特許 7489812 吸着材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-16

(45)【発行日】2024-05-24

(54)【発明の名称】吸着材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B01J 20/20 20060101AFI20240517BHJP

   B01J 20/28 20060101ALI20240517BHJP

   B01J 20/30 20060101ALI20240517BHJP

【ＦＩ】

B01J20/20 D

B01J20/28 Z

B01J20/30

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020063276

(22)【出願日】2020-03-31

(65)【公開番号】P2021159846

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2023-03-03

(73)【特許権者】

【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】110000408

【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】松澤 大起

(72)【発明者】

【氏名】袋 昭太

(72)【発明者】

【氏名】横山 茂輝

(72)【発明者】

【氏名】倉澤 響

【審査官】池田 周士郎

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／２０８６００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１０３１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３５４４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－０４３９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１９０８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０２４９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１１２１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｊ ２０／００－２０／３４

Ｂ０１Ｄ １５／００－１５／４２

Ｂ０１Ｄ ５３／０２－５３／１２

Ｃ０２Ｆ １／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸着材の製造方法であって、
炭化物、鉄化合物、および有機系バインダーを混合した後で混練し、
所定の大きさの造粒物に造粒し、
前記造粒物を還元雰囲気の下で焼成する、ことを含み、
混錬する前記有機系バインダーの量は、前記炭化物の量よりも多く、
前記吸着材は、前記有機系バインダーを焼成することによって形成された炭化物を含み、
前記有機系バインダーは、糖蜜または廃糖蜜である、吸着材の製造方法。

【請求項2】

混錬する前記有機系バインダーの量は、前記炭化物の量の１．２倍以上２．０倍以下である請求項１に記載の吸着材の製造方法。

【請求項3】

吸着材の製造方法であって、
炭化物と鉄化合物との混合物に有機系バインダーを混練し、
所定の大きさの造粒物に造粒し、
前記造粒物を還元雰囲気の下で焼成する、ことを含み、
混錬する前記有機系バインダーの量は、前記混合物の前記炭化物の量より多く、
前記吸着材は、前記有機系バインダーを焼成することによって形成された炭化物を含み、
前記有機系バインダーは、糖蜜または廃糖蜜である、吸着材の製造方法。

【請求項4】

混練する前記有機系バインダーの量は、前記混合物の前記炭化物の量の１．２倍以上２．０倍以下である請求項３に記載の吸着材の製造方法。

【請求項5】

前記鉄化合物は、酸化鉄である請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の吸着材の製造方法。

【請求項6】

前記造粒物は、直径が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下を有するペレット形状である請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の吸着材の製造方法。

【請求項7】

前記吸着材は、リンを吸着する請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の吸着材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は吸着材の製造方法に関する。特に、本発明はリンを吸着する吸着材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

大気中の二酸化炭素の量を削減するために、二酸化炭素を人為的に回収し地中に貯留する技術が知られている。例えば、木質や農作物等のバイオマスを利用して大気中の二酸化炭素を吸収させ、当該二酸化炭素を有機炭素として固定することができる。しかし、これらバイオマスは有機物であることから、そのまま地中に貯留しても、腐敗や分解が起きるだけで、大気中に二酸化炭素を再放出することになる。一方、バイオマスは、酸素を遮断した状態で加熱すると、酸素原子や水素原子が脱離し、炭素分と灰分からなる炭化物を生成することができる。この炭化物は、微生物に分解される糖鎖やアミノ酸を含まない炭素の塊であることから、環境中（地中）では非常に安定であり、ほとんど分解されることはない。炭化させたバイオマスは、古くから農地で利用されており、地力増進法でも土壌改良材に認められているため、農地等に施肥することで、結果として二酸化炭素を地中に隔離貯留することができる。つまり、バイオマスの炭化物を農業利用することは、大気中の二酸化炭素量の削減に繋がる。しかしながら、炭化物の製造にかかるコストおよび現状のカーボンプライシングを考慮すると、単に炭化物を土壌の土質改善のためだけに利用することは、その製造コストに見合わない。

【0003】

他方、炭化物は多孔質であるため、表面積が非常に大きいことが知られている。この表面積の大きさを利用して、炭化物は多様な物質の吸着材として用いられている。例えば、特許文献１では、カルシウムを担持した炭化物を用いたリン回収材が記載されている。このようなリン回収材を用いてリンを吸着させることで、リンが自然水域に排出されることによる水質汚染を抑制することができる。さらに、リンを吸着したリン回収材を農地に埋めると、農作物が根から放出する有機酸により当該リン回収材に吸着したリンが溶解される。このリンは農作物の肥料として機能するため、リン回収材が埋められた農地の収量を向上させる、または良質な農作物を成長させることができる。

