ゼオライト−炭素複合材料及びその製造方法並びに電磁波遮蔽・吸収部材
【課題】産業廃棄物の石炭灰及びおが粉等を用いて合成された、ゼオライト−炭素複合材料、その製造方法及び電磁波遮蔽・吸収部材等を提供する。
【解決手段】水熱合成ゼオライトと炭化物からなるゼオライト−炭素複合材料であって、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上、細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上であるゼオライト−炭素複合材料、上記ゼオライト−炭素複合材料からなる電磁波遮蔽・吸収部材、及びアルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源、炭素源、アルカリ賦活剤及び粘結材を混合後、成形し、所定温度で炭化・賦活焼成を行い、その後、アルカリ水溶液中で水熱反応させて水熱合成ゼオライトと炭化物からなる複合材料を得ることからなるゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【解決手段】水熱合成ゼオライトと炭化物からなるゼオライト−炭素複合材料であって、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上、細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上であるゼオライト−炭素複合材料、上記ゼオライト−炭素複合材料からなる電磁波遮蔽・吸収部材、及びアルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源、炭素源、アルカリ賦活剤及び粘結材を混合後、成形し、所定温度で炭化・賦活焼成を行い、その後、アルカリ水溶液中で水熱反応させて水熱合成ゼオライトと炭化物からなる複合材料を得ることからなるゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規ゼオライト−炭素複合材料及びその製造方法に関するものであり、更に詳しくは、無機・有機廃棄物を原料としてゼオライト及び炭化物を同時合成することにより製造してなる水熱合成ゼオライトと炭化物からなるゼオライト−炭素複合材料、その製造方法及び当該ゼオライト−炭素複合材料からなる電磁波遮蔽・吸収部材、調湿部材等の構造部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ミリ波帯の電波利用に関する研究が各方面で活発に行われており、特に、ＧＨｚ帯での研究と利用は急速に進められている。例えば、２．４５−５．２ＧＨｚ帯域は室内無線ＬＡＮなどへの利用が期待できるものとしてその普及が進んでいる。また、更に高い周波数の６０ＧＨｚや７５ＧＨｚ帯での自動車用衝突防止レーダーへの応用研究が進んでおり、その実用化も期待されている。現在、数多くのマイクロ波やミリ波が飛び交う状況となり、各種の電磁波障害の発生が懸念されている。例えば、室内無線ＬＡＮの電磁波は、床、壁、天井の多重反射により、通信トラブルを引き起こすことがある。また、電磁波が壁を透過し、室外に漏れ出したり、室外から侵入することで、通信品質を低下させることや情報漏れに繋がることが問題視され、更には人体への影響も懸念されており、電磁波遮蔽・吸収素材の社会的ニーズが高まっている。また同時に、壁材に塗布する塗料や建材、或いは家具などから発生する揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が室内空間を汚染し、それに起因するシックハウス症候群への対策も急務の課題である。
【０００３】
一方、ゼオライト−炭素複合材料において、ゼオライトのイオン分極と含有する結晶水の双極子分極による誘電損失及び炭素による導電損失の総合的な作用で、高い電磁波吸収と遮蔽特性が期待されている。更に、ゼオライト−炭素複合材料は、多孔体であり、炭素の疎水性表面を持つことから、例えば、ＶＯＣの吸着除去効果が期待できることに加え、ゼオライトの親水性表面が水蒸気の吸着脱着でき、快適な室内生活空間を保つことを可能とする材料としての用途が期待される。従来、ゼオライト−炭素複合材料については、例えば、ゼオライトと炭素（一般には、活性炭）の粉体をそれぞれ添加混合し、結合剤を入れ、造粒して作製する方法（特許文献１参照）、未燃焼炭素を高含有する石炭灰に、アルカリ水性溶媒を加えて反応させ、炭素を含有するゼオライト複合粉体を作製し、吸着能とイオン交換能を付与して資材化する方法（特許文献２参照）が提案されている。しかしながら、この種の方法では、複合粉体中の炭素が自由に制御できないことに加え、壁材や床材として使う場合は、粉末状態での塗り込みなどが難しく、また、バルク状での成形も困難であるため、その利用は限られている。
【０００４】
他方、近年、経済社会活動が大量生産・大量消費・大量廃棄型となるにつれ、廃棄物量の増大と廃棄物の多様化が問題となっている。日本では、年間４億トンの工業廃棄物が排出され、そのうち５千万トンの最終処理は埋め立てに頼っている。環境への意識の高まりとともに、これらの一部はリサイクルが進んでいるが、多くは焼却処理や埋め立て処理に頼っているのが現状である。最終処分場の枯渇、焼却処理中に発生する大気汚染などの問題が益々深刻化している。そのような動きの中で、廃棄物を未利用の資源としてとらえ、新規な原料として有効に利用する方法が検討されてきた。例えば、火力発電所から排出される石炭灰は、年間１千万トンほどもあり、しかもその排出量が年々増加する一途である。
【０００５】
石炭灰は、セメント原料として利用される例もあるが、セメント材料そのものの特性を低下させるため、多量に加えることができないことからそのリサイクル率は低い。また、自然の木質系廃棄物(例えば、木屑、おが粉、わら類、籾殻類、椰子殻)が一部木質床材などとしてリサイクルされているが、大部分が焼却処理されており、ダイオキシンやＣＯ２の発生が問題となっている。石炭灰を水熱処理し、人工ゼオライトに転換する研究や、賦活剤を用いて、木質系廃棄物を活性炭に変換する研究に関して、それぞれ単独に行った報告はあるが、両者を用いる複合材料としての報告はない。また、仮にこれらを単独でそれぞれ合成後に複合材化しようとしても、焼成により、それらの細孔が消滅するため、不可能である。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−７９３３９号公報
【特許文献２】特開２００１−１０６５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、広い比表面積、及び大きい細孔容積を保有し、高い誘電損失特性を有する新規ゼオライト−炭素複合材料及びその製造方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、新規に大量に発生する石炭灰と木質廃棄物を活用し、同時合成することにより、広い比表面積、及び大きい細孔容積を保有し、高い誘電損失特性を有するゼオライト−炭素複合材料を低コストで製造し、提供することを目的とするものである。更に、本発明は、当該ゼオライト−炭素複合材料の用途を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明は、ゼオライト−炭素複合材料において、水熱合成ゼオライトと賦活化炭化物からなる複合材料であり、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上、細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上であることを特徴とするゼオライト−炭素複合材料、である。本複合材料は、反射減衰率が２０ｄＢ以上であること、を好ましい態様としている。また、本発明は、水熱合成ゼオライトと賦活化炭化物からなる複合材料であり、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上、細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上、反射減衰率が２０ｄＢ以上であるゼオライト−炭素複合材料からなることを特徴とする電磁波遮蔽・吸収部材、である。また、本発明は、上記ゼオライト−炭素複合材料からなることを特徴とする調湿及び環境浄化作用を有する構造部材、である。
