(57)【要約】【課題】酸性、アルカリ性及び中性いずれの臭気成分に対しても脱臭効果が高く、しかも十分な強度を備えた脱臭剤を提供する。【解決手段】無機原料と、炭化焼成用の有機材料とを混合する際に、全体の乾燥重量に対して有機材料の乾燥重量が３０重量％未満となるように配合し、この混合物を混練して、該混練物を素焼状に炭化焼成してなる脱臭剤である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機原料と、炭化焼成用の有機材料とを混合する際に、全体の乾燥重量に対して有機材料の乾燥重量が３０重量％未満となるように配合し、この混合物を混練して、該混練物を素焼状に炭化焼成することを特徴とする脱臭剤の製造方法。
【請求項２】
前記有機材料が、ペーパースラッジであることを特徴とする請求項１記載の脱臭剤の製造方法。
【請求項３】
無機原料と有機材料との混合物を成形して素焼状に炭化焼成してなる脱臭剤であって、前記混合物中の有機材料の配合割合が、乾燥重量％で３０重量％未満であることを特徴とする脱臭剤。
【請求項４】
無機原料と有機材料との混合物を素焼状に炭化焼成してなる多孔質構造体であって、該構造体中の炭素含有率が２．１重量％未満であることを特徴とする脱臭剤。
【請求項５】
前記有機材料がペーパースラッジである請求項３又は４記載の脱臭剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸性、アルカリ性及び中性いずれの臭気成分に対しても、脱臭効果の高い脱臭剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気中の臭気成分を除去する脱臭剤として、活性炭のように多孔質構造を有する吸着材を用いて臭気成分を吸着除去するものが知られている。上記活性炭は、優れた吸着性能を有するため、脱臭剤として広く使用されているが、強度が低く、任意形状に成形することが困難であり、現状では粒状物として容器に収容して使用されており、デザイン面で制約があった。
【０００３】
上記問題を解決するものとして、特許文献１には、製紙スラッジ３０〜６０重量％、アルミナ類５〜３０重量％、及び粘土類１０〜６０重量％を主成分とし、これを焼成してなる吸着材が記載されている。この吸着材は、粘土類を使用することで任意形状に成形可能としたものである。
【特許文献１】特開昭６３−２５６１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記吸着材においては、脱臭能力を高めるために３０〜６０重量％と多量の製紙スラッジを配合しているため、吸着材の強度が低下するといった問題が生じていた。また、吸着材は、その表面の性質により酸性の臭気成分あるいはアルカリ性の臭気成分のいずれか一方に有効であるが、他方に対してはあまり効果がないのが一般的であり、活性炭の場合には、アンモニアなどの臭気成分の吸着能力が比較的弱いといった問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、酸性、アルカリ性及び中性いずれの臭気成分に対しても脱臭効果が高く、任意形状に成形可能で、しかも成形後に十分な強度を備えた脱臭剤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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明者が種々検討した結果、従来、吸着材を任意形状に成形する目的で用いられていた粘土等の無機原料と、炭化焼成用の有機材料とを混合して素焼状に炭化焼成すれば、配合する有機材料の量が少なくても、活性炭と同レベルで硫化水素やメチルメルカプタン等の酸性臭気成分を脱臭することができ、しかもアンモニアなどをも効果的に脱臭可能であることを見いだして本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明では、無機原料と、炭化焼成用