特許 7523838 活性炭およびその製造方法ならびに浄水器カートリッジおよび浄水器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-19

(45)【発行日】2024-07-29

(54)【発明の名称】活性炭およびその製造方法ならびに浄水器カートリッジおよび浄水器

(51)【国際特許分類】

   B01J 20/20 20060101AFI20240722BHJP

   B01J 20/28 20060101ALI20240722BHJP

   C02F 1/28 20230101ALI20240722BHJP

   C01B 32/318 20170101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

B01J20/20 B

B01J20/28 Z

C02F1/28 R

C01B32/318

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2024017724

(22)【出願日】2024-02-08

【審査請求日】2024-02-08

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】303043759

【氏名又は名称】株式会社エム・イ－・ティ－

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】外山 富孝

(72)【発明者】

【氏名】佐橋 晃周

【審査官】壷内 信吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２２０４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１１６８５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／２４４９０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特許第７０５８３７９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２００７－１９７３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－３４５１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第７４５３４６３（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｊ ２０／２０－２０／２８，２０／３０－２０／３４

Ｃ０２Ｆ １／２８

Ｃ０１Ｂ ３２／００－３２／９９１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

浄水器用の活性炭であって、
吸着ガスをＮ_２として作成した吸着等温線についてＧＣＭＣ法による細孔解析により求めた細孔径０．６ｎｍ以下の累積細孔容積が０．１６５ｃｍ^３／ｇ以上であり、
吸着ガスをＮ_２として作成した吸着等温線についてＢＪＨ法による細孔解析により求めた細孔径２．０ｎｍ以上２００ｎｍ以下における累積細孔容積が０．０５０ｃｍ^３／ｇ以上０．１２０ｃｍ^３／ｇ以下であり、
充填密度が０．５００ｇ／ｃｍ^３以上である、
活性炭。

【請求項2】

請求項１に記載の活性炭の製造方法であって、
植物系バイオマスを原料に用いる、
活性炭の製造方法。

【請求項3】

請求項１に記載の活性炭を有する、浄水器カートリッジ。

【請求項4】

請求項１に記載の活性炭を有する、浄水器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、活性炭およびその製造方法ならびに浄水器カートリッジおよび浄水器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水道水には殺菌のために塩素が添加されている。この塩素と水中に存在する有機化合物との反応により、水道水中にはトリハロメタンが副生成される。トリハロメタンは、メタン（ＣＨ_４）における４つの水素原子のうち、３つが塩素原子（Ｃｌ）や臭素原子（Ｂｒ）などのハロゲン原子に置き換えられた化合物である。トリハロメタンとしては、具体的には、クロロホルム（ＣＨＣｌ_３）、ブロモジクロロメタン（ＣＨＢｒＣｌ_２）、ジブロモクロロメタン（ＣＨＢｒ_２Ｃｌ）、ブロモホルム（ＣＨＢｒ_３）などが知られている。水道水中に含まれる塩素やトリハロメタンなどの物質を除去するために、多くの浄水器が上市されている。

【0003】

浄水器には、一般に、通水下において上記物質を吸着（動的吸着）除去するための吸着材が内蔵されている。この種の吸着材としては、活性炭が用いられる場合が多い。活性炭は、通常、浄水器カートリッジに収容された状態にて浄水器の通水流路内に配置される。浄水器に用いられる活性炭としては、例えば、ヤシ殻を炭化、賦活処理したものが広く知られている。また、ヤシ殻以外にも、フェノール樹脂などの合成樹脂を原料に用いた活性炭も提案されている。

【0004】

例えば、特許文献１には、クロロホルムに対して優れた吸着性能を有する活性炭として、密度１．３ｇ／ｃｍ^３以下の低密度の紙フェノール樹脂積層体を炭化、ガス賦活してなる活性炭が開示されている。この紙フェノール樹脂積層体を原料に用いた活性炭は、具体的には、ＢＥＴ比表面積が６５０ｍ^２／ｇ以上１２５０ｍ^２/ｇ以下、全細孔容積が０．２５ｃｍ^３／ｇ以上、平均細孔径が１．８ｎｍ以上４．０ｎｍ以下、下記通水試験方法におけるクロロホルム通水量が７１Ｌ／ｇ以上である。
通水試験法：粒子径５３～１８０μｍの活性炭２．０ｇを充填したカラムに試験用水を通過させて、カラム通過前後のクロロホルム濃度を測定し、破過点までの総ろ過水量（Ｌ）から活性炭１ｇ当たりのクロロホルム通水量（Ｌ／ｇ）を求めてクロロホルム通水量とする。
試験用水：クロロホルム濃度０．０６ｍｇ／Ｌの蒸留水
空間速度（ＳＶ）：５００ｈ^－１
クロロホルム濃度測定方法：ヘッドスペースガスクロマトグラフ
破過点：カラム流入水に対するカラム流出水のクロロホルムの水中濃度が２０％を超えた時点

