発泡ガラスの利用法の検討

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発泡ガラスの利用法の検討

目次

• 1.緒言

　1.1.環境配慮型循環社会への転換
　1.2.環境保護とリサイクル
　1.3.循環型社会形成推進基本法
　1.4.循環型社会形成推進基本法の構成
　1.5.包装容器リサイクル法
　1.6.再生資源有効活用促進法
　1.7.まとめ
• 2.調査

　2.1.泡ガラスの概要
　2.2.発泡ガラスの製造
　2.3.発泡ガラスの現状
　2.4.脱臭
　2.5.目的
• 1.結果・考察

　3.1.脱臭・消臭作用
　3.2.ゼオライト
　3.3.発泡ガラス単体での脱臭効果
　3.4.薬液を用いた脱臭効果
　3.5.界面導電現象
　3.6.ζ電位
　3.7.デバイヒュッケル理論
　3.8.界面導電現象の利用
　3.9.使用薬液の検討
• 4.結言
• 5.あとがき
• 6.参考文献

第１章　緒言

1.1 環境配慮型循環社会への転換

わが国では戦後、高度経済成長期を経て四大公害病である、イタイイタイ病、水俣病、第2水俣病、四日市ぜんそくを経験し、この度に環境問題が大きく取り上げられるようになった。そして、公害対策基本法や大気汚染防止法、そして環境庁の創設をはじめとした国内での環境に対する意識が向上している。環境問題および問題に対する取り組みを表1にまとめた ^[1] 。さらに海外へ目を向けてみると1972年には国連人間環境会議では「かけがえのない地球」をスローガンに、世界で初めて地球規模で国境を越えた環境問題について議論された。現在でもSDGsが昨今話題となっているように、限りある資源を有効的に利用することが叫ばれている。大量生産・大量消費の経済システムが機能しているなかで、天然資源を保全し環境への負荷の少ない循環型社会への転換が必要である。

このような循環型社会を実現するために、現在ごみとして排出されているガラスに注目し、この廃棄物を有効利用法を検討することで環境配慮型社会への転換を目指す。

1.2 環境保護とリサイクル

環境保護と聞き、まず思い浮かぶ言葉が3Rであろう。３RはReduce, Reuse, Recycleのそれぞれの頭文字をとったもので、環境と経済を両立させ、循環型社会を形成していくための3つの柱のことである^[2] 。この政策が実施された経緯として

Ⅰ.廃棄物の発生量が制定当時(2001年)、一般廃棄物の発生量が約5千万トン、産業廃棄物の発生量が4億トン^[3] と高水準で推移していること

Ⅱ.当時のリサイクル率が一般廃棄物で約10%、産業廃棄物で42％と低水準であったこと^[4]

Ⅲ.住民の理解が得られず、廃棄物処理施設の立地の選定が困難になり、かつ、最終処分場の寿命が約5年で尽きること^[5]

Ⅳ.不法投棄の件数が平成10年度で約1300件と、行き場のないごみが急速に増えていたこと^[6]

以上が主な原因として挙げられている。

これらの課題の解決のため、大量生産・大量消費社会からの脱却を図り、限りある資源の効率的かつ経済的な利用を促進することで、環境への負荷を減らした循環型社会を目指すために、その枠組みとして『循環型社会形成推進基本法』が制定された ^[7]。この法律をわかりやすく広く国民に向け発信するための標語が３Rである。

1.3 循環型社会形成推進基本法

循環型社会形成推進基本法は、特に次のようなものを定めている。

l 形成すべき「循環型社会」の姿を明確に提示

l 法の対象となる廃棄物等のうち有用なものを「循環資源」と定義

l 循環型社会の形成のための国の施策を明示

循環型社会とは廃棄物の発生を抑えることで、資源の循環的な利用および適正な処分を行うことで環境への負荷ができる限り低減される社会のことである ^[8] 。さらに、法の対象物として、有価・無価値問わず、「廃棄物等」として扱い、この「廃棄物等」のなかで有用なものを「循環資源」して利用を促進する ^[9] 。さらに、循環社会形成のための国の施策の明示として、再生品の使用をより促進することによって、さらなる資源の有効活用法を示し、廃棄物の抑制を法的に示している ^[10]。

