(57)【要約】  活性炭ハニカムフィルタ製品の、押出成形されたハニカム体を形成するためにバッチ混合物を押出成形する工程、ここで、バッチは、活性炭素粉末、第１の有機結合剤粉末、粘性可塑化液、多孔質無機結合剤粉末、押出助剤、及び上乗せ添加による水を含む、押出成形されたハニカム体を乾燥する工程、並びに乾燥ハニカム体を熱処理する工程を含む、明細書に定められるような、作製方法。活性炭及び多孔質無機結合剤粉末を含み、９５０ｍ２/ｇ〜１６００ｍ２/ｇのＢＥＴ表面積、５０〜２０００ｃｐｓｉ（７.７５〜３１０セル/ｃｍ２）のセル密度、及び０.５〜０.８ｇ/ｃｍ３の密度を有する、ハニカムフィルタ製品も開示される。
2017517391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハニカムフィルタ製品において、
４０〜６０重量％の活性炭、及び
４〜１５重量％の多孔質無機結合剤粉末、
を含み、
９５０ｍ２/ｇ〜１６００ｍ２/ｇのＢＥＴ表面積、
５０〜２０００ｃｐｓｉ（７.７５〜３１０セル/ｃｍ２）のセル密度、及び
０.５〜０.８ｇ/ｃｍ３の密度、
を有することを特徴とするハニカムフィルタ製品。
【請求項２】
壁厚が１００〜１５０μｍであり、セル密度が１６００〜２０００ｃｐｓｉ（２４８〜３１０セル/ｃｍ２）であることを特徴とする請求項１に記載のハニカムフィルタ製品。
【請求項３】
７００〜１２００ｍｇ/ｇのヨウ素吸着力を有することを特徴とする請求項１または２に記載のハニカムフィルタ製品。
【請求項４】
活性炭ハニカムフィルタ製品を作製する方法において、
押出成形ハニカム体を形成するため、バッチ混合物を押出成形する工程、ここで、前記バッチは、
４０〜６０重量％の活性炭粉末、
５〜１０重量％の第１の有機結合剤粉末、
水中５〜１０重量％の第２の有機結合剤粉末で作製した、２０〜３０重量％の粘性可塑化液、
４〜１５重量％の多孔質無機結合剤粉末、
１〜３重量％の押出助剤、及び
上乗せ添加による５０〜１００％の水、
を含み、重量％は、上乗せ添加に基づいて加えられた水を除く、前記バッチ成分の総重量に基づく、
前記押出成形されたハニカム体を約１２０〜１６０℃で１〜２時間乾燥する工程、及び
前記乾燥されたハニカム体を、前記活性炭ハニカムフィルタ製品を作製するため、窒素中２００〜２５０℃で２〜４時間熱処理する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
前記ハニカム製品が９５０ｍ２/ｇ〜１６００ｍ２/ｇのＢＥＴ表面積を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２０１４年５月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／００３６７１号の米国特許法第１１９条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書は上記出願の明細書の内容に依拠し、上記出願の明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含められる。
【０００２】
本明細書で言及される刊行物、特許及び特許文書のそれぞれの開示の全体は本明細書に参照として含められる。
【技術分野】
【０００３】
本開示は活性炭フィルタ製品及びその作製と使用の方法に関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
実施形態において、本開示は活性炭フィルタ製品及びその作製と使用のための方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、本開示の実施形態における、例えば約５０〜２０００セル/平方インチ（ｃｐｓｉ）（７.７５〜３１０セル/ｃｍ２）のセル密度を有する、一例の活性炭ハニカムフィルタ製品の斜視図を示す。
【図２】図２は、本開示の実施形態における、隣接チャネルが閉塞されている、図１の製品の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本開示の様々な実施形態が、もしあれば、図面を参照して詳細に説明される。様々な実施形態への言及が本発明の範囲を限定することはなく、本発明の範囲は本明細書に添付される特許請求の範囲によってのみ限定される。さらに、本明細書に述べられるいかなる実施例も限定ではなく、特許請求される本発明の多くのあり得る実施形態の内のいくつかを述べるに過ぎない。
【０００７】
定義
開示される活性炭フィルタ製品の文脈での「高活性」は、９５０〜１６００ｍ２/ｇの表面積のような、大きな表面積並びに、押出成形フィルタ製品に存在する反応性または相互作用性の、官能基のタイプ及び数の内の１つ以上を有する吸着容量を指す。吸着容量または活性は標準の方法、例えば、ヨウ素吸着力（活性炭１ｇに吸着されるヨウ素のミリグラム）で定量することができる。
【０００８】
