有機化合物の吸脱着能に優れた活性炭、該活性炭の製造方法、有機化合物の吸脱着装置並びに吸脱着方法
【課題】テトラクロロエチレンのようなハロゲン化有機化合物を活性炭を用いて吸脱着を繰り替えし行う場合に、活性炭上に残留する塩素量を低減して活性炭の長寿命化を図るようにする。
【解決手段】活性炭をシランカップリング剤であるビニルトリメトキシシラン水溶液で処理し、濾過、乾燥して処理活性炭を得る。該処理活性炭は、１０回のトリクロロエチレンの吸脱着を繰返したときの塩化水素残留量が、未処理活性炭に比して１／５０以下とすることができる。
【解決手段】活性炭をシランカップリング剤であるビニルトリメトキシシラン水溶液で処理し、濾過、乾燥して処理活性炭を得る。該処理活性炭は、１０回のトリクロロエチレンの吸脱着を繰返したときの塩化水素残留量が、未処理活性炭に比して１／５０以下とすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メチレンクロライド等のハロゲン化有機化合物、メチルエチルケトンや酢酸ビニル等のケトン系有機化合物、エステル系有機化合物等の溶剤の吸脱着能に優れた活性炭、該活性炭の製造方法、有機化合物の吸脱着装置または吸脱着方法の技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、メチレンクロライド、クロロホルム、１，１，１−トリクロロエタン、トリクロロトリフルオロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、臭化プロピル等、フッ素、塩素、臭素等のハロゲンを含有するハロゲン化有機化合物（特にハロゲン化炭化水素類）、ジメチルケトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン等のケトン系有機化合物、酢酸ビニル等のエステル系有機化合物等の各種の有機溶剤は、化学工場、塗装工場、印刷工場、薬品工場等の各種施設において、反応、抽出、コーティング、脱脂洗浄等の各種工程で広く溶剤として採用されている。そしてこのような有機化合物は、ガス化して施設外に排出される惧れがあり、そこでこれら施設の排気経路には、排気中の有機化合物のガスを除去（回収）する除去（回収）装置を設けることが環境対策のためにも要請されている。そしてこのような除去装置として、吸着剤として活性炭を用い、該活性炭に吸着させた有機化合物を脱着して回収することが従来から試みられている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３００９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで今日、活性炭は、前述したような吸着機能に加えて熱分解や加水分解等の触媒機能もあり、特にハロゲンを含む有機化合物を吸脱着した場合、吸脱着の過程で活性炭による触媒機能を受けてハロゲンやハロゲン化水素が生成する等して早期のうちに酸性化しやすく、これによって溶剤の品質が低下し、特にｐＨが約４以下になった場合の品質低下は著しく、溶剤メーカーでもｐＨが５以下になったときを溶剤の交換時期であるとしている場合が多いのが実情で、溶剤の寿命が短く、早期の交換が強いられるという問題があり、ここに本発明が解決せんとする課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、有機化合物を吸脱着するための活性炭であって、該活性炭は、シランカップリング剤で処理されたものであることを特徴とする有機化合物の吸脱着能に優れた活性炭である。
請求項２の発明は、ガス化した有機化合物を吸脱着するための活性炭であって、該活性炭は、シランカップリング剤で処理させたものであることを特徴とする有機化合物の吸脱着能に優れた活性炭の製造方法である。
請求項３の発明は、ガス化した有機化合物の排出流路に設けられる吸脱着装置であって、該吸脱着装置は、シランカップリング剤で処理させて得た処理活性炭を用いて前記有機化合物の吸脱着をするものであることを特徴とする有機化合物の吸脱着装置である。
請求項４の発明は、ガス化した有機化合物の排出流路に活性炭が設けられ、該有機化合物の吸着をするにあたり、前記活性炭はシランカップリング剤で処理させて得た処理活性炭とし、該処理活性炭により有機化合物を吸着する工程と、該処理活性炭で吸着した有機化合物を脱着する工程とを備えているものであることを特徴とする有機化合物の吸脱着方法である。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１乃至４の発明とすることにより、ガス化した有機化合物の吸脱着を効率よくしかも繰り返し行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実験用システムの回路図である。
