(57)【要約】【課題】  窒素酸化物や粒子状物質を消去無害化することが可能な炭素化物・無機材料複合系環境浄化材及びその製造方法、環境浄化用積層体並びに環境浄化用成形体の提供。【解決手段】  炭素化物・無機材料複合系環境浄化材は、セメント１と水２とを混練したセメントペーストと、木質系バイオマス３を炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物とからなり、セメントペーストと粉末状の炭素化物とを混合したスラリー状の混合物である。木炭粉末が大気中に拡散された窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）などの汚染物質を消去無害化する。スラリー状の混合物を養生、固化させて環境浄化用成形体が、基材に吹き付きつけ養生、固化させて環境浄化用積層体が得られる。【選択図】      図１
2006232630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中に拡散された窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を消去無害化する炭素化物・無機材料複合系環境浄化材であって、
セメントと水とを混練したセメントペーストと、木質系バイオマスを炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物とからなり、前記セメントペーストと前記炭素化物とを混合したスラリー状の混合物であることを特徴とする炭素化物・無機材料複合系環境浄化材。
【請求項２】
上記セメントは、普通ポルトランドセメント，早強ポルトランドセメント，高炉セメントである請求項１に記載の炭素化物・無機材料複合系環境浄化材。
【請求項３】
上記木質系バイオマスは、間伐材，林産廃材などの木材である請求項１に記載の炭素化物・無機材料複合系環境浄化材。
【請求項４】
上記炭素質物質は、木炭である請求項１に記載の炭素化物・無機材料複合系環境浄化材。
【請求項５】
上記木質系バイオマスの炭化温度は、４００〜１８００℃である請求項１に記載の炭素化物・無機材料複合系環境浄化材。
【請求項６】
上記炭素化物は、木炭粉末である請求項１に記載の炭素化物・無機材料複合系環境浄化材。
【請求項７】
上記木炭粉末の粒径は、０．１〜５．０ｍｍである請求項６に記載の炭素化物・無機材料複合系環境浄化材。
【請求項８】
セメントと水とを混練してセメントペーストを生成する工程と、木質系バイオマスを炭素化して炭素質物質を得る工程と、前記炭素質物質を粉砕して粉末状の炭素化物を得る工程と、前記セメントペーストと前記炭素化物とを混合してスラリー状の混合物を生成する工程とを含むことを特徴とする炭素化物・無機材料複合系環境浄化材の製造方法。
【請求項９】
大気中に拡散された窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を消去無害化する環境浄化用積層体であって、
セメントと水とを混練したセメントペーストと、木質系バイオマスを炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物と、平板状の基材とからなり、前記セメントペーストと前記炭素化物とを混合したスラリー状の混合物を生成し、前記スラリー状の混合物を前記基材の表面に吹き付け、基材に吹き付けた前記スラリー状の混合物を養生、固化させてなる環境浄化用積層体。
【請求項１０】
大気中に拡散された窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を消去無害化する環境浄化用成形体であって、
セメントと水とを混練したセメントペーストと、木質系バイオマスを炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物とからなり、前記セメントペーストと前記炭素化物とを混合したスラリー状の混合物を生成し、前記スラリー状の混合物を型枠に流し込み、流し込んだ前記スラリー状の混合物を養生、固化して形成されてなる環境浄化用成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中に拡散された人体に有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）などの汚染物質を消去無害化する炭素化物・無機材料複合系環境浄化材及びその製造方法、環境浄化用積層体並びに環境浄化用成形体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前世紀から科学技術の著しい発達によって、人類は利便性と快適性を与えられたが、一方で資源エネルギーの消費による地球の温暖化、有害ガスの発生など環境破壊が進み、２１世紀は「環境の時代」と言われるようになった。
【０００３】
地球温暖化は、その利便性と快適性の代償としてエネルギー消費の拡大、すなわち、炭酸ガスなど温室効果ガスの著しい増加にもとづくもので、近年のハイテクを含めた高度技術をもってしても化石資源を原料とする限り、二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量を抑制する技術はほぼ限界点に達している。
【０００４】
近年、ＣＯ２の発生量を抑える手段として、森林資源の持続的成長とそれらの炭化物としての利用が脚光を浴びており、そのことが大きく期待される時代になった。
【０００５】
