(57)【要約】【課題】ミクロ孔及びメソ孔が発達した比表面積の大きな活性炭を効率良く製造できる方法を提供する。【解決手段】本発明に係る活性炭の製造方法は、チップ状の灰分含有バイオマス原料を用意する工程と、チップ状バイオマス原料に対して灰分除去洗浄を行う原料洗浄工程と、洗浄済原料を炭化処理して炭化物を得る炭化工程と、炭化物に対して灰分除去洗浄を行う炭化物洗浄工程と、洗浄済炭化物を賦活処理して活性炭を得る賦活工程とを含む。好ましくは、活性炭の比表面積が１７００ｍ２／ｇ以上となるように、賦活時間が設定され、より好ましくは、活性炭の比表面積が２０００ｍ２／ｇ以下となるように、賦活時間が設定される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ状の灰分含有バイオマス原料を用意する工程と、
チップ状バイオマス原料に対して灰分除去洗浄を行う原料洗浄工程と、
洗浄済原料を炭化処理して炭化物を得る炭化工程と、
炭化物に対して灰分除去洗浄を行う炭化物洗浄工程と、
洗浄済炭化物を賦活処理して活性炭を得る賦活工程とを含むことを特徴とする活性炭の製造方法。
【請求項２】
前記原料洗浄工程は、チップ状バイオマス原料を処理槽内の洗浄水に投入して煮沸及び冷却を行い、洗浄水内に沈殿したチップ状バイオマス原料を洗浄済原料として取り出すものとされていることを特徴とする請求項１に記載の活性炭の製造方法。
【請求項３】
前記炭化物洗浄工程は、炭化物を処理槽内の洗浄水に投入して煮沸及び冷却を行い、洗浄水内に沈殿した炭化物を洗浄済炭化物として取り出すものとされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の活性炭の製造方法。
【請求項４】
前記賦活工程は、活性炭の比表面積が１７００ｍ２／ｇ以上となるように、賦活時間が設定されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の活性炭の製造方法。
【請求項５】
前記賦活工程は、活性炭の比表面積が２０００ｍ２／ｇ以下となるように、賦活時間が設定されていることを特徴とする請求項４に記載の活性炭の製造方法。
【請求項６】
前記炭化工程は、洗浄済原料を過熱水蒸気雰囲気下で６００℃以上７５０℃以下の温度で加熱することによって行われ、
前記賦活工程は、洗浄済炭化物を過熱水蒸気雰囲気下で７５０℃以上９００℃以下の温度で加熱することによって行われることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の活性炭の製造方法。
【請求項７】
チップ状の灰分含有バイオマス原料は、平面視形状の最小辺が５００μｍ以上２ｍｍ以下の竹チップであることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の活性炭の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、竹やコーヒーかす等のバイオマス原料から活性炭を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、竹を炭化して、竹炭化物を得る工程と、竹炭化物に対して洗浄を行って、竹炭化物に含まれるカリウム全量に対して２０〜１００重量％のカリウムを除去したカリウム調整竹炭化物を得る工程と、カリウム調整竹炭化物を賦活して、竹活性炭を得る工程とを含む竹活性炭の製造方法が開示されている。
【０００３】
前記従来の竹活性炭の製造方法は、竹の産地や種類、成長過程等によって異なるミネラル等の元素や成分組成に影響されることなく、比較的均一なミクロ孔を有する竹活性炭を容易且つ安価に得ることができるとされている。
【０００４】
また、前記特許文献１には、カリウム量の調整を、竹炭化物に対する洗浄によって行う代わりに、原料となる竹に対する洗浄によって行うことも可能である旨記載されている。
【０００５】
具体的には、前記特許文献１には、他の製造方法として、原料となる竹に対して洗浄を行って、竹に含まれるカリウム全量に対して２０〜１００重量％のカリウムを除去したカリウム調整竹を得る工程と、カリウム調整竹を炭化してカリウム調整竹炭化物を得る工程と、カリウム調整竹炭化物を賦活して、竹活性炭を得る工程とを含む竹活性炭の製造方法が開示されている。
【０００６】
即ち、前記特許文献１には、竹を炭化する工程と竹炭化物を賦活する工程とを備えた竹活性炭の製造方法において、原料となる竹の状態にて行う洗浄、及び、竹炭化物の状態にて行う洗浄の何れを選択的に行うことによって、最終製造物である竹活性炭に比較的均一なミクロ孔をもたらすことができるという技術的思想が開示されている。
【０００７】
ところで、近年、蓄電装置の電極等の分野において、高比表面積の活性炭の需要が高まっている。
