(57)【要約】【課題】  木質系原料やプラスチック等の原料を用いて、安価で取扱いが容易な吸油性能に優れた油吸着材を製造する。【解決手段】  木質系原料やプラスチックからなる原料を揺動型炭化炉にて加熱処理および冷却して油吸着材を得る。揺動型炭化炉への装入に先立って、原料を５〜３０ｍｍに破砕する。揺動型炭化炉での原料の加熱処理温度は、４５０℃〜８５０℃とし、５〜３０分間加熱処理した後に室温まで冷却する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質系材料または木質系材料およびプラスチックからなる原料を準備する工程と、揺動型炭化炉を使用して前記原料を加熱処理した後に冷却する工程と、を具備したことを特徴とする油吸着材の製造方法。
【請求項２】
前記揺動型炭化炉において、前記原料を４５０℃〜８５０℃の温度で、５〜３０分間加熱処理し、その後、冷却することを特徴とする請求項１に記載の油吸着材の製造方法。
【請求項３】
前記木質系材料が、廃木材および／または廃竹材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の油吸着材の製造方法。
【請求項４】
前記原料を、前記揺動型炭化炉に装入する前に５〜３０ｍｍに粗破砕す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項に記載の油吸着材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は木質系材料やプラスチック等の原料から油吸着材を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
木造建築物の解体等に伴って発生する大量の廃木材やプラスチック等は、埋め立てや不法投棄等によって環境汚染の一因となっており、有効利用が強く望まれている。
【０００３】
一方、河川、湖沼および海洋への油流出による環境問題から、流出前あるいは流出初期での油の回収・除去対策が強く望まれている。このような油による環境汚染を規制する法律として水質汚濁防止法、海洋汚染防止法などが施行され、さまざまな防止対策が実施されている。このような社会的関心の高まりの中で、環境汚染の原因である油を効率よく吸着・除去するための油吸着材に関する技術が種々提案されている。
【０００４】
たとえば、特許文献１には、ポリオレフィン等の合成樹脂を原料とした繊維状、不織布状、ビース状等の各種形状の油吸着材が開示されている。この吸着材は、水面に浮遊する油や床面漏油等の処理には効果的であるが、懸濁状の油を除去するためには不十分であり、合成樹脂を原料とするため製造コストもかかる、という技術的課題がある。
【０００５】
また、木質系材料を原料とした油吸着材としては、細胞の基本形態を残したまま物理的に粉砕して２５０℃〜４５０℃の温度で加熱して得られる油吸着材が、特許文献２に開示されている。この吸着材の好ましい嵩密度は０．０１ｇ／ｃｃ〜０．０３ｇ／ｃｃであり、嵩密度が小さいと油吸着量は大きくなるが微細な粒子状あるいは繊維状となるため取扱いが難しい。また、この技術は、不燃状態で加熱するため長い加熱時間が必要であり、処理効率が悪い。
【０００６】
さらに、特許文献３には、パルプ用チップ材から出るダストを蒸し焼きにして細かい炭にし、水と油の界面現象を利用して油を吸着する素材とし、さらに前記素材をオイル吸着マットで包装することで、二重の効果をあげることを目的とする油吸着材が開示されている。しかしながら、この技術は油の吸着量など効果に関しては全く開示されていない。
【特許文献１】特公昭４７−７２４２５号公報
【特許文献２】特開平７−１５５５９０号公報
