(57)【要約】【課題】体積の増加を抑制して機能物質による機能を付加した新規の改質活性炭を提供する。【解決手段】改質活性炭１は、除去対象の物質を除去するための粉末状の機能物質２０が活性炭１０のマクロ孔１４に入っている。粉末状の機能物質２０は、粉末状活性炭２１でもよい。例えば、マクロ孔１４を有する平均粒径Ｄ１の活性炭１０と、平均粒径Ｄ２（Ｄ２＜Ｄ１）の機能物質２０と、液状分散媒（３０）と、を含む材料を混合して活性炭１０のマクロ孔１４に粉末状の機能物質２０を入れると、改質活性炭１を製造することができる。【選択図】図１
2016117629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
除去対象の物質を除去するための粉末状の機能物質が活性炭のマクロ孔に入った改質活性炭。
【請求項２】
前記粉末状の機能物質が粉末状活性炭である、請求項１に記載の改質活性炭。
【請求項３】
本改質活性炭の表面を観察したときに観察視野の５０μｍ四方に観察されるマクロ孔に入った前記機能物質が１０個以上である、請求項１又は請求項２に記載の改質活性炭。
【請求項４】
マクロ孔を有する平均粒径Ｄ１の活性炭と、除去対象の物質を除去するための平均粒径Ｄ２（Ｄ２＜Ｄ１）の機能物質と、液状分散媒と、を含む材料を混合して前記活性炭のマクロ孔に粉末状の前記機能物質を入れ、前記活性炭のマクロ孔に前記粉末状の機能物質が入った改質活性炭を製造する、改質活性炭の製造方法。
【請求項５】
マクロ孔を有し所定サイズよりも大きい活性炭と、液状分散媒と、を含む材料を混合して前記活性炭の一部から生成される前記所定サイズ以下の粉末状活性炭を前記マクロ孔に入れ、該マクロ孔に入らなかった前記所定サイズ以下の粉末状活性炭を除去する工程を行って、前記活性炭のマクロ孔に粉末状活性炭が入った改質活性炭を製造する、改質活性炭の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性炭を用いる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
水道水に含まれる微量の有機ハロゲン化合物（トリハロメタン等）を除去するため、活性炭を有する浄水器が用いられている。ヤシ殻系活性炭といった植物由来の活性炭は、ミクロ孔からマクロ孔まで種々の直径（Ｄとする。）の細孔を有している。ここで、ＩＵＰＡＣ（International Union of Pure and Applied Chemistry、国際純正・応用化学連合）では、径２nm（Ｄ＝２）よりも小さい細孔をミクロ孔と定義し、径２nm以上５０nm以下である細孔をメソ孔と定義し、径５０nm（Ｄ＝５０）よりも大きい細孔をマクロ孔と定義している。例えば、水道水中ごく僅かに存在するトリハロメタンの代表例であるクロロホルム（トリクロロメタン）は、マクロ孔やメソ孔ではなく、約０．７nmに細孔径分布のピークを持つミクロ孔に吸着され易い。このように、トリハロメタン等の有機ハロゲン化合物は、径２nm未満のミクロ孔に吸着され易い一方、メソ孔やマクロ孔に吸着され難い。
【０００３】
細孔のうちミクロ孔を多くするためには、活性炭の賦活度を低くすることが考えられる。しかし、賦活度を低くした活性炭は、細孔容積が小さいため、活性炭の単位体積で見たときにトリハロメタン類の吸着量が少ない。特許文献１には、トリハロメタン類の吸着量を増やすため活性炭を窒素ガス雰囲気中で1200〜1700℃の範囲内において加熱処理することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２６７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した技術は、トリハロメタン類の吸着量を増やすため窒素ガス雰囲気を用意したうえ1200〜1700℃と非常に高い温度で活性炭を加熱処理する必要がある。
尚、活性炭による物質除去機能以外の物質除去機能が付加されると、好適である。
【０００６】
本発明は、機能を付加した新規の改質活性炭を提供する目的を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の改質活性炭は、除去対象の物質を除去するための粉末状の機能物質が活性炭のマクロ孔に入った、態様を有する。
また、本発明の改質活性炭の製造方法は、マクロ孔を有する平均粒径Ｄ１の活性炭と、除去対象の物質を除去するための平均粒径Ｄ２（Ｄ２＜Ｄ１）の機能物質と、液状分散媒と、を含む材料を混合して前記活性炭のマクロ孔に粉末状の前記機能物質を入れ、前記活性炭のマクロ孔に前記粉末状の機能物質が入った改質活性炭を製造する、態様を有する。
【０００８】
すなわち、活性炭にある細孔のうち径５０nmよりも大きいマクロ孔に粉末状の機能物質が入っているので、機能物質の存在による改質活性炭の体積の増加が抑制される。従って、本態様は、体積の増加を抑制して機能物質による機能を付加した新規の改質活性炭を提供することができる。尚、活性炭と機能物質と液状分散媒とを含む材料には、前記３種類の原料のみからなる材料、及び、前記３種類の原料とは異なる原料も含まれる材料の両方が含まれる。
【０００９】
さらに、本発明の改質活性炭の製造方法は、マクロ孔を有し所定サイズよりも大きい活性炭と、液状分散媒と、を含む材料を混合して前記活性炭の一部から生成される前記所定サイズ以下の粉末状活性炭を前記マクロ孔に入れ、該マクロ孔に入らなかった前記所定サイズ以下の粉末状活性炭を除去する工程を行って、前記活性炭のマクロ孔に粉末状活性炭が入った改質活性炭を製造する、態様を有する。
【００１０】
