(57)【要約】【課題】本発明の目的は、３００℃以下の低温で炭化が可能で、高比表面積で高強度な任意形状炭化体が得られる易炭化高強度炭粘土を提供する事にある。【解決手段】本発明の易炭化高強度炭粘土は、竹炭または活性炭等の炭粉末と、結合剤として、グルテン、小麦粉、そば粉、および、コーンフラワーからなる群より選ばれる一種類以上の粉末との混合物を粘土化したもので、この粘土の乾燥成形体は３００℃以下の低温で炭化が可能で、高比表面積で高強度の炭化体が得られる。また、該結合剤の粉末の混合量を１５〜８０重量％とすることにより、竹炭より破壊しにくい炭化体が得られる。さらに、混合する炭粉末にＡｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ，Ｃｕ、Ｃｏおよびこれらの金属の酸化物からなる群より選ばれる１種類以上を担持することにより、該粘土の炭化が完了する温度を約２０〜５０℃低下できる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭粉末に液体を加えて作成される炭粘土において、液体を加える前の炭粉末に結合剤としてグルテン粉末、小麦粉、そば粉、および、コーンフラワーからなる群より選ばれる１種類以上の粉末を１５〜８０重量％含有させることを特徴とする易炭化高強度炭粘土。
【請求項２】
炭粉末として、竹炭粉末、活性炭粉末、または、竹炭と活性炭の混合粉末を用いることを特徴とする請求項１記載の易炭化高強度炭粘土。
【請求項３】
炭粉末に、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ，Ｃｕ、Ｃｏおよびこれらの金属の酸化物からなる群より選ばれる１種類以上を担持することを特徴とする請求項１または２記載の易炭化高強度炭粘土。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、任意形状に成形でき、低温で簡単に炭化ができる易炭化高強度炭粘土であり、炭化することにより高強度で高比表面積を有する炭化体を得ることができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高い吸着力を示す炭として、竹炭や活性炭が知られているが、粒子状、板状又は管状のものがほとんどで、複雑形状の竹炭や活性炭を得るのは非常に困難である。活性炭は比表面積が約８００〜１２００ｍ２／ｇを示すが、ヤシガラ、ゴム木などを炭化後、水蒸気や塩化亜鉛などで賦活を行うため、粉末状、粒子状または繊維状のものがほとんどである。竹炭の比表面積は約３５０ｍ２／ｇを示し、文献によっては約７００〜８００ｍ２／ｇと記載してあるものもあるが、炭化時に変形したり割れたりするものがほとんどで、きれいな形状の竹炭を得るのは非常に困難である。一方、木材等をあらかじめ加工したものや大鋸屑を圧縮成形したもの、木材粉末を練り込んだ木質粘土等を任意形状に成形したものを炭化させることが考えられるが、タールやピッチを多く含むため、炭化に４００℃以上、好ましくは７００℃以上の高温が必要となる。さらに、これらの炭化体の比表面積は約１００〜２５０ｍ２／ｇ程度しか示さないため、竹炭や活性炭の様な高比表面積のものは得られない。
【０００３】また、炭の成形体としては、たどんや練炭等の燃料用成形体が知られている。たどんは、炭粉末にでんぷん等の粘結剤を約５重量％添加した混合物に水を加えて加圧成形後、乾燥させた燃料用成形体であるが、粘結剤が炭の細孔を塞いでしまうので吸着材としては不適当である。練炭は、石炭、コークス、木炭等の粉末をピッチやタールで練り固めた燃料用成形体であるが、ピッチやタールが炭の細孔を塞ぐため吸着材としては使用できない。