【特許文献３】特開平１１−９０２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、取扱いが容易で、吸油性能に優れた油吸着材を安価かつ効率良く製造することができる油吸着材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、廃木材やプラスチック等の廃棄物を油吸着材として再生することにより、廃木材やプラスチック等に起因する環境汚染の防止、および得られた油吸着材の利用による油等の環境汚染の除去の双方に寄与することが可能な技術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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、木質系材料または木質系材料およびプラスチックからなる原料を準備する工程と、揺動型炭化炉を使用して前記原料を加熱処理した後に冷却する工程と、を具備したことを特徴とする油吸着材の製造方法を提供する。
【００１０】
木質系材料やプラスチック等からなる原料の加熱処理に揺動型炭化炉を用いることで、加熱処理で発生する乾留ガスを系内エネルギーとして効率よく利用することができ、原料への伝熱効率にも優れ短時間で効率良く処理することが可能となる。さらに外部投入燃料が不要なため、安価な油吸着材の製造に適している。
【００１１】
この場合、揺動型炭化炉における木質系材料やプラスチック等の原料の加熱処理の条件は一例として、加熱処理温度は４５０℃〜８５０℃で、加熱処理時間は５〜３０分とすることができる。
【００１２】
木質系材料は加熱によって材料内に存在するヒドロキシル基が分解されて、親水性が低減する。一方、加熱によって木質系材料内に存在するリグニン等が分解されて親油性の分解生成物が生成される。このような化学反応によって、材料に吸油性が付与される。また、プラスチックは加熱されることによって炭素系化合物の可燃性ガスとなる。本発明において、上述のように、揺動型炭化炉における加熱処理温度を４５０℃〜８５０℃としているのは、４５０℃未満では未燃状態であり、吸油性が発現するには処理時間が長くなるからである。実際、特許文献２では細かく粉砕した木材を原料に３００℃〜３５０℃の温度で炭化処理すると油吸着量は最大になるが処理時間として実用的には４０〜６０分が必要になることが開示されている。また、加熱処理温度が８５０℃を超えると、加熱によって生成した親油性の分解生成物が少なくなり、親水性が増大する。このように加熱処理後の製品の吸油性能から加熱処理温度は４５０℃〜８５０℃とするのが好ましく、特に５００℃〜８００℃とするのが好ましい。
【００１３】
さらに本発明では、一例として、揺動型炭化炉における加熱処理時間を５〜３０分としている。加熱処理時間を５〜３０分としているのは、加熱処理温度が４５０℃〜８５０℃であれば、短時間で吸油性に優れた油吸着材を製造することが可能であるためである。加熱処理時間が５分未満では、油の吸着サイトとなる細孔が十分発達せず、吸油性能が低下する。また、３０分を超える加熱処理時間では、油の吸着サイトとなる細孔は十分発達するが親水性が増大し、吸油性能が低下する。このようなことから、加熱処理時間は５〜３０分とするのが好ましく、特に１０〜２０分とするのが好ましい。
【００１４】
また、本発明では、木質系材料として、廃木材、廃竹材を用いることができる。廃木材、廃竹材を原料とすることで加熱処理により、油の吸着サイトとなる細孔を容易に発現させることができ、また、合成樹脂を原料とする油吸着材に比べはるかに安価にて油吸着材を提供することが可能となる。
【００１５】