【0004】

このように、単に土壌の土質改善のためだけではなく、例えば、ある物質を吸着させることで、環境汚染を抑制することができる炭化物、またはその有害物質を他の用途に適用することができる炭化物の需要が増加してきている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００７－７５７０６号公報

【文献】特開２０２０－１１２１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１のリン回収材では、籾殻または珪藻土等のようにケイ素を多く含む材料を用いる必要がある。ケイ素を多く含む材料を用いる場合、リン回収材の製造量に限界がある。また、リンなどの物質を吸着することができる許容量に限界がある。

【0007】

また、特許文献２には、鉄を含む炭化物からなる吸着材が記載されている。吸着材の製造においては、還元性ガスが用いられるが、還元性ガスは爆発性や可燃性の観点から取り扱いが難しいガスが多く、また製造コストも圧迫する。そのため、可能な限り、還元性ガスの使用量を削減することが求められている。さらに、吸着材の大きさを合わせようとすれば、原材料として、所定の大きさの炭化物しか用いることができない。そのため、吸着材に用いることができない炭化物は、費用をかけて廃棄処分するしかなかった。

【0008】

本発明の一実施形態は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、還元性ガスの使用量を削減した吸着材の製造方法を提供することを課題の一つとする。また、原材料の炭化物の大きさが制限されることなく吸着材を製造することができる吸着材の製造方法を提供することを課題の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一実施形態に係る吸着材の製造方法は、炭化物、鉄化合物、および有機系バインダーを混合した後に混練し、所定の大きさの造粒物に造粒し、造粒物を還元雰囲気の下で焼成する。

【0010】

本発明の一実施形態に係る吸着材の製造方法は、炭化物と鉄化合物との混合物に有機系バインダーを混練し、所定の大きさの造粒物に造粒し、造粒物を還元雰囲気の下で焼成する。

【0011】

炭化物は、多孔質であってもよい。

【0012】

鉄化合物は、酸化鉄であってもよい。

【0013】

有機系バインダーは、糖蜜、廃糖蜜、澱粉、デキストリン、コーンスターチ、米糠、ポリビニルアルコール、パルプ廃液、リグニンスルホン酸塩、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、フェノール樹脂、およびタールピッチから選ばれる少なくとも１種を含有してもよい。

【0014】

造粒物は、造粒機を用いて所定の大きさに造粒されてもよい。

【0015】

造粒物は、直径が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下を有するペレット形状であってもよい。

【0016】

還元雰囲気は、水素、一酸化炭素、または炭化水素を含んでいてもよい。

【0017】

造粒物は、焼成温度が４００℃以上９００℃以下で焼成されてもよい。

【0018】

混練する有機系バインダーの量は、混合物の炭化物の量より多くてもよい。また、混練する有機系バインダーの量は、混合物の炭化物の量の１．２倍以上２．０倍以下であってもよい。

【0019】

混練する有機系バインダーは、有機系バインダーに含まれる有機炭素が、鉄化合物に含まれる鉄に対し、重量比が２０倍以上１５０倍以下であってもよい。

【0020】

造粒物を還元雰囲気の下で焼成する工程において、有機系バインダーに含まれる有機炭素の５０％以上９５％が揮散してもよい。

【0021】

吸着材は、リンを吸着してもよい。

【発明の効果】

【0022】

本発明の一実施形態に係る吸着材の製造方法によれば、還元性ガスの使用量を削減することができるため、吸着材の製造の安全性を高めることができる。また、原材料の炭化物の大きさを制限することなく、吸着材を製造することができるため、吸着材の製造コストを抑えることができ、安価な吸着材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態に係る吸着材の製造方法によって生成された吸着材の模式図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る吸着材の製造方法を示すフローチャートである。

【図3】本発明の一実施形態に係る吸着材の製造方法を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図面を参照して本発明の一実施形態における吸着材および吸着材の製造方法について説明する。ただし、本発明の一実施形態における吸着材および吸着材の製造方法は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す例の記載内容に限定して解釈されない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または同一の符号の後にアルファベットを付し、その繰り返しの説明は省略する。

【0025】

［１．吸着材１０の構成］
図１を参照して、吸着材１０の構成について説明する。

【0026】

図１は、本発明の一実施形態に係る吸着材の製造方法によって生成された吸着材１０の模式図である。図１に示すように、吸着材１０は、第１炭化物１００、鉄１１０、および第２炭化物１２０を含む。吸着材１０において、第１炭化物１００と第２炭化物１２０とは、同じ炭化物であってもよく、異なる炭化物であってもよい。詳細は後述するが、第１炭化物１００と第２炭化物１２０とは、原材料が異なる。そのため、以下では、便宜上、原材料の違いに基づき、第１炭化物１００と第２炭化物１２０とを区別して説明する。

