JPH03206126A - 球状繊維塊活性炭の製造方法 - 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、吸着脱離能力および広い表面積を活かして、
幅ひろい産業分野で利用されている活性炭に関する。さ
らに、詳しくは、公害防止および環境浄化、食品工業、
石油工業等に用いられ高度処理に不可欠な高機能性活性
炭素繊維に関する。

（従来の技術〉 活性炭は、無数の微細孔を有し、単位重量当りの外表面
積が大きく、気相、液相中で種々の分子を吸着保持し、
また脱離させることができる。従って、従来より活性炭
はこの吸着能力を活かして種々の分子の分離剤、除去剤
、吸着剤、回収剤、触媒、触媒担体等として用いられて
いる。

活性炭は、その形態から、一般に粒径が１４９μｍ以下
の粉末活性炭と、粒径がｌｍｍ〜３ｍｍ程度の粒状活性
炭と、無定形の活性炭素繊維とに大別される。

粉末活性炭は、粒状活性炭に比べて、単位重量当りの外
表面積が大きく、吸着速度が速いという利点があるが、
粒径が１４９μｍ以下と小さいために、飛び易く、概し
て取り扱いが困難で、粉塵爆発の危険性もある。また、
固定層で使用するとき通気抵抗が大きいことから、気相
中での使用は困難であり、処理液と適当量の活性炭とを
混合した後に濾過する接触回分法で利用され、液層中で
の種々の分子の分離剤、除去剤、吸着剤、分解剤、回収
剤、触媒担体としてしか用いられないという欠点を有し
ている。従って、仮に、気相中で、有害物質の種々の分
子の吸着効果を得ようとすれば、処理量の減少、いわゆ
る吸着効率の低下を招くことになる。

粒状活性炭は、粉末活性炭に比べて取り扱い易く、飛散
し難く、粉塵爆発の危険性もなく、また固定層で使用す
るときは通気抵抗が小さいことから、気相中でも液相中
でも利用でき、また再生使用ができるという利点を有す
るが、その一方で、粉砕、粉化され易く、単位重量当り
の外表面積が小さく、吸着速度、脱着速度が遅いという
欠点を有する。従って、仮に、精製しようとするガスま
たは液を粒状活性炭層に流し、低濃度の有害物質の種々
の分子を充分に吸着除去しようとすれば、大容量の粒状
活性炭層を必要とし、処理量の減少、いわゆる吸着効率
の低下を招く結果となる。

活性炭素繊維は、一般に、炭素繊維をガス賦活または薬
品賦活することで製造される繊維状の活性炭で、繊維一
本一本の単位重量当りの外表面積が大きく、吸着脱着速
度が速いという利点がある。

活性炭素繊維の製造方法は、ポリアクリロニトリル系繊
維を原料とするもの、フェノール樹脂繊維を原料とする
もの、セルロース系繊維を原料とするもの、およびピッ
チ系繊維を原料とするものなどがある。

従来よりピッチ系活性炭素繊維は、特開昭６１−１３２
６２９号公報、特開昭６２−２７３１５号公報などに見
られるように、光学的に等方性のピッチ繊維、種類を原
料として紡糸、不融化、炭化賦活化処理することにより
製造されている。

また、ポリアクリロニトリル系炭素繊維では、特公昭６
３−５３２９４号公報などにみられるように、ポリアク
リロニトリル繊維、一種類を原料として製造されている
。

（発明が解決しようとする課題〉 従来より、ピッチ系活性炭素繊維は、特開昭６１１３２
６２９号公報などの不織布の製造方法に見られるように
、嵩密度が低い状態で賦活化処理され、製造されており
、さらには、製品の形態も、フエルト、マット、ペーパ
ーと、嵩密度の低いものばかりであった。また、ポリア
クリロニトリル系活性炭素繊維（特開昭６３−５３２９
４号公報等）でも、セルロース系活性炭素繊維（特開昭
５１−１９８１８号公報等）のシート状集合体の賦活化
においても、嵩密度の低い状態で賦活化するため、賦活
化処理炉の容積がどうしても大きくなり、生産性が悪か
った。

