選択吸着性活性炭、トルエンとα―ピネンとを共に含む混合気体からトルエンを選択的に吸着する選択吸着性活性炭の製造方法、および、空気浄化剤、消臭芳香剤
【課題】テルペン類などによる芳香性を維持しつつ、分子径が小さくシックハウス症候群や悪臭等の原因となるようなトルエンなどの揮発性有機物を選択的に吸着、除去することができる活性炭を提供する。
【解決手段】スリット幅Ｌ１が０．８ｎｍ以下のスリット形状の開口１１ａを有するスリット状ミクロ細孔１１を備えた活性炭であって、該スリット幅Ｌ１の分布が、窒素吸着によるｔ−プロット法による測定で実質的に０．４ｎｍ〜０．６ｎｍのみにピークを有し、全細孔の比表面積が、炭素化物の質量に対して４００ｍ2／ｇ以上であり、スリット状ミクロ細孔の比表面積の割合が、全細孔の比表面積に対して８５％以上である活性炭。
【解決手段】スリット幅Ｌ１が０．８ｎｍ以下のスリット形状の開口１１ａを有するスリット状ミクロ細孔１１を備えた活性炭であって、該スリット幅Ｌ１の分布が、窒素吸着によるｔ−プロット法による測定で実質的に０．４ｎｍ〜０．６ｎｍのみにピークを有し、全細孔の比表面積が、炭素化物の質量に対して４００ｍ2／ｇ以上であり、スリット状ミクロ細孔の比表面積の割合が、全細孔の比表面積に対して８５％以上である活性炭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルエンなどのシックハウス症候群や悪臭等の心身ストレスの原因となる揮発性有機物を選択的に吸着して除去することができる選択吸着性活性炭、選択吸着性活性炭の製造方法、および、この選択吸着性活性炭を利用した空気浄化剤、消臭芳香剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、もみ殻、おが粉、おから等の有機廃棄物を有効に利用できるようにするため、これらの有機廃棄物を焼成し、炭素化および賦活をさせて活性炭にし、この活性炭を、例えばトルエンなどの有害で悪臭の原因となる揮発性有機物の除去剤として再生して利用する方法が提案されていた（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３２７２１８２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したような発明にあっては、再生された活性炭が、トルエンなどのシックハウス症候群や悪臭の原因となる揮発性有機物を吸着するだけではなく、他の様々な有用な物質をも吸着、除去してしまい、例えば、住宅内においてこの活性炭を使用した場合には、建材に使用するスギやヒノキなどの芳香性を有する物質までをも吸着、除去してしまうという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、スリット幅が０．８ｎｍ以下のスリット形状の開口を有するスリット状ミクロ細孔を備えた選択吸着性活性炭であって、前記スリット幅の分布が、窒素吸着によるｔ−プロット法による測定で実質的に０．４ｎｍ〜０．６ｎｍの範囲のみにピークを有し、全細孔の比表面積が、炭素化物の質量に対して４００ｍ2／ｇ以上であり、前記スリット状ミクロ細孔の比表面積の割合が、前記全細孔の比表面積に対して８５％以上である選択吸着性活性炭である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の選択吸着性活性炭において、スリット状ミクロ細孔と相通する孔径が０．５μｍ以上のマクロ細孔を備え、このマクロ細孔の前記孔径の分布が、水銀圧入法による測定で０．５μｍ〜５０μｍにピークを有し、前記マクロ細孔の容積が、炭素化物の質量に対して１．０ｃｍ3／ｇ以上であるものである。
【０００７】
請求項３に係る発明は、木質系材料を粉砕した木質系粉砕物に、この木質系粉砕物に含有する水分の割合が、４０〜５０質量％になるように水分を添加し又は添加せずに調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物を不活性ガス雰囲気中において、５００〜８００℃で、２０分〜６０分間加熱して前記木質系粉砕物を炭素化させると共に賦活させる選択吸着性活性炭の製造方法である。
【０００８】
請求項４に係る発明は、木質系材料を粉砕した木質系粉砕物に、この木質系粉砕物に含有する水分の割合が、４０〜５０質量％になるように水分を添加し又は添加せずに調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物１００質量部に対してベントナイトを含む無機質粘結剤２０〜３０質量部を添加して混練し、この混練物を酸化性雰囲気中において、８００〜８５０℃で、２０〜３０分間加熱して前記木質系粉砕物を炭素化させると共に賦活させる選択吸着性活性炭の製造方法である。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項１または２記載の選択吸着性活性炭を含有する空気浄化剤である。
【００１０】
請求項６に係る発明は、請求項１または２記載の選択吸着性活性炭と、テルペン類とを含有する消臭芳香剤である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の選択吸着性活性炭によれば、スリット幅が０．８ｎｍ以下のスリット形状の開口を有するスリット状ミクロ細孔を備えた選択吸着性活性炭であって、前記スリット幅の分布が、窒素吸着によるｔ−プロット法による測定で実質的に０．４ｎｍ〜０．６ｎｍの範囲のみにピークを有し、全細孔の比表面積が、炭素化物の質量に対して４００ｍ2／ｇ以上であり、前記スリット状ミクロ細孔の比表面積の割合が、前記全細孔の比表面積に対して８５％以上であるため、スリット形状の開口を介して、スリット幅以下の分子径を有する気体分子をスリット状ミクロ細孔内に取り込んで吸着させつつ、スリット幅よりも大きい分子径を有する気体分子については前述の開口を通過させないで吸着するのを抑制することができる。
【００１２】
請求項２に記載の選択吸着性活性炭によれば、請求項１に記載の選択吸着性活性炭の効果に加え、スリット状ミクロ細孔と相通する孔径が０．５μｍ以上のマクロ細孔を備え、このマクロ細孔の前記孔径の分布が、水銀圧入法による測定で０．５μｍ〜５０μｍにピークを有し、前記マクロ細孔の容積が、炭素化物の質量に対して１．０ｃｍ3／ｇ以上であるため、吸着する気体分子を、スリット状ミクロ細孔に比べて孔径が格段に大きいマクロ細孔を介して拡散させて選択吸着性活性炭の深部のスリット状ミクロ細孔に至るまで迅速に到達させ、より広い吸着面に効率良く気体分子を吸着させることができる。
【００１３】
請求項３に記載の選択吸着性活性炭の製造方法によれば、木質系粉砕物を不活性ガス雰囲気中において加熱するため、木質系粉砕物を熱分解により炭素化させることができると共に、木質系粉砕物に含有する水分の割合が、４０〜５０質量％になるように水分を添加し又は添加せずに調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物を不活性ガス雰囲気中において、５００〜８００℃で、２０分〜６０分間加熱するため、生成した炭素化物を木質系粉砕物中に含有する水分や木質系粉砕物から発生した熱分解ガスにより賦活させつつ、賦活が進行し過ぎてスリット状ミクロ細孔のスリット幅が大きくなり過ぎるのを抑制することでき、所望のスリット形状の開口を有するスリット状ミクロ細孔を備えた選択吸着性活性炭を得ることができる。
【００１４】
