JP2008081332A - 炭化物の製造方法及び炭化物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 コーンコブCを所定の粒状に細分化してコーンコブCの粒状物を生成する細分化工程(1)と、細分化工程で細分化された粒状物を大きさの範囲が夫々異なる粒状物の複数の集団S1,S2,S3に分別する分別工程(2)と、分別工程で分別された複数の集団S1,S2,S3のうち少なくとも何れか1つの集団S1,S2,S3の粒状物を該粒状物の形状を可及的に保持しながら1000℃以下の温度で焼成して炭化する炭化工程(3)とを備えた。
【選択図】 図1
Description
この炭化物は、きのこの廃培地にコーンコブを配合し、この廃培地を回転乾燥機中で回転させながら、90〜95℃の温度で約2時間乾燥し、更に、常温で約8時間自然乾燥し、含水率を約20%にする。この乾燥した廃培地を窯内に入れ、空気量を制限しつつ350〜450℃で炭化を開始し、700〜800℃に達したときに加熱を止め常温まで冷却し、粒状の炭化物を得る。その後、この炭化物に澱粉のりを10重量%加え均一に混合し、型に入れ、常温で約3日間自然乾燥し、約30cm3 の立方体状にする。
また、きのこの廃培地にコーンコブを配合して焼成しているので、その粒状物の大きさが一定範囲になく、それだけ、用途が燃料や比較的硬質の建築資材やフィルターなどの狭い範囲に限定され、吸着材などへの活用が図りにくくなっており、汎用性に劣るという問題もあった。
(1)1000℃以下で焼成する黒炭技術だけでは吸着能を高める比表面積が十分確保できない。
(2)「黒炭」の表面は負の官能基を有しているため、陽性イオンの吸着には有利であるが、陰イオン性の吸着剤としては適さない。
(3)仮に「活性炭」のような機能を持たせる「木炭」を製造しようとすると、炭化温度1000℃以上に高め、なおかつ比表面積を多くするための賦活(ふかつ)処理をしなければならず、そのためには工業用焼成炉などの高度な設備を準備する必要がある。
そのため、従来の製炭技術だけで対応しようとしても経済的にはあわない。このように、従来の黒炭を上回る吸着特性を有し、かつ「活性炭」と同等の機能を有する新たな黒炭を作ることは容易ではない。本発明に係る炭化物においては、これらの問題点を解決できるのである。
後述の試験結果から、炭化温度500℃から700℃に上がるにつれて炭化物のグラファイト化のピークが大きくなっているのに対し、800℃から1000℃の炭化温度で得られた炭化物にはそのピークは見られない。コーンコブの炭化物の場合は低温で炭化してもグラファイト化を示すピークが明確にでており、この範囲で有効になる。
また、必要に応じ、上記中粒集団の粒状物を炭化した炭化物であって、家畜の敷床に混合される構成としている。
更に、必要に応じ、上記小粒集団の粒状物を炭化した炭化物であって、茸の菌床に混合される構成としている。
更にまた、必要に応じ、上記小粒集団の粒状物を炭化した炭化物であって、ガス吸着剤として木粉等に混合される構成としている。
図1及び図2に示すように、本発明の実施の形態に係る炭化物の製造方法は、コーンコブCを焼成して炭化した炭化物を製造する炭化物の製造方法であって、細分化工程(1)と、分別工程(2)と、炭化工程(3)とを備えて構成されている。以下、各工程について説明する。
図1に示すように、コーンコブCを所定の粒状に細分化してコーンコブCの粒状物を生成する。コーンコブCは、とうもろこしの実を機械で取り除いた芯であり、このコーンコブCはサイロ等で一次保管されている。また、用いるコーンコブCは、予め乾燥されており、例えば、含水率Qが約8質量%になっている。含水率Qは、6質量%≦Q≦10質量%が望ましい。
