(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化させる前の植物性多孔質材料を水酸化カルシウムの溶液または懸濁液に浸漬させてその植物組織内にカルシウム系化合物を取り込んだ後に炭化させて、植物性多孔質材料中の炭化組織内に、ＣａＣＯ3 が主体であるカルシウム系化合物を微細に高分散させて成ることを特徴とするカルシウム含有の多孔質炭素材料。
【請求項２】
植物性多孔質材料の炭化温度が６００〜１０００℃の範囲である請求項１に記載されたカルシウム含有の多孔質炭素材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば排ガス中の塩素系ガスの除去などに用いて好適なカルシウム含有の多孔質炭素材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、多孔質炭素材料の代表である活性炭は、空気浄化、用材回収、上下水道処理、排水処理などに広く応用され、また木炭も、調湿材や河川浄化、土壌改良材として広く普及しており、例えば排ガス中の塩素系ガスや硫黄酸化物などの除去にも利用されているが、これらは多孔質炭素材料の内部の微細な細孔による吸着特性だけを利用しているに過ぎないのであった。
【０００３】
或いは、これらの活性炭を単独で利用するだけでなく、触媒活性を発現させるように、細孔表面に金属や塩化物を担持させた触媒担持の活性炭も、各種の反応に利用されており、この他に、活性炭の炭化前後に有機物と金属元とを混合させて、金属成分を微細に高分散させ、新たな触媒作用を発現させることも試みられているが、この技術では、炭素元に高価な樹脂を用い、金属元としてＣｏ, Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｍｏ，Ｆｅ等の触媒作用の知られているものを用いており、何れも機能的には、担持した金属の触媒作用を狙いにしたもので高価であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらに代わる安価な塩素系ガスの除去技術として、活性炭と消石灰の粉末とを混合したものを、例えば焼却炉の煙道中に吹き込んで、焼却炉から排出される排ガス中の塩素系ガスを除去する技術が知られており、これは、消石灰と塩化水素ガスとの反応性と、活性炭のダイオキシン類などの他の塩素系物質の吸着性を利用したものであるが、消石灰の反応は粒子表面のみで起こるため反応性が低く、また、活性炭の吸着も十分、効率的に行われていないのが現状である。
【０００５】
本発明は、かゝる実情に鑑みて成されたものであって、例えば塩素系ガスや硫黄酸化物等との反応性を極めて高くしたカルシウム含有の多孔質炭素材料を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によるカルシウム含有の多孔質炭素材料は、炭化させる前の植物性多孔質材料を水酸化カルシウムの溶液または懸濁液に浸漬させてその植物組織内にカルシウム系化合物を取り込んだ後に炭化させて、植物性多孔質材料中の炭化組織内に、ＣａＣＯ3 が主体であるカルシウム系化合物を微細に高分散させた点に特徴がある。
【０００７】
即ち、植物性多孔質材料、例えば導管や仮導管を有する一般の木材や、ヤシ繊維やジュート、麻、ビンロウジュ等の連続気孔を有する植物繊維、その他、藁や籾殻、竹などは、これらを炭化させると、例えば木材では導管を作っている組織の微細な孔が多孔質化し、ヤシ繊維などの植物繊維では連続気孔を形成している組織が多孔質化し、更に、藁や籾殻、竹などについても繊維組織が多孔質化して、膨大な表面積を有する多孔質の炭素材料と化す。
【０００８】
一方、これらの植物性多孔質材料を炭化させる前に、これを水酸化カルシウムの溶液または懸濁液に浸漬させると、具体的には、ヤシ繊維やジュート、麻、ビンロウジュ等の連続気孔を有する植物繊維や藁、籾殻などの植物性多孔質材料については、これをそのまま用いて、水酸化カルシウムの溶液または懸濁液に浸漬させると、その植物組織内にカルシウム系化合物を取り込むことができる。
【０００９】
