DE3727274A1

DE3727274A1 - Keramikfilter, insbesondere fuer die ultrafiltration

Info

Publication number: DE3727274A1
Application number: DE19873727274
Authority: DE
Inventors: Yoshihisa Katoh; Takashi Ogawa; Mitsumasa Hasegawa
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 1986-08-20
Filing date: 1987-08-15
Publication date: 1988-02-25
Also published as: JPS6351914A; AU7721987A; AU584518B2; JPH0747099B2; US5011603A; DE3727274C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Keramikfilter zur Verwendung bei der Ultrafiltration oder der Präzisionsfiltration. Ein herkömmliches Filter zur Ultrafiltration oder Präzisionsfiltration weist eine Trennungsschicht auf: einen organischen Synthesefilm wie beispielsweise Celluloseazetat, PVA und Nylon; oder ein Filtertuch, das mit einem Filtrationshilfsmittel wie Diatomeen-Erde beschichtet ist. Eine derartige Trennungsschicht wird als Zwangsdurchlauffilter verwendet.

Der organische Synthesefilm hat eine schwache Festigkeit, so daß der verwendete Druckunterschied höchstens 20 kgf (Kraftkilogramm) sein kann. Er kann nicht für eine lange Zeit bei einer Temperatur von 50°C oder mehr verwendet werden. Er kann nicht zum Zwecke des Filterns einer sauren Lösung verwendet werden. Für den Fall herkömmlicher Zwangsdurchlauffilterungen ist ein Rückspülen nicht wirksam.

In neuerer Zeit wurden Keramikfilter vorgeschlagen, da sie eine hohe Festigkeit, Hitzewiderstandsfähigkeit oder chemische Widerstandsfähigkeit aufweisen und leicht in Rohrform geformt werden können. Da eine Querströmungsfiltration möglich ist, ist die Rückspülung wirksam. Jedoch besitzen die bekannten Keramikfilter nicht gleichzeitig die gewünschte Festigkeit, Filtrationsrate und Genauigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Keramikfilter zu schaffen, der die gewünschte Festigkeit, Filtration und Genauigkeit aufweist.

Erfindungsgemäß enthält ein Keramikfilter eine Filterschicht mit einer Dicke von 10-40 µm von einer Filteroberfläche. Wenn es mit Hilfe eines Quecksilber-Porosimeters gemessen wird, beträgt ein kumulatives Eindringvolumen aller Poren in der Filterschicht 0,2 cm³/g oder weniger. Ein kumulatives Eindringvolumen der Poren mit Porendurchmessern von 0,1-3,0 µm beträgt 0,1 cm³/g oder mehr. Ein kumulatives Eindringvolumen (H) der Poren innerhalb eines Porendurchmessers (W) von 0,1 µm um einen mittleren Porendurchmesser (PD) beträgt 50% oder mehr eines kumulativen Eindringvolumens aller Poren, wobei (PD) ein Porendurchmesser für den Fall der Hälfte (IV /2) eines kumulativen Eindringvolumens (IV) bei einem Porendurchmesser von 0,1 µm ist.

Ein Keramikfilter nach der Erfindung hat nicht nur ein relativ kleines kumulatives Eindringvolumen aller Poren, so daß sich eine ausgezeichnete Festigkeit erreichen läßt, sondern ebenfalls ein relativ großes kumulatives Eindringvolumen von Poren mit einer beachtlichen Teilleistung, so daß eine Filtrationsrate zur Verwendung bei der Ultrafiltration oder Genauigkeitsfiltration groß ist. Darüberhinaus, da eine Vielzahl von Poren in einer Porendurchmesserbreite (W) von 0,1 µm liegen, ist die Filtration genau bzw. präzise. Wenn eine Dicke der Filterschicht weniger als 10 µm beträgt, läßt sich keine hohe Festigkeit erreichen, und auch eine Ungleichförmigkeit läßt sich nicht vermeiden. Wenn sie mehr als 40 µm beträgt, nimmt die Filtrationsleistung ab und die Filterschicht bricht manchmal aufgrund vom Wärmeexpansion weg.