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第６５４２９６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

水道水に含まれるトリハロメタンのうちクロロホルムは、存在比率が比較的高い物質であるものの、活性炭に特に吸着し難い。そのため、従来一般的に知られる活性炭は、通水下においてクロロホルムを十分に吸着除去することができない。また、近年、浄水器は省スペース化される傾向にあり、これに伴い、浄水器カートリッジの容量など、活性炭が充填される空間の容量は小さく限定されてきている。以上の観点から、浄水器に用いられる活性炭には、活性炭単位容量当たりで見て、通水下でのクロロホルム吸着量を向上させることが重要になる。これを実現できれば、少ない活性炭容量でクロロホルムを吸着除去することが可能になるためである。

【0007】

なお、通水下でのクロロホルムの吸着量を向上させるため、活性炭の細孔容積を単純に増やすことが考えられる。しかしながら、このような細孔構造の改善では、活性炭の充填密度が下がり、浄水器に投入できる活性炭重量が減少するため、活性炭単位容量当たりで見て、通水下でのクロロホルム吸着量を向上させることは困難である。また、特許文献１に記載されるように、活性炭単位重量当たりで見て、通水下でのクロロホルム吸着量を大きくするといった細孔構造の改善では、例えば、浄水器カートリッジなどに活性炭をより多く充填しなければクロロホルムを十分に除去することができないことになる。

【0008】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、活性炭単位容量当たりで見て、通水下でのクロロホルムの吸着量を向上させることが可能な活性炭、また、これを用いた浄水器カートリッジ、浄水器を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様は、
浄水器用の活性炭であって、
吸着ガスをＮ_２として作成した吸着等温線についてＧＣＭＣ法による細孔解析により求めた細孔径０．６ｎｍ以下の累積細孔容積が０．１６５ｃｍ^３／ｇ以上であり、
吸着ガスをＮ_２として作成した吸着等温線についてＢＪＨ法による細孔解析により求めた細孔径２．０ｎｍ以上２００ｎｍ以下における累積細孔容積が０．０５０ｃｍ^３／ｇ以上０．１２０ｃｍ^３／ｇ以下であり、
充填密度が０．５００ｇ／ｃｍ^３以上である、
活性炭にある。
本発明の他の態様は、
前記活性炭の製造方法であって、
植物系バイオマスを原料に用いる、
活性炭の製造方法にある。

【0010】

本発明の他の態様は、
前記活性炭を有する、浄水器カートリッジにある。

【0011】

本発明の他の態様は、
前記活性炭を有する、浄水器にある。

【発明の効果】

【0012】

上記活性炭は、上記構成を有する。そのため、上記活性炭は、活性炭単位容量当たりで見て、通水下でのクロロホルムの吸着量を向上させることができる。
上記活性炭の製造方法は、上記構成を有する。そのため、上記活性炭の製造方法は、植物系バイオマスを原料とする上記活性炭を製造することができる。

【0013】

上記浄水器カートリッジは、上記活性炭を有する。そのため、上記浄水器カートリッジによれば、より少ない活性炭容量で、当該浄水器カートリッジが装着される浄水器の通水下でのクロロホルムの吸着除去性能を向上させることができる。

【0014】

上記浄水器は、上記活性炭を有する。そのため、上記浄水器によれば、より少ない活性炭容量で、通水下でのクロロホルムの吸着除去性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、実験例において、吸着ガスをＮ_２として作成した吸着等温線についてＧＣＭＣ法による細孔解析により得られた各試料の活性炭についての細孔径Ｗ（ｎｍ）（横軸）と、累積細孔容積ΣＶｐ（ｃｍ^３／ｇ）（縦軸）との関係を示した図である。

【図2】図２は、実験例において、吸着ガスをＮ_２として作成した吸着等温線についてＢＪＨ法による細孔解析により得られた各試料の活性炭についての細孔径ｄｐ（ｎｍ）（横軸）と、累積細孔容積ΣＶｐ（ｃｍ^３／ｇ）（縦軸）との関係を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本実施形態の活性炭およびその製造方法ならびに浄水器カートリッジおよび浄水器について説明する。

【0017】

（活性炭およびその製造方法）
本実施形態の活性炭は、浄水器用である。ここで、浄水器用とは、浄水器に用いられるものであることを意味し、例えば、浄水器カートリッジ内に活性炭が入れられ、この浄水器カートリッジが浄水器に内蔵される場合や、浄水器内に活性炭が直接入れられる場合を含むものである。

