活性炭と炭の違いは何?―浄水器のカートリッジに活性炭が使われる理由

ガラス瓶に入った粒状活性炭

浄水器のカートリッジや、冷蔵庫の脱臭剤など、様々なところで使われている活性炭。
炭との違いをご存じでしょうか?
今回は、普段何気なく使っている活性炭について、詳しく見ていきましょう。

活性炭と炭の違い

もともと炭はいろんな物質を吸着する性質をもっています。これに特別な処理(賦活、活性化反応とも言う)をして、吸着する性質を強化したものが、活性炭です。

「吸着」という性質は、スポンジが水を吸い込むようなイメージに近いです。

炭には細かい穴がたくさん開いていて、その穴の中に空気中や水の中の汚れやニオイのもとになる物質が入り込み、くっついて離れなくなります。これによって、空気や水がきれいになるのです。

吸着した物質がくっついて離れなくなるのは、「分子間の力(ファンデルワールス力)」と呼ばれる、弱い引力によるものです。この力によって、物質は炭の表面にくっついたままになります。また、炭には無数の小さな穴があり、吸着された物質はその中に入り込みます。穴の中に入ると、周りの壁に囲まれることで物質が動きにくくなり、簡単には離れなくなるのです。

炭の表面には、直径20~60μmの小さな孔が沢山空いています。この孔が、サイズに応じた物質を吸着します

活性炭は、炭に「賦活」という処理を施すことで、目に見えないほど小さな孔を無数にあけています。その大きさは、0.8nm~数nmという細かさです。活性炭は、賦活によって小さな孔が増えたおかげで、より小さな物質まで吸着できるようになっています。

また、孔によって表面積が大きくなっていることも、物質を吸着しやすい理由のひとつです。活性炭の表面積は1gあたり1,000〜2,000㎡にもなります。これは、小さじ半分ほどの量でテニスコート約4面分の面積を持つことになります。表面積が大きいと、よりたくさんの物質を吸着することができます。

木炭

 

炭と活性炭の概念図

活性炭の種類

活性炭は形状によって次のように分類されます。

粉末活性炭:100Mesh(0.15mmφ)より小さい粉末状の活性炭。

粒状活性炭:活性炭を細かく破砕したもの。円柱形などに成形されたものもあります。

繊維状活性炭:活性炭をフェルト状や布状、ファイバー繊維などの形に成形したもの。

特殊成型活性炭:活性炭を上記の分類以外の形状に成形したもの。ハニカム状、シート状、板状、などがあります。

浄水器のろ材には、粒状活性炭や繊維状活性炭を圧縮して固めたブロック活性炭が使われることがあります。
圧縮して隙間を小さくすることで、ろ過膜としても機能するようになります。

活性炭の原料

現在、世界で広く使用されている活性炭の原料は次の通りです。

粉末活性炭:オガ屑硬質の木材チップ木炭(素灰)草炭(ピート)等

粒状活性炭:木炭ヤシ殻炭石炭(亜炭、褐炭、瀝青炭、無煙炭等)オイルカーボンフェノール樹脂 等

繊維状活性炭:レーヨンアクリロニトリル石炭ピッチ石油ピッチフェノール樹脂 等

浄水器のろ材としては、ヤシ殻を原料にした活性炭がもっとも適しています。弊社でも、浄水器のフィルターにヤシ殻活性炭を使用しています

活性炭の作り方

活性炭は、原料を炭化したのち、更に賦活と呼ばれる処理を加えるという、二つの工程によって製造されます。

炭化とは中温(200℃~600℃)且つ無酸素状態で蒸焼きにすることです。

賦活の方法はたくさんありますが、現在最も多く採用されているのが、「ガス賦活法」です。
炭に、高温(800~900℃)の水蒸気を吹き付けると、孔をあける事ができます。
他に、原料あるいは炭化物を薬品処理する「薬品賦活法」がありますが、現在では「薬品賦活法」は特定の用途に対してのみ用いられます。

一般にガス賦活炭のほうが、ろ過性に優れるといわれています。

浄水器のフィルターと粒状活性炭

浄水器の「ろ材」としての活性炭:有機フッ素化合物(PFAS)の一部、PFOS・PFOAも除去できる

活性炭によるろ過は、逆浸透膜方式と異なり、ミネラル分をそのまま残すことができます。これにより、天然水のようなおいしい水を毎日手軽に利用できます。

水の浄化にはろ材を用いますが、1種類で全ての有害物質を除去できるろ材はありません。そのため、いくつかのろ材を組み合わせて使用します。
活性炭が除去できるとされている有害物質は、次のとおりです。

  • ビスフェノールA
  • トリハロメタン類(ただし良質な活性炭が大量に必要)
  • 塩素消毒副生成物(臭素酸以外)
  • 合成有機化合物
  • 農薬の大半
  • ダイオキシン類の一部
  • 環境ホルモンの一部
  • 界面活性剤
  • 塩素
  • 2-MIB、ジオスミン

活性炭は塩素も除去しますが、吸着するのではなく、化学反応によって殺菌作用のない無害な物質に変換しています。

ちなみに、市販されている備長炭の多くは賦活が施されておらず、活性炭になっていません。そのため、塩素以外はほとんど除去できません。

活性炭の表面は有機物と相性がいいので、有機物をよく吸着します。最近話題になっている、有機フッ素化合物(PFAS)の一部である、PFOSとPFOAも除去できることが判明しています。


参考:岐阜県各務原市のWebサイト:三井水源地のPFOS・PFOA状況

三井水源地で開始した「活性炭による浄化システムの設置工事(第一期工事)」が令和5年10月23日に完成しました。配水している水のPFOS・PFOA濃度が、国の暫定目標値(50ng/L以下)になったことが確認されています。

浄水器の性能は活性炭の量が決め手!

