(57)【要約】【課題】炭化物が土中にある放射性セシウムを吸着し、さらに放射線（放射性セシウムの場合はγ線）を防ぐことができる炭化物複合材料を提供する。【解決手段】炭化物複合材料１０は、粒子状の炭化物１１に、鉄を成分として含む粒子状の被覆物１２が付着された構成を有している。炭化物１１は特に限定されないが、コーンコブを焼成して炭化したコーンコブ炭化物を含むことが好ましい。被覆物１２は特に限定されないが、赤土を含むことが好ましい。炭化物複合材料１０は、例えば、土壌改良材として好ましく用いることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状の炭化物に、鉄を成分として含む粒子状の被覆物が付着されたことを特徴とする炭化物複合材料。
【請求項２】
前記被覆物は、赤土を含むことを特徴とする請求項１記載の炭化物複合材料。
【請求項３】
前記炭化物は、コーンコブを焼成して炭化したコーンコブ炭化物を含むことを特徴とする請求項１記載又は請求項２記載の炭化物複合材料。
【請求項４】
土壌改良材であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１に記載の炭化物複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化物を用いた炭化物複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化物を農業において土壌改良剤として活用する事例は非常に多い。したがって、コーンコブ（トウモロコシの芯）を焼成して炭化したコーンコブ炭化物も土壌改良剤としては例外ではない。また原材料であるコーンコブは産業廃棄物であり、かつ、安価に入手可能であることから、通常の土壌改良剤よりも使用される可能性は高い。また、コーンコブ炭化物は、コーンコブ特有の微細空間の多い多孔質構造を有し、さらに鉄イオンを多く含むものについては炭化物の結晶性が向上するため吸着剤としての効果がより高いことが分かっている。その結果、農業用地での土壌浄化に関する、様々な研究開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。具体的な浄化の対象物としては、土壌環境中の有害金属（クロム、カドミウム、ヒ素、鉛イオン等）、残留農薬、過剰肥料等などあるが、これらが農作物に吸収されることでおきる食物汚染を防ぐ方法として炭化物の活用は有効的である。すなわち、多くの陽イオンの吸着が可能であることから、セシウムイオンもその例外ではない。そのことは、放射性セシウムに汚染された農業用地での土壌環境の浄化にも効果的に働くことを意味している。しかしながら、農業土壌でコーンコブ炭化物が土中にある放射性セシウムに対して吸着性能が高かったとしても、放射線（放射性セシウムの場合はγ線）を防ぐことはできず、農地から放射性セシウムを吸着した炭化物を取り除かない限りは、放射線は危険なままである。しかし、コーンコブ炭化物を用いる用途によっては、コーンコブ炭化物を単独で用いるよりも、他の材料と複合化した方が、目的に応じた特性をより高めることができ、用途も広げることができる。すなわち、炭化物に吸着した放射性セシウムからの放射線を阻止する機能を持った炭化物に複合化することで、それらの問題点は解決できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５３０３６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、炭化物が土中にある放射性セシウムを吸着し、さらに放射線（放射性セシウムの場合はγ線）を防ぐことができる炭化物複合材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の炭化物複合材料は、粒子状の炭化物に、鉄を成分として含む粒子状の被覆物が付着されたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、粒子状の炭化物に、鉄を成分として含む粒子状被覆物を表面に付着することで、土壌中の放射性セシウムを吸着しつつ、空間の放射線量を低減させることができる。更に土壌改良材として用いることにより、植物の生長を促進し、収穫量を増量させることができると共に、食味も向上させることができ、かつ、病気の発生を抑制することができる。また、土壌の地力を向上させることができ、肥料や農薬の投入量を低減することができる。更に、土壌中のカドミウムやセシウム等の重金属が植物に移行することを抑制することができる。加えて、空間の放射線量を低減させることもできる。更にまた、重さが重くなるので、地面に定着させることができ、土壌改良材としての効果を高めることができる。
【０００７】