【0018】

本実施形態の活性炭は、吸着ガスをＮ_２として作成した吸着等温線についてＧＣＭＣ（Grand Canonical Monte Carlo）法による細孔解析により求めた細孔径０．６ｎｍ以下の累積細孔容積（以下、「細孔径０．６ｎｍ以下の累積細孔容積」ということがある。）が０．１６５ｃｍ^３／ｇ以上とされる。ＧＣＭＣ法は、活性炭分野において、主にミクロ細孔（２ｎｍ以下の径をもつ細孔）領域～メソ細孔（２～５０ｎｍの間の径をもつ細孔）領域の細孔分布を測定するために用いられている。したがって、細孔径０．６ｎｍ以下の累積細孔容積を規定する本実施形態の活性炭は、ミクロ細孔を有しているということができる。なお、上記にいう細孔径は、細孔直径を意味する。

【0019】

細孔径０．６ｎｍ以下、好ましくは、細孔径０．５９ｎｍ以下、より好ましくは、細孔径０．５８ｎｍ以下の細孔は、クロロホルム吸着に有効なミクロ細孔である。細孔径０．６ｎｍ以下の累積細孔容積が０．１６５ｃｍ^３／ｇ未満になると、クロロホルム吸着に有効な細孔径０．６ｎｍ以下の細孔容積が十分ではなくなり、定容通水下におけるクロロホルム吸着量が低下する。細孔径０．６ｎｍ以下の累積細孔容積は、好ましくは、０．１６７ｃｍ^３／ｇ以上、より好ましくは、０．１７０ｃｍ^３／ｇ以上、さらに好ましくは、０．１７１ｃｍ^３／ｇ以上、さらにより好ましくは、０．１７２ｃｍ^３／ｇ以上、さらにより一層好ましくは、０．１７３ｃｍ^３／ｇ以上であるとよい。なお、細孔径０．６ｎｍ以下の累積細孔容積の上限は、活性炭の充填密度の低下抑制や構造体の強度の確保などの観点から、例えば、０．２ｃｍ^３／ｇ以下とすることができる。

【0020】

なお、細孔径０．６ｎｍ以下の累積細孔容積を算出するにあたり、吸着ガスとしてＮ_２を用いた吸着等温線は、ガス吸着量測定装置（マイクロトラック・ベル社製、「ＢＥＬＳＯＲＰ ＭＡＸ ２」）を用い、４００℃、１０^－３ｋＰａ以下で４時間保持するという条件にて前処理を実施した後、ガス吸着量測定装置（マイクロトラック・ベル社製、「ＢＥＬＳＯＲＰ ＭＡＸ ２」）にて測定することができる。また、細孔径０．６ｎｍ以下の累積細孔容積は、上記測定した吸着等温線を用い、ＪＩＳ Ｚ８８３１－２に準拠して算出することができる。なお、上記の具体的なガス吸着量測定装置が廃番となった場合には、その後継装置などを使用することができる。

【0021】

本実施形態の活性炭は、吸着ガスをＮ_２として作成した吸着等温線についてＢＪＨ（Barrett-Joyner-Halenda）法による細孔解析により求めた細孔径２．０ｎｍ以上２００ｎｍ以下における累積細孔容積（以下、「ＢＪＨ法による累積細孔容積」ということがある。）が０．０５０ｃｍ^３／ｇ以上０．１２０ｃｍ^３／ｇ以下とされる。ＢＪＨ法は、活性炭分野において、主にメソ細孔（２～５０ｎｍの間の径をもつ細孔）領域の細孔分布を測定するために用いられている。したがって、ＢＪＨ法による累積細孔容積を規定する本実施形態の活性炭は、メソ細孔を有しているということができる。なお、ＢＪＨ法における上記細孔径範囲の下限および上限は、一般的定義に基づいた算出値である。すなわち、ＢＪＨ法における上記細孔径範囲の下限は、メソ細孔の定義２ｎｍ～（ＩＵＰＡＣ定義）に由来し（つまり、計算式そのものは１ｎｍ付近まで計算できるためにメソ細孔の定義２ｎｍを下限とする）、ＢＪＨ法における上記細孔径範囲の上限は、計算式的に２００ｎｍまでしか算出できないことによるものである。また、上記にいう細孔径は、細孔直径を意味する。

【0022】

ＢＪＨ法による累積細孔容積は、通水下でのクロロホルムの吸着（動的吸着）に対して重要な指標である。ＢＪＨ法による累積細孔容積が０．０５０ｃｍ^３／ｇ未満になると、定容カラム通水下におけるクロロホルム吸着量が小さくなり、活性炭単位容量当たりで見た、通水下でのクロロホルムの吸着量を向上させることが困難になる。ＢＪＨ法による累積細孔容積は、好ましくは、０．０５５ｃｍ^３／ｇ以上、より好ましくは、０．０６０ｃｍ^３／ｇ以上、さらに好ましくは、０．０６５ｃｍ^３／ｇ以上であるとよい。また、ＢＪＨ法による累積細孔容積の上限は、活性炭の充填密度の低下抑制、構造体の強度確保などの観点から、０．１２０ｃｍ^３／ｇ以下とされる。ＢＪＨ法による累積細孔容積の上限は、好ましくは、０．１１０ｃｍ^３／ｇ以下、より好ましくは、０．１００ｃｍ^３／ｇ以下、さらに好ましくは、０．０９０ｃｍ^３／ｇ以下、さらにより好ましくは、０．０８０ｃｍ^３／ｇ以下であるとよい。

