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高密度活性炭作为吸附剂的滤罐和进气过滤器(上)

文章来源:http://www.ihepafilter.com/  2018年07月30日  点击数:154
技术领域
本发明涉及具有优异的燃料气体吸附性质的、基本为球形的高密度活性炭。此外,本发明涉及利用所述具有优异的燃料气体吸附性质的、基本为球形的高密度活性炭作为吸附剂的滤罐和进气过滤器
背景技术
作为汽车燃料的汽油是高挥发性的。因此,在烈日下行驶和停放会造成燃料箱中汽油的汽化,以致汽油蒸气排放到空气中。此外,在加油过程中产生汽油蒸气。
因此,为了防止汽油蒸气排放到车外,为车辆提供滤罐,以使装在这种滤罐中的活性炭吸附剂吸附汽油蒸气。例如,为汽车内燃机提供能够吸附/解吸燃料蒸气的滤罐,以防止燃料蒸气排放到车外(这类蒸气从燃料箱中蒸发出来)。在这种情况下,滤罐暂时吸附在例如停车后产生的燃料蒸气,并在之后行驶过程中用新鲜空气解吸吸附的燃料组分,以用于在内燃机中燃烧处理。
此外,滤罐中的吸附剂吸附加油时产生的汽油蒸气。由于发动机旋转,被吸附的汽油蒸气从活性炭中解吸(清出)。然后,该蒸气与外来的进气混合,通过进气管被导向发动机,并燃烧。
通常,使用粒状活性炭或纤维活性炭作为供应给进气系统的吸附剂。在最近设计的技术中,可以通过限制纤维活性炭的孔隙分布来防止吸附剂的吸附容量的降低,从而造成被吸附物的优异解吸。但是,即使使用这种纤维活性炭,吸附容量在一些情况下也会因长期使用而降低。此外,当这种活性炭固定在过滤器或类似物上使用时,会发生活性炭的脱离,且过滤器的气流阻力(这种气流被导向内燃机内部)提高,这些是成问题的。
因此,为了获得即使在长期使用后也不太可能变差的燃料蒸气吸附剂,日本专利公开(Kokai)2003-314387 A公开了一种粒状吸附剂,其具有孔径大小为1.4纳米至2.8纳米的孔隙(50%或更多孔隙)和每1毫升吸附剂0.3毫升或更大的孔隙体积,位于内燃机的进气系统内。
此外,传统活性炭的形式可以选自粉末形、颗粒形、成型形式(例如圆柱形、块形、压块形或球形)。但是,在需要每单位体积具有大的容量的活性炭的情况下,在许多情况下进行加压成型以提高粒子密度。在这种情况下,难以获得球形活性炭。也就是说,大致为球形的产品由于自造粒(如滚动造粒)而具有低的粒子密度。因此,当对这种产品施以进一步活化以便用于汽车等时,每单位体积的容量不提高,以致硬度降低。
例如,汽车滤罐需要每单位体积具有大的吸附率的活性炭。但是,即使用这类活性炭最大程度地填充容器,仍会发生与通风压损失相关的问题。即使是适合填充的球形活性炭,如果粒子密度低,也不能表现出这种每单位体积吸附容量,这造成工作容量降低(WC:吸附/解吸容量)。此外,具有低粒子密度的活性炭具有低硬度,从而造成裂化或粉化。这在使用中是成问题的。
发明内容
考虑到上述问题,本发明的目的是提供具有基本为球形的构造和优异的烃吸附/解吸容量的活性炭,并提供利用这种活性炭作为吸附剂的滤罐和吸附过滤器。
本发明人专注于活性炭的平均长度/平均直径(L/D)比率和基于体积的苯吸附率之差。然后,他们发现,当这些值处于特定范围内时,可以解决上述问题。由此得出了本发明。
具体而言,第一方面,本发明活性炭的特征在于具有0.8至1.0的平均长度/平均直径(L/D)和6.0克/100毫升或更高的1/1-体积苯吸附率与1/10-体积苯吸附率之差。
使用上述平均长度/平均直径(L/D)值作为代表活性炭形状的指数。在是本发明活性炭的情况下,该值为0.8至1.2,优选0.9至1.1。
上述术语“1/1-体积苯吸附率”是指通过将根据JIS14745.12使用1/1苯蒸气计算而得的基于体积的平衡苯吸附容量(%)乘以根据JIS14745.7获得的填充容量(克/100毫升)而获得的积。此外,上述术语“1/10-体积苯吸附率”是指通过将根据JIS 1474 5.12使用1/10苯蒸气计算而得的基于体积的平衡苯吸附容量(%)乘以根据JIS 1474 5.7获得的填充容量(克/100毫升)而获得的积。此外,1/1-体积苯吸附率与1/10-体积苯吸附率之差是指代表苯吸附/解吸容量的值。在是本发明活性炭的情况下,上述值为6.0克/100毫升或更高,优选7.0克/100毫升或更高,更优选8.8克/100毫升或更高。
此外,上述1/1-体积苯吸附率代表可被吸附的苯的量。该量优选为20克/100毫升或更高,更优选25克/100毫升或更高。