また、鉄を成分として含む被覆物として赤土を用いるようにすれば、安価に入手することができ、かつ、炭化物に容易に付着させることができる。
【０００８】
更に、炭化物に鉄分を多く含むコーンコブ炭化物を用いるようにすれば、より高い効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る炭化物複合材料の構成を表す図である。
【図２】コーンコブ炭化物の金属イオンの吸着率を表すグラフである。
【図３】コーンコブ炭化物、ナラ炭化物、及び、スギ炭化物のＣｄイオンの吸着率を表すグラフである。
【図４】コーンコブ炭化物、及び、ナラ炭化物のＣｓイオンの吸着率を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施の形態に係る炭化物複合材料１０の構成を表すものである。この炭化物複合材料１０は、粒子状の炭化物１１に、鉄を成分として含む粒子状の被覆物１２が付着された構成を有している。なお、図１は炭化物複合材料１０の構成を概念的に表したものであり、被覆物１２は、例えば、炭化物１１の表面の少なくとも一部を覆っていればよく、炭化物１１の全体を覆っている必要はない。また、炭化物１１は個別に被覆物１２が付着していてもよいが、複数個が集まり、その周りに被覆物１１が付着していてもよい。更に、図１に示した炭化物１１及び被覆物１２の大きさいは実際の大きさを表すものではなく、また、大きさの比率も実際の比率を表しているわけではない。
【００１２】
炭化物１１は特に限定されず、どのようなものでもよいが、鉄分を多く含むコーンコブを焼成して炭化したコーンコブ炭化物を含むことが好ましい。コーンコブ炭化物は、コーンコブ特有の微細空間の多い多孔質構造を有し、優れた吸着特性を得ることができると共に、炭化物が内包する鉄分が放射性セシウムからの放射線を減衰させる機能を有するからである。炭化物１１の大きさは、例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度のものが好ましい。この大きさは炭化物を被覆物で覆うためには最適の大きさであり、得られる炭化物複合材料を土壌改良剤として土壌に投入する場合の作業性の容易さ、および土壌とのなじみのよさにその大きさは関係している。よって、目的となる炭化物複合材料の用途に応じた炭化物の大きさを決めるのが好ましい。
【００１３】
被覆物１２は特に限定されず、成分として鉄イオンを含んでいればどのようなものでもよいが、赤土を含むものが好ましい。それらは安価に入手することができ、かつ、炭化物１１に容易に付着させることができるからである。被覆物１２の大きさは、例えば、できるだけ紛体（１ｍｍ以下であればよいが微粒子である必要はない）であることが好ましい。あるいは、湿式、乾式を問わず炭化物の表面に均一に付着できるくらいの大きさであればよく粒径は問わない。すなわち湿式、乾式の方法を問わず被覆する工程で支障なく炭化物が被覆される大きさであればよい。
【００１４】
炭化物１１と被覆物１２との割合は、湿式、乾式を問わず炭化物の表面に均一に付着できる割合であればよい。たとえば湿式で被覆する場合、重量比で水：被覆物（この場合赤土）：炭化物（この場合コーンコブ炭化物）＝１００：１５〜２５：１０〜２０、一例を挙げれば、重量比で水：被覆物（この場合赤土）：炭化物（この場合コーンコブ炭化物）＝１００：２０：１５で容易に炭化物を被覆することできる。乾式の場合は炭化物内部には浸透せず表面のみに付着するので被覆物の割合は湿式よりも高い方が好ましい。すなわち湿式、乾式の方法を問わず被覆する工程で支障なく炭化物が被覆される割合であればどのような条件でもよい。
【００１５】
この炭化物複合材料１０は、例えば、土壌改良剤として好ましく用いることができる。本実験の形態によれば粒子状の炭化物１１に、鉄イオンを成分として含む被覆物１２を付着させているので、炭化物の多孔質構造内に含まれる鉄イオンとその表面に付着している被覆物に含まれる鉄イオンとの相乗効果により植物の成長を促進し、収穫量を増産させることができると共に、食味も向上させることができかつ、病気の発生を抑制することができる。また、土壌の地力を向上させることができ、肥料や農薬の投入量を低減することができる。これは鉄分を多く含む多孔質体（この場合炭化物）構造が微生物の繁殖を促すことによる。
【００１６】
更に、炭化物１１により、土壌中のカドミウムやセシウム等の重金属を吸着し、植物に移行することを抑制することができる。加えて、被覆物１２に鉄の成分が含まれているので、コンプトン散乱により放射能を有するγ線を減衰させることができ、空間の放射線量を低減させることができる。更にまた、被覆物１２を付着させるので、炭化物複合材料１０の重さが重くなり、土壌と混ざり方もよくなり土壌改良材としての効果を高めることができる。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