【0023】

なお、ＢＪＨ法による累積細孔容積を算出するにあたり、吸着ガスとしてＮ_２を用いた吸着等温線は、ガス吸着量測定装置（マイクロトラック・ベル社製、「ＢＥＬＳＯＲＰ ＭＡＸ ２」）を用い、４００℃、１０^－３ｋＰａ以下で４時間保持するという条件にて前処理を実施した後、ガス吸着量測定装置（マイクロトラック・ベル社製、「ＢＥＬＳＯＲＰ ＭＡＸ ２」）にて測定することができる。また、ＢＪＨ法による累積細孔容積は、上記測定した吸着等温線を用い、ＪＩＳ Ｚ８８３１－２に準拠して算出することができる。なお、上記の具体的なガス吸着量測定装置が廃番となった場合には、その後継装置などを使用することができる。

【0024】

本実施形態の活性炭は、充填密度が０．５００ｇ／ｃｍ^３以上とされる。本実施形態の活性炭において、充填密度は、活性炭が充填される空間容量が制限される浄水器カートリッジ、浄水器において、より少ない活性炭容量でクロロホルムを吸着除去するために重要な物性である。上記充填密度は、当該活性炭を分級して採取した粒径３８μｍ以上７５μｍ以下の粒径範囲のサンプル粉についてＪＩＳ Ｋ１４７４ ７．８．５ 粉末用充填法に準拠して測定される充填密度である。但し、最初から粒径３８μｍ以上７５μｍ以下の粒径範囲にある活性炭の場合には、上記分級は不要とすることができる。なお、上記粒径範囲を粒径３８μｍ以上７５μｍ以下とした理由は、浄水器分野において活性炭仕様として浄水器メーカーにより求められることが多い粒径範囲に合わせたためである。

【0025】

活性炭の充填密度が０．５００ｇ／ｃｍ^３未満になると、通水下でのクロロホルムを十分に吸着させるために必要な活性炭の容量が増え、より少ない活性炭容量でクロロホルムを吸着除去することが困難になる。本実施形態の活性炭の充填密度は、好ましくは、０．５１０ｇ／ｃｍ^３以上、より好ましくは、０．５２０ｇ／ｃｍ^３以上、さらに好ましくは、０．５３０ｇ／ｃｍ^３以上、さらにより好ましくは、０．５４０ｇ／ｃｍ^３以上であるとよい。なお、本実施形態の活性炭の充填密度の上限は、通水性、浄水器カートリッジ内の活性炭の分散均一性などの観点から、例えば、０．６５０ｇ／ｃｍ^３以下とすることができる。

【0026】

本発明者らは、活性炭において、クロロホルム吸着に適切な細孔分布を試行錯誤した結果、細孔径０．６ｎｍ以下の細孔容積が活性炭単位容量当たりのクロロホルム吸着量向上に寄与し、メソ細孔の細孔容積が一定容量以上あることによって動的吸着下でも活性炭単位容量当たりのクロロホルム吸着性能を十分に発揮することができることを知見した。そして、本発明者らは、最初からかさ密度が高い原料や、ペレット化や圧縮加工などによりかさ密度を上げられる原料を種々検討することにより、浄水器用のクロロホルム吸着活性炭として適切な細孔分布と充填密度の高い活性炭を見出したものである。

【0027】

本実施形態の活性炭は、上述したように、クロロホルム吸着に有効な細孔径０．６ｎｍ以下の細孔容積が十分にあり、かつ、通水下吸着に必要なＢＪＨ法による細孔容積も備えながら充填密度も確保することができる。それ故、本実施形態の活性炭によれば、活性炭単位容量当たりで見て、通水下でのクロロホルムの吸着量を向上させることができる。

【0028】

本実施形態の活性炭は、植物系バイオマスを原料とすることが好ましい。つまり、本実施形態の活性炭は、植物系バイオマスに由来するものであることが好ましい。この構成によれば、フェノール樹脂などの合成樹脂を原料とする場合に比べ、活性炭の低コスト化を図りやすくなる。また、植物系バイオマスは植物の細胞壁の主成分であって植物の骨格を形づくるリグノセルロースを含んでおり、これが、フェノール樹脂などの合成樹脂に比べて所定の細孔分布の形成に有利に作用する。また、植物系バイオマスは持続可能な資源であるなどの利点もある。

