JPS6154236A - 活性炭組成物 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアセトアルデヒドの吸着特性を向上させた活性
炭組成物に関する。

一般にアセトアルデヒド（ＣＨ３ＣＨＯ）はその沸点２
０．２°Ｃ以上でガス状を呈し、特異な刺激臭を伴なう
有害物質で、その臭気知覚濃度は約０゜２１　ｐｐｍと
されており、極めて低濃度の環境下においてもその臭気
が感じられる。

このアセトアルデヒドはアセトアルデヒド及びその誘導
体の製造工場の空気中に１０〜１００　ｐｐｍ含まれて
いるほか、たばこの喫煙によって生ずる主流煙中にも比
較的多量に含まれ、その含有量はたばこ１本当り約１ｍ
ｇにも達するといわれている。

このようなアセトアルデヒド含有空気を長期間吸入する
と循環器系統、神経系統もしくは呼吸器系統に障害をき
たすことがある。特に、たばこ主流煙中のアセトアルデ
ヒドは臓器の繊毛運動阻害物質として知られており、喫
煙衛生上好ましくないのみならずたばこの香喫味上から
も望ましくない化学成分の一つとされている。

〔従来の技術〕

従来、このようなアセトアルデヒドその他の有害ガス成
分の吸着剤として活性炭が広く使用されている。一般に
活性炭はその内部に径１０〜４０人程度の微細孔を多数
有しており、そのため比表面積が著しく大きく８００〜
１５００ｍ／ｇにも達している。

活性炭の吸着力はこのような特異的な細孔構造に起因す
るものとされている。従って、活性炭に高い吸着特性を
付与するため、高度な物理的手法による賦活技術を用い
特異的な細孔構造を形成させる活性炭の改質が従来より
主として行なわれている。

しかし、一般に吸着剤による吸着現象はその吸着剤中の
細孔構造のみでなく、被吸着物質と吸着剤の化学的性質
の類似性、すなわち、いわゆる“ぬれ性”も吸着に及ぼ
す大きな支配要素の一つとされている。ところが、活性
炭吸着剤においては、その細孔表面は無定形の炭素から
成り、化学的には無極性かつ疎水性である。従って、一
般に活性。

炭に対しては無極性で分子量が大きく、沸点の高い物質
は吸着され易いが、アセトアルデヒドのような分子量が
小さく親水性の極性有機物質の吸着特性は極めて劣って
いる。よって、活性炭に対するアセトアルデヒドの吸着
特性を向上させるためには、活性炭の細孔構造を改質さ
せるだけでなくその無極性表面を極性化し親水性とする
ことが考えられる。

従来、このような表面化学的観点に立脚して活性炭の改
質を企図した方法としては、例えば特開昭５４−７４２
６８号公報に見られるように、活性炭をｐｌｆ７以下の
酸性に調整した場合アセトアルデヒドが効果的に除去さ
れるとしているが、これは処理温度条件が１５０〜３０
０°Ｃの場合で、常温での吸着効果は満足し得るもので
はない。又、特開昭４８−３８２９１号公報にはスピネ
ル型の金属酸化物を含をさせた活性炭組成物についての
開示があるが、この場合は分子状酸素の共存下でないと
アセトアルデヒドの吸着効果は十分でないという問題点
がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一本発明はかかる従来技術の問題点に鑑がみてなされた
もので、常温でしかも特殊な環境条件を必要とすること
なく活性炭の細孔表面を極性化し、親水性を付与するこ
とにより、アセトアルデヒドを含有する気体からアセト
アルデヒドを効果的に吸着除去する活性炭組成物を提供
することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち本発明は、リチウム、ナトリウム、カリウムか
らなる周期律表第工＾族元素、マグネシウム、カルシウ
ムからなる該表第１Ｉｓ族元素、ホウ素、アルミニウム
からなる該表第１［１ａ族元素、珪素、スズからなる該
表第■８族元素、リンからなる該表第ＶＢ族元素、及び
チタン、ジルコニウム、銅からなる遷移元素から選ばれ
る元素の１種又は２種以上の酸化物及び／又は水酸化物
を活性炭の表面及び／又は細孔内に形成させたことを特
徴とする活性炭組成物である。