請求項４に記載の選択吸着性活性炭の製造方法によれば、木質系材料を粉砕した木質系粉砕物に、この木質系粉砕物に含有する水分の割合が、４０〜５０質量％になるように水分を添加し又は添加せずに調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物１００質量部に対してベントナイトを含む無機質粘結剤２０〜３０質量部を添加して混練し、この混練物を酸化性雰囲気中において、８００〜８５０℃で、２０〜３０分間加熱するため、混練により木質系粉砕物の表面に被着した無機質粘結剤が酸化性雰囲気と木質系粉砕物との接触を遮断し、酸化性雰囲気中であっても簡便に木質系粉砕物の燃焼による焼失を防いで炭素化させることができると共に、生成した炭素化物を木質系粉砕物中に含有する水分や木質系粉砕物から発生した熱分解ガスにより賦活させつつ、賦活が進行し過ぎてスリット状ミクロ細孔のスリット幅が大きくなり過ぎるのを抑制することができ、酸化性雰囲気中で簡便に所望のスリット形状の開口を有するスリット状ミクロ細孔を備えた選択吸着性活性炭を得ることができる。
【００１５】
請求項５に記載の空気浄化剤によれば、請求項１または２記載の選択吸着性活性炭を含有するため、この選択吸着性活性炭によりスリット形状の開口を介して、分子径の小さな気体分子（例えば、シックハウス症候群や悪臭等の心身ストレスの原因となるトルエンなど）を選択的に取り込んで吸着させつつ、分子径の大きな気体分子（例えば、芳香性を有するテルペン類など）については殆ど吸着することなく、その効果（テルペン類による芳香性など）を維持することができる。
【００１６】
請求項６に記載の消臭芳香剤によれば、請求項１または２記載の選択吸着性活性炭と、テルペン類とを含有するため、この選択吸着性活性炭によりスリット形状の開口を介して、分子径の小さな気体分子（例えば、シックハウス症候群や悪臭等の心身ストレスの原因となるトルエンなど）を選択的に取り込んで吸着させつつ、分子径の大きなテルペン類の気体分子については殆ど吸着することなく、このテルペン類の有する芳香性を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の選択吸着性活性炭の一実施例を、図１、図２に基づき説明する。図１においてＡは本発明に係る選択吸着性活性炭であり、この選択吸着性活性炭Ａは、図１（ｂ）、（ｃ）に示したように、スリット状ミクロ細孔１１を備えており、スリット状ミクロ細孔１１は、スリット幅Ｌ１（図１（ｃ）参照）が０．８ｎｍ以下のスリット形状の開口１１ａを有し、スリット幅Ｌ１の分布が、窒素吸着によるｔ−プロット法による測定で実質的に０．４ｎｍ〜０．６ｎｍの範囲のみにピークを有し、全細孔の比表面積が、炭素化物の質量に対して４００ｍ2／ｇ以上であり、スリット状ミクロ細孔１１の比表面積の割合が、全細孔の比表面積に対して８５％以上であるものである。
【００１８】
ここで、スリット状ミクロ細孔１１は、選択吸着性活性炭Ａを構成する隣接するミクログラファイトの隣り合う二の炭素六角網平面の間隙において、この間隙の開口の形状がスリット形状となっている微細な細孔をいい、このスリット形状の開口１１ａを通過できた気体分子がスリット状ミクロ細孔１１内において吸着されるものと考えられる。
【００１９】
このスリット状ミクロ細孔１１のスリット幅Ｌ１の分布は、公知技術である窒素吸着によるｔ−プロット法（温度７７Ｋにおける窒素吸着等温線データのｔ−プロット解析によるスリット状細孔径分布の算出）により測定したものである。
【００２０】
また、選択吸着性活性炭Ａは、スリット幅Ｌ１が０．８ｎｍ以下のスリット形状の開口１１ａを有するスリット状ミクロ細孔１１を備え、かつ、スリット幅Ｌ１の分布が、窒素吸着によるｔ−プロット法による測定で実質的に０．４ｎｍ〜０．６ｎｍの範囲のみにピークを有するものであるが、このように細孔の開口をスリット形状としたのは、細孔への侵入における実効的な分子径が小さい気体分子を、開口１１ａを介して取り込んでスリット状ミクロ細孔１１内に吸着させつつ、嵩高く大きい分子径を有する気体分子は吸着させない、つまり、活性炭に吸着する気体の分子形状に対する選択吸着性を持たせるためである。また、実質的に０．４ｎｍ〜０．６ｎｍの範囲のみにピークを有するものとしたのは、吸着のメカニズムについては明らかでない点はあるが、この範囲以外にもピークを有するものは、大きい分子径を有する気体分子をも吸着してしまうからである。
【００２１】
上述した選択吸着性を利用して、例えば、小さい分子径を有する気体分子であって有害なものを吸着、除去しつつ、大きい分子径を有する気体分子であって有用なものについては吸着せずにその効果を維持させることができる。
【００２２】
ここで、選択吸着性活性炭Ａにより選択的に吸着され易く有害（例えば、悪臭など）で小さな分子径の気体としては、例えば、酢酸ブチル、酢酸メチル、酢酸エチルなどの直鎖状エステルや、アンモニア、硫化水素などの化合物、図２（ａ）、（ｂ）に図示したようなトルエンや、キシレン、スチレン、エチルベンゼン、ベンゼンなどの扁平な分子形状の芳香族炭化水素等が挙げられる。
【００２３】
また、選択吸着性活性炭Ａに吸着され難く有用（例えば、芳香性など）で大きな分子径の気体としては、例えば、図２（ｃ）、（ｄ）に図示したような嵩高い分子形状を持つα−ピネンや、ピノカルベオール、ピノカルボン、β−ピネン、ミルテノール、ミルテナール、ベルベノール、ベルベノン、カンフェン、ボルネオール、カンファー、カンフェノン、フェンキルアルコール、フェンコン、α−フェンケン、カレン、サビネン、α−ツエン、サビネンヒドレート、α−ツヤオール、α−ツヨンなどの双環式モノテルペンや、１、８−シネオール、１、４−シネオール、マタタビエーテル、ミントラクトン、メントフラン、ディルフランなどのモノテルペン、ベルガモテン、カンフェレノール、サンタレン、サンタロール、セスキシネオールなどのセスキテルペン、あるいは、これらに類する気体分子構造を有するものが挙げられる。
【００２４】
また、選択吸着性活性炭Ａの全細孔の比表面積を、この選択吸着性活性炭Ａ中の炭素化物の質量に対して４００ｍ2／ｇ以上としたのは、この比表面積が４００ｍ2／ｇ未満であると、気体分子を吸着する吸着面の面積が小さくなり、活性炭単位質量当たりの気体分子の吸着量が低下し、実用的ではないからである。ここで、全細孔とは、スリット状ミクロ細孔１１や、その他の開口形状あるいは孔径を有する全てのものを含み、選択吸着性活性炭Ａの内部に存在する全ての孔をいう。
【００２５】
また、スリット状ミクロ細孔１１の比表面積の割合を、全細孔の比表面積に対して８５％以上としたのは、この値が８５％よりも小さいと、芳香性を有するテルペン類の気体分子がスリット状ミクロ細孔１１以外の細孔において吸着する割合が大きくなるため、小さな分子径を有する気体分子を選択的に吸着、除去するという作用効果が小さくなるからである。なお、比表面積は、窒素吸着によるｔ−プロット法（温度７７Ｋにおける窒素吸着等温線データのｔ−プロット解析による比表面積の算出）により測定したものであり、スリット状ミクロ細孔１１の比表面積と他の細孔の比表面積とはこの測定法により区別したものである。
【００２６】
ところで、前述の選択吸着性活性炭Ａは、図１（ｃ）に示したように、スリット状ミクロ細孔１１と相通する孔径Ｌ２が０．５μｍ以上のマクロ細孔１２を備え、このマクロ細孔１２の孔径Ｌ２の分布が、公知技術の水銀圧入法による測定で０．５μｍ〜５０μｍにピークを有し、マクロ細孔１２の容積が、１．０ｃｍ3／ｇ以上であるのが好ましい。
【００２７】
このマクロ細孔１２は、主として選択吸着性活性炭Ａの外部から取り込んだ気体分子を内部に万遍なく拡散させる作用を有し、スリット状ミクロ細孔１１に比べて孔径Ｌ２が格段に大きいため（Ｌ２＞＞Ｌ１）、吸着される気体分子がマクロ細孔１２を介して選択吸着性活性炭Ａの深部のスリット状ミクロ細孔１１に至るまで迅速に到達し、より広い吸着面に効率良く気体分子を吸着させることができる。ここで、マクロ細孔１２の孔径Ｌ２を０．５μｍ以上とし、孔径Ｌ２の分布が、水銀圧入法による測定で０．５μｍ〜５０μｍにピークを有するものとしたのは、原料となる木質系材料の細胞組織構造をそのまま活用することができ、マクロ細孔１２の形成のための追加的な成形工程を必要としないためであり、マクロ細孔１２の容積を１．０ｃｍ3／ｇ以上としたのは、この値よりも小さいと、選択吸着性活性炭Ａを取り扱いの容易な顆粒状のまま使用した場合に、この選択吸着性活性炭Ａの内部において吸着させる気体分子の拡散が遅延し、前述の効果が得られ難くなるからである。
