JPH10194865A

JPH10194865A - 多孔性焼成体

Info

Publication number: JPH10194865A
Application number: JP9017924A
Authority: JP
Inventors: Kiyohiko Hibino; 清彦日比野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 1998-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】有機質廃棄物を再利用して得られる、優れた
ガス吸着性、特にホルムアルデヒド、１，１，１−トリ
クロロエタン、トルエンに対する吸着性を有した多孔性
の焼成体を提供する。【解決手段】炭素の表面にセラミックスがコーティン
グされてなる多孔性焼成体で、この焼成体は、主成分と
してセラミックスを７０〜４０重量％の割合で含有し、
炭素を３０〜６０重量％の割合で含有する。この焼成体
における炭素は、一般に、炭素成分を含有する可燃物、
例えばモミ殻、オガ、コーヒー残滓に由来し、セラミッ
クは、粘土に含まれる無機質、特にベントナイトに由来
する。尚、比表面積が２０〜６００ｍ²／ｇ（ＢＥＴ
法）である上記焼成体は、特に有害有機ガスの吸着性に
優れ、その粒径としては０．３〜５ｍｍ程度が好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素の表面にセラ
ミックスがコーティングされてなる多孔性の焼成体（炭
化物）、特に有害有機ガスに対する吸着性を有した焼成
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、木材やオガ屑、モミ殻などの
農産物残渣、コーヒーなどの残渣は、そのほとんどが廃
棄処分または焼却処分とされてきており、木材やオガ屑
などの可燃物の一部が活性炭を製造するための原料とし
て利用されているに過ぎず、有機質廃棄物の再利用が望
まれている。ところで、従来より知られている活性炭
は、一般的に粉末状又は粒状で、その主体が無定形炭素
であり、無機成分はわずかな量でしか含まれておらず、
細孔が多数存在することによって一般的には６００〜１
４００ｍ²／ｇ程度の大きな吸着表面積を有し、気相あ
るいは液相用吸着剤として広く利用されてきている。し
かしながら、このような無定形炭素を主体とした活性炭
は、アンモニアやトリメチルアミンや硫化水素などの有
機有害ガスに対して良好な吸着性を示すが、建築用資
材、特に壁クロスや合板用の接着剤に含まれているホル
ムアルデヒドに対する吸着性はほとんどない。一方、従
来より有害ガスの除去を目的として、比表面積の大きな
多孔体のガス吸着性（ガス脱臭性）関して種々検討され
てきているが、有害有機ガス、特にホルムアルデヒドに
対する吸着性を有した多孔体については知られていな
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、有機質廃棄
物の再利用を図ると共に、上述の従来のガス吸着用多孔
体における問題点を解決し、優れた有機ガス吸着性、特
にホルムアルデヒド吸着性を有する多孔性焼成体を提供
することを課題とする。本発明者は、種々検討を行った
結果、炭素の表面にセラミックスがコーティングされて
なる構造を有した粉末状又は粒状の多孔性を有した焼成
体で、特定の割合（重量割合）で炭素とセラミックスと
を含有するものが、優れた有機ガス吸着性を有すること
を見い出し、本発明を完成した。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の多孔性焼成体
は、炭素の表面にセラミックスがコーティングされてな
る多孔性を有した粉末状又は粒状の焼成物（炭化物）で
あって、前記焼成体が、主成分として、セラミックスを
７０〜４０重量％の割合で含有し、炭素を３０〜６０重
量％の割合で含有することを特徴とする。又、本発明
は、上記の多孔性焼成体において、ＢＥＴ法に従って算
出された比表面積が２０〜６００ｍ²／ｇであることを
特徴とするものでもある。