これらの元素の酸化物又は水酸化物は活性炭の。

無極性及び疎水性表面を極性及び親水性表面に改質する
作用を有し、これらの酸化物又は水酸化物を活性炭の表
面又は細孔内に形成させた活性炭組成物はアセトアルデ
ヒドに対しすぐれた吸着特性を示す。

本発明で使用される活性炭としては特に制限はないが、
粒状のヤシ殻炭、パーム炭等の植物系活性炭、又は石炭
系活性炭が好ましく、又、約５００〜１３００ｒｒｆ／
ｇの範囲のＢ−Ｅ−、Ｔ比表面積を有する活性炭が望ま
しい。

次に本発明の活性炭組成物の！ｌ！造方法を以下に説明
する。

先ず、上記元素の酸化物又は水酸化物を形成させるため
に使用される塩類又は化合物としては、　　−上記元素
の塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、クエ
ン酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩
及び金属アルコキシド等を挙げることができる。

これらの塩類又は化合物の１種又は２種以上の水溶液も
しくはアルコール溶液に活性炭を混合して、これらの溶
液を活性炭の表面及び／又はｋｍ孔内に含浸せしめた後
、熱分解又は加水分解あるいは中和反応等の化学反応を
行なわせるか、乾燥等の手段を施こし、上記元素の酸化
物又は水酸化物あるいはこれらの混合物を活性炭の表面
及び／又は細孔内に析出せしめることにより容易に製造
することができる。

熱分解あるいは乾燥工程は常温から約９００°Ｃの範囲
の酸化物を形成し得る適当な温度域において、必要に応
じ分子状酸素を含まない不活性ガス中で行なわれる。又
、製造工程において中和反応を利用する場合は、中和剤
として尿素、アンモニア等の熱分解性の塩基性化合物を
使用することが望ましい。

上述の製造工程における化学変化の一例を化学反応式に
基づいて以下に説明する。

■　熱分解反応を利用する場合 本発明で使用される元素の酸化物を形成させるための原
料化合物として、例えば硝酸塩を使用した場合は、次式
（１）の熱分解反応によりＮＯｘが気。

体として系外に排出されると共に金属酸化物（ＭＯ％）
が活性炭の表面及び／又は細孔内に析出する。

Ｍ　（Ｎ　Ｏ３）　ｎ　−７Ｍ　Ｏ％＋ｎＮＯ〉≦　　
・・・・・・（１）（但し、Ｍは本発明で使用される金
属元素、。は金属元素Ｍの原子価を示す。） ■　加水分解反応を利用する場合 ■と同様の酸化物の原料化合物として例えば金属アルコ
キシドを使用した場合は、次式（２）の加水分解反応に
よりアルコール（ＲＯＨ）が生成すると共に金属酸化物
（Ｍ　Ｏ）≦）が生成し、アルコールはその沸点以上の
温度で加熱することにより揮散し、金属酸化物が活性炭
の表面及び／又は細孔内に析出する。

Ｍ（○Ｒ）　ｎ　＋ｎ　Ｈ２０−”ＭＯｑ　＋、　ＲＯ
Ｍ＝−（２１（但し、Ｍ及び。は式（１）の場合に同じ
、Ｒはアルキル基を示す。） ■　中和反応を利用する場合 本発明で使用される元素の水酸化物又は酸化物を形成さ
せるための原料化合物として例えば硝酸塩を使用し、中
和剤として尿素を用いた場合は、次式（３）に基づいて
反応が進行する。

Ｍ　（ＮＯ３）ｎ　”ＭＮＨ２ＣＯＮＨ２＋Ｍ。Ｈ２Ｏ
−Ｍ　（ＯＨ）　ｎ　＋ｎ　ＮＨ４ＮＯ３＋ンｆ　ＣＯ
２”−（３）（但し、Ｍ、ｎは式（１）の場合に同じ）
上記の反応は約８（ｊ−１００℃の温度域において進行
し、更に約２１０℃に加熱することにより硝酸アンモニ
ウム（ＮＨ４ＮＯ３）が揮散し、金属水酸化物（Ｍ　（
ＯＨ）　ｎ　）が活性炭の表面及び／又は細孔内に析出
する。