【0029】

また、植物系バイオマスは、地球温暖化抑制のためのカーボンニュートラルなどの観点から、原料が化石資源であるフェノール樹脂よりも環境に優しい原料であるといえる。

【0030】

植物系バイオマスとしては、具体的には、樹木（木本）、草花（草本）、種子殻、実などを例示することができる。これらは、１種または２種以上併用することができる。上記樹木としては、より具体的には、杉、檜などの針葉樹、椿、リンゴ木などの広葉樹、竹などのイネ科植物などを例示することができる。さらに、南アジア、東南アジアに生産地域が限られるヤシ殻よりも日本国内で調達が可能な杉、檜、竹などの植物系バイオマスを原料とする場合には、材木として販売価値の低い間伐材や製材屑あるいは荒廃竹林の竹などの未利用資源の有効活用にもつながる利点がある。

【0031】

上記樹木としては、とりわけ、杉が好適である。その理由は、次の通りである。すなわち、活性炭の細孔分布、充填密度は、原料依存性が大きく、従来知られるフェノール樹脂やピッチ、ヤシ殻などの原料では、本実施形態の活性炭において規定する上述の細孔容積とするためのメソ細孔（一般的に、ＢＪＨ法により測定される細孔）やミクロ細孔（一般的に、ＧＣＭＣ法により測定される細孔）を形成し、加えて上述の充填密度の要件も同時に満たすように構成することは難易度が高い。例えば、フェノール樹脂は、ミクロ細孔は成長しやすいが、メソ細孔は成長し難い傾向がある。仮に、これらの原料によって上記細孔容積を満たす活性炭を作ることができたとしても、充填密度が低くなる可能性が高くなることが予想される。

【0032】

また、植物系バイオマスの一つであるヤシ殻を原料とする活性炭は、従来より浄水器にて主に使用されている。しかしながら、ヤシ殻を原料とする活性炭は、ヤシ殻の特徴であるミクロ細孔主体の活性炭となる。そのため、ヤシ殻を原料とする活性炭は、活性炭の粒径を微細化することにより充填密度を上げて吸着性能を向上させる必要があり、細孔分布の調整によるクロロホルムの吸着性能の向上を図ることが困難であり、浄水器のコスト上昇の原因にもなっている。さらに、ヤシ殻は、輸入に頼る植物系バイオマスであり、日本国産の植物系バイオマスに比べると、今後も安定輸入できるかという潜在的な課題もある。

【0033】

これに対し、杉は、賦活処理を多くしなくても、メソ細孔（相対的に大きな細孔）およびミクロ細孔（相対的に小さな細孔）が同時に形成されやすい材料である。そのため、杉を原料に用いた場合には、上述したＧＣＭＣ法による累積細孔容積、ＢＪＨ法による累積細孔容積、および、充填密度の３つの要件を同時に満たす活性炭を得やすくなる。なお、このことは、杉を原料に用いれば、上記３つの要件を必ず満たすということを意味するものではないことは後述の実験例からも理解される。

【0034】

また、杉は、日本国内において間伐材などとして多く生じるものであり、日本国内において原料を安定して確保しやすい。そのため、杉を原料に用いた場合には、充填密度およびクロロホルム吸着性能の向上のために活性炭の粒径の微細化などが不要であり、主に細孔分布からのアプローチによって充填密度およびクロロホルム吸着性能の向上を図ることができるため、活性炭の製造コストの低減を図りやすくなる。

【0035】

本実施形態の活性炭は、クロロホルム通水試験によるクロロホルム通水量が、好ましくは、２０Ｌ／ｃｍ^３以上、より好ましくは、２１Ｌ／ｃｍ^３以上、さらに好ましくは、２２Ｌ／ｃｍ^３以上、さらにより好ましくは、２３Ｌ／ｃｍ^３以上とすることができる。

【0036】

但し、上記クロロホルム通水量は、以下の通水試験方法により測定される値である。すなわち、本実施形態の活性炭を分級して採取した粒径３８μｍ以上７５μｍ以下の粒径範囲のサンプル粉であって、１１０℃にて３時間以上乾燥したもの０．３６ｍＬを充填したカラムに、温度２０℃、空間速度（ＳＶ）５００ｈ^－１にてクロロホルム濃度６０μｇ／Ｌの蒸留水を通過させて、カラム通過前後のクロロホルム濃度を測定し、カラム通過後のクロロホルム濃度が、カラム通過前のクロロホルム濃度の２０％を超えた時点を破過点として、当該破過点までの総通水量（Ｌ）から活性炭容量（ｃｍ^３）当たりのクロロホルム通水量（Ｌ／ｃｍ^３）を求めて、これをクロロホルム通水試験によるクロロホルム通水量とする。なお、通水試験方法は、ＪＩＳ Ｓ３２０１に準拠するものであり、詳細については、実験例にて後述する。