【図２】未処理活性炭および１０重量％ビニルトリメトキシシランで処理した処理活性炭のＦＴ−ＩＲスペクトル図である。
【図３】未処理活性炭および５重量％ビニルトリメトキシシランで処理した処理活性炭のＦＴ−ＩＲスペクトル図である。
【図４】未処理活性炭の吸着等温線を示すグラフ図である。
【図５】５重量％ビニルトリメトキシシランで処理した処理活性炭の吸着等温線を示すグラフ図である。
【図６】１０重量％ビニルトリメトキシシランで処理した処理活性炭の吸着等温線を示すグラフ図である。
【図７】各活性炭に残留する塩素量と塩化水素への分解率を示す表図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明において回収しようとする有機化合物は特にハロゲン化炭化水素類で、その代表例として、前述したメチレンクロライド（ジクロロメタン：ＣＨ２Ｃｌ２）、クロロホルム（トリクロロメタン：ＣＨＣｌ３）、１，１，１−トリクロロエタン（ＣＨ３ＣＣｌ３）、トリクロロトリフルオロエタン（ＣＣｌＦ２−ＣＣｌ２Ｆ）、トリクロロエチレン（ＣＨＣｌ＝ＣＣｌ２）、テトラクロロエチレン（ＣＣｌ２＝ＣＣｌ２）、臭化プロピル（１−ブロモプロパン：ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２Ｂｒ）等、フッ素、塩素、臭素等のハロゲンを含有するものがある。
またさらには、ジメチルケトン（ＣＨ３ＣＯＣＨ３）、メチルエチルケトン（ＣＨ３ＣＯＣ２Ｈ５）、ジエチルケトン（Ｃ２Ｈ５ＣＯＣ２Ｈ５）等のケトン系有機化合物、酢酸メチル（ＣＨ３ＣＯＯＣＨ３）、酢酸エチル（ＣＨ３ＣＯＯＣ２Ｈ５）、酢酸ビニル（ＣＨ３ＣＯＯＣＨ＝ＣＨ２）等のエステル系有機化合物、ヘキサン（Ｃ６Ｈ１２）やシクロヘキサン（Ｃ６Ｈ１０）等の脂肪族有機化合物、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）、トルエン（Ｃ６Ｈ５ＣＨ３）等の芳香族有機化合物等の有機溶剤を例示することができる。
【０００９】
また活性炭としては、通常市販される汎用のものを用いることができ、その代表例としてヤシガラ活性炭がある。
【００１０】
活性炭をシランカップリングで処理する場合に用いられるシランカップリング剤としては、反応性が異なる２種類の官能基を持っているものであり、一般化学式としては、
Ｘ−Ｓｉ（ＯＲ）３
Ｘ−Ｓｉ（ＯＲ）２Ｙ
で表される。ここでＸは有機質材料と化学結合する反応基であり、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、メルカプト基が例示され、またＯＲは無機質材料と化学結合する反応基であり、メトキシ基、エトキシ基が例示される。
【００１１】
さらにシランカップリング剤として具体的な官能基として、
・ビニルトリクロルシラン（Ｃｌ３ＳｉＣＨ＝ＣＨ２）、ビニルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣＨ＝ＣＨ２）、ビニルトリエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣＨ＝ＣＨ２）等のビニル基、
・２−（３、４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ２Ｈ４（Ｃ６Ｈ８Ｏ））、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＯＣＨ２（Ｃ２Ｈ３Ｏ））、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）２ＣＨ３ＳｉＣ３Ｈ６ＯＣＨ２（Ｃ２Ｈ３Ｏ））、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＯＣＨ２（Ｃ２Ｈ３Ｏ））等のエポキシ基、
・ｐ−スチリルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３Ｓｉ（Ｃ６Ｈ４ＣＨ＝ＣＨ２））等のスチリル基、
