JPH06343861A - 活性化変性組織化された炭素繊維又は炭素粒子及びそれらの製造方法 - Google Patents

活性化変性組織化された炭素繊維又は炭素粒子及びそれらの製造方法

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JPH06343861A
JPH06343861A JP5156160A JP15616093A JPH06343861A JP H06343861 A JPH06343861 A JP H06343861A JP 5156160 A JP5156160 A JP 5156160A JP 15616093 A JP15616093 A JP 15616093A JP H06343861 A JPH06343861 A JP H06343861A
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JP
Japan
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carbon
carbon fiber
particles
activated
carbon fibers
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JP5156160A
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Hideo Yoshikawa
英夫 吉川
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ASIA WAASU KK
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ASIA WAASU KK
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  • Treating Waste Gases (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 単位重量当たりの平均表面積が200〜20
00m2 /gである活性化炭素繊維又は炭素粒子、及び
炭素繊維又は炭素粒子に高温水蒸気、一酸化窒素ガス又
は硝酸溶液を作用させる活性化炭素繊維又は炭素粒子の
製造方法に関する。炭素繊維等は排気中の窒素酸化物
(主にNO)と接触し、N2 、CO2 、COに変化させ
る。 【効果】 表面積が非常に大きいので、より効率よく排
気中の窒素酸化物と接触できる。よって、脱硝率が向上
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、脱硝用処理剤として利
用することができる活性化変性組織化された炭素繊維又
は炭素粒子及びそれらの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ボイラー、加熱炉などの固定発生
源や、自動車、船舶、航空機などの移動発生源から放出
される排気中の窒素酸化物(NOx )濃度を低化させる
こと(脱硝)が強く求められている。従来の脱硝方法と
しては種々の方法が実用化されており、その代表的なも
のとしてはアンモニア接触還元法が知られている。しか
し、このアンモニア接触還元法を移動発生源に適用する
場合は、アンモニア貯蔵装置及び余剰アンモニア回収装
置が必要となり、更に高価な貴金属触媒を使用せざるを
得ず、これらがコスト高を招く原因となっている。ま
た、この貴金属触媒はわずかな不純物(特に、すす)を
含む排気で被毒され、脱硝能が低下するという問題もあ
る。
【0003】このような従来法の問題点を改良するもの
として、炭素繊維を用いて脱硝する方法が知られている
(日本機械学会第69期全国大会講演会講演論文集、4
50−452P「1508新素材による脱硝装置の研
究」参照)。この方法は、脱硝率やコストの点などにお
いて非常に優れたものである。
【0004】
【発明が解決しょうとする課題】上記のとおり、従来の
アンモニア接触還元法の場合には、コスト面などで問題
がある。また、炭素繊維を用いた方法の場合には、より
一層の脱硝率の向上等が求められている。
【0005】そこで本発明は、かかる問題を解消するた
め、低コストでかつ非常に脱硝率の高い脱硝剤として適
用できる、活性化変性組織化された炭素繊維又は炭素粒
子及びそれらの製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
【0007】本発明者は研究の結果、公知の炭素繊維又
