JP2020028850A - プラスチック複合材の分解方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 プラスチック複合材の加熱を低い温度で行っても、短時間でプラスチック複合材のマトリックス樹脂を十分に分解することができるプラスチック複合材の分解方法を提供する。【解決手段】 本発明のプラスチック複合材の分解方法は、反応器内でプラスチック複合材とバンドギャップが４ｅＶ以下である無機酸化物の触媒とを接触させ、反応器内の雰囲気温度を酸素存在下で３８０〜５３０℃に設定し、プラスチック複合材の表面温度を４８０〜６５０℃であって、前記雰囲気温度よりも５０℃以上高い温度にする。【選択図】 図８
Description
本発明は、プラスチック複合材の分解方法に関する。
カーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等のプラスチック複合材の廃材は、現状技術ではリサイクルが難しいため、多くが埋め立て処理または焼却処理されている。特に、プラスチック複合材のマトリックスとしてエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いたものは、一度硬化すると容易には熱硬化性樹脂と強化繊維とを分離することができない。
そこで、プラスチック複合材を処理または再利用する技術として、熱分解法や熱半導体法が開発されている。例えば、特許文献１には、熱半導体法として、プラスチック複合材の板の表面に、酸化クロムや酸化チタン等の半導体を多孔体の表面に担持した触媒担持ハニカムを接触させ、酸素存在下において、半導体が真性電気伝導領域となる温度で被処理物とともに触媒担持ハニカムを加熱することにより、プラスチック複合材のポリマーを分解するプラスチック複合材の処理方法が記載されている。
また、プラスチック複合材ではないが、廃プラスチック・有機物の分解方法として、特許文献２には、酸化銅を担持し並びに活性成分が酸化チタンである酸化チタンの顆粒体を含む廃プラスチック・有機物分解用触媒が記載されている。この触媒は、顆粒体の形状が略球形（ここで略球形とは、顆粒体の滑り始める角度が０．５度〜１５．０度であり、かつ全ての顆粒体が滑り終わる角度が２．０度〜３０．０度である）であり、全顆粒体の７０％以上の顆粒体の粒子径が０．２ｍｍ〜１．６ｍｍであり、酸化銅の担持量が０．１重量％〜１０．０重量％であることが記載されている。
特許文献１に開示された熱半導体法では、確かにプラスチック複合材の分解ができるものの、この方法では、プラスチック複合材を５００℃に加熱して１０分〜１５分の時間を要することが記載されており、大量のプラスチック複合材を分解処理するには、エネルギー消費が大きく、また時間がかかるため連続処理できないという問題がある。また、特許文献２に開示された触媒は、触媒の調製が特別であり、市販の触媒で容易にプラスチック複合材の分解処理ができることが望まれている。
そこで本開示は、上記の問題点に鑑み、プラスチック複合材の加熱を低い温度で行っても、短時間でプラスチック複合材のマトリックス樹脂を十分に分解することができるプラスチック複合材の分解方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の少なくとも一実施形態に係るプラスチック複合材の分解方法は、反応器内でプラスチック複合材とバンドギャップが４ｅＶ以下である無機酸化物の触媒とを接触させ、前記反応器内の雰囲気温度を酸素存在下で３８０〜５３０℃に設定し、前記プラスチック複合材の表面温度を４８０〜６５０℃であって、前記雰囲気温度よりも５０℃以上高い温度にする方法である。
