(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤により活性炭の表面を親水化する工程と、
前記活性炭の表面を親水化する工程の後に、ピリジン、ピラジン、及びアンモニアのいずれかである塩基性化合物の溶液中に前記活性炭を浸す工程と、
次いで、冷媒の脱着を行う吸着器に前記活性炭を収容する工程と、
を有する吸着式ヒートポンプの製造方法。
【請求項２】
前記酸化剤は、硝酸溶液、硝酸と硫酸との混合溶液、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、及び臭素水のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の吸着式ヒートポンプの製造方法。
【請求項３】
前記活性炭の前記表面を親水化する工程の前に、真空中で前記活性炭を加熱する工程を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の吸着式ヒートポンプの製造方法。
【請求項４】
表面に複数の塩基性化合物と複数の酸性官能基とが直接又は間接的に結合した活性炭を含み、前記塩基性化合物は、ピリジン、ピラジン、及びアンモニアのいずれかであり、複数の前記酸性官能基のうちの一部が前記塩基性化合物と未結合となっている吸着剤と、
前記吸着剤を収容し、冷媒の脱着を行う吸着器と
を有する吸着式ヒートポンプ。
【請求項５】
前記酸性官能基は、前記活性炭の前記表面に直接結合し、
前記塩基性化合物は、前記酸性官能基を介して前記表面に間接的に結合していることを特徴とする請求項４に記載の吸着式ヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着剤とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の防止やエネルギ資源の保全の機運が高まるにつれ、工場やサーバルーム等の廃熱を再利用することにより環境への負荷を低減する技術が注目されつつある。【０００３】
そのような廃熱を回収する技術の一つに吸着式ヒートポンプがある。吸着式ヒートポンプにおいては、吸着剤に冷媒を吸着させる吸着工程の後、脱着工程と呼ばれる工程において、廃熱を運んできた温水の熱によって吸着剤から冷媒を脱離させる。その脱着工程においては、吸着剤が吸熱するため、上記の温水を冷却して冷水を生成することができ、その冷水によってサーバ等を冷却することができる。【０００４】
一方、上記の吸着工程では、蒸発器内の冷媒を蒸発させることにより冷媒蒸気を生成し、その冷媒蒸気を吸着剤に吸着させる。このように冷媒を蒸発させるときの気化熱により冷熱を得ることができ、この冷熱でサーバルーム内等に冷風を供給することにより、回収した廃熱を有効活用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−８０２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
吸着剤とその製造方法において、廃熱等から得られる熱エネルギを効率的に回収することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下の開示の一観点によれば、酸化剤により活性炭の表面を親水化する工程と、  前記活性炭の表面を親水化する工程の後に、ピリジン、ピラジン、及びアンモニアのいずれかである塩基性化合物の溶液中に前記活性炭を浸す工程と、次いで、冷媒の脱着を行う吸着器に前記活性炭を収容する工程と、を有する吸着式ヒートポンプの製造方法が提供される。
【０００８】
また、その開示の別の観点によれば、表面に複数の塩基性化合物と複数の酸性官能基とが直接又は間接的に結合した活性炭を含み、前記塩基性化合物は、ピリジン、ピラジン、及びアンモニアのいずれかであり、複数の前記酸性官能基のうちの一部が前記塩基性化合物と未結合となっている吸着剤と、前記吸着剤を収容し、冷媒の脱着を行う吸着器とを有する吸着式ヒートポンプが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、吸着式ヒートポンプの断面図である。
【図２】図２は、活性炭の吸着等温線について説明するための図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る吸着剤の製造方法について説明するための模式図である。
