JPH05192146A

JPH05192146A - 活性炭及びその製造方法

Info

Publication number: JPH05192146A
Application number: JP4300826A
Authority: JP
Inventors: Keizo Kajioka; 慶三梶岡; Takao Tamura; 貴生田村
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1991-11-11
Filing date: 1992-11-11
Publication date: 1993-08-03

Abstract

(57)【要約】【目的】微生物が付着しやすい活性炭とその製造方法
を提供する。【構成】表面にゲル状の微生物固定化剤が分散付着した
活性炭である。この活性炭は、比表面積が殆ど減少せ
ず、且つより多くの微生物を付着できる。例えば、アン
モニア分解能のある微生物を該活性炭に付着させると、
活性炭がアンモニアを吸着するだけではなく、アンモニ
アが微生物により分解されるため、より効果的にアンモ
ニアを除去できる。該活性炭は、活性炭の表面に微生物
固定化剤を噴霧したのち前記微生物固定化剤をゲル化さ
せる架橋剤を付与することによって製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微生物固定化剤を付着
した活性炭及びその製造方法に関する。

【０００２】本明細書において、“％”とあるのは、
“重量％”を意味するものとする。

【０００３】

【従来技術とその課題】活性炭に微生物を固定化するこ
とによって、被除去物質を吸着除去するとともに微生物
の分解能を利用して被除去物質を分解することが試みら
れている。

【０００４】従来行なわれている微生物固定方法は、
（１）微生物を活性炭に直接付着させて固定化する方
法、（２）活性炭と高分子化合物などの微生物固定化剤
を混合した担体に微生物を強制的或いは自然付着させる
方法、（３）活性炭、高分子化合物および微生物を混合
した複合担体を使用する方法などである。

【０００５】しかしながら、（１）の方法では、より多
くの微生物を付着させることが難しく、（２）および
（３）の方法では、活性炭の細孔に高分子化合物などの
微生物固定化剤が直接浸透してしまうため、活性炭の比
表面積が減少し、吸着性能が低下するという問題点があ
る。

【０００６】活性炭と固定化微生物とを使用して水処理
を行なう場合、活性炭はその吸着量の限度まで被吸着物
質を吸着すると、それ以上吸着しないが、通水初期には
微生物が少ないため、微生物による分解効果はあまり期
待できず、活性炭の吸着効果によって被吸着物質を吸着
除去せざるを得ないので、通水初期には活性炭の一時吸
蔵効果に依存する傾向が大きい。

【０００７】従って、初期処理効果を改善するために
は、活性炭の吸着能をできるだけ低下させることなく微
生物を固定し得るとともに、活性炭の優れた吸着能と微
生物の分解能との相乗効果を長期にわたり持続し得る技
術の開発が要望されている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記のよう
な技術の現状に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、表面にゲ
ル状の微生物固定化剤が分散付着している微生物固定化
能を有する活性炭（第１発明）に微生物を固定化して使
用する場合には、活性炭の比表面積が実質的に減少しな
いので、初期段階では活性炭がその吸着性能を発揮する
ため、上記の問題を解決できることを見出した。

【０００９】微生物固定化剤の分散付着の程度は特に限
定されるものではないが、好ましい割合を示せば、微生
物固定化剤が電子顕微鏡観察で判別できる活性炭表面を
覆う割合として３〜９５％程度、より好ましくは５〜５
０％程度である。付着量が少ないと、固定化機能が十分
に発揮されないのに対し、多すぎると活性炭の吸着機能
が低下する。

【００１０】第１発明の活性炭は、例えば次の様な方法
で製造できる。

【００１１】（１）活性炭の表面に微生物固定化剤を噴
霧した後、前記微生物固定化剤をゲル化させる架橋剤を
付与するか、または架橋剤を付与した後、前記架橋剤に
よってゲル化させる微生物固定化剤を噴霧することを特
徴とする活性炭の表面にゲル状の微生物固定化剤が分散
付着した微生物固定化能を有する活性炭の製造方法（第
２発明）。

【００１２】（２）活性炭の表面に微生物固定化剤と前
記微生物固定化剤をゲル化させる架橋剤とを噴霧するこ
とを特徴とする活性炭の表面にゲル状の微生物固定化剤
が分散付着した微生物固定化能を有する活性炭の製造方
法（第３発明）。

【００１３】（３）活性炭の表面に微生物固定化剤と前
記微生物固定化剤をゲル化させる架橋剤との混合液を噴
霧することを特徴とする活性炭の表面にゲル状の微生物
固定化剤が分散付着した微生物固定化能を有する活性炭
の製造方法（第４発明）。

