(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
孟宗竹を還元炉で焼成し、さらに粉砕機で微粉砕加工した活性竹炭微粉末及び光触媒微粉末との混合体で構成されている事を特徴とする重金属含有廃水処理用の環境改善材。
【請求項２】
孟宗竹を還元炉で焼成し、さらに粉砕機で微粉砕加工した活性竹炭微粉末からなる３次元成形体の表面に光触媒微粉末がコーティングされていることを特徴とする重金属含有廃水処理用の環境改善材。
【請求項３】
光触媒がアナターゼ型酸化チタンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の重金属含有廃水処理用の環境改善材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雑菌や腐敗菌或いは悪臭発生物質や環境汚染物質などの有機物を分解して安全な物質へと変化させる環境改善材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、工業分野を中心に廃水・廃液および廃ガスなどの環境汚染、さらには公共施設・医療・廃棄物処理・食品分野での悪臭や汚水等が深刻な問題となっている。これら産業廃棄物の安全処理や公共施設等における悪臭防止・殺菌・浄化処理など、環境の浄化が重要な課題となっている。
【０００３】
従来、悪臭物質や環境汚染の原因となる有害物質を除去する方法の１つとして、活性炭吸着法が広く用いられている。活性炭はポーラス構造であり、表面積が非常に大きいので、優れた吸着能を有しており、水中或いは大気中に浮遊する有害物質や細菌類、カビ類を効果的に吸着除去することが出来るとされていた。
【０００４】
活性炭として使用されるものには主として木炭・ヤシ殻炭・コーヒー炭・おから炭・もみ炭・茶炭などが挙げられるが、これらは細孔分布幅が狭いために吸着除去出来る対象物の大きさの幅が狭く、高分子から低分子まで多種多様な有害物質や様々な大きさの細菌類、カビ類を網羅的に吸着することが出来なかった。これらの中には金属触媒を添加して分解効果を強化し、殺菌や脱臭を効果的に行わせるものも提案されていたが、上述のように吸着範囲が狭いために脱臭出来る悪臭成分や殺菌出来る細菌・カビ類の範囲が狭く、環境改善効果も限られたものであった。
【０００５】
しかも、添加された金属触媒により分解された低分子成分が次第に目詰まりを生じ、活性炭の寿命を短くする原因となっていた。換言すると、有害物質や有害細菌・カビ等の吸着が進み、これが分解されると活性炭の細孔が分解物質で次第に埋められ吸着能が低下する。これを加熱することで再生することもある程度可能ではあるが、細孔の回復は小さく再生品の吸着特性が新品に比べて極度に低下するため、通常は廃棄する場合が多くリサイクルは出来なかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決課題は、多種多様な有害物質や細菌類、カビ類を吸着する広い吸着能力域を有し、長期間使用可能な環境改善材を開発することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
「請求項１」に記載の環境改善材は「孟宗竹を還元炉で焼成し、さらに粉砕機で微粉砕加工した活性竹炭微粉末及び光触媒微粉末との混合体で構成されている」事を特徴とする「重金属含有廃水処理用」の環境改善材である。
【０００８】
「請求項２」に記載の環境改善材は「孟宗竹を還元炉で焼成し、さらに粉砕機で微粉砕加工した活性竹炭微粉末からなる３次元成形体の表面に光触媒微粉末がコーティングされている」事を特徴とする「重金属含有廃水処理用」の環境改善材である。
【０００９】
