JP2018016783A - 炭化物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、本発明の課題は、炭化処理時間を短縮化することにより、熱供給のための消費エネルギーを低減しつつ、製造時間が短縮化された炭化物の製造方法を提供することにある。
具体的には、以下の炭化物の製造方法である。
この特徴によれば、低温で炭化処理できるため、省エネルギー化の観点で優れた効果を発揮する。
この特徴によれば、イグサと空気が接触した状態で加熱することにより炭化が速く進行するため、さらに短時間で炭化することができる。
本発明の被炭化物は、特に制限されることなく、加熱することにより炭化物を形成するものであればよい。例えば、イグサや稲わらのような草本、杉チップのような木本、木本の葉、ヤシ殻、紙、プラスチック、乾燥汚泥等が挙げられる。形状は、特に制限されないが、加熱部からの効率良く熱を伝達するという観点から、棒状、粒状であることが好ましい。棒状の場合には、その断面の最大径又は最大の辺の長さが、好ましくは5cm以下であり、より好ましくは3cm以下であり、特に好ましくは1cm以下である。粒状の場合には、最大径が好ましくは20cm以下であり、より好ましくは10cm以下であり、特に好ましくは5cm以下である。
イグサとは、イグサ科の植物であり、主に、畳表やゴザ等に利用される植物である。イグサの原料としては、特に制限されないが、廃棄物の有効利用という観点から、畳表やゴザ等の製造の際に生じるイグサ廃棄物を利用することが好ましい。
図1は、本発明の第1の実施態様の炭化物の製造方法に用いた炭化処理装置10の概略説明図である。
この炭化処理装置10は、被炭化物1を載せた加熱部2、加熱部2に熱を供給する熱供給部3、加熱部2の表面の温度を測定する温度センサ4を備えた構成である。
加熱工程は、被炭化物1を200〜500℃の温度に加熱された加熱部2に接触させることにより被炭化物1を加熱する工程である。
被炭化物1を加熱部2に接触させることにより、効率的に被炭化物1を加熱することができるため、短時間で炭化物を製造することができる。
転動工程は、被炭化物1を加熱部2の上で転動させる工程である。被炭化物1を加熱部2の上で転動することにより、被炭化物1を均等に炭化することができる。
被炭化物1を転動させるための構成としては、例えば、加熱部2を上下又は左右に振とうする構成や、回転パンや回転ドラムを回転させる構成等が挙げられる。その他、へら等の撹拌具を用いて被炭化物1を転動させてもよい。
図2は、本発明の第2の実施態様の炭化物の製造方法に用いた炭化処理装置11の概略説明図である。
この炭化処理装置11は、第1の実施態様の炭化物の製造方法に用いた炭化処理装置10に、さらに被炭化物1を覆う蓋5を備えた構成である。
図3は、本発明の第3の実施態様の炭化物の製造方法に用いた回転パン型の炭化処理装置12の概略説明図である。
この炭化処理装置12は、開口部6を有するボウル皿状の加熱部2を傾斜して設置し、ボウル皿状の加熱部2の底部の中心を軸に回転する構成である。
(実施例1)
イグサの乾燥物を3〜10mmに裁断したものを被炭化物として、上記の第1の実施態様の炭化物の製造方法によりイグサ炭化物を製造した。加熱部の温度は約250℃であり、加熱工程の時間は約5分とした。このイグサ炭化物を「試料1」とする。試料1についてラマンスペクトルを測定し、その結果を図4に示す。
イグサの乾燥物を3〜10mmに裁断したものを被炭化物として、上記の第2の実施態様の炭化物の製造方法によりイグサ炭化物を製造した。加熱部の温度は約450℃であり、加熱工程の時間は約10分とした。このイグサ炭化物を「試料2」とする。試料2についてラマンスペクトルを測定し、その結果を図5に示す。
マキの木の葉(未乾燥物)を被炭化物として、上記の第1の実施態様の炭化物の製造方法によりマキの木の葉の炭化物を製造した。加熱部の温度は約280℃であり、加熱工程時間は約30分とした。このマキの木の葉の炭化物を「MK−1」とする。MK−1についてラマンスペクトルを測定した。
マキの木の葉(未乾燥物)を被炭化物として、上記の第1の実施態様の炭化物の製造方法によりマキの木の葉の炭化物を製造した。加熱部の温度は約320℃であり、加熱工程時間は約15分とした。このマキの木の葉の炭化物を「MK−2」とする。MK−2についてラマンスペクトルを測定した。
イグサを3〜10mmに裁断したものを被炭化物として、電気炉を用いて、アルゴン雰囲気下、炭化温度480℃で180分間炭化処理し、イグサ炭化物を製造した。このイグサ炭化物を「480−180」とする。480−180についてラマンスペクトルを測定し、その結果を図6に示す。
イグサを3〜10mmに裁断したものを被炭化物として、電気炉を用いて、アルゴン雰囲気下、炭化温度300℃で炭化処理した。炭化処理時間を、10分間、20分間、30分間、40分間とし、各炭化処理時間におけるイグサ炭化処理物についてラマンスペクトルを測定した。その結果を図7に示す。なお、各炭化処理物の試料名は、「300−(炭化処理時間)」で表す。
