(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主にＳｉ，Ａｌ，Ｃａよりなる無機物質である製紙スラッジ焼却残渣を塩酸もしくは硫酸によりｐＨを７乃至５に調整した弱酸性溶液の中で攪拌混合して混合スラリーを作成し、製紙スラッジ焼却残渣に含まれるカルシウムを溶出させるカルシウム溶出ステップと、
前記カルシウム溶出ステップの後、ケイ素とアルミニウムを含有した固体とカルシウムを含んだ溶液に分離する分離ステップと、
前記分離ステップの後、カルシウムを含んだ溶液を除去してケイ素とアルミニウムを含有した固体をアルカリ溶液中で加熱処理する加熱処理ステップと、
前記加熱処理ステップの後、冷却し反応液を分離した生成物を乾燥して多孔質物質を作製する作製ステップと
よりなることを特徴とする多孔質物質の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製紙過程で発生する製紙スラッジおよび製紙スラッジの焼却残渣から得られる、液体中ならびに気体中に含まれる諸物質を吸着する多孔質物質の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
製紙過程で発生する製紙スラッジ等の焼却残渣を使っての様々な物質を吸着する多孔質物質を製造する方法は数多く知られている。例えば、製紙スラッジの焼却残渣をアルカリ溶液中でゼオライト化させる方法が提案されている。
【０００３】
ところが、製紙スラッジは、紙の顔料として酸化カルシウムの形での含有量が多く含まれていて、ゼオライト化の骨格を形成するケイ素とアルミニウムの相対量が低いという特徴がある。
【０００４】
このような製紙スラッジの焼却残渣は、アルカリ溶液中でケイ素やアルミニウムが溶解しにくいほか、アルカリ溶液中で結晶骨格として「ケイ素−酸素−カルシウム」結合となりやすく、ゼオライト結晶骨格を形成できない等により、高い性能を有さない課題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
製紙スラッジを使ってゼオライト化させるためには、上述のような課題を有している。課題を解消させるために、製紙スラッジ焼却灰に含まれるカルシウムの相対量を低下させるためにケイ素やアルミニウムを含有する物質を加える方法が提案されている。
【０００６】
これらの方法では、新たな物質を加える必要があり省資源の観点から好ましくはない。ケイ素を含有する物質として珪藻土もしくはその使用後の廃棄物である廃珪藻土がある。これらを製紙スラッジの焼却残渣に加えることにより、ケイ素の含有量は高くなり相対的にカルシウムの含有量は低下して、製紙スラッジの焼却残渣をゼオライト化させるための課題は解消される。
【０００７】
しかし、珪藻土はその形成由来により多くの鉄を含有しているため、製紙スラッジの焼却残渣をゼオライト化した場合、特に水質浄化材などに用いる場合鉄イオンが溶出しやすく、浄化水を茶色に染める欠点があった。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、製紙スラッジとその焼却残渣を利用し廃棄物をなくすると共に様々な物質を吸着するろ過材を低価格で得る多孔質物質の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の多孔質物質の製造方法は、主にＳｉ，Ａｌ，Ｃａよりなる無機物質である製紙スラッジ焼却残渣を塩酸もしくは硫酸によりｐＨを７乃至５に調整した弱酸性溶液の中で攪拌混合して混合スラリーを作成し、製紙スラッジ焼却残渣に含まれるカルシウムを溶出させるカルシウム溶出ステップと、前記カルシウム溶出ステップの後、ケイ素とアルミニウムを含有した固体とカルシウムを含んだ溶液に分離する分離ステップと、前記分離ステップの後、カルシウムを含んだ溶液を除去してケイ素とアルミニウムを含有した固体をアルカリ溶液中で加熱処理する加熱処理ステップと、前記加熱処理ステップの後、冷却し反応液を分離した生成物を乾燥して多孔質物質を作製する作製ステップとよりなることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態例を詳細に説明する。
【００１５】
製紙過程で発生する製紙スラッジの主成分は、紙繊維を構成するセルロースなどの炭素を含有する有機物質と紙の表面に塗工された粘土鉱物等の無機物質に分けられる。