の有機材料とを混合する際に、全体の乾燥重量に対して有機材料の乾燥重量が３０重量％未満になるように配合し、この混合物を混練して成形した後に、該混練物を素焼状に炭化焼成することを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、酸性、アルカリ性及び中性いずれの臭気成分に対しても脱臭効果を発揮する脱臭剤を得ることができるとともに、無機原料に対する有機原料の配合量が多くないため、両者を混合した混合物は、任意の形状に容易に成形可能であるとともに、素焼状に焼成した状態でも十分な強度を有する焼成体を得ることができる。
【０００９】
ここで、乾燥重量とは、無機原料及び有機材料を夫々１０５℃で２４時間処理して乾燥させた状態での重量をいう。また、素焼状に焼成するとは、無機原料の焼結温度よりも低温で焼成することにより、通気性を有する無機多孔質構造体を形成するように焼成することを意味する。さらに、炭化焼成とは、密閉空間あるいは窒素雰囲気下のように空気を遮断した状態で、無機原料とともに有機材料を焼成することにより、有機原料を炭化させるとともに、有機原料が炭化する際に発生する煤を焼成体に定着させることをいうものである。
【００１０】
本発明においては、有機材料を無機原料と混合しているため、炭化焼成後の焼成体の状態は、有機材料が炭化して生じた炭化物が無機多孔質構造体中に分散した状態で保持されるとともに、多孔質構造体表面に煤が付着保持された状態のものが得られる。従って、脱臭剤としては、焼成体の表面及び断面が黒く着色されたものが得られることになる。
【００１１】
ここで特筆すべきは、本発明で得られた脱臭剤は、炭化物の原料となる有機材料の配合量が３０重量％未満と少量であっても、酸性臭気成分を脱臭する能力が高い点である。通常、素焼状の無機構造体は、硫化水素やメチルメルカプタン等の酸性臭気成分を脱臭する能力はほとんどないため、酸性臭気成分を脱臭する能力は専ら活性炭の脱臭能力に依存することになる。したがって、従来、酸性臭気成分を脱臭するためには、活性炭（炭化物）の量を増加させる必要があると考えられていたため、結果的に焼成体の強度が低下するという問題があった。
【００１２】
ところが、本発明に係る脱臭剤では、有機材料の配合量が少なくても、十分酸性臭気成分を脱臭することが可能となるため、最終的に焼成体中に残存する炭化物量を抑えることで脱臭剤の強度を高めることが可能となる。
【００１３】
後述の実施形態においては、混合物全体の乾燥重量に対してペーパースラッジ（以下、ＰＳという）の配合量（乾燥重量）を７４〜６重量％まで変化させて６種の焼成体試料を作製し、夫々の脱臭性能について評価を行なったが、いずれの試料も酸性、アルカリ性の両臭気成分をバランスよく同等レベルで脱臭することが確認されている。
【００１４】
このように、ＰＳが３０重量％未満の脱臭剤が、ＰＳを３０重量％以上含有する脱臭剤と同等の脱臭性能を有することは、従来は全く知られておらず、本発明によりはじめて明かになったものであり、これにより、十分な強度を有する脱臭剤を得ることができる。
【００１５】
具体的には、有機材料を含まない無機原料１００％のものを上記試料と同条件で焼成して得られた焼成体（以下、素焼品という）の強度を１００とした場合、混合物中のＰＳ含有量が３０重量％未満の場合は素焼品の６０％を超える強度を有しており、ＰＳ含有量が２３重量％の場合は素焼品の６９％の強度を、ＰＳ含有量が１２重量％の場合は素焼品の７４％の強度を、ＰＳ含有量が６重量％の場合は素焼品の８１％の強度をそれぞれ備えている。
【００１６】
焼成体の強度としては、素焼品の５０％の強度があれば実用上問題なく使用することができることが確認されており、本発明に係る脱臭剤の混合物中のＰＳ含有量としては、３０重量％未満であればよく、さらにＰＳ含有量が２３重量％、１２重量％、６重量％と低くなるほど焼成体の強度が増加するため好ましい。
【００１７】
