JPH11276886A - コーヒー豆の絞り糟を主原料とする炭素系セラミック吸着材、濾過材、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コーヒー飲料の製造時に副生し、現在は廃棄
されているコーヒー豆の絞り糟を有効資源として活用
し、廃棄による公害の発生を回避すると共に、安価で高
性能な炭素系セラミック吸着材、濾過材及びその製造方
法を提案する。 【解決手段】 コーヒー飲料の製造過程で発生する含水
量の高い状態のコーヒー豆の絞り糟を３０〜７０％、こ
れにカオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナイト、
バイデライトの１種もしくは２種を主要構成成分とする
無機粘結剤を７０〜３０％加えて混練し、その混合物を
造粒して粒状或いはペレット状とするか、もしくはその
混合物を成形して任意形状の成形品とし、これを４００
〜１２００℃の範囲内で焼成して得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、従来より産業廃棄
物として処分されてきたコーヒー豆の絞り糟を主原料と
し、汚水及びその他の汚濁液、汚れた空気及びその他の
汚染気体の中の浮遊物の除去、脱臭、消臭を行うために
用いる炭素系セラミック吸着材、濾過材、及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水及び大気の浄化等に用いられる
吸着材や濾過材としては、木材やヤシの実の殻などを炭
化（＝一次炭）したのち活性化（＝水蒸気賦活など）し
て得られる活性炭が一般的に多用されている。この活性
炭は、著しく多孔質の内部構造を有し、そのため強力な
吸着性能をを持っているといわれている。これら活性炭
は、一般に粉末活性炭と造粒活性炭とに分類され、さら
にそのうち造粒活性炭は、粉砕した木炭粉をタールやピ
ッチなどを粘結剤として一定粒度に成形し、乾燥焼成、
賦活したもの、椰子の実の殻や石炭類を賦活してふるい
分け、特に成形は行わないもの、に区別される。また、
木炭や椰子殻炭ばかりでなく、その他植物分や廃棄され
たゴムタイヤを粉砕したものを焼成、賦活して活性炭と
したものも、比較的安価な吸着材や濾過材として水及び
大気の浄化等に広く利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
使われている活性炭の多くは海外で製造され本邦へ輸入
されているため、その価格は為替レートに大きく左右さ
れて乱高下し易く、輸送コストもかかるため、価格の上
昇につながっていた。また、廃棄されたゴムタイヤを原
料とする活性炭は、その製造に際してゴムタイヤを破砕
するための付帯設備が必要であり、このことが価格の上
昇につながる要因になっていた。

【０００４】一方、現在、コーヒー飲料を製造している
工場では、その製造過程で含水量の多いコーヒー豆の絞
り糟が大量に副生するが、適切な処分の方法がないた
め、処分に窮している。これらの一部は天日乾燥し、乾
燥物を病院の通路や病室におき臭気の除去に使用されて
いるが、その多くは焼却処理を余儀なくされている。し
かし、焼却処分にすれば焼却費が嵩み、焼却灰の廃棄も
難しい状況であり、上記の副生物の処理が極めて困難と
なっているのが現状である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、今日大きな社
会問題となっている産業廃棄物の一つであるコーヒー豆
の絞り糟の有効利用を図ると共に、これを有価物、即ち
低価格で高性能な多孔質炭素系セラミック吸着材、濾過
材として市場に提供するものである。本発明は上記に鑑
み提案されたもので、コーヒー飲料の製造過程で発生す
る含水量の高い状態のコーヒー豆の絞り糟を３０〜７０
％、これにカオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナ
イト、バイデライトの１種もしくは２種を主要構成成分
とする無機粘結剤を７０〜３０％加えて混練し、その混
合物を造粒して粒状或いはペレット状とするか、もしく
はその混合物を成形して任意形状の成形品とし、これを
４００〜１２００℃の範囲内で焼成して得られることを
特徴とするコーヒー豆の絞り糟を主原料とする炭素系セ
ラミック吸着材、濾過材、及びその製造方法に関する。
尚、コーヒー豆の絞り糟と無機粘結剤の混合物を粒状又
はペレット状に造粒する場合、特に限定するものではな
いが、外径１〜１５ｍｍ相当の任意断面をもつ粒状、も
しくは外径１〜１５ｍｍ相当の任意断面をもち、且つ長
さ２〜１５ｍｍのペレット状に造粒することが望まし
い。