【０００４】また、小麦粉を原料とする小麦粉粘土等を成形乾燥後、炭化させる事も考えられるが、炭化時に膨張し、内部に大きな気泡が発生して密度が低いものになり、高強度な炭化体は得られない。さらに、活性炭や竹炭の様に高比表面積で、特殊な細孔構造を作成することは困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】
本発明の目的は、任意形状に成形でき、家庭用ガスオーブンの使用温度域である３００℃以下の温度で容易に炭化ができ、高比表面積で高強度な炭化体を得られる易炭化高強度炭粘土を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者は、竹炭または活性炭等の炭粉末に結合剤として、グルテン粉末、小麦粉、そば粉、および、コーンフラワーからなる群より選ばれる一種類以上の粉末を１５〜８０重量％含有させた混合粉末に、水等の液体を加えて粘土化する事により、任意形状成形が可能となり、この成形体を還元または不活性雰囲気中で炭化させて高比表面積で高強度の任意形状炭化体が得られることを見い出した。また、炭粉末と、グルテン粉末、小麦粉、そば粉、または、コーンフラワーとを混合することにより家庭用ガスオーブンの使用温度域である３００℃以下の温度で容易に炭化体が得られることを見い出した。さらに、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ，Ｃｕ、Ｃｏおよびこれらの金属の酸化物からなる群より選ばれる１種類以上を担持した炭粉末を用いることにより、炭化が完了する温度をさらに約２０〜５０℃低下できる事を見い出し、本発明を完成した。
【０００７】以下、本発明の詳細について説明する。竹炭は、竹を還元雰囲気、不活性雰囲気または真空中で、４００℃以上の温度で炭化させて作成するが、黒炭法で炭化したものでも白炭法で炭化したものでもよい。活性炭はどのような方法で作成したものでも用いることができる。このような竹炭または活性炭などの炭をミル等にて粉砕後、グルテン粉末、小麦粉、そば粉、および、コーンフラワーからなる群より選ばれる一種類以上の粉末を結合剤として混合し、水等の液体を加えて粘土状にする。水等の液体の添加量は、この混合粉末重量の５０から１００％が好ましいが、成形に適した柔らかさ、または固さが得られない場合は、必要に応じて加減することができる。液体は水以外にもエチレングリコール、プロピレングリコール等の有機溶媒や、これらの混合物を用いる事ができるが、沸点が２５０℃以下の液体が好ましい。
【０００８】グルテン粉末は、どのような穀物から抽出したグルテンでも用いることができるが、小麦粉より抽出したグルテンを非加熱乾燥粉砕したグルテン粉末が好ましい。小麦粉の原料小麦は、硬質種、中間種、軟質種、デュラム小麦のどの小麦でもよい。本発明の易炭化高強度炭粘土には、無機粉末、でんぷん、食物繊維、セルロース、油脂などが含まれていても良い。ただし、ステアリン酸やバルチミン酸のように沸点が２５０℃以上の油脂はあまり好ましく無い。
【０００９】結合剤として用いるグルテン粉末、小麦粉、そば粉、および、コーンフラワーの炭化は約２００℃から始まり、重量減少変化がほぼ一定となる約４００℃〜４５０℃で完了する。これらの粉末と水とを混合した粘土は、乾燥させると表面に皮膜を形成して内部に空洞を発生させたり、炭化時に膨張して内部に大きな気泡を発生させて、密度が低く強度も低い炭化体しか得られない。しかし、このような混合物に炭粉末を混合すると、乾燥時の空洞発生を防止し、炭化時に膨張したり気泡を発生することが無くなる。