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(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】2024-06-14
(45)【発行日】2024-06-24
(54)【発明の名称】炭化物の製造方法
(51)【国際特許分類】
C10B 53/02 20060101AFI20240617BHJP
C10B 53/00 20060101ALI20240617BHJP
B09B 3/40 20220101ALI20240617BHJP
B09B 101/67 20220101ALN20240617BHJP
B09B 101/75 20220101ALN20240617BHJP
【ＦＩ】
C10B53/02
C10B53/00 A
B09B3/40 ZAB
B09B101:67
B09B101:75
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020124844
(22)【出願日】2020-07-22
(65)【公開番号】P2022021364
(43)【公開日】2022-02-03
【審査請求日】2023-06-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000000918
【氏名又は名称】花王株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003339
【氏名又は名称】弁理士法人南青山国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100104215
【弁理士】
【氏名又は名称】大森 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100196575
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 満
(74)【代理人】
【識別番号】100160989
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 正好
(74)【代理人】
【識別番号】100197398
【弁理士】
【氏名又は名称】千葉 絢子
(72)【発明者】
【氏名】冨部 圭一郎
【審査官】岡田 三恵
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－０１１４０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０３６６０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３０１４５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２７００１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１２２８６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２７２３９５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０２２－０２２０５７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ１０Ｂ ５３／０２
Ｃ１０Ｂ ５３／００
Ｂ０９Ｂ ３／４０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
硬度１２０ｍｇ／Ｌ以上の水分を含む可燃性廃棄物に、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、前記可燃性廃棄物の質量に対する前記炭化助剤の質量割合が、前記水分の硬度に前記可燃性廃棄物の含水率を乗じた硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加し、前記炭化助剤が添加された前記可燃性廃棄物を加熱して炭化処理し、
前記炭化助剤の添加前に、前記水分の硬度及び前記可燃性廃棄物の含水率を取得する
炭化物の製造方法。
【請求項2】
前記リン酸塩又は前記硫酸塩が、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸アンモニウム、リン酸水素ナトリウムアンモニウム、硫酸鉄、硫酸アンモニウム鉄、硫酸カリウムアルミニウム、硫酸アンモニウム及び硫酸水素アンモニウムから選ばれる１以上のリン酸塩又は硫酸塩である請求項１に記載の炭化物の製造方法。
【請求項3】
前記可燃性廃棄物が、セルロース、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアクリル酸及びポリアクリル酸ナトリウムから選択される１以上の化合物を含んでいる請求項１又は２に記載の炭化物の製造方法。
【請求項4】
使用済みおむつを含む廃棄物に、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸アンモニウム、リン酸水素ナトリウムアンモニウム、硫酸鉄、硫酸アンモニウム鉄、硫酸カリウムアルミニウム、硫酸アンモニウム及び硫酸水素アンモニウムから選ばれる１以上のリン酸塩又は硫酸塩からなる炭化助剤を、前記廃棄物の質量に対する前記炭化助剤の質量割合が、前記使用済みおむつに含まれる尿の硬度に前記廃棄物の含水率を乗じた硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加し、前記炭化助剤が添加された前記廃棄物を加熱して炭化処理し、
前記炭化助剤の添加前に、前記尿の硬度及び前記廃棄物の含水率を取得する
炭化物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、硬度の高い水分を含む廃棄物を炭化処理する炭化物の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
可燃性廃棄物を焼却によって処理した場合、二酸化炭素やメタンといった温室効果ガスの排出が問題となる。そこで、特許文献１には、可燃性廃棄物を炭化処理して温室効果ガス等の排出を抑制する観点から、木材や枯葉、紙、木綿等といったセルロース系廃棄物等に、燐酸等の燐化合物等を含む添加液を含浸状とし、略８０℃ないし３００℃程度の温度範囲内で加熱処理することで、セルロース系廃棄物を炭化処理するセルロース系廃棄物等の処理方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００２－３０１４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一方で、可燃性廃棄物には、木材や枯葉、紙、木綿等の他にも、使用済みおむつ、使用済み生理用ナプキン、食品残渣及び海洋ゴミなどの硬度の高い水分を含んだものがある。特許文献１に記載の方法では、このような硬度の高い水分を含んだ可燃性廃棄物については考慮されていない。
【0005】
本発明の課題は、硬度の高い水分を含む可燃性廃棄物を、高い効率で炭化することが可能な炭化物の製造方法の提供に関する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一形態に係る炭化物の製造方法は、硬度１２０ｍｇ／Ｌ以上の水分を含む可燃性廃棄物に、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、前記可燃性廃棄物の質量に対する前記炭化助剤の質量割合が、前記水分の硬度に前記可燃性廃棄物の含水率を乗じた硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加する工程と、
前記炭化助剤が添加された前記可燃性廃棄物を加熱して炭化処理する工程と、を含む。
前記炭化助剤が添加された前記可燃性廃棄物を加熱して炭化処理する工程と、を含む。
【発明の効果】
【0007】
本発明の炭化物の製造方法によれば、硬度の高い水分を含む可燃性廃棄物を、高い効率で炭化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の一実施形態に係る炭化物の製造方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態を説明する。なお、本明細書において、「％」は「質量％」を表す。
【0010】
［炭化物の製造方法の概要］
本発明は、可燃性廃棄物を炭化処理する炭化物の製造方法に関する。可燃性廃棄物を炭化処理することにより、焼却処理する際と比較して、可燃性廃棄物に含まれる炭素が炭化物（固体の炭）として固定され、二酸化炭素やメタンなどの温室効果ガスの排出量を削減できる。さらに、得られた炭化物は、後述するように、土壌改質剤、活性炭、燃料等として有効利用することができる。
ここで、発明者らの研究により、使用済みおむつ、使用済み生理用ナプキン、食品残渣及び海洋ゴミなどの水分を含む可燃性廃棄物は、リン酸塩又は硫酸塩等の炭化助剤を用いても、効率よく炭化処理することが難しいことがわかった。本発明者らは、これらの廃棄物中の水分の硬度に着目し、水分中のカルシウムイオン及びマグネシウムイオンが、炭化助剤の触媒効果を失活させることを見出した。これにより、本発明者らは、炭化助剤を、廃棄物中の水分の硬度成分に対して所定の量以上添加することにより、効率よく炭化処理できることを見出し、本発明に到った。
なお、本発明の「効率よく炭化処理する」態様は、炭素固定率を高めること、又は炭化処理の温度を低下させること、の少なくとも一方を含む概念である。
「炭素固定率」は、廃棄物中の炭素化合物の理論上の炭素量に対する、炭化処理で得られた炭化物（固体の炭）の炭素量の割合を意味する。炭素固定率が大きいほど、廃棄物中の炭素の多くが炭化物として固定され、二酸化炭素やメタンなどの気体として炭素が放出される量が少なくなる。つまり、炭素固定率を高めることで、炭化物の収率を高め、気化する炭素の量を減少させることができる。
炭化処理の温度を低下させることで、炭化処理時に消費されるエネルギー量を削減することができる。
本発明は、可燃性廃棄物を炭化処理する炭化物の製造方法に関する。可燃性廃棄物を炭化処理することにより、焼却処理する際と比較して、可燃性廃棄物に含まれる炭素が炭化物（固体の炭）として固定され、二酸化炭素やメタンなどの温室効果ガスの排出量を削減できる。さらに、得られた炭化物は、後述するように、土壌改質剤、活性炭、燃料等として有効利用することができる。
ここで、発明者らの研究により、使用済みおむつ、使用済み生理用ナプキン、食品残渣及び海洋ゴミなどの水分を含む可燃性廃棄物は、リン酸塩又は硫酸塩等の炭化助剤を用いても、効率よく炭化処理することが難しいことがわかった。本発明者らは、これらの廃棄物中の水分の硬度に着目し、水分中のカルシウムイオン及びマグネシウムイオンが、炭化助剤の触媒効果を失活させることを見出した。これにより、本発明者らは、炭化助剤を、廃棄物中の水分の硬度成分に対して所定の量以上添加することにより、効率よく炭化処理できることを見出し、本発明に到った。
なお、本発明の「効率よく炭化処理する」態様は、炭素固定率を高めること、又は炭化処理の温度を低下させること、の少なくとも一方を含む概念である。
