JPH0238374A - 塊状の活性炭素繊維集合体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、塊状の活性炭素繊維集合体およびその製造方
法に関する。

〈従来の技術〉 活性炭素繊維は、吸着速度が高いうえに単位重量当りの
吸着量も多いため、フィルターなどとして気相吸着や液
相吸着に使用されている。

しかし、活性炭素繊維は、本来的にはフェルト状である
ため、重量の割に嵩が亮くて取り扱いづらく、また、吸
着塔などに大量に充填すると、そこを流される流体の圧
力…失が増加するといった難点がある。

そこで、従来では、フェルト状の活性炭素繊維を樹脂を
収束剤として成形するとか、あるいは、抄紙法によって
成形するなどし、その成形品の状態で気相吸着や液相吸
着に使用するようにしていた。また、液相吸着の使用例
としては、活性炭素繊維を樹脂で固めて直径が１０〜２
０＋ｎｍの球状にし、その球状物を液中に投入して所望
の物質を吸着することも試みられている。

このような成形品や球状物は、取り扱いが容易になるだ
けでなく、充填塔に詰めて使用するときに、同一重量の
フェルト状の活性炭素繊維を使用する場合に比べて、前
述した圧力損失を低減できる利点も有している。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、例えば、上記球状物の場合で説明すれば
、炭素繊維を賦活して活性炭素繊維を作製し、その活性
炭素繊維を樹脂液を収容した槽内に漬けるとか樹脂液を
スプレーするなどにより、活性炭素繊維を樹脂に含浸し
、その湿潤状態で分断して球状にしており、活性炭素繊
維の表面の細孔が樹脂により部分的に塞がれて比表面積
が低下する欠点があり、また、製造工程が複雑化して収
率が悪い欠点があった。

前述のような樹脂を収束剤として成形する場合も同じ欠
点があり、また、抄紙法によって成形する場合も、紙に
よって活性炭素繊維の表面の細孔が塞がれて比表面積が
低下する欠点があるとともに、強度が低い欠点があった
。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、樹脂含浸に起因する比表面積の低下を回避して、取
り扱いが容易でありながら吸着性能に優れた塊状の活性
炭素繊維集合体を提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明の塊状の活性炭素繊維集合体は、このような目的
を達成するために、複数の活性炭素繊維を表面多孔質の
炭素材で連結して構成したことを特徴としている。

そして、本発明の塊状の活性炭素繊維集合体の製造方法
は、炭素繊維または不融化処理したピンチ系繊維に、炭
素含有樹脂を含む液を付与し、湿潤状態で切断または分
断して塊状物とし、その塊状物を乾燥硬化した後に賦活
処理することを特徴としている。

炭素含有樹脂５〜５０重量部、望ましくは１０〜３０重
量部を、溶液または分散液２〜２５重世部に希釈した後
に炭素繊維または不融化処理したピンチ系繊維の１００
重量部を浸漬するか、逆に、液をスプレーで噴霧するな
どの任意の手段によって付与スる。

付与後、空気乾燥や熱風乾燥等の手段によって１２０〜
１５０重里部に調湿する。また、空気乾燥や熱風乾燥に
先立ち、手やローラなどで絞っても良い。

次いで、炭素含有樹脂を付与した炭素繊維または不融化
処理したピッチ系繊維を、食肉用ミンチ加工機などによ
り、湿潤状態で圧縮するとともに切断または分断して塊
状物を得る。この塊状物を、例えば、網の上で転がすな
どにより、球状の塊状物に成形しても良い。

炭素繊維と不融化処理したピッチ系繊維を併用すること
もできる。

その後、上記塊状物を、１３０〜１８０°Ｃの温度で加
熱してから冷却するなどにより硬化させ、しかる後、薬
品賦活や水茎気賦活などの公知の方法で賦活処理する。

前記炭素含有樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、
ポリエステル樹脂の群から選ばれた少なくとも一種の樹
脂を含むものが使用できる。塊状物に成形後、硬化後お
よび賦活処理後それぞれにおいて強い収束性を有してい
ることから、フェノール樹脂を使用するのが好ましい。

また、前述塊の大きさは１〜１０胴であるのが好ましい
。１薗未満の大きさになると、強度が低下するとともに
賦活の際に粉化して収率が悪（なるなど製造が困難にな
り、逆に、１０ｍｎ＋を越えると、塊状物の内部まで十
分に賦活することが困難になるからである。