【００２８】
次に、上述した選択吸着性活性炭Ａの製造方法について、図３、図４に基づき説明する。まず、図３は本発明に係る選択吸着性活性炭Ａの製造方法の一実施例を示しており、バッチ処理により製造する例である。
【００２９】
この選択吸着性活性炭Ａの製造方法にあっては、まず、スギやヒノキなどの木質系材料を数ｍｍ〜１０ｍｍ角程度の大きさに粉砕した木質系粉砕物ｂを用い（ステップＳ１１）、この木質系粉砕物ｂの水分含有率を公知の測定法、例えば、ＪＩＳ Ｚ２１０１−１９９４「木材の試験方法」３．２含水率に規定の測定法により測定し、木質系粉砕物ｂに含有する水分の割合（水分含有率）が、４０〜５０質量％なるように水分を添加し又は添加せずに調整する。この水分含有率が４０質量％よりも少ないときは、例えば、スプレーにより水分を噴霧して添加し、水分含有率が５０質量％よりも多いときには、例えば、乾燥炉中で前述の水分含有率になるよう調整する（ステップＳ１２）。なお、木質系粉砕物ｂの水分含有率が当初から４０〜５０質量％の範囲にあるときには水分を添加しなくてもよい。
【００３０】
その後、この水分を調整した木質系粉砕物ｂを、例えば、電気炉などのバッチ処理が可能な加熱炉に入れ、この加熱炉に窒素などの不活性ガスを導入し、不活性ガス雰囲気中において、５００〜８００℃で、２０分〜６０分間加熱する（ステップＳ１３）。
【００３１】
このとき、木質系粉砕物ｂは、不活性ガス雰囲気中において加熱されるため、燃焼して焼失することはなく、木質系粉砕物ｂの熱分解により炭素化されて炭素化物が生成する。
【００３２】
そして、生成した炭素化物は、木質系粉砕物ｂ中に含有する水分や木質系粉砕物ｂから発生した熱分解ガスなどにより賦活され、吸着活性な選択吸着性活性炭Ａが形成される。
【００３３】
ここで、加熱温度を５００〜８００℃としたのは、５００℃よりも低いと、炭素化および賦活によるスリット状ミクロ細孔１１の形成が不十分となって分子径の小さな気体分子の吸着性能が十分に得られないためであり、８００℃よりも高いと、賦活が進行し過ぎてしまい、スリット幅Ｌ１が大きくなりすぎて分子径の大きな気体分子をも吸着してしまうためである（図１（ｃ）参照）。また、加熱時間を２０分〜６０分としたのは、２０分よりも短いと炭素化および賦活によるスリット状ミクロ細孔１１の形成が不十分となって分子径の小さな気体分子の吸着性能が十分に得られないためであり、６０分よりも長いと賦活が進行しすぎてスリット幅Ｌ１の大きい細孔の割合が多くなってしまうためである。
【００３４】
次に、酸化性雰囲気中（大気中）で選択吸着性活性炭Ａを製造する選択吸着性活性炭の製造方法について、大気開放型ロータリーキルン炉を用いる場合を例にとって、図４に基づき説明する。なお、酸化性雰囲気中で選択吸着性活性炭Ａを製造する場合であっても、木質系粉砕物ｂの水分含有率の調整は前述のバッチ処理の場合と同じであるため、詳細な説明は省略する。なお、大気開放型ロータリーキルン炉は、公知技術のものが用いられる。
【００３５】
この選択吸着性活性炭Ａの製造方法にあっては、木質系粉砕物ｂに無機質粘結剤を被覆して加熱するもので、前述のバッチ処理による製造方法のように水分含有率が４０〜５０質量％になるように調整された木質系粉砕物ｂを用い（ステップＳ２１、２２）、この水分を調整した木質系粉砕物ｂ１００質量部に対してベントナイトを含む無機質粘結剤２０〜３０質量部を添加（ステップＳ２３）して混練（ステップＳ２４）し、この混練物を大気開放型のロータリーキルン炉で酸化性雰囲気中（大気中）において、８００〜８５０℃で、２０〜３０分間加熱する（ステップＳ２５）。
【００３６】
このとき、木質系粉砕物ｂは、無機質粘結剤との混練により該木質系粉砕物ｂの表面に無機質粘結剤が被着しているため、大気中の酸素（酸化性雰囲気）と木質系粉砕物ｂとの接触が遮断され、大気中であっても簡便に木質系粉砕物の燃焼による焼失を防いで炭素化させ、炭素化物を生成することができる。
【００３７】
そして、生成した炭素化物は、木質系粉砕物ｂ中に含有する水分や木質系粉砕物ｂから発生した熱分解ガスなどにより賦活され、吸着活性な選択吸着性活性炭Ａが形成される。
【００３８】
ここで、ベントナイトを含む無機質粘結剤を木質系粉砕物ｂの１００質量部に対して２０〜３０質量部添加したのは、無機質粘結剤の割合が２０質量部よりも少ないと木質系粉砕物ｂの無機質粘結剤による被覆が不十分となって大気中の酸素による燃焼により焼失してしまうためであり、上限を３０質量部としたのは、３０質量部より多くしたとしても被覆の度合いに大きな差はないばかりか、比重の高い無機質粘結剤の割合が増すことで、得られる活性炭の単位質量あたりの比表面積が減少し、かえって吸着剤としての性能を低下させてしまうためである。また、加熱温度を８００〜８５０℃としたのは、８００℃よりも低いと木質系粉砕物ｂの炭素化および賦活によるスリット状ミクロ細孔１１の形成が不十分となって分子径の小さな気体分子の吸着性能が十分に得られないためであり、８５０℃よりも高いと、賦活が進行し過ぎてしまい、スリット幅Ｌ１が大きくなりすぎて分子径の大きな気体分子をも吸着してしまうためである（図１（ｃ）参照）。さらに、加熱時間を２０分〜３０分としたのは、２０分よりも短いと炭素化および賦活によるスリット状ミクロ細孔１１の形成が不十分となって分子径の小さな気体分子の吸着性能が十分に得られないためであり、３０分よりも長いと賦活が進行しすぎてスリット幅Ｌ１の大きい細孔の割合が多くなってしまうためである。
【００３９】
以下に、本発明の選択吸着性活性炭Ａの一例（実施例）を比較例と共に示した。
【００４０】
［実施例１］
木質系粉砕物ｂとしてヒノキを用い、水分含有率を４２質量％に調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物を電気炉で窒素雰囲気中において、７００℃で、６０分間加熱して木質系粉砕物を炭素化させると共に賦活させて選択吸着性活性炭Ａを得た。
【００４１】
［実施例２］
木質系粉砕物ｂとしてヒノキを用い、水分含有率を３５質量％に調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物１００質量部に対してベントナイトを含む無機質粘結剤２０質量部を添加して混練し、混練物を大気開放型のロータリーキルン炉中（酸化性雰囲気中）において、８５０℃で、２０分間加熱して木質系粉砕物を炭素化させると共に賦活させて選択吸着性活性炭Ａを得た。
【００４２】
［比較例１］（実施例１の温度を変更）
木質系粉砕物ｂとしてヒノキを用い、水分含有率を４２質量％に調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物を電気炉で窒素雰囲気中において、９００℃で、６０分間加熱して木質系粉砕物を炭素化させると共に賦活させて活性炭を得た。
【００４３】
［比較例２］（実施例１の温度を変更）
木質系粉砕物ｂとしてヒノキを用い、水分含有率を４２質量％に調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物を電気炉で窒素雰囲気中において、１１００℃で、６０分間加熱して木質系粉砕物を炭素化させると共に賦活させて活性炭を得た。
【００４４】
表１は、上述した実施例１、２および比較例１、２の製造条件で得られた活性炭を用い、テルペン類（芳香成分）の一つであって大きな分子径を有するα−ピネンと、悪臭等の原因物質であって扁平で厚さが薄い分子形状のトルエンとの共存下における各気体分子の吸着特性を示している。なお、吸着特性については、α−ピネンとトルエン各１０ｐｐｍの混合気体３リットル中に活性炭の試料２０ｍｇを静置し、２４時間後の各気体の濃度をＧＣ／ＭＳ（ガスクロマトグラフ質量分析計）により測定して各気体の除去率により判定した。