また、わが国では、大都市圏やトンネルなど覆蓋道路における工場や自動車からの排気ガス、特に人体に有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）の汚染が深刻になっている。
これらの影響を抑えるために排気ガスの発生源や拡散後の周辺環境、特にトンネルなど覆蓋道路における大気環境の浄化技術が研究され、ＮＯｘの濃縮や加熱脱着操作、或いは排風機などを用いて閉鎖空間内の汚染空気を外部へ排出するなどの手法が用いられている。
これらは、エネルギー消費が大きく、設備費、運転費とも巨額に達する問題をもつことや、汚染空気を外部へ拡散しているに過ぎない。
【０００６】
一方、平成８〜９年度文部省科学研究費補助金「残廃木材の高温焼成炭と遷移金属元素酸化物の複合によるＮＯｘの無害化変換材料の開発」などの研究の中で、４００〜１８００℃、特に、６００〜１０００℃で炭化された木質炭化物は周辺環境のＮＯｘを常温で無害な二窒素（Ｎ２）に変換できること、また、高い耐熱性、耐酸化性、耐熱衝撃性、熱に対する高寸法安定性をもつ木炭調製法と高機能複合材料の技術開発、さらに、炭素化木材は木材自身から発生する自己発熱によって炭素化されるため、製造過程における二酸化炭素（ＣＯ２）の生成量が少ないことや燃焼をしない限りＣＯ２を発生しない等の特徴を持つことが報告されており、ＮＯｘの無害化変換複合材料の創成が提案されている。
【０００７】
従来、粉状、粒状又は片状の木質炭化材料と、粉状の天然多孔質無機素材とを含む混合組成物を所定形状の型内に充填した状態で高温加熱することにより一体的に複合化してなることを特徴とする浄化用成形体が特許文献１として開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２０１１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
２１世紀は「環境の時代」と言われているのは、今日の社会経済システムは前世紀からの科学技術の進歩によって多くの利便性、快適性を受けてきたが、一方では、大量生産・大量消費・大量廃棄型の経済活動が急速に環境負荷を増大させ、人類の生存基盤である自然環境のバランスを崩し、様々な環境問題を起こしてきたためである。
【０００９】
特に、大気環境に係る環境問題としては、ａ.温室効果ガスの発生による地球温暖化、ｂ.健康被害をもたらす有害ガスの増加、の二つが大きくのしかかっている。
これらの問題を解決するためには、排気拡散されたガスを新たなエネルギーを使用せずに消去無害化できる材料と技術が必要である。
【００１０】
また、森林資源や地場資源を用い、地域産業の振興に寄与しながら地球環境の保全や経済活動の活性化につながる技術開発が望まれている。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、地場での安定的な原料供給が可能なセメントと木材などの木質系バイオマスを用い、セメントと木炭粉末を主原料とするスラリー状の混合物を吹き付け材料や成形材料として使用可能で、製造コストも安価であり、大気中に拡散された人体に有害な窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を省エネルギーで消去無害化することが可能な炭素化物・無機材料複合系環境浄化材及びその製造方法、環境浄化用積層体並びに環境浄化用成形体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の炭素化物・無機材料複合系環境浄化材は、大気中に拡散された窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を消去無害化する炭素化物・無機材料複合系環境浄化材であって、セメントと水とを混練したセメントペーストと、木質系バイオマスを炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物とからなり、前記セメントペーストと前記炭素化物とを混合したスラリー状の混合物であることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに炭素化物・無機材料複合系環境浄化材は、上記セメントが、普通ポルトランドセメント，早強ポルトランドセメント，高炉セメントである。
【００１４】
また、炭素化物・無機材料複合系環境浄化材の、上記木質系バイオマスは、間伐材，林産廃材などの木材である。
【００１５】
本発明の炭素化物・無機材料複合系環境浄化材の上記炭素質物質としては、炭素化木材（木炭）であり、該木炭粉末の粒径が０．１〜５．０ｍｍとするものである。
【００１６】
本発明の炭素化物・無機材料複合系環境浄化材は、上記木質系バイオマスの炭化温度が、４００〜１８００℃である。
【００１７】
本発明の炭素化物・無機材料複合系環境浄化材の製造方法は、セメントと水とを混練してセメントペーストを生成する工程と、木質系バイオマスを炭化温度で炭素化して炭素質物質を得る工程と、前記炭素質物質を粉砕して粉末状の炭素化物を得る工程と、前記セメントペーストと前記炭素化物とを混合してスラリー状の混合物を生成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の環境浄化用積層体は、大気中に拡散された窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を消去無害化する環境浄化用積層体であって、セメントと水とを混練したセメントペーストと、木質系バイオマスを炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物と、平板状の基材とからなり、前記セメントペーストと前記炭素化物とを混合したスラリー状の混合物を生成し、前記スラリー状の混合物を前記基材の表面に吹き付け、基材に吹き付けた前記スラリー状の混合物を養生、固化させて構成される。