本願発明者は、この需要に応える為には、活性炭に孔径２ｎｍ以下のミクロ孔を設けることだけでは不十分で、活性炭に、孔径２ｎｍ以下のミクロ孔に加えて、孔径２ｎｍ以上５０ｎｍ以下のメソ孔を設けることが必要であるという新規な着想に至った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２６１９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、バイオマス原料から活性炭を製造する方法であって、ミクロ孔のみならずメソ孔も発達した、比表面積の大きな活性炭を効率良く製造できる活性炭の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記目的を達成する為に、チップ状の灰分含有バイオマス原料を用意する工程と、チップ状バイオマス原料に対して灰分除去洗浄を行う原料洗浄工程と、洗浄済原料を炭化処理して炭化物を得る炭化工程と、炭化物に対して灰分除去洗浄を行う炭化物洗浄工程と、洗浄済炭化物を賦活処理して活性炭を得る賦活工程とを含む活性炭の製造方法を提供する。
【００１１】
好ましくは、前記原料洗浄工程は、チップ状バイオマス原料を処理槽内の洗浄水に投入して煮沸及び冷却を行い、洗浄水内に沈殿したチップ状バイオマス原料を洗浄済原料として取り出すものとされる。
【００１２】
好ましくは、前記炭化物洗浄工程は、炭化物を処理槽内の洗浄水に投入して煮沸及び冷却を行い、洗浄水内に沈殿した炭化物を洗浄済炭化物として取り出すものとされる。
【００１３】
前記種々の構成において、好ましくは、前記賦活工程は、活性炭の比表面積が１７００ｍ２／ｇ以上となるように、賦活時間が設定される。
より好ましくは、前記賦活工程は、活性炭の比表面積が２０００ｍ２／ｇ以下となるように、賦活時間が設定される。
【００１４】
前記種々の構成において、好ましくは、前記炭化工程は、洗浄済原料を過熱水蒸気雰囲気下で６００℃以上７５０℃以下の温度で加熱することによって行われ、前記賦活工程は、洗浄済炭化物を過熱水蒸気雰囲気下で７５０℃以上９００℃以下の温度で加熱することによって行われるものとされる。
【００１５】
好ましくは、チップ状の灰分含有バイオマス原料は、平面視形状の最小辺が５００μｍ以上２ｍｍ以下の竹チップとされる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る活性炭の製造方法によれば、チップ状バイオマス原料に対して灰分除去洗浄を行い、洗浄済原料を炭化処理して炭化物を生成し、生成した炭化物に対してさらに灰分除去洗浄を行い、洗浄済炭化物を賦活処理して活性炭を得るように構成されているので、ミクロ孔及びメソ孔の双方が発達した比表面積の大きな活性炭を効率良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る活性炭製造方法における炭化工程及び賦活工程を実施可能な加熱装置の一例の正面図である。
【図２】図２は、前記加熱装置の模式ブロック図である。
【図３】図３は、前記加熱装置における加熱処理部の縦断面図である。
【図４】図４は、原料に対して洗浄を行って製造した活性炭Ａ、炭化物に対して洗浄を行って製造した活性炭Ｂ、及び、洗浄を行わなかった活性炭Ｃにおける賦活時間と賦活収率との関係を表すグラフである。
【図５】図５は、前記活性炭Ａ〜Ｃにおける収率と比表面積との関係を表すグラフである。
【図６】図６(a)〜(c)は、それぞれ、前記活性炭Ａ〜Ｃにおける孔径の頻度分布を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る活性炭製造方法は、本願発明者による下記の新規な着想に基づくものであり、灰分を含有するバイオマス原料から、ミクロ孔（孔径２ｎｍ以下）及びメソ孔（孔径２ｎｍ以上５０ｎｍ以下）の双方が発達した活性炭を効率良く製造する方法である。
【００１９】
即ち、灰分含有バイオマス原料に対して炭化処理を行って炭化物を生成する炭化工程及び炭化物に対して賦活処理を行って活性炭を生成する賦活工程を備えた活性炭の製造方法において、賦活工程より前の段階、具体的には、バイオマス原料、又は、炭化物に対して灰分除去洗浄を行うことは、従来から知られていた。
【００２０】
このバイオマス原料に対する洗浄又は炭化物に対する洗浄は択一的に行われており、何れの洗浄によっても、製造される活性炭におけるミクロ孔を発達させるものと考えられていた。
【００２１】
この点に関し、本願発明者は、バイオマス原料状態に対する灰分除去洗浄は、製造される活性炭のミクロ孔の発達に寄与する一方で、炭化物状態に対する灰分除去洗浄は、製造される活性炭のミクロ孔の発達に加えてメソ孔の発達にも寄与するのではないか、という新規な着想を得て、本願発明を完成するに至った。
