JP2011206616A

JP2011206616A - 酸性ガス除去用素材及びその除去方法

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Publication number: JP2011206616A
Application number: JP2010073804A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Yoshikawa; 正晃吉川; Tetsuya Takemoto; 哲也竹本
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: JP5827457B2

Abstract

【課題】簡便かつ比較的少ない工程で、これまで得られてきた程度の酸性ガス除去能を有する酸性ガス除去用素材を得るとともに、このような酸性ガス除去用素材を使用した酸性ガスの除去方法を得る。
【解決手段】アルカリ成分を含む栽培環境で育成したサトウキビから得られるサトウキビバガスを、無酸素条件、５００〜６００℃の温度条件で乾留処理し、得られたサトウキビバガス炭を酸性ガスの除去に使用する。
【選択図】図３

Description

本発明は、有害ガス除去用素材、特に、生物に対して有害な有害ガスを除去するための有害ガス除去用素材に関する。

公害防止の観点から、工場や自動車から排出される有害ガス、特に窒素酸化物や硫黄酸化物を除去するための方法が種々研究されており、一定の成果が得られている。既に提供されている一般的な有害ガスの除去方法は、有害ガスを薬液に吸収させる方法や、金属触媒を用いて有害ガスを酸化または還元することにより無害な物質に変換する方法などである。ところが、これらの除去方法は、大型の有害ガス固定発生源や自動車エンジンなどの内燃機関を対象としたものであり、通常、数百度℃以上の高温の排気ガス中の高濃度有害ガスの除去を目的としたものである。このため、上述の除去方法によれば、常温において、低濃度の有害ガスを効果的に除去するのは困難である。

ところで、近年、生活環境の安全・衛生に対する関心が高まりつつあり、例えば家屋やビル内の空気中に含まれる有害ガスの除去についての要望が高まっている。ところが、上述の除去方法は、高温高濃度の有害ガスの除去を目的としているため、それを実施するための装置が大掛かりになり、家屋やビルに適用するのは困難である。

このため、低濃度の有害ガスを常温において効果的に除去することができる方法として、活性炭などの多孔質物質に対して有害ガスを接触させて吸着させ、これにより有害ガスを除去する方法が提案されている。しかし、ここで用いられる多孔質物質は、有害ガスの吸着量に限界があり、また、寿命も短い。そこで、有害ガスの吸着量を高めて長寿命化した多孔質物質が提案されている。例えば、特許文献１には、マグネシウム、ストロンチウム等の金属を含むピッチを炭素化し、さらに、賦活処理して、有害ガスの除去用素材を得る技術が示されている。特許文献２には、酸性ガスの除去処理用に、活性炭にアルカリ成分及びアルミン酸金属塩を担持した酸性ガス除去用処理材が開示されている。

特開平１０−３２８５６３号公報特開２００６−３４１１５０号公報

特許文献１に開示の有害ガスの除去用素材は、マグネシウム、ストロンチウム等の金属化合物とピッチ等の活性炭素前駆体とを溶媒を用いて混合し、その混合物を炭素化若しくは不融化し、得られた処理物を賦活処理することで得ることができる。
しかしながら、このような工程を経る場合は、工程が複雑となり、高度な技術が必要とされる。また、賦活処理は必須の処理となる。

特許文献２に開示の酸性ガスの除去用処理材を得る場合は、アルカリ成分及びアルミン酸金属塩の活性炭への担持を行う必要があるが、アルカリ成分及びアルミン酸金属塩を含む溶液を活性炭に散布、含浸又は浸漬する。この技術の場合も工程が複雑となり、高度な隣接技術が必要とされる。また、賦活処理は必須の処理となる。
また、上述の多孔質物質は、有害ガスの除去性能が低下し易い。これは、活性炭に担持された金属類が劣化したり剥落し易いためと考えられる。

本発明の目的は、簡便かつ比較的少ない工程で、これまで得られてきた程度の酸性ガス除去能を有する酸性ガス除去用素材を得るとともに、このような酸性ガス除去用素材を使用した酸性ガスの除去方法を得ることにある。

