） Pass Energy：３１．５ｅＶ チャージシフト補正：グラファイト炭素のＣ１ｓピーク
の結合エネルギー；２８４．３ｅＶ 各元素原子の炭素原子に対する相対存在比については、
以下の式（６）で算出する。

【００２８】 相対存在比＝（ヘテロ元素原子のピーク面積／ピーク相対感度） ／（炭素Ｃ１ｓのピーク面積／ピーク相対感度） …（６） 相対存在比算出に用いたヘテロ元素原子のピークとその
結合エネルギー及びその相対感度は次の通りである。
尚、各ピークの面積は直線のバックグラウンド補正を使
い、相対感度はイオン化断面積から求める。 Ｎ１ｓ：結合エネルギー；３９８．０ｅＶ付近、相対感
度；１．７７ Ｋ２ｓ：結合エネルギー；３７７．５ｅＶ付近、相対感
度；１．９５ Ｎａ１ｓ：結合エネルギー；１０７１．４ｅＶ付近、相
対感度；７．９９ Ｃ１ｓ：結合エネルギー；２８４．３ｅＶ付近、相対感
度；１．０ なお炭素Ｃ１ｓのピーク面積については、Ｋ２ｐ由来の
ピーク(２９２．８、２９５．５ｅＶ付近)が重なるの
で、炭素ピーク面積としては、２８１ｅＶ及び３００ｅ
Ｖ付近の極小値を直線で結んで得られる面積から、２９
０ｅＶ及び２９８ｅＶ付近の極小値を直線で結んで得ら
れるＫ２ｐピークの面積を除いたものを用いる。

【００２９】水蒸気吸着等温線において相対水蒸気圧
０．０７と０．５０との水蒸気吸着量の差が０．２２ｇ
／ｇ以上であり、かつ相対水蒸気圧０．８０での吸着量
が０．５０ｇ／ｇ以上の炭素質多孔剤である。この吸着
特性を有する炭素質多孔材はデシカント空調装置の吸着
材として特に好適に用いることができる。また、本発明
の炭素質多孔材は、水蒸気吸着等温線において相対水蒸
気圧０．０５と０．３０との水蒸気吸着量の差が０．２
０ｇ／ｇ以上である。この吸着特性を有する炭素質多孔
材は吸着ヒートポンプの吸着材として好適に用いること
ができる。

【００３０】本発明における吸着等温線の測定条件は以
下の通りである。 吸着等温線測定装置：ベルソーブ１８（日本ベル
（株）） 空気高温槽温度：５０℃ 吸着温度：２５℃ 初期導入圧力：３．０ｔｏｒｒ 導入圧力設定点数：０ 飽和蒸気圧：２３．７６ｍｍＨｇ 平衡時間：５００秒 前処理：２００℃で５時間、真空引き 水蒸気吸着性能の点では、炭素質原料の細孔直径は５〜
１００Åが好ましく、５〜５０Åがより好ましく、５〜
１５Åが最も好ましい。この範囲は毛管凝縮によって水
蒸気吸着を説明した以下のケルビンの式（７）から算出
できる。

【００３１】 ｌｎ（Ｐ／Ｐｏ）＝（２Ｖ_Lγｃｏｓθ）／（ｒＲＴ） …（７） ここで（Ｐ／Ｐｏ）は毛管凝縮をおこす相対蒸気圧、Ｖ
_Lは吸着質液体のモル体積、γは吸着質液体の表面張
力、θは接触角、ｒは吸着材の細孔半径、Ｒは気体定
数、Ｔは絶対温度である。吸着質を水蒸気とすると、Ｖ
_L＝１８．０５×１０^-6ｍ³／ｍｏｌ、γ＝７２．５９×
１０^-3Ｎ／ｍであり、式（７）にＶ_L、γおよびＲ＝
８．３１４３Ｊ／（ｄｅｇ・ｍｏｌ）を代入すると、式
（８）となる。

【００３２】 ｌｎ（Ｐ／Ｐｏ）＝−１．０５８ｃｏｓθ／ｒ …（８） 式（８）において接触角θ＝０とし、細孔直径が５Åで
ある場合、相対蒸気圧（Ｐ／Ｐ₀）は０．１０で急激に
吸着し、細孔直径が１０Åの場合、０．１５で急激に吸
着し、細孔直径が１５Åの場合、０．２５で急激に吸着
することがわかる。よって、細孔直径は５〜１５Åが最
も好ましい。炭素質多孔材を吸着材として利用する際に
は塊状、粒状および粉状など如何なる形状でも利用でき
る。しかし、水蒸気吸着材として使用する場合、例えば
吸着塔に充填する場合などには水蒸気の拡散等の点から
粒状であることが好ましい。

【００３３】粒子径は０．０５ｍｍ以上が好ましく０．
１ｍｍ以上が更に好ましく、０．２ｍｍ以上が最も好ま
しい。そして、０．５ｍｍ以下が好ましく、０．３ｍｍ
以下が更に好ましい。粒子の直径が０．０５ｍｍより小
さいと水蒸気が拡散する場合の圧損が大きくなるため不
適であり、０．５ｍｍより大きいと粒子内の水蒸気の拡
散が悪くなるため不適である。以上の特性を有する炭素
質多孔材は水蒸気吸着材として好適に使用できる。

【００３４】以下、本発明に規定の炭素質多孔材の製造
方法として、（１）活性炭の表面を酸化処理する方法、
および（２）液体状の熱硬化性樹脂と賦活材とを含む液
体状混合物を、液体状混合物の沸点以下で乾燥させた
後、不活性雰囲気下で焼成して炭化する方法を説明する
が、本発明に規定の炭素質多孔材を得ることができれば
その製造方法は特に限定されるものではない。 （１）活性炭の表面を酸化する方法 活性炭を製造し、必要に応じてさらに賦活、または表面
を酸化処理する。