「炭素固定率」は、廃棄物中の炭素化合物の理論上の炭素量に対する、炭化処理で得られた炭化物（固体の炭）の炭素量の割合を意味する。炭素固定率が大きいほど、廃棄物中の炭素の多くが炭化物として固定され、二酸化炭素やメタンなどの気体として炭素が放出される量が少なくなる。つまり、炭素固定率を高めることで、炭化物の収率を高め、気化する炭素の量を減少させることができる。
炭化処理の温度を低下させることで、炭化処理時に消費されるエネルギー量を削減することができる。
【0011】
［炭化物の製造方法］
図１のフローチャートに示すように、本発明の炭化物の製造方法は、硬度１２０ｍｇ／Ｌ以上の水分を含む可燃性廃棄物に、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、当該可燃性廃棄物の質量に対する当該炭化助剤の質量割合が、当該水分の硬度に当該可燃性廃棄物の含水率を乗じた硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加する工程（添加工程Ｓ１）と、当該炭化助剤が添加された当該可燃性廃棄物を加熱して当該可燃性廃棄物を炭化処理する工程（炭化処理工程Ｓ２）と、を含む。さらに、本発明の炭化物の製造方法は、炭化助剤の質量割合を規定する硬度成分の質量割合を算出する観点から、添加工程Ｓ１の前に、水分の硬度及び可燃性廃棄物の含水率を取得する工程（取得工程Ｓ０）を含んでいてもよい。
なお、図１のフローチャートは本発明の製造方法の一例を示すものであり、本発明の製造方法はこれに限定されない。
図１のフローチャートに示すように、本発明の炭化物の製造方法は、硬度１２０ｍｇ／Ｌ以上の水分を含む可燃性廃棄物に、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、当該可燃性廃棄物の質量に対する当該炭化助剤の質量割合が、当該水分の硬度に当該可燃性廃棄物の含水率を乗じた硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加する工程（添加工程Ｓ１）と、当該炭化助剤が添加された当該可燃性廃棄物を加熱して当該可燃性廃棄物を炭化処理する工程（炭化処理工程Ｓ２）と、を含む。さらに、本発明の炭化物の製造方法は、炭化助剤の質量割合を規定する硬度成分の質量割合を算出する観点から、添加工程Ｓ１の前に、水分の硬度及び可燃性廃棄物の含水率を取得する工程（取得工程Ｓ０）を含んでいてもよい。
なお、図１のフローチャートは本発明の製造方法の一例を示すものであり、本発明の製造方法はこれに限定されない。
【0012】
［可燃性廃棄物］
本発明の可燃性廃棄物は、硬度１２０ｍｇ／Ｌ以上の水分を含む可燃性廃棄物であって、炭素化合物を含む廃棄物である。本発明の可燃性廃棄物の具体例としては、例えば、使用済みおむつ、使用済み生理用ナプキン、食品残渣及び海洋ゴミ等が挙げられる。また、本発明の可燃性廃棄物は、複数種類の廃棄物の混合物であってもよい。なお、本明細書では、「可燃性廃棄物」を単に「廃棄物」とも称する。
本発明の廃棄物は、好ましくは、セルロース、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアクリル酸及びポリアクリル酸ナトリウムから選択される１以上の化合物を含む。ポリオレフィンは、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンを含む。ポリエステルは、例えば、ポリエチレンテレフタレートを含む。
また、本発明の廃棄物は、ポリアクリル酸系化合物を含んでいてもよい。ポリアクリル酸系化合物は、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、ポリアクリル酸塩架橋体を含む。ポリアクリル酸塩又はポリアクリル酸塩架橋体を構成する「塩」としては、例えば、アルカリ金属塩（ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩等）、アルカリ土類金属塩（カルシウム塩、マグネシウム塩、バリウム塩等）、アンモニウム塩（第四級アンモニウム塩、第四級アルキルアンモニウム塩等）等から選択された１以上の塩を含む。
例えば、使用済みおむつは、おむつの成分としてセルロース、ポリオレフィン、ポリエステル、及びポリアクリル酸ナトリウム等を含み、水分として尿を含む。
例えば、使用済み生理用ナプキンは、生理用ナプキンの成分としてセルロース、ポリオレフィン、ポリエステル、及びポリアクリル酸ナトリウム等を含み、水分として経血を含む。
本発明の廃棄物は、セルロースを、例えば３０％以上、さらに５０％以上含んでいてもよい。
本発明の可燃性廃棄物は、硬度１２０ｍｇ／Ｌ以上の水分を含む可燃性廃棄物であって、炭素化合物を含む廃棄物である。本発明の可燃性廃棄物の具体例としては、例えば、使用済みおむつ、使用済み生理用ナプキン、食品残渣及び海洋ゴミ等が挙げられる。また、本発明の可燃性廃棄物は、複数種類の廃棄物の混合物であってもよい。なお、本明細書では、「可燃性廃棄物」を単に「廃棄物」とも称する。
本発明の廃棄物は、好ましくは、セルロース、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアクリル酸及びポリアクリル酸ナトリウムから選択される１以上の化合物を含む。ポリオレフィンは、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンを含む。ポリエステルは、例えば、ポリエチレンテレフタレートを含む。
また、本発明の廃棄物は、ポリアクリル酸系化合物を含んでいてもよい。ポリアクリル酸系化合物は、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、ポリアクリル酸塩架橋体を含む。ポリアクリル酸塩又はポリアクリル酸塩架橋体を構成する「塩」としては、例えば、アルカリ金属塩（ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩等）、アルカリ土類金属塩（カルシウム塩、マグネシウム塩、バリウム塩等）、アンモニウム塩（第四級アンモニウム塩、第四級アルキルアンモニウム塩等）等から選択された１以上の塩を含む。
例えば、使用済みおむつは、おむつの成分としてセルロース、ポリオレフィン、ポリエステル、及びポリアクリル酸ナトリウム等を含み、水分として尿を含む。
例えば、使用済み生理用ナプキンは、生理用ナプキンの成分としてセルロース、ポリオレフィン、ポリエステル、及びポリアクリル酸ナトリウム等を含み、水分として経血を含む。
本発明の廃棄物は、セルロースを、例えば３０％以上、さらに５０％以上含んでいてもよい。
【0013】
［硬度］
本発明の「硬度」は、水の中に含まれるミネラル類のうちカルシウムとマグネシウムの合計含有量の指標であり、アメリカ硬度に基づく値である。アメリカ硬度とは、水１Ｌ中に含まれるカルシウムイオン及びマグネシウムイオンの量を、炭酸カルシウムの量に換算した値であり、以下の式により求めることができる。
（硬度（ｍｇ／Ｌ））＝（カルシウムイオン濃度（ｍｇ／Ｌ））×２．５＋（マグネシウムイオン濃度（ｍｇ／Ｌ））×４．１
一般に、軟水は硬度０以上６０未満、中程度の軟水（中硬水）は硬度６０以上１２０未満、硬水は硬度１２０以上１８０未満、非常な硬水は１８０以上と定義される。
例えば使用済みおむつは、吸収した尿を含んでいる。尿は、カルシウムイオン及びマグネシウムイオンを含んでおり、後述するように、５００ｍｇ／Ｌ以上の非常な硬水である。
例えば使用済み生理用ナプキンは、吸収した経血を含んでいる。経血は、血液中にカルシウムイオン、マグネシウムイオンを含んでおり、一般に１２０ｍｇ／Ｌ以上の硬度を有する。
例えば海洋ゴミは、非常な硬水である海水を含んでいる。
例えば食品残渣は、食品由来のカルシウム及び／又はマグネシウムが水分に溶けだして、１２０ｍｇ／Ｌ以上の硬度の水分を含むことがある。
本発明の可燃性廃棄物は、使用済みおむつのように、例えば硬度５００ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下の水分を含んでいてもよい。
本発明の「硬度」は、水の中に含まれるミネラル類のうちカルシウムとマグネシウムの合計含有量の指標であり、アメリカ硬度に基づく値である。アメリカ硬度とは、水１Ｌ中に含まれるカルシウムイオン及びマグネシウムイオンの量を、炭酸カルシウムの量に換算した値であり、以下の式により求めることができる。
（硬度（ｍｇ／Ｌ））＝（カルシウムイオン濃度（ｍｇ／Ｌ））×２．５＋（マグネシウムイオン濃度（ｍｇ／Ｌ））×４．１
一般に、軟水は硬度０以上６０未満、中程度の軟水（中硬水）は硬度６０以上１２０未満、硬水は硬度１２０以上１８０未満、非常な硬水は１８０以上と定義される。
例えば使用済みおむつは、吸収した尿を含んでいる。尿は、カルシウムイオン及びマグネシウムイオンを含んでおり、後述するように、５００ｍｇ／Ｌ以上の非常な硬水である。
例えば使用済み生理用ナプキンは、吸収した経血を含んでいる。経血は、血液中にカルシウムイオン、マグネシウムイオンを含んでおり、一般に１２０ｍｇ／Ｌ以上の硬度を有する。
例えば海洋ゴミは、非常な硬水である海水を含んでいる。
例えば食品残渣は、食品由来のカルシウム及び／又はマグネシウムが水分に溶けだして、１２０ｍｇ／Ｌ以上の硬度の水分を含むことがある。
本発明の可燃性廃棄物は、使用済みおむつのように、例えば硬度５００ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下の水分を含んでいてもよい。
【0014】
［硬度の取得方法］
廃棄物の水分の硬度は、例えば、廃棄物中の水分の一部を採取して、公知の測定方法や装置を用いて測定することができる。例えば、当該硬度は、エチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）を用いたキレート滴定法、フレーム－原子吸光光度法、イオンクロマトグラフ法、誘導結合プラズマ発光分光分析法、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ／ＭＳ法）等を用いて測定することができる。
なお、廃棄物に異なる組成の水分が含まれていると推測される場合には、例えば、廃棄物約１０ｋｇにつき５箇所から水分を採取し、各部位について上述のように水分の硬度をそれぞれ測定し、各部位の硬度の平均値を廃棄物の硬度とみなすことができる。
あるいは、廃棄物の水分が既知の組成を有する場合には、当該組成から水分の硬度を算出することもできる。例えば、健康な成人の２４時間の尿量の平均は、約１２６０ｇであり、健康な成人の２４時間の尿中のカルシウムイオン量は２００ｍｇ、マグネシウムイオン量は１５０ｍｇであることが知られている。これらの情報から、上記硬度の計算式を用いて硬度を算出すると、尿の硬度は、約８８５ｍｇ／Ｌと算出できる。
廃棄物の水分の硬度は、例えば、廃棄物中の水分の一部を採取して、公知の測定方法や装置を用いて測定することができる。例えば、当該硬度は、エチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）を用いたキレート滴定法、フレーム－原子吸光光度法、イオンクロマトグラフ法、誘導結合プラズマ発光分光分析法、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ／ＭＳ法）等を用いて測定することができる。
