(57)【要約】【課題】処理能力が高く、繰り返し使用時の吸着剤の機械的強度の低下が少ない活性炭構造体およびその製造方法を提供する。【解決手段】揮発性有機化合物吸着処理用活性炭（活性炭構造体）１０ａは、活性炭粉末および無機バインダーを混合した材料を円筒形状に射出成形した後、焼成することにより製造する。揮発性有機化合物吸着処理用活性炭１０ａは、円筒の内面が吸着面として有効に利用される。揮発性有機化合物吸着処理用活性炭１０ａは、吸着装置に充填したときの揮発性有機化合物吸着処理用活性炭１０ａ同士の重なり度合いが小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭および無機バインダーからなる材料を円筒状に成形してなることを特徴とする活性炭構造体。
【請求項２】
円筒の内部が軸線方向に延出する仕切り壁で仕切られてなることを特徴とする請求項１記載の活性炭構造体。
【請求項３】
前記バインダーが粘土鉱物であることを特徴とする請求項１または２に記載の活性炭構造体。
【請求項４】
活性炭粉末および無機バインダーを混合した材料を射出成形した後、焼成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の活性炭構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着処理などに使用される活性炭およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
活性炭は、廃棄ガス中の有機化合物の処理、脱色や脱臭さらには反応用の触媒の担体として広く使用されており、特に近時大気汚染の主原因となっている揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣという。）の回収・再生再利用に今後大量に使用されるようになると考えられる。
ＶＯＣは、有機溶剤を使用する施設において発生し、例えば、石油貯蔵タンク、ガソリンスタンド、化学メーカーの貯槽、塗装、印刷あるいは接着現場等において多量に発生するＶＯＣはガス状となり大気に拡散されている。このＶＯＣの大気拡散の防止が、近時、環境汚染対策上重要視されつつある。
わが国では、大手企業において、既に、ＶＯＣを含む有機溶剤の使用量の低減、あるいは、ＶＯＣ発生源から発生するＶＯＣの回収処理が行われるようになってきた。また、２０１０年までにＶＯＣ発生量の３０％削減が法的に義務付けられるようになった。
【０００３】
従来、ＶＯＣを含有するガスからＶＯＣを除去する方法としては、このガスを、粒状活性炭を吸着剤として用いて処理して、ＶＯＣを吸着、除去する方法が採用されている。小規模で簡易な設備では、吸着剤はＶＯＣを多量に吸着した後、吸着性能が悪くなるとそのまま廃棄され新しい吸着剤に取り替えられる。一方、大規模な設備では、ＶＯＣを吸着剤に吸着させた後、吸着剤を加熱し、吸着したＶＯＣを吸着剤より脱離し、吸着剤を再度利用する方法が取られている。このとき、吸着剤より脱離したＶＯＣは、後段に設けられる凝集装置で回収される（例えば特許文献１参照。）。
また、従来粒状の活性炭は強い吸着能力を生かし水素化反応、脱硫反応などの触媒の担体として用いられている。
【特許文献１】特開２００１−３００５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のＶＯＣ除去方法は、以下のいくつかの問題点を含む。
まず、吸着剤として一般的には価格が安い等の理由により粒状活性炭が多く使用されてきたが、この粒状活性炭は、実効吸着表面積が小さくＶＯＣの吸着速度が遅いため本来活性炭の持つ吸着能力が使用できない。また、吸収・脱離を繰り返して何度も再使用する場合、粒状活性炭は機械的強度が低いため、吸収・脱離による温度変化に起因する膨張・収縮により、微粉化する。さらに、粒状活性炭を充填した吸着層は、粒状活性炭の充填間隙が小さいため、処理ガスの流通が悪く、従って処理ガスを粒状活性炭の充填された塔に送り込むためには、大きな圧力損出に応じて、昇圧能力の大きなブロワーが必要とされる。          
