本研究ではカルシウムート系水和物を考慮したセメント硬化体の比表面積の推定方法の検討を目的とし、合成ート相を用いて水和反応の検討を行い、カルシウムート系水和物の影響を考慮したセメント硬化体全体の比表面積の推定を行った。その結果、C₃AH₆生成量とート相の反応率には水結合材比によらず一定の関係があることがわかった。また、セメント硬化体中のカルシウムート系水和物の比表面積の推定では、ート相の反応率とC₃AH₆生成量のみを把握すればよいことを明らかにし、各水和物を定量した場合と同等の精度でセメント硬化体全体の比表面積を推定することが可能となった。

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普通ポルトランドセメント（以下NC）製造エネルギーの削減を目標に省エネ型セメントの開発を行った。前報^1）では、NCクリンカーよりもC₃Aを4％増加させた省エネクリンカーに混合材を5％増加することで、品質を維持しつつセメントの製造エネルギーを削減できる可能性を示した。本報では実機を模擬した小規模プラントにて試験製造し、省エネセメントの製造エネルギーおよび物性・耐久性を評価した。その結果、セメント製造エネルギーは試製NCに比べ8.5％の低下が認められた。物性および耐久性は概ね試製NC同等であった。さらにコンクリートの打設実験を行い、試製NCと同等の施工性能であることを確認した。

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CaO-Al₂O₃-B₂O₃系ガラスの低ホウ素含有領域における構造をラマンスペクトル法を用い調べた. この領域に存在する特徴的な構造群はート網目, オルソボーレート群, 2CaO・Al₂O₃・B₂O₃結晶類似の構造である. ラマンスペクトルではート網目によるピークは540cm^-1と770cm^-1に, オルソボーレート群によるピークは930cm^-1に, 2CaO・Al₂O₃・B₂O₃結晶に特徴的な構造群のピークは980cm^-1に観測される. B₂O₃を5mol%又は10mol%含むガラスでは, ート網目とオルソボーレート群が主要な構造群であり, 2CaO・Al₂O₃・B₂O₃結晶類似の構造も多少共存する. B₂O₃を20mol%含むガラスでは, ート網目, オルソボーレート群, 2CaO・Al₂O₃・B₂O₃結晶類似の構造が主体を占め, B₂O₃25mol%含むガラスでは, オルソボーレート群と2CaO・Al₂O₃・B₂O₃結晶類似構造が主体をなす. すなわち, ホウ素含有量が増加するにつれて, ート網目は減少し, 2CaO・Al₂O₃・B₂O₃結晶類似の構造が増加する. またAl₂O₃をCaOで置換するとオルソボーレート群の量は増加する.

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CO₂排出削減とリサイクル原単位維持の両立を目指し、少量混合成分と

ート相を増量した新規普通ポルトランドセメント（OPC）設計において、セメントの水和熱とコンクリートの熱特性の関係を検討した。ート相を約1％増量すると28日水和熱は約20J/g上昇した。ート相を約1％増量し少量混合成分を10％としたセメントを用いたコンクリート試験では、断熱温度上昇量は基準OPCを用いた場合と同等となった。ート相を約1％増量し少量混合成分を5％としたセメントを用いたコンクリート試験では、水セメント比の約2％の上昇により断熱温度上昇量は基準OPCを用いた場合と同等となった。

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ベリリウム·トリイト(BeO·3Al₂O₃)系において、クリソベリルBeO·3Al₂O₃と共に、安定に存在する化合物であって、レーザー発振用結晶としての応用に関心が持たれている。この化合物の結晶を、LiMoO₄-MoO₃系フラックスを用いて合成した。フラックスの組成(LiMoO₄/MoO₃比)を変えることによって生成する結晶(ベリリウム·トリイト、コランダム、クリソベリル、その他)の種類と量が変化した。ベリリウム·トリイト結晶は斜方晶系に属し、格子定数はa=9.553Å、b=13.816Å、c=8.929Åである。熱伝導率を除く各種の物性値(比重、屈折率、熱膨張率)はクリソベリルの値と非常に類似している。マイクロビッカース法で測定したこの結晶の硬度(Hv=1740)は、同様にフラックスから合成したクリソベリル(Hv=1720)とほぼ同じ値を示すため、宝石学的に見れば、両結晶の差はほとんど認められないことになる。以上のことから推論すると、これまでクリソベリルとして分類されてきた結晶の中には、ベリリウム·トリイトの結晶が含まれている可能性がある。

