JP2019171311A - アンモニア含有水処理材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
化学処理法の一つである触媒湿式酸化法は、高温高圧条件下で触媒と接触させることにより、連続的に大量の排水を処理することが可能であり、半導体洗浄工程で発生するアンモニア含有排水の処理などに用いられている(例えば、特許文献1、2)。
本発明者らは、高濃度のアンモニアを含む排水と接触しても比表面積の低下及び活性成分の脱落を抑制することができると共に成形が容易である触媒担体を提供することを目的として、γ−アルミナと、アルミノシリケート及び/又はカルシウムアルミノシリケートとを含み、前記γ−アルミナの含有量が10質量%〜60質量%である触媒担体が上記の目的を達成できることを見出した(特許文献3)。
さらに、これらの活性成分は高価であるため、アンモニア含有水の処理費用を削減するためにもこれらの活性成分の使用量を抑えることも重要な課題である。
(1)γ−アルミナ又はθ−アルミナから選択されるアルミナ及びアルミノシリケートを含み、化学組成比(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)が0.5〜1.5(モル比)である、アンモニア含有水処理材、
(2)記アンモニア含有水処理材が、30質量〜70質量%の前記アルミナを含む、(1)のアンモニア含有水処理材、
(3)前記化学組成比(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)が0.8〜1.2(モル比)である、(1)又は(2)のアンモニア含有水処理材、
(4)化学組成比(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)が1.2(モル比)である、(1)〜(3)のいずれかのアンモニア含有水処理材、
(5)前記アルミナがγ−アルミナである、(1)〜(4)いずれかのアンモニア含有水処理材、
(6)シリカを含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のアンモニア含有水処理材。
(7)(1)〜(6)のいずれかのアンモニア含有水処理材の製造方法であって、
γ−アルミナ又はθアルミナを与える化合物と、ケイ酸塩水和物を混練して混練物を得る工程と、
前記混練物を成形した後、該成形物を900℃〜1200℃の温度で焼成する工程を含み、
前記混練物の固形分におけるγ−アルミナ又はθアルミナを与える化合物の含有量の総和が30質量%〜70質量%である、
前記製造方法、
(8)(1)〜(6)のいずれかのアンモニア含有水処理材の製造方法であって、
γ−アルミナ又はθ−アルミナを与える化合物と、蛙目粘土を混練して混練物を得る工程と、
前記混練物を成形した後、該成形物を900℃〜1200℃の温度で焼成する工程を含み、
前記混練物の固形分におけるγ−アルミナ又はθアルミナを与える化合物の含有量の総和が30質量%〜70質量%である、
前記製造方法、
(9)前記γ−アルミナ又はθ−アルミナを与える化合物としてγ−アルミナを用いる、(7)又は(8)の製造方法である。
また、本発明のアンモニア含有水処理材は、CaO、MgO、Na2O、K2O、Fe2O3を合計で0.5質量%〜2.0質量%、好ましくは0.7質量%〜1.8質量%で含みうる。
活性成分の担持量としては、特に限定されないが、コスト面を考慮すると、一般に、触媒担体の重量の0.01質量%〜25質量%である。
また、「θ−アルミナを与える化合物」とは、θ−アルミナ、又は焼成によってθ−アルミナを生成する化合物のことを意味する。焼成によってθ−アルミナを生成する化合物としては、特に限定されないが、水酸化アルミニウムなどが挙げられる。
焼成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の焼成装置を用いて行うことができる。焼成装置としては、バッチ炉、トンネル窯、ロータリーキルンなどを用いることができる。
以下の実施例及び比較例では、次の原料を用いた。
(1)原料
・アルミナ:γ−アルミナC20(日本軽金属株式会社製)
γ−アルミナ(水澤化学工業株式会社製)
θ−アルミナC40(日本軽金属株式会社製)
水酸化アルミニウム(関東化学株式会社製)
・ケイ酸塩水和物:蛙目粘土(河鈴窯業合資会社製)
笠岡粘土(カサネン工業株式会社製)
カオリン(ハットリ株式会社製)
関西ベントナイト(カサネン工業株式会社製)
・トバモライト(酸化カルシウムと珪石と水とを混合したスラリーを180℃、10,000hPaの条件下で10時間水和反応を行った後、濾過して乾燥させることによって製造した。)
上記原料(アルミナは粉砕品を使用)を所定量計量して、乳鉢中で混合したものに、水を加えて混練し、直径約5mmとなるように造粒した。これを150℃で12時間乾燥し、10℃/分の速度で1000℃〜1200℃まで昇温した炉内で0〜10時間の焼成を行ってアンモニア含有水処理材を得た。
アンモニア分解試験は、三愛科学株式会社製 高圧分解反応容器100mL中で、アンモニア含有水処理材2g(直径約5mm)及び関東科学株式会社製 アンモニア水(特級、濃度28%)20gを混合(固液比1:10)して密閉した後、150℃に設定した乾燥機に投入して、アンモニア分解試験を行った。アンモニア分解試験条件は、150℃で12時間とし、アンモニア分解試験終了後、反応容器を乾燥機から取り出して20℃になるまで放冷した。冷却後、反応容器から反応液とアンモニア含有水処理材を取り出した。
反応液のアンモニア濃度は、Vernier社製のLABQUEST2にアンモニアイオン選択電極を接続したイオンメーターにより測定して、アンモニア分解率を評価した。アンモニア分解率は、(アンモニア分解試験前濃度−アンモニア分解試験後濃度)/アンモニア分解試験前濃度×100(%)で算出した。
