JP2009227511A - Inorganic hydrothermally solidified body, method of manufacturing the same and material using hydrothermally solidified body - Google Patents

Inorganic hydrothermally solidified body, method of manufacturing the same and material using hydrothermally solidified body Download PDF

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Hideki Ishida
秀輝 石田
Shizuko Kage
鎮子 景
Hirotaka Maeda
浩孝 前田
Ryuzo Furukawa
柳蔵 古川
Hirokuni Okada
大邦 岡田
Koichi Suzuki
浩一 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a zeolite hydrothermally solidified body having high air permeability and water permeability and excellent function of deodorization and water cleaning. <P>SOLUTION: The zeolite solidified body is obtained by molding a kneaded material of zeolite powder, an active calcium source and water and subjecting the molded material to water hydrothermally solidification reaction in an autoclave. The quantity of raw material zeolite to be blended is several times to ten times of the quantity of the active calcium source and is set to have ≥0.1 mm average particle diameter. A part of the raw material zeolite and the active calcium source are reacted with each other to produce calcium silicate hydrate and the raw material zeolite and the active calcium source are solidified by the reaction to secure the strength and to form voids running in all direction. The function such as deodorization is kept because the quantity of zeolite is excessive compared to the quantity of the active calcium source and the high porosity is secured by the large particle diameter of the zeolite. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本願発明は、脱臭等の機能を有する無機水熱固化体とその製法、並びに水熱固化体を使用した物(物品)に関するものである。   The present invention relates to an inorganic hydrothermal solidified body having a function such as deodorization, a production method thereof, and an article (article) using the hydrothermal solidified body.

脱臭材や調湿材の材料としてゼオライトが古くから注目されている。ゼオライトは自然界に大量に存在しており、鉱山は日本各地に点在している。このゼオライトの結晶(或いは粒子)は表面及び内部に微細気孔(ミクロ穴)が無数に空いており、臭いの素となる有機分子がこの微細気孔に補集されることで脱臭機能が発揮される。   Zeolite has been attracting attention for a long time as a material for deodorizing materials and humidity control materials. Zeolite is abundant in nature and mines are scattered throughout Japan. The zeolite crystals (or particles) have numerous fine pores (micropores) on the surface and inside, and organic molecules that become the source of odor are collected in these fine pores to exert a deodorizing function. .

ゼオライトの材料は一般に粉末の状態になっており、脱臭等の何らかの用途に使用する場合は板状等の形状に保持されていないと取り扱いが困難である。従って、板状やブロック状のような形態に保形(固化)する必要がある。この保形・固化手段の一つとしては、ゼオライトの粉体に有機バインダーを混ぜて成形するという方法もあるが、この方法は、高温環境下では使用できない問題や、例えば熱風に晒して補集異物を除去して再利用することができないという問題、或いは、バインダーによって空隙が詰まるため脱臭等の性能が著しく低くなるという問題がある。   The material of zeolite is generally in a powder state, and when used for some purpose such as deodorization, it is difficult to handle unless it is kept in a plate shape or the like. Therefore, it is necessary to retain (solidify) the plate shape or block shape. As one of the shape-retaining and solidifying means, there is a method in which an organic binder is mixed with zeolite powder, and this method cannot be used in a high-temperature environment, for example, it is collected by exposure to hot air. There is a problem that the foreign matter cannot be removed and reused, or a void is clogged by the binder, and thus the performance such as deodorization is remarkably lowered.

他方、無機質粉体の固化技術としては古くから水和硬化があり、そこで特許文献1,2には、ゼオライトに石膏と水とを添加して水和硬化させて固化し、これを脱臭材に使用することが記載されている。   On the other hand, as a solidification technology for inorganic powders, there has been hydration hardening for a long time. Therefore, in Patent Documents 1 and 2, gypsum and water are added to zeolite to be hydrated and hardened, and this is used as a deodorizing material. The use is described.

また、無機質の粉体の固化技術として水熱固化法があり、この水熱固化法は高い強度を得ることができる利点がある。ゼオライトは大量のSiO2 を含有していて水熱固化反応は可能であり、そこで、特許文献3には、ゼオライトを粒径30μm以下の微粉化することで水熱固化反応性を高めると共に、水熱固化してもゼオライトの未反応成分が残るように固化助剤に対してゼオライトを過剰に配合することで調湿性を確保することが記載されている。
特開2003−259984号公報 特開2003−259986号公報 特許第2727287号公報
In addition, there is a hydrothermal solidification method as a solidification technique for inorganic powder, and this hydrothermal solidification method has an advantage that high strength can be obtained. Zeolite contains a large amount of SiO 2, and hydrothermal solidification reaction is possible. Therefore, in Patent Document 3, hydrothermal solidification reactivity is enhanced by pulverizing zeolite with a particle size of 30 μm or less, It is described that humidity control is ensured by adding an excessive amount of zeolite to the solidification aid so that unreacted components of the zeolite remain even after heat solidification.
JP 2003-259984 A JP 2003-259986 A Japanese Patent No. 2727287

特許文献1,2は石膏をバインダーとしてゼオライトを固化したものであるが、ゼオライトの配合割合を高くすることができないのみならず、高い強度を確保できない問題や、臭い付きの空気は脱臭用の固化体材の表面に接触するに過ぎないため脱臭性能には自ずから限度があるという問題があり、ゼオライトの機能を十分に引き出しているとは言い難い。   Patent Documents 1 and 2 are solidified zeolite using gypsum as a binder, but not only the blending ratio of zeolite cannot be increased, but also the problem that high strength cannot be ensured, and odorous air is solidified for deodorization. Since it only touches the surface of the body material, there is a problem that the deodorizing performance naturally has a limit, and it is difficult to say that the function of zeolite is sufficiently extracted.

