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炭状物質は吸着性等の優れた物理的特性を有するため、多くの分野で使用されているが、通常、このような炭状物質の原料には石油或いは椰子殻などが使用されている。しかし、古紙を綿状に加工して、乾留、賦活した綿状炭化物もまた、市販の活性炭の70%以上の活性度を示す。それ故、活性炭等の炭状物質の原料を、再生紙以外に殆ど使用されていない古紙に求めるならば、経済性、省資源及び環境保護と言った観点から、極めて大きな意味を持つ。
本研究では、綿状古紙より炭状物質を製造することを想定し、その製造プロセスを開発する一段階として、設計に不可欠な乾留過程にある綿状古紙の熱拡散率k、及び熱伝導率λ等の熱物性値の測定法を開発し、その設計資料を得ることを目的とした。
さて、綿状古紙の乾留過程では、試料の収縮及び発熱・分解反応が発生し、通常の測定法を用いることは出来ない。そこで、本研究では、非定常熱伝導方程式の初期及び境界条件に実測値を用い、数値計算法により、試行錯誤的にkを決定する方法を考案し、測定を行った。
即ち、円筒容器に試料を充填し、その容器の側面を一様に連続加熱すると共に、かかる過程の非定常熱伝導方程式の初期及び境界条件を実測する。その後、非定常熱伝導方程式をそれら実測値を用い数値計算法により解くことにより、境界条件を満足するkを試行錯誤的に決定した。
その結果、昇温過程における綿状古紙のkは、(1) 室温から250℃付近までは緩やかに増加するが、(2) 250〜300℃の領域で急激に増加し(3) 300〜450℃の領域では極小値及び極大値を示し、やがて(4) 450℃付近以上で次第に一定値に漸近していることが分かった。300℃付近でkの急激な増減が見られる理由については、この領域で激しいガスの発生が見られることより、発熱を伴う分解反応が生じていることが考えられる。
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