(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘土１００重量部と、有機物含有廃棄物を有機物に換算して２．５〜２０重量部と、鉄化合物を５〜１００重量部とを含む混合物を成形し焼成してなるセラミックス多孔体。
【請求項２】
前記鉄化合物が酸化鉄または水酸化鉄である請求項１記載のセラミックス多孔体。
【請求項３】
流動物状または粉粒状とした粘土を１００重量部と、流動物状または粉粒状状とした有機物含有廃棄物を有機物に換算して２．５〜２０重量部と、粉粒状とした鉄化合物を５〜１００重量部とを含む混合物を混合する混合工程と、前記混合後の混合物を成形する成形工程と、前記成形物を６００〜１３００℃で焼成する焼成工程とを含むセラミックス多孔体の製造方法。
【請求項４】
前記鉄化合物が酸化鉄または水酸化鉄である請求項３記載のセラミックス多孔体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機物を含有する廃棄物を有効利用する技術に関し、とくに有機物を含有する廃棄物と粘土その他を配合した材料を焼成してセラミックス多孔体を製造する技術に関する。
【０００２】
家庭や飲食店などから排出される生ゴミ、製材時に出る鋸屑や木片チップ、建築廃材に含まれる木質材および木材廃材、有機物を含有する下水汚泥などの廃棄物の有効利用を目的として、これらの廃棄物を焼成してセラミックス多孔体を製造することは従来公知である。
【０００３】
たとえば特開平９−４７７９５号公報には、有機汚泥などの有機性廃棄物にもみがら、木くずなどの有機性添加物を添加し、攪拌混合した後、乾留して顆粒状炭化物を形成する装置が記載されている。この装置によれば、有機性廃棄物を単一の炭化設備で炭化して、活性炭のような物理吸着性能に優れた多孔性の顆粒状炭化物を得ることができる、とされている。
【０００４】
また、特開平１０−１２０４７８号公報には、小片、粒状、粉状などにした生ゴミ、木片チップ、あるいは飛粉などの廃棄物と粘土などのセラミックス基材とを混ぜて練状またはスラリー状にし、それを所望形状にしてから焼成してセラミックス基材の内外の廃棄物を焼失、灰化などさせ、その焼失部、灰化による体積減少部などに空間部を形成してなる廃棄物を利用した多孔質セラミックスが記載されている。
【０００５】
このようにして製造した多孔質セラミックスは、土壌の保水材、河川や沼などの急激な増水を緩和するための緩和材、微生物や農薬あるいは脱臭剤などの担持体、建築用内・外壁材、農・園芸用の床材、屋根瓦材、道路の舗装材料などといった各種分野で利用できる、とされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記の特開平９−４７７９５号公報に記載の多孔性の顆粒状炭化物は、有機汚泥に有機性添加物を添加して乾留したものであり、有機性添加物は物理吸着性能を良好にするために灰分を調整する目的で、炭素分が多く、低温で揮発しやすい成分を多く含む物質としてもみがら、木くずなどの繊維含有物質を添加するものである。しかし、このような有機汚泥を主材料として乾留した多孔質体は、強度が低いため、構築用ブロックや道路用ブロックなどに利用することは困難であり、活性炭としての用途にしか適用することができない。また、河川の汚水浄化用として利用する場合には、軽量であることから、これの流失を防ぐために籠などの容器に入れるなど多孔質体を保持する設備が必要となるという問題点がある。
【０００７】