【００２２】
以下、本発明の一実施の形態に係る活性炭製造方法について説明する。
前記活性炭製造方法は、灰分含有バイオマス原料のチップ体を用意する工程を有している。
【００２３】
灰分を含有するバイオマス原料としては、竹、コーヒーかす（コーヒー抽出残さ）、籾殻、トウモロコシ等が例示される。
【００２４】
チップ体の大きさ及び形状は限定されるものではないが、下記洗浄工程での洗浄効率を考慮すると、平面視形状の最小辺が２ｍｍ以下とされ得る。
即ち、平面視形状の一辺の長さが５ｃｍであっても、平面視形状の他辺の長さが２ｍｍ以下であれば、下記洗浄工程において灰分を有効に除去することが可能となる。
【００２５】
また、後続する下記賦活工程での賦活収率を考慮すると、チップ体の平面視形状の最小辺は、好ましくは、５００μｍ以上とされる。
即ち、チップ体の最小辺が５００μｍ未満であると、賦活工程による生成物の賦活収率が５％未満となって、灰状態になるおそれがある。
【００２６】
前記活性炭製造方法は、さらに、チップ状バイオマス原料に対して灰分除去洗浄を行う原料洗浄工程を有している。
前記原料洗浄工程は、チップ状バイオマス原料から灰分を除去できる限り、種々の洗浄処理を有することができる。
【００２７】
好ましくは、前記原料洗浄工程は、チップ状バイオマス原料を処理槽内の洗浄水に投入して煮沸及び冷却を行い、洗浄水内に沈殿したチップ状バイオマス原料を洗浄済原料として取り出す煮沸・冷却洗浄処理を有し得る。
【００２８】
前記煮沸・冷却洗浄処理によれば、チップ状バイオマス原料の内部まで洗浄水を効率的に浸透させることができ、チップ状バイオマス原料から灰分を効率良く除去することができる。
【００２９】
洗浄水は、例えば、イオン交換水を用いることができる。
洗浄水の水量は、チップ状バイオマス原料の全体が浸り得る以上の量とされる。例えば、チップ状バイオマス原料がＭａグラムの場合、当該チップ状バイオマス原料のかさ密度Ｄａとすると、洗浄水の水量は、Ｍａ／Ｄａ以上とすることができる。
【００３０】
煮沸処理は、例えば、チップ状バイオマス原料が投入された洗浄水を沸騰させることによって行うことができる。沸騰状態の維持時間は特に限定されるものではなく、チップ状バイオマス原料の重量に応じて、適宜設定される。
【００３１】
冷却処理は、例えば、沸騰処理されたチップ状バイオマス原料を含む洗浄水を常温まで冷却させることによって行うことができる。冷却方法は特に限定されるものでは無く、自然冷却、水冷、空冷等、種々の方法を用いることができる。
【００３２】
好ましくは、煮沸及び冷却のサイクルを複数回、行うことができる。
【００３３】
前記原料洗浄工程は、好ましくは、前記煮沸・冷却洗浄処理の後に、チップ状バイオマス原料に対して硝酸洗浄処理を行うように構成される。
【００３４】
前記硝酸洗浄処理は、前記煮沸・冷却洗浄処理の後に、洗浄水のうちの上澄み水を捨て且つ捨てた上澄み水量に応じた水量だけイオン交換水を補充し、その状態の洗浄水に硝酸水を加えて、所定時間放置することによって行うことができる。
硝酸水の濃度は特に限定されるものでは無く、例えば、洗浄水の硝酸濃度が３〜１０％となるように、硝酸水を加えることができる。
【００３５】
好ましくは、希釈硝酸水を洗浄水に加えた状態で、所定回数、振動を加えることができ、これにより、硝酸による洗浄効果を高めることができる。
【００３６】
前記原料洗浄工程が前記硝酸洗浄処理を含む場合には、前記硝酸洗浄処理後にチップ状バイオマス原料を希釈硝酸水が含まれる洗浄水から取り出し、イオン交換水でチップ状バイオマス原料から硝酸を取り除くリンス処理を行うことができる。
【００３７】
前記活性炭製造方法は、さらに、原料洗浄工程後に、洗浄済原料を炭化処理する炭化工程を備えている。
【００３８】
前記炭化工程は、種々の炭化方法を用いることができるが、好ましくは、過熱水蒸気雰囲気下で６５０℃以上７５０℃以下の温度で洗浄済原料を加熱することによって炭化物を生成するように構成される。
【００３９】
斯かる構成によれば、単一の過熱水蒸気加熱装置を用いつつ、温度条件だけを変更することによって、炭化工程での炭化処理と後続する下記賦活工程での賦活処理とを行うことができる。
【００４０】
前記活性炭製造方法は、さらに、前記炭化工程によって生成された炭化物に対して灰分除去洗浄を行う炭化物洗浄工程を有している。
前記炭化物洗浄工程は、炭化物から灰分を除去できる限り、種々の洗浄処理を有することができる。
【００４１】
好ましくは、前記炭化物洗浄工程は、炭化物を処理槽内の洗浄水に投入して煮沸及び冷却を行い、洗浄水内に沈殿した炭化物を洗浄済炭化物として取り出す煮沸・冷却洗浄処理を有し得る。
【００４２】
前記煮沸・冷却洗浄処理によれば、炭化物の内部まで洗浄水を効率的に浸透させることができ、炭化物から灰分を効率良く除去することができる。
