[go: up one dir, main page]

KR102226979B1 - 탄소질 재료 및 그 제조 방법, 그리고 정수용 필터 및 정수기 - Google Patents

탄소질 재료 및 그 제조 방법, 그리고 정수용 필터 및 정수기 Download PDF

Info

Publication number
KR102226979B1
KR102226979B1 KR1020207024040A KR20207024040A KR102226979B1 KR 102226979 B1 KR102226979 B1 KR 102226979B1 KR 1020207024040 A KR1020207024040 A KR 1020207024040A KR 20207024040 A KR20207024040 A KR 20207024040A KR 102226979 B1 KR102226979 B1 KR 102226979B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbonaceous material
gas
oxygen
volume
carbonaceous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020207024040A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200125933A (ko
Inventor
슈이치 이시다
데츠야 하나모토
히로에 요시노부
Original Assignee
주식회사 쿠라레
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=72941917&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR102226979(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 주식회사 쿠라레 filed Critical 주식회사 쿠라레
Publication of KR20200125933A publication Critical patent/KR20200125933A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102226979B1 publication Critical patent/KR102226979B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D35/00—Filtering devices having features not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00, or for applications not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00; Auxiliary devices for filtration; Filter housing constructions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1607—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
    • B01D39/1615—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of natural origin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1607—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
    • B01D39/1623—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin
    • B01D39/163—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin sintered or bonded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2055—Carbonaceous material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2055—Carbonaceous material
    • B01D39/2058—Carbonaceous material the material being particulate
    • B01D39/2062—Bonded, e.g. activated carbon blocks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • B01J20/28064—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area being in the range 500-1000 m2/g
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • B01J20/28066—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area being more than 1000 m2/g
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28069—Pore volume, e.g. total pore volume, mesopore volume, micropore volume
    • B01J20/28071—Pore volume, e.g. total pore volume, mesopore volume, micropore volume being less than 0.5 ml/g
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28078—Pore diameter
    • B01J20/2808—Pore diameter being less than 2 nm, i.e. micropores or nanopores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3078—Thermal treatment, e.g. calcining or pyrolizing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/336—Preparation characterised by gaseous activating agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0407—Additives and treatments of the filtering material comprising particulate additives, e.g. adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0442—Antimicrobial, antibacterial, antifungal additives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
    • B01D2239/065—More than one layer present in the filtering material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
    • B01D2239/1241—Particle diameter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/14—Pore volume
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/16—Pore diameter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/32—Hydrocarbons, e.g. oil
    • C02F2101/322—Volatile compounds, e.g. benzene

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Abstract

본 발명의 일 국면은, 벤젠 흡착량이 25 ∼ 40 ％ 이고, 비타민 B12 의 흡착량이 13.0 ∼ 50.0 mg/g, 질소 흡착 등온선으로부터 BJH 법에 의해 산출한 메조포러스의 세공 용적이 0.070 ∼ 0.150 ㎤/g 인, 탄소질 재료에 관한 것이다.

