(57)【要約】【課題】酸化雰囲気下でかつ製造工程数が軽減された活性炭の製造方法を提供する。【解決手段】本発明はフローラルフォームに不燃性のアルカリ金属を含む無機材料を加えて成型し、大気中で添加無機材料の軟化点（７５０℃程度）以上まで加温し、成型体の表面にガラス状被膜が形成されることで、成型体内部の還元雰囲気の維持と賦活作用が同時に進行することとなり、従来の活性炭製造方法と比べ、焼成処理時の非酸化雰囲気が不要で、さらに賦活処理が不要となり、大幅な設備の削減が図れ、ローコストで活性炭が製造することが可能となる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェノール樹脂を原料とする生花用吸水スポンジであるフローラルフォームを酸化雰囲気下で加熱して焼成処理し、多孔質炭化物を得ることを特徴とする、活性炭の製造方法。
【請求項２】
前記酸化雰囲気で炭化させるためにフローラルフォームの特性である連続したマクロ孔に不燃性のアルカリ金属を含む無機材料を含浸させることを特徴とする請求項１記載の活性炭の製造方法。
【請求項３】
前記フローラルフォームを破砕粉化させた後、あるいは製造工程で排出する端材を同様に粉化ささせた後、前記不燃性アルカリ金属を含む無機材料が水溶性でかつ、粘結効果を持ち容易に成型できる材料であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の活性炭の製造法。
【請求項４】
前記不燃性材料の軟化点が炭化に必要な焼成温度以下でガラス状の皮膜が容易に形成されることにより、酸化雰囲気においても炭化できることを特徴とする請求項３記載の活炭
炭の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は活性炭を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】活性炭は、石炭や、ヤシ穀などの炭素物質を原料として高温でガスや薬品と反応させて作られる微細孔（直径１０〜２００Å）（注：１０Å＝１ｎｍ）を持つ炭素である。
当該微細孔は、炭素内部に網目状に構成されており、その微細孔の壁が大きい表面積（５００〜２５００ｍ２／ｇ）となり、その表面に種々の物質を吸着する。【０００３】一般に、炭化は空気を絶って炭化（乾留）され、その後活性化反応（賦活）を施した後、酸・水洗して活性炭が製造され、その用途はたばこや家庭用浄水器からキャパシタ（蓄電装置）まで広範囲に及んでいる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】しかしながら、このような製造方法では、焼成処理と賦活処理という２段階の加熱処理が必要であり、製造工程が多く、また、エネルギー効率が悪い上に、非酸化雰囲気での加熱処理が必要で、水蒸気や不活性ガスをキャリアガスとする処理炉が必要で高価な設備投資が避けれない。そこで本発明ではフローラルフォームを原料として、製造工程数が軽減され、かつ水蒸気や不活性ガスをキャリアガスとして使用することなく、汎用加熱炉を用いて製造できる活性炭の製造法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】上記課題を解決するため、本発明者は、連続したマクロ孔を有するフローラルフォームに着目して、鋭意研究して、以下の発明をするにいたった。
すなわち、本発明にかかる活性炭の製造方法はフローラルフォームの特性である連続したマクロ孔に不燃性のアルカリ金属を含む無機材料を含浸させることにより、酸化雰囲気で焼成処理し、多孔質炭化物を得ることを特徴とする。
この製造方法では、フローラルフォームに不燃性のアルカリ金属を含む無機材料を加えて成型し、大気中で添加無機材料の流動点（７５０℃程度）以上まで加温し、成型体の表面にガラス状被膜が形成されることで、成型体内部の非酸化雰囲気の維持と賦活作用が同時に進行することとなり、従来の活性炭製造方法と比べ、焼成処理時の非酸化雰囲気が不要で、さらに賦活処理が不要となり、大幅な設備の削減が図れ、ローコストで活性炭が製造することが可能となる。
すなわち、本発明ではフローラルフォーム成型体を酸化雰囲気下で７５０℃以上９００℃以下にて、焼成処理して多孔質炭化物を得ることを特徴とする、活性炭の製造方法を提供することにより、従来の活性炭と同程度の比表面積を備える多孔質炭化物を得ることができる。例えば、比表面積１０００ｍ２／ｇ以上の多孔質炭化物を得ることができ、このような多孔質炭化物よりなる活性炭は、吸着材として良好に利用することが可能である。
なお、本明細書において比表面積とは、ＢＥＴ法により測定した値であり、絶対温度７７．４０度で、吸着質として窒素ガスを用いて測定した。
【発明の効果】
【０００６】本発明では酸化雰囲気下でかつ、製造工程数が軽減された活性炭の製造方法を提供することにより、より少ない工程数で、またより小さい製造設備で、効率よく活性炭を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【０００７】次に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の活性炭製造方法では、原料としてフローラルフォームを用いる。フローラルフォームはフェノールフォームを生花用剣山に特化したもので、炭化しやすく炭化率の高い、かつ原料が連続気泡を持つマクロ孔を有するフェノールフォームであり、住宅及び建築用断熱材として急速に普及しているものとは同じものであるので、フローラルフォームに限定されるものではない。ただ、建築用断熱材として用いられているものに比べ、他材との複合がないため、成分が安定かつ均一化しているので原料としては好ましいものである。