このようにして製造された活性炭素繊維は、繊維である
ため、繊維集合体としては強度が弱く、作業性が悪く、
取り扱い難く、飛散し易く、形状維持特性が悪く、空隙
率が高く、充填密度が低いという欠点のために、空隙率
、充填密度の再現性が悪いという問題がある。従って、
仮に、精製しようとするガスまたは液を活性炭素繊維充
填層に流し、低濃度の有害物質の種々の分子を吸着除去
しようとすれば、大容積の活性炭素繊維充填層を必要と
し、経済的でなく、処理量の減少、いわゆる吸着効率の
低下を招く結果となる。また、精製しようとするガスま
たは液を、活性炭素繊維を綿状にした充填層に流し有害
物質の種々の分子の吸着除去を行おうとすると、綿状に
した繊維体は形状維持特性が悪く、ばらけ飛散し、摩耗
、破砕ロス、形状変化を引き起こし、同じく吸着除去率
の低下、処理量の減少、いわゆる吸着効率の低下を招く
ことになる。更に、仮に、形状維持特性を改善する目的
で、織物、不織布（フェルト、マット、ペーパー）状の
活性炭素繊維を製造するには、嵩密度が低いため、製造
装置が大きくなり、製造コストが高くなるという問題が
ある。

そこで、本発明の目的は、従来活性炭、すなわち粉末活
性炭、粒状活性炭、および活性炭素繊維の欠点を解消し
、吸着能力が高く、吸脱着速度が速く、ハンドリング性
が良好で、形状維持特性が良く、かつ再生使用が容易な
高機能の球状繊維塊活性炭の製造方法を提供することに
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果
、クールピッチを原料として、紡糸した後に、このピッ
チ繊維を不融化し、得られた不融化繊維を球状として、
球状不融化繊維塊を得、さらに賦活化することにより、
高機能性の球状繊維塊活性炭が得られることを見出し、
本発明を完或するに至った。

すなわち、本発明は、複数本の繊維状の活性炭素繊維が
互いに密接に絡みあい、あるいは一部が接着もしくは融
着してなる高機能性の球状繊維塊活性炭の製造方法に関
するものである。

本発明においては、球状化処理の前もしくは後に接着剤
処理を施して、得られる球状繊維塊活性炭の形状維持特
性を高めることができる。

上記ピッチ繊維の繊維径は、好ましくは４μｍ〜６０μ
ｍ１更に好ましくは６μｍ〜４０μｍである。

また、本発明に係る球状繊維塊活性炭の見かけ密度は０
．０１ｇ／ｃｆｆｌ以上、好ましくは０．０３ｇ／ｃ［
［ｌ以上、更に好ましくは０．０５ｇ／ｃｒｌ以上であ
る。

以下、本発明の球状繊維塊活性炭の製造方法を詳細に説
明する。

本発明に用いる原料は、クールピッチが好ましい。これ
は、従来製造されているポリアクリロニトリル系、フェ
ノール樹脂系、セルロース系に比べて、ピッチを原料と
したほうが、原料が安価であり、かつ賦活化収率が高い
からである。また、ここで用いるピッチは、後工程の紡
糸、不融化、賦活化に適したものとなるように重質化さ
れた高軟化点のものが適しており、特に２００℃以上の
軟化点のものが好ましい。このようなピンチとしては、
例えば、特公昭６１−００２７１２号公報などに提案さ
れている、精製、溶剤抽出、蒸留、熱処理などを施して
調製されたもので、実質的に光学的等方性ピッチ、いわ
ゆるブリカーサピッチが適している。

次に、ピッチの紡糸は、公知の方法により行なうことが
でき、例えば溶融押出紡糸、遠心紡糸等の方法を採用す
ることができる。

不融化処理は、得られたピッチ繊維を高温で賦活化する
際に形状を維持できるようにするために、酸化性の雰囲
気下で１５０〜３５０℃程度の温度で処理する。この不
融化処理は、酸化性ガス、例えば空気、酸素、二酸化窒
素などの混合ガス雰囲気中で加熱処理することにより行
なうことができるが、薬品による処理でもよい。