【０００５】本発明の多孔性焼成体は、炭素とセラミッ
クス成分を主成分とするものであって、このうちの炭素
（カーボン）は、炭素成分を含有する可燃物に由来し、
このような可燃物としては、固体で可燃性を有し、焼成
した際に炭化物に変化するものであれば良いが、焼成前
の状態において粒状であるものが好ましく、例えば木材
（間伐材、街路樹剪定枝等の未利用木質資源）、モミ殻
等の農産物残渣、コーヒー残滓などが挙げられる。一
方、炭素の表面を被覆するセラミックスは、各種の粘土
に含まれる無機質に由来するものが好ましく、例えばハ
イロサイトやカオリナイトなどが挙げられ、その中でも
上記可燃物の酸化を抑制する効果が優れている点でベン
トナイト（主な組成：ＳｉＯ₂及びＡｌ₂Ｏ₃）が好ま
しい。

【０００６】本発明の多孔性焼成体は、炭素成分を含有
する有機可燃物を、水の存在下で無機物と混合した後、
５００℃〜８５０℃程度の温度で焼成することにより生
成され、該焼成体中の炭素の含有割合は３０〜６０重量
％、好ましくは３０〜５０重量％であり、焼成体中のセ
ラミックスの含有割合は７０〜４０重量％、好ましくは
７０〜５０重量％である。これは、炭素の含有割合が３
０重量％より極端に少なく、セラミックスの含有割合が
７０重量％を極端に越えると、焼成体の比表面積（細孔
容積）が小さくなって、有害有機ガス、特にホルムアル
デヒドに対する吸着性が悪くなり、逆に、炭素の含有割
合が６０重量％を極端に越え、セラミックスの含有割合
が４０重量％を極端に越えると、焼成体の比表面積（細
孔容積）が大きくなるが、セラミックス成分を含まない
従来の活性炭に近い吸着特性となってホルムアルデヒド
吸着性が低下するためである。

【０００７】上述の組成比率より成る本発明の多孔性焼
成体は、現在、住宅用建材の分野において人体への影響
が問題となっているホルムアルデヒド、1,1,1-トリクロ
ロエタン及びトルエンに対する吸着性（脱臭性）が特に
優れており、これら３種類の有害有機ガスに対する吸着
性が良好な焼成体は、液体窒素温度における窒素／ヘリ
ウム混合ガス吸着量よりＢＥＴ法に従って算出された比
表面積が約２０〜６００ｍ²／ｇの範囲内にあるもので
あり、約３０〜４００ｍ²／ｇのものが好ましく、約５
０〜３００ｍ²／ｇのものが最も好ましい。このような
本発明の多孔性焼成体は、従来より知られている活性炭
よりも比表面積は小さいが、炭素の周囲に被覆されたセ
ラミックス成分の作用によって、活性炭よりも著しく優
れた有害有機ガス吸着性を示し、これは恐らく、セラミ
ックス成分の電気的作用による吸着によるものと考えら
れる。

【０００８】尚、本発明の多孔性焼成体の粒径は０．１
〜１０ｍｍ程度が一般的であり、この焼成体は、従来よ
り広く使用されてきている活性炭と同様の、アンモニア
やトリメチルアミンや硫化水素などに対する吸着性も有
するので空気清浄用の各種脱臭剤として広く使用でき、
脱臭剤として利用する際の粒径としては０．３〜５ｍｍ
程度が好ましい。このような粒径が好ましい理由は、粒
径が０．３ｍｍよりも極端に小さい場合には、焼成体が
密に充填され、充填時に形成される焼成体間の隙間が減
少することによりガス吸着効率が悪くなり、逆に、粒径
が５ｍｍよりも極端に大きい場合には、焼成体の充填が
粗になり、充填時に形成される隙間が大きくなり過ぎて
焼成体単位体積当たりのガス吸着効率が悪くなるからで
ある。

【０００９】本発明の多孔性焼成体は、焼成された炭素
粒子が互いに強固に結合した構造を有しているために微
粉化しにくく、非常に取り扱い易いという利点があり、
又、非水溶性で再生が容易であり、水分の吸着性により
保水効果を発揮するので、水質浄化材や土壌改良材とし
ても好適である。更に、本発明の焼成体は、その構成成
分が炭素とセラミックス成分であるので人体に対して無
害であり、超難燃性をも示すので、通気性ある素材の中
に封入して、建築用・住宅用の各種製品、例えば壁材、
天井材、床下敷設材、調湿材、防音材、断熱材としても
利用できる。