【0027】

吸着材１０は、ペレット形状を有する。ここで、ペレット形状とは、一定の高さを有する形状をいう。吸着材１０のペレット形状は、例えば、略円柱、略楕円柱、または略多角柱などである。吸着材１０のペレット形状は、後述する造粒物２０の形状によって概ね決定されるが、ペレット形状の高さは、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、好ましくは３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは６ｍｍ以上１２ｍｍ以下である。また、ペレット形状の径（高さに対して垂直方向の最大幅）は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、好ましくは２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは３ｍｍ以上６ｍｍ以下である。本実施形態に係る吸着材１０の製造方法では、吸着材の大きさを制御することが可能である。したがって、吸着材１０の大きさは、使用しやすく、吸着効果の高い上記範囲で合うことが好ましい。

【0028】

吸着材１０は、多孔質であってもよい。すなわち、第１炭化物１００および第２炭化物１２０は多孔質であってもよい。吸着材１０においては、第１炭化物１００および第２炭化物１２０の多孔質中に鉄１１０を含む。

【0029】

［２．吸着材１０の製造方法］

【0030】

図２および図３を参照して、本発明の一実施形態に係る吸着材１０の製造方法について説明する。

【0031】

図２は、本発明の一実施形態に係る吸着材１０の製造方法を示すフローチャートである。また、図３は、本発明の一実施形態に係る吸着材１０の製造方法を説明する図である。

【0032】

図２に示すように、吸着材１０の製造方法は、混合工程（Ｓ１１０）、混練工程（Ｓ１２０）、造粒工程（Ｓ１３０）、および焼成工程（Ｓ１４０）を含む。以下、各工程について説明する。

【0033】

［２－１．混合工程（Ｓ１１０）］
混合工程（Ｓ１１０）では、図３（Ａ）に示すように、炭化物２００と鉄化合物２１０とを混合する。

【0034】

炭化物２００は、例えば、木炭、竹炭、白炭、黒炭、オガ炭、ヤシ殻炭、もみ殻炭、または粉炭などである。炭化物２００は、生立木（広葉樹、針葉樹、竹などの間伐材、林地廃材を含む）、製材工場または木材加工工場の廃材（鋸屑、樹皮屑、チップ屑、端切材を含む）、植物性の殻、建築解体材、もしくは家具材の木質系廃材などの有機物を炭化させることで生成することができる。

【0035】

有機物の炭化は、窒素ガスまたはアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気、無酸素雰囲気、低酸素雰囲気、還元雰囲気、もしくは減圧雰囲気の下で、有機物を加熱することによって行われる。有機物の炭化を減圧雰囲気で行う場合、１００Ｐａ以上１０^５Ｐａ以下の低真空状態、０．１Ｐａ以上１００Ｐａ以下の中真空状態、１０^－５Ｐａ以上０．１Ｐａ以下の高真空状態、または１０^－５Ｐａ以下の超高真空状態で行うことができる。また、有機物の炭化を低酸素雰囲気で行う場合、酸素濃度は０．０１％以上３％以下、または０．１％以上１％以下で行うことができる。有機物の炭化における加熱温度は、４００℃以上１２００℃以下であり、好ましくは５００℃以上１１００℃以下であり、さらに好ましくは６００℃以上１０００℃以下であり、とくに好ましくは７００℃以上９００℃以下である。また、加熱時間は、１０分以上１０日以下であり、好ましくは１０分以上５時間以下である。

【0036】

有機物の炭化は、内燃式または外熱式で、バッチ式の開放型または密閉型の炭窯炉、連続式のロータリーキルンまたは揺動式炭化炉、スクリュー炉、加熱チャンバ、もしくは蓋がされた耐熱容器（坩堝）を用いて行うことができる。内熱式とは、炭化に必要な熱を材料から確保する炭化炉であり、材料を燃焼させるために必要な酸素を供給して有機物の炭化を行うことができる。外熱式とは、炭化に必要な熱を外部から供給する炭化炉であり、酸素を遮断して有機物の炭化を行うことができる。

【0037】

有機物を還元条件下で加熱すると、昇温途中（例えば、約２８０℃）で有機物の組成分解が始まり、有機物内の酸素または水素が、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、または炭化水素などのガスとして揮発し、有機物は炭素成分の多い無定形炭素へと変化する。さらに高温で加熱し続けることで、有機物内の酸素または水素がさらに減少し、純度の高い固定炭素および灰分から構成される炭化物２００が生成される。有機物内の水分または構成成分が揮発性ガス等として脱離するため、有機物の炭化によって生成される炭化物２００は、多数かつ大小様々な連続多孔が形成された多孔質となる。また、炭化温度の上昇に伴い炭素化が進行して生成される炭化物２００は、耐熱性（耐火性）、吸着性、または導電性の性質を有するようになる。したがって、炭化物２００は、多孔質であってもよく、耐熱性（耐火性）、吸着性、または導電性の性質を有していてもよい。