Description

탄소질 재료 및 그 제조 방법, 그리고 정수용 필터 및 정수기
본 발명은, 탄소질 재료에 관한 것이다. 또한, 탄소질 재료의 제조 방법, 탄소질 재료를 사용한 정수용 필터 및 정수기에 관한 것이다.
최근, 수돗물의 수질에 관한 안전 위생상의 관심이 높아지고 있어, 수돗물 중에 함유되는 유리 (遊離) 잔류 염소, 트리할로메탄류 등의 VOC (휘발성 유기 화합물), 2-클로로-4,6-비스에틸아미노-1,3,5-트리아진 (CAT) 으로 대표되는 농약, 2-메틸이소보르네올 (2-MIB) 로 대표되는 곰팡내 등의 유해 물질을 제거하는 것이 요망되고 있다.
가정용품 품질 표시법에서는, 정수기에 대해서 유리 잔류 염소, 탁함, 클로로포름, 브로모디클로로메탄, 디브로모클로로메탄, 브로모포름, 테트라클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 1,1,1-트리클로로에탄, 총 트리할로메탄 (THM), CAT, 2-MIB (2-메틸이소보르네올), 및 용해성 납의 13 항목의 제거 대상 물질이 규정되어 있다.
이들 제거 대상 물질을, 탄소질 재료를 사용하여 제거하는 여러 가지 기술이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 분립상 (粉粒狀) 활성탄과 섬유상 활성탄의 조합에 의해 곰팡내 물질을 제거하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 2 에는, 섬유상 활성탄과 무기 흡착제의 조합에 의해 각 제거 대상 물질을 제거하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 3 ∼ 5 에서도, 특정 표면 구조를 갖는 활성탄을 사용한 제거 대상 물질의 제거 기술이 제안되어 있다.
제거 대상 물질 중, 탁함과 용해성 납 이외에는 활성탄을 사용하여 제거하는 것이 가능하기는 하지만, 분자 사이즈가 작은 트리할로메탄 등의 VOC 와, 분자 사이즈가 큰 2-MIB 를 단독 활성탄으로 효율적으로 제거하는 것은 어려웠다. 정수기에 요구되는 유해 물질 제거 능력은 해마다 고조되고 있어, 트리할로메탄과 2-MIB 의 제거를 단독 종으로 양립시킬 수 있는 활성탄이 요구되고 있다.
본 발명의 과제는, 트리할로메탄과 2-MIB 의 제거를 단독 종으로 양립시킬 수 있는 탄소질 재료를 제공하는 것에 있다.
일본 공개특허공보 평8-52347호 일본 공개특허공보 2003-334543호 일본 공개특허공보 2003-290654호 일본 공개특허공보 2013-220413호 일본 공개특허공보 2006-282441호
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 하기 구성을 갖는 탄소질 재료에 의해 상기 과제를 해결할 수 있음을 알아내어, 그 지견에 기초하여 더 검토를 거듭함으로써 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명의 일 국면에 관한 탄소질 재료는, 벤젠 흡착량이 25 ∼ 40 ％ 이고, 비타민 B12 흡착량이 13.0 ∼ 50.0 mg/g 이며, 또한, 질소 흡착 등온선으로부터 BJH 법에 의해 산출한 메조포러스의 세공 용적이 0.070 ∼ 0.150 ㎤/g 인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 국면에 관한 탄소질 재료의 제조 방법은, 유동로를 사용한 탄소질 재료의 제조 방법으로서, 노 바닥으로부터 도입되는 유동 가스와는 별도로 산소 함유 가스를, 유동 가스와 산소 함유 가스를 합계한 가스 중의 산소 농도가 0.004 ∼ 1 용량％ 가 되도록 유동로에 도입하는 것을 특징으로 한다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의, 유동로를 사용한 탄소질 재료의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2 는, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의, 유동로를 사용한 탄소질 재료의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 본 발명에 관련된 실시형태에 대해서 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이것들에 한정되는 것은 아니다.
[탄소질 재료]
본 발명의 일 실시형태에 관련된 탄소질 재료는, 벤젠 흡착량이 25 ∼ 40 ％ 이고, 비타민 B12 흡착량이 13.0 ∼ 50.0 mg/g 이며, 또한, 질소 흡착 등온선으로부터 BJH 법에 의해 산출한 메조포러스의 세공 용적이 0.070 ∼ 0.150 ㎤/g 인 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따르면, 트리할로메탄과 2-MIB 의 제거를 단독 종으로 양립시킬 수 있는 탄소질 재료를 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 가정용품 품질 표시법에서 규정되는 13 항목의 제거 대상 물질 중, 탁함과 용해성 납 이외에는 활성탄 등의 탄소질 재료를 사용하여 제거할 수 있다. 그러나, 분자 사이즈가 작은 트리할로메탄 등의 VOC와 분자 사이즈가 큰 2-MIB 를 단독 종의 탄소질 재료로 효율적으로 제거하는 것은 어려웠다. 이에 비해, 벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량, 및 메조포러스 용적이 상기 특정 범위에 있는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 탄소질 재료는, 분자 사이즈가 작은 트리할로메탄 등의 VOC 와 분자 사이즈가 큰 2-MIB 를 단독 종으로 효율적으로 제거할 수 있다.
(벤젠 흡착량)
벤젠 흡착량은, 탄소질 재료의 부활의 진행 정도를 나타내는 지표이다. 분자 사이즈가 작은 트리할로메탄을 흡착하기 위해서는, 일반적으로 마이크로 구멍이 발달된 탄소질 재료가 적합한 경향이 있다. 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료는, 벤젠 흡착량이 25 ∼ 40 ％ 의 범위에 있어, 우수한 트리할로메탄 흡착 성능을 갖는다.
우수한 트리할로메탄 흡착 성능을 실현시킨다는 관점에서, 탄소질 재료의 벤젠 흡착량은, 25 ∼ 40 ％ 의 범위에 있고, 상한은, 바람직하게는 39 ％ 이하, 38 ％ 이하, 37 ％ 이하, 36 ％ 이하, 또는 35 ％ 이하이고, 하한은, 바람직하게는 26 ％ 이상, 27 ％ 이상, 28 ％ 이상, 29 ％ 이상, 또는 30 ％ 이상이다.
탄소질 재료의 벤젠 흡착량은, 후술하는 [벤젠 흡착량의 측정] 에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다.
(비타민 B12 흡착량)
비타민 B12 (사이아노코발라민) 는 분자량이 약 1355 로 크고, 비타민 B12 흡착량은, 분자 사이즈가 큰 물질에 대한 흡착 특성의 지표가 된다. 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료는, 비타민 B12 흡착량이 13.0 mg/g 이상이고, 분자 사이즈가 큰 2-MIB 에 대해 우수한 흡착 성능을 나타낸다.
우수한 2-MIB 흡착 성능을 실현시킨다는 관점에서, 탄소질 재료의 비타민 B12 흡착량은, 13.0 mg/g 이상이며, 바람직하게는 15.0 mg/g 이상, 보다 바람직하게는 16.0 mg/g 이상, 17.0 mg/g 이상, 18.0 mg/g 이상, 19.0 mg/g 이상, 또는 20.0 mg/g 이상이다. 비타민 B12 흡착량의 상한은, 특별히 한정되지는 않지만, 벤젠 흡착량 등의 다른 물성값과의 밸런스 면에서, 통상적으로 50.0 mg/g 이하이며, 바람직하게는 48.0 mg/g 이하, 46.0 mg/g 이하, 45.0 mg/g 이하, 44.0 mg/g 이하, 43.0 mg/g 이하, 42.0 mg/g 이하, 41.0 mg/g 이하, 또는 40.0 mg/g 이하이다.
탄소질 재료의 비타민 B12 흡착량은, 후술하는 [비타민 B12 흡착량의 측정] 에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다.
(메조포러스 용적)
탄소질 재료가 갖는 세공은, 그 직경에 따라 마이크로 구멍 (직경 2 ㎚ 미만), 메조포러스 (직경 2 ∼ 50 ㎚), 매크로 구멍 (직경 50 ㎚ 초과) 으로 분류할 수 있다 (괄호 안은 IUPAC 의 분류 기준을 나타낸다). 메조포러스는 마이크로 구멍에 비해서 크고, 이러한 메조포러스의 용적은, 주로 분자 사이즈가 큰 2-MIB 의 흡착 특성의 지표가 될 수 있다. 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료는, 메조포러스 용적이 0.070 ∼ 0.150 ㎤/g 의 범위에 있어, 분자 사이즈가 큰 2-MIB 에 대해 우수한 흡착 성능을 갖는다.
트리할로메탄에 대한 흡착 특성을 유지하면서 우수한 2-MIB 흡착 성능을 실현시킨다는 관점에서, 탄소질 재료의 메조포러스 용적은, 0.070 ∼ 0.150 ㎤/g 의 범위에 있고, 하한은, 바람직하게는 0.072 ㎤/g 이상, 0.074 ㎤/g 이상, 0.075 ㎤/g 이상, 0.076 ㎤/g 이상, 0.077 ㎤/g 이상, 0.078 ㎤/g 이상, 0.079 ㎤/g 이상, 0.080 ㎤/g 이상이다. 또한, 상한은, 바람직하게는 0.148 ㎤/g 이하, 0.146 ㎤/g 이하, 0.145 ㎤/g 이하, 0.144 ㎤/g 이하, 0.143 ㎤/g 이하, 0.142 ㎤/g 이하, 0.141 ㎤/g 이하, 또는 0.140 ㎤/g 이하이다.
탄소질 재료의 메조포러스 용적은, 질소 흡착 등온선으로부터 BJH (Barrett-Joyner-Halenda) 법을 사용하여 산출할 수 있다. 질소 흡착 등온선의 측정 및 메조포러스 용적의 산출은, 후술하는 [질소 흡착 등온선의 측정] 및 [BJH 법에 의한 메조포러스 세공 용적의 측정] 에 기재된 방법에 의해 실시할 수 있다.
이상, 본 발명에 있어서의 벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량 및 메조포러스 용적의 각각에 대해서 기술적 의의의 설명을 시도했는데, 탄소질 재료 (흡착매 (媒)) 의 구조와 흡착질에 대한 흡착 특성의 관계는 복잡하고, 벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량 및 메조포러스 용적은 별개 독립적으로 흡착질에 대한 흡착 특성과 직접 상관하지 않는 경우도 있다. 트리할로메탄과 2-MIB 를 단독 종으로 효율적으로 제거할 수 있는 탄소질 재료를 실현시키려면, 그들 벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량 및 메조포러스 용적의 밸런스가 중요한 것에 유의해야 한다. 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 유동로를 사용한 특정 제조 방법에 의해, 상기 특성을 겸비한 탄소질 재료의 제조에 성공하였다.
(비표면적)