また、空気との接触面積を大きくする方法として例えばハニカム構造体とすることも成されているが、この場合も空気が接触すると表面に存在するゼオライト粒子に過ぎず、内部に存在している大部分のゼオライトは脱臭等の機能を発揮することなく死蔵されている状態であるため、ゼオライトの価値が発揮されているとは言い難い。   In addition, as a method of increasing the contact area with air, for example, a honeycomb structure is also formed. In this case, too, when air comes into contact, it is only zeolite particles present on the surface, and a large amount existing inside. Part of the zeolite is in a state of being stored without exhibiting a function such as deodorization, so it is difficult to say that the value of the zeolite is exhibited.

他方、特許文献3に記載されている水熱固化体は強度に優れている利点があり、ゼオライト資源を有効活用するための方向性を示していると言える。しかし、ゼオライトの機能を最大限に発揮させて商品価値を高める上でまだ改善の余地があると言える。   On the other hand, the hydrothermal solidified body described in Patent Document 3 has an advantage of excellent strength, and it can be said that the hydrothermal solidified body shows a direction for effectively utilizing zeolite resources. However, it can be said that there is still room for improvement in order to maximize the function of zeolite and increase its commercial value.

更に述べると、ゼオライト質水熱固化体の商品価値を高めるには、水熱固化体の内部に存在するゼオライト粒子を脱臭等に機能させることが必要であるが、特許文献3は高い強度を得ることを主眼にしているため緻密な構造になっていると推測され、すると、水熱固化体の内部を構成している大多数のゼオライト粒子は、その機能を発揮することなく死蔵されたままになっていると推測されるのである。   Furthermore, in order to increase the commercial value of the zeolitic hydrothermal solidified body, it is necessary to make the zeolite particles present in the hydrothermal solidified body function for deodorization and the like, but Patent Document 3 obtains high strength. It is speculated that it has a dense structure because it focuses on the fact that the majority of the zeolite particles that make up the hydrothermal solidified body remain stored without performing its function. It is presumed that

本願発明は、このような現状を契機として成されたものであり、水熱固化反応を利用してゼオライト等の粉体を固化する点は特許文献3と軌を一にしつつ、新規な構造を実現することで水熱固化体の商品価値をより一層高めることを課題とするものである。   The present invention has been made on the basis of such a current situation, and the point of solidifying a powder such as zeolite using a hydrothermal solidification reaction is consistent with Patent Document 3 and realizes a novel structure. Therefore, it is an object to further increase the commercial value of the hydrothermal solidified body.

本願発明は、物としての水熱固化体、その製法、水熱固化体の用途物品とを含んでいる。請求項1の発明は無機水熱固化体に係るものであり、この発明は、多数の微細気孔を有するSi含有無機素材を主成分とした粉体又は粒体に活性カルシウム源又は活性マグネシウム源を添加して混合・成形した後水熱合成させて得られる無機質水熱固化体において、固体内部に気体が透過し得る空隙が立体的に存在する多孔質構造であることを特徴としている。   The invention of the present application includes a hydrothermal solidified body as a product, a production method thereof, and a use article of the hydrothermal solidified body. The invention of claim 1 relates to an inorganic hydrothermal solidified body, and this invention provides an active calcium source or an active magnesium source to a powder or granule mainly composed of an Si-containing inorganic material having a large number of fine pores. An inorganic hydrothermal solidified body obtained by adding, mixing, shaping, and hydrothermal synthesis is characterized by a porous structure in which voids through which gas can permeate exist three-dimensionally inside the solid.

なお、本願発明において水熱固化体の粉体又は粒体は原料の状態での態様を示すものであるが、この場合、粉体及び粒体の粒度はほぼ一定していても良いし、異なる粒度のものが混在していてもよい。また、粉体と粒体とが混合している状態も請求項1に包含される。   In the invention of the present application, the hydrothermal solid powder or granule shows an aspect of the raw material, but in this case, the particle size of the powder and granule may be substantially constant or different. The thing of a particle size may be mixed. Further, the state in which the powder and the particles are mixed is also encompassed in claim 1.

請求項2の発明は請求項1の発明の好適な例であり、この発明では、前記主成分はゼオライトであり、かつ、気孔率が30〜75%以上であることを特徴としている。   The invention of claim 2 is a preferred example of the invention of claim 1, and the invention is characterized in that the main component is zeolite and the porosity is 30 to 75% or more.

請求項3の発明は製法に係るものである。すなわち、この発明は、粉状又は粒状の原料ゼオライトに活性カルシウム源又は活性マグネシウム源と水とを添加して混合・成形した後水熱合成させて固化体と成す製法において、前記ゼオライトと活性カルシウム源又は活性マグネシウム源との配合比率がCa(Mg)/Si=0.1〜0.8、ゼオライトの平均粒径が0.01〜6mmであり、100〜200℃の飽和蒸気下で水熱固化することを特徴としている。   The invention of claim 3 relates to a manufacturing method. That is, the present invention relates to a process for adding a calcium or active magnesium source and water to a powdery or granular raw material zeolite, mixing and shaping, and then hydrothermally synthesizing to form a solidified body. The blending ratio with the source or the active magnesium source is Ca (Mg) /Si=0.1 to 0.8, the average particle size of the zeolite is 0.01 to 6 mm, and the hydrothermal reaction is performed under saturated steam at 100 to 200 ° C. It is characterized by solidification.