【００４３】
洗浄水は、例えば、イオン交換水を用いることができる。
洗浄水の水量は、炭化物の全体が浸り得る以上の量とされる。例えば、炭化物がＭｂグラムの場合、当該炭化物のかさ密度Ｄｂとすると、洗浄水の水量は、Ｍｂ／Ｄｂ以上とすることができる。
【００４４】
煮沸処理は、例えば、炭化物が投入された洗浄水を沸騰させることによって行うことができる。沸騰状態の維持時間は特に限定されるものではなく、炭化物の重量に応じて、適宜設定される。
【００４５】
冷却処理は、例えば、沸騰処理された炭化物を含む洗浄水を常温まで冷却させることによって行うことができる。冷却方法は特に限定されるものでは無く、自然冷却、水冷、空冷等、種々の方法を用いることができる。
【００４６】
好ましくは、煮沸及び冷却のサイクルを複数回、行うことができる。
【００４７】
前記炭化物洗浄工程は、好ましくは、前記煮沸・冷却洗浄処理の後に、炭化物に対して硝酸洗浄処理を行うように構成される。
【００４８】
前記硝酸洗浄処理は、前記煮沸・冷却洗浄処理の後に、洗浄水のうちの上澄み水を捨て且つ捨てた上澄み水量に応じた水量だけイオン交換水を補充し、その状態の洗浄水に硝酸水を加えて、所定時間放置することによって行うことができる。
硝酸水の濃度は特に限定されるものでは無く、例えば、洗浄水の硝酸濃度が３〜１０％となるように、硝酸水を加えることができる。
【００４９】
好ましくは、希釈硝酸水を洗浄水に加えた状態で、所定回数、振動を加えることができ、これにより、硝酸による洗浄効果を高めることができる。
【００５０】
前記炭化物洗浄工程が前記硝酸洗浄処理を含む場合には、前記硝酸洗浄処理後に炭化物を希釈硝酸水が含まれる洗浄水から取り出し、イオン交換水で炭化物から硝酸を取り除くリンス処理を行うことができる。
【００５１】
前記活性炭製造方法は、さらに、前記炭化物洗浄工程後に、洗浄済炭化物を賦活処理して活性炭を得る賦活工程を備えている。
【００５２】
前記賦活工程は、種々の賦活方法を用いることができるが、好ましくは、前記炭化工程での炭化処理にも利用可能な過熱水蒸気加熱装置を用いて、過熱水蒸気雰囲気下で７５０℃以上９００℃以下の温度で炭化物を加熱することによって活性炭を生成するように構成される。
【００５３】
図１及び図２に、それぞれ、前記炭化工程及び前記賦活工程を実施可能な過熱水蒸気加熱装置の一例１の正面図及び模式ブロック図を示す。
【００５４】
図１及び図２に示すように、前記加熱装置１は、蒸気又は霧状の水を供給する水供給部９０と、加熱処理部１００とを備えている。
図１中の符号１０は、前記加熱処理部１００を支持する架台である。
図３に、前記加熱処理部１００の縦断面図を示す。
【００５５】
図２及び図３に示すように、前記加熱処理部１００は、ケース本体１１０と、スクリューコンベア１２０と、過熱蒸気発生機構１３０とを有している。
【００５６】
前記ケース本体１１０は、被処理部（洗浄済原料又は洗浄済炭化物）を受け入れる処理空間１１０Ａを気密状態で画するように構成されている。
【００５７】
前記加熱装置１においては、前記ケース本体１１０は、図３に示すように、長手方向に延びる一対の長辺及び幅方向に延びる一対の短辺によって画される略矩形状の上面１１１と、前記上面１１１の一対の長辺から略垂直に延びる一対の側面１１２と、前記上面１１１の一対の短辺から略垂直に延びる一対の端面１１３と、前記一対の側面１１２の下端部及び前記一対の端面１１３の下端部を閉じる底面１１４とを有する略直方体形状とされている。
【００５８】
前記スクリューコンベア１２０は、軸線回りに回転駆動されることによって処理空間１１０Ａ内の被処理物（洗浄済原料又は洗浄済炭化物）を前記処理空間１１０Ａの長手方向一方側から他方側へ搬送する。
【００５９】
図３に示すように、前記スクリューコンベア１２０は、少なくとも一端部１２１ａが外方へ気密に延在された状態で処理空間１１０Ａを長手方向に沿って縦断する回転軸１２１と、前記回転軸１２１に設けられた螺旋羽根等の搬送体１２２と、前記回転軸１２１の一端部１２１ａを回転駆動する電動モータ等のアクチュエータ（図示せず）とを有している。
【００６０】
前記スクリューコンベア１２０は、前記回転軸１２１として互いに対して並列配置された第１及び第２回転軸を含むことができ、前記搬送体１２２として前記第１及び第２回転軸にそれぞれ設けられた第１及び第２搬送体を含むことができる。この場合、前記第１及び第２回転軸は前記アクチュエータによって同期回転される。
【００６１】
図２及び図３に示すように、前記過熱蒸気発生機構１３０は、流体加熱管１３１と、前記ケース本体１１０に連結されるカバーケース１４０とを有している。
【００６２】
