(57)【要約】【課題】  この発明は、硬さ９０％以上で、比表面積８００ｍ２／ｇ以上の賦活した活性炭を得ることを目的としたものである。【解決手段】  この発明は、木質系未利用資源を微粉砕し、乾燥したものを圧縮成形して、ペレットを製造し、これを低温で炭化した後、高温で賦活処理して、硬質で比表面積を大きくすることを特徴とした木質系粒状活性炭の製造方法により、目的を達成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質系未利用資源の微粉砕物を圧縮成形してペレット化したものを炭化・賦活し、硬さ９０％以上で、比表面積８００ｍ２／ｇ以上の物性を保有させたことを特徴とする木質系粒状活性炭。
【請求項２】
木質系未利用資源は、林地残材、間伐材、製材廃材、エネルギー造林、建設発生木材又は古紙としたことを特徴とする請求項１記載の木質系粒状活性炭。
【請求項３】
木質系未利用資源を微粉砕し、乾燥したものを圧縮成形して、ペレットを製造し、これを低温で炭化した後、高温で賦活処理して、硬質で比表面積を大きくすることを特徴とした木質系粒状活性炭の製造方法。
【請求項４】
低温炭化処理は２００℃〜５００℃とし、高温の賦活処理は、低温炭化処理物の重量の４倍以上の生蒸気を添加しながら、６００℃〜９００℃とすることを特徴とした請求項３記載の木質系粒状活性炭の製造方法。
【請求項５】
硬さは９０％以上で、比表面積は８００ｍ２／ｇ以上とすることを特徴とした請求項３記載の木質系粒状活性炭の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、林地残材、間伐材、製材廃材、エネルギー造林、建設発生木材又は古紙などの木質系未利用資源を粉砕、乾燥、造粒、炭化し、ついで賦活工程処理して良質の活性炭を得ることを目的とした木質系粒状活性炭及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来木質系未利用資源を品質別に３００℃〜３３０℃の低温、３３０℃〜６５０℃の中温、６５０℃〜８５０℃の高温及び８５０℃の超高温処理により、炭化物を得る技術が提案されている。
【０００３】
また産業廃棄物を輻射熱により燃焼させるようにした炭化物の製造方法も提案されている。
【０００４】
更に有機物を３００℃〜７００℃の範囲で昇温焼成し、ついで７００℃を超える温度で昇温再焼成する技術も提案されている。
【特許文献１】特許第３５３１１０６号
【特許文献２】特許第２８７６４５５号
【特許文献３】特開平９−８６９１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記先行炭化処理方法によっては、何れも活性炭の硬さ９０％以上（ＪＩＳＫ１４７４により測定されるＪＩＳ硬さ）、比表面積８００ｍ２／ｇ以上（Ｎ２−ＢＥＴ法）の粒状活性炭を製造することは不可能とされていた。そこで硬度の大きい粒状活性炭を製造するには、粒状の木炭をタールと混合し、造粒、炭化した後賦活していたので、比表面積は著しく小さくなっていた。
【０００６】
従来知られている活性炭は、硬さが小さいので、浄水処理又は汚水処理などに使用した場合に、こわれ易く、耐久性を欠く問題点があった。またタールなどで加工し、硬さを大きくした活性炭は、比表面積が小さくなり、浄化能力が低下する問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、木質系未利用資源から硬さのある粒状活性炭を製造する為に、まず材料を粉砕し（例えば６ｍｍ以下）、乾燥し（例えば水分１０％〜３０％）、加圧造粒する。例えば、１０ｋｇ／ｃｍ２〜５０ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力で加圧（例えばエキストルーダーなど使用）すると、１００℃〜２００℃位に発熱し、水分が蒸発すると共に、小径（例えば直径５〜１３ｍｍ）の棒状物として押出し成形される。そこで長さ１０ｍｍ〜１５ｍｍに切断してペレット状にする。前記ペレットは、爾後の均一処理を容易にする大きさであるから、必ずしも前記寸法によらなくてもよい。また加圧造粒圧力も適宜定める。
【０００８】