【００１９】
本発明の環境浄化用成形体は、大気中に拡散された窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を消去無害化する環境浄化用成形体であって、セメントと水とを混練したセメントペーストと、木質系バイオマスを炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物とからなり、前記セメントペーストと前記炭素化物とを混合したスラリー状の混合物を生成し、前記スラリー状の混合物を型枠に流し込み、流し込んだ前記スラリー状の混合物を養生、固化させて構成される。
【発明の効果】
【００２０】
以上に述べたように、本発明によれば、地場での安定的な原料供給が可能なセメントと木材などの木質系バイオマスを用い、セメントと木炭粉末を主原料とするスラリー状の混合物であって、吹き付け材料や成形材料として使用可能で、製造コストも安価であり、大気中に拡散された人体に有害な窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を省エネルギーで消去無害化することが可能な炭素化物・無機材料複合系環境浄化材及びその製造方法、環境浄化用積層体並びに環境浄化用成形体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００２２】
本発明の炭素化物・無機材料複合系環境浄化材は、大気中に拡散された窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）などの汚染物質を消去無害化するものである。
【００２３】
さらに炭素化物・無機材料複合系環境浄化材は、セメントと水とを混練したセメントペーストと、木質系バイオマスを炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物とからなる。
【００２４】
また、炭素化物・無機材料複合系環境浄化材は、セメントペーストと粉末状の炭素化物とを混合したスラリー状の混合物である。
【００２５】
炭素化物・無機材料複合系環境浄化材のセメントは、普通ポルトランドセメント，早強ポルトランドセメント，高炉セメント、或いは白セメントなどである。
【００２６】
炭素化物・無機材料複合系環境浄化材の木質系バイオマスは、間伐材，林産廃材などの木材であり、炭素質物質は、木炭である。
また、炭素化物・無機材料複合系環境浄化材の木質系バイオマスの炭化温度は、４００〜１８００℃である。特に６００〜１０００℃が望ましい。
【００２７】
炭素化物・無機材料複合系環境浄化材の炭素化物としては、粒径が０．１〜５．０ｍｍの木炭粉末を用いている。
【００２８】
炭素化物・無機材料複合系環境浄化材の製造方法は、セメントと水とを混練してセメントペーストを生成する工程と、木質系バイオマスである間伐材を炭化温度で炭素化して炭素質物質である木炭を得る工程と、木炭を粉砕して粉末状の炭素化物である木炭粉末を得る工程と、セメントペーストと木炭粉末とを混合してスラリー状の混合物を生成する工程とを含んでいる。
【００２９】
また、環境浄化用積層体として、大気中に拡散された窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を消去無害化するパネル状の吹付け成形板を構成している。
【００３０】
この環境浄化用積層体は、セメントと水とを混練したセメントペーストと、木質系バイオマスを炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物と、合板，石膏ボード，木片セメント板，木毛セメント板，コンクリート構造体などの平板状の基材とからなる。
【００３１】
環境浄化用積層体は、セメントペーストと炭素化物とを混合したスラリー状の混合物を生成し、スラリー状の混合物を基材の表面に吹き付け、吹き付けたスラリー状の混合物を養生、固化させることにより、基材に混合物を積層した構造を形成している。
【００３２】
また、環境浄化用成形体としては、大気中に拡散された窒素酸化物や粒子状物質などの汚染物質を消去無害化するブロックがある。
【００３３】
この環境浄化用成形体であるブロックは、セメントと水とを混練したセメントペーストと、木質系バイオマスを炭素化して得られた炭素質物質を粉砕した粉末状の炭素化物とからなる。
そして、セメントペーストと炭素化物とを混合したスラリー状の混合物を生成し、スラリー状の混合物を型枠に流し込み、流し込んだスラリー状の混合物を養生、固化させて形成される。
【００３４】
次に炭素化物・無機材料複合系環境浄化材の構成を詳述する。
炭素化物・無機材料複合系環境浄化材は、原料となるセメントと水とを混練したセメントペーストと、原料となる木質系バイオマスである、例えば、トドマツの間伐材を炭素化して得られた炭素質物質である木炭を粉砕した粉末状の炭素化物である木炭粉末とからなり、セメントペーストと木炭粉末とを混合したスラリー状の混合物である。
【００３５】
木質系バイオマスは、例えば、北海道産トドマツ間伐材であり、この間伐材を丸太のままバッチ式の炭化装置を用いて、或いは、間伐材をチップ状にして連続式の炭化装置を用いて、８００〜１０００℃の炭化温度で炭化処理してトドマツ木炭を得た。
