(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気賦活処理された活性炭であって、
多孔質の活性炭で形成された基材炭素と、該基材炭素の孔中に導入保持されたカーボン成分が乾留および賦活されている付加活性炭成分とからなり、
前記水蒸気賦活処理が同様になされてはいるが前記付加活性炭成分が前記孔中に導入保持されてはいない比較例としての活性炭よりも、容量あたりの吸着能力が高く、硬度低下が少なく抑えられていることを特徴とする活性炭。
【請求項２】
水蒸気賦活処理された活性炭であって、
多孔質の活性炭で形成された基材炭素と、該基材炭素の孔中に導入保持されたカーボン成分が乾留および賦活されている付加活性炭成分とからなり、
前記水蒸気賦活処理が同様になされてはいるが前記付加活性炭成分が前記孔中に導入保持されてはいない比較例としての活性炭よりも、ベンゼン吸着量、充填密度、硬度、窒素ＢＥＴ法比表面積およびメタノール細孔分布が高いことを特徴とする活性炭。
【請求項３】
多孔質の基材炭素の孔中にカーボン成分を含む液を含浸させて含浸基材炭素とする含浸工程と、
該含浸基材炭素を加熱し、該カーボン成分を炭化して付加活性炭成分とする炭化工程とからなり、
前記炭化工程は、乾留工程と水蒸気雰囲気中で加熱する賦活工程とからなることを特徴とする、
活性炭の製造方法。
【請求項４】
前記基材炭素は、含炭素物質を微粉砕して微粉末となし、該微粉末にバインダーを混練成形して得られる成形物を昇温し、炭化乾留することによって製造された、
請求項３記載の活性炭の製造方法。
【請求項５】
前記含炭素物質は、石炭、椰子殻、木質または成形炭のうちいずれか一つである、
請求項４記載の活性炭の製造方法。
【請求項６】
前記カーボン成分を含む液は、石炭系バインダーである、
請求項３記載の活性炭の製造方法。
【請求項７】
前記乾留工程は、常温から４００°Ｃ以上まで昇温する工程である、
請求項３記載の活性炭の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高密度で容量当たりの吸着能力が高く、硬度低下の少ない活性炭およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、通常に行われている活性炭の製造方法は、図３に示すように、石炭原料に代表される含炭素物質を微粉砕し、これにバインダーを混入して混練成形したのち、昇温して炭化乾留したものを篩分けして得られた基材炭素を賦活して、多孔質な活性炭を製造する方法である。
【０００３】
このような製造方法またはこれに類する製造方法は、特開平４−２１５１１号公報や特開平６−１００３１１号公報などに開示されており、また、このような製造方法によって製造された活性炭の特性も公表されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来の製造方法による活性炭では、賦活を行う際に、ミクロポアーからマクロポアー（平均直径０．１〜５０μｍ程度）にかけて幅広く細孔が形成され、強度低下が起きる。さらに、吸着に関与しないマクロポアーの増加により、容積当たりの吸着性能が低下してしまう。すなわち、従来の製造方法による活性炭では、容積当たりの吸着性能が限られるとともに、硬度低下が少なからずあるという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、活性炭の容積当たりの吸着性能を向上させ、更にはその硬度低下を少なく抑えた活性炭とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多孔質の基材炭素にカーボン成分を含む液を含浸させて炭化させれば、基材炭素に存在する孔中（マクロポアー内）に付加活性炭成分を形成することができるという発見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明の活性炭は、多孔質の活性炭で形成された基材炭素と、該基材炭素の孔中に導入保持された付加活性炭成分とからなることを特徴とする。
【０００７】
本発明の活性炭の製造方法は、多孔質の基材炭素の孔中にカーボン成分を含む液を含浸させて含浸基材炭素とする含浸工程と、該含浸基材炭素を加熱し、該カーボン成分を炭化して添加活性炭成分とする炭化工程とからなる。
