JP6429177B2 - 物品の分解処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、タイヤ、ポリ塩化ビニル、ケイ素樹脂等の、硫黄、塩素等のハロゲン、ケイ素等を含む、分解処理が困難な物品を比較的低温で容易に分解処理する方法を提供することを目的とする。
前記被処理物の表面に熱活性作用を備える半導体を5ミクロン以上の厚みでコートする工程と、
表面に半導体がコートされた被処理物を、空気雰囲気下において、前記半導体が熱活性作用を発現する温度以上に加熱することにより、被処理物を水と炭酸ガスとに分解するとともに、被処理物に含まれていた硫黄成分は金属硫化物とし、ハロゲン成分は金属ハロゲン化物とし、ケイ素成分は酸化ケイ素等のケイ素酸化物として残渣中に捕獲する分解処理工程と、を備えることを特徴とする。
強い酸化力とは、別の言い方をすれば、「電子を引き抜く力が強い」ということである。一例として、Cr2O3をコージライト組成のハニカム上に塗布した支持体を用意する。この上にプラスチック板を置き、空気中で500℃に加熱する。強い酸化力を持つ酸化クロムはポリマーとの接触点でポリマーから結合電子を引き抜き、ポリマー内に不安定なカチオン・ラジカルを形成する。500℃に加熱されたポリマーでは、ラジカルはポリマー内を自由に走破し、ポリマー全体を不安定化する。その結果、ポリマーは安定状態を維持できずに、自滅し、小さな分子へと逐次分裂する。これがラジカル開裂と呼ばれる現象である。エチレンやプロパンのように裁断化された分子は空気中の酸素と反応し、水と炭酸ガスになる(完全燃焼)。
このように半導体の熱活性作用を利用すると、ポリマーのような巨大分子を簡単に分解することができ、FRP(fiber reinforced plastics)のポリマー・マトリックスを分解し、強化繊維を回収すること、ボンド磁石等からレア・アースを回収することが容易に可能となる。さらに焼成炉から発生するタールやVOC(volatile organic compound: 揮発性有機化合物)等の分解にも有効に利用することができる。
本発明方法によれば、半導体をコートした被処理物を半導体の熱活性作用が発現する温度に空気雰囲気下で加熱するのみで被処理物を分解処理することができる。半導体の被膜の厚味は被処理物の大きさにも依存するが、5-10ミクロン程度とし、被処理物の大きさに比例して厚くする必要がある。
半導体による熱活性作用は被処理物の表面に付着した半導体から発生し、被処理物中でラジカル開裂と呼ばれる現象が連続的に発生して被処理物が分解されるから、被処理物の表面に薄く半導体を付着させるだけで十分である。
これらのうち、Cr2O3及びα−Fe2O3は作用が安定していることから有効に利用することができる。処理対象物が大型物品で、半導体を大量に使用する必要がある場合はα−Fe2O3のような廉価なものが使いやすい。
また、PVCを主要成分とする物品を被処理物とした場合は、分解処理工程において、前記被処理物に含まれる塩素成分を金属塩化物として残渣中に捕獲することにより容易に分解処理することができる。
また、Siを主要成分とする物品を被処理物とした場合は、分解処理工程において、前記被処理物に含まれるケイ素成分をケイ素酸化物として残渣中に捕獲することにより、容易に分解処理することができる。
タイや片、PVC、Siゴムのそれぞれの表面に、熱活性作用を奏するCr2O3をコートした後、空気中、500℃で10-20分間、加熱する。加熱時間は試料の厚み等で前後する。Cr2O3のコートは、Cr2O3の粉末をアセトン等の有機溶媒に分散した懸濁液に、それぞれのサンプルを浸漬させ、引き上げて乾燥させることで行った。空気中での加熱は、Cr2O3をコートした被処理物を、坩堝に入れ、マッフル炉で加熱した。
このように、本発明に係る分解処理方法によれば、被処理物の表面をCr2O3によってコートして熱処理することにより、残渣物を残して、被処理物を完全に分解することができる。
タイヤを約20×20×3 mmの小片に切断したものを被処理物として実験を行った。
250mlのアセトンにバインダーとしてポリカーボネート2g溶解し、この溶液にCr2O3粉末約20gを分散させた懸濁液を調製した。
上記タイヤ片(約50g)を、Cr2O3粉末の懸濁液に数秒間浸漬して、引上げ、室温で乾燥した。タイヤ片のサンプル表面には約5-10μm程度のCr2O3膜が形成された。
S 2.2wt%
Zn 73.22wt% (加硫促進助剤:酸化亜鉛に由来)
Ca 3.98wt% (フィラー:CaCO3に由来)
Cr 14.34wt% (Cr2O3に由来)
この分析結果から、タイヤ片に含まれていた硫黄は、ZnS、CrSあるいはCaSの形で残渣の中に捕獲されていることがわかる。CaはフィラーとしてCaCO3の形でサンプルのタイヤ片に含まれていたと考えられる。
上記の残渣成分の分析と排出ガスの分析結果から、サンプルのタイヤ片に含まれていた硫黄成分の大部分は金属の硫化物として残渣の形で捕獲されたことが分かる。すなわち、タイヤには、加硫剤あるいは加硫促進剤として硫黄成分が添加されているが、これらの硫黄成分は金属の硫化物として残渣中に捕獲されること、また加硫促進助剤として酸化亜鉛や酸化マグネシウムといった無機化合物も添加されているが、これらの無機化合物も金属の硫化物として残渣中に捕獲されることがわかる。
なお、タイヤに含まれている有機物については、前述したCr2O3の熱活性作用により水と炭酸ガスに完全分解され、処理操作時に外部に有害物として排出されることはない。
実施例1のタイヤを市販の塩ビパイプのPVCに置き換え、同様の実験を行った。
