JP5213120B2 - 非晶質シリカの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明においては、籾殻、稲わら、米ぬか、麦わら、木材、おが屑、樹皮などの農作物や木材などの有機系廃棄物を処理すべき対象物とし、この有機系廃棄物に対してある特定のカルボン酸水溶液中に浸漬・攪拌するといった酸洗浄処理を施し、その廃棄物を水洗処理した後に適切な温度条件で焼成することによって、純度98%以上の非晶質シリカを創製する。
図1は、本発明に従った高純度非晶質シリカの製造方法の一例を示している。本発明者らは、農作物、木材、草食物などの有機系廃棄物からなる投入原料に対して次の処理を施すことにより、高純度の非晶質シリカが得られることを見出した。
投入原料(出発原料)としての有機系廃棄物は、好ましくは、籾殻、稲わら、米ぬか、麦わら、木材、間伐材、建設廃材、おが屑、樹皮、バガス、トウモロコシ、サトウキビ、さつまいも、大豆、落花生、キャッサバ、ユーカリ、シダ、パイナップル、竹、ゴム、古紙のいずれかである。
上記のカルボン酸によるキレート効果によって農作物等の原料中の不純物金属元素イオンを包含した状態で原料から系外に排出・除去するには、続いて水洗処理が必要である。常温での水洗処理によっても除去効果はあるが、50℃以上での水洗処理によって、さらに除去効果は向上する。
前述の通りシリカ純度を高めるためには、不純物金属元素の含有量を事前に低減して燃焼後の残留炭素量を減少することが必要である。さらに、燃焼過程において水酸基による脱水反応および十分な空気(酸素)供給による炭水化物の完全燃焼を実現することにより、残留炭素量を削減することも重要である。本発明者らは、カルボン酸洗浄および水洗処理を施した原料を燃焼する条件として、大気雰囲気で300℃以上1100℃以下の加熱温度とすることが望ましいことを見出した。300℃未満では、炭水化物が十分に燃焼しないために残留炭素成分が増加してシリカ純度が低下する。一方、燃焼温度が1100℃を超えると、シリカの結晶構造がクリストバライト化(結晶化)するといった問題が生じる。
上述した本発明の製造条件によって農作物等の有機系廃棄物から作製される非晶質シリカは、二酸化ケイ素(SiO2)の純度が98%以上である。また、好ましくは、非晶質シリカ中の炭素含有量が0.2重量%以下である。炭素含有量が0.2重量%を超えると、高純度非晶質シリカ粉末を用いた素形材料の一つである坩堝材料として使用した際に、作製した坩堝の耐熱性が低下し、使用寿命が低減する。また、アモルファス酸化ケイ素粉末をファンデーションなどの化粧品用原料として用いた場合、皮膚への影響が懸念される。さらに、アモルファス酸化ケイ素を高強度コンクリート用補強材として用いた場合、炭素含有量が0.2重量%を超えると、減水剤や空気連行剤(Air Entraining Agent)などの化学混和剤を吸収し、また二酸化ケイ素の含有量が98重量%未満であれば十分な強度改善が得られない。
有機系廃棄物中の特定の成分を効率的に除去するために、カルボン酸水溶液中に浸漬する工程に加えて、有機系廃棄物を異なった種類の酸に浸漬する工程を備えるようにしても良い。異なった種類の酸として、例えばシュウ酸を用いることができる。有機系廃棄物をカルボン酸水溶液中に浸漬して洗浄する工程に加えて、シュウ酸水溶液中に浸漬して洗浄すると、有機系廃棄物中のリン成分やカリウム成分をより効率的に除去できる。異なった種類の酸洗浄の組み合わせとして、例えば、有機系廃棄物をクエン酸によって洗浄した後に、シュウ酸で洗浄する方法や、その逆に、有機系廃棄物をシュウ酸で洗浄した後に、クエン酸で洗浄する方法を採用し得る。また、クエン酸とシュウ酸とを混合した溶液中に有機系廃棄物を浸漬して洗浄するようにしてもよい。
(b)シュウ酸溶液中への浸漬→水洗→クエン酸溶液中への浸漬→水洗
(c)クエン酸とシュウ酸とを混ぜた溶液中への浸漬→水洗
Claims (11)
- 酸化ケイ素を含む有機系廃棄物を出発原料として準備する工程と、
前記有機系廃棄物を、水酸基を有するカルボン酸水溶液中に浸漬する工程と、
続いて前記有機系廃棄物を水洗処理する工程と、
さらに前記有機系廃棄物を大気雰囲気中で加熱する工程とを備え、
前記カルボン酸は、クエン酸、イソクエン酸、酒石酸、リンゴ酸および乳酸からなる群から選ばれたいずれかの酸であり、
前記カルボン酸水溶液中に浸漬する工程に加えて、前記有機系廃棄物を異なった種類の酸に浸漬する工程を備え、
前記異なった種類の酸は、シュウ酸である、非晶質シリカの製造方法。 - 前記カルボン酸水溶液の温度は、50℃以上80℃以下である、請求項1に記載の非晶質シリカの製造方法。
- 前記カルボン酸水溶液の濃度は、0.5%以上10%以下である、請求項1に記載の非晶質シリカの製造方法。
- 前記大気雰囲気での加熱温度は、300℃以上1100℃以下である、請求項1に記載の非晶質シリカの製造方法。
- 前記有機系廃棄物を大気雰囲気中で加熱する工程は、300℃以上500℃以下にて加熱する第1次加熱工程と、続いて600℃以上1100℃以下にて加熱する第2次加熱工程とを含む、請求項1に記載の非晶質シリカの製造方法。
- 前記有機系廃棄物は、籾殻、稲わら、米ぬか、麦わら、木材、間伐材、建設廃材、おが屑、樹皮、バガス、トウモロコシ、サトウキビ、さつまいも、大豆、落花生、キャッサバ、ユーカリ、シダ、パイナップル、竹、ゴム、古紙のいずれかである、請求項1に記載の非晶質シリカの製造方法。
- 出発原料としての有機系廃棄物を準備する工程は、有機系廃棄物を粉砕して微細化することを含む、請求項1に記載の非晶質シリカの製造方法。
- 前記カルボン酸水溶液中に浸漬した有機系廃棄物の燃焼後の重量減少率は、87%以上である、請求項1に記載の非晶質シリカの製造方法。
- 前記水洗処理で使用する水の容積は、処理する有機系廃棄物の体積の30倍以上である、請求項1に記載の非晶質シリカの製造方法。
- 前記水洗処理を3回以上行い、各回の水洗処理で使用する水の容積は、処理する有機系廃棄物の体積の10倍以上である、請求項9に記載の非晶質シリカの製造方法。
- 前記カルボン酸はクエン酸である、請求項1に記載の非晶質シリカの製造方法。
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