【0037】

活性炭に用いた原料を、活性炭から特定することは通常困難を伴うが、後述の実験例に示す従来一般的に用いられるヤシ殻や、フェノール樹脂などからは、本実施形態で規定される上述したＧＣＭＣ法による累積細孔容積、ＢＪＨ法による累積細孔容積、および、充填密度の３つの要件を同時に満たす活性炭は得られない。したがって、上記クロロホルム通水試験によるクロロホルム通水量の規定によれば、従来の活性炭とは効果の違いがより明確になり、従来の活性炭との区別をより明確なものにすることができる。

【0038】

本実施形態の活性炭は、例えば、以下のようにして製造することができるが、これに限定されるものではない。

【0039】

植物系バイオマスなどの原料を破砕、必要に応じてペレット化または圧縮加工する。ペレット化または圧縮加工は、原料のかさ密度向上に有用である。植物系バイオマスを原料に用いた場合には、充填密度が低くなる場合があるため、ペレット化または圧縮加工を施すことが好ましい。つまり、原料の段階においてかさ密度が低いものについては、活性炭の充填密度を上げられるように、原料の段階においてペレット化や圧縮加工により原料のかさ密度を上げておくことが好ましい。なお、生産性に影響がない程度に破砕片の大きさが十分にあり（例えば、破砕片の大きさ：１０～３０ｍｍ程度）、かつ、原料のかさ密度が十分にある場合（例えば、かさ密度：０．６５～０．９５ｇ/ｃｍ^３程度）には、ペレット化や圧縮加工は不要とすることができる。ペレット化や圧縮加工時の加工条件を最適化することにより、原料のかさ密度を上げることができる。例えば、フラット式ペレタイザーを用いる場合には、原料の含水率、原料投入量、圧縮ローラーの回転速度、ダイス温度、ダイス口径（ペレット径）などを調整することにより、所望のかさ密度を有する原料を得ることができる。

【0040】

次いで、上記準備した原料を炭化処理し、炭化物を得る。炭化処理条件としては、例えば、炭化雰囲気：窒素雰囲気、炭化温度：７００～９００℃、炭化温度までの昇温速度：２～１０℃／ｍｉｎ、保持時間：５～６０分などを例示することができる。

【0041】

次いで、上記炭化物を賦活処理し、活性炭を得る。賦活処理条件としては、例えば、炭化雰囲気：窒素雰囲気、賦活温度：７５０～９５０℃、賦活剤：水蒸気、二酸化炭素、アルカリ剤など、賦活温度までの昇温速度：５～２０℃／ｍｉｎ、保持時間：１０～９００分などを例示することができる。

【0042】

なお、得られた活性炭は、必要に応じて、粉砕処理や分級処理などを施すことができる。

【0043】

（浄水器カートリッジ）
本実施形態の浄水器カートリッジは、上述した本実施形態の活性炭を有する。具体的には、本実施形態の浄水器用カートリッジは、本実施形態の活性炭のみを有していてもよいし、本実施形態の活性炭と、本実施形態以外の活性炭とを有していてもよい。つまり、本実施形態の浄水器用カートリッジは、吸着材の一部として本実施形態の活性炭を利用していてもよいし、吸着材の全部に本実施形態の活性炭を利用していてもよい。なお、本実施形態の浄水器カートリッジが吸着材の一部として本実施形態の活性炭を有する場合、吸着材の残部としては、水道水中に含まれるクロロホルム以外の他の物質の吸着除去に適した公知の活性炭などを例示することができる。

【0044】

本実施形態の浄水器カートリッジの形態は、特に限定されるものではなく、公知の形態を適宜選択することができる。

【0045】

本実施形態の浄水器用カートリッジは、本実施形態の活性炭を有するため、より少ない活性炭容量で、当該浄水器カートリッジが装着される浄水器の通水下でのクロロホルムの吸着除去性能を向上させることができる。また、本実施形態の浄水器用カートリッジは、クロロホルムの吸着除去性能の向上により、クロロホルムの吸着除去に関して浄水器用カートリッジの長寿命化に寄与することができる。

【0046】

（浄水器）
本実施形態の浄水器は、上述した本実施形態の活性炭を有する。具体的には、本実施形態の浄水器は、本実施形態の活性炭のみを有していてもよいし、本実施形態の活性炭と、本実施形態以外の活性炭とを有していてもよい。つまり、本実施形態の浄水器は、吸着材の一部として本実施形態の活性炭を利用していてもよいし、吸着材の全部に本実施形態の活性炭を利用していてもよい。なお、本実施形態の浄水器が吸着材の一部として本実施形態の活性炭を有する場合、吸着材の残部としては、水道水中に含まれるクロロホルム以外の他の物質の吸着除去に適した公知の活性炭などを例示することができる。