【０００６】

【作用】コーヒー豆の絞り糟と無機粘結剤の混合物を高
温で焼成すると、無機粘結剤の仮焼物中にコーヒー豆の
炭化によってできた微細な粒が均一に分散して共存する
ため、この粒と粘結剤の仮焼物とが均一に複合化したも
のとなる。この複合体にはコーヒー豆の絞り糟が燃焼し
たために生成した微細孔が無数に分布して、極めて多孔
質の状態になっていることから、吸着性能、濾過性能の
優れた炭素系セラミック吸着材、濾過材として用いるこ
とができる。

【０００７】本発明においては、コーヒー豆の絞り糟を
３０〜７０％、無機粘結剤を７０〜３０％混合するが、
この数値範囲よりコーヒー豆の絞り糟の混合割合が多い
（無機粘結剤の混合割合が少ない）場合、成形物の強度
が低いものとなり、形状によっては自重や微細な応力に
より破断してしまうこともある。また、この数値範囲よ
りコーヒー豆の絞り糟の混合割合が少ない（無機粘結剤
の混合割合が多い）場合、吸着性能、濾過性能に寄与す
るコーヒー豆部分の微細孔の割合が少なくなって十分な
吸着性能、濾過性能が発揮されないものとなる。

【０００８】本発明の濾過材を用いて汚染大気を処理す
ると、大気中の刺激臭や異臭が濾過材の微細孔に吸着さ
れて脱臭される。また、大気中に拡散した粉塵は濾過材
の微細孔でトラップされたり、その表面に付着されるこ
とによって濾過材中に捕獲されるため除塵される。ま
た、本発明の濾過材を用いて地下水中に含まれる鉄分を
除去するには、地下水に空気を吹き込んで鉄分を一旦酸
化させ、フロック（綿くず状沈殿物）とした後、本発明
の濾過材で濾過処理すると、鉄分がフロックとして分離
され除去できる。また、空気の吹き込みによる酸化処理
をしない場合でも、微細孔に水中の鉄が吸着されるので
鉄分を除去することができ、水の浄化を行うことができ
る。

【０００９】また、本発明の吸着材を、河川水や各種排
水路の清浄に用いるようにしても良い。この場合、本発
明の粒状、ペレット状、或いは任意形状の吸着材を河川
や排水路の底部（ろ床）に敷設するようにしても良い
し、板状又は棒状に成形して水中から立設するように配
設しても良い。さらに、板状に成形した吸着材は、吸着
機能を有する各種建築用資材として用いるようにしても
良い。例えばその透水性路盤等に用いるようにしても良
い。また、井戸などの貯水施設の表面を覆う蓋材として
用いるようにしても良い。この場合、雨水中や土壌から
溶出した汚染、汚濁成分等を除去してそのまま、或いは
簡易な浄水装置により、飲用又は日用水として利用でき
るものとなる。

【００１０】尚、本発明の吸着材、濾過材は前述のよう
に粒状、ペレット状に成形しても良いし、その用途に応
じて任意形状の成形品としても良いので、前記以外の多
種の分野への利用も期待される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の濾過材の製造例を１項に、こ
の濾過材の適用例を２項、３項に詳述する。

