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生石灰から生成した消石灰粉末の比表面積に及ぼす
Akita University 8 2 研 究 論 文 生石灰か ら生成 した消石灰粉末の比表面積 に及ぼすアルコール添加の影響 中 山 勝 洋, *昌 子 智 由, *牧 野 和 孝 * I nf l ue nc eofal c oholaddi t i onont hes pe c i f i cs ur f ac ear e aofs l ake dl i mepowde rge ne r at e df r om qui c kl i me Kat s uhi r oNAKAYAMATTomoyos hiSHO UJ I †andKaz ut akaMAKI NOI Abs t r ac t s Thedi oxi nf r om t hegar bagei nc i ne r at i oni soneoft hemos ts e r i ouse nvi r onme nt alpr ob1 e msi nr e c e ntye ar s. The r ei same t hodus i ngs l ake dl i me ( Ca( OH) 2 )asoneoft hedi oxi n pr e v e nt i veme t hods,r e ac t i ngl nt hepr e s e ntgar bagei nc i ne r at i onandr e movi ngt hec hl or i nei n c ombus t i one xhaus tgas. Thef or mat i onme c hani s m ofs pe c i f i cs ur f ac ei nt hes l ake dl i mepowde rge ne r at e dbyr e ac t i onf r om qui c kl i mei snots uf f i c i e nt l ye l uc i dat e dupt onow. I nt hi spape r,t hef or mat i onme c hani s m ofs ur f ac ei sf undame nt auyande xpe r i me nt al l y di s c us s e d. Ast her e s ul t ,i ti sf undame nt al l ypol nt e doutt hatt heal kylc hai nl e ngt hoft he adde dal c oholand,att hes amet i me,t heal c oholc onc e nt r at i oni ns ol ut i onpl aypr e domi nant r ol e si nt hef or mat i onofs ur f ac eoft hes l ake dl i mepowde r. Ke yWol ･ ds:qui c kl i me,S l ake dl i me,s pe c i f i cs ur f ac ear e a,al c ohol 1. 緒 言 近年, ゴ ミ焼却場か らの ダイオキシン発生が問題 となって い 粒径4 5〟m 以下 となるように調整 して消石灰生成 反応実験 に 供 した｡( 以下,生石灰 と表記す る｡ )一方,供試各 種 アル コー ルは,メタノール ( CH3 0H) ,エタノール ( CH3 CH2 0H)及び 1 る｡現在のゴ ミ焼却場での,ダイオキシン発生防止策の 1つ と -プロパ ノール ( CH｡ CH2 CH2 0H)の 3種類 ( 和光純薬社製特 して,消石灰 ( Ca( OH) 2 )を用いて,燃焼排 ガス中の塩素 を反 級試薬)を用 いて消石灰生成反応実験 に供 した｡ 応 させて,除去す る方法がある｡ この反応 は,消石灰表面 で塩 素 との反応が起 こると考え られ るため,消石灰の比表面積 を増 大 させ ることにより,反応効率向上 と消石灰単位重量当たりの 塩素吸収量を増加 させ られると考え られ る｡