【0047】

また、本実施形態の浄水器において、本実施形態の活性炭は、浄水器に装着される浄水器カートリッジ内に入れられていてもよいし、浄水器カートリッジ内に入れられることなく浄水器内に直接入れられていてもよい。なお、本実施形態の浄水器は、浄水機能を有する水栓金具などを含むものである。

【0048】

本実施形態の浄水器は、本実施形態の活性炭を有するため、より少ない活性炭容量で、通水下でのクロロホルムの吸着除去性能を向上させることができる。また、本実施形態の浄水器は、クロロホルムの吸着除去性能の向上により、クロロホルムの吸着除去に関して浄水器の長寿命化に寄与することができる。

【0049】

（実験例）
＜各活性炭の作製＞
－試料１の活性炭－
杉（幹）を、破砕機（大橋社製、「ＧＳ１２１ＧＢ」）にて２０ｍｍ～３０ｍｍ程度まで破砕し、フラットダイ式ペレタイザー（新興工機社製、「バイオマスペレット製造機Ｓ－６０」）にて直径６ｍｍ×長さ２０ｍｍ程度、ＪＩＳ Ｚ７３０２－９に準拠して測定されるかさ密度０．６７ｇ／ｃｍ^３の杉ペレット原料を準備した。

【0050】

次いで、杉ペレット原料１２ｋｇをキルン炉に投入し、窒素雰囲気下、昇温速度５℃／ｍｉｎにて８５０℃まで昇温した後３０分間その温度にて保持し、３．１４ｋｇの杉ペレット炭化物を得た。

【0051】

次いで、得られた杉ペレット炭化物７８０ｇをキルン炉に投入し、窒素雰囲気下、昇温速度１０℃／ｍｉｎにて８５０℃まで昇温した後、水蒸気１２ｇ／ｍｉｎを７５分、炉内に流通させることによって水蒸気賦活を施し、５２０ｇの杉ペレット活性炭を得た。

【0052】

次いで、この杉ペレット活性炭を粉砕、分級し、粒径３８μｍ以上７５μｍ以下の範囲の粉末状の活性炭を得た。これを試料１の活性炭とした。

【0053】

－試料２の活性炭－
試料１の活性炭の作製において、水蒸気１２ｇ／ｍｉｎを１００分、炉内に流通させることによって水蒸気賦活を施した点以外は同様にして、４５０ｇの杉ペレット活性炭を得た。これを試料２の活性炭とした。

【0054】

－試料１Ｃの活性炭－
試料１の活性炭の作製において、水蒸気１２ｇ／ｍｉｎを１２５分、炉内に流通させることによって水蒸気賦活を施した点以外は同様にして、４００ｇの杉ペレット活性炭を得た。これを試料１Ｃの活性炭とした。

【0055】

－試料２Ｃの活性炭－
試料１の活性炭の作製において、水蒸気１２ｇ／ｍｉｎを５０分、炉内に流通させることによって水蒸気賦活を施した点以外は同様にして、６１０ｇの杉ペレット活性炭を得た。これを試料２Ｃの活性炭とした。

【0056】

－試料３Ｃの活性炭－
ヤシ殻を原料に用いた市販の活性炭を、試料３Ｃの活性炭とした。なお、試料３Ｃの活性炭は、粉砕、分級により粒径３８μｍ以上７５μｍ以下の範囲の粉末状に調整した。

【0057】

＜各活性炭の物性＞
上述したように、ガス吸着量測定装置（マイクロトラック・ベル社製、「ＢＥＬＳＯＲＰ ＭＡＸ ２」）を用い、吸着ガスをＮ_２として各活性炭の吸着等温線を測定した。次いで、得られた各吸着等温線について、上述した通り、ＧＣＭＣ法による細孔解析により細孔径（Ｗ）０．６ｎｍ以下の累積細孔容積ΣＶｐ（ｃｍ^３／ｇ）、ＢＪＨ法による細孔解析により細孔径（ｄｐ）２．０ｎｍ以上２００ｎｍ以下における累積細孔容積ΣＶｐ（ｃｍ^３／ｇ）を測定した。

【0058】

＜各活性炭のクロロホルム通水量＞
各活性炭に対して以下の通水試験方法によるクロロホルム通水量（Ｌ／ｃｍ^３）を測定した。

【0059】

粉砕、分級により粒径３８μｍ以上７５μｍ以下の粒径範囲に調整された各活性炭を、１１０℃にて３時間以上乾燥し、０．３６ｍＬを正確に測り取り、重量を測定した。この活性炭を内径９ｍｍの吸着カラムに隙間が無いように充填し、カラム内脱泡のため８時間以上純粋を通水させた。

