特開 2022-148882 吸水材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022148882

(43)【公開日】2022-10-06

(54)【発明の名称】吸水材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B01J 20/02 20060101AFI20220929BHJP

   B01J 20/30 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

B01J20/02 B

B01J20/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021050732

(22)【出願日】2021-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】302060926

【氏名又は名称】株式会社フジタ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】繁泉 恒河

(72)【発明者】

【氏名】久保田 洋

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼地 春菜

【テーマコード（参考）】

4G066

【Ｆターム（参考）】

4G066AA43B

4G066AA43D

4G066AA78A

4G066AC07A

4G066BA09

4G066BA20

4G066BA36

4G066BA38

4G066CA43

4G066EA20

4G066FA17

(57)【要約】

【課題】生成に要するエネルギー消費を抑制しつつ、焼却灰を利用した吸水材を得る。
【解決手段】有機物を燃焼して生成された焼却灰を取得する取得ステップと、焼却灰から一部の焼却灰を選定する焼却灰選定ステップと、選定した対象焼却灰を、二酸化炭素を含有するガスの雰囲気で炭酸化し、対象焼却灰を吸水材とする炭酸化ステップと、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機物を燃焼して生成された焼却灰を取得する取得ステップと、
前記焼却灰から一部の焼却灰を選定する焼却灰選定ステップと、
選定した対象焼却灰を、二酸化炭素を含有するガスの雰囲気で炭酸化し、前記対象焼却灰を吸水材とする炭酸化ステップと、を含む吸水材の製造方法。

【請求項2】

前記選定焼却灰は、飛灰である請求項１に記載の吸水材の製造方法。

【請求項3】

前記選定焼却灰は、粒径が１ｍｍ以下の成分が全体の３０％以上である請求項１に記載の吸水材の製造方法。

【請求項4】

前記選定焼却灰は、粒径が０．０７５ｍｍ以下の成分が全体の２０％以上である請求項１に記載の吸水材の製造方法。

【請求項5】

前記選定焼却灰は、Ｃａの溶出濃度が、１００ｍｇ／Ｌ以上である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の吸水材の製造方法。

【請求項6】

前記選定焼却灰は、木質バイオマスを燃焼して生成される燃焼灰である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の吸水材の製造方法。

【請求項7】

前記炭酸化処理は、前記焼却灰の単位重量あたりの二酸化炭素の吸収量が１ｇ／ｋｇＤＷ以上２０ｇ／ｋｇ以下ＤＷである請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の吸水材の製造方法。

【請求項8】

前記炭酸化処理は、前記焼却灰の単位重量あたりの二酸化炭素の吸収量が３０ｇ／ｋｇＤＷ以上２００ｇ／ｋｇＤＷ以下である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の吸水材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、吸水材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、廃棄物の焼却灰に種々の処理を施した上で再利用するための技術が知られている。例えば、特許文献１には、製紙工程で発生した廃棄物について、例えば再燃焼によって焼成灰を生成し、焼成灰に有機高分子材料を組み合わせた土質改質材が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５‐０５４０２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、廃棄物の再利用においては、吸水材としての機能が求められることがある。ここで、上記特許文献１に記載の土質改質材は、元となる焼成灰に高い吸水性を有する高分子材料を組み合わせることで、その吸水性を向上させている。しかしながら、焼成灰を生成するために、焼成処理に比較的に大きなエネルギーを要してしまうという課題があった。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、生成に要するエネルギー消費を抑制しつつ、焼却灰を利用した吸水材を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる吸水材の製造方法は、有機物を燃焼して生成された焼却灰を取得する取得ステップと、前記焼却灰から一部の焼却灰を選定する焼却灰選定ステップと、選定した対象焼却灰を、二酸化炭素を含有するガスの雰囲気で炭酸化し、前記対象焼却灰を吸水材とする炭酸化ステップと、を含む。

【発明の効果】

【0007】

本発明にかかる吸水材の製造方法は、生成に要するエネルギー消費を抑制しつつ、焼却灰を利用した吸水材を得ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、吸水材を製造する処理システムの概略構成を示す模式図である。

【図2】図２は、吸水材の製造方法の一例を示すフローチャートである。

【図3】図３は、焼却灰と吸水材の吸水量の一例を示すグラフである。

【図4】図４は、炭酸化処理での吸水量の増加率の一例を示すグラフである。

【図5】図５は、二酸化炭素の吸収量の一例を示すグラフである。

【図6】図６は、吸水量の増加率と二酸化炭素の吸収量との関係を示すグラフである。

【図7】図７は、焼却灰と吸水材のｐＨの一例を示すグラフである。

【図8】図８は、焼却灰の二酸化炭素の吸収量とカルシウム溶出濃度との関係を示すグラフである。

【図9】図９は、焼却灰の粒径の通過質量を示すグラフである。

【図10】図１０は、焼却灰の粒径の通過質量を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本発明にかかる吸水材の製造方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0010】