本発明の環境改善材に用いられる活性竹炭は、繊維状多孔質となっているため、表面積が大きいだけでなく、従来の活性炭と異なり図１、２から分かるように、細孔径がメソ孔から数十μmと広い細孔分布を有すると同時に構成成分の殆どが炭素であり化学的に安定で、その比表面積も他の活性炭より数倍大きく活性に富んでいる。そのため低分子から多連鎖分子迄の大きさの異なる化学物質やウイルス・細菌・カビなどの腐敗菌や雑菌まで吸着し、幅広い吸着能力域を示す。
【００１０】
また、活性竹炭は従来の活性炭に含まれていない(或いは含まれているとしても僅かである)酢酸・プロピオン酸・クロトン酸・ブチル酸などの有機酸、クレゾール・アセチールメトキシなどのフェノール成分、そしてメタノール類・アセトン類などの溶媒性物質を従来の活性炭と比べて多く含有し、ウイルス・細菌・カビといった腐敗菌や雑菌などに対して強力な殺菌作用を示すと同時に、吸着した化学物質を溶解・吸収し、更に分解する能力も有する。前記成分は孟宗竹に特に多く含まれている。
【００１１】
さらに、活性竹炭は導電体であり、静電気防止と電磁波吸収の効果がある。電磁波が吸収されると電子スピンの活動が加速されるので、多連鎖化学物質の結合を切断・分解し、上述の作用による分解物質の活性竹炭に含まれる溶媒性物質への溶解を促進させる助力効果がある。
【００１２】
加えて、本発明の活性竹炭はケイ酸に富んでいるため、重金属と優先的に反応し重金属を効果的に除去する。この作用により、前述の気相中の有害物質や細菌類、カビ類の吸着分解除去だけでなく、例えば重金属を含む工場排水等に投入する事で水中における有害物質のみならず重金属も除去することが出来る。
【００１３】
本発明の環境改善材に複合材として使用される光触媒は、強い酸化・還元作用を示し、吸着物質の官能基の結合を切断して単分子化させる効果が非常に強い。加えて、紫外線を吸収する事で、強い酸化・還元作用が初期状態に戻るので、紫外線照射による機能回復を図ることが出来、酸化・還元作用の長期持続性を実現出来る。
【００１４】
以上のように、活性竹炭には、従来の活性炭にない優れた特性があるが、これを微粉末にすることで、細孔分布の均一性、比表面積の増大、附形性の向上などが図られ、これに光触媒を加える事で光触媒反応による有機物分解除去が加わり、その除去能は飛躍的に向上することになる。
【００１５】
活性竹炭の利用形態としては、活性竹炭微粉末に光触媒微粉末を混ぜて使用する場合と、活性竹炭微粉末を３次元成形体(例えば、粒状体、団子状の物、多数の貫通孔を有する例えば練炭やハニカム構造体のような立体或いは建築材のような板材など)とし、その表面に光触媒微粉末を付着させる場合とが考えられるが、前者の場合、建材への混入や建材の表面への塗着なども可能である。
【００１６】
「請求項３」は、請求項１又は２の光触媒を具体化したものであって「光触媒がアナターゼ型酸化チタンである」ことを特徴とする。アナターゼ型酸化チタンは、光触媒の中でも特に、紫外線の吸収により、強い酸化・還元作用が初期状態に戻るリサイクル性を有しており、紫外線を間欠的に又は連続的に照射することで、本発明の環境改善材の分解機能が初期状態に戻り再蘇生化され、その結果性能が長期にわたって持続する。アナターゼ型酸化チタンの場合は、特に400nm以下の波長で再蘇生化の働きが非常に活発である。
【００１７】
このように、活性竹炭微粉末或いはその３次元成形体にアナターゼ型酸化チタンを組み合わせ、これに紫外線を照射することで、前述の吸着・分解の機能を複合的且つ相乗的に繰り返して作用させる事が出来、本発明の環境改善材を長期間使用することが出来る。
【００１８】
