JP3500399B2 - イオン交換特性を有する高機能性活性炭素繊維の製造方法 - Google Patents
イオン交換特性を有する高機能性活性炭素繊維の製造方法Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は表面極性がよく発達
した表面構造と優れた吸着性能とを有する活性炭素繊維
を電解溶液中で簡単な電気化学的な表面処理により炭素
体の表面に官能基を導入することによって、このような
官能基の導入によりその表面構造及び吸着性能の変化が
なく、表面極性の発達と共に優れたイオン交換特性が与
えられた新規な高機能性活性炭素繊維の製造方法に関す
る。
した表面構造と優れた吸着性能とを有する活性炭素繊維
を電解溶液中で簡単な電気化学的な表面処理により炭素
体の表面に官能基を導入することによって、このような
官能基の導入によりその表面構造及び吸着性能の変化が
なく、表面極性の発達と共に優れたイオン交換特性が与
えられた新規な高機能性活性炭素繊維の製造方法に関す
る。
【0002】極性を有する種々の環境汚染源に対する吸
着・除去技術は吸着剤が有する気孔構造による物理的吸
着性能と共にその表面の化学的性質によって大きく影響
を受ける。
着・除去技術は吸着剤が有する気孔構造による物理的吸
着性能と共にその表面の化学的性質によって大きく影響
を受ける。
【0003】
【従来技術】吸着剤表面に極性を与えるための既存の処
理方法としては常温での酸性またはアルカリ性溶液によ
る浸漬(dipping)処理、高温での酸素及びオゾ
ン処理等による官能基の導入等が公知になっているが、
酸性及びアルカリ性電解溶液の電気分解による炭素吸着
剤表面にイオン交換特性を与える方法はまだ報告された
ことがない。
理方法としては常温での酸性またはアルカリ性溶液によ
る浸漬(dipping)処理、高温での酸素及びオゾ
ン処理等による官能基の導入等が公知になっているが、
酸性及びアルカリ性電解溶液の電気分解による炭素吸着
剤表面にイオン交換特性を与える方法はまだ報告された
ことがない。
【0004】既存の吸着剤に対する表面処理方法は吸着
剤自体の表面性質及び構造等に依って表面処理のための
溶液及び気体の種類が制限され、一般的に液相での応用
に局限される。また、酸性及びアルカリ性溶液によるエ
ッチング(etching)效果によりその表面構造が
変わるか、または炭素体の表面に塩(salts)を形
成してその吸着性能が低下するので吸着剤としての機能
が低下する欠点がある。
剤自体の表面性質及び構造等に依って表面処理のための
溶液及び気体の種類が制限され、一般的に液相での応用
に局限される。また、酸性及びアルカリ性溶液によるエ
ッチング(etching)效果によりその表面構造が
変わるか、または炭素体の表面に塩(salts)を形
成してその吸着性能が低下するので吸着剤としての機能
が低下する欠点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
はこのような従来技術の問題点を解決するために、吸着
剤としての吸着性能はそのままに維持しながらその表面
に形成された官能基により優れたイオン交換特性が導入
され、液相で極性を有するいろいろの重金属イオンの回
収及び除去だけでなく大気中での微量の極性汚染源に対
しても優れた吸着選択性を有する活性炭素繊維の製造方
法を提供することにある。
はこのような従来技術の問題点を解決するために、吸着
剤としての吸着性能はそのままに維持しながらその表面
に形成された官能基により優れたイオン交換特性が導入
され、液相で極性を有するいろいろの重金属イオンの回
収及び除去だけでなく大気中での微量の極性汚染源に対
しても優れた吸着選択性を有する活性炭素繊維の製造方
法を提供することにある。
【0006】
【発明の構成及び作用】本発明は吸着素材としての活性
炭素繊維を電解溶液中で電気化学的な表面処理を行なっ
て活性炭素繊維の表面に官能基を与えることによって、
イオン交換特性を有する高機能性活性炭素繊維を製造す
る方法を提供する。上記の電解溶液としては酸性溶液ま
たはアルカリ性溶液が使用でき、電気化学的な表面処理
により炭素体の表面に酸性またはアルカリ性官能基を導
入することが可能であれば如何なる、どんなものでもか
まわない。酸性溶液としては燐酸(H3PO4)溶液が好
ましく、アルカリ性溶液としては炭酸カリウム(K2C
O3)溶液が特に好ましい。
炭素繊維を電解溶液中で電気化学的な表面処理を行なっ
て活性炭素繊維の表面に官能基を与えることによって、
イオン交換特性を有する高機能性活性炭素繊維を製造す
る方法を提供する。上記の電解溶液としては酸性溶液ま
たはアルカリ性溶液が使用でき、電気化学的な表面処理
により炭素体の表面に酸性またはアルカリ性官能基を導
入することが可能であれば如何なる、どんなものでもか
まわない。酸性溶液としては燐酸(H3PO4)溶液が好
ましく、アルカリ性溶液としては炭酸カリウム(K2C
O3)溶液が特に好ましい。
【0007】上記の電解溶液の濃度は1〜40重量%が
好ましく、その濃度が1重量%未満である場合は電気分
解により解離する電解質の濃度が低いので炭素吸着剤の
表面に形成される官能基の量が少なく、充分なイオン交
換特性が与えられないので好ましくない。一方、濃度が
40重量%を越えると、解離される多くの電解質が吸着
