JP7178535B1 - 細胞外ポリマーに基づいて調整された汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄の調製方法 - Google Patents
細胞外ポリマーに基づいて調整された汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄の調製方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7178535B1 JP7178535B1 JP2022081922A JP2022081922A JP7178535B1 JP 7178535 B1 JP7178535 B1 JP 7178535B1 JP 2022081922 A JP2022081922 A JP 2022081922A JP 2022081922 A JP2022081922 A JP 2022081922A JP 7178535 B1 JP7178535 B1 JP 7178535B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sludge
- biochar
- silicon carbide
- extracellular polymer
- rpm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000010802 sludge Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 75
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 81
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 13
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 52
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 52
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 48
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 34
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 28
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 23
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 23
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 23
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 21
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 20
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 17
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 16
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 14
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 14
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- SURQXAFEQWPFPV-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate heptahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.[Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O SURQXAFEQWPFPV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 11
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 7
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 6
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZDVYABSQRRRIOJ-UHFFFAOYSA-N boron;iron Chemical compound [Fe]#B ZDVYABSQRRRIOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 claims description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 2
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 claims description 2
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 claims 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 40
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 38
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 36
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 36
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 21
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 21
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 5
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 5
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 3
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 bacterial bodies Substances 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000006037 cell lysis Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000034994 death Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000000417 fungicide Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000036544 posture Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
- C02F11/10—Treatment of sludge; Devices therefor by pyrolysis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
- C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
- C02F11/13—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by heating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
- C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
- C02F11/14—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening with addition of chemical agents
- C02F11/147—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening with addition of chemical agents using organic substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
- C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
- C02F11/15—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by treatment with electric, magnetic or electromagnetic fields; by treatment with ultrasonic waves
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
- C02F2101/22—Chromium or chromium compounds, e.g. chromates
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/40—Valorisation of by-products of wastewater, sewage or sludge processing
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
- Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
Abstract
【課題】細胞外ポリマーに基づいて調整された汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄の調製方法を提供する。【解決手段】この方法は、Ｓ１、細胞外ポリマー抽出：汚泥から細胞外ポリマーを抽出するステップと、Ｓ２、バイオ炭調製：細胞外ポリマーを利用して調整してバイオ炭を調製するステップと、Ｓ３、担持ナノ鉄材料の調製：バイオ炭にナノ鉄を担持するステップと、を含む。本発明の調製方法は、細胞外ポリマーを利用して調整してバイオ炭を調製することによって、バイオ炭の調製効果を効果的に向上させ、使用性能がより良好な汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を得ることができる。【選択図】図１
Description
本発明は、廃水処理の技術分野に関し、具体的には、細胞外ポリマーに基づいて調整され
た汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄の調製方法に関する。
た汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄の調製方法に関する。
汚泥は汚水処理後の生成物であり、有機物の破片、細菌体、無機物粒子、コロイドなどか
らなる極めて複雑な非均質体であり、汚泥は、水分量が多く、有機物含有量が多く、腐敗
しやすく臭気があり、粒子が細かく比重が小さいという特徴を有し、コロイド液体状態、
つまり液体と固体の間にある厚い物質であり、ポンプで輸送できるが沈降による固体・液
体の分離は困難であるため、汚泥の処理は生態環境を改善するための既存の課題となって
いる。
らなる極めて複雑な非均質体であり、汚泥は、水分量が多く、有機物含有量が多く、腐敗
しやすく臭気があり、粒子が細かく比重が小さいという特徴を有し、コロイド液体状態、
つまり液体と固体の間にある厚い物質であり、ポンプで輸送できるが沈降による固体・液
体の分離は困難であるため、汚泥の処理は生態環境を改善するための既存の課題となって
いる。
細胞外ポリマー（ＥＰＳ）微生物が一定の環境下で細胞外に分泌する複雑な非均質ポリマ
ーで、活性汚泥フロックの内部や表面によく見られ、環境中の栄養分を細胞外酵素で低分
子に分解して細胞内に吸収したり、殺菌剤や有害物質が細胞に与える害に抵抗したりする
重要な生理機能を有している。
ーで、活性汚泥フロックの内部や表面によく見られ、環境中の栄養分を細胞外酵素で低分
子に分解して細胞内に吸収したり、殺菌剤や有害物質が細胞に与える害に抵抗したりする
重要な生理機能を有している。
ナノ鉄は還元剤として重金属汚染廃水を効果的に修復することができ、ナノ鉄は、粒子径
が小さく、比表面積が大きく、表面活性が高く、還元能力が高いなどの利点を有するが、
ナノ鉄は比較的高い活性および非常に大きい比表面積を有するため、空気中の酸素と反応
して不活性化したり、廃水中で凝集して不活性化しやすくなる。
が小さく、比表面積が大きく、表面活性が高く、還元能力が高いなどの利点を有するが、
ナノ鉄は比較的高い活性および非常に大きい比表面積を有するため、空気中の酸素と反応
して不活性化したり、廃水中で凝集して不活性化しやすくなる。
研究によると、鉄ナノ粒子を担持した汚泥系バイオ炭の調製に、細胞外ポリマー（ＥＰＳ
）調整バイオ炭を担体として用いることで、汚泥処理の問題を効果的に解決するだけでな
く、鉄ナノ粒子担持バイオ炭の廃水処理効果を向上させることができることが判明したた
め、汚泥処理問題を解決するために、細胞外高分子調整法で調製したバイオ炭から新しい
材料を作ることが求められている。
）調整バイオ炭を担体として用いることで、汚泥処理の問題を効果的に解決するだけでな
く、鉄ナノ粒子担持バイオ炭の廃水処理効果を向上させることができることが判明したた
め、汚泥処理問題を解決するために、細胞外高分子調整法で調製したバイオ炭から新しい
材料を作ることが求められている。
上記技術的問題を解決するために、本発明は、細胞外ポリマーに基づいて調整された汚泥
系バイオ炭担持ナノ鉄の調製方法を提供する。
本発明の技術的解決策として、細胞外ポリマーに基づいて調整された汚泥系バイオ炭担持
ナノ鉄の調製方法は、
Ｓ１、細胞外ポリマー抽出
汚泥から細胞外ポリマーを抽出し、用意するステップ、
Ｓ２、バイオ炭調製
Ｓ２０１、汚泥と細胞外ポリマーを１：５～５０の重量比で混合して混合物を得、次に混
合物と炭化ケイ素中空球を一定の質量比で混合して処理し、
Ｓ２０２、混合処理が終了した後、炭化ケイ素中空球を濾過回収し、得られた混合物を乾
燥し、粒子径１００～２５０μｍに粉砕した後、２００～９００℃の条件下で２時間熱分
解し、次に純水で洗浄・乾燥して、細胞外ポリマーで調整された汚泥バイオ炭を得るステ
ップ、
Ｓ３、担持ナノ鉄材料の調製
Ｓ３０１、硫酸第一鉄七水和物とＳ２０２で得られた細胞外ポリマーで調整された汚泥バ
イオ炭を重量比２０：１～３で蒸留水に溶解し、溶液ｐＨを４．０に調整し、硫酸第一鉄
七水和物の重量で、前記蒸留水の添加量が５０ｍＬ／ｇであり、
Ｓ３０２、１２０～１８０ｒｐｍ、２５℃でシェーカー上で２４時間攪拌した後、硫酸第
一鉄七水和物の重量で、５０ｍＬ／ｇのエタノールを加え、次に９００～１１００ｒｐｍ
で１時間攪拌しながらＮ２を溶液に吹き込み、
Ｓ３０３、次に、９００～１１００ｒｐｍで攪拌しながら０．５ｍｏｌ／ＬのＫＢＨ４溶
液を溶液に滴下し、０．５時間反応した後、固形残留物を濾過により分離し、硫酸第一鉄
七水和物の重量で、前記ＫＢＨ４溶液の添加量が１００ｍＬ／ｇであり、
Ｓ３０４、超純水を用いて固形残留物を複数回濾過および洗浄した後、固形残留物を凍結
乾燥処理して汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を得るステップ、を含む。
さらに、前記ステップＳ１で採用された遠心分離処理方法により汚泥から細胞外ポリマー
を抽出するステップは、
Ｓ１０１、遠心分離機の回転数６０００～７０００ｒｐｍの条件下で、１０分間遠心分離
し、上澄み液を除去し、残りの汚泥を０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌ溶液で遠心分離機回転
数２８００～３２００ｒｐｍの条件下で３回洗浄した後、上澄み液を除去すること、
Ｓ１０２、０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌで残りの汚泥を再懸濁し、８０℃で１時間水浴し
、冷却した後、７５００～８５００ｒｐｍの回転数で１５分間遠心分離し、０．４５μｍ
のガラスファイバフィルタフィルムで上澄み液を濾過し、細胞外ポリマーを得ること、を
含み、
上記の遠心分離法を用いた汚泥からの細胞外ポリマーの抽出は、操作の難易度が低く、抽
出が容易で、例えば、大量の細胞溶解が生じることもない。
さらに、前記ステップＳ２０１では、混合処理は具体的には、混合物と炭化ケイ素中空球
を一定の質量比で混合した後、１６０～３００秒のマイクロ波弱放射処理を行い、前記マ
イクロ波弱放射の電力は４２０～６００Ｗであり、前記混合物と炭化ケイ素中空球の添加
質量比が２：０．５～１であり、実験によると、マイクロ波弱放射線処理を適切に行うこ
とで、汚泥系バイオ炭の調整における細胞外ポリマーの効果を効果的に高め、より優れた
性能を持つ鉄ナノ粒子担持汚泥系バイオ炭を得ることができることがわかった。
さらに、前記ステップＳ２０２では、乾燥温度が６０～８０℃であり、熱分解ではアルゴ
ンを内部キャリアガスとするアルゴンの管状炉が使用され、昇温速度が５～１５℃／分で
あり、上記の乾燥温度および熱分解処理とすることで、細胞外ポリマーで調整された汚泥
のバイオ炭の調製における安定性を高める。
さらに、前記ステップＳ２０２では、純水洗浄の方法としては、純水を加えた後、磁気ス
ターラーで２時間以上攪拌および洗浄し、０．４５μｍフィルタフィルムで濾過し、この
ステップを３～５回繰り返す。
さらに、前記炭化ケイ素中空球は、内殻および前記内殻表面に付着した炭化ケイ素球殻を
含み、前記内殻の内部に磁性コアが設けられ、前記磁性コアと内殻内壁間に隙間を有し、
磁性コアはルチル鉄ボロン磁石からなる楕円球であり、前記内殻の材質は銅であり、前記
炭化ケイ素球殻の厚さが０．５～２ｍｍであり、前記炭化ケイ素中空球の粒子径が７～１
５ｍｍであり、
実験によると、適切なマイクロ波弱照射処理を行うことで、細胞外ポリマーの汚泥を調整
することを効果的に補助し、汚泥由来のバイオ炭担持ナノ鉄のより優れた性能を得ること
ができるが、過度のマイクロ波弱照射処理は、微生物の細胞壁構造に過度の損傷を与えや
すく、マイクロ波照射処理の過程で、混合物の厚さなどの要因により、マイクロ波照射処
理工程中混合物へのマイクロ波の照射量を効果的かつ正確に制御することは困難であるこ
とが判明したため、適量の炭化ケイ素を導入することによりマイクロ波を吸収させる。
しかし、炭化ケイ素の添加により混合物が急激に温まる傾向があるため、炭化ケイ素中空
球を導入することでこの問題を改善し、また、混合物の流動性などにより、添加した炭化
ケイ素中空球が混合物中で常に均一な分布を保つことが難しいため、磁性コアを楕円状に
設定し、内殻内壁との間に隙間を設けることでこの問題を解決している。 コアとインナ
ーシェルの内壁の間に隙間があることで、炭化ケイ素中空球の動きが良くなり、混合物中
の炭化ケイ素中空球の攪拌効果が促進される。
またさらに、前記内殻内壁にスポンジ状の液吸着コアが設けられ、内殻に高純度水が封入
され、内殻内壁に磁性コアと液吸着コアの衝撃を防止するためのメッシュシェルホルダー
が設けられ、液吸着コアなどの構造を設けることにより、内殻から磁性コアへの熱伝達効
果をより高めることができ、磁性材質の特性により高温で磁性が低下、あるいは失活して
しまうため、炭化ケイ素中空球を配置することにより、異なる温度領域を精度よく制御で
き、異なる温度領域の炭化ケイ素中空球の磁性コアの磁性が一定の違いがあるため、同じ
磁場の強さの作用下で、異なる温度領域の炭化ケイ素中空球が異なる運動姿勢を形成し、
高温領域の炭化ケイ素中空球の相対運動速度が遅くなるため、より良い放熱を行うことが
できる。
系バイオ炭担持ナノ鉄の調製方法を提供する。
本発明の技術的解決策として、細胞外ポリマーに基づいて調整された汚泥系バイオ炭担持
ナノ鉄の調製方法は、
Ｓ１、細胞外ポリマー抽出
汚泥から細胞外ポリマーを抽出し、用意するステップ、
Ｓ２、バイオ炭調製
Ｓ２０１、汚泥と細胞外ポリマーを１：５～５０の重量比で混合して混合物を得、次に混
合物と炭化ケイ素中空球を一定の質量比で混合して処理し、
Ｓ２０２、混合処理が終了した後、炭化ケイ素中空球を濾過回収し、得られた混合物を乾
燥し、粒子径１００～２５０μｍに粉砕した後、２００～９００℃の条件下で２時間熱分
解し、次に純水で洗浄・乾燥して、細胞外ポリマーで調整された汚泥バイオ炭を得るステ
ップ、
Ｓ３、担持ナノ鉄材料の調製
Ｓ３０１、硫酸第一鉄七水和物とＳ２０２で得られた細胞外ポリマーで調整された汚泥バ
イオ炭を重量比２０：１～３で蒸留水に溶解し、溶液ｐＨを４．０に調整し、硫酸第一鉄
七水和物の重量で、前記蒸留水の添加量が５０ｍＬ／ｇであり、
Ｓ３０２、１２０～１８０ｒｐｍ、２５℃でシェーカー上で２４時間攪拌した後、硫酸第
一鉄七水和物の重量で、５０ｍＬ／ｇのエタノールを加え、次に９００～１１００ｒｐｍ
で１時間攪拌しながらＮ２を溶液に吹き込み、
Ｓ３０３、次に、９００～１１００ｒｐｍで攪拌しながら０．５ｍｏｌ／ＬのＫＢＨ４溶
液を溶液に滴下し、０．５時間反応した後、固形残留物を濾過により分離し、硫酸第一鉄
七水和物の重量で、前記ＫＢＨ４溶液の添加量が１００ｍＬ／ｇであり、
Ｓ３０４、超純水を用いて固形残留物を複数回濾過および洗浄した後、固形残留物を凍結
乾燥処理して汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を得るステップ、を含む。
さらに、前記ステップＳ１で採用された遠心分離処理方法により汚泥から細胞外ポリマー
を抽出するステップは、
Ｓ１０１、遠心分離機の回転数６０００～７０００ｒｐｍの条件下で、１０分間遠心分離
し、上澄み液を除去し、残りの汚泥を０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌ溶液で遠心分離機回転
数２８００～３２００ｒｐｍの条件下で３回洗浄した後、上澄み液を除去すること、
Ｓ１０２、０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌで残りの汚泥を再懸濁し、８０℃で１時間水浴し
