(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙過程で発生する製紙スラッジの焼却残渣をアルカリ水溶液中で加熱処理して多孔質物質材を生成する多孔質物質材生成ステップと、
前記多孔質物質材生成ステップで加熱処理後分離された二酸化ケイ素を含有したアルカリ水溶液を中和したことにより得られるケイ素を含んだケイ素複合塩ゲルを生成するゲル生成ステップと、
前記ゲル生成ステップで生成したケイ素複合塩ゲルを前記多孔質物質材生成ステップで生成した多孔質物質材と混ぜ合わせた混合物を所定形状の型枠に入れて乾燥固化して多孔質物質を作成する多孔質物質生成ステップと
を具備することを特徴とする製紙スラッジの焼却残渣から多孔質物質を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体および気体から特定物質を吸着するための多孔質物質を、製紙過程で発生する製紙スラッジの焼却残渣から製造する製紙スラッジの焼却残渣から多孔質物質を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業から発生する廃棄物である産業廃棄物からなる多孔質物質原料を使って多孔質物質を製造する方法は、例えば、石炭灰や製紙スラッジの焼却残渣をアルカリ水溶液中で加熱処理しゼオライト鉱物を製造する方法がある。
【０００３】
このような多孔質物質製造方法では、その原料が粉末であることの他、より多孔質な物質を造るためには、その原料は微細な粉末であることが望ましいため更に粉砕処理等が必要である。
【０００４】
したがって、このようにして得られる多孔質物質は微粉体であることから用途として利用に限界があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
産業廃棄物からなる多孔質物質原料からゼオライト鉱物を代表とする多孔質物質をつくる製造方法では上述のような課題を有している。
【０００６】
例えば、従来の技術による多孔質物質を水の浄化材として用いる場合には、ポバールやその他の連結材を用いる必要があり、その連結材により多孔質物質の表面が覆われ性能を十分に発揮できないことや多孔質物質を強固に固めるために多量の連結材が必要となり、性能的にも経済的な課題を有していた。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、多孔質物質の原材料である製紙スラッジの焼却残渣が有しているケイ素成分を利用して、新たに別の連結材を加えることなくいわゆるバインダレスにより固形化させる製紙スラッジの焼却残渣から多孔質物質を製造する方法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】
上記目的を達成するために本発明の製紙スラッジの焼却残渣から多孔質物質を製造する方法は、製紙過程で発生する製紙スラッジの焼却残渣をアルカリ水溶液中で加熱処理して多孔質物質材を生成する多孔質物質材生成ステップと、前記多孔質物質材生成ステップで加熱処理後分離された二酸化ケイ素を含有したアルカリ水溶液を中和したことにより得られるケイ素を含んだケイ素複合塩ゲルを生成するゲル生成ステップと、前記ゲル生成ステップで生成したケイ素複合塩ゲルを前記多孔質物質材生成ステップで生成した多孔質物質材と混ぜ合わせた混合物を所定形状の型枠に入れて乾燥固化して多孔質物質を作成する多孔質物質生成ステップとを具備することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態例を詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施形態例を示すフロー図である。
【００１２】
すなわち、ステップＳ１の多孔質物質材生成ステップにおいて、製紙過程で発生する製紙スラッジの焼却残渣をアルカリ水溶液中で加熱処理して多孔質物質材を生成する。
【００１３】
次に、ステップＳ２のケイ素複合塩ゲル生成ステップにおいて、前記多孔質物質材生成ステップで加熱処理後分離された二酸化ケイ素を含有したアルカリ水溶液を中和したことにより得られるケイ素を含んだケイ素複合塩ゲルを生成する。
【００１４】
次に、ステップＳ３の多孔質物質生成ステップにおいて、前記ケイ素複合塩ゲル生成ステップで生成したケイ素複合塩ゲルを前記多孔質物質材生成ステップで生成した多孔質物質材と混ぜ合わせた混合物を所定形状の型枠に入れて乾燥固化して多孔質物質を作成する。