탄소질 재료는, 정수기에 요구되는 흡착 제거 성능을 높은 레벨로 실현시킨다는 관점에서, 비표면적이 900 ∼ 1500 ㎡/g 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 비표면적의 하한은, 바람직하게는 950 ㎡/g 이상, 또는 1000 ㎡/g 이상이고, 상한은, 바람직하게는 1400 ㎡/g 이하, 또는 1300 ㎡/g 이하이다.
탄소질 재료의 비표면적은, 질소 흡착 등온선으로부터 BET 법을 사용하여 산출할 수 있다. 질소 흡착 등온선의 측정 및 비표면적의 산출은, 후술하는 [질소 흡착 등온선의 측정] 및 [비표면적의 측정] 에 기재된 방법에 의해 실시할 수 있다.
(평균 세공 직경)
트리할로메탄과 2-MIB 를 단독 종으로 한층 더 효율적으로 제거할 수 있다는 관점에서, 탄소질 재료는, 평균 세공 직경이 1.79 ∼ 1.88 ㎚ 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 평균 세공 직경의 하한은, 바람직하게는 1.80 ㎚ 이상이고, 상한은, 바람직하게는 1.87 ㎚ 이하 또는 1.86 ㎚ 이하이다.
탄소질 재료의 평균 세공 직경은, 질소 흡착 등온선으로부터 산출할 수 있다. 질소 흡착 등온선의 측정 및 평균 세공 직경의 산출은, 후술하는 [질소 흡착 등온선의 측정] 및 [전체 세공 용적·평균 세공 직경의 측정] 에 기재된 방법에 의해 실시할 수 있다.
(전체 세공 용적에 대한 마이크로 구멍의 세공 용적의 비율 (마이크로 구멍 비율))
트리할로메탄과 2-MIB 를 단독 종으로 한층 더 효율적으로 제거할 수 있다는 관점에서, 탄소질 재료는, 전체 세공 용적에 대한 마이크로 구멍의 세공 용적의 비율 (마이크로 구멍 비율) 이 96 ％ 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 95 ％ 이하이다. 마이크로 구멍 비율의 하한은, 특별히 한정되지 않지만, 우수한 트리할로메탄 흡착 성능을 실현시킨다는 관점에서, 통상적으로 90 ％ 이상인 것이 바람직하고, 92 ％ 이상인 것이 바람직하다.
탄소질 재료의 전체 세공 용적은, 질소 흡착 등온선에 있어서의 상대압 P/P0＝0.99 일 때의 질소 흡착량으로부터 산출할 수 있고, 또한, 마이크로 구멍의 세공 용적은, 질소 흡착 등온선으로부터 MP (Micropore) 법을 사용하여 산출할 수 있다. 질소 흡착 등온선의 측정, 전체 세공 용적 및 마이크로 구멍의 세공 용적의 산출은, 후술하는 [질소 흡착 등온선의 측정], [전체 세공 용적·평균 세공 직경의 측정] 및 [MP 법에 의한 마이크로 구멍 세공 용적의 측정] 에 기재된 방법에 의해 실시할 수 있다.
(도전율)
본 실시형태에 관련된 탄소질 재료는, 하중 12 kN 에 있어서의 분체 저항 측정에 의한 도전율이 5 ∼ 12 S/cm 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 도전율이 이 범위에 있으면, 상세하게는 도전율이 상기 범위에 있는 구조를 가지면, 탄소질 재료는, 정수기에 요구되는 흡착 제거 성능을 높은 레벨로 실현시킬 수 있다. 도전율의 상한은, 바람직하게는 11 S/cm 이하, 10 S/cm 이하, 또는 9 S/cm 이하이고, 하한은, 바람직하게는 5.5 S/cm 이상, 6 S/cm 이상, 또는 6.5 S/cm 이상이다.
탄소질 재료의 상기 도전율은, 후술하는 [도전율의 측정] 에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다.
탄소질 재료의 형상은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 입자상, 섬유상 (사상 (絲狀), 직포 (클로스) 상, 펠트상) 등 중 어느 형상이어도 되고, 구체적 사용 양태에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 단위 체적당의 흡착 성능이 높기 때문에 입자상이 바람직하다. 입자상의 탄소질 재료인 경우, 그 치수는 특별히 한정되지 않고, 구체적 사용 양태에 따라 적절히 입도 (粒度) 등을 조정하면 된다.
탄소질 재료의 원료 (탄소질 전구체) 는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 식물계 탄소질 전구체 (예를 들어, 목재, 대팻밥, 목탄, 야자 껍질이나 호두 껍질 등의 과실 껍질, 과실 종자, 펄프 제조 부생성물, 리그닌, 폐당밀 (廢糖蜜) 등의 식물 유래의 재료), 광물계 탄소질 전구체 (예를 들어, 이탄 (泥炭), 아탄 (亞炭), 갈탄, 역청탄, 무연탄, 코크스, 콜타르, 석탄 피치, 석유 증류 잔류물, 석유 피치 등의 광물 유래의 재료), 합성 수지계 탄소질 전구체 (예를 들어, 페놀 수지, 폴리염화비닐리덴, 아크릴 수지 등의 합성 수지 유래의 재료), 천연 섬유계 탄소질 전구체 (예를 들어, 셀룰로오스 등의 천연 섬유, 레이온 등의 재생 섬유 등의 천연 섬유 유래의 재료) 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 가정용품 품질 표시법에서 규정되는 제거 대상 물질의 흡착 성능이 우수한 탄소질 재료로 하기 쉽다는 점에서, 식물계 탄소질 전구체가 바람직하다. 따라서 바람직한 일 실시형태에 있어서, 탄소질 재료는, 식물계 탄소질 전구체에서 유래된다. 트리할로메탄과 2-MIB 를 한층 더 효율적으로 제거할 수 있는 탄소질 재료를 실현시킬 수 있다는 관점에서, 야자 껍질을 원료로 하는 것이 바람직하다. 따라서 특히 바람직한 일 실시형태에 있어서, 식물계 탄소질 전구체로서 야자 껍질을 사용한다.
본 실시형태에 관련된 탄소질 재료는, 분자 사이즈가 작은 트리할로메탄 등의 VOC 와 분자 사이즈가 큰 2-MIB 를 단독계로 효율적으로 제거할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 탄소질 재료는, 정수하기 위한 탄소질 재료 (정수용 탄소질 재료) 로서 바람직하게 사용할 수 있고, 수돗물을 정수하기 위한 탄소질 재료 (수돗물의 정수용 탄소질 재료) 로서 보다 바람직하게 사용할 수 있다.
[탄소질 재료의 제조 방법]
본 발명의 일 실시형태에 관련된 탄소질 재료는, 전술한 탄소질 전구체를 부활함으로써 제조된다. 또, 부활에 앞서, 탄화 (炭化) 를 필요로 하는 경우, 통상적으로 산소 또는 공기를 차단하고, 예를 들어 400 ∼ 800 ℃ (바람직하게는 500 ∼ 800 ℃, 더욱 바람직하게는 550 ∼ 750 ℃) 에서 탄화하면 된다. 이 경우, 탄소질 전구체의 탄화에 의해 얻어진 원료탄을 부활하여 탄소질 재료를 제조한다.
벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량 및 메조포러스 용적이 특정 범위에 있는 탄소질 재료를 실현시킴에 있어서 부활의 방법이 중요하다. 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료의 제조 방법 (이하, 간단히 「본 실시형태의 제조 방법」이라고도 한다.) 은, 부활로로서 유동로 (유동 부활로) 를 사용하며, 노 바닥으로부터 도입되는 유동 가스와는 별도로 산소 함유 가스를 유동로에 도입하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 부활로로서 로터리 킬른을 사용하는 종래법이나, 유동로에 오로지 유동 가스를 노 바닥으로부터 도입하는 종래법에서는 실현시키기 어려웠던, 벤젠 흡착량이 25 ∼ 40 ％ 이고, 비타민 B12 흡착량이 13.0 ∼ 50.0 mg/g 이고, 질소 흡착 등온선으로부터 BJH 법에 의해 산출한 메조포러스의 세공 용적이 0.070 ∼ 0.150 ㎤/g 인, 탄소질 재료를 실현시킬 수 있다.
유동 가스는, 원료탄을 유동 부활하는 작용을 갖는 한 특별히 한정되지 않고, 종래 공지된 것을 사용해도 된다. 공업적으로는 수증기나 이산화탄소를 적당히 함유한다는 점에서, 탄화수소 (예를 들어, 메탄, 프로판, 부탄 등의 경질 가스, 경유, 등유, 중유 등의 액체 연료) 의 연소 가스가 바람직하게 사용된다.
원료탄을 효율적으로 부활할 수 있다는 관점에서, 유동 가스 중의 수증기 농도는, 10 ∼ 40 용량％ 인 것이 바람직하다. 상한은, 보다 바람직하게는 35 용량％ 이하, 또는 30 용량％ 이하이고, 하한은, 보다 바람직하게는 12 용량％ 이상, 14 용량％ 이상, 또는 15 용량％ 이상이다.
본 실시형태의 제조 방법에 있어서, 노 바닥으로부터 도입되는 유동 가스와는 별도로 산소 함유 가스가 유동로에 도입된다. 산소 함유 가스는, 유동 가스와 산소 함유 가스를 합계한 가스 중의 산소 농도가 0.004 ∼ 1 용량％ 가 되도록 유동로에 도입된다. 트리할로메탄과 2-MIB 를 단독 종으로 한층 더 효율적으로 제거할 수 있는 탄소질 재료를 얻는다는 관점에서, 유동 가스와 산소 함유 가스를 합계한 가스 중의 산소 농도는, 바람직하게는 0.005 용량％ 이상, 0.01 용량％ 이상, 0.02 용량％ 이상, 0.03 용량％ 이상, 0.04 용량％ 이상, 또는 0.05 용량％ 이상이다. 그 산소 농도의 상한은, 바람직하게는 0.95 용량％ 이하, 0.9 용량％ 이하, 0.85 용량％ 이하, 또는 0.8 용량％ 이하이다. 본 실시형태에 있어서, 유동 가스와 산소 함유 가스를 합계한 가스 중의 산소 농도는, 유동 가스의 조성과 도입량, 산소 함유 가스의 조성과 도입량에 의거하여 산출되는 주입 환산의 농도이다.
산소 함유 가스는, 산소를 함유하는 한에서 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 공기, 및 공기를 기타 가스 (예를 들어, 질소 등의 불활성 가스) 로 희석한 가스를 사용할 수 있다. 산소 함유 가스 중의 산소 농도는, 유동 가스와 산소 함유 가스를 합계한 가스 중의 산소 농도가 0.004 ∼ 1 용량％ 의 범위가 되는 한에서 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 20 용량％ 이하, 보다 바람직하게는 15 용량％ 이하, 10 용량％ 이하, 8 용량％ 이하, 6 용량％ 이하, 5 용량％ 이하, 4 용량％ 이하, 3 용량％ 이하, 또는 2 용량％ 이하이다. 산소 함유 가스 중의 산소 농도의 하한은, 통상적으로 0.1 용량％ 이상, 0.2 용량％ 이상 등으로 할 수 있다. 또, 노 바닥으로부터 도입되는 유동 가스 중에 산소가 함유되어 있어도 되지만, 유동 가스에 연소 가스를 사용하는 경우, 연소 가스 중의 미량의 산소 농도를 제어하는 것은 일반적으로 어렵기 때문에, 산소 함유 가스 유래의 산소에 의해 산소 농도를 제어하는 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참조하면서 본 실시형태의 제조 방법을 설명한다. 각 도면에서의 주된 부호는, 이하를 나타낸다 :
1 : 유동 가스 입구, 2 : 산소 함유 가스 입구, 3 : 가스 출구, 4 : 가스 분산층, 5 : 원료탄, 6 : 원료탄 (유동 부활시), 7 : 유동 가스, 8 : 산소 함유 가스, 9 : 배출 가스, 10 : 가스 분산부, 20 : 유동 플로어부, 100 : 유동로 (유동 부활로).
