JPS6317485B2 - - Google Patents

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JPS6317485B2
JPS6317485B2 JP51016867A JP1686776A JPS6317485B2 JP S6317485 B2 JPS6317485 B2 JP S6317485B2 JP 51016867 A JP51016867 A JP 51016867A JP 1686776 A JP1686776 A JP 1686776A JP S6317485 B2 JPS6317485 B2 JP S6317485B2
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JP
Japan
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item
organic component
carbon
polymer
sulfonates
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Application number
JP51016867A
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English (en)
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JPS5231991A (en
Inventor
Watoson Niirii Jeemuzu
Rii Rotsuku Suchiibun
Josefu Kooruman Kaaru
Kuunin Robaato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm and Haas Co
Original Assignee
Rohm and Haas Co
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Publication date
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Priority claimed from US05/654,323 external-priority patent/US4064043A/en
Priority claimed from US05/654,265 external-priority patent/US4063912A/en
Application filed by Rohm and Haas Co filed Critical Rohm and Haas Co
Publication of JPS5231991A publication Critical patent/JPS5231991A/ja
Publication of JPS6317485B2 publication Critical patent/JPS6317485B2/ja
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  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は樹脂状重合体の部分的熱分解粒子から
なる吸着剤物質、および、熱分解法によるその製
造方法、およびその不純物たとえば硫黄化合物、
単量体および他の産業汚染物または夾雑物をガス
から除去し、汚染物含有液体流たとえば廃棄流か
らのフエノール系物質、血液からバルビツル酸塩
(barbituate)を除去精製するために上記粒子を
応用することに関する。特に、本発明は塩化ビニ
ル除去、血液精製、フエノール系物質回収の吸着
剤として、又金属が配合された場合には特に工業
および実験工程の触媒としての部分的熱分解巨大
網状物質に関する。 今日、最も普通に使用される吸着剤は活性炭で
ある。活性炭の工業的製造は、広範囲の炭素質出
発物質たとえば無煙炭および歴青炭、コークス、
炭化殻、泥炭等を用いる。このような物質の適合
性は低灰分含有量および均一で変らない品質での
入手性に依存する。 活性化方法は2つの範疇に分類することが出来
る。第1の範疇は「化学的活性化」法を包含し、
この場合炭素質物質または時には木炭に1種以上
の活性化剤たとえば塩化亜鉛、アルカリ炭酸塩、
硫酸塩、重硫酸塩、硫酸または燐酸を含浸し、次
いで熱分解(炭化)を行う。これら物質の作用は
脱水の1つと思われ、タール質物質を伴わない炭
素が高収率で得られる。第2の範疇は「熱処理」
として知られる方法を包含し、この場合木炭が
CO2、N2、O2、HCl、Cl2、H2Oおよび他のガス
の存在下で350〜1000℃に加熱される。炭素の表
面積および「活性」が増大しながら木炭の1部が
燃焼する。活性化パラメータの注意深い制御によ
り、今日製造業者は高表面積(800―2000m2/g)
生成物を広範囲の均一な粒径で製造することが出
来る。 上記方法による活性炭の製造は、液相および気
相中の色々な種類の被吸着物に対して最大の利用
可能な炭素能力を有する物質を与える。しかしな