【図４】図４は、図３の処理を行った場合の活性炭の吸着等温線の変化の様子を示す模式図である。
【図５】図５は、第１実施例で得られた活性炭の吸着等温線である。
【図６】図６は、第２実施例で得られた活性炭の吸着等温線である。
【図７】図７は、第３実施例で得られた活性炭の吸着等温線である。
【図８】図８は、第４実施例で得られた活性炭の吸着等温線である。
【図９】図９は、第５実施例で得られた活性炭の吸着等温線である。
【図１０】図１０は、第６実施例で得られた活性炭の吸着等温線である。
【図１１】図１１は、活性炭の表面状態を示すトータルイオンクロマトグラムである。
【図１２】図１２は、活性炭の表面における酸性官能基の量を示すグラフである。
【図１３】図１３は、活性炭の表面状態を模式的に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態の説明に先立ち、本実施形態の基礎となる予備的事項について説明する。
【００１１】
図１は、吸着式ヒートポンプの断面図である。
【００１２】
この吸着式ヒートポンプ３０は、いずれも内部が減圧された第１の吸着器１、第２の吸着器２、蒸発器３、凝縮器４、及び複数の接続配管１９を有する。
【００１３】
このうち、各接続配管１９は、第１の吸着器１と蒸発器３との接続と、第１の吸着器１と凝縮器４との接続に供される。更に、これらの接続配管１９は、第２の吸着器２と蒸発器３との接続と、第２の吸着器２と凝縮器４との接続にも供される。
【００１４】
一方、第１の吸着器１と第２の吸着器２の各々には吸着剤として活性炭１７が収容され、蒸発器３には水１８が収容される。
【００１５】
そして、第１の吸着器１の内部には第１の配管７が設けられており、第１の配管７に温度がTMの冷却水９が供給される。
【００１６】
また、第２の吸着器２の内部には第２の配管８が設けられており、第２の配管８に温度がTHの温水６が供給される。その温水６は、サーバ等の電子機器で発生した廃熱を運ぶものであって、吸着式ヒートポンプ３０とサーバルームとの間を循環する。
【００１７】
一方、蒸発器３の内部には第３の配管１０が設けられており、その第３の配管１０には冷却の対象となる水等の循環流体５が供給される。その循環流体５は、吸着式ヒートポンプ３０とサーバルームとの間を循環し、サーバルームの冷房等に供される。
【００１８】
更に、凝縮器４の内部には第４の配管１１が設けられ、温度がTMの上記の冷却水９がその第４の配管１１に供給される。
【００１９】
そして、これら蒸発器３と凝縮器４の各々はドレイン配管１６で接続されており、凝縮器４から蒸発器３に水１８が流通可能となっている。
【００２０】
また、接続配管１９の各々には第１〜第４のバルブ１１〜１４が設けられており、これらのバルブ１１〜１４の開閉を切り替えることにより、吸着式ヒートポンプ３０内で吸着工程と脱着工程とを切り替えることができる。
【００２１】
例えば、図示のようなバルブの開閉状態では、第１の吸着器１において吸着工程が行われ、第２の吸着器２において脱着工程が行われる。
【００２２】
吸着工程が行われている第１の吸着器１には、蒸発器３において蒸発した水１８の蒸気が第２のバルブ１２を介して供給され、その蒸気が活性炭１７によって吸着される。吸着時に活性炭１７で発生する熱は、内部配管７を流れる冷却水９によって冷却され、これにより活性炭１７による水１８の吸着が促進される。
【００２３】
このとき、蒸発器３においては、水１８の気化熱によって循環流体５を冷やすことにより冷熱を生成することができる。その冷熱は、例えばサーバルームやラック内に冷風を供給するのに使用される。
【００２４】
一方、脱着工程が行われている第２の吸着器２では、温水６の熱によって活性炭１７から水１８が脱離する。このとき、活性炭１７が吸熱するので、温水６が冷却されることになる。
【００２５】
そして、このように冷却された温水６は、再びサーバルームに戻って電子機器の冷却に使用される。
【００２６】
また、第２の吸着器２において活性炭１７から脱離した水１８は、第３のバルブ１３を介して凝縮器４に至り、冷却水９によって熱を奪われて凝縮した後、ドレイン配管１６を通って再び蒸発器３に戻る。
【００２７】
