JP6818164B2 - 糖化用パルプ繊維の製造方法 - Google Patents
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本方法は、固液分離工程において、パルプ繊維に残存する、吸水したゲル状(塊状又は略球状)の高吸水性ポリマーを押し潰すことにより、高吸水性ポリマーを薄く且つ細分化して、パルプ繊維から取り除き易くできる。それゆえ、除去工程において、パルプ繊維に残存する高吸水性ポリマーを、液体(例示:水)で比較的容易に洗い流すことができる。それにより、パルプ繊維から高吸水性ポリマーを効率的に削減することができ、したがって、高吸水性ポリマー(不純物)の少ない、純度の高い糖化用パルプ繊維を効率的に製造できる。この高吸水性ポリマーの少ない糖化用パルプ繊維を用いて糖化液を製造することで、高吸水性ポリマーが糖化反応に悪影響を与えるおそれがなく、糖化液の生成後に高吸収性ポリマーを除去する必要も無いので、糖化液の回収効率を高めることができる。
本方法は、加圧式脱水法により、パルプ繊維に残存する高吸水性ポリマーを押し潰すので、固液分離と、パルプ繊維上の高吸水性ポリマーの押し潰しとを同時に効率的かつ確実に実行することができる。すなわち、本方法は、効率的かつ確実にパルプ繊維上の高吸水性ポリマーを薄く且つ細分化して、パルプ繊維から剥がれ易くすることができる。それにより、パルプ繊維から高吸水性ポリマーをより効率的に削減できる。
本方法は、固液分離工程の前に、パルプ繊維と高吸水性ポリマーとを含む不活化水溶液から、一定量の高吸水性ポリマー及び不活化水溶液を分離する。そのため、本方法は、固液分離工程に供給される不活化水溶液における高吸水性ポリマーの割合を低く抑えることができ、したがってパルプ繊維に残存し得る高吸水性ポリマーを固液分離工程の前に削減できる。それにより、固液分離工程において、パルプ繊維に付着している高吸水性ポリマーをより効率的に押し潰すことができ、パルプ繊維から高吸水性ポリマーを除去する処理の効率を高めることができる。
本方法では、固液分離工程において供給される、使用済み吸収性物品から分離されたパルプ繊維と高吸水性ポリマーとを含む不活化水溶液を、破砕する工程及び分離する工程により生成している。それにより、不活化水溶液中に異物(使い捨て吸収性物品のパルプ繊維及び高吸水性ポリマー以外の資材(例示:フィルム(裏面シートなど)、不織布(表面シートなど)、弾性体(防漏壁用ゴムなど))が混入することを抑制できる。それにより、異物に邪魔されることなく高吸水性ポリマーをより的確に押し潰すことができる。その結果、パルプ繊維から高吸水性ポリマーを除去する処理の効率を高めることができる。
本方法は、固液分離工程において、パルプ繊維に残存するゲル状(塊状又は略球状)の高吸水性ポリマーを押し潰して、薄く且つ細分化し、高吸水性ポリマーの表面積を拡げることができ、塊状又は略球状の高吸水性ポリマーの内部を表側に露出させることができる。それゆえ、酸化剤処理工程において、塊状又は略球状の高吸水性ポリマーの場合には酸化剤と接触し難かった高吸水性ポリマーの内部を酸化剤に接触させることができるなど、高吸水性ポリマーおける酸化剤との接触面積を大きくできる。それにより、高吸水性ポリマーの酸化剤による酸化分解をより効率的に進めることができるので、パルプ繊維から高吸水性ポリマーをより効率的に削減できる。したがって、高吸水性ポリマー(不純物)のより少ない、より純度の高い糖化用パルプ繊維をより効率的に製造できる。ここで、酸化剤としては、オゾン、二酸化塩素、過酢酸、次亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素などが挙げられる。酸化剤を用いることは、殺菌も可能であり好ましい。
本方法は、酸化剤がオゾンであるため、高吸水性ポリマーの酸化分解をより強力に進行させることができ、高吸水性ポリマー(不純物)のより少ない、より純度の高い糖化用パルプ繊維をより効率的に製造できる。また、オゾンにより殺菌、漂白、消臭などの効果により、高吸水性ポリマー以外の不純物をパルプ繊維から取り除くことができ、より純度の高い糖化用パルプ繊維をより効果的に製造できる。