剤の表面を腐蝕させるかまたは塩を形成してその表面構
造の変化による吸着性能が低下するので好ましくない。
好ましく、その濃度が1重量%未満である場合は電気分
解により解離する電解質の濃度が低いので炭素吸着剤の
表面に形成される官能基の量が少なく、充分なイオン交
換特性が与えられないので好ましくない。一方、濃度が
40重量%を越えると、解離される多くの電解質が吸着
剤の表面を腐蝕させるかまたは塩を形成してその表面構
造の変化による吸着性能が低下するので好ましくない。
【0008】上記の電気化学的な表面処理方法としては
電解溶液に電流を流して電気分解を誘導する方法を好ま
しい例として上げられる。0.1〜5.0Aの電流を2
〜30分間流すのが特に好ましい。供給電流が0.1A
未満である場合には電気分解により解離される電解質の
濃度が低いので炭素吸着剤の表面に形成される官能基の
量が少なく、充分なイオン交換特性が与えられないので
好ましくない。一方、供給電流が5.0Aを越える場合
には解離される多くの電解質が吸着剤の表面を腐蝕させ
るか、または塩を形成してその表面構造の変化による吸
着性能が低くなるので好ましくない。
電解溶液に電流を流して電気分解を誘導する方法を好ま
しい例として上げられる。0.1〜5.0Aの電流を2
〜30分間流すのが特に好ましい。供給電流が0.1A
未満である場合には電気分解により解離される電解質の
濃度が低いので炭素吸着剤の表面に形成される官能基の
量が少なく、充分なイオン交換特性が与えられないので
好ましくない。一方、供給電流が5.0Aを越える場合
には解離される多くの電解質が吸着剤の表面を腐蝕させ
るか、または塩を形成してその表面構造の変化による吸
着性能が低くなるので好ましくない。
【0009】電流供給時間が2分未満である場合には電
気分解により電解液が十分解離されなく、また電解質の
濃度が低いので炭素吸着剤の表面に形成する官能基の量
が少なく、充分なイオン交換特性が与えられないので好
ましくない。一方、電流供給時間が30分を越えると、
解離した多くの電解質が吸着剤の表面を腐蝕させるか、
または塩を形成してその表面構造の変化による吸着性能
が低下するので好ましくない。
気分解により電解液が十分解離されなく、また電解質の
濃度が低いので炭素吸着剤の表面に形成する官能基の量
が少なく、充分なイオン交換特性が与えられないので好
ましくない。一方、電流供給時間が30分を越えると、
解離した多くの電解質が吸着剤の表面を腐蝕させるか、
または塩を形成してその表面構造の変化による吸着性能
が低下するので好ましくない。
【0010】従って、本発明による好ましい一例として
は、吸着性能が優れた活性炭素繊維を1〜40重量%濃
度の燐酸(H3PO4)または炭酸カリウム(K2CO3)
溶液中に、0.1〜5.0Aの電流を流しながら各々2
〜30分間電気化学的な表面処理を行なってイオン交換
特性を有する優れた吸着選択性を有する高機能性炭素吸
着剤を製造する方法がある。
は、吸着性能が優れた活性炭素繊維を1〜40重量%濃
度の燐酸(H3PO4)または炭酸カリウム(K2CO3)
溶液中に、0.1〜5.0Aの電流を流しながら各々2
〜30分間電気化学的な表面処理を行なってイオン交換
特性を有する優れた吸着選択性を有する高機能性炭素吸
着剤を製造する方法がある。
【0011】本発明によって製造した活性炭素繊維の吸
着性能はその表面構造の変化がなくそのまま維持しなが
ら、炭素体表面の酸素官能基の導入によるイオン交換特
性を与えることによって、液相で極性を有する多様な重
金属イオンの回収及び除去だけでなく大気中で微量の極
性汚染源に対しても優れた吸着選択性を有する。従っ
て、本発明の他の目的は上記の方法によって製造した高
機能性活性炭素繊維により極性汚染源を吸着して除去す
る方法を提供することにある。上記の極性汚染源は気相
だけでなく液相でも極性を有する状態で存在するすべて
の種類の汚染物質を含んでいる。上記の吸着による除去
方法は吸着剤を使用して汚染源を除去する公知の方法が
使用できる。
着性能はその表面構造の変化がなくそのまま維持しなが
ら、炭素体表面の酸素官能基の導入によるイオン交換特
性を与えることによって、液相で極性を有する多様な重
金属イオンの回収及び除去だけでなく大気中で微量の極
性汚染源に対しても優れた吸着選択性を有する。従っ
て、本発明の他の目的は上記の方法によって製造した高
機能性活性炭素繊維により極性汚染源を吸着して除去す
る方法を提供することにある。上記の極性汚染源は気相
だけでなく液相でも極性を有する状態で存在するすべて
の種類の汚染物質を含んでいる。上記の吸着による除去
方法は吸着剤を使用して汚染源を除去する公知の方法が
使用できる。
【0012】以下、本発明を実施例によってより詳しく
説明するが、本発明の保護範囲が実施例に限定されると
いうことではない。
説明するが、本発明の保護範囲が実施例に限定されると
いうことではない。
【0013】
【発明の実施の形態】実施例1
実験に使用した活性炭素繊維は韓国の(株)ウダ産業が
製造・販売するフェルト(Felt)形の活性炭素繊維
である。電解溶液としては1重量%濃度のH3PO4を使
用して2分間0.1Aの電流を流して電気化学的に表面
処理を施した。このようにして得た活性炭素繊維の吸着
比表面積、気孔の総カサ、微細気孔のカサ、気孔の平均