すなわち、活性炭にある細孔のうち径５０nmよりも大きいマクロ孔に粉末状活性炭が入っているので、粉末状活性炭の存在による改質活性炭の体積の増加が抑制される。また、所定サイズ以下の粉末状活性炭を除去する工程が行われるので、改質活性炭の集合体が目詰まりし難くなる。尚、所定サイズよりも大きい活性炭と液状分散媒とを含む材料には、前記２種類の原料のみからなる材料、及び、前記２種類の原料とは異なる原料も含まれる材料の両方が含まれる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１、請求項４に係る発明によれば、体積の増加を抑制して機能物質による機能を付加した新規の改質活性炭を提供することができる。
請求項２、請求項５に係る発明では、単位体積当たりのミクロ孔を増やした新規の改質活性炭を提供することができる。
請求項３に係る発明では、機能物質による機能を向上させた改質活性炭を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】改質活性炭の構造を模式的に例示する図。
【図２】改質活性炭の表面を模式的に例示する図。
【図３】（ａ），（ｂ）は改質活性炭の製造方法の例を模式的に示す流れ図。
【図４】改質活性炭の製造方法の例を模式的に示す流れ図。
【図５】浄水カートリッジの例を模式的に示す図。
【図６】実施例１の改質活性炭の表面を示す写真。
【図７】実施例２の改質活性炭の表面を示す写真。
【図８】実施例３の改質活性炭の表面を示す写真。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を説明する。むろん、以下の実施形態は本発明を例示するものに過ぎず、実施形態に示す特徴の全てが発明の解決手段に必須になるとは限らない。
【００１４】
（１）改質活性炭の概要：
図１〜５は、本技術の改質活性炭、並びに、その製造方法及び利用方法の例を示している。尚、図１〜５は模式的に示す図であり、これらの図に示される各方向の拡大率は異なることがあり、各図は整合していないことがある。
【００１５】
図１に示す本技術の改質活性炭１は、除去対象の物質を除去するための粉末状の機能物質２０が活性炭１０のマクロ孔１４に入った構造を有している。図１に示す活性炭１０は、細孔１１として、直径Ｄが２nmよりも小さいミクロ孔１２、直径Ｄが２nm以上５０nm以下であるメソ孔１３、及び、直径Ｄが５０nmよりも大きいマクロ孔１４を有している。尚、個々に実測する際の細孔の直径は、撮影画像といった平面状の観察視野に現れた細孔の開口部で実測するものとし、開口部が非円形であれば長径と短径の相加平均とする。マクロ孔１４の直径Ｄmacroは、個々の活性炭１０の直径よりも小さく、概略、マクロ孔１４に入った個々の機能物質２０の直径よりも大きい。尚、個々に実測する際の被測定物（活性炭と機能物質）の直径は、平面状の観察視野で実測するものとし、観察視野上の被測定物が非円形であれば長径と短径の相加平均とする。図１には、個々の活性炭１０の直径を平均化した平均粒径Ｄ１、及び、個々の機能物質２０の直径を平均化した平均粒径Ｄ２を示している。マクロ孔１４の奥行長Ｌは、通常、マクロ孔１４の径Ｄmacroよりも長い（表面観察では奥行長Ｌが分からないため、請求項３の実効性を考慮して、このような記載にしておきます。）。
【００１６】
水道水中には、塩素投入等により生じるトリハロメタン（メタン分子に含まれる４個の水素原子のうち３個の水素原子がハロゲン原子に置換されたもの）といった微量の有機ハロゲン化合物が存在する。トリハロメタンにはクロロホルム、ブロモジクロロメタン、ジブロモクロロメタン、ブロモホルム、等が含まれるが、水道水に存在するのは主としてクロロホルムとブロモジクロロメタンである。ここで、クロロホルムは、約０．７nmに細孔径分布のピークを持つミクロ孔１２に吸着され易い。また、１，１，１−トリクロロエタン（エタン分子に含まれる６個の水素原子のうち３個の水素原子が塩素原子に置換されたもの）は、約１nmに細孔径分布のピークを持つミクロ孔１２に吸着され易い。
以上より、水道水中に存在する有機ハロゲン化合物は、マクロ孔１４やメソ孔１３ではなく、径２nm未満のミクロ孔１２に吸着され易い。
【００１７】
粉末状の機能物質２０は、除去対象の物質を除去する機能があればよく、図３（ｂ）に示すように粉末状活性炭でもよいし、ゼオライト（沸石）やイオン交換樹脂といったイオン交換体、チタンやチタン酸化物といった触媒、等でもよい。機能物質２０がマクロ孔１４に多く入ると、機能物質２０による機能が改質活性炭１に多く付与される。尚、機能物質２０が粉末状活性炭２１である場合、活性炭１０を主活性炭とも呼び、粉末状活性炭２１を従活性炭とも呼ぶことにする。
尚、改質活性炭１の活性炭１０のマクロ孔１４には、１００重量部の活性炭１０に対して粉末状機能物質２０が１重量部以上入っていてもよく、２重量部以上、３重量部以上、５重量部以上、７重量部以上、さらには、１０重量部以上入っていてもよい。尚、マクロ孔１４に入る粉末状機能物質２０の量の上限は、活性炭１０に混合する粉末状機能物質２０の配合比となることがある。
【００１８】
図２は、マクロ孔１４に入った機能物質２０を定量する例を示している。活性炭１０の表面には、マクロ孔１４の開口部が現れる。ここで、改質活性炭１の表面を観察したときに観察視野の単位面積（例えば５０μｍ四方）において観察されるマクロ孔１４の総数をＮmとし、観察される機能物質２０が入ったマクロ孔の数（マクロ孔１４のうち機能物質２０が入っていないマクロ孔１４ａを除いた数）をＮiとする。５０μｍ四方とは、１辺が５０μｍの正方形を意味する。機能物質２０の定量値は、例えば、機能物質２０が入ったマクロ孔１４の比率Ｎi／Ｎmで表すことができる。本技術の改質活性炭１は、Ｎi／Ｎm≧０．５（５０％以上）とすることができ、さらに、Ｎi／Ｎm≧０．６（６０％以上）、Ｎi／Ｎm≧０．７（７０％以上）、Ｎi／Ｎm≧０．８（８０％以上）、Ｎi／Ｎm≧０．９（９０％以上）、とすることもできる。