【００３６】
このトドマツ木炭をハンマー等で粗砕した後、粗砕したトドマツ木炭を従来の粉砕機でさらに粉砕した結果、０．１μｍ〜５．０ｍｍの粒径をもつ木炭粉末を得ることができた。
【００３７】
粉砕した木炭粉末を篩い分け機を用いて１００μｍ以下、１００μｍ〜１ｍｍ、１〜５ｍｍに分級した。
【００３８】
主に粉塵の飛散による作業環境への影響、他材料との混合性、ＮＯｘ低減性能に及ぼす影響などを中心に木炭粉末の粒度を検討した。
その結果、粒径０．１ｍｍ以下の木炭粉末は、多孔性と低比重に基因する気相空間への浮遊性が大きく、粉塵の飛散に伴う作業管理が困難である。
粒径０．１〜５．０ｍｍの木炭粉末は、粉塵の飛散を最小限に抑えることが可能で、セメントとの混合も可能であった。
【００３９】
以上の検討により、木炭粉末の粒径は、０．１〜５．０ｍｍで、特に０．１〜１．０ｍｍが望ましいことが判明した。
【００４０】
そして、セメントペーストと上記粒径の木炭粉末とを混合機で混合して吹き付け機で吹き付け可能な炭素化物・無機材料複合系環境浄化材として、スラリー状の混合物を生成した。
【００４１】
図１は、本発明の実施例に係る炭素化物・無機材料複合系環境浄化材の製造方法を示すブロック図である。
まず、原料となるセメント１と水２とを混練してセメントペーストを生成する（ステップＳ１００）。
【００４２】
次いで、木質系バイオマスであるトドマツ間伐材３を原料として、トドマツ間伐材３を炭化装置で炭素化処理して炭素質物質である木炭を得る（ステップＳ１０１）。
次いで、木炭をハンマー等で粗砕した後、粗砕した木炭を粉砕機で粉砕して木炭粗砕物を得る。さらに、この木炭粗砕物を篩い分け機で分級して粒径０．１〜１．０ｍｍの木炭粉末を得る（ステップＳ１０２）。
【００４３】
その後、セメントペーストと木炭粉末とを混合機で混合して炭素化物・無機材料複合系環境浄化材となるスラリー状の混合物を得る（ステップＳ１０３）。
【００４４】
図２は、本発明の実施例に係る炭素化物・無機材料複合系環境浄化材による窒素酸化物及び粒子状物質の低減性能試験を行う小型トンネル試験設備を示す正面図、図３は、小型トンネル試験設備及び小型トンネル試験設備に排気ガスを導入する排気ガス導入装置の配置状態を示す平面図、図４は、小型トンネル試験設備を構成するボックスカルバートを示す正面図、図５は、図３の排気ガス導入装置を拡大して示す平面図である。
【００４５】
排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）及び粒子状物質（ＰＭ）などの汚染物質の炭素化物・無機材料複合系環境浄化材による低減性能を測定するための小型トンネル試験設備Ａとしては、図２及び図３に示すように、高さ２ｍ，幅２ｍ，長さ２ｍのコンクリート製のボックスカルバート４を長手方向に直列に５個接続して全長１０ｍのトンネルＴが構成されている。
【００４６】
小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴの開口する両端には、覗き窓（図示せず）を備えたコンクリート製の端壁板５，６がそれぞれ配設され、トンネルＴの両端開口が端壁板５，６により閉塞されている。
【００４７】
ボックスカルバート４の上壁４０と底壁４１との間には、図４に示すように、トンネルＴの長手方向に沿って側壁４２，４３の中間に内部空間を左右に区切る仕切り板４４が設置され、トンネルＴのボックスカルバート４の内部空間が仕切り板４４により２等分されている。
【００４８】
ボックスカルバート４の側壁４２と仕切り板４４との間に形成されたトンネルＴ内の一方の空間が試料となる供試体８を入れないブランク区Ｂとされ、ボックスカルバート４の側壁４３と仕切り板４４との間に形成されたトンネルＴ内の他方の空間が供試体８を入れるサンプル区Ｓとされている。
【００４９】
小型トンネル試験設備Ａの端壁板５には、図５に示すように、トンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに排気ガスを導入する排気ガス導入装置７の排気ガス導入管を挿通する貫通孔５０，５１が設けられている。
【００５０】
ボックスカルバート４の一方の側壁４２には、図４に示すように、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂに導入された排気ガス中に含まれるＮＯ，ＮＯ２濃度を測定する検知管（図示せず）を設置するＮＯ，ＮＯ２測定孔４５ａと、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂに導入された排気ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサ（図示せず）を設置するＮＯｘ測定孔４６ａと、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂに導入された排気ガスをＳＰＭ（浮遊粒子状物質）を採取するためのＳＰＭ採取装置（図示せず）へ吸引するＳＰＭ測定孔４７ａとが設けられている。
【００５１】
また、ボックスカルバート４の他方の側壁４３には、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓに導入された排気ガス中に含まれるＮＯ，ＮＯ２濃度を測定する検出管（図示せず）を設置するＮＯ，ＮＯ２測定孔４５ｂと、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓに導入された排気ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサ（図示せず）を設置するＮＯｘ測定孔４６ｂと、小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓに導入された排気ガスをＳＰＭを採取するためのＳＰＭ採取装置（図示せず）へ吸引するＳＰＭ測定孔４７ｂとが設けられている。