Wenn das kumulative Eindringvolumen aller Poren mehr als 0,2 cm³/g beträgt, läßt sich eine gewünschte Festigkeit nicht leicht erreichen. Wenn das kumulative Eindringvolumen der Poren mit einem Porendurchmesser von 0,1-3,0 µm weniger als 0,1 cm³/g ist, nimmt die Filtrationsrate ab.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen Graph der Beziehungen zwischen Porendurchmesser und kumulativen Eindringvolumen von Filterschichten nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und drei Vergleichsbeispielen;

Fig. 2-5 getrennt jede Beziehung zwischen Porendurchmesser und kumulativem Eindringvolumen der Beispiele der Fig. 1;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Filtervorrichtung, die mit einem erfindungsgemäßen Keramikfilter ausgerüstet ist.

Ein Binder wird mit Aluminiumoxidpulvern mit einer hohen Reinheit und einer Partikelgröße von 10-30 µm gemischt, um dadurch eine Mischung zu erzeugen. Nachdem diese Mischung in die Form eines Rohrs mit einem Außendurchmesser von 19 mm, einem Innendurchmesser von 15 mm und einer Dicke von 2 mm geformt wurde, wird dieser geformte Körper erhitzt, um den Binder zu entfernen. Anschließend wird eine Suspension mit einer hohen Reinheit von Aluminiumoxidpulvern mit einer Partikelgröße von 2-10 µm auf eine innere Oberfläche des Formkörpers aufgebracht und anschließend getrocknet, wodurch eine Zwischenfilterschicht gebildet wird. Wieder wird eine Suspension mit Aluminiumoxidpulver hoher Reinheit und einer Partikelgröße von 0,4-1 µm auf die Zwischenfilterschicht aufgebracht und dann getrocknet, wodurch eine innere Filterschicht auf der Zwischenfilterschicht gebildet wird. Schließlich wird der Formkörper und die zwei Filterschichten auf eine Temperatur von etwa 1500°C aufgeheizt, so daß man einen rohrförmigen Keramikfilter erhält.

Die Zwischenfilterschicht mit einer Dicke von 30 µm und die innere Filterschicht mit einer Dicke von etwa 10 µm wirken als Filterschichten, während der rohrförmige Körper mit einer Dicke von 2 mm als Trägerschicht wirkt.

Fig. 1-5 zeigen Beziehungen zwischen dem kumulativen Eindringvolumen und dem Porendurchmesser jeder Filterschicht in dem Keramikfilter dieser Erfindung und anderen herkömmlichen Keramikfiltern der Vergleichsbeispiele 1-3. Die kumulativen Eindringvolumen werden durch ein bekanntes Quecksilber-Porosimeter gemessen.

Tabelle 1 zeigt die folgenden Größen des Beispiels nach der Erfindung und der Vergleichsbeispiele 1-3 in Fig. 1:

(a) Kumulatives Eindringvolumen aller Poren in jeder Filterschicht;
(b) Kumulatives Eindringvolumen der Poren mit einem Porendurchmesser von 0,1-0,3 µm;
(c) Prozentsatz des kumulativen Eindringvolumens der Poren innerhalb eines Porendurchmesserbereichs (W) von 0,1 µm um einen mittleren Porendurchmesser (PD), der ein Porendurchmesser für den Fall ist, daß das kumulative Eindringvolumen die Hälfte eines kumulativen Eindringvolumens (IV) bei einem Porendurchmesser von 0,1 µm ist.

In Fig. 1-5 haben die die Beziehungen zwischen dem Porendurchmesser und dem kumulativen Eindringvolumen darstellenden Kurven den größten Neigungswinkel bei jedem mittleren Porendurchmesser, wo das größte kumulative Eindringvolumen erreicht werden kann.

Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und Fig. 2, die das Beispiel der Erfindung zeigt, beträgt das kumulative Eindringvolumen aller Poren 0,18 cm³/g. Das kumulative Eindringvolumen der Poren mit einem Porendurchmesser von 0,1-0,3 µm ist 0,17 cm³/g. Der mittlere Porendurchmesser (PD) ist 0,2 µm. Das kumulative Eindringvolumen (H) der Poren innerhalb eines Porendurchmesserbereiches (W) von 0,1 µm ist 0,12 cm³/g, wobei der Prozentsatz 66,7% beträgt. Dieses kumulative Eindringvolumen (H) ist größer als eine Hälfte (IV /2) des kumulativen Eindringvolumens (IV) bei einem Porendurchmesser von 0,1 µm.

Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und Fig. 3, die das Vergleichsbeispiel 1 zeigt, ist das kumulative Eindringvolumen aller Poren 0,23 cm³/g. Das kumulative Eindringvolumen der Poren mit einem Porendurchmesser von 0,1-3,0 µm beträgt 0,2 cm³/g. Der mittlere Porendurchmesser (PD) ist 1,1 µm. Das kumulative Eindringvolumen (H) der Poren innerhalb eines Porendurchmesserbereichs (W) von 0,1 µm weist einen Prozentsatz von 42,7% auf. Mit anderen Worten, dieses kumulative Eindringvolumen (H) ist kleiner als eine Hälfte (IV /2) des kumulativen Eindringvolumens (IV) bei einem Porendurchmesser von 0,1 µm.

Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und Fig. 1 mit dem Vergleichsbeispiel 2 beträgt das kumulative Eindringvolumen aller Poren 0,21 cm³/g. Das kumulative Eindringvolumen der Poren mit einem Porendurchmesser von 0,1-3,0 µm ist 0,9 cm³/g. Der mittlere Porendurchmesser (PD) ist 1,2 µm. Das kumulative Eindringvolumen (H) der Poren innerhalb eines Porendurchmesserbereiches (W) von 0,1 µm weist einen Prozentsatz von 20,4% auf. Mit anderen Worten, dieses kumulative Eindringvolumen (H) ist kleiner als eine Hälfte (IV /2) des kumulativen Eindringvolumens (IV) bei einem Porendurchmesser von 0,1 µm.

Unter Bezugnahme auf die Tabelle 1 und die Fig. 5 mit dem Vergleichsbeispiel 3 beträgt das kumulative Eindringvolumen aller Poren 0,17 cm³/g. Das kumulative Eindringvolumen der Poren mit einem Porendurchmesser von 0,1-3,0 µm beträgt 0,05 cm³/g. Der mittlere Porendurchmesser (PD) ist 3,8 µm. Das kumulative Eindringvolumen (H) innerhalb eines Porendurchmesserbereichs (W) von 0,1 µm weist einen Prozentsatz von 3,0% auf. Mit anderen Worten, dieses kumulative Eindringvolumen (H) ist kleiner als eine Hälfte (IV /2) des kumulativen Eindringvolumens (IV) bei einem Porendurchmesser von 0,1 µm.

Fig. 6 zeigt eine Filtervorrichtung, die mit einem Keramikfilter nach der Erfindung ausgerüstet ist. Ein Tank 1 enthält eine zu filternde Ausgangsflüssigkeit. Ein rohrartiger Keramikfilter 3 ist in einem Filterbehälter 2 angeordnet. Der Tank 1 ist mit dem Filterbehälter 2 durch eine Leitung 6 mit einer Pumpe 4 und einem Durchflußmesser 5 verbunden. Die Ausgangsflüssigkeit fließt durch den Keramikfilter 3 in dem Filterbehälter 2, um gefiltert zu werden. Das Filtrat wird durch ein Schwimmerventil 7 zu einer vorbestimmten Stelle außerhalb des Filterbehälters 2 geleitet, während die angereicherte Flüssigkeit zurück zu dem Tank 1 fließt.

Der Filterbehälter 2 ist mit einer Zylindereinrichtung 8 ausgerüstet, in der ein Kolben 9 derart angeordnet ist, daß er mit Hilfe eines Luftbetätigers 10 betätigt werden kann. Das Öl 11 ist abgedichtet zwischen dem Kolben 9 und der Luftbetätigung 10 angeordnet. Wenn die Luftbetätigung 10 den Kolben 9 betätigt, wird der Keramikfilter 3 mit Hilfe der in dem Filterbehälter 2 bleibenden gefilterten Flüssigkeit rückgespült.

