【手続補正書】
【提出日】平成16年9月27日(2004.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  使用済みコンクリート型枠からの炭化物吸着剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】  コンクリートが付着された木製の使用済みコンクリート型枠を炭化させて製造され、炭化温度Ｔが７５０℃≦Ｔ≦９５０℃であることを特徴とする使用済みコンクリート型枠からの炭化物吸着剤。
【請求項２】  上記使用済みコンクリート型枠の灰分中の金属イオンＭが、Ｍ≧５ｍｇであることを特徴とする請求項１記載の使用済みコンクリート型枠からの炭化物吸着剤。
【請求項３】  上記使用済みコンクリート型枠の灰分中の金属イオンＭが、Ｍ≧１０ｍｇであることを特徴とする請求項２記載の使用済みコンクリート型枠からの炭化物吸着剤。
【請求項４】  上記使用済みコンクリート型枠の灰分中の金属イオンＭが、Ｍ≧２０ｍｇであることを特徴とする請求項３記載の使用済みコンクリート型枠からの炭化物吸着剤。
【請求項５】  上記使用済みコンクリート型枠に離型剤が付着されていることを特徴とする請求項１，２，３または４記載の使用済みコンクリート型枠からの炭化物吸着剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木製の使用済みコンクリート型枠を焼成して製造される炭化物吸着剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、建築関連廃材とは、工場や事業場などの事業活動に伴って発生する産業廃棄物であり、主にアスファルト・コンクリート塊、建設混合廃棄物、建設発生木材、建設汚泥等を言う。こうした建設副産物の発生を抑制するため、国は１９９７年度に「建設リサイクル推進計画’９７」を策定し、２０００年度の建設副産物の再利用率を８０％に上げ、将来的には建設廃材の処分量をゼロにすることを定めた。よってすでに木造住宅の分別解体が居住者に対して義務づけられてはいるが、高度成長期に建てられた建築物が更新期を迎えるとされる２０１０年ごろには、建設廃材の排出量が現在の約４倍に達すると予測されている。したがって建設廃材の処分とその有効利用は、現在大きな社会問題化している。
このように、建築関連廃材の有効利用とリサイクル化は早急に解決すべき社会問題であり、そのため、例えば、木質系廃棄物では、リサイクルに関する種々の開発がなされている。
【０００３】
従来、例えば、木質系廃棄物を炭化し、環境浄化を目的とした「木炭」としての利用も急激に注目を浴びるようになっている。特に、比表面積の大きい「活性炭」への期待は大きく、たとえば炭内部に発生するバクテリアを利用した有機物の分解や化学物質の吸着はすでに実用化されているものであり、さらに新たな用途開発も検討されてきている。
このような木質系廃棄物の炭化技術としては、例えば、特開平１０−３３８５１３号公報等に掲載されている。
【０００４】
ここで、活性炭の利用について詳しく説明すると、近年問題となっている「環境ホルモン」の吸着利用がある。
環境を汚染する物質を木炭などの多孔質体に吸着させて、河川などを浄化する試みは数多く実験されている。吸着する物質には水溶液中の重金属類から空気中のガス成分まで広範囲におよんでいるが、特に最近は環境ホルモン（外因性内分泌撹乱物質）と呼ばれる化学物質が問題となり、この浄化が急務とされている。環境ホルモンは身の回りのいたるところに使われている化学物質の一つで、それ自体が人間や他の動物の体内に入ることで、体内のホルモンと同等の働きを担う化学物質の総称であるが、それらが各細胞に遺伝子レベルの影響を与えることから、生物存続を危機に陥れると言われている。
