［技術報告］

県産粘土鉱物を利用した無機系吸着材料の開発
瀬川晃児＊

県内で産出する耐火粘土と木材チップ工場より排出されるチップダストを原料とし、水処理などを目的としたセラミック−炭素複合系吸着剤の製造技術の確立を目的として、材料の配合、炭化条件、ガス賦活による特性の改善について検討した。その結果、一連の工程を経ると１００㎡／ｇ前後の比表面積を有し任意の形状の多孔体が得られるものの、炭酸ガス気流中で熱処理しても十分な賦活効果は見られない事がわかった。
キーワード：粘土

吸着材、炭化、賦活

Study on Production Method for Inorganic Absorbent
with Clay Minerals
SEGAWA Koji
Manufacturing method for adsorbent of ceramic-carbon composite was investigated.
Ironrichfireclay and wood chip dustwereblended,milled,pelletized andcarbonated withtube furnace with nitrogen gas flow. The process gave porous carbide samples of the2necessary shape and specific surface area of about 100m/g.
Buttheactivationwithcarbon

dioxidegaswasnoteffectiveforthesamples.
key words : clay,adsorbent, carbonization,activation
１

緒言

粘土鉱物を炭素系材料と複合化させて吸着材とし、水２

実験方法

２−１

原料の調製処理等に利用する研究は従来ほとんど行われていない。

粘土鉱物は、岩泉町石見鉱山産の赤盤粘土を用い、アまた、耐火粘土に代表される県産粘土鉱物は豊富な埋蔵

ルミナ製ポットミルで水とともに１２時間粉砕し、脱水

１）量で知られている

ものの、現在は一部が陶磁器用など後風乾した。炭素源となる有機質原料としては岩手町のに利用されているのみで新たな用途開拓による有効利用

木材チップ工場より排出される広葉樹質のダストをあらが求められている。

かじめカッター式ミル（ＩＫＡ製Ｍ−２０）で１０分間

本研究は、水処理等を目的としたセラミック−炭素複破砕し１００℃で乾燥して用いた。

合系吸着材料を開発して、県産粘土鉱物の利用を促進す

これらの材料を所定の割合で配合し、アルミナ製振動るとともに、副原料として有機系及び無機系産業廃棄物ミル（平工製作所製ＴＩ−１００）で５分間粉砕混合しを使用することで、それらの有効利用も図ることを目的た粉末に水を加えて混練し３〜５ｍｍの粒状に可塑成形として実施した。

して１００℃で乾燥したものを焼成に供した。

＊化学部

岩手県工業技術センター研究報告

炉体

磁製ボート｜
↓

シリコン栓
↓
↑
ガス導入管

第７号（２０００）

↑
炉心管

熱電対
↓↑
ガス排出管

↑↑
↑
多孔質アルミナブロック

図 １ 炉心管の内部構造

２−２炭化およびガス賦活を考慮しても、上の熱分析結果と良い一致を示した

炭化処理は、図１のように雰囲気焼成できる内部構造

次に、炭化物の比表面積に及ぼす炭化温度の影響を図のムライト製炉心管（内径４０ｍｍ）を取り付けたシリ４に示す。８００℃前後で比表面積は最大となり、さらコニット管状炉で行った。約８ｇの成形試料を磁製ボーに温度を上げると炭化温度の上昇とともに比表面積は減トに入れて炉内中央に配置し、予めダイアフラム式ポン少した。収率の結果から、８００℃から１２００℃付近

プで排気後に塩化カルシウム入り乾燥管を通して乾燥しまでは著しい重量減少が見られず、炭素量がそれほど減た工業用窒素ガスを１４０Ｎｍｌ／ｍｉｎの割合で流し少していないと考えられることから、比表面積の減少はながら昇温速度４００℃／ｈｒで所定の温度に到達後直細孔の収縮に起因すると考えられる。

ちに炉冷した。賦活処理は、２．５ｇの試料について炭化処理と同様の操作で工業用炭酸ガスを用いて行った。

10

試料の評価

原料の熱重量変化は、示差熱天秤（真空理工製ＳＹＳＴＧＤ７０００）を用いて窒素気流中、昇温速度１０℃／ｍｉｎで、約２０ｍｇの粉末試料について測定した。

重量変化 ［％］0２−３-10-30-40

炭化試料の迅速表面積は比表面積測定装置（柴田科学製-50ＳＡ−１１００型）を用い、窒素ガスによるＢＥＴ１点-60法で求めた。炭化処理および賦活処理による収率は、そ-70