【００１５】
本発明は、製紙過程で発生する製紙スラッジの焼却残渣からなる多孔質物質原料と水の混合スラリーを加熱することにより、溶出するケイ素成分に着目し、その中和塩であるケイ酸塩ゲルを生成させることにより新たに連結材を添加することなく、いろいろな形に整形する多孔質物質を製造する。
【００１６】
製紙スラッジの焼却残渣は、ケイ素とアルミニウムが主成分である。製紙スラッジの焼却残渣を水酸化ナトリウムなどの強アルカリ水溶液中で加熱処理するとケイ素とアルミニウムを骨格とするゼオライトを代表とする多孔質物質材が生成される。
【００１７】
このようにして生成された後の多孔質物質材は、液相と固相に分離され、固相は付着している余剰のアルカリ成分を除去後乾燥させ製品として供される。
【００１８】
本発明においては、多孔質物質生成時において廃棄される液相部に溶出され多孔質物質を形成するに至らなかった余剰のケイ素をゲル化させそのゲルが固化することに着目して、あらたな連結材を用いることなく粉体状多孔質物質材を任意の形状の固形多孔質物質に整形させることができる。
【００１９】
本発明者らは多孔質物質を生成する実験において、廃棄するため液相部を硫酸にて中和後廃液するときに中性領域で白濁物質が形成されることが認められた。
【００２０】
この白濁物質を分析したところ、二酸化ケイ素を主成分としたケイ酸塩ゲルであり、このケイ酸塩ゲル物質を乾燥させると固形物質に変わることがわかった。
【００２１】
ケイ酸塩ゲル物質の生成を明らかにさせるため、製紙スラッジの焼却残渣１０ｇに対して３モルの水酸化ナトリウム１００ｃｃを加え十分攪拌させスラリーを作成した。
【００２２】
このスラリーをろ過し固液分離（液相と固相に分離）させ、液相を取り出し、中和させる酸として塩酸を少しずつ加え液のｐＨを低下させていき、液相中のケイ素濃度およびアルミニウム濃度を計測したところ、図２に示すようにケイ素（ＳｉＯ２）はｐＨ８でアルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）はｐＨ１０前後でそれぞれ液相中の濃度が低下するとともに液中に白濁したフロックが増加した。
【００２３】
発明者らは、この白濁したフロックを沈降分離等により取り出したケイ酸塩ゲルを製紙スラッジ焼却残渣などからなる粉末状の多孔質物質材に加え適当な型枠に詰め、乾燥させることによって、任意の形状の固形多孔質物質を形成する効果を発揮することをつきとめた。
【００２４】
ケイ酸塩ゲルは含まれる水分を乾燥することによりケイ酸塩乾燥ゲルとなり、生成される多孔質物質の粒子を連結させて粉末状の多孔質物質材を固形状の多孔質物質にすることができる。
【００２５】
また、このケイ酸塩乾燥ゲル物は乾燥時に水が放出されることによって、小さな気泡をつくり孔質硬化物となるため様様な物質を吸着する物質になる。
【００２６】
したがって、このようにして固化された多孔質物質は製紙スラッジ焼却残渣などからなる粉末状の多孔質物質材の性能を低下させることなく固形状の多孔質物質を形成することができる。
【００２７】
【実施例】
本発明でいうケイ酸塩ゲルは、ケイ素を含んだアルカリ水溶液を中和したことにより得られるケイ素を含んだケイ素複合塩ゲルであればどのようなものであっても構わないが、好ましくは製紙スラッジの焼却残渣をアルカリ水溶液中で加熱処理したことによって得られるアルカリ廃液から得られるケイ素を含んだケイ素複合塩ゲルを用いることにより、新たな資源を使うことなく、また生成により発生する廃棄物をなくすことができる。
【００２８】
（実施例１）
水６００ｍｌに対して水酸化ナトリウム６０ｇを１リットル容積の三角フラスコに取り十分攪拌させた水溶液を作成し、その容器に製紙スラッジ焼却残渣１５０ｇを加えた。
【００２９】
この三角フラスコに冷却還流管を取り付けて、マグネット方式による攪拌機能を有したホットプレートで９８℃まで昇温させた後、６時間加熱処理した。
【００３０】
加熱処理後、ろ紙を使って液相と固相を分離し固相については、余剰の水酸化ナトリウムを水洗し含水率が概ね５０〜８０％程度となるよう水分量を調整しておく。この固相部はゼオライトを含んだ多孔質物質材である。
【００３１】
分離した液相部およそ５００ｍｌに硫酸を加えｐＨ８となるようピペットで滴下させ、白濁フロック物質を得た。この液相部を静置して白濁物を沈降させた後、上水をすくい取り沈降物ケイ酸塩ゲルを取り出した。