炭化物量の含有量が少量でも酸性臭気成分を脱臭することができる理由については明かになっていないものの、有機材料の量を変化させても脱臭剤としての脱臭性能が同等であること、ただし炭化焼成しない素焼品では硫化水素やメチルメルカプタン等の酸性臭気成分の脱臭能がないこと等を考え合わせると、無機多孔質構造体と、炭化焼成により無機多孔質構造体の表面に付着した煤とが相乗的に作用しているものと推測される。
【００１８】
今回の実施形態においては、ＰＳ含有量が６重量％以上の範囲でしか評価はしていないものの、評価結果を見れば、有機材料の量が６重量％未満でも十分な脱臭性能を発揮するものと推定される。なお、十分な脱臭性能を発揮するために最低限必要とされる有機材料量としては、多孔質構造体の全表面を被覆するだけの煤を発生し得る量の有機材料を用いればよいものと推定される。
【００１９】
本発明において無機原料とは、焼成用の原料であり、一般的には陶磁器等の原料である粘土を使用することができる。この無機原料を素焼状に焼成するための焼成温度は、無機原料の焼結温度によって変化するが、一般的な陶磁器用の粘土の場合は７７０℃〜９３０℃程度である。７７０℃よりも低温になると、焼成体の強度が低下するおそれが生じ、９３０℃よりも高温になると、多孔質構造が緻密化して焼成体の表面積が減少するおそれが生じる。
【００２０】
有機材料としては、炭化焼成により煤を発生しながら炭化するものであればよく、例えば、籾殻、紙、木材片、稲わら、ペーパースラッジなどを使用することができる。ただ、炭化焼成後の焼成体強度のばらつきを少なくするには、焼成体の構造を均質にする必要があり、そのためには有機材料をできるだけ細かく粉砕して使用するのが望ましい。この観点からいえば、ペーパースラッジは、製紙工場より大量に排出されるものであり、入手が容易であるとともに、紙の短繊維と、填料由来の無機物（カオリン、タルク、炭酸カルシウム等）との混合物からなり、無機原料との混練が容易で、均一な構造の焼成体が得られる点で好ましい。
【００２１】
上述のようにして得られた脱臭剤は、酸性、アルカリ性及び中性いずれの臭気成分に対しても脱臭効果が高く、任意形状に成形可能で、焼成後も十分な強度を備えているため、非常に付加価値が高い。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る脱臭剤は、無機原料と、有機材料とを所定の重量比で混合しているため、任意形状に成形可能であるとともに、これを素焼状に炭化焼成してなるため、脱臭剤中の炭素量が少量であるにもかかわらず、酸性臭気成分を効率よく脱臭することができ、また、焼成体の強度の低下を抑制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】
【００２３】
［脱臭剤の作製］
次に、本発明に係る脱臭剤の製造方法について説明する。なお、本実施形態においては、特にことわりのない限り、「％」の表示は、「重量％」を示すものである。
【００２４】
無機原料として、陶磁器用原料である粘土（含水率：２０％、ＳｉＯ2：５４．３％、Ａｌ2Ｏ3：１６．４％、Ｆｅ2Ｏ3：０．４％、ＴｉＯ2：０．２％、ＣａＯ：０．２％、ＭｇＯ：０．２％、Ｋ2Ｏ：２．４％、Ｎａ2Ｏ：１．２％、その他：４．７％）を使用し、有機材料として天日干ししたＰＳ（含水率：３．５％、強熱減量：５９．８％、残渣物量：３６．７％）を使用した。上記粘土及びＰＳの含水率は、予め一部をサンプリングし、初期重量を測定した後、１０５℃で２４時間乾燥した後の乾燥重量を測定し、下記式（１）により算出した。
【００２５】
含水率（重量％）＝（初期重量−乾燥後重量）×１００／初期重量・・・（１）
次に、表１に示すように、粘土と、ＰＳとの実使用重量比を変化させた７種類の混合物を調製し、それぞれ均一に混練した。表１に粘土とＰＳの乾燥重量比及び混合物全体の乾燥重量に対するＰＳの乾燥重量の含有量を併記する。粘土及びＰＳの乾燥重量は、上記式（１）で算出した含水率を基に以下のようにして算出した。
【００２６】
粘土乾燥重量＝粘土実使用重量×（１−０．２０）