即ちこの発明は、木質系未利用資源の微粉砕物を圧縮成形してペレット化したものを炭化・賦活し、硬さ９０％以上（ＪＩＳＫ１４７４）で、比表面積８００ｍ２／ｇ以上（Ｎ２−ＢＥＴ法）の物性を保有させたことを特徴とする木質系粒状活性炭であり、木質系未利用資源は、林地残材、間伐材、製材廃材、エネルギー造林、建設発生木材又は古紙としたものである。
【０００９】
また方法の発明は、木質系未利用資源を微粉砕し、乾燥したものを圧縮成形して、ペレットを製造し、これを低温で炭化した後、高温で賦活処理して、硬質で比表面積を大きくすることを特徴とした木質系粒状活性炭の製造方法であり、低温炭化処理は２００℃〜５００℃とし、高温の賦活処理は、低温炭化処理物の重量の４倍以上の生蒸気を添加しながら、６００℃〜９００℃とするものであり、硬さは９０％以上（ＪＩＳＫ１４７４）で、比表面積は８００ｍ２／ｇ以上とするものである。
【００１０】
前記発明において、低温炭化処理の温度は、材質により異なるが、通常２５０℃〜３５０℃が使用される。この場合に、２５０℃で１５分間、３００℃で１５分間、３５０℃で１５分間のように昇温加熱することが好ましい。例えば水分の蒸発、低下を緩徐に行い、ペレットの硬度を保持すると共に、均等した微細孔の生成を助長する為である。
【００１１】
また６００℃〜９００℃の賦活処理は、残留有機物を皆無にすると共に、炭質の汚れを皆無にし、活性炭本来の特性（吸着性及び遠赤外線放射能の向上など、いわゆる活性向上）を助長するものである。
【００１２】
この発明によれば、加圧成形によって密に一体化すると共に、低温炭化処理により、有機質が焼却されて多孔化する。
【００１３】
ついで賦活処理に際し炭質の付着部が一体化して硬度を増強するものと考えられる。
【００１４】
前記における炭化処理の温度が２００℃以下では炭化不十分（例えばペレット内部）になり易く、５００℃以上では有機物の焼却に際し、気孔生成に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１５】
次に賦活温度が６００℃以下では、ペレット内部までの処理が不十分になるのみならず、時間が長くかかるおそれがあり、９００℃以上では加熱過多の為に比表面積低下のおそれがある。従って好ましくは８００℃前後である。
【００１６】
浄水処理又は汚水処理において、活性炭を使用する場合に、硬さが９０％以下であると、耐久性の低下が促進されるおそれがある（使用方法によっても異なるが、９０％以上ならば耐久性が安定する）。また比表面積も８００ｍ２／ｇ以下では吸着力が低下する。尤も７５０ｍ２／ｇで使用に耐えないというわけではなく、相当の吸着効果を発揮するが、いわゆる浄化処理剤として使用するには８００ｍ２／ｇ以上の方が安定した性能を発揮させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、従来木質系未利用資源の炭化処理では不可能とされていた硬さ９０％以上で、比表面積８００ｍ２／ｇ以上の活性炭を得ることができる効果がある。
【００１８】
従来硬さを大きくすると（例えばタール使用）、必然的に比表面積が少なくなるので、性能低下となる。従ってこの発明は、硬さと、大きな比表面積とを共に満足させることができる、画期的に優れた活性炭及びその製造方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明の実施について説明すると、まず木質未利用資源を集めて、その特性毎に分類する。例えば間伐材、製材端材又は古紙などを夫々分類し、同質材毎に処理する。以下、間伐材について説明する。
【００２０】
間伐材を粉砕機（公知の機械）にかけて、微粉砕（例えば６ｍｍ以下）し、これを乾燥（水分２０％前後に熱風乾燥）した後、ペレット成型装置（例えば、エクストルーダーなどのねじ式圧縮機）を用いて連続加圧成形する。例えば直径６ｍｍ〜１０ｍｍの棒状に押し出し、長さ１０ｍｍ位に切断してペレット化する。前記圧縮機の圧力は１０ｋｇ／ｃｍ２〜１００ｋｇ／ｃｍ２であるが、木質繊維加工では通常５０ｋｇ／ｃｍ２を使用する。
【００２１】
前記加圧により発熱（圧力により異なるが、１００℃〜２００℃位）して蒸発するので、ペレットの水分は５％〜７％となり、比重は０．５〜０．８であった。
