JP3066145B2 - 活性炭及びその製法 - Google Patents

活性炭及びその製法

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  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)
  • Fertilizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、活性炭及びその製法に
関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、活性炭は、多孔性炭素質物質で
あって大きな比表面積と吸着能をもち、吸着剤として各
種の目的に、広く利用されている。このような活性炭
は、ガス、蒸気の吸着、溶媒の回収、ガスの精製、脱
臭、廃水の処理、溶液の脱色、精製などに、更には触媒
担体として用いられている。
【0003】従来、活性炭は、木材または褐炭を活性化
剤、例えば、塩化亜鉛、リン酸などで処理し、次いで乾
留することにより、又は木炭を水蒸気で活性化すること
により製造されてきた。例えば、木炭、ココナッツ殻、
コール・チャーなどを十分に炭化し、水蒸気で高温処理
する。又は、その活性炭を塩化亜鉛で浸漬、活性化し、
継いで高温焼成する。活性炭は、通常800〜1200
/gの比表面積、0.2〜2cm/gの空孔容
積、1〜4nmの孔径を有する。また、活性炭は、主と
して炭素、少量の水素、酸素及び無機成分とから成る。
その化学構造としては主としてグラファイトからなり、
無定形で、表面にヒドロキシ基、キノン基などの官能基
を有する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、吸着能その
他の諸性能が優れた活性炭を提供すること、並びに、通
常の出発物質ではなくて、廃棄処理に困る廃タイヤを用
いて、優れた性質の活性炭を製造する方法を提供するこ
とを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題に
鑑み、鋭意検討した結果、特定条件の廃タイヤの燃焼に
より生成した活性炭が優れた吸着能その他の諸性能にも
優れたものとなることを見い出し、本発明を完成するに
至ったのである。すなわち、本発明の活性炭及びその製
法は、次の(1)〜(7)に存する。 (1)炭素微結晶の間隙に黒鉛化し難い交差連結格子が
存在し、鉛筆硬度でB〜6B、孔径が100〜400オ
ングストローム、比表面積が150〜500m/g、
且つ、空孔容積が1.3〜5.0ml/gである、不規
則な配置の炭素微結晶及び難黒鉛化炭素からなることを
特徴とする活性炭。 (2)CEC(塩基置換容量)が8〜13である上記
(1)記載の活性炭。 (3)鉛筆硬度で2B〜4B、孔径が200〜350オ
ングストローム、比表面積が200〜400m/g、
及び空孔容積が1.4〜3.0ml/gである上記
(1)記載の活性炭。 (4)CEC(塩基置換容量)が9〜12である上記
(3)記載の活性炭。 (5)金属線を含む廃タイヤを400〜900℃で、酸
素の存在下、及びCO及び水蒸気の存在下で燃焼せし
めることにより、活性炭を製造することを特徴とする活
性炭の製法。 (6)金属線が廃タイヤの量の1/3以上の量で含まれ
ている上記(5)記載の活性炭の製法。 (7)得られた活性炭が炭素微結晶の間隙に黒鉛化し難
い交差連結格子が存在し、鉛筆硬度でB〜6B、孔径が
100〜400オングストローム、比表面積が150〜
500m/g、且つ、空孔容積が1.3〜5.0ml
/gである、不規則な配置の炭素微結晶及び難黒鉛化炭
素からなる上記(5)又は(6)記載の活性炭の製法。
【0006】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【0007】本発明の活性炭は、鉛筆硬度でB〜6B、
孔径が100〜400オングストローム、比表面積が1
50〜500m/g、且つ、空孔容積が1.3〜5.
