JPH03110444A - 固体吸着剤の吸着性能測定方法および装置 - 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、固体吸着剤の吸着性能測定方法および測定装
置に関する。さらに詳しくは、固体吸着剤層入口側と出
口側のガス流量および吸着成分濃度からマスバランス計
算により固体吸着剤の吸着性能、さらには吸着曲線およ
び脱着曲線をも容易かつ自動的に求めうる吸着性能測定
方法および装置に関する。

［従来の技術］ 近年活性炭等の固体吸着剤の需要は拡大しつつあり、そ
の中で気体の吸着用としての利用範囲も増加してきてい
る。これに伴い固体吸着剤の気体吸着性能を評価する測
定需要が増加すると共に、評価方法についても実際の使
用条件により近い方法の実施への要求が増している。こ
のような状況下において、固体吸着剤の気体吸着量およ
び気体脱着量の測定は正確でかつ自動化等による効率的
な測定方法が望まれている。

固体吸着剤の気体吸着量および脱着量は、いわゆる重Ｊ
Ｌ測定法により実施されるのが通常である。

すなわち気体吸着量の測定は、一般に吸着成分の濃度が
一定である測定用ガスを一定流量で固体吸着剤層に通し
て吸着剤に吸着させ、吸着剤の重量増加分を吸着量とし
て求めている。また気体脱着量の測定は、吸着成分を吸
着させた固体吸着剤層に一定流量の不活性ガスまたは空
気等の脱着用ガスを通し、吸着剤の重重減少分を脱着量
として求めている。

この重量測定法は、吸着または脱着操作終了後秤量操作
を行う必要があり、測定は一般にバッチ式となり、自動
化による測定は容易でない、従って重量測定法によって
は、時間と共に吸着量および脱着量が変化する吸着曲線
および脱着曲線の測定は非常に繁雑である。

最近自動車用キャニスタ−間係の活性炭の気体吸着量の
測定においては、吸着剤に対しより実際的な評価方法、
すなわち吸着と脱着を繰り返したときの平衡吸着量を求
める評価方法に対する要求も強い。

また、固体吸着剤に２成分以上の吸着成分を吸着または
脱着させる場合、重量法ではその個々の吸着成分の吸着
量または脱着量を求めることは容易でなく、一般にはそ
れらの合計量のみを求めているに過ぎない。

し発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上記従来技術の欠点を解決し、固体吸着剤の
吸着性能、例えば気体の吸着曲線および脱着曲線をある
いは２成分以上の吸着成分を含有する気体についてそれ
らの吸着曲線および脱着曲線を簡易かつ容易に自動的に
求めうる測定方法および測定装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、吸着成分を含有する測定用ガスを固体吸着剤
に接触させて固体吸着剤の吸着性能を測定する方法にお
いて、該測定用ガスを固体吸着剤の充填された吸着容器
に導入し、かつ該吸着容器測定用ガス排出側にキャリヤ
ーガスを導入して該吸着容器から排出された測定用ガス
と共に分析計に移送し、吸着成分量を分析することから
なる固体吸着剤の吸着性能測定方法を提供する。

さらに本発明は、吸着成分を含有する測定用ガスの供給
部、該測定用ガスの供給流監制御部、固体吸着剤を充填
した吸着容器および吸着成分の分析計を順次導管で接続
し、かつ該吸着容器の測定用ガス排出側にキャリヤーガ
ス供給口を設け、該供給口にキャリヤーガス流量制御部
を具備するキャリヤーガスの供給導管を接続してなる固
体吸着剤の吸着性能測定装置を提供する。

以下本発明を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の測定方法における気体吸着量の測定
原理を示す説明図である。固体吸着剤を充填した吸着容
器１にガス流量計２を経て吸着成分を含有する測定用ガ
ス３を測定用ガス供給部から導入する。吸着容器ｌの測
定用ガス３の出口側導管にキャリヤーガス４をガス流量
計２を経て導入する。キャリヤーガス４および測定用ガ
ス３の一部または全部を分析計５に導入し、吸着成分の
分析に供する。