また,燃焼排 ガス 中の塩素,二酸化硫黄 と瞬時に効率的な反応をさせ るには,潤 石灰 は比表面積が大 きな細粒であることが好 ま しいとされてい 2.2 消石灰の生成反応 Fi gur elに反応装置の概略図を示 す｡ 図 中の5 0 0 dm3 の ビー カーに,生石灰5 6 gを分取 した｡ この ビーカーを2 9 8 K の水浴 槽中に設置 して,所定量のイオ ン交換水 ( 以下,水 と表記する｡ ) またはアルコール水溶液を加えて,よ く撹拝 しなが ら消石灰粉 る1 ) 2 ) ｡ また,生石灰 の消石灰生成反応 で, アル コールを添加 Sc r at c hS t i c k 剤 として用 いた特許が,すでに 2 ,3報告 されている3ト6 ) ｡ しか し,生成 した消石灰 の比表面積 と添加剤 との関係及 び添加剤官 Ther momet e 能基の効果 につ いての系統的な らびに基礎的な検討が未だされ ていない｡そ こで,本研究 においては,生石灰の消石灰生成反 応 に関 して系統的な実験を行 い,生成 した消石灰の比表面積 と ( 添加 したアルコールとの関係及 びアルコール官能基 との関係 に I ついて検討 し,興味深 い知見を得たので報告す る｡ ii i i i i i i i i ii ii 2. 実験方法 2 .1 供書 式原料 供試原料の酸化 カルシウム ( 和光純薬社製 1級試薬) を ロー ラー ミルにより,粉砕助剤を使用 しないで粉砕 し,粒度 を平均 平成 1 2年 1 2月 5日受付 *秋 田大学工学資源学部環境物質工学科 〒01 00 852 秋 田市手形学園町 1 -1 秋 田大学工学資源学部環境物質工学科環 IDe p a r t me n to fMa t e r i a l sEn g l n e e r l n gf o rRe s o u r c ea n dEn v i r o n一 me n tFa c u l t yo fEn g i n e e r l n ga n dRe s o u r c eS c i e n c e , Ak i t aUn l V e r S i t y l 1T e g a t aGa k u e nc h o , Ak i t aCi t y, Ak l t a010-0852 Ema i l ･ n a k a y a ma @i p ca k i t a u. a c . J p 素材物性学雑誌 ▲ ▼ 1▼ ▲ Fi gur e1 Conc e pt ualdi agr am oft e s tr e ac t i onappar at us 第1 3巻 第 2号 ( 2 00 0年 1 2月) Akita University 8 3 生石灰か ら生成 した消石灰粉末の比表面積 に及 はす アル コ-ル添加 の影響 Tabe 末生成反応 を行 った｡生成 した消石灰粉末 は,反応後ただちに, 1 l 0×1 0 3m 一定 に堆積 さ ステ ンレス製 のバ ッ ト底面上 に厚 さ1 Sp ec ific Anal yt i cPl a ce せて, さ らにバ ッ ト容器上面 に3. 2× 10 2m2中 に等 間隔 ( 4× su r fa c ea r e fqu i c kl i a m o e Sp e ci &csur f ac ea r ea l m2/ g] 1 02 m) に直径 1× 1 02 m の穴 を格子状 に開 けた アル ミ箔 で フ Upperpa r t Mi ddl e 8 3 K の乾燥器 に入れて,熟成 に引 き続 きそ の まま タを して,3 乾燥 をお こな った｡熟成 を含 めた乾燥処理 時 間 は合計 4時 間一 Lowerpar t 5 0〟m で,乾 式 ふ るい分 け 定 と した｡乾燥後 の消石灰粉末 を1 を した｡ふ るい上 の消石灰粉末 は, 乳鉢 で粉 砕 して,再 度 1 5 0 5%以上 と した｡ た と 〃m でふ るい分 けをお こな い回収量 を9 1 1 . / ぇば,再度 1 5 0〃m でふ るい分 けをお こな った試 料 の比 表面 積 で きたが,炭酸 カルシウムの ピークは確認 で きなか ったため, 3. 