これは、炭が持つ細孔により乾燥が均一に行われ、また、炭化時に内部で発生する水蒸気やガスが外部に効率良く排出されたためと考えられる。さらに、炭粉末と混合することにより、グルテン粉末、小麦粉、そば粉およびコーンフラワー等の結合剤の炭化が約３００℃で完了するようになる。これは、炭粉末により結合剤の炭化反応が活性化されると同時に、炭化時に分解発生するガスが炭の細孔を通過して効率良く排出されることにより炭化反応速度が向上したためと思われる。炭化が３００℃以下で完了すれば、通常の家庭用ガスオーブンやグリルが使用できるため、特別な炭窯が無くても家庭で炭を作成できる。グルテン粉末、小麦粉、そば粉、および、コーンフラワーのそれぞれの粉末に水を加えて粘土化したものを乾燥後、窒素雰囲気中で炭化させた時の重量変化を図１に示す。窒素雰囲気中５００℃で炭化した竹炭粉末に、グルテン粉末、小麦粉、そば粉、および、コーンフラワーのそれぞれの粉末を別々に５０重量％となるように混合した粉末に水を加えて粘土化し、これらの炭粘土を乾燥後、窒素雰囲気中で炭化させた時の重量変化を図２に示す。窒素雰囲気中での重量変化の測定は熱天秤で行った。
【００１０】グルテン粉末、小麦粉、そば粉およびコーンフラワーからなる群より選ばれる一種類以上の粉末と炭粉末とを混合する時、炭粉末に、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ，Ｃｕ、Ｃｏおよびこれらの金属の酸化物からなる群より選ばれる１種類以上を担持することにより、炭化完了温度を２０〜５０℃前後下げる事ができる。これは、これらの金属または金属酸化物が触媒として働き、炭化反応を促進させたものと思われる。酸化銀、酸化白金、酸化パラジウム、酸化ロジウム、酸化コバルト、酸化銅、酸化ニッケル、酸化鉄、または、金を担持した竹炭粉末に小麦粉を５０重量％混合した粉末を粘土化した場合において、室温から５００℃までの重量減少量に対する減少率が９５％となる温度Ｔ９５を測定した結果を表１に示す。これらの金属酸化物微粒子は、金属微粒子として炭に担持しても、空気中の酸素を吸着したり、粘土化時の水添加によりほとんどの金属微粒子は酸化されて金属酸化物微粒子となる。ただし、金はわずかながら酸素も吸着はするが、化学的に著しく不活性であるため、ほとんど金属微粒子の状態で存在していると思われる。
【００１１】図２から判る様に、竹炭粉末に小麦粉を５０重量％混合した場合のＴ９５は約２９５℃を示している。表１に示す様に、酸化銀、酸化白金、酸化パラジウム、酸化ロジウム、酸化コバルト、または酸化銅を担持したものは、Ｔ９５の温度が低下しており、炭化完了温度が低下していることが判る。詳しい触媒反応機構は不明であるが、触媒、８、３０６（１９６６）に示されている金属酸化物のエチレン完全酸化に対する触媒活性において、二酸化炭素への転化率が１．８％となる温度序列と同様の傾向を示すため、何らかの酸化反応が関与しているものと考えられる。酸化ニッケル、酸化鉄、金で、炭化完了温度の低下が見られなかったのは、これらの触媒効果が発現する温度が、小麦粉と炭粉末の混合物が炭化完了する温度より高いためと思われる。炭化が２５０〜２８０℃で完了すると、電気オーブンやオーブントースター等の一般の調理器具が使用できるため、手軽に家庭で任意形状炭化体が得られる。
【００１２】
【表１】
2004002595.tif 000002