本願発明に係る水熱固化体は様々の用途に使用できる。例えば請求項4に記載載したように空気用フィルター又は建築材料に使用できる。或いは、請求項5に記載しように、水中に遊離しているイオン又は重金属分子を吸着する水質浄化材として使用できる。   The hydrothermal solidified material according to the present invention can be used for various applications. For example, as described in claim 4, it can be used for air filters or building materials. Alternatively, as described in claim 5, it can be used as a water purification material that adsorbs ions or heavy metal molecules that are liberated in water.

本願発明に係る水熱固化体は、主成分(機能成分)に含まれるSiと活性カルシウム源又は活性マグネシウム源との存在により、飽和蒸気の下でケイ酸カルシウム水和物が生成されているが、内部は空隙が立体的に存在する多孔質構造(ポーラス構造)であり、水熱固化体は気体が表面から裏面に通過し得るため、水熱固化体の特徴である高い強度を確保しつつ内部の全体を脱臭等の用途に供することができる。また、水熱固化体であって高温に耐えるため、使用による目詰まりの際に加熱して再生することも容易であり、このため経済的に優れている(気孔率が高いため、加熱による異物の焼失・除去も容易に行われる。)。   In the hydrothermal solidified product according to the present invention, calcium silicate hydrate is generated under saturated steam due to the presence of Si and active calcium source or active magnesium source contained in the main component (functional component). The inside has a porous structure (porous structure) in which voids exist three-dimensionally, and the hydrothermal solidified body can pass gas from the front surface to the back surface, so that the high strength characteristic of the hydrothermal solidified body is secured. The entire interior can be used for purposes such as deodorization. In addition, since it is a hydrothermal solidified body and can withstand high temperatures, it can be easily heated and regenerated in the event of clogging due to use, and is therefore economically superior (because of its high porosity, It is also easy to burn out and remove.)

既述のとおり、ゼオライトの結晶にはガスの分子を吸着する多数(無数)の微細な気孔が存在しており、この微細気孔の存在によって脱臭機能が発揮されることから、請求項2のように主成分(主原料)としてゼオライトを使用することにより、水熱固化体に高い脱臭機能を保持させることができる。その結果、請求項4ようなフィルターに使用すると、単位面積当たりの脱臭量が高くてしかも高温に晒することで再生可能な高品質のフィルターを得ることができる。   As described above, the zeolite crystal has a large number (numerous) fine pores that adsorb gas molecules, and the presence of the fine pores exerts a deodorizing function. By using zeolite as the main component (main raw material), the hydrothermal solidified body can retain a high deodorizing function. As a result, when used in a filter as claimed in claim 4, it is possible to obtain a high-quality filter that has a high deodorizing amount per unit area and can be regenerated by exposure to high temperatures.

また、ゼオライトの微細気孔(ミクロ穴)は水の分子・粒子を吸着するには小さ過ぎるが、本願発明では、ゼオライトの結晶・粒子の間に大量の空隙(メソ孔)が存在していてこの空隙に大量の水分を補集することが可能である。このため高い調湿機能を発揮することもできる。ミクロ孔とメソ穴の量及び比率は、ゼオライト及び活性カルシウム源の配合量及び配合割合、ゼオライトの粒径、成形条件、水熱反応条件(温度・圧力・時間)等の製造条件を変えることで制御することが可能であり、用途に応じた構造を得ることができる。   In addition, the fine pores (micropores) of zeolite are too small to adsorb water molecules / particles. However, in the present invention, a large amount of voids (mesopores) exist between the crystals / particles of zeolite. It is possible to collect a large amount of moisture in the gap. For this reason, a high humidity control function can also be exhibited. The amount and ratio of micropores and mesopores can be changed by changing production conditions such as the amount and ratio of zeolite and active calcium source, zeolite particle size, molding conditions, hydrothermal reaction conditions (temperature, pressure, time). It can be controlled, and a structure according to the application can be obtained.

ゼオライトを主成分とした水熱固化体の気孔率は、30〜75%とするのが好ましい。気孔率が30%より低いとガス等が内部に通りにくくなるため機能を充分に発揮し難くなり、また、気孔率が75%を超えると、単位面積当たりのゼオライトの量が過少となって脱臭等の機能が低くなったり、脆くなったりする問題が表れる。但し、流体を速い速度で通過させる必要がある場合が気孔率は75%を超えることも可能であり、また、強度の問題は補強材と組み合わせることでカバーし得る。   The porosity of the hydrothermal solidified body mainly composed of zeolite is preferably 30 to 75%. If the porosity is lower than 30%, it will be difficult for gas and the like to pass inside, and it will be difficult to fully function. If the porosity exceeds 75%, the amount of zeolite per unit area will be too small and deodorizing The problem that functions such as become low or become brittle appears. However, when it is necessary to pass the fluid at a high speed, the porosity can exceed 75%, and the strength problem can be covered by combining with a reinforcing material.

既述のとおり、特許文献3は水熱固化の反応性向上(換言すると強度アップ)に注力しており、ゼオライトの粒度は30μm(0.03mm)以上では好ましくないとしている。この点について本願発明者たちが研究したところ、ゼオライトの粒子が大きくても水熱固化体を得ることを発見した。すなわち、請求項3のように、ゼオライトの粒径が6mm程度であっても、水熱固化された多孔質体を得ることができた。   As described above, Patent Document 3 focuses on improving the reactivity of hydrothermal solidification (in other words, increasing the strength), and the particle size of zeolite is not preferable when it is 30 μm (0.03 mm) or more. The inventors of this application have studied this point, and have found that a hydrothermal solidified body can be obtained even if the zeolite particles are large. That is, as in claim 3, even if the zeolite has a particle size of about 6 mm, a hydrothermal solidified porous body could be obtained.