薬品賦活は、塊状物を、塩化亜鉛（ＺｎＣｆ）、水酸化
カリウム（ＫＯＨ）等の雰囲気中、約８００°Ｃで一定
時間保持することによって賦活するものである。

また、水蒸気賦活は、塊状物を、水蒸気の雰囲気中、約
８００°Ｃで一定時間保持することによって賦活するも
のである。

不融化処理したピッチ系繊維の場合には、塊状物にした
後に賦活するに伴い、薬品賦活および水蒸気賦活のいず
れの場合であっても、その賦活工程において炭化され、
その炭化後において賦活処理される。

不融化処理したピンチ系繊維は強度が弱いため、食肉用
ミンチ加工機等で造形すると、かなりの繊維がつぶされ
るが、繊維形状を残している部分も残っている。この塊
状物は、ピンチ系繊維で作ったものより強度が弱いので
、炭素繊維の場合よりも取り扱いを慎重にしなければな
らない。

〈作用〉 本発明の塊状の活性炭素繊維集合体の構成によれば、活
性炭素繊維の表面はもちろんのこと、活性炭素繊維を連
結する炭素材の表面にも細孔が形成されていて、塊状の
活性炭素繊維集合体全体としての比表面積を増大するこ
とができる。

そして、本発明の塊状の活性炭素繊維集合体の製造方法
の構成によれば、炭素繊維または不融化処理したピッチ
系繊維を炭素含有樹脂によって塊状にし、切断または分
断して得た塊状物を最終的に賦活し、活性炭素繊維およ
びそれらを連結する炭素材のいずれの表面にも細孔を形
成することができる。

活性炭素繊維を連結している炭素材は、原料に用いた炭
素含有樹脂に由来しているものと、原料に不融化処理し
たピッチ系繊維を用いた場合は、前記樹脂以外に前記ピ
ッチ系繊維がつぶれたものに由来するものとがある。

〈実施例〉 次に、本発明の実施例を詳細に説明する。

災胤撚土 ピッチ系炭素繊維１５０重量部に、フェノール樹脂で濃
度７５％の溶液５０重量部をメタノール液３０重量部に
希釈した溶液を均一に含浸させ、その後、手やローラな
どで絞るとともに空気乾燥して過剰なメタノール液を除
去し、湿潤状態の材料を２００重量部得た。

次いで、食肉用ミンチ加工ｆｉ（ＭＳ−１２：南常鉄工
株式会社製）を用い、上述の湿潤状態の材料を直径３．
２ａｍのストランド状に押し出すとともに長さ６鴫に分
断して、ピッチ系炭素繊維をフヱノ・−ル樹脂で収束し
た塊状物を得た。

しかる後、熱風乾燥炉において、上記塊状物を温度９０
°Ｃで３０分間加熱してから硬化させ、更に、水蒸気雰
囲気下で、温度８８０″Ｃで９０分間賦活処理を行い、
塊状の活性炭素繊維集合体を１６０重量部得た。

この活性炭素繊維の吸着特性を調査した。

第１図は、マイクロポア法によって測定した細孔半径の
分布図であり、縦軸はｄＶ／ｄｒ（ここにＶは吸着容量
、ｒは細孔半径）、横軸は細孔半径である。

この分布図から明らかなように、３．２人、６．２人に
ピークがある。３．２人のピークは、原料に用いた炭素
繊維表面の細孔を示しており、６．２人のピークは、活
性炭素繊維を連結する炭素材（原料に用いた炭素含有樹
脂に由来する）の細孔を示している。

このように、細孔分布のピークが２つ現れるので、両者
を組み合わせることにより、目的に応じた特性の活性炭
素繊維集合体を設計することができる。具体的には、炭
素含有樹脂の種類、その使用量、賦活条件を変えれば良
い。

同試料のメチレンブルーの吸着量をＪＩＳ　　Ｋ１４７
０で、ベンゼン平衡吸着量をＪＩＳ　　Ｋ−１４７４で
それぞれ測定した結果を第１表に示す。この第１表には
、Ｂ、Ｅ、ＴＩ点法で測定した比表面積も記載している
。