【００１３】竹の板を平坦なステンレス板上に置き、窒素雰囲気中４００℃で２時間炭化した。この竹炭板から、竹の表面をできるだけ含む様にＪＩＳ　Ｒ　１６０１に従って試験片を切り出し、３点曲げ強度試験を行った。試験片の全長方向が竹の成長方向と一致する方向から切り出した１０本の竹炭試験片（竹炭縦）と、試験片の全長方向が竹の円周の接線方向と一致する方向から切り出した１０本の竹炭試験片（竹炭横）の３点曲げ強度試験結果を表２に示す。３点曲げ強度測定は、竹の表面部分が下になる様に試験片を置いて強度測定を行った。ただし、竹炭は微細な細孔以外にも数μ〜数十μの細孔も有し、表面粗さの正確な測定は不可能であるため、試験片は、上下面を０．３μの粗さの研摩フィルムで十分に研摩を行ったものを使用した。
【００１４】表２に示す様に、竹炭縦の試験片は、約０．８〜３ｋｇ／ｍｍ２（平均２．００ｋｇ／ｍｍ２）の高強度を示すが、竹炭横の試験片は約０．２〜０．４ｋｇ／ｍｍ２（平均０．２８ｋｇ／ｍｍ２）の低い強度を示した。この測定結果は、竹炭が割れる時には、竹の円周の接線方向に沿った方向よりも、成長方向に沿って割れる場合が多いことを裏付けている。これは、竹の繊維が成長方向に沿って伸びており、炭化後も組織に異方性を有しているためと考えられる。
【００１５】
【表２】
2004002595.tif 000003
【００１６】３点曲げ強度試験を行った竹炭を粉末状にした竹炭粉末に、グルテン粉末、小麦粉、そば粉、コーンフラワー、大豆粉、もち米粉、うるち米粉、片栗粉、およびコーンスターチのそれぞれの粉末を別々に５０重量％ずつ混合した粉末に水を加えて粘土化したものと、小麦粉のみに水を加えて粘土化したものを作成した。これらの粘土を成形乾燥後、窒素雰囲気中４００℃で炭化して得られた炭化体から、ＪＩＳ　Ｒ　１６０１に従い試験片を各１０本切り出して３点曲げ強度試験を行った。その強度平均値を表３、４に示す。ただし、試験片は、上下面を０．３μの粗さの研摩フィルムで十分に研摩を行ったものを使用した。
【００１７】
【表３】
2004002595.tif 000004
【００１８】
【表４】
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【００１９】表３から判る様に、竹炭粉末にグルテン粉末、小麦粉、そば粉、または、コーンフラワーを５０重量％混合した炭粘土から作成した炭化体の３点曲げ強度の平均値は、試験片の全長方向が竹の円周の接線方向と一致する方向から切り出した試験片の３点曲げ強度の平均値よりも高い値を示した。
【００２０】しかし、表４から判る様に、竹炭粉末に大豆粉、もち米粉、うるち米粉、片栗粉、またはコーンスターチを５０重量％混合した炭粘土から作成した炭化体、および、小麦粉のみに水を添加して粘土化したものから作成した炭化体の３点曲げ強度の平均値は、試験片の全長方向が竹の円周の接線方向と一致する方向から切り出した試験片の３点曲げ強度の平均値よりも低い値を示した。
【００２１】竹炭は弱い方向から割れるため、０．２８ｋｇ／ｍｍ２程度の弱い力で破損してしまうが、表３の結果は、グルテン粉末、小麦粉、そば粉、またはコーンフラワーを混合した炭粘土の炭化体は竹炭よりも破損しにくい事を示している。また、竹炭の破面は滑らかであるが、この炭粘土の炭化体の破面は非常に凸凹している。これは、本発明の易炭化高強度炭粘土の炭化体が炭粒子の間を結合剤の炭化物が充填しているコンポジット構造を示しているため、破壊時に発生した亀裂は炭粒子によりピン留めされたり、亀裂の方向が炭粒子の粒界に沿って曲げられたり分岐することにより、破面が凸凹したためである。これにより、破壊に必要なエネルギーが増大し、靭性が非常に高いものとなっている。竹炭粉末に小麦粉を６５重量％混合した粉末に水を加えて粘土化した炭粘土を窒素雰囲気中４００℃で炭化して得られた直径１ｃｍおよび直径２ｃｍの球状炭化体を、１５ｍ上からコンクリート上に落下させても破損は見られなかった。これに比べ、竹炭を直径１ｃｍの球状に加工したものは、１ｍ上から落下させると破損した。さらに、本発明の易炭化高強度炭粘土を炭化させた炭化体には、強度に異方性は見られなかった。
