赋予有碱性官能团的活性炭及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种赋予有碱性官能团的活性炭及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 活性炭由于其高比表面积和发达的细孔结构而被用于各种吸附用途等中。为了在 这样的用途中有效地发挥功能，要求活性炭具有适当的物性。已知活性炭的吸附性能等物 性受活性炭的结构影响，主要受比表面积影响。但是，活性炭由于是疏水性的，对水等极性 物质（具有极性基团的物质）的吸附性能差，因此，难以适用于空气中的水分（水蒸气）吸 附用途，例如以水蒸气为工作介质的吸附热泵用吸附材料等。另外，活性炭由于与水的润湿 性差，不能充分与水接触，因此，对水中的被吸附物的吸附能力差，因此，在水（液体）中的 被吸附物的吸附效率比在空气（气体）中使用时低。
[0003] 近年来，根据各种研宄，研宄了提高活性炭的亲水性的技术，提出了能够提高在现 有的活性炭中不够充分的水蒸气吸附量的活性炭。
[0004] 例如在非专利文献1中提出了一种利用盐酸或硝酸等氧化剂将活性炭氧化处理， 在活性炭表面赋予酸性官能团，以提高亲水性的技术。
[0005] 另外，在非专利文献2中提出了一种在间苯二酚-甲醛树脂中添加尿素或三聚氰 胺，在活性炭的炭骨架（环结构）内引入氮，以提高亲水性的技术。
[0006] 现有技术文献
[0007] 非专利文献
[0008] 非专利文献1 :下岡?山崎?武脇6"用于高性能吸附热泵的亲水性活性炭的开发" 化学工学论文集第32卷第6号第528?534页2006年
[0009] 非专利文献2 :坂尾?堀河?加藤?林"含氮多孔质碳材料的制备及其水蒸气吸附 特性" SCEJ 76th Annual Meeting 2011 年、第 222 页
【发明内容】
[0010] 本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种亲水性良好的活性炭，特别是 提高水蒸气吸附量的活性炭，以及该活性炭的制备方法。
[0011] 本发明人反复深入研宄的结果发现，在活性炭表面赋予碱性官能团时，活性炭的 亲水性良好，还能够提高水蒸气吸附量。另外，本发明人发现，在活性炭的制备过程中，用碱 性物质处理活性炭时，能够在活性炭表面赋予有助于提高活性炭的亲水性的碱性官能团， 从而完成本发明。
[0012] 能够达到上述目的的本发明的活性炭具有活性炭的碱性官能团量为0. 470meq/g 以上的要旨。
[0013] 另外，在本发明中，所述活性炭的单位比表面积的碱性官能团量为0. 200 ymeq/m2 以上是优选的实施方式，进而所述活性炭的碱性官能团量与酸性官能团量的比（碱性官能 团量/酸性官能团量）为1. 00以上也是优选的实施方式。
[0014] 本发明中，将上述任意一项所述的活性炭用于吸附用途也是优选的实施方式，另 夕卜，使用了该活性炭的吸附材料也是优选的实施方式。
[0015] 另外，能够解决上述目的的本发明的活性炭的制备方法具有包括使活性炭与碱性 物质接触，以赋予喊性官能团的工序的要旨。
[0016] 在本发明中，优选包括将在赋予所述碱性官能团的工序中得到的活性炭在惰性气 氛下加热处理的工序。
[0017] 另外，还优选包括用无机酸洗涤在活化处理工序中得到的活性炭的工序。
[0018] 在本发明中，还包括使用了通过上述任意一项所述的制备方法而得到的活性炭的 吸附材料。
[0019] 本发明的活性炭由于增加碱性官能团量，因此，能够提高活性炭的亲水性，能够发 挥水蒸气吸附量的增加效果。
[0020] 另外，根据本发明的方法，能够增加活性炭的碱性官能团量，从而能够提供一种亲 水性良好的活性炭、特别是提高水蒸气吸附量的活性炭。
【附图说明】
[0021] 图1是表不本发明的活性炭的制备工序的工序不意图；
[0022] 图2是绘制碱性官能团量与低相对压区域的水蒸气吸附量的关系的图；
[0023] 图3是绘制单位比表面积的碱性官能团量与低相对压区域的水蒸气吸附量的关 系的图。
【具体实施方式】
[0024] 关于活性炭的水蒸气吸附性能，已知低相对压区域的吸附量（以下有时仅称作 "吸附量"）小，在中相对压区域显示急剧上升（非专利文献2)。因此，本发明人深入研宄的 结果明白，在活性炭表面增加氨基等碱性官能团时，亲水性变得良好，另外，能够显著提高 低相对压区域的活性炭每单位质量的水蒸气吸附量。