1.4 循環型社会形成推進基本法の構成

　循環型社会形成推進基本法を構成するものとして、大まかに分類し8つの法律によって構成されている。それぞれの法律の目的および対象とするものは以下のとおりである。

Ⅰ.資源有効活用促進法

　ⅰ.再生資源のリサイクル

　ⅱ.リサイクル容易な構造の工夫

　ⅲ.分別回収を適切に行うための表示

　ⅳ.副産物の有効活用

Ⅱ.廃棄物処理法

　ⅰ.廃棄物の発生抑制

　ⅱ.リサイクルを含む廃棄物の適正な処理

　ⅲ.廃棄物処理施設の設置規制

Ⅲ.容器包装リサイクル法

　びん、ペットボトルなど

Ⅳ.家電リサイクル法

　エアコン、冷蔵庫、テレビなど

Ⅴ.食品リサイクル法

食品残さ

Ⅵ.建設リサイクル法

木材、コンクリート、アスファルト

Ⅶ.自動車リサイクル法

自動車

Ⅷ.小型家電リサイクル法

小型電子機器など

発泡ガラスに深く関わる法律はⅠの資源有効活用促進法とⅢの包装容器リサイクル法である^[11]。

1.5 包装容器リサイクル法

工業製品の再商品化が進むなかガラス瓶など容器のリサイクルを定めたものが包装容器リサイクル法である。この法律の特徴は、従来、市町村などの自治体が全面的に担っていた包装容器廃棄物処理を消費者が分別し、市町村が収集、事業者が再商品化に取り組む、いわば役割分担を決め、それぞれを義務づけられた点である ^[13]。これら三者に定められたものは

Ⅰ消費者の役割(分別排出)

市町村の定める分別方法に従い、分別排出に努める^[14]

Ⅱ市町村(分別収集)

包装容器の収集・分別・洗浄を行い、法律で定められた分別基準に適合させる

適切な保管施設に保管する^[14]

Ⅲ事業者(再商品化)

製品の原材料として再使用

容器包装の使用量・製造量に応じて再商品化^[14]

これらの義務である^[15]。

1.6 再生資源有効活用促進法

ガラスが積極的に再生資源として利用される根拠となっているものの一つとして再生資源有効活用促進法が挙げられるだろう。同法では10業種・69品目について、省令によって事業者に対し、3Rの取り組みが求められている。そのうちの特定再利用業種。つまり、再生資源・再生部品の利用に取り組むことが求められる業種のなかに、ガラス容器製造業がある。同法において、以下のようにリサイクル対策がされているとともに、廃棄物の発生の抑制および部品の再使用を促進する対策が導入されている。このように、社会循環システムが整備されていることから、ガラス容器がスムーズにリサイクルされることに寄与されている ^[12]。

図2 社会循環システム

このなかで、ガラス瓶にはビール瓶等の繰り返し使用されるリターナル瓶と、ドリンク剤などに利用されるワンウェイ瓶がある。これらのリユース、リサイクル方法は以下図3のような形となる ^[16] 。そして、これらの政策・取り組みの結果、全国約3,000市町村のうち、包装リサイクル法に基づきリサイクルされたワンウェイガラス瓶のカレット利用率は、平成31年度で75.3%に及んだ。現在のカレットの利用方法として、建材(10.7%)、建材用ガラスや道路塗装材料といった土木材料(17.0%)、そしてガラス瓶(71.6%)へとリサイクルされている。^[17]。カレット利用率の年間推移を図4に示した。

図3 ガラス瓶のリサイクル方法

図4 カレット利用率の年間推移

カレットのリサイクル率は上昇傾向にあるものの、再商品化業務に参入した事業者の中には、販売先の確保に苦労したことから、撤退を余儀なくされた事業者も少なくない。多くの用途が開発されているが、市場での認知は十分でなく、需要の確保は図れていないことが現状である ^[18]。

1.7 まとめ

わが国では戦後、高度経済成長期を経て四大公害病をはじめとして、この度に環境問題が大きく取り上げられるようになった。そして、多くの法整備や技術革新、そして、国内での環境に対する意識が向上により環境配慮型社会へ向け変化している。しかし、その一方で未だごみ問題は深刻であり、とくに最終処分場の確保や処分場から流出した汚染物質の問題、さらにはこれらの最終処分場は人口過疎地に建設されることから、ごみの排出は環境破壊へと直結する。

現在では3RやSDGsが多くのメディアを通して報道されているように、国民規模で環境へ配慮する動きが進んでいる。大量生産・大量消費の経済システムが機能しているなかで、天然資源を保全し環境への負荷の少ない循環型社会への転換によって、将来も持続可能な社会を実現するために、廃棄物の減量は不可欠なものとなる。

このなかで、ガラス瓶に視点を向けてみると、75%以上のカレット利用率を誇っている。しかし、ガラスカレットの最終販売先に苦労し、カレットの取り扱いから撤退した事業者も少なくない。安定した市場の形成のために、利用先の確保が課題となる。

第2章調査

2.1 発泡ガラスの概要

発泡ガラスとは、ガラス廃材を微粉砕し、発泡剤を添加・焼成した発泡体で、二酸化ケイ素が主成分である。多孔質間隙構造を有し、保湿性・保水性に優れていることから斜面緑化・屋上緑化の保水材に用いられている ^[19]。図5に発泡ガラスの参考写真を示す。