これを更に不活性気体中で４００〜６００℃に加熱する
ことにより、金属水酸化物を金属酸化物に転化させるこ
ともできる。

上記の中和反応において中和剤としてアンモニアを使用
することによっても同様の反応により金属水酸化物又は
金属酸化物含有活性炭を得ること゛ができるに のような方法で活性炭中に析出含有される元素の酸化物
又は水酸化物の金は活性炭組成物に対し約１〜２０重量
％、好ま°しくは約４〜１５重量。

％である。

〔作　用〕

上記の方法で製造された本発明の活性炭組成物はアセト
アルデヒド含有気体からのアセトアルデヒドの吸着除去
性能が常温においても著しくすぐれている。この理由は
、本来無極性かつ疎水性で・あった活性炭の表面及び／
又は細孔内壁が、本発明に係る元素の酸化物又は水酸化
物の析出によってコーティングされ、極性を有する親水
性吸着面に改質されるためと推察される。

〔実施例〕

次に本発明を実施例を掲げて更に具体的に説明する。

先ず、以下の調製例に従って７種類の本発明の活性炭組
成物を調製した。

調製例（１） 硝酸マグネシウム（Ｍｇ　（ＮＯ３）　２　　・６Ｈ２
０）３．１８ｇを２０ｍ１の水に溶解し、この水溶液に
粒度２８〜８０メツシユの石灰系活性炭１０ｇを浸漬し
た。時々ガラス棒でかき混ぜ、２時間含浸処理を行なっ
て硝酸マグネシウム水溶液を充分活性炭に含浸させた後
、乾燥器に入れ１１０°Ｃで乾燥した。次いでこの試料
を管状電気炉中でチッソガスを通しながら４００°Ｃで
２時間熱処理して硝酸マグネシウムを熱分解し、活性炭
表面及び／又は細孔内に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を
析出せしめ、ＭｌｉＯ含有活性炭組成物を得た。この活
性炭組成物中のＭｇＯ含有量は４．８重量％であった。

調製例（２） 硝酸アルミニウム（Ａβ（ＮＯ３）３　　・９Ｈ２０）
３．４８ｇと尿素０．８４　ｇを２０ｍ７！の水にン容
解し、これに粒度２８〜８０メツシユの石炭系活性炭１
０ｇを浸漬した。時々かき混ぜながら２時間含浸処理を
行なった後、１００°Ｃで乾燥した。

この試料に再び同量の硝酸アルミニウムと尿素を含浸せ
しめ１００℃で乾燥した後、更に２１０℃で２時間加熱
した。この操作により水酸化アルミニウム（Ａｊ２　（
ＯＨ）　３　）を１２．６重量％含有する活性炭組成物
を得た。

調製例（３） 調製例（２）で得られた活性炭組成物５ｇを管状電気炉
中でチッソガスを１００ｍ２７分の割合で通しながら４
００°Ｃで２時間熱処理し、酸化アルミニウム（Ａ　１
２０３　）　９．１　重１％を含有する活性炭組成物を
得た。

調製例（４） １号ケイ酸ソーダ（Ｎａ２’Ｏ／Ｓ　ｉＣｈ　　＃　１
／２（モル比）〕の５％水溶液２０ｍβに粒度２８〜８
０メツシユの石炭系活性炭１０ｇを浸漬し、時々ガラス
製のヘラでかき混ぜながら１５０°Ｃで乾燥した。この
操作によりＮａ２０１モルに対し５ｉ０２約２モルから
なるケイ酸ソーダを９．１重量％含有する活性炭組成物
１１ｇを得た。

調製例（５） チタンテトラブトキシド（Ｔ　ｉ　　（０（ＣＮ２　）
　３ＣＨ３）４　）４．２６ｇにプロピルアルコールを
加え′／ｇ解して２０　ｍ　（ｌとした後、これに石炭
系活性炭ｔｏｇを浸漬した。これをかき混ぜながら風乾
した１麦、湿度１００％に調湿したデシケータ中に約２
０時間放置した。次いでこれを２５０°Ｃに加熱し二酸
化チタン（Ｔ　ｉ　０２　）を９．１重量％含有する活
性炭組成物を得た。