【0038】

鉄化合物２１０は、２価の鉄化合物であってもよく、３価の鉄化合物であってもよい。鉄化合物２１０としては、酸化鉄、塩化鉄、硝酸鉄、硫酸鉄、酢酸鉄、またはシュウ酸鉄などを用いることができる。なかでも、鉄化合物２１０としては、性質が安定し、安価な酸化鉄が好ましい。酸化鉄は、例えば、ＦｅＯ（ウスタイト）、Ｆｅ_２Ｏ_３（ヘマタイトまたはマグへマイト）、またはＦｅ_３Ｏ_４（マグネタイト）などである。鉄化合物２１０は、１種類の化合物であってもよく、複数の化合物を含んでいてもよい。

【0039】

また、鉄化合物２１０の代わりに、鉄以外の金属化合物を用いることもできる。鉄以外の金属としては、例えば、アルミニウム、バナジウム、ニッケル、コバルト、マンガン、マグネシウム、カルシウムまたはこれらの合金などを用いることができる。

【0040】

炭化物２００は水を含有していることが多く、炭化物２００の種類によって水の含有量が異なる。そのため、炭化物２００と鉄化合物２１０との混合比の算出においては、炭化物２００の固形成分の量を基準とする。例えば、１００ｇの炭化物２００に５％の水が含有されている場合、炭化物２００の固形成分の量は、１００×０．９５＝９５（ｇ）として計算することができる。

【0041】

炭化物２００の固形成分の量（α）と鉄化合物の量（β）の混合比は、α：β＝１０：０．１～８であり、好ましくはα：β＝１０：１～５であり、さらに好ましくはα：β＝１０：２～４である。混合比が上記範囲であると、炭化物２００および鉄化合物２１０が凝集することなく、炭化物２００および鉄化合物２１０が均一に混合される。

【0042】

炭化物２００と鉄化合物２１０とを混合するにあたり、炭化物２００および鉄化合物２１０の各々の粒径を調整してもよい。炭化物２００および鉄化合物２１０の各々の粒径を調整することで、炭化物２００と鉄化合物２１０とを均一に混合することができるようになる。炭化物２００および鉄化合物２１０の各々の粒径の調整は、炭化物２００または鉄化合物２１０を破砕することによって行うことができる。とくに、炭化物２００の粒径は、鉄化合物２１０の粒径よりも大きい場合が多いため、炭化物２００を破砕し、炭化物２００の粒径を鉄化合物２１０の粒径に合わせてもよい。

【0043】

なお、後述する混練工程（Ｓ１２０）においても、炭化物２００および鉄化合物２１０を破砕することができるが、混練工程（Ｓ１２０）では粒径の微調整が難しい。そのため、炭化物２００および鉄化合物２１０の粒径を調整する場合は、混合工程（Ｓ１１０）において、炭化物２００および鉄化合物２１０の各々の粒径を予め調整しておくことが好ましい。

【0044】

炭化物２００および鉄化合物２１０の大きさは特に限定されないが、好ましくは炭化物２００が１０μｍ以上５０ｍｍ以下、酸化鉄が１０μｍ～１０ｍｍ以下の粒径であり、さらに好ましくは炭化物２００が５０μｍ～２ｍｍ以下、酸化鉄が１００μｍ～１ｍｍ以下の粒径である。炭化物２００および鉄化合物２１０の大きさが上記範囲であると、炭化物２００および鉄化合物２１０とが均一に混合されるだけでなく、後述する混練工程において、有機系バインダー２２０中に、炭化物２００と鉄化合物２１０とを均一に分散させることができる。

【0045】

炭化物２００と鉄化合物２１０との混合においては、一定量の水を添加してもよい。水を添加することで、混合工程（Ｓ１１０）における粉塵の発生を防止することができるとともに、後述する混練工程（Ｓ１２０）において、炭化物２００と鉄化合物２１０とを均一に混練することができる。

【0046】

以上の混合工程（Ｓ１１０）によって、炭化物２００と鉄化合物２１０の混合物が生成される。

【0047】

［２－２．混練工程（Ｓ１２０）］
混練工程（Ｓ１２０）では、図３（Ｂ）にしめすように、混合物（炭化物２００および鉄化合物２１０）に有機系バインダー２２０を加えて混練し、ペーストを生成する。