此外,在是本发明活性炭的情况下,平均直径(D)优选为0.5至10毫米,更优选1.5至8毫米。
此外,根据JIS K1474 5.5测得的本发明活性炭的硬度优选为90%或更高,更优选95%或更高。
本申请描述了活性炭对苯(其是典型的挥发性烃)的性质。但是,基于上述值获得的性质可以作为评测活性碳对其它挥发性烃(例如汽油)的容量的指数。
第二方面,本发明涉及滤罐,其特征在于利用上述活性炭作为吸附剂。在此,滤罐的构造不受特定限制。但是,其中优选在位于至少进气口附近的部位使用充当吸附剂的活性炭。在本发明中还优选包括滤罐具有多层结构的实施方案。
第三方面,本发明涉及进气过滤器,其特征在于利用上述活性炭作为吸附剂。
本发明的活性炭具有基本为球形的构造,并且烃吸附/解吸容量优异。
此外,由于本发明的活性炭具有上述性质,在滤罐、进气过滤器等中实现了大的气流,因此该活性炭可优选用于具有显著的烃浓度波动的用途。此外,本发明的活性炭在保持上述性质的同时具有基本为球形的构造,因此具有优异的填充容量。因此,在滤罐和进气过滤器中使用该活性炭作为吸附剂的情况下,可以提高每单位体积的活性炭填充量。此外,由于该活性炭具有优异的填充容量,该活性炭较不可能由于由振动等引起的活性炭粒子的冲撞和碰撞而受损,因此对车辆基本没有不利影响。此外,该活性炭的操作性优异。
也就是说,与经由加压成型获得的传统产品相比,本发明的活性炭具有基本为球形的构造和优异的每单位体积吸附/解吸容量。此外,其具有低通风压损失和高的硬度。因此,由于形状效应,当其用作滤罐的活性炭时,可以在不提高通风压损失的情况下提高每单位体积的碳量并且可以改进WC容量。此外,由于形状效应,本发明的活性炭表现出改进的操作和填充性质。
附图简述
图1是制造本发明活性炭的方法的一个实例的流程图。
本发明的最佳实施方式
在是本发明活性炭的情况下,上述平均长度/平均直径(L/D)比率为大约1.0,具体是0.8至1.2(优选0.9至1.1),这意味着该活性炭具有球状(基本为球形)构造。因此,可以用该活性炭高密度地填充容器等。此外,当用该活性炭填充容器等时,活性炭粒子之间几乎没有间隙,表明该容器几乎没有供活性炭粒子移动的空间。因此,活性炭粒子较不可能彼此碰撞,表明该容器几乎没有供活性炭粒子移动的空间。因此,活性炭粒子较不可能彼此碰撞,因此可以防止活性炭由于这种碰撞而受损。
此外,为了增强上述效应,上述L/D的D值优选为10毫米或更小(进一步优选为8毫米或更小),但该值会随用途而变。同时,如果本发明的活性炭是过细的粉末形式,根据用途(例如,如下所述作为滤罐或进气过滤器所用的吸附剂),可能发生堵塞。因此,上述值的下限优选为0.5毫米(进一步优选为1.5毫米)。
此外,本说明书中所用的术语“基本为球形”不仅包括球形和卵形,还包括以将圆柱形边缘弄圆的方式获得的圆筒形。
与本发明相关的平均长度(L)、平均直径(D)和平均长度/平均直径值可以通过常规方法测定。例如,可以使用游标卡尺之类的测量工具测量活性炭粒子的尺寸。此外,可以通过用显微镜获得活性炭粒子的放大图、并在该放大图上使用测量工具来测量这些尺寸。此外,测量次数不受特定限制;但是,其通常为大约20次。
此外,本发明的活性炭具有优异的吸附/解吸容量,因为其可以在含高浓度烃的环境中在烃浓度降低时向外释放出大量已经吸附/留存在其中的烃(这种量对应于1/1-体积苯吸附率)。换言之,其可以暂时吸附/留存大量的烃(这种量表示为1/1-体积苯吸附率与1/10-体积苯吸附率之差)。
上述1/1-(或1/10-)体积苯吸附率可以通过将根据JIS14745.12使用1/1(或1/10)苯蒸气计算而得的基于体积的平衡苯吸附容量(%)乘以根据JIS 1474 5.7获得的填充容量(克/100毫升)而得。

平衡苯吸附率可以通过选自JIS K1474中所述的活性炭试验法的溶剂蒸气吸附容量试验法(描述在5.1.2中)测定。根据本发明,吸附剂可吸附的苯蒸气被称作被吸附物。术语“1/1苯蒸气”是指饱和苯溶剂的溶剂蒸气。术语“1/10苯蒸气”是指通过将饱和苯溶剂的溶剂蒸气和空气以1∶9的比率混合而得的溶剂蒸气。此外,平衡苯吸附容量代表了下述情况下的吸附剂质量增加率:在使苯溶剂蒸气通过吸附剂的同时,通过上述试验方法获得了含苯溶剂蒸气的吸附剂的恒定质量。也就是说,在这种情况下,实现了流入吸附剂的溶剂蒸气流与流出吸附剂的溶剂蒸气流之间的平衡。例如,当吸附剂的平衡苯吸附容量为50%时,吸附剂质量与溶剂蒸气通过之前获得的质量相比增加50%。


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