このような一連のプロセスでは、温水６の熱によって第２の吸着器２内の活性炭１７から水１８を脱離させ、更に蒸発器３における水１８の気化熱によって循環流体５を冷却しており、温水６の熱が循環流体５の冷熱の生成に再利用されていることになる。
【００２８】
ここで、上記した吸着式ヒートポンプ３０の動作効率は、温水６の温度THと冷却水９の温度TMに依存する。
【００２９】
例えば、温水６の温度THを高くすれば、脱着工程下の第２の吸着器２における活性炭１７から速やかに水１８が脱離し、吸着式ヒートポンプ３０の動作効率を高めることができる。
【００３０】
また、冷却水９の温度TMを低くすれば、吸着工程下における第１の吸着器１内で発熱している活性炭１７を効率的に冷却し、活性炭１７による水１８の吸着を促進して吸着式ヒートポンプ３０の動作効率を高めることができる。
【００３１】
しかし、温水６の温度THを高くしたのでは、再利用の対象となる廃熱の適用範囲を狭めてしまい、発熱量が低い自動車やコンピュータの廃熱を再利用することができなくなってしまう。
【００３２】
一方、冷却水９の温度TMは季節によって変動することがあり、特に夏場では温度TMが高くなるため、冷却水９の低温化による吸着式ヒートポンプ３０の動作効率の向上が期待できない場合がある。
【００３３】
このように、吸着式ヒートポンプ３０においては、温水６の温度THが低く、かつ冷却水９の温度TMが高い場合でも、廃熱を効率的に回収して冷熱を生成できることが望まれる。
【００３４】
廃熱の回収効率は、活性炭１７の特性に依存する。活性炭１７は、周囲の空気の湿度が高いほど水を多く吸着し、湿度が低いほど吸着する水が少なくなる。
【００３５】
但し、湿度は空気の温度に依存する量なので、以下では湿度に代えて相対蒸気圧Prを使用する。
【００３６】
相対蒸気圧Prは、ある温度において空気中に含まれる水の蒸気圧Pを、その温度での水の飽和蒸気圧P0で割った値（P/P0）として定義される。このように飽和蒸気圧P0を基準にするため、相対蒸気圧Prは、空気中の湿度を温度によらずに表す指標としての意義を有する。
【００３７】
吸着式ヒートポンプ３０内における相対蒸気圧Prは、以下のように脱着工程と吸着工程とで異なる値となる。
【００３８】
図１のように吸着工程が第１の吸着器１で行われている場合は、第１の吸着器１内の温度は、冷却水９の温度TMに実質的に等しくなる。
【００３９】
また、蒸発器３においては、水１８の温度は循環流体１０の温度TLに実質的に等しく、かつ、当該温度TLにおいて気液平衡の状態にあるとみなすことができるため、蒸発器３内の蒸気圧は温度TLにおける飽和蒸気圧P0(TL)に等しいと考えることができる。
【００４０】
そして、第２のバルブ１２を介して蒸発器３と連通する第１の吸着器１内の蒸気圧も上記の飽和蒸気圧P0(TL)に等しくなるので、第１の吸着器１内の相対蒸気圧Pr1は、温度がTMのときの飽和蒸気圧P0(TM)を用いてP0(TL)／P0(TM)となる。
【００４１】
一方、脱着工程が行われている第２の吸着器２内の温度は、温水６の温度THに実質的に等しくなる。
【００４２】
更に、凝縮器４においては、水１８の温度は冷却水９の温度TMに実質的に等しく、かつ、当該温度TMにおいて気液平衡の状態にあるとみなすことができるため、凝縮器４内の蒸気圧は温度TMにおける飽和蒸気圧P0(TM)に等しいと考えることができる。
【００４３】
そして、第３のバルブ１３を介して凝縮器４と連通する第２の吸着器２内の蒸気圧も上記の飽和蒸気圧P0(TM)に等しくなるので、脱着工程下の第２の吸着器２内の相対蒸気圧Pr2は、P0(TM)／P0(TH)となる。
【００４４】
このように、吸着工程における相対蒸気圧Pr1(=P0(TL)／P0(TM))と、脱着工程における相対蒸気圧Pr2(=P0(TM)／P0(TH))は、各温度TL、TM、THにおける水の飽和蒸気圧から算出することができる。
【００４５】
これらの温度TL、TM、THは、吸着式ヒートポンプ３０の設計時に設定される値であって、特に限定されない。
【００４６】
但し、冷却水９の温度TMは、上記したような夏場の温度上昇を考慮して、２５℃〜３０℃と高めに設定するのが好ましい。
【００４７】
また、温水６の温度THは、再利用の対象となる廃熱の適用範囲を広げるために、なるべく低い温度、例えば５０℃〜６０℃程度に設定するのが好ましい。
【００４８】
