JP2913265B2

JP2913265B2 - 光触媒の固結方法

Info

Publication number: JP2913265B2
Application number: JP25815595A
Authority: JP
Inventors: 健三嶋崎; 理平笠井; 茂次小堀
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1995-09-11
Publication date: 1999-06-28
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JPH0975747A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、酸化チタン、酸
化銀等の光触媒の固結方法に関するものであり、特に、
活性汚泥の焼却灰、都市ごみの焼却灰、産業廃棄物の焼
却灰等の廃棄物の焼却灰を利用した光触媒の固結方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化銀（Ａｇ
Ｏ，Ａｇ_２Ｏ）等からなる光触媒に光を照射すると、強
力な酸化力を生じ、殺菌、悪臭分解、オゾン分解等の作
用を有することから、近年、例えばタイルやレンガ等の
建材に応用して、空気の清浄化、廃水中のオゾン処理、
病院内における殺菌等に利用することが提案されてい
る。ところで、上記酸化チタンや酸化銀は、通常粉末で
あるため、これにシリカ（ＳｉＯ_２）やアルミナ（Ａｌ
_２Ｏ_３）等を添加し、高温で焼結固化することが行われ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、酸化チタンは
高温で焼結すると、約６００℃〜７００℃の間でその結
晶構造がアナターゼ型からルチル型に変化し、その結
果、触媒活性が低下するといった問題が生じる。また、
高温で焼結するためには、多大な燃料が必要であり、コ
スト高を招来するものである。

【０００４】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、常温で速やかに光触媒の固結生成物を製造する
ことができる、光触媒の固結方法を実現することを目的
とするものである。

【０００５】特に、活性汚泥の焼却灰、都市ごみの焼却
灰、産業廃棄物の焼却灰等の廃棄物の焼却灰を利用し、
高温で焼結することなく常温で光触媒の固結生成物を製
造することができる、光触媒の固結方法の実現を目的と
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、シリカ（Ｓｉ
Ｏ_２）やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）と、生石灰とを反応さ
せて安定なカルシウム化合物（珪酸カルシウム、カルシ
ウムアルミネート）の硬化物を得る、いわゆるポゾラン
反応を利用するものであり、このポゾラン反応に不可欠
なシリカ（ＳｉＯ_２）やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）が、活
性汚泥の焼却灰、都市ごみの焼却灰、産業廃棄物の焼却
灰等に含有されていることが多いことに着目し、ポゾラ
ン反応を利用してこれら焼却灰を光触媒の固結生成物と
して再資源化しようとするものである。

【０００７】ところで、上記ポゾラン反応は、生石灰の
水に対する溶解度が０．１３１（１０℃）と極めて小さ
く、その反応効率が低いため、反応を開始させる際に生
石灰の水に対する溶解度を高める石灰過飽和剤を添加す
ることが必要である。

【０００８】本発明の光触媒の固結方法は、硝酸銀と、
シリカ、アルミナの少なくとも１種及びＦｅ_２Ｏ_３、Ｃ
ｕＯ、ＰｂＯの少なくとも１種を含有する焼却灰と、生
石灰及びセメント混合物を含有する固結剤と、石灰過飽
和材を含有する水和調節剤を主成分とする添加剤と、水
とを加えて混合し、硬化させるものである。

【０００９】硝酸銀が焼却灰中のＦｅ_２Ｏ_３、ＣｕＯあ
るいはＰｂＯと反応して光触媒である酸化銀（ＡｇＯ、
Ａｇ_２Ｏ）が形成されると共に、シリカ、アルミナと固
結剤中の生石灰とがポゾロン反応により固結を開始す
る。そして、石灰過飽和剤によりその反応効率が高めら
れ、固結反応が急激に進行するが、光触媒である酸化銀
が存在することで上記石灰過飽和剤による急激な凝結進
行は制御され、酸化銀と、シリカ又はアルミナを含む焼
却灰と生石灰とが充分混合された後に凝結反応が進行
し、常温で光触媒である酸化銀の固結生成物が得られ
る。

【００１０】本発明は、安価な硝酸銀と焼却灰中のＦｅ
_２Ｏ_３、ＣｕＯ、ＰｂＯとを反応させて光触媒である酸
化銀を形成するため、低コストで光触媒の固結生成物を
得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る光触媒の固
結方法を、廃棄物の焼却灰から光触媒の固結生成物を製
造する場合を例に挙げて具体的に説明する。固結対象の
光触媒は、通常粉末の酸化チタン（ＴｉＯ_２）や酸化銀
（ＡｇＯ，Ａｇ_２Ｏ）が挙げられるが、必ずしもこれに
限定されず、他の光触媒、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）や
酸化タングステン（ＷＯ_３）にも適用可能である。

