(57)【要約】【課題】製紙スラッジ中に含まれるパルプ成分と無機成分を分離・回収する方法を提供する。【解決手段】製紙スラッジをイオン液体とともに加熱し、製紙スラッジ中に含まれるパルプ成分を溶解させることにより、パルプ成分と無機成分を分離・回収する方法を提供する。使用したイオン液体を回収し、その回収したイオン液体を用いて、パルプ成分と無機成分を分離・回収する方法を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン液体を用いて、製紙スラッジ中に含まれるパルプ成分と無機成分を分離・回収する方法
【請求項２】
前記イオン液体が、パルプ成分が溶解した溶液に対して貧溶媒性を示す溶媒に対して親和性を有することを特徴とする請求項１記載の方法
【請求項３】
使用したイオン液体を回収し、その回収したイオン液体を再度利用することを特徴とする請求項１記載の方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、産業廃棄物である製紙スラッジ中に含まれるパルプ成分と無機成分を分離・回収する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  製紙スラッジは、ほとんどが紙の製造過程で生じる廃棄物である。製紙スラッッジの焼却量は膨大であり、焼却時に発生する灰の埋め立て処分場のスペース不足も深刻化している。製紙スラッジには、パルプ成分やポリエステル繊維などの合成繊維などの有機成分、填料として添加したケイ酸、アルミナ、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化チタン等の無機成分が含まれている。近年、これらの再利用する試みとして、填料としての再利用（特許文献：特開２００７−０１５８７４、特開２００５−３２９３９２、特開２００４−１８２５３８）やゼオライト化する研究が行われている（特許文献：特開２００８−１４４３４７、特開２００６−１３８０４４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０１５８７４
【特許文献２】特開２００５−３２９３９２
【特許文献３】特開２００４−１８２５３８
【特許文献４】特開２００８−１４４３４７
【特許文献５】特開２００６−１３８０４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  これらは製紙スラッジを一度９００℃で焼却し有機成分を消失させた焼却灰を再利用している。しかしながら、これらの手法ではパルプ成分を有効に活用できない。そこで本研究では製紙スラッジ中からパルプ成分を取り出し，無機成分とパルプ成分の両方を有効活用することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  上記課題を達成する本発明は、製紙スラッジをイオン液体で化学処理することにより、製紙スラッジ中のパルプ成分および無機成分の分離・回収を行う。
【発明の効果】
【０００６】  イオン液体は安定、難燃性、蒸気圧ゼロ且つ回収でき、再利用できるという特徴を有している。またこのイオン液体は１００℃の温度下で製紙スラッジ中の有機成分であるセルロースを溶解できる性質を有す。この性質を利用することにより、１００℃の低環境負荷で製紙スラッジ中の主な有機成分であるパルプ成分を溶解させた後、エタノールを添加して析出させることにより有機成分を回収することができる。また、無機成分はイオン液体に溶解しないため、イオン液体を用いて製紙スラッジ中に含まれるパルプ成分を溶解後に残存した無機成分を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明で得られたパルプ成分の赤外分光光度計のスペクトルに係る図である。
【図２】本発明で得られた無機成分のＸ線回折図に係る図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】  以下に本発明の実施形態を説明する。本発明で述べている製紙スラッジとは、製紙工場の製造工程や製紙工場からの排水で発生する沈殿物および懸濁物のことである。一般的な製紙スラッジの成分は、有機成分が２０％、無機成分が２０％、水分が６０％の割合となっている。有機成分は主にパルプ成分を含有している。無機成分は製紙工場により異なるが、タルク、カオリン、炭酸カルシウム、酸化チタン等が一般的である。また工場によっては、有機成分であるパルプ成分と合成繊維のみが含まれている場合がある。
【０００９】  本発明で使用するイオン液体は、製紙スラッジ中に含まれる有機成分であるパルプ成分を溶解するために使用する。
【００１０】  メッシュの網を備えた容器に入れた製紙スラッジをイオン液体の入った容器に固定し、加熱する。メッシュの網を備えた容器に製紙スラッジを入れておくことにより、パルプ成分溶解後の無機成分の回収を容易にすることができる。加熱条件としては７０℃以上で１時間の加熱であれば本研究を実施するうえで差し支えないが、加熱温度１００℃以上が好ましい。