、冷却した後、７５００～８５００ｒｐｍの回転数で１５分間遠心分離し、０．４５μｍ
のガラスファイバフィルタフィルムで上澄み液を濾過し、細胞外ポリマーを得ること、を
含み、
上記の遠心分離法を用いた汚泥からの細胞外ポリマーの抽出は、操作の難易度が低く、抽
出が容易で、例えば、大量の細胞溶解が生じることもない。
さらに、前記ステップＳ２０１では、混合処理は具体的には、混合物と炭化ケイ素中空球
を一定の質量比で混合した後、１６０～３００秒のマイクロ波弱放射処理を行い、前記マ
イクロ波弱放射の電力は４２０～６００Ｗであり、前記混合物と炭化ケイ素中空球の添加
質量比が２：０．５～１であり、実験によると、マイクロ波弱放射線処理を適切に行うこ
とで、汚泥系バイオ炭の調整における細胞外ポリマーの効果を効果的に高め、より優れた
性能を持つ鉄ナノ粒子担持汚泥系バイオ炭を得ることができることがわかった。
さらに、前記ステップＳ２０２では、乾燥温度が６０～８０℃であり、熱分解ではアルゴ
ンを内部キャリアガスとするアルゴンの管状炉が使用され、昇温速度が５～１５℃／分で
あり、上記の乾燥温度および熱分解処理とすることで、細胞外ポリマーで調整された汚泥
のバイオ炭の調製における安定性を高める。
さらに、前記ステップＳ２０２では、純水洗浄の方法としては、純水を加えた後、磁気ス
ターラーで２時間以上攪拌および洗浄し、０．４５μｍフィルタフィルムで濾過し、この
ステップを３～５回繰り返す。
さらに、前記炭化ケイ素中空球は、内殻および前記内殻表面に付着した炭化ケイ素球殻を
含み、前記内殻の内部に磁性コアが設けられ、前記磁性コアと内殻内壁間に隙間を有し、
磁性コアはルチル鉄ボロン磁石からなる楕円球であり、前記内殻の材質は銅であり、前記
炭化ケイ素球殻の厚さが０．５～２ｍｍであり、前記炭化ケイ素中空球の粒子径が７～１
５ｍｍであり、
実験によると、適切なマイクロ波弱照射処理を行うことで、細胞外ポリマーの汚泥を調整
することを効果的に補助し、汚泥由来のバイオ炭担持ナノ鉄のより優れた性能を得ること
ができるが、過度のマイクロ波弱照射処理は、微生物の細胞壁構造に過度の損傷を与えや
すく、マイクロ波照射処理の過程で、混合物の厚さなどの要因により、マイクロ波照射処
理工程中混合物へのマイクロ波の照射量を効果的かつ正確に制御することは困難であるこ
とが判明したため、適量の炭化ケイ素を導入することによりマイクロ波を吸収させる。
しかし、炭化ケイ素の添加により混合物が急激に温まる傾向があるため、炭化ケイ素中空
球を導入することでこの問題を改善し、また、混合物の流動性などにより、添加した炭化
ケイ素中空球が混合物中で常に均一な分布を保つことが難しいため、磁性コアを楕円状に
設定し、内殻内壁との間に隙間を設けることでこの問題を解決している。 コアとインナ
ーシェルの内壁の間に隙間があることで、炭化ケイ素中空球の動きが良くなり、混合物中
の炭化ケイ素中空球の攪拌効果が促進される。
またさらに、前記内殻内壁にスポンジ状の液吸着コアが設けられ、内殻に高純度水が封入
され、内殻内壁に磁性コアと液吸着コアの衝撃を防止するためのメッシュシェルホルダー
が設けられ、液吸着コアなどの構造を設けることにより、内殻から磁性コアへの熱伝達効
果をより高めることができ、磁性材質の特性により高温で磁性が低下、あるいは失活して
しまうため、炭化ケイ素中空球を配置することにより、異なる温度領域を精度よく制御で
き、異なる温度領域の炭化ケイ素中空球の磁性コアの磁性が一定の違いがあるため、同じ
磁場の強さの作用下で、異なる温度領域の炭化ケイ素中空球が異なる運動姿勢を形成し、
高温領域の炭化ケイ素中空球の相対運動速度が遅くなるため、より良い放熱を行うことが
できる。
本発明は以下の有益な効果を有する。
（１）本発明の調製方法により調製した鉄ナノ粒子担持汚泥系バイオ炭は、廃水中の処理
効果を大幅に向上させることができ、汚泥の資源利用を実現するために有効に活用するこ
とが可能である。
（２）本発明の汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子の調製方法は、バイオ炭の調製に細胞外ポ
リマーのコンディショニングを用いることにより、バイオ炭の調製効果を効果的に向上さ
せ、より使用性能の高い汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子を得ることが可能である。
（３）本発明の鉄ナノ粒子担持汚泥系バイオマスの調製方法は、マイクロ波弱放射処理を
適切に行うことにより、細胞外ポリマーと協働して汚泥を調整する効果を有効に発揮する
ことができ、さらに炭化ケイ素中空球の適量の導入とマイクロ波弱放射処理により、マイ
クロ波弱放射による細胞外ポリマーとの協働による汚泥調整効果をより強化・制御するこ
とが可能である。
（１）本発明の調製方法により調製した鉄ナノ粒子担持汚泥系バイオ炭は、廃水中の処理
効果を大幅に向上させることができ、汚泥の資源利用を実現するために有効に活用するこ
とが可能である。
（２）本発明の汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子の調製方法は、バイオ炭の調製に細胞外ポ
リマーのコンディショニングを用いることにより、バイオ炭の調製効果を効果的に向上さ
せ、より使用性能の高い汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子を得ることが可能である。
（３）本発明の鉄ナノ粒子担持汚泥系バイオマスの調製方法は、マイクロ波弱放射処理を
適切に行うことにより、細胞外ポリマーと協働して汚泥を調整する効果を有効に発揮する
ことができ、さらに炭化ケイ素中空球の適量の導入とマイクロ波弱放射処理により、マイ
クロ波弱放射による細胞外ポリマーとの協働による汚泥調整効果をより強化・制御するこ
とが可能である。
以下、本発明の利点をより良く反映するために、具体的な実施形態と併せて本発明をより
詳細に説明する。
実施例１
図１に示すように、細胞外ポリマーに基づいて調整された汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄の調
製方法は、
Ｓ１、細胞外ポリマー抽出
Ｓ１０１、遠心分離機の回転数６５００ｒｐｍの条件下で、１０分間遠心分離し、上澄み
液を除去し、残りの汚泥を０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌ溶液で遠心分離機回転数３０００
ｒｐｍの条件下で３回洗浄した後、上澄み液を除去すること、
Ｓ１０２、０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌで残りの汚泥を再懸濁し、８０℃で１時間水浴し
、冷却した後、８０００ｒｐｍの回転数で１５分間遠心分離し、０．４５μｍのガラスフ
ァイバフィルタフィルムで上澄み液を濾過し、細胞外ポリマーを得ること、を含み、
Ｓ２、バイオ炭調製
Ｓ２０１、汚泥と細胞外ポリマーを１：４０の重量比で混合して混合物を得、次に混合物
と炭化ケイ素中空球を質量比５：２で混合処理し、
Ｓ３、担持ナノ鉄材料の調製
Ｓ３０１、１ｇの硫酸第一鉄七水和物とＳ２０２で得られた０．０５ｇの細胞外ポリマー
で調整された汚泥バイオ炭を５０ｍＬの蒸留水に溶解し、溶液のｐＨを４．０に調整し、
Ｓ３０２、１５０ｒｐｍ、２５℃でシェーカー上で２４時間攪拌した後、５０ｍＬのエタ
ノールを加え、次に１０００ｒｐｍで１時間攪拌しながらＮ２を溶液に吹き込み、
Ｓ３０３、次に１０００ｒｐｍで攪拌しながら１００ｍＬの０．５ｍｏｌ／ＬのＫＢＨ４
溶液を溶液に滴下し、０．５時間反応した後、濾過により固形残留物を分離し、
Ｓ３０４、超純水を用いて固形残留物を３回濾過および洗浄した後、固形残留物を凍結乾
燥処理して汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を得るステップを含む。
詳細に説明する。
実施例１
図１に示すように、細胞外ポリマーに基づいて調整された汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄の調
製方法は、
Ｓ１、細胞外ポリマー抽出
Ｓ１０１、遠心分離機の回転数６５００ｒｐｍの条件下で、１０分間遠心分離し、上澄み
液を除去し、残りの汚泥を０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌ溶液で遠心分離機回転数３０００
ｒｐｍの条件下で３回洗浄した後、上澄み液を除去すること、
Ｓ１０２、０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌで残りの汚泥を再懸濁し、８０℃で１時間水浴し
、冷却した後、８０００ｒｐｍの回転数で１５分間遠心分離し、０．４５μｍのガラスフ
ァイバフィルタフィルムで上澄み液を濾過し、細胞外ポリマーを得ること、を含み、
Ｓ２、バイオ炭調製
Ｓ２０１、汚泥と細胞外ポリマーを１：４０の重量比で混合して混合物を得、次に混合物
と炭化ケイ素中空球を質量比５：２で混合処理し、
Ｓ３、担持ナノ鉄材料の調製
Ｓ３０１、１ｇの硫酸第一鉄七水和物とＳ２０２で得られた０．０５ｇの細胞外ポリマー
で調整された汚泥バイオ炭を５０ｍＬの蒸留水に溶解し、溶液のｐＨを４．０に調整し、
Ｓ３０２、１５０ｒｐｍ、２５℃でシェーカー上で２４時間攪拌した後、５０ｍＬのエタ
ノールを加え、次に１０００ｒｐｍで１時間攪拌しながらＮ２を溶液に吹き込み、
Ｓ３０３、次に１０００ｒｐｍで攪拌しながら１００ｍＬの０．５ｍｏｌ／ＬのＫＢＨ４
溶液を溶液に滴下し、０．５時間反応した後、濾過により固形残留物を分離し、
Ｓ３０４、超純水を用いて固形残留物を３回濾過および洗浄した後、固形残留物を凍結乾
燥処理して汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を得るステップを含む。
実施例２
図１に示すように、細胞外ポリマーに基づいて調整された汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄の調
製方法は、
Ｓ１、細胞外ポリマー抽出
Ｓ１０１、遠心分離機の回転数６５００ｒｐｍの条件下で、１０分間遠心分離し、上澄み
液を除去し、残りの汚泥を０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌ溶液で遠心分離機回転数３０００
ｒｐｍの条件下で３回洗浄した後、上澄み液を除去すること、
Ｓ１０２、０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌで残りの汚泥を再懸濁し、８０℃で１時間水浴し
、冷却した後、８０００ｒｐｍの回転数で１５分間遠心分離し、０．４５μｍのガラスフ
ァイバフィルタフィルムで上澄み液を濾過し、細胞外ポリマーを得ること、
Ｓ２、バイオ炭調製
Ｓ２０１、汚泥と細胞外ポリマーを１：４０の重量比で混合して混合物を得、次いで、混
合物と炭化ケイ素中空球を５：２の質量比で混合し、マイクロ波弱照射を２６０秒間補足
し、前記マイクロ波弱照射の電力は５２０Ｗであり、混合期間中、混合物と炭化ケイ素中
空球の混合物に異なる方向の磁場を間欠的に交互に適用し、例えば、混合物と炭化ケイ素
中空球の混合物の前後左右に同じ磁場を３秒/回印加し、時計回りに順番に切り替え、毎
回片側の磁場のみを作動させ、切り替え間隔を２秒とし、
図２に示すように、前記炭化ケイ素中空球は、内殻および前記内殻表面に付着した炭化ケ