前記流体加熱管１３１は、インコネル、ハステロイ又はステンレス等の電圧印加に応じて加熱する導電材によって形成された長尺の中空部材とされており、前記水供給部９０から供給される蒸気又は霧状の水を内部空間に受け入れ、電圧印加を受けて加熱されることによって内部空間の蒸気又は霧状の水を過熱蒸気に変換し、外部へ放出するように構成されている。
【００６３】
詳しくは、図２及び図３に示すように、前記ケース本体１１０には、被処理物（洗浄済原料又は洗浄済炭化物）を処理空間１１０Ａの一方側へ受け入れる受入口１１０(in)と、被処理物（洗浄済原料又は洗浄済炭化物）を処理空間１１０Ａの他方側から排出する排出口１１０(out)と、搬送方向に関し受入口１１０(in)及び排出口１１０(out)の間において処理空間１１０Ａを上方に開く上方開口１１５とが設けられている。
【００６４】
斯かる構成において、前記流体加熱管１３１は中間部分１３３が前記上方開口１１５に臨むように前記ケース本体１１０の上方に配置されており、前記カバーケース１４０は前記流体加熱管１３１の中間部分１３３を覆いつつ前記上方開口１１５を気密に閉塞するように前記ケース本体１１０に固着されている。
【００６５】
より詳しくは、前記流体加熱管１３１は、長手方向一方側の第１端部１３１ａ及び長手方向他方側の第２端部１３１ｂが前記カバーケース１４０から外方へ延在された状態で、前記第１及び第２端部１３１ａ、１３１ｂの間の前記中間部分１３３が前記上方開口１１５に臨むように配置されている。
【００６６】
前記第１及び第２端部１３１ａ、１３１ｂには、それぞれ、第１及び第２給電点１３５、１３５ｂが設けられ、且つ、前記第１及び第２端部１３１ａ、１３１ｂの一方には前記流体加熱管１３１の内部空間に前記水供給機構９０からの蒸気又は霧状の水を導入する導入口が設けられている。
【００６７】
図２に示すように、前記水供給部９０はボイラー９１を有しており、前記ボイラー９１から前記流体加熱管１３１の導入口に蒸気が供給される。
図２中の符号９２は、前記ボイラー９１から前記流体加熱管１３１へ供給される蒸気の量を調整する調整弁である。
【００６８】
前記流体加熱管１３１は、前記第１及び第２給電点１３５ａ、１３５ｂに電圧が印加されることによって加熱し、内部空間の蒸気又は霧状の水を過熱蒸気に変換する。
前記中間部分１３３には一又は複数の乾燥用吐出口（図示せず）が設けられており、前記流体加熱管１３１によって生成された過熱蒸気は、前記一又は複数の乾燥用放出口から外部に放出され、前記上方開口１１５を介して処理空間１１０Ａに供給される。
【００６９】
なお、前記加熱装置１においては、図３に示すように、前記流体加熱管１３１は前記カバーケース１４０に種々の取付部材を介して支持され、前記カバーケース１４０を前記ケース本体１１０の上面１１１に固着させることで、前記流体加熱管１３１の中間部分１３３が前記上方開口１１５に臨むようになっている。
【００７０】
前記加熱装置１には、前記処理空間１１０Ａの温度を検出する温度センサ（図示せず）と、前記過熱蒸気発生機構１３０への電圧印可のオンオフ制御を司る制御装置３００（図２参照）とが備えられており、前記制御装置３００は、前記処理空間１１０Ａ内の温度が炭化処理に適した所定温度（６００℃以上７５０℃以下）又は賦活処理に適した所定温度（７５０℃以上９００℃以下）となるように前記過熱蒸気発生機構１３０への電圧印可制御を行う。
【００７１】
なお、前記加熱装置１においては、前述の通り、前記過熱蒸気発生機構１３０は、電圧印加に応じた前記流体加熱管１３１の発熱作用によって過熱蒸気を生成するように構成されているが、これに代えて、前記過熱蒸気発生機構１３０が、前記水供給部９０から供給される蒸気又は霧状の水を電磁誘導作用によって加熱して過熱蒸気を生成する電磁誘導加熱手段（図示せず）と、前記電磁誘導加熱手段によって生成された過熱蒸気が供給される流体管（図示せず）と、前記上方開口１１５を気密状態に閉塞可能なカバーケース１４０とを有するように構成することも可能である。
【００７２】
前記電磁誘導加熱手段は、例えば、一端部が前記水供給部９０に流体接続され且つ他端部が前記流体管に流体接続された導入管と、前記導入管の周りに巻き回された励磁コイルとを有し得る。
前記流体管は、過熱蒸気を放出する一又は複数の乾燥用吐出口が設けられた長手方向所定部分が前記カバーケース１４０内において前記上方開口１１５に臨むように配置され得る。
【００７３】
前記制御装置３００は、前記処理空間１１０Ａの処理温度、並びに、前記スクリューコンベア１２０の搬送速度を含む処理条件を設定できるように構成され、設定された処理条件に応じて前記過熱蒸気発生機構１３０及び前記スクリューコンベア１２０の作動制御を行うように構成される。
【００７４】