Tabelle 2 und 3 zeigen Testergebnisse des Beispiels der Erfindung und der drei Vergleichsbeispiele 1-3, von denen jedes in der Filtervorrichtung der Fig. 6 eingesetzt ist.

In Tabelle 2 ist die zu filternde Ausgangsflüssigkeit gelagerte Maische für Sake oder japanisches alkoholisches Getränk. Tabelle 2 zeigt die Anzahl von Hefebakterien und Laktobazillus homohiocchi oder Laktobazillus heterohiocchi, im folgenden Hiocchi-Bakterien genannt, eine Art von Milchbakterien, die in der abgelagerten Maische für Sake vor der Filterung enthalten ist. Tabelle 2 zeigt weiterhin die Filtrationsrate der Filterung und die Anzahl von Hefebakterien und Hiocchi-Bakterien, die nach der Filterung durch das Keramikfilter 3 hindurchgeleckt sind.

In Tabelle 3 ist die zu filternde Flüssigkeit gereifte Maische für Soja-Sauce oder aus Sojabohnen hergestellte dunkle braune Flüssigkeit. Tabelle 3 zeigt das Volumen der gealterten Maische für Soja-Sauce, die auf ein Agar in einer Petrischale vor der Filterung aufgetropft ist, die Filtrationsrate bei der Filterung und die Anzahl von Kolonien und Bakterien, die in der auf einen Agar in einer Petrischale nach der Filterung getropften Soja- Sauce enthalten sind.

In Tabelle 2 und 3 ist das Bezugsbeispiel ein Filter mit einem Filtertuch, das mit Diatomeen-Erde beschichtet ist. Das Bezugsbeispiel wird auf die gleiche Art getestet.

Obwohl in der dargestellten Ausführungsform ein Keramikfilter nur einen Filterdurchgang aufweist, können mehrere Filterdurchgänge auf einer Trägerschicht gebildet werden, beispielsweise parallel zueinander verlaufend.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Claims

1. Keramikfilter mit einer Trägerschicht mit einer inneren Oberfläche zur Bildung mindestens eines Filterdurchgangs, und einer auf der inneren Oberfläche der Trägerschicht aufgebrachten Filterschicht mit einer inneren Oberfläche, die als Filteroberfläche wirkt, wobei die Filterschicht eine Dicke von 10-40 µm von der Filteroberfläche aufweist, ein kumulatives Eindringvolumen aller Poren in der Filterschicht etwa 0,2 cm³/g oder weniger beträgt, ein kumulatives Eindringvolumen der Poren mit Porendurchmessern von 0,1-3,0 µm etwa 0,1 cm³/g oder mehr beträgt, und ein kumulatives Eindringvolumen (H) der Poren innerhalb eines Porendurchmesserbereichs (W) von 0,1 µm um einen mittleren Porendurchmesser (PD) etwa 50% oder mehr eines kumulativen Eindringvolumens aller Poren in der Filterschicht beträgt, wobei der mittlere Porendurchmesser (PD) ein Porendurchmesser für den Fall einer Hälfte eines kumulativen Eindringvolumens (IV) bei einem Porendurchmesser von 0,1 µm ist.

2. Keramikfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschicht aus einem Aluminiumoxidkeramikmaterial hoher Reinheit hergestellt ist.

3. Keramikfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter in Form eines Rohres gebildet ist.

4. Keramikfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschicht eine auf der inneren Oberfläche der Trägerschicht aufgebrachte Zwischenschicht und eine auf der Zwischenschicht aufgebrachte innere Schicht aufweist.

5. Keramikfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus Aluminiumoxidpulvern mit einer Partikelgröße von etwa 2 bis etwa 10 µm und die innere Schicht aus Aluminiumoxidpulvern mit einer Partikelgröße von etwa 0,4 bis etwa 1 µm hergestellt ist.