JP4314097B2

JP4314097B2 - 竹炭を用いた化学物質吸着材

Info

Publication number: JP4314097B2
Application number: JP2003374948A
Authority: JP
Inventors: 清西尾
Original assignee: 株式会社チクノライフ
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2003-11-04
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-11-04
Also published as: JP2005137981A

Description

本発明は、有機溶剤等を吸着し、空気や水を清浄化することが可能な吸着材に関する。

建築用資材として壁紙や床板の貼り付け等に使用される接着剤中には、トルエンやホルムアルデヒド、アンモニア等の有機溶剤が含まれている。その他の建築用資材にも、様々な化学物質が使用されている。このような化学物質は、建造物の完成後から長期にわたって室内に揮発し続け、やがて人体に悪影響を及ぼすシックハウス症候群を引き起こすようになる。

シックハウス症候群は、現在、非常に大きな問題となっており、有機溶剤の量を低減した接着剤や、人体に有害な成分を含まない接着剤等、極力化学物質を使用しない建築用資材についての研究が進められている。しかし、このような化学物質を全く使用しない建造物を作り上げることはほとんど不可能である。

そこで、このような有害物質を吸着したり分解したりすることが可能な物質についての研究が行われてきている。
このような中で、近年、細孔構造を有し、高い吸着性を示す活性炭が注目されており、活性炭に触媒を担持させて一酸化炭素等のガスの吸着材として使用する方法等が報告されている（特許文献１参照）。

特開2002-126516号公報

以上のように、触媒を担持させた活性炭等は、ガスの吸着材等に利用されている。また、触媒を担持しない活性炭や炭が、室内の様々なにおいを除去する脱臭の目的等で利用されている。しかし、シックハウス症候群の原因といわれている、トルエンやホルムアルデヒド、アンモニア等の酸性及び塩基性のいずれの有機溶剤に対しても高い吸着能を有する吸着材についてはほとんど報告例がない。

本発明が解決しようとする課題は、触媒を担持させずとも酸性及び塩基性のいずれの有機溶剤に対しても高い吸着能を有する、炭を使用した化学物質吸着材を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明に係る吸着材は、竹を650〜900℃で焼成して炭化した後、平均粒子径が5〜10μmになるように粉砕した竹炭微粉末75〜90重量%と、粘土状無機物質5〜15重量%と、バインダー樹脂5〜10重量%とを混合し、これを約200cell/inch ² のセル密度を有するハニカム構造体に押し出し成形した有機化合物及び酸性・塩基性いずれの化学物質をも吸着可能な吸着材であって、前記粘土状無機物質が、セピオライト、カオリン、モンモリロナイト、緑泥石、カオリナイト、セリサイトのいずれか又はこれらの二以上の組み合わせであることを特徴とする。

本発明者らは、炭のうち、特に大きな比表面積を有し、細孔が数nm〜数十μmと広い分布を有する竹炭は、様々な分子量の物質を大量に吸着可能であると考えた。

従来、炭を製造する際は、500〜1000℃程度で木材の焼成が行われており、焼成温度の違いにより炭の細孔構造が変化し、これにより比表面積が変化する。

竹炭の場合、650〜900℃程度の温度で焼成した場合は、図１(a)に示すように径が数十μmの孔の周りに数nmの孔が蝟集した細孔構造を形成し、数十μmの孔の内部には、径がナノメートルオーダーのチューブ状構造体（以下、「ナノチューブ構造体」とする）(図１(b))が観察される。ナノチューブ構造体中には非常に細かい細孔が多数存在し、ナノチューブ構造体の存在により、特に分子量の小さな化学物質の吸着能が向上すると考えられる。しかし、1000℃以上で焼成すると、図２に示すように、ナノチューブ構造体はほとんど見られなくなる。

また、焼成温度の違いにより、炭の細孔表面の官能基が変化する。炭化温度が低ければ細孔表面には酸性の官能基が存在するようになり、温度が高ければ塩基性の官能基が存在するようになるため、炭化温度が低い場合は塩基性の物質が炭に吸着されやすくなり、炭化温度が高い場合には、酸性の物質が吸着されやすくなるといわれている。例えば、備長炭の場合は1000〜1100℃で焼成が行われており、このような炭は酸性の物質を吸着しやすい。

本発明者らは、竹を650〜900℃で焼成して得られる竹炭が、酸性及び塩基性のいずれの化学物質に対しても高い吸着能を有することを見出した。この竹炭の有する化学物質の吸着能力を更に高めるために、竹炭を微粉末化し、これを粘土状無機物質と、バインダー樹脂と混練し、図３に示すようなハニカム構造体を形成して比表面積を増大させ、効率的に化学物質等が吸着されるようにした。

ハニカム構造体は、平均粒子径が5〜10μmになるように粉砕した竹炭微粉末75〜90重量%と、粘土状無機物質5〜15重量%と、バインダー樹脂5〜10重量%と、場合によっては適量の水とを混合し、これを例えばプレスや押し出し成形することにより作製する。この構造体の成形には、竹炭の焼成温度と竹炭微粉末の粒子径が重要であって、焼成温度が650〜900℃の場合は、均一なハニカム構造体を形成することが可能である。しかし、焼成温度が1000℃以上の竹炭の微粉末を使用した場合、ハニカム構造を形成することが困難になる。また、平均粒子径が5〜10μmよりも大きい場合も、ハニカム構造を形成することが困難になる。なお、竹炭の粉砕方法は特に問うものではなく、例えばジェットミル等により行うことができる。

