阴离子吸附用炭材料及其制造方法和制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术目的在于提供廉价、有益于环境、阴离子吸附性优异的阴离子吸附用炭材料及其制造方法和制造装置。本发明专利技术的特征在于，使含有钙离子的溶液接触植物原料后进行炭化，接着使酸溶液进行接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阴离子吸附用炭材料及其制造方法和制造装置
本专利技术涉及吸附硝酸根离子、氟离子等阴离子的阴离子吸附用炭材料及其制造方法和制造装置。
技术介绍
重金属、农药、有机氯化物所引起的水质和土壤的污染会破坏环境，这正在成为问题。这些有害物质可以用活性炭、沸石等吸附材料吸附除去，但现状是以阴离子形态存在的硝酸型氮或亚硝酸型氮、氟、砷、氰基等难以利用吸附材料处理。即，硝酸型氮和亚硝酸型氮包含在茶田和高尔夫球场草坪等中使用的肥料中，现在构成了成为严重问题的地下水污染的原因之一。这是由于，硝酸根离子和亚硝酸根离子具有负电荷，与其他化学物质结合不会形成难溶性盐，从而最容易从负电荷性的土壤溶离。于是，必须采取针对上述问题的对策，但是例如利用脱氮菌等以除去硝酸根离子和亚硝酸根离子的微生物处理，存在必需是厌氧条件等的限制，其他方法也是同样，而没有发现有效的对策。并且，最近开始怀疑硝酸型氮和亚硝酸型氮是环境激素。另外，氟包含在半导体、玻璃、电镀工厂等的废水中，工厂废水中的氟采用添加钙化合物形成氟化钙的除去方法，但是由于还必须设置利用活性氧化铝或氟用阴离子交换树脂的吸附塔，所以成本增加。并且，要达到日本的环境标准0.8mg/L或0.8mg/L以下，则需要昂贵的专用阴离子交换树脂。其他包含在工厂废水或地下水中的砷、氰基等的处理也另外需要昂贵的阴离子交换树脂。如上所述，现在还没有用于吸附以硝酸根离子为代表的上述阴离子的廉价材料，因此由这些阴离子引起的污染有扩大的倾向，并且一旦被-->上述阴离子污染，其修复需要大量成本。专利文献1：特开平10-165824号公报
技术实现思路
因此，正在寻求廉价、有益于环境的吸附阴离子的材料。与活性炭同为多孔材料的代表的木炭广泛普及为调湿材料或者河川净化、土壤改良材料，例如被用于除去废气中的含氯气体和硫的氧化物等，但是木炭与活性炭同样，只不过是利用多孔炭材料内部的微孔所产生的吸附特性，而几乎不会吸附以阴离子形态存在的硝酸型氮或亚硝酸型氮、氟、砷、氰基等。本专利技术是鉴于上述情况而完成的，因此其目的在于提供廉价、有益于环境、阴离子吸附性优异的阴离子吸附用炭材料及其制造方法和制造装置。本专利技术人针对下述材料研究了阴离子的吸附性能，以至于结果发现了优异的阴离子吸附性能。所述材料如下得到：在将植物原料炭化之前，事先使含有钙离子的溶液(优选作为阳离子主要含有钙离子)例如氢氧化钙的溶液(石灰水)或悬浊液(石灰乳)接触该原料，向该原料中导入Ca(钙)，随后将该导入了Ca的原料炭化，再使得到的导入了Ca的炭接触HCl、H2SO4等酸。并且，这种情况的废水处理仅仅是中和酸，对环境有益。作为含有钙离子的溶液，除了石灰水、石灰乳以外，可以举出醋酸钙溶液、氯化钙溶液等。作为钙优选含有0.03～30重量％，更优选含有0.1～7.0重量％。作为使含钙离子的溶液接触上述植物原料的方法，可以是滴加、涂布、喷涂、喷雾含钙离子的溶液或其他方式，但最有效的是将上述原料浸渍在含有钙离子的溶液中。另外，作为使酸溶液接触炭化材料的方法，可以是滴加、涂布、喷涂、喷雾酸溶液或其他方式，但最有效的是将炭化物浸渍在酸溶液中。这样，权利要求1所述的阴离子吸附用炭材料的制造方法的特征在-->于，使含钙离子的溶液接触植物原料后进行炭化，接着使酸溶液与之接触。另外，从别的角度考虑，权利要求2所述的阴离子吸附用炭材料的制造方法的特征在于，对接触过含钙离子的溶液的植物原料进行炭化，再使酸溶液接触其炭化物。进而，从别的角度考虑，权利要求3所述的阴离子吸附用炭材料的制造方法的特征在于，使酸溶液接触对接触过含钙离子的溶液的植物原料进行炭化后的炭化物。作为本专利技术中的植物原料，只要是植物体就可以适用，优选由天然纤维、木质材料中的1种或1种以上构成且上述原料的炭化物具有微孔的原料，可以举出例如疏伐材、采伐木、废木材等所有木质材料或麻等天然纤维。在使用几乎不含有可与吸附对象阴离子进行离子交换的阴离子(例如氯离子等)的含钙离子的溶液(例如石灰水和石灰乳等)作为接触该原料的溶液的情况下，作为上述原料，优选在导入钙后进行炭化时在其炭化物的微孔中形成大量的粒径小于等于100nm的钙化合物的那样的原料。具体来说优选使用将吸水性高的扁柏、杉等针叶树切片成例如尺寸小于等于10mm而得到的木质片屑。另外，在使用同时含有可与吸附对象阴离子进行离子交换的阴离子(例如氯离子等)和钙离子的溶液(例如氯化钙溶液等)的情况下，作为上述原料，优选在溶液中浸渍时溶液容易渗入的那样的原料。