(57)【要約】【課題】塗料滓から活性炭を製造する活性炭の製造方法を提供する。【解決手段】塗料滓を負圧状態のもとで不活性ガス雰囲気中において５００℃以上の加熱温度で加熱することにより、塗料滓は炭化素材に処理される。この炭化素材を負圧状態のもとで賦活助剤雰囲気中において８５０℃以上の温度で加熱することにより、炭化素材は活性炭に処理される。塗料滓を原料として得られる活性炭は、合成ゼオライトや通常の活性炭よりも特に高温時における吸着性に優れ、しかも非極性成分の吸着特性が通常の活性炭よりも高い特性を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗料滓を負圧状態の不活性ガス雰囲気中において加熱して前記塗料滓を炭化素材とする炭化処理工程と、
前記炭化素材を負圧状態の賦活助剤雰囲気中において加熱して前記炭化素材を活性炭に賦活処理する賦活処理工程とを有することを特徴とする活性炭の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の活性炭の製造方法において、前記炭化処理工程は５００℃以上の加熱温度で所定時間保持することを特徴とする活性炭の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の活性炭の製造方法において、前記賦活処理工程は８５０℃以上の加熱温度で所定時間保持することを特徴とする活性炭の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の活性炭の製造方法において、前記塗料滓に脱水汚泥を混合させることを特徴とする活性炭の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の活性炭の製造方法において、前記炭化処理工程と前記賦活処理工程とを同一の処理炉において行うことを特徴とする活性炭の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の活性炭の製造方法により製造されることを特徴とする活性炭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車車体の塗装工程により発生する塗料滓を活性炭として再利用するようにした活性炭および活性炭の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車車体の塗装工程は、車体に付着している油類を除去する脱脂処理および鋼板面に化学的に安定な無機質膜を形成する被膜化成処理を行う前処理工程と、前処理後の車体に塗料を付着させる塗膜形成工程とがあり、塗膜形成工程は下塗り、中塗り、および上塗りの各工程を有している。中塗り塗装および上塗り塗装としては、スプレーガンを用いて塗料を車体に吹き付けて車体に塗着させる吹き付け塗装がある。
【０００３】
吹き付け塗装による塗膜形成工程においては、塗料が全て車体に塗着することなく、一部は車体に塗着されることなく未塗着となる。未塗着の塗料は塗料滓として捕集され、捕集された塗料滓はマテリアルリサイクルつまり燃やさずに別用途の素材として耐チッピング塗料や防振材の組成物として再利用されている。例えば、歩道に敷き詰めるレンガとしても塗料滓は再利用されている。また、特許文献１および２には、塗料滓と廃水汚泥等の廃棄物との混合物を加熱して塗料滓を炭素材料とし、炭素材料をコンクリートやモルタルの骨材として再利用することが記載されている。
【特許文献１】特開２０００−２７９９１７号公報
【特許文献２】特開２０００−２７９９１８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、塗料滓の排出量は再利用の組成物としての使用量を上回っており、塗料滓全量のリサイクルには至っておらず、一部は焼却や埋め立て処理されているのが現状である。そこで、塗料滓の再利用範囲を広げるべく、塗料滓を車体の内装材等の組成物として利用するために含水率を１％前後まで乾燥させる試みがなされているが、塗料臭気が残ってしまうという問題がある。この塗料臭気は、塗料滓を炭素材料として再利用する場合にも避けることができず、特に、塗料滓を活性炭の代用として再利用する場合には活性炭に臭気が残ると、製品化することができない。近年では、種々の製品における揮発性有機化合物(VOC)や臭気が注目されていることからも、塗料滓を活性炭化するには、臭気が活性炭に残らないようにする必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、塗料滓から活性炭を製造する活性炭の製造方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、塗料滓から生成される活性炭を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の活性炭の製造方法は、塗料滓を負圧状態の不活性ガス雰囲気中において加熱して前記塗料滓を炭化素材とする炭化処理工程と、前記炭化素材を負圧状態の賦活助剤雰囲気中において加熱して前記炭化素材を活性炭に賦活処理する賦活処理工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の活性炭の製造方法は、前記炭化処理工程において５００℃以上の加熱温度で所定時間保持することを特徴とする。また、本発明の活性炭の製造方法は、前記賦活処理工程において８５０℃以上の加熱温度で所定時間保持することを特徴とする。