図5発泡ガラス

2.2 発泡ガラスの製造

主に5つの工程を経て製造される。 まず投入されたガラス瓶は原料ホッパーに貯められガラス粉砕機で粒状に粉砕される。 粒状に砕かれたガラスはパレット粉砕装置に送られ、さらに細かく砕かれまれる。 ここで35ミクロンほどの細かい粉になる。粉になったガラスは振動ふるい機に送られ、さらに細かく選別される。 選別されたガラスは混合撹拌機で添加剤として水酸化カルシウム及び酸化カルシウムが加えられる。この後、混合されたガラスは焼成炉に運ばれ700℃から900℃で焼かれる。 ベルトコンベアによって連続的に焼成されます。発泡して大きくなったガラスは空気に触れることによって小さくなり割れることによって発泡ガラスが製造されまる ^[20]。一連の流れを以下図6に示す。

図6 発泡ガラスの製造方法

2.3 発泡ガラスの現状

発泡ガラスの特徴は多孔質間隙構造を有しているという点である。同様に、多孔質間隙構造を有している物質を調査して、同様の働きを発泡ガラスで実現できるかについて調査をすることで、発泡ガラスの活用先の模索を行った。

発泡ガラスは自然界に多く存在するケイ素を主成分としており、添加物もナトリウムやカルシウム、さらに約900度の高温で焼成されることから、人体や環境への負荷が少ないことから多くの場面で使用されている ^[21]。発泡ガラスの利用法として以下のようなものが挙げられる。

Ⅰ. 伊勢えびを出荷するまでの生簀

Ⅱ. 軽量盛土材

Ⅲ. 屋上緑化資材

Ⅳ. ⼟壌改良

これらに対して発泡ガラスが利用される理由として、多孔質間隙構造の特徴である吸着性（伊勢海老の生け。簀の浄化）、軽量（軽量盛土材）、保水性(屋上緑化資材)、通気性（水はけの悪い土壌の改良）に着目しそれぞれの用途に利用されていることが分かる。

ガラス発砲資材事業協同組合では以下のような規格に分けられている。参考として表7に銘柄ごとの性質に違いをまとめた。

また、多孔質間隙構造をもつ物質として、ゼオライトや活性炭、木炭などがある。これらは、その物性を活かして、脱臭やガス分離、溶剤回収などさまざまな分野に応用されている ^[23][24] 。同様に、これらのように発泡ガラスの利用法を見出すことで、廃棄物の利用を促進し、環境負荷低減に貢献できるのではないかと考えた。

2.4 脱臭

　多孔質間隙構造の活用方法として、私は脱臭に着目した。昨今のコロナ渦において、ホームステイやソーシャルディスタンスを通じ、屋内で過ごす時間が増えている。このような状況の中で、今まで以上に自分の過ごす空間の環境を気にする人が増えたのではないか。我々の生活する周囲には様々な臭い、悪臭がある。屋内での生活が増えるにつれ、このような場面に悩まされることが増えていくことが予想押される中で、日々の社会活動の中で排出され続ける廃棄物を有効活用するという観点に立ち、多孔質間隙構造を有している発泡ガラスに着目し、これの脱臭への利用法を検討した。

2.5 目的

繰り返しになるが現在、発泡ガラスはいけすや水槽の浄化や河川の水質浄化施設に利用されています。ここでキーポイントとあるのは、発泡ガラスのもつ多孔質構造を利用した微細物質の吸着に利用されている。また、同様に多孔質構造をもつものとしてゼオライトや活性炭がある。これらは現在脱臭剤として活用されている。

発泡ガラスも同様に多孔質をもちこれらのように脱臭効果を期待できないかと考えた。

これらを踏まえたうえで、発泡ガラスのもつ多孔質間隙構造に着目することで、この間隙構造を活かした活用法と既存品との優位性を比較した実用性の評価を行うことを目的とする。

第3章結果・考察

3.1 脱臭・消臭作用

臭いの原因物質には以下のように大きく分けて炭素系、窒素系、硫黄系の3つの物質がある。

炭素系　炭素系のなかでもさらに2種類の物質に分けられ、これらのなかでオクタン価の低いものでアルデヒトやｑスチレン（シックハウス症候群）、オクタン価が高いものでノネナール（加齢臭）がある。

窒素系　アンモニア（トイレ）、トリメチルピリジン（魚）

硫黄系　硫化水素（トイレ）、メチルカプタン（トイレ）

これらのような悪臭がある一方で、代表的な脱臭の方法として主に4つ方法がある。

Ⅰ.感覚的消臭法

感覚的消臭法とは、いわば臭いの上書きである。不快な臭いに対し、別の心地よい強い香りによって、元の臭いを感じさせなくする方法である。感覚的消臭法はさらに2種類の方法に分類できる。それぞれのイメージ図を図8に示す。

