JP2019518420A - 廃棄物における悪臭軽減 - Google Patents

Abstract

廃棄物に接触している吸収剤に酸性イオン交換樹脂を添加することにより、前記廃棄物における臭気を低減するための方法。

Description

本発明は、概して、猫の砂箱内で使用される猫砂等の廃棄物における臭気を低減するための方法に関する。

猫の砂箱は、しばしば猫の尿の強い臭気を有する。従来、猫の砂箱は、主にアンモニア及びアミンに起因すると考えられる猫の尿による強い刺激性の悪臭を軽減する、臭気抑制剤を有する。これは、典型的には、クレイ、チャーコール、重曹、臭気化結晶（ｏｄｏｒｉｚｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ）または他の吸着性材料を使用することにより達成される。吸気口を有する部屋に保存される場合、臭気を家の残りの部分から隔離するために、消臭剤がファーネスフィルタ上に添加されてもよい。先行技術は、例えばＵＳ５，１４３，０２３において、その効率を改善するために、クレイの様々な処理を開示している。しかしながら、先行技術は、クレイ及びシリカが合成材料より好ましいことを教示している。

本発明により対応される問題は、猫砂における臭気を低減するための改善された方法を見出すことである。

発明の説明
本発明は、廃棄物に接触している吸収剤に酸性イオン交換樹脂を添加することにより、前記廃棄物における臭気を低減するための方法に関する。

別段に指定されない限り、全てのパーセンテージは、重量パーセンテージ（重量％）であり、全ての温度は℃である。別段に指定されない限り、全ての操作は、室温（２０−２５℃）で行われた。イオン交換樹脂の重量パーセントは、乾燥樹脂を基準とする。「廃棄物」という用語は、人間または動物により排泄された糞便、尿、汗及び他の悪臭生成物を指す。「吸収剤」という用語は、猫砂、靴の中敷き、使い捨ておむつ、尿漏れ防止パッド、生理用ナプキン、パンティライナー、マットレスカバー、エアゲル、カーペット及び布地を指す。

猫砂は、多くの場合、家猫が室内で排尿及び排便し得る容器に敷くように使用される、顆粒形態の吸収性材料である。多くの異なる種類の猫砂が入手可能であるが、本質的にそれらのほとんどが、クレイベース、シリカベース及び生分解性の３つの異なるカテゴリーに分類される。クレイベースの猫砂は、主に、しばしば少量の石灰石、結晶化シリカ、四ホウ酸ナトリウム、またはそれらの組み合わせを含む吸収性のクレイ材料である。シリカベースの猫砂は、主に結晶化シリカである。生分解性の猫砂は、マツ材ペレット、再生新聞紙、凝集性のおがくず、ブラジルキャッサバ、トウモロコシ、コムギ、クルミ、オオムギ、オカラ及び乾燥オレンジの皮を含む様々な植物源から作製される。

「アクリル樹脂」という用語は、少なくとも７０重量％、好ましくは少なくとも８０重量％、好ましくは少なくとも９０重量％、好ましくは少なくとも９５重量％、好ましくは少なくとも９８重量％、好ましくは少なくとも９９重量％のアクリルモノマーの重合単位を有するポリマーを指す。アクリルモノマーは、（メタ）アクリル酸及びそのＣ_１−Ｃ_２２アルキル、ヒドロキシアルキルまたはポリエチレングリコールエステル；クロトン酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリロニトリル、及びクロトン酸、イタコン酸、フマル酸またはマレイン酸のアルキルまたはヒドロキシアルキルエステルを含む。

