JP2007070172A - 活性炭固化体及び固化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細気孔を持つ、優れた多孔質である活性炭の成形、固化体を得る。
【解決手段】活性炭と、カルシウム成分、シリカ成分からなり、活性炭が１０重量％以上５０重量％以下とシリカ成分が２０重量％以上６０重量％以下、カルシウム成分が２０重量％以上６０重量％以下からなる組成物を、水とを混練して、型に入れて成形し、室内または恒温加湿槽に数時間以上、加湿状態で保管し（予備硬化）、離型できる程度に固まったら、型から外し、例えば、１８０℃、１０気圧の条件で水熱合成する（オートクレーブ硬化）ことによって、活性炭の特性が損なわれることなく十分な強度が有する固化体が得る。

Description

本発明は、活性炭の固化体に関するものである。活性炭は微細な気孔を持ち、粉体の性状で、気体の脱臭、水の浄化、調湿材や有害成分の吸収材、ろ過材として広く利用されている。このような活性炭の微細気孔を潰すことなく固化し、建材、化学工業部材、生活部材などとしてより広い有効利用しようとするものである。

活性炭は、これまで粉体または錠剤または布として利用されているが、固化する方法としては、以下のような情報がある。特許公開２００5−１３９８４１では廃瓦砕片と無機凝結硬化材と無機塩類とを混合して水で練り合わせ、これを所定形状に成形し、又は内装基材上に塗りつけた後、養生硬化させることにより、固化体を得るものである。特許公開２００５-８４４６では単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、非晶質カーボンナノチューブと、活性炭またはカーボンナノチューブと混合された有機化合物を熱分解して生成した非晶質炭素を結合材として加圧焼結することにより固化体を得る。特許公開２００３-１４４８２１では活性炭とミネラル徐放性粒子とをバインダーを用いて円筒状に成形してなる。特許公開２００２−３５５５１５では活性炭とともに短繊維を高分子量多孔質ポリマーからなる結合材で固化体を得る。特許公開平５−３４５７０３では難溶性リン酸塩、難溶性リン酸複塩に、銀又、銅を混合した結晶粉体と、微粉末状活性炭とを混合して、これに有機系粘結剤を加えて成型し固化して抗菌性活性炭を得る。このように、活性炭の固化については、いろいろな方法が試行されているが、活性炭に対して配合量が多く、あるいは、有機物を使用していること、あるいは焼成により焼結しているため、活性炭の持つ微細な気孔を塞ぎ、本来の機能を十分に発揮できなくなるものであった。

この改善策として、本発明では、活性炭が１０重量％以上５０重量％以下とシリカ成分が２０重量％以上６０重量％以下、カルシウム成分が２０重量％以上６０重量％以下からなる配合物に、水を加え、混練後、成形し、十分な加湿をしながら予備硬化を行ない、その後、温水またはオートクレーブで本硬化することによって、シリカ成分とカルシウム成分が水和反応して、活性炭の持つ微細な気孔の大部分を保持しながら、固化体の作成を可能なものとする。
特許公開２００５−１３９８４１号 特許公開２００３−１４４８２１号 特許公開２００２−３５５５１５号 特許公開平５−３４５７０３号

本発明によれば、活性炭の優れた微細構造を破壊することなく、成形した固化体を得るものである。

本発明の方法によれば、活性炭にカルシウム成分、シリカ成分と水を配合し、混練し、型に入れて成形後、予備硬化し、離型して、温水あるいはオートクレーブによる水熱合成を行なうことによって、活性炭の優れた特性を減少することなく、短時間に固化体を得るものである。すなわち、活性炭に生石灰、消石灰、ポルトランドセメント、貝殻粉末の焼成物などのカルシウム成分と珪石粉末、シリカゲル、石炭灰などのシリカ成分と水とを混練して、型に入れて成形し、室内または恒温加湿槽に数時間以上、加湿状態で保管し（予備硬化）、離型できる程度に固まったら、型から外し、例えば、６０℃の湯中（湯中養生）で、あるいは、１８０℃、１０気圧のオートクレーブで（オートクレーブ硬化）水熱合成すると、活性炭の特性が損なわれることなく十分な強度が有する固化体が得られる。