【００１４】（４）活性炭の表面に微生物固定化剤を噴
霧した後光照射して前記微生物固定化剤をゲル化させる
ことを特徴とする活性炭の表面にゲル状の微生物固定化
剤が分散付着した微生物固定化能を有する活性炭の製造
方法（第５発明）。

【００１５】活性炭としては、粒状活性炭、繊維状活性
炭および両者の混合物のいずれをも使用できる。また、
活性炭の形態としては、繊維状活性炭と補強材としての
炭素繊維とを組合わせて製造したフェルト状物、シート
状物などが特に好適である。本発明においては、ゲル状
物（高分子化合物）により活性炭素を完全に覆うのでは
なく、ゲル状物による被覆部分と活性炭素が露出したま
まの部分とが共存するような状態に保つことが重要であ
る。

【００１６】水素結合、イオン結合、共有結合により架
橋された高分子化合物がゲル状の微生物固定化剤として
使用できる。具体的には、ゲル状の微生物固定化剤とし
て通常の微生物および酵素の固定化に使用されているも
のが使用でき、より具体的には、下記の様なものが例示
される；…光架橋性樹脂プレポリマー、高分子電解質複
合体（ポリ塩化ジアリルジメチルアンモニウム−ポリビ
ニルアルコール硫酸カリウムなど）、ウレタンプレポリ
マー、アルギン酸塩、カラギーナン、寒天、ローカスト
ビーンガム、アラビアガム、カラヤガム、ナフカクリス
タルガム、トラガントガム、コンニャク、ゼラチン、カ
ゼイン、コラーゲン、ペクチン、キトサン、カルボキシ
メチルセルロース、セルロースアセテート、ヒアルロン
酸、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコール−硼
酸ゲル、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコー
ル、ポリアクリル酸ナトリウム、アルファ化でん粉、ヒ
ドロキシアルキルでん粉、カチオン化でん粉など。

【００１７】微生物は、ゲル状の生物固定化剤を付着さ
せた後付着させても良いし、ゲル状微生物固定化剤の生
成原材料中に微生物を混入しておくことによって、活性
炭表面に付着させてもよい。

【００１８】付着させる微生物としては、ＮＨ₄−Ｎを
ＮＯ₂−Ｎ又はＮＯ₂−ＮをＮＯ₃−Ｎに転化させる硝
化菌、有機塩素系化合物或いは有機リン系化合物などの
農薬分解菌（例えば、フォトバクテリウム・フォスフォ
レウム菌など）、ＮＯ₂−Ｎ或いはＮＯ₃−ＮをＮ₂或
いはＮ₂Ｏにする脱窒菌、アンモニア、ＢＯＤ、ＣＯＤ
などを分解する活性汚泥などの公知の有用な微生物が利
用できる。活性炭に対し担持したい微生物の量は、やは
り活性炭に対する微生物固定化剤の付与量により、調整
できる。

【００１９】被分解物質を分解する能力がある酵素を微
生物と併用すると、分解能力がより大きい活性炭が得ら
れる。

【００２０】

【発明の効果】本発明の活性炭は、活性炭表面に点在す
るゲル状の生物固定化剤を分散付着している、すなわち
ウエットな状態のゲル状物を使用するため、下記の効果
を発揮する。

【００２１】（１）ゲル状の微生物固定化剤に微生物を
付着させるため、微生物を長期間活性を維持したまま固
定できる。

【００２２】（２）活性炭に微生物を直接付着する場合
と比較して、より多くの微生物を付着できる。

【００２３】（３）ゲル状物で活性炭の表面を全面的に
被覆すると、ゲル状物が活性炭の表面の細孔をふさぐた
め、活性炭の比表面積が減少し、活性炭の吸着能力が低
下する。これに対し、第２〜第５発明では、ゲル状物を
生成し得る物質を活性炭の表面に噴霧することにより、
活性炭の表面に多数の点在したゲル状物を生成させるた
め、活性炭の比表面積は実質的に殆ど減少せず、従っ
て、活性炭の吸着能力は殆ど低下しない。

【００２４】（４）非ゲル状物で活性炭の表面を全面的
に被覆すると、活性炭が繊維状である場合には、硬くな
り、自由度が減少して加工性が悪くなる。これに対し、
本発明ではゲル状物の微生物固定化剤を使用し、更にそ
れが活性炭の表面に点在しているため、繊維の自由度が
失われず、加工性および取扱性が良好である。

【００２５】（５）本発明の活性炭は、初期においては
主として活性炭が被吸着物質を吸着し、その後は活性炭
担体に付着した微生物による二次分解が加わるので、優
れた生物分解効果を長期にわたり維持でき、理想的な処
理ができる。