【００１０】次に、本発明の多孔性焼成体を製造する際
の方法について説明する。モミ殻、オガ、コーヒー残滓
等の原材料（水分を約７０重量％程度含有するように調
整したもの）を、クラッシャーを用いて粉砕し、この粉
砕物１００重量部に対して粘土５〜１５重量部を添加し
た後、混練機により混練を行い、原材料粉砕物の表面を
粘土で被覆する。水分含有量を調整する際、元の原材料
中の水分が少ないもの、例えばモミ殻やオガの場合には
水の添加が必要であるが、水分を多く含む原材料、例え
ばコーヒー残滓の場合には水の添加は不要である。そし
て、このようにして得られた粉砕物を、投入ホッパーを
通して炭化炉（ロータリー式炭化炉）へ移送し、炭化炉
中で均一に加熱を行うと、炉内の温度が５００℃に達し
た時点で原材料粉砕物（内部素材）の表面が密封され、
６００℃に達した時点で内部素材から生ガスが発生す
る。更に温度を上げて６５０℃に達すると、その生ガス
が発火して素材自身が自己燃焼を開始する。燃焼のため
のエネルギー供給が必要となるのはこの時点までで、以
後は自己燃焼を続け８５０℃ぐらいまで温度が上昇し、
残留物も共に燃焼され、ガスが燃え尽きた段階で炉から
冷却ホッパーへ製品を移し、冷却ホッパーにて冷却を行
うと、本発明の多孔性焼成体が得られる。

【００１１】本発明では、このような焼成により、炭素
の表面にセラミックス成分がコーティングされ、焼成体
中の炭素の含有割合が３０〜６０重量％で、しかも、セ
ラミックスの含有割合が７０〜４０重量％である製品が
得られ、自己燃焼の段階で素材内部に発生した超微細な
気泡や残留物により占められていたスペースが全て空洞
となって、炭化物の表面に細孔が形成され、大きな比表
面積を有する多孔性の焼成体が得られる。

【００１２】

【実施例】

実施例１：本発明の多孔性焼成体の製造例水分含有量を約７０重量％に調整させた原材料（モミ
殻、オガ（間伐材）、コーヒー残滓の３種）１００重量
部に、ベントナイト１０重量部を添加し、混練機で約１
５分間混練して、原材料の表面にベントナイトを均一に
被覆した後、ロータリーキルンで６５０℃まで加熱し、
以後は自己燃焼により焼成を行い、燃焼が終了した後、
焼成物を冷却ホッパーへ移して冷却し、最終製品を取り
出すことにより、本発明の多孔性焼成体（試料Ａ〜Ｃ）
を得た。

【００１３】実施例２：上記実施例１で得られた多孔性
焼成体（試料Ａ）の定量分析結果上記試料Ａについての定量分析を行った結果を以下の表
１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】上記表１に示されるように、試料Ａは２
５．９重量％のＳｉ及び２．６８重量％のＡｌを含み、
これは、ＳｉＯ₂及びＡｌ₂Ｏ₃に換算すると５５．４
重量％のＳｉＯ₂、１０．１重量％のＡｌ₂Ｏ₃に相当
し、焼成体全体の６５．５重量％以上がセラミックス成
分であることが確認された。

【００１６】実施例３：上記実施例１で得られた本発明
の多孔性焼成体（試料Ａ〜Ｃ）の比表面積、固定炭素、
揮発分、灰分、ｐＨ測定結果上記試料Ａ〜Ｃについて、それぞれ、液体窒素温度にお
ける試料への窒素／ヘリウム混合ガス吸着量よりＢＥＴ
法に従って比表面積を算出した。又、各試料について
の、固定炭素、揮発分、灰分はＪＩＳ−Ｍ８８１２に準
拠し、ｐＨはＪＩＳ−Ｋ１４７４に準拠して算出した。
各測定結果を以下の表２に示す。