【００４５】
なお、物性値および特性の測定には、以下の測定機器を用いた。
・スリット状ミクロ細孔のスリット幅および比表面積の測定（窒素吸着によるｔ− プロット法による測定）
高精度全自動ガス吸着装置：ＢＥＬＳＯＲＰ１８（日本ベル株式会社製）
・マクロ細孔の測定（水銀圧入法による測定）
細孔分布測定装置：Ｐｏｒｅ Ｓｉｚｅｒ９３１０
（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製）
・α−ピネンおよびトルエンの吸着特性
ガスクロマトグラフ質量分析計：Ｃｌａｒｕｓ５００ ＧＣ／ＭＳ
（Ｐｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ、Ｉｎｃ社製）
【表１】
表１の吸着特性において、「○」は除去率が９５％以上（吸着試験２４時間後の空試験補正データから算出）、すなわち吸着し易いことを、「×」は除去率が３０％以下（吸着試験２４時間後の空試験補正データから算出）で飽和に達する、すなわち吸着し難いことをそれぞれ示しているが、比較例１、２の活性炭の吸着特性にあっては、α―ピネンおよびトルエンのいずれも９５％以上吸着、除去してしまうのに対し、実施例１、２のものは、トルエンについては吸着するものの、α−ピネンについては吸着が殆どみられず、有害で悪臭等の原因となるトルエンを選択的に除去しつつ、α−ピネンの芳香性は維持できる結果であった。
【００４６】
ところで、上述した選択吸着性活性炭Ａは、その選択吸着性を利用して、選択吸着性活性炭Ａを含有する空気浄化剤として用いることができる。この空気浄化剤にあっては、選択吸着性活性炭Ａによりスリット形状の開口を介して、小さい分子径の気体分子をスリット状ミクロ細孔１１内に選択的に取り込んで吸着させることができ、例えば、新築住宅などにあっては、シックハウス症候群の代表的な原因物質であって扁平で厚さが薄い分子形状を有するトルエン（図２（ａ）、（ｂ）参照）を選択的に吸着、除去しつつ、住宅建材に使用するスギやヒノキなどに含まれる芳香成分であって大きな分子径を有するテルペン類（一例として、図２（ｃ）、（ｄ）のα−ピネンを参照）については、選択吸着性活性炭Ａに殆ど吸着されることなく、このテルペン類による芳香性を維持することができる。
【００４７】
さらに、選択吸着性活性炭Ａをテルペン類と共に用い、選択吸着性活性炭Ａと、テルペン類とを含有する消臭芳香剤としてもよい。この消臭芳香剤にあっては、例えば、選択吸着性活性炭Ａと、スギやヒノキ、ユーカリなどのテルペン類を含んだ木材チップや精油、あるいは、テルペン類を担持した顆粒状の多孔質体や包摂材とを混合または併用して用いるものである。このとき、芳香成分となるテルペン類は、その芳香性を発揮するため、選択吸着性活性炭Ａの炭素化物の１００ｇに対して少なくとも０．５質量％以上含んでいることが好ましい。なお、選択吸着性活性炭Ａを予めテルペン類の蒸気に暴露しておくのが好ましい。
【００４８】
ここで、上述の消臭芳香剤に使用するテルペン類としては、嵩高い分子形状を持つ、例えば、α−ピネン、ピノカルベオール、ピノカルボン、β−ピネン、ミルテノール、ミルテナール、ベルベノール、ベルベノン、カンフェン、ボルネオール、カンファー、カンフェノン、フェンキルアルコール、フェンコン、α−フェンケン、カレン、サビネン、α−ツエン、サビネンヒドレート、α−ツヤオール、α−ツヨンなどの双環式モノテルペンや、１、８−シネオール、１、４−シネオール、マタタビエーテル、ミントラクトン、メントフラン、ディルフランなどのモノテルペン、ベルガモテン、カンフェレノール、サンタレン、サンタロール、セスキシネオールなどのセスキテルペン、あるいは、これらに類する気体分子構造を有するものなどがある。
【００４９】
このように、選択吸着性活性炭Ａとテルペン類とを含んだ消臭芳香剤とすることで、分子径の小さな気体分子（例えば、扁平で厚さが薄い分子形状を有するトルエンや球状に近い分子形状でも分子径の小さいアンモニアのような有害な物質など）を選択的に吸着、除去しつつ、消臭芳香剤に含まれる芳香成分であるテルペン類については、選択吸着性活性炭Ａに殆ど吸着されることなく、このテルペン類による芳香性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の活性炭の構成を示した図であり、図１（ａ）は活性炭の斜視図（略図）を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＫ部を拡大した斜視図（略図）を、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＸ−Ｘ線で切断した断面の模式図をそれぞれ示している。
【図２】気体分子の形状を示した模式図であり、図２（ａ）はトルエンを横から見た図を、図２（ｂ）は図２（ａ）のトルエンを正面から見た図を、図２（ｃ）はα−ピネンを横から見た図を、図２（ｄ）は図２（ｃ）のα−ピネンを正面から見た図をそれぞれ示している。
【図３】本発明の選択吸着性活性炭の製造方法の一実施例に係る工程図である。
【図４】本発明の選択吸着性活性炭の製造方法の他の実施例に係る工程図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ａ 選択吸着性活性炭
ｂ 木質系粉砕物
ｍ１ トルエンの気体分子
ｍ２ α−ピネンの気体分子
１１ スリット状ミクロ細孔
１１ａ 開口
１２ マクロ細孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルエンなどのシックハウス症候群や悪臭等の心身ストレスの原因となる揮発性有機物を選択的に吸着して除去することができる選択吸着性活性炭、選択吸着性活性炭の製造方法、および、この選択吸着性活性炭を利用した空気浄化剤、消臭芳香剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、もみ殻、おが粉、おから等の有機廃棄物を有効に利用できるようにするため、これらの有機廃棄物を焼成し、炭素化および賦活をさせて活性炭にし、この活性炭を、例えばトルエンなどの有害で悪臭の原因となる揮発性有機物の除去剤として再生して利用する方法が提案されていた（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３２７２１８２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したような発明にあっては、再生された活性炭が、トルエンなどのシックハウス症候群や悪臭の原因となる揮発性有機物を吸着するだけではなく、他の様々な有用な物質をも吸着、除去してしまい、例えば、住宅内においてこの活性炭を使用した場合には、建材に使用するスギやヒノキなどの芳香性を有する物質までをも吸着、除去してしまうという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、スリット幅が０．８ｎｍ以下のスリット形状の開口を有するスリット状ミクロ細孔を備えた選択吸着性活性炭であって、前記スリット幅の分布が、窒素吸着によるｔ−プロット法による測定で実質的に０．４ｎｍ〜０．６ｎｍの範囲のみにピークを有し、全細孔の比表面積が、炭素化物の質量に対して４００ｍ2／ｇ以上であり、前記スリット状ミクロ細孔の比表面積の割合が、前記全細孔の比表面積に対して８５％以上である選択吸着性活性炭である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の選択吸着性活性炭において、スリット状ミクロ細孔と相通する孔径が０．５μｍ以上のマクロ細孔を備え、このマクロ細孔の前記孔径の分布が、水銀圧入法による測定で０．５μｍ〜５０μｍにピークを有し、前記マクロ細孔の容積が、炭素化物の質量に対して１．０ｃｍ3／ｇ以上であるものである。