イグサを3〜10mmに裁断したものを被炭化物として、電気炉を用いて、アルゴン雰囲気下、炭化温度350℃で炭化処理した。炭化処理時間を、10分間、20分間、30分間、40分間とし、各炭化処理時間におけるイグサ炭化処理物についてラマンスペクトルを測定した。その結果を図8に示す。なお、各炭化処理物の試料名は、「350−(炭化処理時間)」で表す。
マキの木の葉(未乾燥物)を被炭化物として、電気炉を用いて、アルゴン雰囲気下、炭化温度280℃で30分間炭化処理し、マキの木の葉の炭化物を製造した。このマキの木の葉の炭化物を「MK炉280−30」とする。MK炉280−30についてラマンスペクトルを測定した。
マキの木の葉(未乾燥物)を被炭化物として、電気炉を用いて、アルゴン雰囲気下、炭化温度280℃で60分間炭化処理し、マキの木の葉の炭化物を製造した。このマキの木の葉の炭化物を「MK炉280−60」とする。MK炉280−60についてラマンスペクトルを測定した。
ラマンスペクトルの測定条件は以下のとおりである。
測定器:顕微レーザーラマン分光分析装置(レニショー(株)「inVia Reflex」)
レーザー:YAG(ダブリング)、532nm
出力:50mWを5%に減光
対物レンズ:100倍
積算回数:5回
測定範囲:800〜2000cm-1
露光時間:100s
また、試料1(実施例1)、試料2(実施例2)のラマンスペクトルにおいてもDバンドとGバンドが認められ、その面積比は、それぞれ2.4、2.5であった。すなわち、実施例1、2の炭化物の製造方法によれば、加熱部温度200〜500℃、加熱工程時間20分以内で炭化処理しても、電気炉で十分に炭化した試料「480−180」と同等の炭化物を得られることがわかる。
以下の試料3〜8のイグサ炭化物、試料9のイグサについて、セシウム又は硫化水素の吸着試験を行った。結果は、表2、3に記載した。
試料3:イグサの全茎(地上部)を3〜10mmに裁断したものを被炭化物とし、実施例1と同様にイグサ炭化物を製造した。
試料4:イグサの茎の外筒部を剥がして茎内部の綿部を取り出し、3〜10mmに裁断したものを被炭化物とし、実施例1と同様にイグサ炭化物を製造した。
試料5:イグサの茎の外筒部を剥がして茎内部の綿部を取り出し、約3mmに裁断したものを被炭化物とし、実施例1と同様にイグサ炭化物を製造した。
試料6:イグサの全茎(地上部)を10〜20mmに裁断したものを被炭化物とし、実施例2と同様にイグサ炭化物を製造した。
試料7:イグサの全茎(地中部)を10〜20mmに裁断したものを被炭化物とし、実施例2と同様にイグサ炭化物を製造した。
試料8:イグサの全草(球根部も含む。)を10〜20mmに裁断したものを被炭化物とし、実施例2と同様にイグサ炭化物を製造した。
試料9:イグサの全茎(地上部)を3〜10mmに裁断し、加熱せずに、そのまま使用した。
セシウム吸着試験の処理操作:試料1gに100mLの水を加え3時間以上撹拌し、水になじませた。マグネチックスターラで撹拌しながら安定セシウムを1mg/Lとなるように投入し試験を開始した。室温で撹拌し、0.5時間後、1時間後、2時間後に試験液を採取した。採取した試験液は、孔径0.45μmのフィルタでろ過し、ろ液を分析試料とした。分析は、誘導結合プラズマ質量分析計(ICP−MS)により行った。結果は、開始時の濃度を100%とし、試験液に残存するセシウムの割合を表示した。
更には、約250℃で炭化したイグサ炭化物は、約450℃で炭化したイグサ炭化物より高いセシウム吸着能を有することが認められた。
硫化水素吸着試験の処理操作:濃度100ppmの硫化水素ガスを満たした5Lの容器内に、試料1gを置き、0.5時間後、2時間後、6時間後に容器内の気体を採取して、硫化水素の濃度を測定した。
上記の吸着試験の効果を検証するべく、イグサ(茎部)の熱重量測定を行い、イグサ炭化物の形成過程を調べた。熱重量測定は、昇温温度10℃/min、窒素雰囲気下の条件で行った。その結果を図9に示す。図9(A)は、試料重量(TG)の変化を表す図である。図9(B)は、試料重量の減少速度(DTG)を表す図である。
Claims (4)
- イグサを200〜500℃の温度に加熱された加熱部に接触させることにより前記イグサを加熱する加熱工程、及び、
前記イグサを前記加熱部の上で転動させる転動工程、を備え、
前記加熱工程の時間は、30分以内であることを特徴とする、イグサの炭化物の製造方法。 - 前記加熱工程は、前記加熱部の温度が200〜350℃であることを特徴とする、請求項1に記載のイグサの炭化物の製造方法。
- 前記加熱工程は、前記イグサと空気が接触した状態であることを特徴とする、請求項2に記載のイグサの炭化物の製造方法。
- イグサの炭化物であって、内部に綿部の炭化物を有することを特徴とする、イグサの炭化物。
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