具体来讲，优选使用将吸水性高的扁柏、杉等针叶树切片成例如尺寸小于等于50mm而得到的木质片屑。进而，对于使用任意一种溶液的情况，竹子、锯屑、谷壳、椰子、槟榔树、黄麻、稻秸都可以用作植物原料。除此以外，作为上述植物原料，还可以举出柑桔的或苹果的皮和榨后渣滓等农产废弃物。另外，在植物体中具有通道组织(导管、假导管或筛管)的部分特别优选作为植物原料。在本专利技术中，使含有钙离子的溶液例如石灰水或石灰乳等接触植物原料。将上述原料浸渍到含有钙离子的溶液中时，溶液渗入到原料中，从而可以得到导入了Ca的片屑。特别是使用碱性溶液(例如石灰水等)-->作为含有钙离子的溶液的情况下，如图7(A)所示，将作为植物原料的例如木质片屑2浸渍在石灰水C中而进行接触，得到导入了Ca的片屑30(参照图7(C))。如图7(B)所示，认为这是由于木质片屑2中的有机物因碱而溶出，钙离子与木质片屑2的成分发生反应。另外，含有钙离子的溶液优选含有0.03～30重量％的钙，更优选含有0.1～7.0重量％。接着，在本专利技术中，通过对得到的上述导入了Ca的片屑30(参照图8(A))进行炭化，得到导入了Ca的炭(以下简称为Ca炭)31(参照图8(C))，其中认为，上述炭化时导入了Ca的片屑30(参照图8(B))中的有机物因热而分解，同时钙离子在导入了Ca的片屑30的微孔壁表面析出(参照图8(C))。可以认为，这种情况下钙离子由于在导入了Ca的片屑30的微孔壁表面析出(参照图8(B))，所以形成微细、高分散状态，从而从微孔壁的各处引出大量的官能团。在本专利技术中，在对接触过含有钙离子的溶液的植物原料进行炭化后，使酸溶液接触其炭化物，从而可以使可与吸附对象阴离子进行离子交换的阴离子结合在从炭化物的微孔壁引出的官能团上。本专利技术人进行锐意研究的结果发现，通过在炭化过程中控制温度和时间，可以更多地生成炭化物的官能团。也就是说，如权利要求1记载的专利技术所示，事先使钙接触上述原料时，本专利技术人确认例如持续1小时650～750℃的炭化温度后自然冷却的情况，与持续1小时约600℃和约800℃的炭化温度后自然冷却的情况相比，可以形成更多的官能团。特别是原料接触过钙的情况下，用电子显微镜进行观察时，可以观察到，对于如上所述在650～750℃的炭化温度进行炭化的炭化物，其钙化合物的微粒中途析出在上述微孔壁表面，且均匀分散。另一方面，对于约600℃的炭化温度，观察到钙化合物的微粒没有充分地向上述微孔壁表面析出。另外，对于约800℃的炭化温度，虽然看到钙化合物的微粒向上述微孔壁表面析出，但是观察到空白多。这样，为了使钙从炭化物的上述微孔壁表面尽可能多地引出官能团，作为必需的炭化温度可以举出650～750℃。-->本文档来自技高网...

【技术保护点】
阴离子吸附用炭材料的制造方法，其特征在于，使含有钙离子的溶液接触植物原料后进行炭化，接着使酸溶液进行接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-12-5 407705/2003;JP 2004-3-15 072362/2004;1、阴离子吸附用炭材料的制造方法，其特征在于，使含有钙离子的溶液接触植物原料后进行炭化，接着使酸溶液进行接触。2、阴离子吸附用炭材料的制造方法，其特征在于，对接触过含钙离子的溶液的植物原料进行炭化，再使酸溶液接触该炭化物。3、阴离子吸附用炭材料的制造方法，其特征在于，使酸溶液接触对接触过含钙离子的溶液的植物原料进行炭化后的炭化物。4、阴离子吸附用炭材料的制造方法，其特征在于，使含有金属氯化物的溶液接触植物原料后进行炭化，使其炭化物内含有所述金属氯化物。5、阴离子吸附用炭材料的制造方法，其特征在于，对接触过含金属氯化物的溶液的植物原料进行炭化，使其炭化物内含有所述金属氯化物。6、根据权利要求4或5所述的阴离子吸附用炭材料的制造方法，其中，作为灰分含有2％～25％的结合在炭化物内的金属氯化物。7、根据权利要求4～6中的任意一项所述的阴离子吸附用炭材料的制造方法，其中，使水和/或酸接触所述炭化物。8、根据权利要求4～7中的任意一项所述的阴离子吸附用炭材料的制造方法，其中，所述金属氯化物为CaCl2或BaCl2。9、阴离子吸附用炭材料，其由权利要求1～8中的任意一项所述的阴离子吸附用炭材料的制造方法制造形成。10、阴离子吸附用炭材料，其由以下途径形成：从吸附了阴离子的权利要求9所述的阴离子吸附用炭材料上除去吸附的阴离子，同时，替代所述除去的阴离子而结合可与随后的吸附对象阴离子进行离子交换的阴离子。11、阴离子吸附用炭材料的制造...

【专利技术属性】
技术研发人员：林聪，横山理英，
申请(专利权)人：日本植生株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]