【００２２】３点曲げ強度試験を行った竹炭を粉末状にした竹炭粉末に、グルテン粉末、小麦粉、そば粉、コーンフラワー、大豆粉、および、もち米粉のそれぞれの粉末を別々に混合し、その割合が１０，１２．５，１５，１７．５，２５，３５，５０，６５，７５，７７．５，８０，８２．５、および８５重量％となるように各々混合した。これらの混合粉末に水を添加し粘土化したものを成形乾燥後、窒素雰囲気中４００℃で炭化して得られた炭化体からＪＩＳ　Ｒ　１６０１に従い試験片を各１０本切り出して３点曲げ強度試験を行い、その強度平均値を求めた。ただし、試験片は、上下面を０．３μの粗さの研摩フィルムで十分に研摩を行ったものを使用した。これらの結果を図３、４に示す。図３に示す様に、竹炭粉末にグルテン粉末、小麦粉、そば粉、またはコーンフラワーを１５〜８０％混合した炭化体は、竹炭横の３点曲げ強度の平均値０．２８ｋｇ／ｍｍ２よりも高い強度を示し、特に、小麦粉を６５％混合した炭化体は０．６３ｋｇ／ｍｍ２の高強度を示す事が判った。一方、竹炭粉末に大豆粉またはもち米粉を混合した炭化体は図４に示す様に、３５、５０、６５重量％の混合比率の炭化体は、竹炭横の３点曲げ強度の平均値よりも低い強度を示した。その他の混合比率の炭化体は強度が低くて試験片の加工が困難で３点曲げ強度試験を行えなかった。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本実施例および比較例に用いた竹炭粉末は、特に記載が無い限り、窒素雰囲気中５００℃にて炭化を行った竹炭をミルおよび乳鉢にて十分に粉砕した竹炭粉末を用いた。小麦粉は薄力粉を用い、グルテン粉末は小麦粉から抽出したグルテンを非加熱乾燥した粉末状グルテンを用いた。また、３点曲げ強度試験はＪＩＳ　Ｒ　１６０１に従って行い、試験片の上下面は、０．３μの研摩フィルムで十分に研摩を行った。
【００２４】実施例１
グルテン粉末、小麦粉、そば粉、および、コーンフラワーのそれぞれの粉末１０ｇに竹炭粉末１０ｇを混合し、各々２０ｇの混合粉末を作成した。これらの粉末にイオン交換水を１０ｇ添加し十分に混合して粘土化した。これらの粘土を室温にて十分に乾燥した後、窒素雰囲気中で、１℃／分の昇温速度で５００℃まで昇温し、炭化した。この時の重量変化を図２に示す。図２に示す様に、すべての試料の重量変化が３００℃以上でほぼ無くなり、３００℃までに炭化反応が完了した事が判る。
【００２５】実施例２
イオン交換水１０ｇに硝酸銀を９．２７×１０−４ｍｏｌ溶解した硝酸銀水溶液に竹炭粉末１０ｇを分散させ、１０％水酸化ナトリウム水溶液をゆっくりと撹拌させながら添加して中和沈澱させた。この沈澱物をイオン交換水で十分に吸引洗浄したのち乾燥して酸化銀担持竹炭粉末を得た。この酸化銀担持竹炭粉末１０ｇを小麦粉１０ｇと混合した粉末にイオン交換水を１０ｇ添加し、十分に混合して粘土化した。この粘土を室温にて十分に乾燥させた後、窒素雰囲気中１℃／分の昇温速度で５００℃まで昇温して炭化し、重量変化を測定した。室温から５００℃までの重量減少量に対する減少率が９５％となる温度Ｔ９５は２８０℃であった。
【００２６】実施例３
ヘキサクロロ白金酸６水和物９．２７×１０−４ｍｏｌと硝酸ナトリウム５．６５×１０−２ｍｏｌをイオン交換水１０ｇに溶解した水溶液中に竹炭粉末１０ｇを分散させた分散液を蒸発乾固させ、窒素雰囲気中３５０℃で１時間加熱後、イオン交換水で十分に吸引洗浄したのち乾燥して酸化白金担持竹炭粉末を得た。この酸化白金担持竹炭粉末１０ｇを小麦粉１０ｇと混合した粉末にイオン交換水を１０ｇ添加し、十分に混合して粘土化した。この粘土を室温にて十分に乾燥させた後、窒素雰囲気中１℃／分の昇温速度で５００℃まで昇温して炭化し、重量変化を測定した。室温から５００℃までの重量減少量に対する減少率が９５％となる温度Ｔ９５は２５０℃であった。