【００１９】
マクロ孔１４には、機能物質２０が１個入る場合もあれば、２個以上入る場合もある。ここで、改質活性炭１の表面を観察したときに観察視野の単位面積（例えば５０μｍ四方）において観察されるマクロ孔１４に入った機能物質２０の数をＮfとする。機能物質２０の定量値は、単位面積当たりの機能物質数Ｎfでも表すことができる。本技術の改質活性炭１は、Ｎf≧１０とすることができ、さらに、Ｎf≧２０、Ｎf≧３０、Ｎf≧５０、Ｎf≧１００、とすることもできる。数Ｎfとして数える機能物質２０の大きさには下限を設けてもよい。この下限は、機能物質２０の種類等に応じて、０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．５μｍ、１μｍ、２μｍ、等と様々に設定することができる。
【００２０】
（２）改質活性炭、及び、その製造方法の具体例：
次に、図１〜４を参照して、改質活性炭１、及び、その製造方法の具体例を説明する。
図３（ａ）は、改質活性炭１の製造方法の例を模式的に示している。本例は、少なくとも、活性炭１０、機能物質２０、及び、水（液状分散媒）３０を用いて改質活性炭２〜４を製造する方法の例である。前記液状分散媒は、液体の分散媒を意味する。尚、改質活性炭２〜４を改質活性炭１と総称する。
【００２１】
活性炭１０の原料となる炭素質材料は、賦活することによってマクロ孔を有する活性炭を形成することができればよく、植物系の炭素質材料等を用いることができる。植物系の炭素質材料には、ヤシ殻やアーモンド殻といった果実殻、木材、おが屑、竹、草、等を用いることができる。賦活とは、炭素質材料の微細孔を発達させる反応である。賦活には、水蒸気、二酸化炭素、空気、等の存在下で高温処理するガス賦活、塩化亜鉛、硫酸塩、リン酸、等で薬品処理する薬品賦活、薬品と水蒸気を併用する賦活、等がある。炭素質材料の賦活には、炭化処理後に賦活処理することが含まれる。炭化処理は、例えば、窒素、アルゴン、等の不活性雰囲気下、６００〜８００℃で炭素質材料を炭化する処理とすることができる。炭化処理後の賦活処理は、例えば、水蒸気、二酸化炭素、等の酸化性ガスの雰囲気下、７００〜１１００℃、より好ましくは８００〜１０００℃で炭素質材料を活性化する処理とすることができる。
【００２２】
マクロ孔１４を有する活性炭１０には、粒状、粉砕状、粉末状、繊維状、等の種々の形状の活性炭を用いることができる。平均粒径を求めることができる場合の活性炭１０の平均粒径Ｄ１は、機能物質２０の平均粒径Ｄ２よりも大きくされ、例えば、１０μｍ以上、２０μｍ以上、３０μｍ以上、５０μｍ以上、１００μｍ以上、等と様々に設定することができる。活性炭１０の平均粒径Ｄ１の上限側については、例えば、１０００μｍ以下、５００μｍ以下、３００μｍ以下、等と様々に設定することができる。尚、本願における平均粒径は、JIS K5600-9-3：2006（塗料一般試験方法−第９部：粉体塗料−第３節：レーザ回折による粒度分布の測定方法）に準拠した粒子径分布からJIS Z8819-2（粒子径測定結果の表現―第２部：粒子径分布からの平均粒子径又は平均粒子直径及びモーメントの計算）に従って求められる重み付き体積平均粒子径とする。
【００２３】
図３（ｂ）に示す粉末状活性炭２１、イオン交換体、触媒、といった粉末状の機能物質２０の平均粒径Ｄ２は、活性炭１０の平均粒径Ｄ１よりも小さくされる。マクロ孔１４には個々の機能物質２０が入ればよく、また、混合工程Ｓ１で一部粉砕されてもよいので、機能物質２０の平均粒径Ｄ２自体はマクロ孔１４の径Ｄmacro以上でもよい。機能物質２０の平均粒径Ｄ２は、例えば、５０μｍ以下、３０μｍ以下、２０μｍ以下、１０μｍ以下、５μｍ以下、等と様々に設定することができる。機能物質２０の平均粒径Ｄ２の下限側については、例えば、５０nm以上、０．１μｍ以上、０．２μｍ以上、０．３μｍ以上、０．５μｍ以上、１μｍ以上、２μｍ以上、等と様々に設定することができる。尚、改質活性炭１を用いた濾過カートリッジにおいて改質活性炭１の後に中空糸膜を配置する場合、機能物質２０の粒径を中空糸膜の孔径以上にすると、マクロ孔１４に入っていない機能物質２０が改質活性炭１から流出しても中空糸膜で捕捉される。機能物質２０の平均粒径Ｄ２としては、中空糸膜の孔径よりも大きい方が好ましい。例えば、中空糸膜の孔径が０．１μｍである場合、機能物質２０の平均粒径Ｄ２は０．２μｍ以上が好ましい。
【００２４】
機能物質２０としての従活性炭（粉末状活性炭２１）には、マクロ孔が有ってもよいし無くてもよい。従活性炭の原料となる炭素質材料は、賦活することによって活性炭を形成することができればよく、植物系、石炭系、石油系、合成樹脂系、天然素材系、各種有機灰、等を用いることができる。植物系の炭素質材料には、主活性炭１０と同様、ヤシ殻やアーモンド殻といった果実殻、木材、おが屑、竹、草、等を用いることができる。石炭系の炭素質材料には、泥炭、亜炭、かつ炭、瀝青炭、無煙炭、等を用いることができる。石油系の炭素質材料には、石油ピッチ等を用いることができる。合成樹脂系の炭素質材料には、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、ユリア系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、等を用いることができる。天然素材系の炭素質材料には、木綿といった天然繊維、レーヨンといった再生繊維、アセテートといった半合成繊維、等を用いることができる。従活性炭を生成するための賦活の条件は、主活性炭を生成するための賦活の条件と同様である。