本方法は、不活化水溶液が酸性水溶液であるため、使用済み吸収性物品中の高吸水性ポリマーを確実に脱水し、所定の粒径以下にすることができる。それにより、固液分離工程において、容易に、固液分離を行いつつ、高吸水性ポリマーを押し潰すことができる。その結果、パルプ繊維から高吸水性ポリマーをより効率的に削減できる。
本方法では、少なくとも上記の固液分離工程と除去工程とにより製造された糖化用パルプ繊維を糖化して、糖化液を製造している。すなわち、高吸水性ポリマー(不純物)の少ない糖化用パルプ繊維を用いて糖化液を製造しているので、高吸水性ポリマーが糖化反応に悪影響を与えるおそれがなく、糖化液の生成後に高吸収性ポリマーを除去する必要も無いので、糖化液の回収効率を高めることができる。
ポンプ121(前処理液循環部)は、前処理槽101の下部に設けられた送出口101bと、前処理槽101の上部に設けられた供給口101aとを連接する配管132の途中に設けられる。ポンプ121は、混合物98を含む前処理液P1の少なくとも一部を、前処理槽101の下部から抜き出し、前処理槽101の上部から前処理液P1中に供給する。なお、ポンプ121は、混合物98と水とを混合した水溶液を、配管131、132を介して受け取り、配管132を介して供給口101aから前処理槽101へ供給する。配管131、132の液体の流通は、配管131のバルブV1及び配管132のバルブV2で制御される。ガス状物質分解装置103は、前処理槽101の上部に蓄積したガス状物質Z1を、配管134を介して受け取り、分解し無害化して外部へ放出する。
前処理供給工程S19−1aにおいて、第3分離工程S18にて分離された、高吸水性ポリマーを含むパルプ繊維を含む混合物98は、水を追加されて水溶液となっている。その水溶液は、配管131、132を介して(V1開、V2閉)、ポンプ121で、前処理槽101の上部の供給口101aから前処理液P1中に供給される。
次いで、前処理工程S19−1bにおいて、前処理液P1は酸性水溶液であり、比重としては概ね1である。したがって、パルプ繊維は、前処理液P1の上部から下部へ向かって沈降してゆく。一方、ガス状物質生成部102bで生成されたオゾンを含有するガス状物質Z1は、配管133を介してガス状物質放散部102aから前処理槽101に放散される。ガス状物質Z1は、前処理槽101の下部付近から前処理液P1内に細かい気泡の状態(例示:マイクロバブル又はナノバブル)で連続的に放散され、前処理液P1の下部から上部へ向かって上昇してゆく。前処理液P1内を、上部から下部へ向かって沈降するパルプ繊維と、下部から上部へ向かって上昇するガス状物質Z1とが、対向して進みつつ衝突し合う。そして、ガス状物質Z1は、パルプ繊維の表面に、パルプ繊維を包み込むように付着する。そのとき、ガス状物質Z1中のオゾンが、パルプ繊維中の高吸水性ポリマーと反応し、高吸水性ポリマーを酸化分解して、前処理液P1に溶解させる。対向流なので、パルプ繊維に含まれる高吸水性ポリマーとガス状物質Z1との接触確率を高められる。それによりパルプ繊維の高吸水性ポリマーが低減され、高吸水性ポリマーを含むパルプ繊維の粘度が低減される。よって、後段の処理工程S19−2bにおいて、エジェクタ107が高吸水性ポリマーを含むパルプ繊維により詰まるということを防止できる。
次いで、前処理液移送工程S19−1cにおいて、前処理工程S19−1bにおいて高吸水性ポリマーが低減された混合物98を含む前処理液P1の少なくとも一部が、前処理槽101の下部の送出口101cから配管135を介してポンプ122により引き出され、処理槽105の上部の供給口105aから処理液P2中へ供給される。なお、前処理槽101の上部に蓄積したオゾンを含有するガス状物質Z1のオゾンはガス状物質分解装置103で分解され無害化されて外部へ放出される。
