JP2790328B2 - 薬品賦活成型活性炭並びにその製造法及び用途 - Google Patents
薬品賦活成型活性炭並びにその製造法及び用途Info
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Description
び用途に関する。
有機溶剤を回収する方法として、成型活性炭を充填した
活性炭層に上記ガス体を通じて有機溶剤を吸着させた
後、この活性炭層を加熱して吸着した有機溶剤を再び脱
離させる方法で行われている。
ジンが停止するとそれまで高温であったエンジンの回り
の熱が周囲に伝わり、いわゆるホットソーク(hot soa
k)の状態になり、ガソリン蒸気が発生する。このガソ
リン蒸気を吸着させ、エンジン作動時に再び放出利用さ
せるために活性炭層が用いられている。
あって特に吸脱着能及び耐久性の高いものが望まれてい
る。
は、有効吸着量、物理的強度等の点で十分に満足しうる
ものはない。
るクロムなどの重金属イオン吸着用の成型活性炭が開示
されている。この成型活性炭は、ラワン材の木粉等の有
機材をリン酸により薬品賦活して得られる成型活性炭で
あるが、得られた製品の物理的性状は特に開示されてい
ない。
着能が高くかつ耐久性が優れた成型活性炭、及びこのよ
うな成型活性炭を薬品賦活法によって工業的に有利に製
造する方法並びにその用途を提供しようとするものであ
る。
m3、細孔容積が0.5〜1.2cm3/g、充填密度×細孔容積が
0.25〜0.4cm3/cm3、表面積が1000cm2/g以上、充填密度
×表面積が400m2/cm3以上、平均細孔径が18〜35Å及び
ブタン有効吸着量が5.0〜15g/100mlである物性を有し、
かつ疎水性有機化合物の吸脱着に適する薬品賦活成型活
性炭が提供される。
るものである。従ってその原料は、薬品賦活しうる活性
炭原料である。その例としてはセルロース質(たとえば
木屑、椰子殻)や澱粉質(例えばトウモロコシ、キビ、
アワ、ヒエなどの穀物類)が挙げられる。これらの中
で、セルロース質のものが好ましい。また薬品賦活法に
使用される薬品としては、リン酸、塩化亜鉛、塩化カル
シウムなどの一般の賦活薬品を挙げることができ、塩化
亜鉛、リン酸が好ましく、塩化亜鉛がさらに好ましい。
メッシュ(1987年3月で廃止された旧JISによる)の成
型活性炭を、JIS法(JIS K 1474)に準じて測定された
ものをいう。この発明の成型活性炭の充填密度は、一般
に0.25〜0.6g/cm3、好ましくは0.3g/cm3以上、より好ま
しくは0.35g/cm3以上である。
量を意味し、クランストン−インクレイ(Cranston−In
kley)法で300Å以下の細孔容積を対象とするものであ
る。上記この発明の成型活性炭の細孔容積は、一般に0.
5〜1.2cm3/g、好ましくは0.6cm3/g以上、より好ましく
は0.65cm3/g以上である。なお、上記細孔容積の測定に
は例えば細孔分布測定装置(CARLO ERBA SORPTO MATIC
SERIES 1800)を用いることができる。
らに上記充填密度と上記細孔容積との積が0.25〜0.4cm3
/cm3の範囲であることを要件とする。すなわち、上記積
を該範囲のものとすることにより、容積当りの吸着性能
が高くかつ強度に優れた成型活性炭とすることができ
る。上記積は0.27cm3/cm3以上であることが好ましく、
0.29cm3/cm3以上であることがさらに好ましい。
るものを意味する。表面積は、一般に1000m2/g以上、好
ましくは1100m2/g以上、より好ましくは1300m2/g以上で
ある。この発明の成型活性炭においては、上記表面積は
前記充填密度との関係においても限定される。すなわち
前記充填密度と上記表面積との積が、一般に400m2/cm3
以上、好ましくは500m2/cm3以上、より好ましくは550m2
/cm3以上である。なお。上記表面積の測定には上記細孔
容積の測定に挙げたものと同様の装置を用いることがで
きる。
と上記表面積とから算出されるものを意味する。その平
均細孔径は、一般に18〜35Å、好ましくは19〜30Å、よ
り好ましくは20〜28Åである。
99.9%以上のn−ブタンを用いて成型活性炭試料100ml
について測定される値であり、この測定法については後
述する実施例に詳細される。この発明の成型活性炭の上
記測定法によるブタンの有効吸着量は、一般に5.0〜15g
/100ml、好ましくは8.0〜15g/100ml、より好ましくは9.
0〜15g/100mlである。
(JISによる、0.3mm以上の開口を有する)を通過しない
ものが適しており、36メッシュ(0.425mm以上の開口を
有する)を通過しないものが好ましく、30メッシュ(0.