鉱物組成は、リガク社製 Ultima III X線回折装置を用いて測定した。
化学組成比(モル比)は、化学組成をRIGAKU社製 走査型蛍光X線分析装置により測定し、(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)を算出した。
原料配合比、焼成条件及び化学組成比(モル比)を表2に示す。また、各評価結果を表3に示す。
なお、No.15は、原料製造時の焼成工程で、比表面積が1m2/g未満であったため、アルカリ耐久性試験後の比表面積は測定しなかった。
次にアルカリ耐久性試験を行った。
(1)原料
・アルミナ:γ−アルミナC20(日本軽金属株式会社製)
・ケイ酸塩水和物:蛙目粘土(河鈴窯業合資会社製)
ここでの蛙目粘土の化学組成比(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)は1.2である。
(2)製造方法
γ−アルミナ C20(アルミナは粉砕品を使用)が40質量%、蛙目粘土が60質量%となる量を計量して、乳鉢中で混合したものに、水を加えて混練し、ラッシヒリング状(高さ8.7mm、直径8.9mm)に成型した。これを150℃で12時間乾燥し、1000℃で10時間焼成を行ってアンモニア含有水処理材を得た。
アルカリ耐久性試験は、三愛科学株式会社製 高圧分解反応容器100mL中で、アンモニア含有水処理材2g及び関東科学株式会社製 アンモニア水(特級、濃度28%)20gを混合(固液比1:10)して密閉した後、100〜230℃に設定した乾燥機に投入してエージングを行った。エージング条件は100〜230℃で10〜12時間とし、エージング終了後は、反応容器を取り出して20℃になるまで放冷した。冷却後、反応容器から試料を取り出し、蒸留水で洗浄を行い、105℃で乾燥を行ったものを各種試験に供した。
結果を以下の表4に示す。
次に耐熱性試験を行った。
(1)原料
・アルミナ:γ−アルミナC20(日本軽金属株式会社製)
γ−アルミナ(水澤化学工業株式会社製)
・ケイ酸塩水和物:蛙目粘土(河鈴窯業合資会社製)
カオリン(ハットリ株式会社製)
ここでの蛙目粘土及びカオリンの化学組成比(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)は、それぞれ1.2及び0.2である。
アルミナ(アルミナは粉砕品を使用)が40質量%、ケイ酸塩水和物が60質量%となる量を計量して、乳鉢中で混合したものに、水を加えて混練し、ラシヒリング状(高さ8.7mm、直径8.9mm)に成型した。これを150℃で12時間乾燥し、1000℃で10時間焼成を行ってアンモニア含有水処理材を得た。
熱耐久性試験は、電気炉を用いてアンモニア含有水処理材を1000℃で0〜48時間焼成し、20℃になるまで放冷したものを各種試験に供した。
形状は、電子ノギスを用いて測定した。測定は10個のアンモニア含有水処理材を用いて実施し、平均値を評価結果とした。
圧環強度は、JIS Z 2507:焼結軸受−圧環強さ試験方法を参考にし、イマダ社製 デジタルフォースゲージを用いて測定した。測定は10個のアンモニア含有水処理材を用いて実施し、平均値を評価結果とした。
結果を以下の表5に示す。
Claims (9)
- γ−アルミナ又はθ−アルミナから選択されるアルミナ及びアルミノシリケートを含み、化学組成比(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)が0.5〜1.5(モル比)である、アンモニア含有水処理材。
- 前記アンモニア含有水処理材が、30質量〜70質量%の前記アルミナを含む、請求項1に記載のアンモニア含有水処理材。
- 前記化学組成比(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)が0.8〜1.2(モル比)である、請求項1又は2に記載のアンモニア含有水処理材。
- 化学組成比(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)が1.2(モル比)である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のアンモニア含有水処理材。
- 前記アルミナがγ−アルミナである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のアンモニア含有水処理材。
- シリカを含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のアンモニア含有水処理材。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載のアンモニア含有水処理材の製造方法であって、
γ−アルミナ又はθアルミナを与える化合物と、ケイ酸塩水和物を混練して混練物を得る工程と、
前記混練物を成形した後、該成形物を900℃〜1200℃の温度で焼成する工程を含み、
前記混練物の固形分におけるγ−アルミナ又はθアルミナを与える化合物の含有量の総和が30質量%〜70質量%である、前記製造方法。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載のアンモニア含有水処理材の製造方法であって、
γ−アルミナ又はθ−アルミナを与える化合物と、蛙目粘土を混練して混練物を得る工程と、
前記混練物を成形した後、該成形物を900℃〜1200℃の温度で焼成する工程を含み、
前記混練物の固形分におけるγ−アルミナ又はθアルミナを与える化合物の含有量の総和が30質量%〜70質量%である、
前記製造方法。 - 前記γ−アルミナ又はθ−アルミナを与える化合物としてγ−アルミナを用いる、請求項7又は8に記載の製造方法。
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