【０００７】
請求項３に係る発明は、木質系材料を粉砕した木質系粉砕物に、この木質系粉砕物に含有する水分の割合が、４０〜５０質量％になるように水分を添加し又は添加せずに調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物を不活性ガス雰囲気中において、５００〜８００℃で、２０分〜６０分間加熱して前記木質系粉砕物を炭素化させると共に賦活させる選択吸着性活性炭の製造方法である。
【０００８】
請求項４に係る発明は、木質系材料を粉砕した木質系粉砕物に、この木質系粉砕物に含有する水分の割合が、４０〜５０質量％になるように水分を添加し又は添加せずに調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物１００質量部に対してベントナイトを含む無機質粘結剤２０〜３０質量部を添加して混練し、この混練物を酸化性雰囲気中において、８００〜８５０℃で、２０〜３０分間加熱して前記木質系粉砕物を炭素化させると共に賦活させる選択吸着性活性炭の製造方法である。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項１または２記載の選択吸着性活性炭を含有する空気浄化剤である。
【００１０】
請求項６に係る発明は、請求項１または２記載の選択吸着性活性炭と、テルペン類とを含有する消臭芳香剤である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の選択吸着性活性炭によれば、スリット幅が０．８ｎｍ以下のスリット形状の開口を有するスリット状ミクロ細孔を備えた選択吸着性活性炭であって、前記スリット幅の分布が、窒素吸着によるｔ−プロット法による測定で実質的に０．４ｎｍ〜０．６ｎｍの範囲のみにピークを有し、全細孔の比表面積が、炭素化物の質量に対して４００ｍ2／ｇ以上であり、前記スリット状ミクロ細孔の比表面積の割合が、前記全細孔の比表面積に対して８５％以上であるため、スリット形状の開口を介して、スリット幅以下の分子径を有する気体分子をスリット状ミクロ細孔内に取り込んで吸着させつつ、スリット幅よりも大きい分子径を有する気体分子については前述の開口を通過させないで吸着するのを抑制することができる。
【００１２】
請求項２に記載の選択吸着性活性炭によれば、請求項１に記載の選択吸着性活性炭の効果に加え、スリット状ミクロ細孔と相通する孔径が０．５μｍ以上のマクロ細孔を備え、このマクロ細孔の前記孔径の分布が、水銀圧入法による測定で０．５μｍ〜５０μｍにピークを有し、前記マクロ細孔の容積が、炭素化物の質量に対して１．０ｃｍ3／ｇ以上であるため、吸着する気体分子を、スリット状ミクロ細孔に比べて孔径が格段に大きいマクロ細孔を介して拡散させて選択吸着性活性炭の深部のスリット状ミクロ細孔に至るまで迅速に到達させ、より広い吸着面に効率良く気体分子を吸着させることができる。
【００１３】
請求項３に記載の選択吸着性活性炭の製造方法によれば、木質系粉砕物を不活性ガス雰囲気中において加熱するため、木質系粉砕物を熱分解により炭素化させることができると共に、木質系粉砕物に含有する水分の割合が、４０〜５０質量％になるように水分を添加し又は添加せずに調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物を不活性ガス雰囲気中において、５００〜８００℃で、２０分〜６０分間加熱するため、生成した炭素化物を木質系粉砕物中に含有する水分や木質系粉砕物から発生した熱分解ガスにより賦活させつつ、賦活が進行し過ぎてスリット状ミクロ細孔のスリット幅が大きくなり過ぎるのを抑制することでき、所望のスリット形状の開口を有するスリット状ミクロ細孔を備えた選択吸着性活性炭を得ることができる。
【００１４】
請求項４に記載の選択吸着性活性炭の製造方法によれば、木質系材料を粉砕した木質系粉砕物に、この木質系粉砕物に含有する水分の割合が、４０〜５０質量％になるように水分を添加し又は添加せずに調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物１００質量部に対してベントナイトを含む無機質粘結剤２０〜３０質量部を添加して混練し、この混練物を酸化性雰囲気中において、８００〜８５０℃で、２０〜３０分間加熱するため、混練により木質系粉砕物の表面に被着した無機質粘結剤が酸化性雰囲気と木質系粉砕物との接触を遮断し、酸化性雰囲気中であっても簡便に木質系粉砕物の燃焼による焼失を防いで炭素化させることができると共に、生成した炭素化物を木質系粉砕物中に含有する水分や木質系粉砕物から発生した熱分解ガスにより賦活させつつ、賦活が進行し過ぎてスリット状ミクロ細孔のスリット幅が大きくなり過ぎるのを抑制することができ、酸化性雰囲気中で簡便に所望のスリット形状の開口を有するスリット状ミクロ細孔を備えた選択吸着性活性炭を得ることができる。
【００１５】
請求項５に記載の空気浄化剤によれば、請求項１または２記載の選択吸着性活性炭を含有するため、この選択吸着性活性炭によりスリット形状の開口を介して、分子径の小さな気体分子（例えば、シックハウス症候群や悪臭等の心身ストレスの原因となるトルエンなど）を選択的に取り込んで吸着させつつ、分子径の大きな気体分子（例えば、芳香性を有するテルペン類など）については殆ど吸着することなく、その効果（テルペン類による芳香性など）を維持することができる。
【００１６】
請求項６に記載の消臭芳香剤によれば、請求項１または２記載の選択吸着性活性炭と、テルペン類とを含有するため、この選択吸着性活性炭によりスリット形状の開口を介して、分子径の小さな気体分子（例えば、シックハウス症候群や悪臭等の心身ストレスの原因となるトルエンなど）を選択的に取り込んで吸着させつつ、分子径の大きなテルペン類の気体分子については殆ど吸着することなく、このテルペン類の有する芳香性を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の選択吸着性活性炭の一実施例を、図１、図２に基づき説明する。図１においてＡは本発明に係る選択吸着性活性炭であり、この選択吸着性活性炭Ａは、図１（ｂ）、（ｃ）に示したように、スリット状ミクロ細孔１１を備えており、スリット状ミクロ細孔１１は、スリット幅Ｌ１（図１（ｃ）参照）が０．８ｎｍ以下のスリット形状の開口１１ａを有し、スリット幅Ｌ１の分布が、窒素吸着によるｔ−プロット法による測定で実質的に０．４ｎｍ〜０．６ｎｍの範囲のみにピークを有し、全細孔の比表面積が、炭素化物の質量に対して４００ｍ2／ｇ以上であり、スリット状ミクロ細孔１１の比表面積の割合が、全細孔の比表面積に対して８５％以上であるものである。
【００１８】
ここで、スリット状ミクロ細孔１１は、選択吸着性活性炭Ａを構成する隣接するミクログラファイトの隣り合う二の炭素六角網平面の間隙において、この間隙の開口の形状がスリット形状となっている微細な細孔をいい、このスリット形状の開口１１ａを通過できた気体分子がスリット状ミクロ細孔１１内において吸着されるものと考えられる。
【００１９】
このスリット状ミクロ細孔１１のスリット幅Ｌ１の分布は、公知技術である窒素吸着によるｔ−プロット法（温度７７Ｋにおける窒素吸着等温線データのｔ−プロット解析によるスリット状細孔径分布の算出）により測定したものである。
【００２０】
また、選択吸着性活性炭Ａは、スリット幅Ｌ１が０．８ｎｍ以下のスリット形状の開口１１ａを有するスリット状ミクロ細孔１１を備え、かつ、スリット幅Ｌ１の分布が、窒素吸着によるｔ−プロット法による測定で実質的に０．４ｎｍ〜０．６ｎｍの範囲のみにピークを有するものであるが、このように細孔の開口をスリット形状としたのは、細孔への侵入における実効的な分子径が小さい気体分子を、開口１１ａを介して取り込んでスリット状ミクロ細孔１１内に吸着させつつ、嵩高く大きい分子径を有する気体分子は吸着させない、つまり、活性炭に吸着する気体の分子形状に対する選択吸着性を持たせるためである。また、実質的に０．４ｎｍ〜０．６ｎｍの範囲のみにピークを有するものとしたのは、吸着のメカニズムについては明らかでない点はあるが、この範囲以外にもピークを有するものは、大きい分子径を有する気体分子をも吸着してしまうからである。