1 m2 /g,1 5 0〟m で乾式ふ るい分 けをお こな った試 料 の比 は2 原料生石灰中に炭酸 カル シウムはほとん ど含 まれていないと考 表面積 は2 3. 0 m2 /gで ほとん ど同一 で あ った｡ この よ うに して 2∂-3 7. 3 40) と え られ る｡酸化 カル シウムのメイ ンピー ク ( 5 0〟m 以下 の消石灰 を以下 の各測定 に用 いたo また 得 られた1 サ ンプルの保存方法 は,JI SR 9 0 01に基づ いて保管 した｡ 水酸化 カル シウムのメイ ンピーク ( 2∂ -3 4. 0 90) の検 出強度 の比較か ら,水酸化 カルシウムは微量 しか含有 されていない と 考 え られ る｡以上 2つの ことか ら,原料 の生石灰中 カル シウム 2.3 測定方法 2.3.1 比表面積測定 2.2で生成 した消石灰粉末 の比表面積 は,B. E. T法を適用 し た湯浅 アイオニ クス社製 モノソープ1 6 型 を用 いて 1点法で測定 した｡ 分 の大部分が酸化 カル シウムとして以後 の実験 をお こな った｡ gur e3に示 す ｡ また原料 生石 灰 の粒 度 測定 を した結 果 を Fi Fi gur e3か ら,平均粒子径 は,1 3. 2 9〟m で あ り, 粒子 径 6 0〟 m 以上 の粒子がない ことか ら,粉 砕時 の平均 粒 径 4 5〟m 以 下 と した調整条件 を満 た していることを確認 した｡ さ らに原料 生 2 .3 .2 粒子表面観察 石灰の上部,中央部 および,下部か ら採取 したサ ンプルの比 表 生 成 した 消 石 灰 粉 末 の 粒 子 表 面 の 形 態 観 察 は , SEM 面積測定結果 を Tabl elに示す｡Tal belか ら中央部 サ ンプル NG ELECTRON MI CROSCOPE ( TOPCOM 社 製 SCANNI の比表面積が,上部 サ ンプルや下郡 サ ンプルの比表面積 よ りわ SM51 0 )を用 いて測定 した｡ 2.3.3 粒度測定 生 成 した消 石 灰 の粒 度 は, 島 津 製 作 所 製 LASER DI F- 5 0〃m と して分散 溶媒 に和光純薬 社製 用 いて, レンジを 1-1 特級 エタノールを使用 して測定 した｡ 生成 した消石灰 の Ⅹ線回折 は, 日本電 子社 製 JDX3 5 3 0Ⅹ- ′ 0 S 2.3.4 X 線回折測定 % 'V )† R. ･= 凪 FRACTI ON PARTI CLE SI ZE ANALYSER SALD1 1 0 0を RAY DI FFRACTOMETER SYSTEM を用 いて測定 した｡ 3 . 実験 結 果 及 び考察 3.1 原料生石灰の分析 生石灰 は非常 に反応性があ り,空気中の二酸化炭素 と反応 し ′ て炭酸 カル シウムを生成 しやす い性質 を持 っている｡ したが っ 3 4 ち B 2 て ロー ラー ミルでの粉砕等 によって調整 した生石灰 の一部が炭 → 酸 カル シウムにな って いる可能性が あるため,Ⅹ 線回折測定 を した結果 を Fi gur e2に示す｡Fi gur e2において, 酸化 カル シ Fi g u re 3 E ]18 2 3 4 X Pf 〕 RTI CLE DI RMETEP Parti cle s ize d i s 与 qu o b E l1 08 2 (即T) tiuti on f r S i c k l i m e CaO) と水酸化 カル シウム ( Ca( OH) 2 )の ピークは確認 ウム ( 音 U J･X T A ｡ du ︼ ︻S g u a l 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 8 5 5 的 20 Fi gur e2 ⅩRD di agr am ofqui c kl i me 素材物性学雑誌 第1 3巻 第 2号 ( 2 000 年1 2月) Akita University 84 中山勝洋 ･昌子智由 ･牧野和孝 ずかに大 きくなったが,測定器の誤差を考慮す るとほぼ差 はな いと考え られるため,原料生石灰の比表面積 は2 . 4m 2/ gとした｡ 