JP2007070125A - ガラス発泡体 - Google Patents
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Abstract
【課題】 鹿沼土等による金属や汚濁物を吸着することに着目すると共に、ガラス質材、鹿沼土等、発泡材の粉体材料を溶解融合させて連続気泡保持のガラス発泡体を形成する技術を提案する。
【解決手段】 本発明のガラス発泡体は、ガラス質材粉100重量部に対し、鹿沼土粉および赤玉土粉50〜80重量部、および発泡材粉10〜20重量部を採取混合して、800〜1100℃の炉中で焼成発泡させた後、粉体、粒体とすることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
また最近では、所望する比重のガラス質発泡体を形成する無機系発泡体組成物が提供されている。具体的には、特許文献1において板状の長尺発泡体として形成し、水質改善に実用化している。
その内容の概略は、ガラス質廃材、燃焼灰、煉瓦質廃材などの無機系発泡体組成物粉体と貝殻粉体を混合し、メッシュベルトの上に厚さ7mm、幅0.4m、長さ1.2mに堆積させ、600〜960℃の段階的加熱を30〜60分間行った。その結果、該無機系発泡体組成物粉体は厚さ15mm、幅0.4m、長さ1.2mに容積が約2倍に発泡し、板状の長尺無機系発泡体を形成している。
該発泡体の製造方法はメッシュベルト上に粉体を積載する方式であるので、比重の異なる層の一体化が可能であり、このような方法で形成された板状の長尺発泡体は、低比重発泡体層と高比重発泡体層が一体となっている。この一体化発泡体の低比重発泡体層を上にし、高比重発泡体層を下にして湖底などに設置、固定することが可能になっている。湖底において水流が当たり易くなるので、水中の有機物の分解など水質浄化を効率良く行うことができるようになると共に、金属イオンの溶出による漁礁が形成され、藻が付着して生物膜が生息し易くなっている。
最初に、配合量の最も多いガラス発泡体組成物であるガラス質材粉について説明する。ガラス質材粉は窓用板ガラス、コップ、ビンなどを原料とし、クラッシャーに掛けて粉砕し、粒子径を1〜1000μmの粉体、粒体とした。ガラス質材粉は、鹿沼土粉等や発泡材粉より先に800℃位の低い温度でその表面が軟化溶融する。次の段階で、やや高温の900℃に加熱すると鹿沼土粉等と発泡材粉に溶融ガラスが付着し、更に1000℃へ高温に加熱すると、溶融ガラスに包まれた発泡材粉から二酸化炭素ガスが発生し、鹿沼土粉等を撹拌・混合させながら溶融ガラスを膨らます。このとき、元の容積に比べて1.5倍以上に膨張させることができる。最終的に更に高温の1100℃に加熱すると、該発生ガスにより溶融ガラスの中の気泡が破裂し、ガスが溶融物の表面から噴出す。この噴出したガスの通路が固まってできたのが通気孔となる。
ガラス質材の粒子径を1〜1000μmに制御したことが鹿沼土粉等や発泡材粉の機能を生かし、配合を有効にしている。1μm未満の粒子径では加熱溶融して鹿沼土粉等粉体間の隙間を埋める程度で、鹿沼土粉等の表面を被覆するまでに至らない。また、1000μm超の粒子径では加熱時鹿沼土粉等の隙間が大きいため溶融して結合しがたく機械的強度が低下する。
該鹿沼土粉等の表面はガラス質材の粘性によって被覆され、炉内温度が1000〜1100℃に達すると、該鹿沼土粉等は次第に溶融を開始すると共に、該溶融ガラス質材中の気泡は破裂し、二酸化炭素ガスがその表面から噴出して通気孔となる。この通気孔は、溶融した鹿沼土粉等と結合し、鹿沼土粉等はガラスを介して通気できることになる。すなわち、ガラス質材粉と鹿沼土粉等は連続気泡を形成して一体化される。一体化により、例えば板状に形成されたガラス発泡体の上から水をかけると、板下に水が抜け落ちてしまう。