は炭素粒子をより一層多孔質化して表面積を増大させ
(即ち、活性化変性組織化させ)、窒素酸化物との接触
面積をより増大させること、及び排気中に含まれる酸素
に対する感受性を低下させることにより、上記目的を達
成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】本発明は、単位重量当たりの平均表面積が
200〜2000m2 /gであることを特徴とする活性
化変性組織化された炭素繊維又は炭素粒子に関する。ま
た、本発明は、前記活性化変性組織化された炭素繊維又
は炭素粒子を得るための、炭素繊維又は炭素粒子を高温
水蒸気と接触させる方法、炭素繊維又は炭素粒子を一酸
化窒素ガスと接触させる方法、及び炭素繊維又は炭素粒
子を硝酸溶液と接触させる方法に関する。
【0009】本発明の活性化変性組織化された炭素繊維
又は炭素粒子(以下、「活性化炭素繊維又は炭素粒子」
という)は、従来の炭素繊維又は炭素粒子(表面積約
0.2m2 )が多孔質化され、非常に大きな表面積を有
するに至ったものである。即ち、この活性化炭素繊維又
は炭素粒子は、その単位重量当たりの平均表面積が20
0〜2000m2 /gの範囲内のものである。なお、本
発明における平均表面積とは、クリプトンガス又はアル
ゴンガスによる気体吸着法により測定した値である。
【0010】本発明の活性化炭素繊維又は炭素粒子は、
それぞれ単独で或は両方を組み合わせて脱硝剤として用
いることができるが、必要に応じて、三酸化二鉄、五酸
化バナジウム、貴金属触媒(白金、パラジウム)など公
知の各種脱硝用触媒などと組み合わせて用いることもで
きる。また、脱硝剤として用いる場合には、排気流によ
る飛散防止と形状保持のため、金網やパンチドメタル中
に被包して用いることが好ましい。
【0011】本発明の活性化炭素繊維又は炭素粒子は、
公知の炭素繊維若しくは炭素粒子を、高温水蒸気、一酸
化窒素ガス又は硝酸溶液と接触させることにより得るこ
とができる。
【0012】本発明で用いる炭素繊維としては、公知の
もの、例えばセルロース、ポリアクリロニトリル、リグ
ニン、レジナスピッチを原料として得られるものを用い
ることができる。この炭素繊維としては、繊維径が0.
5〜15μmのものが好ましい。
【0013】本発明で用いる炭素粒子としては、公知の
もの、例えば、メソカーボンマイクロビーズ、活性炭、
活性コークス、炭素繊維ミルドファイバーなどを原料と
するものを用いることができる。この炭素粒子として
は、粒子径が0.01〜2mmのものが好ましく、その
粒子形状は特に制限されない。
【0014】これらの炭素繊維若しくは炭素粒子と、高
温水蒸気、一酸化窒素ガス又は硝酸溶液との接触方法は
特に制限されるものではなく、また、これらの方法は必
要に応じて適宜組み合わせることもできる。
【0015】高温水蒸気を用いる場合は、適当な容器内
に入れた炭素繊維又は炭素粒子に、例えば約1000℃
の水蒸気を約1〜2時間吹き込む方法を適用することが
できる。
【0016】一酸化窒素ガスを用いる場合は、適当な容
器内に炭素繊維又は炭素粒子と100〜500℃の一酸
化窒素ガスを入れ、7〜12時間保持するか、又は一酸
化窒素ガスを約10m/sec以下の流速で流す方法を
適用することができる。なお、一酸化窒素ガスとして、
一酸化窒素ガスを含む熱機関又は工業炉の燃焼ガスを用
いることもできる。
【0017】硝酸溶液を用いる場合は、適当な容器内に
炭素繊維又は炭素粒子と硝酸溶液(最大濃度で63.1
%のもの)とを入れ、室温から75℃で5分〜2時間撹
拌又は浸漬し、その後、洗浄液のpHが約7になるまで
水洗し、乾燥する方法を適用することができる。
【0018】本発明の活性化炭素繊維又は炭素粒子によ
り窒素酸化物を処理した場合には、次のような作用によ
り脱硝されるものである。脱硝用処理剤に含有される活
性化炭素繊維又は炭素粒子と接触したNOのOは炭素原
子と中間体[C…O]を形成し、活性化炭素繊維又は炭
素粒子に吸着される。そして、NはN2 となり、吸着さ
れた前記中間体は、実用時における高温雰囲気のため、
CO2 及びCOに変えられる。したがって、放出される
排気中にはN2 、CO2 及びCOが主として含まれる。
この一連の作用機構は下記式で表すことができる。
【0019】
【化1】
【0020】(式中、反応(1)における[C…O]は
炭素繊維又は炭素粒子表面の活性基を示し、触媒として
作用する。反応(2)は発熱反応である。反応(2)に
おけるHは流体力学的に除去され、それが反応(3)へ
の移行を減少させ、CO生成量を減少させている)
【0021】