なお、廃棄物に異なる組成の水分が含まれていると推測される場合には、例えば、廃棄物約１０ｋｇにつき５箇所から水分を採取し、各部位について上述のように水分の硬度をそれぞれ測定し、各部位の硬度の平均値を廃棄物の硬度とみなすことができる。
あるいは、廃棄物の水分が既知の組成を有する場合には、当該組成から水分の硬度を算出することもできる。例えば、健康な成人の２４時間の尿量の平均は、約１２６０ｇであり、健康な成人の２４時間の尿中のカルシウムイオン量は２００ｍｇ、マグネシウムイオン量は１５０ｍｇであることが知られている。これらの情報から、上記硬度の計算式を用いて硬度を算出すると、尿の硬度は、約８８５ｍｇ／Ｌと算出できる。
【0015】
［含水率の測定方法］
廃棄物中の含水率は、例えば、乾燥減量法、電気抵抗法、電気容量法、赤外光反射法、赤外光吸収法、ラマン分光法等の公知の測定方法や装置を用いて測定することができる。
乾燥減量法は、例えば、以下のように測定できる。まず、廃棄物の一部を採取し、質量を測定する。そして、採取した廃棄物を、乾燥機等で５０℃、１日程度、常圧下で乾燥させて、水分を蒸発させ、乾燥後の質量を測定する。乾燥前の質量から乾燥後の質量を減じた質量減少分は、廃棄物に含まれている水分であると仮定できることから、以下の式により含水率を求めることができる。
（含水率（％））＝１００×（質量減少分（ｇ））／（乾燥前の廃棄物の質量（ｇ））
なお、廃棄物中の水分の分布が均一でない場合には、例えば、廃棄物約１０ｋｇにつき５箇所から約１００ｇの廃棄物を採取し、各部位について上述のように含水率をそれぞれ測定し、各部位の含水率の平均値を廃棄物の含水率とみなすことができる。
廃棄物中の含水率は、例えば、乾燥減量法、電気抵抗法、電気容量法、赤外光反射法、赤外光吸収法、ラマン分光法等の公知の測定方法や装置を用いて測定することができる。
乾燥減量法は、例えば、以下のように測定できる。まず、廃棄物の一部を採取し、質量を測定する。そして、採取した廃棄物を、乾燥機等で５０℃、１日程度、常圧下で乾燥させて、水分を蒸発させ、乾燥後の質量を測定する。乾燥前の質量から乾燥後の質量を減じた質量減少分は、廃棄物に含まれている水分であると仮定できることから、以下の式により含水率を求めることができる。
（含水率（％））＝１００×（質量減少分（ｇ））／（乾燥前の廃棄物の質量（ｇ））
なお、廃棄物中の水分の分布が均一でない場合には、例えば、廃棄物約１０ｋｇにつき５箇所から約１００ｇの廃棄物を採取し、各部位について上述のように含水率をそれぞれ測定し、各部位の含水率の平均値を廃棄物の含水率とみなすことができる。
【0016】
［取得工程Ｓ０］
本発明の取得工程Ｓ０において、水分の硬度は、上述の廃棄物の水分の硬度の測定方法、又は水分の既知の組成に基づいて取得され得る。廃棄物の含水率は、上記含水率の測定方法に基づいて取得され得る。
なお、水分の硬度及び含水率が既知又は予測可能である場合には、本工程を省略することもできる。
本発明の取得工程Ｓ０において、水分の硬度は、上述の廃棄物の水分の硬度の測定方法、又は水分の既知の組成に基づいて取得され得る。廃棄物の含水率は、上記含水率の測定方法に基づいて取得され得る。
なお、水分の硬度及び含水率が既知又は予測可能である場合には、本工程を省略することもできる。
【0017】
［添加工程Ｓ１］
添加工程Ｓ１では、硬度１２０ｍｇ／Ｌ以上の水分を含む可燃性廃棄物に、炭化助剤を添加する。添加工程Ｓ１における炭化助剤の添加の態様は特に限定されず、例えば炭化処理工程Ｓ２で用いる炭化処理装置内に、廃棄物と炭化助剤とを投入してもよい。あるいは、攪拌装置等に廃棄物と炭化助剤とを投入し、攪拌してもよい。また、本発明の添加工程Ｓ１では、上記炭化助剤以外の添加物を添加してもよい。
添加工程Ｓ１では、硬度１２０ｍｇ／Ｌ以上の水分を含む可燃性廃棄物に、炭化助剤を添加する。添加工程Ｓ１における炭化助剤の添加の態様は特に限定されず、例えば炭化処理工程Ｓ２で用いる炭化処理装置内に、廃棄物と炭化助剤とを投入してもよい。あるいは、攪拌装置等に廃棄物と炭化助剤とを投入し、攪拌してもよい。また、本発明の添加工程Ｓ１では、上記炭化助剤以外の添加物を添加してもよい。
【0018】
［炭化助剤］
本発明の炭化助剤は、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなり、炭化処理時の触媒として機能する。本発明において、水溶性の塩とは、１気圧、２０℃の水１００ｇあたり、５ｇ以上溶解できる塩を意味する。このような炭化助剤を添加することで、後述するように、廃棄物中の炭素化合物の脱水素反応、脱酸素反応、脱水反応等を促進し、炭化処理の効率を高めることができる。
本発明の炭化助剤は、１種類のリン酸塩又は硫酸塩からなるものであってもよく、複数種類のリン酸塩又は硫酸塩の混合物であってもよい。
本発明の炭化助剤は、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなり、炭化処理時の触媒として機能する。本発明において、水溶性の塩とは、１気圧、２０℃の水１００ｇあたり、５ｇ以上溶解できる塩を意味する。このような炭化助剤を添加することで、後述するように、廃棄物中の炭素化合物の脱水素反応、脱酸素反応、脱水反応等を促進し、炭化処理の効率を高めることができる。
本発明の炭化助剤は、１種類のリン酸塩又は硫酸塩からなるものであってもよく、複数種類のリン酸塩又は硫酸塩の混合物であってもよい。
【0019】
本発明の炭化助剤として用いられる水溶性のリン酸塩又は硫酸塩は、炭化処理の効率をより高める観点から、好ましくは、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸アンモニウム、リン酸水素ナトリウムアンモニウム、硫酸鉄、硫酸アンモニウム鉄、硫酸カリウムアルミニウム、硫酸アンモニウム及び硫酸水素アンモニウムから選ばれる１以上のリン酸塩又は硫酸塩である。
さらに、廃棄物が少なくともセルロースを含む場合、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩は、炭化処理の効率をより一層高める観点から、より好ましくは、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウム、硫酸鉄又は硫酸アンモニウム鉄から選ばれる１以上のリン酸塩又は硫酸塩である。
リン酸ナトリウムは、リン酸２水素ナトリウム、リン酸水素２ナトリウム及びリン酸３ナトリウムを含む。
リン酸カリウムは、リン酸２水素カリウム、リン酸水素２カリウム及びリン酸３カリウムを含む。
リン酸アンモニウムは、リン酸２水素アンモニウム、リン酸水素２アンモニウム、及びリン酸３アンモニウムを含む。
硫酸鉄は、硫酸鉄（II）、及び硫酸鉄（III）を含む。
硫酸アンモニウム鉄は、硫酸アンモニウム鉄（II）、及び硫酸アンモニウム鉄（III）を含む。
さらに、廃棄物が少なくともセルロースを含む場合、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩は、炭化処理の効率をより一層高める観点から、より好ましくは、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウム、硫酸鉄又は硫酸アンモニウム鉄から選ばれる１以上のリン酸塩又は硫酸塩である。
リン酸ナトリウムは、リン酸２水素ナトリウム、リン酸水素２ナトリウム及びリン酸３ナトリウムを含む。
リン酸カリウムは、リン酸２水素カリウム、リン酸水素２カリウム及びリン酸３カリウムを含む。
リン酸アンモニウムは、リン酸２水素アンモニウム、リン酸水素２アンモニウム、及びリン酸３アンモニウムを含む。
硫酸鉄は、硫酸鉄（II）、及び硫酸鉄（III）を含む。
硫酸アンモニウム鉄は、硫酸アンモニウム鉄（II）、及び硫酸アンモニウム鉄（III）を含む。
【0020】
［炭化助剤の質量割合］
本発明の炭化助剤の質量割合は、廃棄物に対する炭化助剤の質量割合であって、廃棄物の質量を１００％とした場合の、上記炭化助剤を構成する化合物の合計の質量割合（％）を意味する。
当該炭化助剤の質量割合は、硬度成分（カルシウム及びマグネシウム）に対して十分な量の炭化助剤を添加し、硬度成分による炭化助剤の失活を抑制する観点から、水分の硬度に可燃性廃棄物の含水率を乗じた硬度成分の質量割合の５０倍以上、より好ましくは７０倍以上である。これにより、硬度１２０ｍｇ／Ｌ以上の水分を含む廃棄物に対しても、炭化処理の効率を確実に高めることができる。
また、上記炭化助剤の質量割合は、炭化助剤のコストを抑制する観点から、好ましくは、水分の硬度に可燃性廃棄物の含水率を乗じた硬度成分の質量割合の１００００倍以下、より好ましくは５０００倍以下である。
また、廃棄物が少なくともセルロースを含み、炭化助剤がリン酸アンモニウムを含む場合、コストを抑制しつつ炭化処理の効率を十分に高める観点から、上記炭化助剤の質量割合は、上記硬度成分の質量割合の、好ましくは５０倍以上、より好ましくは８０倍以上であり、好ましくは３５００倍以下、より好ましくは４００倍以下である。
特に、廃棄物がセルロースを含み、炭化助剤がリン酸アンモニウムとしてリン酸２水素アンモニウムを含む場合、上記効果をより確実に得る観点から、上記炭化助剤の質量割合は、好ましくは、上記硬度成分の質量割合の５０倍以上３５００倍以下である。
特に、廃棄物がセルロースを含み、炭化助剤がリン酸アンモニウムとしてリン酸３アンモニウムを含む場合、上記効果をより確実に得る観点から、上記炭化助剤の質量割合は、好ましくは、上記硬度成分の質量割合の５０倍以上４００倍以下である。
また、廃棄物が少なくともセルロースを含み、前記炭化助剤がリン酸アンモニウムを含む場合、コストを抑制しつつ炭化処理の効率を十分に高める観点から、上記炭化助剤の質量割合は、好ましくは、１％以上２０％以下である。
また、廃棄物が少なくともセルロースを含み、炭化助剤がリン酸カリウムを含む場合、コストを抑制しつつ炭化処理の効率を十分に高める観点から、上記炭化助剤の質量割合は、好ましくは、上記硬度成分の質量割合の５０倍以上２００倍以下である。
本発明の炭化助剤の質量割合は、廃棄物に対する炭化助剤の質量割合であって、廃棄物の質量を１００％とした場合の、上記炭化助剤を構成する化合物の合計の質量割合（％）を意味する。
当該炭化助剤の質量割合は、硬度成分（カルシウム及びマグネシウム）に対して十分な量の炭化助剤を添加し、硬度成分による炭化助剤の失活を抑制する観点から、水分の硬度に可燃性廃棄物の含水率を乗じた硬度成分の質量割合の５０倍以上、より好ましくは７０倍以上である。これにより、硬度１２０ｍｇ／Ｌ以上の水分を含む廃棄物に対しても、炭化処理の効率を確実に高めることができる。
また、上記炭化助剤の質量割合は、炭化助剤のコストを抑制する観点から、好ましくは、水分の硬度に可燃性廃棄物の含水率を乗じた硬度成分の質量割合の１００００倍以下、より好ましくは５０００倍以下である。
また、廃棄物が少なくともセルロースを含み、炭化助剤がリン酸アンモニウムを含む場合、コストを抑制しつつ炭化処理の効率を十分に高める観点から、上記炭化助剤の質量割合は、上記硬度成分の質量割合の、好ましくは５０倍以上、より好ましくは８０倍以上であり、好ましくは３５００倍以下、より好ましくは４００倍以下である。