【００５２】
ボックスカルバート４の側壁４２，４３のＮＯ，ＮＯ２測定孔４５ａ，４５ｂに設置した検知管のＮＯセンサ，ＮＯ２センサを用いて、ＮＯｘ濃度計（堀場製作所製  ＡＰＮＡ−３６０）で小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入した標準ガス中に含まれるＮＯ，ＮＯ２の濃度を測定した。
【００５３】
また、ボックスカルバート４の側壁４２，４３に設けたＮＯｘ測定孔４６ａ，４６ｂに設置したＮＯｘセンサを用いて、ＮＯｘ濃度計（堀場製作所製  ＡＰＮＡ−３６０）で小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入した標準ガス中に含まれるＮＯｘの濃度を測定した。
【００５４】
さらに、ボックスカルバート４の側壁４２，４３に設けたＳＰＭ測定孔４７ａ，４７ｂから小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入した排気ガスをＳＰＭ採取装置（図示せず）へ吸引し、このＳＰＭ採取装置に吸引した小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入した排気ガス中に含まれるＳＰＭの濃度をＳＰＭ濃度計（堀場製作所製  ＡＰＤＡ−３６１）で測定した。
【００５５】
小型トンネル試験設備Ａの一端側には、図３に示すように、排気ガスと空気を混合して濃度調整を行い、そのガスを標準ガスとしてトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入するための排気ガス導入装置７が設置されている。
【００５６】
排気ガス導入装置７は、図５に示すように、外気（空気）を吸引するファンＦと、空気と排気ガスとを混合して標準ガスとなるように排気ガスの濃度調整を行う混合器７０と、ファンＦで吸引された空気を混合器７０に導入する空気導入筒７１と、ディーゼル自動車のディーゼルエンジンの排気系から外部に排出される排気ガスを空気導入筒７１に導入する排気ガス導入管７２とを有する。さらに、混合器７０で濃度調整された排気ガスの流量を制御するバルブＶ１，Ｖ２と、濃度調整された排気ガスの風量を測定するパイプ状の風量計（カラムアイ；商標）Ｃ１，Ｃ２と、バルブＶ１を通過した濃度調整された排気ガスを風量計Ｃ１に導入する排気ガス配管７３ａ，７４ａと、バルブＶ２を通過した濃度調整された排気ガスを風量計Ｃ２に導入する排気ガス配管７３ｂ，７４ｂと、濃度調整された排気ガスを排気ガス配管７３ａから排気ガス配管７４ａに導入するホース７５ａと、濃度調整された排気ガスを排気ガス配管７３ｂから排気ガス配管７４ｂに導入するホース７５ｂと、風量計Ｃ１の短管７６ａを通過した濃度調整された排気ガスを小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂに導入する排気ガス配管７７ａと、風量計Ｃ２の短管７６ｂを通過した濃度調整された排気ガスを小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓに導入する排気ガス配管７７ｂとから構成されている。
【００５７】
ファンＦには、図５に示すように、空気導入筒７１の基端が接続され、混合器７０には、空気導入筒７１の先端が接続されている。
【００５８】
空気導入筒７１の筒状本体には、排気ガス導入管７２の一端部が貫通して接続されている。
【００５９】
バルブＶ１は、混合器７０と排気ガス配管７３ａとの間に配置され、バルブＶ２は、混合器７０と排気ガス配管７３ｂとの間に配置されている。
【００６０】
排気ガス配管７３ａと排気ガス配管７４ａとは、ホース７５ａで接続され、排気ガス配管７３ｂと排気ガス配管７４ｂとは、ホース７５ｂで接続されている。
【００６１】
また、風量計Ｃ１は、排気ガス配管７４ａと排気ガス配管７７ａとの間に、風量計Ｃ２は、排気ガス配管７４ｂと排気ガス配管７７ｂとの間にそれぞれ配置されている。
【００６２】
排気ガス配管７７ａは、小型トンネル試験設備Ａの端壁板５に設けた貫通孔５０に挿通されている。
排気ガス配管７７ｂは、小型トンネル試験設備Ａの端壁板５に設けた貫通孔５１に挿通されている。
【００６３】
実際のトンネル内におけるＮＯｘ濃度は、トンネルの長さ、その排気設備の能力、交通量、季節などで変動するが、道内の総延長１０００ｍ以上のトンネルの中間部で２ｐｐｍ程度と考えられるが、ここでは、ディーゼル自動車を運転した時の排気ガスを空気と混合して、そのＮＯｘ濃度が２ｐｐｍとなるように調整し、排気ガス中に含まれるＮＯｘ及びＳＰＭの低減性能試験の標準ガスとして使用した。
【００６４】
図６は、小型トンネル試験設備における炭素化物・無機材料複合系環境浄化材によるＮＯｘ及びＳＰＭの低減性能の測定に用いる試料を示す側面図である。
まず、試料として、炭素化木材（トドマツ）の木炭粉末とセメント（普通ポルトランドセメント）との比率を１：５、空気率０％のスラリー状の混合物を基材である９０ｃｍ角の型枠合板８０の両面に吹き付け機で吹き付け、このスラリー状の混合物を養生、固化して、型枠合板８０の表面に炭素化物・無機材料複合系環境浄化材８１，８１を積層したＮＯｘ及びＳＰＭの低減性能試験用の環境浄化用積層体である吹付け成形板からなる供試体８を得た。