【０００５】
環境ホルモンの疑いのある物質には多くの種類があり、農薬，殺虫剤の成分の他に工業製品である哺乳瓶や食器などに使われるポリカーボネート樹脂，缶詰の内側の塗料であるエポキシ樹脂の原料となるビスフェノールＡ，界面活性剤・洗剤・石油製品の酸化・腐食防止剤などに使われるノニルフェノール，ポリスチレン（スチロール樹脂）成分や発泡スチロールを使ったカップ麺の容器などに含まれるスチレンダイマー等がそれらである。木炭のミクロ孔はこれら環境ホルモンと呼ばれる微量物質を十分に吸着する能力があるので、最近では環境ホルモンと木炭の吸着能に関する研究が増えてきている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この木質系廃棄物においては、種々のものがあることから、中には砒素やクロムなどの有害金属などが含浸されているもの（防腐剤等）の可能性もあるので、材料の分別をしなければならない等、実際には製造効率が悪くなっているという問題がある。
また、「活性炭」はその製造方法が複雑でありかつ１０００度以上の高温で焼成しなければ充分な吸着性能を発揮させることができず、非常に製造コストが高くそのため使用部分が限定されてしまい一般の浄化には使用されないという難点を抱えている。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、砒素やクロムなどの有害金属がほとんど含浸されていない分別回収が容易な建築関連廃材を用いるとともに、しかも、活性炭と同等あるいはそれ以上の吸着性能の高い炭化物吸着剤を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための本発明の技術的手段は、コンクリートが付着された木製の使用済みコンクリート型枠を炭化させて製造される使用済みコンクリート型枠からの炭化物の構成としている。炭化の際には、使用済みコンクリート型枠を例えばチップ化し、所定の焼成温度で炭化する。また、ここでの炭化物は、粉粒体であっても、またチップ状であっても良く、形態は問わない。
【０００９】
ここで用いる使用済みコンクリート型枠は建築関連廃材であって、品質のそろったものが一定量建築時に発生する。コンクリート型枠には、種々の形態のものがあるが、一般には、枠材に板厚が１０〜１５ｍｍ程度の板材を釘で打ちつけて、例えば、９０×１８０×１２ｃｍの大きさに形成されたものが知られている。従来においては、通常３〜４回使用すると焼却処分されている。
そして、使用済みコンクリート型枠では、この板材の表面にコンクリートが含浸付着している。また、コンクリート型枠の使用時には、板材の表面に周知の離型剤が塗布されることが多く、使用済みコンクリート型枠では、この板材の表面に離型剤が含浸付着しているものも多い。
【００１０】
本願発明者等は、この使用済みコンクリート型枠に着目して、これから炭化物吸着剤を製造することを発明した。この開発においては、金属イオンが多く含まれる（特に鉄イオン）木材を炭化すると、１０００℃以下の炭化温度でも結晶化が進み、高い吸着特性を有することを確認した。これは木材中に担持された金属イオンが焼成時に触媒的な作用をするからと考えられ、すなわち焼成によって炭化される有機物が、この触媒作用によりガス化が急速に早められ、結果的に１０００℃以下の焼成温度においても、十分結晶性の高い黒炭が得られるのである。
この原理から、使用済みコンクリート型枠の場合は、あえて金属イオンを担持する処理工程が無くても、金属イオンを多く含んだ木材原料として得ることができる。このため、金属イオンを担持して高い吸着性を有する木炭を製造する場合、使用済みコンクリート型枠を用いることは経済的に非常に有利ということになる。即ち、さほど高価になることなく環境浄化を目的とした吸着剤等へリサイクル利用することができるようになる。