【００１７】

【表２】

【００１８】実施例４：上記試料Ａ〜Ｃについての細孔
分布測定（水銀圧入法）試料Ａは目開き０．５ｍｍの篩い、試料Ｂ及びＣは目開
き１ｍｍの篩いにより、予め、微粉部分を除いてから、
その適当量（ステム使用率が２５〜９５％となる量）を
そのまま、セルに採り、初期圧約１．５ｐｓｉａ（細孔
直径約１２０μｍ相当）の条件で測定した。各測定結果
を以下の表３に示す。

【００１９】

【表３】

【００２０】実施例５：上記試料Ａ〜Ｃについての細孔
分布及び比表面積測定（窒素ガス吸着法）上記試料Ａ〜Ｃについて、窒素ガス吸着法（Ｌａｎｇ
法）による比表面積を測定した。各試料は、そのまま、
採取できるほぼ最大量を標準セルに採り、２５０℃の温
度で約１５時間の脱ガス処理（減圧乾燥）を行った後に
測定した。各測定結果を以下の表４に示す。

【００２１】

【表４】

【００２２】実施例６：上記試料Ａ〜Ｃについての篩い
分けによる粒度分布測定上記試料Ａ〜Ｃを、そのまま、目開き０．３〜４．７５
ｍｍの篩いを用いて篩い分けした。

【００２３】

【表５】

【００２４】実施例７：ホルムアルデヒド、1,1,1-トリ
クロロエタン、トルエンを含む混合ガスを用いた本発明
の多孔性焼成体（上記試料Ａ〜Ｃ）の吸着試験測定用混合ガスは、ホルムアルデヒド、1,1,1-トリクロ
ロエタン、トルエンの３種類の混合とし、活性炭を通し
た合成空気（ボンベ空気）で希釈し、それぞれ１０〜２
０ｐｐｍの濃度に調製した。吸着実験を行うに際し、各
試料のかさ比重をメスシリンダーを用いて測定したとこ
ろ、試料Ａは２００ｇ／Ｌ、試料Ｂは１５０ｇ／Ｌ、試
料Ｃは１２１ｇ／Ｌであり、このかさ比重に基づいて、
試料Ａを２５５ｇ、試料Ｂを１９１ｇ、試料Ｃを１５５
ｇそれぞれ正確に秤量した。上記の各重量に相当する各
試料の体積はいずれも１．２７Ｌであり、吸着試験に使
用する試験ガス量は３０Ｌとするので、この条件は、１
坪３．３ｍ²×高さ０．３ｍの空間に、各試料４２Ｌを
使用した場合に相当する。各測定試料の採取時間は、試
料Ａ〜Ｃについては５分、１５分、３０分、６０分、９
０分経過後とし、比較を行うためのブランク試料につい
ては０分、５分、１５分、３０分、６０分、９０分経過
後とした。