【００２５】
混合する従活性炭の配合量は、従活性炭による物質除去機能を十分に得る点から、主活性炭１００重量部に対して０．５重量部以上が好ましく、１重量部以上がより好ましく、２重量部以上がさらに好ましい。また、マクロ孔１４に入らない従活性炭を少なくする点から、従活性炭の配合量は、主活性炭１００重量部に対して３０重量部以下が好ましく、２０重量部以下がより好ましく、１０重量部以下がさらに好ましい。尚、主活性炭に対して混合する従活性炭の重量比は、マクロ孔に入る従活性炭の主活性炭に対する重量比の上限となることがある。
【００２６】
機能物質２０としてのイオン交換体には、ゼオライトといった無機系のイオン交換体、陽イオン交換樹脂や陰イオン交換樹脂といったイオン交換樹脂、キレート樹脂といったキレート化合物、等を用いることができる。ゼオライトや陽イオン交換樹脂は、陽イオン交換機能により金属イオンを吸着する。キレート化合物は、キレート結合で特定の金属イオンを選択的に吸着する。すなわち、尚、ゼオライトや陽イオン交換樹脂やキレート化合物は、金属処理剤として機能する。機能物質２０としての触媒には、チタンや銅といった遷移金属、遷移金属の化合物、等を用いることができる。
また、機能物質２０には、粉末状活性炭２１、イオン交換体、触媒の中から選ばれる２種類以上の物質を組み合わせて用いてもよい。
【００２７】
機能物質２０の配合量（２種類以上の物質を組み合わせる場合は組み合わせた物質を合わせた配合量）は、機能物質２０による物質除去機能を十分に得る点から、１００重量部の活性炭１０に対して０．５重量部以上が好ましく、１重量部以上がより好ましく、２重量部以上がさらに好ましい。また、マクロ孔１４に入らない機能物質２０を少なくする点から、機能物質２０の配合量は、１００重量部の活性炭１０に対して３０重量部以下が好ましく、２０重量部以下がより好ましく、１０重量部以下がさらに好ましい。尚、活性炭１０に対して混合する機能物質２０の重量比は、マクロ孔に入る機能物質２０の活性炭１０に対する重量比の上限となることがある。
【００２８】
水３０やアルコール（例えばメタノールやエタノール）といった液状分散媒は、活性炭１０のマクロ孔１４に粉末状機能物質２０が保持され易くする。一般に、粒径１mm以下の粒子では、重力よりも静電付着力やファンデルワールス力の方が強く、静電付着力やファンデルワールス力よりも液架橋付着力（liquid bridge adhesion force）の方が強い。液状分散媒が無ければ活性炭１０と機能物質２０との間にファンデルワールス力や静電付着力が働くと推測されるが、活性炭１０と機能物質２０との間に液状分散媒が保持されることにより、活性炭１０と機能物質２０との間に液架橋付着力という強い引力が働くと推測される。
【００２９】
水３０の配合量は、活性炭１０と機能物質２０との間に強い引力を働かせる点から、活性炭１０と機能物質２０を合わせた１００重量部に対して５０重量部以上が好ましく、８０重量部以上がより好ましく、１００重量部以上がさらに好ましい。水３０の配合量の上限側については、活性炭１０と機能物質２０を合わせた１００重量部に対して２００重量部以下が好ましく、１５０重量部以下がより好ましく、１２０重量部以上がさらに好ましい。
【００３０】
混合する材料は活性炭１０と粉末状機能物質２０と水３０の組合せのみでも良いが、１００重量部の活性炭１０に対して例えば０．１〜６０重量部程度の添加剤４０を添加しても良い。この添加剤４０は、粉末状機能物質２０の平均粒径Ｄ２よりも大きい平均粒径の機能物質（活性炭を除く。）でもよい。添加剤４０としての機能物質は、活性炭１０のマクロ孔１４に入らないものの、添加剤４０による物質除去機能を改質活性炭１に付与することができる。尚、添加剤４０を添加する場合の水３０の配合量は、活性炭１０と機能物質２０と添加剤４０との間に強い引力を働かせる点から、活性炭１０と機能物質２０と添加剤４０を合わせた１００重量部に対して５０重量部以上が好ましく、８０重量部以上がより好ましく、１００重量部以上がさらに好ましい。水３０の配合量の上限側については、活性炭１０と機能物質２０と添加剤４０を合わせた１００重量部に対して２００重量部以下が好ましく、１５０重量部以下がより好ましく、１２０重量部以上がさらに好ましい。
【００３１】
混合工程Ｓ１では、活性炭１０と粉末状機能物質２０と水３０と必要に応じて添加剤４０とを含む材料を混合して活性炭１０のマクロ孔１４に粉末状機能物質２０を入れる。各原料の混合順は、特に限定されず、混合装置に同時に投入されてもよいし、粉末状機能物質２０と水３０とを混ぜたスラリーを活性炭１０及び必要に応じて添加剤４０と混合してもよい。これらの原料を混合することにより、マクロ孔１４に入っていない機能物質２０が残存した湿潤状態の改質活性炭２が得られる。活性炭１０と粉末状機能物質２０とに引力が働くことにより、バインダーが無くても活性炭１０のマクロ孔１４に機能物質２０が保持される。
【００３２】
活性炭１０のマクロ孔１４に機能物質２０が入ることにより、機能物質２０の存在による改質活性炭の体積の増加が抑制されるうえ、機能物質２０による機能が改質活性炭２に付与される。すなわち、改質活性炭２は、粉末状機能物質２０が活性炭１０のマクロ孔１４に入った改質活性炭１に含まれ、体積の増加を抑制して機能物質による機能を付加した新規の材料である。
【００３３】