【００２２】
前記のようにしてできたペレットを加熱炉に入れて、２５０℃〜４５０℃に、５０℃（５分間）の割合で昇温炭化処理する（水分除去、低温分解で炭素以外を除去する）。前記処理を７５分間行えば、炭化される。
【００２３】
ついで８００℃で反応させる炭化物重量の５倍の生蒸気を添加しながら２５分間賦活処理すれば、炭素粒子のみの、硬さ９０％以上、比表面積８００ｍ２／ｇ以上の活性炭粒ができる。
【実施例１】
【００２４】
この発明の実施例（資源混用も入る）を図１について説明すると、林地残材、間伐材、製材廃材及びエネルギー造林の単独又は複数を混合して粉砕し、粉粒物とする（例えば、１ｍｍ〜３ｍｍ程度の粒状物）。
【００２５】
前記粉粒物を加熱乾燥して、水分２０％〜３０％とした後、成形機（例えばエクストルーダー）にかけて直径５ｍｍ、長さ１３ｍｍのペレット状に成形する（この場合の比重０．５〜０．８、水分６％〜１０％のとき）。
【００２６】
前記ペレットを４５０℃近傍で２０分間昇温炭化する。前記炭化物を加熱炉に入れ、６００℃〜８００℃で２５分間密封加熱して、賦活処理し、この発明の活性炭を得た。この活性炭の硬さはＪＩＳＫ１４７４により測定されるＪＩＳ硬さ９７．９％であり、Ｎ２−ＢＥＴ法による比表面積は８００ｍ２／ｇ（ヨード吸着量１０００ｍｇ／ｇ）であった（表１）。
【表１】
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【実施例２】
【００２７】
この発明の実施例を図２について説明すると、建設発生木材及び古紙の単独又は混合物を１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ（オガ状）に粉砕した後、加熱乾燥（例えば、７０℃以上）して水分を２０％〜５０％とした後、二軸式エクストルーダーで加圧造粒して直径５ｍｍ、長さ１３ｍｍ（比重０．５位）のペレット状に成形し（水分６％〜１０％）、４５０℃で２０分間炭化処理した後、７５０℃で２５分間賦活処理すれば、この発明の下水道浄化用の活性炭ができた。この活性炭は、硬さ９５％、比表面積８００ｍ２／ｇであった。
【実施例３】
【００２８】
この発明の実施例を図３について説明すると、間伐材と、製材の端材・屑を、単独又は混合して、粉砕し、乾燥した後、これを加圧造粒して、直径６ｍｍで長さ１２ｍｍのペレット状に成形する（この場合の水分７％、但し比重０．７）。ついで密封炉で２５０℃で２０分間炭化処理した後、８００℃で２０分間賦活処理すれば、この発明の上水道用活性炭ができた。
【００２９】
前記炭化時に、４５０℃で２０分間炭化処理した後、８００℃で２０分間賦活処理すれば、この発明の下水道用活性炭ができた。
【実施例４】
【００３０】
前記実施例１で得た木質ペレットを、密封炉内に入れて、４５０℃で炭化処理した後、８００℃で２０分間賦活処理して、この発明の活性炭を得た。この活性炭は、硬さはＪＩＳＫ１４７４により測定されるＪＩＳ硬さで９８％であり、Ｎ２−ＢＥＴ法による比表面積は８００ｍ２／ｇであった。
【実施例５】
【００３１】
前記実施例１で得た木質ペレットを、４５０℃で炭化後、８００℃で４０分間賦活処理してこの発明の活性炭を得た。この活性炭の特性は、硬さはＪＩＳＫ１４７４により測定されるＪＩＳ硬さで９５％であり、Ｎ２−ＢＥＴ法による比表面積は１０００ｍ２／ｇであった。
【実施例６】
【００３２】
前記実施例１で得た木質ペレットを、４５０℃で炭化した後、６００℃で６０分間賦活処理して、この発明の活性炭を得た。この活性炭の性質は、硬さはＪＩＳＫ１４７４により測定されるＪＩＳ硬さで９５％であり、Ｎ２−ＢＥＴ法による比表面積は１０００ｍ２／ｇであった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の製造方法の実施例のブロック図。
【図２】同じく未利用資源の異なる他の実施例のブロック図。
【図３】同じく他の実施例のブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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