水の中の有害物質を効率的に除去するには、水と活性炭ができるだけ長い時間接触する必要があります。
そのため、ろ材の活性炭は量が多いほど効果が高く、持続力が長くなります。

活性炭の表面には、微細な孔が無数に開いています。この孔が、水道水の中の有害物質を吸着します。
孔の大きさは0.8nm前後の孔が多いのですが、0.5nm~数nmの範囲で、様々な大きさの孔が存在します。この孔が、サイズに応じた物質を吸着します。

しかし、大きめの物質(カビ臭の原因物質など)や小さめの物質(トリハロメタン類など)は対応する大きさの孔が少ないため、除去できる期間が短いです。長い期間除去し続けるためには、多量の活性炭が必要です。

良質なブロック活性炭を使用!約100項目の有害物質を除去する浄水器「磨水Ⅳ」

浄水器「磨水Ⅳ」のイメージ画像

 

磨水Ⅳの詳細はこちら

磨水Ⅳが高性能な理由は「ブロック活性炭」という活性炭を使用しているからです。

ブロック活性炭は、活性炭を微細な粉末にし、それを型に入れて圧縮成型することによって作られます。通常の「粒状活性炭(GAC)」とは異なり、活性炭同士の間の隙間が小さいため、物理的なろ過能力も高いのが特徴です。


ブロック活性炭の仕組み

ブロック活性炭は以下の2つの浄水メカニズムを兼ね備えています。

吸着作用(化学的ろ過)

  • 活性炭の微細な孔(ミクロポア)により、塩素・トリハロメタン・農薬・有機化合物・臭いなどを吸着し、水を浄化。

物理ろ過(微粒子除去)

  • 粉末活性炭を固めたブロック状の構造により、サビ・微細な不純物・カビ・バクテリアなどを物理的に除去
  • 一般的に0.5~1ミクロン(μm)の粒子までろ過可能なタイプが多い。

ブロック活性炭のメリット・デメリット

✅ メリット

1️⃣ ろ過性能が高い
粒状活性炭よりも表面積が大きく、吸着能力が高いため、塩素や有害物質の除去効果が優れている。

2️⃣ 細かい粒子の除去が可能
サビ・微粒子・微生物などを物理的にブロックできるため、水の透明度が向上。

3️⃣ 水の流れが均一でムラがない
粒状活性炭は水が流れやすい部分と流れにくい部分ができる(チャネリング現象)が、ブロック活性炭は均一にろ過できる。

4️⃣ フィルターの寿命が長め
→ 濾過層が厚く、粒状活性炭よりも交換頻度が低め(半年~1年程度のものが多い)。

5️⃣ 水流速度のコントロールが可能
圧縮成型されているため、水の流れる速度が適度に制限され、しっかりとろ過できる

❌ デメリット

1️⃣ 詰まりやすい
目が細かいため、粒状活性炭よりも詰まりやすい。定期的な交換やメンテナンスが必要。

2️⃣ 水流が遅くなることがある
高密度な構造のため、水の流量が制限されることがある。

3️⃣ 価格がやや高め
粒状活性炭よりも製造コストが高いため、浄水器の価格も若干高くなりがち

どんな場合に向いている?

高性能な浄水を求める人(細菌・サビ・有害物質をしっかり除去したい)
長持ちするフィルターを使いたい人(交換頻度を減らしたい)
水の味や臭いをしっかり改善したい人(カルキ臭・有機物の除去能力が高い)
水の均一なろ過を求める人(ムラのない浄水をしたい)


98項目の有害物質+PFOA,PFOSを除去し、ミネラルは残す

水道水にはPFAS以外にも多くの有害物質が含まれている可能性がありますが、磨水Ⅳは98種類の有害物質を取り除くことができます。ミネラル成分は残すので、風味豊かな美味しい水になります。

⇒磨水Ⅳ除去項目数一覧(PDF)

お得なフィルター会員制度

フィルター会員さまには交換月の1か月前に交換時期のお知らせメールをお届けしております。

また会員さまには送料無料且つMIZSEIポイントを20%付与させていただいてますので、次回お値引も可能です。

⇒おトクがいっぱいフィルター会員|MIZSEI SHOP

銀抗菌や界面活性剤、中空糸膜は使用していません

銀抗菌や中空糸膜を気にされているお客さまは多いようです。また多くの浄水器フィルターに使用されているのも現実です。気にされている方には磨水Ⅳをオススメします。

磨水Ⅳが取付可能かどうかのご確認はコチラから

下記フォームに「現在ご使用の水栓メーカー」と「水栓品番」を入力していただくと、取付可能かどうかお調べします。

住所や電話番号の入力は不要です。お気軽にメーカー開発部にお問合せ下さいませ。

磨水4取付け適合確認フォームへ

浄水器「磨水Ⅳ」設置に関するお問い合わせはこちら

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弊社は岐阜県山県市にある水栓メーカーです。
商品のことや、その他気になることがあればお気軽にご連絡ください。

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電話番号:0581-23-0570(平日9:00~17:00)

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参考

株式会社エム・イー・ティ「「活性炭」と「炭」の違い」
https://www.metac.jp/user_data/about.php

株式会社クラレ「活性炭とは」
https://www.kuraray-c.co.jp/activecarbon/about/index.html

太平化学産業株式会社
https://www.taihei-chem.co.jp/chemical_products_business/activated_carbon/

池 裕次郎『安全でおいしい水が飲みたい!浄水器 かしこい選び方・使い方』亜紀書房 2008年

深見 輝明『誤解だらけの浄水器選び’99』八峰出版株式会社 1999年