【００１６】
一般には、有機物質を燃焼させて無機物質即ち焼却残渣として減量し埋め立て処分や一部はプラスチック材料の充填材やセメントの材料などに用いられている。
【００１７】
本発明は、製紙過程で発生し廃棄される粘土鉱物等の無機物質である製紙スラッジ焼却残渣を塩酸もしくは硫酸によりｐＨを調整した弱酸性溶液の中で攪拌混合して、製紙スラッジの焼却残渣に含まれるカルシウムを溶出させ、ケイ素とアルミニウムを含有した固体とカルシウムを含んだ溶液に分離した後に、カルシウムを含んだ溶液を除去してケイ素とアルミニウムを含有した固体をアルカリ溶液中で加熱処理させることにより多孔質物質を製造する。
【００１８】
本発明で製紙スラッジから効率よく多孔質物質を製造する方法は、製紙スラッジの焼却残渣に含まれる酸化カルシウムは溶出するがケイ素とアルミニウムは溶出されない溶液のｐＨ領域を見出して、製紙スラッジの焼却残渣のカルシウム量を減少した多孔質物質原料をアルカリ水溶液中で加熱処理することを特徴としている。
【００１９】
このようにして得られたカルシウムを溶出した溶液に二酸化炭素を注入することにより、新たな資源として炭酸カルシウムを取り出す副次的な効果も得られ、溶液はそのまま下水等に放流できる特長を有している。
【００２０】
本発明による多孔質物質原料をアルカリ水溶液中で加熱処理することにより、液体中および気体中の様々な物質の吸着性能に優れたろ過材としての多孔質物質を提供することができる。
【００２１】
図１は本発明の実施形態例による多孔質物質の製造方法を示すフロー図である。
【００２２】
まず、ステップＳ１において、弱酸性溶液に製紙スラッジ焼却残渣を混ぜ合わせ混合スラリーを作成する。弱酸性溶液は、例えば、水道水や工業用水に塩酸や硫酸などの酸性溶液を適当に添加して作製できる。
【００２３】
次に、ステップＳ２において、十分混合した後にベルトフィルタや遠心分離装置などの脱水装置により固体部と液体部に分離する。
【００２４】
次に、ステップＳ３において、このようにして分離された固体部をアルカリ水溶液中で熱水処理を施し、ステップＳ４において、多孔質物質を得る。
【００２５】
【実施例】
本発明の実施例を説明する。本発明でいう製紙スラッジ焼却残渣とは、製紙スラッジは製紙工場で発生する製紙スラッジをフイルタープレス機などにより脱水したものを焼却し有機物を燃焼させて、製紙過程において添加された粘土鉱物類などの無機質物質となったものである。
【００２６】
製紙スラッジ焼却残渣を弱酸性溶液中でカルシウムを分離して、分離された固体部を特願平５−２５９５５０号や「製紙汚泥のゼオライト化：ＮＴＴ技術ジャーナル１９９７．２」などの手法に基づき、アルカリ溶液中で熱水処理することにより、ナノスケールで多孔質な物質である吸着材に転換させる。
【００２７】
この多孔質物質は、ゼオライトと呼ばれる鉱物が生成される。つまり、本発明の趣旨は製紙スラッジ焼却残渣から高性能で効率よくゼオライト化させるための原材料の作成方法を示唆してもので、実施例に限定されるものではない。
【００２８】
（実施例１）
製紙スラッジの焼却残渣の成分は、その由来や焼却温度によって異なるが概ねその組成は、図２に示される。５００ｍｌのビーカを８つ用意しそれぞれに純水１００ｍｌを入れ、水酸化ナトリウムと塩酸を添加してｐＨ４，５，６，７，８，９，１０，１２の水溶液を作製する。
【００２９】
それぞれのビーカに製紙スラッジ焼却残渣５０ｇを加えて、温度９０℃、回転数１５０ｐｐｍに設定した温度調整付回転攪拌装置で６０分間混ぜ合わせて、ろ過して液体中に含まれるケイ素、アルミニウムおよびカルシウムイオンの濃度を測定したところ図３及び図４に示す結果を得た。
【００３０】
アルカリ領域では、ケイ素およびアルミニウムの溶出が大きく、ｐＨ８以下になるとカルシウムの溶出が多くなることが明らかとなった。
【００３１】
カルシウムを製紙スラッジ焼却残渣から分離させるためには、溶液のｐＨを７以下にすればよいことがわかるが、ｐＨ５以下となると多孔質物質を形成するアルミニウムも溶出するため、本発明で用いる溶液のｐＨは７乃至５の弱酸性溶液とすることが望ましいといえる。
【００３２】
（実施例２）
弱酸性溶液に対する製紙スラッジ焼却残渣の比率を確認するために、先に得られた弱酸性溶液の好ましいｐＨとするため、純水に塩酸を加えてｐＨ６とした弱酸性溶液を作製した。
【００３３】