コーンコブを８００℃で焼成して得られたコーンコブ炭化物を使って、金属イオン（カチオン）を吸着させた実験例を図２に示す。金属イオンの吸着は、Ａｓ（ヒ素）イオン，Ｃｄ（カドミウム）イオン，Ｃｒ（クロム）イオン，Ｃｕ（銅）イオン，Ｍｎ（マンガン）イオン，Ｐｂ（鉛）イオン，Ｚｎ（亜鉛）イオンについてそれぞれ行った。各金属イオンの濃度は１ｐｐｍとし、吸着時間は３０分とした。図２に示したように、Ａｓ（ヒ素）イオン，Ｃｒ（クロム）イオン以外の環境汚染物質である重金属イオンは３０分間の吸着処理後には９５％以上が炭化物に吸着されていることから、コーンコブ炭化物が高い吸着性能を有することが確認できた。なお、コーンコブを８００℃で焼成して得られたコーンコブ炭化物の表面を鉄分の多い赤土で被覆処理したものについても同様の吸着実験を行ったところ、Ｃｄ（カドミウム）イオン，Ｃｕ（銅）イオン，Ｍｎ（マンガン）イオン，Ｐｂ（鉛）イオン，Ｚｎ（亜鉛）イオンについて９５％以上の吸着率が得られた。
【００１８】
（実施例２）
同様にコーンコブを５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃、又は、１０００℃で焼成して得られたコーンコブ炭化物を使って、Ｃｄ（カドミウム）イオンを吸着させた実験例を図３に示す。図３において、破線が５００℃、６００℃、及び、７００℃の結果であり、実線が８００℃、９００℃、及び、１０００℃の結果である。また、ナラを８００℃で焼成して得られたナラ炭化物、及び、スギを８００℃で焼成して得られたスギ炭化物についても、Ｃｄ（カドミウム）イオンを吸着させた結果を図３に合わせて示す。吸着時間は、コーンコブ炭化物については５分、１０分、２０分、３０分とし、ナラ炭化物及びスギ炭化物については２０分とした。Ｃｄ（カドミウム）イオンの濃度は１ｐｐｍである。図３に示したように、ナラ炭化物及びスギ炭化物では２０分の吸着時間で約８０％吸着されたのに対して、コーンコブ炭化物は５分間の吸着時間後には９０％以上が炭化物に吸着されている。このことからもコーンコブ炭化物が高い吸着性能を有することが確認できた。
【００１９】
（実施例３）
同様にコーンコブを４００℃、６００℃、又は、９００℃で焼成して得られたコーンコブ炭化物を使って、Ｃｓ（セシウム）イオンを吸着させた実験例を図４に示す。また、中華人民共和国遼寧省大連で作られたコーンコブ炭化物（焼成温度約５００℃）、及び、ナラを６００℃で焼成して得られたナラ炭化物についても、Ｃｓ（セシウム）イオンを吸着させた結果を図４に合わせて示す。吸着時間は、コーンコブ炭化物については１０分、２０分、３０分、６０分とし、ナラ炭化物については６０分とした。Ｃｓ（セシウム）イオンの濃度は１ｐｐｍである。なお、図４においてＣＣというのはコーンコブ炭化物を表し、ＣＣ大連というのは中華人民共和国遼寧省大連で作られたコーンコブ炭化物を表し、ナラというのはナラ炭化物を表している。図４に示したように、６００℃で焼成したナラ炭化物と比較して、いずれの炭化温度で焼成されたコーンコブ炭化物も吸着率が高いことがわかる。このように、鉄イオンを多く含むコーンコブから得られた炭化物は高い吸着性能を示し、他の炭化物と比較して水系あるいは土壌中の環境浄化用炭化物として効果的に働くことが確認できた。また、コーンコブ炭化物の表面を赤土で被覆処理したものについても同様の吸着実験を行ったところ、同様の結果が得られた。
【００２０】
（実施例４）
実施例１−３ではコーンコブ炭化物の高い吸着能力を示した。実施例４では、吸着した放射性セシウムに対するコーンコブ炭化物の防放射線能力についての実験事例を示す。すなわち通常市販している炭化物と、コーンコブ炭化物と、その表面を鉄分の多い赤土で表面を被覆処理したものを使い、放射性セシウムから発せられる放射線量を測定した。実験に用いた炭化物は中華人民共和国遼寧省大連で作られたコーンコブ炭化物、および岩手県内産の赤松炭である。これらはいずれも粒状（５〜１０ｍｍ）の形態をしている。放射性物質含む土壌は福島市内（サンプルＣ：約１２００〜１４００Ｂｑ／ｋｇ）から採取したものであり、赤土は中華人民共和国遼寧省大連のコーン生産場所からのものである。試料はＵ８容器に入れ、ゲルマニウム半導体検出装置で放射性セシウムのＣｓ１３４，Ｃｓ１３７を測定した。
【００２１】
具体的には、コーンコブ炭化物、及び、岩手県内産の赤松炭については、次のようにして測定した。最初にＵ８容器に土壌試料を約５ｃｍの高さまでいれる。この時の土の状態は粉砕せずに通常の粒子状の状態である。これをゲルマニウム半導体検出装置で放射能を測定する。なお各試料数はｎ＝３である。試料Ｎｏ１,Ｎｏ２，Ｎｏ４，Ｎｏ５は、土壌試料の上に、コーンコブ炭化物（粒炭）又は赤松炭（軽く粉砕）を積層するように高さ５ｃｍまで入れたものである。試料Ｎｏ３、Ｎｏ６は、土壌試料の上に、コーンコブ炭化物（粒炭）又は赤松炭（軽く粉砕）を入れ、蓋をして何度も振とうして均一に混合させ、高さ５ｃｍなるようにしたものである。これらについて再びゲルマニウム半導体検出装置で放射性セシウムのＣｓ１３４，Ｃｓ１３７を測定した。それらの結果を表１及び表２に示す。