また、木材についても、これをチップ化したり木毛に加工したりして、或いは、おが屑を利用したりして、これを水酸化カルシウムの溶液または懸濁液に浸漬させると、導管や仮導管を作っている組織内の微細な孔にカルシウム系化合物を取り込むことができるのであり、また、竹についても同様であって、これらカルシウム系化合物を取り込んだ植物性多孔質材料を炭化させることで、植物性多孔質材料中の炭化組織内に、ＣａＣＯ3 が主体であるカルシウム系化合物を微細に高分散させることができるのである。
【００１０】
従って、本発明によるカルシウム含有の多孔質炭素材料を、例えば排ガス中の塩素系ガスの除去に用いると、多孔質炭素材料のガス吸着特性と微細なカルシウム化合物の高い反応性とによって、塩素系ガスを高効率で除去できるのであり、これに加えて、植物性多孔質材料の炭化組織における細孔径を計測したところ、この孔径が１〜２ｎｍ付近に分布していることと、代表的なダイオキシンの厚みが約０．３ｎｍであって、ダイオキシン類の吸着は、１〜２ｎｍの細孔を有する活性炭が有効であるとされていることから、本発明のカルシウム含有の多孔質炭素材料によれば、ダイオキシン類の吸着も高効率で達成されるのである。
【００１１】
また、本発明によるカルシウム含有の多孔質炭素材料を燃焼時に使用すれば、ガス吸着特性と高い反応性とによって、排ガス中の硫黄酸化物を硫酸カルシウムとして高効率で除去できるのであり、このように除去率が高いことは即ち、従来の活性炭と消石灰の粉末との混合物の使用量に比較して、本発明による多孔質炭素材料の使用量を大幅に削減できるのであって、その分、使用済の炭素材料の例えば埋め立て処理等が軽減されることになる。
【００１２】
更に、カルシウム含有の多孔質炭素材料を水質浄化のプロセスに用いると、カルシウムを含有することで、トリハロメタン等の有機塩素系化合物の反応吸着性が高まり、高効率での水質浄化も達成されるのであって、植物性多孔質材料として、ヤシ繊維やジュート、麻などをコスト的に安価に入手できる上に、処理に苦慮している間伐材や倒木材料、籾殻なども利用できることから、本発明によるカルシウム含有の多孔質炭素材料によれば、ガス浄化や水質浄化にとって好適な材料がコスト的に安価に提供されるのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は例えば焼却炉１の煙道に接続された排ガス処理設備の一部を示し、後述するカルシウム含有の多孔質炭素材料２の投入手段３と、この多孔質炭素材料２を捕捉するためのバグフィルター４とを備えている。
【００１４】
カルシウム含有の多孔質炭素材料２は、セルロースを主成分とする植物性多孔質材料を水酸化カルシウムの溶液または懸濁液に浸漬させてその植物組織内にカルシウム系化合物を取り込んだ後に炭化させたものであって、この炭化によって、植物性多孔質材料中の炭化組織内に、ＣａＣＯ3 が主体であるカルシウム系化合物が微細に高分散されることになる。
【００１５】
詳しくは、植物性多孔質材料として、例えばヤシ繊維やジュート、麻、ビンロウジュ、更には、竹や木材（間伐材、伐採木、廃木材など）、中でも好ましくは吸水性の高い針葉樹を、チップ化したものや木毛に加工したもの、更には、おが屑、藁、籾殻などを選択して、これを石灰水（水酸化カルシウムの溶液）または浸漬後表面に石灰が付着しない程度の薄い石灰乳（水酸化カルシウムの懸濁液）に３時間以上浸し、これを取り出して後に乾燥し、一般的な炭化炉を用いて炭化させるのであり、この際、石灰が表面に付着しない程度に植物性多孔質材料を石灰乳に浸すのは、石灰が大きな粒子になって、反応性が低下することが判明しているからである。
【００１６】
炭化の温度範囲は、４００〜１３００℃とし、好ましくは、６００〜１０００℃とするが、これは、４００℃付近の温度以下では、Ｃａ（ＯＨ）2 が分解せずに、冷却後そのままＣａ（ＯＨ）2 が残ってしまったり、炭化が十分に進まなかったりするからである。
【００１７】
また、１３００℃付近の温度以上で炭化させてもよいのであるが、これでは耐火物やエネルギーコストが極めて高くなることから、１３００℃以下としているのであり、実験結果では、６００〜１０００℃の温度範囲で、Ｃａ（ＯＨ）2 の分解が確実に起こり、かつ、炭素材料の表面積も確実に大きくなることが判明していることから、好適には、６００〜１０００℃の温度範囲で炭化させるものとしているのであって、この温度範囲で炭化させた炭素材料中のカルシウム化合物は、主にＣａＣＯ3 が主体となっており、反応性を高める上で、Ｃａとして１％以上を含ませることが必要であると考える。