5mm以上の開口を有する)を低下しないものがさらに好
ましい。
の吸脱着に適するものである。ここで吸脱着の対象とな
る疎水性有機化合物としては、20℃における水に対する
溶解度が10重量%以下であり、かつ沸点が−5℃〜170
℃のものが好ましい。該疎水性有機化合物の例として
は、炭素数4〜8(以下C4〜C8のように示す)の鎖状脂
肪族飽和又は不飽和炭化水素、C5〜C9の環状脂肪族炭化
水素、C6〜C9の芳香族炭化水素、C1〜C6のハロゲン化炭
化水素、C4〜C8のエーテル、C5〜C7のケトン、C3〜C8の
エステル等が挙げられる。
ては、例えばn−ブタン、n−ペンタン、n−ヘキサ
ン、イソヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、イソ
オクタン(2,2,4−トリメチルペンタン)、2,2−ジメチ
ルブタン、2−ペンテン等が挙げられる。
クロヘキサン、メチルシクロヘキサン等が挙げられる。
ン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシ
レン、エチルベンゼン、イソプロピルベンゼン等が挙げ
られる。
化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、塩化エチル、
塩化エチレン、塩化エチリデン、1,1,1−トリクロルエ
タン、1,1,2−トリクロルエタン、1,1,1,2−テトラクロ
ルエタン、1,1,2,2−テトラクロルエタン、ペンタクロ
ルエタン、塩化ビニリデン、1,2−ジクロルエチレン、
トリクロルエチレン、テトラクロルエチレン、1,2,3−
トリクロルプロパン、塩化イソプロピル、塩化アリル、
1,2−ジクロルプロパン、塩化ブチル、塩化アミル、o
−クロルトルエン、p−クロルトルエン等が挙げられ
る。
ル、n−ブチルエーテル、エピクロルヒドリン、ジグリ
シジルエーテル、フラン等が挙げられる。
ピルケトン、メチルn−ブチルケトン、メチルイソブチ
ルケトン、メチルn−アミルケトン、ジエチルケトン、
エチルn−ブチルケトン、シクロヘキサノン、o−メチ
ルシクロヘキサノン等が挙げられる。
ギ酸プロピル、ギ酸n−ブチル、ギ酸イソブチル、ギ酸
アミル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロ
ピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸第二ブチ
ル、酢酸n−アミル、酢酸イソアミル、酪酸エチルが挙
げられる。
記する製造法をも提供するものである。すなわち、薬品
賦活しうる活性炭原料と40〜70%賦活薬品水溶液とを乾
燥固形物重量で1/0.6〜1/3.0の割合で混合した混合物
を、100〜160℃で加熱、反応させ、反応物の総重量が加
熱前の乾燥固形物重量に対して90〜115%になった時点
で、反応物を90〜160℃の温度に保ちながら成型し、次
いで常法により焼成、洗浄、乾燥して成型活性炭を得る
ことを特徴とする薬品賦活成型活性炭の製造法が提供さ
れる。
したごとく、薬品賦活しうる活性炭原料が用いられ、椰
子殻、木屑などのセルロース質のものが好ましい。また
使用される賦活薬品としても前述した一般の賦活薬品を
挙げることがてき、塩化亜鉛、リン酸が好ましく、塩化
亜鉛がさらに好ましい。
水溶液が用いられる。40重量%未満にすると、反応させ
るのに時間を要するので好ましくない。70重量%より高
くすると、活性炭原料と賦活薬品との均一な混合が困難
であり、また反応が急激に起こり、反応のコントロール
が困難になる。活性炭原料と賦活薬品水溶液の混合割合
は、乾燥固形物重量で一般に1/0.6〜1/3.0、好ましくは
1/0.8〜1/2.0である。
加熱して反応させるが、ここで反応とは、活性炭原料を
賦活薬品の作用で、分割や脱水させて黒色の物質を作る
ことをいう。
要であり、温度を上げれば反応が速くなるが、160℃以
上にすると、反応が進みすぎ成型ができなくなる。
型するのに最適なところで反応を止めるのがこの発明の
特徴の一つである。反応物の重量を加熱前の乾燥重量
(活性炭原料乾燥重量+賦活薬品乾燥重量)に対して、
90〜115%になった時点で反応を中止するのが望ましい
ことを見いだした。ここで反応物とは、水を含めて反応
系に存在する物の総量を意味する。すなわち、活性炭原
料が黒くなると同時に、タール質が生成される。このタ
ール質が、成型時、焼成賦活時のバインダとなって作用
すると考えられるので、あまり反応を進め過ぎるとこの