供給工程S19−2aでは、混合物98を含む処理液P2の少なくとも一部が、処理槽105の下部から引き出され、水溶液として駆動流体供給口DIに供給される。すなわち、混合物98を含む前処理液P1を含有した処理液P2の少なくとも一部が、配管136を介してポンプ123により処理槽105の下部の送出口105bから引き出され、水溶液としてエジェクタ107の駆動流体供給口DIに供給される。更に、ガス状物質供給装置106で生成されたオゾンを含有するガス状物質Z2が、配管137を介してエジェクタ107の吸引流体供給口AIに供給される。
続く処理工程S19−2bにおいて、エジェクタ107で混合物98を含む処理液P2とガス状物質Z2とが混合されて生成された混合液98Lが混合流体吐出口COから処理槽105内の処理液P2に吐出される。このとき、混合物98を含む処理液P2とガス状物質Z2とはエジェクタ107内の極めて狭い領域で混合されるので、パルプ繊維及び高吸水性ポリマーの混合物98とガス状物質Z2とが極めて密接した混合液98Lを形成できる。また、混合液98Lが処理槽105内の処理液P2中に吐出されることで、処理液P2を撹拌することができる。更に、ガス状物質Z2は、処理液P2に吐出されるとき、細かい気泡の状態(例示:マイクロバブル又はナノバブル)で連続的に吐出されるので、処理液P2内で極めて広く拡散することができる。これらによって、処理槽105中のパルプ繊維に含まれる高吸水性ポリマーと、ガス状物質Z2に含まれるオゾンとの接触確率を極めて高くできる。それにより、パルプ繊維の高吸水性ポリマーが除去される。
その後、処理工程S19−2bにおいて高吸水性ポリマーが除去されたパルプ繊維を含む処理液P2の少なくとも一部が、処理槽105の下部の送出口105dから配管139を介してポンプ124により引き出され、混合液99として後段の機器へ移送される。なお、処理槽105の上部に蓄積したオゾンを含有するガス状物質Z2のオゾンはガス状物質分解装置108で分解され無害化されて外部へ放出される。
本方法又はシステムは、加圧式脱水法により、パルプ繊維に残存する高吸水性ポリマーを押し潰すので、固液分離と、パルプ繊維上の高吸水性ポリマーの押し潰しとを同時に効率的かつ確実に実行することができる。すなわち、本方法又はシステムは、効率的かつ確実にパルプ繊維上の高吸水性ポリマーを薄く且つ細分化して、パルプ繊維から取り除き易くすることができる。それにより、パルプ繊維から高吸水性ポリマーをより効率的に削減できる。
本方法又はシステムは、第3分離工程S18(第3分離装置18)の前に、パルプ繊維と高吸水性ポリマーとを含む不活化水溶液から、一定量の高吸水性ポリマー及び不活化水溶液を分離する。そのため、本方法又はシステムは、第3分離工程S18(第3分離装置18)に供給される材料(パルプ繊維、高吸水性ポリマー及び不活化水溶液)における高吸水性ポリマーの割合を低く抑えることができる。したがってパルプ繊維に残存し得る高吸水性ポリマーを第3分離工程S18(第3分離装置18)の前に削減できる。それにより、第3分離工程S18(第3分離装置18)において、パルプ繊維に付着している高吸水性ポリマーをより効率的に押し潰すことができ、パルプ繊維から高吸水性ポリマーを除去する処理の効率を高めることができる。
本方法又はシステムは、第3分離工程S18(第3分離装置18)において供給される、使用済み吸収性物品から分離されたパルプ繊維と高吸水性ポリマーとを含む不活化水溶液を、破砕する工程及び分離する工程により生成している。それにより、不活化水溶液中に異物(使い捨て吸収性物品のパルプ繊維及び高吸水性ポリマー以外の資材(例示:フィルム、不織布、弾性体))が混入することを抑制できる。それにより、異物に邪魔されることなく高吸水性ポリマーをより的確に押し潰すことができる。その結果、パルプ繊維から高吸水性ポリマーを除去する処理の効率を高めることができる。