幾つかの実施形態において、前記反応器内の雰囲気温度は３８０〜４５０℃が好ましい。また、前記触媒は、粒状または粒状と板状および／もしくはハニカム形状との組み合わせとすることが好ましい。さらには、前記プラスチック複合材の層状面を前記触媒と接触させることが好ましい。
幾つかの実施形態において、前記バンドギャップが４ｅＶ以下である無機酸化物は、チタン酸化物、バナジウム酸化物、タングステン酸化物、モリブデン酸化物、銅酸化物からなる群より選ばれる１種または２種以上の組み合わせであるものが好ましい。
幾つかの実施形態において、前記反応器内で、ステンレス鋼製のメッシュ板の中央部分などの一部分に、前記プラスチック複合材および前記触媒を積載し、前記メッシュ板の下方から酸素を供給してもよい。
このように本開示によれば、バンドギャップが４ｅＶ以下である無機酸化物の触媒をプラスチック複合材と接触させることで、反応器内の雰囲気温度を酸素存在下で３８０〜５３０℃と低い温度に設定しても、プラスチック複合材のマトリックス樹脂の分解によって発生するガス中の炭化水素および一酸化炭素が、前記無機酸化物の触媒で酸化され、これによって生じる燃焼熱によって、プラスチック複合材の表面温度を４８０〜６５０℃であって、前記雰囲気温度よりも５０℃以上高い温度にすることができる。よって、従来、プラスチック複合材のマトリックス樹脂を十分に分解するのに必要な温度よりも低い温度でプラスチック複合材を加熱しても、プラスチック複合材のマトリックス樹脂を十分に分解することができ、効率的にプラスチック複合材を処理することができる。なお、プラスチック複合材の表面温度が高すぎると、プラスチック複合材の強化繊維が劣化して再利用が難しくなるため、プラスチック複合材の表面温度は６５０℃以下とする。
特に、反応器内の雰囲気温度を３８０〜４５０℃というより低い温度でも、触媒の形状や、プラスチック複合材へ触媒を接触させる配置によって、プラスチック複合材の表面温度を更に大きく上昇させることができる。例えば、触媒として、粒状または粒状とハニカム形状の組み合わせとしたり、プラスチック複合材の層状面を触媒と接触させる配置とすることで、プラスチック複合材の表面温度を雰囲気温度よりも１００℃以上高くすることができる。
以下、添付図面を参照して、本開示に係る少なくとも一実施形態におけるプラスチック複合材の分解方法の一実施形態について説明する。
本実施形態のプラスチック複合材の分解方法は、反応器内でプラスチック複合材とバンドギャップが４ｅＶ以下である無機酸化物の触媒とを接触させ、反応器内の雰囲気温度を酸素存在下で所定の設定温度に加熱することで、プラスチック複合材の表面温度を、前記雰囲気温度よりも高い温度にするものである。
処理対象となるプラスチック複合材としては、強化繊維とマトリックス樹脂との複合材料であれば、特に限定されないが、強化繊維としては炭素繊維やガラス繊維などでもよく、マトリックス樹脂としては、熱硬化性プラスチックや熱可塑性プラスチックなどでもよい。熱硬化性プラスチックとしては、例えば、フェノール樹脂、ウレタンフォーム、ポリウレタン、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂等がある。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド、ポリイミド、メタクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、石油樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリブテン、フッ素樹脂、ポリアクリレート等がある。
