JPH04281843A - 選択吸着性多孔質炭素材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス中から悪臭の有機
系成分を効果的に選択吸着することができる成形体形状
の多孔質炭素材を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、吸着剤として各種用途に汎用され
ている活性炭には、粉末、粒状および繊維状のものがあ
る。これら種類のうち、粉末活性炭は容易に飛散して作
業環境を汚染する取扱上の欠点がある。粒状活性炭も比
較的脆弱なカーボンの集合体で構成されているため、ハ
ンドリング時に破砕粉化して同様の環境汚染を発生させ
ることがある。この点、炭素繊維を活性化して製造され
る繊維状活性炭は前記のような汚染性が少ないうえに可
撓性があるためハンドリング面で便利であるが、吸着容
量が小さく、破過時間が短い性能面の欠点がある。

【０００３】したがって、吸着性の微細孔を備え、組織
強度の高い多孔質炭素の成形体が得られれば前記の課題
は解消されるが、骨格組織が強固で選択吸着能を満足す
る成形状の多孔質炭素材は開発されていない。例えば、
特公平１−３２０２７９号公報には紙に熱硬化性樹脂を
含浸したのち非酸化性雰囲気下で炭化処理して多孔質炭
素材を製造する方法が記載されている。この材質は実質
的に複合系のガラス状炭素組織となっているため極めて
強固であるが、多孔組織としてはマクロ孔が支配的でミ
クロやメソ孔が存在しないため、比表面積が１．５ｍ２
／ｇ　と不足して吸着剤としての機能は期待できない。 特公昭６１−２１８０６０号公報には、熱硬化性樹脂に
孔形成剤を混入して炭化処理する多孔質炭素材の製造方
法が開示されているが、この場合には吸着性能に問題は
ないものの、材質組織が脆弱で破損し易い。また、特公
昭４９−１７３９４　号公報に記載されているようにフ
ェノール樹脂を酸化性ガスの存在下で炭化と賦活を同時
におこなう多孔質炭素材の製造でも、同様に比表面積は
高くなるが材質の脆い成形体となる。

【０００４】一方、活性炭に除去成分を添着させて特定
の悪臭成分を選択的に除去する吸着剤については多くの
提案（特公昭６２−７２６　号公報、特公昭６２−７２
９　号公報、特公昭５５−５１４２０　号公報、特公昭
５５−５１４２１　号公報、特公昭５５−５１４２２　
号公報）　がなされているが、総じて粉末または粒状の
ものに限られており、成形体のものは開発されていない
。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
実情に鑑みて開発されたもので、その目的は特に悪臭の
強い硫化水素、硫化カルボニル、メルカプタン類、スル
フィド類などの有機系成分を選択的に吸着除去すること
ができ、かつ材質組織の強固な選択吸着性多孔質炭素材
の製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による選択吸着性多孔質炭素材の製造方法は
、平均気孔径５０〜１５０　μｍ　、気孔率５０％以上
の気孔性状を有する紙を所定の厚さに積層し、これを下
記　（１）および（２）　の成分を添加した残炭率４０
％以上の熱硬化性樹脂溶液を含浸処理し、加熱して樹脂
成分を硬化したのち、非酸化性雰囲気下　８００℃まで
の温度で焼成炭化することを構成上の特徴とする。 （１）塩化亜鉛、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭
酸カリウム、燐酸ナトリウムおよび硫化カリウムから選
ばれた孔形成剤成分。 （２）アルカリ金属の炭酸塩、酢酸塩、しゅう酸塩、安
息香酸塩およびフェノール類の塩から選ばれた１種以上
の除去薬剤成分。

【０００７】本発明の骨格基材原料となる紙は、一般に
市販されている藁紙、雑種紙、段ボール原紙など製紙パ
ルプから製造される各種紙類、もしくはレーヨン、ビニ
ロン、ナイロン等を含む化学繊維を抄造して製造される
合成紙類であって、平均気孔径が５０〜１５０　μｍ　
、気孔率が５０％以上の気孔性状を有するものを選択し
て使用する。該原料紙は最終的に炭化して多孔質炭素材
の骨格組織を形成するものであるが、その紙質性状とし
て平均気孔径が５０μｍ　を下廻り、気孔率が５０％未
満になると熱硬化性樹脂の含浸から焼成炭化の過程で気
孔の閉塞化を誘発し、吸着時の圧力損失が高くなる。ま
た平均気孔径が　１５０μｍ　を越えると、得られる多
孔質炭素材の材質強度が弱くなる。