本方法又はシステムでは、第3分離工程S18(第3分離装置18)においてパルプ繊維に残存するゲル状(塊状又は略球状)の高吸水性ポリマーを押し潰して、薄く且つ細分化し、高吸水性ポリマーの表面積を拡げることができ、塊状又は略球状の高吸水性ポリマーの内部を表側に露出させることができる。それゆえ、酸化剤処理工程S19(酸化剤処理装置19)において、塊状又は略球状の高吸水性ポリマーの場合には酸化剤と接触し難かった高吸水性ポリマーの内部を酸化剤に接触させることができるなど、高吸水性ポリマーおける酸化剤との接触面積を大きくできる。それにより、高吸水性ポリマーの酸化剤による酸化分解をより効率的に進めることができるので、パルプ繊維から高吸水性ポリマーをより効率的に削減できる。したがって、高吸水性ポリマー(不純物)のより少ない、より純度の高い糖化用パルプ繊維をより効率的に製造できる。ここで、酸化剤としては、オゾン、二酸化塩素、過酢酸、次亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素などが挙げられる。酸化剤を用いることは、殺菌も可能であり好ましい。
本方法又はシステムでは、酸化剤がオゾンであるため、高吸水性ポリマーの酸化分解をより強力に進行させることができ、高吸水性ポリマー(不純物)のより少ない、より純度の高い糖化用パルプ繊維をより効率的に製造できる。また、オゾンにより殺菌、漂白、消臭などの効果により、高吸水性ポリマー以外の不純物をパルプ繊維から取り除くことができ、より純度の高い糖化用パルプ繊維をより効果的に製造できる。
本方法又はシステムでは、不活化水溶液が酸性水溶液であるため、使用済み吸収性物品中の高吸水性ポリマーを確実に脱水し、所定の粒径以下にすることができる。それにより、第3分離工程S18(第3分離装置18)において、容易に、固液分離を行いつつ、高吸水性ポリマーを押し潰すことができる。その結果、パルプ繊維から高吸水性ポリマーをより効率的に削減できる。
本方法又はシステムは、少なくとも上記の第3分離工程S18(第3分離装置18)と洗浄工程S21(洗浄装置21)とにより製造された糖化用パルプ繊維を糖化して、糖化液を製造している。すなわち、高吸水性ポリマー(不純物)の少ない糖化用パルプ繊維を用いて糖化液を製造しているので、高吸水性ポリマーが糖化反応に悪影響を与えるおそれがなく、糖化液の生成後に高吸収性ポリマーを除去する必要も無いので、糖化液の回収効率を高めることができる。
第3分離工程S18後に酸化剤処理工程S19を経ずに洗浄工程S21を実行して得られるリサイクルパルプ繊維を模擬するために、以下のように、模擬不活化高吸収性ポリマー及び模擬パルプ繊維を形成した。
まず、水分を吸収していない高吸水性ポリマー、及び、不活化水溶液として1%クエン酸水溶液を準備した。そして、高吸水性ポリマーの体積の9倍の体積を有する1%クエン酸水溶液を、高吸収性ポリマーに吸収させて、10%不活化高吸水性ポリマーを調整した。その後、10%不活化高吸水性ポリマーをホモジェナイザー(型番:AHG−160D、アズワン社製)でペースト状になるまですり潰して、模擬不活化高吸収性ポリマーとした。一方、バージンパルプを準備して、模擬パルプ繊維とした。そして、バージンパルプ10gに対して、模擬不活化高吸収性ポリマー(水分未吸収換算)の残存率が、それぞれ0、1、5、10、20、30%となるように、模擬不活化高吸収性ポリマーを準備した。これら、模擬パルプ繊維と模擬不活化高吸収性ポリマーとを組み合わせたものは、それぞれ高吸収性ポリマー(水分未吸収換算)の残存率が0、1、5、10、20、30%のリサイクルパルプ繊維を模擬した模擬リサイクルパルプ繊維とみなすことができる。
溶媒として250mMクエン酸緩衝溶液、溶質として模擬リサイクルパルプ繊維、すなわち模擬パルプ繊維及び模擬不活化高吸収性ポリマー、酵素としてCtec2(液体:Novozymes社製)、をそれぞれ準備した。
そして、容器に入れた溶媒に、10gの模擬パルプ繊維、模擬パルプ繊維に対して所定の質量%相当の模擬不活化高吸収性ポリマー、及び1.0gのCtec2をそれぞれ加えて攪拌して試料を生成した。その後、容器をラップフィルムで包んで50℃で静置し、24時間毎に、各試料のpH及びグルコース濃度を測定した。次いで、168時間経過後の各試料をナイロンメッシュ(N−NO.250HD:NBC工業製)に入れ、遠心分離機(分離機HI30:国産遠心株式会社製)を用いて150G(回転数850rpm)で遠心した。得られた残渣量を測定し、溶媒、模擬パルプ繊維、模擬不活化高吸収性ポリマー、酵素を合わせたすべての仕込み量から差分することで採取可能な糖液回収量を推定した。