【０００９】
また、本発明は、アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源、炭素源、アルカリ賦活剤及び粘結材を混合後、成形し、所定温度で炭化・賦活焼成を行い、その後、アルカリ水溶液中で水熱反応させて水熱合成ゼオライトと炭化物からなる複合材料を得ることを特徴とするゼオライト−炭素複合材料の製造方法、である。本方法は、（１）前記アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源として、石炭灰を用いること、（２）前記炭素源として、木屑を用いること、（３）前記アルカリ賦活剤として、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＮａＯＨ又はＫＯＨの中から選択される一種以上を用いること、（４）前記粘結材として、粘土を用いること、（５）前記炭化焼成環境が、酸素分圧０．０２ｋｇ／ｃｍ２以下であること、（６）前記アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源、炭素源、アルカリ賦活剤及び粘結材に更に水を加えること、（７）前記炭化・賦活焼成のための所定温度が、５００〜９５０℃であること、を好ましい態様としている。
【００１０】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、上記のように、無機廃棄物と有機廃棄物を同時に再生する点に着目してなされたものであって、低コストで上記廃棄物を高付加価値のゼオライト−炭素複合材料に転換する再生技術を提供するものである。本発明のゼオライト−炭素複合材料は、水熱合成ゼオライトと賦活化炭化物からなり、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上、細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上、及び反射減衰率が２０ｄＢ以上であることを特徴とするものである。本発明では、水熱合成ゼオライトと同時合成の炭化・賦活焼成物を賦活化炭化物と規定する。本発明のゼオライト−炭素複合材料は、アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源、炭素源、アルカリ賦活剤及び粘結材を混合後、成形し、所定の温度で炭化・賦活焼成を行い、その後、アルカリ水溶液中で水熱反応させることにより製造される。好適には、例えば、上記酸化物源として石炭灰、炭素源としておが粉、粘結材として粘土を利用し、これらにアルカリ賦活剤と水を加えて混合混練し、成形し、不活性ガス雰囲気中で炭化焼成し、次いで、アルカリ水溶液中でアルカリ水熱処理を行い、洗浄乾燥し、必要により粉砕することで目的のゼオライト−炭素複合材料が得られる。
【００１１】
本発明において、上記アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源としては、上記製造方法によりゼオライトを生成せしめるものであれば特に制限はないが、好適には、例えば、産業廃棄物として入手可能な石炭灰を使用することができる。しかし、これに限定されるものではなく、これと同効のものであれば同様に使用することができる。また、上記炭素源としては、上記製造方法により炭素を生成せしめるものであれば特に制限はないが、好適には、例えば、木質系廃棄物として入手可能な木屑、おが粉、わら類、籾殻類、椰子殻を使用することができる。しかし、これらに限定されるものではなく、これらと同効のものであれば同様に使用することができる。
【００１２】
本発明では、必ずしもアルカリ賦活剤を用いる必要性はないが、比表面積を広くするために、アルカリ賦活剤を用いることが好ましい。具体的には、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、ＫＯＨの内から選択される一種以上が使用される。また、本発明では、粘結材が用いられるが、粘結材は、焼成時の結合材となるものであり、粘土を使用することが好ましく、好適には、例えば、ベントナイト、カオリンを使用することができる。しかし、これらに制限されるものではなく、これらと同効のものであれば同様に使用することができる。
【００１３】
本発明において、上記混合混練工程は、適宜の方法及び手段で実施することが可能であり、それについては特に制限されない。上記成形は、例えば、１００ＭＰａで金型成形する方法が例示されるが、これに制限されるものではない。上記炭化焼成は、好適には、例えば、窒素又はアルゴン雰囲気下、６００〜８５０℃、１〜数時間の焼成条件が例示される。上記水熱処理工程では、例えば、ＮａＳｉＯ３、ＡｌＣｌ３による溶液成分調整後、例えば、２Ｍ ＮａＯＨ、８０〜１５０℃、２４時間程度のアルカリ水熱処理が実施される。上記洗浄乾燥は、例えば、真空中、１１０℃、１２時間程度の条件で実施される。
【００１４】
炭化・賦活焼成は、好適には、５００〜９５０℃で行う。５００℃より低い温度では、賦活されない。また、９５０℃より高い温度では炭素の賦活反応が激しく、炭素の質量損失が生じるという問題がある。この炭化・賦活焼成は、より好適には６００〜８５０℃で行われる。また、アルカリ水溶液としては、好適には、ＮａＯＨを０．５Ｍから８Ｍ含有する水溶液が使用される。水熱反応は、７０℃から２５０℃、好適には８０℃から１５０℃の範囲で、６時間から７２時間処理を行う。より好適には１２時間から２４時間である。以上の製造工程により、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上、好適には５０ｍ２／ｇ以上、及び／又は細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上、反射減衰率が２０ｄＢ以上、誘電損失特性が２０ｄＢ以下、誘電正接（ｔａｎδ）が０．０５以上であるゼオライト−炭素複合材料を製造できる。
【００１５】