細分化は、周知の破砕機を用いて、粒状物の最大幅Dが、D≦50mmになるように細分化する。
細分化工程で細分化された粒状物を大きさの範囲が夫々異なる粒状物の複数の集団に分別する。例えば、周知の篩を用いて、粒状物の最大幅Dが、D>12mmの大粒集団S1,12≦D≦5の中粒集団S2,D<5mmの小粒集団S3の三種類に分別する。
分別工程で分別された複数の集団のうち少なくとも何れか1つの集団の粒状物を粒状物の形状を可及的に保持しながら1000℃以下の温度で焼成して炭化して本発明の実施の形態に係る炭化物Tを得る。実施の形態では、大粒集団S1,中粒集団S2,小粒集団S3の三種類の集団について、それぞれを分別して炭化処理を行なう。炭化工程では、炭化温度を500℃〜900℃にしているが、望ましくは、600℃以上700℃未満にしている。
その他、各炭化物Tにおいて、畜舎内のガス吸着剤として用いるために、単独あるいは木酢液と混合したり、木粉や他の活性炭などと混ぜ合わせて、アンモニア臭を除去する使用方法も有用である。また、飼料中に混合することも有用である。
次に、実験例について示す。コーンコブCを炭化しその物理特性を検証することにより、コーンコブCからの炭化物Tの有効性について検討を加える。
1−1.実験材料
中国産輸入コーンコブCを使用した。含水率Qは、Q=8質量%であった。
コーンコブCそのもの、あるいはコーンコブCを構成するチャフ、髄、木質部を電気炉(株式会社デンケン製卓上真空ガス置換炉KDF75型)に入れて炭化を行った。炭化は窒素気流中(1.5dm3/min)で行い、昇温速度400℃/hで炭化反応温度まで上昇させ、炭化温度到達後その温度を30min保持し、その後自然放冷した。炭化温度条件は500、600、700、800、900、1000℃である。実験例では、炭化物Tは粉末状とした。
1)比表面積
迅速表面積測定装置(柴田科学器械工業株式会社製SA-1100型)を用い、窒素吸着のBET一点法により比表面積を求めた。
結果を図5に示す。この結果から、通常のナラ、スギを炭化したものと比較してコーンコブCから得られた炭化物Tの比表面積は、非常に高い値を示し、特に700℃以上の炭化条件では大きな差が見られた。すなわち800℃の炭化温度で比較すると、コーンコブCの炭化物Tが約5倍の比表面積をとった。このことから、コーンコブCの炭化物Tは1000℃以下の炭化温度においても、通常の黒炭よりも数倍高い比表面積をとり得ることが分かった。比表面積が大きいことは、すなわち物質の吸着サイトが多くあることであり、吸着能が高いことが予想される。
木炭の結晶性は粉末X線回折装置(理学電気株式会社製RINT2200型)においてCuKα線を用いグラファイト部分のピークを求めて評価した。
結果を図6に示す。炭化温度500℃から700℃に上がるにつれて炭化物Tのグラファイト化のピークが大きくなっているのに対し、800℃から1000℃の炭化温度で得られた炭化物Tにはそのピークは見られない(図3中の▼)。
通常の黒炭の場合、高温で炭化したものほど結晶性が高くなり、わずかではあるがグラファイト化の傾向が伺える。しかしコーンコブCの炭化物Tの場合は低温で炭化してもグラファイト化を示すピークが明確にでていることから、従来の炭化工程は異なった炭化が生じているものと考えられる。このことは、コーンコブCの炭化物Tの大きな特徴である。
得られた木炭を100メッシュ以下に粉砕し、105℃、24h乾燥した後、染料吸着実験を以下の方法で行った。染料は、図7(a)に示す陽イオン性染料のメチレンブルーと、図7(b)に示す陰イオン性染料のオレンジIIの二種類の染料を用いた。染料の吸着実験は初濃度200μmol/dm3のメチレンブルー水溶液またはオレンジII水溶液25cm3を入れた100cm3三角フラスコに粉体状の木炭試料を添加し、軽く振とうした後24h、常温で静置して行った。静置後、溶液を2,000rpmで20min遠心分離し、液相中の染料濃度を吸光光度計(株式会社日立製作所製U-2000型ダブルビーム分光光度計)で定量し、染料の吸着量を次式により算出した。