イ素球殻を含み、前記内殻の内部に磁性コアが設けられ、前記磁性コアと内殻内壁間に隙
間を有し、磁性コアはルチル鉄ボロン磁石からなる楕円球であり、前記内殻の材質は銅で
あり、前記炭化ケイ素球殻の厚さが１．２ｍｍであり、前記炭化ケイ素中空球の粒子径が
１２ｍｍであり、前記内殻内壁にスポンジ状の液吸着コアが設けられ、内殻に高純度水が
封入され、内殻内壁に磁性コアと液吸着コアの衝撃を防止するためのメッシュシェルホル
ダーが設けられ、
Ｓ２０２、マイクロ波弱照射処理終了後、炭化珪素中空球を濾過回収し、得られた混合物
を乾燥温度７２℃で乾燥し、粒子径１１０μｍに粉砕した後、アルゴンを内部キャリアガ
スとする管状炉下で２時間熱分解し、その間、加熱速度１０℃／分で２００℃から９００
℃に温度を上げてから純水を加え、磁気スターラーで２時間以上撹拌しながら洗浄し、０
．４５μｍのフィルターフィルムで濾過し、３～５回洗浄を繰り返し、乾燥させて、細胞
外ポリマー調整汚泥系バイオマスチャーを得ることができ、
Ｓ３、担持ナノ鉄材料の調製
Ｓ３０１、１ｇの硫酸第一鉄七水和物とＳ２０２で得られた０．０５ｇの細胞外ポリマー
で調整された汚泥バイオ炭を５０ｍＬの蒸留水に溶解し、溶液のｐＨを４．０に調整し、
Ｓ３０２、１５０ｒｐｍ、２５℃でシェーカー上で２４時間攪拌した後、５０ｍＬのエタ
ノールを加え、次に１０００ｒｐｍで１時間攪拌しながらＮ２を溶液に吹き込み、
Ｓ３０３、次に１０００ｒｐｍで攪拌しながら１００ｍＬの０．５ｍｏｌ／ＬのＫＢＨ４
溶液を溶液に滴下し、０．５時間反応した後、濾過により固形残留物を分離し、
Ｓ３０４、超純水を用いて固形残留物を３回濾過および洗浄した後、固形残留物を凍結乾
燥処理して汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を得るステップを含む。
図１に示すように、細胞外ポリマーに基づいて調整された汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄の調
製方法は、
Ｓ１、細胞外ポリマー抽出
Ｓ１０１、遠心分離機の回転数６５００ｒｐｍの条件下で、１０分間遠心分離し、上澄み
液を除去し、残りの汚泥を０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌ溶液で遠心分離機回転数３０００
ｒｐｍの条件下で３回洗浄した後、上澄み液を除去すること、
Ｓ１０２、０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌで残りの汚泥を再懸濁し、８０℃で１時間水浴し
、冷却した後、８０００ｒｐｍの回転数で１５分間遠心分離し、０．４５μｍのガラスフ
ァイバフィルタフィルムで上澄み液を濾過し、細胞外ポリマーを得ること、
Ｓ２、バイオ炭調製
Ｓ２０１、汚泥と細胞外ポリマーを１：４０の重量比で混合して混合物を得、次いで、混
合物と炭化ケイ素中空球を５：２の質量比で混合し、マイクロ波弱照射を２６０秒間補足
し、前記マイクロ波弱照射の電力は５２０Ｗであり、混合期間中、混合物と炭化ケイ素中
空球の混合物に異なる方向の磁場を間欠的に交互に適用し、例えば、混合物と炭化ケイ素
中空球の混合物の前後左右に同じ磁場を３秒/回印加し、時計回りに順番に切り替え、毎
回片側の磁場のみを作動させ、切り替え間隔を２秒とし、
図２に示すように、前記炭化ケイ素中空球は、内殻および前記内殻表面に付着した炭化ケ
イ素球殻を含み、前記内殻の内部に磁性コアが設けられ、前記磁性コアと内殻内壁間に隙
間を有し、磁性コアはルチル鉄ボロン磁石からなる楕円球であり、前記内殻の材質は銅で
あり、前記炭化ケイ素球殻の厚さが１．２ｍｍであり、前記炭化ケイ素中空球の粒子径が
１２ｍｍであり、前記内殻内壁にスポンジ状の液吸着コアが設けられ、内殻に高純度水が
封入され、内殻内壁に磁性コアと液吸着コアの衝撃を防止するためのメッシュシェルホル
ダーが設けられ、
Ｓ２０２、マイクロ波弱照射処理終了後、炭化珪素中空球を濾過回収し、得られた混合物
を乾燥温度７２℃で乾燥し、粒子径１１０μｍに粉砕した後、アルゴンを内部キャリアガ
スとする管状炉下で２時間熱分解し、その間、加熱速度１０℃／分で２００℃から９００
℃に温度を上げてから純水を加え、磁気スターラーで２時間以上撹拌しながら洗浄し、０
．４５μｍのフィルターフィルムで濾過し、３～５回洗浄を繰り返し、乾燥させて、細胞
外ポリマー調整汚泥系バイオマスチャーを得ることができ、
Ｓ３、担持ナノ鉄材料の調製
Ｓ３０１、１ｇの硫酸第一鉄七水和物とＳ２０２で得られた０．０５ｇの細胞外ポリマー
で調整された汚泥バイオ炭を５０ｍＬの蒸留水に溶解し、溶液のｐＨを４．０に調整し、
Ｓ３０２、１５０ｒｐｍ、２５℃でシェーカー上で２４時間攪拌した後、５０ｍＬのエタ
ノールを加え、次に１０００ｒｐｍで１時間攪拌しながらＮ２を溶液に吹き込み、
Ｓ３０３、次に１０００ｒｐｍで攪拌しながら１００ｍＬの０．５ｍｏｌ／ＬのＫＢＨ４
溶液を溶液に滴下し、０．５時間反応した後、濾過により固形残留物を分離し、
Ｓ３０４、超純水を用いて固形残留物を３回濾過および洗浄した後、固形残留物を凍結乾
燥処理して汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を得るステップを含む。
実施例３
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ１で細胞外ポリ
マーの抽出パラメータが異なり、具体的には、
Ｓ１、細胞外ポリマー抽出
Ｓ１０１、遠心分離機の回転数６０００ｒｐｍの条件下で、１０分間遠心分離し、上澄み
液を除去し、残りの汚泥を０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌ溶液で遠心分離機回転数２８００
ｒｐｍの条件下で３回洗浄した後、上澄み液を除去し、
Ｓ１０２、０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌで残りの汚泥を再懸濁し、８０℃で１時間水浴し
、冷却した後、７５００ｒｐｍの回転数で１５分間遠心分離し、０．４５μｍのガラスフ
ァイバフィルタフィルムで上澄み液を濾過し、細胞外ポリマーを得、用意する。
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ１で細胞外ポリ
マーの抽出パラメータが異なり、具体的には、
Ｓ１、細胞外ポリマー抽出
Ｓ１０１、遠心分離機の回転数６０００ｒｐｍの条件下で、１０分間遠心分離し、上澄み
液を除去し、残りの汚泥を０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌ溶液で遠心分離機回転数２８００
ｒｐｍの条件下で３回洗浄した後、上澄み液を除去し、
Ｓ１０２、０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌで残りの汚泥を再懸濁し、８０℃で１時間水浴し
、冷却した後、７５００ｒｐｍの回転数で１５分間遠心分離し、０．４５μｍのガラスフ
ァイバフィルタフィルムで上澄み液を濾過し、細胞外ポリマーを得、用意する。
実施例４
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ１で細胞外ポリ
マー抽出のパラメータが異なり、具体的には、
Ｓ１、細胞外ポリマー抽出
Ｓ１０１、遠心分離機の回転数７０００ｒｐｍの条件下で、１０分間遠心分離し、上澄み
液を除去し、残りの汚泥を０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌ溶液で遠心分離機回転数３２００
ｒｐｍの条件下で３回洗浄した後、上澄み液を除去し、
Ｓ１０２、０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌで残りの汚泥を再懸濁し、８０℃で１時間水浴し
、冷却した後、８５００ｒｐｍの回転数で１５分間遠心分離し、０．４５μｍのガラスフ
ァイバフィルタフィルムで上澄み液を濾過し、細胞外ポリマーを得、用意する。
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ１で細胞外ポリ
マー抽出のパラメータが異なり、具体的には、
Ｓ１、細胞外ポリマー抽出
Ｓ１０１、遠心分離機の回転数７０００ｒｐｍの条件下で、１０分間遠心分離し、上澄み
液を除去し、残りの汚泥を０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌ溶液で遠心分離機回転数３２００
ｒｐｍの条件下で３回洗浄した後、上澄み液を除去し、
Ｓ１０２、０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌで残りの汚泥を再懸濁し、８０℃で１時間水浴し
、冷却した後、８５００ｒｐｍの回転数で１５分間遠心分離し、０．４５μｍのガラスフ
ァイバフィルタフィルムで上澄み液を濾過し、細胞外ポリマーを得、用意する。
実施例５
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０１で汚泥と
細胞外ポリマーの混合比が異なり、具体的には、
汚泥と細胞外ポリマーを１：５の重量比で混合して混合物を得る。
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０１で汚泥と
細胞外ポリマーの混合比が異なり、具体的には、
汚泥と細胞外ポリマーを１：５の重量比で混合して混合物を得る。
実施例６
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０１で汚泥と
細胞外ポリマーの混合比が異なり、具体的には、
汚泥と細胞外ポリマーを１：５０の重量比で混合して混合物を得る。
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０１で汚泥と
細胞外ポリマーの混合比が異なり、具体的には、
汚泥と細胞外ポリマーを１：５０の重量比で混合して混合物を得る。
実施例７
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０１で混合物
と炭化ケイ素中空球の混合比が異なり、具体的には、
混合物と炭化ケイ素中空球を質量比４：１で混合した後、マイクロ波弱放射を補足して処
理する。
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０１で混合物
と炭化ケイ素中空球の混合比が異なり、具体的には、
混合物と炭化ケイ素中空球を質量比４：１で混合した後、マイクロ波弱放射を補足して処
理する。
実施例８
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０１で混合物
と炭化ケイ素中空球の混合比が異なり、具体的には、
混合物と炭化ケイ素中空球を質量比２：１混合した後、マイクロ波弱放射を補足して処理
する。
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０１で混合物
と炭化ケイ素中空球の混合比が異なり、具体的には、
混合物と炭化ケイ素中空球を質量比２：１混合した後、マイクロ波弱放射を補足して処理
する。
実施例９
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０１でマイク
ロ波弱放射処理のパラメータが異なり、具体的には、
混合物と炭化ケイ素中空球を混合した後、マイクロ波弱放射を補足して１６０秒処理し、