また、触媒担体として従来の粒状活性炭を使用する場合、空隙率が少ないためＳＶ（Space  Velocity）値を大きく出来ず、したがって低い生産性を余儀なくされている。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、高い吸着性能を有し、繰り返し使用時の吸着剤の機械的強度の低下が少ない活性炭構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、吸着処理装置や触媒充填塔に充填して用いる際の処理ガスや処理液の圧力損失の少ない活性炭構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、ＶＯＣの処理能力が高い活性炭構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る活性炭構造体は、活性炭および無機バインダーからなる材料を円筒状に成形してなることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る活性炭構造体は、円筒の内部が軸線方向に延出する仕切り壁で仕切られてなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る活性炭構造体は、前記バインダーが粘土鉱物であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る活性炭構造体の製造方法は、活性炭粉末および無機バインダーを混合した材料を射出成形した後、焼成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る活性炭構造体は、活性炭および無機バインダーからなる材料を円筒状に成形したものであるので、高い吸着性能を有し、繰り返し使用時の吸着剤の機械的強度の低下が少ない。
また、吸着材あるいは触媒担体として用いた場合、一般的な粒状活性炭と違い内部に空間を有するため、処理ガスや液体が有効に接する活性炭の面積を大きく取ることができるので、吸着処理装置や触媒層に充填して用いるときの圧力損失が小さい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態について、揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣという。）吸着処理に用いる活性炭構造体を例にとって、図を参照して、以下に説明する。
【００１２】
処理装置に充填した粒状活性炭の吸着能力は、一般に、処理ガスの流動状態をあまり考慮することなく、ＶＯＣ含有ガスと活性炭が接触する外形分（球）の表面部分（以下これを外表面という。）の面積（以下、これを外表面積という。）とともに活性炭の内部細孔壁の面積を含むいわゆる比表面積として定義される面積によって支配されると理解されているものと思われる。これに対して、本発明者等は、処理ガスや処理液体の吸着能力が処理ガスや液体の良好な流動状態を前提としたうえでの外表面積の大きさによって実質的に支配されるのではないかと考え、本発明に至った。
（また、本発明の粒状活性炭は、有効表面積が大きく、空隙率が高いので、ＶＯＣ吸着ばかりでなく触媒の担体あるいは脱色、脱臭処理用としても使用が可能である。）
【００１３】
すなわち、活性炭吸着において、吸着面として活性炭の外表面のみでなく細孔壁も有効に寄与していること、さらには、多くの場合、表面積が相対的に著しく大きな細孔壁が支配的に寄与していると考えられることは周知の事項である。ところが、処理ガスや処理液体中の吸着されるべき物質が活性炭の各表面に拡散移動する現象に着目すると、処理ガスの流動状態によっては、および吸着されるべき物体の拡散特性によっては、活性炭の各表面への移動の容易さ（拡散性あるいは拡散境膜抵抗）が重要となり、さらにはこれが律速段階となって吸着能力を支配することが考えられる。すなわち、活性炭の外表面積の大きさが重要となり、あるいは支配的になることが考えられる。
【００１４】
上記の点に鑑みると、粒状活性炭を充填して用いる場合、粒子間の接触面積が大きくなって、処理ガスと有効に接する外表面積が小さくなることは明らかである。