直径及びヨード吸着能等を表1で、尚、活性炭素繊維の
表面でのpH、表面酸度、表面塩基度及びイオン交換性
能を表2で各々示した。その結果、表面構造及びヨード
吸着はほとんど変わらなかったが、電気化学的な表面処
理を通じて表面酸度と表面塩基度とが各々108%ずつ
増加した。これは本発明による電気化学的な表面処理が
活性炭素繊維の表面構造及び吸着性能が変わらない反
面、活性炭素繊維の表面の炭素と電解溶液中での解離し
たイオン成分との反応によりさらに極性の表面官能基を
形成し、その結果、未処理活性炭素繊維に比べて陽イオ
ン交換性能の場合184%、陰イオン交換性能の場合2
60%が増加したことが確認できる。
製造・販売するフェルト(Felt)形の活性炭素繊維
である。電解溶液としては1重量%濃度のH3PO4を使
用して2分間0.1Aの電流を流して電気化学的に表面
処理を施した。このようにして得た活性炭素繊維の吸着
比表面積、気孔の総カサ、微細気孔のカサ、気孔の平均
直径及びヨード吸着能等を表1で、尚、活性炭素繊維の
表面でのpH、表面酸度、表面塩基度及びイオン交換性
能を表2で各々示した。その結果、表面構造及びヨード
吸着はほとんど変わらなかったが、電気化学的な表面処
理を通じて表面酸度と表面塩基度とが各々108%ずつ
増加した。これは本発明による電気化学的な表面処理が
活性炭素繊維の表面構造及び吸着性能が変わらない反
面、活性炭素繊維の表面の炭素と電解溶液中での解離し
たイオン成分との反応によりさらに極性の表面官能基を
形成し、その結果、未処理活性炭素繊維に比べて陽イオ
ン交換性能の場合184%、陰イオン交換性能の場合2
60%が増加したことが確認できる。
【0014】実施例2
本実施例は、10重量%濃度のH3PO4を電解溶液とし
て使用し、5分間0.5Aの電流を流して電気化学的に
表面処理を施した以外は実施例1と同じように行なっ
た。このようにして得た活性炭素繊維の吸着比表面積、
気孔の総カサ、微細気孔のカサ、気孔の平均直径及びヨ
ード吸着能等を表1で、尚、活性炭素繊維表面のpH、
表面酸度、表面塩基度及びイオン交換性能を表2で各々
示した。その結果、表面構造及びヨード吸着能は殆ど変
わらなかったが、電気化学的な表面処理を通じて表面酸
度が123%、表面塩基度が129%ずつ増加した。こ
れは本発明による電気化学的な表面処理が活性炭素繊維
の表面構造及び吸着性能が変わらない反面、活性炭素繊
維表面の炭素と電解溶液中で解離したイオン成分との反
応によりさらに極性の表面官能基を形成し、その結果、
未処理活性炭素繊維に比べて陽イオン交換性能の場合4
58%、陰イオン交換性能の場合735%増加したこと
が確認できた。
て使用し、5分間0.5Aの電流を流して電気化学的に
表面処理を施した以外は実施例1と同じように行なっ
た。このようにして得た活性炭素繊維の吸着比表面積、
気孔の総カサ、微細気孔のカサ、気孔の平均直径及びヨ
ード吸着能等を表1で、尚、活性炭素繊維表面のpH、
表面酸度、表面塩基度及びイオン交換性能を表2で各々
示した。その結果、表面構造及びヨード吸着能は殆ど変
わらなかったが、電気化学的な表面処理を通じて表面酸
度が123%、表面塩基度が129%ずつ増加した。こ
れは本発明による電気化学的な表面処理が活性炭素繊維
の表面構造及び吸着性能が変わらない反面、活性炭素繊
維表面の炭素と電解溶液中で解離したイオン成分との反
応によりさらに極性の表面官能基を形成し、その結果、
未処理活性炭素繊維に比べて陽イオン交換性能の場合4
58%、陰イオン交換性能の場合735%増加したこと
が確認できた。
【0015】実施例3
本実施例は、30重量%濃度のH3PO4を電解溶液とし
て使用し、10分間2.0Aの電流を流して電気化学的
に表面処理を施した以外は実施例1と同じように行なっ
た。このようにして得た活性炭素繊維の吸着比表面積、
気孔の総カサ、微細気孔のカサ、気孔の平均直径及びヨ
ード吸着能等を表1で、尚、活性炭素繊維表面のpH、
表面酸度、表面塩基度及びイオン交換性能を表2で各々
示した。その結果、表面構造及びヨード吸着能は殆ど変
わらなかったが、電気化学的な表面処理を通じて表面酸
度が151%、表面塩基度が155%ずつ増加した。こ
れは本発明による電気化学的な表面処理が活性炭素繊維
の表面構造及び吸着性能が変わらない反面、活性炭素繊
維の表面の炭素と電解溶液中で解離したイオン成分との
反応によりさらに極性の表面官能基を形成し、その結
果、未処理活性炭素繊維に比べて陽イオン交換性能の場
合747%、陰イオン交換性能の場合1、320%が増
加したことが確認できた。
て使用し、10分間2.0Aの電流を流して電気化学的
に表面処理を施した以外は実施例1と同じように行なっ
た。このようにして得た活性炭素繊維の吸着比表面積、
気孔の総カサ、微細気孔のカサ、気孔の平均直径及びヨ
ード吸着能等を表1で、尚、活性炭素繊維表面のpH、
表面酸度、表面塩基度及びイオン交換性能を表2で各々
示した。その結果、表面構造及びヨード吸着能は殆ど変
わらなかったが、電気化学的な表面処理を通じて表面酸
度が151%、表面塩基度が155%ずつ増加した。こ
れは本発明による電気化学的な表面処理が活性炭素繊維
の表面構造及び吸着性能が変わらない反面、活性炭素繊
維の表面の炭素と電解溶液中で解離したイオン成分との
反応によりさらに極性の表面官能基を形成し、その結