好ましくは、イオン交換樹脂は、実質的に球状のビーズの形態である。本発明において使用されるイオン交換樹脂は、ゲル型樹脂または巨大網状樹脂であってもよい。巨大網状樹脂は、２５ｍ^２／ｇ〜２００ｍ^２／ｇの表面積及び５０Å〜５００Åの平均細孔直径；好ましくは３０ｍ^２／ｇ〜８０ｍ^２／ｇの表面積及び１００Å〜３００Åの平均細孔直径を有する樹脂である。好適な樹脂は、例えば、アクリル樹脂、スチレン樹脂、及びそれらの組み合わせを含む。樹脂は、複数エチレン性不飽和モノマー（架橋剤）の重合単位を含有する。好ましくは、樹脂中の架橋剤のレベルは、０．５％〜１６重量％、好ましくは少なくとも１％、好ましくは少なくとも２％であり；好ましくは１４％以下、好ましくは１２重量％以下である。ゲル樹脂は、好ましくは、０．５％〜４％の架橋剤レベルを有する。巨大網状樹脂は、好ましくは、３．５％〜１６％の架橋剤レベルを有する。

好ましい実施形態において、樹脂は、典型的には、８８％〜９９．５％の（メタ）アクリル酸のモノマー残渣及び０．５％〜１２％の架橋剤の残渣、好ましくは８８％〜９６．５％の（メタ）アクリル酸のモノマー残渣及び３．５％〜１２％の架橋剤の残渣、好ましくは９６％〜９９．５％の（メタ）アクリル酸のモノマー残渣及び０．５％〜４％の架橋剤の残渣、好ましくはジビニルベンゼン（ＤＶＢ）を含有するアクリル樹脂である。好ましくは、ゲル樹脂の平均粒子サイズは、３０μｍ〜２０００μｍ、好ましくは少なくとも５０μｍ、好ましくは少なくとも１００μｍであり；好ましくは８００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下である。好ましい実施形態において、イオン交換樹脂は、スチレン及び架橋剤、例えばジビニル芳香族化合物；ジ−、トリ−及びテトラ−（メタ）アクリレートまたは（メタ）アクリルアミド；ジ−、トリ−及びテトラ−アリルエーテル及びエステル；グリコール及びポリオールのポリアリル及びポリビニルエーテルの重合単位を含む。好ましくは、架橋剤は、ジエチレン性不飽和、例えばＤＶＢである。好ましくは、イオン交換樹脂の酸官能基は、スルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基またはそれらの混合物；好ましくはスルホン酸またはカルボン酸を含む。典型的な酸性イオン交換樹脂は、乾燥基準で０．４〜８ｍｅｑ／ｍｌ、好ましくは少なくとも２ｍｅｑ／ｍｌ、好ましくは少なくとも３ｍｅｑ／ｍｌであり；好ましくは６ｍｅｑ／ｍｌ以下である酸官能基を有する。好ましくは、酸官能基は、スルホン酸基の形態である。

好ましくは、弱酸イオン交換樹脂が本発明において使用される。好ましくは、樹脂は、カルボキシル基、ホスホン酸基、リン酸基、ホスフィン酸基、またはそれらの組み合わせ；好ましくはカルボキシル基で官能化される。本発明の好ましい実施形態において、スルホン酸基を有する強酸樹脂が使用される。

好ましくは、酸性イオン交換樹脂は、吸収剤及びイオン交換樹脂の０．１〜５０重量％、好ましくは少なくとも０．５重量％、好ましくは少なくとも１．０重量％、好ましくは少なくとも３．０重量％であり；好ましくは２５重量％以下、好ましくは１０重量％以下、好ましくは７重量％以下の量で吸収剤に添加される。