【0048】

有機系バインダー２２０としては、例えば、糖蜜、廃糖蜜、澱粉、デキストリン、コーンスターチ、米糠、ポリビニルアルコール、パルプ廃液、リグニンスルホン酸塩、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、フェノール樹脂、またはタールピッチなどを用いることができる。なお、有機系バインダー２２０は、１種の材料を含んでいてもよく、複数種の材料を含んでいてもよい。とくに、有機系バインダー２２０としては、糖蜜または廃糖蜜が好ましい。糖蜜は、固形成分が多いため、ペーストを固めやすい。また、糖蜜は、炭素成分を多く含むため、後述する焼成工程（Ｓ１４０）で、効率よく造粒物を還元することができる。さらに、糖蜜は、安価で有害成分が少ないことから、吸着材の製造コストを抑制することができ、また、製造された吸着材は、安全な肥料として利用することができる。

【0049】

有機系バインダー２２０の粘度は、必要に応じて調整することができる。例えば、有機系バインダー２２０に水または有機溶媒を添加し、有機系バインダー２２０の粘度を調整することができる。有機系バインダー２２０の粘度が大きすぎると、混練しにくくなる。また、有機系バインダー２２０の粘度が小さすぎると、後述する造粒工程（Ｓ１３０）の前にペーストの粘度を調整しなければならない。ペーストの粘度の調整は、添加した水または有機溶媒を蒸発させることによって行われるが、水または有機溶媒の蒸発させる工程が必要となるだけでなく、水または有機溶媒の蒸発によって炭化物２００および鉄化合物２１０の凝集化が生じ、有機系バインダー２２０中における炭化物２００および鉄化合物２１０分散性が低下する。そのため、有機系バインダー２２０の粘度は、混合物と混練する前に調整されていることが好ましい。

【0050】

有機系バインダー２２０の添加量においても、炭化物２００の固形成分の量を基準とする。炭化物２００の固形成分の量（α）と有機系バインダー２２０の量（γ）の比は、α：γ＝１００：１０～１０００であり、好ましくはα：γ＝１００：１００～５００であり、さらに好ましくはα：γ＝１００：１００～３００である。

【0051】

混練工程（Ｓ１２０）において、有機系バインダー２２０中の炭化物２００および鉄化合物２１０の分散性を決定するパラメータは、混合物と有機系バインダー２２０との混合比だけではない。混合工程（Ｓ１１０）における分散性は、例えば混練機の温度、および時間などのパラメータによっても制御することができる。そこで、以下では、混練機について説明する。

【0052】

混合物と有機系バインダー２２０との混練においては、混練機を用いることができる。混練機としては、例えば、単軸スクリュー混練機、二軸スクリュー混練機、ミキシングロール、ニーダ、またはバンバリーミキサなどを用いることができる。

【0053】

なお、混合の機能を有する混練機であってもよい。その場合、混合工程（Ｓ１１０）と混練工程（Ｓ１２０）とを連続して行うことができる。例えば、混練機に、炭化物２００および鉄化合物２１０を投入して混合する。続いて、混練機に、有機系バインダー２２０を投入して混合物と混練する。混練機に、炭化物２００、鉄化合物２１０、および有機系バインダー２２０を一括して投入し、混合および混練することもできるが、炭化物２００および鉄化合物２１０が凝集しやすく、また、気泡が発生しやすい。そのため、混合工程（Ｓ１１０）と混練工程（Ｓ１２０）とは別々に行われることが好ましい。また、混練工程（Ｓ１２０）において、混練機を用いることにより、一定の速度で一定の量の有機系バインダー２２０を混合物に添加することができる。

【0054】

また、混練する温度は、任意に設定することができるが、０℃以上５０℃以下であり、好ましくは１０℃以上４０℃以下である。また、混練する時間は、好ましくは１秒以上１時間以下であり、好ましくは１分以上３０分以下であり、さらに好ましくは１分以上１５分以下である。混練工程（Ｓ１２０）のパラメータを上記範囲とすることで、有機系バインダー２２０中における炭化物２００および鉄化合物２１０の分散性を最適化することができる。

【0055】

以上の混練工程（Ｓ１２０）によって、有機系バインダー２２０中に、炭化物２００と鉄化合物２１０とが分散されたペーストが生成される。

【0056】

［２－３．造粒工程（Ｓ１３０）］
造粒工程（Ｓ１３０）では、図３（Ｃ）に示すように、ペーストを造粒して、炭化物２００、鉄化合物２１０、および有機系バインダー２２０を含む造粒物２０を生成する。

【0057】

造粒物２０の生成は、造粒機を用いて行うことができる。造粒機としては、例えば、圧縮型造粒機、押出型造粒機、ロール型造粒機、ブレード型造粒機、溶融型造粒機、または噴霧型造粒機などを用いることができる。円柱状の造粒物２０の生成においては、押出型造粒機を用いることが好ましい。ここでは、押出型造粒機を用いた造粒物２０の生成について説明する。