また、本発明では、必要に応じて、木質系材料やプラスチック等の原料を加熱処理前に５〜３０ｍｍに粗破砕して用いることができる。揺動型炭化炉における加熱処理温度が４５０℃〜８５０℃の高温であっても、ある程度の粒度に粗破砕することで伝熱効率が向上し、短い加熱処理時間で製造することができる。５ｍｍ未満では加熱処理後の製品が微細となり、製造工程での粉塵が問題となる。さらに製品としての取扱いも困難である。一方、３０ｍｍを超えると、加熱処理での伝熱効率が低下し、細孔の量が少なくなり、十分な細孔を発現させるために処理時間が長くなる。このようなことから、加熱処理前の木質系材料の粗破砕は５〜３０ｍｍにすることが好ましく、特に１０〜２０ｍｍとすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、木質系材料やプラスチック等の原料を用いて、安価で取扱いが容易な吸油性能に優れた油吸着材を製造することが可能であり、工業上有益な効果がもたらされる。
本発明によれば、廃木材やプラスチック等の廃棄物を油吸着材として再生することにより、廃木材やプラスチック等に起因する環境汚染の防止、および得られた油吸着材の利用による油等の環境汚染の除去の双方に寄与することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
図１は、本発明の一実施の形態である油吸着材の製造方法を実施する製造工程の構成の一例を示す概念図であり、図２は、図１の製造工程にて用いられる揺動型炭化炉の構成の一例を示す一部破断図、図３は、図２の揺動型炭化炉の断面図である。
【００１８】
本実施の形態の油吸着材の製造工程は、一例として、前処理工程と、その後の炭化工程に大別できる。
前処理工程は、原料ピット１、解砕機２、粗破砕機３、磁選機４、ベルトコンベアー５、風選機６、貯留槽７を備えている。
【００１９】
原料ピット１には、廃棄物回収経路等の所定の収集工程を経て集積された廃木材や廃竹材、あるいはプラスチック等からなる原料８が貯留される。解砕機２では、原料ピット１から到来する比較的大寸法（たとえば数メートル）の原料８を破断して取り扱い易いサイズにする解砕処理が行われる。粗破砕機３では、前段の解砕機２で破断された原料８を所定のサイズ範囲（たとえば５〜３０ｍｍ、望ましくは１０〜２０ｍｍ）に粗破砕する処理が行われる。磁選機４では、粗破砕機３で粗破砕された原料８に含まれる釘等の磁性物を分離して磁性物コンテナ４ａに回収する処理が行われる。風選機６では、ベルトコンベアー５を介して磁選機４から到来する破砕済の原料８に含まれる石やコンクリート等の非磁性物等の不適物を比重の違いを利用することで除去して不適物コンテナ６ａに回収する処理が行われる。貯留槽７には、前述の各処理を経た原料８が粗破砕物８ａとして貯留される。
【００２０】
一方、炭化工程は、揺動型炭化炉１３と、前処理工程の貯留槽７から到来する粗破砕物８ａを受け入れて揺動型炭化炉１３に供給するための原料受入ホッパー９および原料供給ホッパー１０と、揺動型炭化炉１３にて粗破砕物８ａを炭化して得られた製品（油吸着材８ｂ）を回収して室温程度に冷却する消化スクリューフィーダー１６および棚段式冷却機１７と、冷却後の製品（油吸着材８ｂ）を回収して貯留するためのフライトコンベアー１８および製品貯留槽１９を備えている。
【００２１】
揺動型炭化炉１３は、軸を略水平にし炭化される処理物の移動方向に内径が漸増する円錐台形の炭化炉本体１３ａと、この炭化炉本体１３ａを、揺動角θの範囲（片側θ／２）で揺動させる図示しない揺動機構と、原料供給ホッパー１０から炭化炉本体１３ａの入り口側に粗破砕物８ａを送り込む原料搬送スクリューフィーダー１１と、消化スクリューフィーダー１６に炭化物を排出する排出口１３ｂを備えている。
【００２２】
炭化炉本体１３ａの底部には、エアーチャンバー１２ａ、制御弁１２ｃ、流量計１２ｂを介して、粗破砕物８ａの燃焼制御用の空気を吹き込む送風機１２が接続されている。すなわち、炭化炉本体１３ａの底部におけるエアーチャンバー１２ａの装着部位には、図示しない複数の空気吹き込み孔が形成され、この空気吹き込み孔を通じて炭化炉本体１３ａの内部に燃焼制御用の空気が供給される。