「含む」、等の語は包含を意味するがこれには限定されない、すなわち、包括的ではあるが排他的ではない。
【０００９】
本開示の実施形態の説明に用いられる、例えば、組成内の成分の量、濃度、体積、プロセス温度、プロセス時間、収率、流量、圧力、粘度、等の値、及びこれらの範囲、またはコンポーネントの諸元、等の値、及びこれらの範囲を修飾する「約」は、例えば、材料、組成物、複合物、濃縮物、コンポーネント部品、製品または使用配合物の作製に用いられる一般的な測定及びハンドリングの手順により、これらの手順における不注意による誤りにより、方法を実施するために用いられる出発材料または成分の製造、出所または純度の違いにより、及び同様の要件により、生じ得る数量の変動を指す。用語「約」は、特定の初期濃度または初期混合量をもつ組成または配合の経時変化によって異なる量、及び特定の初期濃度または初期混合量をもつ組成または配合の混合または処理により異なる量も包含する。
【００１０】
「必要に応じる」または「必要に応じて」は、続けて説明されるイベントまたは状況がおこり得るかまたはおこり得ないこと並びに、説明が、イベントまたは状況がおこる場合及びおこらない場合を含むこと、を意味する。
【００１１】
本明細書に用いられるように、名詞は、別途に指定されない限り、少なくとも１つまたは１つ以上の対象を指す。
【００１２】
当業者には周知の略語（例えば、時間に対する「ｈ」または「ｈｒｓ」、グラムに対する「ｇ」または「ｇｍ」、ミリリットルに対する「ｍＬ」、及び、室温に対する「ｒｔ」、ナノメートルに対する「ｎｍ」、及び同様の略語）が用いられ得る。
【００１３】
コンポーネント、成分、添加物、諸元、条件、回数／倍数、及び同様の態様、並びにこれらの範囲について開示される特定の値及び好ましい値は説明のためでしかなく、別の定められた値または定められた範囲内の別の値を排除するものではない。本開示の組成及び方法は本明細書に説明される、明示的または暗に含まれる値及び範囲を含む、値、特定の値、一層特定の値、及び好ましい値のいかなる値及びいかなる組合せも含むことができる。
【００１４】
「含む」または同様の用語は包含を意味するが限定ではない、すなわち、包括的ではあるが排他的ではない。
【００１５】
活性炭は歴史的に、例えば、臭気の除去、着色顔料及び様々な触媒機能に用いられてきた。しかし、活性炭の用途は活性炭プロセス能力の進展により近年かなり増大している。今や活性炭は流体（すなわち液体または気体）の流れからの不純物の除去における広汎な使用を享受している。例えば、活性炭を用いて、食品、フルーツジュース及びアルコール飲料内の不純物を首尾よく濾し取ることができる。同様に、活性炭は、分離プロセス、有機蒸気の除去のためのプロセスのような、空気流または気体流に低濃度で存在するガス種の除去に有用である。活性炭は内燃機関からの排出流または作動流の吸着及び純化に特に有用である。
【００１６】
従来、活性炭は粉末化形態または顆粒形態で用いられている。粉末または顆粒の活性炭は、流体の連続作動流フローが濾過または処理されるか、あるいは濾過及び処理される、プロセスでの使用には不便である。これは、密に詰められた炭素床がかなりの圧力降下を生じさせ得る、液体及びポンプに対して特に当てはまる。自動車のような、使用中に炭素床が振動する用途では、顆粒の摩滅の結果、動流体に捕らえられ得る微細粒子が形成される。顆粒床内の流路はランダムであり、微細粒子の形成によって時間とともに変化するであろう。この結果、吸着効率が低下し得る。粉末顆粒床にかかる圧力降下は流動システムにとって高く、この結果、ポンピングに対するエネルギーコストが高くなり、同様の要件も生じる。この問題に対する１つの解決策は、活性炭をハニカムの形状につくることである。ハニカム形状は接触に利用できる大きな幾何学的表面積及び床にかかる低い圧力降下という利点を有する。いくつかの工業プロセスにおいてはハニカム形状が必須である。
【００１７】
コーニング社(Corning Incorporated)は、詰込み型炭素床にともなう問題を回避するため、活性炭ハニカムを作製するための様々な方法を開発してきた。これらの技術の内、共通の方法が、名称を「様々な吸着容量を有する活性炭ハニカムを作製する方法(Method of making activated carbon honeycombs having varying adsorption capacities.)」とする、ギャドカリー(Gadkaree)、等への米国特許第５５１００６３号の明細書に例示されている。この方法は、炭素フィルタ材料（例えば、木炭、石炭、活性炭）、必要に応じて細孔形成剤、押出助剤、及び架橋可能樹脂を混合し、押出成形して生地体にする工程及び、次いで、生地体を硬化及び炭化させる工程を含む。炭化後、製品はＣＯ２または水蒸気を用いて活性化（すなわち、物理的活性化）される。これらの方法は様々な用途のための活性炭ハニカム構造の作製に成功裏に用いられているが、費用のかかる高温熱処理工程が負担になる。