0ml/gである、不規則な配置の炭素微結晶及び難黒
鉛化炭素からなることを特徴とするものである。本発明
の活性炭は、好ましくは、鉛筆硬度で2B〜4B、孔径
が200〜350オングストローム、比表面積が200
〜400m/g、孔容積が1.4〜3.0ml/gで
ある。また、好ましくはCEC(塩基置換容量)が、8
〜13、好適には9〜12である。
【0008】上記CECは、塩基を置換して得る能力を
示す。肥料成分は、塩基であるので、CECが大きい
程、肥料成分が吸着される量が大きい。即ち、本発明の
活性炭を土壌と混合したとき、この活性炭は土壌として
機能することができる。この活性炭のCECは非常に大
きいので大量の肥料成分を吸着することができる。その
単位はミリグラム当量(ME)であって、例えば、CE
C 20ミリグラム当量ということは、100gの土壌
が20ミリグラム当量の塩基(肥料成分)をつかむこと
ができるということを意味する。本発明の活性炭のCE
Cは下記の表から明らかなように市販の活性炭のCEC
よりも大きい。
【0009】図1は本発明の活性炭の電子顕微鏡写真を
示す。倍率は1000倍である。これは大きい孔径、大
きい空孔容積及び不規則配置を示している。下表は本発
明の活性炭と市販の活性炭とを比較するものである。 上記表から明らかなように、本発明の活性炭は市販の活
性炭に比し、硬度が低く、孔径が大きく、空孔容積が大
きい。そして、大きい粒子、分子を吸着できる。この電
子顕微鏡写真的構造からみて、本発明の活性炭は、その
比表面積が小さいので、脱臭、脱色はできないように思
われるが、驚くべきことに、優れた脱臭、脱色作用を示
す。これは大孔径及び大きい空孔容積によるものと思わ
れる。
【0010】本発明の活性炭と、市販の活性炭とを吸着
性について更に比較すると次のとおりである。 a.本発明の活性炭 油: 吸着する かび: 吸着する アンモニア臭: 吸着する 脱臭速度: 非常に速い 脱色(メチレンブルー): 非常に速い b.市販の活性炭 油: 吸着しない かび: 吸着しない アンモニア臭: 吸着困難 脱臭速度: ゆっくり、長く吸着する 脱色(メチレンブルー): 普通 廃タイヤの燃焼で本発明の活性炭をつくった場合には、
例えば、次の成分を含み、また、次のようなpH値を示
す。 成 分 重量% 水 分 0.43〜0.61 炭 素(C) 53.8〜62.9 全窒素(T〜N) 0.244〜0.293 リン酸(P) 0.584〜0.611 カリウム(KO) 0.525〜0.574 カルシウム(CaO) 4.62〜4.69 マグネシウム(MgO) 0.665〜0.670 硫黄(S) 0.31〜0.37 揮発分(大部分) 残 り 炭素比(C/N) 220〜226 pH(HO) 10.15〜10.44 この活性炭は軟かい(低鉛筆硬度)が、結合力に関連す
る炭素比(C/N)は約200にも達する高さであるの
で、その構造強度は高い。市販の活性炭の炭素比は約7
0である。
【0011】本発明の活性炭は、各種物質を吸着するの
に用いることができる。例えば、キノリン銅〔ビス(キ
ノリン−8−オレエート)銅〕水溶液のような農業用薬
剤の吸着、処理に用いられる。310mg/lのキノリ
ン銅が含まれ、活性炭の粒径が1mm以下、及び2mm
以下のものが用いられた場合は、処理後のキノリン銅の
含有量は、夫々0.072mg/l及び0.13ml/
lであった。
【0012】本発明の活性炭は、浄水におけるトリハロ
メタンの除去、ミネラルアイスの精製、合成樹脂剤とし
てのフェノールの除去などにも有効に用いることができ
る。
【0013】本発明の活性炭を製造する方法は、廃タイ
ヤを特定条件下で燃焼して製造するものである。即ち、
金属線を含む廃タイヤを400〜900℃、好ましく
は、700〜800℃、で、酸素の存在下、及びCO
及び水蒸気の存在下で燃焼させることによって製造する
ことができる。金属線としては、例えば、鋼線、珪素鋼
線などがある。この廃タイヤ燃焼用の空気は、好ましく
は高湿度、例えば、相対温度が少なくとも60%、であ
り、必要に応じ、燃焼雰囲気中に水を適宜な手段で添加
する。
【0014】活性炭生成後、金属線破片を除去、例え
ば、磁石を用いて除去し、次いで、得られた活性炭粒を
フルイにかけ所望の粒径範囲の粒子を得ることができ
る。従って、この方法によるときは活性炭をピレット化
しなくても所望の粒度のものが得られる。勿論、必要に
応じ、所望粒径より小さいものをペレット化して所望粒
径とすることは差支えない。この製法は、従来の空気
(酸素)の不存在下、炭素含有材料を強熱して乾留し、
次いで活性水素を添加することによる活性炭の製法、又