【００１２】上記光触媒に加えられる焼却灰の種類は、
特に限定されるものではないが、ポゾラン反応を利用し
て光触媒を固結するものであることから、生石灰と反応
してカルシウム化合物（珪酸カルシウム、カルシウムア
ルミネート）の硬化物を得るため、シリカ（Ｓｉ
Ｏ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の少なくとも１種以上
を含有していることが必要である。即ち、シリカ（Ｓｉ
Ｏ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の少なくとも１種以上
を含有していれば、活性汚泥焼却灰、都市ごみ焼却灰、
ＥＰ灰（電気集塵機で集めたダストの焼却灰）、産業廃
棄物焼却灰等あらゆる種類の焼却灰が利用可能である。

【００１３】尚、焼却灰中には、固結反応の促進化ある
いは遅延化をもたらしたり、固結反応終了後に変化を与
える物質が含まれている可能性があることから、本発明
の実施前に予め使用する焼却灰の成分を分析し、弊害を
引き起こす物質の除去操作や安定化操作を前処理として
行うことが望ましい。例えば、鉄は固結後の酸化反応に
よって膨張し、固結生成物にクラックを生じさせる可能
性があるので、予め除鉄し、また、金属アルミニウムは
発泡して固結生成物の強度を劣化させるので、消石灰で
処理しカルシウムアルミネートとして安定化する。

【００１４】次に、本発明の固結剤は、生石灰９５〜５
０％と、セメント５〜５０％とを混合したものである。
セメントは、ポルトランドセメント、高炉スラグ、アル
ミナセメント、焼きミョウバン石、硅酸塩などの単独
物、あるいはこれらの中の２種以上の混合物である。本
発明において、焼却灰中のシリカやアルミナと固結剤と
が反応して得られる生成物は、硅酸カルシウムとカルシ
ウムアルミネートであることから、上記ポルトランドセ
メント水和物と同様のものが生成するのであるが、反応
初期に生成した硅酸カルシウム及びカルシウムアルミネ
ートは、非晶質のゲル状であり、強度が不足しているも
のである。そこで、ゲル状物質から結晶質の硅酸カルシ
ウム水和物やカルシウムアルミネートを生成しやすくす
るため、上記セメント類を添加して結晶の核とし、硬化
物の強度を高め耐水性も改善するのである。

【００１５】また本発明の石灰過飽和剤は、生石灰の水
和時に作用して超微粒子の活性消石灰（コロイド状）の
生成と同時に生石灰の水に対する溶解度を高めて石灰の
過飽和状態を生じさせるための添加剤である。この石灰
過飽和剤として、例えば、ヒドロキシカルボン酸塩のク
エン酸ナトリウム、酒石酸カリウム、ケトカルボン酸塩
の２ケトグルタール酸ナトリウム、グルコン酸ナトリウ
ム、ジカルボン酸塩のＥＤＴＡ２ナトリウム、コハク酸
ナトリウム、乳酸ナトリウム、天然物のフミン酸ナトリ
ウム、糖類、リグニンスルホン酸塩等が望ましい。ま
た、多価アルコール類のグリセリン、プロピレングリコ
ール、エチレングリコール、ペンタエリスリトールの単
体もしくはこれらの重合物もしくはこれらの共重合物、
ポリカルボン酸塩のポリアクリル酸塩、イソブチレン無
水マイレン酸共重合体塩等であってもよい。これらの石
灰過飽和剤は、粉末又は水溶液として使用され、単体又
はこれらのうちの２種以上を併用してもよい。

【００１６】上記石灰過飽和剤を用いると、まず水溶液
中において石灰過飽和剤が生石灰と反応して錯塩を生
じ、次にこの錯塩が焼却灰と反応する。さらにその反応
後、石灰過飽和剤が遊離して再度生石灰と反応し、この
反応が繰り返し続くものである。従って、この石灰過飽
和剤は、少量でも十分な効果を発揮するものである。
尚、この石灰過飽和剤は、生石灰の水和遅延剤である、
苛性ソーダ、苛性カリ、水酸化リチウム、ケイフッ化マ
グネシウム、セスキケイ酸ソーダ等のアルカリ類と共に
共用することもできる。

【００１７】上記石灰過飽和剤を含む水溶液は、生石灰
の水和が極めて遅くなるため、石灰過飽和剤が焼却灰に
吸収され、固液反応が生じる。その結果、焼却灰と生石
灰との反応が急激に効率的となり、焼却灰及び生石灰が
充分混合する前に、凝結反応が進行する急結現象が発生
するが、光触媒が存在していると、この急結現象は防止
され、光触媒の粉末、焼却灰及び生石灰が充分混合され
た後に凝結反応が進行する。