【０００８】原料となるフローラルフォームは通常ブロック状を呈しており、これらを破砕し、おろし金ですり下ろした程度に粉化させる必要がある。また製造時に排出する端材は気乾状態以下の乾燥状態、例えば含水率７％程度のフローラルフォームを良好に使用することがことができるが、
これに限定されず、例えば使用済の気乾含水率以上の含水率を含有するものでも良い。
【０００９】こうした粉化させたフローラルフォームに不燃性のアルカリ金属を含む無機材料を加えて混練、成型、乾燥工程を経て、酸化雰囲気下の焼成処理を終えて、多孔質炭化物を得る。
【００１０】成型前混練時に添加する不燃性のアルカリ金属を含む無機材料は１８世紀から防火剤として使用されてきたモル比（ＳｉＯ２・Ｎａ２Ｏの分子比）２．４以上の珪酸ナトリウム水溶液（５〜５０ｗｔ％）をバインダーとして使用して、アルカリによるフノール樹脂の強固な網目構造を緩めると同時に、アルカリ金属（ここではＮａ）が触媒作用によって、後段の焼成処理時の熱分解を加速させる働きをし、この熱分解ガスが炭素化物の構造をナノスケールで乱して、微細孔を形成し、炭素化と同時に多孔構造化する。
【００１１】添加する無機材料はＮａ塩のほかＫ塩、Ｌｉ塩でもよく、塩のイオン半径の異差により細孔構造の大きさが異なりイオン半径の小さい順（Ｌｉ塩、Ｎａ塩、Ｋ塩）に細孔構造が小さくなり、比表面積も細孔横造が小さいほど大きくなりますが、Ｎａ塩、Ｋ塩、Ｌｉ塩の順にそれぞれのガラスの軟化点、流動点が高くなり、焼成温度をより高温側に移行させる必要がある。
【００１２】それぞれの珪酸塩水溶液の濃度と添加量はモル比が同等程度であれば問題なく多孔質炭化物を得ることができ、気乾乾燥状況では原料の約５倍重量の添加が必要であり、添加量は後段の成型状況により調整する必要がある。
【００１３】成型は転動造粒法や押出し成型法、加圧成型法いずれの成型法にも適用でき活性炭の用途に合わせて選択すればよいのであるが、それぞれの成型法によって最適の添加量を求める必要がある。
【００１４】焼成工程では事前に所定温度（７５０℃〜９００℃）に余熱された焼成炉に前記成型品を挿入し、約３０分から１時間温度維持ができれば焼成完了で水冷により、活性炭が製造できる。また１２０℃程度の温度で乾燥処理された成型品を用いてもよい。この場合は焼成時間が短縮されるのはもちろんである。
【００１５】焼成処理は、原材料の乾燥重量に対して４０〜５０％の炭化率になることによって良好な多孔構造を備える多孔質炭化物を得ることができる。特に珪酸Ｌｉ２０ｗｔ％水溶液を添加し、焼成温度９００℃にて焼成した場合、炭化率は３０〜４０％となるが、比表面積の大きい多孔質炭化物を得ることができる。
【００１６】本活性炭製造方法によって得られる活性炭は、平均的な比表面積が７００ｍ２／ｇ以上のものが得られ、珪酸塩の種類と添加量、ならびに焼成温度によって、１０００ｍ２／ｇ以上のものを得ることができる。
【００１７】本製造方法によって得られる活性炭は、従来の活性炭と同様、種々の用途に用いることができる。特に焼成後の水洗工程にビーズミル等を使用して金属塩類を洗浄、除去することにより、触媒担体やキャパシタ電極材などとして用いることができる。
【実施例】
【実施例１】
【００１８】フローラルフォームの粉状のものをフォーム製造メーカから入手し、これを原料にして成型前添加無機材料として、珪酸ナトリウム水溶液の濃度を変えて、添加し成型後、乾燥前処理を行った場合と乾燥処理なしの場合について、焼成温度７５０℃にて焼成した。乾燥処理を行った試料は３０分維持、乾燥処理なしの試料は１時間維持の炭化条件で炭化処理を行った結果を表１に示す。
入手した当該フオームの単位容積重量はゆる詰めで５２ｇ／Ｌで軽いものである。
試験はフォーム５０ｇに対して２５０ｇの濃度の相違する珪酸ナトリウムを加え、混練後Φ５０ｍｍ×２８ｍｍの円柱状成型体６個得て、試料とした。本実施例では、焼成は全て急熱とした。急熱とはあらかじめ所定温度にあらかじめ保った電気炉中に急速に挿入する方法による加熱である。また比表面積はＢＥＴ表面積であり、吸着室を窒素ガスとして、絶対温度７７．４０度で細孔分布測定装置Ａｕｔｏｓｏｒｂ−１−Ｃ（Ｑｕａｔａｃｈｒｏｍｅ社製）で測定した。【００１９】
【表１】
2015051906.tif 000002
【実施例２】
【００２０】実施例１と同様に添加無機材料として、珪酸カリウム水溶液に換えて、焼成温度８００℃にて試験を行った結果を表２に示す。焼成時間は実施例１と同じ３０分（乾燥前処理試料）と１時間（乾燥処理なし）とした。【００２１】
【表２】
2015051906.tif 000003
【実施例３】
【００２２】実施例１と同様に添加無機材料として、珪酸リチウム水溶液に換えて、焼成温度９００℃にて試験を行った結果を表３に示す。焼成時間は実施例１と同じ３０分（乾燥前処理試料）と１時間（乾燥処理なし）とした。【００２３】
【表３】
2015051906.tif 000004
【００２４】表１、２、３で示すように添加無機材料の濃度が高いほど比表面積の大きい多孔質炭化物が得られ、乾燥前処理を行ったものほどより比表面積の大きい多孔質炭化物が得られることが明らかになった。【００２５】また同様に、添加無為材料の軟化点、流動点が高いものほど（Ｎａ塩、Ｋ塩、Ｌｉ塩の順）に焼成温度を高く設定する必要があるが、より比表面積の大きい多孔質炭化物が得られ、かつ、細孔分布がより小さい多孔質炭化物が得られることが明らかになった。【００２６】さらに、多孔質炭化物の収率は焼成温度が低いほど高いことも明らかになった。