【００１１】
また、コンクリート型枠は数回使用することで、コンクリート側から多くの金属イオンが含浸するため、鉄やアルミニウムイオン等の金属イオンを多く含む。そのため、この炭化物には高い吸着性能が発揮される。よって環境ホルモン物質のような微量成分も吸着できるようになる。例えば、環境ホルモン物質の一つであるビスフェノールＡやイオン性染料を高度に吸着できる。
また、使用済みコンクリート型枠は、砒素やクロムなどの有害な重金属をほとんど含まない。そのため、この炭化物の利用において、有害金属による環境汚染等の支障がない。
【００１２】
そして、炭化温度Ｔが７５０℃≦Ｔ≦９５０℃である構成としている。
７００℃に満たないと、炭化の程度が低く充分な吸着性能を得られない。１０００℃を越えると、高価な設備を用いないと大量に生産できない。
炭化時間は、材料の大きさによっても異なるが、炭化の程度が均一化して安定するまで行なうことが望ましい。例えば、２４時間以上行なう。
これにより、吸着能力の高い炭化物吸着剤を比較的低温で作成でき、そのため、一般に用いられる土釜等の比較的簡易な設備で大量に製造することができ、製造効率を大幅に向上させることができる。
【００１３】
そしてまた、必要に応じ、上記使用済みコンクリート型枠の灰分中の金属イオンＭが、Ｍ≧５ｍｇである構成としている。望ましくは、上記使用済みコンクリート型枠の灰分中の金属イオンＭが、Ｍ≧１０ｍｇである構成としている。より望ましくは、上記使用済みコンクリート型枠の灰分中の金属イオンＭが、Ｍ≧２０ｍｇである構成としている。
使用済みコンクリート型枠には、コンクリートの付着しない枠部分等も存在するが、コンクリートが付着した面を有した木製板があって、灰分中の金属イオンＭが、Ｍ≧５ｍｇであれば、ある程度、満足のできる吸着性能を発揮する。
これ以下であると、吸着性能に劣る。特に、１ｍｇ以下であると、７５０℃≦Ｔ≦９５０℃の温度範囲の炭化では、吸着性能が極端に劣る。
即ち、炭化の際には、使用済みコンクリート型枠以外の木材が混入することもあるが、炭化される全体の材料が、コンクリートに由来する金属イオンＭが、Ｍ≧５ｍｇ、望ましくは、Ｍ≧１０ｍｇ、より望ましくは、Ｍ≧２０ｍｇになるように、使用済みコンクリート型枠が用いられていれば良いことを意味する。
【００１４】
また、必要に応じ、上記使用済みコンクリート型枠に離型剤が付着されている構成としている。離型剤は、高分子物質のものが多く、炭化時にガラス質化することによりさらに炭化物吸着剤の吸着能を高めることから相乗効果が期待できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る使用済みコンクリート型枠からの炭化物吸着剤について説明する。
図１に示すように、実施の形態に係る炭化物吸着剤Ｓは、コンクリートＣが表面に付着した木製の使用済みコンクリート型枠Ｗを炭化させて製造される。
ここで用いる使用済みコンクリート型枠Ｗは、枠材１に板厚が１０〜１５ｍｍ程度の生材あるいは合板からなる板材２を釘で打ち付けて、例えば、９０×１８０×１２ｃｍの大きさに形成されている。
【００１６】
コンクリート型枠は、通常３〜４回使用され、使用済みコンクリート型枠Ｗでは、この板材２の表面にコンクリートＣが含浸付着されている。そのため、使用済みコンクリート型枠Ｗは、コンクリート側から多くの金属イオンが含浸されるため、かなりの鉄やアルミニウムイオンを含む。
これにより、使用済みコンクリート型枠Ｗは、その灰分中の金属イオンＭが、Ｍ≧５ｍｇ、望ましくは、Ｍ≧１０ｍｇ、より望ましくは、金属イオンＭが、Ｍ≧２０ｍｇになるように用いられることになる。