厚みが約2mmの塩ビ管から約2cm四方のPVCのサンプルを切り出し、被処理物として実験を行った。このサンプルを実施例1で調製したCr2O3粉末の懸濁液に浸漬し、引上げて、室温で乾燥した。この操作によりサンプル表面がCr2O3粉末によってコートされた。
Cr2O3粉末によって表面をコートしたPVCのサンプルを、実施例1と同様に、アルミナ製の坩堝に入れ、マッフル炉の中で、空気雰囲気、500℃で15分間加熱した。その結果、坩堝の中に、薄い灰色を帯びた粒子とやや黄色味を帯びた白色の吸湿性のある粒子との2成分からなる残渣が観測された。
Cl 19wt%
Ca 54wt% (フィラー:CaCO3に由来)
Ti 3.2wt% (着色材の希釈材(TiO2)に由来)
Pb 18wt% (安定材:鉛化合物に由来)
この分析結果は、残渣の主成分がCl、Ca、Ti、Pbであることを示す。Caはフィラーとして添加されているCaCO3に由来する。Tiは、PVCパイプの色を灰色にする、カーボン・ブラック(着色材)の希釈材として添加されている白色顔料であるTiO2に由来し、TiO2の形で残存する。Pbは安定材としてPVCに添加されている鉛化合物に由来する。Pbは酸化鉛のような形で存在すると考えられる。
上記の分析結果から、ClがCaCl2として残渣に捕獲されたことが分かる。CaCl2は吸湿性があり、空気中の水分を吸い、潮解性を示した。
実施例1で使用したタイヤ片を被処理物とし、Cr2O3をα−Fe2O3に置き換えて、実施例1と同様にして分解処理する実験を行った。この場合には、タイヤに含まれていた硫黄成分は黒色のFeSあるいはFeS2の形で捕獲された。
図3(a)は分解処理前のタイヤ片、図3(b)は分解処理後の状態を示す。分解処理後には、被処理物の支持体の上に灰色を帯びた白色残渣(おそらく充填物のCaCO3)が認められ、この上に、黒色の残渣(FeSまたはFeS2)が観測された。本実施例においても、被処理物を分解処理する際に発生した排出ガス中には、被処理物に含まれる有機物は含まれていなかった。
実施例2で使用したPVC片を被処理物とし、Cr2O3をα−Fe2O3に置き換えて、実施例2と同様に被処理物を分解処理する実験を行った。この場合には塩素成分はFeCl2あるいはFeCl3の形で捕獲された。
図4は分解処理後のPVC片(異なる2つのサンプル)の写真である。Cr2O3を使用した場合と同様に、残渣物は内部が空洞になっている。
Siゴム(Siゴム栓)を被処理物として実験を行った。熱活性作用を発現する半導体としてα-Fe2O3を使用した。このα-Fe2O3約20gを上述のアセトン溶液に分散させた懸濁液を調製し、これに前記サンプル(10×10×3 mm)を懸濁液に浸漬し、室温で乾燥させた後、アルミナ製の坩堝に入れ、マッフル炉の中で、空気雰囲気、500℃で15分間加熱した。
その結果、坩堝の中に、純白のきらきらした粉末が観測された。この残渣はX線蛍光分析ならびに原子吸光分析の結果SiO2が主成分であることが分かった。残渣中にSi−Fe(磁性体)も存在するのかもしれないが、この化合物は同定できなかった。この結果から、Siゴムを被処理物とし、熱活性作用を発現する半導体としてα-Fe2O3を使用した場合、Si成分は酸化物として残渣に捕獲されることが分かる。
なお、本実施例においても、熱処理中の排出ガスを質量分析した結果、排出ガスは水と炭酸ガスのみが観測された。
Claims (6)
- 硫黄、ハロゲン、ケイ素を成分として含む有機廃棄物を被処理物として分解処理する方法であって、 前記被処理物の表面に熱活性作用を備える半導体を5ミクロン以上の厚みで被処理物の全面にコートする工程と、 表面に半導体がコートされた被処理物を、空気雰囲気下において、前記半導体が熱活性作用を生じる温度以上に加熱することにより、被処理物を水と炭酸ガスとに分解するとともに、被処理物に含まれていた硫黄成分は金属硫化物とし、ハロゲン成分は金属ハロゲン化物とし、ケイ素成分はケイ素酸化物として残渣中に捕獲する分解処理工程と、を備えることを特徴とする有機廃棄物の分解処理方法。
- 前記被処理物の表面を半導体によりコートする工程として、
半導体を含む懸濁液に被処理物を浸漬し、懸濁液から被処理物を引き上げて乾燥させる操作を行うことを特徴とする請求項1記載の有機廃棄物の分解処理方法。 - 前記半導体として、Cr2O3あるいはα−Fe2O3を使用し、前記分解処理工程においては、表面に半導体がコートされた被処理物を350〜500℃に加熱することを特徴とする請求項1または2記載の有機廃棄物の分解処理方法。
- タイヤを被処理物とし、前記分解処理工程においては、前記被処理物に含まれる硫黄成分を金属硫化物として残渣中に捕獲することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の有機廃棄物の分解処理方法。
- PVCを主要成分とする有機廃棄物を被処理物とし、前記分解処理工程においては、前記被処理物に含まれる塩素成分を金属塩化物として残渣中に捕獲することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の有機廃棄物の分解処理方法。
- Siを主要成分とする有機廃棄物を被処理物とし、前記分解処理工程においては、前記被処理物に含まれるケイ素成分をケイ素酸化物として残渣中に捕獲することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の有機廃棄物の分解処理方法。
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