도 1 에, 본 실시형태의 제조 방법에 사용되는 유동로 (유동 부활로) (100) 의 모식도를 나타낸다. 유동로 (100) 는, 유동 가스 입구 (1), 산소 함유 가스 입구 (2), 가스 출구 (3), 가스 분산층 (4) 을 포함한다. 유동 가스 입구 (1) 는, 일반적으로 노 바닥에 배치되고, 유동로 (100) 에 도입된 유동 가스 (도시 생략) 는, 가스 분산층 (4) 을 통과하고, 원료탄 (5) 과 접촉하여 원료탄의 유동 부활에 제공된다. 그 후, 유동 가스는, 일반적으로 노 천정에 배치되는 가스 출구 (3) 로부터 노 외로 배출된다. 도 1 에서는, 상기 유동 가스의 흐름 주방향 (즉, 노 바닥으로부터 노 천정으로의 흐름 방향) 을 방향 Z 로서 표시하고 있다.
가스 분산층 (4) 은, 유동 가스 입구 (1) 로부터 도입된 유동 가스의 흐름을 분산시켜 원료탄 (5) 에 균일하게 유동 가스를 접촉시키는 기능을 갖는 한 특별히 한정되지 않고, 종래 공지된 것을 사용해도 된다. 예를 들어, 구멍 형성판을 사용하여 유동 가스를 분산시키는 경우, 노 바닥에서부터 구멍 형성판까지의 완충 영역을 포함시켜 가스 분산층 (4) 으로 칭한다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 가스 분산층 (4) 은, 유동 가스의 흐름 주방향 Z 에서 볼 때, 유동로 내의 상류측에 배치된다. 본 실시형태에 있어서, 가스 분산층 (4) 으로 이루어지는 영역을 가스 분산부 (10) 로 칭한다. 따라서, 유동로 (100) 는, 유동 가스의 흐름 주방향 Z 에서 볼 때 유동로 내의 상류측에 가스 분산부 (10) 를 구비한다.
유동로 (100) 는 또한, 유동 가스의 흐름 주방향 Z 에서 볼 때 유동로 내의 하류측에, 유동 플로어부 (20) 를 구비한다. 유동 플로어부 (20) 에 있어서, 원료탄 (5) 과 유동 가스가 접촉하여 원료탄 (5) 의 유동 부활이 행해진다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태의 제조 방법은, 노 바닥으로부터 도입되는 유동 가스와는 별도로 산소 함유 가스를 유동로에 도입하는 것을 특징으로 한다. 그리고 벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량 및 메조포러스 용적이 특정 범위에 있는 탄소질 재료를 실현시킴에 있어서, 산소 함유 가스의 도입 위치가 중요하다. 즉, 유동 가스의 흐름 주방향 Z 에 있어서의 가스 분산부의 상류단 위치를 0 (m), 하류단 위치를 t1 (m) 로 하고 (t1＞0 이다.), 산소 함유 가스를 도입하는 위치를 t2 (m) 로 했을 때, 0.5t1≤t2 의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 0.5t1＞t2 인 경우, 벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량 및 메조포러스 용적이 특정 범위에 있는 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료를 실현시키는 것은 어렵다. 바람직하게는 0.7t1≤t2, 보다 바람직하게는 0.8t1≤t2, 0.9t1≤t2, 또는 t1≤t2, 특히 바람직하게는 t1＜t2, 1.2t1≤t2, 1.4t1≤t2, 또는 1.5t1≤t2 이다. t2 의 상한은, 산소 함유 가스가 유동 부활 중인 원료탄과 접촉할 수 있는 한 특별히 한정되지 않고, 노 천정까지의 임의의 위치로 할 수 있지만, 방향 Z 에서 볼 때 유동 플로어부 (20) 의 높이 (두께) 를 T (m) 로 한 경우 (즉, T＝(노 천정 높이－t1)), t2≤0.8T, t2≤0.7T, t2≤0.6T, 또는 t2≤0.5T 인 것이 바람직하다. 또, 산소 함유 가스의 도입 위치 t2 란, 방향 Z 에서 볼 때 산소 함유 가스 입구 (2) 가 폭 (두께) 을 갖는 경우, 그 폭 (두께) 의 중심 위치를 가리킨다.
도 2 에, 도 1 에 기재된 유동로를 사용하여 원료탄을 유동 부활하는 모습을 나타내는 모식도를 나타낸다. 도 2 에 있어서, 도 1 과 동일한 부호로 나타낸 부재·부분은 도 1 과 동일한 부재·부분을 나타낸다.
도 2 에 있어서, 노 바닥으로부터 유동 가스 (7) 가, 노 측부로부터 산소 함유 가스 (8) 가 각각 유동로 (100) 에 도입된다. 유동 가스 (7) 는, 가스 분산층 (4) 으로 이루어지는 가스 분산부 (10) 를 통과하고, 유동 플로어부 (20) 에 있어서 원료탄과 접촉하여 원료탄의 유동 부활에 제공된다. 또한, 산소 함유 가스 (8) (상세하게는 가스 중의 산소) 는, 유동 부활 중인 원료탄 (6) 과 접촉하여 원료탄의 국소적인 부활에 제공된다. 이와 같은 산소 함유 가스에 의한 원료탄의 국소적인 부활에 의해 마이크로 구멍을 유지한 채로 국소적으로 메조포러스를 발달시킬 수 있게 되어, 그 결과, 벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량 및 메조포러스 용적이 특정 범위에 있는 탄소질 재료가 유리하게 제조되는 것으로 추찰된다.
원료탄의 부활의 조건은, 유동 가스와는 별도로 산소 함유 가스를 도입하는 점을 제외하고, 종래 공지된 조건을 채용해도 된다. 예를 들어, 부활시의 온도는 700 ∼ 1000 ℃ (바람직하게는 800 ∼ 1000 ℃, 850 ∼ 950 ℃) 여도 되고, 부활의 시간은 소기의 벤젠 흡착량 (소기의 부활의 진행 정도) 이 달성되는 임의의 시간으로 해도 된다.
본 실시형태의 제조 방법에서는, 유동 가스와는 별도로 도입된 산소 함유 가스의 작용에 의해 벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량 및 메조포러스 용적이 특정 범위에 있는 소기의 탄소질 재료를 제조할 수 있는 것은 전술한 바와 같다. 여기서, 유동 가스 중의 수증기나 이산화탄소에 의한 원료탄의 부활이 흡열 반응인 반면에, 산소 함유 가스 중의 산소에 의한 원료탄의 부활은 급격한 발열 반응이다. 따라서, 유동 부활 중의 원료탄에 산소 함유 가스를 접촉시키는 본 실시형태의 제조 방법에서는, 원료탄의 부활을 유지하는 데에 필요해지는 외부로부터의 열 공급을 감소시킬 수 있어, 에너지 밸런스의 관점에서도 매우 유리하다.
원료탄의 부활에 제공된 후, 유동 가스 (7) 와 산소 함유 가스 (8) 는, 가스 출구로부터 노 외로 배출된다 (도 2 에 있어서의 배출 가스 (9)). 배출 가스의 일부 또는 전부를 순환하거나 열 교환하거나 함으로써, 배출 가스의 열에너지를 재이용해도 된다.
도 1 및 도 2 에는, 유동 가스 입구 (1), 산소 함유 가스 입구 (2), 가스 출구 (3) 를 각각 1 개 구비한 유동로를 나타냈지만, 도 1 및 도 2 는 모식도에 불과하고, 유동로는, 유동 가스 입구 (1), 산소 함유 가스 입구 (2), 가스 출구 (3) 를 각각 복수 구비해도 된다. 산소 함유 가스 입구 (2) 를 복수 구비하는 경우, 유동 가스의 흐름 주방향 Z 에서 볼 때, 서로 동일한 위치 (높이) 에 배치해도 되고, 상이한 위치 (높이) 에 배치해도 된다.
부활 후의 탄소질 재료는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 천이 금속 등의 불순물을 포함하는 야자 껍질 등의 식물계 탄소질 전구체나 광물계 탄소질 전구체를 사용한 경우, 회분 (灰分) 이나 약제를 제거하기 위해서 세정한다. 따라서 일 실시형태에 있어서, 본 발명의 제조 방법은, 부활 후의 탄소질 재료를 세정하는 공정을 포함해도 된다. 그 경우, 세정에는 광산이나 물이 사용되고, 광산으로는 세정 효율이 높은 염산이 바람직하다. 염산 등의 광산을 사용하여 탄소질 재료를 세정 (산세) 하는 경우에는, 산세 후에 수세 등을 실시하여, 탈산 처리를 하는 것이 바람직하다.
세정 후, 얻어진 탄소질 재료에 대하여 건조, 필요에 따라 분쇄·체질을 실시하여, 탄소질 재료의 제품을 얻을 수 있다.
[정수용 필터]
탄소질 재료를 사용하여 정수용 필터를 제조할 수 있다. 이하에, 바람직한 실시형태에 관련된 정수용 필터를 설명한다.
바람직한 일 실시형태에 있어서, 정수용 필터는, 상기 서술한 바와 같은 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료와 섬유상 바인더를 포함한다.
섬유상 바인더는, 피브릴화시킴으로써, 탄소질 재료를 묻혀서 부형할 수 있는 것이면, 특별히 한정되지 않고, 합성품, 천연품을 불문하고 폭넓게 사용 가능하다. 이와 같은 섬유상 바인더로는, 예를 들어 아크릴 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 셀룰로오스 섬유, 나일론 섬유, 아라미드 섬유, 펄프 등을 들 수 있다. 섬유상 바인더의 섬유 길이는 4 mm 이하인 것이 바람직하다.
섬유상 바인더는 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다. 특히 바람직하게는 폴리아크릴로니트릴 섬유 또는 펄프를 바인더로서 사용하는 것이다. 그럼으로써, 성형체 밀도 및 성형체 강도를 더 올려서 성능 저하를 억제할 수 있다.
바람직한 일 실시형태에 있어서, 섬유상 바인더의 통수성은, CSF 값으로 10 ∼ 150 ㎖ 정도이다. 본 실시형태에 있어서, CSF 값은 JIS P8121 「펄프의 여수도 (濾水度) 시험 방법」캐나다 표준 여수도법에 준하여 측정한 값이다. 또한, CSF 값은, 예를 들어 섬유상 바인더를 피브릴화시킴으로써 조정할 수 있다. 섬유상 바인더의 CSF 값이 10 ㎖ 미만이 되면, 통수성이 얻어지지 않고, 성형체의 강도가 낮아지고, 압력 손실도 높아질 우려가 있다. 한편으로, 상기 CSF 값이 150 ㎖ 를 초과하는 경우에는, 분말상 활성탄을 충분히 유지할 수 없고, 성형체의 강도가 낮아지는 데다가 흡착 성능이 뒤떨어질 가능성이 있다.
정수용 필터는, 제거 대상 물질의 제거 성능, 성형성 등의 관점에서, 탄소질 재료 100 질량부에 대하여 섬유상 바인더를 바람직하게는 4 ∼ 10 질량부, 보다 바람직하게는 4.5 ∼ 6 질량부 포함한다. 따라서, 바람직한 일 실시형태에 있어서, 정수용 필터는, 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료와 섬유상 바인더를 포함하고, 섬유상 바인더의 CSF 값이 10 ∼ 150 ㎖ 이고, 탄소질 재료 100 질량부에 대하여 섬유상 바인더를 4 ∼ 10 질량부 포함한다. 또, 정수용 필터가, 후술하는 다른 기능성 성분을 함유하는 경우, 필터 조성에 대해서 말하는 「탄소질 재료 100 질량부에 대하여」는 「탄소질 재료와 기타 기능성 성분의 합계 100 질량부에 대하여」로 교체하여 적용하면 된다.
정수용 필터는, 본 발명의 효과가 저해되지 않는 한에서, 기타 기능성 성분을 함유해도 된다. 기타 기능성 성분으로는, 예를 들어 용해성 납을 흡착 제거할 수 있는 티타노실리케이트나 제올라이트계 분말 등의 납 흡착재나 이온 교환 수지 또는 킬레이트 수지, 혹은 항균성을 부여하기 위해서 은 이온 및/또는 은 화합물을 함유한 각종 흡착재 등을 들 수 있다.