がら、これらの物質は次のような欠点を有する: a 熱的再生が困難かつ高価である b 1回10%の高い再生損失 c 活性炭粒子の砕けやすさ d 出発物質調節の欠如 合成有機重合体の熱分解により本発明で製造さ
れる吸着剤は、大きな構造的一体性を有する球体
であることが好ましい。これらの吸着剤は活性炭
の場合のように容易に破壊分離したりあるいは粉
塵を生じたりしない。このように砕けやすくない
ために、再生損失は活性炭で普通の値より低いの
がしばしばである。 合成有機重合体の熱分解は、さらに活性炭製造
に使用される天燃原料の場合より出発物質を、し
たがつて最終生成物を、はるかによく制御するこ
とができる。 特定の被吸着物に対する吸着能を高めるために
所望の元素および官能基の混入が容易に達成され
る。平均気孔径および気孔孔径分布の制御は良く
定められた合成出発材料の場合にははるかに容易
に行われる。この制御の向上は、特定の被吸着物
に対して活性炭よりはるかに大きい吸着能力を有
する吸着剤の製造を可能にする。 本発明は、特定の初期気孔率を有する合成重合
体の制御された分解により製造された、好ましく
はビードまたは球体の形をした部分的熱分解粒子
を提供する。好ましい実施態様では、熱分解粒子
は、巨大気孔(macroporous)な構造を有する
巨大網状組織をもつイオン交換樹脂
(macroreticular ion exchange resins)の熱分
解により製造される。 一般に、熱分解は出発重合体をある周囲条件下
で制御された温度に制御された時間付すことから
なる。熱分解の第1目的は、生成する揮発性生成
物を効果的に除去しながら熱的分解を行うことで
ある。 最高温度は、処理される重合体および最終熱分
解粒子の所望組成に依存して、約300℃から最大
約900℃である。比較的高い温度、たとえば約700
℃およびそれ以上の温度は重合体の大きな分解を
もたらし、生成物中に分子篩の大きさの気孔が形
成される。 最も望ましくは、熱的分解(あるいは熱分解ま
たは熱処理とも呼ばれる)は、巨大網状組織を保
持しかつ高収率の炭素を与えるために、重合体を
融解することなく炭化することを可能にする、重
合体に化学的に結合した基或は化学的元素である
炭素固定成分(carbon―fixing moiety)で置換
された巨大網状組織合成重合体のビードを用い
て、たとえばアルゴン、ネオン、ヘリウム、窒素
等からなる不活性雰囲気中で行われる。適当な炭
素固定成分として、スルホネート、カルボキシ
ル、アミン、ハロゲン、酸素、スルホン酸塩、カ
ルボン酸塩および四級アミン塩が挙げられる。こ
れらの基は周知の通常の技術、たとえばイオン交
換樹脂の製造のために重合体の官能化に使用され
る反応により出発重合体に導入される。炭素固定
成分は、反応性前駆物質を巨大網状組織重合体の
空孔に吸収させ、それによりまたは加熱中に、炭
素固定成分を重合体に化学的に結合させることに
よつても与えることが出来る。これら後者の反応
性前駆物質の例として硫酸、酸化剤、硝酸、ルイ
ス酸、アクリル酸等が挙げられる。 本発明の方法を実施するのに適当な温度は、一
般に300〜約900℃であるが、被処理重合体および
最終熱分解生成物の所望の組成により、もつと高
い温度も適当になることがある。約700℃以上の
温度では、出発重合体は強く分解し、その結果生
成物中に分子篩の大きさ、すなわち約4―6Åの
有効平均孔径の気孔が生成し、本発明による好ま
しい種類の吸着剤が得られる。より低い温度で
は、熱的に生成した細孔は普通約6Åから50Å位
の大きさの範囲の有効平均孔径を有する。熱分解
温度の好ましい範囲は約400〜800℃である。後で
一層詳細に説明するように、所望生成物の組成、
表面積、空孔構造および他の物理的特徴を有する
部分的熱分解物質を得るには温度制御が必須であ
る。熱処理の時間は比較的重要でなく、高められ
た温度に対する最小限の露出時間を与えれば良
い。 熱分解条件、特に温度を制御することにより、
最終生成物粒子の元素組成および最も重要には炭
素対水素原子比(C/H)が所望組成で固定され
る。制御された熱処理は、C/H比組成が活性炭
と既知の重合体吸着剤の中間にある粒子を与え
る。 下記の表は、巨大網状組織官能化重合体を出発
物質として用いた最終生成物のC/H比に及ぼす
最高熱分解温度の影響を例示している。
【表】 素)
出発重合体の気孔率および(または)化学組成
を変えることにより、また熱分解条件を変えるこ
とにより色々な種類の熱分解樹脂を製造すること
が出来る。一般に、本発明の熱分解樹脂は、炭素
対水素比1.5:1〜20:1、好ましくは2.0:1〜
10:1を有し、一方活性炭は普通はるかに大きい
C/H比、少なくとも30:1以上を有する(炭素
および黒鉛ハンドブツク(Carbon and
Graphite Handbook)、Charles L.Mantell著、
Interscience Publishers、N.Y.1968、p.198参
照)。生成物粒子は少なくとも85重量%の炭素を
含有し、残部は主として重合体または重合体上に
含まれる官能基(炭素固定成分)から誘導された
水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、窒素、
酸素、硫黄、塩素等および重合体気孔に充填剤の
成分(触媒および(または)炭素固定成分として
働くかまたはある他の官能目的を有する)として
導入された水素、酸素、硫黄、窒素、アルカリ金