更に、本願発明の詳細を説明する。   Further, details of the present invention will be described.

(1).組成・配合・製法
図1はゼオライトの化学組成の一例であり、これは下記実施例で使用した宮城県愛子鉱山のものである。産地によって組成は相違するが、いずれにしてもシリカが大部分を占めており、シリカが水熱固化反応に寄与している。
(1) Composition / Formulation / Production Method FIG. 1 shows an example of the chemical composition of zeolite, which is from the Aiko Mine in Miyagi Prefecture used in the following examples. Although the composition differs depending on the production area, in any case, silica accounts for the majority, and silica contributes to the hydrothermal solidification reaction.

天然ゼオライトを使用したゼオライト固化体の製造は、図2に示すように、ゼオライト原石を採掘する、原石を砕石機で適当な大きさ(例えば砂利程度)に砕石する、更にボールミル等の粉砕機で粉状又は粒状に粉砕してから篩分けして粒度を調整する、粉砕物と固化助剤等の助剤と水とを添加して混練して不定形混練物を作る、混練物を所望の形状に成形して中間体を作る、中間体をオートクレーブに入れて飽和蒸気下で水熱固化反応を生じさせる、必要に応じて乾燥させて水分を除去する、という工程で製造される。   As shown in FIG. 2, the production of the solidified zeolite using natural zeolite is performed by mining the raw zeolite stone, crushing the raw stone into an appropriate size (for example, gravel), and further using a grinder such as a ball mill. Adjust the particle size by pulverizing into powder or granular form, adjust the particle size, add pulverized material, auxiliary agent such as solidification aid and water and knead to make an irregular shaped kneaded material. The intermediate is produced by molding into a shape, putting the intermediate in an autoclave to cause a hydrothermal solidification reaction under saturated steam, and drying as necessary to remove moisture.

原料は粉砕する前に又は粉砕した後に数百度で仮焼することも可能である。また、天然品に変えて人造ゼオライトを使用することも可能であり、更に、人造品と天然品との両方を併用することもできる。   The raw material can be calcined at several hundred degrees before pulverization or after pulverization. It is also possible to use artificial zeolite instead of natural products, and it is also possible to use both artificial products and natural products in combination.

本願発明では、原料ゼオライトは粗粒も使用できる。例えば、平均粒径は0.01〜10mm程度まで使用できる。例えば脱臭用フィルターに使用する場合は、好適な範囲は0.1〜3mmである。粒径が0.1mmよりも小さいとゼオライト固化体が緻密化し過ぎて気孔率が低くなる傾向が強くなり、逆に3mmよりも大きいと強度が低くなると共にゼオライト群の全体としての表面積が小さくなるため脱臭等の機能が低くなる傾向が強くなる。例えば、0.2〜3.0mmの範囲で粒度が異なるものをおおよそ均等に混ぜると言うように、粒度の異なるものを混在させることも可能である。原料のゼオライトの配合量は、重量比で50〜95wt%とするのが好ましい。   In the present invention, coarse particles can be used as the raw material zeolite. For example, the average particle size can be used up to about 0.01 to 10 mm. For example, when used for a filter for deodorization, a suitable range is 0.1 to 3 mm. When the particle size is smaller than 0.1 mm, the solidified zeolite becomes too dense and the porosity tends to be low. Conversely, when the particle size is larger than 3 mm, the strength is lowered and the entire surface area of the zeolite group is reduced. Therefore, the tendency for functions, such as deodorizing, to become low becomes strong. For example, it is also possible to mix things having different particle sizes so that those having different particle sizes in the range of 0.2 to 3.0 mm are mixed approximately evenly. The blending amount of the raw material zeolite is preferably 50 to 95 wt% by weight.

固化助剤としては、消石灰、ポルトランドセメント、生石灰、ガラス粉末などの活性カルシウム源の材料を使用できる。Ca成分の存在により、水熱固化反応によってケイ酸カルシウム水和物が生成して高強度に固化する。これら固化助剤は単一種類でも良いし、複数種類を混合してもよい。固化助剤の配合割合は5〜50wt%が好ましい。本願発明では固化助剤としては活性カルシウム源が好適であるが、活性カルシウム源に活性マグネシウム源(例えば酸化マグネシウム)を添加することも可能である。   As the solidification aid, active calcium source materials such as slaked lime, Portland cement, quicklime, and glass powder can be used. Due to the presence of the Ca component, calcium silicate hydrate is generated by the hydrothermal solidification reaction and solidifies with high strength. These solidification aids may be of a single type, or a plurality of types may be mixed. The blending ratio of the solidification aid is preferably 5 to 50 wt%. In the present invention, an active calcium source is suitable as the solidification aid, but it is also possible to add an active magnesium source (for example, magnesium oxide) to the active calcium source.

いずれにしても、ゼオライトに対する固化助剤の配合量を少なくして固化後に未反応ゼオライトを残すことが必要である。固化助剤に対するゼオライトの割合は、モル比でCa(Mg)/Si=0.1〜0.8の範囲が好ましい。水分の添加量は5〜60wt%が好ましい。なお、水分は必ずしも真水である必要はなく、アルカリ溶液(例えばNaOHのような活性アルカリ源を含むもの)なども使用可能である。   In any case, it is necessary to reduce the blending amount of the solidification aid to the zeolite and leave unreacted zeolite after solidification. The molar ratio of the zeolite to the solidification aid is preferably in the range of Ca (Mg) /Si=0.1 to 0.8. The amount of water added is preferably 5 to 60 wt%. The water is not necessarily fresh water, and an alkaline solution (for example, one containing an active alkali source such as NaOH) can be used.

