Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
#### 9.1.2 新規のリン酸カルシウムガラス粉末作製法

次に、新規のリン酸カルシウムガラス粉末作製方法について説明する。Fig.9.5に実験装置の全体図を示す。この装置では、焼却飛灰にリン酸を散布し、熱処理によりリン酸カルシウムガラス粉末を作製し回収するプロセスを想定している。故に、従来法でのリン酸カルシウムガラスを冷却する工程とガラスを粉砕する工程を省いた形となっている。しかし、本装置では、焼却飛灰にリン酸を散布する工程は考慮しておらず、焼却飛灰にリン酸が散布された瞬間の粉末を試料粉体として模擬的に作製した。以降、この手法を新規法と記載する。

Fig.9.5 Experimental apparatus

試料粉体の作製方法について説明する。焼却飛灰 20.0 g にリン酸試薬(85% liquid) 27.2 ml を混合し、500°C の炉内で 30 分間熱処理した。それをハンディプレスで予粉砕し、篩分けによって粒子径を 0.125-2.38 mm に調整したものを、遊星ボールミル(250 rpm、1 時間)で粉砕をした。Fig.9.6 に試料粉体の XRD ピークチャートを示す。試料粉体は、リン酸カルシウムのピークが検出されており、
ガラス化されていないことがわかる。また、Fig.9.7 に試料粉体の積算分布を示す。試料粉体の中位径は、9.9 μm である。

Fig.9.6 XRD peak chart of raw material

Fig.9.7 Cumulative undersize of raw material
次に、実験方法について説明する。先に作製した試料粉体を、フィーダーを用いて分散機に0.5 g/minで定量供給し、エアロゾルとして20L/minで電気炉内に供給した。そして、炉内温度1400℃で設定された電気炉内を通過させ、熱処理された粉末を、真空ポンプを用いて20 L/minで吸引し、フィルターにて回収した。回収した生成物の結晶構造をXRD、粒子径をレーザー回折・散乱式粒度分布測定装置、粒子形状をSEMによって測定、観察した。

### 9.2 実験結果

#### 9.2.1 回収した生成物の結晶性評価

Fig.9.8 に新規法(b)で回収した生成物の XRD ピークチャートを示す。従来法(a)で作製したリン酸カルシウムガラス粉末のデータも合わせて示す。従来法で作製したリン酸カルシウムガラス粉末は、十分にガラス化されており、ピークが見られず、アモルファス構造である。新規法で回収した粉末も従来法と同様にピークが見られず、アモルファス構造であることがわかる。このことから新規法でもリン酸カルシウムガラス粉末を作製可能であることが確認できた。

Fig.9.8 XRD peak charts of calcium phosphate glass powder synthesized with various methods
#### 9.2.2 作製したリン酸カルシウムガラス粉末の粒子径比較

また、Fig.9.9にそれぞれの方法で作製したリン酸カルシウムガラス粉末の積算分布を示す。新規法及び従来法で作製したリン酸カルシウムガラス粉末の中位径は、それぞれ32.7 μm、9.5 μmである。新規法で作製したリン酸カルシウムガラス粉末は、従来法で作製したものよりも中位径が大きいことがわかる。これは、電気炉内で粒子同士が凝集したためであると考えられる。

Fig.9.9 Cumulative undersize distribution of calcium phosphate glass powder synthesized with various methods

#### 9.2.3 作製したリン酸カルシウムガラス粉末の形状比較

Fig.9.10にそれぞれの方法で作製したリン酸カルシウムガラス粉末のSEM画像を示す。(a)に示す従来法で作製したリン酸カルシウムガラス粉末は、リン酸カルシウムガラスを溶融反応により作製した後、一度粉砕処理を行っているため、非球形になっている。一方、(b)に示す新規法で作製したガラス粉末は、電気炉内を通過する粉末一つ一つがガラス化したものを回収しているため、球形になっていると考えられる。
(a) Conventional method

(b) Revised method

Fig.9.10 SEM images of calcium phosphate glass powder synthesized with various methods
## 第10章 リン酸カルシウムハイドロゲルへの合成

### 10.1 実験方法

#### 10.1.1 リン酸カルシウムハイドロゲルの合成方法

実際にそれぞれの方法で作製したリン酸カルシウムガラス粉末からリン酸カルシウムハイドロゲルを合成する。作製したガラス粉末4.0 gに蒸留水を3.5ml添加したものを圧力容器に充填した。これをFig.6.8に示す140℃に設定した恒温器に設置し、24時間加熱処理した。この処理後に合成されるものはゾル状物質である。