触媒として用いるバンドギャップが４ｅＶ以下である無機酸化物としては、例えば、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）などの各酸化物がある。これら無機酸化物は一種類を単独で使用してもよいし、複数種類の組み合わせであってもよい。例えば、脱硝触媒として現在使用されている、チタン酸化物にバナジウム酸化物及びタングステンまたはモリブデンの酸化物を添加した触媒を用いることもできる。触媒のバンドギャップは３ｅＶ以下が好ましく、２ｅＶ以下がより好ましい。
触媒の形状としては、ハニカム型、板状、粒状であってもよいが、特に、反応器の雰囲気温度よりもプラスチック複合材の表面温度をより高くするために、粒状の触媒を用いることが好ましい。粒状の直径の下限は、プラスチック複合材の分解生成物との分離を容易にするため、１ｍｍ以上が好ましく、１．５ｍｍ以上がより好ましく、２ｍｍ以上が更に好ましい。粒状の直径の上限は、プラスチック複合材と粒状触媒との接触点を増やし、均一に反応を促進させるため、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましく、４ｍｍ以下が更に好ましい。このような範囲内の直径の粒状触媒は、市販されているが、例えば、市販の無機酸化物を加圧成形後、破砕して所定の直径の範囲内となるようにフィルタ等で整流することで得ることができる。
ハニカム型触媒としては、セルの一辺の下限は、プラスチック複合材とハニカム型触媒との接触点を増やし、均一に反応を促進させるため、２．８ｍｍ以上が好ましく、３．５ｍｍ以上がより好ましく、５．６５ｍｍ以上が更に好ましい。セルの一辺の上限は、接触点を増やし均一に反応を促進させるため、９ｍｍ以下が好ましく、６．４ｍｍ以下がより好ましく、６．２５ｍｍ以下が更に好ましい。板状触媒としては、厚さの下限は、プラスチック複合材との反応を十分に促進させるため、０．３ｍｍ以上が好ましく、０．６ｍｍ以上がより好ましく、０．７ｍｍ以上が更に好ましい。板状触媒の厚さの上限は、厚すぎると反応に関与しない触媒が生じるため、１ｍｍ以下が好ましく、０．９ｍｍ以下がより好ましく、０．８ｍｍ以下が更に好ましい。
プラスチック複合材に対する触媒の配置としては、先ず、触媒の効果を十分に発揮させるために、プラスチック複合材の外表面積に対して、触媒の接触割合が２０％以上となるように配置することが好ましい。また、プラスチック複合材は、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグを複数、積層させて加圧加熱条件下で硬化処理を行い製造される積層構造を有するものである。反応器の雰囲気温度よりもプラスチック複合材の表面温度をより高くするために、特に、このプラスチック複合材の積層構造が断面に見える面（本明細書において「層状面」という）に、触媒を配置することが好ましい。
例えば、図１に、薄長い形状を有するプラスチック複合材１０ａを、ハニカム型触媒２０ａの複数のセル２１で囲んだ配置を示す。プラスチック複合材１０ａの広い面積の表面１１および裏面１３には、ハニカム型触媒２０ａを配置せず、層状面１２である４つの面を全てハニカム型触媒２０ａで囲むようにしてもよい。
また、例えば、図２に、薄長い形状を有するプラスチック複合材１０ｂを、触媒２０ｂの複数の粒状触媒２２で囲んだ配置を示す。プラスチック複合材１０ｂの広い面積の表面１１および裏面１３にわたって粒状触媒２２を敷き詰めるとともに、層状面１２である４つの面の全て又は一部を粒状触媒２２で覆うようにしてもよい。プラスチック複合材１０の層状面１２である４つの面の全面積が触媒２０と接触している必要はなく、例えば、層状面１２の全面積の２５％以上が触媒と接触していることが好ましく、５０％以上が触媒と接触していることがより好ましい。