特に、廃棄物がセルロースを含み、炭化助剤がリン酸アンモニウムとしてリン酸２水素アンモニウムを含む場合、上記効果をより確実に得る観点から、上記炭化助剤の質量割合は、好ましくは、上記硬度成分の質量割合の５０倍以上３５００倍以下である。
特に、廃棄物がセルロースを含み、炭化助剤がリン酸アンモニウムとしてリン酸３アンモニウムを含む場合、上記効果をより確実に得る観点から、上記炭化助剤の質量割合は、好ましくは、上記硬度成分の質量割合の５０倍以上４００倍以下である。
また、廃棄物が少なくともセルロースを含み、前記炭化助剤がリン酸アンモニウムを含む場合、コストを抑制しつつ炭化処理の効率を十分に高める観点から、上記炭化助剤の質量割合は、好ましくは、１％以上２０％以下である。
また、廃棄物が少なくともセルロースを含み、炭化助剤がリン酸カリウムを含む場合、コストを抑制しつつ炭化処理の効率を十分に高める観点から、上記炭化助剤の質量割合は、好ましくは、上記硬度成分の質量割合の５０倍以上２００倍以下である。
【0021】
上記硬度成分の質量割合は、廃棄物に対する硬度成分（カルシウム及びマグネシウム）の質量割合であって、以下の式で求められる。
（硬度成分の質量割合（％））＝（水分の硬度（ｍｇ／Ｌ））×（廃棄物の含水率（％））×１０－４
なお、水分の硬度の単位はｍｇ／Ｌであるが、水分の質量は１Ｌあたり１ｋｇであるため、上記式により、水分の硬度から％（質量％）の単位を有する硬度成分の質量割合を算出することができる。
上記硬度成分の質量割合の値を用いて、炭化助剤の質量割合は、以下のように規定される。
（炭化助剤の質量割合（％））≧（硬度成分の質量割合（％））×５０
（硬度成分の質量割合（％））＝（水分の硬度（ｍｇ／Ｌ））×（廃棄物の含水率（％））×１０－４
なお、水分の硬度の単位はｍｇ／Ｌであるが、水分の質量は１Ｌあたり１ｋｇであるため、上記式により、水分の硬度から％（質量％）の単位を有する硬度成分の質量割合を算出することができる。
上記硬度成分の質量割合の値を用いて、炭化助剤の質量割合は、以下のように規定される。
（炭化助剤の質量割合（％））≧（硬度成分の質量割合（％））×５０
【0022】
［炭化処理工程Ｓ２］
本発明の炭化処理工程Ｓ２では、炭化助剤が添加された廃棄物を加熱して廃棄物を炭化処理する。これにより、炭化物が生成される。
炭化処理は、例えば、公知の炭化処理装置の加熱炉に廃棄物及び炭化助剤を投入し、加熱することで行うことができる。炭化処理装置としては、例えば、ロータリーキルン炉、流動床炉、固定床炉、電気炉等の加熱炉を備えた装置を用いることができる。加熱中は、廃棄物と炭化助剤とが攪拌されることが好ましいが、例えば加熱前にこれらを攪拌していた場合には、攪拌されなくてもよい。
炭化処理では、例えば、下記炭化処理の温度程度に加熱された加熱炉内に廃棄物等が投入される。あるいは、炭化処理では、下記炭化処理の温度より低温の加熱炉内に廃棄物等が投入された後、加熱炉の温度が昇温されてもよい。
本発明の炭化処理工程Ｓ２では、炭化助剤が添加された廃棄物を加熱して廃棄物を炭化処理する。これにより、炭化物が生成される。
炭化処理は、例えば、公知の炭化処理装置の加熱炉に廃棄物及び炭化助剤を投入し、加熱することで行うことができる。炭化処理装置としては、例えば、ロータリーキルン炉、流動床炉、固定床炉、電気炉等の加熱炉を備えた装置を用いることができる。加熱中は、廃棄物と炭化助剤とが攪拌されることが好ましいが、例えば加熱前にこれらを攪拌していた場合には、攪拌されなくてもよい。
炭化処理では、例えば、下記炭化処理の温度程度に加熱された加熱炉内に廃棄物等が投入される。あるいは、炭化処理では、下記炭化処理の温度より低温の加熱炉内に廃棄物等が投入された後、加熱炉の温度が昇温されてもよい。
【0023】
炭化処理の温度は、炭化が促進される温度を意味し、例えば、炭化処理中に一定時間（例えば３０分以上）維持される温度を意味する。
炭化処理の温度は、廃棄物がセルロースを含む場合、炭化処理時のエネルギー消費量を削減し、炭化を十分に促進する観点から、好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２００℃以上であり、好ましくは３３０℃以下、より好ましくは３００℃以下である。これらの炭化温度を、「第１の炭化温度」とも称する。
また、廃棄物がセルロールとともに、又はセルロースに替えて、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアクリル酸又はポリアクリル酸ナトリウム等の樹脂成分を含む場合、炭化処理の温度は、炭化を十分に促進する観点から、好ましくは３００℃以上、より好ましくは４００℃以上であり、好ましくは６００℃以下、より好ましくは５００℃以下である。これらの炭化温度を、「第２の炭化温度」とも称する。
炭化処理の温度は、炭化処理中ほぼ一定に維持されてもよいし、段階的に昇温されてもよい。例えば、廃棄物が、セルロースと上記樹脂成分とを含む場合は、第１の炭化温度でセルロースを炭化させた後、昇温させ、第２の炭化温度で樹脂成分を炭化させてもよい。
炭化処理の温度は、廃棄物がセルロースを含む場合、炭化処理時のエネルギー消費量を削減し、炭化を十分に促進する観点から、好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２００℃以上であり、好ましくは３３０℃以下、より好ましくは３００℃以下である。これらの炭化温度を、「第１の炭化温度」とも称する。
また、廃棄物がセルロールとともに、又はセルロースに替えて、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアクリル酸又はポリアクリル酸ナトリウム等の樹脂成分を含む場合、炭化処理の温度は、炭化を十分に促進する観点から、好ましくは３００℃以上、より好ましくは４００℃以上であり、好ましくは６００℃以下、より好ましくは５００℃以下である。これらの炭化温度を、「第２の炭化温度」とも称する。
炭化処理の温度は、炭化処理中ほぼ一定に維持されてもよいし、段階的に昇温されてもよい。例えば、廃棄物が、セルロースと上記樹脂成分とを含む場合は、第１の炭化温度でセルロースを炭化させた後、昇温させ、第２の炭化温度で樹脂成分を炭化させてもよい。
【0024】
炭化処理の時間は、特に限定されないが、炭化を十分に促進する観点から、好ましくは１時間以上、より好ましくは２時間以上である。なお、ここでいう炭化処理の時間は、上記炭化処理の温度の昇降が２０℃以内の範囲に維持される時間を意味する。
炭化処理の雰囲気は、特に限定されないが、大気雰囲気、低酸素雰囲気、窒素雰囲気等を適宜選択できる。本発明者らは、上記廃棄物に上記炭化助剤を上記質量割合で添加した場合、大気雰囲気でも効率よく炭化できることを確認している。
炭化処理の雰囲気は、特に限定されないが、大気雰囲気、低酸素雰囲気、窒素雰囲気等を適宜選択できる。本発明者らは、上記廃棄物に上記炭化助剤を上記質量割合で添加した場合、大気雰囲気でも効率よく炭化できることを確認している。
【0025】
炭化処理工程Ｓ２において、以下のように廃棄物が炭化されるものと推測される。
まず、加熱によって廃棄物中の水分が蒸発する。その後、廃棄物中の炭素化合物が熱分解する。このとき、炭化助剤のリン酸塩又は硫酸塩が廃棄物中の炭素化合物の脱酸素反応と脱水素反応を促すものと考えられる。これにより、水素と酸素は水となって揮発し、脱水反応が促されるものと考えられる。このような脱酸素反応、脱水素反応及び脱水反応により、廃棄物中の炭素化合物の水素及び酸素等が脱離し、炭化物が生成されるものと考えられる。
つまり、本発明では、上記炭化助剤を用いることで、二酸化炭素やメタン、一酸化炭素といった炭素を含むガスの放出が抑制され、結果として、炭化物として炭素が固定されるものと考えられる。
まず、加熱によって廃棄物中の水分が蒸発する。その後、廃棄物中の炭素化合物が熱分解する。このとき、炭化助剤のリン酸塩又は硫酸塩が廃棄物中の炭素化合物の脱酸素反応と脱水素反応を促すものと考えられる。これにより、水素と酸素は水となって揮発し、脱水反応が促されるものと考えられる。このような脱酸素反応、脱水素反応及び脱水反応により、廃棄物中の炭素化合物の水素及び酸素等が脱離し、炭化物が生成されるものと考えられる。
つまり、本発明では、上記炭化助剤を用いることで、二酸化炭素やメタン、一酸化炭素といった炭素を含むガスの放出が抑制され、結果として、炭化物として炭素が固定されるものと考えられる。
【0026】
なお、後述する実施例では、示差熱熱重量同時測定装置（ＴＧ－ＤＴＡ）による測定を効率よく行うために乾燥工程を行っているが、本発明の炭化処理工程Ｓ２においては、炭化炉中でも短時間で水分が蒸発するため、炭化処理前の乾燥工程は省略することができる。
【0027】
［炭化物］
本発明の炭化処理工程Ｓ２で得られる炭化物は、炭素を主成分とする固形物であり、炭素及び灰分を含む。本発明で得られた炭化物は、土壌改質剤、水の浄化処理剤、断熱材等の建材、吸着剤、解毒剤、消臭剤、使い捨てカイロの原料、燃料、後述する活性炭等として有効活用することができる。
本発明の炭化処理工程Ｓ２で得られる炭化物は、炭素を主成分とする固形物であり、炭素及び灰分を含む。本発明で得られた炭化物は、土壌改質剤、水の浄化処理剤、断熱材等の建材、吸着剤、解毒剤、消臭剤、使い捨てカイロの原料、燃料、後述する活性炭等として有効活用することができる。
【0028】
［活性炭］
さらに、本発明では、生成された炭を賦活化処理してもよい。これにより、多孔質の活性炭を生成することができる。賦活化処理としては、限定されないが、例えば、水蒸気や大気などの気体中で８００℃から９５０℃程度に加熱するガス賦活法や、薬品を添加及び又は浸透させ、空気を断って５００℃から７００℃の温度で賦活化する薬品賦活法が挙げられる。本発明の炭化助剤は賦活効果もあるため、前述の炭化処理後に昇温し、空気を断って５００℃から７００℃の温度で賦活化することも可能である。活性炭は、高い吸着作用を有することから、水の浄化処理剤、吸着剤、解毒剤、消臭剤等に用いられる。
さらに、本発明では、生成された炭を賦活化処理してもよい。これにより、多孔質の活性炭を生成することができる。賦活化処理としては、限定されないが、例えば、水蒸気や大気などの気体中で８００℃から９５０℃程度に加熱するガス賦活法や、薬品を添加及び又は浸透させ、空気を断って５００℃から７００℃の温度で賦活化する薬品賦活法が挙げられる。本発明の炭化助剤は賦活効果もあるため、前述の炭化処理後に昇温し、空気を断って５００℃から７００℃の温度で賦活化することも可能である。活性炭は、高い吸着作用を有することから、水の浄化処理剤、吸着剤、解毒剤、消臭剤等に用いられる。
【0029】
［本発明の作用効果］
以上のように、本発明によれば、硬度１２０ｍｇ／Ｌ以上の水分を含む廃棄物に、上記炭化助剤を、上記硬度成分の質量割合の５０倍以上の質量割合となるように添加して炭化処理することで、硬度成分による炭化助剤の失活を抑制し、効率よく炭化処理することができる。
具体的には、上記炭化助剤が、廃棄物中の炭素化合物に対して脱酸素反応、脱水素反応及び脱水反応等を促すことで、低い温度においても炭素化合物の熱分解が進みやすくなり、炭化処理の温度を低下させることができる。炭化処理の温度を低下させることで、炭化処理時に消費されるエネルギー量を低減させることができる。