【0058】

押出型造粒機は、装着されたダイスから所定の形状に成形されたペーストが押し出される。押し出されたペーストは、所定の長さで切断され、押出方向が高さ方向となるペレット形状の造粒物２０が生成される。押出型造粒機の切断速度（回転切断方式であれば、回転速度）を調整することで、造粒物２０の長さ（ペレット形状の高さ）を調整することができる。また、ダイスの開口径を調整することで、造粒物２０の径（断面形状が円形の場合は直径）を調整することができる。そのため、押出型造粒機を用いることにより、大きさが制御されたペレット形状（例えば、円柱状）を有する造粒物２０を生成することができる。

【0059】

造粒物２０の長さは、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、好ましくは３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは３ｍｍ以上１２ｍｍ以下である。また、造粒物２０の直径は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、好ましくは２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは３ｍｍ以上６ｍｍ以下である。造粒物２０の大きさが上記範囲であると、後述する焼成工程（Ｓ１４０）において鉄化合物２１０を十分に還元することができるため、吸着材１０の吸着効果を高めることができる。

【0060】

造粒物２０の断面形状は、円形に限られない。ダイスの開口形状を変えることで、造粒物の断面形状も変えることができる。造粒物の断面形状は、例えば、楕円形または多角形などであってもよい。すなわち、造粒物２０は、円柱だけでなく、楕円柱または多角柱のペレット形状であってもよい。

【0061】

造粒工程（Ｓ１３０）においては、造粒物２０のペレット形状が安定するように、補助剤を添加してもよい。補助剤としては、例えば、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、またはウレタン樹脂などの有機樹脂を用いることができる。なお、後述する焼成工程（Ｓ１４０）で、これら有機樹脂は炭化され、その炭化物も吸着材として機能することができる。

【0062】

以上の造粒工程（Ｓ１３０）によって、炭化物２００、鉄化合物２１０、および有機系バインダー２２０を含む造粒物２０が生成される。

【0063】

［２－４．焼成工程（Ｓ１４０）］
焼成工程（Ｓ１４０）では、造粒物２０を焼成して吸着材１０を生成する。

【0064】

造粒物２０の焼成は、還元雰囲気の下で造粒物２０を加熱することによって行われる。造粒物２０には有機系バインダー２２０が含まれている。有機系バインダー２２０を加熱すると、一酸化炭素ガス、水素ガス、硫化水素ガス、二酸化硫黄ガス、または炭化水素ガスなどの還元性ガスが発生する。そのため、別途還元性ガスを導入することなく、造粒物２０から発生した還元性ガスを用いて、還元性雰囲気を形成することができる。すなわち、造粒物２０から発生した還元性ガスを用いて、鉄化合物２１０を還元することができる。しかも、造粒物２０の内部で還元性ガスを発生することができるため、造粒物２０の内部の鉄化合物２１０を十分に還元することができる。また、鉄化合物２１０の周囲の有機系バインダー２２０からの還元性ガスによって鉄化合物２１０が鉄１１０に還元されることにより、焼成後の吸着材１０の鉄１１０は、第２炭化物１２０の多孔質の中に含まれた構造を有する。そのため、吸着材１０の吸着量を高めることができる。

【0065】

なお、還元ガスは爆発性や可燃性の観点から取り扱いが難しいガスも多い。そのため、発生した還元性ガスを希釈して排気するため、造粒物２０の焼成において不活性ガスを含むことができる。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガスまたはアルゴンガスなどを用いることができる。不活性ガスを用いる場合、例えば、焼成炉内の一酸化炭素の濃度が１％～２０％になるように、窒素ガスを流すことができる。

【0066】

また、有機系バインダー２２０から発生する還元性ガスだけでなく、さらに、一酸化炭素ガス、水素ガス、硫化水素ガス、二酸化硫黄ガス、炭化水素ガス、またはこれらの混合ガスなどの還元性ガスを用いて還元性雰囲気を形成することもできる。ただし、この場合においても、従来の吸着材の製造方法と比較して、還元性ガスの量を削減することができる。

【0067】

造粒物２０の焼成における加熱温度は、４００℃以上１２００℃以下であり、好ましくは４００℃以上９００℃以下であり、さらに好ましくは７００℃以上９００℃以下である。また、加熱時間は、１分以上１０時間以下であり、好ましくは１０分以上５時間以下である。本実施形態に係る吸着材１０の製造方法では、有機系バインダー２２０から発生する還元性ガスを用いて鉄化合物２１０を還元することができるため、通常の吸着材の製造方法と比較して、加熱温度を低くし、または加熱時間を短縮することが可能である。