【００１２】１．濾過材の製造 コーヒー飲料の製造工場で大量に発生する含水量約６５
％のコーヒー豆の絞り糟と無機粘結剤の朝鮮カオリンと
を重量比で５０：５０の割合で混合した。この混合物
を、よく混練して可塑状態とし、造粒機で０．８〜１５
ｍｍの粒状にした。粒状物をこう鉢に詰めて電気炉へ入
れ、６５０℃で２時間焼成すると、多孔質で粒状の濾過
材を得た。尚、ここで用いた焼成炉はバッチ式で熱源が
電気であるが、炉の熱源は都市ガス、ＬＰＧ、灯油、重
油でもよく、また、ロータリーキルンで連続焼成すれば
ここで用いた（電気）焼成炉の場合に比べて焼成コスト
が低減でき、さらなる濾過材のコストダウンを図ること
ができる。

【００１３】得られた濾過材の特性を市販のセラミック
系濾過材と比較して表１に示す。

【表１】 表１より、本発明の実施例の濾過材は、市販のセラミッ
ク濾過材に比べて全細孔体積、細孔表面積が大きく、吸
着活性度の高いことが分かる。

【００１４】２．汚染大気の浄化に関する濾過材の適用
例 前記１項で得られた粒状の濾過材を分級して６〜１５ｍ
ｍにしたもの、及び前記１項の配合の混合物を板状に成
形した以外は同様に作成したものを、作業環境の悪い鋳
造工場の環境改善に用いた。即ち、アルミニウム合金の
鋳造工場においては、アルミニウム合金溶湯のフラック
ス（アルミニウム合金溶湯の脱酸及び除さい用の添加
剤）処理の時に発生する刺激臭の脱臭を、本発明による
６〜１５ｍｍ粒状及び板状の濾過材を用いて行った。こ
の時に用いた脱臭装置は図１に示すもので、同図（ａ）
はアルミニウム合金溶解保持炉、同図（ｂ）は除塵脱臭
機である。この装置の脱臭パートに本発明の濾過材を使
用した。また、この除塵脱臭機の内部構成を図２に示し
た。尚、図１における１はアルミニウム合金溶解保持
炉、２は炉頂フード下部二次空気取り入れ口、３は滑
車、４は投入機入口ダンパ、５はワイヤー、６はダンパ
ーガイド、７は投入機入口、８はバランスウエイト、９
はダンパーゲイト、１０は炉頂フード、１１は吸気ダク
ト、１２はトビラ、１３は補助フード、１４は吸気口、
１５はモーター、１６はブロワー、１７は除塵冷却脱臭
機、１８はエクセライト出入口トビラ、１９はエアブロ
ー用電磁弁（上）、２０はエアブロー用電磁弁（中）、
２１はエアブロー用電磁弁（下）、２２はフィルター、
レギュレーター、２３は脱臭パート、２４は濾過材押さ
え金網、２５は濾過材容器、２６は濾過材、２７は点検
窓用トビラ、２８はダスト取出し口フタ、２９はダスト
取出し口である。

【００１５】これらの適用結果をグラフ（図３及び図
４）に示した。比較のため、４種の市販のセラミック濾
過材を用いた場合もグラフ（図３及び図４）に併せて示
した。これらの図３，４に示す測定値はガス分析機を図
１（ｂ）の脱臭機の吸気口１４の前と排気口３０の後の
位置に取り付け、吸気前（刺激臭を含む大気）及び排気
後の大気（濾過後の大気）に含まれる弗化物と塩化水素
の濃度を溶湯のフラックス処理をしている時に５分間双
方の場所で同時に測定した値である。また、測定に際し
ては測定間隔を各３０分として前のフラックス処理作業
による発生ガスが完全に大気中へ排出された後、次のフ
ラックス処理作業による場合についての測定を行った。

【００１６】３．汚濁水の浄化に関する適用例 １項で得られた粒状の濾過材を分級して１．５〜２．５
ｍｍにしたものを図５に示す実験装置へ充填し、地下水
中の鉄分の除去を行った。この実験装置の仕様は次の通
りである。 本体内径；１０７ｍｍ，鉄管，１槽式 充填高；１００ｃｍ，濾過材下部に４〜６ｍｍの砂利約
２０ｃｍ充填 酸素供給；コンプレッサーにより濾過層上部の地下水へ
空気を吹き込む 処理水の通水条件；２リットル／分