各種条件で得られた炭化物Tを絶乾状態から湿度65%、温度25℃の恒温恒湿室に設置し、経時的な重量変化から吸湿特性を求めた。
結果を図10に示す。いずれの炭化温度においても、コーンコブCの炭化物Tはスギ木炭に比べて高い吸湿量を示している。このことから、コーンコブCから得られた炭化物Tにはより高い吸湿特性があることが分かった。
以上の実験から以下のことが言える。
1)コーンコブCの炭化物Tは黒炭と比較して非常に大きな比表面積を持つ傾向にある。
2)コーンコブCからは800℃以下の低温炭化条件でも結晶性の高い炭化物Tが得られることから、広範囲な炭化温度条件において、吸着性能の高い木炭を得ることができる。
3)吸湿性能が他の黒炭と比較して非常に高い傾向にある。
T 炭化物
(1)細分化工程
(2)分別工程
(3)炭化工程
S1 大粒集団
S2 中粒集団
S3 小粒集団
1 炭化炉
2 加熱板
3 着火皿
4 枠体
Claims (14)
- コーンコブを焼成して炭化した炭化物を製造する炭化物の製造方法において、
コーンコブを所定の粒状に細分化してコーンコブの粒状物を生成する細分化工程と、該細分化工程で細分化された粒状物を大きさの範囲が夫々異なる粒状物の複数の集団に分別する分別工程と、該分別工程で分別された複数の集団のうち少なくとも何れか1つの集団の粒状物を該粒状物の形状を可及的に保持しながら1000℃以下の温度で焼成して炭化する炭化工程とを備えたことを特徴とする炭化物の製造方法。 - 上記細分化工程で、粒状物の最大幅Dが、D≦50mmになるように細分化することを特徴とする請求項1記載の炭化物の製造方法。
- 上記分別工程で、粒状物の最大幅Dが、D>12mmの大粒集団,12≦D≦5の中粒集団,D<5mmの小粒集団に分別することを特徴とする請求項2記載の炭化物の製造方法。
- 上記炭化工程で、炭化温度を500℃〜900℃にしたことを特徴とする請求項1乃至3何れかに記載の炭化物の製造方法。
- 上記炭化工程で、炭化温度を600℃以上700℃未満にしたことを特徴とする請求項1乃至3何れかに記載の炭化物の製造方法。
- コーンコブを焼成して炭化した炭化物において、
コーンコブを所定の粒状に細分化した粒状物を該粒状物の形状を可及的に保持しながら1000℃以下の温度で焼成して炭化したことを特徴とする炭化物。 - 上記炭化温度を500℃〜900℃にしたことを特徴とする請求項6記載の炭化物。
- 上記炭化温度を600℃以上700℃未満にしたことを特徴とする請求項6記載の炭化物。
- 上記細分化した粒状物の最大幅Dが、D≦50mmであることを特徴とする請求項6乃至8何れかに記載の炭化物。
- 上記粒状物は、該粒状物の最大幅Dが、D>12mmの大粒集団,12≦D≦5の中粒集団,D<5mmの小粒集団の何れかの集団であることを特徴とする請求項9記載の炭化物。
- 上記大粒集団の粒状物を炭化した炭化物であって、堆肥に混合されることを特徴とする請求項10記載の炭化物。
- 上記中粒集団の粒状物を炭化した炭化物であって、家畜の敷床に混合されることを特徴とする請求項10記載の炭化物。
- 上記小粒集団の粒状物を炭化した炭化物であって、茸の菌床に混合されることを特徴とする請求項10記載の炭化物。
- 上記小粒集団の粒状物を炭化した炭化物であって、ガス吸着剤として木粉等に混合されることを特徴とする請求項10記載の炭化物。
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