さらに、方法には炭素チャネルを一様には活性化できないという問題がある。これは、ハニカム体が個々のチャネルの直径より長いチャネルを有する場合に重大な問題である。そのような場合、気体酸化剤はチャネルの全長にいきわたる前に消費される。さらに、これらの従来方法のバッチ組成の主成分である、液体フェノール樹脂は高価であり、フォルムアルデヒドの排出のような環境問題を有し、それから得られる炭素母体の炭化及び活性化に高温（例えば、５００℃より高い温度）での処理が必要である。高温処理は、得られるハニカムフィルタ製品の細孔を塞ぎ、表面積を覆い隠すことができる、フェノール樹脂の焼尽からの残渣を生じる。対照的に、開示される結合剤系は、得られるハニカムフィルタ品の細孔を塞ぐかまたは表面積を覆い隠すことができる、残渣を生じない。
【００１８】
実施形態において、本開示は、高活性活性炭ハニカム構造を作製するための、フェノール樹脂を含有しないかまたは無フェノール樹脂の、押出バッチ組成物を提供し、炭化及び活性化のような従来の作製方法にともなうコストがかかる高温熱処理工程を回避する。開示される組成物は、例えば、制御された量の活性炭、有機結合剤及び多孔質無機結合剤の粉末、粉末化有機結合剤で作製された粘性可塑化液、並びに押出助剤の混合によって配合することができる。完全に配合されたバッチのレオロジーは、中間の値及び範囲を含む、５０〜２０００ｃｐｓｉ（７.７５〜３１０セル/ｃｍ２）、１６００〜２０００ｃｐｓｉ（２４８〜３１０セル/ｃｍ２）のような、微細セル密度並びに一様で平滑な外表面及び内表面を有する様々なハニカム形状の押出しを容易にする、低接着特性を有する低付着性組成物を提供する。
【００１９】
開示される作製方法及び得られるフィルタ製品はバッチ配合に用いられる、無機及び有機の結合剤並びに非樹脂質可塑化液体結合剤成分の、適切な選択及び相対量に依存する。開示される押出バッチ組成物は押出成形体の低温処理を可能にする。作製される活性炭ハニカム構造は、例えば、優れた構造保全性、単位体積当たりの高い吸着容量、低コストでの簡便な製造、及び炭素体の与えられた体積における一様な高活性（すなわち、大表面積）を特徴とすることができる。開示される活性炭及び押出成形ハニカム製品の高吸着活性は、大表面積及び活性炭表面におけるある種の官能基の存在または不存の内の少なくとも１つから得られる。
【００２０】
実施形態において、本開示は活性炭を含むフィルタ製品を作製する方法を提供し、本方法には炭化及び活性化の工程がない。実施形態において、本開示はハニカム構造及び、吸着に貢献する、９５０〜１６００ｍ２/ｇのような、大表面積特性に基づく高吸着活性を有する、炭素フィルタ製品を提供する。
【００２１】
実施形態において、本開示は、液体フェノール樹脂を使用しない、押出バッチ組成物及び活性炭ハニカム構造を作製するための方法を提供し、本方法は高温の炭化及び活性化の必要を排除する。
【００２２】
実施形態において、本開示は、活性炭、有機結合剤、多孔質無機結合剤、粉末化された有機結合剤で作製された粘性可塑化液、及び１つ以上の必要に応じる押出助剤、の制御された量の粉末を混合することで配合することができる組成物を提供する。既に活性化されている炭素原料（すなわち、活性化済炭素粉末）を非樹脂性結合剤と組み合わせることで、押出成形炭素製品の、約２５０℃のような、低温での処理が可能になる。開示される作製方法の一態様は、適する乾燥非フェノール質結合剤を用い、乾燥結合剤を水に溶かしてフェノール樹脂の溶液と同等の粘度を有する溶液を形成し、溶液を無機結合剤と合わせて有機／無機結合剤系を形成する。可塑化液も結合剤として作用することができ、固体結合剤（例えば、有機及び無機の結合剤のいずれかまたは両者）とともに相乗的にはたらいて、押出成形後処理の後の活性炭粒子にかなりの結合強度を与える。フェノール樹脂の不存及び開示されるバッチ配合物に用いられる有機結合剤の比較的低い分解温度により、低い、例えば約２５０℃より低い、温度での押出成形体の処理が可能になる。
【００２３】
実施形態において、炭素組成物の開示される作製方法は以下の全般工程、
押出成形体を形成するため、周囲温度、例えば１５〜３０℃、において組成物をバッチに形成してバッチ組成物を押出成形する工程、
押出成形体を通気式オーブン内で、例えば約１２０〜１６０℃において、乾燥する工程、及び
ハニカム構造を安定化するため、乾燥体を窒素中で、例えば２００〜２５０℃において、熱処理する工程、
を含むことができる。
【００２４】
実施形態において、開示される組成物及び方法から得られる製品は、例えば、水及び空気の純化と揮発性炭化水素ガスの貯蔵を含む、様々な吸着またはフィルタの製品及び処理に用いることができる、吸着活性が高い、活性炭ハニカム構造を提供する。従来の高温処理工程がないにもかかわらず、開示されるハニカムは、高い吸着活性、高い強度及び高い構造保全性を有する。
【００２５】
本開示は、例えば、