본 실시형태에 관련된 정수용 필터는, 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료를 함유한다는 점에서, 분자 사이즈가 작은 트리할로메탄 등의 VOC 와 분자 사이즈가 큰 2-MIB 를 효율적으로 제거할 수 있다. 통수 조건은 특별히 한정되지 않지만, 압력 손실이 극도로 커지지 않도록 300 ∼ 6500/hr 의 공간 속도 (SV) 로 실시된다. 원수 및 투과수 중의 제거 대상 물질의 농도로부터 계산되는 각 제거율과, 통수 개시부터 흘린 수량 (ℓ) 과 정수 카트리지의 용적 (㎖) 의 비 (누적 투과 수량 ℓ/㎖) 의 관계를 플롯함으로써, 정수용 필터의 성능을 확인할 수 있다.
[정수기]
탄소질 재료 또는 정수용 필터를 사용하여 정수기를 제조할 수 있다. 바람직한 실시형태에 있어서, 정수기는, 상기 서술한 바와 같은 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료 또는 정수용 필터를 포함한다.
바람직한 일 실시형태에 있어서, 정수기는 정수용 카트리지를 구비하고, 그 정수용 카트리지가, 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료 또는 정수용 필터를 사용하여 구성된다. 예를 들어, 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료를 하우징에 충전하여 정수용 카트리지를 구성해도 되고, 또한, 본 실시형태에 관련된 정수용 필터를 하우징에 충전하여 정수용 카트리지를 구성해도 된다. 정수용 카트리지는, 본 실시형태에 관련된 탄소질 재료 또는 정수용 필터에 더하여, 공지된 부직포 필터, 각종 흡착재, 미네랄 첨가재, 세라믹 여과재, 중공사막 등을 조합하여 포함해도 된다.
본 명세서는, 상기 서술한 바와 같이 여러 가지 양태의 기술을 개시하고 있지만, 그 중에서 주된 기술을 이하에 정리한다.
본 발명의 일 국면에 관한 탄소질 재료는, 벤젠 흡착량이 25 ∼ 40 ％ 이고, 비타민 B12 흡착량이 13.0 ∼ 50.0 mg/g, 질소 흡착 등온선으로부터 BJH 법에 의해 산출한 메조포러스의 세공 용적이 0.070 ∼ 0.150 ㎤/g 인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 의해, 트리할로메탄과 2-MIB 의 제거를 단독 종으로 양립시킬 수 있는 탄소질 재료를 제공할 수 있다.
또한, 상기 탄소질 재료에 있어서, 질소 흡착 등온선으로부터 BET 법으로 산출한 비표면적이 900 ∼ 1500 ㎡/g 인 것이 바람직하다. 그럼으로써, 정수기에 요구되는 흡착 제거 성능을 높은 레벨로 실현할 수 있을 것으로 생각된다.
또한, 상기 탄소질 재료에 있어서, 질소 흡착 등온선으로부터 산출한 평균 세공 직경이 1.79 ∼ 1.88 ㎚ 인 것이 바람직하다. 그럼으로써, 트리할로메탄과 2-MIB 를 단독 종으로 한층 더 효율적으로 제거할 수 있을 것으로 생각된다.
또한, 상기 탄소질 재료에 있어서, 질소 흡착 등온선에 있어서의 상대압 P/P0＝0.99 일 때의 질소 흡착량에 의해 산출한 전체 세공 용적에 대한, 질소 흡착 등온선으로부터 MP 법에 의해 산출되는 마이크로 구멍의 세공 용적의 비율이 96 ％ 이하인 것이 바람직하다. 그럼으로써, 트리할로메탄과 2-MIB 를 단독 종으로 한층 더 효율적으로 제거할 수 있을 것으로 생각된다.
또한, 상기 탄소질 재료에 있어서, 하중 12 kN 에 있어서의 분체 저항 측정에 의한 도전율이 5 ∼ 12 S/cm 인 것이 바람직하다. 그럼으로써, 정수기에 요구되는 흡착 제거 성능을 높은 레벨로 실현할 수 있을 것으로 생각된다.
또한, 상기 탄소질 재료가 식물계 탄소질 전구체에서 유래되는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 가정용품 품질 표시법에서 규정되는 제거 대상 물질의 흡착 성능이 우수한 탄소질 재료로 하기 쉬울 것으로 생각된다. 또한, 상기 식물계 탄소질 전구체가 야자 껍질인 것이 바람직하고, 그럼으로써 트리할로메탄과 2-MIB 를 한층 더 효율적으로 제거할 수 있는 탄소질 재료를 실현할 수 있을 것으로 생각된다.
본 발명의 다른 국면에 관한 탄소질 재료의 제조 방법은, 유동로를 사용하는 것과, 노 바닥으로부터 도입되는 유동 가스와는 별도로 산소 함유 가스를, 유동 가스와 산소 함유 가스를 합계한 가스 중의 산소 농도가 0.004 ∼ 1 용량％ 가 되도록 유동로에 도입하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성에 의해 상기 서술한 바와 같은 우수한 탄소질 재료를 얻을 수 있다.
또한, 상기 제조 방법에 있어서, 상기 노 바닥으로부터 도입되는 유동 가스 중의 수증기 농도가 10 ∼ 40 용량％ 인 것이 바람직하다. 그럼으로써, 원료탄을 효율적으로 부활할 수 있을 것으로 생각된다.
또한, 상기 제조 방법에 있어서, 상기 유동로가, 유동 가스의 흐름 주방향 Z 에서 볼 때 유동로 내의 상류측에 가스 분산부를 구비하고 있고, 상기 방향 Z 에 있어서의 가스 분산부의 상류단 위치를 0 (m), 하류단 위치를 t1 (m) 로 하고, 산소 함유 가스를 도입하는 위치를 t2 (m) 로 했을 때, 0.5t1≤t2 의 관계를 만족시키도록 상기 산소 함유 가스를 도입하는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 상기 서술한 바와 같은 우수한 탄소질 재료를 보다 확실히 얻을 수 있을 것으로 생각된다.
본 발명의 또 다른 국면에 관한 정수용 필터는, 상기 서술한 바와 같은 탄소질 재료와 섬유상 바인더를 포함하는 것, 섬유상 바인더의 CSF 값이 10 ∼ 150 ㎖ 인 것, 및 탄소질 재료 100 질량부에 대하여 섬유상 바인더를 4 ∼ 10 질량부 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에는, 상기 서술한 바와 같은 탄소질 재료를 포함하는 정수기 ; 그리고, 상기 정수용 필터를 포함하는 정수기도 포함된다.
실시예
이하에, 실시예에 의해 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 실시예에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.
＜평가 방법＞
실시예에 있어서의 각 물성값은, 이하에 나타내는 방법에 의해 측정하였다.
[벤젠 흡착량의 측정]
실시예 및 비교예에서 조제된 탄소질 재료를, 115 ℃ 의 항온 건조기 내에서 3 시간 건조시킨 후, 건조제로서 실리카 겔을 사용한 데시케이터 내에서 실온까지 방랭시켰다. 이어서, 20 ℃ 의 항온조 내에서, 탄소질 재료에, 포화 농도의 1/10 농도의 벤젠을 함유하는 건조 공기를 통과시켰다. 흡착 평형에 도달한 탄소질 재료의 질량과, 흡착 전의 탄소질 재료의 질량 (즉, 건조·방랭 후의 탄소질 재료의 질량) 으로부터 다음 식 (1) 에 따라 벤젠 흡착량 (질량％) 을 구하였다.
[식 (1)]
벤젠 흡착량 (질량％)＝[{(벤젠 흡착 후의 시료 질량)－(벤젠 흡착 전의 시료 질량)}/(벤젠 흡착 전의 시료 질량)]×100
[비타민 B12 흡착량의 측정]
실시예 및 비교예에서 조제된 탄소질 재료를, 탄소질 재료의 체적 기준의 누적 분포의 50 ％ 입자경 (D50) 이 9 ∼ 11 ㎛ 정도가 되도록 분쇄하고, 115 ℃ 의 항온 건조기 내에서 3 시간 건조시킨 후, 건조제로서 실리카 겔을 사용한 데시케이터 내에서 실온까지 방랭시켰다. 또, 분쇄된 탄소질 재료의 입경은 레이저 회절 측정법에 의해 측정하였다. 즉, 측정 대상인 탄소질 재료를 계면 활성제와 함께 이온 교환수 중에 넣고, 초음파 진동을 부여하여 균일 분산액을 제조하고, 마이크로트랙·벨 (주) 제조의 Microtrac MT3200 을 사용하여 측정하였다. 계면 활성제에는, 후지 필름 와코 쥰야쿠 (주) 제조의 「폴리옥시에틸렌 (10) 옥틸페닐에테르」를 사용하였다. 분석 조건을 이하에 나타낸다.
(분석 조건)
측정 횟수 : 1 회
측정 시간 : 30 초
분포 표시 : 체적
입경 구분 : 표준
계산 모드 : MT3000
용매명 : WATER
측정 상한 : 1408 ㎛, 측정 하한 : 0.265 ㎛
잔분비 : 0.00
통과분비 : 0.00
잔분비 설정 : 무효
입자 투과성 : 투과
입자 굴절률 : 1.81
입자 형상 : 비구형
용매 굴절률 : 1.333
DV 값 : 0.0100 ∼ 0.0500
투과율 (TR) : 0.750 ∼ 0.920
유속 : 50 ％
얻어진 탄소질 재료 약 0.05 g ∼ 0.30 g 에, 약 320 ppm 으로 조정한 비타민 B12 (C63H88N14O14PCo : 분자량 1355.4) 수용액 100 ㎖ 를 첨가하고, 25 ℃, 160 회/분으로 2 시간 진탕하고, 비타민 B12 를 흡착시켜, 탄소질 재료를 여과한 여과액을 회수하였다. 흡착 시험에 사용한 약 320 ppm 의 흡착 전의 비타민 B12 시험수와 흡착 처리 후의 비타민 B12 여과액에 대해서 330 ㎚ 에 있어서의 흡광도를 측정하고, 미리 작성해 둔 검량선에 기초하여 비타민 B12 의 농도를 산출하였다. 얻어진 비타민 B12 의 농도로부터 이하의 식 (2) 에 의해 탄소질 재료 1 g 당의 비타민 B12 의 흡착량을 산출하였다.
[식 (2)]
비타민 B12 흡착량 (mg/g)＝{흡착 전의 비타민 B12 농도 (ppm)－흡착 처리 후의 비타민 B12 농도 (ppm)}×0.1/탄소질 재료의 질량 (g)
흡착 처리 후의 비타민 B12 의 농도가 300 ppm 을 초과하는 농도와 하회하는 농도에 있어서의 비타민 B12 흡착량을 계산하였다. 그리고, 누승 근사식에 의해 흡착 처리 후의 비타민 B12 의 농도가 300 ppm 이 될 때의 흡착 처리 후의 비타민 B12 의 흡착량을 계산하고, 그것을 비타민 B12 흡착량으로 하였다.
[질소 흡착 등온선의 측정]
마이크로트랙·벨 (주) 제조의 BELSORP-mini 을 사용하여, 탄소질 재료를 질소 기류하 (질소 유량 : 50 ㎖ /분) 에서 300 ℃ 에서 3 시간 가열한 후, 77 K 에 있어서의 탄소질 재료의 질소 흡탈착 등온선을 측정하였다.
[비표면적의 측정]
상기 방법에 의해 얻어진 질소 흡착 등온선으로부터 BET 식에 의해 다점법에 의한 해석을 실시하여, 얻어진 곡선의 상대압 P/P0＝0.01 ∼ 0.1 인 영역에서의 직선으로부터 비표면적을 산출하였다.
[전체 세공 용적·평균 세공 직경의 측정]
상기 방법에 의해 얻어진 질소 흡착 등온선에 있어서의 상대압 P/P0＝0.99 에서의 질소 흡착량으로부터 Gurvish 법에 의해 전체 세공 용적을 산출하였다. 평균 세공 직경에 관해서는, 전체 세공 용적 및 앞서 기재한 BET 법에서 구한 비표면적으로부터 이하의 식 (3) 에 기초하여 산출하였다.
[식 (3)]
평균 세공 직경 (㎚)＝전체 세공 용적 (㎤/g)/비표면적 (㎡/g)×4000
[MP 법에 의한 마이크로 구멍 세공 용적, 마이크로 구멍 비율의 측정]