ＰＳ乾燥重量＝ＰＳ実使用重量×（１−０．０３５）
次いで、上記混合物を成形し、得られた成形体を密閉容器（さや）に収容し、窯で炭化焼成（８００℃×７．５〜８．５時間）した。このようにして得られた焼成体の形状は、底面積９．４ｃｍ2，高さ６．０ｃｍ，開口周長さ２１．６ｃｍ、肉厚４．７ｍｍの茶碗形状であった。
【００２７】
また、焼成体は、無機多孔質構造を有し、炭化物が無機多孔質構造体内に分散保持されるとともに、煤が多孔質表面に付着して全体として黒色を呈した状態であった。試料ごとに得られた焼成体の重量を表１に併記する。
【００２８】
【表１】
2005103110.tif 000002
［脱臭剤の性能評価］
以上のようにして作製した７種類の脱臭剤を用いて、脱臭性能の評価を実施した。評価方法としては、先ず、各試料を４個一組にして、一個ずつ１０リットル容量のテドラバックに収容した。臭気成分として、アンモニア、トリメチルアミン、硫化水素、メチルメルカプタンの４種類を用い、それぞれ１００ｐｐｍ濃度になるように調製した基準ガス８リットルをさきほどの４つのテドラバックにそれぞれ封入して、所定時間ごとにガス濃度を測定し（検知管法）、測定したガス濃度を基に以下の式（２）により脱臭率を算出した。
【００２９】
脱臭率（％）＝（初期ガス濃度−測定ガス濃度）×１００／初期ガス濃度・・・（２）
なお、比較として、ＰＳを混合せずに粘土単体を使用して焼成した焼成体（素焼品）と、市販の活性炭４４ｇ入り脱臭剤（以下、活性炭という）とを用いて同様に評価した。脱臭率の結果を図１〜４及び表２〜５に示す。
【００３０】
【表２】
2005103110.tif 000003
【００３１】
【表３】
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【００３２】
【表４】
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【００３３】
【表５】
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［脱臭剤の炭素含有率及び炭素含有量測定］
本発明に係る脱臭剤においては、試料中に存在する炭化物及び煤に由来する炭素が酸性の臭気成分の脱臭性能に寄与していると考えられる。そこで、上記７種類の脱臭剤を用いて脱臭剤中の炭素含有率（重量％）を測定した。以下に測定条件を記す。
【００３４】
分析方法としては、熱伝導度検出器を備えたエレメンタール社製ＣＨＮ自動分析装置（ｖａｒｉｏＥＬ）を使用して、キャリアガスとしてヘリウムガス（ガス流量：２００±５ｍｌ／ｍｉｎ）を用い、燃焼管温度９５０℃、還元管温度５００℃に設定して行なった。試薬としてはアセトアニリドを使用し、試料量３ｍｇで分析を行なった。なお、得られた炭素含有率を各試料の重量を乗じ、試料（焼成体）中に存在する炭素含有量（ｇ）を算出した。これらの分析結果を表１に併記する。
【００３５】
［脱臭剤の強度評価］
上記７種類の脱臭剤を用いて強度試験を行なった。試験内容は以下の通りである。強度の評価は、レオメーター（サン科学社製）を用い、下記の条件で測定した。
【００３６】
試験台の上にサンプルを置き、先端直径０．４５ｍｍのプローブを押しあて、進入速度６０ｍｍ／ｍｉｎで最大強度を測定した。試験結果を表１に併記する。
【００３７】
［評価結果］
図１〜４及び表２〜５より、素焼品は酸性臭気成分である硫化水素及びメチルメルカプタンの脱臭性能が乏しく、活性炭ではアンモニアの脱臭試験（図１、表２）において、１時間経過後も他の焼成試料（試料１〜６及び素焼品）よりも脱臭率が低いことが判る。
【００３８】
一方、本実施形態で作製した試料１〜６は、アンモニア、トリメチルアミン、硫化水素及びメチルメルカプタンのいずれの臭気成分も効率よく脱臭することが確認された。特に、酸性臭気成分であるメチルメルカプタンの脱臭試験（図４、表５）においては、活性炭よりも早期に高い脱臭率に達していることが判る。
【００３９】