これに対して、活性炭を空隙率が大きくかつ粒状活性炭と比べて大きな外表面積を有する形状に賦形した成形体（活性炭構造体）を用いると、充填状態において、成形体間の接触面積は変わらないものの成形体の内部空隙を画成する内部表面も処理ガスや処理液体との接触に活かされる。また、このとき、成形体自身の空隙率が大きいため、処理ガスの流動状態が吸着操作上良好となる。
そして、ＶＯＣ吸着能力を総括的に考察すると、上記後者の方が、ＶＯＣ吸着能力を大きくするうえで有効であることが考えられる。
【００１５】
上記の考えに基づき、本発明は、活性炭および無機バインダーからなる材料を、図１に底面から見た状態を示すように円筒状に成形した揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣという。）吸着処理用活性炭（活性炭構造体）１０ａをＶＯＣ吸着処理用に用いるものである。これにより、円筒状のＶＯＣ吸着処理用活性炭の円筒曲面壁の外表面および内表面を吸着処理面として有効に活かすことができる。
【００１６】
このとき、図２〜図４に底面から見た状態を示すように円筒状のＶＯＣ吸着処理用活性炭１０ａの円筒の内部を軸線方向に延出する、言い換えれば、径方向を仕切る仕切り壁で仕切ったＶＯＣ吸着処理用活性炭１０ｂ〜１０ｄとすると、仕切り壁の両表面を吸着処理面として有効に活かすことができて、より好適である。
なお、図２〜図４のものと異なり、円筒の貫通孔を遮断する方向、すなわち円筒の半径方向に延出する仕切り壁を設けてもよい。この場合、貫通孔が塞がれることで処理ガス処理液体の流動が損なわれると一般的には考えられるが、内部仕切り壁程度は圧力変動に殆ど影響しないばかりでなく円筒内部の表面が吸着面に加えて仕切り壁表面も吸着面として働き吸着能力を十分に改善することが期待できる。
上記４種の形状のＶＯＣ吸着処理用活性炭のうち、活性炭を重ね合わせたときに、重なりがより小さく、空隙率をより大きく取れるのは、図２および図４のＶＯＣ吸着処理用活性炭１０ｂ、１０ｄであり、これらの形状のＶＯＣ吸着処理用活性炭１０ｂ、１０ｄは、図１の円筒状のＶＯＣ吸着処理用活性炭の１．５倍〜２．０倍程度の空隙率を得ることができる。
また、活性炭の強度について見ると、活性炭が円筒形状であることで強度が高くなることは明らかであるが、このとき、さらに内部仕切り壁を設けることで強度がより向上することになる。
【００１７】
本発明において成形材料として用いる活性炭は、特に限定されるものではなく、植物質として木材、のこくず、木炭、椰子ガラ炭、パーム核炭、素炭、石炭系として泥炭、亜炭、褐炭、瀝青炭、無煙炭、ピッチコークス、石油系として石油残渣、硫酸スラッジ、オイルカーボンやパルプ廃液、合成樹脂および有機物廃物およびを原料とする活性炭を単独あるいは混合して用いることができる。また、活性炭は、表面積がＢＥＴ比表面積として２００ｍ２／ｇ〜５，０００ｍ２／ｇのものを好適に用いることができる。また、処理すべき物質の種類によって活性炭の種類、比表面積を選択することがより好ましく、例えば、トルエンの回収には椰子ガラ炭が良好であるし、触媒担体として用いる場合には水素化反応に使用する場合は、石炭系の活性炭も有効である。すなわち、使用する活性炭は、使用目的により変更することが望ましい。
【００１８】
上記活性炭に配合して用いる無機バインダーは、特に限定されるものではないが、好ましくは、粘土鉱物を用いる。
このような粘土鉱物としては、ホルマイト、アスベスト、ハロイサイト、カオリナイト、タルク、パイロフィライト、セリライト、セピオライト、バーミキュライト、モンモリナイト、クロライト、ゼオライト、アロフェンなどを挙げることができる。これらの粘土鉱物の中から、吸着するＶＯＣの種類によって、単独種選択しあるいは混合して用いてもよい。より好ましくは、ホルマイトまたはセピオライトである。
【００１９】
活性炭と粘土鉱物の混合割合は、活性炭１０質量％〜９０質量％とに対して粘土鉱物９０質量％〜１０質量％の範囲内で任意に設定することができるが、より好ましくは活性炭３０質量％〜７０質量％に対し、粘土鉱物３０質量％〜７０質量％であり、さらに好ましくは、活性炭４０質量％〜６０質量％に対し、粘土鉱物６０質量％〜４０質量％である。