【００６５】
図７は、小型トンネル試験設備のトンネル内のブランク区及びサンプル区への排気ガス導入停止状態におけるＮＯｘ濃度の経時変化の特性を表すＮＯｘ濃度減衰グラフである。ここで、横軸は時間、縦軸は濃度である。
この供試体８を小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓに長手方向に沿って吊り下げた状態に５枚設置した後、約２ｐｐｍのＮＯｘ濃度に調整した排気ガスを排気ガス導入装置７でトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓにそれぞれ導入し、トンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入した排気ガスが平衡状態に達した時点で、排気ガスのトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓへの供給を停止し、ＮＯｘの低減効果をＮＯｘ濃度計で測定した。この結果を図７に示す。
【００６６】
窒素酸化物として測定したガスは、ＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘである。
供試体８の入っていない小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、約２００分後には、ＮＯ濃度は約０．５ｐｐｍ程度まで低下したが、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、約２００分後には、ＮＯ濃度はトンネルＴ内のブランク区ＢのＮＯ濃度よりも低い約０．２５ｐｐｍ程度まで低下した。
【００６７】
また、供試体８の入っていない小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、約２００分後には、ＮＯ２濃度は約０．１ｐｐｍ程度まで低下したが、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、約６０分後には、ＮＯ２濃度はトンネルＴ内のブランク区ＢのＮＯ２濃度よりも低い約０．００４ｐｐｍ程度以下まで低下した。
【００６８】
さらに、供試体８の入っていない小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、約２００分後には、ＮＯｘ濃度は約０．６ｐｐｍ程度まで低下したが、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、約２００分後には、ＮＯｘ濃度はトンネルＴ内のブランク区ＢのＮＯｘ濃度よりも低い約０．２５ｐｐｍ程度まで低下した。
【００６９】
図７から明らかなように、供試体８の入っていない小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、ボックスカルバート４のコンクリート壁がＮＯｘを吸着するため、その濃度は一時的に低下するものの、約２００分後には、ＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘ濃度が平衡状態に達し、それ以上の低下はなかった。
【００７０】
しかし、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、約２００分後には、ＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘ濃度ともトンネルＴ内のブランク区ＢのＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘ濃度よりも低下した。
【００７１】
このように、木炭粉末をセメントに２０％程度加えるだけで、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低下する優れた炭素化物・無機材料複合系環境浄化材になることがわかった。
【００７２】
図８は、小型トンネル試験設備のトンネル内のブランク区及びサンプル区への排気ガス連続導入状態におけるＮＯｘ濃度の経時変化の特性を表すＮＯｘ濃度減衰グラフである。ここで、横軸は時間、縦軸は濃度である。
次に、供試体８を小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓに長手方向に沿って吊り下げた状態に５枚設置した後、約２ｐｐｍのＮＯｘ濃度に調整した排気ガスを排気ガス導入装置７で連続的にトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓにそれぞれ導入しながらＮＯｘの低減効果をＮＯｘ濃度計で測定した。その結果を図８に示す。
【００７３】
窒素酸化物として測定したガスは、ＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘである。
供試体８の入っていない小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、約３０分後には、ＮＯ濃度は最大の約１．３ｐｐｍに達し、約９０分後には、ＮＯ濃度は約１．２ｐｐｍ程度まで低下したが、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、約３０分後には、ＮＯ濃度は最大の約１．０ｐｐｍに達し、約９０分後には、ＮＯ濃度はトンネルＴ内のブランク区ＢのＮＯ濃度よりも低い約０．８ｐｐｍ程度まで低下した。
