生崩壊性炭化物ボードに関する研究（その５） ー炭化物のガス吸着性能とその諸物性ー

ti D C 661 183 215」 01i54083 1イまじめに

2競

法

1

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} 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 ) 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 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 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 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 束急建設】支術研究所報k)26 3結果 4.まとめ

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

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

泰徳

*

柴野

一則

キ

小サ

II

渉

料

要 約

:

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・商品イ働 ミメインになってくるが,その際に原料となる炭 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 'ヒ 表面積及0聞田Ⅲ径分布の物性を測定し亀 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

物性頚」定 目 次 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 木質炭2 木質炭3 木質炭4 植物炭1 柱古物炭2 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2 400-500 700-800 400 630-650 450 700-800 400-500 700 500-600 400-500 700 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}

ア ンモ ニ ア トル エ ン No 91L No,91LL No,3L No 3La No122L No122 0.1-50 0,05-1.0 1.0-30 5-100 2-50 10-300 り り し り し し あ あ な あ な な

*建

築研究室

写真

1

バ ングによる試験状況

93

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 で中の様子が容易に観察でき

,有

磯溶剤 に対す る而ヽす↑生ぺつ協を1戒 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。 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 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 ド′アンモニア及び トルエンを

20ppmに

なるように窒素ガス で調整 したあ と

,温

度 25℃

,所

定時間ごとにバ ッグ内の各種 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 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。 2.2 試験 Ⅱ(比表面積

,細

孔径分布測定試験) 表 1に示す試験体約03‐

04gを

標準セルに取 り

,装

置 (島 津マイクロメリテックスASAP-24CЮ 及びASAP-2010)の資料処理部で, 温度約30(l℃で、約15時間 (一晩

),脱

ガス処理をして行つ 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。

3

結果

31

試験

I(炭

化物の吸着試験) 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 【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 は同様な経時変化を示 とン

,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 物の種類によらないことが分かつた。 【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 が同様であ り

,検

知管の測定精度 (±

10%)を

考慮 しても吸 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 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。 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 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 可能性がある。 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 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, 4(X)‐500℃ で作 られてお り表面が駿性 を帯びていると考え ら 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 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 デ ヒ ドを効率 よく吸着 にンた とい う結果は得 られなかつた。 アンモニアのコン トロール (サンプル狂 し

)で

は

,時

間の 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 ヽノ ︵_Ｅ α じ 悩 襲 投 頭 上 コ ト く に く ミ モ ￨

士

40 60 80 時間(mh) 100 120 一 コントロール t 木 資炭1 木 質 炭2 木 賀 決3 -持木 質 炭4 -植 物 炭1 -植 物 炭2 -植 物 炭3 植 物 炭4 植 物炭5 ― コントロール ゴ木 買決1 木 貿 炭2 ホ 質 愛3 → ← 木 賞炭4 -枯 搬 1 .―檀 物 決2 -檀 物 炭3 檀 物 炭4 植 物 帆5 ︵ Ｅ ａ じ 鶴 終 撰 戻 上 ︼ ト ミ К ＜ ミ 祥 0 20 0 20 40 60 80 100 120 ― 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1 -―活 性 炭2 ―争―コントロー ル イ彰‐針薬鶴炭 広 菜樹炭1 広 葉樹炭2 -広 葉樹 炭3 -広 業樹 炭4 ‐ ― 活性炭1 -活 性炭2 ―←―コントロー ル ー,木_買炭1 木 質炭2 木 質炭9 -木 質 炭4 -楢 物 炭1 ,―植 物 炭2 -植 物 炭3 槽 物 炭4 檀 物 炭5 時間(mh) ︵Ｅ ｄ じ 超 脳 艘 薇 卜 Ｈ 中 ヽ ト ︵Ｅ ｏ Ｃ 凶 颯 慨 Ｒ 卜 Ｈ 中 ヽ ト 25 20 15 10 5 0 ]手「J,(mh) 時 間(mh) ２５ ２０ １５ ︲０ ５ ︵_Ｅ ａ じ 擦 礎 慨 雇 Λ Ｈ ミ 上

００

ｍ

時 一 コントロール 壁針 葉樹A 広 葉樹 炭1 広葉 樹 炭2 -広 菜 樹 炭3 -広 葉 樹 炭4 -■ _{活 性 炭}1 -―活 性 炭2 0 20 40 80 時 間(mn) 00 100 120 94

図

1

炭化物の口

及着試験結果

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 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 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, 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 要がある。 【トルエン】 終濃度については