属、遷移金属、アルカリ土類金属および他の元素
である。 最終生成物の気孔構造は、平均孔径の異なる少
なくとも2組の区別される気孔、すなわち少なく
とも2つの山を示す多峯型分布(multimodal
distribution)を示す気孔をもつていなければな
らない。大きい方の気孔は、好ましくは臨界的平
均孔径が約50〜約100000Åの巨大気孔を含む巨大
気孔樹脂出発物質から生じる。小さい方の気孔は
前述したように一般に主として熱分解中の最高温
度に依存して約4〜約50Åの孔径を有する。この
ような多峯型空孔分布は本発明組成物の新規な必
須の特徴と考えられる。 本発明の熱分解重合体は、出発物質の巨大気孔
率(macroporosity)と、熱分解中に生じる一層
小さい気孔に起因する比較的大きな表面積を有す
る。一般に、N2吸着により測定した全比表面積
は約50乃至1500m2/gである。この内、巨大気孔
は水銀侵入法で計算して普通約6〜約700m2/g、
好ましくは6〜200m2/gを占め、残りは熱処理
に起因するものである。従来技術で熱処理にかけ
られた空孔の無い重合体たとえば「ゲル」型樹脂
[たとえば東ドイツ特許第27022号明細書(1964年
2月12日)、および第63768号明細書(1968年9月
20日)]は、本発明の吸着剤に必須の大きな気孔
を与えず、またここに記載する熱分解重合体の効
率も示さない。下記の表は巨大気孔率が生成物組
成に及ぼす効果を例示している:
【表】 * すべての重合体は理論的最大値の少なく
とも90%までスルホン化し、不活性雰囲気
中で800℃に加熱した。
表から、最終比表面積は必ずしも出発物質の
気孔率に直接には関係しないことが認められる。
巨大気孔重合体の出発比表面積はほぼ100位にな
るが、一方熱処理された樹脂は約2倍位しか違わ
ない。非多孔性「ゲル」樹脂は本発明の出発物質
の範囲より十分小さい比表面積を有し、熱処理さ
れた巨大気孔性樹脂より実質的に小さい比表面積
の生成物を生じた。 熱分解の時間は特定の重合体から揮発分を除去
するのに必要な時間および選択される方法の熱移
動特性に依存する。一般に、熱分解は、たとえば
材料の浅い床を熱分解する炉または流動床におい
て、熱移動が急速である場合に非常に速く行われ
る。熱分解重合体の燃焼を防止するためには、普
通重合体の温度は、熱分解された材料が空気にさ
らされる前に400℃以下、好ましくは300℃以下に
低化される。最も望ましい操作方法は、最高温度
への急速な加熱、温度を最高で短時間(0〜20
分)保持すること、およびその後試料を露出する
前に温度を室温へ急冷することを包含する。本発
明による生成物は、この好ましい方法により800
℃に加熱し、そして20〜30分で冷却することによ
つてつくられた。上昇させた温度で一層長い時間
保持しても差し支えない。何となれば温度が増加
しない限り追加の分解は起らないからである。 少量の活性化ガスたとえばCO2、NH3、O2
H2Oまたはそれらの組合せは熱分解中重合体と
反応する傾向があり、それによつて最終物質の比
表面積を増加させる。このようなガスは任意であ
り、吸着剤の特別な性質を得るために使用するこ
とが出来る。 本発明の熱分解樹脂を製造するのに使用出来る
出発重合体には、縮合反応により巨大網状組織重
合体および共重合体を生じ得るモノエチレン系ま
たはポリエチレン系不飽和モノマーの1種以上か
らなる巨大網状組織ホモポリマーまたはコポリマ
ーが含まれる。巨大網状組織の熱処理された重合
体の生成で前駆物質として使用される巨大網状組
織樹脂それ自身は、新規材組成物として特許請求
されてはいない。適当な炭素固定成分を有するこ
の種の既に知られた材料の任意のものが適当であ
る。好ましいモノマーはエチレン系不飽和である
脂肪族および芳香族材料である。 粒状巨大網状組織樹脂の製造で使用出来る適当
なモノエチレン系不飽和モノマーの例は:アクリ
ル酸およびメタクリル酸の、たとえばメチル、エ
チル、2―クロロエチル、プロピル、イソブチ
ル、イソプロピル、ブチル、t―ブチル、sec―
ブチル、エチルヘキシル、アミル、ヘキシル、オ
クチル、デシル、ドデシル、シクロヘキシル、イ
ソボルニル、ベンジル、フエニル、アルキルフエ
ニル、エトキシメチル、エトキシエチル、エトキ
シプロピル、プロポキシメチル、プロポキシエチ
ル、プロポキシプロピル、エトキシフエニル、エ
トキシベンジル、エトキシシクロヘキシル、ヒド
ロキシエチル、ヒドロキシプロピルなどのエステ
ル、エチレン、プロピレン、イソブチレン、ジイ
ソブチレン、スチレン、エチルビニルベンゼン、
ビニルトルエン、ビニルベンジルクロリド、塩化
ビニル、酢酸ビニル、塩化ビニリデン、ジシクロ
ペンタジエン、アクリロニトリル、メタアクリロ
ニトリル、アクリルアミド、メタアクリルアミ
ド、ジアセトンアクリルアミド、官能モノマーた
とえばビニルベンゼン、スルホン酸、酢酸ビニ
ル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ラウリン
酸ビニルを含むビニルエステル、ビニルメチルケ
トン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロピル
ケトン、ビニルn―ブチルケトン、ビニルヘキシ
ルケトン、ビニルオクチルケトン、メチルイソプ
ロペニルケトンを含むビニルケトン、アクロレイ