鹿沼土粉等の粒子径を1〜1000μmの粉体、粒体としたのは、連続気泡を形成して一体化する範囲である知見を得たことによる。また、鹿沼土粉等の主成分であるケイ酸アルミニウムは、1μm以下の中空形状で微細な孔を有し、電気的な結合により化学物質を吸着したり、ガス吸着が可能である。
この鹿沼土粉と赤玉土粉とは共に混合されることが必要であるが、その混合割合には限定されず、壁材のVOC吸着・分解能や、重金属吸着、色素吸着等、その用途に応じて互いの混合割合を変化させるものとする。
又、本発明の混合素材には、用途に応じて、例えば鉄、チタン等の第三成分を追加混合させることも自由である。
焼成温度が800〜900℃の段階において、ガラス質材粉は溶融すると共に、発泡材粉は熱分解して二酸化炭素を発生させる。この二酸化炭素は、該溶融ガラス質材と鹿沼土粉等の撹拌・混合を行い、該溶融ガラス質材中に連続気泡を形成し始める。
次工程の焼成温度が900〜1100℃の炉中では、鹿沼土粉等は溶融したガラス質材に覆われ、ガラス質材の溶融熱が鹿沼土粉粒子の表層へ均等に伝播される。該溶融熱が1000〜1100℃に達したら、鹿沼土は軟化点に至るので、該鹿沼土粉粒子は次第に溶解して、CaO-Al2O3-SiO2系非晶質体を形成する。ここで、CaOは発泡材に由来し、Al2O3 、SiO2は鹿沼土に由来するものであり、更にSiO2はガラスにも由来するものである。
最終段階において、連続焼成炉から排出され、急冷されるので、形成された該ガラス発泡体は連続気泡を維持しつつ、非常に脆い非晶質粉粒体となる。粉砕し易く、配合剤として利用し易い。
形成された非晶質粉粒体は、連続気泡を有し、且つ1粉粒体の表面積が大きいので、気体等の吸着は表層から内部に至るまで広範囲において可能となる。更に、形成された非晶質粉粒体は、1粉粒体表面および内部に金属イオンを通すのに都合の良い隙間が多く、イオン伝導を内在する。その結果、特にCaO-Al2O3-SiO2系は、PO4 2-、NH4 +、Ni2+、その他重金属イオンの複合吸着を行い、Ca2+とNi2+のイオン交換を可能にし、Cr6+をCr3+に還元機能を保持して、水中や土中の重金属イオン等を捕獲することができる。
この発明の実施例を、上記実施の形態に基づいて製作し、各種性能の確認を行った。その実施状況を図1〜図23、更に表2、表3、表4に従って説明する。
上記の形態に基づいて製作したガラス発泡体は、用途に応じた配合で発泡させ、所定の粒子径に粉砕した。表2は、本実施例のガラス発泡体に係わる配合を示し、混合加熱発泡して粉砕し、粉体として採取した。次に、該粉状ガラス発泡体を採取し、12mm厚さのプラスターボードに2〜3mm厚さのガラス発泡体配合材を塗布した。その配合を表3に示す。
上記の実施例に基づいて製作したガラスチャンバー内に、本壁材を入れ、VOCの代表としてホルムアルデヒド30%溶液を1.6ppm(vol)添加して吸着試験を行った。その結果を図1および図2に示す。図によれば、この素材で1時間後に濃度は0.2ppm(vol)に減少し、除去率は89%に達した。
上記のガラスチャンバー内に上記壁材を入れ、アンモニアを30ppm(vol)添加して吸着試験を行った。その結果を図3および図4に示す。図によれば、この素材で1時間後に濃度は0.5ppm(vol)に減少し、除去率は85%に達した。
同様に、上記のガラスチャンバー内に上記壁材を入れ、窒素酸化物を3.4ppm(vol)添加して吸着試験を行った。その結果を図5および図6に示す。図によれば、この素材で1時間後に濃度は0.2ppm(vol)に減少し、除去率は96%に達した。
上記の形態に基づいて製作した、もう一つのガラス発泡体配合を形成した。表4は、本実施例の粉状ガラス発泡体を製造するための配合を示し、混合加熱発泡して粉砕し、所定の粒子径を得た。次に、該粉状ガラス発泡体を採取し、板状、球状、粒状などのガラス発泡体を製作した。