製造性：開示される押出成形品作製方法は１６００〜２０００/平方インチ（ｃｐｓｉ）（２４８〜３１０/ｃｍ２）のセルまたはチャネル開口のような、高いハニカムセル密度を有するハニカムフィルタを作製する；
単純さ及び低処理温度：開示される組成物を用いることで、活性ハニカム構造を作製する方法に必要とされる工程の数を従来の作製方法に用いられていた炭化工程及び活性化工程を排除することにより低減することができる；開示される作製方法は液体フェノール樹脂無しで達成することもでき、液体フェノール樹脂の不存により、比較的低い（例えば、２５０℃以下の）温度における押出成形体の処理が可能になる；
一様な活性及びスケーラビリティ：開示される組成物及び方法はフェノール樹脂ベース炭素ハニカムの物理的活性化にともなう重大な問題を排除する。その問題とは、ハニカムチャネルに沿う及びハニカムチャネル間の一様な活性化ができないこと（すなわち、不均一活性化）である。不均一活性化問題は本開示においてハニカム構造の壁体内及び表面上に一様に分散する活性炭粒子によって回避され、この炭素粒子分布は活性炭ハニカム構造の全体にわたる一様な活性を生じさせる。したがって、商業生産のためのプロセスの規模拡大に対する問題がかなり少なくなる；
コスト：フェノール樹脂ベース活性ハニカムの作製に比較して、開示される方法及び組成物には２つの大きなコスト上の利点がある。第１のコスト利点は、労力及びエネルギーの節減をもたらす、高コストの高温熱処理工程（すなわち炭化及び活性化）の排除である。第２のコスト利点は、材料及びエネルギーのコスト節減をもたらす、高価な液体フェノール樹脂の代わりの安価な液体結合剤の使用である。これらは開示される活性炭ハニカムの作製においてかなりの操業費益を提供する。コスト利点は、例えば、フェノール樹脂ベースプロセスに比較して、開示される活性炭ハニカムの操業生産コストにおける約４０％の低減を提供する；
広い適用性：本開示にしたがう活性炭の吸着特性により、多くの用途、例えば、吸着式天然ガス貯蔵、炭化水素の分別、工業ガスの純化、汚染防止装置、食品及び化学工業における液相純化プロセス、水処理、液相回収及び分離、触媒または触媒支持、及び同様の用途、における使用が可能になる；
を含む、いくつかの観点における利点がある。
【００２６】
実施形態において、本開示は活性炭ハニカムフィルタ製品を作製する、
押出成形ハニカム体を形成するため、例えば、約１５〜３０℃のような、周囲温度において、
４０〜６０重量％の活性炭粉末、
５〜１０重量％の第１の有機結合剤粉末、
水中５〜１０重量％の第２の有機結合剤粉末で作製された、２０〜３０重量％の粘性可塑化液、
４〜１５重量％の多孔質無機結合剤粉末、
１〜３重量％の押出助剤、及び
上乗せ添加で５０〜１００重量％の水、
ここで、重量％は上乗せ添加に基づいて加えられた水を除く、バッチ成分の総重量に基づく、
を含む、バッチ混合物を押出成形する工程、
押出成形ハニカム体を、例えば、約１２０〜１６０℃で１〜２時間、乾燥する工程、及び
乾燥ハニカム体を、ハニカム構造を安定化し、活性炭ハニカムフィルタ製品を作製するため、例えば窒素中２００〜２５０℃で２〜４時間、熱処理する工程、
を含む、方法を提供する。
【００２７】
実施形態において、熱処理されたハニカムフィルタ製品は９５０ｍ２/ｇ〜１６００ｍ２/ｇのＢＥＴ表面積を有することができる。
【００２８】
実施形態において、熱処理されたハニカムフィルタ製品は１６００〜２０００ｃｐｓｉ（２４８〜３１０セル/ｃｍ２）のセル密度を有することができる。
【００２９】
実施形態において、活性炭ハニカムフィルタ製品は、例えば、中間の値及び範囲を含む、１００〜５００μｍ、１００〜２５０μｍ、及び１００〜１５０μｍ、の壁厚を有することができる。１６００ｃｐｓｉ（２４８セル/ｃｍ２）活性炭ハニカムフィルタ製品についての壁厚の一測定値は約１５０μｍであった。
【００３０】
実施形態において、
第１の有機結合剤粉末は、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシブチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、及び同様の材料、またはこれらの混合物から選ぶことができる；
第２の有機結合剤粉末は、例えば、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、キトサン、及び同様の材料、またはこれらの混合物から選ぶことができる；
多孔質無機結合剤粉末は、例えば、多孔質クレイ、アタパルジャイト粉末及び同様の材料、またはこれらの組合せから選ぶことができる；及び
押出助剤は、例えば、表面活性剤、ステアリン酸、植物油、及び同様の材料、またはこれらの組合せから選ぶことができる。
【００３１】
実施形態において、粘性可塑化液は、例えば９０〜１２０ｃｐｓ（センチポアズ）の粘度を有することができる。
【００３２】