ここで、前記基材炭素は、含炭素物質を微粉砕して微粉末となし、該微粉末にバインダーを混練成形して得られる成形物を昇温し、炭化乾留することによって製造することができる。また、前記含炭素物質は、石炭、椰子殻、木質または成形炭のうちいずれか一つで構わない。さらに、前記含浸工程において前記カーボン成分を含む液は、石炭系バインダーであることが望ましい。なお、このカーボン成分を含む液を含浸させる比率は、基材炭素１００重量部に対して３〜５０重量部の範囲が適当である。
【０００８】
ところで、前記活性炭の製造方法において、前記炭化工程は、乾留工程と賦活工程とからなることが望ましい。前者の乾留工程は、窒素雰囲気中で常温から４００°Ｃ以上まで昇温する工程であり、かつ、後者の賦活工程は、水蒸気雰囲気中で加熱する工程であれば、より前述の目的に沿った活性炭を製造することができる。
【０００９】
このような本発明の活性炭の製造方法によれば、前述の本発明の活性炭を製造することができる。
【００１０】
【作用】
本発明の活性炭の製造方法では、多孔質の基材炭素の孔中（特にマクロポアー内）にカーボン成分を含む液を含浸させたのち、そのカーボン成分を含む液を炭化して付加活性炭成分とする。その結果、多孔質の活性炭で形成された基材炭素と、該基材炭素の孔中に導入保持された付加活性炭成分とからなることを特徴とする活性炭が製造される。こうして製造された本発明の活性炭では、付加活性炭成分がマクロポアー内に保持されてその孔の径を縮小し、吸着性のあるミクロポアーとなして高強度の構造を実現している。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図表に基づき説明する。
（実施例）
本発明の実施例としての活性炭の製造方法の流れを、図１に示す。本製造方法は、基材炭素製造工程１によって製造された多孔質の基材炭素の孔中に、カーボン成分を含む液を含浸させて含浸基材炭素とする含浸工程２と、該含浸基材炭素を加熱し、該カーボン成分を炭化して付加活性炭成分とする炭化工程３とからなる。
【００１２】
上記の基材炭素製造工程１は、順に微粉砕工程１１、混練工程１３、成形工程１４、乾留工程１５、および篩別工程１５とからなり、多孔質の基材炭素を製造する工程である。
まず微粉砕工程１１では、含炭素物質物質としての石炭材料１０を、バンタムミル等公知の微粉砕機で粉砕して微粉末と成した。次に混練工程１３では、この微粉末１００重量部に対し、ピッチ系のバインダーを３０重量部の比率でブレンドして混練し、混練物を製造した。そして、成形工程１４でこの混練物を成形したものを、次の乾留工程１５では窒素雰囲気中で常温から７００°Ｃまで毎分２．５°Ｃの率で昇温して炭化乾留した。こうして得られた乾留物を、篩別工程１６で篩分けることにより、基材炭素が得られた。
【００１３】
このようにして、ミクロポアーからマクロポアーまで広範囲に細孔が形成された基材炭素が、基材炭素製造工程１により製造されて、本発明の中心になる含浸工程２およびこれに続く炭化工程３に原料として供された。
含浸工程２では、カーボン成分を含む液としてのコールタール２０重量部を、上記の基材炭素に常温にて含浸させた。すると、基材炭素中のマクロポアーにコールタールがしみ込み、マクロポアー内に炭素分を含むコールタールを保持する含浸基材炭素が生成された。
【００１４】
炭化工程３は、乾留工程３１と賦活工程３２とからなる。乾留工程３１では上記含浸基材炭素を、前述の基材炭素製造工程１の乾留工程１５と同様に、窒素雰囲気中で常温から７００°Ｃまで毎分２．５°Ｃの率で昇温して、基材炭素中に含浸されたコールタールを炭化乾留した。そして賦活工程３１では、炭化乾留されたコールタールの炭素分を基材炭素中のマクロポアーに保持した上記乾留工程３１の生成物を、水蒸気雰囲気中で９５０°Ｃにて６時間賦活した。
【００１５】
このような本発明の活性炭の製造方法においては、従来の製造方法に比べ、新たに含浸工程２と乾留工程３１とが付加されたことに差異がある。こうして、多孔質の活性炭で形成された基材炭素と、該基材炭素の孔中（マクロポアー内）に導入保持された付加活性炭成分とからなることを特徴とする、本発明の実施例としての活性炭が製造された。
【００１６】
（比較例）