尚、使用済みコンクリート型枠Ｗには、コンクリートの付着しない枠材１の部分等も存在し、また、使用済みコンクリート型枠Ｗ以外の木材が混入することもあるが、炭化される全体の材料において、コンクリートに由来する金属イオンＭが、Ｍ≧５ｍｇ、望ましくは、Ｍ≧１０ｍｇ、より望ましくは、Ｍ≧２０ｍｇになるように、使用済みコンクリート型枠が用いられていれば良い。
【００１７】
また、コンクリート型枠の使用時には、板材２の表面に周知の離型剤が塗布されることが多く、使用済みコンクリート型枠Ｗでは、この板材２の表面に離型剤が含浸付着しているものも多い。
即ち、コンクリート型枠には通常片面に離型剤を塗布し、数回の使用に耐えるように工夫されているが、本発明においては塗布の量や品質は問わない。むしろ高分子物質のそれらは、炭化時にガラス質化することによりさらに炭化物吸着剤の吸着能を高めることから相乗効果も期待できる。
【００１８】
使用済みコンクリート型枠Ｗは、５〜１０ｍｍの大きさに破砕されてチップ化される。そして、通常の黒炭用炭化窯や工業用炭化炉において１０００℃以下の条件で焼成されて炭化される。具体的には、炭化温度Ｔが７００℃≦Ｔ≦１０００℃、望ましくは、炭化温度Ｔが７５０℃≦Ｔ≦９５０℃である。炭化時間は、材料の大きさによっても異なるが、炭化の程度が均一化して安定するまで行なうことが望ましい。例えば、２４時間以上行なう。
炭化物吸着剤Ｓは、チップ状であっても、その後細かくして粉粒体にしても良く、形態は問わない。
【００１９】
このようにして製造された炭化物吸着剤Ｓは、コンクリートによる金属イオンが多く含まれているので、１０００℃以下の炭化温度でも木材中に担持された金属イオンが焼成時に触媒的な作用をすることに起因し、この触媒作用によりガス化が急速に早められ、十分結晶性が高く形成され、高い吸着性を有する。そのため、使用済みコンクリート型枠Ｗは、経済的に非常に有利なので、炭化物吸着剤Ｓは、さほど高価になることなく環境浄化を目的とした吸着剤等へリサイクル利用することができるようになる。
また、使用済みコンクリート型枠Ｗは、砒素やクロムなどの有害な重金属をほとんど含まない。そのため、この炭化物吸着剤の利用において、有害金属による環境汚染等の支障がない。
【００２０】
【実験例】
以下、本発明の実施例に係る使用済みコンクリート型枠からの炭化物吸着剤と、比較例との比較実験を示す。
実施例では、使用済みコンクリート型枠として、実施の形態と同様のもので、板材はラワンの合板で形成され、３〜４回実際に使用されたものを用いた。そして、５〜１０ｍｍの大きさのチップ状に破砕した。
比較例としては、未使用のコンクリート型枠（未使用型枠）で、離型剤の塗られていないコンクリート型枠（型枠）を用いた。板材はラワンの合板で形成されている。そして、５〜１０ｍｍの大きさのチップ状に破砕した。
【００２１】
炭化方法は、窒素ガス流量１．５ｄｍ3 ／ｍｉｎ，昇温速度６．６７℃／ｍｉｎ，炭化温度５００〜１０００℃，保持時間３０ｍｉｎの条件で炭化を行なった。電気炉には（株）デンケン製卓上真空・ガス置換炉ＫＤＦ７５を用いた。
【００２２】
そして、吸着実験を行なった。この実験は、陽イオン性染料としてメチレンブルー（ＭＢ），環境ホルモン物質としてビスフェールＡ（ＢＰＡ）をそれぞれの炭化試料に吸着させた。メチレンブルー（ＭＢ）の場合炭化物吸着剤０．１ｇに対し５０．０μｍｏｌ／ｄｍ3 、また、ビスフェールＡ（ＢＰＡ）の場合は５１ｐｐｍの濃度の溶液５０ｄｍ3 を用意し、２５℃で所定時間振とうさせながら炭化物吸着剤に吸着させた。吸着量は残存濃度を吸光度より求めた。
【００２３】
各溶液において、炭化物吸着剤における吸着量の経時変化と、炭化温度による吸着量の違いを見た。結果を図２乃至図５に示す。図２，３にはメチレンブルー（ＭＢ）の吸着曲線、図４，５にはビスフェールＡ（ＢＰＡ）の吸着曲線を示してある。