そして、循環流体５の温度TLは、循環流体５から生成される冷風によってサーバルーム内を十分に冷却できるように、約１８℃程度に設定するのが好ましい。
【００４９】
各温度TL、TM、THを上記の値に設定した場合、吸着工程における相対蒸気圧Pr1は約０．５程度となり、脱着工程における相対蒸気圧Pr2は約０．２程度となる。
【００５０】
活性炭１７は、相対蒸気圧が上記のPr2〜Pr1の範囲内において水を吸着したり脱着したりすることになり、この範囲内で活性炭１７に多くの水を吸着させることにより、吸着式ヒートポンプ３０の動作効率を高めることができる。
【００５１】
活性炭が吸着する水の量は吸着等温線により説明することができる。
【００５２】
図２は、活性炭の吸着等温線について説明するための図である。
【００５３】
吸着等温線は、相対蒸気圧Prと、単位質量の活性炭に吸着される水の質量Mとの関係を示す。
【００５４】
図２では、市販されている一般的な活性炭の吸着等温線を実線で例示している。図２に示すように、相対蒸気圧Prが０に近い場合は、活性炭の周囲に吸着すべき水分が少ないため、活性炭が吸着する水の質量Mは少ない。
【００５５】
そして、相対蒸気圧Prが増加するにつれ、活性炭が吸着する水の質量Mも増加し、相対蒸気圧Prが１になったときに質量Mは最大となる。
【００５６】
但し、市販の活性炭は表面が疎水性で水を吸着し難いため、相対蒸気圧Prが０．５を越えてから吸着等温線が大きく立ち上がるようになり、相対蒸気圧がPr2〜Pr1の範囲では活性炭が吸着する水の量Δqが極めて小さい。
【００５７】
よって、市販されている活性炭１７をそのまま使用したのでは、吸着式ヒートポンプ３０の動作効率を高めることができない。
【００５８】
なお、活性炭１７に代えてシリカゲルやゼオライトを吸着剤として使用することも考えられる。
【００５９】
図２の点線は、シリカゲルの吸着等温線である。なお、ゼオライトの吸着等温線もこれと同様の傾向を示す。
【００６０】
シリカゲルは、表面が親水性であるため、表面が疎水性の活性炭と比較して、相対蒸気圧が小さい場合であっても多くの水を吸収できる。
【００６１】
しかし、表面が親水性だと吸着した水が脱離し難くなるため、この場合も相対蒸気圧がPr2〜Pr1の範囲において吸着される水の量Δqを十分に大きくすることができない。
【００６２】
本願発明者は、このような知見に鑑み、以下に説明するような本実施形態を着想した。
【００６３】
（本実施形態）
まず、本実施形態の原理について説明する。
【００６４】
上記の相対蒸気圧がPr2〜Pr1の範囲内において活性炭が吸脱着できる水の量Δqを大きくするには、活性炭の吸着等温線の形状をコントロールすることにより、吸着等温線において傾きが大きい領域をPr2〜Pr1の範囲内に収めることが有効であると考えられる。
【００６５】
図２に示したように、吸着等温線の形状は、表面が疎水性の活性炭と表面が親水性のシリカゲルとで異なる。
【００６６】
よって、元々は疎水性であった活性炭の表面を親水化すれば、活性炭の吸着等温線の形状を変えることができると考えられる。但し、活性炭の全表面を完全に親水化すると、シリカゲルのように吸着した水が脱離し難くなるため、脱着する水の量Δqを十分に増大させることができないおそれがある。
【００６７】
そこで、本実施形態では、以下のようにして表面の親水化の程度を制御することで、活性炭の吸着等温線の形状をコントロールする。
【００６８】
図３（ａ）〜（ｂ）は、本実施形態に係る吸着剤の製造方法について説明するための模式図である。
【００６９】
まず、図３（ａ）に示すように、フェノール樹脂や石油ピッチを炭化することで製造された活性炭１７を酸化剤４１の中に浸漬する。
【００７０】
一つの活性炭１７の比表面積は特に限定されないが、第１の吸着器１や第２の吸着器２（図１参照）において活性炭１７になるべく多くの水を吸着させるという観点からすると、１０００m2/g以上の比表面積であるのが好ましい。
【００７１】
活性炭１７の形状も限定されない。本実施形態では、第１の吸着器１や第２の吸着器２内になるべく多くの活性炭１７を充填するために球形の活性炭１７を使用する。その活性炭１７の直径は、例えば０．３mm〜０．５mm程度である。
【００７２】