・３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）２ＣＨ３ＳｉＣ３Ｈ６ＯＣＯＣ（ＣＨ３）＝ＣＨ２）、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＯＣＯＣ（ＣＨ３）＝ＣＨ２）、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）２Ｓｉ（ＣＨ３）Ｃ３Ｈ６ＯＣＯＣ（ＣＨ３）＝ＣＨ２）、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３Ｓｉ）Ｃ３Ｈ６ＯＣＯＣ（ＣＨ３）＝ＣＨ２）等のメタクリロキシ基、
・３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＯＣＯＣＨ＝ＣＨ２）等のアクリロキシ基、
・Ｎ−２（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）２ＣＨ３ＳｉＣ３Ｈ６ＮＨＣ２Ｈ４ＮＨ２）、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＮＨＣ２Ｈ４ＮＨ２）、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＮＨＣ２Ｈ４ＮＨ２）、３−アミノプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＮＨ２）、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＮＨ２）、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１、３−ジメチルブチリデン）プロピルアミン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６Ｎ＝Ｃ（Ｃ４Ｈ９）ＣＨ３）、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＮＨＣ６Ｈ５）等のアミノ基、
・３−ウレイドプロピルトリエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＮＨＣＯＮＨ２）等のウレイド基、
・３−クロロプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６Ｃｌ）等のクロロプロピル基、
・３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）２ＣＨ３ＳｉＣ３Ｈ６ＳＨ）、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＳＨ）等のメルカプト基、
・ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６Ｓ４Ｃ３Ｈ８Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３）等のスルフィド基、
・３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）等のイソシアネート基
が例示される。
【００１２】
活性炭をシランカップリング剤で処理して処理活性炭を得る手法としては、シランカップリング剤の水溶液、メタノール、エタノール等の低級アルコール溶液または低級アルコール−水混合溶液を作成し、該溶液に活性炭を入れて撹拌後、酢酸水溶液を入れて加水分解したものをろ過し、乾燥することで得ることができる。
【００１３】
このように、シランカップリング剤で処理した処理活性炭を用いて有機化合物の吸脱着処理をしたときに、回収される有機化合物の酸性化が抑制される理由は明らかになっていないが、シランカップリング剤が活性炭の表面にコーティングされ、あるいは担持されたものとなり、このようなシランカップリング剤が存在する雰囲気下で有機化合物の吸脱着処理をする場合、吸着能は維持されるものの触媒機能が抑えられて有機化合物の分解が低下し、酸性化が抑えられると推測されるが、その詳細については今後の研究に委ねられるところである。
【実験例】
【００１４】
次に、本発明を実験例に基づいてさらに詳しく説明する。
【００１５】
＜実験用システムの説明＞
図１は実験用システムのフロー回路図であって、該図中、１は活性炭を充填する活性炭槽であって、該活性炭槽１に活性炭Ｃを充填することができる。活性炭槽１には、上流側流路Ｒ１と下流側流路Ｒ２とが接続されるが、上流側流路Ｒ１には切換えバルブＶ１が設けられている。切換えバルブＶ１は、流量計Ｆが接続されキャリアガスとしてヘリウムが供給されるキャリア流路Ｒ３と有機溶剤として代表されるトリクロロエチレンが充填された溶剤容器２が接続された溶剤流路Ｒ４に接続されている。尚、溶剤容器２は恒温槽３によって定温状態となっている。そしてキャリアガスは、切換えバルブＶ１の切換えることによって、キャリア流路Ｒ３、溶剤流路Ｒ４を経て活性炭槽１に至る吸着流路と、キャリア流路Ｒ３から直接活性炭槽１に至る脱着流路とに切換えられるようになっている。