【００１８】
具体的に、赤松のチップ（厚さ１ｍｍで５ｍｍ角）１００ｇを１０リットルの石灰水に３時間浸漬させ、１１０℃で半日乾燥させた後、９００℃で炭化させたところ、原料中のＣａ（ＯＨ）2 は主としてＣａＣＯ3 が主体となっており、炭素材料中にはＣａとして約６％を含有していた。
【００１９】
更に、ヤシ繊維についても、同様にして石灰水に浸漬後、炭化させたところ、Ｃａとして約７％を含有する炭素材料を得たのであり、このＣａの含有量が多い理由は、ヤシ繊維は吸水性が高いことに加えて、顕微鏡写真を図面化した図２に照らして明らかなように、ヤシ繊維ａは、その表面に、歪で複雑な形状の筋状の凹溝ｂを多数有する上に、複雑な形状の大小様々な窪みｃを有し、更に、図示はしないが、大小様々な連続細孔を中空状に有して、炭化組織全体の表面積が膨大であることから、その炭化組織内にＣａＣＯ3 （カルシウム系化合物）ｄが微細に高分散されることとなり、これによって、赤松のチップに比べてＣａの含有量が多なっているのである。
【００２０】
これらの炭化物０．５ｇを石英ガラス管中に置き、ＨＣｌ６００ｐｐｍのガスを２００℃で１時間通過させた時のＨＣｌ吸収量を測定した。比較として焼却炉用の活性炭３０％入り消石灰においても同様な試験を行った。
【００２１】
その結果、ＨＣｌ吸収量は、本発明品であるカルシウム含有の多孔質炭素材料２は、赤松のチップで５４％、ヤシ繊維で８３％を吸収したのに対して、活性炭入り消石灰では５２％であった。
【００２２】
この実験結果から明らかなように、ヤシ繊維ａによるカルシウム含有の多孔質炭素材料２を、例えば排ガス中の塩素系ガスの除去に用いると、多孔質炭素材料２のガス吸着特性と微細なカルシウム化合物の高い反応性とによって、排ガス中の塩素系ガスを高効率で除去することができる。
【００２３】
或いは、ヤシ繊維ａによるカルシウム含有の多孔質炭素材料２を例えば焼却炉に投入して、燃焼時に使用すれば、ガス吸着特性と高い反応性とによって、排ガス中の硫黄酸化物を硫酸カルシウムとして高効率で除去できるのであり、更に、水質浄化のプロセスに用いると、多孔質炭素材料２がカルシウムを含有することで、トリハロメタン等の有機塩素系化合物の反応吸着性が高まり、高効率での水質浄化も達成されるのである。
【００２４】
一方、赤松のチップによるカルシウム含有の多孔質炭素材料２については、活性炭入り消石灰と同じ程度のＨＣｌを吸収することから、この赤松のチップによるカルシウム含有の多孔質炭素材料２は、活性炭入り消石灰の代替え品として好適に用いることができるのであり、勿論、この多孔質炭素材料２は、排ガス中の脱硫や水質浄化にも大きな効果をもたらすことに変わりはない。
【００２５】
加えて、従来の活性炭入り消石灰では、バグフィルター４への付着が多くて集塵能力が低下し易いのに比較して、本発明によるカルシウム含有の多孔質炭素材料２は、バグフィルター４への付着が大幅に低減されるのであって、集塵能力の低下が抑止される上に、多孔質炭素材料２の回収が容易である点でも機能的に優れる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、炭化させる前の植物性多孔質材料を水酸化カルシウムの溶液または懸濁液に浸漬させてその植物組織内にカルシウム系化合物を取り込んだ後に炭化させ、得られる多孔質の炭素材料中にＣａＣＯ3 が主体であるカルシウム系化合物を微細に高分散させた反応性の高い材料、即ち、例えば排ガス中の塩素系ガスや硫黄酸化物等を高効率で除去できる上に、水質浄化も高効率で達成される好適な材料が、コスト的に安価に提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】排ガス処理設備の一部の構成図である。
【図２】顕微鏡写真を図面化し、かつ、その一部を取り出して拡大図示したヤシ繊維表面の模式図である。
【符号の説明】
ａ…植物性多孔質材料、ｄ…カルシウム系化合物。
【図１】
0003566884.tif 000002
【図２】
0003566884.tif 000003