本発明の効果は、活性炭を主成分とし、シリカ成分、カルシウム成分と水分を加え混練後、成形し予備硬化を行ない、その後離型し、加熱加湿養生あるいはオートクレーブ硬化をすることによって、活性炭の微細な気孔を保持する調湿性、有害ガス吸着性、ろ過性などに優れた多孔質固化体を得ることである。オートクレーブ処理することによって、短時間に耐久性に優れた多孔質固化体が得られる。

カルシウム成分としては、生石灰、消石灰、ポルトランドセメント、貝殻粉末の焼成物が使用できる。生石灰は石灰石の粉末を焼成したもので、消石灰は生石灰を水と反応させたものであるが、いずれも天然原料を使用しており、安価で供給の問題はない。ポルトランドセメントも、容易に入手できる材料である。貝殻などの粉末は、国内では牡蠣、アコヤ貝、ホタテ貝、ヒトデなどの殻が埋め立てなどに廃棄されているが、粉末にして８００℃以上の温度で焼成すると酸化カルシウムとなり、活性炭の固化に使用することができ、産業廃棄物の有効利用となる。

活性炭とシリカ成分とカルシウム成分を水と混合して、所定の形状に成形後、１昼夜程度経過後、離型し、オートクレーブ処理すると、シリカ成分とカルシウムが反応して、固化物が生成する。固化後、一定以上活性炭結晶が残留し、必要な強度と良好な調湿性、有害ガス吸着、触媒機能などの特性を発現するためには、１０重量％以上の活性炭が必要であり、活性炭が多いと強度を発現するカルシウム成分とシリカ成分が少なくなり、十分な強度が得られないために５０重量％以下とした。

シリカ成分とカルシウム成分を各々２０重量％から６０重量％とした理由は、２０重量％未満の場合は、固化体の強度が十分得られず、６０重量％以下としたのは、６０重量％を越えると活性炭の配合割合が相対的に減少し、調湿性、有害ガス吸着性が相対的に低下するためである。固化するためには、シリカ成分とカルシウム成分が必要であり、シリカ成分／カルシウム成分は１／２から２／１の範囲が強度発現のためには適切である。

多孔質固化物内に金網や鉄筋などを入れて硬化して固化体の強度を増加することができ、破損した場合にも、破片が飛散しない効果が期待できる。あるいは、周囲に金属や木材の枠を設けることによって、固化体の強度を増加することによって、取扱いを簡素化できる。

活性炭固化体は、黒色をしているが、建材として利用する場合には、表面に白色その他異なる色の層を儲け装飾性を高めることができる。表面層は、炭酸カルシウム、白色の珪石粉末とカルシウム成分とを本体の活性炭多孔質体と同じ程度の収縮率に調節し、必要に応じて着色して２層に成形し、硬化して作成することができる。

シリカ成分としては、珪石粉末、シリカゲル、石炭灰などが利用できる。石炭灰は石炭火力発電所から多量に排出され、一部埋め立て処分されており、廃棄物が有効利用されることは自然環境維持のためにも有益である。

活性炭４００ｇ(４０重量％)に水８００ｇを加え、よく馴染ませた混合物を作成し、これに、石炭灰３００ｇ(３０重量％)と生石灰粉末３００ｇ(３０重量％)を加え、混合しペースト状とした。これを縦５０ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ２０ｍｍの平板の型に流し込みバイブレーターで脱気して、表面から水分が乾燥しないように湿った布で覆い３０℃の恒温槽で予備硬化した。同じく、直径４０ｍｍ、厚さ４０ｍｍの円柱形の型に入れて、予備硬化を行なった。これを本発明の試料Ｎｏ．１とした。活性炭原料は日本エンバイロケミカルズ株式会社製白鷺Ｃを、生石灰は矢橋工業株式会社製工業原料を使用した。