【００２７】実施例４
塩化パラジウム９．２７×１０−４ｍｏｌと硝酸ナトリウム４．３１×１０−２ｍｏｌをイオン交換水１０ｇに溶解した水溶液中に竹炭粉末１０ｇを分散させた分散液を蒸発乾固させ、窒素雰囲気中３５０℃で１時間加熱後、イオン交換水で十分に吸引洗浄したのち乾燥して酸化パラジウム担持竹炭粉末を得た。酸化パラジウム担持竹炭粉末１０ｇを小麦粉１０ｇと混合した粉末にイオン交換水を１０ｇ添加し、十分に混合して粘土化した。この粘土を室温にて十分に乾燥させた後、窒素雰囲気中１℃／分の昇温速度で５００℃まで昇温して炭化し、重量変化を測定した。室温から５００℃までの重量減少量に対する減少率が９５％となる温度Ｔ９５は２５０℃であった。
【００２８】実施例５
塩化ロジウム３水和物９．２７×１０−４ｍｏｌと硝酸ナトリウム２．９０×１０−２ｍｏｌをイオン交換水１０ｇに溶解した水溶液中に竹炭粉末１０ｇを分散させた分散液を蒸発乾固させ、窒素雰囲気中３５０℃で１時間加熱後、イオン交換水で十分に吸引洗浄したのち乾燥して酸化ロジウム担持竹炭粉末を得た。この酸化ロジウム担持竹炭粉末１０ｇを小麦粉１０宮と混合した粉末にイオン交換水を１０ｇ添加し、十分に混合して粘土化した。この粘土を室温にて十分に乾燥させた後、窒素雰囲気中１℃／分の昇温速度で５００℃まで昇温して炭化し、重量変化を測定した。室温から５００℃までの重量減少量に対する減少率が９５％となる温度Ｔ９５は２６０℃であった。
【００２９】実施例６
硝酸銅（ＩＩ）３水和物９．２７×１０−４ｍｏｌをイオン交換水１０ｇに溶解した水溶液中に竹炭粉末１０ｇを分散させた分散液に、０．２５％アンモニア水をゆっくりと滴下して中和させて得られた沈澱物をイオン交換水で十分に吸引洗浄したのち乾燥して酸化銅担持竹炭粉末を得た。この酸化銅担持竹炭粉末１０ｇを小麦粉１０ｇと混合した粉末にイオン交換水を１０ｇ添加し、十分に混合して粘土化した。この粘土を室温にて十分に乾燥させた後、窒素雰囲気中１℃／分の昇温速度で５００℃まで昇温して炭化し、重量変化を測定した。室温から５００℃までの重量減少量に対する減少率が９５％となる温度Ｔ９５は２７５℃であった。
【００３０】実施例７
硝酸コバルト（ＩＩ）６水和物９．２７×１０−４ｍｏｌをイオン交換水１０ｇに溶解した水溶液中に竹炭粉末１０ｇを分散させた分散液に、０．２５％アンモニア水をゆっくりと滴下して中和させて得られた沈澱物をイオン交換水で十分に吸引洗浄したのち乾燥して酸化コバルト担持竹炭粉末を得た。この酸化コバルト担持竹炭粉末１０ｇを小麦粉１０ｇと混合した粉末にイオン交換水を１０ｇ添加し、十分に混合して粘土化した。この粘土を室温にて十分に乾燥させた後、窒素雰囲気中１℃／分の昇温速度で５００℃まで昇温して炭化し、重量変化を測定した。室温から５００℃までの重量減少量に対する減少率が９５％となる温度Ｔ９５は２７０℃であった。
【００３１】実施例８
比較例５で３点曲げ強度試験を行った竹炭を粉末状にした竹炭粉末に、グルテン粉末、小麦粉、そば粉、および、コーンフラワーの４種類の粉末を別々に混合し、その割合が１０，１２．５，１５，１７．５，２５，３５，５０，６５，７５，７７．５，８０，８２．５，および８５重量％となるように各々混合した。これらの混合粉末に水を添加し粘土化したものを成形乾燥後、窒素雰囲気中４００℃で炭化して得られた炭化体から試験片を各１０本切り出して３点曲げ強度試験を行い、その強度平均値を求めた。これらの結果を図３に示す。図３に示す様に、竹炭粉末にグルテン粉末、小麦粉、そば粉、または、コーンフラワーを１５〜８０％混合した炭化体は、竹炭横の３点曲げ強度の平均値０．２８ｋｇ／ｍｍ２よりも高い強度を示し、特に、小麦粉を６５％混合した炭化体は０．６３ｋｇ／ｍｍ２の高強度を示した。