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触媒燃焼は通常の火炎燃焼に比べて数多くの優れた特徴を有している。最近, 安定な希薄燃焼によってNO_x抑制と高効率が同時に達成できる触媒燃焼器の開発に興味が持ち始められた。高温触媒燃焼には耐熱性に優れた触媒の開発が強く望まれている。耐熱性の向上を目標としたアルミナへの添加物効果の系統的な研究から, 我々はヘキサート相の形成がシンタリングによる表面積の減少を抑制することを見い出した。特に, アルコキシドの加水分解によって生成したヘキサートの粉末は耐熱性に優れた触媒担体である。カオチンを置換したバリウムヘキサート (BaMAl₁₁O_19-α: M=Cr, Mn, Fe, Co, Ni) 触媒の中で, Mn置換系はヘキサート格子内のMnの酸化還元サイクルが容易に進むため最も高いメタン燃焼活性を示した。Mn置換ヘキサートの鏡映面カチオンを他のイオンと部分置換すると表面積と活性が増大した。1,300°Cで焼成したSr_1-xLa_xMnAl₁₁O_19-α系では, x=0.2のとき最大表面積23.8m²をとり, 同時に最大活性 (T_10%=500°C) を示した。このMn置換触媒のみでハニカムを成型し, 高効率触媒燃焼の実用化試験が続けられている。ヘキサート粉末の大きな表面積の維持は平板状微粒子の結晶成長の異方性に起因すると考えられる。

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分子構造の異なる櫛形高分子系分散剤を用いて高炉セメントへの吸着・分散作用、高炉スラグ置換率が流動性に及ぼす影響について検討を加えた。櫛形高分子系分散剤の分子構造が異なるとセメント、高炉スラグへの吸着特性が大きく異なることを明らかとした。また、セメントへの吸着性が低い櫛形高分子系分散剤を添加した場合は高炉スラグ置換率が増大しても流動性が低下しないこと、セメントへの吸着性が高い櫛形高分子系分散剤を添加した場合は高炉スラグ置換率が増大すると流動性が低下することを明らかとした。セメントへの吸着性が低く高炉スラグへの吸着性が高い櫛形高分子系分散剤が高炉セメント系の分散剤として有効である可能性を指摘した。

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現在セメント産業では、多様な廃棄物を原料やエネルギー源として使用している。これらの廃棄物の使用量が増加すると、セメント中のート相(3CaO・Al2O3、以下C3A)量が増加するため、初期の流動性の低下が懸念されている。既に著者らは、ート量12%のセメントに石灰石微粉末を10%置換することで、流動性が改善できることを報告している。しかし、石灰石微粉末の特性はその成因や産地によって変化する。本研究では産地の異なる4種類の石灰石微粉末をート相高含有セメントに添加した際の、注水直後の水和反応と流動性について検討を加えた。