実験手順
５Ｍの水酸化アンモニウム溶液（８．７７％のアンモニアに対応する）及び２８％の水酸化アンモニウム溶液をＳｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、アンモニア標準を作製した。原液をＭｉｌｌｉＱ水で希釈し、１０ｐｐｍ〜１０％ｗｔ／ｗｔの水酸化アンモニウムの標準を作製した。次いで、理想気体の法則を使用して、重量濃度を体積／体積（ｖ／ｖ）濃度に変換した。約１５ｍｇの各較正標準を２２ｍＬのヘッドスペースバイアルに入れ、Ｔｅｆｌｏｎ被覆セプタムで栓をし、次いで質量選択検出を有するガスクロマトグラフィーと組み合わせたヘッドスペースサンプリング（ＨＳ−ＧＣ−ＭＳ）により分析した。機器は、Ｔｅｋｍａｒ ７０００ヘッドスペースオートサンプラ、ならびに吸収を最小限にするためのＳｉｌｃｏｓｔｅｅｌ処理ループ及びコネクタを装備したＡｇｉｌｅｎｔ ＧＣ−ＭＳモデル６８９０／５９７３であった。分離に使用したカラムは、ＣｈｒｏｍＰａｃ ＰｏｒａＰｌｏｔ アミンカラム（２５ｍ×０．３２ｍｍ×１０μｍ）であった。標準のヘッドスペース分析は、静的ヘッドスペースサンプリングにおいて生じ得るマトリクス効果を排除するために、完全蒸発モードで行った。このモードでは、小さい試料サイズが使用され、ヘッドスペースバイアル温度は、対象となる揮発性物質の完全蒸発を可能にするのに十分に高く設定される。この分析のために、サンプリング前に１０分間、標準試料を１５０℃に加熱した。この温度は、水酸化アンモニウム溶液からヘッドスペース内にアンモニアを完全に放出させるはずである。アンモニアの較正プロットを構築した（アンモニアのピーク面積ｍ／ｚ＝１７対ｖ／ｖ濃度）。ｍ／ｚ＝１７イオンは、感度向上のために使用された。

試料を調製するために、仔猫の猫砂及び／または活性物質を２２ｍＬのヘッドスペースバイアルに秤量した。反復試料を常に調製した。適切なＶＩＣＩ気密シリンジを使用して、８．７７％または２８％の水酸化アンモニウム溶液上のヘッドスペースからの既知体積のアンモニアガスを分注することにより、試料を含有する各ヘッドスペースバイアル、及び空のバイアル（対照として使用される）にアンモニアを加え、続いて速やかにバイアルをＴｅｆｌｏｎ被覆セプタムで栓をした。バイアルを室温で指定された長さの期間放置し、次いで各バイアル内のヘッドスペースを３０℃に０または１０分間加熱し、ＨＳ−ＧＣ−ＭＳによりアンモニア含量に関して分析した。アンモニアの較正プロットから、線形最小二乗方程式を使用して、室温におけるこの溶液上のヘッドスペース内のアンモニアの濃度を決定した。

希釈したアンモニアガス（空気中約５００ｐｐｍ及び３０００ｐｐｍ ｖ／ｖ）を、仔猫の猫砂及びＩＥＲの試料を含有する２２ｍＬのヘッドスペースバイアルに添加した（表１を参照されたい）。次いで、室温で４時間後の各ヘッドスペースバイアルにおけるヘッドスペースアンモニアを測定し、アンモニア軽減を測定した（反復して実行）。２つのセットは、このデータが非常に再現性があることを示している。この試験のセットにおいて、猫砂は０．１グラムであり、弱酸性カチオン性イオン交換樹脂（メタクリル酸／ＤＶＢ、巨大網状）を０．１ｇ及び０．００５ｇで試験した。

ＦＲＥＳＨ ＳＴＥＰ（ＦＳ）は、＞８０％のベントナイトクレイ、＜６％の結晶化シリカ及び０．１〜１％の四ホウ酸ナトリウムを含み；ＳＣＯＯＰ ＡＷＡＹ（ＳＡ）は、７０〜９０％のクレイ、１０〜２５％の石灰石、＜６％の結晶化シリカ及び０．１〜１％の四ホウ酸ナトリウムを含み；ＡＲＭ＆ＨＡＭＭＥＲ（ＡＨ）は、トウモロコシ、マツ及びスギ；ならびに酸性または塩基性官能基を有さないスチレン−アクリルポリマーであるポリマーを含む。

全ての場合において、０．１ｇの猫砂をバイアルに量り入れた。以下の表２は、最初の注入、１日後の２回目の注入、及びバイアルに再び栓をして３日間待った後の、任意のアンモニアがまだ存在するかどうかを決定するための再試験を示す。２つの異なるレベルでの弱酸性カチオン性ＩＥＲの添加は、３日後にアンモニアを軽減することができる。この例は、長期週末休暇の間猫を１匹だけで家に放置したのと同様のシナリオを示す効果があった。より短い軽減時間において、イオン交換樹脂に著しい差がある。