また、上記炭化助剤が、廃棄物中の炭素化合物の水素及び酸素の脱離を促すことで、炭化処理中の炭素の揮発を抑制し、炭素固定率を高めることができる。炭素固定率を高めることで、炭化処理の収率を高め、温室効果ガス等として気化する炭素の量を減少させることができる。
このように、本発明によれば、環境に配慮して、硬度１２０ｍｇ／Ｌ以上の水分を含む廃棄物の処理を行うことができる。
また、本発明によれば、所定量の上記炭化助剤を廃棄物に添加することで、簡便に炭化処理することが可能となる。これにより、炭化処理に係るコストを削減でき、環境に配慮した炭化処理の普及を促すことができる。
以上のように、本発明によれば、硬度１２０ｍｇ／Ｌ以上の水分を含む廃棄物に、上記炭化助剤を、上記硬度成分の質量割合の５０倍以上の質量割合となるように添加して炭化処理することで、硬度成分による炭化助剤の失活を抑制し、効率よく炭化処理することができる。
具体的には、上記炭化助剤が、廃棄物中の炭素化合物に対して脱酸素反応、脱水素反応及び脱水反応等を促すことで、低い温度においても炭素化合物の熱分解が進みやすくなり、炭化処理の温度を低下させることができる。炭化処理の温度を低下させることで、炭化処理時に消費されるエネルギー量を低減させることができる。
また、上記炭化助剤が、廃棄物中の炭素化合物の水素及び酸素の脱離を促すことで、炭化処理中の炭素の揮発を抑制し、炭素固定率を高めることができる。炭素固定率を高めることで、炭化処理の収率を高め、温室効果ガス等として気化する炭素の量を減少させることができる。
このように、本発明によれば、環境に配慮して、硬度１２０ｍｇ／Ｌ以上の水分を含む廃棄物の処理を行うことができる。
また、本発明によれば、所定量の上記炭化助剤を廃棄物に添加することで、簡便に炭化処理することが可能となる。これにより、炭化処理に係るコストを削減でき、環境に配慮した炭化処理の普及を促すことができる。
【0030】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下のような構成を採ることもできる。
【0031】
（１）硬度１２０ｍｇ／Ｌ以上の水分を含む可燃性廃棄物に、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、前記可燃性廃棄物の質量に対する前記炭化助剤の質量割合が、前記水分の硬度に前記可燃性廃棄物の含水率を乗じた硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加し、
前記炭化助剤が添加された前記可燃性廃棄物を加熱して前記可燃性廃棄物を炭化処理する
炭化物の製造方法。
（２）前記炭化助剤の添加前に、前記水分の硬度及び前記可燃性廃棄物の含水率を取得する
（１）に記載の炭化物の製造方法。
（３）前記リン酸塩又は前記硫酸塩が、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸アンモニウム、リン酸水素ナトリウムアンモニウム、硫酸鉄、硫酸アンモニウム鉄、硫酸カリウムアルミニウム、硫酸アンモニウム及び硫酸水素アンモニウムから選ばれる１以上のリン酸塩又は硫酸塩である
（１）又は（２）に記載の炭化物の製造方法。
（４）前記可燃性廃棄物が、セルロース、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアクリル酸及びポリアクリル酸ナトリウムから選択される１以上の化合物を含んでいる
（１）から（３）のいずれか１つに記載の炭化物の製造方法。
（５）前記可燃性廃棄物が少なくともセルロースを含み、
前記炭化助剤がリン酸アンモニウムを含み、
前記炭化助剤の質量割合が、前記硬度成分の質量割合の５０倍以上３５００倍以下であり、好ましくは８０倍以上４００倍以下である
（３）又は（４）に記載の炭化物の製造方法。
（６）前記炭化助剤が、リン酸アンモニウムとしてリン酸２水素アンモニウムを含み、
前記炭化助剤の質量割合が、前記硬度成分の質量割合の５０倍以上３５００倍以下である
（５）に記載の炭化物の製造方法。
（７）前記炭化助剤が、リン酸アンモニウムとしてリン酸３アンモニウムを含み、
前記炭化助剤の質量割合が、前記硬度成分の質量割合の５０倍以上４００倍以下である
（５）に記載の炭化物の製造方法。
（８）前記可燃性廃棄物が少なくともセルロースを含み、
前記炭化助剤がリン酸アンモニウムを含み、
前記炭化助剤の質量割合が、１％以上２０％以下である
（３）から（７）のいずれか１つに記載の炭化物の製造方法。
（９）前記可燃性廃棄物が少なくともセルロースを含み、
前記リン酸塩又は前記硫酸塩が、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウム、硫酸鉄又は硫酸アンモニウム鉄から選ばれる１以上のリン酸塩又は硫酸塩である
（３）又は（４）に記載の炭化物の製造方法。
（１０）前記可燃性廃棄物が少なくともセルロースを含み、
前記炭化助剤がリン酸カリウムを含み、
前記炭化助剤の質量割合が、前記硬度成分の質量割合の５０倍以上２００倍以下である
（３）又は（４）に記載の炭化物の製造方法。
（１１）前記可燃性廃棄物が、セルロースを、３０％以上、好ましくは５０％以上含む
（４）～（１１）のいずれか１つに記載の炭化物の製造方法。
（１２）前記可燃性廃棄物が少なくともポリアクリル酸系化合物を含み、
前記炭化助剤がリン酸アンモニウムを含み、
前記炭化助剤の質量割合が、前記硬度成分の質量割合の５０倍以上３５００倍以下である
（３）又は（４）に記載の炭化物の製造方法。
（１３）前記可燃性廃棄物が少なくともポリオレフィンを含み、
前記炭化助剤がリン酸アンモニウムを含み、
前記炭化助剤の質量割合が、前記硬度成分の質量割合の５０倍以上３５００倍以下である
（３）又は（４）に記載の炭化物の製造方法。
（１４）前記可燃性廃棄物に含まれる水分の硬度が、５００ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下である
（１）から（１３）のいずれか１つに記載の炭化物の製造方法。
（１５）使用済みおむつを含む廃棄物に、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸アンモニウム、リン酸水素ナトリウムアンモニウム、硫酸鉄、硫酸アンモニウム鉄、硫酸カリウムアルミニウム、硫酸アンモニウム及び硫酸水素アンモニウムから選ばれる１以上のリン酸塩又は硫酸塩からなる炭化助剤を、前記廃棄物の質量に対する前記炭化助剤の質量割合が、前記使用済みおむつに含まれる尿の硬度に前記廃棄物の含水率を乗じた硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加し、
前記炭化助剤が添加された前記廃棄物を加熱して前記廃棄物を炭化処理する
炭化物の製造方法。
前記炭化助剤が添加された前記可燃性廃棄物を加熱して前記可燃性廃棄物を炭化処理する
炭化物の製造方法。
（２）前記炭化助剤の添加前に、前記水分の硬度及び前記可燃性廃棄物の含水率を取得する
（１）に記載の炭化物の製造方法。
（３）前記リン酸塩又は前記硫酸塩が、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸アンモニウム、リン酸水素ナトリウムアンモニウム、硫酸鉄、硫酸アンモニウム鉄、硫酸カリウムアルミニウム、硫酸アンモニウム及び硫酸水素アンモニウムから選ばれる１以上のリン酸塩又は硫酸塩である
（１）又は（２）に記載の炭化物の製造方法。
（４）前記可燃性廃棄物が、セルロース、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアクリル酸及びポリアクリル酸ナトリウムから選択される１以上の化合物を含んでいる
（１）から（３）のいずれか１つに記載の炭化物の製造方法。
（５）前記可燃性廃棄物が少なくともセルロースを含み、
前記炭化助剤がリン酸アンモニウムを含み、
前記炭化助剤の質量割合が、前記硬度成分の質量割合の５０倍以上３５００倍以下であり、好ましくは８０倍以上４００倍以下である
（３）又は（４）に記載の炭化物の製造方法。
（６）前記炭化助剤が、リン酸アンモニウムとしてリン酸２水素アンモニウムを含み、
前記炭化助剤の質量割合が、前記硬度成分の質量割合の５０倍以上３５００倍以下である
（５）に記載の炭化物の製造方法。
（７）前記炭化助剤が、リン酸アンモニウムとしてリン酸３アンモニウムを含み、
前記炭化助剤の質量割合が、前記硬度成分の質量割合の５０倍以上４００倍以下である
（５）に記載の炭化物の製造方法。
（８）前記可燃性廃棄物が少なくともセルロースを含み、
前記炭化助剤がリン酸アンモニウムを含み、
前記炭化助剤の質量割合が、１％以上２０％以下である
（３）から（７）のいずれか１つに記載の炭化物の製造方法。
（９）前記可燃性廃棄物が少なくともセルロースを含み、
前記リン酸塩又は前記硫酸塩が、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウム、硫酸鉄又は硫酸アンモニウム鉄から選ばれる１以上のリン酸塩又は硫酸塩である
（３）又は（４）に記載の炭化物の製造方法。
（１０）前記可燃性廃棄物が少なくともセルロースを含み、
前記炭化助剤がリン酸カリウムを含み、
前記炭化助剤の質量割合が、前記硬度成分の質量割合の５０倍以上２００倍以下である
（３）又は（４）に記載の炭化物の製造方法。
（１１）前記可燃性廃棄物が、セルロースを、３０％以上、好ましくは５０％以上含む
（４）～（１１）のいずれか１つに記載の炭化物の製造方法。
（１２）前記可燃性廃棄物が少なくともポリアクリル酸系化合物を含み、
前記炭化助剤がリン酸アンモニウムを含み、
前記炭化助剤の質量割合が、前記硬度成分の質量割合の５０倍以上３５００倍以下である
（３）又は（４）に記載の炭化物の製造方法。
（１３）前記可燃性廃棄物が少なくともポリオレフィンを含み、
前記炭化助剤がリン酸アンモニウムを含み、
前記炭化助剤の質量割合が、前記硬度成分の質量割合の５０倍以上３５００倍以下である
（３）又は（４）に記載の炭化物の製造方法。
（１４）前記可燃性廃棄物に含まれる水分の硬度が、５００ｍｇ／Ｌ以上１０００ｍｇ／Ｌ以下である
（１）から（１３）のいずれか１つに記載の炭化物の製造方法。
（１５）使用済みおむつを含む廃棄物に、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸アンモニウム、リン酸水素ナトリウムアンモニウム、硫酸鉄、硫酸アンモニウム鉄、硫酸カリウムアルミニウム、硫酸アンモニウム及び硫酸水素アンモニウムから選ばれる１以上のリン酸塩又は硫酸塩からなる炭化助剤を、前記廃棄物の質量に対する前記炭化助剤の質量割合が、前記使用済みおむつに含まれる尿の硬度に前記廃棄物の含水率を乗じた硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加し、
前記炭化助剤が添加された前記廃棄物を加熱して前記廃棄物を炭化処理する
炭化物の製造方法。
【実施例】
【0032】
［試験方法の概要］
本試験では、複数種類の被炭化物及び炭化助剤、並びに硬度の異なる水を混合して、示差熱熱重量同時測定装置（ＴＧ－ＤＴＡ）により、被炭化物を十分に炭化させ、その後炭化物を完全に燃焼させた。これにより、炭化処理の温度の指標となる被炭化物の最大質量減少時の温度（℃）と、炭素固定率（％）と、を算出した。