[0025] 在本发明中，"低相对压"是指，吸附平衡状态时的水蒸气的压力（吸附平衡压）P 〔mmHg〕与水蒸气的饱和蒸气压Ptl〔mmHg〕的比（相对压：P/PQ)为0.6以下。
[0026] 本发明的活性炭，活性炭的碱性官能团量为0. 470meq/g以上。活性炭的碱性官能 团量变多时，亲水性得以提高，在低相对压区域的水蒸气吸附量也得以增大。活性炭的碱性 官能团量优选为〇. 480meq/g以上，更优选为0. 500meq/g以上。活性炭的碱性官能团量的 上限没有特别的限定，但是优选为2. 00meq/g以下，更优选为I. 50meq/g以下，进一步优选 为 I. 00meq/g 以下。
[0027] 另外，关于活性炭的吸附性能，单位比表面积的碱性官能团量Umeq/m2)的影响 也大，可知，单位比表面积的碱性官能团量为〇. 200 ymeq/m2以上与不足0. 200 ymeq/m2时 产生差。即，活性炭的碱性官能团量为上述规定值以上，进而单位比表面积的碱性官能团量 变多时，亲水性进一步提高，水蒸气吸附量也得以提高，因此优选。单位比表面积的碱性官 能团量优选为〇. 200 ymeq/m2以上，更优选为0. 230 ymeq/m2以上。关于单位比表面积的碱 性官能团量的上限，没有特别的限定。
[0028] 此外，本发明的活性炭增大碱性官能团量时，显示出酸性官能团量降低的趋势，考 虑这是由于在活性炭的制备过程中存在于活性炭表面的酸性官能团被除去，并且在该被除 去了酸性官能团的活性炭表面被赋予碱性官能团的缘故。并且，为了得到增大了碱性官能 团量的亲水性提高效果，活性炭的碱性官能团量与酸性官能团量的比（碱性官能团量/酸 性官能团量）优选为I. OO以上，更优选为1. 05以上，进一步优选为I. 10以上。关于活性 炭的碱性官能团量与酸性官能团量的比的上限，没有特别的限定，但是，优选调节碱性官能 团量和酸性官能团量，使得碱性官能团量与酸性官能团量的比为1. 〇〇以上。例如酸性官能 团量优选为I. 5meq/g以下，更优选为I. Omeq/g以下，进一步优选为0· 8meq/g以下。
[0029] 本发明的活性炭的形状没有特别的限定，形成为适合用途的形状即可，可举出粉 末状、粒状、纤维状等。例如在水等液体中将活性炭用作吸附材料时，从通水性和减少压力 损失的观点考虑，可以使用纤维状（例如纤维直径为5?30 μπι程度）的活性炭。
[0030] 在本发明中，从吸附性能的观点考虑，活性炭的比表面积的上限及下限没有特别 的限定。但是，由于有活性炭的比表面积变大时，吸附能力也得以提高的趋势，因此，活性炭 的比表面积优选为500m2/g以上，更优选为SOOmVg以上。另外，由于比表面积变得过大时， 活性炭的强度会降低，因此，活性炭的比表面积优选为4000m 2/g以下，更优选为3500m2/g以 下。在此，"活性炭的比表面积"是根据测定多孔质碳的氮吸附等温线的BET法求出的值。
[0031] 本发明的活性炭的细孔容积（全细孔容积）和细孔直径没有特别的限定。活性炭 的细孔容积和细孔直径根据被吸附物质适当调节即可。例如全细孔容积优选为〇. 2cm3/g以 上，更优选为〇. 5cm3/g以上，优选为3. 0cm3/g以下，更优选为2. 8cm3/g以下。在此，"全细孔 容积"是根据测定相对压P/P〇(P :吸附平衡时吸附质的气体的压力、Ptl:吸附温度中的吸附 质的饱和蒸气压）至〇. 93的氮吸附量的BET法求出的值。另外，平均细孔径优选为I. 5nm 以上，更优选为I. 6nm以上，优选为4. Onm以下，更优选为3. 5nm以下。在此，"平均细孔径" 是使用根据BET法求出的比表面积与根据BET法求出的全细孔容积，假定细孔形状为圆筒 状而计算出的值[(4 X由BET法求出的全细孔容积）/由BET法求出的比表面积]。
[0032] 此外，本发明的活性炭的比表面积、全细孔容积、平均细孔径等，可以通过适当选 择用于原料的活性炭原料、加热条件等而调节。
[0033] 本发明的活性炭的亲水性，可以用水蒸气吸附量来表示。即，这是由于提高活性炭 的亲水性时，活性炭表面与水的润湿性变高，水蒸气吸附量增大的缘故。另外，本发明的活 性炭的吸附性能，如后记的实施例所示，用水蒸气吸附量表示，但是，由于对水蒸气的吸附 性能高时，对各种极性物质也显示出良好的吸附性能，因此，本发明的活性炭的吸附性能并 不限定于对水蒸气的吸附性能。因此，本发明的活性炭（包括用后记的本发明的制备方法 得到的活性炭）可以作为空气中的水分吸附用途、除臭用途、有害物质除去用途等各种用 途中的吸附用活性炭使用，例如，适合用作气体吸附用填充材料、净水器用填充材料（过滤