表３において、同じバイアル内へのアンモニアの再注入（注入当たり３０００ｐｐｍのアンモニア、最終的には注入６において１８０００ｐｐｍまで蓄積）により、イオン交換樹脂の臭気軽減の継続を行った。６回までの再注入は、高いアンモニアレベル（最大１８０００ｐｐｍのアンモニア）であっても、イオン交換樹脂がまだアンモニア臭気を軽減することを示した。

表４において、シリーズの各バイアルに、指定されたアンモニア用量を注入し、次いでアンモニア軽減に関して検査した。仔猫砂に対するイオン交換樹脂の添加は、悪臭の捕捉を改善した。この効果は、複数の猫の場合、または飼い主が猫を長期間１匹だけで放置した場合に顕著となる。

表５において、我々はいくつかの異なる種類のイオン交換樹脂を、アンモニアを軽減するその能力に関して検討した。試料に３０００ｐｐｍのアンモニアを注入し、１５分の軽減期間を置いてから分析した。データは、強〜弱酸カチオン性イオン交換樹脂が、強塩基アニオン性イオン交換樹脂または非イオン性イオン交換樹脂と比較して優れた臭気軽減を有することを示している。アンモニアは、強酸カチオン交換樹脂または弱酸カチオン交換樹脂により、空気及び液体から除去され得る。アンモニアが遊離塩基として存在する場合、弱酸カチオン交換樹脂が、そのより高い容量及びより高い再生効率から好ましい。しかしながら、弱酸カチオン樹脂は、アンモニアが遊離塩基として存在する場合にのみ機能し；アンモニアが塩として存在する場合には、塩を分割するために強酸カチオン樹脂が必要である。

表６の軽減に関する備考：
１００＝優；＞９９．９＝良；＞９８−＜９９＝可；＜９８＝不十分。
尺度は、アンモニアの臭気閾値に関連する。引用された５〜５０ｐｐｍは、ＯＳＨＡの認識可能な臭気である。
目標は、５ｐｐｍ未満の残留アンモニアである。

表６において、我々は、注入後５分及び１５分の時点での３００ｐｐｍのアンモニアの軽減を分析した。強塩基アニオン性交換樹脂は、低減されたレベルのアンモニアまで軽減することができなかった。弱酸及び強酸カチオン性交換樹脂は、アンモニアを軽減することができた。強酸カチオン性交換樹脂は、より短い注入及びサンプリング時間で、弱酸カチオン性交換樹脂よりも著しく良好に軽減することができた。

データは、強〜弱酸イオン交換樹脂が、強塩基イオン交換樹脂または非イオン性イオン交換樹脂と比較して優れた臭気軽減を有することを示している。

Claims (8)

1. 廃棄物に接触している吸収剤に酸性イオン交換樹脂を添加することにより、前記廃棄物における臭気を低減するための方法。
2. 前記酸性イオン交換樹脂が、前記吸収剤及びイオン交換樹脂の０．１〜５０重量％の量で前記吸収剤に添加される、請求項１に記載の方法。
3. 前記酸性イオン交換樹脂が、架橋アクリル樹脂、スチレン樹脂またはそれらの組み合わせである、請求項２に記載の方法。
4. 前記吸収剤が、猫砂である、請求項３に記載の方法。
5. 前記酸性イオン交換樹脂が、前記吸収剤及びイオン交換樹脂の０．５〜２０重量％の量で前記吸収剤に添加される、請求項４に記載の方法。
6. 前記酸性イオン交換樹脂が、スルホン酸またはカルボン酸官能基を含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記酸性イオン交換樹脂が、弱酸イオン交換樹脂である、請求項６に記載の方法。
8. 前記酸性イオン交換樹脂が、強酸イオン交換樹脂である、請求項６に記載の方法。