束急建設】
支術研究所報k)26

ti D C 661 183 215」 01i54083

生崩 壊性炭化物 ボ ー ドに関す る研究 (そ の 5)
一 炭化物のガス吸着性能 とその諸物性 ―
椿

要 約:

泰徳

*

柴野一則

キII
小サ

渉

環境調和型の生崩壊性炭イ
陀物ボー ド (以 下ボー ni玲 後,生 産・商品イ
メインになってくるが,そ の際に原料となる炭働ミ化物の材料選定は非常に重要になる。ボー ドに使用する炭化物は,原 料,産 地,焼 成温度等様々な要因により種々多様なものが存在する。 しか しながらボー ドに要求する吸着性能を求めるために,全 ての炭化肋をボー Hヒ し訓験を行 うことは難しし、そこで本報では,炭 化物の吸着性能を測定することで成型体の吸着性能を予想できる簡易吸着試験を行ち 亀 16種 の炭化物によるホルムアルゲ ヒ ド,ア ンモニア及び トルエンを対象ガスとした吸着試験及む
表面積及0聞田Ⅲ
径分布の物性を測定し亀'ヒ
その結果吸着試験では,二 時間後のイ農度において若千高い (吸 着 していなしう ものがあったが,全 てのサンプルが対象ガスを吸着すること,吸 着量ではそれぞれのガスでほぼ変わらないことが判明した。一方物性測定で喧 比表面積と平均榊孔直缶
比表面積と細孔径分布 (ミ クロポア)に 相関関係があることも判明しナ̲
十たド :炭化物,的目

1イ

次まじめに2競

1物性頚」
定

3結 果法

4.ま とめ

は じめに16種類 の炭化物 (表 1)を 用いてホルムアルゲ ヒ ド,ア ンモニア及び トルエ ンの標準ガス を作製 し吸着性能を確認 した
l試験 I)。

また炭化波 の基本的な物 陶瞭 ある,比 表面積及表 1 炭化十勿の種類 と炭化 Q蘭舌)温 度
No.

炭化物種類炭化 (賦 活 )温 度2木質炭 2木質炭 3木質炭 4植物炭 1古物炭 2柱植物炭 3植 物炭 4植物炭 5針葉樹 炭
広 葉村炭 1広 葉樹炭 2広 葉樹炭 3広 葉樹炭 4活性炭 1
活 l牛 炭2400‑500700‑800

び細孔径分布 を演」
定 し l試 験 Ⅱ)試験 Iと の考察を行 つた

2

試験方法
2.1言 癬験 I(け 財音諏3)

炭化物の試験方法 としては,」 IS K1474に U宇 管をイ吏用 したものが定め られている。 しか しなが ら結果 を出すのに多大4な時間がかかって しま うことが予想 されたので,短時間で簡657易的に測定が出来,か つ ある程度の評価手法 として今後 も試8験可能なサ ンプ リングバ ッグ法を採用 した。既報 よりこの試910111213141516400630‑650
450
700‑800
400‑500700

500‑600
400‑500
700
1,000
1,000

800‑900
800‑900

表 2 濃度測定用 検知管 とその濃度範囲

No 3Laトル エ ン

写真 1 バ ングによる試験状況*建 築研究室

93

No122L
No122

り り し り し し

0.1‑500,05‑1.0
1.0‑305‑100
2‑50
10‑300

ああなあなな

ア ンモ ニ ア

No 91L
No,91LL
No,3L料

Ｅαじ 悩 襲 投 頭 上コト く に く ミ モ︵

験方法を用い ることで,成 型体が炭化物 の吸着性能をそのまま保持 していることが確認 できてい る け。 フ ッ化 ビニル系からなるこのサ ンプ リングパ ッグ (以 下バ ング)は ,透 明なの
生ぺつで中の様子が容易に観察できす↑
協を1戒磯溶剤 に対す る而ヽ,有的強度に優れ,広 い温度範囲での使用が可能である。 このバッグの一端を切 り開きサ ンプルの出 し入れ 国とした。

一木 賀決3‑持 木 質 炭 4‑植‑植‑植40

206080100

ル は,表 1に 示 した 16種 の炭化物を使用 し吸着試験を行 つた。
今回は二時間まで測定 したので,こ の臨 点を終濃度 とす る。

コントロー ,レ―々 針 葉樹 炭
広葉 樹 炭 1
広葉 樹 炭 2→ ← 広莱 樹 及 3‑広 葉 納 4‑活 性 炭‑― 活 性 炭 2
12.2 試験 Ⅱ (比 表面積,細 孔径分布測定試験 )02040