一方、下流側流路Ｒ２には切換えバルブＶ２が設けられているが、該切換えバルブＶ２を切換えることにより、検量管４に必要量（例えば１ｍＬ）の検量ガスをトラップできると共に、該トラップした検量ガスをＧＣ−ＦＩＤ（ガスクロマトグラフィー／水素炎イオン化検出器）に供給できるようになっている。
【００１６】
＜処理活性炭の作成＞
５重量％、１０重量％のビニルトリメトキシシラン（以下「ＶＴＭＳ」と称する）水溶液にやしがら活性炭の粉末を０．５ｇ入れ、６０℃、１時間撹拌する。その後、５重量％の酢酸水溶液を５．０ｇ入れ、６０℃、１時間撹拌して加水分解をする。しかる後、ろ過した残渣を、１５０℃の雰囲気下で２時間乾燥することでＶＴＭＳで処理した２種類の処理活性炭を得た。
【００１７】
これら処理活性炭と未処理活性炭のＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）で観測したスペクトルを図２、３に示す。これらのスペクトルから、処理活性炭は、未処理活性炭には見られないＳｉ−Ｃ、Ｃ＝Ｃ、Ｃ−Ｈに帰属する吸収帯が見られることから、活性炭上にＶＴＭＳが存在することが確認される。しかも波数１０００付近にＳｉ−Ｏ−Ｓｉの伸縮振動による吸収帯も見られることから、ＶＴＭＳ同士が活性炭上で反応したものもあることを示している。
【００１８】
次に、未処理活性炭、前記に種類の処理活性炭の吸着等温線を測定したところ、図４〜６のようになった。またＢＥＴ表面積は、未処理活性炭が９６９ｍ２／ｇ、５重量％ＶＴＭＳで処理した処理活性炭は１５４ｍ２／ｇ、１０重量％ＶＴＭＳで処理した処理活性炭は１４５ｍ２／ｇであった。これらのことから、処理活性炭はＶＴＭＳにより細孔の一部が塞がれていると判断される。
【００１９】
また、前記図１に示す実験用システムを用いて１０回の吸脱着を繰り返した後、各活性炭中に残留する塩素をイオンクロマトグラフィーを用いて定量した。ここで残留する塩素としては、塩化水素となって活性炭上に残留するとして計算した。この結果を図７の表図に示す。ここで示される結果は、それぞれの活性炭１ｇあたりの塩化水素量、トリクロロエチレンの吸着量に対してどれくらい塩化水素に分解しているかの分解率である。処理活性炭を用いた場合、残留量は未処理活性炭に比べて１／５０以下になっていることが確認され、このことから活性炭をＶＴＭＳで処理した活性炭は未処理活性炭に比してトリクロロエチレンの分解抑制機能が高くなるよう改質されたものであるといえる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、トリクロロエチレンのようなハロゲン化溶媒を活性炭を用いて吸脱着を繰り替えし行う場合に、活性炭上に残留する塩素量を低減して活性炭の長寿命化を図るという産業上の利用可能性がある。
【符号の説明】
【００２１】
１ 活性炭槽
２ 溶剤容器
３ 恒温槽
４ 検量管
Ｃ 活性炭
Ｆ 流量計
Ｒ１ 上流側流路
Ｒ２ 下流側流路
Ｒ３ キャリア流路
Ｒ４ 溶剤流路
Ｖ１ 切換えバルブ
Ｖ２ 切換えバルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メチレンクロライド等のハロゲン化有機化合物、メチルエチルケトンや酢酸ビニル等のケトン系有機化合物、エステル系有機化合物等の溶剤の吸脱着能に優れた活性炭、該活性炭の製造方法、有機化合物の吸脱着装置または吸脱着方法の技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、メチレンクロライド、クロロホルム、１，１，１−トリクロロエタン、トリクロロトリフルオロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、臭化プロピル等、フッ素、塩素、臭素等のハロゲンを含有するハロゲン化有機化合物（特にハロゲン化炭化水素類）、ジメチルケトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン等のケトン系有機化合物、酢酸ビニル等のエステル系有機化合物等の各種の有機溶剤は、化学工場、塗装工場、印刷工場、薬品工場等の各種施設において、反応、抽出、コーティング、脱脂洗浄等の各種工程で広く溶剤として採用されている。