混合工程Ｓ１で行う混合には、人手による混合の他、ミキサー、ブレンダー、水平円筒型、Ｖ型、二重円錐型、正方立体型、Ｓ型、連続Ｖ型、ボールミル型、ロッキング型、クロスロータリー型、リボン型、スクリュー型、ロター型、パグミル型、遊星型、タービン型、高速流動型、回転円板型、遠心型（遠心力を用いて撹拌する装置）、造粒機、等の混合装置を使用することができる。混合の温度は、特に限定されず、２０℃程度の室温等、加熱機や冷却機を使用しない温度でもよいし、例えば１０〜９０℃程度の目標温度に制御される温度でもよい。
【００３４】
必要に応じて、マクロ孔１４に入っていない機能物質２０を除去する遊離機能物質除去工程Ｓ２を混合工程Ｓ１の後に行ってもよい。例えば、所定サイズ（例えば５０μｍ）のメッシュを有するふるいの上に改質活性炭２を載せて水といった液状分散媒で所定サイズ以下の機能物質２０を洗い流すと、マクロ孔１４に入っていない機能物質２０の少なくとも一部が除去された湿潤状態の改質活性炭３が得られる。マクロ孔１４に入った機能物質２０は、活性炭１０との引力により残存する。改質活性炭３の粒度分布を測定すると、粉末状機能物質２０の平均粒径Ｄ２のピークはほぼ見られず、活性炭１０の平均粒径Ｄ１のピークが見られる。
【００３５】
活性炭１０のマクロ孔１４に機能物質２０が入っていることにより、機能物質２０の存在による改質活性炭の体積の増加が抑制されているうえ、機能物質２０による機能が改質活性炭３に付与されている。すなわち、改質活性炭３は、粉末状機能物質２０が活性炭１０のマクロ孔１４に入った改質活性炭１に含まれ、体積の増加を抑制して機能物質による機能を付加した新規の材料である。また、マクロ孔１４に入っていない微細な機能物質２０の少なくとも一部が除去されることにより、浄水カートリッジといった濾過カートリッジに用いられる改質活性炭の集合体が目詰まりし難くなる。
【００３６】
ふるいのメッシュのサイズは、粉末状機能物質２０を除去する点から、例えば、１０μｍ以上、２０μｍ以上、３０μｍ以上、４０μｍ以上、等と様々に設定することができる。メッシュのサイズの上限側については、改質活性炭３を残す点から、例えば、９０μｍ以下、８０μｍ以下、７０μｍ以下、６０μｍ以下、等と様々に設定することができる。
【００３７】
さらに必要に応じて、水といった液状分散媒を除去する工程（例えば乾燥工程Ｓ３）を遊離機能物質除去工程Ｓ２又は混合工程Ｓ１の後に行ってもよい。例えば、水を含んだ改質活性炭３を乾燥させると、マクロ孔１４に入っていない機能物質２０の少なくとも一部が除去された乾燥状態の改質活性炭４が得られる。改質活性炭４の粒度分布を測定すると、粉末状機能物質２０の平均粒径Ｄ２のピークはほぼ見られず、活性炭１０の平均粒径Ｄ１のピークが見られる。改質活性炭４のかさ比重は、活性炭１０のかさ比重よりも大きくなっている。
【００３８】
改質活性炭４は、粉末状機能物質２０が活性炭１０のマクロ孔１４に入った改質活性炭１に含まれ、体積の増加を抑制して機能物質による機能を付加した新規の材料である。また、濾過カートリッジに用いられる改質活性炭の集合体が目詰まりし難い。
【００３９】
図３（ｂ）は、機能物質２０として従活性炭（粉末状活性炭２１）を用いる例を示している。すなわち、混合工程Ｓ１では、主活性炭１０と粉末状活性炭２１と水３０と必要に応じて添加剤４０とを含む材料を混合して主活性炭１０のマクロ孔１４に粉末状活性炭２１を入れる。これにより、マクロ孔１４に入っていない粉末状活性炭２１が残存した湿潤状態の改質活性炭２が得られる。主活性炭１０のマクロ孔１４に粉末状活性炭２１が入ることにより、粉末状活性炭２１の存在による改質活性炭の体積の増加が抑制され、単位体積当たりのミクロ孔が増える。すなわち、改質活性炭２は、粉末状活性炭２１が主活性炭１０のマクロ孔１４に入った改質活性炭１に含まれ、単位体積当たりのミクロ孔を増やした新規の材料である。
【００４０】
図３（ｂ）に示す製造方法でも、必要に応じて遊離機能物質除去工程Ｓ２や乾燥工程Ｓ３を行ってもよい。得られる改質活性炭３，４の粒度分布を測定すると、粉末状機能物質２０の平均粒径Ｄ２のピークはほぼ見られず、活性炭１０の平均粒径Ｄ１のピークが見られる。改質活性炭４のかさ比重は、活性炭１０のかさ比重よりも大きくなっている。改質活性炭４の比表面積（容積基準）は、活性炭１０の比表面積（容積基準）よりも大きくなっている。改質活性炭４の全細孔容積（容積基準）は、活性炭１０の全細孔容積（容積基準）よりも大きくなっている。改質活性炭４の有機ハロゲン化合物除去性能は、活性炭１０の有機ハロゲン化合物除去性能よりも高くなっている。すなわち、改質活性炭３，４は、粉末状活性炭２１が主活性炭１０のマクロ孔１４に入った改質活性炭１に含まれ、単位体積当たりのミクロ孔を増やした新規の材料である。また、濾過カートリッジに用いられる改質活性炭の集合体が目詰まりし難い。
【００４１】
さらに、図４に示す製造方法のように、主活性炭１０の一部から従活性炭（粉末状活性炭２１）を生成してマクロ孔１４に入れてもよい。図４に示す混合工程Ｓ１１では、所定サイズ（例えば５０μｍ）よりも大きい主活性炭１０と水（液状分散媒）３０と必要に応じて添加剤４０とを含む材料を混合して主活性炭１０の一部から生成される所定サイズ（例えば５０μｍ）以下の粉末状活性炭２１をマクロ孔１４に入れる。前記所定サイズは、遊離機能物質除去工程Ｓ２で粉末状活性炭２１を除去する点から、例えば、１０μｍ以上、２０μｍ以上、３０μｍ以上、４０μｍ以上、等と様々に設定することができる。上記所定サイズの上限側については、遊離機能物質除去工程Ｓ２で改質活性炭３を残す点から、例えば、９０μｍ以下、８０μｍ以下、７０μｍ以下、６０μｍ以下、等と様々に設定することができる。
【００４２】