上記目的を達成するための、本願に係る酸性ガス除去用素材の特徴構成は、
当該酸性ガス除去素材が、栽培環境からサトウキビに吸収されたアルカリ成分を含むサトウキビバガスを炭化して得られることにある。
この酸性ガス除去素材は、所謂、サトウキビバガスを炭化して得られる。そして、サトウキビバガスに栽培環境から吸収されたアルカリ成分を含むため、酸性ガスに対して良好な吸着能を発揮できる。しかも、このアルカリ成分は、サトウキビがその生長において生体内に取り込んだものであるため、サトウキビバガスの炭化の他、何ら操作を必要とするものではない。結果、簡単な製造過程を経て有用な酸化ガス除去素材を得ることができる。

さらに、このような酸性ガス除去用素材において、前記アルカリ成分が栽培環境に散布される肥料由来のアルカリ成分であることが好ましい。
本来、アルカリ成分は、植物の成長に必要な成分であるが、肥料として植物内に取り込ませることで、酸化ガスの除去目的に合致したアルカリ成分を含む酸化ガス除去素材を良好に得ることができる。
この場合、施肥の状態を制御することで、酸化ガス除去素材に含有されるアルカリ成分の調整も可能となる。

このようなアルカリ成分としては、前記アルカリ成分がカリウムもしくはカルシウム或いはそれらの両方であり、
前記アルカリ成分がカリウムである場合に、螢光Ｘ線法で測定したカリウムの含有量が１．４質量％以上であり、
前記アルカリ成分がカルシウムである場合に、螢光Ｘ線法で測定したカルシウムの含有量が１．０質量％以上であれば、現在実用化されている有害ガス除去用の活性炭素程度の酸化ガスの吸着除去能を発揮できる。

また、これまで説明してきた酸性ガス除去用素材において、その比表面積が、２００〜５００ｍ²／gであることが好ましい。

一般に、酸性ガスの除去に使用される炭素材としては、その比表面積が１０００ｍ²／g程度のものが採用される（特許文献１記載の有害ガス参照）。このように、比表面積が大きいことは、それ自体として酸性ガスとの接触面積が広がり、酸性ガスの処理能に関して好ましいことであるが、換言すると、このような比表面積に炭素材を調整するために、それなりの処理が必要となる。
これに対して、本願がその対象とする酸化ガス除去用素材は、その炭化工程において、例えば、無酸素条件、５００〜６００℃の温度条件での乾留処理を施すだけで、比表面積が２００〜５００ｍ²／g程度のものとできる。
しかも、発明者らの検討では、この程度の比表面積しかない酸化ガス除去用素材でも、後述するように、従来、例えば、ピッチ由来の活性炭で、金属成分やアルカリ成分を含むものに対しても、それと同等の酸化ガス除去能を発揮できる。
したがって、この程度の比表面積のもので、従来どおりの酸性ガスの除去目的を達成できる。このように本願の目的を達成できる理由は、活性炭としての吸着能に加えて、本願の酸性ガス除去用素材では、炭化前の状態で組織内に栽培環境由来のアルカリ成分が取り込まれているため、このアルカリ成分が、酸性ガスに対する吸着能を高める役割を果たしているものと考えられる。

さて、本願に係る酸性ガス除去用素材を得るには、アルカリ成分を含む栽培環境で育成したサトウキビから得られるサトウキビバガスを、無酸素条件、５００〜６００℃の温度条件で乾留処理すればよく、このバガス炭である酸性ガス除去用素材を酸性ガスの除去に使用することで、安価に大量に製造できる本願に係る酸性ガス除去用素材を使用して窒素酸化物、硫黄酸化物等の酸性ガスを従来レベルで処理できる。

ここで、先にも説明したように、アルカリ成分としては、栽培環境に散布される肥料由来のアルカリとすることができ、このように肥料由来とすることで、通常の施肥目的以上の濃度でアルカリ成分をサトウキビに取り込ませ、アルカリ成分に富んだ酸性ガス除去素材を得て、酸性ガスの除去を行える。

酸性ガス除去素材としてのサトウキビバガス炭のＥＰＭＡ分析結果を示す図酸性ガス除去素材としてのサトウキビバガス炭の吸着性能（破過性能）を示す図酸性ガス除去素材としてのサトウキビバガス炭の吸着性能（吸着量）を示す図