【００２３】
また、炭化炉本体１３ａの底部には、炭化処理される粗破砕物８ａの移動方向に複数の熱電対１３ｃが配置されており、炭化処理中の温度を測定して、送風機１２による空気吹き込み量の制御等にフィードバックすることで、炭化炉本体１３ａ内における炭化処理の温度制御が行われるようになっている。
【００２４】
炭化炉本体１３ａの出口側には、二次燃焼炉２０ａおよび煙突部２０ｂ等からなる排ガス処理設備２０が設けられており、二次燃焼炉２０ａには、当該二次燃焼炉２０ａを予熱するための補助バーナー１４および燃料タンク１５と、炭化炉本体１３ａおよび二次燃焼炉２０ａにおける燃焼状態等を制御するための送風機２０ｃが設けられている。
【００２５】
以下、本実施の形態の作用について説明する。
まず、原料ピット１に原料８を準備する。本実施の形態において用いられる原料８は、たとえば、建築物の解体等で発生した廃木材、廃竹材、あるいは間伐材、その他あらゆる木質系廃材、あるいは廃プラスチック等を利用できる。
【００２６】
本実施の形態では、後述の揺動型炭化炉１３における加熱処理に先立って、解砕機２および粗破砕機３にて原料８を５〜３０ｍｍに粗破砕して粗破砕物８ａとし、さらに、この粗破砕物８ａから、磁選機４および風選機６にて磁性異物、非磁性異物等を分離した後、貯留槽７に蓄積して、後段の揺動型炭化炉１３に供給する。
【００２７】
後段の揺動型炭化炉１３における加熱処理温度が４５０℃〜８５０℃の高温であっても、ある程度の粒度に粗破砕して粗破砕物８ａとしておくことで伝熱効率が向上し、短い加熱処理時間で炭化させて油吸着材８ｂを製造することが可能となる。粗破砕機３としては一般的な工業用破砕機を用いることができる。破砕サイズが５ｍｍ未満では加熱処理後の製品（油吸着材８ｂ）が微細となり、製造工程での粉塵が問題となる。さらに製品としての取扱いも困難である。一方、破砕サイズが３０ｍｍを超えると、加熱処理での伝熱効率が低下し、細孔の量が少なくなり、十分な細孔を発現させるために処理時間が長くなる。このようなことから、揺動型炭化炉１３での加熱処理前の原料８の粗破砕は５〜３０ｍｍにすることが好ましく、特に１０〜２０ｍｍとすることが好ましい。
【００２８】
このように、粗破砕された粗破砕物８ａは、貯留槽７から揺動型炭化炉１３の原料受入ホッパー９を介して原料供給ホッパー１０に移送され、原料搬送スクリューフィーダー１１を介して、炭化炉本体１３ａ内に装入される。
【００２９】
この炭化炉本体１３ａでは、送風機１２から、エアーチャンバー１２ａを介して適量の空気を吹き込むことで、粗破砕物８ａの炭化のための加熱処理は酸素が存在する雰囲気で行われる。
【００３０】
加熱処理を行う炉として、本実施の形態では揺動型炭化炉１３を用いている。揺動型炭化炉１３で行うことにより、安定に短時間で、廃木材、廃竹材等の粗破砕物８ａの炭化処理によって油吸着材８ｂを製造することができる。
【００３１】
また、揺動型炭化炉１３は、通常の回転するロータリーキルンと異なり、左右に揺動するだけであるため、炭化炉本体１３ａへの送風機１２、熱電対１３ｃ等の周辺機器の設置が可能であり、炭化炉機長方向の原料温度を直接測温することが可能である。これにより、炭化炉本体１３ａ内の温度分布の制御等を正確に行うことが可能になる。
【００３２】