また、酸化剤４１も特に限定されないが、活性炭１７の表面にカルボキシル基や水酸基等の親水基を結合させる性質のある溶液を酸化剤４１として使用するのが好ましい。そのような酸化剤４１としては、硝酸溶液、硝酸と硫酸との混合溶液、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、及び臭素水のいずれかがある。
【００７３】
これらの溶液を使用することで、活性炭１７の表面に親水基が結合し、当該表面の一部が親水化することになる。
【００７４】
なお、酸化剤４１に浸漬する前に、予め真空中で１５０℃の温度で活性炭１７を乾燥させておくことで、活性炭１７の表面に付着している不純物を除去し、当該不純物が原因で活性炭１７の表面に親水基が結合し難くなるのを防止してもよい。
【００７５】
特に、フェノール樹脂や石油ピッチを原料とする活性炭１７は、脱臭剤として使われることが多いヤシガラ活性炭のように植物から製造したものと比較して、金属等の不純物の含有量が少なく、その表面に親水基を結合させるのに好適である。
【００７６】
この後に、酸化剤４１から活性炭１７を取り出し、純水で活性炭１７を洗浄した後、活性炭１７を乾燥させる。
【００７７】
次に、図３（ｂ）に示すように、塩基性化合物の溶液４２中に活性炭１７を浸漬する。溶液４２に含有される塩基性化合物は特に限定されないが、活性炭１７の表面を疎水化する性質のある含窒素複素化合物を塩基性化合物として使用するのが好ましい。
【００７８】
そのような含窒素複素化合物としては、例えば、ピリジン、ピラジン、キノリン、インドール、及びフェナントロリンのいずれかがある。また、アンモニアも塩基性化合物として好適である。
【００７９】
これらの塩基性化合物の溶液４２内に活性炭１７を浸漬することで、図３（ａ）の工程で親水化された活性炭１７の表面の一部を疎水化することができ、当該表面が過剰に親水化されるのを防止できる。
【００８０】
この後は、図３（ｃ）に示すように活性炭１７を乾燥し、本実施形態に係る吸着剤の製造方法の基本工程を終了する。
【００８１】
図４は、上記の図３（ａ）〜図３（ｃ）の処理を行った場合の活性炭１７の吸着等温線の変化の様子を示す模式図である。
【００８２】
図４において、曲線C1は未処理の活性炭１７の吸着等温線である。また、曲線C2は図３（ａ）の親水化工程のみを行い、図３（ｂ）の疎水化工程を省いた活性炭１７の吸着等温線である。
【００８３】
そして、曲線C3は、図３（ａ）の親水化工程と図３（ｂ）の疎水化工程の両方を行った場合の活性炭１７の吸着等温線である。
【００８４】
図４に示されるように、未処理の活性炭１７の吸着等温線C1は、相対蒸気圧がPr1以下の領域では傾きが小さく、相対蒸気圧がPr2〜Pr1の間の領域での水の吸着量Δq1は非常に小さい。
【００８５】
これに対し、本実施形態のように親水化工程と疎水化工程の両方を行った場合は、吸着等温線C3に示されるように、相対蒸気圧がPr2〜Pr1の間の領域での水の吸着量Δq3が未処理の場合よりも大きくなる。
【００８６】
これは、図３（ｃ）の親水化工程によって活性炭１７が水を吸着し易くなり、相対蒸気圧がPr1以下の領域における吸着等温線C3の傾きが未処理の場合よりも増大したためである。
【００８７】
一方、吸着等温線C2に示されるように、疎水化工程を省いた場合は、本実施形態の吸着等温線C3と比較して、相対蒸気圧がPr2〜Pr1の間の領域での水の吸着量Δq2が低減している。これは、疎水化工程（図３（ｂ））を省いたため活性炭１７の表面が必要以上に親水化されて、相対蒸気圧が０の付近から急激に吸着等温線C2が立ち上がるようになったためである。
【００８８】
この結果より、本実施形態のように親水化工程と疎水化工程の両方を行うことで、吸着等温線の急激な立ち上がりを抑制しつつ、活性炭１７による水の吸着量を多くするのに好適な形状の吸着等温線C3が得られることが明らかとなった。
【００８９】
そして、このように吸着等温線C3の形状をコントロールすることで、相対蒸気圧がPr2〜Pr1の間の領域に吸着等温線C3の傾きが大きい部分を位置させることができ、活性炭１７に多くの水を吸着させて吸着式ヒートポンプ３０の高効率化を図ることが可能となる。
【００９０】
これにより、温水６によって運ばれる廃熱としてより低温のものを使用することができ、自動車やコンピュータ等のように廃熱温度が低い機械類にも吸着式ヒートポンプを適用して、その廃熱の回収によって省エネルギ化や環境負荷の低減を実現することができる。
【００９１】