実施形態において、ハニカム製品は平滑な、すなわち、裂け、クラック、ふくれまたは亀裂がない、外被及び、素通しの、すなわち閉塞されていないかまたは開放の、チャネルを有することができる。
【００３３】
実施形態において、本開示は、
４０〜６０重量％の活性炭、及び
４〜１５重量％の多孔質無機結合剤粉末、
を含み、
９５０ｍ２/ｇ〜１６００ｍ２/ｇのＢＥＴ表面積、
５０〜２０００ｃｐｓｉ（７.７５〜３１０セル/ｃｍ２）のセル密度、及び
０.５〜０.８ｇ/ｃｍ３の密度、
を有する、ハニカムフィルタ製品を提供する。
【００３４】
実施形態において、ハニカムフィルタ製品は、例えば７００〜１２００ｍｇ/ｇのヨウ素吸着力を有することができる。この値は製品の優れた吸着特性の指標である。
【００３５】
実施形態において、本開示は開示される活性フィルタ製品の、
フィルタ製品をフィルタ装置に装着する工程、及び
流体に装着されたフィルタ製品を通過させる工程、
を含む、使用方法を提供する。
【００３６】
実施形態において、流体は、例えば、気体、液体、またはこれらの組合せから選ぶことができる。実施形態において、流体は、芳香族のベンゼンまたはトルエンのような、揮発性化合物、または脂肪族炭化水素及び同様の化合物、これらの混合物及びこれらの蒸気とすることができる。
【００３７】
実施形態において、気体は、例えば、天然ガス、工業ガス、産業廃ガス、有機溶剤蒸気、環境汚染大気、燃焼エンジンからの排気、触媒で処理済の燃焼エンジンからの排気、及びこれらの混合気から選ぶことができる。
【００３８】
実施形態において、液体は、例えば、液相純化、液相回収及び分離プロセス、天然水源、工業廃水流、有機溶剤、及びこれらの混合物から選ぶことができる。
【００３９】
実施形態において、本開示は活性炭ハニカム構造を作製するための無フェノール樹脂バッチ組成物を提供する。バッチ組成内のフェノール樹脂の不存並びに、制御された量の、活性炭粒子と適する有機及び無機の結合剤の組合せにより、成功裏の、バッチ組成物の押出成形及び、その後の、押出成形体を本明細書に説明される比較的低温での高活性活性炭ハニカム構造にする処理が可能になる。
【００４０】
実施形態において、本開示は開示されるバッチ組成物の、例えば以下の工程、
活性炭、多孔質無機結合剤及び第１の有機結合剤を、これらの粒子の実質的に均質な混合物に混合する工程、
混合物に、可塑成形可能にするため、粉末化された第２の有機結合剤と上乗せ添加の水で作製された可塑化液を、混合物を可塑性にするに十分な量で添加する工程、
混合物を、ハニカム生地体を作製するため、周囲温度、例えば室温において、適するダイを通して押出成形する工程、
得られたハニカム生地体を、通気式オーブン内で、例えば１２０〜１６０℃において、２〜１０時間のような、１〜２４時間、乾燥する工程、及び
乾燥ハニカム体を、ハニカム構造を安定化するため、窒素中で、例えば２００〜２５０℃において、２〜１０時間のような、１〜２４時間、加熱する工程、
による、処理が提供される。
【００４１】
本開示での使用に適する活性炭粉末は市販されており、例えば、Ｍｅａｄｗｅｓｔｖａｃｏ社からの、Ｎｕｃｈａｒ ＳＡ−２０活性炭（１５００ｍ２/ｇ）及びＲＧＣ活性炭（１４５０ｍ２/ｇ）、並びにＣａｌｇｏｎ Ｃｏｒｐ．社からのＢＬ活性炭（１２５０ｍ２/ｇ）がある。
【００４２】
無機結合剤は、第１の有機結合剤の結合作用を増補するため、バッチ組成に添加することができる。組成物に用いられる無機結合剤は、例えば、（化学式がＭｇ４Ｓｉ６Ｏ１５(ＯＨ)２・６Ｈ２Ｏの）セピオライトの粉末のような、多孔質クレイ結合剤、アタパルジャイト（またはパリゴルスカイト：化学式が(Ｍｇ,Ａｌ)２Ｓｉ４Ｏ１０(ＯＨ)・４(Ｈ２Ｏ)のフィロケイ酸マグネシウムアルミニウム）の粉末、及び同様の無機結合材料、またはこれらの組合せとすることができる。バッチに加えられる無機結合剤の量は、バッチに加えられる活性炭粉末の総重量または、水がまだ上乗せ添加されていない、総バッチ重量に基づいて、例えば５〜１５重量％とすることができる。
【００４３】
粉末化された第１の有機結合剤は、例えばセルロースエーテル及びその誘導体から選ぶことができる。バッチに加えられる第１の有機結合剤の量は、バッチに加えられる活性炭粉末の総重量（例えば４０〜６０重量％）または、水がまだ上乗せ添加されていない、バッチ組成の総重量に基づいて、例えば５〜１０重量％とすることができる。第１の有機結合剤は、押出成形を補助するための可塑剤としてはたらき、押出成形された生地形状の構造保全性を維持するための湿潤強さを与える。第１の結合剤は、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシブチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、及びこれらの混合物からなる群から選ぶことができる。好ましい有機結合剤は、ダウケミカル社(Dow Chemical Company)からの、Ｍｅｔｈｈｏｃｅｌ（Ａ４Ｍ）のような、Ｍｅｔｈｈｏｃｅｌ（登録商標）製品である。
【００４４】
粘性可塑化液は、９０〜１２０ｃｐｓのような、液体フェノール樹脂の粘度と同等の粘度を有する粘性液を形成するため、第２の有機結合剤を６０〜７０℃の温水に、結合剤に依存して、２〜３時間のような、１〜５時間かけて溶かすことで作製することができる。水に溶かされる第２の結合剤の量は、例えば５〜１０重量％とすることができる。適する有機結合剤には、例えば、ナトリウムカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、キトサン、及び同様の材料、またはこれらの混合物を含めることができる。キトサン溶液の作製においては、加えられたキトサン粉末の溶解を補助するため、例えば、キトサンの重量に基づいて約５〜１０重量％のような、対応する量の酢酸を水に加えた。
【実施例】
【００４５】
本開示は以下の実施例によってさらに十分に説明される。以下の実施例は、開示される手順にしたがう開示される活性炭ハニカムの作製、使用及び分析の実例を示す。
【００４６】
実施例１
本開示にしたがい、表１の成分を用いて、活性炭ハニカム試料を作製した。上乗せ添加した水を除く総バッチ重量は５００ｇであった。７０℃の温水に５重量％のナトリウムカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を溶かすことで可塑化液を作製した。用いた活性炭粉末は、平均粒径が２０μｍでＢＥＴ表面積（ＳＡ）が１４５０ｍ２/ｇの、ＭｅａｄＷｅｓｔｖａｃｏ社からのＲＧＣ活性炭とした。バッチ成分を混合し、混合したバッチ成分をスパゲティダイに通して押し出し、最終的にこのスパゲティをハニカムダイ（１６００セル/平方インチ（２４８セル/ｃｍ２））に通して押出成形することにより、ハニカムを調製した。押出成形したハニカムを通気式オーブンにおいて１４０℃で乾燥した。乾燥したハニカムを次いで、例えば、窒素中２５０℃で２時間加熱した。活性炭ハニカム試料をＢＥＴ表面積（ＳＡ）について、実施例４及び、それぞれ表４及び５にまとめられているように、窒素吸着及びベンゼン吸着を用いて特性評価した。
【００４７】
図を参照すれば、実施形態において、ハニカムフィルタ製品は、例えば図１に示されるように、第１の端面と第２の端面の間を延びる複数本のセルチャネルを有することができる。ハニカム構造は、例えばウォールフロー型ガス粒子フィルタとしての使用に適し得る。本開示の実施形態にしたがう代表的なハニカムフロースルー基板製品１００が図１に示され、交差するセル壁１４０（別途には「ウエブ」と称される）によって形成され、少なくともある程度は定められる複数本の概ね平行なセルチャネル１１０を有することができ、セルチャネル１１０は第１の端面１２０から第２の端面１３０まで延び、次いで隣接する閉塞されたチャネルの壁を通り抜けて、フィルタを出る。チャネル１１０は閉塞されず、それを通る流れは第１の端面１２０から第２の端面１３０まで真っ直ぐに流れ下る。ハニカム製品１００はハニカム構造の外面を囲んで形成され、押出成形によるかまたは後被着スキンとして後の処理において形成され得る、必用に応じるスキン１５０を有することもできる。実施形態において、基板のためのそれぞれのセル壁１４０の壁厚は、例えば、中間の値及び範囲を含む、約１００〜約５００μｍ、約１００〜約１５０μｍ、及び同様の壁厚とすることができる。セル密度は、例えば、中間の値及び範囲を含む、約５０〜２０００ｃｐｓｉ（７.７５〜３１０セル/ｃｍ２）、約５００〜約２０００ｃｐｓｉ（７７.５〜３１０セル/ｃｍ２）、約１０００〜約２０００ｃｐｓｉ（１５５〜３１０セル/ｃｍ２）、約１２５０〜約２０００ｃｐｓｉ（１９３.７５〜３１０セル/ｃｍ２）、約１６００〜約２０００セル/平方インチ（ｃｐｓｉ）（２４８〜３１０セル/ｃｍ２）とすることができる。実施形態において、セル型ハニカム構造は、ハニカム構造につくり込まれた概ね正方形の断面を有する、複数本の平行セルチャネル１１０を有する。あるいは、例えば、長方形、円形、楕円形、三角形、八角形、六角形、及び同様の形状、またはこれらの組合せを含む、別の断面形状をハニカム構造に用いることができる。「ハニカム」は長さ方向に延びるセルを形成するセル壁構造を有する。
【００４８】
図２は本開示の実施形態にしたがう一例のハニカムウォールフローフィルタ２００を示す。全体構造は、第１の端面２０２から第２の端面２０４まで延び、セルまたはチャネルを形成する、交差する多孔質壁体２０６からなる構体２０１を有する。いくつかのセルは流入セル２０８と指定され、他のいくつかのセルは流出セル２１０と指定される。フィルタ２００において、いくつかの選ばれたチャネルは塞栓２１２を有する。一般に、塞栓はチャネルの末端に、図示される市松パターンのような、何らかの定められたパターンで、配置される。流入チャネル２０８は流出端面２０４において閉塞することができ、流出チャネル２１０は流入端面２０２において閉塞することができる。他の閉塞パターンを用いることができ、最外周のセルは全て、強度を高めるために（図示されるように）閉塞することができる。あるいは、セルのいくつかは端面以外で閉塞することができる。実施形態において、チャネルのいくつかはフロースルーチャネルとし、いくつかは閉塞して、いわゆる部分濾過設計を提供することができる。