本発明の測定方法は、測定用ガスおよびキャリヤーガス
の流量、測定用ガス中の吸着成分の濃度およびキャリヤ
ーガス混合後の吸着成分の濃度からマスバランスにより
、吸着剤に吸着された吸着成分の量を求める方法である
。

以下本発明の測定方法におけるマスバランスの計算方法
を説明する。

ｎｌ：　キャリヤーガス流量 ｘｏ：　測定用ガス流量 ｃ、：　測定用ガス中の吸着成分濃度 ｃ、：　キャリヤーガス混合後の吸着成分濃度とすると
、吸着剤を充填した吸着容器を通過し、キャリヤーガス
と混合された吸着成分のガス量Ｘ、は、 で表される。吸着剤に吸着された吸着成分のガフｆｆ１
Ｘ２は、 Ｘ２”Ｘ＊・Ｃｏ　　ＸＩ　　　　　　　　　（２＞で
表される。従って、を時間で吸着された吸着ｎ分のガス
量ｘ３は、 Ｘ３＝　　Ｓ”　ｘｚ　・ｄ　ｔ　　　　　　　　　　
　（３で表されることとなる。

上記式（１）〜（３）から明らかなように、３定用ガス
流量、キャリヤーガス流量およびキャリヤーガス混合後
の吸着成分濃度を単位微小時間１に測定して微小時間内
の吸着量を求め、これをア定時間積分することにより、
吸着剤に吸着されプ吸着成分の量を求めることができる
。

また別の計算法として、キャリヤーガス混合マの吸着成
分濃度の単位微小時間のデータから務動平均値を求める
ことにより、平均流産、平均濃度および所定時間との摂
から吸着剤層を通過した吸着成分量を求めてもよい。

第２図は本発明の測定方法において、固体吸着剤に吸着
されている吸着成分の脱着量の測定原理を示す説明図で
ある。

不活性ガス等の脱着用ガス６を流量計２を経て吸着容器
１に導入し、吸着剤層を通過した脱着用ガスの一部また
は全部を分析計５に導き、該ガス中の脱着ガス成分の濃
度を測定する。

以下本発明の脱着量測定におけるマスバランスの計算方
法を説明する。

ｍ、：　吸着容器入口側の脱着用ガス流量ｄ１：　吸着
容器出口ガス中の脱着成分濃度とすると、吸着容器出口
ガス中の脱着成分のガス量ｙ２は、 ｙ２＝ Ｓ”ｙ＋・ｄｔ （５） で表される。

上記式（４）および（５）から明らかなように脱着量も
また、吸着量の場合と同様に単位微小時間毎に脱着成分
濃度を測定して微小時間内の脱着成分のガス量を求め、
これを所定時間積分することにより求めることができる
。

これらの計算は、通常用いられる電子計算機を使用する
ことにより、その計算は容易であり、かつ吸着曲線およ
び脱着曲線をも容易に求めることができる。

第３図は、本発明の測定装置を吸着成分測定用に用いた
場合の１実施Ｒ様を示す概略説明図である。

流量制御器９および流量計２を経て吸着成分を含む測定
用ガス３を固体吸着剤を充填した吸着容器１に導入する
。吸着容器１は、固体吸着剤の温度を一定に保つため、
恒温槽７等の恒温維持可能な装置内に設置することが好
ましい、吸着容器１の出口側に、流Ｍ制御器９および流
量計２を経てキャリヤーガス４を導入する。測定用ガス
とキャリヤーガスとの混合ガスの一部または全部（一部
の場合は図示せず）を分析計５に導入し、吸着成分濃度
を測定する。以後のマスバランス計算を簡易化するため
、電子計算機８に分析計５、測定用ガスの流量計２およ
びキャリヤーガスの流量計２ｔ！一連結し、吸着成分の
吸着剤による吸着量算出を自動化し、吸着曲線、脱着曲
線等の算出を容易ならしめることが好ましい。