【００１８】尚、上記の通り、光触媒により急結現象は
防止されるが、硬化時間を調節するために、硬化遅延剤
を添加してもよい。この硬化遅延剤としては、例えば、
石膏、芒硝、硫酸カリウム、硫酸アルミニウム、硫酸マ
グネシウムもしくはこれらの酸性塩等が望ましく、また
硫酸エチルなどのアルキル硫酸、ナフタリンスルホン酸
塩、リグニンスルホン酸塩、有機アミンの硫酸塩等の有
機塩類も好適である。斯かる硫酸塩は、石灰過飽和剤と
組み合わせて使用すると、生石灰の水和速度と、光触媒
及び焼却灰の固化反応速度を遅延させることができ、該
硬化遅延剤の添加量を調節することにより、硬化時間を
おおむね５〜３６０分の間で自由に設定できるため、硬
化時間の異なるあらゆる成型方法、成型機械に対して対
応可能となる。

【００１９】また、硬化遅延剤を用いて硬化時間を調節
することにより、生石灰とセメントの混合物である固結
剤と、光触媒と、焼却灰とを均質に混合でき、均一なス
ラリーを得ることができる。

【００２０】上記の光触媒、固結剤、石灰過飽和剤、水
の配合量は、焼却灰１００重量部当たり、光触媒１重量
部〜１０重量部、好ましくは３重量部〜７重量部、固結
剤１０重量部〜７０重量部、好ましくは２０重量部〜６
０重量部、石灰過飽和剤０．０１重量部〜５重量部、好
ましくは０．２重量部〜１．０重量部、水３０重量部〜
８０重量部、好ましくは４０重量部〜６０重量部であ
る。また、焼却灰に含有されるシリカ又はアルミナ各々
の成分比は５０％以上、好ましくは６０％以上、焼却灰
にシリカとアルミナ双方が含まれている場合には、シリ
カとアルミナ双方合計の成分比が、５０％以上、好まし
くは６０％以上であることが望ましい。尚、硬化遅延剤
を添加する場合には、焼却灰１００重量部当たり、０．
０１重量部〜１０重量部、好ましくは０．２重量部〜２
０重量部であることが望ましい。

【００２１】尚、本発明の実施に際しては、上記の光触
媒、固結剤、石灰過飽和剤等の主成分の他に、必要に応
じてセメント混和剤として用いられている減水剤、流動
化剤、起泡剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、膨張剤、高分
子エマルジョン、骨材等を添加してもよい。

【００２２】以下に、活性汚泥焼却灰を利用して光触媒
の固結生成物を得る場合の配合例を示す。

【００２３】上記の活性汚泥焼却灰は、上記のシリカ
（ＳｉＯ_２）及びアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の他に、Ｆｅ
_２Ｏ_３（９．１１％）、ＭｎＯ（０．１８％）、ＴｉＯ
_２（１．０７％）、ＣａＯ（９．３２％）、ＭｇＯ
（２．８６％）、Ｋ_２Ｏ（０．２７％）、Ｐ_２Ｏ_５（１
５．６％）を含むものである。

【００２４】上記配合例は、活性汚泥焼却灰からレンガ
様の硬化物を製造する場合の配合であり、型枠に流し込
んで成型可能な程度の流動性を有し、型枠に流し込んだ
後約１時間で硬化するものである。

【００２５】上記配合例で得られる光触媒の固結生成物
は、比重が約１．４で、単位重量当たりの吸水量は３６
％である。この比重と吸水量は、配合水量により変化
し、また起泡剤の添加により軽量化される。

【００２６】尚、上記の活性汚泥焼却灰の如く、シリ
カ、アルミナ以外にも各種の金属酸化物が含まれている
場合には、固結反応が一層促進される。

【００２７】また、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＣｕＯは触媒
効果を高めることから、これら成分を含む焼却灰を使用
して光触媒の固結生成物を製造するのが望ましい。

【００２８】さらに、焼却灰中にＦｅ_２Ｏ_３、ＣｕＯ，
ＰｂＯ等が含有されている場合には、酸化銀の粉末を用
いなくとも、安価な硝酸銀（ＡｇＮＯ_３）を添加するこ
とで、この硝酸銀が上記Ｆｅ_２Ｏ_３やＣｕＯあるいはＰ
ｂＯと反応して光触媒である酸化銀（ＡｇＯ、Ａｇ
_２Ｏ）が形成されるため、低コストで光触媒の固結生成
物を得ることができる。