【００７４】
また、供試体８の入っていない小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、約３０分後には、ＮＯ２濃度は最大の約０．８ｐｐｍに達し、約９０分後には、ＮＯ２濃度は約０．３ｐｐｍ程度まで低下したが、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、約３０分後には、ＮＯ２濃度は最大の約０．２ｐｐｍに達し、約９０分後には、ＮＯ２濃度はほぼ０．０ｐｐｍまで低下した。
【００７５】
さらに、供試体８の入っていない小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、約３０分後には、ＮＯｘ濃度は最大の約２．０ｐｐｍに達し、約９０分後には、ＮＯｘ濃度は約１．５ｐｐｍ程度まで低下したが、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、約３０分後には、ＮＯｘ濃度は最大の約１．１ｐｐｍに達し、約９０分後には、ＮＯｘ濃度はトンネルＴ内のブランク区ＢのＮＯｘ濃度よりも低い約０．８ｐｐｍ程度まで低下した。
【００７６】
図８から明らかなように、供試体８の入っていない小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、約３０分後にはＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘ濃度はそれぞれ最大の１．３ｐｐｍ，０．８ｐｐｍ，２．０ｐｐｍに達し、約９０分後には、ＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘ濃度はそれぞれ１．２ｐｐｍ，０．３ｐｐｍ，１．５ｐｐｍ程度まで低下したが、その後のＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘ濃度の低下はほとんどない。
【００７７】
しかし、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、約３０分後にはＮＯ，ＮＯ２，ＮＯｘ濃度はそれぞれ最大の１．０ｐｐｍ，０．２ｐｐｍ，１．２ｐｐｍに達し、約９０分後には、ＮＯ２濃度はほぼ０、ＮＯ，ＮＯｘ濃度もそれぞれ０．８ｐｐｍ程度まで低下した。
【００７８】
木炭粉末を２０％程度含むセメントを吹き付けた吹付け成型板は、優れたＮＯｘ低減性能を示すと共に、このボックスカルバート４を用いた小型トンネル試験設備Ａは、簡易なＮＯｘ低減性能評価試験法になることがわかった。
【００７９】
図９は、小型トンネル試験設備のトンネル内のブランク区及びサンプル区へ導入した排気ガス中に含まれるＳＰＭ濃度をＳＰＭ濃度計で測定した結果を表すＳＰＭ測定グラフである。ここで、横軸は測定時間、縦軸はＳＰＭ測定数である。
ここでは、ＮＯｘ濃度の測定の場合と同様に、約２ｐｐｍのＮＯｘ濃度に調整した排気ガスを排気ガス導入装置７で小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓにそれぞれ導入した後、ボックスカルバート４の側壁４２，４３のＳＰＭ測定孔４７ａ，４７ｂからトンネルＴ内のブランク区Ｂ及びサンプル区Ｓに導入した排気ガスをＳＰＭ採取装置へ吸引し、ＳＰＭ濃度計でＳＰＭ濃度測定を行った。
【００８０】
なお、ＳＰＭ濃度測定に用いた試料は、ＮＯｘ濃度の測定の場合と同様に、木炭とセメントとの比率を１：５、空気率０％のスラリー状の混合物を９０ｃｍ角の型枠合板８０の両面に吹き付け機で吹き付け、このスラリー状の混合物を養生、固化して、型枠合板８０の表面に炭素化物・無機材料複合系環境浄化材８１，８１を積層したＳＰＭの低減性能試験用の吹付け成型板からなる供試体８である。
【００８１】
ＳＰＭの低減効果をＳＰＭ濃度計で測定した結果を図９に示す。
ＳＰＭ測定数の回数は、ＳＰＭの累積濃度が６０００ｐｐｍに達した段階でオーバフローして回数を１とする。
ＳＰＭ測定数の回数が多ければ、ＳＰＭ濃度が高いことを意味する。
【００８２】
供試体８の入っていない小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、測定時間６０分後のＳＰＭ測定数は２回であり、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、測定時間６０分後のＳＰＭ測定数は２回であった。
【００８３】
また、供試体８の入っていない小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、測定時間１２０分後のＳＰＭ測定数は３回であり、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、測定時間１２０分後のＳＰＭ測定数はトンネルＴ内のブランク区ＢのＳＰＭ測定数よりも少ない１回であった。
【００８４】
また、供試体８の入っていない小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、測定時間１８０分後のＳＰＭ測定数は５回であり、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、測定時間１８０分後のＳＰＭ測定数はトンネルＴ内のブランク区ＢのＳＰＭ測定数よりも少ない１回であった。
【００８５】