【００２１】
上述した選択吸着性を利用して、例えば、小さい分子径を有する気体分子であって有害なものを吸着、除去しつつ、大きい分子径を有する気体分子であって有用なものについては吸着せずにその効果を維持させることができる。
【００２２】
ここで、選択吸着性活性炭Ａにより選択的に吸着され易く有害（例えば、悪臭など）で小さな分子径の気体としては、例えば、酢酸ブチル、酢酸メチル、酢酸エチルなどの直鎖状エステルや、アンモニア、硫化水素などの化合物、図２（ａ）、（ｂ）に図示したようなトルエンや、キシレン、スチレン、エチルベンゼン、ベンゼンなどの扁平な分子形状の芳香族炭化水素等が挙げられる。
【００２３】
また、選択吸着性活性炭Ａに吸着され難く有用（例えば、芳香性など）で大きな分子径の気体としては、例えば、図２（ｃ）、（ｄ）に図示したような嵩高い分子形状を持つα−ピネンや、ピノカルベオール、ピノカルボン、β−ピネン、ミルテノール、ミルテナール、ベルベノール、ベルベノン、カンフェン、ボルネオール、カンファー、カンフェノン、フェンキルアルコール、フェンコン、α−フェンケン、カレン、サビネン、α−ツエン、サビネンヒドレート、α−ツヤオール、α−ツヨンなどの双環式モノテルペンや、１、８−シネオール、１、４−シネオール、マタタビエーテル、ミントラクトン、メントフラン、ディルフランなどのモノテルペン、ベルガモテン、カンフェレノール、サンタレン、サンタロール、セスキシネオールなどのセスキテルペン、あるいは、これらに類する気体分子構造を有するものが挙げられる。
【００２４】
また、選択吸着性活性炭Ａの全細孔の比表面積を、この選択吸着性活性炭Ａ中の炭素化物の質量に対して４００ｍ2／ｇ以上としたのは、この比表面積が４００ｍ2／ｇ未満であると、気体分子を吸着する吸着面の面積が小さくなり、活性炭単位質量当たりの気体分子の吸着量が低下し、実用的ではないからである。ここで、全細孔とは、スリット状ミクロ細孔１１や、その他の開口形状あるいは孔径を有する全てのものを含み、選択吸着性活性炭Ａの内部に存在する全ての孔をいう。
【００２５】
また、スリット状ミクロ細孔１１の比表面積の割合を、全細孔の比表面積に対して８５％以上としたのは、この値が８５％よりも小さいと、芳香性を有するテルペン類の気体分子がスリット状ミクロ細孔１１以外の細孔において吸着する割合が大きくなるため、小さな分子径を有する気体分子を選択的に吸着、除去するという作用効果が小さくなるからである。なお、比表面積は、窒素吸着によるｔ−プロット法（温度７７Ｋにおける窒素吸着等温線データのｔ−プロット解析による比表面積の算出）により測定したものであり、スリット状ミクロ細孔１１の比表面積と他の細孔の比表面積とはこの測定法により区別したものである。
【００２６】
ところで、前述の選択吸着性活性炭Ａは、図１（ｃ）に示したように、スリット状ミクロ細孔１１と相通する孔径Ｌ２が０．５μｍ以上のマクロ細孔１２を備え、このマクロ細孔１２の孔径Ｌ２の分布が、公知技術の水銀圧入法による測定で０．５μｍ〜５０μｍにピークを有し、マクロ細孔１２の容積が、１．０ｃｍ3／ｇ以上であるのが好ましい。
【００２７】
このマクロ細孔１２は、主として選択吸着性活性炭Ａの外部から取り込んだ気体分子を内部に万遍なく拡散させる作用を有し、スリット状ミクロ細孔１１に比べて孔径Ｌ２が格段に大きいため（Ｌ２＞＞Ｌ１）、吸着される気体分子がマクロ細孔１２を介して選択吸着性活性炭Ａの深部のスリット状ミクロ細孔１１に至るまで迅速に到達し、より広い吸着面に効率良く気体分子を吸着させることができる。ここで、マクロ細孔１２の孔径Ｌ２を０．５μｍ以上とし、孔径Ｌ２の分布が、水銀圧入法による測定で０．５μｍ〜５０μｍにピークを有するものとしたのは、原料となる木質系材料の細胞組織構造をそのまま活用することができ、マクロ細孔１２の形成のための追加的な成形工程を必要としないためであり、マクロ細孔１２の容積を１．０ｃｍ3／ｇ以上としたのは、この値よりも小さいと、選択吸着性活性炭Ａを取り扱いの容易な顆粒状のまま使用した場合に、この選択吸着性活性炭Ａの内部において吸着させる気体分子の拡散が遅延し、前述の効果が得られ難くなるからである。
【００２８】
次に、上述した選択吸着性活性炭Ａの製造方法について、図３、図４に基づき説明する。まず、図３は本発明に係る選択吸着性活性炭Ａの製造方法の一実施例を示しており、バッチ処理により製造する例である。
【００２９】
この選択吸着性活性炭Ａの製造方法にあっては、まず、スギやヒノキなどの木質系材料を数ｍｍ〜１０ｍｍ角程度の大きさに粉砕した木質系粉砕物ｂを用い（ステップＳ１１）、この木質系粉砕物ｂの水分含有率を公知の測定法、例えば、ＪＩＳ Ｚ２１０１−１９９４「木材の試験方法」３．２含水率に規定の測定法により測定し、木質系粉砕物ｂに含有する水分の割合（水分含有率）が、４０〜５０質量％なるように水分を添加し又は添加せずに調整する。この水分含有率が４０質量％よりも少ないときは、例えば、スプレーにより水分を噴霧して添加し、水分含有率が５０質量％よりも多いときには、例えば、乾燥炉中で前述の水分含有率になるよう調整する（ステップＳ１２）。なお、木質系粉砕物ｂの水分含有率が当初から４０〜５０質量％の範囲にあるときには水分を添加しなくてもよい。
【００３０】
その後、この水分を調整した木質系粉砕物ｂを、例えば、電気炉などのバッチ処理が可能な加熱炉に入れ、この加熱炉に窒素などの不活性ガスを導入し、不活性ガス雰囲気中において、５００〜８００℃で、２０分〜６０分間加熱する（ステップＳ１３）。
【００３１】
このとき、木質系粉砕物ｂは、不活性ガス雰囲気中において加熱されるため、燃焼して焼失することはなく、木質系粉砕物ｂの熱分解により炭素化されて炭素化物が生成する。
【００３２】
そして、生成した炭素化物は、木質系粉砕物ｂ中に含有する水分や木質系粉砕物ｂから発生した熱分解ガスなどにより賦活され、吸着活性な選択吸着性活性炭Ａが形成される。
【００３３】
ここで、加熱温度を５００〜８００℃としたのは、５００℃よりも低いと、炭素化および賦活によるスリット状ミクロ細孔１１の形成が不十分となって分子径の小さな気体分子の吸着性能が十分に得られないためであり、８００℃よりも高いと、賦活が進行し過ぎてしまい、スリット幅Ｌ１が大きくなりすぎて分子径の大きな気体分子をも吸着してしまうためである（図１（ｃ）参照）。また、加熱時間を２０分〜６０分としたのは、２０分よりも短いと炭素化および賦活によるスリット状ミクロ細孔１１の形成が不十分となって分子径の小さな気体分子の吸着性能が十分に得られないためであり、６０分よりも長いと賦活が進行しすぎてスリット幅Ｌ１の大きい細孔の割合が多くなってしまうためである。
【００３４】
次に、酸化性雰囲気中（大気中）で選択吸着性活性炭Ａを製造する選択吸着性活性炭の製造方法について、大気開放型ロータリーキルン炉を用いる場合を例にとって、図４に基づき説明する。なお、酸化性雰囲気中で選択吸着性活性炭Ａを製造する場合であっても、木質系粉砕物ｂの水分含有率の調整は前述のバッチ処理の場合と同じであるため、詳細な説明は省略する。なお、大気開放型ロータリーキルン炉は、公知技術のものが用いられる。
【００３５】
この選択吸着性活性炭Ａの製造方法にあっては、木質系粉砕物ｂに無機質粘結剤を被覆して加熱するもので、前述のバッチ処理による製造方法のように水分含有率が４０〜５０質量％になるように調整された木質系粉砕物ｂを用い（ステップＳ２１、２２）、この水分を調整した木質系粉砕物ｂ１００質量部に対してベントナイトを含む無機質粘結剤２０〜３０質量部を添加（ステップＳ２３）して混練（ステップＳ２４）し、この混練物を大気開放型のロータリーキルン炉で酸化性雰囲気中（大気中）において、８００〜８５０℃で、２０〜３０分間加熱する（ステップＳ２５）。