次に、ピッチ繊維を球状化するが、この方法としては、
例えば内部に旋回気流を生じさせた円筒容器中に炭素繊
維の短繊維集合体を混入し、気流とともに旋回させる方
法が提案されており（特開昭６２−１１４６３６号公報
）、この方法を利用することができる。

球状化処理に適用することのできる接着剤処理の接着剤
としては、ポリビニルアルコール水溶液、デンプン水溶
液、フェノール樹脂アルコール溶液等を使用することが
できる。しかし、接着剤を使用しなくても多少形状維持
特性が劣る程度で、球状にすることは可能である。

球状不融化繊維塊の賦活化処理は、球状繊維塊を水蒸気
、二酸化炭素、酸素またはこれらを少なくとも一種類以
上含む混合ガスで、通常の方法で賦活化することができ
る。あるいは、薬品による賦活化処理を採用することも
できる。

通常、ガス賦活法では、活性炭素繊維の特性は、賦活化
処理の温度、時間等により制御することができる。ガス
賦活する場合の好ましい賦活化条件としては、賦活化温
度が７００〜１０００℃で、賦活化時間が０〜４８０分
であるが、要求される特性にあわせて条件を選択する必
要がある。

また、賦活化装置としては、回分式、あるいは本発明で
は繊維が球状塊となっているためにハンドリング性がよ
く、連続式の賦活化炉も採用することができる。

本方法によれば、繊維同士の過度の融着もなく、また不
活性雰囲気下での炭化工程を経ることがないため、短時
間の賦活処理で球状繊維塊活性炭を製造することができ
る。

以上のようにして、得られた球状繊維塊活性炭は、単位
重量当たりの外表面積が大きく、吸着脱着速度が速く、
充填層の圧力損失が少なく、しかも球状であることから
作業性、ハンドリング性に優れ、あらゆる形状に充填す
ることが可能で、かつ緻密な充填をすることができる。

また、形状維持特性が良く、粉化ロスが少なく、再生使
用が容易である。さらに、高機能性を活かして、液相、
気相を問わず、環境浄化に使用することができる。

（実施例） 次に本発明を実施例により説明する。

実施例１ 夕一ルピノチを原料とし、ベンゼン不溶分を５６重量％
含む全面光学的等方性ピッチ（プリヵーサピノチ）を溶
融紡糸し、ピッチ繊維を得た。得られたピッチ繊維は、
繊維径２０μｍであった。これを５℃／　ｍ　ｉ　ｎの
速度で昇温し、３１０℃、空気流通下で、不融化処理し
た。

得られた不融化繊維を３ｒｒＩＩ［ｌの長さに切断し、
チョンプ状にした後、これを、円筒容器に挿入し、旋回
気流を生じさせながら旋回させたところ、球状の不融化
繊維を得ることができた。次いで、この球状不融化ビノ
チ繊維塊を回分式の炉を用いて、３３％の水蒸気を含む
窒素ガスを流通させながら昇温し、９００℃で１時間保
持することにより、賦活化処理を行った。

得られた球状繊維塊活性炭の収率は、ピンチ繊維の重量
に対して１９％であり、比表面積（マイクロメリティク
ス社製、アサップ２０００を用いて、測定し、ラングミ
ュア法にて解析）は２５００ｍ’／ｇ、平均細孔直径は
１．９ｎｍであった。

かかる球状繊維塊活性炭を充填した吸着力ラムにトルエ
ン蒸気を通し、吸着処理し、更に窒素ガスにて脱着処理
した。吸着カラムは、内径３０ｍｍのテフロン管に、当
該球状繊維塊活性炭５ｇを充填したものを用いた。

トルエン蒸気の吸脱着を１００回繰り返すと、形状変化
のため、嵩高さが２％減少した。

実施例２ 実施例１で得られたと同じ球状不融化繊維にポリビニル
アルコールｌ重量％水溶液を付着させた後、乾燥した。

得られた球状繊維塊を実施例ｌで使用したと同じ賦活化
炉を用いて、３３％の水蒸気を含む窒素ガスを流通させ
ながら昇温し、９００℃で１時間保持することにより、
賦活化処理を行った。

得られた球状繊維塊活性炭の収率は、ピッチ繊維重量に
対して２０％であり、比表面積（マイクロメリティクス
社製、アサップ２０００を用いて、測定し、ラングミュ
ア法にて解析）は２４５０ｍ’／ｇ，平均細孔直径は１
．３ｎｍであった。