ン、メタクロレイン、クロトンアルデヒドを含む
ビニルアルデヒド、ビニルメチルエーテル、ビニ
ルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテル、ビ
ニルイソブチルエーテル、を含むビニルエーテ
ル、ビニリデンクロリドブロミド、またはブロモ
クロリドを含むビニリデン化合物、イタコン酸、
シトラコン酸、アコニツト酸、フマル酸およびマ
レイン酸を含む不飽和ジカルボン酸の相当する中
性または半酸半エステルまたは遊離二酸、置換ア
クリルアミドたとえばN―モノアルキル、―N,
N―ジアルキル―、およびN―ジアルキルアミノ
アルキルアクリルアミドまたはメタクリルアミド
(ここでアルキル基は1〜18個の炭素を有するこ
とが出来、たとえばメチル、エチル、イソプロピ
ル、ブチル、ヘキシル、シクロヘキシル、オクチ
ル、ドデシル、ヘキサデシルおよびオクタデシル
である)、アクリル酸またはメタクリル酸のアミ
ノアルキルエステル、たとえばβ―ジメチルアミ
ノエチル、β―ジエチルアミノエチルまたは6―
ジメチルアミノヘキシルアクリレートおよびメタ
クリレート、アルキルチオエチルメタクリレート
およびアクリレートたとえばエチルチオエチルメ
タクリレート、ビニルピリジン、たとえば2―ビ
ニルピリジン、4―ビニルピリジン、2―メチル
―5―ビニルピリジン等である。 エチルチオエチルメタクリレートを含有する共
重合体の場合には、生成物は所望なら相当するス
ルホキシドまたはスルホンに酸化することが出来
る。 普通あたかも1個の不飽和基しかもたないか如
くに作用するポリエチレン系不飽和モノマーたと
えばイソプレン、ブタジエンおよびクロロプレン
を、モノエチレン系不飽和の部類の1部として用
いることが出来る。 ポリエチレン系不飽和化合物の例は:ジビニル
ベンゼン、ジビニルピリジン、ジビニルナフタレ
ン、ジアリルフタレート、エチレングリコールジ
アクリレート、エチレングリコールジメタクリレ
ート、トリメチロールプロパントリメタクリレー
ト、ジビニルスルホン、グリコール、グリセロー
ル、ペンタエリトリトール、ジエチレングリコー
ル、グリコール、およびレゾルシノールのモノチ
オまたはジチオ―誘導体のポリビニルまたはポリ
アクリルエーテル、ジビニルケトン、ジビニルシ
リフアイド、アリルアクリレート、ジアリルマレ
エート、ジアリルフマレート、ジアリルサクシネ
ート、ジアリルカーボネート、ジアリルマロネー
ト、ジアリルオキザレート、ジアリルアジペー
ト、ジアリルセバケート、ジビニルセバケート、
ジアリルタートレート、ジアリルシリケート、ト
リアリルトリカルバリレート、トリアリルアコニ
テート、トリアリルサイトレート、トリアリルホ
スフエート、N,N′―メチレンジアクリルアミ
ド、N,N′―メチレンジメタクリルアミド、N,
N′―エチレンジアクリルアミド、トリビニルベ
ンゼン、トリビニルナフタレンおよびポリビニル
アントラセンである。 この種のモノマーの好ましい種類は、芳香族エ
チレン系不飽和分子たとえばスチレン、ビニルピ
リジン、ビニルナフタレン、ビニルトルエン、フ
エニルアクリレート、ビニルキシレン、エチルビ
ニルベンゼンである。 好ましいポリエチレン系不飽和化合物の例とし
て、ジビニルピリジン、ジビニルナフタレン、ジ
ビニルベンゼン、トリビニルベンゼン、ベンゼン
核に置換された炭素原素1〜2個のアルキル基1
〜4個を有するアルキルビニルベンゼン、および
ベンゼン核に置換された炭素原子1〜2個のアル
キル基1〜3個を有するアルキルトリビニルベン
ゼンが挙げられる。これらポリ(ビニル)ベンゼ
ンモノマーのホモポリマーおよびコポリマーの他
に、それらの1種以上を最大98%(全モノマー混
合物の重量を基準とする)までの、(1)モノエチレ
ン系不飽和モノマー、または(2)前に定義したポリ
(ビニル)ベンゼン以外のポリエチレン系不飽和
モノマー、または(3)(1)と(2)の混合物、と共重合さ
せることが出来る。アルキル―置換ジ―およびト
リ―ビニル―ベンゼンの例は、種々のビニルトル
エン、ジビニルエチルベンゼン、1,4―ジビニ
ル―2,3,5,6―テトラメチルベンゼン、
1,3,5―トリビニル―2,4,6―トリメチ
ルベンゼン、1,4―ジビニル―2,3,6―ト
リエチルベンゼン、1,2,4―トリビニル―
3,5―ジエチルベンゼン、1,3,5―トリビ
ニル―2―メチルベンゼンである。 スチレン、ジビニルベンゼンおよびエチルビニ
ルベンゼン共重合体が最も好ましい。 適当な縮合モノマーの例には:(a)脂肪族二塩基
酸たとえばマレイン酸、フマル酸、イタコン酸、
1,1―シクロブタンジカルボン酸;(b)脂肪族ジ
アミンたとえばピペラジン、2―メチルピペラジ
ン、シス,シス―ビス(4―アミノシクロヘキシ
ル)メタン、メタキシリレンジアミン;(c)グリコ
ールたとえばエチレングリコール、トリエチレン
グリコール、1,2―ブタンジオール、ネオペン
チルグリコール;(d)ビスクロロホルメートたとえ
ばシスおよびトランス―1,4―シクロヘキシル
ビスクロロホルメート、2,2,2,4―テトラ
メチル―1,3―シクロブチルビスクロロホルメ
ートおよび前記した他のグリコールのビスクロロ
ホルメート;(e)オキシ酸たとえばサリチル酸、m
―およびp―ヒドロキシ―安息香酸およびそれか
ら誘導されたラクトン、たとえばプロピオラクト