以下、本願に係る酸性ガス除去素材について、１酸性ガス除去素材の製造方法、２酸性ガス除去素材の物性、３酸性ガス除去素材の性能の順に、図面を参照しながら説明する。

１酸性ガス除去素材の製造方法
本願に係る酸性ガス除去素材は、所謂、サトウキビバガスを炭化して製造されるサトウキビバガス炭であり、その製造においては、サトウキビバガスを、無酸素条件、５００〜６００℃の温度条件で、約１〜２時間乾留処理して得る。
ただし、このサトウキビバガス炭の出発原料はサトウキビバガスであるが、原料であるサトウキビは、栽培環境である土壌中に多量にアルカリ成分を含む環境で育成されたサトウキビ、あるいは、燐酸カリウム、燐酸カルシウム等のアルカリ成分（カリウムＫ，カルシウムＣａ）含む肥料を与えられて育成されたサトウキビである。
具体的には、このサトウキビは、品種：宮古1号であり、島内の土壌がＣａ，Ｍｇ，Ｋ、Ｎａを多く含む土壌である宮古島で育成されたサトウキビであり、育成に際しては、肥料として、牛糞、高度化成６９９（窒素全量６％、リン酸全量９％、カリ全量９％）などが与えられたものである。

２酸性ガス除去素材の物性
上記の酸性ガス除去素材の製造方法に基づいて製造されたサトウキビバガス炭の物性について以下に説明する。
２−１
サトウキビバガス炭の成分分析
この成分分析に際しては、蛍光Ｘ線法（定性・半定量）と、ＩＣＰ発光分光法により分析を行った。
蛍光Ｘ線法（定性・半定量）による分析結果
成分（＊＊ｗｔ％）の順に記載する。ここで、ｗｔ％は質量％と同意であり、さらに、（＜０．１）は、「検出されてはいるが定量下限未満であること」を示す。
Ｃ（７９），Ｏ（１３）、Ｎａ（＜０．１），Ｍｇ（０．３）、Ａｌ（０．８）、Ｓｉ（３．０），Ｐ（０．２）、Ｓ（０．１）、Ｃｌ（０．１）、Ｋ（１．４）、Ｃａ（１．０），Ｔｉ（＜０．１），Ｃｒ（＜０．１），Ｍｎ（＜０．１），Ｆｅ（０．６），Ｎｉ（＜０．１），Ｃｕ（＜０．１），Ｚｎ（＜０．１），Ｒｂ（＜０．１），Ｓｒ（＜０．１），Ｚｒ（＜０．１）

ＩＣＰ発光分光法（高周波誘導結合プラズマ発光分光法）による分析結果
成分（＊＊ｗｔ％）の順に記載する。ここでも、ｗｔ％は質量％と同意である。
Ｍｇ（０．１８）、Ａｌ（０．４８）、Ｓｉ（１．９），Ｋ（０．８）、Ｃａ（０．５５），Ｆｅ（０．４３）

これらの結果から、本願が対象とするサトウキビバガス炭には、アルカリ成分であるカリウム及びカルシウムが含まれていることが判る。その含有量に関して、蛍光Ｘ線法（定性・半定量）と、ＩＣＰ発光分光法とを比較すると、前者のほうが大きく出た。この結果は、測定法に起因したものと考えられる。

ＥＰＭＡのよる分析結果
図１にＥＰＭＡの結果を示した。図１において、左上にＳＬの結果（走査電子線像）を、右上にシリコンＳｉの結果（Ｓｉの面分析像）を、左下にカリウムＫの結果（Ｋの面分析像）を、右下にカルシウムＣａの結果（Ｃａの面分析像）を、それぞれ示した。
これらの結果から、サトウキビバガス炭は、サトウキビ細胞組織に対応した構造を有するとともに、Ｓｉ，Ｋ、Ｃａが分布した状態となっている。
ここで、Ｓｉは比較的濃度差が大きな状態で全体に分布しており、Ｋは濃度の高い部分が偏在した状態で分布している。さらに、Ｃａは比較的濃度が低い状態で全体に分布している。