この点、特開平１０−１２０４７８号公報に記載の多孔質セラミックスは、有機性廃棄物とセラミックス基材としての粘土とを主材料としているので、焼成後の多孔質セラミックスは強度も高く、構築用ブロックや道路用ブロックなどとしても使用することが可能と推測される。しかしながら、この場合の多孔質セラミックスの孔の大きさは、材料として配合される有機物の大きさに依存する。そのため、特開平９−４７７９５号公報に記載の炭化物製造工程に見られるような水蒸気の賦活で生じる、より小さな細孔の発生は起こらない。保水や微生物担体として使用する場合ならば比較的大きな１〜１０μｍの細孔（ミクロポアー)でもよいが、悪臭物質や色素を吸着させる吸着性を多孔質材に求めるならば、２０〜１０００Åの細孔(マイクロポアー)を多く生成させる必要がある。さらに、二度の焼成で多大なエネルギーを必要とすることや、いったん有機物として固定した二酸化炭素分を燃焼することで再度大気に放出してしまうという欠点がある。
【０００８】
本発明が解決すべき課題は、有機物含有廃棄物と粘土の混合物を主材料として路面舗装材や護岸壁構築材などにも利用可能な高い強度を持たせたセラミックス多孔体を製造すること、および、セラミックス多孔体の内部により多くの微細孔を生成させて微生物の担体および悪臭物質や色素の吸着体としての特性を向上させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、有機物含有廃棄物と粘土を混合した主材料に種々の添加物を添加した場合の、焼成後のセラミックス多孔体の特性について研究した結果、有機性廃棄物と粘土に鉄化合物を添加することにより、焼成後のセラミックス多孔体に構築用ブロックや道路用ブロックとしても使用可能な強度を維持したうえで、河川、排水を浄化する微生物の担体としての効果的な機能と、悪臭物質や色素の吸着体としての効果的な特性を付与できることを確認し、本発明を完成したものである。
【００１０】
すなわち本発明は、有機物含有廃棄物と粘土と鉄化合物とを含む混合物を成形し焼成してなるセラミックス多孔体である。ここで、有機物含有廃棄物とは、間伐材、製材で排出される木材廃材、建築廃材中の木材廃材などの木質廃材、一般家庭や飲食店などから排出される生ゴミ、焼酎廃液やコーヒー滓などの食品残滓、下水汚泥、プラスチック廃材、その他の有機物を含有する廃棄物のことである。粘土とは、シリカ、アルミナ、酸化カルシウムなどを含む天然産出または人工的に調整した粘土あるいは陶器類製造工場からの廃材としての粘土を指す。また鉄化合物とは、酸化鉄や水酸化鉄などの鉄化合物を指す。
【００１１】
上記のセラミックス多孔体は、流動物状または粉粒状とした有機物含有廃棄物と、流動物状または粉粒状とした粘土と、粉粒状とした鉄化合物およびその他の添加物を混合する混合工程と、前記混合後の混合物を成形する成形工程と、前記成形物を焼成する焼成工程とを含む製造方法により製造することができる。
【００１２】
有機物含有廃棄物には種々の性状のものがあり、その成分や形態も千差万別であるが、少なくとも粘土や鉄化合物と混合するためには、流動物状または粉粒状とする必要がある。発生時点ですでに流動物状または粉粒状のものはそのまま粘土や鉄化合物と混合してもよいが、木質廃材やプラスチック廃材などはセラミックス多孔体の用途に応じた粒径、たとえば粒径５ｍｍ程度以下の粉粒状とし、生ゴミ固形物などは粉砕して流動物状として粘土や鉄化合物と混合する。また水分の多い廃棄物の場合は、必要に応じて脱水処理や乾燥処理を施す。なお、有機物を含有した廃棄物のほかに、他の用途に使用可能で廃棄物とはいえない状態の有機物を使用することができるのはもちろんである。
【００１３】
粘土は焼成後のセラミックス多孔体の基材となるもので、少なくともＳｉＯ２：４５〜８５％程度、Ａｌ２Ｏ３：１０〜２５％程度、ＣａＯ：５％程度以下、Ｋ２Ｏ：５％程度以下を含んだものが望ましく、天然産出の粘土をそのまま、または陶器類製造工場からの廃材を含む人工的に組成を調整した粘土を用いることができる。
【００１４】