なお、本発明では、活性竹炭として孟宗竹を還元炉で焼成し、さらに粉砕機で微粉砕加工したものを用いているが、この孟宗竹からなる活性竹炭は、他の竹炭と比較しても特に酢酸・プロピオン酸・クロトン酸・ブチル酸などの有機酸、クレゾール・アセチールメトキシなどのフェノール成分、そしてメタノール類・アセトン類などの殺菌性・溶媒性物質を多く含有し、ウイルス・細菌・カビといった腐敗菌や雑菌などに対して強力な殺菌作用を示すと同時に、吸着した化学物質を溶解し、さらに分解することもできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の環境改善材を実施例に従って説明する。本実施例では、孟宗竹を原材料とした活性竹炭微粉末と、光触媒としてアナターゼ型酸化チタン微粉末を使用した場合をその代表例とするが、他の竹や他の光触媒(例えば硫化亜鉛や酸化亜鉛等)を使用することも勿論可能である。
【００２０】
本実施例で使用される活性竹炭微粉末は、孟宗竹を還元炉で焼成し、さらに粉砕機でミクロンメートル・オーダ(平均粒径が数μm〜数十μm)まで細かく微粉砕加工処理したものである。活性竹炭微粉末は１方向に延びた繊維で構成され、異なった径の細孔が集合した多孔体である（図１、２参照）。図２は図１の拡大図面代用写真で、径の大きい孔の周囲を径の小さい孔が取り巻くように蝟集しており、細孔径がメソ孔から数十μmと広い細孔分布を示す。また、蝟集した細孔同士も互いに微細通孔で連通している（図３、４参照）。図１、２は竹を軸方向に対して直角に切断した時の断面写真であり、図３は竹を軸方向に沿って切断した時の断面写真であり、図４はその拡大写真である。
【００２１】
図５は孟宗竹を原料とした活性竹炭の細孔分布を測定した結果を示したグラフである。これによれば、活性竹炭の細孔分布は約30Åのメソ孔から存在し、特に、40〜70Åと120Å前後(110〜130Å)で極大値を示す。なお、図５の場合、250Å以上の測定は不能であり、250Å以上の測定はＳＥＭの顕微鏡撮影観察したが、これによれば細孔は数十μmまで分布しており、約30Åから数十μmまで広範囲にわたって分布している。
【００２２】
これに対して、一般に使用されている備長炭の細孔分布は、約100Å付近に集中している(図示せず)。また、ＢＥＴ法（測定範囲P／Po値0.05-0.25の場合）で活性竹炭と備長炭の単位重量あたりの表面積を測定すると、単位重量あたりの表面積が活性竹炭の場合は85．854ｍ2／gで、備長炭の場合は33．358ｍ2／gとなっており、活性竹炭の前記表面積は備長炭と比較すると約3倍であった。
【００２３】
活性竹炭微粉末全体を蛍光Ｘ線とＥＤＡＸ(エレクトロ・ディフラクション・アナリシス・Ｘレイ)で成分分析を行うと、C(炭素)は88重量％、SiO2(ケイ酸)は10重量％であり、備長炭等従来の活性炭に比べてSiO2(ケイ酸)が多いことが特徴である。SiO2(ケイ酸)は、重金属と優先的に反応するので、SiO2 (ケイ酸)が多いと言う事は、従来の活性炭に比べて活性竹炭微粉末に付着した重金属をより多く吸着することが出来る事を意味している。
【００２４】
次に、本実施例で光触媒微粉末として使用されているアナターゼ型酸化チタン微粉末に付いて説明する。アナターゼ型酸化チタン微粉末は、400nm以下の低波長の紫外線、(特に波長が184．9nmおよび253．7nmの紫外線)を吸収すると強い酸化・還元作用を示し、多くの吸着物質の官能基の結合を切断し、吸着物質を単分子に分解する作用が非常に強い。
【００２５】
また、アナターゼ型酸化チタン微粉末は、前記紫外線の照射を受けると、酸化・還元作用が回復するという作用を有しており、間欠的に紫外線照射を行うことで酸化・還元作用を長期間にわたって維持することが出来る。
【００２６】
本実施例の環境改善材の使用形態は、上述の孟宗竹の活性竹炭微粉末とアナターゼ型酸化チタン微粉末(他の光触媒も可)とを混合した粉状のもの、及びこれらを造粒・乾燥・焼成した３次元成形体等が考えられる。前者の混合体の場合は、収納容器に入れて使用したり、建材に混ぜたり、建材の表面に塗料と共に塗布する事が挙げられる。後者の３次元成形体は、粒状のものや、団子状或いはハニカム状や板状のものなどあらゆる形状に成形する事が出来、様々な用途に利用できる。また、３次元成形体の場合、活性竹炭微粉末だけを造粒・乾燥・焼成して所定の形に附形し、その表面にアナターゼ型酸化チタン微粉末(他の光触媒も可)を塗着する事も考えられる。