回収した糖液のグルコース濃度は、グルコース計(GF−501−H:タニタ製)を用いて測定した。グルコース濃度と推定した糖液回収量の積からそれぞれ回収可能なグルコース量を算出した。なお、グルコース濃度は測定期間中の最大値を採用した。すべての仕込み量に対する採取可能な糖液回収量を糖液回収率、すべてのパルプ繊維がグルコースに転換した理論量に対する回収可能なグルコース量を糖回収率とした。具体的には、糖回収率は、((グルコース量(g)))/((模擬パルプ繊維の仕込み量:10(g))×1.1)×100、の式で算出した。模擬不活化高吸収性ポリマーの残存率が0%の試料をブランクとし、模擬不活化高吸収性ポリマーの所定残存率の試料とブランクの試料とで糖液回収率及び糖回収率を比較することで、糖化反応に影響していない模擬不活化高吸収性ポリマーの混入可能濃度の最小値を探索した。
表1に、パルプ繊維(模擬リサイクルパルプ繊維)に残存する不活化高吸水性ポリマー(模擬不活化高吸収性ポリマー)の糖化への影響を示す。糖液回収率は、パルプ繊維中の不活化高吸水性ポリマーの残存率が増加するに連れて減少した。特に、残存率が10%を超えると、糖液回収率は著しく減少した。一方、糖回収率は、残存率5%までは、ブランクの試料と大差はなかった。しかし、残存率が10%を超えると、糖回収率は著しく減少し、残存率が20%では糖化が困難であった。したがって、リサイクルパルプ繊維に対する不活化高吸水性ポリマーの残存率は、10%以下が好ましく、より好ましくは5%以下である。
E 液体
S18 第3分離工程(固液分離工程)
S21 洗浄工程(除去工程)
Claims (8)
- 使用済み吸収性物品のパルプ繊維から糖化用パルプ繊維を製造する方法であって、
使用済み吸収性物品から分離されたパルプ繊維及び高吸水性ポリマーを含む不活化水溶液を、前記パルプ繊維及び前記高吸水性ポリマーを含む固体と、前記高吸水性ポリマー及び前記不活化水溶液を含む液体とに分離しながら、前記高吸水性ポリマーを押し潰す固液分離工程と、
分離された前記固体の前記パルプ繊維を液体中で洗浄して、残存する前記高吸水性ポリマーを洗い流すことにより、糖化用パルプ繊維を製造する除去工程と、
を備える方法。 - 前記固液分離工程は、
前記パルプ繊維及び前記高吸水性ポリマーを含む前記不活化水溶液を、加圧式脱水法で処理して、前記パルプ繊維に残存する前記高吸水性ポリマーを押し潰す押し潰し工程を含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記固液分離工程の前に、前記パルプ繊維と前記高吸水性ポリマーとを含む前記不活化水溶液から、前記高吸水性ポリマー及び前記不活化水溶液の一部を分離する工程を更に備える、
請求項1又は2に記載の方法。 - 前記固液分離工程の前に、
前記使用済み吸収性物品を不活化水溶液中で破砕する工程と、
前記破砕する工程で得られた破砕物を含む不活化水溶液から、パルプ繊維と高吸水性ポリマーを含む不活化水溶液を分離する工程と、
を更に備える、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記除去工程は、
前記分離された前記固体を、酸化剤を含む水溶液で処理して、前記パルプ繊維から、前記押し潰された前記高吸水性ポリマーを除去する酸化剤処理工程を含む、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。 - 前記酸化剤は、オゾンである、
請求項5に記載の方法。 - 前記不活化水溶液は、酸性水溶液である、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。 - 前記除去工程の後に、前記糖化用パルプ繊維を糖化して糖化液を製造する糖化工程を更に備える、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の方法。
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