3.2 生成消石灰の比表面積 に及ぼす水量の影響 Tabl e2 Sampl ec ondi t i onsoft hedi ge s t i onr eac t i on Reac t i ontemper at ure Reac t i ont i me l mol / molCaO】 t K】 【 s i 1 . 00 生石灰 と水 は下記の反応 により消石灰 となる｡ CaO +H2 0 - Ca( OH) 2+6 5. 2 6 kJ/mol ( 1 ) 式( 1 ) に示すように,生石灰 と水 は理論的には等モルで反応する｡ このときの必要な水量を水比 1 と以下表記 す る｡本実験 で は水 Sampl ec ondユ t i ons 1 . 1 0 1 . 20 373 31 ( Wa t e ri nqui c k l i me) 1 . 2 3 0 5 1 . 4 0 …言三 373 雲三 43 十 ( Sh J r r y) 1 . , 6 5 0 1 . 70 …言… 373 三三 45 Vi s cosi t y 2 i 1 . _ 2 0 9 8 7 5 0 5 2, 75 三…… 373 菜 7 8 Low I 比を1 . 0 0-3. 0 0まで変化 させて,生成 した消石灰粉末 の比表面 積 に及ぼす水比の影響 を検討 した｡その反応中最高温度 ( 通常 3 7 3 K,以下反応温度 と表記す る｡),反応温度 までの到達時間 ( 以下,反応時間 と表 記 す る｡), 反 応 中 の サ ンプル状 態 を 1 Tabl e2と比表面積測定を した結果を Fi gur e4に示す｡Tabl e 2か ら,反応温度 は水比 が変化 して もはぼ37 3 K を示 した｡ こ れは,用 いた水の顕熱量 ( 2 9 8 K か ら3 7 3 K まで加熱す る場合) したが って,用 いた水量が増加 したことによると考え られ る｡ より式( 1 ) の反応の発熱量が過剰であるため考え られ る｡たとえ Fi gur e.4によれば比表面積 は水比 1. 7 5で極大値 2 0. 5 m2 /gを示 . 7 5での反応 が最適 し,比表面積を最大 にす る観点か ら,水比 1 ば,水比3. 0 0の場合では,用 いた水の顕熱量 は最大 で も11. 2 kJ で,反応の発熱量6 5. 2 6 kJとなるか ら,反応系 内 の温度 が 3 7 3 K であることを示 している｡ したが って以後のアル コール水溶液 になるのに十分 な発熱量 と考え られ る｡反応時間 は,水比 が増 系反応 において,基本的には水比を1 . 7 5 -定 として反応 をお こ 大す るに したが って長 くなった｡また反応中のサンプル状態は, な うが,1-プロパ ノールを添加 した反応 につ いて は水比 1 . 2 5 水比が増大す るに反 して固化 ( 水比 1 . 0 0 ),水 が生石灰 に含浸 について もお こなった｡また,Fi gur e4の結果 は,水比 によ された状態,スラリー状態,水中に生石灰が分散 した状態へ と り消石灰 の生成 メカニズムが相違 していることを示唆 していて サ ンプルの粘性が低下 した｡ これ らのことは水比 の増大す るに 今後 の基礎的検討 に期待 され る｡ 3.3 生成消石灰の比表面積に対する7ルコールの影響 添加す るアルコールの種類 は,水 と任意の比率で溶解す るメ タノール ( CH3 0H) ,エタノール ( CH3 CH2 0H)及 び 1-プ ロ 0 2 5 a ︻ BJ8 朋 ︼ d aJtZU t 1 J Jn S Dg d as .- ; ; jJ 二◆ ◆ パ ノール ( CH3 CH2 CH2 0H)で,それぞれについて系統 的 に検 討す る｡ 3.3.1 生成 した消石灰の分析 生成 した消石灰 について,Ⅹ線回折測定をお こなった｡一例 として1 6. 6 m011-プロパ ノール/dm3 H2 0 水溶液 を使用 して 生成 した消石灰の測定結果を Fi gur e5に示す｡Fi gur e5にお いて,確認 した ピークは水酸化 カルシウムのみだったことより, !D 0 サ ンプル中に未反応の酸化 カルシウムがないと考え られ る｡ こ の ことは,他のサ ンプルについて も同様であった｡ 1. 5 2. 0 2. 5 Wa t e rr a t i o【 mo I H2 0/mo ICa O] 3. 0 Fi gur e4 Ther e l at i onbe t we e nt hewat e rr at i oi nt hedi 一 ge s t i onr e ac t i on and s pe c i f i cs ur f ac ear e a of s l ake dl i me 3.3.2 生成消石灰の比表面積 に対 す るアル コ-ル添加量 の影響 1. 6 7 mol( 水比 1 . 7 5 ) の水 に,CaO l molに対 して0. 0 5 mol か ら0. 5 0 molまで 1-プロパ ノール添加量を変化 させて,生成 した消石灰の比表面積の変化を測定 した｡ この反応の反応温度, T(H O )t ZU a ( HO ) t C ! )A = 〓 ｡= ︻ ノ o tj ( u t･ X u a l u a ( H O )t!? 計 oo 7 n U ︻ s du =3 ! S 2 0 Fi gur e5 ⅩRD di agr am ort hes l ake dl i me( 1 6. 6 m011 pr opanol /dm3 H2 0) 素材物性学雑誌 第1 3巻 第 2号 ( 2000年 1 2月) Akita University 85 生石灰か ら生成 した消石灰粉末 の比表面積 に及 ぼす アル コール添加 の影響 反応時間および,反応 中のサ ンプル状態 を Tabl e3に示 す｡ Tabl e3か ら,反応温度 はアルコール添加量が増大す るに反 し て低下 した｡反応時間 は,アルコール添加量が増大す るに した Tabl e3 Sampl ec ondi t i onsofLpropanoladdedt hedi gest i onr eact i on at u re 1 p r o p a n o l R e a c t i o nt e mp e r l mo l / mo l Ca O] l Kー が って長 くな った｡ ここで反応温度及 び反応時間を水のみの反 R e a c t i o nt i me 【 S 】 S a mp l ec o n d i t i o n s 0_ 05 3 73 21 0 H i g h 0. 1 0 3 70 660 T 36 0 11 4 0 361 35 9 1 05 0 1 3 0 応 ( Tabl e2) の水比 1. 7 5での反応温度 37 3K と反応時間 45Sに っいて比較す る｡1-プロパ ノール添加 した系の反応温度 は,1 -プロパ ノール添加量が増加す るに したが って反応温度 が37 3 K か ら3 58K まで低下 した｡また反応時間につ いて も21 0Sか ら 0 OA , _ 2 3 0 O 1 40 0Sまで遅延 した｡ これ らの理 由 と して は, 1-プ ロパ ノー v ( i S s c l u o n s y i t ) y 1 ル添加 により消石灰の生成条件が変化 した こと,反応が徐々に 進行 したために発生 した熱が逐次的に水浴槽側に奪われたこと, 1-プロパ ノール添加量の増加 によって反応系 に対す る水溶液 の形状が丸みを帯 びたと考え られる｡よって反応が速 くとも水 の割合が増加 したこと,共沸 により37 3K 以下 で蒸気 が発生 し 分量が多 いために,温度上昇が遅 くな り反応時間が長 くな り粒 て反応熱が消失 したことが考え られ る｡ 径が成長 した ことによるものと推定 され る｡ ここで, グラフの これ らの要因の検討 な らびにアルコールを添加 した反応 にお 傾向をとると水比 1. 25および水比 1. 7 5のいず れ の場合 も生成消 いて生成消石灰の比表面積 と反応温度の相関 について今後の基 石灰粉末の比表面積 は,1-プロパ ノールの増加 に したが って 礎的研究が期待 され る｡ 増加 していることがわかる｡ したが って,1-プ ロパ ノール濃 反応中のサ ンプル状態 は,Tabl e2と同様 にアル コール水溶 度の増大 に伴 って,生成 した消石灰の比表面積 も増大す ること 液量が増大す るに したが ってスラ リー状態のサ ンプル粘性が低 がわか る｡ このことより,生成消石灰粉末 の比表面積の支配 因 下 した｡ この ことは,アルコールの添加量の増加 によって反応 子 として考え られた水比 と 1-プロパ ノール濃度 の うち,1- 系に対す る水溶液の割合が増加 したためと考え られる｡また同 プロパ ノール濃度が最 も重要な因子 と結論で きる｡さらにアル 様の実験 について水比を1. 2 5に した もの もお こな った｡反応温 コールの濃度 による生成 した消石灰比表面積の変化については, 皮,反応時間および,反応中のサ ンプル状態 は, Tabl e3と同 今後の基礎的検討が期待 され る｡ 様の傾向を示 した｡ 水溶液中の 1-プロパ ノール濃度 の影響 として整理 して生成 消石灰粉末の比表面積 と比較 した｡ その結果 を Fi gur e6に示 す｡Fi gure6の水比 1. 2 5及 び1. 7 5の条件の比表面積を Fi gur e4 と比較 して,1-プロパ ノール水溶液を反応 に用 いて生成 した 消石灰の比表面積 は,水を反応 に用 いて生成 した消石灰の比表 面積 よりも大 きくなっている｡ これ らの ことか ら,1-プロパ ノールの添加 は,消石灰粉末の比表面積 の増大 に寄与 してい る と推論で きる｡つ ぎに Fi gur e6中の同一 の プロパ ノール濃度 では,水比の大 きい方が比表面積減少を示 しているが, これ は 水分量が多 くな ったために,水和反応が促進 されて,結晶粒子 3.3.3 生成消石灰の比表面積 に対 す るアル コールの種類 の影響 アルコールとして,メタノール,エタノール及 び 1-プロパ ノールの 3種類を用いて,生成消石灰粉末の比表面積 に及 ぼす 影響 について検討 した｡すなわち,いずれのアルコールに対 し て も,添加量0. 05molか ら0. 5 0molを予め1. 67 mol( 水比 1. 7 5 ) の水 に溶解 した｡ これ ら各種 アルコール水溶液を生石灰 と反応 させて消石灰を生成 した｡そ して,その生成消石灰粉末 の比表 面積を測定 した｡その測定結果を Fi gur e7に示 す｡ いずれ の 場合 もアルコール濃度の増大 とともに,生成 した消石灰の比表 6. 6 面積 は増大 していることがわか る｡具体例 を示す と,濃度 1 0 5 5 4 0 4 ■1 p r o pa n0 1 5 3 0 3 5 2 23 m 0 10 20 30 Conc e nt r at i onofi pr opanoll mol /dm.H, 0] Fi gur e6 Ther el at i onbet weenconcent rat i onof 1 propanolands pe ci f i csurf ac eareaofsl aked l i me 素材物性学雑誌 ▲ ) ■ ■ i I◆ A I ◆ 5 1 10 0 2 ⋮ g! D Ods 5 SD TJ叫 U ads t ZJ ･m E / 百︼O dJ t taDt ︻ B [ B J N t u] t Z a Jt HU ● me t ha 皿0 1 Ae t ha no l 0 5 10 15 Conc e nt r at i onofal c ohol s[ mol / dmBH, 0] 20 Fi gur e7 Therel at i onbet weenconcent rat i onofal cohol s andspeci f i csurf acear eaofs l akedl i me 第1 3 巻 第 2号 ( 2 0 0 0 年1 2 月) Akita University 8 6 中山勝洋 ･昌子智 由 ･牧野和孝 mol /dm3 H2 0の 1-プロパ ノール水溶液 と生石灰を反応 させ, 生成 した消石灰の比表面積4 3. 0 m2/ g,同濃度のメタノール水溶 液で,比表面積2 4. 8 m2 / g,同濃度のエタノール水溶液で,比表 面積2 7 . 4m 2/ gとなることがわか る｡ す なわ ち, メタノール, エタノール及 び 1-プロパ ノールの 3種類の内で ,1-プ ロパ ノールが,生成 した消石灰 の比表面積 を最 も増大 させ ることが 指摘で きる｡また,Fl gur e7は,水比 1. 7 5としたアルコールの 同一濃度 において,生成 した消石灰の比表面積の増大効果 は, 1-プロパ ノール> ェタノール> メタノールの順 とな ること も 示 している｡この順 は,メタノール ( CH3 0H) ,エタノ-ル ( C H3 CH2 0H) ,1-プロパ ノール ( CH｡ CH2 CH2 0H) の分子量増 大の順であ り,すなわちアルキル基の鎖長増大の順 に一致 して いる｡ 3.3.4 生成 した消石灰粒子形状の比較 原料 の生石灰の粒子表面形態 について SEM を用いて観察 し 2〝m た｡その SEM 写真を Fi gur e8に示す｡水比 1 . 7 5の水 と生石灰 を反応 させて,生成 した消石灰粒子 ( 以下,水比 1 . 7 5の水 を用 Fi gur e8 SEM phot ogr aphoft hequi c kl i me いて生成 した消石灰 と表記す る｡ )表面 の SEM 写真 を Fi gur e 9に示す｡1 6. 6 m011-プロパ ノール/dm3 H2 0 の水溶液 と生 石灰 を反応 させて,生成 した消石灰 ( 以下,1-プ ロパ ノール 水溶液を用いて生成 した消石灰 と表記す る｡ )粒子表面の SEM 写真を Fi gur el Oに示す｡ これ らより,生石灰 の 1次粒子 は, 水比 1 . 7 5の水を用 いて生成 した消石灰の 1次粒子 や 1-プ ロパ ノール水溶液を用 いて生成 した消石灰の 1次粒 子の輪郭 よ り, 丸みを帯 びているため,生石灰 の 1次粒子の表面積は,水や 1プロパ ノール水溶液を用 いて生成 した消石灰の 1次粒子の表面 積 よりも小 さいと考え られる｡よって,生石灰の比表面積 が水 比1 . 7 5の水を用いて生成 した消石灰や 1-プロパ ノール水溶液 を用いて生成 した消石灰の比表面積 よ りも小 さくなったと推定 される｡つ ぎに水比 1 . 7 5の水 を用いて生成 した消石灰 の 1次粒 子と 1-プロパ ノール水溶液 を用いて生成 した消石灰 1次粒子 の大 きさを輪郭か ら比較す ると 1-プロパ ノール水溶液を用 い た Fi gur el Oの方が,水比1. 7 5の水を用 いた Fi gur e9よ り 1次 粒子が微細で,凹凸がはげ しいことか ら比表面積が増大 した も Fi gur e 9 SEM phot ogr aph oft hes l ake dl i me ( wat e r r at i o1 . 7 5 ) のと思われ る｡ 3.3.5 生成消石灰の比表 面積 に対 す るアル コールの官能 基の検討 以上の結果 より,生成消石灰粉末の比表面積がアルコールの 種類 に依存す ることより,アルコールの OH基が反応 に寄与 し ない ものと予測で きる｡なぜな らば,OH基 に依存す るので あ れば,同一濃度 において,添加 アルコール中 の OH mol /CaO molの比 は一定 とな り,アル コールの種類 によ らずに,生成消 石灰粉末 の比表面積 は,互 いに一致 す る はず で あ る｡ ま た 3. 3. 3で述べたが,メタノール,エタノール及 び 1-プロパノー ルのアルキル基鎖長の増大 に したが って生成消石灰の比表面積 が増加 している｡ ここで生石灰の消石灰生成反応 において添加 したアルコール が,生石灰粒子表面 に付着 もしくは結合 して水溶液側 にアルキ ル基をのば しているモデルを仮定す ると,アルコールのアルキ ル基が長 くなるほどアルキル基 は疎水性が強 くなるため,生石 灰 と水 との反応を阻害 して消石灰生成反応を遅延 させたと推定 Fi gur e1 0 SEM phot ogr aphoft hes l ake dl i me ( 1 6. 6 m01 1 pr opanol /dm3 H2 0) 素材物性学雑誌 で きる｡ さらに Tabl e2と Tabl e3か ら生石灰 の消石灰生成反応 にお 第1 3巻 第 2号 ( 2 00 0年 1 2月) Akita University 8 7 生石灰 か ら生成 した消石灰粉末 の比表面積 に及 ぼす アル コール添加 の影響 いて,アル コール水溶液系 の反応 は,水 のみの反応 よ りも反応 関す る実験 を行 いて,検討 した結果以下 のよ うな興味 ある知 見 時間が遅延す ることやアル コール濃度が高 くな るほど反応時間 を得 た｡ が長 くな ることを確認 した｡ ①生成 した消石灰 の比表面積 を決定す る支配的因子は,水溶 液 これ らの ことよ り,アルコールのアルキル基 の鎖長が,生 成 消石灰粉末 の表面 の形成機構 に重要 な役割 を果 た してい るもの と推定で きる｡ 中のアル コール濃度である｡ ②添加す るアル コールのアルキル基 の疎水性が強 いはど生成 し た消石灰 の比表面積 を増大 させ る効果が大 き くな る｡ さらに,前述 の SEM 写真 よ り,生成 した消石灰結 晶 の 1次 ③ アル コールを添加 した ことによ り,生成 した消石灰 の 1次 粒 粒子 は,1-プロパ ノールの添加で よ り粒 子表面 の凹 凸が顕著 子 の結晶成長 に影響 して粒子表面 の凹凸化 を促進 したために, にな った ことを確認 した｡ したが って添加 したアル コールの ア 消石灰 の比表面積 を増大 させ る効果が大 き くな る｡ ルキル基が生石灰 と水 との反応 を阻害 したため反応が徐 々に進 ④以上 よ り,生石灰か らの消石灰生成反応 において,消石 灰 の 行 して,生成 した消石灰 の 1次粒子 の結晶成長 に影響 して粒子 比表面積 を決定す る支配的因子 は,アルコール濃度 とアルコー 表面 の凹凸化 を促進 して,消石灰 の比表面積 を増大 させ る役 割 ルのアルキル基鋭長 の 2つであることが指摘で きる｡ この知見 を示 していると考え られ る｡ これに関連す るもの と して は森 た は,消石灰 の比表面積 を増大 させ る化学処理 プ ロセスの決定 に ちによって 7) ケイ フッ化 ソー ダを添加 した場合 に,消石灰生 成 おいて, きわめて有効 な もの と考え られ る｡ 反応 は遅延 して繊維状 の消石灰が生成 した ことをすでに報告 さ 文 献 れている｡ 以上 の ことか ら推測すれば,消石灰生成反応 において, ①反応 の支配因子 はアル コールの種類 によ り比表面積が異 な る ことか ら,アル コールの OH基 で はな くアル コールのアルキル 基の鎖長であること ② アルキル基が反応 に及 ぼす作用 のなかで,アルキル基 の疎 水 性が特 に重要 な役割 を果 た して いると示唆で きること 以上 の 2点 を指摘で きる｡ さ らにこれ らの メカニズムに関 し て は,今後 の基礎的検討が期待 され る｡ 結 論 水 と任意 の比率で溶解す る直鎖 の 3種類 の第 1級 アル コール を用 いて生石灰か ら生成 した消石灰粉末 の比表面積増大機構 に 素材物性学雑誌 1 )無機 マテ リアル学会,"セメント･セ ッコウ ･石灰- ンドブッ 1 9 9 5 ),6 0 9 . ク",技報堂 ( 2 ) F.Sc hmi t z,H. P.He nne c ke,H.Be s t r k,A.Roe de r, " Tr oc ke nge 1 6s c ht e sKal khydr atni tgr os s e rObe r f l 畠c he Ei n wi r ks ame s Re age nz z ur Bi ndung s aur e r 1 9 8 4) ,5 3 0 Abgas be s t andt e i l e"Ze me ntKal kGi ps,3 7,( 3 )特願平 7 3 1 5 1 9 6 4 )特赦平 8 2 0 2 9 7 1 5 )特願平 8 2 7 7 0 7 6 6 )特願平 8 3 2 2 3 2 2 7 )森 茂二郎,下 田 正雄,笠井 順一 " 電 子 顕微鏡 によ る 生石灰 の水和機構 の研究"石膏 と石灰 , 1 2 2,( 1 9 7 3 ),3 第1 3巻 第 2号 ( 2 000年 1 2月)