【００３２】比較例１
グルテン粉末、小麦粉、そば粉およびコーンフラワーのそれぞれの粉末２０ｇにイオン交換水を１０ｇ添加し十分に混合して粘土化した。これらの粘土を成形し、室温にて十分に乾燥した後、窒素雰囲気中で、１℃／分の昇温速度で５００℃まで昇温し、炭化した。この時の重量変化を測定した結果を図１に示す。図１に示す様に、約２００℃から炭化が始まり、約４５０℃で重量変化が無くなり、炭化反応が完了した。
【００３３】比較例２
硝酸ニッケル（ＩＩ）６水和物９．２７×１０−４ｍｏｌをイオン交換水１０ｇに溶解した水溶液に竹炭粉末１０ｇを分散させた分散液に、０．２５％アンモニア水をゆっくりと滴下して中和させて得られた沈澱物をイオン交換水で十分に吸引洗浄したのち乾燥して酸化ニッケル担持竹炭粉末を得た。この酸化ニッケル担持竹炭粉末１０ｇを小麦粉１０ｇと混合した粉末にイオン交換水を１０ｇ添加し、十分に混合して粘土化した。この粘土を室温にて十分に乾燥させた後、窒素雰囲気中１℃／分の昇温速度で５００℃まで昇温して炭化し、重量変化を測定した。室温から５００℃までの重量減少量に対する減少率が９５％となる温度Ｔ９５は２９５℃であった。
【００３４】比較例３
硝酸鉄（ＩＩＩ）９水和物９．２７×１０−４ｍｏｌをイオン交換水１０ｇに溶解した水溶液に竹炭粉末１０ｇを分散させた分散液に、０．２５％アンモニア水をゆっくりと滴下して中和させて得られた沈澱物をイオン交換水で十分に吸引洗浄したのち乾燥して酸化鉄担持竹炭粉末を得た。この酸化鉄担持竹炭粉末１０ｇを小麦粉１０ｇと混合した粉末にイオン交換水を１０ｇ添加し、十分に混合して粘土化した。この粘土を室温にて十分に乾燥させた後、窒素雰囲気中１℃／分の昇温速度で５００℃まで昇温して炭化し、重量変化を測定した。室温から５００℃までの重量減少量に対する減少率が９５％となる温度Ｔ９５は２９５℃であった。
【００３５】比較例４
塩化金（ＩＩＩ）酸４水和物９．２７×１０−４ｍｏｌをイオン交換水１０ｇに溶解した水溶液に竹炭粉末１０ｇを分散させた分散液に、２％炭酸ナトリウム水溶液をゆっくりと滴下して中和させて得られた沈澱物をイオン交換水で十分に吸引洗浄したのち乾燥して金担持竹炭粉末を得た。この金担持竹炭粉末１０ｇと混合した粉末にイオン交換水を１０ｇ添加し、十分に混合して粘土化した。この粘土を室温にて十分に乾燥させた後、窒素雰囲気中１℃／分の昇温速度で５００℃まで昇温して炭化し、重量変化を測定した。室温から５００℃までの重量減少量に対する減少率が９５％となる温度Ｔ９５は２９５℃であった。
【００３６】比較例５
竹の板を平坦なステンレス板上に置き、窒素雰囲気中４００℃で２時間炭化した。この竹炭板から、竹の表面をできるだけ含む様に試験片を切り出し、３点曲げ強度試験を行った。試験片の全長方向が竹の成長方向と一致する方向から切り出した１０本の竹炭試験片（竹炭縦）と、試験片の全長方向が、竹の円周の接線方向と一致する方向から切り出した１０本の竹炭試験片（竹炭横）の３点曲げ強度試験結果を表２に示す。３点曲げ強度測定時には、竹の表面部分が下になる様に試験片を置いて強度測定を行った。竹炭縦の試験片は、約０．８〜３ｋｇ／ｍｍ２（平均２．００ｋｇ／ｍｍ２）の高強度を示すが、竹炭横の試験片は約０．２〜０．４ｋｇ／ｍｍ２（平均０．２８ｋｇ／ｍｍ２）の低い強度を示した。