【００２０】
上記本発明に係る活性炭構造体の製造方法は、特に限定されるものではないが、好ましくは、活性炭（活性炭粉）に無機バインダーを混合して調製した成形材料を、射出成形した後、乾燥し、焼成することにより得ることができる。
【００２１】
上記本発明に係る活性炭構造体を充填した装置を揮発性有機化合物吸着処理装置として用いると、上記本発明に係る活性炭構造体の効果を好適に発揮することができる。また、このとき、処理ガスの圧力損失を、粒状活性炭を充填した装置よりも小さくすることができ、これにより、処理ガスの流速が損なわれないことも加わって処理ガスを活性炭層の各部に均一に流通させることができ、また、必要に応じて処理ガスを送るブロワーの昇圧能力を小さくすることができる。さらに、本発明に係る活性炭構造体は、粒状活性炭と互換性があるので、一般的に使用されている粒状活性炭吸着装置をそのまま使用することができ、さらに設備の処理能力を同じとする場合には、活性炭の使用量を減じることが可能である。
そして、本発明の活性炭構造体を触媒担体として用い触媒充填塔に充填する場合には、ガスあるいは液体と活性炭構造体との接触効率が良好となる結果、設備の大きさを変えることなく生産性を挙げることが出来る。
なお、活性炭構造体の強度や充填状態を損なわず、あるいはまた製造工程を複雑にしない限度において、円筒状等の形状を有する活性炭の円筒を構成する曲面壁に凹凸、切り欠きあるいは開口等を形成しておいてもよい。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
ＢＥＴ比表面積１，７００ｍ２／ｇ、平均粒径３０μｍの椰子殻活性炭、６０質量部に対し、ホルマイト４０質量部とさらに適量の水を加えた後良く練り合わせ、1日間熟成した後、金型を通し径９ｍｍ、長さ７ｍｍの円筒形状のペレットとし、温度６０℃の気流中で乾燥した後、酸素遮断下８５０℃にて焼成した。
得られた円筒形状の活性炭は、比表面積が１，０７３ｍ２／ｇ、嵩密度が０．１９ｇ／ｍｌであった。
【００２３】
上記のようにして作った実施例の活性炭約３．９１ｇを、飽和トルエンを含む空気下に１８０分放置し、トルエンを飽和するまで吸わせた。トルエン吸着後の活性炭の質量は４．９０ｇであり、重量増加率は約２３％だった。この活性炭を挿入した内径３０ｍｍの石英ガラス管を管炉に装着し、管炉の一方の口より温度センサーと窒素導入管を差し込み、他の一方の口には出てくるトルエンを回収するトラップ用の捕集瓶を取り付けた。管炉の両端はガラスウールで封をして、窒素導入管より窒素ガスを流しながら、炉の温度を１２０℃に保った。その後、石英ガラス管より活性炭を取り出し質量を測定した。トルエンを脱着した活性炭の質量は３．８７ｇであり、約２１％の質量減を確認した。活性炭単位質量当たりのトルエンの吸脱着量は約０．２６ｇ−トルエン／ｇ−活性炭（＝（４．９０−３．８７）／３．９１）であった。
【００２４】
一般的な溶剤吸着用粒状活性炭（５／６ｍｅｓｈ）３．６１ｇを飽和トルエンを含む空気下に１８０分放置し、トルエンを飽和するまで吸わせた。トルエンを吸着した活性炭の質量は、５．０５ｇであり、質量の増加率は約４０％だった。以下実施例と同じ実験を行い、石英ガラス管より粒状活性炭を取り出し質量を測定した。トルエンを脱着した活性炭の質量は、４．６３ｇであり、重量減少率は、約１２％だった。活性炭単位質量当たりのトルエンの吸脱着量は約０．１２ｇ−トルエン／ｇ−活性炭（＝（５．０５−４．６３）／３．６１）であった。
【００２５】
（実施例２〜４および比較例に用いる成型活性炭の調製）
「吸着能力の測定用活性炭粘土混合物の合成」
ボールミルに、ＢＥＴ比表面積１，２００ｍ２／ｇ、平均粒径３０μｍの椰子殻活性炭５０質量部およびセピオライト５０質量部を入れ、これに水を加えた後、回転させて良く混ぜ合わせた後ろ過して活性炭−粘土混合物を作った。
【００２６】
「形状の異なる成型活性炭の調製」