【０００８】原料紙は所定の厚さになるように積層し、
必要により圧縮処理したのち含浸工程に移される。この
際、原料紙は積層前に予め５０〜２００　℃の温度範囲
で加熱処理を施し、水分の除去と表面の改質をおこなっ
ておくと樹脂液との濡れ性がよくなる。

【０００９】含浸溶液の組成は、孔形成剤成分および除
去薬剤成分を添加した残炭率４０％以上の熱硬化性樹脂
溶液とする。残炭率とは樹脂を非酸化性雰囲気中１００
０℃の温度で焼成したときに残留する炭素分の重量％を
指し、これが４０％未満の場合には得られる多孔質炭素
材の強度を実用水準まで向上させることが困難となる。 ４０％以上の残炭率をもつ熱硬化性樹脂には、フェノー
ル系樹脂、フラン系樹脂などがあり、いずれも本発明の
目的に有効に使用される。これらの熱硬化性樹脂は、ア
セトン、アルコール等の溶剤で樹脂分が３０〜９０％に
なるように希釈して用いることが好ましい。樹脂濃度が
３０％未満であると強度特性が減退し、９０％を越える
と細孔の形成が阻害されて比表面積の低下を招くように
なる。

【００１０】熱硬化性樹脂溶液に添加する孔形成剤は、
樹脂の炭化組織に吸着材として適切な気孔を形成するた
めに機能する成分で、塩化亜鉛、水酸化カリウム、炭酸
ナトリウム、炭酸カリウム、、燐酸ナトリウムおよび硫
化カリウムから選択される。該孔形成剤成分の使用量は
、樹脂に対して１０〜５０重量％の範囲に設定すること
が好適であり、１０重量％を下廻ると孔形成の機能が十
分に発揮されず、５０重量％を越えると材質強度を損ね
るため好ましくない。

【００１１】除去薬剤は、硫化水素、硫化カルボニル、
メルカプタン類、スルフィド類などの悪臭ガスを選択的
に捕捉するために機能する成分で、アルカリ金属の炭酸
塩、酢酸塩、しゅう酸塩、安息香酸塩およびフェノール
類の塩から選ばれた１種または２種以上が熱硬化性樹脂
溶液に添加される。該除去薬剤成分は、焼成炭化後の炭
化物１ｇ　当たり　２．０〜５．０ｍｇ／ｍｏｌ　の範
囲で残留させることが効果的である。したがって、熱硬
化性樹脂溶液への添加量は前記の残留量範囲になるよう
に設定することが望ましい。

【００１２】孔形成剤成分と除去薬剤成分を添加した熱
硬化性樹脂溶液は、十分に撹拌して各成分を均一に分散
させたのち、該溶液に積層した原料紙を浸漬するか、溶
液を原料紙に刷毛塗り、スプレー等の手段で塗布するこ
とによって含浸処理する。ついで、含浸物を加熱して樹
脂成分を硬化させる。好ましい硬化条件は、５０℃で１
２時間加温したのち、２０℃／ｈｒ　の昇温速度で１６
０　℃まで加熱することである。

【００１３】加熱硬化後の材料は、窒素、アルゴン、二
酸化炭素などの非酸化性ガス雰囲気に保持された焼成炉
に移し、８００　℃までの温度で焼成炭化処理する。焼
成温度が８００　℃を上廻ると細孔の収縮が始まり、ミ
クロ、メソ孔が閉塞される現象が生じる。好ましい焼成
炭化温度は、　５００〜８００　℃の範囲である。この
焼成炭化処理を介して多孔質炭素材が製造される。

【００１４】

【作用】本発明によれば、平均気孔径５０〜１５０　μ
ｍ　、気孔率５０％以上の気孔性状の積層原料紙が炭化
して多孔炭素質の吸着基材を構成する。この吸着基材に
は孔形成剤成分と除去薬剤成分が均一分散した高炭化性
の熱硬化性樹脂溶液が含浸した状態で同時に炭化される
から、最終的に原料紙から転化した多孔炭素質の基材に
熱硬化性樹脂から転化したガラス状炭素が一体となった
複合系の強固な材質組織となる。この際、熱硬化性樹脂
の焼成炭化段階で、孔形成剤成分は吸着に好適なミクロ
、メソ孔などの微細な通気孔を均一に形成する機能を営
み、除去薬剤成分はこれらの気孔に均質に分布してガス
中から悪臭成分を選択的に捕捉除去するために機能する
。