果、未処理活性炭素繊維に比べて陽イオン交換性能の場
合747%、陰イオン交換性能の場合1、320%が増
加したことが確認できた。
【0016】実施例4
本実施例は、40重量%濃度のH3PO4を電解溶液とし
て使用し、30分間5.0Aの電流を流して電気化学的
に表面処理を施した以外は実施例1と同じように行なっ
た。このようにして得た活性炭素繊維の吸着比表面積、
気孔の総カサ、微細気孔のカサ、気孔の平均直径及びヨ
ード吸着能等を表1で、尚、活性炭素繊維表面のpH、
表面酸度、表面塩基度及びイオン交換性能を表2で各々
示した。その結果、表面構造及びヨード吸着能は殆ど変
わらなかったが、電気化学的な表面処理を通じて表面酸
度が191%、表面塩基度が195%ずつ増加した。こ
れは本発明による電気化学的な表面処理が活性炭素繊維
の表面構造及び吸着性能が変わらない反面、活性炭素繊
維表面の炭素と電解溶液中で解離したイオン成分との反
応によりさらに極性の表面官能基を形成し、その結果、
未処理活性炭素繊維に比べて陽イオン交換性能の場合
1、026%、陰イオン交換性能の場合1、860%が
増加したことが確認できた。
て使用し、30分間5.0Aの電流を流して電気化学的
に表面処理を施した以外は実施例1と同じように行なっ
た。このようにして得た活性炭素繊維の吸着比表面積、
気孔の総カサ、微細気孔のカサ、気孔の平均直径及びヨ
ード吸着能等を表1で、尚、活性炭素繊維表面のpH、
表面酸度、表面塩基度及びイオン交換性能を表2で各々
示した。その結果、表面構造及びヨード吸着能は殆ど変
わらなかったが、電気化学的な表面処理を通じて表面酸
度が191%、表面塩基度が195%ずつ増加した。こ
れは本発明による電気化学的な表面処理が活性炭素繊維
の表面構造及び吸着性能が変わらない反面、活性炭素繊
維表面の炭素と電解溶液中で解離したイオン成分との反
応によりさらに極性の表面官能基を形成し、その結果、
未処理活性炭素繊維に比べて陽イオン交換性能の場合
1、026%、陰イオン交換性能の場合1、860%が
増加したことが確認できた。
【0017】実施例5
本実施例は、1重量%濃度のK2CO3を電解溶液として
使用し、2分間0.1Aの電流を流して電気化学的に表
面処理を施した以外は実施例1と同じように行なった。
このようにして得た活性炭素繊維の吸着比表面積、気孔
の総カサ、微細気孔のカサ、気孔の平均直径及びヨード
吸着能等を表1で、尚、活性炭素繊維表面のpH、表面
酸度、表面塩基度及びイオン交換性能を表2で各々示し
た。その結果、表面構造及びヨード吸着能は殆ど変わら
なかったが、電気化学的な表面処理を通じて表面酸度が
102%、表面塩基度が119%ずつ増加した。これは
本発明による電気化学的な表面処理が活性炭素繊維の表
面構造及び吸着性能が変わらない反面、活性炭素繊維表
面の炭素と電解溶液中で解離したイオン成分との反応に
よりさらに極性の表面官能基を形成し、その結果、未処
理活性炭素繊維に比べて陽イオン交換性能の場合147
%、陰イオン交換性能の場合230%が増加したことが
確認できた。
使用し、2分間0.1Aの電流を流して電気化学的に表
面処理を施した以外は実施例1と同じように行なった。
このようにして得た活性炭素繊維の吸着比表面積、気孔
の総カサ、微細気孔のカサ、気孔の平均直径及びヨード
吸着能等を表1で、尚、活性炭素繊維表面のpH、表面
酸度、表面塩基度及びイオン交換性能を表2で各々示し
た。その結果、表面構造及びヨード吸着能は殆ど変わら
なかったが、電気化学的な表面処理を通じて表面酸度が
102%、表面塩基度が119%ずつ増加した。これは
本発明による電気化学的な表面処理が活性炭素繊維の表
面構造及び吸着性能が変わらない反面、活性炭素繊維表
面の炭素と電解溶液中で解離したイオン成分との反応に
よりさらに極性の表面官能基を形成し、その結果、未処
理活性炭素繊維に比べて陽イオン交換性能の場合147
%、陰イオン交換性能の場合230%が増加したことが
確認できた。
【0018】実施例6
本実施例は、10重量%濃度のK2CO3を電解溶液とし
て使用し、5分間0.5Aの電流を流して電気化学的に
表面処理を施した以外は実施例1と同じように行なっ
た。このようにして得た活性炭素繊維の吸着比表面積、
気孔の総カサ、微細気孔のカサ、気孔の平均直径及びヨ
ード吸着能等を表1で、尚、活性炭素繊維表面のpH、
表面酸度、表面塩基度及びイオン交換性能を表2で各々
示した。その結果、表面構造及びヨード吸着能は殆ど変
わらなかったが、電気化学的な表面処理を通じて表面酸
度が113%、表面塩基度が128%ずつ増加した。こ
れは本発明による電気化学的な表面処理が活性炭素繊維
の表面構造及び吸着性能が変わらない反面、活性炭素繊
維表面の炭素と電解溶液中で解離したイオン成分との反
応によりさらに極性の表面官能基を形成し、その結果、
未処理活性炭素繊維に比べて陽イオン交換性能の場合3
95%、陰イオン交換性能の場合640%が増加したこ
とが確認できた。
て使用し、5分間0.5Aの電流を流して電気化学的に
表面処理を施した以外は実施例1と同じように行なっ
た。このようにして得た活性炭素繊維の吸着比表面積、
気孔の総カサ、微細気孔のカサ、気孔の平均直径及びヨ
ード吸着能等を表1で、尚、活性炭素繊維表面のpH、
表面酸度、表面塩基度及びイオン交換性能を表2で各々
示した。その結果、表面構造及びヨード吸着能は殆ど変
わらなかったが、電気化学的な表面処理を通じて表面酸
度が113%、表面塩基度が128%ずつ増加した。こ
れは本発明による電気化学的な表面処理が活性炭素繊維
の表面構造及び吸着性能が変わらない反面、活性炭素繊
維表面の炭素と電解溶液中で解離したイオン成分との反
応によりさらに極性の表面官能基を形成し、その結果、
未処理活性炭素繊維に比べて陽イオン交換性能の場合3
95%、陰イオン交換性能の場合640%が増加したこ
とが確認できた。
【0019】実施例7
本実施例は、30重量%濃度のK2CO3を電解溶液とし
て使用し、10分間2.0Aの電流を流して電気化学的
に表面処理を施した以外は実施例1と同じように行なっ
た。このようにして得た活性炭素繊維の吸着比表面積、
気孔の総カサ、微細気孔のカサ、気孔の平均直径及びヨ
ード吸着能等を表1で、尚、活性炭素繊維表面のpH、
表面酸度、表面塩基度及びイオン交換性能を表2で各々
示した。その結果、表面構造及びヨード吸着能は殆ど変
わらなかったが、電気化学的な表面処理を通じて表面酸
度が125%、表面塩基度が135%ずつ増加した。こ
れは本発明による電気化学的な表面処理が活性炭素繊維
の表面構造及び吸着性能が変わらない反面、活性炭素繊
維表面の炭素と電解溶液中で解離したイオン成分との反
応によりさらに極性の表面官能基を形成し、その結果、
未処理活性炭素繊維に比べて陽イオン交換性能の場合8
11%、陰イオン交換性能の場合1、160%が増加し
たことが確認できた。
て使用し、10分間2.0Aの電流を流して電気化学的
に表面処理を施した以外は実施例1と同じように行なっ
た。このようにして得た活性炭素繊維の吸着比表面積、
気孔の総カサ、微細気孔のカサ、気孔の平均直径及びヨ
ード吸着能等を表1で、尚、活性炭素繊維表面のpH、
表面酸度、表面塩基度及びイオン交換性能を表2で各々
示した。その結果、表面構造及びヨード吸着能は殆ど変
わらなかったが、電気化学的な表面処理を通じて表面酸
度が125%、表面塩基度が135%ずつ増加した。こ
れは本発明による電気化学的な表面処理が活性炭素繊維
の表面構造及び吸着性能が変わらない反面、活性炭素繊
維表面の炭素と電解溶液中で解離したイオン成分との反
応によりさらに極性の表面官能基を形成し、その結果、
未処理活性炭素繊維に比べて陽イオン交換性能の場合8
11%、陰イオン交換性能の場合1、160%が増加し
たことが確認できた。
【0020】実施例8
本実施例は、40重量%濃度のK2CO3を電解溶液とし
て使用し、30分間5.0Aの電流を流して電気化学的
に表面処理を施した以外は実施例1と同じように行なっ
た。このようにして得た活性炭素繊維の吸着比表面積、
気孔の総カサ、微細気孔のカサ、気孔の平均直径及びヨ
ード吸着能等を表1で、尚、活性炭素繊維表面のpH、
表面酸度、表面塩基度及びイオン交換性能を表2で各々
示した。その結果、表面構造及びヨード吸着能は殆ど変
わらなかったが、電気化学的な表面処理を通じて表面酸
度が143%、表面塩基度が146%ずつ増加した。こ
れは本発明による電気化学的な表面処理が活性炭素繊維
の表面構造及び吸着性能が変わらない反面、活性炭素繊
維表面の炭素と電解溶液中で解離したイオン成分との反
応によりさらに極性の表面官能基を形成し、その結果、
未処理活性炭素繊維に比べて陽イオン交換性能の場合
1、074%、陰イオン交換性能の場合1、575%が
増加したことが確認できた。
て使用し、30分間5.0Aの電流を流して電気化学的
に表面処理を施した以外は実施例1と同じように行なっ
た。このようにして得た活性炭素繊維の吸着比表面積、
気孔の総カサ、微細気孔のカサ、気孔の平均直径及びヨ
ード吸着能等を表1で、尚、活性炭素繊維表面のpH、
表面酸度、表面塩基度及びイオン交換性能を表2で各々
示した。その結果、表面構造及びヨード吸着能は殆ど変
わらなかったが、電気化学的な表面処理を通じて表面酸
度が143%、表面塩基度が146%ずつ増加した。こ
れは本発明による電気化学的な表面処理が活性炭素繊維
の表面構造及び吸着性能が変わらない反面、活性炭素繊
維表面の炭素と電解溶液中で解離したイオン成分との反
応によりさらに極性の表面官能基を形成し、その結果、
未処理活性炭素繊維に比べて陽イオン交換性能の場合
1、074%、陰イオン交換性能の場合1、575%が
増加したことが確認できた。
【0021】電気化学的に表面処理されたそれぞれの活
性炭素繊維は室温で蒸溜水にて2〜3回洗浄した後、1
00℃のオーブンにて約12時間以上乾燥してから使用
し、上記実施例等から得られた活性炭素繊維と処理しな
い既存の活性炭素繊維に対する吸着比表面積、pH、表
面酸度、表面塩基度及びイオン交換特性実験を次のよう
に施し、その結果を各々の表で示した。
性炭素繊維は室温で蒸溜水にて2〜3回洗浄した後、1
00℃のオーブンにて約12時間以上乾燥してから使用
し、上記実施例等から得られた活性炭素繊維と処理しな
い既存の活性炭素繊維に対する吸着比表面積、pH、表
面酸度、表面塩基度及びイオン交換特性実験を次のよう
に施し、その結果を各々の表で示した。
【0022】BET比表面積の測定方法:−196℃の
液体窒素の雰囲気下で試料約0.2gを取り、窒素気体
を吸着物質としてその濃度増加による吸着量を測定し
た。P/Po(ここで、Pは部分圧力、Poは飽和蒸気
圧)が約0.05から0.3までは吸着量に対して直線
の傾きを表わし、それからBET比表面積と微細気孔の
カサを求めた。
液体窒素の雰囲気下で試料約0.2gを取り、窒素気体
を吸着物質としてその濃度増加による吸着量を測定し
た。P/Po(ここで、Pは部分圧力、Poは飽和蒸気
圧)が約0.05から0.3までは吸着量に対して直線
の傾きを表わし、それからBET比表面積と微細気孔の
カサを求めた。
【0023】ヨード吸着能の測定方法:ASTM D4
607に応じて各試料別に互に異なっている重さに対し
て吸着されるヨードの量と、これによる溶液内のヨード
の残留濃度を測定してその残留濃度が0.02Nとなる
時のヨード吸着量をその吸着能と定めた。まず、測定の
前に5重量%HCl溶液、0.100Nチオ硫酸ナトリ
ウム溶液、0.100±0.001N標準ヨード溶液及
び0.100Nヨード酸カリウム溶液を製造した後、A
STM方法による標準溶液として使用した。用意した試
料等を各々0.1、0.3、0.5及び1.0gを正確
に取り、三角フラスコに入れ、用意した5重量%のHC
l溶液10mlを添加した後、約30秒間徐々に温めた
後、標準ヨード溶液50mlを加えた。室温で約15〜
20分間振盪した後、その溶液を濾過してその濾液を
0.100Nチオ硫酸ナトリウム溶液で滴定した。この
時、ヨードの黄色がなくなるまで滴定して各試料の重さ
に対して吸着されたヨードのmg数を求めた。
607に応じて各試料別に互に異なっている重さに対し
て吸着されるヨードの量と、これによる溶液内のヨード
の残留濃度を測定してその残留濃度が0.02Nとなる
時のヨード吸着量をその吸着能と定めた。まず、測定の
前に5重量%HCl溶液、0.100Nチオ硫酸ナトリ
ウム溶液、0.100±0.001N標準ヨード溶液及
び0.100Nヨード酸カリウム溶液を製造した後、A
STM方法による標準溶液として使用した。用意した試
料等を各々0.1、0.3、0.5及び1.0gを正確
に取り、三角フラスコに入れ、用意した5重量%のHC
l溶液10mlを添加した後、約30秒間徐々に温めた
後、標準ヨード溶液50mlを加えた。室温で約15〜
20分間振盪した後、その溶液を濾過してその濾液を
0.100Nチオ硫酸ナトリウム溶液で滴定した。この
時、ヨードの黄色がなくなるまで滴定して各試料の重さ
に対して吸着されたヨードのmg数を求めた。
【0024】pHの測定方法:H3PO4及びK2CO3の
酸性及びアルカリ性電解溶液中で多様な電流の強度に応
じて電気化学的に表面処理した活性炭素繊維のpH測定
はASTM D3838方法によって測定した。乾燥し
たそれぞれの試料約0.5gを取り、100℃で沸騰さ
せた蒸溜水20mlに加えた後、約12時間以上振盪
し、各溶液を濾過フィルターにて濾過した後、その上層
液をpH−メーター(meter)にて測定した。
酸性及びアルカリ性電解溶液中で多様な電流の強度に応
じて電気化学的に表面処理した活性炭素繊維のpH測定
はASTM D3838方法によって測定した。乾燥し
たそれぞれの試料約0.5gを取り、100℃で沸騰さ
せた蒸溜水20mlに加えた後、約12時間以上振盪
し、各溶液を濾過フィルターにて濾過した後、その上層
液をpH−メーター(meter)にて測定した。
【0025】表面酸度及び表面塩基度の測定方法:表面
処理した活性炭素繊維の表面に形成された官能基による
表面酸度及び表面塩基度は選択中和法による滴定により
測定した。まず、表面酸度の場合、各試料1.0gを正
確に取り、250ml容量の三角フラスコに移したの
ち、0.1NNaOH溶液100mlをそれぞれのフラ
スコに入れた。その後、空気中の酸素による自然酸化を
防止するために完全に密封した後、48時間以上振盪し
た。この振盪液を濾過フィルターで濾過した後、その上
層液20mlを取り、0.1N HCl溶液で滴定し
た。同じように表面塩基度の測定も表面酸度の測定と同
じ過程によって行ない、試料添加溶液として0.1N
HClを使用し、滴定溶液として0.1N NaOHを
使用し、このときそれぞれの滴定による指示薬としては
フェノールフタレイン標準溶液を使用した。
処理した活性炭素繊維の表面に形成された官能基による
表面酸度及び表面塩基度は選択中和法による滴定により
測定した。まず、表面酸度の場合、各試料1.0gを正
確に取り、250ml容量の三角フラスコに移したの
ち、0.1NNaOH溶液100mlをそれぞれのフラ
スコに入れた。その後、空気中の酸素による自然酸化を
防止するために完全に密封した後、48時間以上振盪し
た。この振盪液を濾過フィルターで濾過した後、その上
層液20mlを取り、0.1N HCl溶液で滴定し
た。同じように表面塩基度の測定も表面酸度の測定と同
じ過程によって行ない、試料添加溶液として0.1N
HClを使用し、滴定溶液として0.1N NaOHを
使用し、このときそれぞれの滴定による指示薬としては
フェノールフタレイン標準溶液を使用した。
【0026】イオン交換性能の測定方法
表面処理により活性炭素繊維の表面に形成された極性の
表面官能基によるイオン交換性能の測定はMohrの沈
澱測定法によって測定した。陽イオン交換性能の測定に
おいて繊維表面に形成された極性の表面官能基のイオン
形態が水酸基(OH−)であるので、まず、これを塩素
陰イオン(Cl−)形態で置換させる前処理過程を経た
のち、滴定に使用した。前処理された試料約0.5gを
正確に取り、100ml容量のフラスコに移したのち、
pH7の超純水約25mlをそれぞれのフラスコに入れ
る。ここに約2gの硝酸ナトリウム(NaNO3)を加
え、完全に溶解した後、指示薬として0.1Mのクロム
酸カリウム(K2CrO4)溶液を少量加え、0.1N硝
酸銀(AgNO3)溶液にて滴定して終末点での滴定に
使用した硝酸銀溶液の量を測定して陽イオン交換値を求
めた。陰イオン交換能の測定はその表面に形成された極
性官能基のイオン形態が水素陽イオン(H+)の形態と
して前処理過程の必要なく直接滴定を通じて陰イオン交
換値が得られる。まず、試料約0.5gを正確に取り、
100ml容量のフラスコに移したのち、pH7の超純
水約25mlをそれぞれのフラスコに入れる。ここに約
2gの塩化ナトリウム(NaCl)を加え、完全に溶解
した後、指示薬として0.01%のメチルオレンジ溶液
を少量加え、0.1N水酸化ナトリウム(NaOH)溶
液にて滴定して終末点での滴定に使用した水酸化ナトリ
ウム(NaOH)溶液の量を測定して陰イオン交換値を
求めた。
表面官能基によるイオン交換性能の測定はMohrの沈
澱測定法によって測定した。陽イオン交換性能の測定に
おいて繊維表面に形成された極性の表面官能基のイオン
形態が水酸基(OH−)であるので、まず、これを塩素
陰イオン(Cl−)形態で置換させる前処理過程を経た
のち、滴定に使用した。前処理された試料約0.5gを
正確に取り、100ml容量のフラスコに移したのち、
pH7の超純水約25mlをそれぞれのフラスコに入れ
る。ここに約2gの硝酸ナトリウム(NaNO3)を加
え、完全に溶解した後、指示薬として0.1Mのクロム
酸カリウム(K2CrO4)溶液を少量加え、0.1N硝
酸銀(AgNO3)溶液にて滴定して終末点での滴定に
使用した硝酸銀溶液の量を測定して陽イオン交換値を求
めた。陰イオン交換能の測定はその表面に形成された極
性官能基のイオン形態が水素陽イオン(H+)の形態と
して前処理過程の必要なく直接滴定を通じて陰イオン交
換値が得られる。まず、試料約0.5gを正確に取り、
100ml容量のフラスコに移したのち、pH7の超純
水約25mlをそれぞれのフラスコに入れる。ここに約
2gの塩化ナトリウム(NaCl)を加え、完全に溶解
した後、指示薬として0.01%のメチルオレンジ溶液
を少量加え、0.1N水酸化ナトリウム(NaOH)溶
液にて滴定して終末点での滴定に使用した水酸化ナトリ
ウム(NaOH)溶液の量を測定して陰イオン交換値を
求めた。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】実験結果の分析
本発明により製造した活性炭素繊維は既存の未処理活性
炭素繊維に比べて表面構造すなわち、吸着比表面積及び
気孔構造等の物理的性状は大きく変わらなかったが、表
面極性の発達は著しく、これによる液相でのイオン交換
特性が大きく向上したことが確認できた。表2で、H3
PO4電解溶液で表面処理された活性炭素繊維の場合電
解溶液の濃度、処理時間及び印加電流の強度が増加する
ことによってその表面に形成された酸素官能基による表
面酸度において処理しなかった活性炭素繊維に比べて最
低1.1倍から最高1.9倍までの差があることが分か
る。このような表面酸度の増加は吸着剤である活性炭素
繊維にイオン交換特性をさらに与えて未処理活性炭素繊
維に比べて陽イオン交換特性の場合、最低1.8倍から
最高10.3倍まで増加したことが確認できた。また、
陰イオン交換特性の場合、最低2.6倍から最高18.
6倍まで増加したことが判明した。同様にK2CO3電解
溶液中で表面処理された活性炭素繊維の場合電解溶液の
濃度、処理時間及び印加電流の強度が増加することによ
ってその表面に形成された官能基による表面酸度は処理
しない活性炭素繊維に比べて最低1.0倍から最高1.
4倍まで増加したことが分かる。このような表面酸度の
増加は吸着剤である活性炭素繊維にイオン交換特性をさ
らに与えて未処理活性炭素繊維に比べて陽イオン交換特
性の場合最低1.5倍から最高10.7倍まで増加した
ことが確認できた。また、陰イオン交換特性の場合、最
低2.3倍から最高15.8倍まで増加することが判明
した。
炭素繊維に比べて表面構造すなわち、吸着比表面積及び
気孔構造等の物理的性状は大きく変わらなかったが、表
面極性の発達は著しく、これによる液相でのイオン交換
特性が大きく向上したことが確認できた。表2で、H3
PO4電解溶液で表面処理された活性炭素繊維の場合電
解溶液の濃度、処理時間及び印加電流の強度が増加する
ことによってその表面に形成された酸素官能基による表
面酸度において処理しなかった活性炭素繊維に比べて最
低1.1倍から最高1.9倍までの差があることが分か
る。このような表面酸度の増加は吸着剤である活性炭素
繊維にイオン交換特性をさらに与えて未処理活性炭素繊
維に比べて陽イオン交換特性の場合、最低1.8倍から
最高10.3倍まで増加したことが確認できた。また、
陰イオン交換特性の場合、最低2.6倍から最高18.
6倍まで増加したことが判明した。同様にK2CO3電解
溶液中で表面処理された活性炭素繊維の場合電解溶液の
濃度、処理時間及び印加電流の強度が増加することによ
ってその表面に形成された官能基による表面酸度は処理
しない活性炭素繊維に比べて最低1.0倍から最高1.
4倍まで増加したことが分かる。このような表面酸度の
増加は吸着剤である活性炭素繊維にイオン交換特性をさ
らに与えて未処理活性炭素繊維に比べて陽イオン交換特
性の場合最低1.5倍から最高10.7倍まで増加した
ことが確認できた。また、陰イオン交換特性の場合、最
低2.3倍から最高15.8倍まで増加することが判明
した。
【0030】
【発明の効果】上述のように、本発明によると、酸性ま
たはアルカリ性溶液、好ましくはH3PO4またはK2C
O3の電解溶液中で電気化学的な表面処理を通じてその
吸着性能と表面構造の変化がなく、表面に導入された極
性の表面の官能基によりイオン交換特性がさらに与えら
れ、気相及び液相での汚染源だけでなく極性を有する有
機・無機重金属汚染源に対しても選択的にその吸着性能
が大幅に向上した高機能性活性炭素繊維の製造が可能で
ある。
たはアルカリ性溶液、好ましくはH3PO4またはK2C
O3の電解溶液中で電気化学的な表面処理を通じてその
吸着性能と表面構造の変化がなく、表面に導入された極
性の表面の官能基によりイオン交換特性がさらに与えら
れ、気相及び液相での汚染源だけでなく極性を有する有
機・無機重金属汚染源に対しても選択的にその吸着性能
が大幅に向上した高機能性活性炭素繊維の製造が可能で
ある。
【0031】このような電気化学的な表面処理は既存の
高温表面処理による副反応を防止するために別途の装置
が必要なく、また工程が連続的に行なわれて作業が容易
で経済的な長所を有する。
高温表面処理による副反応を防止するために別途の装置
が必要なく、また工程が連続的に行なわれて作業が容易
で経済的な長所を有する。
【図1】 本発明による電気化学的な表面処理により活
性炭素繊維の表面処理を行なう一つの過程を概略的に示
す工程図。
性炭素繊維の表面処理を行なう一つの過程を概略的に示
す工程図。
【図2】 本発明による燐酸(H3PO4)及び炭酸カリ
ウム(K2CO3)電解溶液中での電気化学的な表面処理
による活性炭素繊維の吸着比表面積の変化を示すグラ
フ。
ウム(K2CO3)電解溶液中での電気化学的な表面処理
による活性炭素繊維の吸着比表面積の変化を示すグラ
フ。
【図3】 本発明による燐酸(H3PO4)電解溶液中で
の電気化学的な表面処理による活性炭素繊維のイオン交
換性能の変化を示すグラフ。
の電気化学的な表面処理による活性炭素繊維のイオン交
換性能の変化を示すグラフ。
【図4】 本発明による炭酸カリウム(K2CO3)電解
溶液中での電気化学的な表面処理による活性炭素繊維の
イオン交換性能の変化を示すグラフ。
溶液中での電気化学的な表面処理による活性炭素繊維の
イオン交換性能の変化を示すグラフ。
1: 活性炭素繊維
2: 陽極ローラ−
3: 陽極電解槽
4: 黒鉛陰極板
5: 電解液
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI
D06M 10/00 D06M 10/00 A
// D06M 101:40 101:40
(72)発明者 金 淇東
大韓民国大田広域市儒城区松江洞8−2
漢陽青率アパート513−808号
(56)参考文献 特開 昭57−74335(JP,A)
特開 平8−151208(JP,A)
特開 昭63−135432(JP,A)
特開 昭54−124892(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
D06M 10/00 - 11/84
C08J 5/20
D01F 9/12 - 9/32
Fターム(4L031,4L037)
Claims (7)
- 【請求項1】 吸着素材としての活性炭素繊維を電解溶
液中で電気化学的な表面処理を行なって活性炭素繊維の
表面に官能基を与えることによって、イオン交換特性を
有する高機能性活性炭素繊維を製造する方法。 - 【請求項2】 前記電解溶液が酸性溶液またはアルカリ
性溶液であることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記酸性溶液が燐酸(H3PO4)溶液
で、前記アルカリ性溶液が炭酸カリウム(K2CO3)溶
液であることを特徴とする請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 前記電解溶液の濃度が1〜40重量%で
あることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 前記電気化学的な表面処理方法が前記電
解溶液に電流を流して電気分解を誘導することによって
行なわれることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 0.1〜5.0Aの電流を2〜30分間
流すことを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかにより製造した
高機能性活性炭素繊維により極性汚染源を選択的に吸着
して除去する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR99-35676 | 1999-08-26 | ||
| KR1019990035676A KR100334850B1 (ko) | 1999-08-26 | 1999-08-26 | 이온교환 특성을 갖는 고기능성 활성 탄소섬유의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001115374A JP2001115374A (ja) | 2001-04-24 |
| JP3500399B2 true JP3500399B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=19608810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000248105A Expired - Fee Related JP3500399B2 (ja) | 1999-08-26 | 2000-08-18 | イオン交換特性を有する高機能性活性炭素繊維の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3500399B2 (ja) |
| KR (1) | KR100334850B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103541212A (zh) * | 2012-07-13 | 2014-01-29 | 金发科技股份有限公司 | 碳纤维表面改性方法和设备、碳纤维及其复合材料和应用 |
| CN104959110A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-10-07 | 浙江大学 | 一种表面改性吸附剂及其制备方法和应用 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020082816A (ko) * | 2002-09-13 | 2002-10-31 | 김기동 | 알칼리 금속의 전기화학적 표면처리에 의한 고기능성 탄소나노소재 및 이의 제조 방법 |
| KR101013779B1 (ko) | 2008-12-24 | 2011-02-14 | 주식회사 효성 | 탄소섬유의 표면처리 방법 및 장치 |
-
1999
- 1999-08-26 KR KR1019990035676A patent/KR100334850B1/ko not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-08-18 JP JP2000248105A patent/JP3500399B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103541212A (zh) * | 2012-07-13 | 2014-01-29 | 金发科技股份有限公司 | 碳纤维表面改性方法和设备、碳纤维及其复合材料和应用 |
| CN103541212B (zh) * | 2012-07-13 | 2016-05-18 | 广州金发碳纤维新材料发展有限公司 | 碳纤维表面改性方法和设备、碳纤维及其复合材料和应用 |
| CN104959110A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-10-07 | 浙江大学 | 一种表面改性吸附剂及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100334850B1 (ko) | 2002-05-04 |
| KR20010019330A (ko) | 2001-03-15 |
| JP2001115374A (ja) | 2001-04-24 |
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