揺動型炭化炉１３における粗破砕物８ａの加熱処理温度は、本実施の形態の場合、４５０℃以上で８５０℃以下、好ましくは５００℃以上で８００℃以下に制御される。４５０℃未満では未燃状態であり、吸油性が発現するには処理時間が長くなる。たとえば、特開平７−１５５５９０号公報では細かく粉砕した木材を原料に３００℃〜３５０℃の温度で処理した場合、処理時間として実用的には４０〜６０分を要すると開示されている。また、加熱処理温度が８５０℃を超えると、加熱によって生成した親油性の分解生成物が少なくなり、親水性が増大する。このように加熱処理後の製品の吸油性能から加熱処理温度は４５０℃〜８５０℃とするのが好ましく、特に５００℃〜８００℃とするのが好ましい。
【００３３】
さらに、本実施の形態の場合、揺動型炭化炉１３における加熱処理時間は５分以上で３０分以下、好ましくは１０分以上で２０分以下である。加熱処理時間が５分未満では、油の吸着サイトとなる細孔が十分発達せず、吸油性能が低下する。また、３０分を超える加熱処理時間では、油の吸着サイトとなる細孔は十分発達するが親水性が増大し、吸油性能が低下する。このようなことから、加熱処理時間は５〜３０分とするのが好ましく、特に１０〜２０分とするのが好ましい。
【００３４】
こうして、揺動型炭化炉１３において加熱処理されることで炭化された製品（油吸着材８ｂ）は、炭化炉本体１３ａの排出口１３ｂから、間接水冷方式の消化スクリューフィーダー１６を介して、間接水冷方式の棚段式冷却機１７に排出され、５０℃以下に冷却される。消化スクリューフィーダー１６および棚段式冷却機１７には必要に応じて窒素を流通させ冷却させてもよい。
【００３５】
こうして製造された油吸着材８ｂは、そのままでも使用できるが、不織布製の袋に充填したり、マット、シート、ネット等、適宜、使用目的に合わせた形態で使用することができる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態によれば、揺動型炭化炉１３を用いることで、原料８から安価で取扱いが容易な吸油性能に優れた油吸着材８ｂを製造することが可能となる。
【００３７】
また、そのままでは環境汚染の原因となる木質系廃材や廃プラスチック等を、油吸着材に再生して油による環境汚染の除去に用いることが可能になり、廃棄物の有効利用と、環境汚染の防止の双方に寄与することができる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の実施例を比較例と対照して説明する。
図１に例示された製造工程を用いて、原料ピット１から木質系原料からなる原料８を解砕機２に入れて取り扱いやすいサイズに破断したのち、粗破砕機３にて、たとえば５〜３０ｍｍ、望ましくは１０〜２０ｍｍのサイズに破砕して粗破砕物８ａとし、さらに、この粗破砕物８ａから釘などの金属を磁選機４で除去し、さらに風選機６で石やコンクリート片等の非磁性物を取り除いて貯留槽７に貯蔵した。
【００３９】
貯蔵された粗破砕物８ａを、揺動型炭化炉１３の原料受入ホッパー９に搬送し、原料搬送スクリューフィーダー１１により、二次燃焼炉２０ａ等の排ガス処理設備を備えた揺動型炭化炉１３に供給した。
【００４０】
そして、揺動型炭化炉１３において、加熱処理温度が４５０℃〜８５０℃、好ましくは５００℃〜８００℃、加熱処理時間が５〜３０分、好ましくは、１０〜２０分の条件で、原料８の粗破砕物８ａを加熱処理することで炭化して得られた油吸着材８ｂを、消化スクリューフィーダー１６で間接水冷し、さらに棚段式冷却機１７で間接水冷した。冷却された製品としての油吸着材８ｂをフライトコンベアー１８で製品貯留槽１９に搬送した。このようにして、原料８から、目的とする油吸着材８ｂを得た。
【００４１】
製造した油吸着材８ｂは不織布製の袋に充填し、油吸着量を測定した。油吸着量は排出油防除資材の油吸着材性能試験基準による評価で実施した。油としてＢ重油を用い１０ｃｍ×１０ｃｍの試験材を２０℃のＢ重油の油面に浮かべ５分間静置した後、これを直径１ｍｍの針金をふるいの目の長さが１７ｍｍのメッシュ状に編んだ金網の上に５分間放置し、その後、その重量を測定し試験材１ｇ当たりの吸着量を測定した。