吸着容器１は５内部に吸着剤の逸散、流動等を防止する
ため、例えば吸着容器が縦型の場合には吸着剤層の上下
にフィルターのような支持体を設置することが好ましい
、吸着容器の大きさ、形状は測定目的に併せて適宜選択
すればよい、吸着剤の形状は粒状、粉状等適宜選択でき
る。

２恒温槽７は、吸着成分または脱着成分により吸着剤層
で発生する吸着熱または脱着熱による吸着剤の温度変化
を防止する目的で使用される。恒温槽の形式については
とくに制限を受けるものではないが、熱伝導が良く、比
熱の大きい液体例えば水を媒体として使用するものが好
ましく用いられる。

ガス流量計２および流量制御器９は、精密な流星計測お
よび流量管理のできるものを使用する必要があり、精度
としては一般にフルスケールの±５％以下のものが好ま
しく用いられる。ガス流量計および流量制御器は一体化
されているものが好ましく、一般にはマスフローコント
ローラーの使用が好ましい。

分析計５は、吸着成分を連続的に測定できるものであれ
ばよく、通常赤外分析計、屈折計等が用いられる。

測定用ガス３としては、一般的には吸着成分のみからな
るものあるいは不活性ガスとの混合ガスが用いられる。

混合ガスの場合には、吸着成分の濃度範囲は、固体吸着
剤の飽和吸着量、分析計の測定精度および測定下限界、
測定時間の制限、キャリヤーガス流量等に基づいて適宜
選択することが好ましい、上記要件を考慮すると吸着成
分含有ｉ５０容旦％以上のものがとくに好ましく用いら
れる。しかし５０容量％未満であっても、キャリヤーガ
ス流量の調節等により実施できる。測定用ガスが複数の
吸着成分を含むものであっても、測定条件を適宜選択す
ることにより実施できることは勿論である。

キャリヤーガス４としては、一般に不活性ガス、空気等
が用いられるが、測定用ガス中に可燃性ガスを含む場合
には安全上不活性ガスを使用することが好ましい。

次に吸着容器１の出口側にキャリヤーガス４を供給する
理由について説明する。

測定用ガスの吸着成分が１００容量％のように濃度が高
い場合、吸着剤層の通過以前には吸着容器出口側のガス
流量は０であり、通過開始時には微量流量であり、吸着
剤が飽和に達した時点では測定用ガス供給量と吸着容器
出口側ガス流量とは同じである。このため、ガス流量が
微量である場合と多量である場合の両者の流量を正確に
計測することはガス流量計の種類に拘わらず極めて困難
である。

本発明はかかる問題点を考慮して吸着容器出口側の流量
測定を実施せず、吸着容器出口側にキャリヤーガスを希
釈ガスとして混入させ、キャリヤーガスと測定用ガスの
混入ガス中での吸着成分濃度を計測し、マスバランスに
より吸着剤層の通過ガス量を求めることとしたのである
。また混入ガスにおいては、測定用ガスの流量変化に応
じてガス密度が刻々と変化するため、通常の浮子式流量
計あるいはマスフローメーターでは混入ガスの流量を正
確に測定することは殆ど不可能であることもその理由の
１つである。

また、測定用ガス中の吸着成分濃度が非常に高い場合、
例えば１００容量％である場合、測定用ガスの導入初期
には吸着容器出口側の測定用ガス流量は０もしくは微量
である。このとき、吸着容器１の出口から分析計５まで
にかなりの通過時間を要することとなる。これは測定用
ガスの導入から吸着成分の分析までの時間にタイムラグ
を生じせしめることとなり、吸着曲線の測定精度を悪化
せしめる。このためにも、キャリヤーガスを導入してタ
イムラグを減少する必要がある。またタイムラグの減少
のためには、吸着容器と分析計との間の空間をできるだ
け小さくするように設計することが好ましい。