前記加熱装置１によれば、前記ケース本体１１０によって画される処理空間１１０Ａ内において、被処理物（洗浄済原料又は洗浄済炭化物）を搬送しつつ又は停止状態で、被処理物（洗浄済原料又は洗浄済炭化物）に対し前記ケース本体１１０の上方開口１１５を介して前記過熱蒸気発生機構１３０によって発生された過熱蒸気を供給するように構成されているので、処理空間１１０Ａの全体に高温の過熱蒸気を効率的に供給できる。
【００７５】
さらに、電圧印加に応じて加熱する前記流体加熱管１３１を用い、前記一又は複数の吐出口が設けられた前記流体加熱管１３１の前記中間部分１３３が前記ケース本体１１０の前記上方開口１１５に臨むように配置しつつ、前記上方開口１１５及び前記中間部分１３３を前記カバーケース１４０によって気密に覆うように構成されているので、処理空間１１０Ａの全体に高温の過熱蒸気を効率的に供給できることに加えて、過熱蒸気による熱量と共に前記流体加熱管１３１の熱量によっても処理空間１１０Ａ内の温度を上昇させることができ、良好な加熱効率を得ることができる。
【００７６】
従って、斯かる構成の前記加熱装置１によれば、炭化処理及び賦活処理を効率良く行うことができる。
【００７７】
図１〜図３等に示すように、前記加熱装置１は、前記加熱処理部１００より被処理物の流れ方向上流側に被処理物（洗浄済原料又は洗浄済炭化物）を収容可能なホッパー２０を備えており、前記ケース本体１１０の受入口１１０(in)は前記ホッパー２０の出口に直接又は間接的に連結されている。
【００７８】
なお、前記加熱装置１においては、図１及び図２に示すように、前記ホッパー２０と前記加熱処理部１００との間には上流側搬送部３０が介挿されている。
【００７９】
前記上流側搬送部３０は、気密状態の搬送空間を画する上流側搬送ケース３１と、前記上流側搬送ケース３１の搬送空間の一方側から他方側へ被処理物を搬送する上流側搬送スクリューコンベア３２とを有している。
【００８０】
前記上流側搬送ケース３１は、前記搬送空間の一方側及び他方側にそれぞれ連通するように形成された上流側受入口３１(in)及び上流側排出口３１(out)を有しており、前記ホッパー２０の出口が前記上流側搬送ケース３１の上流側受入口３１(in)に気密状態で連結され且つ前記上流側搬送ケース３１の上流側排出口３１(out)が前記ケース本体１１０の受入口１１０(in)に気密状態で連結されている。
【００８１】
前記上流側搬送スクリューコンベア３２は、少なくとも一端部が外方へ延在された状態で搬送空間を長手方向に沿って縦断する回転軸３２ａと、前記回転軸３２ａに設けられた螺旋羽根等の搬送体３２ｂと、前記回転軸３２ａの一端部を回転駆動する電動モータ等のアクチュエータ（図示せず）とを有するものとされる。
【００８２】
好ましくは、図１及び図２に示すように、前記加熱装置１には、前記ケース本体１１０の受入口１１０(in)及び排出口１１０(out)をそれぞれ直接又は間接的に開閉する上流側開閉弁４０及び下流側開閉弁６０が設けられる。
【００８３】
前記上流側開閉弁４０を備えることにより、前記加熱処理部１００への被処理物の投入量の制御を行うことができ、前記下流側開閉弁６０を備えることにより、前記加熱処理部１００からの被処理物の排出量の制御を行うことができる。
【００８４】
さらに、前記上流側開閉弁４０及び前記下流側開閉弁６０を備えることにより、前記ケース本体１１０内への大気の流入をより確実に防止して前記ケース本体１１０内の過熱蒸気雰囲気を有効に維持することができる。
【００８５】
即ち、前記ケース本体１１０内は前記流体加熱管１３１から放出される過熱蒸気によって与圧状態とされている為、前記上流側開閉弁４０及び前記下流側開閉弁６０を備えなくても、前記ケース本体１１０の受入口１１０(in)及び排出口１１０(out)から大気が流入することをある程度は防止することができるが、前記上流側開閉弁４０及び前記下流側開閉弁６０を備えることによって、この大気の流入をより確実に防止することができる。
【００８６】
好ましくは、前記上流側開閉弁４０及び前記下流側開閉弁６０は、前記制御装置３００によって作動制御されるアクチュエータによって開閉動作するように構成され得る。
なお、本実施の形態においては、前記上流側開閉弁４０は、前記上流側搬送ケース３１の上流側排出口３１(out)と前記ケース本体１１０の受入口１１０(in)とを連結する配管に介挿されている。
【００８７】
なお、図１及び図２中の符号６５は、前記加熱処理部１００から排出される被処理物（炭化物又は活性炭）を受け止めるトレイである。
【００８８】
さらに、図２に示すように、前記加熱装置１は、一端部が処理空間１１０Ａに連通された排気ダクト７０と、前記排気ダクト７０に介挿された排気ファン７２と、前記排気ダクト７０の他端部に接続された強制酸化装置８５とを備えている。
【００８９】
前記排気ダクト７０の一端部は、処理空間１１０Ａのうち被処理物（洗浄済原料又は洗浄済炭化物）が搬送される領域より上方において外方に開口されるように前記ケース本体１１０に設けられた排出口に接続される。