상기 방법에 의해 얻어진 질소 흡착 등온선에 대하여 MP 법을 적용하여, 마이크로 구멍의 세공 용적을 산출하였다. 이 MP 법에 의해 얻어진 마이크로 구멍의 세공 용적이, 상기 방법에 의해 산출한 전체 세공 용적에 대하여 차지하는 비율을 마이크로 구멍 비율로 하였다. 또, MP 법에 의한 해석에 있어서는 마이크로트랙·벨 (주) 로부터 제공받은 기준 곡선 『NGCB-BEL.t』를 사용하였다.
[BJH 법에 의한 메조포러스 세공 용적의 측정]
상기 방법에 의해 얻어진 질소 흡착 등온선에 대하여 BJH 법을 적용하여, 메조포러스의 세공 용적을 산출하였다. 또, BJH 법에 의한 해석에 있어서는 마이크로트랙·벨 (주) 로부터 제공받은 기준 곡선 『NGCB-BEL.t』를 사용하였다.
[도전율의 측정]
분체 저항률 측정 유닛 ((주) 미츠비시 케미컬아날리테크 제조, MCP-PD51) 을 사용하여, 탄소질 재료의 도전율을 측정하였다. 도전율의 측정에는, 측정 시료의 입경이 크게 영향을 미치기 때문에, 탄소질 재료의 체적 기준의 누적 분포의 50 ％ 입자경 (D50) 이 5 ∼ 8 ㎛ 정도가 되도록 분쇄하고, 하중을 12 kN 가했을 때의 탄소질 재료 펠릿의 도전율을 측정하였다. 또, 분쇄된 탄소질 재료의 입경은 레이저 회절 측정법에 의해 측정하였다. 탄소질 재료의 입경의 측정 순서·분석 조건은, 앞선 [비타민 B12 흡착량의 측정] 에 있어서 기재한 바와 같다.
＜실시예 1＞
필리핀산 야자 껍질을 탄화한 야자 껍질탄을 10 mesh (1.7 mm) 내지 30 mesh (0.5 mm) 로 입도 조정하였다. 이 야자 껍질탄 1 kg 을 900 ℃ 로 가열한 유동 부활로에 투입하고, 노 바닥으로부터 수증기 15 용량％, 이산화탄소 11 용량％ 의 유동 가스 50 ℓ/분, 노 측부로부터 산소 0.5 용량％, 질소 99.5 용량％ 의 산소 함유 가스 5 ℓ/분을 도입하고, 벤젠 흡착량이 약 35 중량％ 가 될 때까지 부활 처리를 실시하였다 (유동 부활로에 도입되는 합계 가스 중의 산소 농도는 약 0.045 용량％). 유동 부활로에는, 유동 가스의 흐름 주방향 Z 에서 볼 때 노 내의 상류측에 가스 분산층을 구비하는 노를 사용하였다. 또한, 방향 Z 에 있어서의 산소 함유 가스의 도입 위치 t2 와 가스 분산층의 하류단 t1 은 t1＜t2 의 관계를 만족시켰다. 즉, 산소 함유 가스는 유동 부활로의 유동 플로어부에 도입되었다.
얻어진 부활 처리탄을 묽은 염산으로 세정하고, 이어서 잔류된 염산을 제거하기 위해 이온 교환수로 충분히 세정, 건조시킴으로써, 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜실시예 2＞
부활 처리 전의 야자 껍질탄을 30 mesh (0.5 mm) 내지 60 mesh (0.25 mm) 로 입도 조정한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜실시예 3＞
부활 처리시에 도입되는 산소 함유 가스의 농도를, 산소 0.05 용량％, 질소 99.95 용량％ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜실시예 4＞
부활 처리시에 도입되는 산소 함유 가스의 농도를, 산소 1 용량％, 질소 99 용량％ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜실시예 5＞
부활 처리시에 도입되는 산소 함유 가스의 농도를, 산소 5 용량％, 질소 95 용량％ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜실시예 6＞
부활 처리시에 도입되는 산소 함유 가스의 농도를, 산소 10 용량％, 질소 90 용량％ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜실시예 7＞
부활 처리탄의 벤젠 흡착량이 약 28 중량％ 가 될 때까지 부활 처리를 실시한 것 이외에는, 실시예 4 와 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜실시예 8＞
부활 처리 전의 야자 껍질탄을 50 mesh (0.3 mm) 내지 100 mesh (0.15 mm) 로 입도 조정한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 1＞
필리핀산 야자 껍질을 탄화한 야자 껍질탄을 10 mesh (1.7 mm) 내지 30 mesh (0.5 mm) 로 입도 조정하였다. 이 야자 껍질탄 1 kg 을 900 ℃ 로 가열한 로터리 킬른에 투입하고, 수증기 15 용량％, 이산화탄소 11 용량％ 의 부활 가스 10 ℓ/분과 산소 0.5 용량％, 질소 99.5 용량％ 의 추가 가스 1 ℓ/분을 도입하고, 벤젠 흡착량이 약 35 중량％ 가 될 때까지 부활 처리를 실시하였다.
얻어진 부활 처리탄을 묽은 염산으로 세정하고, 이어서 잔류된 염산을 제거하기 위해 이온 교환수로 충분히 세정, 건조시킴으로써, 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 2＞
부활 처리 전의 야자 껍질탄을 30 mesh (0.5 mm) 내지 60 mesh (0.25 mm) 로 입도 조정한 것 이외에는, 비교예 1 과 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 3 (참고예)＞
부활 처리탄의 벤젠 흡착량이 약 45 질량％ 가 될 때까지 부활 처리를 실시한 것 이외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다. 또, 본 비교예 3 은, 유동로를 사용한 탄소질 재료의 제조 방법에 있어서, 유동 가스와는 별도로 산소 함유 가스를 공급하고 있으므로, 종래 기술에 관련된 양태가 아니라, 참고예로서 나타낸 것이다. 후기하는 비교예 4 및 6 도 마찬가지이다.
＜비교예 4 (참고예)＞
부활 처리탄의 벤젠 흡착량이 약 25 질량％ 가 될 때까지 부활 처리를 실시한 것 이외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 5＞
부활 처리시에 도입되는 산소 함유 가스를, 산소 불함유의 질소 가스로 변경한 것 이외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 6 (참고예)＞
부활 처리시에 도입되는 산소 함유 가스를, 공기로 변경한 것 이외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 7＞
부활 처리시에 도입되는 산소 함유 가스를, 산소 불함유의 질소 가스로 변경한 것 이외에는, 비교예 2 와 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 8＞
부활 처리시에 도입되는 산소 함유 가스의 농도를, 산소 1 용량％, 질소 99 용량％ 로 변경한 것 이외에는, 비교예 2 와 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 9＞
부활 처리시에 도입되는 산소 함유 가스의 농도를, 산소 5 용량％, 질소 95 용량％ 로 변경한 것 이외에는, 비교예 2 와 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 10＞
부활 처리시에 도입되는 산소 함유 가스의 농도를, 산소 10 용량％, 질소 90 용량％ 로 변경한 것 이외에는, 비교예 2 와 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 11＞
부활 처리시에 도입되는 산소 함유 가스를, 산소 불함유의 질소 가스로 변경한 것 이외에는, 비교예 3 과 동일하게 하여 탄소질 재료를 얻었다. 처리 조건 및 얻어진 탄소질 재료의 물성값을 표 1 에 나타낸다.
＜비교예 12＞
분말상 활성탄인 주식회사 쿠라레 제조 PGW-100MD 의 분쇄 전의 활성탄을 입수하고, 30 mesh (0.5 mm) 내지 60 mesh (0.25 mm) 로 입도 조정하여, 비교예 12 의 탄소질 재료로 하였다. 그 물성값을 표 1 에 나타낸다.
Figure 112020087534115-pct00001
[탄소질 재료의 여과 능력 평가]
실시예 1 ∼ 8 및 비교예 1 ∼ 12 에서 조제된 탄소질 재료를 직경 34 mm, 높이 67 mm, 내용적 60 ㎖ 의 정수 카트리지에 충전하고, JIS S 3201 (2010) 에 규정된 가정용 정수기 시험 방법에 준거하여, 하기에 나타내는 순서에 따라 트리할로메탄 및 2-MIB 의 여과 능력 시험을 실시하였다. 또, 실시예 1 및 비교예 1 의 탄소질 재료에 대해서는, 30 mesh (0.5 mm) ∼ 60 mesh (0.25 mm) 로 입도 조제한 후에 본 시험을 실시하였다.
[총 트리할로메탄 여과 능력 시험]
클로로포름 농도 45±9 ppb, 브로모디클로로메탄 농도 30±6 ppb, 디브로모클로로메탄 농도 20±4 ppb, 브로모포름 농도 5±1 ppb 로 조정한 물을 시험수에 사용하며, 1 ℓ/분, 공간 속도 (SV)＝1000 hr-1 의 조건에서 제거율 80 ％ 를 하회한 점을 파과점으로 하고, 여과 능력 시험을 실시하였다. 본 시험에서는, 여과 능력이 7.0 (ℓ/㎖) 이상인 것을 합격으로 하였다. 통수 시험 조건 및 결과를 표 2 에 나타낸다.
[2-MIB 여과 능력 시험]
2-MIB 농도 50±10 ppt 로 조정한 물을 시험수에 사용하며, 1 ℓ/분, 공간 속도 (SV)＝1000 hr-1 의 조건에서 제거율 80 ％ 를 하회한 점을 파과점으로 하고, 여과 능력 시험을 실시하였다. 본 시험에서는, 여과 능력이 30.0 (ℓ/㎖) 이상인 것을 합격으로 하였다. 통수 시험 조건 및 결과를 표 2 에 나타낸다.
Figure 112020087534115-pct00002
(고찰)
표 2 의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 관한 실시예의 탄소질 재료는 모두 분자 사이즈가 작은 트리할로메탄과 분자 사이즈가 큰 2-MIB 를 양쪽 제거할 수 있는 것이 보였다.
이에 비해, 벤젠 흡착량, 비타민 B12 흡착량, 및/또는 메조포러스 용적의 적어도 어느 하나가 본 발명의 규정을 만족시키지 못하는 비교예 1 ∼ 12 에서는, 트리할로메탄 또는 2-MIB 중 어느 한쪽만밖에 제거할 수 없고, 실시예의 탄소질 재료와 같이 양쪽을 제거할 수 없었다.
이 출원은, 2019년 4월 26일에 출원된 일본 특허출원 2019-085514호를 기초로 하는 것으로, 그 내용은 본원에 포함되는 것이다.
본 발명을 표현하기 위해서, 전술에 있어서 구체예나 도면 등을 참조하면서 실시형태를 통해서 본 발명을 적절하게 충분히 설명했지만, 당업자라면 전술한 실시형태를 변경 및/또는 개량하는 것은 용이하게 할 수 있는 것으로 인식해야 한다. 따라서, 당업자가 실시하는 변경 형태 또는 개량 형태가, 청구 범위에 기재된 청구항의 권리 범위를 이탈하는 수준인 것이 아닌 한, 당해 변경 형태 또는 당해 개량 형태는, 당해 청구항의 권리 범위에 포괄되는 것으로 해석된다.
산업상 이용가능성
본 발명의 탄소질 재료는 특히 가정용품 품질 표시법에 있어서의 제거 대상 물질의 제거에 유용하다. 따라서, 본 발명은, 정수용 필터, 정수기 등의 정수 기술에 있어서 폭넓은 산업상 이용가능성을 갖는다.