前記マイクロ波弱放射の電力は４２０Ｗである。
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０１でマイク
ロ波弱放射処理のパラメータが異なり、具体的には、
混合物と炭化ケイ素中空球を混合した後、マイクロ波弱放射を補足して１６０秒処理し、
前記マイクロ波弱放射の電力は４２０Ｗである。
実施例１０
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０１でマイク
ロ波弱放射処理のパラメータが異なり、具体的には、
混合物と炭化ケイ素中空球を混合した後、マイクロ波弱放射を補足して３００秒処理し、
前記マイクロ波弱放射の電力は６００Ｗである。
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０１でマイク
ロ波弱放射処理のパラメータが異なり、具体的には、
混合物と炭化ケイ素中空球を混合した後、マイクロ波弱放射を補足して３００秒処理し、
前記マイクロ波弱放射の電力は６００Ｗである。
実施例１１
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０１で炭化ケ
イ素中空球の仕様が異なり、具体的には、
前記炭化ケイ素球殻の厚さが０．５ｍｍであり、前記炭化ケイ素中空球の粒子径が７ｍｍ
である。
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０１で炭化ケ
イ素中空球の仕様が異なり、具体的には、
前記炭化ケイ素球殻の厚さが０．５ｍｍであり、前記炭化ケイ素中空球の粒子径が７ｍｍ
である。
実施例１２
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０１で炭化ケ
イ素中空球の仕様が異なり、具体的には、
前記炭化ケイ素球殻の厚さが２ｍｍであり、前記炭化ケイ素中空球の粒子径が１５ｍｍで
ある。
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０１で炭化ケ
イ素中空球の仕様が異なり、具体的には、
前記炭化ケイ素球殻の厚さが２ｍｍであり、前記炭化ケイ素中空球の粒子径が１５ｍｍで
ある。
実施例１３
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０２で乾燥お
よび粉砕のパラメータが異なり、具体的には、
得られた混合物を乾燥温度６０℃下で乾燥し粒子径１００μｍに粉砕する。
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０２で乾燥お
よび粉砕のパラメータが異なり、具体的には、
得られた混合物を乾燥温度６０℃下で乾燥し粒子径１００μｍに粉砕する。
実施例１４
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０２で乾燥お
よび粉砕のパラメータが異なり、具体的には、
得られた混合物を乾燥温度８０℃下で乾燥し粒子径２５０μｍに粉砕する。
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０２で乾燥お
よび粉砕のパラメータが異なり、具体的には、
得られた混合物を乾燥温度８０℃下で乾燥し粒子径２５０μｍに粉砕する。
実施例１５
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０２で熱分解
のパラメータが異なり、具体的には、
アルゴンを内部キャリアガスとする管状炉で２時間熱分解し、その間昇温速度５℃／分で
２００℃から９００℃に昇温させる。
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０２で熱分解
のパラメータが異なり、具体的には、
アルゴンを内部キャリアガスとする管状炉で２時間熱分解し、その間昇温速度５℃／分で
２００℃から９００℃に昇温させる。
実施例１６
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０２で熱分解
のパラメータが異なり、具体的には、
アルゴンを内部キャリアガスとする管状炉で２時間熱分解し、その間昇温速度１５℃／分
で２００℃から９００℃に昇温させる。
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、ステップＳ２０２で熱分解
のパラメータが異なり、具体的には、
アルゴンを内部キャリアガスとする管状炉で２時間熱分解し、その間昇温速度１５℃／分
で２００℃から９００℃に昇温させる。
実施例１７
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、担持ナノ鉄材料の調製パラ
メータが異なり、具体的には、
Ｓ３、担持ナノ鉄材料の調製
Ｓ３０１、１ｇの硫酸第一鉄七水和物とＳ２０２で得られた０．０５ｇの細胞外ポリマー
で調整された汚泥バイオ炭を５０ｍＬの蒸留水に溶解し、溶液のｐＨを４．０に調整し、
Ｓ３０２、１２０ｒｐｍ、２５℃でシェーカー上で２４時間攪拌した後、５０ｍＬのエタ
ノールを加え、次に９００ｒｐｍで１時間攪拌しながらＮ２を溶液に吹き込み、
Ｓ３０３、次に９００ｒｐｍで攪拌しながら１００ｍＬの０．５ｍｏｌ／ＬのＫＢＨ４溶
液を溶液に滴下し、０．５時間反応した後、濾過により固形残留物を分離し、
Ｓ３０４、超純水を用いて固形残留物を３回濾過および洗浄した後、固形残留物を凍結乾
燥処理して汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を得る。
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、担持ナノ鉄材料の調製パラ
メータが異なり、具体的には、
Ｓ３、担持ナノ鉄材料の調製
Ｓ３０１、１ｇの硫酸第一鉄七水和物とＳ２０２で得られた０．０５ｇの細胞外ポリマー
で調整された汚泥バイオ炭を５０ｍＬの蒸留水に溶解し、溶液のｐＨを４．０に調整し、
Ｓ３０２、１２０ｒｐｍ、２５℃でシェーカー上で２４時間攪拌した後、５０ｍＬのエタ
ノールを加え、次に９００ｒｐｍで１時間攪拌しながらＮ２を溶液に吹き込み、
Ｓ３０３、次に９００ｒｐｍで攪拌しながら１００ｍＬの０．５ｍｏｌ／ＬのＫＢＨ４溶
液を溶液に滴下し、０．５時間反応した後、濾過により固形残留物を分離し、
Ｓ３０４、超純水を用いて固形残留物を３回濾過および洗浄した後、固形残留物を凍結乾
燥処理して汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を得る。
実施例１８
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、担持ナノ鉄材料の調製のパ
ラメータが異なり、具体的には、
Ｓ３、担持ナノ鉄材料の調製
Ｓ３０１、１ｇの硫酸第一鉄七水和物とＳ２０２で得られた０．０５ｇの細胞外ポリマー
で調整された汚泥バイオ炭を５０ｍＬの蒸留水に溶解し、溶液のｐＨを４．０に調整し、
Ｓ３０２、１８０ｒｐｍ、２５℃でシェーカー上で２４時間攪拌した後、５０ｍＬのエタ
ノールを加え、次に１１００ｒｐｍで１時間攪拌しながらＮ２を溶液に吹き込み、
Ｓ３０３、次に１１００ｒｐｍで攪拌しながら１００ｍＬの０．５ｍｏｌ／ＬのＫＢＨ４
溶液を溶液に滴下し、０．５時間反応した後、濾過により固形残留物を分離し、
Ｓ３０４、超純水を用いて固形残留物を３回濾過および洗浄した後、固形残留物を凍結乾
燥処理して汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を得る。
本実施例は以下の点を除いて実施例１と基本的に同じであり、担持ナノ鉄材料の調製のパ
ラメータが異なり、具体的には、
Ｓ３、担持ナノ鉄材料の調製
Ｓ３０１、１ｇの硫酸第一鉄七水和物とＳ２０２で得られた０．０５ｇの細胞外ポリマー
で調整された汚泥バイオ炭を５０ｍＬの蒸留水に溶解し、溶液のｐＨを４．０に調整し、
Ｓ３０２、１８０ｒｐｍ、２５℃でシェーカー上で２４時間攪拌した後、５０ｍＬのエタ
ノールを加え、次に１１００ｒｐｍで１時間攪拌しながらＮ２を溶液に吹き込み、
Ｓ３０３、次に１１００ｒｐｍで攪拌しながら１００ｍＬの０．５ｍｏｌ／ＬのＫＢＨ４
溶液を溶液に滴下し、０．５時間反応した後、濾過により固形残留物を分離し、
Ｓ３０４、超純水を用いて固形残留物を３回濾過および洗浄した後、固形残留物を凍結乾
燥処理して汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を得る。
実験例
実施例１～１８で調製した汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を用い、市内の工場からのクロム含
有廃水を処理し、クロム含有廃水のカドミウム濃度を測定したところ、濃度が５７．８ｍ
ｇ／Ｌであり、
実施例１及び２を例にとり、実施例１及び２で調製した汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を用い
てクロム含有廃水を処理し、処理終了後にクロム含有廃水のカドミウム濃度を測定し、そ
の結果を以下の表１に示す。
表１ 実施例１および２で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表１から分かるように、実施例２のクロム含有廃水に対する処理効果は、実施例１と
大きく異なり、実施例２の処理効果が優れていることから、細胞外ポリマーの調整と相乗
的に適切なマイクロ波弱放射を用いることにより、バイオ炭の調製が促進される。
実施例２を例にし、同じ汚泥を用いて実施例２と同じ処理パラメータで乾燥、粉砕、熱分
解などの処理を行い、実施例２と同様に担持ナノ鉄材料を調製し、調製された材料を対照
例１とし、それぞれ実施例２、対照例１で調製された汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を使用し
てクロム含有廃水を処理し、処理終了後クロム含有廃水のカドミウム濃度を測定し、結果
を以下の表２に示す。
表２ 実施例２および対照例１で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表２から分かるように、クロム含有廃水に対する実施例２の処理効果は、対照例１の
処理効果とは大きく異なり、実施例２の処理効果の方が優れている。
さらに、調製パラメータの違いが、調製した鉄ナノ粒子担持汚泥系バイオマスの利用に及
ぼす影響を調べるために、以下の検討を行った。
検討１
汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子の使用における細胞外ポリマーの抽出の違いの影響を調べ
るために、実施例２～４で調製した汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子をそれぞれクロム含有
廃水の処理に使用し、処理終了後にクロム含有廃水のカドミウム濃度を測定し、結果を下
記表３に示す。
表３ 実施例２～４で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表３から分かるように、鉄ナノ粒子を担持した調製汚泥系バイオ炭の使用にあたって
は、測定誤差などを考慮すると、細胞外ポリマー抽出パラメータの違いは基本的に影響し
ないので、実際の抽出装置パラメータに従って細胞外ポリマーの抽出操作を行い、細胞外