［実施形態］
図１は、実施形態にかかる吸水材の製造方法に用いる処理システムの一例を示す説明図である。処理システム（吸水材製造システム）１０は、有機物を燃焼して焼却灰を生成し、生成した焼却灰から加工対象の焼却灰である対象焼却灰を選定する。処理システム１０は、対象焼却灰に対して加水処理を行い、その後炭酸化処理を行うことで、吸水材を作成する。

【0011】

処理システム１０は、図１に示すように、焼却灰製造装置１２と、選定装置１４と、水分供給装置１６と、炭酸化処理装置１８と、を含む。焼却灰製造装置１２は、有機物を燃焼して焼却灰を製造する。焼却灰製造装置１２は、ゴミを燃焼する焼却炉、炭素を含む燃料を燃焼する燃焼器、例えばボイラと、排気ガスに含まれる焼却灰を回収する回収装置と、を含む。燃焼灰製造装置１２は、焼却灰として、焼却炉、燃焼器の底に堆積する主灰と、回収装置で回収する飛灰とを製造する。また、焼却灰製造装置１２は、燃焼する有機物により、製造される焼却灰の成分が異なる。焼却灰製造装置１２は、例えば、廃棄物処理、発電、熱エネルギーの取得を目的として有機物を燃焼させる種々の装置を用いることができる。また、燃焼灰製造装置１２は、装置の主目的に基づいて有機物を燃焼させ、結果として燃焼灰を生成する装置をもちいることができるが、燃焼灰を生成することを目的とする装置としてもよい。本実施形態の処理システム１０は、焼却灰製造装置１２は、燃焼する設備を備えるが、これに限定されない。処理システム１０は、焼却灰を取得できればよく、焼却灰を搬送する搬送装置で、別の場所で製造された焼却灰を取得してもよい。

【0012】

選定装置１４は、取得した焼却灰から処理対象の焼却灰を選定する。つまり、選定装置１４は、焼却灰製造装置１２で製造した焼却灰から、吸水材に加工しない焼却灰を排除する。本実施形態の選定装置１４は、焼却灰製造設備１２の吸水材に使用する焼却灰が製造される部分から、焼却灰を回収する。

【0013】

水分供給装置１６は、焼却灰に水分を供給する。水分供給装置１６は、焼却灰に水分を供給する水供給部と、焼却灰の水分を均一化するために焼却灰を混練する混練部と、を含む。水分供給装置１６は、水供給部で燃焼灰に水分を供給した後、混練部で混練することで、燃焼灰が含む水分を均一化する。水分の供給と混練とを同時に行う、つまり焼却灰を混練しつつ、水分を供給してもよい。

【0014】

炭酸化処理装置１８は、水分の含有量を調整した焼却灰に二酸化炭素（ＣＯ_２）を供給し、焼却灰を炭酸化することで、吸水材を生成する。炭酸化処理装置１８は、処理筒２０と、炭酸ガス供給部２２と、ガス供給管２４と、流量計２６と、を含む。炭酸ガス供給部２２は、処理筒２０に供給する炭酸ガス（ＣＯ_２ガス）を貯留するタンクである。炭酸ガス供給部２２は、ＣＯ_２が一定割合、例えば０．０４質量％以上含まれている各種ガスを用いることができる。炭酸ガス供給部２２は、物質を燃焼させて排出される排ガス、または排ガスから精製されたＣＯ_２ガスを供給してもよい。ガス供給管２４は、炭酸ガス供給部２２と処理筒２０とを接続する。ガス供給管２４は、炭酸ガス供給部２２から供給される炭酸ガスを処理筒２０に案内する。流量計２６は、ガス供給管２４を流れる炭酸ガスの流量を計測する。

【0015】

処理筒２０は、焼却灰３０を保持し、炭酸ガスが供給され、焼却灰３０を保持する空間を炭酸雰囲気とすることで、焼却灰３０を炭酸化させる。処理筒２０は、筒本体３２と、排水部３４と、蓋部３６と、仕切り板３８と、ガス排出管４２と、排水管４４と、バルブ４６、４８と、を含む。