【００２７】
前述のように形成した環境改善材の作用について説明する。本発明の環境改善材を冷蔵庫やトイレ或いは一般家庭の室内その他、悪臭発生箇所或いは細菌の繁殖しやすい場所等に設置すると、空気中の大小さまざまな悪臭分子(例えば、メルカプタンのような悪臭分子)や空気中を浮遊している様々な細菌類やカビ類を、広い吸着領域を持つ活性竹炭で効果的に吸着する。
【００２８】
吸着した細菌類やカビ類は、活性竹炭に含まれる殺菌成分にて殺菌され、続いて吸着分子をアナターゼ型酸化チタン微粉末(他の光触媒も可)にて酸化・還元作用にてＨ2、Ｏ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等の単分子に分解する。同様に吸着された悪臭分子も前記同様光触媒にて酸化・還元作用にてＨ2、Ｏ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等の単分子に分解される。分解された成分の一部は大気放出され、残部は活性竹炭に吸蔵される。光触媒の酸化・還元作用は使用に連れて次第にその作用が低下していくが、特にアナターゼ型酸化チタン微粉末の場合、前述の紫外線を照射する事で紫外線が照射された表面部分の酸化・還元力が回復する。
【００２９】
また、環境改善材を廃水・廃液中に投入すれば、廃水・廃液中の有害物質が前記同様広い吸着領域を持つ活性竹炭で効果的に吸着され、光触媒(アナターゼ型酸化チタン微粉末を含む)で分解される。この場合、活性竹炭の顕著な作用としては、その豊富なSiO2(ケイ酸)による重金属の吸着である。
【００３０】
以上のように、本発明の環境改善材は工業分野を中心に廃水・廃液および廃ガスなどの安全処理、公共施設・医療・廃棄物処理・食品分野での悪臭・殺菌・浄化・殺菌処理など、環境の幅広い浄化が可能であり、今後は特に農業或いは一般家庭での使用に至る可能性は高く、その用途は多岐にわたるが、とりわけ上述したように重金属を含む廃水の処理に用いるのが好適である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の環境改善材は活性竹炭を使用するため、細孔がメソ孔から数十μｍの広範囲にわたり且つ表面積が他の活性炭と比べて大きいので、低分子から多連鎖分子の化学物質やウィルス・細菌・カビなどの腐敗菌まで幅広い吸着能を示し、これに加えて強い酸化・還元作用を持つ光触媒が使用されているので、吸着物質を効果的に安全な単分子にまで分解して放出する事が出来、環境改善材による２次汚染などの問題を生じない。
【００３２】
更に、光触媒としてアナターゼ型酸化チタン微粉末を使用した場合、紫外線の吸収により強い酸化・還元作用を初期状態に戻す事が出来、紫外線照射により有害物質分解機能を再蘇生化する事が出来、高い酸化・還元作用を保持した状態で長期間使用することが出来る。そして、活性竹炭は従来の活性炭に比べて重金属をより多く吸着することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いた孟宗竹の活性竹炭の横断面を図面代用拡大写真
【図２】図１を更に拡大した図面代用拡大写真
【図３】本発明に用いた孟宗竹の活性竹炭の縦断面を図面代用拡大写真
【図４】図２を更に拡大した図面代用拡大写真
【図５】本発明に用いた孟宗竹の活性竹炭の細孔分布の測定結果を示すグラフ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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