【００４９】
実施形態において、押出成形及び活性化された炭素ハニカムフィルタ製品は、例えば、約１インチ（２.５４ｃｍ）の直径及び約１２インチ（３０.４８ｃｍ）の長さを有することができ、約５０〜２０００セル/平方インチ（７.７５〜３１０セル/ｃｍ２）またはチャネル開口/平方インチ（ｃｐｓｉ）のハニカムセル密度を有することができる。押出成形及び活性化された炭素ハニカムフィルタ製品はかなり異なる諸元及び形状を有することができ、異なる諸元及び形状は適切な形状につくられ、選ばれた、ダイ及び押出成形装置を用いて達成することができる。
【００５０】
本開示の押出成形及び活性化されたハニカム試料は非常に明確でよく定められた正方形チャネルを有していた。実施形態において、直近のチャネル開口は、スルーウォールフィルタ製品を提供するため、既知の方法及び材料を用いて適する材料で閉塞するかまたは遮断する（図示せず）ことができる。正方形、長方形、菱形、円形、及び同様のパターンのような、別のチャネル形状を選ぶことができる。別の閉塞パターンまたは遮断パターンを選ぶこともできる。
【００５１】
【表１】
2017517391.tif 000003
【００５２】
実施例２
本実施例の活性炭ハニカムは、本開示にしたがい、表２の成分を用いて作製した。水を除く総バッチ重量は同じく５００ｇであった。７０℃の温水に５重量％のポリビニルアルコールを溶かすことで可塑化液を作製した。用いた活性炭粉末は実施例１と同じとした。成分のバッチ形成、バッチ組成の押出成形、押出成形体の乾燥及び熱処理、活性炭製品の特性評価及び試験は、実施例１及び４に説明される態様と同じ態様で実施した。
【００５３】
【表２】
2017517391.tif 000004
【００５４】
実施例３
本実施例の活性炭ハニカムは、本開示にしたがい、表３の成分を用いて作製した。水を除く総バッチ重量は同じく５００ｇであった。６０℃において５体積％の酢酸溶液に５重量％のキトサンを溶かすことで可塑化液を作製した。用いた活性炭粉末は実施例１と同じとした。成分のバッチ形成、バッチ組成の押出成形、押出成形体の乾燥及び熱処理、押出成形活性炭製品の特性評価及び試験は、実施例１及び４におけるように実施した。
【００５５】
【表３】
2017517391.tif 000005
【００５６】
実施例４
ハニカムの特性決定及び評価。活性炭ハニカムフィルタ試料をベンゼン蒸気に４０℃で３時間曝露することで、試料をベンゼン吸着について試験した。さらに、活性炭フィルタ試料を１００℃の熱水に６時間（標準試験時間は１５分であった）浸漬することで、水中安定性試験を行った。活性炭ハニカムフィルタ試料は長時間の熱水中浸漬後であってもその強度及び構造保全性を維持していた。ＢＥＴ ＳＡデータ及びベンゼン取込みデータがそれぞれ表４及び５に提示される。結果は、大きい表面積及び高いベンゼン取込みが得られたことを示した。
【００５７】
【表４】
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【００５８】
【表５】
2017517391.tif 000007
【００５９】
比較実施例５
表６の成分（上乗せ添加水なし）を従来方法にしたがって混合することで実質的に均質な混合物を作製したことを除き、実施例１を反復した。混練した塊を押出成形してハニカム生地体を得た。ハニカム生地体の１４０℃で２時間の乾燥及び硬化後、炭化ハニカム体を作製するため、ハニカム体を非酸化性雰囲気（すなわち、Ｎ２）中、８００℃〜９００℃の温度で４時間処理した。最後に、炭化ハニカム体を活性化雰囲気（すなわち、ＣＯ２）中、製品の大きさに依存して、８５０℃〜９５０℃の温度に８〜４８時間保持した。ハニカム体が大きくなるほど、小さいハニカム体より乾燥時間を長くした。
【００６０】
【表６】
2017517391.tif 000008
【００６１】
様々な特定の実施形態及び技法を参照して本開示を説明した。しかし、本開示の範囲内にありながら、多くの変形及び改変が可能であることは当然である。
【００６２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００６３】
実施形態１  
ハニカムフィルタ製品において、
４０〜６０重量％の活性炭、及び
４〜１５重量％の多孔質無機結合剤粉末、
を含み、
９５０ｍ２/ｇ〜１６００ｍ２/ｇのＢＥＴ表面積、
５０〜２０００ｃｐｓｉ（７.７５〜３１０セル/ｃｍ２）のセル密度、及び
０.５〜０.８ｇ/ｃｍ３の密度、
を有する、ハニカムフィルタ製品。
【００６４】
実施形態２  