は炭素質材料を十分に炭素化し、次いで得られた炭素を
水蒸気、又は化学薬品で処理する活性炭の製法とは全く
異なるものである。
【0015】優れた諸性質を有する活性炭、特に前記本
発明の特定の構造、特性を有する活性炭、を一工程で製
造できる、上記廃タイヤからの製造法のメカニズムは明
らかではない。本発明は如何なる特定の理論によって、
拘束、制限されることを望むものではないが、このメカ
ニズムは、次のように考えることができるものと思われ
る。即ち、燃焼中にその金属線(細い金属撚り線)が砕
けて破片となり、廃タイヤ材料中にばらまかれ、触媒的
に又は物理的に該材料に作用し、更に燃焼雰囲気中に存
在するCO及び水が同時に、この炭素質材料を活性化
する。
【0016】金属線の量は好ましくは、廃タイヤの全重
量の少なくとも1/3である。金属線の量がこの1/3
より少ないと、得られる吸着能力は低下する。更に好ま
しくは、金属線の量は、廃タイヤの全重量の約4/10
ないし約6/10である。
【0017】
【発明の効果】(1)本発明の特定の構造、特性を有す
る活性炭は、下記の諸効果の少なくとも一部を奏するも
のである。 i)大きい空孔容積を有するので、硫黄成分、窒素成分
が早い速度で吸着され、また、SO及びNoxの分子
構造に対応して短時間内に吸着が行われる。 ii)酸性雨の有害成分の80%はSO、及び20%
はNoxであり、これを吸着することができる。 iii)CECが従来市販のものより大きいので、SO
及びNoxを吸着した後の活性炭を泥炭に混ぜて、そ
れと牛糞、豚糞、鶏糞に混ぜて匂を消して堆肥として使
うことができる。 iV)土壌と混ぜて土壌改良剤として用いることができ
る。例えば、酸性土壌水を中和できるので、石灰や溶成
リン肥を用いる必要はない。また、CECが高いので、
肥料の保持が良好である。 V)硫黄成分、窒素成分を吸着した活性炭は土壌改良剤
として使用でき、硫黄成分、窒素成分は肥料として働ら
く。 (2)本発明方法による廃タイヤ燃焼による活性炭の製
造においては、上記特定の構造、特性を有する活性炭が
得られると共に、便宜のサイズの活性炭粒が最初から得
られ、又、空気除去のための水中浸漬操作は行なわなく
てもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の特定の構造を有する活性炭粒子構造の
電子顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F01N 3/08 // C09K 101:00 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 31/10 B01D 53/60 B01D 53/74 C05F 3/00 C09K 17/02 F01N 3/08 C09K 101:00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素微結晶の間隙に黒鉛化し難い交差連
    結格子が存在し、鉛筆硬度でB〜6B、孔径が100〜
    400オングストローム、比表面積が150〜500m
    /g、且つ、空孔容積が1.3〜5.0ml/gであ
    る、不規則な配置の炭素微結晶及び難黒鉛化炭素からな
    ることを特徴とする活性炭。
  2. 【請求項2】 CEC(塩基置換容量)が8〜13であ
    る請求項1記載の活性炭。
  3. 【請求項3】 鉛筆硬度で2B〜4B、孔径が200〜
    350オングストローム、比表面積が200〜400m
    /g、及び空孔容積が1.4〜3.0ml/gである
    請求項1記載の活性炭。
  4. 【請求項4】 CEC(塩基置換容量)が9〜12であ
    る請求項3記載の活性炭。
  5. 【請求項5】 金属線を含む廃タイヤを400〜900
    ℃で、酸素の存在下、及びCO及び水蒸気の存在下で
    燃焼せしめることにより、活性炭を製造することを特徴
    とする活性炭の製法。
  6. 【請求項6】 金属線が廃タイヤの量の1/3以上の量
    で含まれている請求項5記載の活性炭の製法。
  7. 【請求項7】 得られた活性炭が炭素微結晶の間隙に黒
    鉛化し難い交差連結格子が存在し、鉛筆硬度でB〜6
    B、孔径が100〜400オングストローム、比表面積
    が150〜500m/g、且つ、空孔容積が1.3〜
    5.0ml/gである、不規則な配置の炭素微結晶及び
    難黒鉛化炭素からなる請求項5又は6記載の活性炭の製
    法。
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