Claims (13)

  1. 벤젠 흡착량이 25 ∼ 40 ％ 이고, 비타민 B12 흡착량이 13.0 ∼ 50.0 mg/g 이며, 또한, 질소 흡착 등온선으로부터 BJH 법에 의해 산출한 메조포러스의 세공 용적이 0.070 ∼ 0.150 ㎤/g 인, 탄소질 재료.
  2. 제 1 항에 있어서,
    질소 흡착 등온선으로부터 BET 법으로 산출한 비표면적이 900 ∼ 1500 ㎡/g 인, 탄소질 재료.
  3. 제 1 항에 있어서,
    질소 흡착 등온선으로부터 산출한 평균 세공 직경이 1.79 ∼ 1.88 ㎚ 인, 탄소질 재료.
  4. 제 1 항에 있어서,
    질소 흡착 등온선에 있어서의 상대압 P/P0＝0.99 일 때의 질소 흡착량에 의해 산출한 전체 세공 용적에 대한, 질소 흡착 등온선으로부터 MP 법에 의해 산출되는 마이크로 구멍의 세공 용적의 비율이 96 ％ 이하인, 탄소질 재료.
  5. 제 1 항에 있어서,
    하중 12 kN 에 있어서의 분체 저항 측정에 의한 도전율이 5 ∼ 12 S/cm 인, 탄소질 재료.
  6. 제 1 항에 있어서,
    식물계 탄소질 전구체에서 유래되는, 탄소질 재료.
  7. 제 6 항에 있어서,
    식물계 탄소질 전구체가 야자 껍질인, 탄소질 재료.
  8. 유동로를 사용한 탄소질 재료의 제조 방법으로서, 탄소질 전구체를 상기 유동로에 투입하고, 노 바닥으로부터 도입되는 유동 가스와는 별도로 산소 함유 가스를, 유동 가스와 산소 함유 가스를 합계한 가스 중의 산소 농도가 0.004 ∼ 1 용량％ 가 되도록 유동로에 도입하고, 벤젠 흡착량이 25 ∼ 40 ％ 가 될 때까지 부활 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 탄소질 재료의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 노 바닥으로부터 도입되는 유동 가스 중의 수증기 농도가 10 ∼ 40 용량％ 인, 탄소질 재료의 제조 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 유동로가, 유동 가스의 흐름 주방향 Z 에서 볼 때 유동로 내의 상류측에 가스 분산부를 구비하고 있고,
    상기 방향 Z 에 있어서의 가스 분산부의 상류단 위치를 0 (m), 하류단 위치를 t1 (m) 로 하고, 상기 산소 함유 가스를 도입하는 위치를 t2 (m) 로 했을 때, 0.5t1≤t2 의 관계를 만족시키도록 상기 산소 함유 가스를 도입하는, 탄소질 재료의 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 탄소질 재료와 섬유상 바인더를 포함하는 정수용 필터로서, 상기 섬유상 바인더의 CSF 값이 10 ∼ 150 ㎖ 이고, 탄소질 재료 100 질량부에 대하여 섬유상 바인더를 4 ∼ 10 질량부 포함하는, 정수용 필터.
  12. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 탄소질 재료를 포함하는, 정수기.
  13. 제 11 항에 기재된 정수용 필터를 포함하는, 정수기.
KR1020207024040A 2019-04-26 2020-04-22 탄소질 재료 및 그 제조 방법, 그리고 정수용 필터 및 정수기 Active KR102226979B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019085514 2019-04-26
JPJP-P-2019-085514 2019-04-26
PCT/JP2020/017383 WO2020218370A1 (ja) 2019-04-26 2020-04-22 炭素質材料及びその製造方法、並びに浄水用フィルター及び浄水器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200125933A KR20200125933A (ko) 2020-11-05
KR102226979B1 true KR102226979B1 (ko) 2021-03-11