本発明では、結晶性のよいゼオライトと表面積の大きな炭素からなる複合材料を得るために、上記アルカリ賦活剤の種類と添加量、上記炭化・焼成反応の焼成温度、焼成時間、上記水熱反応の水熱処理溶媒の種類、水熱処理温度と時間などの条件を任意に設定することができる。本発明では、炭化・賦活焼成と水熱処理条件を変えることで、生成するゼオライトの結晶相、及び組成を制御することができる。そのために、蛍光Ｘ線分析法と粉末Ｘ線回折法（ＸＲＤ）により、石炭飛灰に含まれる結晶相のムライト、石英と非結晶相のシリカの含有量を測定した。そして、水ガラス、アルミン酸ナトリウム、水酸化ナトリウム溶液から参照になる標準型ゼオライトを合成し、ＸＲＤにより、多孔体中のゼオライト結晶相を定量した。また、水熱反応中に外部Ｓｉ源として水ガラスを、外部Ａｌ源としてアルミン酸ナトリウムを加え、アルカリ溶液の濃度を調整しながら、異なるＳｉ／Ａｌ比、結晶相、細孔径を有するゼオライトを合成した。同時に溶存Ｓｉ、Ａｌの濃度をＩＣＰ発光分析により測定し、得られた多孔体のゼオライト及び炭素複合体のナノ細孔組織をＳＥＭとＴＥＭで観察し、ゼオライト−炭素複合材料の生成を確認した。
【００１６】
本発明では、例えば、焼成温度、時間、賦活剤の種類と添加量を変え、異なる木質材から得られる炭素組成部分の微細組織、細孔径を制御することができる。例えば、Ｎａ２ＣＯ３を添加することにより、炭素が賦活化され、石炭灰表面に生成したゼオライトがＮａ−ＰｌとＮａ−Ｘの二相となる。また、石炭灰のアルカリ水熱処理において、石炭灰表面から針状やうろこ状のゼオライトが生成し、水熱反応中、非晶質シリカや石英は先に溶解反応し、一部未反応のムライトが残る。本発明により、結晶性のよい水熱合成ゼオライトと表面積の大きい賦活化炭化物からなる複合材料を得ることが可能であり、また、当該複合材料は、高水蒸気吸収性、優れた電波遮蔽・吸収能力を有することから、例えば、電波遮蔽・吸収機能、調湿、作用を有する構造部材、水処理、空気浄化処理などの環境浄化部材等として有用である。
【００１７】
従来、石炭灰を水熱処理し、人工ゼオライトを合成することや、木質系廃棄物を賦活・焼成して活性炭を合成することは個別的に試みられているが、本発明は、これらを同時合成することにより、広い比表積と大きい細孔容積による高水蒸気吸収能を有し、ゼオライトのイオン分極と含有する結晶水の双極子分極による誘電損失及び炭素による導電損失の総合的な作用で高い電磁波遮蔽・吸収能を有するゼオライト−炭素複合体を作製し、提供するものであり、本発明は、上記同時合成により、上記広い比表積（３０ｍ２／ｇ以上）と大きい細孔容積（０．１ｃｍ３／ｇ以上）の生成、維持が可能となることを見出した点に最大の特徴を有するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、（１）水熱合成ゼオライトと賦活化炭化物からなり、広い比表面積、大きい細孔容積を保有し、高い誘電損失特性を有するゼオライト−炭素複合材料を製造し、提供できる、（２）このゼオライト−炭素複合材料は、優れた電波遮蔽・吸収能力を生かして、例えば、電波遮蔽・吸収能、及びＶＯＣ吸収能に優れた建築用構造部材として適用できる、（３）また、広い比表面積及び大きい細孔容積を保有するという特徴を生かし、調湿材としても適用できる、（４）更には、この複合材料は、水浄化処理、空気浄化などの環境浄化部材としても使用できる、（５）廃棄物を主原料としてその利用を促進するという観点から、循環型社会の確立の促進に資することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。以下の実施例では、アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源として石炭灰を、また、炭素源としておが粉、木屑、わら、籾殻又は椰子殻をそれぞれ使用して、アルカリ賦活剤として、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、ＫＯＨの内の選択された一種以上と、粘結材としてベントナイト又はカオリンを添加し、更に水を加えて、混合、混錬後、成形し、この成形体を乾燥後、酸素分圧０．０２ｋｇ／ｃｍ２以下（好適には不活性雰囲気）の下、所定の温度及び時間で炭化焼成を行い、得られた材料を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液中で所定の温度及び時間で水熱反応させ、ゼオライト−炭素複合材料を作製した。
【実施例１】
【００２０】
石炭灰、おが粉及び粘結材を、それぞれ重量比で４６％、３１％及び２３％を秤量・混合し、金型成形後、６００℃で１時間焼成した。その後、焼成体を３０ｍｌの２Ｍ ＮａＯＨ水溶液１０ｍｌ／ｇの液固比中に入れ、１２０℃で２４時間に渡って水熱処理を行い、ゼオライトＮａ−Ｐ１の生成を確認した（図１（ａ））。
【００２１】
得られたゼオライト−炭素複合材料を、Ｆｉｓｏｎｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製ｔｙｐｅ Ｓｏｒｐｔｏｍａｔｉｃ１９００によりＢＥＴ比表面積を測定したところ、４８．９ｍ２／ｇであった。また、同装置により細孔容積を測定したところ、０．１１４ｃｍ３／ｇであった。
【００２２】
電磁波遮蔽・吸収特性は、Ｗバンド（７５−１１０ＧＨｚ）において、アジレントテック社製ＨＰ８５１０Ｃネットワークアナライザーにより、ビーム集束型誘電体レンズ付きホーンアンテナを用いた自由空間法で測定した。その結果、反射減衰量は、整合周波数８５．５ＧＨｚと１０２．５ ＧＨｚの付近で２０ｄＢのピーク値を示した（図２（ａ））。その複素比誘電率の実部(εｒ’)は測定周波に依存せず、ほぼ２．３の値を示した（図３（ａ））。また、透過減衰量は５．５ｄＢの値を示した（図２（ａ））。
【実施例２】
【００２３】
実施例１と同じ混合比で、石炭灰、おが粉及び粘結材を混合、成形し、８５０℃で１時間焼成した。その後、実施例１と同じ条件で水熱処理を施したところ、ゼオライトＮａ−Ｐ１の生成を確認した（図１（ｂ））。得られたゼオライト−炭素複合材料のＢＥＴ比表面積と細孔容積は、それぞれ３０．０ｍ２／ｇと０．１２８ｃｍ３／ｇであった。
【００２４】
８５０℃での高温処理により、おが粉の炭化が促進された。得られた試料は、電気伝導性を有し、反射減衰量が７．５ｄＢで小さい反面、透過減衰量は３５ｄＢを示した（図３（ｂ））。その複素比誘電率の実部は周波数の増加とともに５．６から４．０に減少した（図３（ｂ））。また、電磁波エネルギーが主に導電損失によるため、その誘電正接も０．７の高い値を示した。以上の結果から、炭化の温度を制御することにより炭素の含有量を変え、ゼオライト−炭素複合材料の電磁波遮蔽と吸収特性を制御することが可能であることが明らかになった。
【実施例３】
【００２５】
アルカリ賦活剤にＮａ２ＣＯ３を用い、表１に示す混合比で混合・成形後、６００℃で１時間炭化・賦活焼成及び実施例１、２と同様のＮａＯＨアルカリ水熱処理を行い、ゼオライト−炭素複合材料を作製した。得られた複合材料のＸＲＤ分析から、Ｎａ−Ｐ１とＮａ−Ｘの両方の結晶相が認められた（図１（ｃ））。Ｎａ２ＣＯ３を添加することにより、炭素が賦活された一方、石炭灰表面に生成したゼオライトがＮａ−Ｐ１とＮａ−Ｘの二相となった。
【００２６】
石炭灰のアルカリ水熱処理において、石炭灰表面から針状やうろこ状のゼオライトが生成した。水熱反応中、非晶質シリカや石英は先に溶解反応し、一部未反応のムライトが残った。得られたゼオライト−炭素複合材料のＢＥＴ比表面積と細孔容積は、それぞれ８４．３ｍ２／ｇと０．１５４ｃｍ３／ｇであった。また、反射減衰量及び透過減衰量は、それぞれ２７．０ｄＢ及び５．０ｄＢであった。
【００２７】
【表１】
【００２８】
実施例４〜１５