【００３６】
このとき、木質系粉砕物ｂは、無機質粘結剤との混練により該木質系粉砕物ｂの表面に無機質粘結剤が被着しているため、大気中の酸素（酸化性雰囲気）と木質系粉砕物ｂとの接触が遮断され、大気中であっても簡便に木質系粉砕物の燃焼による焼失を防いで炭素化させ、炭素化物を生成することができる。
【００３７】
そして、生成した炭素化物は、木質系粉砕物ｂ中に含有する水分や木質系粉砕物ｂから発生した熱分解ガスなどにより賦活され、吸着活性な選択吸着性活性炭Ａが形成される。
【００３８】
ここで、ベントナイトを含む無機質粘結剤を木質系粉砕物ｂの１００質量部に対して２０〜３０質量部添加したのは、無機質粘結剤の割合が２０質量部よりも少ないと木質系粉砕物ｂの無機質粘結剤による被覆が不十分となって大気中の酸素による燃焼により焼失してしまうためであり、上限を３０質量部としたのは、３０質量部より多くしたとしても被覆の度合いに大きな差はないばかりか、比重の高い無機質粘結剤の割合が増すことで、得られる活性炭の単位質量あたりの比表面積が減少し、かえって吸着剤としての性能を低下させてしまうためである。また、加熱温度を８００〜８５０℃としたのは、８００℃よりも低いと木質系粉砕物ｂの炭素化および賦活によるスリット状ミクロ細孔１１の形成が不十分となって分子径の小さな気体分子の吸着性能が十分に得られないためであり、８５０℃よりも高いと、賦活が進行し過ぎてしまい、スリット幅Ｌ１が大きくなりすぎて分子径の大きな気体分子をも吸着してしまうためである（図１（ｃ）参照）。さらに、加熱時間を２０分〜３０分としたのは、２０分よりも短いと炭素化および賦活によるスリット状ミクロ細孔１１の形成が不十分となって分子径の小さな気体分子の吸着性能が十分に得られないためであり、３０分よりも長いと賦活が進行しすぎてスリット幅Ｌ１の大きい細孔の割合が多くなってしまうためである。
【００３９】
以下に、本発明の選択吸着性活性炭Ａの一例（実施例）を比較例と共に示した。
【００４０】
［実施例１］
木質系粉砕物ｂとしてヒノキを用い、水分含有率を４２質量％に調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物を電気炉で窒素雰囲気中において、７００℃で、６０分間加熱して木質系粉砕物を炭素化させると共に賦活させて選択吸着性活性炭Ａを得た。
【００４１】
［実施例２］
木質系粉砕物ｂとしてヒノキを用い、水分含有率を３５質量％に調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物１００質量部に対してベントナイトを含む無機質粘結剤２０質量部を添加して混練し、混練物を大気開放型のロータリーキルン炉中（酸化性雰囲気中）において、８５０℃で、２０分間加熱して木質系粉砕物を炭素化させると共に賦活させて選択吸着性活性炭Ａを得た。
【００４２】
［比較例１］（実施例１の温度を変更）
木質系粉砕物ｂとしてヒノキを用い、水分含有率を４２質量％に調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物を電気炉で窒素雰囲気中において、９００℃で、６０分間加熱して木質系粉砕物を炭素化させると共に賦活させて活性炭を得た。
【００４３】
［比較例２］（実施例１の温度を変更）
木質系粉砕物ｂとしてヒノキを用い、水分含有率を４２質量％に調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物を電気炉で窒素雰囲気中において、１１００℃で、６０分間加熱して木質系粉砕物を炭素化させると共に賦活させて活性炭を得た。
【００４４】
表１は、上述した実施例１、２および比較例１、２の製造条件で得られた活性炭を用い、テルペン類（芳香成分）の一つであって大きな分子径を有するα−ピネンと、悪臭等の原因物質であって扁平で厚さが薄い分子形状のトルエンとの共存下における各気体分子の吸着特性を示している。なお、吸着特性については、α−ピネンとトルエン各１０ｐｐｍの混合気体３リットル中に活性炭の試料２０ｍｇを静置し、２４時間後の各気体の濃度をＧＣ／ＭＳ（ガスクロマトグラフ質量分析計）により測定して各気体の除去率により判定した。
【００４５】
なお、物性値および特性の測定には、以下の測定機器を用いた。
・スリット状ミクロ細孔のスリット幅および比表面積の測定（窒素吸着によるｔ− プロット法による測定）
高精度全自動ガス吸着装置：ＢＥＬＳＯＲＰ１８（日本ベル株式会社製）
・マクロ細孔の測定（水銀圧入法による測定）
細孔分布測定装置：Ｐｏｒｅ Ｓｉｚｅｒ９３１０
（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製）
・α−ピネンおよびトルエンの吸着特性
ガスクロマトグラフ質量分析計：Ｃｌａｒｕｓ５００ ＧＣ／ＭＳ
（Ｐｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ、Ｉｎｃ社製）
【表１】
表１の吸着特性において、「○」は除去率が９５％以上（吸着試験２４時間後の空試験補正データから算出）、すなわち吸着し易いことを、「×」は除去率が３０％以下（吸着試験２４時間後の空試験補正データから算出）で飽和に達する、すなわち吸着し難いことをそれぞれ示しているが、比較例１、２の活性炭の吸着特性にあっては、α―ピネンおよびトルエンのいずれも９５％以上吸着、除去してしまうのに対し、実施例１、２のものは、トルエンについては吸着するものの、α−ピネンについては吸着が殆どみられず、有害で悪臭等の原因となるトルエンを選択的に除去しつつ、α−ピネンの芳香性は維持できる結果であった。
【００４６】
ところで、上述した選択吸着性活性炭Ａは、その選択吸着性を利用して、選択吸着性活性炭Ａを含有する空気浄化剤として用いることができる。この空気浄化剤にあっては、選択吸着性活性炭Ａによりスリット形状の開口を介して、小さい分子径の気体分子をスリット状ミクロ細孔１１内に選択的に取り込んで吸着させることができ、例えば、新築住宅などにあっては、シックハウス症候群の代表的な原因物質であって扁平で厚さが薄い分子形状を有するトルエン（図２（ａ）、（ｂ）参照）を選択的に吸着、除去しつつ、住宅建材に使用するスギやヒノキなどに含まれる芳香成分であって大きな分子径を有するテルペン類（一例として、図２（ｃ）、（ｄ）のα−ピネンを参照）については、選択吸着性活性炭Ａに殆ど吸着されることなく、このテルペン類による芳香性を維持することができる。
【００４７】
さらに、選択吸着性活性炭Ａをテルペン類と共に用い、選択吸着性活性炭Ａと、テルペン類とを含有する消臭芳香剤としてもよい。この消臭芳香剤にあっては、例えば、選択吸着性活性炭Ａと、スギやヒノキ、ユーカリなどのテルペン類を含んだ木材チップや精油、あるいは、テルペン類を担持した顆粒状の多孔質体や包摂材とを混合または併用して用いるものである。このとき、芳香成分となるテルペン類は、その芳香性を発揮するため、選択吸着性活性炭Ａの炭素化物の１００ｇに対して少なくとも０．５質量％以上含んでいることが好ましい。なお、選択吸着性活性炭Ａを予めテルペン類の蒸気に暴露しておくのが好ましい。
【００４８】
ここで、上述の消臭芳香剤に使用するテルペン類としては、嵩高い分子形状を持つ、例えば、α−ピネン、ピノカルベオール、ピノカルボン、β−ピネン、ミルテノール、ミルテナール、ベルベノール、ベルベノン、カンフェン、ボルネオール、カンファー、カンフェノン、フェンキルアルコール、フェンコン、α−フェンケン、カレン、サビネン、α−ツエン、サビネンヒドレート、α−ツヤオール、α−ツヨンなどの双環式モノテルペンや、１、８−シネオール、１、４−シネオール、マタタビエーテル、ミントラクトン、メントフラン、ディルフランなどのモノテルペン、ベルガモテン、カンフェレノール、サンタレン、サンタロール、セスキシネオールなどのセスキテルペン、あるいは、これらに類する気体分子構造を有するものなどがある。