【００１７】本実験でも適用例２と同様に市販のセラミ
ック系濾過材を使用した場合と比較した。得られた結果
をグラフ（図６）に示す。図６の結果から本発明による
濾過材を用いたときには濾過処理後の地下水中の鉄分の
値は市販のものに比べ著しく低い値となっており、この
濾過材による除去効果が優れていることが分かる。

【００１８】以上、アルミニウム合金鋳造工場の環境の
改善及び地下水の浄化について本発明による濾過材の適
用例を説明したが、本発明の濾過材はこれらの適用例に
限定されるものではなく、汚染大気或いは汚濁水その他
の汚濁液の浄化に広く利用できる。例えば本発明の濾過
材を図７（ａ）に示す濾過エレメントに成形し、図７
（ｂ）に示すように汚濁水の流路に設置すると、一般家
庭用など多くの汚濁水に対して簡易な機構で浄化処理を
行うことができるものとなる。

【００１９】以上本発明を実施例に基づいて説明した
が、本発明は前記した実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載した構成を変更しない限りど
のようにでも実施することができる。濾過材は気体や液
体の流路に設置されるものであるが、吸着材の一種と見
なせるので、前記実施例は吸着材の実施例を兼ねる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明による吸着材
及び濾過材は以下の利点と効果を有する。 １．産業廃棄物として処分が困難な状況にある大量のコ
ーヒー豆の絞り糟を汚れた大気、水及び汚濁液の吸着
材、濾過材として資源化することによって公害の発生が
回避され、コーヒー飲料製造時の副生物を有価物とする
ことができる。 ２．コーヒー豆の絞り糟は、現在廃棄されているため、
原料費がかからず、また、含水率が高いため、排出され
たままの状態で無機粘結剤と容易に混和し、その混和物
を焼成するだけで低廉な濾過材が得られる。 ３．本発明による吸着材、濾過材は一般のセラミック製
品を製造している既設の設備を用いて容易に焼成できる
ため、現在遊休状態にある設備を活用することにより十
分製造が可能である。 ４．コーヒー豆の絞り糟と無機粘結剤との配合比の変
化、さらには焼成温度を適宜選択することによって性能
の異なる多品種の吸着材、濾過材が製造できる。 ５．強度の高いセラミック系の吸着材、濾過材であるた
め、水処理装置に取り付けられている撹拌式逆洗装置に
適用しても破砕することがないので、逆洗浄による洗浄
時間が短縮できる。 ６．炭素質セラミック系吸着材、濾過材であるため、高
温の排ガスが流入する除塵脱臭機へ使用しても、従来使
用されているバグフィルターや活性炭のように可燃性で
ないため火災の心配がない。 ７．含水量の多いコーヒー豆の絞り糟と無機粘結剤を原
料とする混合（混練）物は、焼成前の可塑状態のときに
多様な形状に成形することができるので、使用目的に応
じ、多様な形状の成形品の製造ができる。 ８．使用済みの吸着材、濾過材は再焼成して繰り返し使
用することができる。 以上、従来、産業廃棄物として処分されていたコーヒー
豆の絞り糟は、今日、廃棄処分が困難になってきてい
る。そのため、上記で述べたように、この絞り糟はこれ
に無機粘結剤を混合し、その混合物を高温焼成すること
により粒状或いはペレット状の、また、使用目的に応じ
て多様な形の炭素系セラミック吸着材、濾過材として資
源化でき、しかもこれを低コストで提供できる。このよ
うに本発明による吸着材、濾過材は、コストメリットに
優れ、除塵、脱臭、消臭にも優れた効果を発揮するの
で、汚染大気、汚濁水等の汚染環境の浄化をはじめこれ
らを目的とする多くの分野へ適用すれば多大な利益をも
たらすことが見込まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）アルミニウム合金の溶解保持炉を示し、
（ｂ）は除塵脱臭機を示す斜視図である。