第４図は、本発明の測定装置を脱着成分測定用に用いた
場合の１実施態様を示す概略説明図である。

流量制ｔｎ器９およびガス流量計２を経て吸着容器１に
導入された不活性ガス等の脱着用ガス６は、吸着剤層を
通過した後、分析計５により脱着成分濃度が測定される
。吸着容器１は、第３図に示した場合と同じく恒温槽７
内に保持され、吸着剤の温度をほぼ一定となるように維
持することが好ましい、電子計算器８をガス流量計２お
よび分析計５と連結せしめ、分析結果の自動解析を行う
、脱着成分測定の場合にはキャリヤーガスの吸着容器出
口側での供給は必要がないので、第３図の装置において
、キャリヤーガスの供給導管に切替コック等を設置し、
第４図に示すような流路を形成させることにより、同一
の装置で固体吸着剤の吸着および脱着性能を測定できる
。

脱着用ガスは、キャリヤーガスと同様の物質から選択す
ればよく、例えば不活性ガス、空気等である。

電子計算器８には、吸着成分の測定、脱着成分の測定の
両者の場合共に、ガス流量計２および分析計５の単位微
小時間のデータを連続して採取せしめ、各時点のデータ
から吸着容器１の出口における吸着成分または脱着成分
のガス量を計算させる。従って電子計算器８は、これら
のデータに基づいて所定時間積分できるものであれば、
いずれの形式のものをも使用できる。データ採取は、−
般に０．１秒〜数秒に１回行わせしめることが測定精度
上好ましい。

第５図は、各機器の間に三方バルブ等を組み込み、多種
類の固体吸着剤について吸着成分、脱着成分等の測定操
作の簡易化を達成した本発明の装置の他の一実施態様を
示す概略説明図である。

はじめに固体吸着剤の吸着性能測定の場合について説明
する。流量制御器９およびガス流量計２を経て供給され
た測定用ガス３は、第１の三方バルブ１１および第２の
三方バルブ１２を経て分析計５に導入され、測定用ガス
３中の吸着成分の濃度が測定される。この操作は測定用
ガスが不活性ガス等との混合ガスの場合に実施すること
が好ましく、測定用ガスが吸着成分ｌＯＯ％の場合には
省略されてもよい、ついで第１の三方バルブの流路をロ
ータリー切替バルブ１０−１と連絡せしめ、第１の三方
バルブ１１およびロータリー切替バルブ１０−１を経て
固体吸着剤を充填した吸着容器１−１に導入される。ロ
ータリー切替バルブ１０−１は、複数の吸着容器を使用
しない装置においては設置しなくともよい、ロータリー
切替バルブ１０−１および１０−２と吸着容器１−１．
１−２．１−３との間には、四方バルブ１４の設置が好
ましい、固体吸着剤をそれぞれ充填した吸着容器１−１
．１−２．１−３を用いて順次試験する場合に、四方バ
ルブにより試験しない吸着容器の流路を遮断することに
より、固体吸着剤の詰め替え等を容易ならしめるためで
ある。

吸着容器１−１に導入された測定用ガスは、四方バルブ
１４、ロータリー切替バルブ１０−２、第３の三方バル
ブ１３および第２の三方バルブ１２を原次経て、流量制
御器９およびガス流量計２を経て導入されたキャリヤー
ガス４と共に分析計５に導入され、吸着成分の濃度が測
定される。

本装置によれば、ロータリー切替バルブ１０−１．１０
−２および四方バルブ１４により形成される測定用ガス
の流路を変更することにより、複数の吸着容器について
順次固体吸着剤の吸着性能を実質的連続に測定すること
ができる。

次に固体吸着剤の脱着性能測定方法について説明する。

脱着用ガス６は、流量制御器９、ガス流量計２、第３の
三方バルブ１３、ロータリー切替バルブ１０−２および
四方バルブ１４を経て固体吸着剤を充填した吸着容器１
−１に導入される。ついで固体吸着剤から脱着された脱
着成分と共に脱着用ガス６は、四方バルブ１４、ロータ
リー切替バルブ１０−１．第１の三方バルブ１１および
第２の三方バルブ１２を経て分析計５に導入され、脱着
成分の濃度が測定される。脱着性能の測定においてもロ
ータリー切替バルブ１０−１．１０−２および／または
四方バルブ１４を設置することにより、複数の吸着容器
について、各固体吸着剤の脱着性能を実質的連続に順次
測定できる。