更に、例えば、図３のように、プラスチック複合材１０ｃの表面１１および裏面１３のみを複数のセル２１からなるハニカム型触媒２０ｃで挟むように配置してもよい。また、触媒は、粒状触媒とハニカム型触媒との組み合わせであってもよく、図３に示すように、プラスチック複合材１０ｃの裏面１３の面積よりも広い面積を有するハニカム型触媒２０ｃのはみ出した部分２３に、粒状触媒（図示省略）を載せてプラスチック複合材１０ｃの層状面１２に触媒が接触するようにしてもよい。なお、ハニカム型触媒の代わりに板状触媒を用いることとしてもよいし、ハニカム型触媒と板状触媒とでプラスチック複合材を挟んでもよい。
そして、図４に示すように、プラスチック複合材１０に触媒２０を接触させた処理対象物３０を、焼成炉などの反応器４１内に入れて、反応器４１内でプラスチック複合材の分解処理を行う。プラスチック複合材のマトリックス樹脂の分解は、酸化反応であることから、反応器４１内には十分な酸素が必要である。よって、反応器４１には、空気等の酸素含有ガスを供給する設備（図示省略）が設けられている。
処理対象物３０は、図４に示すように、ステンレス鋼製のメッシュ板４３の中央部分に載置して、反応器４１内で分解処理されることが好ましい。これにより処理対象物３０の下面から酸素含有ガスを供給しても、メッシュ板４３を通して処理対象物３０の下面、側面、上面に一様に酸素含有ガスを供給することができる。メッシュ板４３は、処理対象物３０の上に更に載置して、その上に処理対象物３０を載置することを繰り返し、複数の処理対象物３０を一度に反応器４１内に入れてもよい。この複数段にした処理対象物３０とメッシュ板４３は、ベルトコンベア等の輸送手段４２によって、反応器４１内に輸送することもできる。所定の時間にわたり分解処理された処理対象物３０とメッシュ板４３は、輸送手段４２によって反応器４１から出た後、マトリックス樹脂が十分に分解されて残った強化繊維が、回収手段４４によって回収される。
反応器４１内の雰囲気温度は、３８０〜５３０℃に設定する。触媒として、バンドギャップが４ｅＶ以下である無機酸化物を用いることで、反応器４１内がこのような低い雰囲気温度に設定しても、プラスチック複合材のマトリックス樹脂の分解によって発生するガス中の炭化水素および一酸化炭素が、前記無機酸化物の触媒で酸化され、これによって生じる燃焼熱によって、プラスチック複合材の表面温度を前記雰囲気温度よりも大幅に上昇させることができる。
雰囲気温度が３８０℃未満ではマトリックス樹脂の分解が進まず、触媒としてバンドギャップが４ｅＶ以下である無機酸化物を用いても、プラスチック複合材の表面温度を十分な温度まで上昇させることができない。一方、雰囲気温度が５３０℃を超えると、触媒としてバンドギャップが４ｅＶ以下である無機酸化物を用いた場合、プラスチック複合材の表面温度が上がり過ぎてプラスチック複合材の強化繊維も分解または劣化してしまい、再利用が難しくなる。反応器４１内の雰囲気温度は、３８０〜４５０℃が好ましく、３９０〜４２０℃がより好ましい。
プラスチック複合材の表面温度は４８０〜６５０℃である。プラスチック複合材のマトリックス樹脂を十分に分解するためには、４８０℃以上が必要で、４９０℃以上が好ましく、５００℃以上がより好ましい。雰囲気温度よりもプラスチック複合材の表面温度が５０℃以上高くなるようにすることが好ましく、８０℃以上高くなるようにすることがより好ましく、１００℃以上高くなるようにすることが更に好ましい。このように反応器４１内の雰囲気温度とプラスチック複合材の表面温度との差を５０℃以上とすることで、雰囲気温度を５０℃以上上昇させるために必要な多大なエネルギーを、プラスチック複合材の分解により副生した炭化水素、一酸化炭素の酸化によって発生する燃焼熱を利用することで省くことができ、効率的にプラスチック複合材を処理することができる。