【実施例】
実施例1 石炭ピッチ系の炭素繊維(繊維径約14μm、平均表面
積0.2m2 /g)約6gを通気及び排気装置を備えた
容器内に充填した。次に、通気口から温度約1000℃
の水蒸気を流速200ml/minで約1時間流し続け
た。その後、容器から炭素繊維を取り出し、乾燥して活
性化炭素繊維を得た。この活性化炭素繊維の平均表面積
は1000〜1500m2 /gであった。
【0022】試験例1 実施例1で得た活性化炭素繊維と、実施例1で用いた石
炭ピッチ系の炭素繊維(比較例1)とを用い、それらの
脱硝能力を試験した。試験方法は次のとおりである。ま
ず、直径7mmの両端が開口した二本のガラス管に、そ
れぞれ6gを充填した。いずれの炭素繊維も、その両側
を金網で塞ぎ、それらの飛散防止と形状保持を図った。
次に、ガラス管の一端側から350℃の一酸化窒素ガス
(99.9%)を、200ml/minの流速で15時
間連続して流し、脱硝濃度を測定した。結果を図1に示
す。
【0023】図から明らかなとおり、実施例1の活性化
炭素繊維は、比較例1のものに比べて、試験初期から優
れた脱硝能力を示した。なお、実施例1の活性化炭素繊
維の脱硝能が時間の経過とともに低下しているように見
えるのは、上記した作用機構で説明したとおり、炭素繊
維自体の重量が減少しているためであり、脱硝能力自体
が低下しているものではない。
【0024】実施例2 活性コークス炭素粒子(粒子径約0.1〜1mm、平均
表面積0.2m2 /g)の約6gを密閉容器内に入れ、
350℃の一酸化窒素(99.9%)ガスを流速200
ml/minで12時間流して、活性化炭素粒子を得
た。この活性化炭素粒子の平均表面積は600〜200
0m2 /gであった。
【0025】試験例2 実施例1の活性化炭素粒子と、実施例2で用いた活性コ
ークス炭素粒子(比較例2)を用い、試験例1と同様に
してそれらの脱硝能力を試験した。ただし、一酸化窒素
ガス(99.9%)の温度は300℃で、試験時間は8
時間で行った。結果を図2に示す。
【0026】図から明らかなとおり、実施例2の活性化
炭素粒子は、比較例2のものに比べて、試験初期から優
れた脱硝能力を示し、その脱硝濃度も高かった。また、
図示したN2 、CO2 及びCO濃度の変化からも、実施
例2の活性化炭素粒子の脱硝作用が確認できた。なお、
実施例2の活性化炭素粒子の脱硝能が時間の経過ととも
に低下しているように見えるのは、試験例1で述べたと
おりである。
【0027】実施例3 石炭系ピッチ炭素繊維(繊維径約14μm、平均表面積
0.2m2 /g)の約6gを密閉容器内に入れ、硝酸
(63.01%)中に、室温で約2時間浸漬した。次
に、洗浄液のpHが約7になるまで水洗し、約130℃
で乾燥して、活性化炭素繊維を得た。この活性化炭素繊
維の平均表面積は600〜2000m2 /gであった。
【0028】試験例3 実施例3で得た活性化炭素繊維と、実施例3で用いた石
炭系ピッチ炭素繊維(比較例3)を用い、試験例1と同
様にして試験した。結果を図3に示す。
【0029】図から明らかなとおり、実施例3の活性化
炭素繊維は、比較例3のものに比べて、試験初期から優
れた脱硝能力を示した。また、その脱硝濃度も高く、一
酸化窒素ガスの時間積分(面積%×時間)量も増加して
いた。なお、実施例3の活性化炭素繊維の脱硝能が時間
の経過とともに低下しているように見えるのは、試験例
1で述べたとおりである。
【0030】試験例4 硝酸、硫酸、塩酸及びアンモニアを用い、温度が60℃
のほかは実施例3と同様にして炭素繊維を処理した。こ
れらの各6g及び未処理の炭素繊維6gを用い、試験例
1と同様にして試験した。その結果、それぞれの脱硝率
は、硝酸処理の炭素繊維が17.5%、硫酸処理の炭素
繊維が12.2%、塩酸処理の炭素繊維が1.0%、ア
ンモニア処理の炭素繊維が6.8%及び未処理の炭素繊
維が14.0%であった。なお、脱硝率は、入口部分の
NO濃度と出口部分のNO濃度との差を、入口部分のN
O濃度で除し、百分率で表したものであり、それぞれの
脱硝率は、試験時間中におけるそれぞれの最大値であ
る。
【0031】試験例5 実施例3で得た活性化炭素繊維及び比較例3の炭素繊維
のそれぞれを脱硝容器に装填し、これらを4サイクル水
冷4気筒エンジン(排気量1171ml)の排気管の中
間部位に取りつけて、脱硝率を測定した。結果を図4に
示す。図から明らかなとおり、実施例3の場合は比較例
3に比べて、約2倍もの高い脱硝率を示した。
【0032】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の活性化炭