本試験では、複数種類の被炭化物及び炭化助剤、並びに硬度の異なる水を混合して、示差熱熱重量同時測定装置（ＴＧ－ＤＴＡ）により、被炭化物を十分に炭化させ、その後炭化物を完全に燃焼させた。これにより、炭化処理の温度の指標となる被炭化物の最大質量減少時の温度（℃）と、炭素固定率（％）と、を算出した。
【0033】
［被炭化物］
以下の実施例及び比較例では、被炭化物として、セルロース（富士フイルム和光純薬株式会社製）、ポリエチレン（PE）（プライムポリマー社製 Evolue SP1540）、ポリプロピレン（PP）（プライムポリマー社製 プライムポリプロ J108M）、ポリエチレンテレフタレート(PET)（三井化学社製 三井ペット J005）、ポリアクリル酸（PAAH）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、ポリアクリル酸ナトリウム（PAAHNa）（富士フイルム和光純薬株式会社製）を用いた。
以下の実施例及び比較例では、被炭化物として、セルロース（富士フイルム和光純薬株式会社製）、ポリエチレン（PE）（プライムポリマー社製 Evolue SP1540）、ポリプロピレン（PP）（プライムポリマー社製 プライムポリプロ J108M）、ポリエチレンテレフタレート(PET)（三井化学社製 三井ペット J005）、ポリアクリル酸（PAAH）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、ポリアクリル酸ナトリウム（PAAHNa）（富士フイルム和光純薬株式会社製）を用いた。
【0034】
［炭化助剤］
以下の実施例及び比較例では、炭化助剤として、リン酸２水素カリウム（KH2PO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸水素２カリウム（K2HPO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸３カリウム（K3PO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸２水素ナトリウム（NaH2PO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸水素２ナトリウム(Na2HPO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸３ナトリウム（Na3PO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸水素アンモニウムナトリウム（NaNH4HPO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸２水素アンモニウム(NH4H2PO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸水素２アンモニウム（(NH4)2HPO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸３アンモニウム（(NH4)3PO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、硫酸アンモニウム（(NH4)2SO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、硫酸水素アンモニウム（NH4HSO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、硫酸鉄（II）（FeSO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、硫酸鉄（III）（Fe2(SO4)3）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、硫酸アンモニウム鉄（II）（Fe(NH4)2(SO4)2）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、硫酸アンモニウム鉄（III）（FeNH4(SO4)2）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、硫酸カリウムアルミニウム（AlK(SO4)2）（富士フイルム和光純薬株式会社製）を用いた。
以下の実施例及び比較例では、炭化助剤として、リン酸２水素カリウム（KH2PO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸水素２カリウム（K2HPO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸３カリウム（K3PO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸２水素ナトリウム（NaH2PO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸水素２ナトリウム(Na2HPO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸３ナトリウム（Na3PO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸水素アンモニウムナトリウム（NaNH4HPO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸２水素アンモニウム(NH4H2PO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸水素２アンモニウム（(NH4)2HPO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、リン酸３アンモニウム（(NH4)3PO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、硫酸アンモニウム（(NH4)2SO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、硫酸水素アンモニウム（NH4HSO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、硫酸鉄（II）（FeSO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、硫酸鉄（III）（Fe2(SO4)3）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、硫酸アンモニウム鉄（II）（Fe(NH4)2(SO4)2）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、硫酸アンモニウム鉄（III）（FeNH4(SO4)2）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、硫酸カリウムアルミニウム（AlK(SO4)2）（富士フイルム和光純薬株式会社製）を用いた。
【0035】
［水］
純水に以下の化合物を混合して、所定の硬度（ｍｇ／Ｌ）の水を調整した。調整には、塩化カルシウム（CaCl2）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、塩化マグネシウム（MgCl2）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、硫酸カルシウム（CaSO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）を用いた。硬度は、パックテストWAK-TH全硬度（総硬度）（株式会社共立理化学研究所製）を用いて確認した。なお、硫酸カルシウムの１気圧、２０℃における溶解度は、約０．２ｇ/１００ｇH20であるため、硫酸カルシウムは、炭化助剤として用いられる「水溶性の硫酸塩」には該当しない。
純水に以下の化合物を混合して、所定の硬度（ｍｇ／Ｌ）の水を調整した。調整には、塩化カルシウム（CaCl2）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、塩化マグネシウム（MgCl2）（富士フイルム和光純薬株式会社製）、硫酸カルシウム（CaSO4）（富士フイルム和光純薬株式会社製）を用いた。硬度は、パックテストWAK-TH全硬度（総硬度）（株式会社共立理化学研究所製）を用いて確認した。なお、硫酸カルシウムの１気圧、２０℃における溶解度は、約０．２ｇ/１００ｇH20であるため、硫酸カルシウムは、炭化助剤として用いられる「水溶性の硫酸塩」には該当しない。
【0036】
［炭化助剤の添加倍率］
硬度成分の質量割合に対する、炭化助剤の質量割合の倍率（添加倍率）は、以下のように算出した。なお、炭化助剤の質量割合は、被炭化物の質量を１００％とした場合の炭化助剤の質量の割合（％）である。
まず、硬度成分の質量割合を、以下の式により算出した。
（硬度成分の質量割合（％））＝（水分の硬度（ｍｇ／Ｌ））×（含水率（％））×１０－４
算出された硬度成分の質量割合を用いて、添加倍率を、以下の式により算出した。
（添加倍率）＝（炭化助剤の質量割合（％））／（硬度成分の質量割合（％））
硬度成分の質量割合に対する、炭化助剤の質量割合の倍率（添加倍率）は、以下のように算出した。なお、炭化助剤の質量割合は、被炭化物の質量を１００％とした場合の炭化助剤の質量の割合（％）である。
まず、硬度成分の質量割合を、以下の式により算出した。
（硬度成分の質量割合（％））＝（水分の硬度（ｍｇ／Ｌ））×（含水率（％））×１０－４
算出された硬度成分の質量割合を用いて、添加倍率を、以下の式により算出した。
（添加倍率）＝（炭化助剤の質量割合（％））／（硬度成分の質量割合（％））
【0037】
［ＴＧ－ＤＴＡ］
ＴＧ－ＤＴＡでは、後述する各実施例及び各比較例の被炭化物を完全に炭化させ、その後完全に燃焼させるため、以下のようなステップ１～７を行った。ステップ１～４は、炭化物の生成工程、ステップ５～７は炭化物の燃焼工程である。ステップ７の後、被炭化物は完全に燃焼し、灰分が残った。ステップ１～７の条件を、以下に示す。
ステップ１：３０℃から６００℃まで１０℃／分で昇温 窒素雰囲気
ステップ２：６００℃で１０分間維持 窒素雰囲気
ステップ３：６００℃から５５０℃まで１０℃／分で降温 窒素雰囲気
ステップ４：５５０℃で１０分間維持 窒素雰囲気
ステップ５：５５０℃から６００℃まで１０℃／分で昇温 大気雰囲気
ステップ６：６００℃で３０分間維持 大気雰囲気
ステップ７：６００℃から３０℃まで１０℃／分で降温 大気雰囲気
ＴＧ－ＤＴＡでは、各温度に対する被炭化物の質量減少量（％）と、発熱・吸熱量（μＶ）とを測定した。質量減少量は、ステップ１の開始前のＴＧ－ＤＴＡに投入した質量に対する質量減少割合を意味する。
ＴＧ－ＤＴＡでは、後述する各実施例及び各比較例の被炭化物を完全に炭化させ、その後完全に燃焼させるため、以下のようなステップ１～７を行った。ステップ１～４は、炭化物の生成工程、ステップ５～７は炭化物の燃焼工程である。ステップ７の後、被炭化物は完全に燃焼し、灰分が残った。ステップ１～７の条件を、以下に示す。
ステップ１：３０℃から６００℃まで１０℃／分で昇温 窒素雰囲気
ステップ２：６００℃で１０分間維持 窒素雰囲気
ステップ３：６００℃から５５０℃まで１０℃／分で降温 窒素雰囲気
ステップ４：５５０℃で１０分間維持 窒素雰囲気