そしてこのような有機化合物は、ガス化して施設外に排出される惧れがあり、そこでこれら施設の排気経路には、排気中の有機化合物のガスを除去（回収）する除去（回収）装置を設けることが環境対策のためにも要請されている。そしてこのような除去装置として、吸着剤として活性炭を用い、該活性炭に吸着させた有機化合物を脱着して回収することが従来から試みられている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３００９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで今日、活性炭は、前述したような吸着機能に加えて熱分解や加水分解等の触媒機能もあり、特にハロゲンを含む有機化合物を吸脱着した場合、吸脱着の過程で活性炭による触媒機能を受けてハロゲンやハロゲン化水素が生成する等して早期のうちに酸性化しやすく、これによって溶剤の品質が低下し、特にｐＨが約４以下になった場合の品質低下は著しく、溶剤メーカーでもｐＨが５以下になったときを溶剤の交換時期であるとしている場合が多いのが実情で、溶剤の寿命が短く、早期の交換が強いられるという問題があり、ここに本発明が解決せんとする課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、有機化合物を吸脱着するための活性炭であって、該活性炭は、シランカップリング剤で処理されたものであることを特徴とする有機化合物の吸脱着能に優れた活性炭である。
請求項２の発明は、ガス化した有機化合物を吸脱着するための活性炭であって、該活性炭は、シランカップリング剤で処理させたものであることを特徴とする有機化合物の吸脱着能に優れた活性炭の製造方法である。
請求項３の発明は、ガス化した有機化合物の排出流路に設けられる吸脱着装置であって、該吸脱着装置は、シランカップリング剤で処理させて得た処理活性炭を用いて前記有機化合物の吸脱着をするものであることを特徴とする有機化合物の吸脱着装置である。
請求項４の発明は、ガス化した有機化合物の排出流路に活性炭が設けられ、該有機化合物の吸着をするにあたり、前記活性炭はシランカップリング剤で処理させて得た処理活性炭とし、該処理活性炭により有機化合物を吸着する工程と、該処理活性炭で吸着した有機化合物を脱着する工程とを備えているものであることを特徴とする有機化合物の吸脱着方法である。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１乃至４の発明とすることにより、ガス化した有機化合物の吸脱着を効率よくしかも繰り返し行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実験用システムの回路図である。
【図２】未処理活性炭および１０重量％ビニルトリメトキシシランで処理した処理活性炭のＦＴ−ＩＲスペクトル図である。
【図３】未処理活性炭および５重量％ビニルトリメトキシシランで処理した処理活性炭のＦＴ−ＩＲスペクトル図である。
【図４】未処理活性炭の吸着等温線を示すグラフ図である。
【図５】５重量％ビニルトリメトキシシランで処理した処理活性炭の吸着等温線を示すグラフ図である。
【図６】１０重量％ビニルトリメトキシシランで処理した処理活性炭の吸着等温線を示すグラフ図である。
【図７】各活性炭に残留する塩素量と塩化水素への分解率を示す表図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明において回収しようとする有機化合物は特にハロゲン化炭化水素類で、その代表例として、前述したメチレンクロライド（ジクロロメタン：ＣＨ２Ｃｌ２）、クロロホルム（トリクロロメタン：ＣＨＣｌ３）、１，１，１−トリクロロエタン（ＣＨ３ＣＣｌ３）、トリクロロトリフルオロエタン（ＣＣｌＦ２−ＣＣｌ２Ｆ）、トリクロロエチレン（ＣＨＣｌ＝ＣＣｌ２）、テトラクロロエチレン（ＣＣｌ２＝ＣＣｌ２）、臭化プロピル（１−ブロモプロパン：ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２Ｂｒ）等、フッ素、塩素、臭素等のハロゲンを含有するものがある。
またさらには、ジメチルケトン（ＣＨ３ＣＯＣＨ３）、メチルエチルケトン（ＣＨ３ＣＯＣ２Ｈ５）、ジエチルケトン（Ｃ２Ｈ５ＣＯＣ２Ｈ５）等のケトン系有機化合物、酢酸メチル（ＣＨ３ＣＯＯＣＨ３）、酢酸エチル（ＣＨ３ＣＯＯＣ２Ｈ５）、酢酸ビニル（ＣＨ３ＣＯＯＣＨ＝ＣＨ２）等のエステル系有機化合物、ヘキサン（Ｃ６Ｈ１２）やシクロヘキサン（Ｃ６Ｈ１０）等の脂肪族有機化合物、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）、トルエン（Ｃ６Ｈ５ＣＨ３）等の芳香族有機化合物等の有機溶剤を例示することができる。