【００１１】  本研究で用いることのできるイオン液体は、パルプ分の析出の際に貧溶媒として、水やエタノールを用いることから、水溶性もしくはエタノール溶解性のあるイオン液体が用いることができる。例えば、１−アルキル−３−メチルイミダゾリウム塩、１−アリル−３−アルキルイミダゾリウム塩、１−アルキル−２，３−ジメチルイミダゾリウム塩、Ｎ−アルキルピリジウム塩、メチル−Ｎ−ブチルピリジニウム塩などが挙げられる。代表的なものに、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムブロマイド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロライド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロライド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムブロマイド、１−アリル−３−メチルイミダゾリウムブロマイド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムクロライド、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムクロライド、１−アリル−３−メチルイミダゾリウムクロライド、１−アリル−３−エチルイミダゾリウムブロマイド、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムクロライド、Ｎ−エチルピリジウムクロライド、３−メチル−Ｎ−ブチルピリジニウムクロライドなどが挙げられる。本研究では、低融点で水溶性、エタノール溶解性を有す１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロライドが好ましい。
【００１２】  製紙スラッジをイオン液体とともに加熱後、メッシュの網を備えた容器を取り出す。この操作により、イオン液体に溶解できない無機成分や合成繊維を回収することができる。イオン液体中に溶解したパルプ成分は、パルプ成分の貧溶媒を添加して析出させた後、ろ過により回収する。用いる貧溶媒として、エタノール、水、イソプロパノール等を用いることができる。
【００１３】  イオン液体中に溶解したパルプ成分を析出させる際に使用した貧溶媒とイオン液体は、ローターリーエバポレーターを用いた減圧蒸留によりそれぞれ回収し、イオン液体および用いた貧溶媒は再利用することができる。用いる貧溶媒としては、減圧蒸留、再利用の容易さおよびコストの観点からエタノールが好ましい。
【００１４】  以下、本発明の概要について説明する。
メッシュの網を備えた円筒型容器に製紙スラッジを入れ、これをイオン液体の入った疎水性の樹脂製容器の中に据え付けた。この疎水性の樹脂製容器をウォーターバスにより１００℃で加熱しながら、一定時間撹拌し、製紙スラッジ中のパルプ成分を溶解した。円筒型容器を取り出し、まず無機成分の回収を行う。テフロン容器中の有機成分が溶解したイオン液体に貧溶媒を加え、パルプ成分を析出させた。析出させたパルプ成分は疎水性樹脂であるろ紙でろ過することにより回収した。使用したイオン液体と貧溶媒はロータリーエバポレーターを用いて、減圧蒸留により分離・回収し、再利用することができる。
【００１５】  次に、実施例をもって本発明を具体的に説明する。当該分野の研究常識に照らし、本発明が以下に示す実施例で用いる実験条件の末節に限定されないのは明らかである。
【実施例１】
【００１６】  本発明の実施例１に係る説明をする。メッシュの網（オープニング７０μｍ）を備えた円筒型容器に絶乾状態の製紙スラッジ（平均粒子径１ｍｍ）２０ｇを入れ、イオン液体である１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロライド２０ｇの入ったテフロン製容器（サンプラテック）に据え付けた。このテフロン容器をウォーターバスにより１００℃で加熱しながら撹拌した。０．５，１，１．５，２，３，４および６時間経過後、円筒型容器を取り出した。テフロン容器中のイオン液体にエタノールを加え、イオン液体に溶解したパルプ成分を析出させ、ＰＴＦＥろ紙（ＡＤＶＡＮＴＥＣ  ＰＦ０５０  ９０ｍｍ）を用いてろ過した。
【実施例２】
【００１７】  本発明の実施例２に係る説明をする。製紙スラッジ粒径が４．７５ｍｍである以外は実施例１と同様に実験を行った。
【実施例３】
【００１８】  本発明の実施例３に係る説明をする。実施例１または２で使用したイオン液体とエタノール混合液をロータリーエバポレーターを用いて、蒸留温度４０℃、設定圧力７４ｈＰａで減圧蒸留することにより、イオン液体とエタノールを分離・回収した。
【実施例４】