ⅰ.マスキング法

強い芳香物質の香りによってもとの不快な臭いを感じなくする

図8マスキング法の概略図

ⅱ.ペアリング消臭

もとの不快なにおいを心地よい香りの一部として取り込む

図9 ペアリング法の概略図

これらの違った方法に大別できる。これらのメリットとして、ペアリング消臭による方法はマスキング消臭のように強い香り出す必要がなく、悪臭、そして複合臭といったさまざまな臭いに対し効果を発揮することが可能である。しかし、デメリットとして、マスキング法による強い香りは強烈な故、香害として人により不快感を感じる可能性がある ^[25]。

Ⅱ.生物的消臭法

トイレや生ごみ、体臭など、主に雑菌が関係する臭いに対して、このような悪臭を発生させる雑菌が繁殖することを防ぐことで悪臭の発生を抑える方法である ^[26]。

Ⅲ.化学的消臭法

臭い成分を化学反応により、臭いのない成分に変える方法である。たとえば、酸性の臭い物質に対してアルカリ性の物質を反応させ、中和することによって消臭を行うほか、臭いの成分の反応性を利用したものもある ^[27]。

図10 化学的消臭法の概略図

Ⅳ.物理的脱臭

多孔質物質や溶剤などに、臭いの物質を吸着、吸収させることによって、物理的に空間から臭いの原因物質を除去することで脱臭を行うものである ^[28]。

図11 物理的脱臭の概略図

以上さまざまな消臭・脱臭方法があるなかで、多孔質間隙構造の特徴である比表面積が大きくかつ無数の細孔があり、吸着力が高い点に着目して脱臭作用が期待できるのは物理的吸着である。これをもとに、発泡ガラスによる物理的脱臭作用の評価を行った。

3.2 ゼオライト

本研究の比較対象として、発泡ガラス同様に多孔質間隙構造を有しているゼオライトを発泡ガラスと比較している。ゼオライトの大きな特徴は結晶構造に由来する非常に緻密な空洞を有していることである。この構造によって、吸着、触媒、分子ふるい、イオン交換機能などさまざまな用途に使用されている ^[27]。

ゼオライトは1756年にアイスランドの学者により発見され、ギリシャ語の「沸騰する石」＝「Zeo Lite」と命名されたことに由来している ^[28]。

発泡ガラスはすべて人工ものであるが、ゼオライトには天然のものと人工のものが存在する。

Ⅰ.天然ゼオライト

前述のように、初めて発見された鉱物である。火山灰が蓄積されたもので、海底や地下深くで高圧下で水の存在により変成したものである。国内では島根県で多く生産されている ^[29]。

Ⅱ.人工ゼオライト

天然ゼオライトよりも高性能のゼオライトかつ、規則正しい化学構造をもつゼオライトで、発泡ガラスと同様に原料にガラス瓶が使用されており、原料を水酸化ナトリウムなどとともに高音、高圧下で処理することで製造されている ^[30]。

ゼオライトは天然物であり、また発泡ガラス同様工業製品でもある。発泡ガラスの工業製品としての価値を比較するために、本研究においては人工ゼオライトを発泡ガラスの比較対象としてスポットをおいた。

3.3 発泡ガラス単体での脱臭効果

発泡ガラスの脱臭性能を評価するうえで、物性を調査し、現在実用化されているゼオライトとの物性を比較することで、発泡ガラスの脱臭性能の有用性を調査した。

　物理的吸着での吸着量は比表面積および孔の大きさによって大きく左右される。発泡ガラスの性能を評価する際の参考例として、現在実用化されているゼオライト ^[30]と発泡ガラスガラス^[31]の物性を比較した。それぞれの物性を表12に示す。

孔の構造にはマクロ孔、メソ孔、マイクロ孔があり、このうち吸着が発生するものはマイクロ孔(2nm)^[32] である。これを前提として考えると、発泡ガラスの比表面積はゼオライトの約4分の1、孔径もゼオライトの方がより緻密な細孔構造を有していることから、発泡ガラスの物理的吸着力はゼオライトに劣ることが明らかであること判った。

しかし、臭いの原因物質としてタンパク質など大きな分子であれば比較的大きな細孔でも吸着することから、限定的ではあるものの、脱臭効果を期待できると考えた。

3.4 薬液を用いた脱臭効果

いままでの調査から発泡ガラスは現在実用化されているゼオライトなどより比表面積が小さく、優位性に劣ることが明らかにされている。 しかし、孔の大きさがある程度大きい点に着目し、電気泳動を使えないかという観点のもと、発泡ガラスの保水性を活かして現在消臭ビーズなどに使用されている薬液を浸し、図13のようにここで界面導電現象を用いて電圧をかけて薬液表面でキャッチした臭いの原因物質を発泡ガラスの奥のほうへ移動させることにより、表面に常にフレッシュな薬液を保持させることで消臭効果を長く保つことができるのではないかというものである。 この可能性を検討する。

