JP2003103285A

JP2003103285A - 水質浄化用多孔体

Info

Publication number: JP2003103285A
Application number: JP2001304507A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kito; 健児鬼頭; Makiko Tazane; 真紀子田実
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-08

Abstract

(57)【要約】【課題】長期間にわたり優れた水浄化能力を有する水質
浄化用多孔体を得る。【解決手段】水質浄化用多孔体であって、その表面に露
出した炭化珪素を有することを特徴とする水質浄化用多
孔体。該多孔体は、好ましくは、実質的にセラミックス
からなり、かつ、炭化珪素がセラミックスに対してセラ
ミック質結合材で結合されて構成される。また、該多孔
体は、その平均細孔径が１０〜５００μｍの範囲であ
り、その気孔率が３０〜９５％の範囲であるのが好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水質浄化用の多孔
体すなわち水の浄化に適用する多孔体に関し、より詳し
くは水槽等における水中の有機成分やアオコ等の藻類の
生成を減少させる微生物（菌体）を固定保持するための
水質浄化用多孔体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】観賞魚等を家庭内の水槽で長期にわたり
飼育生存させていくためには、水槽中の水質を良好に管
理することが要求される。魚類は餌を食べて消化し、排
泄物を水中に放出するが、この排泄放出物は通常の自然
界では大量に存在するバクテリア等の微生物によって分
解されている。同時にアンモニアが放出されるが、この
アンモニアは、好気性の微生物、消化細菌等により分解
され、亜硝酸イオン（ＮＯ₂ ^-）から硝酸イオン（Ｎ
Ｏ₃ ^-）に変換されて無害化される。

【０００３】しかしながら、家庭用水槽内では魚類の生
物固体密度が自然条件に比較してきわめて高く、加えて
好気性細菌の絶対量も著しく少ないため、魚類に有害と
考えられるアンモニアや亜硝酸イオンの濃度が高くなる
ので、観賞魚等の長期飼育にはこれらの濃度を常に或る
レベル以下に保つことが必須となる。このため、例えば
活性炭などの多孔性濾材を充填した濾過槽を別に設け、
配管を介し、ポンプ駆動等で水槽中の水を汲み取り、濾
過して循環させることが考えられる。

【０００４】ところが、活性炭は多孔性で、きわめて比
表面積が大きく、吸着能については格段の性能を有する
が、その分、細孔径が極端に小さいため、微生物の付着
固定による長期間の水質浄化効果は期待できない。この
ため、活性炭ではなく、微生物の付着固定に適した細孔
径約１〜１０μｍの孔を多数有する有機質系或いは無機
質系の多孔性の濾過材が選択、使用されている。このう
ち有機質系の濾過材は、変質しやすく良好な気孔を形成
することが難しい。このため、一般には無機質系の多孔
性濾過材が賞揚されているが、未だ十分ではない。

【０００５】さらに、上記のように、水中に溶解してい
る有機物ばかりでなく、汚濁した水を長期間放置してお
くと、アオコ等の藻類が水中に懸濁したり、水槽壁面に
付着したりするため、水槽自体、観賞用としての美観が
著しく損なわれてしまう。このため、例えば１週間から
１箇月の期間ごとに水槽の水を入れ替えたり、さらには
水槽自体を洗浄する必要がある。

【０００６】水の浄化に適する微生物担持用の多孔性セ
ラミック体には、例えば特公平６−３０５８０号があ
り、ここでは多孔質セラミック材の細孔が０．１〜１μ
ｍの微生物の担持固定と１０〜１００μｍの微生物の増
殖にそれぞれ適する２つの細孔径分布を有する多孔質セ
ラミック体が開示され、また特開平７−１００４７９号
には、細孔径が１０〜５０μｍの多孔性セラミック体
が、特開平７−２６７７５２号には粒状骨材と前記骨材
と同一化学組成の微粉を結合剤とした多孔性セラミック
体が開示されている。

【０００７】特開平６−２５６０６９号では、連通気孔
と空気及び水の透過性を確保するための多孔性セラミッ
ク材として、平均粒径１０〜５００μｍの耐火性セラミ
ック質粗粒をガラスで焼結結合させている。また、特開
平８−２６６１８９号では観賞魚の飼育に適する濾過材
として吸着能を有するゼオライトと炭素を含む多孔性セ
ラミック材が開示され、さらに関連する公報として特公
平７−４６９９２号、特公平７−７７６３９、特開平９
−２２００８９号、特開２０００−１５０１９号などが
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】それらは多数、かつ、
各種の大きさの細孔を有する多孔性セラミック材とは言
え、微生物の担持性は充分であるが、必ずしも充分満足
に水槽中の水を浄化するものではない。このため、浄化
率を高めるためにポンプなどで強制的に水槽中の汚濁さ
れた水を槽外に汲み出し、槽外に設置した濾過材を通過
させる循環タイプの装置が利用されている。ポンプ利用
等の強制的水循環タイプにおいては、駆動源として電力
が必要であるのに加え、ポンプなどの稼働部分を有する
ので、常にメンテナンスが必要となる。