【0016】

筒本体３２は、内部が空間の筒状の構造物である。筒本体３２は、一方の端部が排水部３４で塞がれる。排水部３４は、筒本体３２の鉛直方向下側の端部を塞ぐ。排水部３４は、ガス供給管２４が接続される。筒本体３２は、鉛直方向下側の端部が排水部３４で密閉され、上側の端部が解放される。仕切り板３８は、筒本体３２の鉛直方向下側の端部と排水部３４との間に配置される。仕切り板３８は、燃焼灰が通過できず、ガス及び水が通過できる多数の開口が形成された板である。仕切り板３８は、筒本体３２に投入された燃焼灰３０を鉛直方向下側から支持する。排水管４４は、排水部３４に接続される。排水管４４には、バルブ４８が設けられる。

【0017】

炭酸化処理装置１８は、燃焼灰３０を筒本体３２に投入した後、バルブ４８を閉じ、炭酸ガス供給部２２から炭酸ガスを供給することで、筒本体３２に炭酸ガスを充填する。

【0018】

なお、処理システム１０は、焼却灰を炭酸化して製造する吸水材に他の物質をさらに加えてもよい。また、処理システム１０は、炭酸処理装置１８を水分供給装置１６と一体としてもよい。この場合、処理筒２０に水を供給し、不要な水が排水部３４から排出される。また、処理システム１０は、処理筒２０内に混練する回転部を設けても、処理筒２０自体を振動させて燃焼灰を混練してもよい。

【0019】

図２は、吸水材の製造方法の一例を示すフローチャートである。図２に示す処理は、作業者が処理システム１０の各部を用いて処理を実行する。以下、処理システム１０の動作として説明する。

【0020】

処理システム１０は、焼却灰を取得する（ステップＳ１２）。具体的には、燃焼灰製造装置１２で有機物を燃焼させて、焼却灰を生成する。処理システム１０は、焼却灰の選別を行う（ステップＳ１４）。具体的には、選別装置１４で生成した燃焼灰のうち、吸水材として使用する燃焼灰を選別し、対象燃焼灰として抽出する。次に、処理システム１０は、焼却灰を加水する（ステップＳ１６）。具体的には、水分供給装置１６で対象燃焼灰に所定量の水分を供給する。次に、処理システム１０は、焼却灰を炭酸化する（ステップＳ１８）。具体的には、炭酸化処理装置１８で、加水した焼却灰に二酸化炭素を通気して、焼却灰を炭酸化することで、吸水材を生成する。

【0021】

次に、実施例を用いて、吸水材の製造方法について、より詳細に説明する。なお、本実施例では、燃焼灰として、バイオマス燃料を燃焼灰生成装置で燃焼して生成される主灰と飛灰を評価した。また、飛灰として、試料Ａ、試料Ｂ、試料Ｃ、試料Ｅ、試料Ｆを評価した。主灰として、試料Ｄを評価した。さらに比較例として、燃焼灰の主灰となる比較試料Ａ，比較試料Ｂについても評価した。

【0022】

本評価では、燃焼灰を下記表１の含水量になるように加水した後、混練した。その後、所定量、本実施例では３５０ｇを筒本体３２に投入し、１００％濃度の二酸化炭素ガスを、通気速度０．１Ｌ／ｍｉｎで、２４時間供給した。供給二酸化炭素量は、８００ｇＣＯ_２／ｋｇＤＷ（乾燥した灰（ＤＷ）の単位重量当たりのＣＯ_２の供給量）となる。

【0023】

【表1】

【0024】

また、上記の燃焼灰と製造した吸水材について、それぞれ保水量を計測した。保水量は、下にビーカ等の容器を配置したろ紙の上に測定対象の試料を３０ｇ投入する。次に、試料の表面から１０ｍｌずつイオン交換水を滴下する。その後、ろ液がろ紙を透過し、容器に滴下を始めるまで１０ｍｌずつイオン交換水を滴下する。滴下したイオン交換水の量（給水量）と、容器に滴下した水の量（滴下量）と灰の重量に基づいて、下記式で、保水量を算出する。
保水量（乾重ベース）＝（給水量‐滴下量＋有姿での試料の含水量）／（試料の乾燥質量）
ここで、有姿での試料の含水量は、試料の有姿重量×設定含水率である。

【0025】

また、各燃焼灰について、炭酸化処理で吸収した二酸化炭素の量も計測した。燃焼灰と製造した吸水材について、ｐＨも計測した。さらに、燃焼灰の粒径の通過質量も計測した。燃焼灰について、炭酸化処理で吸収した二酸化炭素の量は、全炭素量の差分で推定した。なお、全炭素量は燃焼酸化方式により計測した。燃焼灰の粒径の通過質量は、ＪＩＳ Ａ １２０４ ふるい 沈降法で計測した。