【０００９】
また活性炭としては、通常市販される汎用のものを用いることができ、その代表例としてヤシガラ活性炭がある。
【００１０】
活性炭をシランカップリングで処理する場合に用いられるシランカップリング剤としては、反応性が異なる２種類の官能基を持っているものであり、一般化学式としては、
Ｘ−Ｓｉ（ＯＲ）３
Ｘ−Ｓｉ（ＯＲ）２Ｙ
で表される。ここでＸは有機質材料と化学結合する反応基であり、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、メルカプト基が例示され、またＯＲは無機質材料と化学結合する反応基であり、メトキシ基、エトキシ基が例示される。
【００１１】
さらにシランカップリング剤として具体的な官能基として、
・ビニルトリクロルシラン（Ｃｌ３ＳｉＣＨ＝ＣＨ２）、ビニルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣＨ＝ＣＨ２）、ビニルトリエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣＨ＝ＣＨ２）等のビニル基、
・２−（３、４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ２Ｈ４（Ｃ６Ｈ８Ｏ））、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＯＣＨ２（Ｃ２Ｈ３Ｏ））、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）２ＣＨ３ＳｉＣ３Ｈ６ＯＣＨ２（Ｃ２Ｈ３Ｏ））、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＯＣＨ２（Ｃ２Ｈ３Ｏ））等のエポキシ基、
・ｐ−スチリルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３Ｓｉ（Ｃ６Ｈ４ＣＨ＝ＣＨ２））等のスチリル基、
・３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）２ＣＨ３ＳｉＣ３Ｈ６ＯＣＯＣ（ＣＨ３）＝ＣＨ２）、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＯＣＯＣ（ＣＨ３）＝ＣＨ２）、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）２Ｓｉ（ＣＨ３）Ｃ３Ｈ６ＯＣＯＣ（ＣＨ３）＝ＣＨ２）、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３Ｓｉ）Ｃ３Ｈ６ＯＣＯＣ（ＣＨ３）＝ＣＨ２）等のメタクリロキシ基、
・３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＯＣＯＣＨ＝ＣＨ２）等のアクリロキシ基、
・Ｎ−２（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）２ＣＨ３ＳｉＣ３Ｈ６ＮＨＣ２Ｈ４ＮＨ２）、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＮＨＣ２Ｈ４ＮＨ２）、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＮＨＣ２Ｈ４ＮＨ２）、３−アミノプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＮＨ２）、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＮＨ２）、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１、３−ジメチルブチリデン）プロピルアミン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６Ｎ＝Ｃ（Ｃ４Ｈ９）ＣＨ３）、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＮＨＣ６Ｈ５）等のアミノ基、
・３−ウレイドプロピルトリエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＮＨＣＯＮＨ２）等のウレイド基、