さらに、供試体８の入っていない小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、測定時間２４０分後のＳＰＭ測定数は５回であり、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、測定時間２４０分後のＳＰＭ測定数はトンネルＴ内のブランク区ＢのＳＰＭ測定数よりも少ない１回であった。
【００８６】
図９から明らかなように、供試体８の入っていない小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のブランク区Ｂでは、測定時間の経過と共にＳＰＭ測定数が上昇し、測定時間１８０分後にはＳＰＭ濃度がほぼ飽和状態に達する。
【００８７】
しかし、供試体８の入っている小型トンネル試験設備ＡのトンネルＴ内のサンプル区Ｓでは、測定時間６０分後のＳＰＭ測定数はトンネルＴ内のブランク区ＢのＳＰＭ測定数と同等であったが、測定時間１２０分からＳＰＭ測定数はトンネルＴ内のブランク区ＢのＳＰＭ測定数の半分以下に低下し、木炭粉末の持つＳＰＭに対する低減効果が実証された。
【００８８】
本発明の実施例に係る炭素化物・無機材料複合系環境浄化材によって得られた試験結果の概要を以下に説明する。
（１）北海道産トドマツ間伐材を８００℃前後で炭化した木炭は、本州産スギ，ヒノキ木炭のそれぞれと同等のＮＯｘの低減性能を保持した。
（２）木炭の粉砕は、既存の技術で可能であり、０．１〜５．０ｍｍの粒径は、粉塵の飛散を最小限に抑えることが可能で、普通ポルトランドセメントなどのセメント類との混合も可能であった。
（３）複合素材として、主に普通ポルトランドセメントを用いたが、普通ポルトランドセメント単独では、ＮＯｘの低減効果はある程度認められるものの、顕著ではなかった。
しかし、普通ポルトランドセメントを木炭粉末と混合した場合には、適正な配合比の範囲では木炭に近似したＮＯｘの低減性能を保持した。
（４）木炭粉末とセメントを原料とする吹き付け材料及び成形材料は、ＮＯｘやＳＰＭの消去無害化に優れた機能を発揮した。
（５）市販のボックスカルバートを連結して用いた小型トンネル試験設備では、実大トンネルに近い設備としてＮＯｘやＳＰＭの低減性能を測定する試験を行うことが可能であった。
ディーゼル自動車からの排気ガスを空気と混合し、安定的に精度良く小型トンネル試験設備のトンネル内へ導入する排気ガス導入装置を用いることにより、実際に近い状態でＮＯｘやＳＰＭの低減性能試験を行うことができる。
（６）セメントと木炭粉末を主原料とする環境浄化用積層体である吹付け成形板について、小型トンネル試験設備によるＮＯｘ，ＳＰＭの低減性能試験を行った結果、吹付け成形板は顕著なＮＯｘ，ＳＰＭの低減性能を持つことが実証された。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施例に係る炭素化物・無機材料複合系環境浄化材の製造方法を示すブロック図。
【図２】本発明の実施例に係る炭素化物・無機材料複合系環境浄化材による窒素酸化物及び粒子状物質の低減性能試験を行う小型トンネル試験設備を示す正面図。
【図３】小型トンネル試験設備及び小型トンネル試験設備に排気ガスを導入する排気ガス導入装置の配置状態を示す平面図。
【図４】小型トンネル試験設備を構成するボックスカルバートを示す正面図。
【図５】図３の排気ガス導入装置を拡大して示す平面図。
【図６】小型トンネル試験設備における炭素化物・無機材料複合系環境浄化材によるＮＯｘ及びＳＰＭの低減性能の測定に用いる試料を示す側面図。
【図７】小型トンネル試験設備のトンネル内のブランク区及びサンプル区への排気ガス導入停止状態におけるＮＯｘ濃度の経時変化の特性を表すＮＯｘ濃度減衰グラフ。
【図８】小型トンネル試験設備のトンネル内のブランク区及びサンプル区への排気ガス連続導入状態におけるＮＯｘ濃度の経時変化の特性を表すＮＯｘ濃度減衰グラフ。
【図９】小型トンネル試験設備のトンネル内のブランク区及びサンプル区へ導入した排気ガス中に含まれるＳＰＭ濃度をＳＰＭ濃度計で測定した結果を表すＳＰＭ測定グラフ。
【符号の説明】
【００９０】
１  セメント
２  水
３  トドマツ間伐材（木質系バイオマス）
４  ボックスカルバート
５  端壁板
６  端壁板
７  排気ガス導入装置
８  供試体（試料）
４０  上壁
４１  底壁
４２  側壁
４３  側壁
４４  仕切り板
４５ａ，４５ｂ  ＮＯ，ＮＯ２測定孔
４６ａ，４６ｂ  ＮＯｘ測定孔
４７ａ，４７ｂ  ＳＰＭ測定孔
５０  貫通孔
５１  貫通孔
７０  混合器
７１  空気導入筒
７２  排気ガス導入管
７３ａ，７３ｂ  排気ガス配管
７４ａ，７４ｂ  排気ガス配管
７５ａ，７５ｂ  ホース
７６ａ，７６ｂ  短管
７７ａ，７７ｂ  排気ガス配管
８０  型枠合板（基材）
８１  炭素化物・無機材料複合系環境浄化材
Ａ  小型トンネル試験設備
Ｂ  ブランク区
Ｃ１，Ｃ２  風量計
Ｆ  ファン
Ｓ  サンプル区
Ｔ  トンネル
Ｖ１，Ｖ２  バルブ
【図１】
2006232630.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006232630.tif 000007
【図６】
2006232630.tif 000008
【図７】
2006232630.tif 000009
【図８】
2006232630.tif 000010
【図９】
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