第１表 本発明品が十分な吸着能を存することがわかる。

通常の活性炭素繊維単品の場合、比表面積が１００Ｏｎ
（／ｇ程度では細孔径が小さいため、メチレンブルーは
吸着しないが、本発明品では細孔径の大きい部分がある
ため、メチレンブルーを吸着している。

尖施拠ｌ 賦活時間を１７５分と長くした以外は、実施例１と同一
条件で作成した試料についての実施例２と同じ試験結果
を第２図の分布図および前述第１表それぞれに示す。

細孔半径３・５人と６．２人にピークがあることがわか
る。

第１表から、本発明品が十分な吸着能を有していること
がわかる。

夫旌■主 不融化処理したピッチ系繊維１５０重量部に、フェノー
ル樹脂で濃度７５％の溶液３０重量部をメタノール液１
８重量部に希釈した溶液を均一に含浸させ、その後、手
やローラなどで絞るとともに空気乾燥して過剰なメタノ
ール液を除去し、湿潤状態の材料１８０重量部を得た。

しかる後、その湿潤状態の材料を前述実施例１と同様の
条件で処理して塊状物を得るとともに、その塊状物を加
熱硬化させ、更に、水蒸気雰囲気下で、温度８５０’Ｃ
で６０分間賦活処理を行い、比表面積ｘｏｏｏｎｆ／ｇ
の塊状の活性炭素繊維集合体を１５０重量部得た。

実施■土 ピッチ系炭素繊維１５０重量部に、エポキシ樹脂で濃度
５０％のエマルジゴン１０重量部と水３８０重量部の水
溶液を均一に含浸させ、その後、過剰な水溶液を遠心脱
水機によって除去し、２４５重世部の湿潤状態の材料を
得た。

次いで、その湿潤状態の材料を前述実施例１と同様の条
件で処理して塊状物を得るとともに、熱風乾燥炉におい
て、上記塊状物を温度１６５°Ｃで４０分間加熱してか
ら空冷により硬化させ、１３０重量部の塊状物を得た。

しかる後、得られた塊状物に、フェノール樹脂で濃度７
５％の溶液４０重量部をメタノール液２５重量部に希釈
した溶液を均一に含浸させて付与し、更に、熱風乾燥炉
において、温度１７５°Ｃで４０分間加熱してから硬化
させ、その後に、前述実施例１と同様にして賦活処理を
行い、比表面積１６００ｒｒｆ／ｇの塊状の活性炭素繊
維集合体を１３５重量部得た。

このように、エポキシ樹脂で前処理して作った塊状物に
フェノール樹脂を付与した後、それを賦活しても、実施
例１と同等の比表面積を有する活性炭素繊維集合体を作
ることができる。

止較拠土 上述の実施例１の塊状の活性炭素繊維集合体と、ピンチ
系炭素繊維を前述実施例１と同様にして賦活処理して得
た、細孔半径が３．５人付近に細孔分布ピークを有する
比表面積１５００ｎｆ／ｇの活性炭素繊維を用いて低分
子成分および高分子成分の吸着性能について試験したと
ころ、第２表に示すような結果を得た。

低分子成分の吸着性能については、ＪＩＳ　　Ｋ−１４
７４のベンゼン吸着性能試験によって評価し、一方、高
分子成分の吸着性能については、醸造試験法のメラノイ
ジン脱色力によって評価した。

第２表 上記の結果、実施例１の塊状の活性炭素繊維集合体では
、低分子成分および高分子成分のいずれに対しても、優
れた吸着性能を有していることが明らかであった。

このため、例えば、糖液と醸造原酒などが混じった工業
廃液などのように、吸着されるべき物質として低分子成
分と高分子成分とが存在するものの吸着塔に好適に使用
できる。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように、本発明の塊状の活性炭
素繊維集合体によれば、活性炭素繊維の表面と、それら
活性炭素繊維どうしを連結する炭素材の表面のいずれに
も細孔を形成するから、全体としての比表面積を増大で
き、吸着性能を向上できる。

このように吸着性能を向上できながらも、塊状であるか
ら、従来のフェルト状の活性炭素繊維に比べて比体積を
小さくでき、取り扱いやすいうえに、吸着容器に収容し
て使用するときの圧力損失を低減でき、吸着性能をより
一層向上できる。