,木

質炭

4,広

葉樹炭3が

2ppmと

他の 炭化物 10.5pp印)よ り高い数値を示 した。 これ らは共に炭化 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 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 ↑虫 徹 トヒとい う違いはあるが水溶

Lで

あ り

,一

方 トルエン は水に対 して不溶である。 この吸着物質の″ノナlナヒも

,吸

着現象 を左右す る要因の一つ と考えられ る。 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 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 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 吸着性能傾向lま ― l用とい う炭化物ボー ドには非常に良 い傾向とヤヽえる。 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 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 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 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 違いを生むの力斗蛉 回の結果か らは分かつていなヤ、 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 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 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 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 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 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。 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 い

,針

葉樹炭

,底

菊樹炭

1, 2及

び活賊 2と 吸着誂 果 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 東急とキ設技術研究所引tゝ)26 比表面積 平 均組孔直径 比表 面i「と平 均細 ■ 直径 との相 関 関係 ｏ ｏ ， ｍ ｏ ｏ ｏ ｏ ｍ 阻 阻 阻 阻 阻 ａ ︵ぐ ミ じ 解 旧 照 聟 ００ ００ ００ ０。 ００ ００ ００ ００ ００ ∞ 呻 蜘 四 剛 咽 ０２０ 呻 山 唖 山 ＜ ９ ８ ０ も ≡

］

脚

蜘

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山

蜘

卿

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ｍ

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卿

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ミ Ｘ 翠 喪 Ｆ ヽ 型 爬 寸 翌 率 Ｈ 恒 Φ 喝 尊 絆 恒 劇 ヽ 革 絲 慎 Ｆ Ж 準 供 恒 電 尊 駅 ま い Ｘ 母 型 寸 ≦ 尽 型 ∽ Ｘ 尽 型 Ｎ ヽ ド 坪 ｒ 巡 尽 型 寸 堅 Ｍ ｋ ∞ ≦ ば Ｋ ﹃ 堅 壇 ｋ ｒ 堅 壇 ｋ ﹃ 墨 撃 爬 一 基 翌 ｋ 寸 召 尊 猟 慎 Ｎ 堅 導 粽 慎 ｒ 痣 尊 解 慎 察 尊 騰 ま い 黙 澪 揮 寸 裏 澪 揮 ０ 黙 季 早 一 窓 季 軍 寸 基 嵐 柊 ｏ ヽ 雲 ｋ ≡ ヽ 嵐 ｋ Ｎ 璃 姻 に ，_ヽ 型 爬 寸 ヽ 蕉 牌 ｋ 劇 ヽ 華 К 里 ｒ ヽ 尊 採 慎 渇 算 憮 亡 い ヽ 峯 揮 帯 ヽ 祭 揮 ０ 葛 澪 早 一 器 祭 卑 寸 闘 営 Ｋ ｏ ヽ Ⅸ ｋ 一 葛 壇 Ｋ ００ ００ ００ ０。 ００ ∞ ∞ 岬 蜘 山 蜘 ］ 蜘 岬 ＜ ｅ ｖ ︵＜ ︶削 檀 ヾ 辱 Ｆ 辞 ︵ぐ ■ ︶“ 旧 尊 引 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 03000 04000 細 子1径 分 布 (m7日) 05000 06000 平 均掴 孔 直径(A) ︵ ＜ ︶ 削 但 ギ 票 Ｆ 酢 ■■■10-9.000A _― く,OA 95

図

2

炭化物諸物性の測定結果

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 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 えられる。 3.3比表面積

,細

孔径分布

,平

均細孔直径の比較 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 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 径の間において

,相

関があると考 えられる。 これは

,炭

化物 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 示 し

,そ

の細孔径が川ヽさい炭化物ほどミクロポア

(<10A)

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 炭化物は刈ヽさな子し(,村 が多いことがわかつた。また近イ以曲 線に乗つていない茨化物 は

,表

面の化学的 なlナヒ質及びそれに 伴って生ず る

,吸

着ガス (窒兼ガス)と 炭化物 との相性など, 他の要因の影響が大きい と考えられる。

4_ま

とめ ① 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 ③ 釉 をすることく この剣 助笏ミこのガスの「及着に対して適しているカヱ謗乾単断 できる簡易的強 あることが判明し亀 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。 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 1清 素は・堺調引景Щ・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♂朔着性・瑶 報穀鎖続潮漸靴N征う即 ユ歩128,1999年 7月 2)真田雄三・鈴木基之・藤井 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′1998年 8月 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‐

YTsub西

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