図13 電気浸透のイメージ

3.5 界面導電現象

界面導電現象は200年以上前に、当時モスクワ大学で教鞭を執っていた Reuss により発表された論文に初めて紹介された^[33] 。この論文中にU字ガラス管に粉末状の石英を詰め純で満たし、石英粉末に2ほんの白金電線をU字ガラス管に取り付けた。ここに電位差を与えたところ、水の電気分解に加えてU字ガラス管の負極側の水位が上昇し、正極側の水位が低下する現象が生じた。このときの現象を図14にて再現した ^[34]。

図14 界面導電現象を利用した脱臭装置の概略図

3.6 ζ電位

電気浸透を説明する際にゼータ電位に触れておかなければならない。そしてその下地として電気二重層を紹介する。

水溶液と接している固体または液体の界面では、電荷を帯びている場合がほとんどである^[35] 。例えば、固体側が+の電荷を帯びている場合、水溶液側から-のイオンを引き寄せる。このときの模式図を図15に示した。

粒子表面のイオン分布が固体表面から離れることで拡散されていく様子から、この構造を拡散電気二重層と呼ばれ、このイオンの広がりをχ ^-1 と表される。固体の表面電位を二重層電位呼ぶ。この様子を図16に表した。拡散電気二重層は発泡ガラスの電気浸透を考える上で重要な指標となる ^{[36] [37]}。この面における電位がゼータ電位である^[38]。

図15 電気二重層

図16 固体の表面電位

3.7 デバイヒュッケル理論

デバイヒュッケル理論は溶液の活量係数を計算するものである。イオン間の相互作用力として静電的な長距離力のみを考えるため、非常に希薄な溶液でなければ適用できない ^[39]。

１つのイオンに注目したとき、イオンのまわりには統計的にみて反対符号が過剰に集まると考えられている^[40] 。この電気二重層のなかで、中心イオンからの距離rとr+drの間にある球殻中の量 dq は

と表される。このとき、χr=1で極大をとり、イオンの中心から電荷密度最大のところまでの距離を示す量がχ^-1である^[41] 。この様子を図17に示した^[42]。

図17 デバイヒュッケル理論

3.8 界面導電現象の利用

発泡ガラスの細孔径は0.1µm～2µm程度である。この比較的孔径が大きいことを利用し、薬液と発泡ガラスを組み合わせた電気浸透による脱臭の可能性について調査した。

発泡ガラスは、薬液の電気二重層に対して適した孔径を持っていることから、電気浸透を活用した発泡ガラスによる薬液の浄化による脱臭ができるのではないかについて調査を行いました。その結果表にあります通り、これらの濃度をもつ電解質は発泡ガラスの細孔径は0.1µm～2µmに収まるイオン雰囲気の厚さを持っていることから、発泡ガラスを電気浸透へ利用できるのではないかと考えた。電気二重層の概略図を以下の図18に、種々の型の電解質の濃度による電気二重層の厚さを表19に示した。

図18 電気二重層の概略図

図18にあるとおり、液中の粒子は電気二重層を形成している。このときの層の厚さを表19で表した。ゼオライトの細孔径は0.2~1.0nmである一方で、発泡ガラスの細孔径は0.1~2.0nmである。これらを比較すると、ゼオライトは電気二重層の厚さに対して細孔径か小さい。しかし、発泡ガラスの細孔は電気二重層の厚さに対しベストな大きさが保たれており、電気浸透への利用が期待できることが分かった。

　この際にζ電位が関係する。前述のとおり、ζ電位は溶液中の微粒子の周りに形成する電気二重層中の、液流動が起こり始まる「すべり面」の電位として定義されている。「すべり面」とは、微粒子の周りに形成する「イオン固定層」と、その外側の「イオン拡散層」との間に存在すると便宜的に定義された境界のことで、固定層の外側からイオンを含む液体流動が起こることから、この概念的な境界の事を「すべり面」と言う。 そして、ζ電位が起因するもののひとつに電気泳動がある。これは電荷をもった分子に電流を流すと、粒子が一方から他方へと移動する。 この方法を用いた消臭方法について以下の図20の通り検討した。

図20 発泡ガラスを隔壁として利用した電気浸透の利用想定図

図のように液体を満たした容器を発泡ガラスによって仕切り、良質に不溶性電極を入れて電圧をかけると、液が一方から他方へ移動し水位が変化する。 水面が高い方から低い方へと流れる管を通すことで、水面が低い方は、空気との接触面が常にフレッシュな液体で満たされ、効率よく消臭効果が発揮できると考えられる。このとき、管内で短絡を防ぐため絶縁措置を施す必要がある。