前述の本発明の製造方法による活性炭と比較検討するため、本発明の特徴である含浸工程２と乾留工程３１とを省略した、従来技術による製造方法で活性炭を製造した。すなわち、前述の実施例と同様の石炭原料を同様の基材炭素製造工程で処理し炭化乾留した基材炭素を、含浸乾留することなく、同様の賦活工程を施して比較例としての活性炭を製造した。
【００１７】
（比較評価）
表１に、前述のように基材炭素に本発明の特徴である含浸工程２と炭化工程３とを施して製造された本発明の実施例としての活性炭と、一方、基材炭素に従前の賦活工程のみ（賦活度合いは実施例と同じ）を施した従来製法によって製造された比較例としての活性炭の物性値とを比較掲載する。本表から、ベンゼン吸着量、硬度、比表面積、細孔分布のいずれにおいても、本実施例の活性炭が比較例のそれに勝っていたことが明らかである。
【００１８】
【表１】
0003713062.tif 000002
ところで、図２に示すように、実施例の中間生成物と比較例のそれとは細孔直径の分布に違いがあった。すなわち、細孔直径が１〜１０μｍ程度の吸着にあまり有効でない範囲では、明らかに実施例は比較例より孔の体積が少なく、逆に細孔直径が０．１μｍ以下の有効に吸着効果を持つミクロポアーは、やや多い傾向が見られた。したがって、本実施例では、吸着に関与しないマクロポアーの量が減少し、有効に吸着に関与するミクロポアーの比率が若干増加していた。それゆえに本発明の活性炭は、体積当たりの吸着能力が向上していたと考えられる。
【００１９】
ちなみに、図２のグラフの縦軸は、最小区間の細孔（ミクロポアー）容積の微分値で、中間生成物の細孔分布を表し、その単位は〔ｃｃ／ｇ〕である。
以上詳述したように、本発明の活性炭およびその製造方法によれば、孔中に付加活性炭成分を保持した活性炭が提供されたので、活性炭の容積当たりの吸着性能を向上させ、更にはその硬度低下を少なく抑えることができたことが分かる。
【００２０】
（中間生成物としての基材炭素の比較）
なお参考までに、前述の実施例中で基材炭素製造工程１を終えた中間生成物１としての基材炭素と、同様に前述の比較例中で基材炭素製造工程を終えた中間生成物２としての基材炭素の物性値を、表２に比較して示す。
ここで、中間生成物１としての基材炭素は、その後、含浸工程２、乾留工程３１および賦活工程３２を経て、本発明の実施例としての活性炭に加工されるべきものであった。一方、中間生成物２としての基材炭素は、その後、従来の賦活工程のみを施されて、比較例としての従来の活性炭に加工されるべきものであった。
【００２１】
表２において、両者の物性値の違う理由は、中間生成物内部にあるマクロポアーに含炭素成分を形成させ、空洞を減らして容積当たりの密度を増加させる為である。ここで、中間生成物１はタール含浸物、中間生成物２は未含浸のものである。特に充填密度が異なる理由は、中間生成物内部にある空洞内を含炭素成分で減少させ、容積当たりの密度を増加させる為である。その意図するところは、その後の賦活工程において高密度な乾留炭を使用することで、容積当たりの吸着性能および硬度を向上させることにある。
【００２２】
なお、バインダー含浸後の中間生成物１は、比較例（一般品）の中間生成物２と異なった物性であるが、これは含浸を行ったことにより生じた差であり、含浸を行う前の乾留炭は全く同じ物を使用していることから、含浸効果が確認できる。
【００２３】
【表２】
0003713062.tif 000003
【００２４】
【発明の効果】
本発明の活性炭およびその製造方法によれば、孔中に付加活性炭成分を保持した活性炭が提供されるので、活性炭の容積当たりの吸着性能を向上させ、更にはその硬度低下を少なく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の活性炭の製造方法を示すブロック図
【図２】本発明の活性炭の細孔の分布を示すグラフ
【図３】従来の活性炭の製造方法を示すブロック図
【符号の説明】
１：基材炭素製造工程    ２：含浸工程    ３：炭化工程
３１：乾留工程          ３２：賦活工程
【図１】
0003713062.tif 000004
【図２】
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【図３】
0003713062.tif 000006