【0068】

造粒物２０を焼成することによって、炭化物２００は第１炭化物１００に、鉄化合物２１０は鉄１１０に、有機系バインダー２２０は第２炭化物１２０に変化する。

【0069】

以上の焼成工程によって、鉄１１０を含む吸着材１０が生成される。

【0070】

なお、上述したように、説明の便宜上、原材料の違いに基づき、生成された吸着材１０に含まれる第１炭化物１００と第２炭化物１２０とを区別したが、第１炭化物１００および第２炭化物１２０はいずれも炭化物（性質的には炭化物２００とは異なる）であり、吸着材１０においては明確に区別されなくてもよい。言い換えると、吸着材１０は、鉄を含む炭化物であるということができる。ただし、吸着材１０は、従来の鉄を含む炭化物とは製造方法が異なっており、メカニズムは明らかでないものの、従来の鉄を含む炭化物とは異なる性質を有する。

【0071】

本実施形態に係る吸着材１０の製造方法によれば、特殊な製造設備を使用することなく、容易に吸着材１０を製造することができる。そのため、製造コストを抑制し、安価な吸着材１０を製造することができる。

【0072】

［２－５．評価］
本実施形態に係る吸着材１０は、リン、ヒ素、または鉛などを吸着することができる。なかでも、吸着材１０は、リンの吸着性に優れている。吸着材１０におけるリンの吸着性の評価は、バッチ試験により行うことができる。バッチ試験は、添加したリン溶液の濃度と反応後の上澄みの濃度差からリンの吸着量を算出する方法である。リン溶液は、五酸化二リン（Ｐ_２Ｏ_５）を水に溶解することによって得られる。なお、以下の実施例では、リン溶液の濃度の記載として、水１Ｌに対するＰ_２Ｏ_５の量を用いる。すなわち、１Ｌの水に２００ｇのＰ_２Ｏ_５を溶解させたリン溶液の濃度は、２００ｇ／Ｌと記載する。また、吸着材１０におけるリンの吸着量は、吸着材１ｇあたりに吸着したリンの量（吸着したリンの量（ｍｇ－Ｐ）／吸着材１ｇ）を記載する。

【実施例】

【0073】

以下に実施例をあげて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

【0074】

＜実施例１＞
炭化物として不定形状の木炭３００ｇと酸化鉄８３．３ｇとを３分間混合し、混合物を得た。なお、木炭の水分量は７．５％であり、木炭の固形成分は、３００×９２．５％＝２７７．５ｇであった。そのため、木炭の固形成分の量と酸化鉄の量の比は、２７７．５：８３．３＝１０：３であった。

【0075】

次に、混合物を混練機（株式会社ダルトン製、型式：ＫＤＲＪ－１０）に投入し、常温で２分間かけて廃糖蜜４６５ｇを添加し、３分間混練してペーストを得た。木炭の固形成分の量と廃糖蜜の量の比は、２７７．５：４６５＝１０：１７であった。

【0076】

次に、ペーストを造粒機（株式会社ダルトン製、型式：Ｆ－５）に投入し、回転速度１１２ｒｐｍの条件の下、８ｍｍ径で高さが４０ｍｍのペレット形状の造粒物を得た。

【0077】

次に、窒素雰囲気下で、造粒物を７５０℃で３時間焼成して吸着材Ａを得た。

【0078】

バッチ法を用いて、吸着材Ａのリンの吸着量を評価した。リン溶液は、２００ｍｇ／Ｌの溶液を５０ｍｌ用いた。吸着材Ａのリンの吸着量は、２６（ｍｇ－Ｐ／ｇ）であった。なお、リンの吸着性の評価を行った後、吸着材Ａの崩壊はみられず、水中における強度が高いことがわかった。

【0079】

＜実施例２＞
炭化物として不定形上の木炭３００ｇと酸化鉄８３ｇとを３分間混合し、混合物を得た。なお、木炭の水分量は７．５％であり、木炭の固形成分は、３００×９２．５％＝２７７．５ｇであった。そのため、木炭の固形成分の量と酸化鉄の量の比は、２７７．５：８３＝１０：３であった。

【0080】

次に、混合物を混練機に投入し、常温で２分間かけて廃糖蜜５００ｇを添加し、３０分間混練してペーストを得た。木炭の固形成分の量と廃糖蜜の量の比は、２７７．５：５００＝１０：１８であった。