これは、試料１〜６が茶碗形状であり、臭気成分と直接触れる接触面積が大きいのに対して、活性炭は粒状体の集合物として容器に収容されているため、内部に存在する粒状体が臭気成分と接触しにくいためと推測された。このように、脱臭剤の性能は、材料自身の吸着性能もさることながら、その形状にも大きく影響されているものと考えられる。
【００４０】
試料１〜６と活性炭とを比較した場合、試料１〜６に含まれる炭素含有量は３．１〜０．８ｇであり、活性炭４４ｇに対して大幅に少なくなっている。特に、試料６は炭素含有量が０．８ｇと最も少量であるのにも拘らず、他の試料と同レベルの脱臭性能を示すことが確認された。
【００４１】
ただ、試料１及び２は、脱臭性能は優れているものの、その強度は素焼品の強度の２３〜２９％程度しかなく脆くなっている（表１）。なお、強度をＹとし、ＰＳ乾燥重量％をＸとすると、両者の間にはＹ＝-９６００．７Ｘ+８６９５という相関性が存在する（Ｒ2＝０．９５３１）。
【００４２】
従って、混合物全体の乾燥重量に対してＰＳの乾燥重量％が３０％未満のときには、脱臭剤の強度は５８１５を超えることになり、素焼品強度の約６０％よりも大きい強度を保持することになる。素焼品の強度の５０％の強度を有していれば、実用上はまったく問題なく使用することが可能であることは確認されており、これにより従来にない優れた強度を備えた脱臭剤を得ることができる。
【００４３】
さらに、ＰＳ含有量が２３重量％の場合は素焼品の６９％の強度を、ＰＳ含有量が１２重量％の場合は素焼品の７４％の強度を、ＰＳ含有量が６重量％の場合は素焼品の８１％の強度をそれぞれ備えており、ＰＳ含有量が低くなるほど焼成体の強度が増加しているのが判る。従って、ＰＳ含有量は、低いほど、焼成体の強度が増加するために好ましい。
【００４４】
以上、混合物全体に対するＰＳ含有量と焼成体強度に見られる関係について説明したが、同様の関係が炭素含有率と焼成体強度についても見られる。すなわち、焼成体中の炭素含有率が小さいほど、焼成体強度が大きくなっている。具体的には炭素含有率が２．１％未満の場合は素焼品の強度の５６％よりも大きい強度を保持することになる。炭素含有率が１．８％の場合は素焼品の６９％の強度となり、炭素含有率が１．２％の場合は素焼品の７４％の強度を、炭素含有率が１．０％の場合は素焼品の８１％の強度をそれぞれ備えており、炭素含有率が低下するほど、焼成体の強度は大きくなる。
【００４５】
本実施形態では、混合物全体に対するＰＳ含有量が６％、炭素含有率でいえば１．０％を最低レベルとして評価したが（試料６）、脱臭性能は他の試料（試料１〜５）と変わらない結果となった。
【００４６】
一方、炭化焼成していない素焼品では、硫化水素やメチルメルカプタンといった酸性臭気成分に対する脱臭能はほとんど見られない。これらを考え合わせると、酸性臭気成分の脱臭能力は、主として無機多孔質構造体と、無機多孔質構造体の表面に付着した煤とが相乗的に作用することで発揮されるものと推測された。
【００４７】
以上の評価結果より、有機材料の量が６重量％未満、あるいは、炭素含有率が１．０％未満でもまだ十分な脱臭性能を発揮するものと推定される。なお、十分な脱臭性能を発揮するために最低限必要とされる有機材料量としては、多孔質構造体の全表面を被覆するだけの煤を発生し得る量の有機材料を用いればよいものと推定される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】各脱臭剤におけるアンモニアの脱臭性能を示すグラフ
【図２】各脱臭剤におけるトリメチルアミンの脱臭性能を示すグラフ
【図３】各脱臭剤における硫化水素の脱臭性能を示すグラフ
【図４】各脱臭剤におけるメチルメルカプタンの脱臭性能を示すグラフ
【図１】
2005103110.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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