本願発明では、混練物を成形して中間品を得るにおいて加圧することも可能であるが、全く加圧しないことも可能である。加圧しない成形法として例えば、浅いトレー状の容器に混練物を入れて、ヘラで余分な部分を書き落とすことで板状の中間体を得ることができる。水熱固化反応によって多孔質構造になるので加圧自体は忌避すべきものではなく、むしろ、形状を一定に保持して製品としての扱いを容易化するという点からは加圧成形は必要な場合も多い。   In the present invention, it is possible to pressurize in forming the kneaded product to obtain an intermediate product, but it is also possible to not pressurize at all. As a molding method that does not pressurize, for example, a kneaded product is put in a shallow tray-like container, and an excess part is written off with a spatula to obtain a plate-like intermediate. Pressurization itself should not be avoided because it becomes a porous structure due to hydrothermal solidification reaction. Rather, it may be necessary to press molding from the viewpoint of maintaining the shape constant and facilitating the handling as a product. Many.

オートクレーブでの処理条件は、温度は100〜220℃、処理時間は4〜12h程度が好ましい。本願発明では反応温度は過度に高くする必要はなく、100℃でも水熱固化反応を実現できる。この点も本願発明の特徴の一つである。   The processing conditions in the autoclave are preferably a temperature of 100 to 220 ° C. and a processing time of about 4 to 12 hours. In the present invention, the reaction temperature does not need to be excessively high, and the hydrothermal solidification reaction can be realized even at 100 ° C. This is also one of the features of the present invention.

(2).固化反応の原理
既に述べたように、ゼオライトは結晶レベルで微小な気孔が多数存在しており、この無数の微細気孔が脱臭性に貢献している。そして、水熱固化後においても微細気孔を有するゼオライトが残存しており、これによって高い脱臭性が確保される。そして、固化後においてゼオライト粒子間に互いに連通した空隙が大量に存在しており、この空隙の存在によって高い通気性が確保される(空隙は調湿機能にも貢献している。)。
(2). Principle of solidification reaction As already described, zeolite has many fine pores at the crystal level, and these countless fine pores contribute to deodorization. Further, zeolite having fine pores remains even after hydrothermal solidification, thereby ensuring high deodorizing properties. And after solidification, there are a large number of voids communicating with each other between the zeolite particles, and the presence of these voids ensures high air permeability (the voids also contribute to the humidity control function).

図3では、ゼオライト(角形)と固化助剤(丸形)とがオートクレーブの中で時間の経過と共にどのように変化していくかを模式的に示している。すなわち、ゼオライトに含まれているSi、固化助剤である水酸化カルシウム、及び水とが水熱反応することにより、針状図形で示すようにケイ酸カルシウム水和物が生成しているが、材料の成分が消化されてケイ酸ウルシウム水和物結晶化することで、空隙が四通八達していくと共にゼオライト同士の結合が成され、高い気孔率の多孔質構造体になる。   FIG. 3 schematically shows how the zeolite (rectangular shape) and the solidification aid (round shape) change with time in the autoclave. That is, Si contained in the zeolite, calcium hydroxide as a solidification aid, and water react with each other hydrothermally to produce calcium silicate hydrate as shown by the needle-like figure, By digesting the uricium silicate hydrate crystallized with the components of the material, the voids reach all four and the bonds between the zeolites are formed, resulting in a porous structure with a high porosity.

そして、ゼオライトは活性カルシウム源に比べて配合割合が多いため、多孔質体には、本来の性質・性状が維持されたゼオライトが大量に残存している。また、ゼオライトの粒子は表面から蚕食される状態で反応が進んで行くが、ゼオライトの粒子が大きいと、固化助剤が反応し切った後にも多数のゼオライト粒子が残存していると推測される。   Since zeolite has a higher blending ratio than the active calcium source, a large amount of zeolite that maintains its original properties and properties remains in the porous body. In addition, the reaction proceeds while the zeolite particles are phagocytosed from the surface. However, if the zeolite particles are large, it is assumed that a large number of zeolite particles remain even after the solidification aid has reacted. .

図3から理解できるように、時間の経過と共にケイ酸カルシウム水和物結晶の生成量(数と大きさ)が増大(成長)している(この点はX線回析パターンにおいて確認している)。オートクレーブでの反応時間は12時間程度が好適であった。   As can be understood from FIG. 3, the amount of calcium silicate hydrate crystals (number and size) increases (grows) over time (this point is confirmed in the X-ray diffraction pattern). ). The reaction time in the autoclave was preferably about 12 hours.

気孔率は固化体の体積に対する空隙の割合であり、これは、固化体の比重(真比重)と見掛け体積とから計算できる。脱臭材や浄水材に使用するにはある程度の通気性や通水性が必要であり、そのためには30%以上の気孔率が望ましい。特に、液体は流れ抵抗が大きいため、浄水材や廃液濾過材に使用する場合は気孔率はできるだけ大きいのが好ましい。   The porosity is a ratio of voids to the volume of the solidified body, which can be calculated from the specific gravity (true specific gravity) of the solidified body and the apparent volume. In order to use it as a deodorizing material or water purification material, a certain degree of air permeability and water permeability is required, and for that purpose, a porosity of 30% or more is desirable. In particular, since the liquid has a large flow resistance, it is preferable that the porosity is as large as possible when used as a water purification material or a waste liquid filtering material.