いずれの場合も未使用型枠よりも使用済み型枠の吸着量が高くなっている。８００℃で炭化した試料で１４４時間後の吸着量で比較するとメチレンブルー（ＭＢ）の場合約４倍の吸着量を示し、ビスフェールＡ（ＢＰＡ）の場合約１０倍の吸着量を示し、いずれも使用済み型枠から作った炭化物吸着剤の吸着量がかなり高い値を示した。即ち、これらの結果から使用済みコンクリート型枠から得られる炭化物吸着剤は高吸着特性が付与されることが分かった。
【００２４】
また、実施例及び比較例において、各型枠（試料）中に含まれる灰分とこれに含まれる金属イオン量を測定した。結果を図６に示す。その結果、使用済み型枠の灰分は未使用ものと比較して約１０倍量あり、その中にはＮａ+ ，Ｋ+ ，Ｃａ2+，Ａｌ3+，Ｔｏｔａｌ−Ｆｅ等の金属イオンが多く含まれていることが分かる。
また、砒素やクロムなどの有害金属がほとんど含浸されていない。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の使用済みコンクリート型枠からの炭化物吸着剤によれば、コンクリートによる金属イオンが多く含まれているので、十分結晶性が高く吸着性が優れて形成され、また、使用済みコンクリート型枠は、経済的に非常に有利なので、炭化物吸着剤は、さほど高価になることなく環境浄化を目的とした吸着剤等へリサイクル利用することができるようになる。
また、使用済みコンクリート型枠は、砒素やクロムなどの有害な重金属をほとんど含まないので、この炭化物吸着剤の利用において、有害金属による環境汚染等の支障がない。
即ち、産業廃棄物でしかない使用済みコンクリート型枠を積極的に炭化物吸着剤として活用でき、しかもそれらは染料や環境ホルモン物質を非常に吸着しやすいことから環境浄化に役立つ。また、焼成温度が低くても結晶性の良い炭化物吸着剤が出来るので従来の黒炭窯でも高性能の黒炭が生産できるのである。
【００２６】
そして、炭化温度Ｔが７５０℃≦Ｔ≦９５０℃である構成としたので、吸着能力の高い炭化物吸着剤を比較的低温で作成でき、そのため、一般に用いられる土釜等の比較的簡易な設備で大量に製造することができ、製造効率を大幅に向上させることができる。
【００２７】
そしてまた、使用済みコンクリート型枠の灰分中の金属イオンＭが、Ｍ≧５ｍｇ、望ましくは、Ｍ≧１０ｍｇ、より望ましくは、Ｍ≧２０ｍｇである構成とした場合には、確実に吸着性能に優れた炭化物吸着剤とすることができる。
また、使用済みコンクリート型枠に離型剤が付着されている場合には、離型剤は、高分子物質のものが多く、炭化時にガラス質化することによりさらに炭化物吸着剤の吸着能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施の形態に係る使用済みコンクリート型枠からの炭化物吸着剤の製造工程を示す図である。
【図２】
本発明の実施例及び比較例の比較実験結果を示し、メチレンブルーの吸着量の経時変化における測定値を比較して示すグラフ図である。
【図３】
本発明の実施例及び比較例の比較実験結果を示し、メチレンブルーの吸着量の炭化温度毎における測定値を比較して示すグラフ図である。
【図４】
本発明の実施例及び比較例の比較実験結果を示し、ビスフェールＡの吸着量の経時変化における測定値を比較して示すグラフ図である。
【図５】
本発明の実施例及び比較例の比較実験結果を示し、ビスフェールＡの吸着量の炭化温度毎における測定値を比較して示すグラフ図である。
【図６】
本発明の実施例及び比較例の比較実験結果を示し、灰分とこれに含まれる金属イオン量を測定した結果を示す表図である。
【符号の説明】
Ｓ  炭化物吸着剤
Ｗ  コンクリート型枠
Ｃ  コンクリート
１  枠材
２  板材