【図２】除塵脱臭機の脱臭パートの詳細を示す断面図で
ある。

【図３】実施例におけるアルミニウム合金溶解保持炉周
辺の環境改善テストの結果（フッ素化合物濃度の変化）
を示し、（ａ）市販セラミック濾過材を用いた結果を示
すグラフ、（ｂ）本発明の濾過材を用いた結果を示すグ
ラフである。

【図４】実施例におけるアルミニウム合金溶解保持炉周
辺の環境改善テストの結果（塩化水素濃度の変化）を示
し、（ａ）市販セラミック濾過材を用いた結果を示すグ
ラフ、（ｂ）本発明の濾過材を用いた結果を示すグラフ
である。

【図５】実施例における地下水の濾過実験装置を模式的
に示す断面図である。

【図６】地下水に含まれる鉄分の除去テストの結果を示
すグラフである。

【図７】（ａ）本発明の濾過材を濾過エレメントとして
成形した例を示す斜視図、（ｂ）その適用状態を示す断
面図である。

【手続補正書】

【提出日】平成１１年７月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】これらの適用結果をグラフ（図３及び図
４）に示した。比較のため、４種の市販のフラックスを
用いた場合もグラフ（図３及び図４）に併せて示した。
これらの図３，４に示す測定値はガス分析装置を図１
（ｂ）の脱臭機の吸気口１４の前と排気口３０の後の位
置に取り付け、吸気前（刺激臭を含む大気）及び排気後
の大気（濾過後の大気）に含まれる弗化物と塩化水素の
濃度を溶湯のフラックス処理をしている時に５分間双方
の場所で同時に測定した値である。また、測定に際して
は測定間隔を各３０分として前のフラックス処理作業に
よる発生ガスが完全に大気中へ排出された後、次のフラ
ックス処理作業による場合についての測定を行った。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹羽 義光 岐阜県土岐市土岐津町土岐口2225番地の５ (72)発明者 島影 美恵子 岐阜県土岐市泉町久尻46−５

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コーヒー飲料の製造過程で発生する含水
   量の高い状態のコーヒー豆の絞り糟を３０〜７０％、こ
   れにカオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナイト、
   バイデライトの１種もしくは２種を主要構成成分とする
   無機粘結剤を７０〜３０％加えて混練し、その混合物を
   造粒して粒状或いはペレット状とするか、もしくはその
   混合物を成形して任意形状の成形品とし、これを４００
   〜１２００℃の範囲内で焼成して得られることを特徴と
   するコーヒー豆の絞り糟を主原料とする炭素系セラミッ
   ク吸着材。
2. 【請求項２】 コーヒー飲料の製造過程で発生する含水
   量の高い状態のコーヒー豆の絞り糟を３０〜７０％、こ
   れにカオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナイト、
   バイデライトの１種もしくは２種を主要構成成分とする
   無機粘結剤を７０〜３０％加えて混練し、その混合物を
   造粒して粒状或いはペレット状とするか、もしくはその
   混合物を成形して任意形状の成形品とし、これを４００
   〜１２００℃の範囲内で焼成して得られることを特徴と
   するコーヒー豆の絞り糟を主原料とする炭素系セラミッ
   ク濾過材。
3. 【請求項３】 コーヒー飲料の製造過程で発生する含水
   量の高い状態のコーヒー豆の絞り糟を３０〜７０％、こ
   れにカオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナイト、
   バイデライトの１種もしくは２種を主要構成成分とする
   無機粘結剤を７０〜３０％加えて混練し、その混合物を
   造粒して粒状或いはペレット状とするか、もしくはその
   混合物を成形して任意形状の成形品とし、これを４００
   〜１２００℃の範囲内で焼成することを特徴とするコー
   ヒー豆の絞り糟を主原料とする炭素系セラミック吸着
   材、濾過材の製造方法。