比表面積、全細孔容積
以下の表１に、今回発明者が検討の対象とした素材の、ＢＥＴ比表面積、細孔容積に関するデータを整理して示した。表１には、上記の製造方法に従って製造されたサトウキビバガス炭（表中：バガス炭と記載）、サトウキビバガス（表中：バガスと記載）、及び、後に酸化性ガスの除去性能の欄で説明する市販品―１、市販品―２に関してもデータを示した。

物性それぞれの単位は以下の通りである。
比表面積（ｍ²／ｇ）、全細孔容積（ｃｍ³／ｇ）

３酸性ガス除去素材の性能
本願に係る酸性ガス除去素材の性能の検証実験について説明する。
実証に際しては、先に表１で市販品として示した活性炭との比較を、窒素酸化物である二酸化窒素に対する破過特性及び吸着量を調べた。
比較対照とした市販品
市販品―１
この市販品―１は、悪臭除去を用途として市販されている活性炭であり、ヤシガラを原料として、炭酸ナトリウムを担持させたものである。このものの比表面積は５１６．８ｍ²／ｇであった。
市販品―２
この市販品―２は、悪臭除去を用途として市販されている活性炭であり、ヤシガラを原料として、炭酸ナトリウムを担持させたものである。このものの比表面積は１０４０．２ｍ²／ｇであった。

物性の測定方法
破過特性
破過特性の測定には、測定対象物１ｇを所定の反応容器内に収納し、この容器内を、２５℃、ドライ空気中に、二酸化窒素ＮＯ₂を１ｐｐｍ含む試料ガスを１０００ｍｌ／ｍｉｎで通過させ、下流側に流出するＮＯ₂の濃度を測定した。
この測定結果を図２に示した。
図２に示すように、本願に係るサトウキビバガス炭と市販品（市販活性炭―１、市販活性炭―２と記載）との間で殆ど違いはなく、本願に係るサトウキビバガス炭が、充分、実用レベルにあることを示している。

吸着特性
先の破過特性の測定に使用した、測定対象物の夫々を、試験後取り出し、これら材料に吸着された二酸化窒素ＮＯ₂の量を測定した。
この結果を図３に示した。
図３に示すように、本願に係るサトウキビバガス炭の吸着量は、二つの市販品の中間の値を示した。したがって、本願に係るサトウキビバガス炭が、充分、実用レベルにあることを示している。

Claims

栽培環境からサトウキビに吸収されたアルカリ成分を含むサトウキビバガスを炭化して得られる酸性ガス除去用素材。
前記アルカリ成分が栽培環境に散布される肥料由来のアルカリ成分である請求項１記載の酸性ガス除去用素材。
前記アルカリ成分がカリウムもしくはカルシウム或いはそれらの両方であり、
前記アルカリ成分がカリウムである場合に、螢光Ｘ線法で測定したカリウムの含有量が１．４質量％以上であり、
前記アルカリ成分がカルシウムである場合に、螢光Ｘ線法で測定したカルシウムの含有量が１．０質量％以上である請求項１または２記載の酸性ガス除去用素材。
比表面積が、２００〜５００ｍ²／gである請求項１〜３の何れか一項記載の酸性ガス除去用素材。
アルカリ成分を含む栽培環境で育成したサトウキビから得られるサトウキビバガスを、無酸素条件、５００〜６００℃の温度条件で乾留処理し、
得られたサトウキビバガス炭を酸性ガスの除去に使用する酸性ガスの除去方法。
前記アルカリ成分が前記栽培環境に散布される肥料由来のアルカリ成分である請求項５記載の酸性ガスの除去方法。
前記酸性ガスが窒素酸化物である請求項５又は６記載の酸性ガスの除去方法。
前記アルカリ成分がカリウムもしくはカルシウム或いはそれらの両方であり、
前記アルカリ成分がカリウムである場合に、螢光Ｘ線法で測定したカリウムの含有量が１．４質量％以上であり、
前記アルカリ成分がカルシウムである場合に、螢光Ｘ線法で測定したカルシウムの含有量が１．０質量％以上である請求項５〜７のいずれか一項記載の酸性ガスの除去方法。