【０００９】
本発明の活性炭の製造方法は、前記塗料滓に脱水汚泥を混合させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の活性炭の製造方法は、前記炭化処理工程と前記賦活処理工程とを同一の処理炉において行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明の活性炭は、上述したそれぞれの活性炭の製造方法により製造されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、塗料滓を原料として製造した活性炭には臭気が残ることなく、活性炭として製品化することができ、塗料滓を活性炭として再利用することができる。これにより、塗料滓の再利用範囲が広がって、塗料滓を焼却したり埋め立てに使用することなく、塗料滓善良のリサイクル化を達成することができる。
【００１３】
本発明によれば、塗料滓を原料とすることにより、合成ゼオライトや通常の活性炭よりも特に高温時における吸着性に優れ、しかも非極性成分の吸着特性が通常の活性炭よりも高い活性炭が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である活性炭の製造方法を具体化した活性炭の製造装置を示す概略図である。
【００１５】
この製造装置は、原料が投入される原料貯留槽１１を有し、この原料貯留槽１１には塗料滓が投入される。自動車車体の塗膜形成工程の吹き付け塗装に使用される塗料は、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、メラニン樹脂、尿素樹脂、ベンゾグアナミン樹脂等の熱硬化性樹脂を主成分とし、これに着色顔料等が含有されているので、塗膜形成工程において車体に塗着されることなく未塗着となった塗料からなる塗料滓は、これらの溶剤系塗料および水溶性塗料からなる樹脂を含んでいる。
【００１６】
塗料滓は、粒状ないし塊状に粉砕され含水率が１％以下となるように予め乾燥工程において前処理された後に原料貯留槽１１内に投入される。例えば、１２０℃で２時間乾燥することにより、含水率１％以下の塗料滓とすることができる。原料貯留槽１１には、上述した塗料滓のみならず、凝集剤を用いて回収された浮遊物質などの汚泥や生物処理により発生した余剰汚泥を脱水処理して得られる脱水汚泥が投入されるようになっている。ただし、塗料滓のみを活性炭の材料として使用するようにしても良い。
【００１７】
原料貯留槽１１にはフィーダ１２が設けられており、原料貯留槽１１内の塗料滓または塗料滓と汚泥との混合物は、搬送路１３を通って炭化炉１４に搬送される。搬送路１３には内部通路を開閉するためのダンパ１５が設けられており、ダンパ１５を開くことにより原料は炭化炉１４内に供給される。炭化炉１４は電熱式外熱型のロータリキルンにより形成されており、炭化炉１４には排気管１７が接続されるようになっている。排気管１７はそれぞれ吸引手段としての図示しないサイクロンに接続されており、排気管１７により炭化炉１４内の気体を外部に排出することによって炭化炉１４内は、０kPa〜−０．０１kPaの負圧状態つまり大気圧よりも低い圧力に設定される。炭化炉１４内の圧力を検出するために搬送路１３のダンパ１５の炉側には圧力センサ１８が設けられ、この圧力センサ１８からの信号に基づいて炭化炉１４内は所定の負圧に設定される。
【００１８】
炭化炉１４の炉内処理室の温度は、炭化炉１４に設けられたヒータにより、例えば５００℃または６００℃等の所定の処理温度に設定される。図示する炭化炉１４はバッチ式と連続式のいずれの処理も可能であり、バッチ式処理を行う場合には、炉内に供給された全ての原料が炭化されるまで炉内に所定温度例えば５００℃の温度で留められて所定の加熱時間保持される。一方、連続式処理を行う場合には、炉内へ原料を連続的に供給するとともに連続的に炭化素材を排出しながら原料を所定時間にわたり所定温度例えば６００℃が加えられるようにする。炭化処理は、バッチ式処理でも良く、連続式処理でも良く、いずれの場合にも矢印で示すように炭化炉１４の炉本体は僅かに傾斜した状態となって回転駆動される。
【００１９】
排気管１６内の気体に含まれる可燃成分を燃焼するために、排気管１６には再熱炉２１が設けられ、再熱炉２１には外部から空気と燃料とが供給されるようになっており、再熱炉２１を通過した気体の一部は循環ファン２２を有する循環通路２３により炭化炉１４に戻される。さらに、炭化炉１４には不活性ガス供給管２４が接続されるようになっており、この不活性ガス供給管２４から炭化炉１４内には窒素ガスが不活性ガスとして供給されるようになっている。