【００１９】  本発明の実施例４に係る説明をする。実施例３で回収したイオン液体および反応時間が６時間以外は実施例１と同様に実験を行った。回収したイオン液体を用いて、繰り返し試験を４回行い、パルプ成分回収率を求めた。
【比較例１】
【００２０】  比較例１に係る説明をする。撹拌を行わないおよび反応時間が３時間以外は実施例１と同様に実験を行った。
【比較例２】
【００２１】  比較例２に係る説明をする。製紙スラッジ粒径が１ｍｍ以下、反応時間４時間である以外は実施例１と同様に実験を行った。
【００２２】  絶乾製紙スラッジ中に含まれるスラッジ中に含まれる有機成分含有率および無機成分含有率は、乾燥した製紙スラッジを７００℃で３０分間、焼成し、消失重量を有機成分量、残存重量を無機成分量として算出した。
【００２３】  ［回収率評価］円筒型容器中に残存した無機成分（ＷＩ０）およびＰＴＦＥろ紙を用いて回収した有機成分（ＷＯ０）は、マッフル炉（ＹａｍａｔｏＦＭ３７）を用いて無機成分焼成後の残分ＷＩ１および有機成分焼成後の残分ＷＯ１を得た。ＷＩ０，ＷＯ０，ＷＩ１，ＷＯ１は重量（ｇ）を測定し、パルプ成分と無機成分の回収率は下記の計算式により算出した。用いた絶乾製紙スラッジ重量はＷｔｏｔａｌとした。本実験で用いた絶乾製紙スラッジの有機成分含有率および無機成分含有率はそれぞれ、３８．９％、６１．１％であった。式中の０．３８９および０．６１１は、その値を示している。
パルプ成分回収率（％）＝［（ＷＯ０−ＷＯ１）／Ｗｔｏｔａｌ×０．３８９］×１００
無機成分回収率（％）＝［ＷＩ１／Ｗｔｏｔａｌ×０．６１１］×１００
総回収率（％）＝［（ＷＯ０−ＷＯ１）＋ＷＩ１］／Ｗｔｏｔａｌ×１００
【００２４】  ［回収したパルプ成分および無機成分の定性］回収したパルプ成分の定性はフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ６１００、日本分光株式会社）を用いて行った。その結果を図１に示す。図１より、セルロース由来のピークが検出され、パルプであることが確認された。
【００２５】  ［回収した無機成分の定性］回収した無機成分はＸ線回折装置（ＲＩＮＴ２０００、理学電器（株））を用いて行った。その結果を図２に示す。図２より、製紙スラッジ由来のピークが検出され、製紙スラッジ中の無機成分の結晶構造が変化することなく、無機成分を回収することができた。
【００２６】  表１および表２は、それぞれ実施例１および２の回収率を示す。
【００２７】
【表１】
2010221208.tif 000002
【００２８】
【表２】
2010221208.tif 000003
【００２９】  実施例１および２より、反応時間が長くなるにつれてパルプ成分回収率が向上した。また、無機成分回収率は、反応時間の短い方が、回収率が良かった。これより、反応時間が２時間もしくは３時間の場合、パルプ成分、無機成分ともに高い回収率を示し、パルプ成分と無機成分を分離することができた。
【００３０】  実施例３で回収したイオン液体およびエタノールの回収率は、それぞれ９５．２％および９２．３％であった。ロータリーエバポレーターを用いて使用したイオン液体およびエタノールを高効率で回収することができた。
【００３１】  表３に実施例４の結果を示す。
【００３２】
【表３】
2010221208.tif 000004
【００３３】  表３の結果より、再利用イオン液体用いた場合においても製紙スラッジ中に含まれるパルプ成分を回収することができた。実施例３および４の結果より、イオン液体は容易に回収することができ、イオン液体のパルプ成分溶解能は、維持されていることが示された。
【００３４】  比較例１の場合、パルプ成分回収率が０％であった。これより本発明では撹拌が重要であることが分かった。
【００３５】  比較例２の場合、反応時間４時間でのパルプ成分回収率は、８３．４６％と最も高くなった。しかしながら、粒径が小さく、反応容器中から無機成分の流出が生じ、無機成分の回収が困難であった。これより、粒子径もまたイオン液体への溶解性および回収率に影響を及ぼすことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】  本発明によれば、製紙スラッジに含まれるパルプ成分を回収することができ、従来再利用できなかったパルプ成分の有効利用が可能となる。その際に、イオン液体に溶解することができない無機成分や合成繊維を取り出すことができることから、無機成分や合成繊維などとパルプ成分を分離・回収することが可能である。また、使用したイオン液体と添加した貧溶媒はローターリーエバポレーターを用いた減圧蒸留によりそれぞれ回収し、再利用することができることから、低環境負荷で製紙スラッジの再資源化が可能である。
【図１】
2010221208.tif 000005
【図２】
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