【００４２】
図１に例示した製造フローで製造した油吸着材の製造条件および油吸着量を測定した結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
表１において、試験Ｎｏ．１〜４は、廃木材を原料に加熱処理温度７００℃で処理時間を５分，３０分、粗破砕した原料粒度が５ｍｍ，３０ｍｍで揺動型炭化炉を使用して製造した場合の結果を示している。
【００４５】
試験Ｎｏ．５及び６は、廃木材を原料に加熱処理温度５００℃、処理時間１５分で粗破砕した原料粒度５ｍｍ，３０ｍｍで揺動型炭化炉を使用して製造した場合の結果を示している。
【００４６】
試験Ｎｏ．７は、廃木材を原料に加熱処理温度８５０℃で処理時間を１０分、粗破砕した原料粒度が１０ｍｍで揺動型炭化炉を使用して製造した場合の結果を示している。
試験Ｎｏ．８及び９は、原料に廃竹材を使用し、その他は試験Ｎｏ．１と２と同一の条件で製造した場合の結果を示している。
【００４７】
試験Ｎｏ．１０〜１３は、熱処理温度は試験Ｎｏ．１と同一であるが、処理時間及び原料粒度が適切でない条件で製造した場合の結果を示している。
試験Ｎｏ．１４は外熱型炭化炉を用いた他は、試験Ｎｏ．７と同一の条件で製造した場合の結果を示している。
【００４８】
この表１の吸着試験結果から明らかなように、加熱処理温度、処理時間、原料粒度が、本実施の形態で例示される最適範囲に調整された試験Ｎｏ．１〜９の場合はＢ重油吸油量がいずれも６ｇ／ｇ以上であり、吸水量も０．５ｇ／ｇ以下と油吸着材として優れた性能を示した。
【００４９】
しかしながら、加熱処理温度、処理時間、原料粒度が本実施の形態で例示した最適範囲を外れた製造条件で製造された試験Ｎｏ．１０〜１４，Ｎｏ．１６の場合では、Ｂ重油吸油量がいずれも５ｇ／ｇ以下であり、吸水量も１ｇ／ｇ近い値を示すものもあり、油吸着材として不十分な性能を示した。
【００５０】
試験Ｎｏ．１５は油吸着材としては十分な性能が得られたが、加熱温度が４００℃と低いため処理時間に５０分を必要とした。さらに試験Ｎｏ．１７は試験Ｎｏ．７と同じ製造条件で、外熱型キルンを使用して製造したが伝熱効率が劣るため、十分な吸油性能が得られてない。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、廃木材や廃竹材に限らず、一般の木質系原料やプラスチック原料に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施の形態である油吸着材の製造方法を実施する製造工程の構成の一例を示す概念図。
【図２】本発明の一実施の形態である油吸着材の製造方法を実施する製造工程にて用いられる揺動型炭化炉の構成の一例を示す一部破断図。
【図３】図２の揺動型炭化炉の断面図。
【符号の説明】
【００５３】
１…原料ピット
２…解砕機
３…粗破砕機
４…磁選機
４ａ…磁性物コンテナ
５…ベルトコンベアー
６…風選機
６ａ…不適物コンテナ
７…貯留槽
８…原料
８ａ…粗破砕物
８ｂ…油吸着材
９…原料受入ホッパー
１０…原料供給ホッパー
１１…原料搬送スクリューフィーダー
１２…送風機
１２ａ…エアーチャンバー
１２ｂ…流量計
１２ｃ…制御弁
１３…揺動型炭化炉
１３ａ…炭化炉本体
１３ｂ…排出口
１３ｃ…熱電対
１４…補助バーナー
１５…燃料タンク
１６…消化スクリューフィーダー
１７…棚段式冷却機
１８…フライトコンベアー
１９…製品貯留槽
２０…排ガス処理設備
２０ａ…二次燃焼炉
２０ｂ…煙突部
２０ｃ…送風機
θ…揺動角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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