【0060】

次に、ＪＩＳ Ｓ３２０１に準拠して以下の条件にて通水試験を行った。

【0061】

具体的には、上記脱泡後のカラムに、温度２０℃、空間速度（ＳＶ）５００ｈ^－１にてクロロホルム濃度６０μｇ／Ｌの蒸留水を通過させた。そして、カラム通過前後の試験水を指定時間に採取し、トリハロメタン計（東亜ディーケーケー社製、「ＴＨＭ－２０１」）にてカラム通過前後のクロロホルム濃度を測定した。

【0062】

カラム通過後のクロロホルム濃度が、カラム通過前のクロロホルム濃度の２０％を超えた時点を破過点として、当該破過点までの総通水量（Ｌ）から活性炭容量（ｃｍ^３）当たりのクロロホルム通水量（Ｌ／ｃｍ^３）を求めて（以下の式１を参照）、これをクロロホルム通水試験によるクロロホルム通水量とした。
クロロホルム通水量（Ｌ／ｃｍ^３）
＝（破過点までの総通水量（Ｌ））／（活性炭容量（ｃｍ^３））・・・式１

【0063】

各試料の活性炭の原料、物性、および、通水試験結果をまとめて表１に示す。また、図１に、ＧＣＭＣ法による細孔解析により得られた各試料の活性炭についての細孔径Ｗ（ｎｍ）（横軸）と、累積細孔容積ΣＶｐ（ｃｍ^３／ｇ）（縦軸）との関係を示す。図２に、ＢＪＨ法による細孔解析により得られた各試料の活性炭についての細孔径ｄｐ（ｎｍ）（横軸）と、累積細孔容積ΣＶｐ（ｃｍ^３／ｇ）（縦軸）との関係を示す。

【0064】

【表1】

【0065】

表１、図１、図２によれば、以下のことがわかる。

【0066】

試料１Ｃの活性炭は、ＢＪＨ法による累積細孔容積が高いために充填密度が低くなり、その結果、定容カラム通水下におけるクロロホルム吸着量が大幅に低くなった。

【0067】

また、試料２Ｃの活性炭は、充填密度は十分であるものの、必要とするＢＪＨ法による累積細孔容積および細孔径０．６ｎｍ以下の累積細孔容積がいずれも低く、定容カラム通水下におけるクロロホルム吸着量が低くなった。

【0068】

また、試料３Ｃの活性炭は、細孔径０．６ｎｍ以下の累積細孔容積と充填密度は十分であるものの、ＢＪＨ法による累積細孔容積が低いために、通水下ではクロロホルム吸着作用が働き難くなり、定容カラム通水下におけるクロロホルム吸着量が低くなった。

【0069】

これらから、容量が限られる浄水器カートリッジ、浄水器に用いられる活性炭においては、ミクロ細孔を重視すると、動的吸着下では十分にクロロホルム吸着性能を発揮できず、メソ細孔やマクロ細孔を重視すると、活性炭の充填密度が下がり、浄水器カートリッジ、浄水器に投入できる活性炭重量が減少し、その結果、浄水器自体のクロロホルム吸着性能が低下するといえる。

【0070】

上記に対し、試料１および試料２の活性炭は、クロロホルム吸着に有効な細孔径０．６ｎｍ以下の細孔容積が十分にあり、かつ、通水下吸着に必要なＢＪＨ法による細孔容積も備えながら充填密度も確保することができた。それ故、本開示の活性炭によれば、活性炭単位容量当たりで見て、通水下でのクロロホルムの吸着量を向上させることができることが確認できた。

【0071】

本発明は、上記実施形態、実験例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、上記実施形態、実験例に示される各構成は、それぞれ任意に組み合わせることができる。また、出願当初の特許請求の範囲に記載の各請求項同士は、それぞれ任意に組み合わせることができる。

【要約】

【課題】活性炭単位容量当たりで見て、通水下でのクロロホルムの吸着量を向上させることが可能な活性炭、また、これを用いた浄水器カートリッジ、浄水器を提供する。
【解決手段】活性炭は、浄水器用であり、吸着ガスをＮ_２として作成した吸着等温線についてＧＣＭＣ法による細孔解析により求めた細孔径０．６ｎｍ以下の累積細孔容積が０．１６５ｃｍ^３／ｇ以上、吸着ガスをＮ_２として作成した吸着等温線についてＢＪＨ法による細孔解析により求めた細孔径２．０ｎｍ以上２００ｎｍ以下における累積細孔容積が０．０５０ｃｍ^３／ｇ以上０．１２０ｃｍ^３／ｇ以下、充填密度が０．５００ｇ／ｃｍ^３以上である。浄水器カートリッジは、上記活性炭を有する。浄水器は、上記活性炭を有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】