調製例（６） アルミン酸ソーダ（Ｎ　ａ２０／　Ａ　Ｉ−ｚ　０３　
＝　２゜６　（モル比）〕の２．５％水溶液２０ｍｆに
粒度２８〜８０メソシユの石炭系活性炭１０ｇを浸漬し
、真空ポンプで減圧したデシケータ中に１時間保持した
。その後、１２０°Ｃに保った乾燥器内に１５時間保持
し水分を除去した。この操作により／’７２２０３１モ
ルに対しＮａｚＯが２．６モルから成るアルミン酸ソー
ダを４．８重量％含有する活性炭組成物１０．５　ｇを
得た。

調製例（７） リン酸三カリウム（Ｎ３　ＰＯ４）の２．５％水溶液２
０ｍ！！に粒度２８〜８０メツシユの石炭系活性炭Ｌｏ
ｇを浸漬し、時々ガラス製のヘラでかき混ぜながら１５
０℃で乾燥した。この操作によりに２０３／２モル、Ｐ
　２０ｓ　１　／　２　％ルから成るリン酸カリウムを
４．８ｆｉｔｉｔ％含有する活性炭組成。

物１０．５　ｇを得た。

上記ｌ！ｉｌ！！！例（１）〜（７）で得られた本発明
の活性炭組成物及び対照として用いた石炭系活性炭単体
について、Ｎ２吸着法によるＢ−Ｅ−Ｔ比表面積及び細
孔容積の測定を行ない、又、３．０℃におけ□るアセト
アルデヒド及び水分の平衡後ｉｆの測定を行なった。

なお、アセトアルデヒドの吸着量の測定は以下の方法で
行なった。すなわち、アセトアルデヒド２．５容量％含
有するアセトアルデヒド−チッソ混合ガスを３０’Ｃに
保持した活性炭試料に密閉容器中で接触させ、吸着平衡
状態に達するまで２４時間この状態を保持し、活性炭試
料の重量変化から次式によりアセトアルデヒドの吸着量
を算出した。

吸着量（％）＝ 測定前の試料重量 又、水分後ｆｆｆｉは以下の方法で行なった。

即ち、３０℃、相対湿度８０％に関節した恒温恒湿室に
乾燥試料を５日間保持し、重量変化から次式により平衡
水分吸着量を求めた。

水分吸着量（％）＝ なお、アセトアルデヒド吸着量の増加率は次式により算
出した。

Ｂ Ａ：本発明による活性炭組成物のアセトアルデヒド吸着
量 Ｂ：対照活性炭のアセトアルデヒド吸着量これらの結果
を第１表に示した。

第１表の結果から明らかなように、ｔＪｉｉｔ製例（１
）〜（７）の本発明の活性炭組成物は、いずれも対照の
石炭系活性炭に比し、比表面積及び細孔容積が共に減少
しており、このことは、活性炭表面及び／又は細孔内に
本発明に係る元素の酸化物又は水酸化物がコーティング
もしくは沈着されていることを示している。このような
状態の活性炭表面及び／又は細孔内壁は水分吸着量が対
照に比し増加していることから判るように極性を有する
親水性の高い状態となっており、アセトアルデヒドのよ
うな極性低分子有機化合物の吸着に有利な状態に改質さ
れたものと判断される。

従って、アセトアルデヒド吸着量は対照の活性炭に比し
著しく増加し、その増加率は約１６〜６６％に達するこ
とが認められた。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明の活性炭組成物によ
れば活性炭の表面及び／又は細孔表面が極性及び親水性
に改質され、常温においてもアセトアルデヒドを効果的
に吸着除去することができ、従ってこれをガスマスク、
空気清浄器あるいはたばこフィルター等に適用すること
により、従来の活性炭吸着剤に比し格段にすぐれたアセ
トアルデヒドの除去効果が得られるものである。

特許出願人　　　トビーエ業株式会社 同　　日本専売公社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. リチウム、ナトリウム、カリウムからなる周期律表第
   I ＿Ａ族元素、マグネシウム、カルシウムからなる該表
   第II＿Ａ族元素、ホウ素、アルミニウムからなる該表第
   III＿Ｂ族元素、珪素、スズからなる該表第IV＿Ｂ族元
   素、リンからなる該表第Ｖ＿Ｂ族元素、及びチタン、ジ
   ルコニウム、銅からなる遷移元素から選ばれる元素の１
   種又は２種以上の酸化物及び／又は水酸化物を活性炭の
   表面及び／又は細孔内に形成させたことを特徴とする活
   性炭組成物。