このようにして作製された弱酸性溶液１００ｍｌに対して製紙スラッジ焼却残渣５０ｇ、４０ｇ、３０ｇ、２０ｇ、１５ｇ、１０ｇを加え、温度９０℃、回転数１５０ｐｐｍに設定した温度調整付回転攪拌装置で６０分間混ぜ合わせて、カルシウムイオンの濃度を測定した。
【００３４】
図５に示される結果から、製紙スラッジ焼却残渣を溶解させるための弱酸性溶液の量は、弱酸性溶液量が多いほど良いことがわかる。
【００３５】
実際の製造にあたっては、使用水量や製造設備等の制約を受けるので、製紙スラッジ焼却残渣に対する弱酸性溶液の比率はできるだけ小さくすることが望まれる。
【００３６】
その反面、その比率を小さくすると弱酸性溶液中で製紙スラッジ焼却残渣がスラリー化することが困難となることがある。
【００３７】
したがって、製紙スラッジ焼却残渣に含まれるカルシウム成分を多く除去するためには、製紙スラッジ焼却残渣１に対する弱酸性溶液の比率は、１０以上とすることが望ましいが、設備の規模等により４乃至６程度でも効果を発揮する。
【００３８】
また、実施例では液温を９０℃でおこなったが、これまでの発明者らの経験により、例えばつぎに述べるオートクレーブのような圧力容器内で液温を例えば、１２０℃乃至１５０℃程度の高温で処理するとさらにカルシウム除去効果が発揮する。
【００３９】
（実施例３）
実施例１および実施例２でで示された方法により作製された多孔質物質原料を特願平５−２５９５５０号や「製紙汚泥のゼオライト化：ＮＴＴ技術ジャーナル１９９７．２」などの手法を参考にして多孔質物質を作製した。
【００４０】
具体的には、１，０００ｍｌのビーカに純水に塩酸を加えてｐＨ６とした水溶液を５００ｍｌに製紙スラッジ焼却残渣を１０ｇ加え、温度９０℃、回転数１５０ｐｐｍに設定した回転攪拌装置で３０分間攪拌した。
【００４１】
このスラリーをろ紙を使って液体と固体に分離した。固体を取り出し再度純水で洗浄し余剰な溶液を流しとった後、固体を電気乾燥炉で乾燥させて多孔質物質原料を作製した。
【００４２】
固体は、つぎに述べる多孔質物質の生成において水分量の調整を容易にするために乾燥させたが、含水量があらかじめ判っている場合はその限りではない。
【００４３】
つぎに、１Ｌの攪拌機付きオートクレーブに純水４００ｍｌに水酸化ナトリウムを添加して３モルの水酸化ナトリウム溶液と先に作製した多孔質物質原料１００ｇを入れてオートクレーブの蓋を閉めた後、撹拌機しながらヒータで１２０℃に達するまで加熱する。その状態を６時間保った後ヒータを止め室温になるまで冷却後、オートクレーブの蓋を明けて反応液と生成固形物に分離する。分離した生成物を洗浄し乾燥し多孔質物質を作製した。
【００４４】
生成物の性能を調べたところ、図６に示すように、本発明の処理方法を施さない多孔質物質に比べて、本発明の処理方法を施した多孔質物質は、ゼオライトの特徴である陽イオン交換能力が３倍程度高くなったことが試験の結果明かとなった。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、製紙過程で発生する製紙スラッジを再利用するために吸着能力に優れた安価な多孔質物質の原料及び多孔質物質を提供することができる。
【００４６】
本発明は、従来の製紙スラッジ焼却残渣を用いて多孔質物質にする製造に関して、優れた多孔質物質を製造することができる原料と多孔質物質の製造方法を可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例による多孔質物質の製造方法を示すフロー図である。
【図２】本発明の実施例による製紙スラッジ焼却残渣の成分を示す説明図である。
【図３】本発明の実施例による溶液のｐＨの変化とカルシウム溶出量の関係を示す特性図である。
【図４】本発明の実施例による溶液のｐＨの変化とケイ素およびアルミニウムの溶出量の関係を示す特性図である。
【図５】本発明の実施例によるスラリー濃度の違いによるカルシウム溶出量の関係を示す特性図である。
【図６】本発明の実施例による陽イオン交換容量の違いを示す説明図である。
【符号の説明】
Ｓ１〜Ｓ４  多孔質物質の製造方法によるステップ
【図１】
0003766318.tif 000002
【図２】
0003766318.tif 000003
【図３】
0003766318.tif 000004
【図４】
0003766318.tif 000005
【図５】
0003766318.tif 000006
【図６】
0003766318.tif 000007