鉄化合物は焼成後のセラミックス多孔体の吸着特性を向上させるために添加するものである。たとえば鉄化合物として酸化鉄を使用した場合は、焼成工程において有機物中の炭素の一部が酸化鉄の酸素分と結合作用し、焼成後のセラミックス多孔体に反応性に富む鉄が出現し、たとえば下水に含まれる硫化物を吸着する特性を付与することができる。また鉄化合物として水酸化鉄を使用した場合は、水酸基が加熱されることによって鉄と分離作用し、焼成後のセラミックス多孔体に反応性に富む鉄を出現させ、吸着特性を向上させることができる。ここで反応性に富む鉄とは、鉄は塩化鉄、硫化鉄、水酸化鉄、酸化第二鉄などのように他の元素と反応して結びつきやすい性質があり、焼成後のセラミックス多孔体に含まれる鉄がこれらの反応を通じて不純物を吸着することを指す。同様な性質を有する金属は外にもあるが、コスト、安全性、作業性、入手しやすさなどの点から、鉄化合物を用いるのが最も適している。たとえば酸化鉄としては、酸洗廃液から回収したスケール、粉砕した屑鉄等を使用することができる。なお、鉄化合物のほかに、亜鉛、マグネシウム、マンガンなどを含む化合物を、微生物を繁殖させるミネラル分として添加することもできる。
【００１５】
有機物含有廃棄物と粘土と鉄化合物の種類、成分と配合割合は、焼成後のセラミックス多孔体の目標とする特性に合わせて選択すればよい。たとえば、配合割合としては、粘土１００重量部に対し、有機物含有廃棄物を乾燥重量として５〜５０重量部、鉄化合物を５〜１００重量部の範囲から適当な割合を選択する。このなかで有機物含有廃棄物は、種々の性状のものがランダムに発生するので、あらかじめ在庫させた廃棄物のなかから選択して用いるようにすればよい。焼成工程における焼成温度は６００〜１３００℃の範囲から適当な温度を選択する。
【００１６】
焼成工程において、有機物含有廃棄物と粘土と鉄化合物とを含む混合物を還元性雰囲気で焼成した場合は、廃棄物に含まれる炭素によって生成された炭化物内の空間部と、炭化による体積減少により粘土部分との間に生じた空間部とが、保水性とともに微生物担持体として効果的なミクロポアー（１〜１０μｍの細孔）となる。また、鉄化合物が還元されて鉄と酸素あるいは水酸基と結合していた部分が空隙となってマイクロポアー（２０〜１０００Åの細孔）となり、これらの細孔を有する多孔体は、保水性と微生物担持体としての機能に優れ、悪臭物質、重金属、色素などの吸着特性の優れたセラミックス多孔体となる。
【００１７】
有機物含有廃棄物と粘土と鉄化合物とを含む混合物を不活性雰囲気で焼成した場合は、還元性雰囲気で焼成した場合と同様に、廃棄物に含まれる炭素によって生成された炭化物内の空間部と、炭化による体積減少により粘土部分との間に生じた空間部とが、保水性とともに微生物担持体として効果的なミクロポアーとなる。また、これらの細孔を有する多孔体は、保水性と微生物担持体としての機能に優れ、悪臭物質、重金属、色素などの吸着特性の優れたセラミックス多孔体となる。
【００１８】
また、有機物含有廃棄物と粘土と鉄化合物とを含む混合物を酸化性雰囲気または中性雰囲気で焼成した場合は、有機物含有廃棄物の一部が焼失して空間部が形成され、この空間部は保水性とともに微生物担持体として効果的なミクロポアーとなる。鉄化合物として酸化鉄を使用した場合は、有機物に含まれる炭素が酸化鉄の酸素と結合して反応性に富む鉄となり、鉄化合物として水酸化鉄を使用した場合は、水酸基が加熱されることにより鉄と分離して反応性に富む鉄となる。鉄と結合していた酸素あるいは水酸基の部分が空隙となってマイクロポアーとなり、前記のミクロポアーと合わせて細孔を有する多孔体となり、悪臭物質、重金属、色素などの吸着特性の優れたセラミックス多孔体となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るセラミックス多孔体の製造過程を模式的に示す図であり、同図の（ａ）は焼成雰囲気が還元性雰囲気または不活性雰囲気の場合、（ｂ）は焼成雰囲気が酸化性雰囲気または中性雰囲気の場合を示す。