ステップ５：５５０℃から６００℃まで１０℃／分で昇温 大気雰囲気
ステップ６：６００℃で３０分間維持 大気雰囲気
ステップ７：６００℃から３０℃まで１０℃／分で降温 大気雰囲気
ＴＧ－ＤＴＡでは、各温度に対する被炭化物の質量減少量（％）と、発熱・吸熱量（μＶ）とを測定した。質量減少量は、ステップ１の開始前のＴＧ－ＤＴＡに投入した質量に対する質量減少割合を意味する。
【0038】
［最大質量減少温度の算出］
最大質量減少温度は、各温度に対する質量減少量（％）のグラフにおいて、ステップ１の質量減少量（％）を温度（℃）で微分した際に、最も小さい値（負の値で最も絶対値の大きい値）となる温度として算出した。この温度は、被炭化物が急激に熱分解する温度であり、被炭化物が炭化される温度の指標となる。つまり、この温度が小さいほど、低温での炭化処理が可能であると言える。
最大質量減少温度は、各温度に対する質量減少量（％）のグラフにおいて、ステップ１の質量減少量（％）を温度（℃）で微分した際に、最も小さい値（負の値で最も絶対値の大きい値）となる温度として算出した。この温度は、被炭化物が急激に熱分解する温度であり、被炭化物が炭化される温度の指標となる。つまり、この温度が小さいほど、低温での炭化処理が可能であると言える。
【0039】
［炭素固定率］
炭素固定率は、以下の式のように算出した。
上記式の分母のうち、「炭化処理前の被炭化物の質量ｍｇ」は、ステップ１の開始前のＴＧ－ＤＴＡに投入した質量のうち、被炭化物の占める質量であり、ステップ１の開始前のＴＧ－ＤＴＡに投入した質量に、被炭化物の占める割合（％）を乗じた値として算出した。「被炭化物の理論炭素比率」は、被炭化物の分子式より算出した。「炭化処理前の被炭化物の質量ｍｇ」と「被炭化物の理論炭素比率」の積は、ステップ１の開始前のＴＧ－ＤＴＡに投入した質量のうち、被炭化物に含まれる理論上の炭素の質量である。
上記式の分子のうち、「ステップ４における被処理物の質量ｍｇ」は、ステップ４の終了時点における被処理物（被炭化物を炭化処理したもの）の質量であり、ステップ１の開始前のＴＧ－ＤＴＡに投入した質量（ｍｇ）にステップ４の終了時の質量減少量（％）を乗じた値として算出した。「ステップ７における被処理物の質量（ｍｇ）」は、ステップ７の終了時点における被処理物の質量であり、ステップ１の開始前のＴＧ－ＤＴＡに投入した質量（ｍｇ）にステップ７の終了時の質量減少量（％）を乗じた値として算出した。
「ステップ４における被処理物の質量（ｍｇ）」は、被処理物の炭素及び灰分を含む質量とみなせる。「ステップ７における被処理物の質量（ｍｇ）」は、被処理物の灰分の質量とみなせる。つまり、上記式の分子は、被処理物の炭素及び灰分を含む質量から、被処理物の灰分の質量を減じた値となり、ステップ４の終了時点で生成された炭化物の実際の炭素の質量となる。
このように、上記式により、理論上の被炭化物の炭素量に対する、各実施例及び各比較例で生成された炭化物に固定された炭素の割合が算出される。
炭素固定率は、以下の式のように算出した。
【数1】
上記式の分子のうち、「ステップ４における被処理物の質量ｍｇ」は、ステップ４の終了時点における被処理物（被炭化物を炭化処理したもの）の質量であり、ステップ１の開始前のＴＧ－ＤＴＡに投入した質量（ｍｇ）にステップ４の終了時の質量減少量（％）を乗じた値として算出した。「ステップ７における被処理物の質量（ｍｇ）」は、ステップ７の終了時点における被処理物の質量であり、ステップ１の開始前のＴＧ－ＤＴＡに投入した質量（ｍｇ）にステップ７の終了時の質量減少量（％）を乗じた値として算出した。
「ステップ４における被処理物の質量（ｍｇ）」は、被処理物の炭素及び灰分を含む質量とみなせる。「ステップ７における被処理物の質量（ｍｇ）」は、被処理物の灰分の質量とみなせる。つまり、上記式の分子は、被処理物の炭素及び灰分を含む質量から、被処理物の灰分の質量を減じた値となり、ステップ４の終了時点で生成された炭化物の実際の炭素の質量となる。
このように、上記式により、理論上の被炭化物の炭素量に対する、各実施例及び各比較例で生成された炭化物に固定された炭素の割合が算出される。
【0040】
［実施例及び比較例］
（実施例１）
硬度５００ｍｇ／Ｌの水、被炭化物としてセルロース、及び炭化助剤としてリン酸２水素カリウムを準備した。硬度は、塩化カルシウムによって調整した。含水率は、５０％とした。炭化助剤の質量割合は、１．２５％とした。炭化助剤の添加倍率は、表１に示すように、５０倍であった。
被炭化物、炭化助剤及び水を計量し、ガラスビーカー（HARIO製）に加え、ガラスビーカーを揺らしてこれらを攪拌し、質量を測定した。計量した被炭化物の質量を、被炭化物と炭化助剤の質量の和で割ったものを、被炭化物の占める割合（％）として、炭素固定率の算出に用いた。ガラスビーカーを電気乾燥機（株式会社いすゞ製作所製）に配置し、５０℃で１日乾燥させた。乾燥後の質量を測定し、ガラスビーカー内の水分が完全に蒸発しているか確認した。
乾燥物から５ｍｇ程度を、５ｍｍ径オープンパン（アルミニウム）に入れて、示差熱熱重量同時測定装置（ＴＧ－ＤＴＡ）（株式会社日立ハイテクサイエンス製、商品名：ＳＴＡ７２００ＲＶ）を用いて加熱し、各温度における発熱・吸熱量（μＶ）と質量減少量（％）とを経時的に測定した。ＴＧ－ＤＴＡの結果から、最大質量減少温度及び炭素固定率を算出した。これらの結果を、表１に示す。
（実施例１）
硬度５００ｍｇ／Ｌの水、被炭化物としてセルロース、及び炭化助剤としてリン酸２水素カリウムを準備した。硬度は、塩化カルシウムによって調整した。含水率は、５０％とした。炭化助剤の質量割合は、１．２５％とした。炭化助剤の添加倍率は、表１に示すように、５０倍であった。
被炭化物、炭化助剤及び水を計量し、ガラスビーカー（HARIO製）に加え、ガラスビーカーを揺らしてこれらを攪拌し、質量を測定した。計量した被炭化物の質量を、被炭化物と炭化助剤の質量の和で割ったものを、被炭化物の占める割合（％）として、炭素固定率の算出に用いた。ガラスビーカーを電気乾燥機（株式会社いすゞ製作所製）に配置し、５０℃で１日乾燥させた。乾燥後の質量を測定し、ガラスビーカー内の水分が完全に蒸発しているか確認した。
乾燥物から５ｍｇ程度を、５ｍｍ径オープンパン（アルミニウム）に入れて、示差熱熱重量同時測定装置（ＴＧ－ＤＴＡ）（株式会社日立ハイテクサイエンス製、商品名：ＳＴＡ７２００ＲＶ）を用いて加熱し、各温度における発熱・吸熱量（μＶ）と質量減少量（％）とを経時的に測定した。ＴＧ－ＤＴＡの結果から、最大質量減少温度及び炭素固定率を算出した。これらの結果を、表１に示す。
【0041】
（実施例２～４０）
表１～４に示す硬度及び含水率の水、表１～４に示す被炭化物、表１～４に示す種類及び質量割合の炭化助剤を用いた以外は、実施例１と同様に乾燥及びＴＧ－ＤＴＡを行い、最大質量減少温度及び炭素固定率を算出した。これらの結果を、表１～４に示す。
表１～４に示すように、実施例２～４０のいずれも、炭化助剤の添加倍率は５０倍以上であった。
なお、実施例２～４０の水の硬度は、表１～４に示す「硬度成分」に記載の化合物によって調整された。
表１～４に示す硬度及び含水率の水、表１～４に示す被炭化物、表１～４に示す種類及び質量割合の炭化助剤を用いた以外は、実施例１と同様に乾燥及びＴＧ－ＤＴＡを行い、最大質量減少温度及び炭素固定率を算出した。これらの結果を、表１～４に示す。
表１～４に示すように、実施例２～４０のいずれも、炭化助剤の添加倍率は５０倍以上であった。
なお、実施例２～４０の水の硬度は、表１～４に示す「硬度成分」に記載の化合物によって調整された。
【0042】
（比較例１～１６）
表５及び６に示す硬度及び含水率の水、表１～４に示す被炭化物、表５及び６に示す種類及び質量割合の炭化助剤を用いた以外は、実施例１と同様にＴＧ－ＤＴＡを行い、最大質量減少温度及び炭素固定率を算出した。これらの結果を、表５及び６に示す。
表５及び６に示すように、比較例１～１６のいずれも、炭化助剤の添加倍率は、５０倍未満であった。
なお、比較例１～１６の水の硬度は、表５及び６に示す「硬度成分」に記載の化合物によって調整された。
表５及び６に示す硬度及び含水率の水、表１～４に示す被炭化物、表５及び６に示す種類及び質量割合の炭化助剤を用いた以外は、実施例１と同様にＴＧ－ＤＴＡを行い、最大質量減少温度及び炭素固定率を算出した。これらの結果を、表５及び６に示す。
表５及び６に示すように、比較例１～１６のいずれも、炭化助剤の添加倍率は、５０倍未満であった。
なお、比較例１～１６の水の硬度は、表５及び６に示す「硬度成分」に記載の化合物によって調整された。
【0043】
【表1】
【0044】
【表2】
【0045】
【表3】
【0046】
【表4】
【0047】
【表5】
【0048】
【表6】
【0049】
［結果］
（被炭化物がセルロースである実施例１～３５と比較例１～１１の結果）
被炭化物としてセルロースを用いた比較例１～１１において、炭化助剤を用いていない比較例１と、添加倍率が２倍以上８．３倍以下の炭化助剤を用いた比較例２～１１との最大質量減少時の温度の差異は、表５及び６に示すように５℃以内であった。これにより、炭化助剤を用いた場合でも、添加倍率が２倍以上８．３倍以下の場合には、最大質量減少時の温度を十分に低減できないことがわかった。
比較例２～１１において、最大質量減少時の温度は、表５及び６に示すように３６３℃以上３６８℃以下であり、平均では約３６５℃であった。
一方、被炭化物としてセルロースを用いた実施例１～３５において、表１～４に示すように、最大質量減少時の温度は１９３℃以上３５６℃以下であり、平均では約２８２℃であった。この結果から、被炭化物としてのセルロースに、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加することで、炭化処理の温度を十分に低減できることがわかった。
特に、セルロースに対して、炭化助剤としてリン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウム、硫酸鉄、硫酸アンモニウム鉄を用いた場合、最大質量減少時の温度は１９３℃以上３００℃以下となり、炭化処理の温度を一層低減できることがわかった。
被炭化物としてセルロースを用いた比較例１～１１において、炭化助剤を用いていない比較例１と、添加倍率が２倍以上８．３倍以下の炭化助剤を用いた比較例２～１１との炭素固定率の差異は、表５及び６に示すように４℃以内であった。これにより、炭化助剤を用いた場合でも、添加倍率が２倍以上８．３倍以下の場合には炭素固定率を十分に高められないことがわかった。
比較例２～１１において、炭素固定率は、表５及び６に示すように１４％以上２０％以下であり、平均では約１７％であった。
一方、被炭化物としてセルロースを用いた実施例１～３５において、表１～４に示すように、炭素固定率は３５％以上９５％以下であり、平均では約７０％であった。この結果から、被炭化物としてのセルロースに、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加することで、炭素固定率を向上できることがわかった。
特に、セルロースに対して、炭化助剤としてリン酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウム、硫酸アンモニウム鉄を用いた場合、炭素固定率は６８％以上９７％以下となり、炭素固定率を一層低減できることがわかった。