以上により、マクロ孔１４に入っていない粉末状活性炭２１が残存した湿潤状態の改質活性炭２が得られる。所定サイズよりも大きい主活性炭１０の一部から生成される粉末状活性炭２１が主活性炭１０のマクロ孔１４に入ることにより、粉末状活性炭２１の存在による改質活性炭の体積の増加が抑制され、単位体積当たりのミクロ孔が増える。すなわち、図４に示す改質活性炭２も、粉末状活性炭２１が主活性炭１０のマクロ孔１４に入った改質活性炭１に含まれ、単位体積当たりのミクロ孔を増やした新規の材料である。
【００４３】
混合工程Ｓ１１で行う混合には、図３（ａ）で示した混合工程Ｓ１で使用可能な混合装置を用いることができる。ここで、混合工程Ｓ１１では、主活性炭１０の一部を粉砕するため、混合工程Ｓ１の場合と比べて混合装置の回転速度を上げたり混合時間を長くしたりといった強い混合を行えばよい。混合の温度も、混合工程Ｓ１と同様である。
【００４４】
図４に示す製造方法でも、必要に応じて遊離機能物質除去工程Ｓ２や乾燥工程Ｓ３を行ってもよい。例えば、上記所定サイズ（例えば５０μｍ）のメッシュを有するふるいの上に改質活性炭２を載せて水で所定サイズ以下の粉末状活性炭２１を洗い流すと、マクロ孔１４に入っていない粉末状活性炭２１の少なくとも一部が除去された湿潤状態の改質活性炭３が得られる（遊離機能物質除去工程Ｓ２）。この改質活性炭３を乾燥させると、マクロ孔１４に入っていない粉末状活性炭２１の少なくとも一部が除去された乾燥状態の改質活性炭４が得られる（乾燥工程Ｓ３）。すなわち、図４に示す改質活性炭３，４も、粉末状活性炭２１が主活性炭１０のマクロ孔１４に入った改質活性炭１に含まれ、単位体積当たりのミクロ孔を増やした新規の材料である。また、濾過カートリッジに用いられる改質活性炭の集合体が目詰まりし難い。
【００４５】
（３）改質活性炭の利用方法：
改質活性炭１は、例えば、図５に示すような浄水カートリッジ（濾過カートリッジ）Ｃ１に使用することができる。
図５に示す浄水カートリッジＣ１は、入口側の不織布Ｃ３と出口側のイオン交換繊維Ｃ４とで仕切られた円筒状の改質活性炭充填室Ｃ２や、改質活性炭充填室Ｃ２で囲まれた中央位置に設けられた円柱状の中空糸膜収容室Ｃ５を有し、入口Ｃ１１から流入する水道水を濾過して濾過水を出口Ｃ１２から出す。すなわち、不織布Ｃ３、改質活性炭１、イオン交換繊維Ｃ４、及び、中空糸膜Ｃ６が濾材として使用されている。
【００４６】
不織布Ｃ３は、入口Ｃ１１に流入した水道水から大きなゴミを除去する。改質活性炭充填室Ｃ２に充填された改質活性炭１は、遊離残留塩素や有機物等を吸着して除去する。改質活性炭１に金属処理剤が含まれる場合、金属イオンが除去される。イオン交換繊維Ｃ４は、金属イオン等を除去する。イオン交換繊維Ｃ４は、活性炭繊維等と組み合わされて使用されてもよい。中空糸膜収容室Ｃ５に収容された中空糸膜Ｃ６は、０．１μｍ程度以上の細かい濁りや鉄サビや一般細菌を取り除く。
以上の他、改質活性炭１は、空気清浄機等に用いることができる。
【００４７】
（４）実施例：
以下、実施例を示して具体的に本発明を説明するが、本発明は以下の例により限定されるものではない。
【００４８】
［実施例１］
主活性炭として、平均粒径２２０μｍのヤシ殻活性炭を用いた。この主活性炭を粉砕機で１０分間粉砕し、平均粒径３．２μｍの従活性炭を得た。前記粉砕機にはWARING社のブレンダーＰＭ‐２００５を用い、高速モードの回転数で粉砕を行った。混合装置にはケンウッド社の卓上型ミキサーKM-800（株式会社愛工舎製作所販売）に押出機構としてスーパーミンサーA-950を取り付けたものを用い、スクリューシャフトの回転速度を４０rpmに設定した。マクロ孔に入っていない従活性炭を除去するための器具には、５０μｍのメッシュを有するふるいを用いた。
従活性炭５ｇと水２０５ｇとを混ぜてスラリーにし、このスラリーを主活性炭２００ｇに振り掛けて初期の混合物とした。この混合物を上記混合装置の押出機構に５回通した。尚、混合物を押出機構にＮ回（Ｎは３以上の整数）通すとは、１回目では押出機構に通していない混合物を押出機構に投入して押し出し、２〜Ｎ回目では前回押し出した混合物を押出機構に投入して押し出すことを意味する。次に、処理後の混合物を上記ふるいに載せ、マクロ孔に入っていない従活性炭を１Ｌ（リットル）の水で洗い流した。その後、ふるい上に残った湿潤状態の改質活性炭を１１５℃で４時間乾燥させ、実施例１の改質活性炭サンプルを得た。
【００４９】
［実施例２］
主活性炭、従活性炭、混合装置、及び、ふるいには、実施例１と同じものを用いた。
従活性炭１０ｇと水２１５ｇとを混ぜてスラリーにし、このスラリーを主活性炭２００ｇに振り掛けて初期の混合物とした。この混合物を上記混合装置の押出機構に４０回通した。次に、処理後の混合物を上記ふるいに載せ、マクロ孔に入っていない従活性炭を１Ｌの水で洗い流した。その後、ふるい上に残った湿潤状態の改質活性炭を１１５℃で４時間乾燥させ、実施例２の改質活性炭サンプルを得た。
【００５０】
［比較例１］
実施例１で用いた主活性炭を比較例１の改質活性炭サンプルとした。
【００５１】
［かさ比重の測定］
実施例１，２及び比較例１の改質活性炭サンプルについて、単位体積当たりの重量をかさ比重（単位：ｇ／cm3）として測定した。
【００５２】
［容積基準の比表面積測定］
実施例１，２及び比較例１の改質活性炭サンプルについて、日本ベル株式会社製ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍａｘを用いて比表面積（単位：ｍ2／ｇ）を測定し、サンプル１cm3当たりの比表面積（単位：ｍ2／cm3）に換算した。
【００５３】
［容積基準の全細孔容積測定］
実施例１，２及び比較例１の改質活性炭サンプルについて、日本ベル株式会社製ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍａｘを用いて全細孔容積（単位：cm3／ｇ）を求め、サンプル１cm3当たりの全細孔容積（単位：cm3／cm3）に換算した。