ン、バレロラクトン、カプロラクトン等;(f)ジイ
ソシアネートたとえばシスおよびトランス―シク
ロプロパン―1,2―ジイソシアネート、シスお
よびトランス―シクロブタン―1,2―ジイソシ
アネート等;(g)芳香族二酸およびその誘導体(エ
ステル、無水物および酸クロリド)たとえばフタ
ル酸、無水フタル酸、テレフタル酸、イソフタル
酸、ジメチルフタレート等;(h)芳香族ジアミンた
とえばベンジジン、4,4′―メチレンジアミン、
ビス(4―アミノフエニル)エーテル等;(i)ビス
フエノールたとえばビスフエノールA、ビスフエ
ノールC、ビスフエノールF、フエノールフタレ
ン、レゾルシノール等;(j)ビスフエノールビス
(クロロホルメート)たとえばビスフエノールA
ビス(クロロホルメート)、4,4′―ジヒドロキ
シベンゾフエノンビス(クロロホルメート);(k)
カルボニルおよびチオカルボニル化合物たとえば
ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、チオアセ
トン、アセトン等;(l)フエノールおよび誘導体た
とえばフエノール、アルキルフエノール等;(m)
多官能性架橋剤たとえばトリまたはポリ塩基性酸
たとえばトリメント酸、トリまたはポリオールた
とえばグリセロール、トリまたはポリアミンたと
えばジエチレントリアミン;および他の縮合モノ
マーおよび前述した化合物の混合物が含まれる。 芳香族および(または)脂肪族モノマーからつ
くられるイオン交換樹脂は、多孔性吸着剤製造用
の好ましい種類の出発重合体を与える。イオン交
換樹脂はカチオン、アニオン、強塩基、弱塩基、
スルホン酸、カルボン酸、酸素含有、ハロゲンお
よびそれらの混合物から選ばれる官能基を含有す
ることも出来る。さらに、このようなイオン交換
樹脂は、任意に、熱処理前に重合体の巨大気孔を
少なくとも部分的に満たす酸化剤、反応性物質、
硫酸、硝酸、アクリル酸等を含有していてもよ
い。 合成重合体は熱分解前に充填剤たとえばカーボ
ンブラツク、木炭、骨炭、おがくずまたは他の炭
素質材料を含浸させることが出来る。 出発重合体がイオン交換樹脂の場合、イオン位
置に原子的に分散された形で種々の金属を任意に
含有することが出来る。これらの金属として、
鉄、銅、銀、ニツケル、マンガン、パラジウム、
コバルト、チタン、ジルコニウム、ナトリウム、
カリウム、カルシウム、亜鉛、カドミウム、ルテ
ニウム、ウラニウムおよび希土類たとえばランタ
ンが挙げられる。イオン交換機構を利用すること
により、当業者は混入すべき金属の量および分布
を制御することが出来る。 金属の樹脂への混入は主として触媒剤として働
く能力を助けるためであるが、有効な吸着剤も金
属を含有していてもよい。 合成重合体イオン交換樹脂は、酸、塩基または
金属塩の形であろうと、商業的に入手することが
できる。本発明によれば、気体または液体媒体
を、熱分解された合成重合体の粒子と接触させる
ことからなる、それら媒体から成分を分離する吸
着法も提供される。 たとえば、水素、鉄()、銅()、銀()
またはカルシウム()の任意の形態から熱分解
されたスチレン―ジビニルベンゼンを基にした強
酸性の交換樹脂は空気中、好ましくは乾燥空気中
の塩化ビニルの濃度を、1つの床の体積を基にし
て、1床/時〜600床/分、好ましくは10〜200
床/分に相当する流速で初期濃度2〜300000ppm
から1ppm以下の水準に減少させることができる
ことが見出された。 活性炭と比較して、本発明の吸着剤は、吸着熱
が一層少なく、表面に吸着されたモノマーの重合
は少なく、拡散反応速度による必要な再生剤は少
なくてよく、反復作用による能力低下は小さく吸
着が飽和状態になる前の漏出が少ない等の利点を
示す。他の不純物たとえばSO2およびH2Sを除去
する場合にも同様の性能が認められた。本発明の
吸着剤は、硫黄含有分子、ハロゲン化炭化水素、
有機酸、アルデヒド、アルコール、ケトン、アル
カン、アミン、アンモニア、アクリロニトリル、
芳香族、油蒸気、ハロゲン、溶剤、モノマー、有
機分解生成物、シアン化水素、一酸化炭素および
水銀蒸気の如き成分を除去するために空気汚染除
去分野で特に有効である。 特定の塩素化炭化水素には次のものがある: 1,2,3,4,10,10―ヘキサクロロ―1,
4,4a,5,8,8a―ヘキサヒドロ―1,4エ
ンド―エキソ―5,8―ジメタノナフタレン 2―クロロ―4―エチルアミノ―6―イソプロ
ピルアミノ―s―トリアジン ポリクロロビシクロペンタジエン異性体 ベンゼンヘキサクロリドの異性体 60%オクトクロロ―4,7―メタノテトラヒド
ロインダン 1,1―ジクロロ―2,2―ビス―(p―エチ
ルフエニル)エタン 1,1,1―トリクロロ―2,2―ビス(p―
クロロフエニル)エタン ジクロロジフエニルジクロロエチレン 1,1―ビス(p―クロロフエニル)―2,
2,2―トリクロロエタノール 2,2―ジクロロビニルジメチルホスフエート 1,2,3,4,10,10―ヘキサクロロ―6,
7―エポキシ―1,4,4a,5,6,7―ジメ
タノナフタレン 1,2,3,4,10,10―ヘキサクロロ―6,
7―エポキシ―1,4,4a,5,6,7,8,
8a―オクタヒドロ―1,4―エンド―エンド―
5,8―ジメタノナフタレン 74%1,4,5,6,7,8,8a―ヘプタク