実施例４から１５として、炭素源として、おが粉、木屑、わら、籾殻、又は椰子殻を使用し、アルカリ賦活剤としてＮａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＮａＯＨ又はＫＯＨを使用し、賦活・焼成温度及び時間を変え、更には賦活・焼成条件を変え、水熱処理条件を変え、種々の実験を行った。その結果を表１に示す。また、その特性値を表２に示す。
【００２９】
【表２】
【００３０】
比較例１
比較例１として、実施例１と略同じ条件ではあるが、賦活・焼成温度が低い場合の結果を表３及び表４に示す。得られたゼオライト−炭素複合材料は、賦活・焼成温度が低いため、ＢＥＴ比表面積と細孔容積は、それぞれ１９．２ｍ２／ｇと０．０９５ｃｍ３／ｇと低かった。また、反射減衰量及び透過減衰量は、それぞれ１０．１ｄＢ及び４．１ｄＢと低かった。
【００３１】
比較例２
比較例２として、実施例１と略同じ条件ではあるが、賦活・焼成温度が高い場合の結果を表３に示す。得られたゼオライト−炭素複合材料は、賦活・焼成温度が高すぎるため、ＢＥＴ比表面積と細孔容積は、それぞれ１５．１ｍ２／ｇと０．０７９ｃｍ３／ｇと低かった。また、反射減衰量及び透過減衰量は、それぞれ９．７ｄＢ及び４．６ｄＢと低かった。これは、賦活・焼成温度が高すぎて、炭素が離脱し、また、ゼオライトの生成量が少なくなったためと考えられる。
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
比較例３〜４
比較例３及び４として、実施例１と略同じ条件であるが、水熱処理温度が低すぎる場合と高すぎる場合の結果を表３に示す。水熱処理温度が低すぎる比較例３の場合には、非晶質の溶出量が少なくてゼオライトが殆ど生成しなかった。そのため、ＢＥＴ比表面積と細孔容積は、それぞれ１６．３ｍ２／ｇと０．０９０ｃｍ３／ｇと低かった。また、反射減衰量及び透過減衰量は、それぞれ１０．０ｄＢ及び３．７ｄＢと低かった。
【００３５】
一方、水熱処理温度が高すぎる比較例４の場合には、方沸石が生成したため、ＢＥＴ比表面積と細孔容積は、それぞれ１４．３ｍ２／ｇと０．０７６ｃｍ３／ｇと低かった。また、反射減衰量及び透過減衰量は、それぞれ８．２ｄＢ及び３．９ｄＢと低かった。
【００３６】
比較例５
賦活・焼成温度が１０００℃で、且つその雰囲気が空気中である他は、比較例３と略同じ条件で実験したところ、炭素が空気中で焼失したため、ＢＥＴ比表面積と細孔容積は、それぞれ１１．０ｍ２／ｇと０．０６３ｃｍ３／ｇと低かった。また、反射減衰量及び透過減衰量は、それぞれ１１．８ｄＢ及び３．２ｄＢと低かった。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上詳述したように、本発明は、ゼオライト−炭素複合材料及びその製造方法並びに電磁波遮蔽・吸収部材に係るものであり、本発明は、ＢＥＴ比表面積と細孔容積がそれぞれ、３０ｍ２／ｇと０．１０ｃｍ３／ｇ以上で、また、反射減衰量が２０．０ｄＢ以上の性能を発揮するゼオライト−炭素複合材料を提供することを可能とするものである。本発明のゼオライト−炭素複合材料は、例えば、壁材に適用することにより、電磁波が壁を透過し、室外に漏れ出したり、室外から侵入することを防止でき、それにより、通信品質の低下や情報漏れに繋がることがなくなり、更には人体への影響も著しく低減できる。また、本発明は、高水蒸気吸着能を有し、調湿能を有する水蒸気吸収素材を提供することができ、また、壁材に塗布する塗料や建材、或いは家具などから発生する揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を吸着し、それにより、室内空間の汚染を防止し、シックハウス症候群にも対応できる調湿、吸着部材を提供することができる。本発明のゼオライト−炭素複合材料は、産業廃棄物の再利用により、環境に優しく低コストで製造できることから、循環型社会の確立の促進に資することができるという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】水熱処理後の結晶相を示すＸ線回折パターンである。（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ実施例１、２及び３の回折パターンである。
【図２】Ｗバンド（７５−１１０ＧＨｚ）における反射減衰量及び透過減衰量を示す。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ実施例１及び２の反射減衰量及び透過減衰量である。
【図３】Ｗバンド（７５−１１０ＧＨｚ）における複素比誘電率の実部を示す。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ実施例１及び２の複素比誘電率の実部である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規ゼオライト−炭素複合材料及びその製造方法に関するものであり、更に詳しくは、無機・有機廃棄物を原料としてゼオライト及び炭化物を同時合成することにより製造してなる水熱合成ゼオライトと炭化物からなるゼオライト−炭素複合材料、その製造方法及び当該ゼオライト−炭素複合材料からなる電磁波遮蔽・吸収部材、調湿部材等の構造部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ミリ波帯の電波利用に関する研究が各方面で活発に行われており、特に、ＧＨｚ帯での研究と利用は急速に進められている。例えば、２．４５−５．２ＧＨｚ帯域は室内無線ＬＡＮなどへの利用が期待できるものとしてその普及が進んでいる。また、更に高い周波数の６０ＧＨｚや７５ＧＨｚ帯での自動車用衝突防止レーダーへの応用研究が進んでおり、その実用化も期待されている。現在、数多くのマイクロ波やミリ波が飛び交う状況となり、各種の電磁波障害の発生が懸念されている。例えば、室内無線ＬＡＮの電磁波は、床、壁、天井の多重反射により、通信トラブルを引き起こすことがある。また、電磁波が壁を透過し、室外に漏れ出したり、室外から侵入することで、通信品質を低下させることや情報漏れに繋がることが問題視され、更には人体への影響も懸念されており、電磁波遮蔽・吸収素材の社会的ニーズが高まっている。また同時に、壁材に塗布する塗料や建材、或いは家具などから発生する揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が室内空間を汚染し、それに起因するシックハウス症候群への対策も急務の課題である。
【０００３】
一方、ゼオライト−炭素複合材料において、ゼオライトのイオン分極と含有する結晶水の双極子分極による誘電損失及び炭素による導電損失の総合的な作用で、高い電磁波吸収と遮蔽特性が期待されている。更に、ゼオライト−炭素複合材料は、多孔体であり、炭素の疎水性表面を持つことから、例えば、ＶＯＣの吸着除去効果が期待できることに加え、ゼオライトの親水性表面が水蒸気の吸着脱着でき、快適な室内生活空間を保つことを可能とする材料としての用途が期待される。従来、ゼオライト−炭素複合材料については、例えば、ゼオライトと炭素（一般には、活性炭）の粉体をそれぞれ添加混合し、結合剤を入れ、造粒して作製する方法（特許文献１参照）、未燃焼炭素を高含有する石炭灰に、アルカリ水性溶媒を加えて反応させ、炭素を含有するゼオライト複合粉体を作製し、吸着能とイオン交換能を付与して資材化する方法（特許文献２参照）が提案されている。しかしながら、この種の方法では、複合粉体中の炭素が自由に制御できないことに加え、壁材や床材として使う場合は、粉末状態での塗り込みなどが難しく、また、バルク状での成形も困難であるため、その利用は限られている。