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最近, 高い耐熱性を有するメタン合成用触媒の重要性が認識されつつある2)～10)。石炭からの代替天然ガス製造プロセス7)～11)およびメタンを媒体とする原子力エネルギーの利用方法の一つであるケミカルヒートパイプ4)～6)にこの種の触媒を応用する際, 通常の触媒とは異なり650°C以上の高温領域で使用可能なため, システムの総合熱効率の大幅な向上が期待されるためである。
メタン合成反応にはニッケル触媒が活性, 選択性の双方において優れていることが知られているが1), 高温反応時には, 活性金属種であるニッケルの焼結や触媒上への炭素析出による活性劣化が起こりやすいという問題があった2),3)。このため, われわれは上記の目的にかなう耐熱性の高い触媒の開発を行ってきた7)～10)。その結果, ニッケル触媒にモリブデンを添加して合金とすることにより耐熱性が飛躍的に増大すること9),10), さらに耐熱性の向上には担体の影響9),10)が大きいことを見い出した。ここでは, 調製法の異なる2種のマグネシウムート, 3種のマグネシアおよび3種のアルミナに担持させた触媒について比較検討した。
触媒の耐熱性の評価は650°C, 80kg/cm², GHSV=15,000hr^-1の過酷な反応条件下で実際に数日間 (最長12日間) メタン合成反応を行わせ, その間, 定期的に触媒層温度を下げて, 400°Cにおける活性の経時変化を観測することにより行った。
その結果, 2種のマグネシウムート担持Ni-Mo合金触媒では, Figs. 1および2に示すように, 反応開始後5日目以降, 高く安定な活性を示し, その耐熱性が高いことがわかった。また使用済み触媒の分析の結果, 触媒上への炭素質析出が少ないこと, 反応中にNi-Mo合金を形成しており, そのMo濃度は, 耐熱試験期間中10%と一定であること, Ni-Mo合金の焼結は遅いことなどが明らかになった。一方, 3種のマグネシア担持Ni-Mo触媒ではFig. 3に示すように, 反応初期に低かった活性は, 耐熱試験の進行につれ急激に増加したが, 数日後には低下し耐熱性が低いこと, 触媒中のNi-Mo合金はしだいに消失してNi金属および複合酸化物であるMgO•MoO₂に変化すること, Fig. 5に示すように炭素質析出が異常に大きく, そのために触媒層が閉そくしてしまうことなどが明らかとなった。また, 3種のアルミナ担持触媒では, Fig. 4に示すように, アルミナの焼成温度によって耐熱性は大幅に異なるが, いずれも, 程度の違いはあるが, 活性劣化が認められ耐熱性は低いこと, 触媒上への炭素析出量は小さいが, Ni-Mo合金の焼結がより速やかに進行していることなどが明らかになった。
以上の結果をまとめると調製方法の異なるマグネシウムート, マグネシアおよびアルミナ担体の中では, マグネシウムートが最もよい耐熱触媒用担体であり, その理由としては, この触媒では炭素質生成が少ないことに加えて, 合金の焼結が進行しにくいことがあげられよう。この事実は次のように説明できる。すなわち, ニッケルートと金属ニッケルとの間には強い結合力が働いており12), この力が高温においてニッケルの焼結の進行を妨げている7)。ここで, このニッケルートをスピネルと同じ結晶構造を持ち, かつNi²⁺とイオン半径のほぼ等しいMg²⁺を含むマグネシウムートに置きかえ, さらに活性金属種のニッケルを少量(10%)のモリブデンを含むNi-Mo合金に置きかえると, ニッケルート-ニッケル系はマグネシウムート担持Ni-Mo合金触媒と見なすことができるが, このマグネシウムートとNi-Mo合金間に働いていると考えられる強い結合力がNi-Mo合金の焼結を抑制している。

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高硫酸塩スラグセメントの実用的な生産性と圧縮強さの実現を目指し、強さ発現性を増進する無機化合物を探索するとともに、刺激剤としての効果が認められた無機化合物を複数組み合わせた場合の強さ発現性を調べた。リン酸水素二ナトリウム、塩化マグネシウム、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウムおよび亜硝酸カルシウムに強さ増進効果が認められた。さらに異なる作用材齢の刺激剤を組み合わせることで強さ発現性に相乗効果があることが分かった。特に、塩化カルシウムまたは亜硝酸カルシウムおよびリン酸水素二ナトリウムを組み合わせた場合、普通ポルトランドセメントとほぼ同等の材齢28日圧縮強さが得られた。

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カルシウムクロロート結晶を合成し，X線粉末回折法で結晶構造を解析した．