この温度差が大きい程、よりエネルギー効率的が高い。なお、この温度差の上限は、特に限定されないが、例えば、２７０℃以下が好ましい。このような雰囲気温度とプラスチック複合材の表面温度の調整は、触媒の種類や形状、プラスチック複合材へ触媒を接触させる配置によって行うことが可能である。例えば、バンドギャップの値がより低い無機酸化物を用いたり、触媒の形状を粒状または粒状とハニカム形状の組み合わせとしたり、プラスチック複合材の層状面を触媒と接触させる配置とすることで、プラスチック複合材の表面温度を雰囲気温度よりも１００℃以上高くすることができる。
［実施例１：触媒の効果］
各種の触媒を用いてプラスチック複合材を分解する試験を行った。プラスチック複合材としては、サイズが幅３０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×高さ１２ｍｍであり、マトリックス樹脂がエポキシ樹脂のカーボン繊維強化樹脂を用いた。触媒としては、試験例１は触媒を用いず、試験例２はハニカム型脱硝触媒（ＴｉＯ２／Ｖ２Ｏ５／ＷＯ３またはＭｏＯ３の三元触媒で、セルのサイズは６．４ｍｍ×６．４ｍｍ×１０ｍｍ）を用いた。試験例３はＴｉＯ２粒状触媒（堺化学社製のＣＳ−２００Ｓ−２４。直径：２〜４ｍｍ)をそのまま用いた。試験例４は、ＣｕＯ（関東化学社製の特級試薬）を、加圧成形後、破砕して直径２〜４ｍｍの粒状に整流後、使用した。
各種の触媒を用いてプラスチック複合材を分解する試験を行った。プラスチック複合材としては、サイズが幅３０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×高さ１２ｍｍであり、マトリックス樹脂がエポキシ樹脂のカーボン繊維強化樹脂を用いた。触媒としては、試験例１は触媒を用いず、試験例２はハニカム型脱硝触媒（ＴｉＯ２／Ｖ２Ｏ５／ＷＯ３またはＭｏＯ３の三元触媒で、セルのサイズは６．４ｍｍ×６．４ｍｍ×１０ｍｍ）を用いた。試験例３はＴｉＯ２粒状触媒（堺化学社製のＣＳ−２００Ｓ−２４。直径：２〜４ｍｍ)をそのまま用いた。試験例４は、ＣｕＯ（関東化学社製の特級試薬）を、加圧成形後、破砕して直径２〜４ｍｍの粒状に整流後、使用した。
ハニカム型脱硝触媒を使用した場合は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、プラスチック複合材の層状面である４側面を全て触媒で囲むように配置し、全体で幅５０ｍｍ×長さ２２０ｍｍ×高さ５０ｍｍとした。粒状触媒を使用した場合は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、プラスチック複合材の表面および裏面の全面、並びに層状面の全面を触媒で覆い、全体で幅４０ｍｍ×長さ２２０ｍｍ×高さ３２ｍｍとなるように配置した。これらはいずれも反応器内に設けたステンレス鋼製のメッシュ板（目開き：１．５ｍｍ）上の中央の位置に載置した。
試験条件は、乾燥空気（水分１．３８ｖｏｌ％）を、ガス流量６．７ＮＬ／分、ガス流速０．７６Ｎｍ／ｓで、メッシュ板の下から上への方向で流しながら、反応器内の雰囲気温度が４００℃又は５００℃となるように加熱し、上記の設定温度の到達後２．５時間保持した。そして、試験中の反応器内の雰囲気温度（反応器温度）の他、プラスチック複合材の表面の温度（サンプル表面温度）、プラスチック複合材の裏面から下方１０ｍｍの触媒の温度（サンプル下１０ｍｍ温度）を測定するとともに、反応器内のガス中に含まれるＣＯ、ＣＯ２、ＴＨＣの各濃度を測定した。また、試験後のプラスチック複合材の重量を測定し、試験前後のプラスチック複合材の重量減少率を算出するとともに、試験後の残差にマトリックス樹脂が残っているか否か目視で確認した。その結果を表１および図５〜図８に示す。