【０００４】
他方、近年、経済社会活動が大量生産・大量消費・大量廃棄型となるにつれ、廃棄物量の増大と廃棄物の多様化が問題となっている。日本では、年間４億トンの工業廃棄物が排出され、そのうち５千万トンの最終処理は埋め立てに頼っている。環境への意識の高まりとともに、これらの一部はリサイクルが進んでいるが、多くは焼却処理や埋め立て処理に頼っているのが現状である。最終処分場の枯渇、焼却処理中に発生する大気汚染などの問題が益々深刻化している。そのような動きの中で、廃棄物を未利用の資源としてとらえ、新規な原料として有効に利用する方法が検討されてきた。例えば、火力発電所から排出される石炭灰は、年間１千万トンほどもあり、しかもその排出量が年々増加する一途である。
【０００５】
石炭灰は、セメント原料として利用される例もあるが、セメント材料そのものの特性を低下させるため、多量に加えることができないことからそのリサイクル率は低い。また、自然の木質系廃棄物(例えば、木屑、おが粉、わら類、籾殻類、椰子殻)が一部木質床材などとしてリサイクルされているが、大部分が焼却処理されており、ダイオキシンやＣＯ２の発生が問題となっている。石炭灰を水熱処理し、人工ゼオライトに転換する研究や、賦活剤を用いて、木質系廃棄物を活性炭に変換する研究に関して、それぞれ単独に行った報告はあるが、両者を用いる複合材料としての報告はない。また、仮にこれらを単独でそれぞれ合成後に複合材化しようとしても、焼成により、それらの細孔が消滅するため、不可能である。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−７９３３９号公報
【特許文献２】特開２００１−１０６５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、広い比表面積、及び大きい細孔容積を保有し、高い誘電損失特性を有する新規ゼオライト−炭素複合材料及びその製造方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、新規に大量に発生する石炭灰と木質廃棄物を活用し、同時合成することにより、広い比表面積、及び大きい細孔容積を保有し、高い誘電損失特性を有するゼオライト−炭素複合材料を低コストで製造し、提供することを目的とするものである。更に、本発明は、当該ゼオライト−炭素複合材料の用途を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明は、ゼオライト−炭素複合材料において、水熱合成ゼオライトと賦活化炭化物からなる複合材料であり、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上、細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上であることを特徴とするゼオライト−炭素複合材料、である。本複合材料は、反射減衰率が２０ｄＢ以上であること、を好ましい態様としている。また、本発明は、水熱合成ゼオライトと賦活化炭化物からなる複合材料であり、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上、細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上、反射減衰率が２０ｄＢ以上であるゼオライト−炭素複合材料からなることを特徴とする電磁波遮蔽・吸収部材、である。また、本発明は、上記ゼオライト−炭素複合材料からなることを特徴とする調湿及び環境浄化作用を有する構造部材、である。
【０００９】
また、本発明は、アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源、炭素源、アルカリ賦活剤及び粘結材を混合後、成形し、所定温度で炭化・賦活焼成を行い、その後、アルカリ水溶液中で水熱反応させて水熱合成ゼオライトと炭化物からなる複合材料を得ることを特徴とするゼオライト−炭素複合材料の製造方法、である。本方法は、（１）前記アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源として、石炭灰を用いること、（２）前記炭素源として、木屑を用いること、（３）前記アルカリ賦活剤として、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＮａＯＨ又はＫＯＨの中から選択される一種以上を用いること、（４）前記粘結材として、粘土を用いること、（５）前記炭化焼成環境が、酸素分圧０．０２ｋｇ／ｃｍ２以下であること、（６）前記アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源、炭素源、アルカリ賦活剤及び粘結材に更に水を加えること、（７）前記炭化・賦活焼成のための所定温度が、５００〜９５０℃であること、を好ましい態様としている。
【００１０】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、上記のように、無機廃棄物と有機廃棄物を同時に再生する点に着目してなされたものであって、低コストで上記廃棄物を高付加価値のゼオライト−炭素複合材料に転換する再生技術を提供するものである。本発明のゼオライト−炭素複合材料は、水熱合成ゼオライトと賦活化炭化物からなり、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上、細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上、及び反射減衰率が２０ｄＢ以上であることを特徴とするものである。本発明では、水熱合成ゼオライトと同時合成の炭化・賦活焼成物を賦活化炭化物と規定する。本発明のゼオライト−炭素複合材料は、アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源、炭素源、アルカリ賦活剤及び粘結材を混合後、成形し、所定の温度で炭化・賦活焼成を行い、その後、アルカリ水溶液中で水熱反応させることにより製造される。好適には、例えば、上記酸化物源として石炭灰、炭素源としておが粉、粘結材として粘土を利用し、これらにアルカリ賦活剤と水を加えて混合混練し、成形し、不活性ガス雰囲気中で炭化焼成し、次いで、アルカリ水溶液中でアルカリ水熱処理を行い、洗浄乾燥し、必要により粉砕することで目的のゼオライト−炭素複合材料が得られる。
【００１１】
本発明において、上記アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源としては、上記製造方法によりゼオライトを生成せしめるものであれば特に制限はないが、好適には、例えば、産業廃棄物として入手可能な石炭灰を使用することができる。しかし、これに限定されるものではなく、これと同効のものであれば同様に使用することができる。また、上記炭素源としては、上記製造方法により炭素を生成せしめるものであれば特に制限はないが、好適には、例えば、木質系廃棄物として入手可能な木屑、おが粉、わら類、籾殻類、椰子殻を使用することができる。しかし、これらに限定されるものではなく、これらと同効のものであれば同様に使用することができる。
【００１２】