【００２２】
更に、コーンコブ炭化物（粒炭）を赤土で被覆した炭化物複合材料１０については、次のようにして測定した。まず、炭化物複合材料１０は、水：赤土：コーンコブ炭化物＝１００：２０：１５の重量比で湿式混合することにより作製した。次に、Ｕ８容器に土壌試料を１０ｇ入れ（粉砕せずに通常の粒子状の状態）、ゲルマニウム半導体検出装置で放射能Ｃｓ１３４，Ｃｓ１３７を測定した。続いて、土壌試料の上に、炭化物複合材料１０を積層するように入れ、再びゲルマニウム半導体検出装置で放射能Ｃｓ１３４，Ｃｓ１３７を測定した。試料Ｎｏ７は炭化物複合材料１０の量を１０ｇとし、試料Ｎｏ８は炭化物複合材料１０の量を２０ｇとしたものである。それらの結果を表３に示す。なお、表３ではＴ−Ｃｓ（Ｃｓ１３４，Ｃｓ１３７の値を合算した値）を示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
【表２】
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【００２５】
【表３】
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【００２６】
表１及び表２に示したように、放射線量が約１２００〜１４００Ｂｑ／ｋｇの土壌をコーンコブ炭化物で被覆することにより、Ｔ−Ｃｓ（Ｃｓ１３４，Ｃｓ１３７の値を合算した値）の放射線量が４８．３％下がり、混合したものを含めてもＴ−Ｃｓで３８．７％下がった。一方、岩手産赤松炭で同様の実験を行った結果では、被覆した場合Ｔ−Ｃｓで２８．２％下がり、混合したものを含めるとＴ−Ｃｓで２３．９％下がった。また、表３に示したように、赤土で処理したコーンコブ炭化物についての実験では、放射線量が３８１０Ｂｑ／ｋｇの土壌の上に赤土で処理したコーンコブ炭化物を積層することにより、最終的には放射線量が８１２Ｂｑ／ｋｇまで低減し、約８０％放射線が下がった。この結果から、鉄分の多いコーンコブ炭化物でも約４８％の低減化が可能であり、さらに赤土で炭化物表面を処理したコーンコブ炭化物では約８０％も放射線を防御できることが確認された。
【００２７】
（実施例５）
実施例４ではコーンコブ炭化物および複合化されたコーンコブ炭化物による放射線の低減化を示したが、実施例５では複合化していない鉄分の多く含まれている炭化物１１（コーンコブ炭化物）を、水田に蒔き、耕したのち、田植えをして稲を育てた事例を示す。反当り６０Ｌの炭化物１１を３袋投入した水田と入れていない水田を比較した結果、コーンコブ炭化物を投入した水田の方が、反当りの収率が２０％向上した。さらに収穫した米の食味試験を行ったところ、コーンコブ炭化物を入れていない水田の米の食味値は７４、総合品質判定はＢであったのに対して、コーンコブ炭化物を入れた水田の米の食味値は８０であり、総合品質判定はＡに向上した。
【００２８】
（実施例６）
実施例５ではコーンコブ炭化物を、水田に蒔き、耕したのち、田植えをして稲を育てた事例を示したが、実施例６では収穫されたうるち米に含まれるカドミウムの量が０．２ｐｐｍであった水田に、コーンコブ炭化物を蒔き、耕して、稲を育てた。その結果、コーンコブ炭化物を蒔いた後に収穫されたうるち米に含まれるカドミウムの量は、測定限界以下、又は、０．１ｐｐｍ以下に減少させることができた。すなわち、コーンコブ炭化物を用いれば、カドミウム等の重金属が植物に移行することを抑制することができることが分かった。また、コーンコブ炭化物の表面を赤土で被覆処理した炭化物複合材料１０を水田に蒔き稲を育てたところ、収穫されたうるち米に含まれるカドミウムの量は測定限界以下であった。
【００２９】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、各構成要素について具体的に説明したが、全ての構成要素を備えていなくてもよく、また、他の構成要素を備えていてもよい。また、上記実施の形態では、用途として土壌改良材を例に挙げて説明したが、他の用途に用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
土壌改良剤等に用いることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０…炭化物複合材料、１１…炭化物、１２…被覆物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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