【００４９】
このように、選択吸着性活性炭Ａとテルペン類とを含んだ消臭芳香剤とすることで、分子径の小さな気体分子（例えば、扁平で厚さが薄い分子形状を有するトルエンや球状に近い分子形状でも分子径の小さいアンモニアのような有害な物質など）を選択的に吸着、除去しつつ、消臭芳香剤に含まれる芳香成分であるテルペン類については、選択吸着性活性炭Ａに殆ど吸着されることなく、このテルペン類による芳香性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の活性炭の構成を示した図であり、図１（ａ）は活性炭の斜視図（略図）を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＫ部を拡大した斜視図（略図）を、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＸ−Ｘ線で切断した断面の模式図をそれぞれ示している。
【図２】気体分子の形状を示した模式図であり、図２（ａ）はトルエンを横から見た図を、図２（ｂ）は図２（ａ）のトルエンを正面から見た図を、図２（ｃ）はα−ピネンを横から見た図を、図２（ｄ）は図２（ｃ）のα−ピネンを正面から見た図をそれぞれ示している。
【図３】本発明の選択吸着性活性炭の製造方法の一実施例に係る工程図である。
【図４】本発明の選択吸着性活性炭の製造方法の他の実施例に係る工程図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ａ 選択吸着性活性炭
ｂ 木質系粉砕物
ｍ１ トルエンの気体分子
ｍ２ α−ピネンの気体分子
１１ スリット状ミクロ細孔
１１ａ 開口
１２ マクロ細孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリット幅が０．８ｎｍ以下のスリット形状の開口を有するスリット状ミクロ細孔を備えた選択吸着性活性炭であって、
前記スリット幅の分布が、窒素吸着によるｔ−プロット法による測定で実質的に０．４ｎｍ〜０．６ｎｍの範囲のみにピークを有し、
全細孔の比表面積が、炭素化物の質量に対して４００ｍ2／ｇ以上であり、
前記スリット状ミクロ細孔の比表面積の割合が、前記全細孔の比表面積に対して８５％以上であることを特徴とする選択吸着性活性炭。
【請求項２】
スリット状ミクロ細孔と相通する孔径が０．５μｍ以上のマクロ細孔を備え、このマクロ細孔の前記孔径の分布が、水銀圧入法による測定で０．５μｍ〜５０μｍにピークを有し、
前記マクロ細孔の容積が、炭素化物の質量に対して１．０ｃｍ3／ｇ以上であることを特徴とする請求項１記載の選択吸着性活性炭。
【請求項３】
木質系材料を粉砕した木質系粉砕物に、この木質系粉砕物に含有する水分の割合が、４０〜５０質量％になるように水分を添加し又は添加せずに調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物を不活性ガス雰囲気中において、５００〜８００℃で、２０分〜６０分間加熱して前記木質系粉砕物を炭素化させると共に賦活させることを特徴とする選択吸着性活性炭の製造方法。
【請求項４】
木質系材料を粉砕した木質系粉砕物に、この木質系粉砕物に含有する水分の割合が、４０〜５０質量％になるように水分を添加し又は添加せずに調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物１００質量部に対してベントナイトを含む無機質粘結剤２０〜３０質量部を添加して混練し、この混練物を酸化性雰囲気中において、８００〜８５０℃で、２０〜３０分間加熱して前記木質系粉砕物を炭素化させると共に賦活させることを特徴とする選択吸着性活性炭の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２記載の選択吸着性活性炭を含有することを特徴とする空気浄化剤。
【請求項６】
請求項１または２記載の選択吸着性活性炭と、テルペン類とを含有することを特徴とする消臭芳香剤。
【請求項１】
スリット幅が０．８ｎｍ以下のスリット形状の開口を有するスリット状ミクロ細孔を備えた選択吸着性活性炭であって、
前記スリット幅の分布が、窒素吸着によるｔ−プロット法による測定で実質的に０．４ｎｍ〜０．６ｎｍの範囲のみにピークを有し、
全細孔の比表面積が、炭素化物の質量に対して４００ｍ2／ｇ以上であり、
前記スリット状ミクロ細孔の比表面積の割合が、前記全細孔の比表面積に対して８５％以上であることを特徴とする選択吸着性活性炭。
【請求項２】
スリット状ミクロ細孔と相通する孔径が０．５μｍ以上のマクロ細孔を備え、このマクロ細孔の前記孔径の分布が、水銀圧入法による測定で０．５μｍ〜５０μｍにピークを有し、
前記マクロ細孔の容積が、炭素化物の質量に対して１．０ｃｍ3／ｇ以上であることを特徴とする請求項１記載の選択吸着性活性炭。
【請求項３】
木質系材料を粉砕した木質系粉砕物に、この木質系粉砕物に含有する水分の割合が、４０〜５０質量％になるように水分を添加し又は添加せずに調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物を不活性ガス雰囲気中において、５００〜８００℃で、２０分〜６０分間加熱して前記木質系粉砕物を炭素化させると共に賦活させることを特徴とする選択吸着性活性炭の製造方法。
【請求項４】
木質系材料を粉砕した木質系粉砕物に、この木質系粉砕物に含有する水分の割合が、４０〜５０質量％になるように水分を添加し又は添加せずに調整した後、この水分を調整した木質系粉砕物１００質量部に対してベントナイトを含む無機質粘結剤２０〜３０質量部を添加して混練し、この混練物を酸化性雰囲気中において、８００〜８５０℃で、２０〜３０分間加熱して前記木質系粉砕物を炭素化させると共に賦活させることを特徴とする選択吸着性活性炭の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２記載の選択吸着性活性炭を含有することを特徴とする空気浄化剤。
【請求項６】
請求項１または２記載の選択吸着性活性炭と、テルペン類とを含有することを特徴とする消臭芳香剤。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１５５１４６（Ｐ２００９−１５５１４６Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３３６５２（Ｐ２００７−３３３６５２）
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【特許番号】特許第４２３１９００号（Ｐ４２３１９００）
【特許公報発行日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１９年８月８日〜１０日 日本木材学会主催の「第５７回日本木材学会大会」において文書をもって発表
【出願人】（５９０００２３８９）静岡県 (173)
【出願人】（５０４４０５１１０）株式会社アスカム (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【特許番号】特許第４２３１９００号（Ｐ４２３１９００）
【特許公報発行日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１９年８月８日〜１０日 日本木材学会主催の「第５７回日本木材学会大会」において文書をもって発表
【出願人】（５９０００２３８９）静岡県 (173)
【出願人】（５０４４０５１１０）株式会社アスカム (2)
【Ｆターム（参考）】
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