本発明では、必ずしもアルカリ賦活剤を用いる必要性はないが、比表面積を広くするために、アルカリ賦活剤を用いることが好ましい。具体的には、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、ＫＯＨの内から選択される一種以上が使用される。また、本発明では、粘結材が用いられるが、粘結材は、焼成時の結合材となるものであり、粘土を使用することが好ましく、好適には、例えば、ベントナイト、カオリンを使用することができる。しかし、これらに制限されるものではなく、これらと同効のものであれば同様に使用することができる。
【００１３】
本発明において、上記混合混練工程は、適宜の方法及び手段で実施することが可能であり、それについては特に制限されない。上記成形は、例えば、１００ＭＰａで金型成形する方法が例示されるが、これに制限されるものではない。上記炭化焼成は、好適には、例えば、窒素又はアルゴン雰囲気下、６００〜８５０℃、１〜数時間の焼成条件が例示される。上記水熱処理工程では、例えば、ＮａＳｉＯ３、ＡｌＣｌ３による溶液成分調整後、例えば、２Ｍ ＮａＯＨ、８０〜１５０℃、２４時間程度のアルカリ水熱処理が実施される。上記洗浄乾燥は、例えば、真空中、１１０℃、１２時間程度の条件で実施される。
【００１４】
炭化・賦活焼成は、好適には、５００〜９５０℃で行う。５００℃より低い温度では、賦活されない。また、９５０℃より高い温度では炭素の賦活反応が激しく、炭素の質量損失が生じるという問題がある。この炭化・賦活焼成は、より好適には６００〜８５０℃で行われる。また、アルカリ水溶液としては、好適には、ＮａＯＨを０．５Ｍから８Ｍ含有する水溶液が使用される。水熱反応は、７０℃から２５０℃、好適には８０℃から１５０℃の範囲で、６時間から７２時間処理を行う。より好適には１２時間から２４時間である。以上の製造工程により、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上、好適には５０ｍ２／ｇ以上、及び／又は細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上、反射減衰率が２０ｄＢ以上、誘電損失特性が２０ｄＢ以下、誘電正接（ｔａｎδ）が０．０５以上であるゼオライト−炭素複合材料を製造できる。
【００１５】
本発明では、結晶性のよいゼオライトと表面積の大きな炭素からなる複合材料を得るために、上記アルカリ賦活剤の種類と添加量、上記炭化・焼成反応の焼成温度、焼成時間、上記水熱反応の水熱処理溶媒の種類、水熱処理温度と時間などの条件を任意に設定することができる。本発明では、炭化・賦活焼成と水熱処理条件を変えることで、生成するゼオライトの結晶相、及び組成を制御することができる。そのために、蛍光Ｘ線分析法と粉末Ｘ線回折法（ＸＲＤ）により、石炭飛灰に含まれる結晶相のムライト、石英と非結晶相のシリカの含有量を測定した。そして、水ガラス、アルミン酸ナトリウム、水酸化ナトリウム溶液から参照になる標準型ゼオライトを合成し、ＸＲＤにより、多孔体中のゼオライト結晶相を定量した。また、水熱反応中に外部Ｓｉ源として水ガラスを、外部Ａｌ源としてアルミン酸ナトリウムを加え、アルカリ溶液の濃度を調整しながら、異なるＳｉ／Ａｌ比、結晶相、細孔径を有するゼオライトを合成した。同時に溶存Ｓｉ、Ａｌの濃度をＩＣＰ発光分析により測定し、得られた多孔体のゼオライト及び炭素複合体のナノ細孔組織をＳＥＭとＴＥＭで観察し、ゼオライト−炭素複合材料の生成を確認した。
【００１６】
本発明では、例えば、焼成温度、時間、賦活剤の種類と添加量を変え、異なる木質材から得られる炭素組成部分の微細組織、細孔径を制御することができる。例えば、Ｎａ２ＣＯ３を添加することにより、炭素が賦活化され、石炭灰表面に生成したゼオライトがＮａ−ＰｌとＮａ−Ｘの二相となる。また、石炭灰のアルカリ水熱処理において、石炭灰表面から針状やうろこ状のゼオライトが生成し、水熱反応中、非晶質シリカや石英は先に溶解反応し、一部未反応のムライトが残る。本発明により、結晶性のよい水熱合成ゼオライトと表面積の大きい賦活化炭化物からなる複合材料を得ることが可能であり、また、当該複合材料は、高水蒸気吸収性、優れた電波遮蔽・吸収能力を有することから、例えば、電波遮蔽・吸収機能、調湿、作用を有する構造部材、水処理、空気浄化処理などの環境浄化部材等として有用である。
【００１７】
従来、石炭灰を水熱処理し、人工ゼオライトを合成することや、木質系廃棄物を賦活・焼成して活性炭を合成することは個別的に試みられているが、本発明は、これらを同時合成することにより、広い比表積と大きい細孔容積による高水蒸気吸収能を有し、ゼオライトのイオン分極と含有する結晶水の双極子分極による誘電損失及び炭素による導電損失の総合的な作用で高い電磁波遮蔽・吸収能を有するゼオライト−炭素複合体を作製し、提供するものであり、本発明は、上記同時合成により、上記広い比表積（３０ｍ２／ｇ以上）と大きい細孔容積（０．１ｃｍ３／ｇ以上）の生成、維持が可能となることを見出した点に最大の特徴を有するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、（１）水熱合成ゼオライトと賦活化炭化物からなり、広い比表面積、大きい細孔容積を保有し、高い誘電損失特性を有するゼオライト−炭素複合材料を製造し、提供できる、（２）このゼオライト−炭素複合材料は、優れた電波遮蔽・吸収能力を生かして、例えば、電波遮蔽・吸収能、及びＶＯＣ吸収能に優れた建築用構造部材として適用できる、（３）また、広い比表面積及び大きい細孔容積を保有するという特徴を生かし、調湿材としても適用できる、（４）更には、この複合材料は、水浄化処理、空気浄化などの環境浄化部材としても使用できる、（５）廃棄物を主原料としてその利用を促進するという観点から、循環型社会の確立の促進に資することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。以下の実施例では、アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源として石炭灰を、また、炭素源としておが粉、木屑、わら、籾殻又は椰子殻をそれぞれ使用して、アルカリ賦活剤として、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、ＫＯＨの内の選択された一種以上と、粘結材としてベントナイト又はカオリンを添加し、更に水を加えて、混合、混錬後、成形し、この成形体を乾燥後、酸素分圧０．０２ｋｇ／ｃｍ２以下（好適には不活性雰囲気）の下、所定の温度及び時間で炭化焼成を行い、得られた材料を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液中で所定の温度及び時間で水熱反応させ、ゼオライト−炭素複合材料を作製した。
【実施例１】
【００２０】
石炭灰、おが粉及び粘結材を、それぞれ重量比で４６％、３１％及び２３％を秤量・混合し、金型成形後、６００℃で１時間焼成した。その後、焼成体を３０ｍｌの２Ｍ ＮａＯＨ水溶液１０ｍｌ／ｇの液固比中に入れ、１２０℃で２４時間に渡って水熱処理を行い、ゼオライトＮａ−Ｐ１の生成を確認した（図１（ａ））。
【００２１】
得られたゼオライト−炭素複合材料を、Ｆｉｓｏｎｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製ｔｙｐｅ Ｓｏｒｐｔｏｍａｔｉｃ１９００によりＢＥＴ比表面積を測定したところ、４８．９ｍ２／ｇであった。また、同装置により細孔容積を測定したところ、０．１１４ｃｍ３／ｇであった。