かかる球状繊維塊活性炭を充填した吸着カラムにトルエ
ン蒸気を通し、吸着処理し、更に窒素ガスにて脱着処理
した。吸着カラムは、内径３０ｍｍのテフロン管に、当
該球状繊維塊活性炭５ｇを充填したものを用いた。

トルエン蒸気の吸脱着を１００回繰り返すと、形状変化
のため、嵩高さが１％減少した。

実施例３ 実施例１で得られたと同じ不融化繊維を３１１１［［１
の長さに切断し、チョンプ状にした後、これを、円筒容
器に挿入し、ポリビニルアルコール１重量％水溶液を噴
霧し、旋回気流を生じさせながら旋回させたところ、球
状の不融化繊維塊を得ることができた。次いで、この球
状不融化ピンチ繊維塊を回分式の炉を用いて、３３％の
水蒸気を含む窒素ガスを流通させながら昇温し、９００
℃で■時間保持することにより、賦活化処理を行った。

得られた球状繊維塊活性炭の収率は、ピッチ繊維重量に
対して２０％であり、比表面積（マイクロメリティクス
社製、アサップ２０００を用いて、測定し、ラングミュ
ア法にて解析）は２４４０ｍ’／ｇ，平均細孔直径はｌ
，ｇｎｍであった。

かかる球状繊維塊活性炭を充填した吸着力ラムにトルエ
ン蒸気を通し、吸着処理し、更に窒素ガスにて脱着処理
した。吸着カラムは、内径３０ｍｍのテフロン管に、当
該球状繊維塊活性炭５ｇを充填したものを用いた。

トルエン蒸気の吸脱着を１００回繰り返すと、形状変化
のため、嵩高さが１％減少した。

比較例 実施例１で使用したと同じ不融化繊維を球状化せずに、
実施例ｌで使用したと同じ賦活化炉を用いて、３３％の
水蒸気を含む窒素ガスを流通させながら昇温し、９００
℃で１時間保持することにより、賦活化処理を行った。

得られた活性炭素繊維の収率は、ピッチ繊維重量に対し
て１８％であり、比表面積（マイクロメリティクス社製
、アサップ２０００を用いて、測定し、ラングミュア法
にて解析）は２５３０ｍ’／ｇ、平均細孔直径は１．９
ｎｍであった。

かかる活性炭素繊維を充填した吸着カラムにトルエン蒸
気を通し、吸着処理し、更に窒素ガスにて脱着処理した
。吸着カラムは、内径３０ｍｍのテフロン管に、当該活
性炭素繊維５ｇを充填したものを用いた。

トルエン蒸気の吸脱着を１００回繰り返すと、嵩高さが
１１％減少した。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明の方法により、クール
ピッチを原料として球状の繊維塊活性炭を効率良く製造
することができた。

しかも、この球状繊維塊活性炭は、従来の活性炭、すな
わち粒状活性炭、粉末状活性炭、活性炭素繊維に比べて
吸着能力が高く、吸脱着速度が速く、ハンドリング性お
よび形状維持特性が良く、しかも再生使用が容易で、機
能性の改良がなされている。

従って、かかる球状繊維塊活性炭は、高吸着能力および
広い表面積を活かして幅広い産業分野で利用されている
活性炭として、極めて優れた特性を有し、公害防止およ
び環境浄化の他に、食品工業、石油産業など幅広い分野
で用いることができ、高度処理技術に不可欠なものとし
て、産業上極めて有用である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タールピッチを原料として紡糸用ピッチを調製し、
   この紡糸用ピッチを溶融紡糸した後、酸化性雰囲気で不
   融化し、次に、この不融化繊維同士を絡み合わせる球状
   化処理を行い、しかる後に賦活化処理することを特徴と
   する球状繊維塊活性炭の製造方法。 ２、球状化処理の後、繊維同士を接着させるための接着
   剤処理を施す請求項１記載の製造方法。 ３、球状化処理の前に、繊維同士を接着させるための接
   着剤処理を施す請求項１記載の製造方法。