素繊維又は炭素粒子は、従来のものと比して非常に大き
な表面積を有する。このため、従来の炭素繊維等と同量
の活性化炭素繊維又は炭素粒子を用いた場合であって
も、より大きな面積で排気中の窒素酸化物と接触するこ
とができる。したがって、上記した脱硝作用がより円滑
に行われ、その結果、脱硝率をより高くすることができ
る。更に、本発明の製造方法は簡便であり、既存設備で
十分に対応ができるので、高価な貴金属触媒が不要とな
ることと相まって、製造コスト、運転コストの低下に大
きく寄与できる。本発明の活性化炭素繊維又は炭素粒子
は、各種燃焼機関の脱硝装置用として利用することがで
きるが、とりわけ自動車などの移動式燃焼機関の脱硝装
置用として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】高温水蒸気で処理した活性化炭素繊維及び未処
理の炭素繊維の脱硝能力の経時変化を示した図である。
【図2】一酸化窒素ガスで処理した活性化炭素粒子及び
未処理の炭素粒子の脱硝能力の経時変化を示した図であ
る。
【図3】硝酸溶液で処理した活性化炭素繊維及び未処理
の炭素繊維の脱硝能力の経時変化を示した図である。
【図4】硝酸溶液で処理した活性化炭素繊維及び未処理
の炭素繊維をエンジン用の脱硝装置に組み込んだ場合の
脱硝率を示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年9月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0025
【補正方法】変更
【補正内容】
【0025】試験例2 実施例2の活性化炭素粒子と、実施例2で用いた活性コ
ークス炭素粒子(比較例2)を用い、試験例1と同様に
してそれらの脱硝能力を試験した。ただし、一酸化窒素
ガス(99.9%)の温度は300℃で、試験時間は8
時間で行った。結果を図2に示す。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】
【化1】
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 D01F 9/155 ZAB 7199−3B

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単位重量当たりの平均表面積が200〜
    2000m2 /gであることを特徴とする活性化変性組
    織化された炭素繊維又は炭素粒子。
  2. 【請求項2】 炭素繊維又は炭素粒子を高温水蒸気と接
    触させることを特徴とする活性化変性組織化された炭素
    繊維又は炭素粒子の製造方法。
  3. 【請求項3】 炭素繊維又は炭素粒子を一酸化窒素ガス
    と接触させることを特徴とする活性化変性組織化された
    炭素繊維又は炭素粒子の製造方法。
  4. 【請求項4】 炭素繊維又は炭素粒子を硝酸溶液と接触
    させることを特徴とする活性化変性組織化された炭素繊
    維又は炭素粒子の製造方法。
JP5156160A 1993-04-28 1993-06-02 活性化変性組織化された炭素繊維又は炭素粒子及びそれらの製造方法 Pending JPH06343861A (ja)

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KR1019930019787A KR950000197A (ko) 1993-06-02 1993-09-25 오염공기용 정화장치
US08/146,748 US5492677A (en) 1993-06-02 1993-11-03 Contaminated air purifying apparatus
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DE69311313T DE69311313T2 (de) 1993-04-28 1993-11-29 Denitrierender Schalldämpfer und modifizierte Kohlenstofffasern oder -partikel hierfür

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190142116A (ko) * 2018-06-15 2019-12-26 재단법인 포항산업과학연구원 배기가스 정화용 촉매 및 배기가스 정화 방법

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