上記で作った吸着能力の測定用活性炭粘土混合物を使用して、押し出し成型により、ペレット状（円筒状にて中が詰まったもの）、ラシヒリングタイプ１０ａ、レシヒリングタイプ１０ｂおよびプラスタイプ（ラシヒリングの空洞部に十字状の仕切りを入れたもの）１０ｃの乾燥前の成型物を得た。これらを一晩自然乾燥した後、甲鉢に詰め、成型物を詰めた上面に黒鉛粉末を入れ６００℃〜７５０℃にて焼成して活性炭成型物を得た。出来た活性炭成型物の径は略８ｍｍ×６ｍｍであった。
【００２７】
（実施例２）
横一文字（レシヒリングタイプ）状の活性炭１０ｂを吸着容量測定用の器具内に設置し、トルエン濃度５００ｐｐｍ、１，０００ｐｐｍ、１，５００ｍｍ及び２，０００ｐｐｍにて吸着量を測定した。使用した装置の構成を図５に示した。図５中、参照符号１０は、バス（２５℃）を、参照符号１２は流量計を、参照符号１４は活性炭をそれぞれ示す。なお、以下の他の実施例、比較例についても図５の装置を使用した。
吸着量の結果は、活性炭の重さ当たりのトルエンの重さの単位で表示すると、５００ｐｐｍ：０．２７ｇ／ｇ、１，０００ｐｐｍ：０．３３ｇ／ｇ、１，５００ｐｐｍ：０．３５ｇ／ｇ、２，０００ｐｐｍ：０．３５ｇ／ｇであった。さらに、図６の装置を使用して、圧力損失を測定した。図６中、参照符号１６は活性炭を、参照符号１８はマノメーターを、それぞれ示す。また、活性炭充填層の径Ｄは５２ｍｍ、マノメーターの圧力取り出し部間の距離Ｈは５０ｃｍである。なお、以下の他の実施例、比較例についても図６の装置を使用した。線速度（ｍ／ｓ）に対して圧損（Ｐａ／ｍ）を測定した結果を、以下の実施例３、比較例１、２と共に表１にまとめて示した。
【００２８】
（実施例３）
十文字状の活性炭１０ｃを吸着容量測定用の器具内に設置し、トルエン濃度５００ｐｐｍ、１，０００ｐｐｍ、１，５００ｍｍ及び２，０００ｐｐｍにて吸着量を測定した。結果は、活性炭の重さ当たりのトルエンの重さの単位で表示すると、５００ｐｐｍ：０．２４ｇ／ｇ、１，０００ｐｐｍ：０．３３ｇ／ｇ、１，５００ｐｐｍ：０．３５ｇ／ｇ、２，０００ｐｐｍ：０．３５ｇ／ｇであった。さらに、圧力損失を測定した。
【００２９】
（実施例４）
筒状タイプ（ラシヒリング）の活性炭１０ａを吸着容量測定用の器具内に設置し、トルエン濃度５００ｐｐｍ、１，０００ｐｐｍ、１，５００ｍｍ及び２，０００ｐｐｍにて吸着量を測定した。結果は、活性炭の重さ当たりのトルエンの重さの単位で表示すると、５００ｐｐｍ：０．２５ｇ／ｇ、１，０００ｐｐｍ：０．２７ｇ／ｇ、１，５００ｐｐｍ：０．２８ｇ／ｇ、２，０００ｐｐｍ：０．２７ｇ／ｇであった。さらに、圧力損失を測定した。
【００３０】
（比較例）
ペレットタイプ活性炭を吸着容量測定用の器具内に設置し、トルエン濃度５００ｐｐｍ、１，０００ｐｐｍ、１，５００ｍｍ及び２，０００ｐｐｍにて吸着量を測定した。結果は、活性炭の重さ当たりのトルエンの重さの単位で表示すると、５００ｐｐｍ：０．１４ｇ／ｇ、１，０００ｐｐｍ：０．１８ｇ／ｇ、１，５００ｐｐｍ：０．１８ｇ／ｇ、２，０００ｐｐｍ：０．２０ｇ／ｇであった。さらに、圧力損失を測定した。
【００３１】
【表１】
2006248890.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る活性炭構造体の一例であって、底面から見た図である。
【図２】本発明に係る活性炭構造体の他の一例であって、底面から見た図である。
【図３】本発明に係る活性炭構造体のさらに他の一例であって、底面から見た図である。
【図４】本発明に係る活性炭構造体のさらに他の一例であって、底面から見た図である。
【図５】実施例で使用したＶＯＣ吸着装置の概略構成を示す図である。
【図６】実施例で使用した圧力損失測定装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０ａ〜１０ｄ  活性炭構造体
【図１】
2006248890.tif 000004
【図２】
2006248890.tif 000005
【図３】
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【図４】
2006248890.tif 000007
【図５】
2006248890.tif 000008
【図６】
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