・３−クロロプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６Ｃｌ）等のクロロプロピル基、
・３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）２ＣＨ３ＳｉＣ３Ｈ６ＳＨ）、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６ＳＨ）等のメルカプト基、
・ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６Ｓ４Ｃ３Ｈ８Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３）等のスルフィド基、
・３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン（（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＣ３Ｈ６Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）等のイソシアネート基
が例示される。
【００１２】
活性炭をシランカップリング剤で処理して処理活性炭を得る手法としては、シランカップリング剤の水溶液、メタノール、エタノール等の低級アルコール溶液または低級アルコール−水混合溶液を作成し、該溶液に活性炭を入れて撹拌後、酢酸水溶液を入れて加水分解したものをろ過し、乾燥することで得ることができる。
【００１３】
このように、シランカップリング剤で処理した処理活性炭を用いて有機化合物の吸脱着処理をしたときに、回収される有機化合物の酸性化が抑制される理由は明らかになっていないが、シランカップリング剤が活性炭の表面にコーティングされ、あるいは担持されたものとなり、このようなシランカップリング剤が存在する雰囲気下で有機化合物の吸脱着処理をする場合、吸着能は維持されるものの触媒機能が抑えられて有機化合物の分解が低下し、酸性化が抑えられると推測されるが、その詳細については今後の研究に委ねられるところである。
【実験例】
【００１４】
次に、本発明を実験例に基づいてさらに詳しく説明する。
【００１５】
＜実験用システムの説明＞
図１は実験用システムのフロー回路図であって、該図中、１は活性炭を充填する活性炭槽であって、該活性炭槽１に活性炭Ｃを充填することができる。活性炭槽１には、上流側流路Ｒ１と下流側流路Ｒ２とが接続されるが、上流側流路Ｒ１には切換えバルブＶ１が設けられている。切換えバルブＶ１は、流量計Ｆが接続されキャリアガスとしてヘリウムが供給されるキャリア流路Ｒ３と有機溶剤として代表されるトリクロロエチレンが充填された溶剤容器２が接続された溶剤流路Ｒ４に接続されている。尚、溶剤容器２は恒温槽３によって定温状態となっている。そしてキャリアガスは、切換えバルブＶ１の切換えることによって、キャリア流路Ｒ３、溶剤流路Ｒ４を経て活性炭槽１に至る吸着流路と、キャリア流路Ｒ３から直接活性炭槽１に至る脱着流路とに切換えられるようになっている。
一方、下流側流路Ｒ２には切換えバルブＶ２が設けられているが、該切換えバルブＶ２を切換えることにより、検量管４に必要量（例えば１ｍＬ）の検量ガスをトラップできると共に、該トラップした検量ガスをＧＣ−ＦＩＤ（ガスクロマトグラフィー／水素炎イオン化検出器）に供給できるようになっている。
【００１６】
＜処理活性炭の作成＞
５重量％、１０重量％のビニルトリメトキシシラン（以下「ＶＴＭＳ」と称する）水溶液にやしがら活性炭の粉末を０．５ｇ入れ、６０℃、１時間撹拌する。その後、５重量％の酢酸水溶液を５．０ｇ入れ、６０℃、１時間撹拌して加水分解をする。しかる後、ろ過した残渣を、１５０℃の雰囲気下で２時間乾燥することでＶＴＭＳで処理した２種類の処理活性炭を得た。
【００１７】
これら処理活性炭と未処理活性炭のＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）で観測したスペクトルを図２、３に示す。これらのスペクトルから、処理活性炭は、未処理活性炭には見られないＳｉ−Ｃ、Ｃ＝Ｃ、Ｃ−Ｈに帰属する吸収帯が見られることから、活性炭上にＶＴＭＳが存在することが確認される。しかも波数１０００付近にＳｉ−Ｏ−Ｓｉの伸縮振動による吸収帯も見られることから、ＶＴＭＳ同士が活性炭上で反応したものもあることを示している。
【００１８】