結果と考察

３−１

チップダスト↓0れぞれの処理前後の重量変化の割合から求めた。

３↑
赤盤粘土

-20200400

600 800 1000
温度 ［℃］

図２

原料の加熱重量変化

1200

1400

原料の配合

図２に赤盤粘土とチップダストの熱分析結果を示す。
この結果から、６００℃から１１００℃の温度範囲では65いずれの材料も大きな重量変化はないことがわかる。１０００℃付近での炭化処理を想定して、炭化後の重量比60２の重量比で混合粉砕した。粉砕試料は、水を用いた可塑成形が容易で、乾燥後及び炭化後も十分な強度を保持

収率［％］がほぼ１：１となるように、赤盤粘土１：チップダスト

55しており、ハンドリングによる破壊は見られなかった。
50３−２

炭化処理

熱分析の結果と、赤盤粘土の焼結特性２）から、炭化処

45600

理の温度を６００℃から１４００℃とした。

800

1000
1200
炭化温度［℃］

収率と得られた炭化物の比表面積に及ぼす炭化温度の影響を図３に示す。この結果は、試料重量や形状の違い

図３

炭化温度の収率への影響

1400

120

120

100

100
比表面積［㎡／ｇ］

比表面積［㎡／ｇ］

県産粘土鉱物を利用した無機系吸着材料の開発

80

6080
保持時間なし
１５分保持
３０分保持

60
4020

40020600

図４800

1000
1200
炭化温度［℃］

600

1400

３−３

炭化温度の比表面積への影響

700

図５800
900
賦活温度［℃］

1000

賦活温度の比表面積への影響

賦活処理

あらかじめ６００℃で炭化した材料について、炭酸ガ

100

ス気流中、最高温度６００℃から１０００℃、最高温度95得られた試料の比表面積に及ぼす賦活温度の影響を図５に示す。この結果から、炭酸ガスによる賦活効果は６００℃〜８００℃の低温側でわずかに認められる程度で、逆に９００℃以上で長時間賦活処理を行うと比表面積は著しく低下することがわかった。

賦活収率［％］

到達後の保持時間０〜３０分の条件で賦活処理を行った。

90
保持時間なし
１５分保持
３０分保持

858075

さらに、賦活処理前後の重量変化から求めた賦活収率に及ぼす賦活温度の影響を図６に示す。賦活処理での重70600

700

量減少の大部分は、酸化による炭素の消費に起因するとみなせるが、この結果と上の比表面積の結果を合わせて

図６800
900
賦活温度［℃］

1000

賦活温度の賦活収率への影響考えても、炭素の残存量と比表面積の間に明確な相関は見られない。

試作材料の比表面積は最大でも１００㎡／ｇ前後にとこれは、８００℃以下の低温側では細孔構造を維持しどまり、一般の活性炭（１０００㎡／ｇ前後）やさらにたままで炭素が消費されていくために比表面積が大きく良質の木炭（５００㎡／ｇ前後）3)に比べてもかなり低変化しないのに対して、９００℃以上では表面の炭素がいことから、吸着剤としての特性が十分には期待できな急激に失われることによって比表面積も大きく減少する

いと考えられる。と考えられる。

４結

言

県内で産出する耐火粘土と木材チップ工場より排出さ文

献1)「岩手県岩泉町

赤盤粘土の利用に関する基礎研究れるチップダストを原料とし、水処理などを目的とした（東北の非金属鉱物資源調査報告）」仙台通商産業局、セラミック−炭素複合系吸着剤の製造技術の確立を目的

非金属鉱物調査委員会編（1989）

として、材料の配合、炭化条件、ガス賦活による特性の

2)横屋正男、船山博：岩手県工業試験場研究報告、２ １ ，４６改善について検討した。その結果、一連の工程で１００（1979）㎡／ｇ前後の比表面積を有した任意の形状の多孔体が得

3)たとえば「新版活性炭−基礎と応用−」真田雄三他編られた。さらに、得られた炭化物を炭酸ガス気流中で熱講談社(1997)など処理しても十分な賦活効果は見られない事がわかった。

岩手県工業技術センター研究報告第７号（２０００）県産粘土鉱物を利用した無機系吸着材料の開発