壁厚が１００〜１５０μｍであり、セル密度が１６００〜２０００ｃｐｓｉ（２４８〜３１０セル/ｃｍ２）である、実施形態１に記載のハニカムフィルタ製品。
【００６５】
実施形態３  
７００〜１２００ｍｇ/ｇのヨウ素吸着力を有する、実施形態１または２に記載のハニカムフィルタ製品。
【００６６】
実施形態４  
活性炭ハニカムフィルタ製品を作製する方法において、
押出成形ハニカム体を形成するため、バッチ混合物を押出成形する工程、ここで、前記バッチは、
４０〜６０重量％の活性炭粉末、
５〜１０重量％の第１の有機結合剤粉末、
水中５〜１０重量％の第２の有機結合剤粉末で作製した、２０〜３０重量％の粘性可塑化液、
４〜１５重量％の多孔質無機結合剤粉末、
１〜３重量％の押出助剤、及び
上乗せ添加による５０〜１００％の水、
を含み、重量％は、上乗せ添加に基づいて加えられた水を除く、バッチ成分の総重量に基づく、
前記押出成形されたハニカム体を約１２０〜１６０℃で１〜２時間乾燥する工程、及び
前記乾燥されたハニカム体を、前記活性炭ハニカムフィルタ製品を作製するため、窒素中２００〜２５０℃で２〜４時間熱処理する工程、
を含む、方法。
【００６７】
実施形態５  
前記ハニカム製品が９５０ｍ２/ｇ〜１６００ｍ２/ｇのＢＥＴ表面積を有する、実施形態４に記載の方法。
【００６８】
実施形態６  
前記押出成形が、５０〜２０００ｃｐｓｉ（７.７５〜３１０セル/ｃｍ２）のセル密度を有するハニカムダイを用い、約１５〜３０℃の周囲温度において、達成される、実施形態４または５に記載の方法。
【００６９】
実施形態７  
前記活性炭ハニカムフィルタ製品が１００〜５００μｍの壁厚を有する、実施形態４から６のいずれかに記載の方法。
【００７０】
実施形態８  
前記第１の有機結合剤粉末が、メチルセルロース、ヒドロキシブチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、またはこれらの混合物から選ばれる、
前記第２の有機結合剤粉末が、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、キトサン、またはこれらの混合物から選ばれる、
前記多孔質無機結合剤粉末が、多孔質クレイ、アタパルジャイト粉末、またはこれらの組合せから選ばれる、及び
前記押出助剤が、表面活性剤、ステアリン酸、植物油、またはこれらの組合せから選ばれる、
実施形態４から７のいずれかに記載の方法。
【００７１】
実施形態９  
前記粘性可塑化液が９０〜１２０ｃｐｓの粘度を有する、実施形態４から８のいずれかに記載の方法。
【００７２】
実施形態１０  
前記押出成形されたハニカム製品及び前記活性炭ハニカム製品がそれぞれ、しわのない平滑な外被及び阻害残留物がない素通しのチャネルを有する、実施形態４〜９のいずれかに記載の方法。
【００７３】
実施形態１１  
前記押出成形が１６００〜２０００ｃｐｓｉ（２４８〜３１０セル/ｃｍ２）のセル密度を有するハニカムダイを用いて達成される、実施形態４から１０のいずれかに記載の方法。
【００７４】
実施形態１２  
前記活性炭ハニカムフィルタ製品が１００〜１５０μｍの壁厚を有する、実施形態４から１１のいずれかに記載の方法。
【００７５】
実施形態１３  
実施形態１に記載の活性炭フィルタ製品を使用する方法において、
前記フィルタ製品をフィルタ装置に装着する工程、及び
流体に前記装着されたフィルタ製品を通過させる工程、
を含む、方法。
【００７６】
実施形態１４  
前記流体が、気体、液体、またはこれらの組合せから選ばれる、実施形態１３に記載の方法。
【００７７】
実施形態１５  
前記気体が、天然ガス、工業ガス、産業廃ガス、有機溶剤蒸気、環境汚染大気、燃焼機関からの排気、触媒で処理された燃焼機関からの排気、及びこれらの混合気から選ばれる、実施形態１３または１４に記載の方法。
【００７８】
実施形態１６  
前記液体が、液相純化、液相回収及び分離プロセス、天然水源、工業廃水流、有機溶剤、及びこれらの混合液から選ばれる、実施形態１３から１５のいずれかに記載の方法。
【００７９】
実施形態１７  
前記流体が揮発性有機化合物である、実施形態１３から１６のいずれかに記載の方法。
【００８０】
実施形態１８  
前記流体がベンゼン蒸気である、実施形態１３から１７のいずれかに記載の方法。
【符号の説明】
【００８１】
１００    ハニカム製品
１１０    チャネル
１２０，１３０    端面
１４０    セル壁
１５０    スキン
２００    ハニカムウォールフローフィルタ
２０１    構体
２０２    流入端面
２０４    流出端面
２０６    多孔質壁体
２０８    流入セル
２１０    流出セル
２１２    塞栓
【図１】
2017517391.tif 000009
【図２】
2017517391.tif 000010
【国際調査報告】
2017517391.tif 000011
2017517391.tif 000012
2017517391.tif 000013