【００２０】
したがって、炭化炉１４内に供給された塗料滓等の原料は、負圧状態の不活性ガス雰囲気となった炭化炉１４内の処理空間の中で加熱され炭化処理されて炭化素材となる。炭化炉１４においてバッチ処理により原料を炭化する場合には、上述した圧力の負圧状態であって不活性雰囲気において炉内温度を約５００℃に保持して約１時間原料を加熱することにより炭化素材が得られる。一方、連続処理により原料を炭化する場合には、炉内温度は約６００℃に設定して処理後の炭化素材を連続的に排出する。
【００２１】
炭化炉１４内での炭化処理により得られた炭化素材は、搬送路２５により賦活炉２６に搬送される。賦活炉２６は、電熱式外熱型のロータリキルンにより形成されており、賦活炉２６には水蒸気供給管２７により賦活助剤としての水蒸気が供給されるようになっている。蒸気過熱炉２８には図示しない蒸気発生器からの水蒸気が供給される。賦活炉２６も炭化炉１４と同様に傾斜した状態となって矢印で示すように回転駆動される。
【００２２】
賦活炉２６の炉内処理室の温度は、賦活炉２６に設けられたヒータにより、例えば８５０℃程度の温度に設定される。賦活炉２６内の炉内処理室を例えば０kPa〜−０．０１kPaの負圧状態に設定するために、賦活炉２６には排気管１７ａが接続され、この排気管１７ａにより賦活炉２６内の気体を外部に排出することにより賦活炉２６内は上述した所定の負圧状態に設定される。ただし、賦活炉２６と炭化炉１４とを連通させることにより、炭化炉１４と同一の圧力状態に設定するようにしても良い。賦活炉２６には不活性ガス供給管２９が接続されるようになっており、この不活性ガス供給管２９から賦活炉２６内には窒素ガスが不活性ガスとして供給されるようになっている。
【００２３】
賦活炉２６においては、賦活炉２６内が所定の賦活処理温度、例えば８５０℃になる前に窒素ガスを不活性ガス供給管２９から供給して炉内を不活性ガス雰囲気にし、炉内温度が７５０℃程度にまで高められた状態のもとで水蒸気供給管２７から賦活炉２６内に水蒸気を添加する。これにより、賦活炉２６内は水蒸気による賦活助剤雰囲気となる。賦活助剤雰囲気中において炭化素材を賦活処理温度で所定時間滞留させると、炭化素材は賦活炉２６内で賦活処理されて比表面積が高められて活性炭化される。なお、賦活炉２６は連続式となっているが、バッチ式としても良い。
【００２４】
賦活炉２６により賦活処理されて得られた活性炭は、ダンパ３１が設けられた搬送路３２により賦活炉２６の外部に排出され、冷却コンベア３３により冷却されて製品容器３４に梱包される。搬送路３２のダンパ３１の炉側には圧力センサ３５が設けられており、この圧力センサ３５からの信号に基づいて賦活炉２６内は所定の負圧により設定される。
【００２５】
図２は活性炭の製造装置の他の具体例を示す概略図であり、図２においては、図１における部材と共通する部材には同一の符号が付されている。
【００２６】
この活性炭の製造装置は１つの処理炉３６により炭化処理と賦活処理とを行うようにしている。炭化処理は処理炉３６内の気体を外部に排出することにより炉内を所定の負圧状態、例えば、０kPa〜−０．０１kPaの負圧状態に設定し、不活性ガス供給管２４から窒素ガスを供給することにより、炉内を負圧状態の不活性ガス雰囲気として原料を炭化処理する。原料は、図１に示す場合と同様にバッチ処理するときには、例えば５００℃で約１時間炉内に保持されて炭化処理され、連続処理するときには、例えば６００℃に炉内温度が設定される。
【００２７】
炭化処理が終了して原料が炭化素材となったら、引き続き処理炉３６内の温度をヒータにより賦活温度まで上昇させるようにする。賦活温度に到達する前に、不活性ガスを炉内に供給して炭化素材に不活性ガスを巻き込ませ、処理炉３６の炉内温度が７５０℃程度にまで高められたら、水蒸気を賦活助剤として炉内に添加する。このように負圧状態の賦活助剤雰囲気中において炭化素材を８５０℃で約６０分かけて炉内を移動させながら外部に排出することにより、炭化素材は賦活処理されて活性炭化される。
【００２８】
通常の活性炭は生成炉で正圧により処理が行われているが、塗料滓を炭化してさらに活性炭化する場合には、塗料滓を加熱していく際に、発生する燃焼ガスと塗料滓つまり炭化物との接触が起こり、生成された活性炭には焦げ臭が残ることになる。これに対し、本発明は、図１および図２に示すように、炭化処理工程および賦活処理工程のいずれにおいても、炉内を負圧状態とすることによって炉内ガスが効率的に入れ替えられるので、炭化物と燃焼ガスとの接触が回避されて活性炭への異臭の付着が回避された。これにより、塗料滓を原料としても臭気が残らない活性炭が得られ、塗料滓を付加価値の高いリサイクル品化することが可能となる。
【００２９】