【００２２】
電磁波遮蔽・吸収特性は、Ｗバンド（７５−１１０ＧＨｚ）において、アジレントテック社製ＨＰ８５１０Ｃネットワークアナライザーにより、ビーム集束型誘電体レンズ付きホーンアンテナを用いた自由空間法で測定した。その結果、反射減衰量は、整合周波数８５．５ＧＨｚと１０２．５ ＧＨｚの付近で２０ｄＢのピーク値を示した（図２（ａ））。その複素比誘電率の実部(εｒ’)は測定周波に依存せず、ほぼ２．３の値を示した（図３（ａ））。また、透過減衰量は５．５ｄＢの値を示した（図２（ａ））。
【実施例２】
【００２３】
実施例１と同じ混合比で、石炭灰、おが粉及び粘結材を混合、成形し、８５０℃で１時間焼成した。その後、実施例１と同じ条件で水熱処理を施したところ、ゼオライトＮａ−Ｐ１の生成を確認した（図１（ｂ））。得られたゼオライト−炭素複合材料のＢＥＴ比表面積と細孔容積は、それぞれ３０．０ｍ２／ｇと０．１２８ｃｍ３／ｇであった。
【００２４】
８５０℃での高温処理により、おが粉の炭化が促進された。得られた試料は、電気伝導性を有し、反射減衰量が７．５ｄＢで小さい反面、透過減衰量は３５ｄＢを示した（図３（ｂ））。その複素比誘電率の実部は周波数の増加とともに５．６から４．０に減少した（図３（ｂ））。また、電磁波エネルギーが主に導電損失によるため、その誘電正接も０．７の高い値を示した。以上の結果から、炭化の温度を制御することにより炭素の含有量を変え、ゼオライト−炭素複合材料の電磁波遮蔽と吸収特性を制御することが可能であることが明らかになった。
【実施例３】
【００２５】
アルカリ賦活剤にＮａ２ＣＯ３を用い、表１に示す混合比で混合・成形後、６００℃で１時間炭化・賦活焼成及び実施例１、２と同様のＮａＯＨアルカリ水熱処理を行い、ゼオライト−炭素複合材料を作製した。得られた複合材料のＸＲＤ分析から、Ｎａ−Ｐ１とＮａ−Ｘの両方の結晶相が認められた（図１（ｃ））。Ｎａ２ＣＯ３を添加することにより、炭素が賦活された一方、石炭灰表面に生成したゼオライトがＮａ−Ｐ１とＮａ−Ｘの二相となった。
【００２６】
石炭灰のアルカリ水熱処理において、石炭灰表面から針状やうろこ状のゼオライトが生成した。水熱反応中、非晶質シリカや石英は先に溶解反応し、一部未反応のムライトが残った。得られたゼオライト−炭素複合材料のＢＥＴ比表面積と細孔容積は、それぞれ８４．３ｍ２／ｇと０．１５４ｃｍ３／ｇであった。また、反射減衰量及び透過減衰量は、それぞれ２７．０ｄＢ及び５．０ｄＢであった。
【００２７】
【表１】
【００２８】
実施例４〜１５
実施例４から１５として、炭素源として、おが粉、木屑、わら、籾殻、又は椰子殻を使用し、アルカリ賦活剤としてＮａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＮａＯＨ又はＫＯＨを使用し、賦活・焼成温度及び時間を変え、更には賦活・焼成条件を変え、水熱処理条件を変え、種々の実験を行った。その結果を表１に示す。また、その特性値を表２に示す。
【００２９】
【表２】
【００３０】
比較例１
比較例１として、実施例１と略同じ条件ではあるが、賦活・焼成温度が低い場合の結果を表３及び表４に示す。得られたゼオライト−炭素複合材料は、賦活・焼成温度が低いため、ＢＥＴ比表面積と細孔容積は、それぞれ１９．２ｍ２／ｇと０．０９５ｃｍ３／ｇと低かった。また、反射減衰量及び透過減衰量は、それぞれ１０．１ｄＢ及び４．１ｄＢと低かった。
【００３１】
比較例２
比較例２として、実施例１と略同じ条件ではあるが、賦活・焼成温度が高い場合の結果を表３に示す。得られたゼオライト−炭素複合材料は、賦活・焼成温度が高すぎるため、ＢＥＴ比表面積と細孔容積は、それぞれ１５．１ｍ２／ｇと０．０７９ｃｍ３／ｇと低かった。また、反射減衰量及び透過減衰量は、それぞれ９．７ｄＢ及び４．６ｄＢと低かった。これは、賦活・焼成温度が高すぎて、炭素が離脱し、また、ゼオライトの生成量が少なくなったためと考えられる。
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
比較例３〜４
比較例３及び４として、実施例１と略同じ条件であるが、水熱処理温度が低すぎる場合と高すぎる場合の結果を表３に示す。水熱処理温度が低すぎる比較例３の場合には、非晶質の溶出量が少なくてゼオライトが殆ど生成しなかった。そのため、ＢＥＴ比表面積と細孔容積は、それぞれ１６．３ｍ２／ｇと０．０９０ｃｍ３／ｇと低かった。また、反射減衰量及び透過減衰量は、それぞれ１０．０ｄＢ及び３．７ｄＢと低かった。
【００３５】
一方、水熱処理温度が高すぎる比較例４の場合には、方沸石が生成したため、ＢＥＴ比表面積と細孔容積は、それぞれ１４．３ｍ２／ｇと０．０７６ｃｍ３／ｇと低かった。また、反射減衰量及び透過減衰量は、それぞれ８．２ｄＢ及び３．９ｄＢと低かった。
【００３６】
比較例５
賦活・焼成温度が１０００℃で、且つその雰囲気が空気中である他は、比較例３と略同じ条件で実験したところ、炭素が空気中で焼失したため、ＢＥＴ比表面積と細孔容積は、それぞれ１１．０ｍ２／ｇと０．０６３ｃｍ３／ｇと低かった。また、反射減衰量及び透過減衰量は、それぞれ１１．８ｄＢ及び３．２ｄＢと低かった。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上詳述したように、本発明は、ゼオライト−炭素複合材料及びその製造方法並びに電磁波遮蔽・吸収部材に係るものであり、本発明は、ＢＥＴ比表面積と細孔容積がそれぞれ、３０ｍ２／ｇと０．１０ｃｍ３／ｇ以上で、また、反射減衰量が２０．０ｄＢ以上の性能を発揮するゼオライト−炭素複合材料を提供することを可能とするものである。本発明のゼオライト−炭素複合材料は、例えば、壁材に適用することにより、電磁波が壁を透過し、室外に漏れ出したり、室外から侵入することを防止でき、それにより、通信品質の低下や情報漏れに繋がることがなくなり、更には人体への影響も著しく低減できる。また、本発明は、高水蒸気吸着能を有し、調湿能を有する水蒸気吸収素材を提供することができ、また、壁材に塗布する塗料や建材、或いは家具などから発生する揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を吸着し、それにより、室内空間の汚染を防止し、シックハウス症候群にも対応できる調湿、吸着部材を提供することができる。本発明のゼオライト−炭素複合材料は、産業廃棄物の再利用により、環境に優しく低コストで製造できることから、循環型社会の確立の促進に資することができるという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】水熱処理後の結晶相を示すＸ線回折パターンである。（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ実施例１、２及び３の回折パターンである。
【図２】Ｗバンド（７５−１１０ＧＨｚ）における反射減衰量及び透過減衰量を示す。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ実施例１及び２の反射減衰量及び透過減衰量である。