ロロ―32,4,7a―テトラヒドロ―4,7―メ
タノインデン 1,2,3,4,5,6―ヘキサクロロシクロ
ヘキサン 2,2―ビス(p―メトキシフエニル)―1,
1,1―トリクロロエタン 67―69%塩素を含有する塩素化カンフエン。 本発明の吸着剤により液体から吸着することが
できる他の成分には、塩素化フエノール、ニトロ
フエノール、表面活性剤たとえば洗剤、乳化剤、
分散剤および湿潤剤、炭化水素たとえばトルエン
およびベンゼン、有機および無機染料廃棄物、砂
糖からの色素体、油および脂肪、不快
(odiferous)なエステルおよびモノマーが挙げら
れる。 吸着剤は能力が消失したら再生することが出来
る。最も適当な特定の再生剤は吸着される種の性
質に依存するが、一般に塩水、溶剤、熱水、酸お
よび水蒸気を含むであろう。吸着剤の熱的再生性
は顕著な利点になつている。 活性化をしない吸着剤 本発明により、「活性炭」と称される多くの炭
素質吸着剤にとつて普通である「活性化」を行う
必要なく、優れた吸着剤が製造される。他のすべ
ての吸着剤より優れかつ異なつた特性を有する吸
着剤は、前述したように重合体を熱処理すること
により直接1工程でつくられる。反応性ガスによ
る活性化は吸着剤特性の変性に時には望ましい任
意工程であるが、本発明の必要な部分ではない。
下記の表およびに示すように、吸着特性は樹
脂がさらされる最高温度に著しく影響される。表
に示すように、500℃の温度は水からクロロホ
ルムの除去に最適の吸着剤を与える。 800℃に熱処理された樹脂は孔径に応じて分子
を選択的に吸着することが出来る(表を参照)。
800℃試料は表に示される以上に四塩化炭素よ
りヘキサンの選択に有効でさえある。何となれば
CCl4のほとんどすべてが巨大気孔の表面に吸着
され、微小気孔には吸着されないからである。市
販の炭素分子篩(例5)の明らかに優れた選択性
は、巨大気孔のはるかに小さい表面積に基づくこ
とは明らかである。500℃に熱処理された樹脂
(表のNo.1)は2つの異なつた大きさの分子に
対し、はるかに低い選択性を示し、これは熱処理
中の最高温度が吸着剤特性に及ぼす重要な影響を
明確に示している。
【表】 合体
【表】
【表】 の
5 武田薬品工業からの炭素分 0.50 12.1
子篩
1 有効最小孔径 6.1Å
2 有効最小孔径 4.3Å
下記の例により本発明を例示するが、それらに
よつて本発明は限定されるものではない。 例 1 Na+形のアンバーライト200(スチレン/DVB
スルホン酸イオン交換樹脂に対するロームアンド
ハース社の商標名)の試料40gをフイルター管に
入れ、D.I.H2O 200c.c.で洗浄した。20gの
FeCl3・6H2Oを約1のD.I.H2Oに溶解し、カラ
ム状にされた樹脂試料に約4時間通した。均一で
完全な導入を肉眼で観察することが出来た。次
に、試料を1のD.I.H2Oで洗浄し、吸引に5分
間かけ、18時間空気乾燥した。 次に、この試料10gを他の数種の試料と共にア
ルゴンガス7/分の導入装置を具備した炉で熱
分解した。試料の温度を1時間毎に約110℃増加
させて6時間にわたつて700℃に上げた。試料を
最高温度で1/2時間保持した。炉に対する電力を
切り、炉および中味をさらに16時間にわたつてア
ルゴンを連続的に流しながら室温まで乱さないよ
うにして冷却した。熱分解後の固体物質の収率は
43%であつた。この試料の物理的特徴を、同じよ
うにしてつくつた試料B〜G、およびI〜Kに対
するデータと共に表に示す。 例 2 例1の方法を修正して、水素形のアンバーライ
ト200(ナトリウム形を塩酸で変換することにより
得られる)を250g、温度を6時間にわたつて760
℃に連続的に上げることにより熱分解した。次い
で、試料をさらに12時間にわたつて冷却させた。
試料は390m2/gの比表面積を示した。 処理例 塩化ビニルの吸着 10cm3の試料を1.69cm内径ステンレス鋼カラムに
入れる。床深さは5.05cmである。混合室を有する
希釈装置を用いて、空気中580ppm塩化ビニルの
ガス流を発生させ、カラムに800ml/分の体積流
速で流した。したがつて、床の体積を単位とした
カラム流速は80床/分に相当する。すべての実験
は周囲温度および16psigの圧力で行う。流出流か
ら10ml/分の流れをそらし、連続塩化ビニル分析
用のフレーム(flame)イオン化検出器に送る。
普通のロームアンドハース吸着剤およびカルゴン
活性炭も試験した。結果を下の表に示す。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】 他の処理例 樹脂J9.5c.c.床に、塩化ビニル350ppmを含有し
かつ床単位流速160床/分の流出流を流して吸着
を行う。水蒸気を用いて130〜160℃で20分再生を
行い、次いで空気で10分乾燥した。実験を15回く
り返して行い、数回のくり返しても吸着能の低下
が無いことが示された。 結果を次の表に示す。
【表】 他の市販の樹脂および炭素について比較実験の
結果を次の表に示す。
【表】 例2の方法で調製した試料Hは好ましい具体例
であることに注目すべきである。 試料JをPCB12×30炭素と比較すると、下記
に示すように相対湿度が増大すると吸着能が少し
低下することが分る。
【表】 フエノール吸着 試料I20c.c.に、フエノールを500ppmの濃度にD.