触媒なしで設定温度を５００℃とした試験例１では、図５に示すように、加熱開始後、サンプル下１０ｍｍ温度が４００℃に到達した時から、ＴＨＣ濃度が増加し始め、５００℃到達前後にＣＯ及びＣＯ２濃度が増加し、反応器温度を５００℃に保持している間に徐々にＣＯ及びＣＯ２濃度が低下した。サンプル表面温度も、約５３０℃まで上昇した後、徐々に５００℃まで低下した。プラスチック複合材の重量減少率も３５．２％であり、残差にマトリックス樹脂がまだ残っていた。
ハニカム型脱硝触媒を用いて設定温度を５００℃とした試験例２では、加熱開始後、サンプル下１０ｍｍ温度が４００℃に到達した時から、ＴＨＣ、ＣＯ、ＣＯ２の各濃度が急激に増加した。それと同時に、サンプル表面温度も急激に上昇した。これは、推測であるが、触媒成型体の蓄熱効果により、プラスチック複合材の温度が設定温度を超えて上昇してプラスチック複合材の分解が進行したと考えられる。残差にマトリックス樹脂が残っておらず、プラスチック複合材の重量減少率も３６．１％と良好であった。
ＴｉＯ２粒状触媒を用いて設定温度を５００℃とした試験例３では、加熱開始後、サンプル下１０ｍｍ温度が４００℃に到達した時から、ＴＨＣ、ＣＯ、ＣＯ２の各濃度が増加したと同時に、サンプル表面温度も大きく上昇した。試験例２と同様に、触媒の蓄熱効果によるプラスチック複合材の分解が進行したと考えられる。残差にマトリックス樹脂が残っておらず、プラスチック複合材の重量減少率も３７．６％と良好であった。
ＣｕＯ粒状触媒を用いて設定温度を４００℃とした試験例４では、加熱開始後、サンプル下１０ｍｍ温度が４００℃に到達した時に、ＣＯ２濃度が急激に増加した一方、ＴＨＣ、ＣＯ濃度の増加は非常に小さかった。これは、ＣｕＯ粒状触媒が、発生したＴＨＣ及びＣＯを酸化させたためだと考えられる。そして、ＴＨＣ及びＣＯの燃焼熱が多量に発生したため、設定温度が４００℃であったものの、サンプル表面温度が最高で５５０℃まで上昇し、２時間余りに渡って５００℃以上を維持したものと考えられる。試験例４では、設定温度が４００℃と一番低いものの、残差にマトリックス樹脂が残っておらず、プラスチック複合材の重量減少率も３８．６％と一番良好であった。
試験例１〜４の結果から、ＣｕＯやＴｉＯ２等の触媒は、一酸化炭素や炭化水素を分解する能力を有しており、また、プラスチック複合材の分解により発生した熱が、雰囲気ガスにより奪われるのを防ぐ役割を持つものと考えられる。
［実施例２：設定温度４００℃における触媒のバンドギャップと性能の関係］
実施例１と同じ素材のプラスチック複合材２ｇに対し、この表面に、異なるバンドギャップを有するＣｒ２Ｏ３、ＣｕＯ、アモルファスα−Ａｌ２Ｏ３（アルファ型のアルミナ）、Ｖ２Ｏ５、ＴｉＯ２（アナターゼ型）の各粒状触媒（直径２〜４ｍｍ）５ｇを載せて、それぞれ設定温度を４００℃として、保持時間１．５時間で、大気雰囲気下で試験を行った。また、比較例として、触媒を載せなかった場合についても同様の条件で試験を行った。その結果を図９に示す。なお、図９のグラフの縦軸は、重量減少率（％）ではなく、触媒なしの比較例における重量減少率を１とした場合の各触媒における重量減少率の比である、重量減少率比（単位：なし）とした。
実施例１と同じ素材のプラスチック複合材２ｇに対し、この表面に、異なるバンドギャップを有するＣｒ２Ｏ３、ＣｕＯ、アモルファスα−Ａｌ２Ｏ３（アルファ型のアルミナ）、Ｖ２Ｏ５、ＴｉＯ２（アナターゼ型）の各粒状触媒（直径２〜４ｍｍ）５ｇを載せて、それぞれ設定温度を４００℃として、保持時間１．５時間で、大気雰囲気下で試験を行った。また、比較例として、触媒を載せなかった場合についても同様の条件で試験を行った。その結果を図９に示す。なお、図９のグラフの縦軸は、重量減少率（％）ではなく、触媒なしの比較例における重量減少率を１とした場合の各触媒における重量減少率の比である、重量減少率比（単位：なし）とした。