そして、冷却水９の温度が高くなった場合でも吸着式ヒートポンプ３０の動作効率が低下しないので、吸着式ヒートポンプ３０の適用範囲を更に広げることができる。
【００９２】
次に、本実施形態の実施例について説明する。
【００９３】
（第１実施例）
本実施例では、活性炭１７として、石油ピッチを炭化して得られた比表面積が１２００m2/gの粒状活性炭に対し、図３（ａ）〜（ｃ）の工程を行った。
【００９４】
酸化剤４１（図３（ａ）参照）としては硫酸と硝酸の混酸を使用した。その混酸における体積比は、硫酸が３に対して硝酸が１である。その混酸に活性炭１７を３時間浸漬した。
【００９５】
また、塩基性化合物の溶液４２（図３（ｂ）参照）としてはピリジンを使用し、当該ピリジンに活性炭１７を５時間浸漬した。
【００９６】
これにより得られた活性炭１７の３０℃における吸着等温線を図５に示す。
【００９７】
図５では、未処理の活性炭１７と、図３（ｂ）の疎水化処理を行わずに図３（ａ）の親水化処理のみを行った活性炭１７の吸着等温線も併記してある。これについては、後述の図６〜図１０についても同様である。
【００９８】
前述の相対蒸気圧Pr2、Pr1をそれぞれ０．２、０．５としたとき、これらの間における活性炭１７による水の吸着量は本実施例では０．３４kg/kgとなり、未処理の場合や親水化処理のみを行った場合よりも大きな値が得られた。
【００９９】
（第２実施例）
本実施例では、塩基性化合物の溶液４２（図３（ｂ）参照）としてピラジンのメタノール溶液を使用し、疎水化処理においてその溶液中に活性炭１７を５時間浸漬した。これ以外の条件については、本実施例は第１実施例と同じである。
【０１００】
本実施例で得られた活性炭１７の３０℃における吸着等温線を図６に示す。
【０１０１】
前述の相対蒸気圧Pr2、Pr1をそれぞれ０．２、０．５としたとき、これらの間における活性炭１７による水の吸着量は本実施例では０．２６kg/kgとなり、未処理の場合や親水化処理のみを行った場合よりも大きな値が得られた。
【０１０２】
（第３実施例）
本実施例では、塩基性化合物の溶液４２（図３（ｂ）参照）としてアンモニア水を使用し、疎水化処理においてそのアンモニア水中に活性炭１７を５時間浸漬した。これ以外の条件については、本実施例は第１実施例と同じである。
【０１０３】
本実施例で得られた活性炭１７の３０℃における吸着等温線を図７に示す。
【０１０４】
前述の相対蒸気圧Pr2、Pr1をそれぞれ０．２、０．５としたとき、これらの間における活性炭１７による水の吸着量は本実施例では０．２７kg/kgとなり、未処理の場合や親水化処理のみを行った場合よりも大きな値が得られた。
【０１０５】
（第４実施例）
本実施例では、活性炭１７として、フェノール樹脂を炭化して得られた比表面積が１３００m2/gの粒状活性炭を使用した。これ以外の条件は、本実施例は第１実施例と同じである。
【０１０６】
本実施例で得られた活性炭１７の３０℃における吸着等温線を図８に示す。
【０１０７】
前述の相対蒸気圧Pr2、Pr1をそれぞれ０．２、０．５としたとき、これらの間における活性炭１７による水の吸着量は本実施例では０．２９kg/kgとなり、未処理の場合や親水化処理のみを行った場合よりも大きな値が得られた。
【０１０８】
（第５実施例）
本実施例では、活性炭１７として、フェノール樹脂を炭化して得られた比表面積が１３００m2/gの粒状活性炭を使用した。これ以外の条件は、本実施例は第２実施例と同じである。
【０１０９】
本実施例で得られた活性炭１７の３０℃における吸着等温線を図９に示す。
【０１１０】
前述の相対蒸気圧Pr2、Pr1をそれぞれ０．２、０．５としたとき、これらの間における活性炭１７による水の吸着量は本実施例では０．３０kg/kgとなり、未処理の場合や親水化処理のみを行った場合よりも大きな値が得られた。
【０１１１】
（第６実施例）
本実施例では、活性炭１７として、フェノール樹脂を炭化して得られた比表面積が１３００m2/gの粒状活性炭を使用した。これ以外の条件は、本実施例は第３実施例と同じである。
【０１１２】
本実施例で得られた活性炭１７の３０℃における吸着等温線を図１０に示す。
【０１１３】
前述の相対蒸気圧Pr2、Pr1をそれぞれ０．２、０．５としたとき、これらの間における活性炭１７による水の吸着量は本実施例では０．３３kg/kgとなり、未処理の場合や親水化処理のみを行った場合よりも大きな値が得られた。