I.水に溶解した流入液を流した。流速は4床/時
である。試料の示す漏出は38床の体積で1ppm以
下であつた。試料の吸着能は3ppm漏出で
1.561b/ft3または25.0mg/gであつた。 市販の吸着剤であるアンバーライトXAD―4
を比較として用いると、6ppmの漏出で、0.91b/
ft3または14.4mg/gの吸着能を示した。 試料Iをメタノールで2床/時の速度で再生す
るが、71%再生するには5床体積のメタノールが
必要であつた。 試料BのH2SおよびSO2に対する吸着剤として
の能力を評価した。その結果によれば両汚染物の
相当量が吸着されることが示された。活性炭につ
いて同じ測定を行うと、100℃でSO2の吸着は無
視し得るものであることを示していた。 イオン交換樹脂以外の合成有機重合体の吸着剤
能力について評価した。15%ジビニルベンゼンと
架橋結合されたポリアクリロニトリルの試料を
種々の実験条件下で熱分解し、SO2吸着能につい
て評価した。実験条件および結果を表XIに示
す。ここでも相当量のSO2が吸着される。例は
特に興味がある。何となれば熱分解前に共重合体
を空気中で酸化すると熱分解生成物のSO2に対す
る吸着能力が著しく増大するからである。
【表】 平衡にされた。
** 試料は熱分解前に空気中で340℃に3 1/2
時間にわたつて定常的に加熱した。
破砕抵抗 熱分解重合体ビードの物理的一体性は、表
に示すように他の球状吸着剤および粒子活性炭よ
り大きい。優れた耐破砕性は、摩耗損失が大きい
ことがある粒状炭素に比較して、非常に長い有効
寿命をもたらすことが期待される。また、熱分解
重合体による粒状物質の脱落が生じないため、活
性炭が受け入れられない用途たとえば血液処理に
用いることが出来る。
【表】
【表】 炭素固定成分 熱分解中に炭素を固定させるための種々の成分
が示されている。成分の部分的リストおよび各々
の有効性を表に示す。成分の正確な化学的性
質は重要ではない。何となれば熱分解中に炭素の
揮発を防止する働きをする任意の基が本方法で満
足であるからである。 吸収された炭素固定剤 熱分解前に巨大網状組織共重合体の気孔に反応
性物質を充填すると、共重合体中の炭素の揮発が
防止される。硫酸の場合、材料は加熱中スルホン
化反応を経て表の試料1の出発物質に類似の
物質を生じる。予めスルホン化するよりも、吸収
を介して得られる一層大きい炭素収率は予期せぬ
ことであり、これは本方法が他の炭素固定技術よ
り優れていることを示している。 含浸重合体 含浸は表のNo.4に例示されており、この場
合カーボンブラツク含有S/DVB共重合体の気
孔にH2SO4が充填され、そして熱分解された。
炭素収率はカーボンブラツクの存在なしで行つた
相当する実験(試料1)の場合より大きい。
【表】
【表】 例 3 下記の実験で表の試料No.1をつくつた。 巨大網状組織共重合体(20%DVB/S)の
30.79gの試料を、その後の熱処理に適当な30mm
外径の石英管に入れた。管の一端を石英ウールで
ふさぎ、共重合体を石英ウールの上に積ねて管を
垂直に保持した。イソプロパノール、D.I.水およ
び98%H2SO4(各々1)を樹脂に1.5時間にわた
つて連続して通した。10分間保持して過剰の
H2SO4を排水した。樹脂の気孔には約5.5gの酸
が残つた。管を管状炉に水平に入れて、4800c.c./
分でN2を流した。加熱中、白色の煙および次い
で赤みがかつた刺激性の臭のする油が試料から放
出された。最終生成物は黒く、光つており、自由
流動性の出発樹脂とほぼ同じ寸法のビードであつ
た。 例 4 下記の実験により表の試料2をつくつた。 クロロメチル化樹脂(20%DVB/S)を硝酸
酸化することにより安息香酸共重合体を調製し
た。溶剤で膨潤し真空乾燥した樹脂20.21gを、
1端を石英ウールで塞いだ石英管に入れた。管を
グラス―コル(Glas―col)加熱マントル内に水
平に保持し、200分にわたつて徐々に800℃に加熱
した。試料を約120分以内で室温に冷却した。加
熱中4800c.c./分の流速で窒素を管に流した。加熱
中試料から白色の煙が放出された。最終生成物は
光りのある金属状黒色ビードからなるものであつ
た。 熱分解重合体粒子の典型的な多峯型気孔孔径分
布を下記の表に示す。
【表】 例 5 約1ppmのCHCl3をドープした水道水(ペンシ
ルバニア州スピリングハウス)を4ガロン/ft3
分の速い速度で、共通の源に平衡に連結した熱分
解スチレン/ジビニルベンゼン(アンバーライト
200)熱分解重合体の入つた3つのカラムに通し
た。流出液を集めてCHCl3濃度GC/EC分析で測
定した。表に示される結果は、500℃試料が
対照吸着剤より非常に優れた性能をもつことを示
している。これらの結果の再現性を検討するため
に、500℃樹脂の第2のバツチを同じ環境で試験
したが、このものは第1試料より著しく良い性能
を示した。最良の500℃樹脂試料は、粒状活性炭
に比較して約14倍の多くの水道水床体積を処理す
ることが出来る。2つの500゜熱分解樹脂試料間の
性能の差は、優れた試料の方の酸素含量が著しく
低いことに関連づけることが出来る。酸素が少な
いと一層疎水性の表面をもたらし、これはクロロ
ホルムのような難溶解性有機物に対する表面吸引
力を増大させると考えられる。水蒸気も容剤も
500℃樹脂を効果的に再生することが示された。
バツチ式で使用した樹脂の小さなカラムを水蒸気
およびメタノールで処理したら、再生前に示して
いたのと同じバツチ平衡吸着能を示した。5床体
積のメタノールでカラムを再生後、第2の一連の
カラム実験を行つた。結果を表に示す。熱分
解樹脂(a)および重合体吸着剤の第2回目の吸着能
は、第1回目より大きく、これは完全な再生に加
うるに、メタノールが第1回目の開始時に存在し
ていたある汚染物を除去したことを示す。活性炭
の場合のより低い第2サイクル容量は不完全再生
を示している。熱分解物質はXAD―4よりわづ
かに再生されにくく、等しい再生度を達成するの
に約1床体積の追加の再生剤を必要とした。活性
炭は著しく再生されにくく、5床体積のメタール
による再生後、再生率はわづか62%に過ぎなかつ
た(第1回目吸着能対第2回目吸着能の比から計
算した)。
【表】 性炭)