【００５４】
［クロロホルム除去性能測定］
実施例１，２及び比較例１の改質活性炭サンプル５０cm3を浄水カートリッジに入れ、JIS S3201：2010（家庭用浄水器試験方法）に準じて、クロロホルム０．０６０mg／Ｌに調整した原水を前記浄水カートリッジに通水し、クロロホルムの除去率が８０％以上になるまでの総ろ過水量（単位：Ｌ）を測定した。なお、クロロホルムの測定は、株式会社島津製作所製ＧＣＭＳ−ＱＰ２０１０を用いた。
【００５５】
［マクロ孔に入った従活性炭の個数測定］
実施例１，２の改質活性炭サンプルについて、表面を顕微鏡で拡大して写真撮影し、観察視野の５０μｍ四方に観察されるマクロ孔に入った従活性炭の概数を計測した。
【００５６】
［試験結果］
図６は実施例１の改質活性炭サンプルの表面を示し、図７は実施例２の改質活性炭サンプルの表面を示している。図６，７に示すように、主活性炭のマクロ孔に従活性炭が入っていることが分かる。また、実施例１，２では、観察視野の５０μｍ四方に観察されるマクロ孔に入った従活性炭が５０個以上あった。
【００５７】
表１は、実施例１，２及び比較例１について、かさ比重、容積基準の比表面積、容積基準の全細孔容積、及び、クロロホルム除去性能試験における総ろ過水量を示している。
【表１】
2016117629.tif 000003
表１に示すように、かさ比重については、比較例１が０．５２であったのに対し、実施例１が０．５４、実施例２が０．５８と、比較例１よりも大きくなった。これは、主活性炭のマクロ孔に従活性炭が入ったためと考えられる。尚、実施例１では主活性炭１００重量部に対してマクロ孔に従活性炭が｛（０．５４−０．５２）／０．５２｝＝３．８重量部入ったことになり、実施例２では主活性炭１００重量部に対してマクロ孔に従活性炭が｛（０．５８−０．５２）／０．５２｝＝１１．５重量部入ったことになる。
【００５８】
比表面積（容積基準）については、比較例１が５０９ｍ2／cm3であったのに対し、実施例１が５２９ｍ2／cm3、実施例２が５６７ｍ2／cm3と、比較例１よりも大きくなった。これは、主活性炭の細孔の表面積に従活性炭の細孔の表面積が加わったためと考えられる。
【００５９】
全細孔容積（容積基準）については、比較例１が０．２１８cm3／cm3であったのに対し、実施例１が０．２２７cm3／cm3、実施例２が０．２４４cm3／cm3と、比較例１よりも大きくなった。これは、主活性炭の細孔の容積に従活性炭の細孔の容積が加わったためと考えられる。
【００６０】
クロロホルム除去性能試験における総ろ過水量については、比較例１が３００Ｌであったのに対し、実施例１が３６０Ｌ、実施例２が４９０Ｌと、比較例１よりも大きくなった。このことから、実施例１，２は、比較例１と比べて従活性炭による有機ハロゲン化合物の除去性能が向上していることが分かる。
【００６１】
以上より、主活性炭のマクロ孔に従活性炭が入った改質活性炭は、単位体積当たりのミクロ孔を増やした新規の材料であり、体積の増加を抑制して機能物質による機能を付加した新規の材料であることが確認された。
【００６２】
［実施例３］
活性炭として、平均粒径２２０μｍのヤシ殻活性炭を用いた。粉末状触媒（機能物質）として、粒径０．２〜０．５μｍ程度の粉末状酸化チタンを用いた。混合装置、及び、ふるいには、実施例１と同じものを用いた。
粉末状酸化チタン５ｇと水２０５ｇとを混ぜてスラリーにし、このスラリーを活性炭２００ｇに振り掛けて初期の混合物とした。この混合物を上記混合装置の押出機構に５回通した。次に、処理後の混合物を上記ふるいに載せ、マクロ孔に入っていない酸化チタンを１Ｌの水で洗い流した。その後、ふるい上に残った湿潤状態の改質活性炭を１１５℃で４時間乾燥させ、実施例３の改質活性炭サンプルを得た。
【００６３】
［試験結果］
実施例３の改質活性炭サンプルについて、表面を顕微鏡で拡大して写真撮影し、観察視野の５０μｍ四方に観察されるマクロ孔に入った従活性炭の概数を計測した。図８は、実施例３の改質活性炭サンプルの表面を示している。図８中、白く光っている粒子が酸化チタンである。図８に示すように、活性炭のマクロ孔に粉末状酸化チタンが入っていることが分かる。また、観察視野の５０μｍ四方に観察されるマクロ孔に入った酸化チタンが１００個以上あった。このことから、実施例３のかさ比重は比較例１のかさ比重よりも大きくなり、実施例３の改質活性炭は酸化チタンによる触媒機能が付与されていると推測される。
【００６４】
以上より、活性炭のマクロ孔に粉末状酸化チタンが入った改質活性炭は、体積の増加を抑制して機能物質による機能を付加した新規の材料である。
【００６５】
（５）結び：
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、体積の増加を抑制して機能物質による機能を付加した改質活性炭等の技術を提供することができる。むろん、従属請求項に係る構成要件を有しておらず独立請求項に係る構成要件のみからなる技術等でも、上述した基本的な作用、効果が得られる。
また、上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。本発明は、これらの構成等も含まれる。
【符号の説明】
【００６６】
１，２，３，４…改質活性炭、
１０…活性炭、１１…細孔、１２…ミクロ孔、１３…メソ孔、１４…マクロ孔、
２０…機能物質、２１…粉末状活性炭、
３０…水（液状分散媒）、
４０…添加剤、
Ｃ１…浄水カートリッジ（濾過カートリッジ）、
Ｓ１，Ｓ１１…混合工程、Ｓ２…遊離機能物質除去工程、Ｓ３…乾燥工程。
【図１】
2016117629.tif 000004