【００２６】即ち、本発明の活性炭は、吸着効果と生物
分解効果との相乗的作用により、長期にわたり優れた生
物学的分解能を維持できる。

【００２７】従って、本発明の活性炭は、各種発酵産業
におけるバイオリアクター、バイオセンサー；気体およ
び液体処理（廃水処理、排気処理、脱臭処理など）にお
ける処理材等として有用である。

【００２８】

【実施例】以下に実施例および比較例を示し、本発明の
特徴とするところをより一層明確にする。

【００２９】実施例１繊維状活性炭（“Ａ−１５”、大阪ガス（株）製；繊維
径約１５μｍ、比表面積１５００ｍ²／ｇ）８０％およ
び炭素繊維（（株）ドナック製）２０％からなるフェル
ト体０．２ｇにポリビニルアルコール（以下ＰＶＡとい
う；重合度１７００）の１０％溶液を噴霧した後、飽和
硼酸溶液に２４時間浸漬することによりＰＶＡをゲル化
し、乾燥し、水洗し、再度乾燥することによって、フェ
ルトに対し１０〜５０％のＰＶＡ−硼酸のゲル状物をフ
ェルトを構成する繊維の表面に分散付着させたフェルト
状活性炭を得た。

【００３０】使用した未処理のフェルト体並びに上記で
得られた処理されたフェルト体及びに生成物について、
ＪＩＳＫ１４７４に規定するヨウ素吸着能試験方法
に準拠してヨウ素吸着能を測定した。

【００３１】結果を第１表に示す。

【００３２】第１表ゲル状物質ゲル状物を付着した繊維微生物付着量の付着量状活性炭のヨウ素吸着能（ｃｅｌｌｓ／ｍｌ）／ゲル状物を付着する前の繊維状活性炭のヨウ素吸着能０ｗｔ％１．０ｍｇ／ｇ０．８０４×１０⁶ １０１．０測定せず２０１．０測定せず３０１．０測定せず４００．９測定せず５００．８測定せず１４００．７５１．６１０×１０⁶ ４０００．５９．８７０×１０⁸ 硝化菌であるニトロソモナス・ユーロピアの培養液に、
上記で得たゲル状物を付着させた繊維状活性炭０．１ｇ
を入れ、室温で７２時間浸漬することにより、繊維状活
性炭に前記硝化菌を付着させた。その後、その培養液を
含浸した繊維状活性炭を０．８μｍのメンブレンフィル
ターで吸引濾過することにより、培養液を除去して硝化
菌の付着した繊維状活性炭を得た。

【００３３】一方、蒸留水を０．２μｍのメンブレンフ
ィルターで吸引濾過して得られた室温の濾液（濾過滅菌
水）を作り、この液１０ｍｌ（ミリリットル、以下同
じ）の中に前記硝化菌の付着した繊維状活性炭を入れ、
室温で超音波発生器（トミー精工（株）製、ＵＤ−２０
０）を用いて、出力表示位置５で１分間超音波抽出し、
繊維状活性炭に付着した硝化菌を無菌水側に移行させ
た。得られた抽出液を日本水道協会規格の上水試験法の
微生物試験全菌数測定法に準拠して、１ｍｌ当たりの硝
化菌数を蛍光染色法で測定した。得られた結果を第１表
に示す。

【００３４】比較例１実施例１で使用したフェルト体０．２ｇをＰＶＡの１０
％溶液に約１０秒間浸漬し、乾燥した後、飽和硼酸溶液
に２４時間浸漬し、乾燥し、水洗し、再度乾燥すること
により、総量１．２３ｇのＰＶＡ−硼酸のゲル状物がフ
ェルトを構成する繊維のほぼ全表面に付着したフェルト
状活性炭を得た。実施例１と同様にしてヨウ素吸着能を
測定したところ、８００ｍｇ／ｇであり、大きく減少し
ていた。さらに得られた繊維状活性炭は、堅く、自由度
が小さかった。

【００３５】比較例２フェルト体を使用することなく、ＰＶＡの１０％溶液と
飽和ほう酸溶液とを反応させて、ＰＶＡ−ほう酸のゲル
状体を得た後、得られたＰＶＡ−ほう酸のゲル状体自体
の吸着性能を調べるために、実施例１と同様にしてヨウ
素吸着能を測定したところ、０ｍｇ／ｇであった。

