資源有効利用国際環境協力プロジェクト A practical project for the international environmental cooperation 17 プロジェクト概要環境負荷低減・資源高効率利用技術の開発と技術転換の一環として、中国（上海、北京）などの研究・行政機関の協力を受け、大学院生主体の現場支援型プロジェクトとして、廃棄物処理、廃棄石炭問題、環境影響に関するフィールド実態調査を通じて、途上国環境問題に関する理解を深め、開発研究や技術移転論をテーマとする課題を実施した。背景近年、燃料価格の上昇、需給が As part of development project to reducing environmental impact and high efficiency of resources utilization technology. Received the cooperation of research and government agencies in China. Through a field survey on the waste treatment, waste coal issues and environmental impact, will be deepen. Their understanding of environmental issues in developing countries. Issues w e r e t h e t h e m e o f d e v e l o p m e n t a n d t e c h n o l o g y t r a n s f e r. 実験結果粘度の変化逼迫しているため、安価な石炭の需要が多く見込まれている。世界の石炭生産量のFig. 1に予測を示す。それに伴い微粉炭(<500 mm)が産出されるが、微粉炭は高灰分、低発熱量のため利用価値が乏しく廃棄されている。廃棄された微粉炭(微粉廃棄石炭)は、可燃成分を含有し、集積場での自然発火や大気汚染等の環境問題を引き起こす可能性がある1)。 100 Viscosity (dPas) Soybean oil Fig. 1. World coal production by type in the reference scenario 2). 研究目的廃棄石炭から可燃成分を効率的に回収し、油凝集選炭法のプロセスを確立するためのデータを蓄積することを目的とした。そこで廃棄物有効利用の観点およびコスト面から、廃棄植物油を凝集剤として使用した場合の影響を調査した。 10 ・加熱した油はアルデヒドやケトンなどの酸素含有基およびトリグリセリドの重合物が生成し強い分子間相互作用が働く 1 0.1 0 Agitation 90 90 80 80 70 70 60 60 50 40 Colza oil Soybean oil 10 0 0 1 10 Viscosity(dPas) 140 Fig.6. Effect of viscosity on the performance of AR ・ARは減少→油中で極性を持つ分子が生成し、油が灰分に対しても架橋剤としての効果を示した可能性 EI 125 120 115 粘度を測定 110 回転粘度計により測定 100 Colza oil Soybean oil ・EIは一定の粘度までは効率が上昇 105 0.1 1 10 Viscosity (dPas) 100 ・粘度が高くなりすぎると植物油は水中で分散で Fig.7. Effect of viscosity on the きないためCMRおよびEIの急激な減少が確認 performance of EI. できたと考えられる FT-IRにより植物油を分析積算回数：256回セル：0.1 mm NaCl 希釈溶媒：CCl4 FT-IRによる廃棄植物油の分析結果 Table 2. Frequencies of bands of some organic compounds and fats in mid-infrared spectra, together with the assigned functional group. 油凝集実験 Coal Vegetable oil addition Wavenumber (cm-1) Functional group assignment 3008 CH stretching vibration of the cis-double bond ( =C-H) 2928 and 2856 Symmetric and asymmetric stretching vibration of the aliphatic CH2 group 2962, 2872 Symmetric and asymmetric stretching vibration shoulder of the aliphatic CH3 group 1738 Ester carbonyl functional group of the triglycerides 1711 Free fatty acids shoulder Screening (30 s) Still standing Agitation ① Water Agitation ② Table 1 Experimental conditions 100 135 実験方法廃棄植物油による油凝集実験測定条件測定方法：溶液法分解能：4 cm-1 測定範囲：400~4000 cm-1 1 10 Viscosity(dPas) ・CMRおよび、ARの値において菜種油および大豆油で同様の傾向 130 植物油を加熱温度180℃ で5日間加熱 0.1 100 145 Fig. 2. Schematic diagram for principle oil agglomeration. Colza oil Soybean oil 20 150 Vegetable oils are selected as alternative agglutinative agents. 40 10 0.1 In this oil agglomeration process, petroleum oil has been used. 50 30 Fig.5. Effect of viscosity on the performance of CMR. Separation Oil droplet 粘度の増加 5 100 Collision and Agglomeration Organic matter 4 100 30 Aggregate formation Bridging Oil 3 廃食用油による油凝集選炭 20 Agitation 2 Fig.4. Viscosity of heated soybean and colza oil. CMR (%) 油凝集選炭とは？→石炭表面の表面特性の違いを利用した選炭→微粉炭に有効石炭および水の懸濁液に油を添加すると、疎水性である可燃成分に油が付着し、さらに、撹拌を行うと可燃成分同士が衝突して凝集が起こる。 (Fig. 2)。 1 Days 植物油凝集選炭法 Ash ・菜種油および大豆油は1-2日目では粘度が緩やかに上昇し、3日目以降は急激に上昇 Colza oil AR (%) プロジェクトNo. プロジェクト履修学生：柏木信明、前薗拓矢、王イ敏プロジェクト担当教員：王青躍関連学外組織：環境保護局、環境科学研究院他 Fig. 8. FT-IR spectra of oil samples heated at 180°C for 0-5 days (3050-2750 cm-1) Filtration Washed with ethanol and diethyl ether Fig.8 特に3008 cm-1付近のシス二重結合のピークで変化 Drying 不飽和脂肪酸が飽和脂肪酸へ変化 Analysis of clean coal Fig.9 1728 -1700cm-1の間のスペクトルを見るとバンドの幅が広がっていることから遊離脂肪酸が生成 Fig. 3. Schematic diagram for steps of a procedure of oil agglomeration. 評価方法以下の式により、選炭効率を評価した3)。可燃成分回収率 (CMR: Combustible Matter Recovery) CMagglom( w t%)  w tagglom(g) CMR  100  CMfeed ( w t%)  w tfeed (g) 脱灰率 (AR: Ash Reduction)  Ashagglom ( w t%)  Ashagglom (g)  AR  100  1  Ashfeed( w t%)  w tfeed(g)   効率指数 (EI: Efficiency Index) EI  CMR  AR Fig. 9. FT-IR spectra of oil samples heated at 180°C for 0-5 days (1800-1680 cm-1) 極性基を持つ分子→ARへ影響した可能性今後の予定廃棄植物油に含有する極性基の影響をより詳細に調査するため、モデル油（新鮮な植物油にカルボニル化合物を混合）し、油凝集を行うことを検討中である。 Agglomは凝集体、feedは試料、 wtは重量(g) を表す《100－灰分含有率(Ash)》で CM(可燃成分)が求められる参考文献 1) Adolfo F. Valdes, M. Dolores Gonzalez-Azpiroz, Calros G. Blanco, Ana B. Garcia, Experiment prediction of the agglomeration capability of waste vegetable oils (WVO) in relation to the recovery of coal from coal fines cleaning wastes (CFCW), Fuel, 86, 1345-1350 (2007) 2) World Energy Outlook 2007 - Chapter 1 - Global Energy Trends 3) Ana B.Garcia, M.Rosa Matinez-Tarazona and Jose M.G.Vega, Cleaning of Spanish high rank coals by agglomeration with vegetable oils, Fuel, 75, 885-890 (1996)