現状ではまだ検討不十分であり、実験による確認も出来ていないが、薬剤の替え時を判断・お知らせする機能も付加できそうで、期待している。

3.9 使用薬液の検討

薬液を使用した際の臭いの

薬液を用いた脱臭のメカニズムを示したが、これに利用する薬液を考える。昨今の消臭・脱臭剤需要の高まりから多くの薬剤が開発され、使用されてきた。これらの薬剤を本研究での脱臭剤として利用できるか調査するために、現在薬液に使用されている物質を調べ、以下表21に示した。

表21　脱臭剤の分類と名称

アルデヒド類

主として縮合・シッフ反応により脱臭される。臭気成分の分子を大きくすることで鼻に感じにくくする。

以下のように、有機アミンと縮合反応し脱臭が行われる^[47]。

R -CHO + R’ -NH₂ → R -CF:N -R’

R-C=C

C=C二重結合を有しており、この2重結合によってフリーラジカル反応による重合によって脱臭される^[48]。

葉緑素

緑色を発色する色素で、4つのピロールが環を巻いた構造のトラピロールに長鎖アルコールがエステル結合した基本構造を持ち^[49]、 商品の原材料に“植物抽出エキス”として当該物質が記載されている^[50]。

消臭メカニズムとしては付加、重合、縮合などの反応によるものである。

グリコール類

グリコール類は溶剤としての性質に優れ、殺菌作用を有している。洗剤、消毒剤、殺菌剤などに使用されており、脱臭剤としても利用されている ^[51]。

界面活性剤

消臭・脱臭剤に使用されている界面活性剤は香料を溶け込ませる働きと臭い物質を吸着する働きを持っている。両性界面活性剤など陽性、陰性にも帯電する界面活性剤が多く使用されている ^[52]。

それぞれの物質は以上のような脱臭機構を示している。

これらの消臭剤を考えたうえで、3.1で示した臭いに対しては、アルデヒドや芳香族系のものは、炭素を多く有していることから、炭素系の悪臭に対して効果が期待できる。しかし、それらの物質自体が特有の臭いを発することから、薬剤として使用をするうえで一考の余地がある。

炭素系、窒素系、硫黄系それぞれに作用するものとして、グリコール類および界面活性剤を薬液と用いることで、化学的に悪臭物質を塩などに変性させ脱臭・液中に溶け込ませる方法が最も現実的かつ最適な方法であると考えた。

例えば、メチルメルカプタンや硫化水素に対応する水酸化ナトリウムを使用すると、水酸化ナトリウムはNa+とCl-に電離する極性分子であることから表18より1-1型を参照する。この表から電解質の濃度が10-3mol/L以下の濃度であれば最適なイオン雰囲気の厚さをもつ。

これを薬液として脱臭させたとき、反応式は以下の通りになる。

NaOH　+　CH₃SH　→　CH₃SNa　+　H₂O

本来であれば、これを使用した際の流動電位の大きさの計算や消臭効果の期待できる濃度の計算をするべきところであるが、私の勉強不足によりこれ以上の予想される消臭メカニズムおよび性能を理解することができなかった。

参考として、私が使用した資料を巻末に付録する。

ゼータ電位をζ[V]、溶媒の粘度をη[N/m²・S]、誘電率をε[F/m]、細孔断面積をA[m²]、電極間距離を [m]、流動電流をI[A]、細孔内圧力をΔΡ[N/m²]をかけ押し流すと以下の式になる。^[53]

上記の式より、必要な電流値が明らかになり、さらに、生成物がイオン性の極性を持っていることから、上述の通り、電流値の変化を観測することで、薬液の劣化を測定できるのではないかと思う。

第4章　結言

わが国では戦後、無秩序な廃棄物の排出によって、4大公害病をはじめとした多くの環境問題に直面し、そのたびに法整備や対策・取り組みを行ってきた。その結果、徐々に問題は解決されてきたものの、最終処分場の選定、汚染問題は未だ多くの問題を抱えている。廃棄物の減量によりこれらの問題を解決するための手段として、ごみとして廃棄される発泡ガラスに着目し、リサイクル先の一種である発泡ガラスの活用方法について調査を行った。

これらを踏まえたうえで、発泡ガラスのもつ多孔質間隙構造に着目することで、この間隙構造を活かした活用法と既存品との優位性を比較した実用性の評価を行った。

吸着量は比表面積および孔の大きさによって大きく左右されます。発泡ガラスの性能を評価する際の参考例として、現在実用化されているゼオライトと発泡ガラスガラスの物性を比較し、それぞれの物性を比較した。