本願発明の水熱固化体はかなりの強度を得ることができる。例えば、曲げ強度についてみると、14MPa程度の強度を得ることができる(もとより、成形条件によって強度は相違する。)
(3).実施例
ゼオライトの原料として宮城県愛子鉱山の原石を使用して、これを脱水した状態のままで平均0.2〜0.7mmの粒径に揃え、このゼオライト粉体と消石灰と水とを攪拌機で攪拌することで不定形混練物を得た。材料の配合割合はゼオライトが65wt%、消石灰が5wt%、水(真水)が30wt%であった。
The hydrothermal solidified body of the present invention can obtain a considerable strength. For example, looking at the bending strength, a strength of about 14 MPa can be obtained (naturally, the strength differs depending on the molding conditions).
(3). Example Using raw stones from Aiko Mine, Miyagi Prefecture as a raw material for zeolite, and maintaining the average particle size of 0.2 to 0.7 mm in a dehydrated state, the zeolite powder and slaked lime The amorphous kneaded material was obtained by stirring water with a stirrer. The blending ratio of the materials was 65 wt% for zeolite, 5 wt% for slaked lime, and 30 wt% for water (fresh water).

前記混練物を丸型の加圧成形機に入れて、3MPaで加圧することにより、図4(A)に示すように、直径30mmで厚さ5mmの円板状の中間体と成し、この中間体をオートクレーブに入れて温度200℃の飽和蒸気に12時間晒して水熱固化反応を起こさせることにより、ゼオライト固化体(実施品)を得た。
[通気性試験]
このようにして製造された実施例1の固化体について、まず、通気性の測定を行い、図4(B)に示すように格子形状で内部は緻密構造になっているゼオライト質のハニカム構造品(水熱固化体で外径と厚さは実施品と同じ:比較例1)、図4(C)に示す市販の食器洗いスポンジ(単層構造品:比較例2))、図4(D)に示す空気清浄機用綿状フィルタ(比較例3)、の3つの物品を選択し、比較例として用いた。通気性試験は、図5(A)に示すように、円筒体の内部に試料を固定的に配置し、円筒体の一端からポンプで空気を吹き込み他端から排出して、円筒体の両端の間での圧力差を差圧計で読み取った。
The kneaded product is put into a round pressure molding machine and pressurized at 3 MPa to form a disk-shaped intermediate body having a diameter of 30 mm and a thickness of 5 mm, as shown in FIG. The intermediate was put in an autoclave and exposed to saturated steam at a temperature of 200 ° C. for 12 hours to cause a hydrothermal solidification reaction, whereby a zeolite solidified product (practical product) was obtained.
[Breathability test]
The solidified body of Example 1 manufactured in this way was first measured for air permeability, and as shown in FIG. 4B, a zeolitic honeycomb structure having a lattice shape and a dense structure inside. (The hydrothermal solidified body has the same outer diameter and thickness as those of the practical product: Comparative Example 1), a commercially available dishwashing sponge shown in FIG. 4C (single-layer structure product: Comparative Example 2)), FIG. 4 (D) The three articles | goods of the cotton-like filter for air cleaners (comparative example 3) shown in 3 were selected and used as a comparative example. In the air permeability test, as shown in FIG. 5 (A), a sample is fixedly arranged inside a cylindrical body, air is blown from one end of the cylindrical body with a pump, and discharged from the other end. The pressure difference between them was read with a differential pressure gauge.

図5(B)のグラフから、本願実施品の通気性は、ハニカム構造品(比較例2)や空気清浄機用フィルタ(比較例3)には劣るものの食器洗いスポンジ(比較例3)よりは勝っており、このことから、脱臭材としての実用化には充分な通気性を備えていることが理解できる。   From the graph of FIG. 5B, the breathability of the product of the present application is superior to the dishwashing sponge (Comparative Example 3), which is inferior to the honeycomb structured product (Comparative Example 2) and the filter for the air cleaner (Comparative Example 3). From this, it can be understood that it has sufficient air permeability for practical use as a deodorizing material.

さて、筒体を通る空気の流量をV(mm3 )、通気率をμ(mm2 )、空気の粘性をη(1.8×10-6Pa・s)、実施品の断面積をS(mm2 )、実施品の厚さをL(mm)、実施品を挟んだ両側の圧力差をΔP(Pa)とすると、V=μ・1/η・S/L・ΔPの関係が成立しており、従って、μ=V/(1・1/η・S/L・ΔP)となる。そして、実際に測定したところμ=5.81mm2 であった(S=1cm2 、L=10mm、ΔP=1000Pa)。また、例えば脱臭用フィルターに使用する場合に、単位面積当たりの流量(通気量)が重要な意味を持つが、本件実施品の厚さを1cm、断面積を1cm2 、差圧を1000hPaと設定した場合の通気量Vは1.94×106 mm3 /分であった。 The flow rate of air passing through the cylinder is V (mm 3 ), the air permeability is μ (mm 2 ), the air viscosity is η (1.8 × 10 −6 Pa · s), and the cross-sectional area of the product is S. (Mm 2 ), where the thickness of the actual product is L (mm) and the pressure difference between both sides of the actual product is ΔP (Pa), the relationship V = μ · 1 / η · S / L · ΔP is established. Therefore, μ = V / (1 · 1 / η · S / L · ΔP). And, it was actually measured at μ = 5.81mm 2 (S = 1cm 2, L = 10mm, ΔP = 1000Pa). In addition, for example, when used in a deodorizing filter, the flow rate per unit area (air flow rate) is important, but the thickness of this product is set to 1 cm, the cross-sectional area is set to 1 cm 2 , and the differential pressure is set to 1000 hPa. The air flow rate V was 1.94 × 10 6 mm 3 / min.