【0026】

計測結果を図３から図１０に示す。図３は、焼却灰と吸水材の吸水量の一例を示すグラフである。図４は、炭酸化処理での吸水量の増加率の一例を示すグラフである。図５は、二酸化炭素の吸収量の一例を示すグラフである。図６は、吸水量の増加率と二酸化炭素の吸収量との関係を示すグラフである。図７は、焼却灰と吸水材のｐＨの一例を示すグラフである。図８は、焼却灰の二酸化炭素の吸収量とカルシウム溶出濃度との関係を示すグラフである。図９は、焼却灰の粒径の通過質量を示すグラフである。図１０は、焼却灰の粒径の通過質量を示すグラフである。図６及び図８は、本実施例のデータのみを示し、比較例のデータは示していない。

【0027】

図３及び図４に示すように、本実施例の燃焼灰である主灰のＭＳＢと、全ての飛灰のＡＨＦ、ＭＳＦ、ＢＥＦ、ＭＥＦ、ＭＭＦは、炭酸化処理を行うことで、吸水量を増加させることができる。これに対して、比較例の燃焼灰であるＭＭＢとＡＨＢは、炭酸化することで、吸水量が増加しないことがわかる。

【0028】

次に、図５及び図６に示すように、本実施例、比較例は、炭酸化処理を行うことで、ＣＯ２の吸収量を多くすることができることがわかる。また、図６に示すように、ＣＯ_２の吸収量を２０ｇ／ｋｇＤＷ以下とすることで、吸水量の増加率を３０％以上とすることができることがわかる。また、ＣＯ_２の吸収量を３０ｇ／ｋｇＤＷ以上とすることで、焼却灰の単位重量当たりの吸収量を大きくすることができる。

【0029】

次に、図７に示すように、炭酸化処理時の含水量を１０％以上とすることで、炭酸化処理後の吸水材のｐＨを中性に近づけられることがわかる。

【0030】

また、図８に示すように、吸水材に用いる燃焼灰は、Ｃａ溶出濃度が１００ｍｇ／ｌ以上である。

【0031】

また、図９及び図１０に示すように、本実施例の焼却灰は、飛灰の場合、粒径が１ｍｍ以下の成分が全体の３０％以上である。さらに、本実施例の焼却灰は、飛灰の場合、粒径が０．０７５ｍｍ以下の成分が全体の２０％以上である。

【0032】

以上説明したように、吸水材の製造方法は、有機物を燃焼して生成された焼却灰を取得する取得ステップと、前記焼却灰から一部の焼却灰を選定する焼却灰選定ステップと、選定した対象焼却灰を、二酸化炭素を含有するガスの雰囲気で炭酸化し、前記対象焼却灰を吸水材とする炭酸化ステップと、を含む。このように、焼却灰を選定し、選定した焼却灰に所定の加水処理を行い、炭酸化処理を行うことで、吸水量がより多くなる吸水材を製造することができる。また、吸水材として、二酸化炭素を添加した材料を用いることで、二酸化炭素を吸水材に固定することができ、空気中の二酸化炭素の低減させることができる。

【0033】

選定焼却灰は、飛灰とすることで、上述したように、吸水量をより増加させることができる。

【0034】

選定焼却灰は、粒径が１ｍｍ以下の成分が全体の３０％以上であることが好ましく、粒径が０．０７５ｍｍ以下の成分が全体の２０％以上であることがより好ましい。上記範囲の焼却灰を選定することで、吸水量をより増加させることができる。

【0035】

選定焼却灰は、Ｃａの溶出濃度が、１００ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましい。上記範囲の焼却灰を選定することで、吸水量をより増加させることができる。

【0036】

また、選定焼却灰は、木質バイオマスを燃焼して生成される燃焼灰であることが好ましい。これにより、上述したように、吸水量をより増加させることができる。

【0037】

炭酸化処理は、焼却灰の単位重量あたりの二酸化炭素の吸収量が１ｇ／ｋｇＤＷ以上２０ｇ／ｋｇ以下であることが好ましい。これにより、吸水量を増加させることができる。

【0038】

炭酸化処理は、焼却灰の単位重量あたりの二酸化炭素の吸収量が３０ｇ／ｋｇＤＷ以上２００ｇ／ｋｇ以下であることが好ましい。これにより、吸水量を増加させつつ、より多くの二酸化炭素を吸収することができる。

【符号の説明】

【0039】

１０ 処理システム
１２ 焼却灰製造装置
１４ 選定装置
１６ 水分供給装置
１８ 炭酸化処理装置
２０ 処理筒
２２ 炭酸ガス供給部
２４ ガス供給管
２６ 流量計
３０ 筒本体
３２ 焼却灰
３４ 排水部
３８ 仕切り板
４４ 排水管
４８ バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】