孔の構造にはマクロ孔、メソ孔、マイクロ孔があり、このうち吸着が発生するものは２nmのほどマイクロ孔である。これを前提に考えると、発泡ガラスの比表面積はゼオライトの約4分の1、孔径もゼオライトの方がより緻密な細孔構造を有していることから、発泡ガラスの物理的吸着力はゼオライトに劣ることが明らかとなった。

単体での脱臭効果が劣ることが明らかになり、次に薬液を用いた脱臭について調査を行いました。脱臭・消臭には吸着、薬液、芳香、触媒の4つがあり、残りの3つの方法のうち、界面導電現象を用いた薬液の利用が可能であると考えたことから薬液を用いた脱臭方法を選択した。

そして、発泡ガラスの細孔径は0.1µm～2µm程度であることから、この比較的孔径が大きいことを利用し、薬液と発泡ガラスを組み合わせた電気浸透による脱臭の可能性について調査を行った。泡ガラスは、薬液の電気二重層に対して適した孔径を持っていることから、電気浸透を活用した発泡ガラスによる薬液の浄化による脱臭ができるのではないかについて調査を行いました。その結果表にあります通り、これらの濃度をもつ電解質は発泡ガラスの細孔径は0.1µm～2µmに収まるイオン雰囲気の厚さを持っていることから、発泡ガラスを電気浸透へ利用できるのではないかと考えた。

これらのことから、臭いの原因物質を取り込み効果が薄れた消臭効果のある薬液を電気浸透を用いて浄化し、フレッシュな状態にする装置を利用することで、発泡ガラスを界面導電現象の隔壁としての活用方法か期待できるという結論に至った。

しかし、現状では薬液の候補はあるものの、実際に使用可能な薬液の選定、さらにはこれらを用いた消臭性能の評価までは至っていない。

今後、研究をする機会があれば、これらの点をより深く調査を行いたい。

第5章　あとがき

本研究室で卒業研究を行うにあたり、熱心にご指導賜りました 仁科辰夫教授､立花和宏准教授､伊藤智博准教授、提出直前で助言を頂きました川井 貴裕 准教授、そして1年間共に歩んできた同輩の皆様に厚く御礼申し上げます。この卒業論文を完成させるにあたり、皆様の協力なしには完成させることができませんでした。この場を借りて再度感謝を述べさせていただきます。

一年間の経過はとても速いものでした。

私は工学部でありながら就職志望の業界が文系の世界で、そのため就職活動期間が研究室の同輩や同じ学科の同期より長くなりました。そして、新型コロナウイルスの影響も甚大で、首都圏での就職を希望していることから面接で東京方面へ向かうごとに2週間の自宅待機の必要があることから、研究室にあまり顔を出すことができずにいました。その結果、研究が遅々として進まず、多くの困難を抱えました。しかし、今ではこのような経験ができて本当に良かったと思います。何事も必死に取り組めば、いずれ良い方向へと向かう、そのようなことを実感した気がします。

私の就職先は本研究で取り上げられたような廃棄物の処理が大きな課題となっており、そしてこれに関連する問題も多く発生しています。本研究を世間の皆様に対し、僅かでも貢献できれば幸いです。

最後に、指導教員の方々、研究室の同輩、そして本卒業論文を手に取っていただいた皆様、本当にありがとうございました。

2021年2月16日　伊藤直樹

第6章参考文献

[1]環境省.化学と環境年表.2019年,https://www.env.go.jp/council/21kankyo-k/y210-05/ref02.pdf,(2021/2/15)

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[9]環境省, 循環型社会形成推進基本法の概要, https://www.env.go.jp/recycle/circul/kihonho/gaiyo.html , (2021/2/15)

[10]環境省. 循環型社会形成推進基本法の概要,2000年, https://www.env.go.jp/recycle/circul/kihonho/gaiyo.html(2021/2/15)

[11]環境省,環境基本法概要.2015, https://www.env.go.jp/recycle/circul/keikaku/gaiyo_3.pdf,(20201/2/15)

[j99]３Ｒ政策 METI/経済産業省 https://www.meti.go.jp/policy/recycle/index.html , (2021-2-15)

[12]経済産業省,紙片有効利用促進法, https://www.meti.go.jp/policy/recycle/main/admin_info/law/02/index.html#:~:text=%E8%B3%87%E6%BA%90%E6%9C%89%E5%8A%B9%E5%88%A9%E7%94%A8%E4%BF%83%E9%80%B2%E6%B3%95%E3%81%AF%E3%80%81%E5%BE%AA%E7%92%B0%E5%9E%8B%E7%A4%BE%E4%BC%9A%E3%82%92,%E5%AE%9A%E3%82%81%E3%82%8B%E3%81%93%E3%81%A8%E3%81%A8%E3%81%97%E3%81%A6%E3%81%84%E3%81%BE%E3%81%99%E3%80%82 , (2021/2/17)