気孔率については「JIS R 1634ファインセラミック」の燒結体密度・開気孔率の測定法に準拠して測定した。その結果、見掛け密度は4.56g/cm3 、かさ密度は1.54g/cm3 、開気孔率は66.19%であった。図5(C)(D)に示す比較例のセラミック多孔質品aは、見掛け密度が3.8g/cm3 でかさ密度は2.2g/cm3 、また、比較例のセラミック多孔質品bは見掛け密度が3.8g/cm3 でかさ密度は2.1g/cm3 であった。 The porosity was measured according to the measurement method of the sintered density / open porosity of “JIS R 1634 Fine Ceramic”. As a result, the apparent density was 4.56 g / cm 3 , the bulk density was 1.54 g / cm 3 , and the open porosity was 66.19%. Porous ceramic article a comparative example shown in FIG. 5 (C) (D) has an apparent density of 3.8 g / cm 3 big bulk density is 2.2 g / cm 3, also porous ceramic article b of the comparative example apparent density big bulk density is 3.8 g / cm 3 was 2.1 g / cm 3.

図5(C)では、本願実施品と既述のハニカム構造品及び市販の箱入りティッシュペーパーの差圧の具体的数値の例を示している。面積は直径30mmとして計算している。なお、本願実施品は、Aは枠や内装物のないもの、BとDは外枠付きのもの、(C)は補強金網付きのものであった。また、市販の箱入りティッシュペーパーは2枚一組になっていて2枚が重なった状態で箱から引き出されるが、本比較例では積層体の2枚を1単位としている(従って、厳密には16枚が積層されている。)。   FIG. 5C shows an example of specific numerical values of the differential pressure between the product of the present application, the honeycomb structure described above, and a commercially available boxed tissue paper. The area is calculated as a diameter of 30 mm. In addition, as for this invention implementation product, A was a thing without a frame or an interior thing, B and D were the things with an outer frame, (C) was a thing with a reinforcement metal-mesh. In addition, commercially available tissue paper in a box is a set of two sheets and is drawn out from the box in a state where the two sheets overlap each other, but in this comparative example, two sheets of the laminate are taken as one unit (thus, strictly, 16 Sheets are stacked.)

図5(D)は、本願実施品と比較例との差圧を比較したグラフである。この図(D)から、本願実施例はティッシュペーパーの積層体とほぼ同等の通気性が確保されていることを理解できる。   FIG. 5D is a graph comparing the differential pressures between the product of the present application and the comparative example. From this figure (D), it can be understood that the air permeability of the example of the present application is almost equal to that of the tissue paper laminate.

[脱臭性能試験1]
図6では脱臭性能の試験を行っている。すなわちこの試験では、(A)に示すように、密閉容器に試料を入れてホルムアルデヒドの経時的な濃度変化をガス濃度計で読み取ったものであり、(B)はそのグラフである。実施品は直径30mm、重量1グラムのものであり、比較品としては、ゼオライトの原石を200メッシュに粉砕したもの1グラムを使用した。
[Deodorization performance test 1]
In FIG. 6, a test of deodorizing performance is performed. That is, in this test, as shown in (A), a sample was put in a sealed container, and the change in concentration of formaldehyde over time was read with a gas concentration meter, and (B) is a graph thereof. The actual product was 30 mm in diameter and 1 gram in weight. As a comparative product, 1 gram obtained by pulverizing a raw zeolite stone into 200 mesh was used.

この試験では、1つの装置を使用して実施品と比較品との検査を行ったもので、若干の条件の相違によって、実施品と比較例とは出発時点でのホルムアルデヒドの濃度が少し相違しているが、本願実施品は、強制送風されない状態でも粉末と同様の脱臭性能(吸着性能)を発揮していることがグラフに明瞭に表れている。密閉容器(デシケータ)の容量は19リットルであった。   In this test, the test product and the comparative product were inspected using one device, and the concentration of formaldehyde at the starting point was slightly different between the test product and the comparative example due to slight differences in conditions. However, it is clearly shown in the graph that the product of the present application exhibits the same deodorizing performance (adsorption performance) as that of the powder even in a state where forced ventilation is not performed. The capacity of the sealed container (desiccator) was 19 liters.

[脱臭性能試験2]
図7でも脱臭性能の試験を行っている。この例では、タンクと筒体とポンプ(或いはブロワー)とを閉回路で接続し、筒体に試料を配置してポンプを運転することで空気を一方方向に循環させている。そして、タンクにアンモニアを注入し、経時的な濃度変化を濃度計で読み取った。比較例として、ゼオライト粉末を管路に放置しただけで空気循環がない場合を示している。この図7(B)からは、本願実施物が固化体でありながら高い脱臭性能を有していて高い実用性を備えていることを理解できる。
[Deodorization performance test 2]
In FIG. 7, the deodorization performance test is also performed. In this example, a tank, a cylinder, and a pump (or a blower) are connected in a closed circuit, and a sample is placed in the cylinder and the pump is operated to circulate air in one direction. Then, ammonia was injected into the tank, and the change in concentration over time was read with a densitometer. As a comparative example, the case where the zeolite powder is simply left in the pipeline and there is no air circulation is shown. From FIG. 7 (B), it can be understood that the product of the present application has high deodorization performance and high practicality while being a solidified body.