【００３７】比較例６
比較例５で３点曲げ強度試験を行った竹炭を粉末状にした竹炭粉末に、大豆粉、もち米粉、うるち米粉、片栗粉、および、コーンスターチの５種類の粉末を別々に混合し、その割合が５０重量％となるように混合した。これらの混合粉末にイオン交換水を添加して粘土化したものと、小麦粉のみにイオン交換水を添加して粘土化したものを作成した。これらの粘土を成形乾燥後、窒素雰囲気中４００℃で炭化させて得られた炭化体から試験片を各１０本切り出して３点曲げ強度試験を行い、その強度平均値を求めた結果を表４に示す。表４に示す様に、すべての試料の強度平均値は、竹炭横の３点曲げ強度の平均値０．２８ｋｇ／ｍｍ２よりも低い強度しか示さなかった。
【００３８】比較例７
比較例５で３点曲げ強度試験を行った竹炭を粉末状にした竹炭粉末に、大豆粉、および、もち米粉の２種類の粉末を別々に混合し、その割合が１０，１２．５，１５，１７．５，２５，３５，５０，６５，７５，７７．５，８０，８２．５，および８５重量％となるように各々混合した。これらの混合粉末に水を添加し粘土化したものを成形乾燥後、窒素雰囲気中４００℃で炭化して得られた炭化体から試験片を各１０本切り出して３点曲げ強度試験を行い、その強度平均値を求めた結果を図４に示す。図４に示す様に、竹炭粉末に大豆粉、もち米粉を３５、５０、６５重量％混合した炭化体は、竹炭横の３点曲げ強度の平均値０．２８ｋｇ／ｍｍ２よりも低い強度しか示さなかった。その他の混合比率の炭化体は強度が低くて試験片の加工が困難で３点曲げ強度試験を行えなかった。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の易炭化高強度炭粘土は、グルテン粉末、小麦粉、そば粉、および、コーンフラワーからなる群より選ばれる一種類以上の粉末と、竹炭若しくは活性炭等の粒子状または粉末状炭との混合物に水を加えて粘土化したもので、任意形状に成形可能で、３００℃以下の温度で容易に炭化ができ、高比表面積で高強度な炭化体が得られる。さらに、混合する炭粉末に、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ，Ｃｕ、Ｃｏおよびこれらの金属の酸化物からなる群より選ばれる１種類以上を担持することにより、２５０〜２８０℃の低温でこれらの粘土の炭化が可能となる。これにより、特殊な炭窯が無くても、成形乾燥した易炭化高強度炭粘土をステンレス等の耐熱容器に、二酸化炭素または窒素等を充填して密閉し、通常の家庭用ガスオーブン、グリル、電気オーブン、または、オーブントースター等にて加熱する事により、容易に高比表面積で高強度な炭化体を得られる。
【００４０】また、竹炭粉末にグルテン粉末、小麦粉、そば粉およびコーンフラワーからなる群より選ばれる一種類以上の粉末を１５〜８０％混合した易炭化高強度炭粘土より得られた炭化体は、竹炭が竹の成長方向に沿って割れる平均強度である０．２８ｋｇ／ｍｍ２よりも高い強度を示し、コンポジット構造により高い靭性を示すため、通常の竹炭よりも破損しにくい。本発明の易炭化高強度炭粘土は、すべて自然素材で作成できるため、人体および環境に対して安全性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例１の結果を示すグラフである。
【図２】実施例１の結果を示すグラフである。
【図３】実施例８の結果を示すグラフである。
【図４】比較例７の結果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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