図９に示すように、設定温度が４００℃と低い温度において、バンドギャップが低い値の触媒ほど、重量減少率比が高いことがわかった。α−Ａｌ２Ｏ３は触媒なしの比較例と同様の重量減少率であったが、バンドギャップが４ｅＶ以下であるＣｒ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｖ２Ｏ５、ＴｉＯ２（アナターゼ型）が優れた分解性能を示し、その中でもバンドギャップが２ｅＶ以下であるＣｕＯが比較例の約１．８倍の重量減少率となり、顕著に優れた分解性能を示した。
［実施例３：設定温度４００℃における脱硝触媒の性能］
ＴｉＯ２系触媒である実施例１の試験例２のハニカム型脱硝触媒について、反応器の設定温度を４００℃とした点と、ガス（Ｏ２：２１ｖｏｌ％、Ｈ２Ｏ：１．３８ｖｏｌ％、Ｎ２：残部）を１ＮＬ／分の流量で流した点と、保持時間を４．５時間とした点と、試験中のプラスチック複合材の重量を連続的に計測した点を除いて、実施例１と同様の条件で試験を行った。なお、比較例として、触媒を載せなかった場合についても同様の条件で試験を行った。その結果を図１０に示す。なお、図１０のグラフの右縦軸は、触媒なしの比較例における試験前のプラスチック複合材の重量に対する昇温時間２００分後のプラスチック複合材の重量の変化を１とした場合の、実施例における試験前のプラスチック複合材の重量に対する昇温時間２００分後のプラスチック複合材の重量の変化の比である、重量変化比（単位：なし）とした。
ＴｉＯ２系触媒である実施例１の試験例２のハニカム型脱硝触媒について、反応器の設定温度を４００℃とした点と、ガス（Ｏ２：２１ｖｏｌ％、Ｈ２Ｏ：１．３８ｖｏｌ％、Ｎ２：残部）を１ＮＬ／分の流量で流した点と、保持時間を４．５時間とした点と、試験中のプラスチック複合材の重量を連続的に計測した点を除いて、実施例１と同様の条件で試験を行った。なお、比較例として、触媒を載せなかった場合についても同様の条件で試験を行った。その結果を図１０に示す。なお、図１０のグラフの右縦軸は、触媒なしの比較例における試験前のプラスチック複合材の重量に対する昇温時間２００分後のプラスチック複合材の重量の変化を１とした場合の、実施例における試験前のプラスチック複合材の重量に対する昇温時間２００分後のプラスチック複合材の重量の変化の比である、重量変化比（単位：なし）とした。
図１０に示すように、ハニカム型脱硝触媒を用いた場合、加熱開始後、サンプル下１０ｍｍ温度が４００℃に到達した時に、プラスチック複合材の重量が急激に減少した。一方、触媒を用いなかった場合は、サンプル下１０ｍｍ温度が４００℃に到達する辺りから、プラスチック複合材の重量が徐々に減少し始め、触媒を用いた場合に近い重量減少を示す状態までに、数十分が必要であった。
［実施例４：触媒の配置］
実施例１と同じ素材のプラスチック複合材を、幅３０ｍｍ×長さ３０ｍｍ×高さ１２ｍｍのサイズとし、これに、実施例１の試験例２のハニカム型脱硝触媒を、表面のみに配置する場合、表面と裏面の両面に配置する場合、層状面である４側面に配置する場合について、ガス（Ｏ２：２１ｖｏｌ％、Ｈ２Ｏ：１．３８ｖｏｌ％、Ｎ２：残部）を１ＮＬ／分の流量で流した点を除き、実施例１と同じ条件下で設定温度を５００℃として試験を行った。また、比較例として、触媒のない場合についても同様の条件で試験を行った。その結果を図１１に示す。なお、グラフの縦軸は、各試験例において、時間当たりの重量減少率である分解速度定数を求め、比較例の分解速度定数を１とした場合の各試験例の比を表した。