【００３６】実施例２〜３繊維状活性炭（”Ａ−１５”、大阪ガス（株）製；繊維
径約１５μｍ、比表面積１５００ｍ2 ／ｇ）８０％およ
び炭素繊維（（株）ドナック製）２０％からなるフェル
ト０．２ｇに、約４５０ｎｍまでの波長の光に感じて不
溶化する光架橋性樹脂プレポリマー（商標“ＳＰＰ−
Ｈ”または“ＳＰＰ−Ｌ”、千葉東洋合成工業（株）
製）を噴霧し８００ルクスの蛍光灯下で３時間架橋反応
させることによって、前記フェルトを構成する繊維表面
に水溶性の高分子である光架橋性樹脂（“ＳＰＰ−Ｈ”
を使用する実施例２の場合、０．０２ｇ：“ＳＰＰ−
Ｌ”を使用する実施例３の場合、０．０５ｇ）を分散付
着させたフェルト状活性炭を得た。

【００３７】実施例１と同様にしてヨウ素吸着能を測定
すると、第２表（実施例２）および第３表（実施例３）
に示す通りであった。

【００３８】第２表ゲル状物質ヨウ素吸着能の付着量０ｗｔ％１０１０ｍｇ／ｇ１０９３０２０８２０３０７５０４０６８０５０６７０第３表ゲル状物質ヨウ素吸着能の付着量０ｗｔ％１０１０ｍｇ／ｇ３０９７０比較例３〜４フェルト体を使用することなく、実施例２〜３と同様に
してゲル状の光架橋性樹脂（“ＳＰＰ−Ｈ”を使用する
比較例３の場合、０．０２ｇ：“ＳＰＰ−Ｌ”を使用す
る比較例４の場合、０．０５ｇ）を得た後、得られたゲ
ル状体自体の吸着性能を調べるために、実施例１と同様
にしてヨウ素吸着能を測定したところ、それぞれ３１３
ｍｇ／ｇおよび２２０ｍｇ／ｇであった。。

【００３９】実施例４実施例１で使用したフェルト体０．２ｇにポリ塩化ジア
リルジメチルアンモニウム（以下ＰＤＤＡという）の４
％溶液を噴霧し、ポリビニルアルコール硫酸カリウム
（以下ＫＰＶＳという）の４％溶液に１０分間浸漬し、
水洗し、乾燥して、フェルトに対して１０〜４０％のＰ
ＤＤＡ−ＫＰＶＳのゲル状物（高分子電解質複合体）が
フェルトを構成する繊維の表面に分散付着したフェルト
状活性炭を得た。

【００４０】実施例１と同様にしてヨウ素吸着能を測定
すると、第４表の通りであった。

【００４１】実施例１と同様の方法でゲル状物が付着し
た繊維状活性炭に対する硝化菌であるニトロソモナス・
ユーロピアの付着量を測定した結果を表４に併せて示
す。

【００４２】第４表ゲル状物質ヨウ素吸着能微生物付着量の付着量（ｃｅｌｌｓ／ｍｌ）０ｗｔ％９８０ｍｇ／ｇ０．８０４×１０⁶ １０１１００３．４８３×１０⁷ ２０１１７０測定せず３０１２１０測定せず４０１１６０測定せず１２０９８０３．３５０×１０⁸ 比較例５フェルト体を使用することなく、実施例４と同様にして
ＰＤＤＡ−ＫＰＶＳのゲル状体（高分子電解質複合体）
を得た後、得られたゲル状体自体の吸着性能を調べるた
めに、実施例１と同様にしてヨウ素吸着能を測定したと
ころ、３３０ｍｇ／ｇであった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面にゲル状の微生物固定化剤が分散付着
した活性炭。
【請求項２】活性炭の表面に微生物固定化剤を噴霧した
後前記微生物固定化剤をゲル化させるための架橋剤を付
与するか、或いは架橋剤を付与した後前記架橋剤により
ゲル化される微生物固定化剤を噴霧することを特徴とす
る活性炭の表面にゲル状の微生物固定化剤が分散付着し
た活性炭の製造方法。
【請求項３】活性炭の表面に微生物固定化剤と前記微生
物固定化剤をゲル化させる架橋剤を噴霧することを特徴
とする活性炭の表面にゲル状の微生物固定化剤が分散付
着した活性炭の製造方法。
【請求項４】活性炭の表面に微生物固定化剤と前記微生
物固定化剤をゲル化させる架橋剤との混合液を噴霧する
ことを特徴とする活性炭の表面にゲル状の微生物固定化
剤が分散付着した活性炭の製造方法。
【請求項５】活性炭の表面に微生物固定化剤を噴霧した
後光照射して前記微生物固定化剤をゲル化させることを
特徴とする活性炭の表面にゲル状の微生物固定化剤が分
散付着した活性炭の製造方法。