【００１５】このような作用が相乗して、硫化水素、硫
化カルボニル、メルカプタン類、スルフィド類等の悪臭
成分を効率的に選択吸着する性能をもつ高い材質強度の
多孔質炭素材を得ることが可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

【００１７】実施例１ 気孔性状（平均気孔径および気孔率）の異なるレーヨン
シート〔東海パルプ（株）製〕を電気乾燥器に入れ、１
００　℃で１２時間加熱処理を施したのち５０枚積層し
て圧着した（　厚さ約５ｍｍ）　。これを塩化亜鉛（孔
形成剤成分）２５　重量％と炭化物１ｇ　当たり２．５
ｍｇ／ｍｏｌ　に相当する量の炭酸ナトリウム（除去薬
剤成分）を添加したフェノール樹脂のアセトン溶液（樹
脂濃度４０％）　に浸漬し、樹脂液が原料紙の内部に十
分浸透するまで含浸処理した。含浸物を取り出し、６０
℃の温度で１２時間保持し、さらに２０℃／ｈｒ　の昇
温速度で１６０　℃に加熱して樹脂を硬化した。ついで
、硬化後の材料を焼成炉に移し、窒素ガス雰囲気下で　
５００℃の温度で焼成炭化処理して厚さ約３ｍｍの多孔
質炭素材を製造した。

【００１８】得られた多孔質炭素材の各種物理特性を測
定し、その結果を原料紙の気孔性状と対比させて表１に
示した。なお、特性のうち、平均気孔径および気孔率は
水銀圧入法、見掛比重はＪＩＳ　　Ｒ７２０２、曲げ強
度および曲げ弾性率はＪＩＳＫ６９１１によって測定し
た。

【００１９】

【００２０】表１のように、本発明で得られる多孔質炭
素材は、優れた材質強度と気孔構造を兼備していること
が認められる。

【００２１】実施例２ 除去薬剤成分に各種の物質を用いたほかは実施例１と同
一組成として熱硬化性樹脂溶液を調整した。この各樹脂
溶液に、実施例１で使用した平均気孔径６０μｍ、気孔
径６０％の積層原料紙を同一の条件により含浸処理し、
引き続き硬化、焼成炭化処理を施して多孔質炭素材を製
造した。

【００２２】次に、各多孔質炭素材を破砕してカラムに
充填し、１．０　容量％のＨ２　Ｓを含有する２５℃の
空気（相対湿度２０％）を４０ｃｍ／ｓｅｃの流速で６
時間流通させてＨ２　Ｓの吸着量を測定した。その結果
を表２に示した。

【００２３】

【００２４】表２の結果から、本発明の多孔質炭素材は
硫化水素を効率的に吸着する性能を示すことが認められ
るが、硫化カルボニル、メルカプタン類、スルフィド類
等の悪臭成分に対しても同様の選択吸着特性を示した。

【００２５】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によればガス中か
ら悪臭を発散する硫化水素、硫化カルボニル、メルカプ
タン類、スルフィド類などの成分を選択的に吸着除去す
る性能を有し、かつ高強度材質からなる成形体組織の多
孔質炭素材を製造することができる。したがって、工業
用吸着材として大きな有用性が期待できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　平均気孔径５０〜１５０　μｍ　、気
   孔率５０％以上の気孔性状を有する紙を所定の厚さに積
   層し、これに下記　（１）および（２）　の成分を添加
   した残炭率４０％以上の熱硬化性樹脂溶液を含浸処理し
   、加熱して樹脂成分を硬化したのち、非酸化性雰囲気下
   　８００℃までの温度で焼成炭化することを特徴とする
   選択吸着性多孔質炭素材の製造方法。 （１）塩化亜鉛、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭
   酸カリウム、燐酸ナトリウムおよび硫化カリウムから選
   ばれた孔形成剤成分。 （２）アルカリ金属の炭酸塩、酢酸塩、しゅう酸塩、安
   息香酸塩およびフェノール類の塩から選ばれた１種以上
   の除去薬剤成分。