Family

ID=72941917

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207024040A Active KR102226979B1 (ko) 2019-04-26 2020-04-22 탄소질 재료 및 그 제조 방법, 그리고 정수용 필터 및 정수기

Country Status (6)

Country Link
US (1) US12258276B2 (ko)
JP (1) JP6829796B1 (ko)
KR (1) KR102226979B1 (ko)
CN (1) CN113727943B (ko)
TW (1) TWI755715B (ko)
WO (1) WO2020218370A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020218370A1 (ja) * 2019-04-26 2020-10-29 株式会社クラレ 炭素質材料及びその製造方法、並びに浄水用フィルター及び浄水器
EP4215483A4 (en) * 2020-10-23 2024-10-30 Kuraray Co., Ltd. CARBON-CONTAINING MATERIAL AND METHOD FOR PRODUCING SAME, AS WELL AS MATERIAL FOR REMOVING FLUORINE-CONTAINING ORGANIC COMPOUND, WATER PURIFICATION FILTER AND WATER PURIFIER
WO2024257756A1 (ja) * 2023-06-15 2024-12-19 株式会社クラレ 活性炭

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60137811A (ja) 1983-12-22 1985-07-22 Toho Rayon Co Ltd 浄水用活性炭素繊維
JPH0760246A (ja) 1993-08-27 1995-03-07 Mitsubishi Rayon Co Ltd 浄水器
JP3367534B2 (ja) * 1993-12-09 2003-01-14 三菱瓦斯化学株式会社 高吸着性炭素材料およびその製造方法
JPH0852347A (ja) 1994-06-08 1996-02-27 Unitika Ltd 水処理用ろ過材
JP3709267B2 (ja) 1997-02-26 2005-10-26 エア・ウォーター株式会社 メソポアカーボンおよびその製造方法
JPH11240707A (ja) 1998-02-27 1999-09-07 Adooru:Kk 活性炭
JP2002012417A (ja) 2000-06-26 2002-01-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 活性炭及びそれを用いた浄水カートリッジ
JPWO2003026792A1 (ja) 2001-09-26 2005-01-06 株式会社アドール 活性炭素繊維及びその製造方法
JP4190787B2 (ja) 2002-04-01 2008-12-03 株式会社クラレ 炭素質物質の製造方法
JP2003290654A (ja) 2002-04-01 2003-10-14 Kuraray Co Ltd 活性炭素繊維及びその製造方法、並びに浄水器用カートリッジ及び浄水器
JP2003334543A (ja) 2002-05-16 2003-11-25 Kuraray Chem Corp 活性炭成型体、その製造方法及びそれを用いた浄水器
JP2004010436A (ja) 2002-06-07 2004-01-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 有機性廃棄物より活性炭化物を製造する方法とその装置
JP4064309B2 (ja) 2003-06-26 2008-03-19 クラレケミカル株式会社 浄水器
JP2006282441A (ja) 2005-03-31 2006-10-19 Japan Enviro Chemicals Ltd かび臭除去用粉末活性炭
JP2008149267A (ja) 2006-12-18 2008-07-03 Unitika Ltd 有機ハロゲン系化合物除去フィルター
JP2008088054A (ja) 2007-12-14 2008-04-17 Kuraray Co Ltd 炭素質物質の製造方法
JP4934177B2 (ja) * 2009-08-28 2012-05-16 水ｉｎｇ株式会社 浄水処理装置と方法
US9359390B2 (en) 2010-03-31 2016-06-07 Kuraray Chemical Co., Ltd. Activated carbon and use therefor
JP2011255310A (ja) 2010-06-09 2011-12-22 Osaka Gas Chem Kk 成形吸着体および浄水材
JP6218355B2 (ja) 2011-02-10 2017-10-25 ソニー株式会社 濾材
JP5936423B2 (ja) * 2012-04-19 2016-06-22 フタムラ化学株式会社 浄水器用活性炭及びこれを用いた活性炭カートリッジ
US9368292B2 (en) 2012-11-13 2016-06-14 Kuraray Chemical Co., Ltd. Carbon material for polarizable electrodes and method for producing same
CN103803529A (zh) * 2014-02-28 2014-05-21 东北林业大学 一种由落叶松木屑制备高比表面积蜂窝状多孔泡沫炭的方法
JP5886383B2 (ja) 2014-07-25 2016-03-16 関西熱化学株式会社 吸着性能に優れた活性炭、およびその製造方法
WO2016080241A1 (ja) 2014-11-19 2016-05-26 クラレケミカル株式会社 吸着フィルター
JP6596015B2 (ja) * 2014-11-19 2019-10-23 株式会社クラレ 吸着フィルター
JP6484656B2 (ja) 2016-03-15 2019-03-13 関西熱化学株式会社 遊離塩素除去用活性炭素繊維およびそれを用いた遊離塩素含有水の処理方法
WO2017199717A1 (ja) * 2016-05-17 2017-11-23 株式会社クラレ 活性炭、並びにそれを用いた吸着フィルターおよび浄水器
WO2020218370A1 (ja) * 2019-04-26 2020-10-29 株式会社クラレ 炭素質材料及びその製造方法、並びに浄水用フィルター及び浄水器

Also Published As

Publication number Publication date
CN113727943A (zh) 2021-11-30
TWI755715B (zh) 2022-02-21
TW202106378A (zh) 2021-02-16
KR20200125933A (ko) 2020-11-05
CN113727943B (zh) 2024-11-19
WO2020218370A1 (ja) 2020-10-29
US12258276B2 (en) 2025-03-25
JPWO2020218370A1 (ja) 2021-05-06
JP6829796B1 (ja) 2021-02-10
US20220242737A1 (en) 2022-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102226979B1 (ko) 탄소질 재료 및 그 제조 방법, 그리고 정수용 필터 및 정수기
JP6283435B2 (ja) 活性炭成型体およびそれを用いた浄水器
JP7012026B2 (ja) 多孔質炭素材料並びにその製造方法と用途
KR102311122B1 (ko) 활성탄, 그리고 그것을 사용한 흡착 필터 및 정수기
KR102510598B1 (ko) 탄소질 재료 및 그 제조 방법, 그리고 정수용 필터 및 정수기
KR20130118248A (ko) 정수기용 활성탄 및 이것을 사용한 활성탄 카트리지
JP7060772B1 (ja) 炭素質材料及びその製造方法、並びに、含フッ素有機化合物除去材、浄水用フィルター及び浄水器
JP6762459B1 (ja) 多孔質炭素材料並びにその製造方法と用途
WO2019235043A1 (ja) 活性炭成形体
JP7597901B1 (ja) 炭素質材料及びその製造方法、吸着フィルター、浄水器カートリッジ、浄水器、並びに水浄化設備
Sahoo Preparation and properties of activated carbon
WO2024185686A1 (ja) 活性炭の回収・再生方法
KR20240039137A (ko) 정수 필터 및 정수기

Legal Events

Date Code Title Description
PA0105 International application

Patent event date: 20200820

Patent event code: PA01051R01D

Comment text: International Patent Application

PA0201 Request for examination
PA0302 Request for accelerated examination

Patent event date: 20200820

Patent event code: PA03022R01D

Comment text: Request for Accelerated Examination

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20201025

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20210119

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20210308

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20210308

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20240110

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20250217

Start annual number: 5

End annual number: 5