この試料に対して、Fig.6.9に示すような装置を使って減圧脱水処理を施した。処理時間は15分間とし、開始から7分30秒後に攪拌を行い、均一な処理となるようにした。なお、この処理での重量変化はどの試料においても試料全体の5wt%程度の減少であった。これらのハイドロゲルの結晶構造をXRD、粘性を回転式粘度計によって測定した。

### 10.2 実験結果

#### 10.2.1 合成したリン酸カルシウムハイドロゲルの結晶構造

Fig.10.1 にそれぞれの方法で作製したリン酸カルシウムガラス粉末から合成したリン酸カルシウムハイドロゲルの XRD ピークチャートを示す。

(a) Conventional method
(b) Revised method

Fig.10.1 XRD peak charts of calcium phosphate hydrogel synthesized from incineration ash

いずれの場合も、目的生成物であり、高いプロトン電導性を有するリン酸カルシウム水和物（$\mathrm{Ca(H_{2}PO_{4})_{2}\cdot H_{2}O}$, JCPDS#09-0347）の結晶相が生成していることが分かる。このことから、新規法で作製したリン酸カルシウムガラス粉末からリン酸カルシウムハイドロゲルが合成可能であることが確認できる。しかし、新規法で合成したリン酸カルシウムハイドロゲルの結晶性は、従来法で合成したリン酸カルシウムハイドロゲルのものよりも低いことがわかる。

#### 10.2.2 合成したリン酸カルシウムハイドロゲルの粘性

また、Fig.10.2 にそれぞれの方法で作製したリン酸カルシウムガラス粉末から合成したリン酸カルシウムハイドロゲルの剪断速度と剪断応力の関係を示し、粘性を数値的に評価した。また、Fig.10.3 にそれぞれの方法で作製したリン酸カルシウムガラス粉末から合成したリン酸カルシウムハイドロゲルの剪断速度と粘度の関係を示す。いずれのリン酸カルシウムハイドロゲルも剪断速度が増加するにしたがって、粘度が減少していることがわかる。また、いずれのリン酸カルシウムハイドロゲルも時間経過しても粘度の変化が見られなかった。以上より、これらのリン酸カルシウムハイドロゲルは、非ニュートン流体の擬塑性流体の特性を示していることがわかる。また、いずれの剪断速度においても、新規法で合成したリン酸カルシウムハイドロゲルの粘度は、従来法で合成したリン酸カルシウムハイドロゲルのものよりも低いことがわかる。これは、新規法で合成したリン酸カルシウムハイドロゲルの結晶性が低いことに起因してい
Fig.10.2 Relationship between shear velocity and shear stress for various calcium phosphate hydrogel
Fig.10.3 Relationship between shear velocity and viscosity for various calcium phosphate hydrogel

また、リン酸カルシウムハイドロゲルの結晶性や粘度が低いことは、燃料電池の伝導膜に利用する際に、発電特性の低下や伝導膜の耐久性の低下に繋がり、不利に働くと考えられる。そこで、結晶性を向上させるための新たなゲル化処理方法を検討する必要がある。
## 第 11 章 焼却飛灰への前処理による再資源化への影響

### 11.1 焼却飛灰に含まれる物質の影響

Table.1 より、焼却飛灰にはいくつもの不純物が含有されている。特に、含有率が比較的大きく、カルシウムよりもイオン化傾向の高いカリウム、ナトリウムはハイドロゲル合成において大きな影響を及ぼしていると考えられる。長いリン酸塩鎖にカルシウムが結びつきリン酸カルシウムハイドロゲルが生成する過程において、陽イオンとして存在しているカリウム・ナトリウムはゲル作製に不利になる。そこで、焼却飛灰に前処理を行うことでカリウム・ナトリウムを除去しながらゲルの結晶性を向上することができるか検討した。

### 11.2 前処理およびリン酸添加比による影響

カリウム及びナトリウムはイオン化傾向が高く、水によく溶ける。このことより、焼却飛灰に前処理として水洗を行うことにより、これらを除去できると考えられる。また、これら前処理が、焼却飛灰に対するリン酸の最適添加量に影響を与えるかどうか確認するため、リン酸添加比Ｒを変化させてハイドロゲルを合成、評価した。

#### 11.2.1 実験方法

焼却飛灰 20.0 g にイオン交換水 200 mL を混合し、マグネティックスタラーを用いて 5 分間攪拌し、その後吸引濾過を行った。焼却飛灰は、水洗した場合（Water-washed）と、80℃の温水で水洗した場合(Hot water-washed)、Fig.11.1 に示すように二酸化炭素を 0.7 L/min で吹き込みながら水洗した場合(CO2-washed)で行った。吸引濾過後、残ったケーク層を 100 ℃ の恒温器内で 24 時間乾燥させた。