比較として、市販のポルトランドセメント７００ｇとセメント骨材用珪砂３００ｇに水２５０ｇ入れてよく混合し、ペーストとした。これを、平板の型５０×１００×２０ｍｍと直径４０ｍｍ、厚さ４０ｍｍの円柱型に流し込み、バイブレーターで脱気後、３０℃の恒温槽で一晩予備硬化を行なった。これを比較試料Ｎｏ．２とした。

いずれの資料も、一晩の予備硬化で固化したので、型から外し、20ｍｍ厚さの試料から、４０×４０×２０ｍｍの試料、円柱型試料から直径４０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの円柱型試料を切り出した。一つは６０℃の温水で1日養生を行ない、一つは１８０℃、１０気圧を１時間保持するオートクレーブ養生を行なった。JIS法に基づき、吸水率、嵩密度の測定と８０％相対湿度における吸湿率を測定し、円柱の試料で圧縮強度を測定し、表１に示した。

これらの結果のように、本発明の方法によれば、吸水率が十分大きく、圧縮強度に優れた固化体を得ることができる。予備硬化のみの場合、圧縮強度は小さいが、壁などに塗布して、調湿材料として使用することが可能である。本硬化したものは、ブロック、パネルなどに成形して、建材などの調湿材として、あるいは化学工業におけるフィルターの利用が可能である。

実施例１と同じ活性炭と生石灰（矢橋工業株式会社）、消石灰（同）、市販のポルトランドセメントを使用し、シリカ成分として珪石粉末、シリカゲル、石炭灰を使用し、実施例１と同じに活性炭を予め水と混練し、これにカルシウム成分とシリカ成分と水の所定量を加えペースト状とし、４０×４０×２０ｍｍのパイプに注入し、３０℃の恒湿加熱槽で予備硬化をして、型から取り外し、暑さ３０ｍｍの円柱と厚さ約１０ｍｍの円盤を切り出した。これらの試料を表２の各温度と圧力の条件で1時間保持する条件で水熱合成を行なった。これらの試料を各々No.３，４，５とした。これらの試料の吸水率、８０％相対湿度における吸湿率を測定し、配合割合とこれらの測定結果を表２に示した。

これらの結果から、活性炭に対してカルシウム成分の種類と配合量を変化した試料で、高い吸水率と吸湿率が得られ、圧縮強度は硬化温度と圧力が高い方が大きい値が得られた。

本発明によれば、活性炭の微細組織を壊さずに固化することが可能であり、活性炭の特長である調湿性、脱臭性、ろ過機能を損なうことなく固化することを可能とした。これまで、活性炭は粒状、あるいは粉体で利用していたが、本発明により任意の形状に成形することが可能になった。

さらに、これらの固化体に、抗菌成分、光触媒成分を練り込みあるいはコーティングすると、内装材、外装材、家庭用部材のカビ抑制、汚れ防止、空気洗浄などの効果が期待できる。本発明のこれらの方法によって、活性炭の化学工業、建築分野、生活部材への有効利用の方法はさらに広がり、産業上に貢献するところは大きい。

Claims (4)

1. 活性炭と、カルシウム成分、シリカ成分からなり、活性炭が１０重量％から５０重量％とシリカ成分が２０重量％以上６０重量％以下、カルシウム成分が２０重量％から６０重量％からなる、活性炭の微細な気孔を保持していることを特徴とする多孔質固化体。
2. カルシウム成分が生石灰、消石灰、ポルトランドセメント及び貝殻、珊瑚、ヒトデの焼成物の１種以上である請求項１の多孔質固化体。
3. シリカ成分が珪石の粉末、シリカゲル、石炭灰の１種以上である請求項１の多孔質固化体。
4. 活性炭とカルシウム成分とシリカ成分に水を配合し、混練後、成形し、十分な加湿をしながら予備硬化を行ない、その後、オートクレーブで本硬化する請求項１の多孔質固化体の製法。