以下本発明を実施例に基づいてより詳細に説明する。

参考例１ 本試験は第７図に示す従来から用いられてきた吸着性能
試験器を用いて実施した。

活性炭Ａ２０ｍ１を乾燥後吸着容器１に入れ、活性炭を
含む吸着容器の重量（Ａｇ）を測定し、これ企２５℃に
調整した恒温槽７中に１０分間浸漬した。１００％ｎ−
ブタンを浮子式ガス流量計２−１を経て１０５．０ｍ　
ｌ／ｍ　ｉ　ｎの流量で１５分間吸着容器内の活性炭層
を通過せしめた。吸着容器１を恒温槽７から取り出し、
十分水を拭き取った後、吸着容器１の重量（Ｂｇ）を測
定し、吸着Ｊｉ（Ｂｇ−Ａｇ）を算出した。

次に、この吸着容器１を２５℃の恒温槽７に１０分間浸
漬した後、窒素ガスを浮子式ガス流量計２−２を経て２
００ｍ１／ｍｉｎの流量で２０分間吸着容器１内の活性
炭層を通過せしめた。吸着容器１を恒温槽７から取り出
し、水を十分拭き取った後、ｎ−ブタン脱着後の吸着容
器１の重量（Ｃｇ）を測定し、脱着量（Ｂｇ−Ｃｇ）を
算出した。

活性炭Ａとはｎ−ブタンの吸着性能が異なる活性炭Ｂお
よびＣについても同様の試験を繰り返した。

吸着量および脱着量の重量を２５℃のガス容積に換算し
た値を第１表に示す。

実施例１ 第６図に本試験で使用した吸着性能測定試験器の概略説
明図を示す。

参考例１と同じ活性炭Ａ２０ｍ１を吸着容器１に入れこ
れを２５℃の恒温槽７に設置した。１０分？＆１００％
ｎ−ブタンをマスフローコントローラー１５および三方
バルブ１１．１１−１を経て１０５．０ｍｌ／ｍｉｎの
流量で吸着容器１内に導入した。これと同時に、希釈用
窒素ガスをマスフローコントローラー１５−１を経て１
００ｍ１／ｍｉｎの流量で第２の三方バルブ１２と赤外
分光分析計１６とを結ぶ導管に供給した。吸着容器１お
よび三方バルブ１３．１２を経て通過してきたｎ−ブタ
ンと希釈用窒素ガスとの混入ガスを赤外分光分析計１６
に導き、ｎ−ブタンの濃度を１５分間測定した°、ｎ−
ブタンおよび希釈用窒素ガスの流量および赤外分光分析
計で測定したｎ−ブタンの濃度の各データを電子計算器
８に送り、活性炭によるｎ−ブタンの吸着量を算出した
。

その後、脱着用窒素ガスをマスフローコントローラー１
５−２および三方バルブ１３を経て吸着容器１内に２０
０ｍ１／ｍｉｎの流量で２０分間導入した。三方バルブ
１１−１．１１および１２を経て脱着用ガスおよび脱着
したｎ−ブタンを赤外分光分析計１６に導き、脱着用窒
素ガス中のｎ−ブタン濃度を測定した。脱着用窒素ガス
流量および脱着用窒素ガス中のｎ−ブタンの濃度の各デ
ータを電子計算器８に送り、脱着量を算出した。

参考例１で使用したのと同じ活性炭ＢおよびＣについて
も同様に試験を繰り返した。

吸着Ｉおよび脱着量の重量を２５℃のガス容積に換算し
た値を第１表に示す。

第１表 注：各データは単位ｍｌで示す。

参考例２ 活性炭の種類を変え、測定用ガスとして７０％ｎ−ブタ
ンと３０％窒素ガスの混合ガスを使用し、測定用ガスの
導入時間を２２分間とした他は参考例１と同一の条件で
吸着量および脱着量を測定した。