粘土状無機物質としては、セピオライトやカオリン、モンモリロナイト、緑泥石、カオリナイト、セリサイト、及びこれらを二以上組み合わせたもの等を使用することが可能である。バインダーとしては、メチルセルロースやカルボキシメチルセルロース等のセルロース、デキストリン等の多糖類系樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、フェノールフラン樹脂、フェノール樹脂等を使用することが可能であり、バインダー樹脂は、吸着材の用途によって適宜選択する。吸着材を特に水の浄化に用いるような場合は、水に溶出しない、しかも人体に無害のバインダーを選択する必要がある。

本発明に係る吸着材は、酸性及び塩基性のいずれの化学物質に対しても高い吸着能を有し、シックハウス症候群等の化学物質過敏症を引き起こす原因となるトルエン、ホルムアルデヒド、アンモニア等の化学物質を吸着除去することが可能である。

平均粒子径が7μmになるように粉砕した孟宗竹の竹炭微粉末800gと、粘土状無機物質（セピオライト）100gと、バインダー（メチルセルロース）60gとの混合物に水を150g加えた後、十分混練し、これを押し出し成形することによりハニカム構造体とした。その後これを170℃で24時間乾燥し、セル密度が約200cell/inch²のハニカム構造の吸着材を得た。

次に、この吸着材の化学物質（トルエン、アンモニア、ホルムアルデヒド、酢酸）の吸着能力を調べた。トルエンを実験開始時に50ppm含有する窒素、アンモニアを実験開始時に60ppm含有する窒素、ホルムアルデヒドを実験開始時に50ppm含有する窒素、酢酸を実験開始時に55ppm含有する窒素をそれぞれ用意し、同量の吸着材の存在下におけるこれらの化学物質の量の変化についてガスクロマトグラフ又はアンモニア検出装置又はホルムアルデヒド検出装置を用いて調べた。

その結果を図４〜図７に示す。これらの図には、吸着材を使用していない場合（ブランク）と、1000℃で焼成して得た備長炭、1000℃で焼成して得た竹炭、活性炭の存在下の化学物質量の変化についても併せて示す。
図４〜図７からわかるように、本発明の吸着材を用いた場合は、窒素中の化学物質の量はいずれも１時間以内に５分の１以下に低減し、24時間後にはほとんど消失している。このように、本発明の吸着材は高い化学物質の吸着能を有し、特に、図５から、アンモニアの吸着能において他の吸着材よりも優れていることがわかる。

以上のことから、本発明に係る化学物質吸着材は、同量の活性炭等と比較すると、酸性、塩基性のいずれの化学物質も急速に低減させる、優れた吸着能力を有することが示された。

なお、上記においては窒素中に存在する化学物質量の変化について示したが、本発明に係る吸着材は、水中に存在する化学物質に対しても同様に高い吸着能力を示す。このため、本発明に係る吸着材は、空気清浄材として使用することができるだけでなく、水の清浄材としても使用することが可能である。また、通常の木炭のように、調湿剤や脱臭剤等として使用することはもちろん可能である。
更には、図８に示すように吸着材をキューブ状にすれば、室内装飾や建築用資材として、容易に使用することが可能である。なお、このキューブの大きさは任意に設定することができるが、一例としては、キューブの各辺の長さを3.5cm、ハニカムの各辺の長さを1mm、ハニカムの隔壁の厚さを0.3mmとしたものを挙げることができる。

また、本発明に係る化学物質吸着材は、日光に数時間当てることにより容易に再生されるため、何度でも使用可能であり、環境に対する負荷も小さい、優れた材料といえる。

(a)800℃で焼成した竹炭の細孔構造のSEM写真、(b)800℃で焼成した竹炭のナノチューブ構造体部分を拡大したSEM写真。 1000℃で焼成した竹炭の細孔構造のSEM写真。本発明に係るハニカム構造を有する吸着材の概略構造図。各種吸着材を用いた場合の、窒素中に含まれるトルエン量の経時変化を示したグラフ。各種吸着材を用いた場合の、窒素中に含まれるアンモニア量の経時変化を示したグラフ。各種吸着材を用いた場合の、窒素中に含まれるホルムアルデヒド量の経時変化を示したグラフ。各種吸着材を用いた場合の、窒素中に含まれる酢酸量の経時変化を示したグラフ。キューブ形状を有する本発明に係る吸着材。

Claims

竹を650〜900℃で焼成して炭化した後、平均粒子径が5〜10μmになるように粉砕した竹炭微粉末75〜90重量%と、粘土状無機物質5〜15重量%と、バインダー樹脂5〜10重量%とを触媒を担持させずに混合し、これを200cell/inch ² （31cell/cm ² ）のセル密度を有するハニカム構造体に押し出し成形した、トルエン、アンモニア、ホルムアルデヒド、及び酢酸を吸着可能な吸着材であって、前記粘土状無機物質が、セピオライト、カオリン、モンモリロナイト、緑泥石、カオリナイト、セリサイトのいずれか又はこれらの二以上の組み合わせであることを特徴とする室内置き用の吸着材。
上記バインダー樹脂が、セルロース、多糖類系樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、フェノールフラン樹脂、フェノール樹脂のいずれか又はこれらの二以上の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の吸着材。