次に、未処理活性炭、前記に種類の処理活性炭の吸着等温線を測定したところ、図４〜６のようになった。またＢＥＴ表面積は、未処理活性炭が９６９ｍ２／ｇ、５重量％ＶＴＭＳで処理した処理活性炭は１５４ｍ２／ｇ、１０重量％ＶＴＭＳで処理した処理活性炭は１４５ｍ２／ｇであった。これらのことから、処理活性炭はＶＴＭＳにより細孔の一部が塞がれていると判断される。
【００１９】
また、前記図１に示す実験用システムを用いて１０回の吸脱着を繰り返した後、各活性炭中に残留する塩素をイオンクロマトグラフィーを用いて定量した。ここで残留する塩素としては、塩化水素となって活性炭上に残留するとして計算した。この結果を図７の表図に示す。ここで示される結果は、それぞれの活性炭１ｇあたりの塩化水素量、トリクロロエチレンの吸着量に対してどれくらい塩化水素に分解しているかの分解率である。処理活性炭を用いた場合、残留量は未処理活性炭に比べて１／５０以下になっていることが確認され、このことから活性炭をＶＴＭＳで処理した活性炭は未処理活性炭に比してトリクロロエチレンの分解抑制機能が高くなるよう改質されたものであるといえる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、トリクロロエチレンのようなハロゲン化溶媒を活性炭を用いて吸脱着を繰り替えし行う場合に、活性炭上に残留する塩素量を低減して活性炭の長寿命化を図るという産業上の利用可能性がある。
【符号の説明】
【００２１】
１ 活性炭槽
２ 溶剤容器
３ 恒温槽
４ 検量管
Ｃ 活性炭
Ｆ 流量計
Ｒ１ 上流側流路
Ｒ２ 下流側流路
Ｒ３ キャリア流路
Ｒ４ 溶剤流路
Ｖ１ 切換えバルブ
Ｖ２ 切換えバルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機化合物を吸脱着するための活性炭であって、該活性炭は、シランカップリング剤で処理されたものであることを特徴とする有機化合物の吸脱着能に優れた活性炭。
【請求項２】
ガス化した有機化合物を吸脱着するための活性炭であって、該活性炭は、シランカップリング剤で処理させたものであることを特徴とする有機化合物の吸脱着能に優れた活性炭の製造方法。
【請求項３】
ガス化した有機化合物の排出流路に設けられる吸脱着装置であって、該吸脱着装置は、シランカップリング剤で処理させて得た処理活性炭を用いて前記有機化合物の吸脱着をするものであることを特徴とする有機化合物の吸脱着装置。
【請求項４】
ガス化した有機化合物の排出流路に活性炭が設けられ、該有機化合物の吸着をするにあたり、前記活性炭はシランカップリング剤で処理させて得た処理活性炭とし、該処理活性炭により有機化合物を吸着する工程と、該処理活性炭で吸着した有機化合物を脱着する工程とを備えているものであることを特徴とする有機化合物の吸脱着方法。
【請求項１】
有機化合物を吸脱着するための活性炭であって、該活性炭は、シランカップリング剤で処理されたものであることを特徴とする有機化合物の吸脱着能に優れた活性炭。
【請求項２】
ガス化した有機化合物を吸脱着するための活性炭であって、該活性炭は、シランカップリング剤で処理させたものであることを特徴とする有機化合物の吸脱着能に優れた活性炭の製造方法。
【請求項３】
ガス化した有機化合物の排出流路に設けられる吸脱着装置であって、該吸脱着装置は、シランカップリング剤で処理させて得た処理活性炭を用いて前記有機化合物の吸脱着をするものであることを特徴とする有機化合物の吸脱着装置。
【請求項４】
ガス化した有機化合物の排出流路に活性炭が設けられ、該有機化合物の吸着をするにあたり、前記活性炭はシランカップリング剤で処理させて得た処理活性炭とし、該処理活性炭により有機化合物を吸着する工程と、該処理活性炭で吸着した有機化合物を脱着する工程とを備えているものであることを特徴とする有機化合物の吸脱着方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２０２４６１（Ｐ２０１０−２０２４６１Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５０２０５（Ｐ２００９−５０２０５）
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【出願人】（３９９０３１８８３）株式会社モリカワ (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【出願人】（３９９０３１８８３）株式会社モリカワ (19)
【Ｆターム（参考）】
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