塗料滓を原料とした活性炭は、椰子ガラや石炭等を原料とした通常の活性炭とは原料組成が大きく異なっている。つまり、炭素と無機物の比率が通常の活性炭では炭素９５％以上であるのに対し、塗料滓原料はその比率が４０〜６０％であるので、比表面積などの活性炭としての性能は通常の活性炭よりも低い値をとることになるが、本発明の活性炭は、高温での吸着性が高くなるとともに、通常の活性炭が不得意とする非極性成分つまり分子中に電子の偏りがない被吸着物の吸着性が高くなり、高付加価値のリサイクル製品となる。
【実施例】
【００３０】
図１に示すように、炭化炉１４と賦活炉２６とを有する活性炭の製造装置により塗料滓を原料として活性炭の製造試験を行った。炭化炉１４としては、加熱温度の上限値が１０５０℃であり、処理能力が１バッチ当たり１．１Ｌ〜１．２Ｌの加熱式外熱ロータリキルンを用いて原料をバッチ処理と連続処理の両方の処理方式により炭化処理した。一方、賦活炉２６としては、加熱温度の上限値が９００℃で１時間当たり２．４Ｌの処理能力を有する加熱式外熱ロータリキルンを用いて炭化素材を連続的に賦活処理した。
【００３１】
表１は原料として用いた塗料滓試料の熱重量分析の測定結果を示す。この測定は示差熱分析（ＴＤＡ）と熱重量ＴＧとによりＴＧ／ＴＤＡを求めた結果を示している。熱重量分析値％は、原料中の可燃物重量比を示し、熱重量値％が高い程炭化時の炭素成分が多いと想定される。炭化処理の温度を約４３０〜４８０℃とすると、重量低減が平衡となることが判明した。この結果に基づいて、炭化処理の温度としては、バッチ処理の場合には５００℃以上とし、連続処理の場合には６００℃以上とした。なお、この分析に際し、各試料の条件を一定にするために、前処理として各試料を１２０℃で２時間乾燥させて含水率が１％以下の試料を用いた。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表２は炭化炉１４により連続式で炭化処理したサンプルとバッチ式で炭化処理して得られた炭化素材の特性を示す。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
表３はそれぞれの炭化素材を賦活炉２６により賦活処理して得られた活性炭の性能を示す。表３に示すように、８５０℃で３０分賦活処理した場合の性能は、９００℃で６０分賦活処理した場合よりも性能が劣っており、８５０℃で６０分賦活処理した場合と９００℃で６０分賦活処理した場合の性能はほぼ変わらなかった。したがって、８５０℃以上で６０分の賦活処理を行うことが最適な条件であると判明した。
【００３６】
【表３】
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【００３７】
表１および表２から分かるように、炭化処理したのみでは、炭化素材の比表面積は、通常の活性炭の比表面積が１０００ｍ２／ｇであるのに対し、１０００分の１程度となっているが、賦活処理することにより、塗料滓を原料とする活性炭の比表面積を飛躍的に高めることができ、活性炭として使用可能であることが判明した。
【００３８】
図３は本発明の製造方法により得られた活性炭Ａと、通常の活性炭Ｂと、活性アルミナ(JRC-ALO2)Ｃとのそれぞれについての吸着性能を示す特性線図であり、ＣＯ2の昇温脱離法により吸着性能を比較試験した結果を示す。図３に示すように、高温での酸性ガスの吸着特性は、通常の活性炭や活性アルミナよりも飛躍的に優れていることが判明した。
【００３９】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図１に示す炭化炉１４および賦活炉２６と、図２に示す処理炉３６からそれぞれ排出される高温ガスを塗料滓および汚泥の乾燥等のサーマルリサイクルとして使用するようにしても良い。
【００４０】
本発明で得られた活性炭は、空気浄化の他、廃水処理生物活性法による活性汚泥流動床として用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態である活性炭の製造方法を具体化した活性炭の製造装置を示す概略図である。
【図２】活性炭の製造装置の他の具体例を示す概略図である。
【図３】本発明の製造方法により得られた活性炭と、通常の活性炭と、触媒アルミナとのそれぞれについてのＣＯ2の吸着力を温度を変化させて測定した比較試験した結果を示す特性線図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１      原料貯留槽
１２      フィーダ
１３      搬送路
１４      炭化炉
１５      ダンパ
１６，１７      排気管
１８      圧力センサ
２１      再熱炉
２２      循環ファン
２４      不活性ガス供給管
２５      搬送路
２６      賦活炉
２７      水蒸気供給管
２８      蒸気過熱炉
２９      不活性ガス供給管
３６      処理炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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