実施例１と同じ素材のプラスチック複合材を、幅３０ｍｍ×長さ３０ｍｍ×高さ１２ｍｍのサイズとし、これに、実施例１の試験例２のハニカム型脱硝触媒を、表面のみに配置する場合、表面と裏面の両面に配置する場合、層状面である４側面に配置する場合について、ガス（Ｏ２：２１ｖｏｌ％、Ｈ２Ｏ：１．３８ｖｏｌ％、Ｎ２：残部）を１ＮＬ／分の流量で流した点を除き、実施例１と同じ条件下で設定温度を５００℃として試験を行った。また、比較例として、触媒のない場合についても同様の条件で試験を行った。その結果を図１１に示す。なお、グラフの縦軸は、各試験例において、時間当たりの重量減少率である分解速度定数を求め、比較例の分解速度定数を１とした場合の各試験例の比を表した。
図１１に示すように、触媒を用いなかった比較例（プラスチック複合材の外表面積に対する触媒の接触割合が０％）に対して、表面のみに配置した試験例（同割合が２７．８％）、表面と裏面の両面に配置した試験例（同割合が５５．６％）のように、触媒の接触割合が増加する程、分解速度定数比が大きくなることがわかった。触媒の接触割合が２０％以上で、触媒のない場合に比べて分解速度定数比を約１．２倍以上にすることが可能であることがわかる。更に、層状面である４側面に配置した試験例（同割合が４４．４％）では、表面と裏面の両面に配置した試験例よりも、触媒の接触割合が低いものの、分解速度定数比が高かった。これは、プラスチック複合材の表面や裏面よりも、層状面に触媒を配置した方が、分解速度を向上できることを示している。
１０ プラスチック複合材
１１ 表面
１２ 層状面
１３ 裏面
２０ 触媒
２１ ハニカム型触媒のセル
２２ 粒状触媒
２３ はみ出し部分
３０ プラスチック複合材に触媒を接触させた処理対象物
４１ 反応器
４２ 輸送手段
４３ メッシュ板
４４ 回収手段
１１ 表面
１２ 層状面
１３ 裏面
２０ 触媒
２１ ハニカム型触媒のセル
２２ 粒状触媒
２３ はみ出し部分
３０ プラスチック複合材に触媒を接触させた処理対象物
４１ 反応器
４２ 輸送手段
４３ メッシュ板
４４ 回収手段
Claims (6)
- プラスチック複合材の分解方法であって、反応器内でプラスチック複合材とバンドギャップが４ｅＶ以下である無機酸化物の触媒とを接触させ、前記反応器内の雰囲気温度を酸素存在下で３８０〜５３０℃に設定し、前記プラスチック複合材の表面温度を４８０〜６５０℃であって、前記雰囲気温度よりも５０℃以上高い温度にする、プラスチック複合材の分解方法。
- 前記反応器内の雰囲気温度が３８０〜４５０℃である、請求項１に記載のプラスチック複合材の分解方法。
- 前記触媒が、粒状または粒状と板状および／もしくはハニカム形状との組み合わせである、請求項１又は２に記載のプラスチック複合材の分解方法。
- 前記プラスチック複合材の層状面を前記触媒と接触させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラスチック複合材の分解方法。
- 前記バンドギャップが４ｅＶ以下である無機酸化物は、チタン酸化物、バナジウム酸化物、タングステン酸化物、モリブデン酸化物、銅酸化物からなる群より選ばれる１種または２種以上の組み合わせである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラスチック複合材の分解方法。
- 前記反応器内で、ステンレス鋼製のメッシュ板の一部分に、前記プラスチック複合材および前記触媒を積載し、前記メッシュ板の下方から酸素を供給する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラスチック複合材の分解方法。
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