（被炭化物がセルロースである実施例１～３５と比較例１～１１の結果）
被炭化物としてセルロースを用いた比較例１～１１において、炭化助剤を用いていない比較例１と、添加倍率が２倍以上８．３倍以下の炭化助剤を用いた比較例２～１１との最大質量減少時の温度の差異は、表５及び６に示すように５℃以内であった。これにより、炭化助剤を用いた場合でも、添加倍率が２倍以上８．３倍以下の場合には、最大質量減少時の温度を十分に低減できないことがわかった。
比較例２～１１において、最大質量減少時の温度は、表５及び６に示すように３６３℃以上３６８℃以下であり、平均では約３６５℃であった。
一方、被炭化物としてセルロースを用いた実施例１～３５において、表１～４に示すように、最大質量減少時の温度は１９３℃以上３５６℃以下であり、平均では約２８２℃であった。この結果から、被炭化物としてのセルロースに、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加することで、炭化処理の温度を十分に低減できることがわかった。
特に、セルロースに対して、炭化助剤としてリン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウム、硫酸鉄、硫酸アンモニウム鉄を用いた場合、最大質量減少時の温度は１９３℃以上３００℃以下となり、炭化処理の温度を一層低減できることがわかった。
被炭化物としてセルロースを用いた比較例１～１１において、炭化助剤を用いていない比較例１と、添加倍率が２倍以上８．３倍以下の炭化助剤を用いた比較例２～１１との炭素固定率の差異は、表５及び６に示すように４℃以内であった。これにより、炭化助剤を用いた場合でも、添加倍率が２倍以上８．３倍以下の場合には炭素固定率を十分に高められないことがわかった。
比較例２～１１において、炭素固定率は、表５及び６に示すように１４％以上２０％以下であり、平均では約１７％であった。
一方、被炭化物としてセルロースを用いた実施例１～３５において、表１～４に示すように、炭素固定率は３５％以上９５％以下であり、平均では約７０％であった。この結果から、被炭化物としてのセルロースに、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加することで、炭素固定率を向上できることがわかった。
特に、セルロースに対して、炭化助剤としてリン酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウム、硫酸アンモニウム鉄を用いた場合、炭素固定率は６８％以上９７％以下となり、炭素固定率を一層低減できることがわかった。
【0050】
炭化助剤に着目して結果を述べる。
炭化助剤がリン酸カリウム（リン酸２水素カリウム、リン酸水素２カリウム及びリン酸３カリウムを含む）であって、添加倍率が５０倍以上８３．３倍以下である実施例１～４と、炭化助剤がリン酸カリウム（リン酸２水素カリウム）であって、添加倍率が２倍である比較例２とを比較すると、最大質量減少時の温度は２０～３６℃低下しており、炭素固定率は３４～５１％上昇していた。この結果から、被炭化物としてセルロースを用いて、炭化助剤がリン酸カリウムであって、添加倍率が５０倍以上８３．３倍以下である場合に、炭化処理の効率を高められることがわかった。
炭化助剤がリン酸アンモニウム（リン酸２水素アンモニウム、リン酸水素２アンモニウム、及びリン酸３アンモニウムを含む）であって、添加倍率が５０倍以上３３３３倍以下である実施例１０～２２と、炭化助剤がリン酸アンモニウム（リン酸３アンモニウム）であって、添加倍率が０．５倍以上８．３倍以下である比較例３～６，１０，１１とを比較すると、最大質量減少時の温度は６３～１７５℃低下しており、炭素固定率は５１～８３％上昇していた。また、実施例１９、２１及び比較例６、１１の結果より、炭化助剤がリン酸３アンモニウムで硬度が２０００ｍｇ／Ｌと高い場合にも、確実に炭素処理の効率を高められることがわかった。
炭化助剤がリン酸カリウム（リン酸２水素カリウム、リン酸水素２カリウム及びリン酸３カリウムを含む）であって、添加倍率が５０倍以上８３．３倍以下である実施例１～４と、炭化助剤がリン酸カリウム（リン酸２水素カリウム）であって、添加倍率が２倍である比較例２とを比較すると、最大質量減少時の温度は２０～３６℃低下しており、炭素固定率は３４～５１％上昇していた。この結果から、被炭化物としてセルロースを用いて、炭化助剤がリン酸カリウムであって、添加倍率が５０倍以上８３．３倍以下である場合に、炭化処理の効率を高められることがわかった。
炭化助剤がリン酸アンモニウム（リン酸２水素アンモニウム、リン酸水素２アンモニウム、及びリン酸３アンモニウムを含む）であって、添加倍率が５０倍以上３３３３倍以下である実施例１０～２２と、炭化助剤がリン酸アンモニウム（リン酸３アンモニウム）であって、添加倍率が０．５倍以上８．３倍以下である比較例３～６，１０，１１とを比較すると、最大質量減少時の温度は６３～１７５℃低下しており、炭素固定率は５１～８３％上昇していた。また、実施例１９、２１及び比較例６、１１の結果より、炭化助剤がリン酸３アンモニウムで硬度が２０００ｍｇ／Ｌと高い場合にも、確実に炭素処理の効率を高められることがわかった。
【0051】
（被炭化物が樹脂材料である実施例３６～４０と比較例１２～１６の結果）
被炭化物としてポリエチレンを用いた比較例１２において、表６に示すように、最大質量減少時の温度は４８５℃、炭素固定率は０％であった。一方、被炭化物としてポリエチレンを用いた実施例３６において、表４に示すように、最大質量減少時の温度は４８３℃、炭素固定率は１６％であった。この結果から、被炭化物としてのポリエチレンテレフタレートに、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加することで、炭化処理の温度を低減できるとともに、炭素固定率を向上できることがわかった。
被炭化物としてポリプロピレンを用いた比較例１３において、表６に示すように、最大質量減少時の温度は４６０℃、炭素固定率は０％であった。一方、被炭化物としてポリプロピレンを用いた実施例３７において、表４に示すように、最大質量減少時の温度は４５６℃、炭素固定率は７％であった。この結果から、被炭化物としてのポリプロピレンに、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加することで、炭化処理の温度を低減できるとともに、炭素固定率を向上できることがわかった。
被炭化物としてポリエチレンテレフタレートを用いた比較例１４において、表６に示すように、最大質量減少時の温度は４５０℃、炭素固定率は１９％であった。一方、被炭化物としてポリエチレンテレフタレートを用いた実施例３８において、表４に示すように、最大質量減少時の温度は３８９℃、炭素固定率は４６％であった。この結果から、被炭化物としてのポリエチレンテレフタレートに、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加することで、炭化処理の温度を低減できるとともに、炭素固定率を向上できることがわかった。
被炭化物としてポリアクリル酸を用いた比較例１５において、表６に示すように、最大質量減少時の温度は４００℃、炭素固定率は１１％であった。一方、被炭化物としてポリアクリル酸を用いた実施例３９において、表４に示すように、最大質量減少時の温度は３９７℃、炭素固定率は４２％であった。この結果から、被炭化物としてのポリアクリル酸に、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加することで、炭化処理の温度を低減できるとともに、炭素固定率を向上できることがわかった。
被炭化物としてポリアクリル酸ナトリウムを用いた比較例１６において、表６に示すように、最大質量減少時の温度は４４０℃、炭素固定率は１０％であった。一方、被炭化物としてポリアクリル酸ナトリウムを用いた実施例４０において、表４に示すように、最大質量減少時の温度は４２５℃、炭素固定率は３７％であった。この結果から、被炭化物としてのポリアクリル酸ナトリウムに、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加することで、炭化処理の温度を低減できるとともに、炭素固定率を向上できることがわかった。
被炭化物としてポリエチレンを用いた比較例１２において、表６に示すように、最大質量減少時の温度は４８５℃、炭素固定率は０％であった。一方、被炭化物としてポリエチレンを用いた実施例３６において、表４に示すように、最大質量減少時の温度は４８３℃、炭素固定率は１６％であった。この結果から、被炭化物としてのポリエチレンテレフタレートに、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加することで、炭化処理の温度を低減できるとともに、炭素固定率を向上できることがわかった。
被炭化物としてポリプロピレンを用いた比較例１３において、表６に示すように、最大質量減少時の温度は４６０℃、炭素固定率は０％であった。一方、被炭化物としてポリプロピレンを用いた実施例３７において、表４に示すように、最大質量減少時の温度は４５６℃、炭素固定率は７％であった。この結果から、被炭化物としてのポリプロピレンに、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加することで、炭化処理の温度を低減できるとともに、炭素固定率を向上できることがわかった。
被炭化物としてポリエチレンテレフタレートを用いた比較例１４において、表６に示すように、最大質量減少時の温度は４５０℃、炭素固定率は１９％であった。一方、被炭化物としてポリエチレンテレフタレートを用いた実施例３８において、表４に示すように、最大質量減少時の温度は３８９℃、炭素固定率は４６％であった。この結果から、被炭化物としてのポリエチレンテレフタレートに、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加することで、炭化処理の温度を低減できるとともに、炭素固定率を向上できることがわかった。
被炭化物としてポリアクリル酸を用いた比較例１５において、表６に示すように、最大質量減少時の温度は４００℃、炭素固定率は１１％であった。一方、被炭化物としてポリアクリル酸を用いた実施例３９において、表４に示すように、最大質量減少時の温度は３９７℃、炭素固定率は４２％であった。この結果から、被炭化物としてのポリアクリル酸に、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加することで、炭化処理の温度を低減できるとともに、炭素固定率を向上できることがわかった。
被炭化物としてポリアクリル酸ナトリウムを用いた比較例１６において、表６に示すように、最大質量減少時の温度は４４０℃、炭素固定率は１０％であった。一方、被炭化物としてポリアクリル酸ナトリウムを用いた実施例４０において、表４に示すように、最大質量減少時の温度は４２５℃、炭素固定率は３７％であった。この結果から、被炭化物としてのポリアクリル酸ナトリウムに、水溶性のリン酸塩又は硫酸塩の少なくとも１つからなる炭化助剤を、硬度成分の質量割合の５０倍以上となるように添加することで、炭化処理の温度を低減できるとともに、炭素固定率を向上できることがわかった。
【図1】