【００２９】尚、上記した如く焼却灰を利用して光触媒
の固結生成物を製造する場合においては、焼却灰中に重
金属類、有害物質及び悪臭物質が含まれている場合が多
いことから、これらを封止する吸収剤を添加することが
望ましい。この吸収剤は、例えば、重金属捕捉作用のあ
るゼオライト、大谷石粉などの天然イオン交換作用物
質、重金属及び悪臭物質を吸着する活性炭、またはリン
酸ソーダ、ＥＤＴＡ２Ｎａ、粉末イオン交換樹脂などが
挙げられる。尚、上記の吸着剤では不十分なほど、多量
の重金属を含有する焼却灰を利用する場合には、３〜４
号硅酸１モル／アルミナセメント２モル以上又はアルミ
ニウム塩１モル以上の合成ゼオライトで、焼却灰を包み
込んで処理した後、固結剤・水和剤を添加して固結生成
物を製造してもよい。

【００３０】上記の通り、本実施例では、光触媒にシリ
カ、アルミナを含有する焼却灰と、生石灰及びセメント
混合物を含有する固結剤と、石灰過飽和材を含有する水
和調節剤を主成分とする添加剤と、水とを加えて混合
し、ポゾラン反応を利用して常温で光触媒を固結したこ
とから、従来の高温で焼結固化する場合に比べて、低コ
ストで光触媒の固結生成物を得ることができる。また、
光触媒が酸化チタンの場合には、触媒活性の高いアナタ
ーゼ型の固結生成物を得ることができる。さらに、廃棄
物である焼却灰を、光触媒の固結生成物として有効に再
資源化することができる。

【００３１】また、常温で光触媒を固結することから、
図１に示すように、光触媒の固結生成物１の内部に光源
２を入れた状態で固結することができ、固結生成物１の
光触媒作用を高めることが可能となる。この場合には、
光源２からの光が透過するように、固結生成物１を発泡
させたり、或いは固結生成物１に穴を形成することので
きる形状の型枠を用意して固結させる。

【００３２】尚、焼却灰を利用した光触媒の固結生成物
は、例えば擬石、擬木、ブロック、彫刻等として製作
し、これを室内や公園等の屋外に設置することにより、
窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）、硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）、オゾン
（Ｏ_３）等の有害物質の分解、悪臭物質の分解、殺菌等
に利用することができる。また、焼却灰を利用した光触
媒の固結生成物を護岸ブロックとして製作し、これを河
川底や沼底に配置することにより、水中のトリクロンや
トリエタン等の有害有機物や汚濁物の分解に利用するこ
とができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の光触媒の固結方法によれば、硝
酸銀と焼却灰中のＦｅ_２Ｏ_３、ＣｕＯあるいはＰｂＯと
を反応せしめて光触媒である酸化銀を形成すると共に、
焼却灰中のシリカ、アルミナと固結剤中の生石灰とをポ
ゾロン反応により固結させることで、常温において光触
媒である酸化銀の固結生成物を得ることができ、廃棄物
の焼却灰を光触媒の固結生成物として有効に再資源化で
きる。

【００３４】また、本発明は、安価な硝酸銀と焼却灰中
のＦｅ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、ＰｂＯとを反応させて光触媒で
ある酸化銀を形成するため、低コストで光触媒の固結生
成物を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内部に光源を入れた光触媒の固結生成物を示す
断面図である。

【符号の説明】

１光触媒の固結生成物２光源

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ０１Ｊ 23/30 Ｂ０１Ｊ 23/30 Ｍ 37/00 37/00 Ｊ (Ｃ０４Ｂ 28/02 18:10 22:08） (56)参考文献特開平６−233976（ＪＰ，Ａ) 特開平６−327965（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−305922（ＪＰ，Ａ) 特開平７−136693（ＪＰ，Ａ) 特開平７−172886（ＪＰ，Ａ) 特開平７−172894（ＪＰ，Ａ) 特開平４−108650（ＪＰ，Ａ) 特開平８−196902（ＪＰ，Ａ) 特開平８−243402（ＪＰ，Ａ) 特開平９−66238（ＪＰ，Ａ) 特開平９−248466（ＪＰ，Ａ) 特開平３−228639（ＪＰ，Ａ) 特開平６−256052（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01J 35/02 G01J 23/50 G01J 21/06 G01J 23/06 G01J 23/30 G01J 37/00 C04B 28/02 B09B 3/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】硝酸銀と、シリカ、アルミナの少なくとも
１種及びＦｅ _２Ｏ _３、ＣｕＯ、ＰｂＯの少なくとも１種
を含有する焼却灰と、生石灰及びセメント混合物を含有
する固結剤と、石灰過飽和材を含有する水和調節剤を主
成分とする添加剤と、水とを加えて混合し、硬化させる
ことを特徴とする光触媒の固結方法。