殊に、浄水場のように、液相吸着のために大量の活性炭
素繊維を使用する場合に、極めて顕著な効果を発揮でき
る。

即ち、例えば、従来のフェルト状の活性炭素繊維を平面
濾過池で使用すると、その強度が低いために、網などで
保持したとしても活性炭素繊維が細化して下流に流出す
るため、濾過池よりも下流の所定箇所にストレーナなど
の補集装置を設け、流出した活性炭素繊維を回収する必
要があるが、本発明によれば、活性炭素繊維の細化が無
く、補集装置を不用にできる利点があり、また、比重が
１よりも大きくなるようにすれば、自重でもって濾過池
に沈み、流出を回避できて前述のような保持手段も不用
にでき、実用上極めて便利に使用できる利点がある。

また、充填塔に詰めて使用するときは、活性炭素繊維の
重量が同一であるとすれば、従来のフェルト状の活性炭
素繊維に比べて嵩が小さくなり、かつ、従来の成形品に
比べて比表面積が大きく、圧力損失少なく吸着性能を良
好に発揮できる。

そして、本発明の塊状の活性炭素繊維集合体の製造方法
によれば、炭素繊維または不融化処理したピッチ系繊維
を炭素含有樹脂により塊状物とし、その塊状物を賦活し
て最終製品を得るから、活性炭素繊維を強度の低い状態
で取り扱わずに済み、賦活の際に活性炭素繊維が粉化す
ることを回避して収率を向上できる。

そのうえ、塊状物の状態で、炭素繊維または不融化処理
したピッチ系繊維と炭素含有樹脂とを賦活するから、炭
素繊維または不融化処理したピッチ系繊維が活性炭素繊
維になり、一方、炭素含有樹脂は、出発材料が樹脂であ
る活性炭素材となり、塊状の活性炭素繊維集合体におい
て、樹脂に起因して活性炭素繊維の細孔が塞がれること
なく、全体に細孔のあるものを得ることができ、しかも
、活性炭素繊維では、出発材料が樹脂である活性炭素材
に比べて小さい細孔が形成され、両者間で異なる大きさ
の細孔を分布できるから、樹脂材料を選択したり、樹脂
材料の添加量や塊状物成形時の密度ならびに賦活時間を
調整したりすることによって、それぞれ所望の大きさで
、かつ、希望の細孔分布のものを設計できるため、汎用
性が高い。

そのうえ、異なる複数種の大きさの細孔を組み合わせて
分布でき、各種の用途に応じて分子径の大きいものから
小さいものまで吸着することができ、汎用性を向上でき
る。

また、従来の成形品では、炭素繊維を賦活して活性炭素
繊維を作製し、その強度の低い活性炭素繊維を、樹脂を
収束剤として固めており、賦活できないようなくずの炭
素繊維は廃棄せざるを得なかったが、本発明の製造方法
によれば、樹脂により塊状物にした後に賦活するから、
従来では廃棄されていたような長さ１ｒ！ｎ未満のくず
の炭素繊維や、不融化工程で発生する従来は捨てていた
不融化処理したピッチ系繊維のくずも原料として使用で
き、収率をより一層向上できる。

更に、不融化処理したピッチ系繊維を炭素含有樹脂によ
り塊状物とし、その塊状物を賦活する場合にあっては、
賦活の際に炭化をも同時に行うから、炭素繊維を得るた
めの工程を不用にでき、製造工程を少なくできて収率を
より一層向上できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の塊状の活性炭素繊維集合体およびその
製造方法に係る実施例を示し、第１図は実施例１の細孔
半径の分布図、第２図は実施例２の細孔半径の分布図で
ある。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の活性炭素繊維を表面多孔質の炭素材で連結
   したことを特徴とする塊状の活性炭素繊維集合体。
2. （２）塊の大きさが１〜１０ｍｍである請求項（１）項
   記載の塊状の活性炭素繊維集合体。
3. （３）炭素繊維または不融化処理したピッチ系繊維に、
   炭素含有樹脂を含む液を付与し、湿潤状態で切断または
   分断して塊状物とし、その塊状物を乾燥硬化した後に賦
   活処理することを特徴とする塊状の活性炭素繊維集合体
   の製造方法。
4. （４）前記炭素含有樹脂が、エポキシ樹脂、フェノール
   樹脂、ポリエステル樹脂の群から選ばれた少なくとも一
   種の樹脂であって、かつ、塊の大きさが１〜１０ｍｍで
   ある請求項（３）項記載の塊状の活性炭素繊維集合体の
   製造方法。