【表】 性炭)
XAD−4 1175 4.0
例 6 スチレン/DVB材料に対する異なる調製技術
を代表する4種の熱分解樹脂は、表に示すよ
うにフエノールに対して優れたバツチ平衡吸着能
を有することが分つた。これらの同じ樹脂をカラ
ム充填/再生サイクルで研究し、その結果を表
に示す。実験的誤差内で1つの試料(酸素腐
食)は、3回の実験すべてに対してそのカラム吸
着能を維持した。試験した他の試料は、選ばれた
再生条件下で不完全に再生されたようである。酸
素腐食は未腐食前駆物質と比較して、バツチおよ
びカラムフエノール吸着能をごくわづかしか増大
させないが、しかし再生性を著しく増大させる。
腐食により6〜40Å範囲の気孔をつくると、粒子
内の拡散速度を増大させることが出来、より効果
的な再生が可能になる。 興味あることに、クロロホルム除去に対して優
れていた500℃試料は、フエノールに対して低い
吸着能をもつていた。分子篩の大きさの気孔は
800℃試料に存在し、500℃物質には存在しないの
で、最も小さい気孔が、恐らくフエノール吸着に
対する活性位置であると思われる。
【表】 例 7 熱分解重合体の望ましくない血液成分の吸着能
を研究して腎臓欠陥の血液透析処理への適応性を
測定した。種々のスチレン/DVB型熱分解重合
体を評価した。表に要約されたバツチ実験の
結果は、酸素腐食試料が尿酸吸着に対して高い吸
着能を有することを示している。尿酸吸着度は酸
素腐食により形成された6〜40Åの気孔の容積に
相当する。
【表】 例 8 種々の熱分解重合体試料(すべてアンバーライ
ト200から誘導)についてPH7.4で0.1N燐酸塩緩衝
液中尿酸50ppm溶液から尿酸吸着を測定した。尿
酸溶液を〜25℃で、流速30床/時の上向きに流れ
として5c.c.の重合体床に通した。結果を表XIに
示す。
【表】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 巨大多孔性合成重合体の部分的熱分解粒子か
    らなり、上記部分熱分解重合体粒子は、スルホネ
    ート、カルボキシル、アミン、ハロゲン、酸素、
    スルホン酸塩、カルボン酸塩及び四級アミン塩か
    ら成る群から選ばれた炭素固定成分を含有し、か
    つエチレン系不飽和単量体の1種またはそれ以
    上、または縮合して巨大多孔性重合体を生じ得る
    単量体またはこれらの混合物から誘導される巨大
    多孔性合成重合体を、不活性雰囲気中で、約300
    〜約900℃の制御された熱分解にかけることによ
    りつくられ、しかも上記部分的熱分解重合体粒子
    は、(a)少なくとも85重量%の炭素、(b)巨大気孔が
    有効平均孔径約50〜約100000Åを有する多峯型気
    孔分布および(c)炭素対水素原子比約1.5:1〜約
    20:1を有することを特徴とする吸着剤物質。 2 部分的熱分解巨大多孔性合成重合体が約2〜
    10Åの分子篩の大きさの気孔および一層大きな孔
    径の巨大気孔を含有する、前記第1項に記載の吸
    着剤。 3 スルホネート、カルボキシル、アミン、ハロ
    ゲン、酸素、スルホン酸塩、カルボン酸塩及び四
    級アミン塩から成る群から選ばれた炭素固定成分
    を含有し、かつエチレン系不飽和単量体の1種ま
    たはそれ以上、または縮合して巨大多孔性重合体
    を生じうる単量体またはこれらの混合物から誘導
    される巨大多孔性合成重合体を、不活性雰囲気中
    で、約300〜約900℃の制御された熱分解にかける
    ことを特徴とする、吸着剤物質の製造方法。 4 分離すべき有機成分を含有するガス混合物、
    液体媒体または血液を、スルホネート、カルボキ
    シル、アミン、ハロゲン、酸素、スルホン酸塩、
    カルボン酸塩及び四級アミン塩から成る群から選
    ばれた固定炭素成分を有する巨大多孔性合成重合
    体の部分的熱分解粒子からなる吸着剤物質と接触
    させることから成り、この部分的熱分解重合体の
    吸着剤物質が、(a)少なくとも85%の炭素、(b)巨大
    気孔が約50Å〜約100000Åの有効平均孔径を有す
    る多峯型気孔分布および(c)炭素対水素の原子比約
    1.5:1〜約20:1を有することを特徴とする、
    ガス混合物、液体媒体または血液から有機成分を
    分離する方法。 5 有機成分が芳香族炭化水素である、前記第4
    項に記載の方法。 6 有機成分が塩素化炭化水素である、前記第4
    項に記載の方法。 7 有機成分がケトンである、前記第4項に記載
    の方法。 8 有機成分がアクリル酸エチルである、前記第
    4項に記載の方法。 9 有機成分がトルエンである、前記第4項に記
    載の方法。 10 有機成分がメチルクロロホルムである、前
    記第4項に記載の方法。 11 有機成分がクメンである、前記第4項に記
    載の方法。 12 有機成分が四塩化炭素である、前記第4項
    に記載の方法。 13 有機成分がクロロホルムである、前記第4
    項に記載の方法。 14 有機成分が塩化ビニルである、前記第4項
    に記載の方法。 15 有機成分が芳香族分子を包含する、前記第
    4項に記載の方法。 16 有機成分が尿酸を含む、前記第4項に記載
    の方法。 17 有機成分がバルビツル酸塩を含む、前記第
    4項に記載の方法。 18 有機成分がクレアチニンを含む、前記第4
    項に記載の方法。 19 有機成分がフエノールである、前記第4項
    に記載の方法。 20 有機成分が色素体である、前記第4項に記
    載の方法。 21 液体媒体が水性である、前記第4項に記載
    の方法。 22 媒体が砂糖含有液体である、前記第4項に
    記載の方法。 23 有機成分がヘキサンである、前記第4項に
    記載の方法。 24 有機成分がクロロホルムである、前記第4
    項に記載の方法。 25 媒体が非水性である、前記第4項に記載の
    方法。
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