[13]環境省,環境再生・資源循環, http://www.env.go.jp/recycle/yoki/a_1_recycle/index.html#recycle_01,(2021-2-17)

[14]環境省,酒類業者のための容器包装リサイクル法のあらまし, https://www.nta.go.jp/taxes/sake/kankyohorei/aramashi/data/all.pdf ,(2021-2-17)

[15]ガラスびん3R推進協会,ガラス瓶, https://www.glass-3r.jp/data/pdf/data_01.pdf ,(2021-2-17)

[16] （国研）土木研究所 寒地土木研究所 寒地道路保全チーム,https://www2.ceri.go.jp/jpn/iji/tema/garasukaretto.pdf, (2021-2-17)

[17]ガラスびん3R促進協議会, ガラスびん生産量・カレット使用量の推移,平成24年, https://www.glass-3r.jp/data/pdf/data_01.pdf ,(2021-2-17)

[18] 経済産業省, その他用途リサイクルの需要拡大に関する課題及び課題解決に向けての 展望,平成16年, https://www.meti.go.jp/policy/recycle/main/data/research/h16fy/160602-1_kgc_5.pdf, (2021-2-17)

[19]科学技術振興機構,科学技術振興機構報 第442号,2007年11月19日, https://www.jst.go.jp/pr/info/info442/index.html , (2021/2/17)

[20]国立研究開発法人,国立環境研究所,2020年 https://tenbou.nies.go.jp/science/description/detail.php?id=64,(2021/2/17)

[21]ガラス発泡材事業協同組合,スーパーソルとは,2020, http://www.supersol.jp/supersol , (2021/2/17)

[22] ガラス発泡材事業協同組合,スーパーソルとは,2020,http://www.supersol.jp/,(2021/2/17)

[23]東ソー株式会社,ゼオライト, https://www.tosoh.co.jp/zeolite/about/index.html , (2021/2/17)

[24]株式会社クラレ,活性炭の用途, http://www.kuraray-c.co.jp/activecarbon/use/ , (2021/2/17)

[25] 大迫 政浩,西田 耕之助, 芳香系消臭剤の感覚的消臭機構に関する研究,1965/5/26,*https://www.jstage.jst.go.jp/article/jje1965/26/5/26_5_271/_pdf, (2021/2/17)

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[28]芳香消臭脱臭協議会,2020, http://www.houkou.gr.jp/faq/faq_01.html#05,(2020/2/18)

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[30] ゼオライトとはなにか,bell-lite, http://www.landbell.jp/images/pdf/bell-lite_kiso.pdf , (2021/2/18)

[31]【ガラス発泡資材事業協同組合】スーパーソル」製造及び販売、スーパーソル普及組合".ガラス発泡資材事業協同組合 http://www.supersol.jp/supersol

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[33]小山秀美中澤亮二亮二中澤秀美小山 ガラス発泡体、ガラス発泡体を含むリン酸吸着剤、ガラス発泡体を含む植物育成用培地及びガラス発泡体の製造方法 2009-07-21 ,

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[39]化学徒の備忘録, https://www.syero-chem.com/entry/Debye-Huckels_formula,(2020-2-22)

[40]外島忍　佐々木英夫,社団法人　電気学会,電気化学（改訂版）,昭和51年10月10日,(2020-2-22),P35

[41]外島忍　佐々木英夫,社団法人　電気学会,電気化学（改訂版）,昭和51年10月10日,(2020-2-22),P38

[42]外島忍　佐々木英夫,社団法人　電気学会,電気化学（改訂版）,昭和51年10月10日,(2020-2-22),P39

[43]奥山誠也,下村修一,松本真和,川鍋賢人,和田善成,微細気泡混入によるセメント改良態の品櫃改善に関する研究, セメントスラリーのゼータ電位,2017-12-2, http://www.cit.nihon-u.ac.jp/laboratorydata/kenkyu/kouennkai/reference/No.50/pdf/4-11.pdf (2021-2-22)

[44] 外島忍　佐々木英夫,社団法人　電気学会,電気化学（改訂版）,昭和51年10月10日,(2020-2-22),P40

[45] 大島広行,界面導電現象の発展,2013, https://www.jstage.jst.go.jp/article/oleoscience/13/7/13_291/_pdf ,(2021-2-22)

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[49]農研機構,花き研究所, http://www.naro.affrc.go.jp/archive/flower/kiso/color_shikiso/contents/chlorophyl.html , (2021-2-25)

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[53]外島忍　佐々木英夫,社団法人　電気学会,電気化学（改訂版）,昭和51年10月10日,(2020-3-3),P125