【００２０】
図１の（ａ）において、有機物含有廃棄物Ａと粘土Ｂと鉄化合物Ｃの混合物Ｄを、還元性雰囲気または不活性雰囲気のもとで焼成すると、有機物含有廃棄物Ａ中の有機物は乾溜化して固形炭素分ａとなり、粘土Ｂは焼結してセラミックス本体ｂとなり、鉄化合物Ｃは加熱により還元されて反応性の高い鉄ｃとなる。
【００２１】
有機物含有廃棄物Ａは焼成により有機物が炭化するので体積が減少し、焼成後の炭化された有機物ａとセラミックス本体ｂの間に空隙Ｇが生じる。焼成後の焼成品Ｅの中に空隙Ｇが多数生成されるために、焼成品Ｅは多孔質体となる。粘土Ｂは焼成により焼結体となるので、焼成品Ｅは強度も高く、建築用ブロックや道路用ブロックなどとしても使用することが可能となる。鉄化合物Ｃは加熱により還元された後に内部にマイクロポアーを有する鉄ｃとなるので、焼成品Ｅは悪臭物質や色素を吸着させる吸着特性の優れたセラミックス多孔体となる。
【００２２】
図１の（ｂ）において、有機物含有廃棄物Ａと粘土Ｂと鉄化合物Ｃの混合物Ｄを、酸化性雰囲気または中性雰囲気のもとで焼成すると、有機物含有廃棄物Ａ中の有機物は灰化して空間部Ｈとなり、粘土Ｂは焼結してセラミックス本体ｂとなる。鉄化合物Ｃは加熱による有機物や粘土中の炭素や水素の燃焼により還元作用がおこり、反応によって化合物が除去された後に内部にマイクロポアーを有する鉄ｃとなる。
【００２３】
粘土Ｂは焼成により焼結体となるので、焼成品Ｆは強度も高く、建築用ブロックや道路用ブロックなどとしても使用することが可能となる。焼成品Ｆの中には空間部Ｈが多数生成され、また、鉄化合物Ｃは前記のようにマイクロポアーを有する鉄ｃとなるので、焼成品Ｆは吸着特性の優れたセラミックス多孔体となる。
【００２４】
【実施例】
表１に示す配合と処理を施した材料を表２に示す条件により焼成してそれぞれ焼成品を得た。焼成品の特性を表３に示す。
【００２５】
【表１】
0004119947.tif 000002
【００２６】
【表２】
0004119947.tif 000003
【００２７】
【表３】
0004119947.tif 000004
注）メチレンブルーの吸着量は、ＪＩＳ  Ｋ１４７４  活性炭試験方法のなかからメチレンブルー吸着性能試験に準じて行った。表中の数値は２４時間後の吸着量である。
【００２８】
表３からわかるように、有機物含有廃棄物と粘土とに鉄化合物を添加することにより、鉄化合物を添加していない従来法の場合に比べて焼成後のセラミックス多孔体のメチレンブルーに対する吸着性能は向上する。
【００２９】
【発明の効果】
流動物状または粉粒状状とした有機物含有廃棄物と流動物状または粉粒状とした粘土とに、酸化鉄や水酸化鉄などの鉄化合物を混合し、この混合物を成形し焼成して得たセラミックス多孔体は、材料として鉄化合物を添加したことにより、焼成時にこの鉄化合物が還元されて内部に多数の細孔を有する鉄となり、悪臭物質や色素を吸着する吸着特性の優れたセラミックス多孔体となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るセラミックス多孔体の製造過程を模式的に示す図であり、同図の（ａ）は焼成雰囲気が還元性雰囲気または不活性雰囲気の場合、（ｂ）は焼成雰囲気が酸化性雰囲気または中性雰囲気の場合を示す。
【符号の説明】
Ａ  有機物含有廃棄物
Ｂ  粘土
Ｃ  鉄化合物
Ｄ  混合物
Ｅ，Ｆ  焼成品
Ｇ  空隙
Ｈ  空間部
ａ  固形炭素分
ｂ  セラミックス本体
ｃ  鉄
【図１】
0004119947.tif 000005