【0081】

次に、ペーストを造粒機に投入し、回転速度１１２ｒｐｍの条件の下、６ｍｍ径で高さが９ｍｍのペレット形状の造粒物を得た。

【0082】

次に、窒素雰囲気下で、造粒物を７５０℃で３時間焼成して吸着材Ｂを得た。

【0083】

バッチ法を用いて、吸着材Ｂのリンの吸着量を評価した。リン溶液は、２００ｍｇ／Ｌの溶液を５０ｍｌ用いた。吸着材Ｂのリンの吸着量は、２７．２（ｍｇ－Ｐ／ｇ）であった。また、リンの吸着性の評価を行った後、吸着材Ｂの崩壊はみられず、水中における強度が高いことがわかった。

【0084】

＜実施例３＞
炭化物として不定形上の木炭３００ｇと酸化鉄８７ｇとを３分間混合し、混合物を得た。なお、木炭の水分量は３．３％であり、木炭の固形成分は、３００×９６．７％＝２９０．１ｇであった。そのため、木炭の固形成分の量と酸化鉄の量の比は、２９０．１：８７＝１０：３であった。

【0085】

次に、混合物を混練機に投入し、常温で２分間かけて廃糖蜜５２２ｇを添加し、３分間混練してペーストを得た。木炭の固形成分の量と廃糖蜜の量の比は、２９０．１：５２２＝１０：１８であった。

【0086】

次に、ペーストを造粒機に投入し、回転速度１１２ｒｐｍの条件の下、３ｍｍ径で高さが３ｍｍのペレット形状の造粒物を得た。

【0087】

次に、窒素雰囲気下で、造粒物を７５０℃で３時間焼成して吸着材Ｃを得た。

【0088】

バッチ法を用いて、吸着材Ｃのリンの吸着量を評価した。リン溶液は、２００ｍｇ／Ｌの溶液を５０ｍｌ用いた。吸着材Ｃのリンの吸着量は、１７（ｍｇ－Ｐ／ｇ）であった。また、リンの吸着性の評価を行った後、吸着材Ｃの崩壊はみられず、径が小さくても、水中における強度が高いことがわかった。

【0089】

＜実施例４＞
炭化物として不定形上の木炭２００ｇと酸化鉄１００ｇとを３分間混合し、混合物を得た。なお、木炭の水分量は１４％であり、木炭の固形成分は、２００×８６％＝１７２ｇであった。そのため、木炭の固形成分の量と酸化鉄の量の比は、１７２：１００＝１０：５．８であった。

【0090】

次に、混合物を混練し、常温で２分間かけて廃糖蜜６０ｇを添加し、３分間混練してペーストを得た。木炭の固形成分の量と廃糖蜜の量の比は、１７２：６０＝１０：３．５であった。

【0091】

次に、ペーストを造粒機に投入し、回転速度１１２ｒｐｍの条件の下、３ｍｍ径で高さが３ｍｍのペレット形状の造粒物を得た。

【0092】

次に、窒素雰囲気下で、造粒物を７５０℃で３時間焼成して吸着材Ｄを得た。

【0093】

バッチ法を用いて、吸着材Ｃのリンの吸着量を評価した。リン溶液は、２００ｍｇ／Ｌの溶液を５０ｍｌ用いた。吸着材Ｄのリンの吸着量は、１２（ｍｇ－Ｐ／ｇ）であった。また、リンの吸着性の評価を行った後、吸着材Ｄの崩壊はみられず、径が小さくても、水中における強度が高いことがわかった。なお木炭の固形成分の量と廃糖蜜の量の比は、１０：３．５であり、吸着材Ａ～Ｃと比較して、リンの吸着量が減少している。木炭の固形成分の量１０に対し、廃糖蜜の量を３．５より多くすることで、吸着材のリンの吸着量を増加させることができる。

【0094】

＜比較例＞
本実施形態の製造方法によって得られた係る吸着材１０の効果を確認するため、吸着材として市販の活性炭を用いて、実施例１～実施例４と同様の評価を行った。具体的には、バッチ法を用いて、活性炭のリンの吸着量を評価した。活性炭（大阪ガスケミカル、粒状白鷺ＷＨ２ｘ）０．５ｇ、リン溶液は、２００ｍｇ／Ｌの溶液を２５０ｍｌ用いた。活性炭のリンの吸着量は、３．５（ｍｇ－Ｐ／ｇで）あった。

【0095】

以上、実施例１～実施例４と、比較例とを比較し、本実施形態に係る吸着材１０の製造方法によって製造された吸着材１０は、別途還元性ガスを用いることなく、吸着材１０のリンの吸着量を大幅に向上させることができることがわかった。

【符号の説明】

【0096】

１０：吸着材、 ２０：造粒物、 １００：第１炭化物、 １１０：鉄、 １２０：第２炭化物、 ２００：炭化物、 ２１０：鉄化合物、 ２２０：有機系バインダー

【図1】

【図2】

【図3】