【図３】Ｗバンド（７５−１１０ＧＨｚ）における複素比誘電率の実部を示す。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ実施例１及び２の複素比誘電率の実部である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゼオライト−炭素複合材料において、水熱合成ゼオライトと賦活化炭化物からなる複合材料であり、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上、細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上であることを特徴とするゼオライト−炭素複合材料。
【請求項２】
反射減衰率が２０ｄＢ以上である請求項１記載のゼオライト−炭素複合材料。
【請求項３】
水熱合成ゼオライトと賦活化炭化物からなる複合材料であり、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上、細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上、反射減衰率が２０ｄＢ以上であるゼオライト−炭素複合材料からなることを特徴とする電磁波遮蔽・吸収部材。
【請求項４】
請求項１に記載のゼオライト−炭素複合材料からなることを特徴とする調湿及び環境浄化作用を有する構造部材。
【請求項５】
アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源、炭素源、アルカリ賦活剤及び粘結材を混合後、成形し、所定温度で炭化・賦活焼成を行い、その後、アルカリ水溶液中で水熱反応させて水熱合成ゼオライトと炭化物からなる複合材料を得ることを特徴とするゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【請求項６】
前記アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源として、石炭灰を用いる請求項５記載のゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【請求項７】
前記炭素源として、木屑を用いる請求項５記載のゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【請求項８】
前記アルカリ賦活剤として、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＮａＯＨ又はＫＯＨの中から選択される一種以上を用いる請求項５記載のゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【請求項９】
前記粘結材として、粘土を用いる請求項５記載のゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【請求項１０】
前記炭化焼成環境が、酸素分圧０．０２ｋｇ／ｃｍ２以下である請求項５記載のゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【請求項１１】
前記アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源、炭素源、アルカリ賦活剤及び粘結材に更に水を加える請求項５記載のゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【請求項１２】
前記炭化・賦活焼成のための所定温度が、５００〜９５０℃である請求項５記載のゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【請求項１】
ゼオライト−炭素複合材料において、水熱合成ゼオライトと賦活化炭化物からなる複合材料であり、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上、細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上であることを特徴とするゼオライト−炭素複合材料。
【請求項２】
反射減衰率が２０ｄＢ以上である請求項１記載のゼオライト−炭素複合材料。
【請求項３】
水熱合成ゼオライトと賦活化炭化物からなる複合材料であり、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上、細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上、反射減衰率が２０ｄＢ以上であるゼオライト−炭素複合材料からなることを特徴とする電磁波遮蔽・吸収部材。
【請求項４】
請求項１に記載のゼオライト−炭素複合材料からなることを特徴とする調湿及び環境浄化作用を有する構造部材。
【請求項５】
アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源、炭素源、アルカリ賦活剤及び粘結材を混合後、成形し、所定温度で炭化・賦活焼成を行い、その後、アルカリ水溶液中で水熱反応させて水熱合成ゼオライトと炭化物からなる複合材料を得ることを特徴とするゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【請求項６】
前記アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源として、石炭灰を用いる請求項５記載のゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【請求項７】
前記炭素源として、木屑を用いる請求項５記載のゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【請求項８】
前記アルカリ賦活剤として、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＮａＯＨ又はＫＯＨの中から選択される一種以上を用いる請求項５記載のゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【請求項９】
前記粘結材として、粘土を用いる請求項５記載のゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【請求項１０】
前記炭化焼成環境が、酸素分圧０．０２ｋｇ／ｃｍ２以下である請求項５記載のゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【請求項１１】
前記アルミニウム及びケイ素を含有する酸化物源、炭素源、アルカリ賦活剤及び粘結材に更に水を加える請求項５記載のゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【請求項１２】
前記炭化・賦活焼成のための所定温度が、５００〜９５０℃である請求項５記載のゼオライト−炭素複合材料の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−１２４２５４（Ｐ２００６−１２４２５４Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１６９７８（Ｐ２００４−３１６９７８）
【出願日】平成１６年１０月２９日（２００４．１０．２９）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２９日（２００４．１０．２９）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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