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本研究ではC₃A-Gypsum-Ca（OH）₂系での水和反応について、XRD・Rietveld解析と²⁷Al MAS-NMR測定を組み合わせることにより、非晶質物質中の化合物組成を明らかにし全水和生成物の定量を行った。²⁷Al MAS-NMR測定におけるC₃A水和試料のスペクトル分離には、合成C₄AH₁₃のNMRスペクトルより得た化学シフトを用いた。XRD及びNMRにより求めた非晶質物質中の化合物組成が、物質収支法により算出したものと概ね一致したことから、本研究で用いた水和生成物の定量方法が妥当であると示された。また、定量の結果、本系における水和試料は非晶質のC₄AH₁₃やMonosulfate、Ettringiteが約60～70mass％を占め、中でもC₄AH₁₃が非晶質物質全体の約40～80mass％という高い割合を示すことが確認された。

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近年，蛍光灯の代替照明として水銀を使用しない白色LED(Light Emitting Diode)の研究が注目を集めている．しかし，現在利用されている白色LEDは，青色LED(InGaN)と黄色蛍光体(Y3Al5O12:Ce3+)を組み合わせて白色発光を得ているため，赤色成分が不足しており，演色性に問題がある．そこで，我々はRoHS規制に抵触しないリチウムート系赤色蛍光体材料を代替材料として注目し，リチウムートの組成および結晶相と発光特性との関連性を調査した．

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C₃A-Gypsum-Portlandite系の水和反応について、地球化学コードPHREEQCを用いて水和物の生成機構を推定することを目的とし、表面錯体モデルによってC₄AH₁₃の生成過程の検討を行ったほか、C₄AH₁₃の定量値を導入した水和生成物量予測を行った。解析の結果、水和ごく初期に硫酸イオンの影響によりC₃Aの表面電位が低下することでC₄AH₁₃が生成することが示唆された。また、C₄AH₁₃の接水即時の生成を考慮せずに予測した水和生成物量は実験値と大きく乖離した値を示し、XRDおよびNMRによって定量したC₄AH₁₃量を導入することで生成量をうまく推定することができた。しかし、Gypsumの全量溶解後は予測値に乖離がみられ、EttringiteとMonosulfateを端成分とする固溶体が生成する可能性が示された。

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セメント製造時における廃棄物利用の拡大とCO₂削減を両立させるうえで、ート相量を増加し少量の混合材を置換したセメントの材料設計は重要である。本研究では、ート相量を12％まで増加させたセメントを試製し、混合材として高炉スラグ微粉末や石灰石微粉末を置換した場合の流動性と水和挙動を検討した。その結果、高炉スラグ微粉末と石灰石微粉末の混合比率により、ペーストの流動性は変化した。また、ート系水和生成物の種類が系統的に変化し、六価クロム等の固定化能にも影響することが示唆された。

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我々のグループでは最近，ゼオライトの一種である

ートソーダライト型化合物において「間接型強誘電性」と呼ばれる風変わりな強誘電性を示す物質群を見いだした．ートソーダライト型化合物は地球上に豊富に存在し，また主として環境親和性の高い元素によって構成されている．これまでの強誘電体材料開発はペロブスカイト型化合物を中心として進められており，キャパシタや周波数フィルタなど多くのデバイス素子として実用化に至っている．それに対して強誘電性ートソーダライト型化合物は，焦電発電素子材料として鉛系ペロブスカイト型化合物も上回る特性を有し，非ペロブスカイト型強誘電体開発の新しい可能性を示している．本稿では，誘電特性や分極特性に着目しつつートソーダライト型化合物の間接型強誘電性を概説し，間接型強誘電性との関連から焦電発電素子材料としての性能を議論する．

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酸化鉛を水酸化カリウム溶液で溶解して調製した溶液(Pb濃度100ppm、1000ppm)に各種セメント系化合物を液固比100として実験し得られた液相のpHを測定した後、Pb, Ca, K濃度を測定した。得られた生成物からの鉛の溶出量を求めた。pHは13程度であった。カルシウムシリケート系では浸積時間が長くなるにしたがって溶液濃度は減少し、15日後には数ppm以下まで減少した。セメントの場合でも 同様の傾向が認められた。カルシウムート系では鉛イオン濃度は20-40ppmに減少する程度で、固相中に取り込まれる鉛イオンの量は少ない。また、カルシウムート系生成物からの鉛の溶出も大きく、高アルカリ環境下においてはカルシウムート系での鉛イオンの固定は少ないと考えられる。

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