ポリマーの抽出物を得ることができる。
検討２
汚泥と細胞外ポリマーの混合比の違いによる汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子の使用への影
響を調べるため、実施例２、５、６で調製した汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子を用いてク
ロム含有廃水を処理し、対照例２は添加した細胞外ポリマーを等量の汚泥に置き換え、処
理終了後クロム含有廃水のカドミウム濃度を測定し、結果を以下の表４に示す。
表４ 実施例２、５、６で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表４から分かるように、汚泥と細胞外ポリマーの混合比の違いが、汚泥系バイオ炭担
持鉄ナノ粒子の使用効果に何らかの影響を与え、中でも実施例６が最も優れた処理効果を
発揮したが、実施例６と実施例２の差は大きくないが、実施例２で用いた細胞外ポリマー
は比較的少ないので、実施例１で調製した鉄ナノ粒子担持汚泥系バイオ炭は、クロム含有
廃水の処理等の経済性の観点から、実施例６と同様の処理効果があり、かつ安価である。
対照例２と比較すると、細胞外ポリマーで調整して調製されたバイオ炭を使用しなと、ク
ロム含有廃水に対する処理効果が著しく低下することが分かった。
検討３
汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子の使用における細胞外ポリマーの調整の違いによる影響を
調べるため、実施例２、７および８で調製した汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子を用いてク
ロム含有廃水を処理し、処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度を測定し、結果を以下
の表５に示す。
表５ 実施例２、７、８で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表５から分かるように、細胞外ポリマーで調整して調製されたバイオ炭の違いにより
、鉄ナノ粒子担持汚泥系バイオ炭に効果があり、実施例２が最も処理効果が高く、実施例
２と実施例８を比較すると、マイクロ波を吸収する炭化ケイ素中空球が多すぎるため、細
胞外ポリマーで調整して調製されたバイオ炭とともにマイクロ波弱放射の効果が低減した
ためであると考えられる。
検討４
鉄ナノ粒子を担持した汚泥系バイオマルの使用における細胞外ポリマーで調整して調製さ
れた違いを調べるために、実施例２、９、１０で調製した鉄ナノ粒子を担持した汚泥系バ
イオマルを用いてクロム含有廃水を処理し、処理終了後にクロム含有廃水のカドミウム濃
度を測定し、結果を以下の表６に示す。
表６ 実施例２、９、１０で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表６から分かるように、鉄ナノ粒子を担持した汚泥系バイオ炭の処理効果に対して、
細胞外ポリマーで調整して調製されたバイオ炭の違いが一定の効果を発揮しており、その
中でも実施例２が最も良い処理効果を得、実施例２と比較例９及び１０を比較することに
より、炭化ケイ素中空球の現在の仕様パラメータでは実施例２が良いマイクロ波弱放射範
囲であるため、低減したマイクロ波弱放射パラメータのもとで、バイオ炭の調製における
細胞外ポリマー調整と併用したマイクロ波微弱放射の効果は、マイクロ波微弱放射パラメ
ータが低下し、一方、マイクロ波微弱放射パラメータが高いと、比較的高いマイクロ波微
弱放射パラメータによってごく少数の微生物の細胞壁構造が過度に損傷するため、バイオ
炭の調製における細胞外ポリマー調整と併用したマイクロ波微弱放射の効果は低下する。
検討５
炭化ケイ素中空球の仕様の違いが汚泥系バイオ炭化物担持鉄ナノ粒子の使用に及ぼす影響
を調べるため、実施例２、１１、１２で調製した汚泥系バイオ炭化物担持鉄ナノ粒子を用
いてクロムを含む廃水を処理し、処理終了後にクロムを含む廃水のカドミウム濃度を測定
し、以下の表７に結果を示す。
表７ 実施例２、１１、１２で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表７から分かるように、異なる炭化ケイ素中空球の仕様が汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄
の使用効果にある程度影響を与え、実施例２の処理効果が最良であり、実施例２と実施例
１１および１２を比較すると、実施例２の現在炭化ケイ素中空球の仕様パラメータがこの
マイクロ波弱放射範囲により合致してる。
検討６
汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子の使用における乾燥・粉砕パラメータの違いの影響を調べ
るために、実施例２、１３、１４で調製した汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子を用いてクロ
ムを含む廃水を処理し、処理終了後にクロムを含む廃水のカドミウム濃度を測定し、結果
を以下の表８に示す。
表８ 実施例２、１３、１４で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表８から分かるように、乾燥と粉砕のパラメータの違いが、鉄ナノ粒子を担持した汚
泥系バイオマスの効果に影響を及ぼし、その中でも、実施例２において最も優れた治療効
果が得られ、実施例２と実施例１３、１７とを比較すると、粒子径が小さいほどクロム吸
着効果が高いが、１１０μｍ付近で最適値が発生する。
検討７
汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子の使用における熱分解パラメータの違いの影響を調べるた
めに、実施例２、１５、１６で調製した汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子を用いてクロム含
有廃水を処理し、処理終了後にクロム含有廃水のカドミウム濃度を測定し、結果を以下の
表９に示す。
表９ 実施例２、１５、１６で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表９から分かるように、熱分解パラメータの違いは、鉄ナノ粒子を担持した汚泥系バ
イオ炭の使用効果に影響を与え、実施例２が最も良い処理効果が得られる。
検討８
担持ナノ鉄材の調製パラメータの違いが、汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄の使用に及ぼす影響
を調べるために、実施例２、１７、１８で調製した汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を用いてク
ロムを含む廃水を処理し、処理終了後にクロムを含む廃水のカドミウム濃度を測定し、結
果を以下の表１０に示す。
表１０ 実施例２、１７、１８で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表１０から分かるように、鉄ナノ材料を担持した汚泥系バイオマスの使用効果には、
担持鉄ナノ材料の調製のためのパラメータの違いが一定の影響を及ぼし、その中でも実施
例２及び１８が最も優れた処理効果を示すが、実施例１８が処理に高い撹拌力を採用する
ことを考慮すると、経済性等の観点から実施例２が比較的優れている。
実施例１～１８で調製した汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を用い、市内の工場からのクロム含
有廃水を処理し、クロム含有廃水のカドミウム濃度を測定したところ、濃度が５７．８ｍ
ｇ／Ｌであり、
実施例１及び２を例にとり、実施例１及び２で調製した汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を用い
てクロム含有廃水を処理し、処理終了後にクロム含有廃水のカドミウム濃度を測定し、そ
の結果を以下の表１に示す。
表１ 実施例１および２で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表１から分かるように、実施例２のクロム含有廃水に対する処理効果は、実施例１と
大きく異なり、実施例２の処理効果が優れていることから、細胞外ポリマーの調整と相乗
的に適切なマイクロ波弱放射を用いることにより、バイオ炭の調製が促進される。
実施例２を例にし、同じ汚泥を用いて実施例２と同じ処理パラメータで乾燥、粉砕、熱分
解などの処理を行い、実施例２と同様に担持ナノ鉄材料を調製し、調製された材料を対照
例１とし、それぞれ実施例２、対照例１で調製された汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を使用し
てクロム含有廃水を処理し、処理終了後クロム含有廃水のカドミウム濃度を測定し、結果
を以下の表２に示す。
表２ 実施例２および対照例１で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表２から分かるように、クロム含有廃水に対する実施例２の処理効果は、対照例１の
処理効果とは大きく異なり、実施例２の処理効果の方が優れている。
さらに、調製パラメータの違いが、調製した鉄ナノ粒子担持汚泥系バイオマスの利用に及
ぼす影響を調べるために、以下の検討を行った。
検討１
汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子の使用における細胞外ポリマーの抽出の違いの影響を調べ
るために、実施例２～４で調製した汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子をそれぞれクロム含有
廃水の処理に使用し、処理終了後にクロム含有廃水のカドミウム濃度を測定し、結果を下
記表３に示す。
表３ 実施例２～４で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表３から分かるように、鉄ナノ粒子を担持した調製汚泥系バイオ炭の使用にあたって
は、測定誤差などを考慮すると、細胞外ポリマー抽出パラメータの違いは基本的に影響し
ないので、実際の抽出装置パラメータに従って細胞外ポリマーの抽出操作を行い、細胞外
ポリマーの抽出物を得ることができる。
検討２
汚泥と細胞外ポリマーの混合比の違いによる汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子の使用への影
響を調べるため、実施例２、５、６で調製した汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子を用いてク
ロム含有廃水を処理し、対照例２は添加した細胞外ポリマーを等量の汚泥に置き換え、処
理終了後クロム含有廃水のカドミウム濃度を測定し、結果を以下の表４に示す。
表４ 実施例２、５、６で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
持鉄ナノ粒子の使用効果に何らかの影響を与え、中でも実施例６が最も優れた処理効果を
発揮したが、実施例６と実施例２の差は大きくないが、実施例２で用いた細胞外ポリマー
は比較的少ないので、実施例１で調製した鉄ナノ粒子担持汚泥系バイオ炭は、クロム含有
廃水の処理等の経済性の観点から、実施例６と同様の処理効果があり、かつ安価である。