[脱臭性能試験3]
図8でも脱臭性能試験を示している。この試験では、(A)に示すように、円筒体の内部に本願実施品の試料を固定的に配置し(外周はシールされている)、ポンプの流入口と排出口とを円筒体の両端に閉管路で接続して、円筒体への流入通路にエアタンクを介在させると共に、エアタンクの内部にアンモニアガスを充填してポンプを運転して空気を一方向に循環させ、時間の経過と共にエアタンク内のアンモニア濃度がどのように変化するかをガス濃度計で検出した。
[Deodorization performance test 3]
FIG. 8 also shows the deodorization performance test. In this test, as shown in (A), the sample of the present invention product is fixedly arranged inside the cylindrical body (the outer periphery is sealed), and the pump inlet and outlet are connected to both ends of the cylindrical body. The air tank is interposed in the inflow passage to the cylindrical body, and the inside of the air tank is filled with ammonia gas, and the pump is operated to circulate the air in one direction. It was detected with a gas densitometer how the ammonia concentration changed.

その結果を示したのが図6のグラフであり、このグラフから、運転開始と同時にアンモニア濃度が急激に下がり、数分間で臭いが激減することが確認できる。   The result is shown in the graph of FIG. 6, and it can be confirmed from this graph that the ammonia concentration is drastically lowered at the start of operation and the odor is drastically reduced within a few minutes.

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は上記の各実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば用途は脱臭材には限らず、浄水材や、空気浄化材、調湿材、壁材等の建材、吸音材、断熱材等の様々の用途に使用できる。言うまでもないが、形状は用途等に応じて設定したらよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can be embodied variously besides said each embodiment. For example, the use is not limited to deodorizing materials, but can be used for various purposes such as water purification materials, air purification materials, humidity control materials, building materials such as wall materials, sound absorbing materials, and heat insulating materials. Needless to say, the shape may be set according to the application.

必要に応じて補強体を埋設することも可能である。また、本願発明はゼオライト以外の無機質材料(例えばフライアッシュ)を機能成分として使用することも可能である。また、ゼオライトと他の機能部材とを混用することも可能である。   It is also possible to embed a reinforcing body as necessary. In the present invention, an inorganic material other than zeolite (for example, fly ash) can be used as a functional component. It is also possible to mix zeolite and other functional members.

ゼオライトの組成を示す表である。It is a table | surface which shows a composition of a zeolite. 製造工程の概略図である。It is the schematic of a manufacturing process. 水熱固化反応の進展状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the progress state of hydrothermal solidification reaction. 実施品と比較例との外観図である。It is an external view of an implementation product and a comparative example. 通気性能の試験方法と結果とを示す図である。It is a figure which shows the test method and result of ventilation | gas_flowing performance. 脱臭性能の試験方法と結果とを示す図である。It is a figure which shows the test method and result of a deodorizing performance. 脱臭性能の試験方法と結果とを示す図である。It is a figure which shows the test method and result of a deodorizing performance. 脱臭性能の試験方法と結果とを示す図である。It is a figure which shows the test method and result of a deodorizing performance.

Claims (5)

多数の微細気孔を有するSi含有無機素材を主成分とした粉体又は粒体に活性カルシウム源又は活性マグネシウム源を添加して混合・成形した後水熱合成させて得られる無機質水熱固化体であって、固体内部に気体が透過し得る空隙が立体的に存在する多孔質構造であることを特徴とする無機水熱固化体。   An inorganic hydrothermal solidified product obtained by adding active calcium source or active magnesium source to a powder or granule mainly composed of Si-containing inorganic material having a large number of fine pores, mixing and shaping, and then hydrothermal synthesis. An inorganic hydrothermal solidified body having a porous structure in which voids through which gas can permeate exist sterically. 前記主成分はゼオライトであり、かつ、気孔率が30〜75%以上であることを特徴とする請求項1に記載した無機水熱固化体。   The inorganic hydrothermal solidified material according to claim 1, wherein the main component is zeolite and has a porosity of 30 to 75% or more. 粉状又は粒状の原料ゼオライトに活性カルシウム源又は活性マグネシウム源と水とを添加して混合・成形した後水熱合成させて固化体と成す製法であって、
前記ゼオライトと活性カルシウム源又は活性マグネシウム源との配合比率がCa(Mg)/Si=0.1〜0.8、ゼオライトの平均粒径が0.01〜6mmであり、100〜200℃の飽和蒸気下で水熱固化することを特徴とする無機水熱固化体の製造方法。
It is a manufacturing method in which an active calcium source or an active magnesium source and water are added to a powdery or granular raw material zeolite, mixed and molded, and then hydrothermally synthesized to form a solidified body,
The blending ratio of the zeolite to the active calcium source or the active magnesium source is Ca (Mg) /Si=0.1 to 0.8, the average particle size of the zeolite is 0.01 to 6 mm, and saturation is 100 to 200 ° C. A method for producing an inorganic hydrothermal solidified product, characterized by hydrothermal solidification under steam.
請求項1〜3のうちのいずれかに記載した水熱固化体を使用している空気用フィルター又は建築材料。   The filter for air or the building material which uses the hydrothermal solidification body in any one of Claims 1-3. 請求項1〜3のうちのいずれかに記載した水熱固化体を使用しており、水中に遊離しているイオン又は重金属分子を吸着する水質浄化材。   The water purification material which uses the hydrothermal solidification body in any one of Claims 1-3, and adsorb | sucks the ion or heavy metal molecule which is free | released in water.
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