【０００９】本発明者は、以上のような事情に鑑み、水
質浄化用の多孔性セラミック材について鋭意研究、実験
を進めた結果、驚くべきことに、炭化珪素が表面に露出
した多孔性セラミック材を魚などが飼育される水槽に単
に配置するだけで、優れた水の浄化作用を発現すること
を見い出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本
発明は、ポンプなどの駆動装置やそのための電力、さら
にはそれらの利用による修理、保守などが不要で、単に
水槽中に配置するだけで汚濁された水を浄化できる水質
浄化用多孔体を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、水質浄化用多
孔体であって、その表面に露出した炭化珪素を有するこ
とを特徴とする水質浄化用多孔体である。そして、飼育
されている魚類の餌や排泄物等で汚濁された水を多孔体
の表面に存在する炭化珪素と接触させる。この多孔体
は、実質的にセラミックスからなり、かつ、炭化珪素が
該セラミックスに対してセラミック質結合材で結合され
ているのが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】炭化珪素は、珪素と炭素からな
り、化学式ＳｉＣとして示される物質である。炭化珪素
は、人工で合成される高硬度、高融点の物質であり、高
温特性と耐摩耗性に優れ、耐火物工業、製鋼工業、砥石
工業では周知の材料である。本発明においては、この炭
化珪素を水質浄化用多孔体の表面に露出して保持させて
用いる。

【００１２】前述のとおり、水質浄化用多孔性セラミッ
ク材については、従来各種提案がある。しかし、それら
の多孔性基材はアルミナ、粘土、ゼオライトなどの酸化
物であるか、或いはこれらの酸化物の多孔体に微生物と
の親和性向上のために炭素を被覆したものであり、本発
明のように、炭化珪素を水質浄化用に積極的に利用し、
その効果を認識した事実は存在しない。

【００１３】炭化珪素には、大きくはα及びβの２種の
結晶構造が知られ、さらに実際に使用される大部分を占
めるα型にも各種の結晶構造タイプが存在し、例えば４
Ｈ、６Ｈ、１５Ｒ、２１Ｒ等が知られている。また、炭
化珪素は純度により、純度９９％以上で薄い緑色透明の
高純度品いわゆるＧＣと純度９５〜９８％の黒色のＣに
分類される。また、その市販品は粒径５ｍｍの粗粒から
粒径０．５μｍの微粉まで各種グレードの粉が容易に入
手できる。

【００１４】本発明においては、それらいずれの炭化珪
素も用いられるが、炭化珪素は好ましくは炭化珪素粒と
して適用される。中でも、高純度のＧＣで、かつ、より
粒径の小さい微粉を用いることが水との接触面積の増大
による浄化効率を高める点で好ましい。炭化珪素粒は、
基材である多孔体の表面にできるだけその表面積が多く
なるように固着（結合）させる。

【００１５】基材すなわち炭化珪素粒の固着ベースとな
る多孔体の材質には特に限定はなく、有機物タイプとし
ては、ポリ塩化ビニール、ポリエチレン、フェノール樹
脂、ポリプロピレン、ＰＥＴ、ポリウレタン、アクリル
樹脂などの熱可塑性或いは熱硬化性樹脂が挙げられる。
例えばポリウレタンの場合、連続気泡型発泡体として知
られているウレタンフォ−ムがあり、その発泡方法、製
造方法も周知である。一方、無機物タイプとしては、セ
メント、粘土、アルミナ、シリカ、陶石等の常温硬化タ
イプ、高温焼結タイプの材料などが挙げられる。

【００１６】基材の多孔性の程度は、使用する材質にも
よるが、大きい方が水浄化に有利であり、基材が有機物
タイプの場合、多孔性は大きくすることが可能である。
しかし、その程度があまり大きいと多孔性の機械的強度
が不足して使用中に壊れ易く、耐久性に劣り、一方、多
孔性の程度が小さいと汚濁水との接触機会が減少し、水
質浄化効率が低下する。

【００１７】また、本発明の水質浄化用多孔体は、炭化
珪素粒を骨材とし、有機物成分、特に樹脂類、例えばフ
ェノール樹脂を通常１〜５重量％の少量で結合材とする
有機結合型炭化珪素製多孔体としても構成できる。ま
た、同じく炭化珪素粒を骨材とし、無機物成分を結合材
とする無機結合型炭化珪素多孔体も好適である。これら
の場合、その表面に炭化珪素が露出しているので、これ
が水質浄化機能を発揮する。