表 1に 示す試験体約 03‐ 04gを 標準セルに取 り,装 置 (島6080100120

時間 (mh)スASAP‑24CЮ 及び ASAP‑2010)の 資料処理部で
メリテック
津マイクロ
温度約 30(l℃ で、約 15時 間 (一 晩),脱 ガ ス処理をして行つ,―←―コントロー ルー,木 買炭 1

Ｅｄじ 超 脳 艘 薇 卜Ｈ中ヽト︵た。窒素 ガスによる測定を行い,得 られた結果か ら,比 表面積 ,細 孔径分布及び平均細孔直径を算出 した。
結果

木 質炭 2
木質炭9‑木‑楢質炭4物炭 1,― 植 物 炭 2‑植)物 炭3槽物 炭4檀物炭 5

全炭化物がホルムアルデ ヒ ド,ア ンモ ニア及び トルエ ンを吸着 した。結果を図 1に 示坑]手「J,(mh)―争―コントロー ル

ＥｏＣ 凶 颯 慨 Ｒ 卜Ｈ中ヽト︵ホルムアルデ ヒ ド】
【検知管 の演1定 精度 (± 10%)を 考慮 しても,全 ての炭化物ン
は同様な経時変化を示 と,終濃度に関 しては広葉樹炭 3が 若千高い値を示 した以外は,他 の炭化物に大きな違 いは観察 されなかつた。 したがってホルムアルデ ヒ ドの吸着 には,炭 化イ彰‐ 針 薬 鶴 炭
広菜樹炭 1広葉樹炭 2‑広‑広葉樹 炭 3業樹 炭 4‐ ― 活性炭 1

物 の種類によらないことが分かつた。

‑活アンモニア】【
広葉樹炭 3,4と 活性炭 1を 除 くすべての炭化物 は吸着速度性炭 2時 間 (mh)５２10%)を 考慮 しても吸木貿炭 2
ホ質愛3５１→ ← 木 賞炭4‑枯０︲

れは,炭 化物の吸着速度 が遅いことが主な原因 と考えられる。

コントロール―ゴ 木 買決 1０２Ｅａじ 擦 礎 慨 雇ΛＨミ 上︵着性能的に違 いはない と考えられ る。また広葉樹炭 3と 活性
炭 1に お いては,終 濃度が 3〜 10ppmと 高 く測定 された。 こ今回は二時間まで しか測定 していないが,測 定を続ければさ‑檀時

炭化物はその炭化温度 によつて表面の化学的 性状に変化が25

物炭 3檀物炭4コントロール
一壁 針 葉樹 A20,1植 物帆5０ｍ０可能性がある。
生ず ることか ら,炭 化温度が低い ときは酸性 とな り逆に高いと塩基′性を帯び るよ うになる といわれ る り。木質炭 2は搬.― 檀 物 決 2５らに吸着す ると考えられ,そ の結果吸着量に差 が生 じて くる4(X)‐物炭 3植 物 炭4120

Ｅａじ 鶴 終 撰 戻上︼トミ К＜ミ 祥︵

ガス濃度を表 2に 示す検知管によ り浪1定 した。炭化物サ ンプ(±物 炭2

時間 (mh)で調整 したあ と,温度 25℃ ,所 定時間 ごとにバ ッグ内の各種が同様であ り,検 知管の測定精度

物炭 1

植 物炭 50

入れその後バ ック内の空気を吸引」F気 した。 ホルムアルデ ヒ
アンモニア及び トルエンを 20ppmに なるように窒素ガス
ド′31 試験 I(炭 化物の吸着試験t 木 資炭 1
木 質炭2

また試料は 110° Cで 12時 間以上乾燥 させ使用 し亀 炭化激の重量を正確に計 り (16.Og),20リ ッ トルサイ ズのバ ックに3コントロール￨

士

広葉樹 炭 1500℃ で作 られてお り表面が駿性 を帯びてい ると考え ら

広葉 樹 炭 215

れ ,事 実,ア ンモ ニアの吸着試験 では検 知できないほ どの濃‑広‑広5‑■ 活 性 炭 1度 になるのに 16サ ンプル 中最速 であった。しか しなが ら高温度で炭化 された広葉樹炭 3, 4が ,弱 酸性であるホル ムアル