【０１１４】
（評価結果）
本願発明者は、本実施形態に従って製造された活性炭の表面状態について評価した。その評価結果について以下に説明する。
【０１１５】
図１１は、GC/MS（ガスクロマトグラフィー質量分析法）で得られたトータルイオンクロマトグラムであって、その横軸はリテンション時間を示し、縦軸はイオン強度を示す。
【０１１６】
そのトータルイオンクロマトグラムでの評価対象は、（i）親水化処理のみ、（ii）第１実施例、及び（iii）第２実施例の各々で得られた活性炭１７である。
【０１１７】
図１１に示されるように、第１実施例と第２実施例においては、親水化処理のみを行った場合では見られないピークが観測された。第１実施例におけるピークはピリジンと同定され、第２実施例におけるピークはピラジンと同定された。
【０１１８】
前述のように、ピリジンとピラジンは、それぞれ第１実施例と第２実施例で使用する塩基性化合物である。また、この評価に際しては、前処理として活性炭１７を真空中で１５０℃の温度で乾燥していることから、これらの塩基性化合物は、活性炭１７との強い相互作用によって当該活性炭１７の表面に留まっているものと考えられる。
【０１１９】
これにより、本実施形態で製造した活性炭１７は、その表面に溶液４２中の塩基性化合物が結合した状態となることが明らかとなった。
【０１２０】
また、本願発明者は、本実施形態によって活性炭１７の表面の化学的組成がどのように変化したのかを調べるために酸性官能基の定量を行った。定量は、H. P. Boehm, Angew Chem. 78, 617 (1966)に記載の方法に従って行った。
【０１２１】
評価対象は、（i）未処理、（ii）親水化処理のみ、及び（iii）第１実施例の各々で得られた活性炭１７である。そして、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、及び水酸化ナトリウムの各々の０．１N溶液を用意し、これらの溶液に活性炭１７を浸漬した。その後、各溶液の各々のろ液を０．１N塩酸で逆滴定することによって、酸性官能基であるカルボキシル基、ラクトン、及びフェノール性水酸基の量を決定した。
【０１２２】
図１２は、このようにして評価された酸性官能基の量を示すグラフであって、その縦軸は活性炭１g当たりの各酸性官能基のミリ当量を示す。
【０１２３】
図１２に示すように、未処理の場合と比較して、親水化処理のみの場合では各々の酸性官能基の量が大幅に増大する。このように増大した酸性官能基は、酸化剤４１（図３（ａ）参照）に由来するものと考えられる。
【０１２４】
一方、第１実施例のように、親水化処理の後に塩基性化合物の溶液４２（図３（ａ）参照）の中に活性炭１７を浸漬すると、親水化処理の場合と比較して、カルボキシル基とラクトンの量が減る。これは、溶液４２中の塩基性化合物が、カルボキシル基やラクトンの一部に選択的に反応したためと考えられる。
【０１２５】
なお、第１実施例におけるフェノール性水酸基の量は、親水化処理におけるのと略同じである。
【０１２６】
図１３は、図１１と図１２の結果から推測される活性炭１７の表面状態を模式的に表す図である。
【０１２７】
活性炭１７の表面１７ａには、カルボキシル基やラクトン等の複数の酸性官能基２１が直接結合しており、これらの酸性官能基２１によって表面１７ａは親水性になっていると考えられる。
【０１２８】
そして、これらの酸性官能基２１のうちの一部にピリジンやピラジン等の塩基性化合物２２が結合することで、表面１７ａに塩基性化合物２２が間接的に結合した構造となり、当該表面１７ａの親水化の程度が弱められていると推測される。
【０１２９】
なお、複数の酸性官能基２１の全てが塩基性化合物２２と結合することはなく、酸性官能基２１のうちの一部は塩基性化合物２２と未結合となっており、酸性官能基２１による親水化の効果が過度に弱められることはないと考えられる。
【０１３０】
以上、本実施形態について詳細に説明したが、本実施形態は上記に限定されない。例えば、上記では、活性炭１７が吸脱着する冷媒として水を例示したが、水以外の冷媒を使用してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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