【００９０】
斯かる構成を備えることにより、前記加熱処理部２００による炭化処理及び賦活処理に際し生成されるタール等の乾留ガスを前記強制酸化装置８５によって燃焼させた状態で大気に放出することができる。
なお、本実施の形態においては、前記強制酸化装置８５の排出口は排気ダクト７５に接続されている。
【００９１】
好ましくは、前記排気ファン７２は、前記制御装置３００によって作動制御されるように構成される。
【００９２】
なお、前記加熱装置１は、前記加熱処理部１００が炭化処理及び賦活処理の双方を行えるように構成されている。
即ち、炭化処理を行う場合には、前記加熱処理部１００は前記処理空間１１０Ａが炭化処理に適した所定温度（６００℃以上７５０℃以下）となるように制御され、賦活処理を行う場合には、前記加熱処理部１００は前記処理空間１１０Ａが賦活処理に適した所定温度（７５０℃以上９００℃以下）となるように制御される。
【００９３】
これに代えて、炭化処理用の加熱処理部及び賦活処理用の加熱処理部の２つの加熱処理部を備え、炭化処理及び賦活処理を平行して行えるように構成された加熱装置を用いて、本実施の形態に係る活性炭製造方法を実施することも可能である。
【００９４】
ここで、本実施の形態に係る活性炭製造方法の効果を確認する為に、下記の第１〜第３製造方法によってそれぞれ製造した活性炭Ａ〜Ｃに対して行った実験結果について説明する。
【００９５】
・第１製造方法
原料段階で洗浄を行い、その後に、洗浄済原料に対して炭化処理を行って炭化物を作成し、炭化物に対しては洗浄を行わずに、賦活処理を行って活性炭（活性炭Ａ）を製造した。
【００９６】
具体的には、平面視形状の最小辺が５００μｍ〜２ｍｍとされた竹チップ１００ｇを２リットルのイオン交換水内に投入した状態で、沸騰及び冷却のサイクルを２回繰り返して、洗浄を行った。
【００９７】
前記イオン交換水に沈殿している状態の竹チップを洗浄済竹チップとして取り出し、空気中で１１０℃の温度で乾燥させてから、窒素雰囲気下で６００℃の温度で６０分間の加熱による炭化処理を行って竹炭化物を生成した。
【００９８】
このようにして生成した竹炭化物を４セット用意し、過熱水蒸気雰囲気下で８５０℃の温度で、それぞれ、５０分間、７０分間、１１０分間及び１３０分間の加熱による賦活処理を行って竹活性炭を生成した（以下、それぞれ、活性炭Ａ（１）〜活性炭Ａ（４）という）。
【００９９】
・第２製造方法
原料段階では洗浄を行わずに炭化処理を行って炭化物を作成し、炭化物に対して洗浄を行い、洗浄済炭化物に対して賦活処理を行って活性炭（活性炭Ｂ）を製造した。
【０１００】
具体的には、平面視形状の最小辺が５００μｍ〜２ｍｍとされた竹チップ１００ｇに対し、洗浄しないままで、窒素雰囲気下で６００℃の温度で６０分間の加熱を行って竹炭化物を生成した。
【０１０１】
その後に、竹炭化物を２リットルのイオン交換水内に投入した状態で、沸騰及び冷却のサイクルを２回繰り返して、洗浄を行い、前記イオン交換水に沈殿している状態の竹炭化物を洗浄済竹炭化物として取り出した。
【０１０２】
このようにして生成した洗浄済竹炭化物を４セット用意し、過熱水蒸気雰囲気下で８５０℃の温度で、それぞれ、５０分間、７０分間、９０分間及び１１０分間の加熱による賦活処理を行って竹活性炭を生成した（以下、それぞれ、活性炭Ｂ（１）〜活性炭Ｂ（４）という）。
【０１０３】
・第３製造方法
原料段階及び炭化後の段階の何れにおいても洗浄を行わずに、活性炭（活性炭Ｃ）を製造した。
【０１０４】
具体的には、平面視形状の最小辺が５００μｍ〜２ｍｍとされた竹チップ１００ｇに対し、洗浄しないままで、窒素雰囲気下で６００℃の温度で６０分間の加熱を行って竹炭化物を生成した。
【０１０５】
このようにして生成した竹炭化物を４セット用意し、過熱水蒸気雰囲気下で８５０℃の温度で、それぞれ、３０分間、４０分間、５０分間及び６０分間の加熱による賦活処理を行って、活性炭を製造した（以下、それぞれ、活性炭Ｃ（１）〜活性炭Ｃ（４）という）。
【０１０６】
活性炭Ａ（１）〜Ａ（４）、活性炭Ｂ（１）〜Ｂ（４）及び活性炭Ｃ（１）〜Ｃ（４）に対して、炭化物状態の重量に対する活性炭重量の割合である賦活収率を測定した。
図４に、賦活時間と賦活収率との関係を示す。
なお、賦活収率５％以下は、賦活処理後の生成物が活性炭というよりは灰状態になっていることを意味する。
【０１０７】
また、活性体Ａ（１）〜Ａ（４）、活性炭Ｂ（１）〜Ｂ（４）及び活性炭Ｃ（１）〜Ｃ（３）の比表面積を窒素吸脱着測定装置によって測定した。
図５に、原料重量に対する活性炭重量の割合である収率と比表面積との関係を示す。
【０１０８】