菜樹炭 310葉樹炭4‑― 活 性 炭 20ン
た とい う結果 は得 られなかつた。
デ ヒ ドを効率 よく吸着 に0

アンモニアの コン トロール (サ ンプル狂 し)で は,時 間のノ経過 に伴 い初期濃度 の減少 が観察 された。今回使用 したバ ヽ

20408000

100120時 間 (mn)及着試験結果
図 1 炭化物 の口94

キ設技術研究所引tゝ )26
東急とグ内部への吸着 が起 こってい るかは確認 していないが,同 じぐミ
じ 解 旧 照聟
︵考慮す ると,ア ンモ ニア 自体の性 質にその原因があるのではないか と考えられ る。ホルムアルデ ヒ ドは弱酸 性である一方アンモニアは強アルカ リ性である。今回使用 したガスは,弱酸性アルカ リ性及び有機溶剤の三種類である。しか しなが ら,いずれのガスに姑 してもバ ッグは問題ない とされてい るので

比表面積ａｏ︐ ｏ ｏｏｍｏ ｏｍ阻 阻阻 阻阻

水溶性 のホルムアルデ ヒ ドが同様な変化をしていないことを

,

ミＸ翠 喪
Ｆヽ型 爬寸翌率 Ｈ 恒

寸召 尊 猟 慎﹃墨 撃 爬ＦЖ 準 供 恒Φ喝 尊 絆 恒劇ヽ革 絲 慎

電尊 駅 まいＸ 母型
寸≦ 尽型∽Ｘ 尽 型Ｎヽ ド 坪要がある。
【トルエ ン】

ｒ巡 尽型
寸堅Ｍ ｋ
∞≦ ば Ｋ﹃堅 壇 ｋｒ堅壇 ｋ

同 じアルカ リ性 のガスについてバ ッグとの相性 を確認する必

終濃度については,木 質炭 4,広葉樹炭 3が 2ppmと 他 の∞∞∞山００００︒
０唖

Ｎ堅 導 粽 慎

渇算 憮 亡ｒヽ尊 採 慎

一基 翌 ｋｒ痣尊 解 慎

察尊 騰まい黙 澪 揮寸裏 澪 揮

０黙 季 早一窓 季 軍ｏヽ 雲 ｋ

寸基 嵐 柊≡ヽ 嵐 ｋ

二般的に知 られている炭 といえば,冷 蔵庫脱臭に良く使われる活 性炭やア ウ トドアや調理 で良い とされ る備長災である

平 均組 孔 直径が,今 回の吸着試験結果か らは, このよ うな高温で焼 かれて︵削檀 ヾ 辱 Ｆ辞＜︶

い る炭 (今 回のサ ンプルの中では広葉樹炭 3, 4)よ りは,比較的低温で焼 かれてい る木質炭,植 物炭,針 葉樹炭及び広葉樹炭の一部 の方が吸剥 糀 は良い といえる。後者は間伐材,木材廃材または食品廃棄物 か ら作製 している炭なので, このＮ璃姻 に平 均掴 孔 直径 (A)きさと吸着速度 との間には正の相関はないと考えられ る。 まかつた,木質炭 2,植 物炭 1そ して針葉村炭に着 日してみる。
︵＜︶
削 但ギ 票 Ｆ酢

ミク ロポアの細子L容積は大きい とはいえないが襲着陛能は特に優れていた。逆に,同 様な ミクロポア容積を持つ他 の炭化物吸着性能がよくないことを考える と,細 孔径分布でも吸着試験結果を裏付 けるものでないことがわかっ亀平均細孔直径は炭化物 の吸着力を示す といわれ 0,細 孔径力Ⅵ ヽ
さな炭化物ほど吸着性能がよくなる。 この物「生値 の河ヽ
さ００００
卿蜘７０︒卸卿卿卿ｍｍ６た吸着試験 の吸着速度及 び終濃度の低 さとい う点刊或績のよ2と 吸着誂

ヽ型 爬︐比表 面 i「 と平 均細 ■ 直径 との相 関 関係

ポア内部では拡散速度が遅 くなるため, ミクロポア容積 の大い,針 葉樹炭,底菊樹炭 1, 2及 び活賊寸ヽ蕉 牌 ｋきい ほど吸着能力 は高い と考え られ る。 しか しなが らミクロ劇ヽ 華 К 里

炭化物内に存在する三種類のポアの中奄 吸着に大きく関与 してい るのは ミク ロポアである。従 つて, ミクロポアが大いヽ峯 揮

違 いを生むの力斗蛉 回の結果か らは分かつていなヤ、帯ヽ 祭揮ぐ■ ︶ 旧尊引︵の違 いが吸着速度及び終濃度に対 して,疋量 的に どの程度の一器祭 卑て大きな違い は得 られなかつたるただ し,比 表面積の約 10倍﹈脚蜘脚山蜘卿卵ｍｍ¨