結果を第２表に示す。

実施例２ 参考例２で使用したのと同じ活性炭りを使用し、測定用
ガスとして７０％が−ブタンと３０％窒素ガスの混合ガ
スを使用し、測定用ガスの導入時間を２２分間とした他
は実施例１と同一の条件で吸着量および脱着量を測定し
た。

結果を第２表に示す。

第２表 注：　各データは単位ｍ＋で示す。

参考例３、実施例３ 活性炭Ｅ（参考例３）および活性炭Ｆ（実施例３）につ
いてそれぞれ参考例１および実施例１と同一の条件で５
回の繰り返し測定を実施した。

結果を第３表に示す。

第３表 注：　各データは単位ｍ＋で示す。

［発明の効果］ 本発明によれば、固体吸着剤層入口側と出口側のガス流
量および吸着成分濃度からマスバランス計算により固体
吸着剤の吸着性能、さらには吸着曲線および脱着曲線を
も容易かつほぼ自動的に求めうる吸着性能測定方法およ
び装置が提供される。

本発明によれば、複数の吸着成分を含有する測定用ガス
について、各成分毎の固体吸着剤の吸着性能を容易かつ
ほぼ自動的に測定できる吸着性能測定方法および装置が
提供される。

さらに本発明によれば、複数の固体吸着剤について実質
的連続に吸着性能および脱着性能を、容易かつほぼ自動
的に測定できる吸着性能測定方法および装置が提供され
る。

本発明によればさらに、吸着、脱着の縁り返しによる固
体吸着剤の吸着性能を容易かつほぼ自動的に測定できる
吸着性能測定方法および装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の吸着量測定原理を示す説明図、第２図
は本発明の脱着量測定原理を示す説明図、第３図は本発
明の装置を吸着成分測定用に用いた場合の説明図、第４
図は本発明の装置を脱着成分測定用に用いた場合の説明
図、第５図は複数の吸着容器を有する場合の本発明の詳
細な説明図、第６図は実施例に使用した本発明の詳細な
説明図、第７図は比較例に使用した従来の装置の説明図
を示す。 １・・・吸着容器 ５・・・分析計 １１・・・三方パルプ ２・・・ガス流量計 ９・・・流量制御器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸着成分を含有する測定用ガスを固体吸着剤に接
   触させて固体吸着剤の吸着性能を測定する方法において
   、該測定用ガスを固体吸着剤の充填された吸着容器に導
   入し、かつ該吸着容器の測定用ガス排出側にキャリヤー
   ガスを導入して該吸着容器から排出された測定用ガスと
   共に分析計に移送し、吸着成分量を分析することからな
   る固体吸着剤の吸着性能測定方法。
2. （２）吸着成分を含有する測定用ガスの供給部、該測定
   用ガスの供給流量制御部、固体吸着剤を充填した吸着容
   器および吸着成分の分析計を順次導管で接続し、かつ該
   吸着容器の測定用ガス排出側にキャリヤーガス供給口を
   設け、該供給口にキャリヤーガス流量制御部を具備する
   キャリヤーガスの供給導管を接続してなる固体吸着剤の
   吸着性能測定装置。
3. （３）測定用ガスの供給流量制御部と吸着容器との間の
   導管に第１の三方バルブ、および吸着容器の測定用ガス
   排出側と分析計との間の導管に第２の三方バルブを設置
   し、かつ第１の三方バルブと第２の三方バルブとの間に
   導管を設けると共に、該第２の三方バルブと吸着容器の
   測定用ガス排出側との間の導管に第３の三方バルブを設
   け、該第３の三方バルブに脱着用ガス流量制御部を具備
   する脱着用ガスの供給導管を接続してなる請求項２記載
   の固体吸着剤の吸着性能測定装置。