【００３２】
先に水分調整し得られた微粒子状の多孔質物質材１００ｇに対してケイ酸塩ゲル１０ｇを加え十分混合して円形の容器に充填し、半日経過後容器から脱形し炉内温度を１１０℃に設定した乾燥機で２時間乾燥させた結果固形の多孔質物質が得られた。
【００３３】
ケイ酸塩ゲルの添加量により固形多孔質物質の強度を調整することができるが、概ね微粒子状の多孔質物質材と同量までは、製紙スラッジ焼却残渣などからなる多孔質物質材の表面を覆うまでに至らないこととケイ酸塩乾燥ゲルが孔質であるため、製紙スラッジ焼却残渣などからなる多孔質物質材の性能を損なうことはない。
【００３４】
（実施例２）
実施例１で示した同じ条件で製紙スラッジの焼却残渣を水酸化ナトリウム水溶液で加熱した。
【００３５】
加熱処理後、図３に示すように、三角フラスコ１０から還流冷却管を取り外し、１昼夜静置して上水をすくい取った後、洗浄管１１，１２を取り付けｐＨ８．２の水道水１３を少しずつ流し多孔質物質材１４に付着している余剰の水酸化ナトリウムを除去し、洗浄水１５のｐＨをおよそ９程度になるまで実施した。図３中、１６はゴム栓、１７は流量調整コック、１８は排水である。
【００３６】
洗浄後、三角フラスコの内容物をろ過して固相を円形の容器に充填し、半日経過後容器から脱形し風乾した結果固形の多孔質物質が得られた。
【００３７】
また、ろ過後の固相を金属容器に充填し、金属容器ごと乾燥機内温度を１１０℃に設定した電気乾燥機に入れて、６時間後金属容器を取り出し冷却後内容物を取りだし、固形の多孔質物質を得ることができた。
【００３８】
実施例１，２で示した固形多孔質物質を５００ｍｌのビーカーに水をとり、固形多孔質物質の崩壊状況を確認したところ、わずかに粉状の物質がビーカーの底に認められたが、初期の形状を保った。
【００３９】
さらに、高さ５０ｃｍから水道水をビーカーに注ぎ込み固形多孔質物質に水流と水圧を１時間かけたが大きな崩壊をすることなく初期の形状を保つことができ水質浄化材としての利用が可能となった。
【００４０】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、実施例１および２で示した固形多孔質物質、本発明の処理を行わない粉末状多孔質物質をそれぞれ１，０００ｍｌのビーカーに５０ｇとり、そのなかに窒素成分およびリン成分がそれぞれ１５ｍｇ／Ｌ、２ｍｇ／Ｌの生活雑排水を５００ｍｌ注ぎそのまま放置して、ビーカー内の水の窒素成分とリン成分濃度を計測した結果、それぞれの多孔質物質による吸着能の差はほとんどなくなく性能面から見ても効果的である。図４（ａ）は窒素濃度の変化を示し、図４（ｂ）はリン濃度の変化を示す。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、廃棄物の減少に寄与するための新たな資源材料として得られた多孔質物質の性能を低下させることなく、確実に利用するためその有効範囲を広げることができるものである。さらに、新たな連結材料を使うことなく、これまで廃棄していたアルカリ反応液を使うことで、廃棄されるものは水のみとなり地球環境への負荷を低く押さえるメリットを有している。廃棄される水は、中性でかつ二酸化ケイ素や酸化カルシウムはゲルとして取り出されているため製造時の冷却水等に再利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例を示すフロー図である。
【図２】本発明の実施形態例に係る溶液ｐＨとＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３の溶解度を示した特性図である。
【図３】本発明の実施形態例に係る洗浄装置を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態例に係る吸着能力を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  三角フラスコ
１１  洗浄管
１２  洗浄管
１３  水道水
１４  生成多孔質物質材
１５  洗浄水
１６  ゴム栓
１７  流量調整コック
１８  排水
【図１】
0003683840.tif 000002
【図２】
0003683840.tif 000003
【図３】
0003683840.tif 000004
【図４】
0003683840.tif 000005