面積 しか持たない他 の植物系炭 と,吸 着速度や終濃度におい０葛 澪早3.2 試験 I(比 表面積 ,細 孔径分布測定試験 )一番高tくを示 した活性炭 1,2が ,そ の 1/10前 後 の比表

寸闘 営 Ｋ

一葛壇 Ｋ

l用 とい う炭化物ボー ドには非常に良ｏヽⅨ ｋ

吸着性能傾向lま―い傾向とヤヽえる。

細 孔 径 分布 ((10A)と 平均 帝
田孔 直 径 との 相 関 関係
●5 8660fe]]].

R2=06009

02000

果03000

04000

05000

細 子1径 分 布 (m7日 )と比べ ると,針 葉樹炭だけに関 してはこの考え方が当てはま

図 2 炭化物諸物性 の測定結果

9506000

＜ｅ ｖ

００
岬山

蜘００﹈

呻蜘

０００２０を左右す る要因の一つ と考えられ る。

００００lナ００咽は水に対 して不溶である。 この吸着物質 の″ノナヒも,吸 着現象

００︒
０く,OA山剛―

蜘００■■■10‑9.000A

岬

四ヒとい う違 いはあるが水溶 Lで あ り,一 方 トルエ ン
ト００↑
虫 徹

蜘に遅かったことに関 しては物 質 の化学的性質 に原因が考え られ る。つ ま リホル ムアルデ ヒ ド,ア ンモニアはそれくれ 弱酸００＜ ９８ ０も ≡温度が異なるだけで,現 在 の ところ理由は不明である。
トルエ ンがホルムアルデ ヒ ド,ア ンモニアより吸着速度的

呻炭化物 10.5pp印 )よ り高い数値を示 した。 これ らは共に炭化論 じることが多いので今後は低濃度での吸着試験が必要 と考内部 の平均細孔径 が小 さい炭化物 ほ ど表面積が大きいこ とを
さい炭化物ほどミクロポア (<10A)
示 し,そ の細孔径 が川ヽえられる。の 占める割合 が多 いことを物語 つている。比表面積 が大きなる。化学物質吸着性能 と平均細孔直径 との相関を,低 濃度で3.3比表面積 ,細 孔径分布,平 均細孔直径の比較

以曲
さな子し (,村 が多い ことがわかつた。 また近イ炭化物は刈ヽ

この三つの物性値に関 してそれぞれ相 関の有無を確認 して質及 びそれに線に乗 つていない茨化物 は,表 面の化学的 な ヒlナ

みると,平均細孔直径 と比表面不責,細 孔径分布 と平均細孔直伴 って生ず る,吸 着ガス (窒 兼ガス)と 炭化物 との相性など

径 の間において,相 関があると考 えられる。 これは,炭 化物他 の要因の影響が大きい と考えられる。

,

4̲ま とめ全ての炭化舷においてホルムアルブ ヒRア ンモニア及び トルエンを吸着することが分かった② 二時間あたりの吸着量で地較してみると,それぞれのガスに関して回吸着昌 こ1ま とんど潮まなかつた
このガスの「及着に対して適しているカヱ謗乾単断 できる簡易的強をすることく この剣 助笏ミ③ 釉④ 比表面積 と平均細孔直径,細 孔径分布 と平均細孔直径の間において,相 関があるようである。
①あることが判明し亀謝 辞 本解九を行 うに際 して,多 くの徊晴 導・編協力 をいたaヽ わ 馨勤慟起籍潮究官 村山敏博博士に深くだ謝致 しま坑

参考文献
・河りII涛 :と 助誓的瑠鬱狩洋 日劇封蛇劉眈 lて の3),知 膨桝■ ド♂
歩 128,1999年
朔着性・瑶 報穀鎖続潮漸靴 N征う即 ユ1清 素は・堺調引景
Щ7月2)真 田雄三・鈴木基之 ・藤井1998年 8月
薫 :新版 活性炭 基礎 と応用IPp.8← 88′ 講談社ナイエ ンティフィック′

3)阿 部郁夫 :木 炭吸着剤 の製造 と利用 ,木 材工業 ,No7,vo1 51,1996

The Stlldy ofBiodcBttdable軸 腕Composile Board‐Pa■ 5 Gas adsoIPion ab血 げ md some charactcistts ofa∽ 戯廟脱Юd∞ mpottte‐

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