対照例２と比較すると、細胞外ポリマーで調整して調製されたバイオ炭を使用しなと、ク
ロム含有廃水に対する処理効果が著しく低下することが分かった。
検討３
汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子の使用における細胞外ポリマーの調整の違いによる影響を
調べるため、実施例２、７および８で調製した汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子を用いてク
ロム含有廃水を処理し、処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度を測定し、結果を以下
の表５に示す。
表５ 実施例２、７、８で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
、鉄ナノ粒子担持汚泥系バイオ炭に効果があり、実施例２が最も処理効果が高く、実施例
２と実施例８を比較すると、マイクロ波を吸収する炭化ケイ素中空球が多すぎるため、細
胞外ポリマーで調整して調製されたバイオ炭とともにマイクロ波弱放射の効果が低減した
ためであると考えられる。
検討４
鉄ナノ粒子を担持した汚泥系バイオマルの使用における細胞外ポリマーで調整して調製さ
れた違いを調べるために、実施例２、９、１０で調製した鉄ナノ粒子を担持した汚泥系バ
イオマルを用いてクロム含有廃水を処理し、処理終了後にクロム含有廃水のカドミウム濃
度を測定し、結果を以下の表６に示す。
表６ 実施例２、９、１０で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表６から分かるように、鉄ナノ粒子を担持した汚泥系バイオ炭の処理効果に対して、
細胞外ポリマーで調整して調製されたバイオ炭の違いが一定の効果を発揮しており、その
中でも実施例２が最も良い処理効果を得、実施例２と比較例９及び１０を比較することに
より、炭化ケイ素中空球の現在の仕様パラメータでは実施例２が良いマイクロ波弱放射範
囲であるため、低減したマイクロ波弱放射パラメータのもとで、バイオ炭の調製における
細胞外ポリマー調整と併用したマイクロ波微弱放射の効果は、マイクロ波微弱放射パラメ
ータが低下し、一方、マイクロ波微弱放射パラメータが高いと、比較的高いマイクロ波微
弱放射パラメータによってごく少数の微生物の細胞壁構造が過度に損傷するため、バイオ
炭の調製における細胞外ポリマー調整と併用したマイクロ波微弱放射の効果は低下する。
検討５
炭化ケイ素中空球の仕様の違いが汚泥系バイオ炭化物担持鉄ナノ粒子の使用に及ぼす影響
を調べるため、実施例２、１１、１２で調製した汚泥系バイオ炭化物担持鉄ナノ粒子を用
いてクロムを含む廃水を処理し、処理終了後にクロムを含む廃水のカドミウム濃度を測定
し、以下の表７に結果を示す。
表７ 実施例２、１１、１２で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表７から分かるように、異なる炭化ケイ素中空球の仕様が汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄
の使用効果にある程度影響を与え、実施例２の処理効果が最良であり、実施例２と実施例
１１および１２を比較すると、実施例２の現在炭化ケイ素中空球の仕様パラメータがこの
マイクロ波弱放射範囲により合致してる。
検討６
汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子の使用における乾燥・粉砕パラメータの違いの影響を調べ
るために、実施例２、１３、１４で調製した汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子を用いてクロ
ムを含む廃水を処理し、処理終了後にクロムを含む廃水のカドミウム濃度を測定し、結果
を以下の表８に示す。
表８ 実施例２、１３、１４で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表８から分かるように、乾燥と粉砕のパラメータの違いが、鉄ナノ粒子を担持した汚
泥系バイオマスの効果に影響を及ぼし、その中でも、実施例２において最も優れた治療効
果が得られ、実施例２と実施例１３、１７とを比較すると、粒子径が小さいほどクロム吸
着効果が高いが、１１０μｍ付近で最適値が発生する。
検討７
汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子の使用における熱分解パラメータの違いの影響を調べるた
めに、実施例２、１５、１６で調製した汚泥系バイオ炭担持鉄ナノ粒子を用いてクロム含
有廃水を処理し、処理終了後にクロム含有廃水のカドミウム濃度を測定し、結果を以下の
表９に示す。
表９ 実施例２、１５、１６で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
上記表９から分かるように、熱分解パラメータの違いは、鉄ナノ粒子を担持した汚泥系バ
イオ炭の使用効果に影響を与え、実施例２が最も良い処理効果が得られる。
検討８
担持ナノ鉄材の調製パラメータの違いが、汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄の使用に及ぼす影響
を調べるために、実施例２、１７、１８で調製した汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を用いてク
ロムを含む廃水を処理し、処理終了後にクロムを含む廃水のカドミウム濃度を測定し、結
果を以下の表１０に示す。
表１０ 実施例２、１７、１８で処理後のクロム含有廃水のカドミウム濃度
担持鉄ナノ材料の調製のためのパラメータの違いが一定の影響を及ぼし、その中でも実施
例２及び１８が最も優れた処理効果を示すが、実施例１８が処理に高い撹拌力を採用する
ことを考慮すると、経済性等の観点から実施例２が比較的優れている。
Claims (4)
- Ｓ１、細胞外ポリマー抽出
汚泥から細胞外ポリマーを抽出し、用意するステップと、
前記汚泥から細胞外ポリマーを抽出し、用意するステップは、
Ｓ１０１、遠心分離機の回転数６０００～７０００ｒｐｍの条件下で、１０分間遠心分離
し、上澄み液を除去し、残りの汚泥を０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌ溶液で遠心分離機回転
数２８００～３２００ｒｐｍの条件下で３回洗浄した後、上澄み液を除去することと、
Ｓ１０２、０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌで残りの汚泥を再懸濁し、８０℃で１時間水浴し
、冷却した後、７５００～８５００ｒｐｍの回転数で１５分間遠心分離し、０．４５μｍ
のガラスファイバフィルタフィルムで上澄み液を濾過し、細胞外ポリマーを得ることを含
み、
Ｓ２、バイオ炭調製
Ｓ２０１、混合物と炭化ケイ素中空球を２：０．５～１の質量比をで混合して処理し、汚
泥と細胞外ポリマーを１：５～５０の重量比で混合して混合物を得て、
Ｓ２０２、混合処理が終了した後、炭化ケイ素中空球を濾過回収し、得られた混合物を乾
燥し、粒子径１００～２５０μｍに粉砕した後、２００～９００℃の条件下で２時間熱分
解し、次に純水で洗浄・乾燥して、細胞外ポリマーで調整された汚泥バイオ炭を得るステ
ップと、
Ｓ３、担持ナノ鉄材料の調製
Ｓ３０１、硫酸第一鉄七水和物とＳ２０２で得られた細胞外ポリマーで調整された汚泥バ
イオ炭を重量比２０：１～３で蒸留水に溶解し、溶液ｐＨを４．０に調整し、硫酸第一鉄
七水和物の重量で、前記蒸留水の添加量が５０ｍＬ／ｇであり、
Ｓ３０２、１２０～１８０ｒｐｍ、２５℃でシェーカー上で２４時間攪拌した後、硫酸第
一鉄七水和物の重量で、５０ｍＬ／ｇのエタノールを加え、次に９００～１１００ｒｐｍ
で１時間攪拌しながらＮ２を溶液に吹き込み、
Ｓ３０３、次に、９００～１１００ｒｐｍで攪拌しながら０．５ｍｏｌ／ＬのＫＢＨ４溶
液を溶液に滴下し、０．５時間反応した後、固形残留物を濾過により分離し、硫酸第一鉄
七水和物の重量で、前記ＫＢＨ４溶液の添加量が１００ｍＬ／ｇであり、
Ｓ３０４、超純水を用いて固形残留物を複数回濾過および洗浄した後、固形残留物を凍結
乾燥処理して汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄を得るステップと、を含み、
前記汚泥から細胞外ポリマーを抽出し、用意するステップについて、Ｓ１０１、Ｓ１０２
のステップ（遠心分離機の回転数６０００～７０００ｒｐｍの条件下で、１０分間遠心分
離し、上澄み液を除去し、残りの汚泥を０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌ溶液で遠心分離機回
転数２８００～３２００ｒｐｍの条件下で３回洗浄した後、上澄み液を除去することと、
０．０５ｗｔ．％のＮａＣｌで残りの汚泥を再懸濁し、８０℃で１時間水浴し、冷却した
後、７５００～８５００ｒｐｍの回転数で１５分間遠心分離し、０．４５μｍのガラスフ
ァイバフィルタフィルムで上澄み液を濾過し、細胞外ポリマーを得ること）であり、
混合物と炭化ケイ素中空球の質量比が２：０．５～１であり、
炭化ケイ素中空球が、内殻および内殻表面に付着した炭化ケイ素球殻を含み、内殻の内部
に磁性コアが設けられ、磁性コアと内殻内壁間に隙間を有し、磁性コアがルチル鉄ボロン
磁石からなる楕円球であり、内殻の材質は銅であり、炭化ケイ素球殻の厚さが０．５～２
ｍｍであり、炭化ケイ素中空球の粒子径が７～１５ｍｍである、
ことを特徴とする細胞外ポリマーに基づいて調整された汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄の調製
方法。 - 前記ステップＳ２０１では、混合処理は、混合物と炭化ケイ素中空球を一定の質量比で混
合した後、１６０～３００秒のマイクロ波弱放射処理を行い、前記マイクロ波弱放射の電
力は４２０～６００Ｗであり、前記混合物と炭化ケイ素中空球の添加質量比が２：０．５
～１である、ことを特徴とする請求項１に記載の細胞外ポリマーに基づいて調整された汚
泥系バイオ炭担持ナノ鉄の調製方法。 - 前記ステップＳ２０２では、乾燥温度が６０～８０℃であり、熱分解ではアルゴンを内部
キャリアガスとするアルゴンの管状炉が使用され、昇温速度が５～１５℃／分である、こ
とを特徴とする請求項１に記載の細胞外ポリマーに基づいて調整された汚泥系バイオ炭担
持ナノ鉄の調製方法。 - 前記ステップＳ２０２では、純水洗浄の方法としては、純水を加えた後、磁気スターラー
で２時間以上攪拌および洗浄し、０．４５μｍフィルタフィルムで濾過し、このステップ
を３～５回繰り返す、ことを特徴とする請求項１に記載の細胞外ポリマーに基づいて調整
された汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄の調製方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210463433.5A CN114797777B (zh) | 2022-04-28 | 2022-04-28 | 一种基于胞外聚合物调节的污泥基生物炭负载纳米铁的制备方法 |
| CN202210463433.5 | 2022-04-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP7178535B1 true JP7178535B1 (ja) | 2022-11-28 |