【図２】
2016117629.tif 000005
【図３】
2016117629.tif 000006
【図４】
2016117629.tif 000007
【図５】
2016117629.tif 000008
【図６】
2016117629.tif 000009
【図７】
2016117629.tif 000010
【図８】
2016117629.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成27年11月10日(2015.11.10)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明は、機能を付加した新規の改質活性炭及び濾過カートリッジを提供する目的を有している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の改質活性炭は、除去対象の物質を除去するための粉末状の機能物質が活性炭のマクロ孔に入った、態様を有する。
また、本発明の改質活性炭の製造方法は、マクロ孔を有する平均粒径Ｄ１の活性炭と、除去対象の物質を除去するための平均粒径Ｄ２（Ｄ２＜Ｄ１）の機能物質と、液状分散媒と、を含む材料を混合して前記活性炭のマクロ孔に粉末状の前記機能物質を入れ、前記活性炭のマクロ孔に前記粉末状の機能物質が入った改質活性炭を製造する、態様を有する。
さらに、本発明は、除去対象の物質を除去するための粉末状の機能物質が活性炭のマクロ孔に入った改質活性炭を用いた濾過カートリッジの態様を有する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項１、請求項４に係る発明によれば、体積の増加を抑制して機能物質による機能を付加した新規の改質活性炭を提供することができる。
請求項２、請求項５に係る発明では、単位体積当たりのミクロ孔を増やした新規の改質活性炭を提供することができる。
請求項３に係る発明では、機能物質による機能を向上させた改質活性炭を提供することができる。
請求項６に係る発明では、体積の増加を抑制して機能物質による機能を付加した新規の改質活性炭を用いた濾過カートリッジを提供することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
図１に示す本技術の改質活性炭１は、除去対象の物質を除去するための粉末状の機能物質２０が活性炭１０のマクロ孔１４に入った構造を有している。図１に示す活性炭１０は、細孔１１として、直径Ｄが２nmよりも小さいミクロ孔１２、直径Ｄが２nm以上５０nm以下であるメソ孔１３、及び、直径Ｄが５０nmよりも大きいマクロ孔１４を有している。尚、個々に実測する際の細孔の直径は、撮影画像といった平面状の観察視野に現れた細孔の開口部で実測するものとし、開口部が非円形であれば長径と短径の相加平均とする。マクロ孔１４の直径Ｄmacroは、個々の活性炭１０の直径よりも小さく、概略、マクロ孔１４に入った個々の機能物質２０の直径よりも大きい。尚、個々に実測する際の被測定物（活性炭と機能物質）の直径は、平面状の観察視野で実測するものとし、観察視野上の被測定物が非円形であれば長径と短径の相加平均とする。図１には、個々の活性炭１０の直径を平均化した平均粒径Ｄ１、及び、個々の機能物質２０の直径を平均化した平均粒径Ｄ２を示している。マクロ孔１４の奥行長Ｌは、通常、マクロ孔１４の径Ｄmacroよりも長い。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
機能物質２０としてのイオン交換体には、ゼオライトといった無機系のイオン交換体、陽イオン交換樹脂や陰イオン交換樹脂といったイオン交換樹脂、キレート樹脂といったキレート化合物、等を用いることができる。ゼオライトや陽イオン交換樹脂は、陽イオン交換機能により金属イオンを吸着する。キレート化合物は、キレート結合で特定の金属イオンを選択的に吸着する。すなわち、ゼオライトや陽イオン交換樹脂やキレート化合物は、金属処理剤として機能する。機能物質２０としての触媒には、チタンや銅といった遷移金属、遷移金属の化合物、等を用いることができる。
また、機能物質２０には、粉末状活性炭２１、イオン交換体、触媒の中から選ばれる２種類以上の物質を組み合わせて用いてもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
除去対象の物質を除去するための粉末状の機能物質が活性炭のマクロ孔に入った改質活性炭。
【請求項２】
前記粉末状の機能物質が粉末状活性炭である、請求項１に記載の改質活性炭。
【請求項３】
本改質活性炭の表面を観察したときに観察視野の５０μｍ四方に観察されるマクロ孔に入った前記機能物質が１０個以上である、請求項１又は請求項２に記載の改質活性炭。
【請求項４】
マクロ孔を有する平均粒径Ｄ１の活性炭と、除去対象の物質を除去するための平均粒径Ｄ２（Ｄ２＜Ｄ１）の機能物質と、液状分散媒と、を含む材料を混合して前記活性炭のマクロ孔に粉末状の前記機能物質を入れ、前記活性炭のマクロ孔に前記粉末状の機能物質が入った改質活性炭を製造する、改質活性炭の製造方法。
【請求項５】
マクロ孔を有し所定サイズよりも大きい活性炭と、液状分散媒と、を含む材料を混合して前記活性炭の一部から生成される前記所定サイズ以下の粉末状活性炭を前記マクロ孔に入れ、該マクロ孔に入らなかった前記所定サイズ以下の粉末状活性炭を除去する工程を行って、前記活性炭のマクロ孔に粉末状活性炭が入った改質活性炭を製造する、改質活性炭の製造方法。
【請求項６】
除去対象の物質を除去するための粉末状の機能物質が活性炭のマクロ孔に入った改質活性炭を用いた濾過カートリッジ。