さらに、活性炭Ａ（１）〜Ａ（４）、活性炭Ｂ（１）〜Ｂ（４）及び活性炭Ｃ（１）〜Ｃ（３）に形成された孔径の頻度を窒素吸脱着測定装置によって測定した。
図６(a)〜(c)に、それぞれ、活性炭Ａ（１）〜Ａ（４）、活性炭Ｂ（１）〜Ｂ（４）及び活性炭Ｃ（１）〜Ｃ（３）における、孔径と頻度との関係を示す。
【０１０９】
図４から明らかなように、原料段階及び炭化後の段階の何れにおいても洗浄を行わなかった活性炭Ｃのうち、賦活処理時間が６０分間の活性炭Ｃ（４）においては賦活収率が５％となり、賦活処理後の生成物は実質的に灰状態になった。
【０１１０】
これに対し、図４に示す通り、原料段階で洗浄を行った活性炭Ａにおいては、賦活処理を１３０分行っても賦活収率が２０％以上あり（活性炭Ａ（４））、生成物は良好な活性炭状態であった。
また、炭化後の段階で洗浄を行った活性炭Ｂにおいては、賦活処理を１１０分行っても賦活収率が１５％以上あり（活性炭Ｂ（４））、生成物は良好な活性炭状態であった。
【０１１１】
また、図５から、活性炭Ｃにおいては、賦活時間４０分の活性炭Ｃ（２）は賦活時間３０分の活性炭Ｃ（１）に比して比表面積が上昇しているものの、賦活時間５０分の活性炭Ｃ（３）は活性炭Ｃ（２）に比して比表面積が減少した。
【０１１２】
また、図５から、活性炭Ａ及び活性炭Ｂは、活性炭Ｃに比して、収率の減少に対する、比表面積の増加割合が高いことが確認できる。
【０１１３】
さらに、図６(c)から、原料段階及び炭化後の段階の何れにおいても洗浄を行わなかった活性炭Ｃにおいては、賦活処理時間を長くしても、細孔径の頻度はそれ程変化しないことが確認できる。
なお、活性炭Ｃ（４）は、実質的に灰状態となっており、比表面積及び細孔径の頻度分布は測定困難であった。
【０１１４】
これに対し、図６(a)から、原料段階で洗浄を行った活性炭Ａにおいては、賦活時間の増加に応じて、孔径２ｎｍ以下のミクロ孔の頻度が上昇し、特に、賦活時間１１０分の活性炭Ａ（３）（比表面積２０００ｍ２／ｇ（図５参照））は賦活時間７０分の活性炭Ａ（２）（比表面積１４００ｍ２／ｇ（図５参照））に比して、ミクロ孔の頻度が大幅に上昇していた。
【０１１５】
このことから、原料段階での洗浄処理は、活性炭におけるミクロ孔の発達に寄与するものと推測できる。
【０１１６】
さらに、図６(b)から、炭化後の段階で洗浄を行った活性炭Ｂにおいては、賦活時間の増加に応じて、孔径２ｎｍ以下のミクロ孔の頻度も上昇しているものの、ミクロ孔の頻度上昇よりも、孔径２ｎｍ以上５０ｎｍ以下のメソ孔の頻度が大幅に上昇した。
【０１１７】
このことから、炭化後の段階での洗浄処理は、活性炭におけるミクロ孔及びメソ孔の双方の発達に寄与するものと推測できる。
【０１１８】
特に、活性炭Ｂにおいては、賦活時間７０分の活性炭Ｂ（２）（比表面積１７００ｍ２／ｇ（図５参照））は賦活時間５０分の活性炭Ｂ（１）（比表面積１３００ｍ２／ｇ（図５参照））に比して、メソ孔の頻度が大幅に上昇した。
【０１１９】
これらから、原料段階での洗浄及び炭化後の段階での洗浄を行う本実施の形態においては、比表面積が１７００ｍ２／ｇ以上となるように賦活時間を設定すると、孔径２ｎｍ以下のミクロ孔及び孔径２ｎｍ以上５０ｎｍ以下のメソ孔の頻度を大幅に上昇させた活性炭を効率良く製造できると推測できる。
さらに、製造効率を考慮すると、比表面積が２０００ｍ２／ｇ以下となるように賦活時間を設定するのが好ましい。
【０１２０】
なお、原料段階での洗浄、及び、炭化後の洗浄の双方を行うことによる前記効果は、以下の理由によるものと推測される。
即ち、灰分は、水蒸気賦活に対する触媒作用を奏し、賦活時間の短縮、及び、形成される孔径の大型化をもたらす。従って、賦活処理前の段階で被処理物の灰分を減少させることにより、灰分による前記触媒作用が低減され、その結果、形成される孔径の小型化、及び、孔径の小型化に伴って所望賦活収率を得る為の賦活時間の長時間化をもたらす。
【０１２１】
従って、原料段階での洗浄及び炭化後の洗浄の双方を行うことで、賦活処理前の段階での灰分を可及的に減少させることができ、これにより、ミクロ孔が発達した、比表面積の大きな活性炭が得られるものと推測される。
【０１２２】
さらに、洗浄後原料の炭化処理中に、洗浄後原料に残存していた灰分（原料洗浄によっては除去しきれなかった灰分）が集約し、炭化処理によって生成された炭化物は、集約灰分を有する状態となっているものと推測される。
【０１２３】
このような状態の前記炭化物に対して洗浄を行うことによって前記集約灰分を効率的に除去でき、賦活処理中に、前記集約灰分が除去された箇所が起点となって、メソ孔が発達するものと推測される。
【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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