| JP2023164213A JP2023164213A (ja) | 2023-11-10 |
Family
ID=82509838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022081922A Active JP7178535B1 (ja) | 2022-04-28 | 2022-05-18 | 細胞外ポリマーに基づいて調整された汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄の調製方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7178535B1 (ja) |
| CN (1) | CN114797777B (ja) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060141604A1 (en) | 2004-12-28 | 2006-06-29 | Council Of Scientific & Industrial Reseach | Biotechnological process for neutralizing alkaline beverage industrial waste water |
| CN103451437A (zh) | 2013-09-06 | 2013-12-18 | 聂源 | 一种含铜镍钴有价金属泥渣的回收利用方法 |
| JP2014074171A (ja) | 2006-12-28 | 2014-04-24 | Antacall Ltd | 水とリグノセルロース含有物の固液混合物から、素材、燃料、腐植質、または、メイラードまたはメイラード類似反応生成物を製造するための製造方法 |
| JP2016035435A (ja) | 2014-08-04 | 2016-03-17 | 株式会社オプテック | 減容化可能な放射性物質吸着材、製造法、処理方法及び吸着方法 |
| CN109923075A (zh) | 2016-08-22 | 2019-06-21 | 苏伊士国际公司 | 使用深度污泥处理回收在废水处理装置中的磷的方法和设备 |
| CN113072269A (zh) | 2021-03-25 | 2021-07-06 | 北京建筑大学 | 一种处理污泥中重金属的方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3526184A1 (de) * | 1985-07-23 | 1987-02-05 | Bayer Ag | Verfahren zur herstellung von fuellstoffe enthaltenden, polymer-gebundenen traegermassen, die nach diesem verfahren erhaltenen traegermassen und ihre verwendung |
| CN108129547B (zh) * | 2017-11-21 | 2021-01-05 | 齐鲁工业大学 | 一种提取菌胶团胞外聚合物的方法 |
| CN108854959A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-23 | 湖南农业大学 | 一种纳米零价铁污泥基生物质炭的制备方法及其应用 |
| CN110015742A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-16 | 生态环境部华南环境科学研究所 | 一种水葫芦生物炭负载纳米零价铁复合材料及制备与应用 |
| CN110586038B (zh) * | 2019-10-18 | 2021-10-22 | 华中农业大学 | 一种生物炭负载纳米零价铁材料及其应用 |
| CN110898812A (zh) * | 2019-11-30 | 2020-03-24 | 河南永泽环境科技有限公司 | 一种新型磁性微藻基复合剂的制备方法及其应用 |
| CN111646660A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-09-11 | 青海大学 | 一种从硝化污泥中提取微生物胞外聚合物的方法 |
| CN113354101A (zh) * | 2021-06-15 | 2021-09-07 | 广东工业大学 | 一种恶臭假单胞菌胞外聚合物及其制备方法和用途 |
| CN113880386B (zh) * | 2021-10-09 | 2022-07-12 | 南京大学 | 一种基于复合胞外聚合物的污泥生物质炭制备方法 |
| CN113929195B (zh) * | 2021-11-05 | 2023-09-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种污泥胞外聚合物复合纳米零价铁的制备方法 |
-
2022
- 2022-04-28 CN CN202210463433.5A patent/CN114797777B/zh active Active
- 2022-05-18 JP JP2022081922A patent/JP7178535B1/ja active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060141604A1 (en) | 2004-12-28 | 2006-06-29 | Council Of Scientific & Industrial Reseach | Biotechnological process for neutralizing alkaline beverage industrial waste water |
| JP2014074171A (ja) | 2006-12-28 | 2014-04-24 | Antacall Ltd | 水とリグノセルロース含有物の固液混合物から、素材、燃料、腐植質、または、メイラードまたはメイラード類似反応生成物を製造するための製造方法 |
| CN103451437A (zh) | 2013-09-06 | 2013-12-18 | 聂源 | 一种含铜镍钴有价金属泥渣的回收利用方法 |
| JP2016035435A (ja) | 2014-08-04 | 2016-03-17 | 株式会社オプテック | 減容化可能な放射性物質吸着材、製造法、処理方法及び吸着方法 |
| CN109923075A (zh) | 2016-08-22 | 2019-06-21 | 苏伊士国际公司 | 使用深度污泥处理回收在废水处理装置中的磷的方法和设备 |
| CN113072269A (zh) | 2021-03-25 | 2021-07-06 | 北京建筑大学 | 一种处理污泥中重金属的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114797777B (zh) | 2023-06-06 |
| CN114797777A (zh) | 2022-07-29 |
| JP2023164213A (ja) | 2023-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103894396B (zh) | 一种治理重金属污染土壤的方法 | |
| CN106345414A (zh) | 一种磁性核壳纳米复合材料及其制备方法与用途 | |
| CN109046240A (zh) | 一种基于高比表面积虾壳生物质炭的重金属吸附剂制备方法 | |
| CN110217850B (zh) | 一种光催化降解水体中抗生素的方法 | |
| CN106423051A (zh) | 一种磁性活化水热生物炭微球的制备方法与应用 | |
| CN105413645A (zh) | 一种钙基改性环氧纤维素吸附材料的制备方法 | |
| CN108176373A (zh) | 一种氧化石墨烯改性玉米秸秆生物炭及其制备方法和在去除污水中重金属的应用 | |
| CN109126748B (zh) | 基于无机硅源的复合材料pei-cs-kit-6及其制备方法和在除铅中的应用 | |
| CN106902788A (zh) | 一种重金属吸附剂的制备方法 | |
| CN108554379B (zh) | 基于废弃钢渣的吸附剂及其制备方法和应用 | |
| CN103601469B (zh) | 一种环境养生功能材料及其制备方法 | |
| CN107638872A (zh) | 一种粉煤灰/磁性秸秆复合材料及其制备方法与应用 | |
| JP7178535B1 (ja) | 細胞外ポリマーに基づいて調整された汚泥系バイオ炭担持ナノ鉄の調製方法 | |
| CN107970890A (zh) | 一种羟基铁改性活性炭复合材料及其制备方法 | |
| CN114653376A (zh) | 一种复合材料活化过硫酸盐去除氧氟沙星的方法 | |
| CN114308105A (zh) | 一种低温等离子体灭菌用催化剂及其制备方法 | |
| CN110624507A (zh) | 一种4a分子筛复合材料的制备方法及吸附性能 | |
| CN101781005A (zh) | 一种生态沉淀剂、其制备方法及应用方法 | |
| CN110282829B (zh) | 基于双膜式太阳能技术的禽畜养殖废水处理方法 | |
| CN114950526B (zh) | 一种藻基炭限域单原子铜催化材料、制备方法及其用途 | |
| CN116177822A (zh) | 一种污水处理药剂及其制备方法 | |
| CN104874353B (zh) | 一种烧结碳棒 | |
| CN109647401B (zh) | 一种三维多孔石墨烯复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN103418408A (zh) | 一种催化还原水中溴酸根的催化剂及其制备方法 | |
| CN115722251A (zh) | 异原子掺杂藻基生物炭负载纳米零价金属催化剂的制备方法及应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220519 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20220519 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220701 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220703 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220804 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220806 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221004 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221005 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7178535 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |