活性炭の特性と最適設計の要点及び開発動向

活性炭は、排ガス中の希薄な溶剤蒸気、有害成分の回収・除去、炭化水素の分離、大気浄化、諸工業における液相精製、排水処理、浄水処理など多方面で用いられてきた。まず、活性炭の役割とニーズ、吸着相互作用、吸着平衡、吸着速度と拡散の考え方、破過特性を講述し,活性炭吸着の基礎を解説する。次に、活性炭の種類と特性、用途に合った活性炭の選定を述べる。さらに、活性炭の作製法と細孔構造制御法に関して解説し、活性炭の効率的な再生とコスト低減策を述べる。また、メソ細孔性カーボンに関する研究開発事例を紹介する。講演の最後には活性炭利用におけるトラブルシューティングに関する質問を受け付ける。

１．活性炭吸着の基礎
　1.1 活性炭の役割とニーズ
　1.2 吸着相互作用
　　(1) 各種吸着相互作用
　　(2) 液体吸着における相互作用
　　(3) 気体吸着における相互作用
　1.3 吸着平衡
　　(1) 吸着量の測定と吸着平衡
　　(2) 吸着等温線の分類
　　(3) 吸着平衡データ解析の考え方
　　(4) 吸着熱と吸着平衡の温度変化
　1.4 吸着速度と拡散の考え方
　　(1) 多孔性固体における物質移動
　　(2) 境膜での拡散と粒子内拡散
　　(3) 線形推進力近似
　1.5 破過特性
　　(1) 破過曲線とは
　　(2) 固定層における吸着速度論
　　(3) 近似計算
　　(4) 破過時間と破過曲線の計算
　1.6 吸着平衡と吸着速度のどちらが重要なのか

２．活性炭の特性と用途に合った選定
　2.1 活性炭の種類と特性
　　(1) 粉末活性炭
　　(2) 粒状活性炭
　　(3) 繊維状活性炭
　　(4) ハニカム状活性炭
　　(5) その他の機能性活性炭
　2.2 用途に合った活性炭の選定
　　(1) 吸着特性の指標と支配因子
　　(2) 表面特性と細孔特性を考慮した選定

３．活性炭の作製と細孔構造制御
　3.1 活性炭の作製法
　　(1) 前駆体の炭化と賦活
　　(2) 細孔構造制御の問題点
　3.2 細孔構造制御法
　　(1) ゾル－ゲル法を利用したメソ細孔制御
　　(2) 賦活前処理によるメソ細孔の形成

４．活性炭の効率的な再生とコスト低減策
　4.1 活性炭の再生法の特徴と比較
　　(1) 減圧再生（ＰＳＡ操作）
　　(2) 加熱再生（ＴＳＡ操作）
　　(3) 水蒸気脱着
　　(4) 薬液再生（溶媒再生、酸・アルカリ再生）
　　(5) 生物再生
　4.2 再生による活性炭の変化と吸着効率低下の防止策
　　(1) 表面化学構造の影響
　　(2) 繰り返し再生の影響
　　(3) 吸着効率低下の防止策
　4.3 効率の良い再生によるコスト低減策

５．研究開発事例
　5.1 ゾル‐ゲル法によるカーボンゲルの作製と応用
　　(1) ゾル‐ゲル法によるカーボンゲルの合成
　　(2) カーボンゲルのナノ細孔構造制御
　　(3) カーボンクライオゲルのバルク形状制御
　　(4) カーボンクライオゲルの応用(電気二重層キャパシタ電極, リチウムイオン電池用負極材料)
　5.2 廃棄物からのメソ細孔性活性炭の作製と応用
　　(1) 活性炭の新規製造法
　　(2) 各種固体廃棄物からの活性炭製造
　　(3) 作製活性炭の気相吸着特性
　　(4) 作製活性炭の液相吸着特性
 
□ 質疑応答（トラブルシューティングなど） □

京都大学 名誉教授 工学博士　田門 肇 氏
略歴
1974年3月　京都大学工学部化学工学科卒業
1976年3月　京都大学大学院工学研究科修士課程化学工学専攻修了
1977年3月　京都大学大学院工学研究科博士課程化学工学専攻中退
1977年4月　京都大学工学部助手（化学工学科）採用
1986年8月　京都大学工学部助教授（化学工学科）昇任
1998年4月　京都大学大学院工学研究科教授（化学工学専攻）昇任
2017年3月　京都大学定年退職
2017年4月　京都大学名誉教授
現在に至る
専門
乾燥工学、吸着工学、分離工学
活動
化学工学会、日本粉体工業技術協会