上記の形態に基づき、ヒ素濃度10ppm水溶液に粒状ガラス発泡体を投入し、吸着試験を行った。その結果を図7および図8に示す。図によれば、この素材で1日後に濃度は1ppm(vol)以下に減少し、除去率は95%に達した。
上記の形態に基づき、リン酸イオン濃度100ppm水溶液に板状ガラス発泡体を投入し、凝集吸着試験を行った。その結果を図9および図10に示す。図によれば、この素材で6時間後に濃度は4.9ppm(vol)に減少し、除去率は95.1%に達した。
上記の形態に基づき、カドミウム濃度100ppm水溶液に板状ガラス発泡体を投入し、凝集吸着試験を行った。その結果を図11および図12に示す。図によれば、この素材で6時間後に濃度は1.3ppm(vol)に減少し、除去率は98.7%に達した。
上記の形態に基づき、ニッケル濃度100ppm水溶液に板状ガラス発泡体を投入し、凝集吸着試験を行った。その結果を図13および図14に示す。図によれば、この素材で6時間後の濃度は残渣程度となり、ほぼ全濃度を吸着した。
上記の形態に基づき、クロム濃度100ppm水溶液に板状ガラス発泡体を投入し、凝集吸着試験を行った。その結果を図15および図16に示す。図によれば、この素材で6時間後に濃度は86.5ppm(vol)に減少し、除去率は13.5%であった。
上記の形態に基づき、銅濃度100ppm水溶液に板状ガラス発泡体を投入し、凝集吸着試験を行った。その結果を図17および図18に示す。図によれば、この素材で6時間後の濃度は残渣程度となり、ほぼ全濃度を吸着した。
上記の形態に基づき、フッ素濃度100ppm水溶液に粒状ガラス発泡体を投入し、吸着試験を行った。その結果を図19に示す。図によれば、6時間後の除去率は、粒子の大きい素材で40.1%、粒子の小さい素材で46%であった。粒子の小さい素材の方がその表面積が大きいことから、吸着力が大きいことを示している。
上記の形態に基づき、ホウ素濃度100ppm水溶液に粒状ガラス発泡体を投入し、吸着試験を行った。その結果を図20に示す。図によれば、6時間後の除去率は、粒子の大きい素材で22.5%、粒子の小さい素材で28%であった。
上記の形態に基づき、鉛濃度100ppm水溶液に粒状ガラス発泡体を投入し、吸着試験を行った。その結果を図21に示す。図によれば、6時間後の除去率は、粒子の大きい素材で92%、粒子の小さい素材で99%であった。
上記の形態に基づき、亜鉛濃度100ppm水溶液に粒状ガラス発泡体を投入し、吸着試験を行った。その結果を図22に示す。図によれば、6時間後の除去率は、粒子の大きい素材で78%、粒子の小さい素材で88%であった。
上記の形態に基づき、色素濃度1000ppm水溶液を水道水100mlに1ml添加し、1gずつの板状および粒状ガラス発泡体を投入して、色素吸着試験を行った。色素が該水道水に吸着され、透明になると随時追加して、吸着不能になるまで継続した。その結果を図23に示す。図によれば、板状ガラス発泡体1gは7〜10mlの色素を吸着し、粒状ガラス発泡体1gは9〜13mlの色素を吸着した。なお、色素にはクリスタルバイオレットおよびメチレンブルーを使用した。
Claims (4)
- ガラス質材粉100重量部、鹿沼土粉および赤玉土粉50〜80重量部、および発泡材粉10〜20重量部を採取混合して、800〜1100℃の炉中で焼成発泡させた後、粉体、粒体とすることを特徴とするガラス発泡体。
- ガラス質材粉を窓用板ガラス、コップ、ビンなどとし、その粒子径を1〜1000μmの粉体、粒体とすることを特徴とする請求項1記載のガラス発泡体。
- 鹿沼土粉、赤玉土粉の粒子径を1〜1000μmの粉体、粒体とすることを特徴とする請求項1記載のガラス発泡体。
- 発泡材粉をあこや貝殻、ほたて貝殻、牡蠣殻など貝殻由来の炭酸カルシウム粉体とし、その粒子径を1〜1000μmの粉体、粒体とすることを特徴とする請求項1記載のガラス発泡体。
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