【００３５】活性炭の原料としては、公知のヤシ、石
炭、フェノール樹脂、メラミン変性したフェノール樹
脂、木、などが利用できる。活性炭の原料の物性が最終
的に得られる炭素質多孔材の物性に影響を及ぼすため、
活性炭の原料のＢＥＴ比表面積は通常５００ｍ２／ｇ以
上であって、７００ｍ２／ｇ以上が好ましく、１０００
ｍ２／ｇ以上が最も好ましい。そして直径３００Å以下
の細孔容積（Ｉ）に対する直径２０Å以下の細孔容積
（ＩＩ）の割合ＩＩ／Ｉが０．２０以上でかつ直径１０
０Å以下の細孔容積（ＩＩＩ）の割合ＩＩＩ／Ｉが０．
５０以上が好ましい。

【００３６】活性炭の原料を炭化して活性炭を得る際に
は公知の方法を用いることができ、例えば木質系活性炭
の製造方法は「新版 活性炭−基礎と応用―」（Ｐ４４
−Ｐ７０；講談社）等に紹介されている。炭化処理温度
が高くなると表面官能基が存在しにくくなるため、炭化
処理温度は通常１０００℃以下であって、８００℃以下
が好ましく、６００℃以下がより好ましい。

【００３７】活性炭の表面積を増加させる場合には、適
宜賦活処理を行う。賦活方法については特に限定され
ず、公知の方法を採用することができる。賦活方法は水
蒸気賦活よりも薬液による賦活の方が処理温度を下げる
ことができるため、燐酸、塩化亜鉛、水酸化カリウム、
水酸化ナトリウムなどの薬液による賦活が表面官能基が
残りやすく好ましい。薬液による賦活において、被賦活
材に対する賦活薬液の比率は、通常１〜４で、好ましく
は１．５〜２．５である。薬液量が少なすぎると賦活が
不十分となり、多すぎると薬液の回収においてロスが多
くなってコストが高くなり、また、装置の腐食が激しく
なる等の不都合が生じる。また、賦活処理温度が高くな
ると表面官能基が存在しにくくなるため、通常１０００
℃以下であって、８００℃以下が好ましく、更には６０
０℃以下が好ましい。そして同じ炭素質多孔材であれ
ば、比表面積が大きいほど炭素質多孔材の水蒸気吸着量
が大きくなると考えられるため、高い水蒸気吸着能力を
持たせるためには賦活処理を行い、炭素質多孔材の窒素
吸着等温線より求めたＢＥＴ比表面積比表面積が通常５
００ｍ２／ｇ以上となるように、好ましくは７００ｍ２
／ｇ以上、最も好ましくは１０００ｍ２／ｇ以上となる
ように行う。

【００３８】本発明の炭素質多孔材を得るためには、炭
素質多孔材を酸化剤で処理して、炭素質多孔材の表面を
極性を有する水酸基やカルボキシル基などの含酸素官能
基を修飾する。炭素質多孔材の表面に所望の酸素原子を
修飾するためには、従来知られる酸素原子を含有する官
能基を付与する方法を採用することができる。酸化剤に
よる表面修飾は酸素や二酸化炭素などでも可能である
が、硝酸や窒素酸化物を用いた場合は、含窒素官能基も
付与されるため、親水化の効果が大きい。酸化効果の点
では空気酸化、酸洗酸化、プラズマ酸化などの方法が好
ましく、酸化効果が得られやすくかつ含窒素官能基が導
入できる硝酸による湿式酸化が最も好ましい。

【００３９】硝酸による湿式参加を行うためには、乾燥
した炭素質多孔材を酸溶液に入れ、炭素質多孔材と酸が
十分に接触するように攪拌し、次いで、水洗して１昼夜
乾燥させる。本発明の炭素質多孔材の表面には、炭素質
多孔材の表面における炭素原子に対する酸素原子の相対
存在比が０．１２以上、好ましくは０．１５以上になる
ように酸素原子を存在させる。

【００４０】炭素質多孔材の水蒸気吸着特性は炭素質多
孔材の表面親水性に大きく影響される。炭素質多孔材は
炭素をその構成成分の主体とするものであるからそれ自
体は無極性であり、従ってその表面は疎水性である。炭
素質多孔材の表面における炭素原子に対する酸素原子の
相対存在比が０．１２未満であると疎水性が強くなり、
相対水蒸気圧０．５以下では水蒸気吸着量が少ない。

【００４１】また、本発明の活性炭のなかでもｐＨが１
〜５の活性炭が好ましい。ｐＨが５より大きいと酸化に
よる酸素原子を含有する官能基が十分に付与されておら
ず相対水蒸気圧０．５で水蒸気を吸着しなくなり不適で
ある。一方、ｐＨが１より小さいと酸性が強くなり、除
湿空調装置の水蒸気吸着材として用いた場合、装置の金
属部分を腐食させる可能性がある。

【００４２】本方法は水蒸気吸着等温線において相対水
蒸気圧０．０７と０．５０との水蒸気吸着量の差が０．
２２ｇ／ｇ以上であり、かつ相対蒸気圧０．８０におけ
る吸着量が０．５０ｇ／ｇ以上の炭素質多孔材を得るの
に適している。 （２）液体状の熱硬化性樹脂と賦活材とを含む液体状混
合物を炭化する方法 液体状の熱硬化性樹脂と賦活材とを含む液体状混合物
を、液体状混合物の沸点以下で乾燥させた後、不活性雰
囲気中で焼成して炭素質多孔材を得る。必要に応じて焼
成して得た炭素質多孔材を、適宜賦活および／または酸
化処理した後、所定の大きさに造粒し、洗浄および乾燥
する。

【００４３】液体状の熱硬化性樹脂は特に限定されない
が、ヘテロ原子を含む熱硬化性樹脂が好ましい。ヘテロ
原子を含む熱硬化性樹脂の例として、ヘテロ原子を含む
官能基を有する熱硬化性樹脂、ヘテロ原子を骨格構造内
に含む熱硬化性樹脂、ならびに、熱硬化性樹脂およびヘ
テロ原子を含み該熱硬化性樹脂と反応性を有する化合物
の混合物、等が挙げられる。ここで、ヘテロ原子を含み
該熱硬化性樹脂と反応性を有する化合物が炭化および賦
活処理によって分解されると炭素質多孔材の表面におけ
るヘテロ原子の存在量が減少するため、炭素質多孔材の
表面における炭素原子に対するヘテロ原子の相対存在比
を高くするためには、ヘテロ原子を含む化合物は焼成、
賦活および酸化処理によって分解されづらいものが好ま
しい。

【００４４】ヘテロ原子が窒素原子である場合には、窒
素原子を骨格構造内に含む熱硬化性樹脂、例えば変性し
たトリアジン環含有化合物フェノール樹脂またはトリア
ジン環含有化合物と混合したフェノール重合体が好まし
く、メラミン変性もしくは混合したフェノール重合体が
最も好ましい。ここで変性とは、低分子フェノール化合
物の官能基であるメチロール基やフェノール性水酸基と
反応性を有する置換基をヘテロ原子含有化合物に導入す
ることであり、互いに反応性を有するもしくは反応が可
能な置換基を導入することをいう。従って、ヘテロ原子
含有化合物の置換基と反応性を有する官能基をフェノー
ル原料へ導入してもよい。ヘテロ原子含有化合物もしく
は低分子フェノール化合物の変性基としては、メチロー
ル基、ヒドロキシルアルキル基、ヒドロキシルアミノ
基、アミノ基、アルデヒド基、水酸基、カルボキシル
基、シアノ基、チオール基等が好ましく用いられる。こ
れらの官能基を導入する事によって分子内あるいは分子
間での反応が可能となる。例えば、ヒドロキシルアルキ
ル基であるメチロール基は加熱などの操作により容易に
官能基同士の反応が進行するのでより好ましい。

【００４５】それぞれの化合物の反応性に違いがあるも
のの、フェノール化合物と置換基含有化合物との反応に
より、ヘテロ原子を骨格構造内に含む炭素質原料を得る
ことができる。一方、混合の場合、単純に混合しただけ
ではそれぞれの成分が反応性を有しない場合がある。従
って、混合、加熱などの操作中に反応が行えるようにホ
ルムアルデヒド等の反応助剤を添加する事が好ましい。

【００４６】本発明で液体状の熱硬化性樹脂を用いるの
は、賦活材と混合するためである。液体状の熱硬化性樹
脂としては重合体のなかでもオリゴマーが好ましい。オ
リゴマーでない場合、フェノールおよびヘテロ原子含有
化合物がある程度重合した重合物を用いることになる
が、この場合炭素質原料中でのフェノール化合物および
ヘテロ原子化合物がお互いにオリゴマーを用いたときに
比較してブロック状に存在することとなり、最終的に生
成する炭素質材料に組成のむらが生じやすい。従って、
フェノール化合物およびヘテロ原子含有化合物の少なく
とも一方はオリゴマーであることが好ましく、更に好ま
しくはいずれもオリゴマーであることがよい。尚、ここ
でいうオリゴマーとは、フェノール化合物については
水、メタノール、アセトンなどの溶媒に可溶な程度に分
子量が小さく、また３次元硬化されていない状態の物を
いい、ヘテロ原子含有化合物については分子量１０００
以下の化合物のことを言う。

【００４７】本発明の賦活材は特に限定されないが、炭
素質原料と混合するためには、流動性のある液状の賦活
材が好ましく、水溶性の賦活材が更に好ましい。水溶性
の賦活材の例としてはリン酸、塩化亜鉛、水酸化カリウ
ム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどが挙げられ
るが、水酸化カリウムが最も好ましい。炭素質原料と賦
活材とを均一に混合すると賦活の効果が高くなり、炭素
質原料に対して０．２〜１．０倍量の賦活材により賦活
処理が可能である。

【００４８】つづいて、液体状の熱硬化性樹脂と賦活材
とを含む液体状混合物を不活性雰囲気中で焼成する。液
体状混合物を焼成する際に急速に昇温すると、該液体状
混合物が沸騰して気泡が発生し、気泡を包含したまま炭
化される場合があるため、沸騰しない程度に乾燥させて
から焼成するのが好ましい。乾燥と、焼成とは、加熱処
理工程において温度および時間を調整することにより同
時に行うことができるが、乾燥は不活性雰囲気で行う必
要はなく、液体状混合物を該混合物の沸点以下で乾燥さ
せた後に焼成するのが好ましい。液体状混合物の沸点
は、通常溶媒の沸点である。

【００４９】液体状混合物を乾燥した後、不活性雰囲
気、好ましくは窒素雰囲気で加熱処理を施して焼成す
る。加熱処理温度が高くなると表面官能基が存在しにく
くなるため、加熱処理温度は通常１０００℃以下であっ
て、８００℃以下が好ましい。焼成に要する時間は本発
明に規定した吸着特性を満たす炭素質多孔材が得られる
条件であれば特に限定されないが、焼成する際の昇温速
度は５℃／ｍｉｎ以下で行い、例えば、室温から焼成温
度まで昇温速度２℃／ｍｉｎ、焼成温度に到達してから
１時間保持する。

【００５０】焼成後、さらに賦活処理を加えてもよい。
該賦活処理の温度が高くなると表面官能基が存在しにく
くなるため、賦活処理温度は通常１０００℃以下であっ
て、８００℃以下が好ましい。処理温度を下げるために
は、水蒸気賦活よりも薬液による賦活の方が好ましい。
薬液で賦活する場合には、例えば燐酸、塩化亜鉛、水酸
化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸
化ルビジウムまたは炭酸塩などが用いられる。

【００５１】賦活処理は、炭素質物質に賦活材を含浸さ
せて不活性ガス中にて焼成する。炭素質物質に対する賦
活薬液の比率は、通常１〜４で、好ましくは１．５〜
２．５である。賦活材の量が少なすぎると賦活が不十分
となり、多すぎると賦活材を回収するにあたってロスが
多くなってコストが高くなり、また、装置の腐食が激し
くなる等の不都合が生じる。

【００５２】また、焼成した後、賦活処理に続いてまた
は該賦活処理を行わずに、酸化処理を行ってもよい。例
えば酸化剤で酸化処理することにより、炭素質多孔材の
表面に極性を有する水酸基やカルボキシル基などの含酸
素官能基を修飾することができる。炭素表面に所望の酸
素原子を修飾するためには、従来知られる酸素原子を含
有する官能基を付与する方法を採用することができる。
酸化剤として酸素や二酸化炭素などを使用できるが、酸
化剤が硝酸や窒素酸化物であると、含窒素官能基も付与
されて親水化の効果が大きい。また、酸化効果の点では
空気酸化、酸洗酸化、プラズマ酸化などの方法が好まし
く、酸化効果が得られやすく、かつ含窒素官能基が導入
できる硝酸による湿式酸化が最も好ましい。

【００５３】上記処理により塊状の炭素質多孔材が得ら
れるが、該炭素質多孔材を所定の大きさに造粒し、洗浄
および乾燥する。造粒の際には所定の大きさの粒子が得
られれば、特に方法は限定されない。例えば、手で砕い
て、ふるい分けすればよい。このとき、粒子径は０．０
５ｍｍ以上が好ましく０．１ｍｍ以上が更に好ましく、
０．２ｍｍ以上がより好ましい。また、０．５ｍｍ以下
が好ましく、０．３ｍｍ以下が更に好ましい。粒子の直
径が０．０５ｍｍより小さいと水蒸気が拡散する場合の
圧損が大きくなるため不適であり、０．５ｍｍより大き
いと粒子内の水蒸気の拡散が悪くなるため不適である。

【００５４】造粒後、炭素質多孔材に含まれる賦活材を
除去するために洗浄する。洗浄方法は特に限定されない
が、例えば賦活材が水溶性の場合、炭素質多孔材の粒子
と充分な量の水とを混合、攪拌して行う。洗浄した後、
乾燥させるが、炭素質多孔材が実質的に乾燥すれば、乾
燥方法は特に限定されない。加熱して乾燥する場合、炭
素質多孔材が変質しない温度および時間で行う。

【００５５】本方法は、水蒸気吸着等温線において相対
水蒸気圧０．０５と０．３０との水蒸気吸着量の差が
０．２０ｇ／ｇ以上である炭素質多孔材を得るのに適し
ている。本発明の特徴の一つは上述した特性を有する吸
着材にあるが、この吸着材は吸着ヒートポンプ、デシカ
ント空調装置または除湿装置を代表とする、吸着質の吸
脱着部を備えた従来公知の各種空調装置の吸着部に使用
できる。

【００５６】なお、上記（１）の製造方法により得られ
た炭素質多孔材は最大吸着量が大きいため、操作蒸気圧
範囲の制約が少ないデシカント空調システムの吸着材と
して特に好適に使用される。本発明の炭素質多孔材を吸
着材として用いるとシリカゲルを用いた除湿空調装置よ
りも省スペース型であり、かつ処理空気の相対水蒸気圧
が０．５より高くなっても除湿性能が低下しない空調装
置が得られる。

【００５７】また、（２）の製造方法により得られた炭
素質多孔材は、従来公知の吸着材と比較して狭い範囲の
相対蒸気圧変化で大きな吸着量変化を得られることか
ら、空調装置の吸着部に使用した場合には吸着部を小型
化することができる。したがって、吸着材の充填量が限
られる吸着ヒートポンプ、例えば車両用空調装置等に好
適である。図６により、吸着ヒートポンプの機器構成を
具体的に説明するが、本発明の空調装置はこれに限定さ
れるものではない。

【００５８】図６に示す吸着ヒートポンプは、吸着質を
吸脱着可能な吸着材と、吸着材が充填され吸着質の吸脱
着により発生した熱を熱媒に伝達する吸脱着部である吸
着塔１および２と、吸着質の蒸発により得られた冷熱を
外部へ取り出す蒸発器４と、吸着質の凝縮により得られ
た温熱を外部へ放出する凝縮器５から構成されている。
なお、吸着ヒートポンプを操作する場合には運転に必要
な吸脱着量を得られるように環境温度における吸着等温
線から操作条件を求め、通常は装置を運転する上で最大
の吸脱着量を得られるように決定する。該環境温度と
は、吸着材の再生に用いられる高温熱源、吸着塔の冷却
および加熱に用いる中温熱源、冷房、空調に使用する冷
水温度の三温度を意味する。これら三温度から吸着ヒー
トポンプの操作条件が決定される。

【００５９】吸着材が充填された吸着塔１及び２は、吸
着質配管３０により相互に接続され、該吸着質配管３０
には制御バルブ３１〜３４を設ける。ここで、吸着質は
吸着質配管内で吸着質の蒸気または吸着質の液体及び蒸
気との混合物として存在する。吸着質配管３０には蒸発
器４及び凝縮器５が接続されている。吸着塔１及び２は
蒸発器４、凝縮器５の間に並列に接続されており、凝縮
器５と蒸発器４の間には凝縮器にて凝縮された吸着質を
蒸発器４に戻すための戻し配管３を設ける。なお、符号
４１は蒸発器４からの冷房出力となる冷水の入口、符号
５１は凝縮器５に対する冷却水の入口である。符号４２
及び５２はそれぞれ冷水及び冷却水の出口である。ま
た、冷水配管４１及び４２には、室内空間（空調空間）
と熱交換するための室内機３００と、冷水を循環するポ
ンプ３０１が接続されている。

【００６０】また、吸着塔１には熱媒配管１１が、吸着
塔２には熱媒配管２１がそれぞれ接続され、該熱媒配管
１１及び２１には、それぞれ切り替えバルブ１１５及び
１１６並びに２１５及び２１６が設けてある。また、熱
媒配管１１及び２１はそれぞれ吸着塔１及び２内の吸着
材を加熱または冷却するための加熱源または冷却源とな
る熱媒を流す。熱媒は、特に限定されず、吸着塔内の吸
着材を有効に加熱・冷却できればよい。

【００６１】温水は切り替えバルブ１１５、１１６、２
１５、及び２１６の開閉により、入口１１３及び／又は
２１３より導入され、各吸着塔１及び／又は２を通過
し、出口１１４及び／又は２１４より導出される。冷却
水も同様の切り替えバルブ１１５、１１６、２１５、及
び２１６の開閉により、入口１１１及び／又は２１１よ
り導入され、各吸着器１及び／又は２を通過し、出口１
１２及び／又は２１２より導出される。また、熱媒配管
１１及び／又は２１には、図示しないが外気と熱交換可
能に配設された室外機、温水を発生する熱源、熱媒を循
環するポンプが接続されている。熱源としては特に限定
されず、例えば自動車エンジン、ガスエンジンやガスタ
ービンなどのコジェネレーション機器および燃料電池な
どが挙げられ、また、自動車用として用いる時には、自
動車エンジン、自動車用燃料電池が好ましい熱源の例と
して挙げられる。

【００６２】つぎに吸着式ヒートポンプの運転方法につ
いて説明する。第１行程では制御バルブ３１及び３４を
閉鎖、制御バルブ３２及び３３を解放し、吸着塔１にお
いて再生工程を、吸着塔２において吸着工程を行う。ま
た、切り替えバルブ１１５、１１６、２１５、及び２１
６を操作し、熱媒パイプ１１には温水を、熱媒パイプ２
１には冷却水を流通させる。

【００６３】吸着塔２を冷却する際には冷却塔等の熱交
換器によって外気、河川水等と熱交換して冷やされた冷
却水を熱媒パイプ２１を通して導入し、通常３０〜４０
℃程度に冷却される。また、制御バルブ３２の開操作に
より蒸発器４内の水は蒸発し、水蒸気となって吸着塔２
に流れ込み、吸着材に吸着される。蒸発温度での飽和蒸
気圧と吸着材温度（一般的には２０〜５０℃、好ましく
は２０〜４５℃、更に好ましくは３０〜４０℃）に対応
した吸着平衡圧との差により水蒸気移動が行われ、蒸発
器４においては蒸発の気化熱に対応した冷熱、即ち冷房
出力が得られる。吸着塔の冷却水の温度と蒸発器で生成
する冷水温度との関係から吸着側相対蒸気圧φ２（ここ
でφ２は蒸発器で生成する冷水温度における吸着質の平
衡蒸気圧を、吸着塔の冷却水の温度における吸着質の平
衡蒸気圧で除すことにより求める）が決定されるが、φ
２は本発明で規定した吸着材が最大に水蒸気を吸着する
相対蒸気圧より大きくなるよう運転することが好まし
い。φ２が本発明で規定した吸着材が最大に水蒸気を吸
着する相対蒸気圧より小さい場合には、吸着材の吸着能
を有効に利用できず、運転効率が悪くなるからである。
φ２は環境温度等により適宜設定することができるが、
φ２における吸着量が０．２０以上、好ましくは０．２
９以上、より好ましくは０．３０以上となる温度条件で
吸着ヒートポンプを運転する。

【００６４】再生工程にある吸着塔１は４０〜１００
℃、好ましくは５０〜９８℃、更に好ましくは６０〜９
５℃の温水により加熱され、前記温度範囲に対応した平
衡蒸気圧になり、凝縮器５の凝縮温度３０〜４０℃（こ
れは凝縮器を冷却している冷却水の温度に等しい）での
飽和蒸気圧で凝縮される。吸着塔１から凝縮器５へ水蒸
気が移動し、凝縮されて水となる。水は戻し配管３によ
り蒸発器４へ戻される。凝縮器の冷却水の温度と温水の
温度との関係から脱着側相対蒸気圧φ１（ここでφ１は
凝縮器の冷却水の温度における吸着質の平衡蒸気圧を、
温水の温度における吸着質の平衡蒸気圧で除すことによ
り求める）が決定されるが、φ１は吸着材が急激に水蒸
気を吸着する相対蒸気圧より小さくなるよう運転するこ
とが好ましい。もし、φ１が吸着材が急激に水蒸気を吸
着する相対蒸気圧より大きいと、吸着材の優れた吸着量
が有効に利用できないからである。φ１は環境温度等に
より適宜設定することができるが、φ１における吸着量
が０．０６以下、好ましくは０．０５以下となる温度条
件で吸着ヒートポンプを運転する。なお、φ１における
吸着質の吸着量とφ２における吸着質の吸着量との差が
０．１８ｇ／ｇ以上、好ましくは０．２０ｇ／ｇ以上、
さらに好ましくは０．２５ｇ／ｇ以上となるように運転
する。以上が第１行程である。

【００６５】次の第２行程では、吸着塔１が吸着工程、
吸着塔２が再生工程となるように、制御バルブ３１〜３
４及び切り替えバルブ１１５、１１６、２１５、及び２
１６を切り替えることで、同様に蒸発器４から冷熱、即
ち冷房出力を得ることができる。以上の第１及び第２行
程を順次切り替えることで吸着ヒートポンプの連続運転
を行う。

【００６６】なお、ここでは２基の吸着塔を設置した場
合の運転方法を説明したが、吸着材が吸着した吸着質の
脱着を適宜おこなうことにより、いずれかの吸着塔が吸
着質を吸着できる状態を維持できれば吸着塔は何基設置
してもよい。

【００６７】

【実施例】以下、本発明の炭素質多孔材につき実施例を
通して説明するが、本発明の炭素質多孔材は以下の実施
例に制限されない。 実施例１ 出発原料である木質系活性炭（商品名：ＭＹ−Ｘ、三菱
化学（株）製品）を、１１５℃の恒温乾燥機で３時間乾
燥した。乾燥した木質系活性炭３０ｇを０．５ｍｏｌ／
Ｌの硝酸溶液３００ｍｌに入れ、活性炭と硝酸溶液が十
分に接触するように８０℃で２時間、攪拌羽根を用いて
攪拌した。次いで、硝酸溶液と接触させた活性炭を３０
０ｍｌの純水中に入れ、室温で攪拌羽根を用いて攪拌し
て水洗した。この水洗を５回繰り返した。その後、水洗
した活性炭を１１５℃の恒温乾燥機で１昼夜乾燥し、試
料とした。試料の表面における炭素原子に対する酸素原
子の相対存在比０．１８８であった。吸着等温線測定装
置（ベルソーブ１８：日本ベル製品）によりこの試料の
３０℃での水蒸気の吸着等温線を測定した。測定結果を
図１に示す。相対水蒸気圧０．７において吸着材１ｇあ
たり０．０１ｇの水蒸気を吸着し、相対水蒸気圧０．５
において吸着材１ｇあたり０．２８ｇの水蒸気を吸着し
た。相対水蒸気圧０．７と０．５の水蒸気吸着量の差は
０．２７ｇ／ｇであった。また、相対水蒸気圧０．８に
おいて吸着材１ｇに対して０．７２ｇを吸着した。相対
水蒸気圧０．７と相対水蒸気圧０．８の水蒸気吸着量の
差は０．７１ｇ／ｇであり、Ａ型シリカゲルの０．３０
ｇ／ｇに比べ２．４倍の水蒸気を吸着した。 実施例２ １１５℃の恒温乾燥機で３時間乾燥したフェノール樹脂
系活性炭素繊維（カイノールＡＣＦ−２３：日本カイノ
ール製）３０ｇに実施例１と同様の手法で硝酸処理を行
い、実施例２の試料とした。該試料の表面における炭素
原子に対する酸素原子の相対存在比は０．１２６であっ
た。実施例２の試料を吸着等温線測定装置（ベルソーブ
１８：日本ベル製）にて２５℃での水蒸気の吸着等温線
を測定した。測定結果を図２に示す。実施例２は、相対
水蒸気圧０．５０において吸着材１ｇあたり０．４０ｇ
を吸着し、相対水蒸気圧０．８０において吸着材１ｇに
対して０．７０ｇを吸着した。比較例１に示すシリカゲ
ルＡ型に比べ相対湿度５０％においては１．５倍程度吸
着し、相対湿度８０％では約２倍の吸着量をしめす。 比較例１ シリカゲルＡ型の吸着等温線を図１に示す。相対湿度５
０％では吸着材１ｇに対して０．２８ｇ吸着するが、相
対湿度８０％では吸着材１ｇに対して０．３５ｇしか吸
着しない。これからシリカゲルＡ型は処理空気の湿度が
高くなると除湿機能が大きく低下することがわかる。も
しくは高湿度の空気を処理するには吸着材を多く使用せ
ざるを得ないことがわかる。 比較例２ 代表的な活性炭であるヤシ殻活性炭（商品名：Ｗ、三菱
化学（株）製品）の吸着等温線を図１に示す。ヤシ殻活
性炭の表面における炭素原子に対する酸素原子の相対存
在比は０．０４９であった。相対水蒸気圧０．５および
０．８においてシリカゲルＡ型よりも吸着量が小さいこ
とがわかる。相対水蒸気圧０．５でほとんど吸着しない
ことから本目的には適さないことがわかる。 比較例３ フェノール樹脂系活性炭素繊維（カイノールＡＣＦ−２
３：日本カイノール製）の２５℃での水蒸気の吸着等温
線を図２に示す。なお、フェノール樹脂系活性炭素繊維
の表面における炭素原子に対する酸素原子の相対存在比
は０．０５３であった。比較例３は、相対湿度５０％に
おいて吸着材１ｇあたり０．１５ｇしか吸着せず、本目
的の吸着材として適していないことが判る。 実施例３ メラミン変性したフェノールオリゴマー（ＭＰ−４５４
５：群栄化学製）水溶液１０ｇ（固形分約５ｇ）に蒸留
水１０ｇと水酸化カリウム２ｇを配合し、水酸化カリウ
ムを完全に溶解させた。この試料を８０℃の乾燥機に入
れ１昼夜乾燥させて、固化させた。固化した試料５ｇを
セラミックス製蒸発皿に入れ、シリコニット炉（入江製
作所製）で１．０Ｌ／ｍｉｎの窒素流通下で昇温速度２
℃／ｍｉｎで８００℃まで加熱し、８００℃で１時間保
持した。その後、自然冷却し、室温でシリコニット炉か
ら取り出し、残存している水酸化カリウムを取り除くた
め、３００ｍｌの純水中に入れ、室温で攪拌羽根を用い
て攪拌して水洗した。この水洗を２回繰り返し、その後
１１５℃の恒温乾燥機で１昼夜乾燥した。こうして得ら
れた活性炭を試料を吸着等温線測定装置（ベルソーブ１
８：日本ベル製）にて２５℃での水蒸気の吸着等温線を
測定した。測定結果を図３に示す。相対蒸気圧０．０５
から０．３０の範囲で吸着量差０．２２ｇ／ｇである。
比較例１に示すシリカゲルＡ型は相対蒸気圧０．０５か
ら０．３０では吸着量差は０．１５ｇ／ｇである。相対
蒸気圧０．０５から０．３０の範囲では、実施例３の活
性炭はシリカゲルＡ型に比べ約１．４６倍の吸着量を有
することがわかる。該炭素質材表面に存在する酸素原子
以外のヘテロ原子の炭素原子に対する相対存在比を測定
したところ、０．１５６（窒素０．１４６、ナトリウ
ム、カリウム０．０１）であった。酸素原子を含むヘテ
ロ原子の炭素原子に対する相対存在比率は０．２１７
（酸素０．０６１、窒素０．１４６、ナトリウム、カリ
ウム０．０１）であった。また、窒素吸着による表面積
は１，４３８ｍ²／ｇであった。 実施例４〜８、比較例４〜９

【００６８】

【表１】 実施例４〜８および比較例４〜９は表１に示すとおり組
成比、焼成温度を変えた以外は実施例３と同じ条件で試
料を作成した。吸着等温線、窒素吸着による表面積、Ｅ
ＳＣＡによって求めた炭素質材表面に存在する酸素原子
以外のヘテロ原子の炭素原子に対する相対存在比も実施
例１と同様に測定した。結果を表１に示す。実施例３〜
５、比較例４〜６の吸着等温線は図３に、実施例６〜
８、比較例７〜９の吸着等温線を図４に示す。

【００６９】実施例４〜８はいずれも表面積は５００ｍ
²／ｇ以上であり、酸素原子以外のヘテロ原子の炭素原
子に対する相対存在比も０．１７以上であり、請求範囲
を満足している。相対蒸気圧０．０５〜０．３０での吸
着量差も０．１４ｇ／ｇ以上とシリカゲルと同等以上の
吸着量差である。特に実施例３、４、７は吸着量差が
０．２０ｇ／ｇ以上あり、優れた水蒸気吸着材である。

【００７０】一方、焼成温度が９００℃である比較例４
および比較例７は表面積がいずれも５００ｍ²／ｇと大
きいが、焼成温度が高いため炭素質材表面に存在する酸
素原子以外のヘテロ原子の炭素原子に対する相対存在比
は、比較例４では０．０８１、比較例７では０．０６５
と、０．１未満である。吸着開始の相対蒸気圧が高相対
蒸気圧域になり、相対蒸気圧０．０５〜０．３０の範囲
での吸着量差は０．１３ｇ／ｇ程度である。

【００７１】焼成温度が４００℃、５００℃と低い比較
例５、６、８、９は表面積が５００ｍ²／ｇ以下であり
水蒸気を吸着するに必要な細孔が発達していないことが
判る。結果、相対蒸気圧０．０５〜０．３０の範囲での
吸着量差は０．０８ｇ／ｇ以下とシリカゲルより非常に
小さく、本発明には不適である。 比較例１０ 従来の吸着材としてシリカゲルＡ型（富士シリシア化学
（株））の吸着等温線を実施例１と同様に測定した。図
５のシリカゲルＡ型の吸着等温線によると、シリカゲル
Ａ型は、相対水蒸気圧０．０５〜０．３０の範囲での吸
着量変化は０．１５ｇ／ｇ、０．０７〜０．５０の範囲
での吸着量変化は０．２０ｇ／ｇであった。

【００７２】比較例１１ 代表的な活性炭であるヤシ殻活性炭（Ｗ：三菱化学製）
の吸着等温線を図５に示す。相対蒸気圧０．０５から
０．３０の範囲ではほとんど水蒸気を吸着しないことか
ら本目的には適さないことが判る。ＥＳＣＡによる炭素
質材表面に存在する酸素原子以外のヘテロ原子の炭素原
子に対する相対存在比は０であって、カリウムやナトリ
ウムは検出されなかった。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、吸着ヒートポンプの吸
着材に適した炭素質多孔材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１および比較例１，２の炭素質多孔材
の水蒸気吸着等温線である。

【図２】 実施例２および比較例３の炭素質多孔材の水
蒸気吸着等温線である。

【図３】 実施例３〜５および比較例４〜６の炭素質多
孔材の水蒸気吸着等温線である。

【図４】 実施例６〜８および比較例７〜９の炭素質多
孔材の水蒸気吸着等温線である。

【図５】 比較例１０および比較例１１の活性炭の水蒸
気吸着等温線である。

【図６】 吸着ヒートポンプの一例の概念図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０１Ｂ 31/10 Ｃ０１Ｂ 31/10 Ｆ２４Ｆ 1/00 ４５１ Ｆ２４Ｆ 1/00 ４５１ 3/14 3/14 // Ｄ０１Ｆ 9/12 ５０１ Ｄ０１Ｆ 9/12 ５０１ (72)発明者 大石 公寿 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石１番１号 三菱化学株式会社黒崎事業所内 (72)発明者 大西 寛二 東京都千代田区丸の内２丁目５番２号 三 菱化学株式会社内 (72)発明者 架谷 昌信 愛知県名古屋市守山区下志段味穴ヶ洞2271 −334 (72)発明者 渡辺 藤雄 愛知県尾張旭市新居町上の田2897−６ Ｆターム(参考） 3L053 BC03 4D052 AA08 GA04 GB00 GB12 GB14 GB17 HA21 4G046 HA03 HB05 HC03 HC04 HC05 HC11 4G066 AA04B AA10D AA11D AA13D AA25D AA26D AA34D AA47D AA50D AA53D AC25A AC33A BA22 BA26 BA36 CA43 DA03 FA18 FA33 FA37 4L037 AT13 CS06 CS38 FA12 PA46 PA52 UA20

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＢＥＴ比表面積が５００ｍ²／ｇ以上
   で、炭素質多孔材の表面における炭素原子に対するヘテ
   ロ原子の相対存在比が０．１７以上であることを特徴と
   する炭素質多孔材。
2. 【請求項２】 該炭素質多孔材の水蒸気吸着等温線にお
   いて、相対水蒸気圧０．０７と０．５０との水蒸気吸着
   量の差が０．２２ｇ／ｇ以上であり、かつ相対水蒸気圧
   ０．８０における水蒸気吸着量が０．５０ｇ／ｇ以上で
   あることを特徴とする請求項１に記載の炭素質多孔材。
3. 【請求項３】 炭素質多孔材の表面において炭素原子に
   対する酸素原子の相対存在比が０．１２以上である、請
   求項１または２に記載の炭素質多孔材。
4. 【請求項４】 炭素質多孔材の表面において炭素原子に
   対する酸素原子以外のヘテロ原子の相対存在比が０．１
   ０以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭素
   質多孔材。
5. 【請求項５】 酸素原子以外のヘテロ原子が窒素、硫
   黄、珪素、およびリンから選ばれる少なくとも１種であ
   る請求項４に記載の炭素質多孔材。
6. 【請求項６】 炭素質多孔材の表面における炭素原子に
   対するアルカリ金属原子の相対存在比が０．００１以上
   である請求項１〜５のいずれか１項に記載の炭素質多孔
   材。
7. 【請求項７】 水蒸気吸着等温線において、相対水蒸気
   圧０．０５と０．３０との水蒸気吸着量差が０．２０ｇ
   ／ｇ以上であることを特徴とする炭素質多孔材。
8. 【請求項８】 液体状の熱硬化性樹脂と賦活材とを含む
   液体状混合物を、液体状混合物の沸点以下で乾燥させた
   後、不活性雰囲気中で焼成することを特徴とする炭素質
   多孔材の製造方法。
9. 【請求項９】 液体状の熱硬化性樹脂が、トリアジン環
   に官能基が付与された含窒素化合物と芳香環含有の熱硬
   化性樹脂との混合物および／または反応生成物、である
   請求項９に記載の炭素質多孔材の製造方法。
10. 【請求項１０】 トリアジン環に官能基が付与された含
    窒素化合物がメラミンであって、芳香環含有の熱硬化性
    樹脂の原料がフェノール化合物である請求項１０に記載
    の炭素質多孔材の製造方法。
11. 【請求項１１】 賦活剤がアルカリ金属水酸化物であ
    る、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の炭素質多孔
    材の製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項８〜１１に記載の炭素質多孔材
    の製造方法により得られた炭素質多孔材。
13. 【請求項１３】 水蒸気吸着等温線において、相対水蒸
    気圧０．０７と０．５０とで水蒸気吸着量の差が０．２
    ２ｇ／ｇ以上であり、かつ相対蒸気圧０．８０での吸着
    量が０．５０ｇ／ｇ以上であることを特徴とする炭素質
    多孔材。
14. 【請求項１４】 炭素質多孔材の表面において、炭素原
    子に対する酸素原子の相対存在比が０．１２以上であ
    る、請求項１３に記載の炭素質多孔材。
15. 【請求項１５】 炭素質多孔材が、炭素質多孔材の表面
    を酸化処理して酸素を付加した炭素質多孔材である請求
    項１３または１４に記載の炭素質多項材。
16. 【請求項１６】 酸化処理が、湿式処理である請求項１
    ５に記載の炭素質多孔材。
17. 【請求項１７】 湿式処理が、酸、もしくは亜塩素酸、
    塩素酸または過塩素酸のナトリウム塩、もしくは過酸化
    水素、オゾン水溶液、臭素水、過マンガン酸カリウム、
    またはクロム酸カリウム−オルトリン酸水溶液による処
    理である請求項１６に記載の炭素質多孔材。
18. 【請求項１８】 酸が硝酸、塩酸、または硫酸である請
    求項１７に記載の炭素質多孔材。
19. 【請求項１９】 請求項１〜７および１２〜１８のいず
    れか１項に記載の炭素質多孔材を含む水蒸気吸着材。
20. 【請求項２０】 吸着材として請求項１９に記載の水蒸
    気吸着材を含む吸着ヒートポンプ、デシカント空調装置
    または除湿装置。