【００２５】（吸着試験操作方法）試験操作方法フロー
シートを下記に示す。まず、試料Ａ〜Ｃをステンレス製
バットにそれぞれ上記の重量正確に秤取する。一方、内
容積２００Ｌのポリエチレンテレフタレート製袋に活性
炭を通した合成空気を入れ、この中に、ホルムアルデヒ
ド、1,1,1-トリクロロエタン、トルエンを適量加え気化
し、各濃度が約３０ｐｐｍとなるよう調製し測定用混合
ガス試料とする。そして、約３０ｐｐｍに調製した測定
用試料空気を内容積３０Ｌのポリエチレンテレフタレー
ト製袋（袋ａ）４枚にそれぞれ３０Ｌずつ分取する。こ
れとは別に、内容積３０Ｌのポリエチレンテレフタレー
ト製固形物用袋（袋ｂ）４枚に、秤取した３種類の試験
試料が入ったステンレス製バットとブランク試料用の空
のバットをそれぞれ入れ封をし、袋内の空気をポンプで
吸引し抜く。上記袋ａと袋ｂとをシリコンチューブで接
続し、袋ａの混合ガス３０Ｌをそれぞれ袋ｂに押し込
む。袋ｂにガラス製三方コックを取り付け、一方には内
容積１Ｌのポリビニルフロライド製袋を、他方には内容
積１Ｌのアルミコートポリエチレンテレフタレート製袋
を取り付ける。各測定時間ごとに袋ｂを手で押し、袋内
の混合ガスの濃度を均一になるようにした後、コックを
開き、ポリビニルフロライド製袋並びにアルミコートポ
リエチレンテレフタレート製袋に、袋ｂ内の混合ガスを
採取する。ポリビニルフロライド製袋に採取した混合ガ
スは Sep-Pak DNPH-Silica Cartridgeにポンプを使用し
て吸引捕集し、ホルムアルデヒド測定用試料検体とし、
高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で分析する。一方、
アルミコートポリエチレンテレフタレート製袋に採取し
た混合ガスは、1,1,1-トリクロロエタン、トルエン測定
用試料検体とし、ガスクロマトグラフィー(GC)で分析す
る。ホルムアルデヒド、1,1,1-トリクロロエタン、トル
エンについての吸着試験結果を以下の表６〜表８及び図
１〜図３に示す。尚、試験に用いた各試料の層の厚さは
約２ｃｍであった。

【００２６】

【表６】

【００２７】

【表７】

【００２８】

【表８】

【００２９】表６〜表８及び図１〜図３の実験結果か
ら、本発明の多孔性焼成体（試料Ａ〜Ｃ）においては、
５分経過後の時点で測定用混合ガスの濃度が初期濃度に
比較し半減しており、その後も緩やかではあるが時間の
経過と共に徐々にガス濃度の減少が観察され、本発明の
多孔性焼成体は、ホルムアルデヒド、1,1,1-トリクロロ
エタン、トルエンに対して優れた吸着性（脱臭性）を有
していることが確認された。尚、ホルムアルデヒドとト
ルエンについては、各試料とも吸着能力は同じ傾向の測
定結果を示したが、1,1,1-トリクロロエタンについては
試料Ａ及びＢの方が試料Ｃと比較して吸着能力が優れて
いた。

【００３０】

【発明の効果】本発明の多孔性焼成体は、従来の炭化物
吸着剤では処理できなかった有害有機ガス（ホルムアル
デヒド、1,1,1-トリクロロエタン、トルエン）に対して
優れた吸着性を有しており、このような有害有機ガスの
吸着が必要とされる種々の用途に利用可能である。又、
本発明の多孔性焼成体は、炭素とセラミックスから成る
多孔性焼成体であるので人体に対しても安全であり、モ
ミ殻、オガ、コーヒー残滓を用いて比較的簡単に製造で
きることで、省資源化、環境保護にも貢献する優れた製
品である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多孔性焼成体（試料Ａ〜Ｃ）について
の、ホルムアルデヒドに対する吸着試験結果を示すグラ
フである。

【図２】本発明の多孔性焼成体（試料Ａ〜Ｃ）について
の、1,1,1-トリクロロエタンに対する吸着試験結果を示
すグラフである。

【図３】本発明の多孔性焼成体（試料Ａ〜Ｃ）について
の、トルエンに対する吸着試験結果を示すグラフであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素の表面にセラミックスがコーティン
グされてなる多孔性を有した焼成体であり、前記焼成体
が、主成分として、セラミックスを７０〜４０重量％の
割合で含有し、炭素を３０〜６０重量％の割合で含有す
ることを特徴とする多孔性焼成体。
【請求項２】ＢＥＴ法に従って算出された比表面積が
２０〜６００ｍ²／ｇであることを特徴とする請求項１
記載の多孔性焼成体。