タール質がなくなり、成型が困難になり、焼成賦活後の
製品の硬度がなくなり、緻密な成型活性炭ができない。
一方、反応をあまり手前で止めると、タール質が少な
く、また残留水分が多く成型粒子間に水分が残り、焼成
賦活後の製品の充填密度が低く緻密な成型活性炭ができ
ない。
時、成型物温度を90〜160℃に加温しながら成型するこ
とにより、反応で生成したタール質を溶融させ粒子間に
バインダとして残し、緻密な成型物を得ることができ
る。
なく、粒子間にタール質が広がらなく、成型が困難であ
り、また焼成賦活後の製品が粉化しやすくなる。物品温
度を160℃以上にすると、成型時に反応物中の液性分
(タール質と水分)と固形性分の分離が起こり、成型が
困難になる。
ら圧力をかける。成型機としては、打錠機やプレス、押
し出し成型機などを用いる。なお、プレス成型の場合の
上記成型物温度及び上記反応終点の条件は上述したごと
くであるが、押し出し成型の場合は、成型物温度を90〜
130℃、反応終点の反応物の重量を加熱前の乾燥重量
(活性炭原料乾燥重量+賦活薬品乾燥重量)に対して、
100〜110%とすることが適している。成型時の形は、錠
剤状、板状、ペレット状、ブリケット状など自由に選ぶ
ことができる。また成型活性炭を破砕すれば、破砕炭を
得ることができる。
の一般的製造に用いられるものが適用される。たとえ
ば、ロータリーキルン内において、500−700℃で10分−
1時間炭化焼成することにより賦活し、ついで洗浄乾燥
することにより成型活性炭を製造することができる。
均細孔径及びブタン有効吸着量等の物性が前記した範囲
を満足する薬品賦活成型活性炭が得られる。
さらにガス賦活することにより、n−ブタン有効吸着量
の大きな成型炭を製造することができる。この場合のガ
ス賦活は通常のガス賦活による成型炭の製造と同様に行
うことができる。例えば、賦活ガスとして水蒸気、炭酸
ガスを用い、30〜60%のガス分圧下、850〜1000℃で10
分〜4時間焼成することにより得ることができる。
水成有機化合物を吸脱着を繰返して回収するのに好適な
ものである。従って該成型活性炭の具体的な用途の例と
して例えば、ガソリンエンジンのガソリン蒸発防止装置
(第1図)や溶媒回収プロセス(第2図)等をあげるこ
とができる。
によりこの発明は限定されるものではない。
kg混合しながら加熱した。品温が徐々に上昇し、品温10
0℃以上で水分が蒸発しながら反応が起こり始めた。反
応を進め、黒色反応物を作り、その反応終点重量をいろ
いろ変えて、その都度得られる反応物を成型した。すな
わち、木粉と塩化亜鉛との合計乾燥重量を100としたと
き、反応終点における反応物の重量を82〜136%まで段
階的に実験した。
径30cm,厚さ約4mmの形状)または打錠成型(直径6mm,厚
さ約3mmの形状)した後、ルツボに入れ、600℃で3時間
焼成賦活した。
鉛を取り除いた後乾燥した。その乾燥品を10メッシュ〜
28メッシュに粉砕し、その性状を調べた。この結果を
〔表1〕に示す。
点重量は、90〜115%がよく、反応温度は、160℃以下が
よいことがわかる。
n−ブタン有効吸着量を測定した(なお、この測定法に
ついては下記に示す)。結果は次のとおりであった。
たものである。
る。
填する。
以上) 5.カラムを取り外し秤量する(Bg)。
乾燥空気190ml/min(at25℃)(10BEDvol/min)で20分
流通する。
る。
レスを用いて成型(実施例1と同形状)した。成型時反
応物の温度を50℃〜200℃にした。
た。結果を〔表2〕に示す。
ス板に近い所は硬い物ができるがプレス板間中央部は非
常にもろい。
炭につき、上記と同様にしてn−ブタン有効吸着量を測
定した。結果は以下のとおりであった。
ら(但し、塩化亜鉛の混合割合を下表3No.1〜8に示す
ごとく変えて実験した)120〜130℃に加熱して反応さ
せ、この各混合物の重量が90〜115重量%となった時点
で反応を中止し、得られた各反応物を130℃でプレス成
型(直径30cm,厚さ約4mmの形状)した後、ルツボに入
れ、600℃で3時間焼成賦活した。
未反応の塩化亜鉛を取り除いた後乾燥した。
ュに粉砕しその物性を調べた。結果を〔表3〕に示す。
て、平均細孔径が大きくなり、細孔容積が大きくなり、
細孔容積が大きくなるから充填密度が小さくなった。
ら、n−ブタン有効吸着量は6.0g/100ml以下であり、他
の市販品で特にn−ブタン有効吸着量の大きい活性炭で
も約8g/100mlである。) 但し、平均細孔径(Å)は、〔4×細孔容積(ml/ml)
/表面積(m2/ml)〕×104により算出した。
カーに入れ、スパーテルでよく混合し恒温乾燥機に入
れ、温度を70℃〜200℃まで変え24時間後に、重量変化
と反応具合を見た。結果を下記〔表4〕に示す。
成型(直径6mm,厚さおよそ3mmの形状)したところ、C,D
およびEは成型できたが、A,B,F,GおよびHは成型でき
なかった。C,DおよびEを600℃で1時間焼成賦活した。
DおよびEは強度の強い成型活性炭が得られた。Cの成
型品は強度が弱く脆かった。
混合しながら加熱した。品温が徐々に上昇するが、この
時真空度を変化させて品温をコントロールした。取り出
した反応物を実施例1と同様にプレス成型し、600℃で
ルツボ焼成し酸水洗、破砕してその性状を調べた。この
結果を下記〔表5〕に示す。この実験結果から100℃以
上が良いことがわかる。
つき、上記と同様にn−ブタン有効吸着量を測定した。
結果は以下の通りであった。
〔表6〕の条件にて水蒸気賦活して得られたものの性状
を同表に示した。1.5時間の水蒸気賦活でn−ブタン吸
着量・n−ブタン有効吸着量が約12%大きくなった。
記5種類の有機溶剤の平衡吸着実験を行った。すなわ
ち、各有機溶剤を0.1vol%含有する窒素を用いて25℃及
び100℃で平衡吸着量(met%)を測定した。ここで、25
℃で0.1vol%というのは一般有機溶剤の吸着時の一般条
件を代表し、100℃で0.1vol%というのは一般有機溶剤
の脱着時の一般条件を代表しているといえる。従って、
25℃と100℃での吸着量の差(有効吸着量)が大きいほ
ど有機溶剤の回収に適している活性炭である。
(S2X4/6)〕についても同様に測定した。結果を下記
〔表7〕に示す。
炭に比して、いずれの有機溶剤に対しても有効吸着量が
大きいことがわかる。
有効吸着量が大きくかつ耐久性に優れ、疎水性有機化合
物の吸脱着に適した成型活性炭が提供される。従ってこ
の発明の成型活性炭は、疎水性有機化合物の回収に適し
ており、例えばガソリン蒸発防止装置(ELCD)等の用途
に好適なものである。
蒸発防止装置の作動原理を示すものであり、(a)はそ
の吸着時及び(b)その脱着時を示す構成説明図、第2
図はこの発明の成型活性炭の用途の他の例の溶媒回収プ
ロセスの基本を説明するフローシート図である。
Claims (12)
- 【請求項1】充填密度が0.25〜0.6g/cm3、細孔容積が0.
5〜1.2cm3/g、充填密度×細孔容積が0.25〜0.4cm3/c
m3、表面積が1000m2/g以上、充填密度×表面積が400m2/
cm3以上、平均細孔径が18〜35Å及びブタン有効吸着量
が5.0〜15g/100mlである物性を有し、かつ疎水性有機化
合物の吸脱着に適する薬品賦活成型活性炭。 - 【請求項2】充填密度×細孔容積が0.27cm3/cm3以上
で、充填密度×表面積が500m2/cm3以上である請求項1
記載の成型活性炭。 - 【請求項3】薬品賦活しうる活性炭原料と賦活薬品とか
ら得られたものである請求項1記載の成型活性炭。 - 【請求項4】薬品賦活しうる活性炭原料が、椰子殻又は
木屑であり、賦活薬品が塩化亜鉛又はリン酸である請求
項3記載の成型活性炭。 - 【請求項5】成型活性炭の大きさが0.3mm以上である請
求項1記載の成型活性炭。 - 【請求項6】薬品賦活しうる活性炭原料と40〜70%賦活
薬品水溶液とを乾燥固形物重量で1/0.6〜1/3.0の割合で
混合した混合物を、100〜160℃で加熱、反応させ、反応
物の総重量が加熱前の乾燥固形物重量に対して90〜115
%になった時点で、反応物を90〜160℃の温度に保ちな
がら成型し、次いで常法により焼成、洗浄、乾燥して請
求項1記載の成型活性炭を得ることを特徴とする薬品賦
活成型活性炭の製造法。 - 【請求項7】薬品賦活しうる活性炭原料が、椰子殻又は
木屑である請求項6記載の製造法。 - 【請求項8】賦活薬品水溶液が、塩化亜鉛又はリン酸水
溶液である請求項6記載の製造法。 - 【請求項9】反応物がプレスによって成型される請求項
6記載の製造法。 - 【請求項10】反応物が90〜130℃で押し出し成型され
る請求項6記載の製造法。 - 【請求項11】成型活性炭がさらにガス賦活に付される
請求項6記載の製造法。 - 【請求項12】請求項1記載の薬品賦活成型活性炭を用
いて、疎水性有機化合物の吸脱着を繰り返すことからな
る疎水性有機化合物の回収法。
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