【００１８】上記無機物成分結合材（剤）の例として
は、ビトリファイド結合材を挙げることができる。ビト
リファイド結合材として、予め所要化学成分を含む天然
鉱物、試薬等を混合溶融し、そしてガラス化させ、次い
で急冷し微粉砕したいわゆるフリット、或いは珪砂、粘
土、長石、陶石等を高温焼成後、所望の化学成分のガラ
スになるように構成成分を調合したビトリファイド結合
材が知られている。

【００１９】このような無機物成分を結合材とする無機
結合型炭化珪素多孔体、すなわち水質浄化用多孔体は、
従来周知のセラミック質多孔体を製造する場合と同様に
して製造することができるが、以下その製造態様例を説
明する。セラミック質多孔体の製造において、炭化珪素
粒を多量に添加しても耐火度が高いため炭化珪素はその
まま残すことができる。しかし、炭化珪素は、１３００
℃以上になると表面の炭素分が空気中の酸素と反応して
二酸化炭素になり、残った珪素分も反応して二酸化珪
素、すなわちシリカガラスとなる。炭化珪素粒の粒径が
粗いと、多くはこれ以上の反応が進行しなくなるため、
平均粒径が１０μｍ以上、好ましくはＪＩＳＲ６００
１に規定する篩の目開き＃＃３６０以上の４２μｍ以上
であるのがよく、逆に５μｍ以下の微粉になればなるほ
ど上記分解反応が進行し、炭化珪素粒が焼失する可能性
が大きくなる。

【００２０】また、この時、上記のように二酸化炭素の
発生があるため、通常焼結体の表面には発泡の跡が見ら
れ、焼結体の細孔量も急速に減少する。このため、１３
００℃以上の高温は粘土や長石等を使用するときは好ま
しくない。無機結合材を用い、特に焼結現象を利用して
炭化珪素粒を結合固着させる場合は、樹脂等の有機結合
材を使用するよりも、微生物の固定をするのに好ましい
状態になるが、その製造は１３００℃以下であるのが好
ましい。

【００２１】本発明の水質浄化用多孔体は、微生物の担
持のため、細孔径が０．５〜１０μｍの孔を比較的多く
含むことが好ましいが、この範囲の細孔径が多孔体の最
大含有率になると、汚濁された水との単なる静的な接触
機会が多くなるにとどまり、汚濁水との動的接触機会が
少なくなり、最終的な浄化効率が劣るようになってしま
う。

【００２２】このため、本発明の水質浄化用多孔体にお
いては、平均細孔径が１０〜５００μｍの範囲であるの
が好ましい。１０μｍ以下であると（すなわちこの値を
下回ると）水の動的なフローが期待できないため、水の
浄化効率が劣ってしまう。一方、５００μｍ以上である
と（すなわちこの値を上回ると）微生物の担持が期待で
きる細孔が少なくなり、また、多孔体の機械的強度も劣
って使用中に破損する恐れが生じる。

【００２３】また、本発明の水質浄化用多孔体において
は、その気孔率が３０〜９５％の範囲であるのが好まし
い。水質浄化用多孔体の気孔率が３０％を下回ると微生
物の担持総数が少なくなり、その結果、汚濁水の浄化効
力が劣ることになる。一方、その気孔率が９５％を上回
ると、多孔体の機械的強度が弱くなり、使用中に破損す
る恐れが生じる。

【００２４】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないこと
はもちろんである。

【００２５】〈実施例１〉炭化珪素を表面に露出させて
なるセラミック質多孔体の製造は、例えば耐火物、特に
砥石の製造工程が多くそのまま利用できる。粒度＃６０
番の緑色炭化珪素粒（ＪＩＳＲ６００１に規定、昭和
電工社製“グリーンデンシック”、純度９９．３％）１
００重量部、結合剤（長石７０ｗｔ％、陶石２０ｗｔ
％、木節粘土１０ｗｔ％の混合物）１８重量部及びデキ
ストリン２重量部と、所定量の水を秤量混合した。

【００２６】次いで、上記混合物を１０ｃｍ×１０ｃｍ
の正方形の金型に投入し、約１００ｋｇ/ｃｍ²の圧力を
かけ、１０ｃｍ×１０ｃｍ×１ｃｍ（１ｃｍは厚さ）の
正方形板を得た。この板を１００℃で１０時間保持して
充分に乾燥させた後、最高温度１３２０℃で３時間焼成
した。得られた焼結炭化珪素含有多孔体を粗粉砕し、粒
径３〜８ｍｍに篩い分けた粒状多孔体を得た。その物性
を表１及び図１に示している。

【００２７】各物性の測定方法は以下のとおりとした。
この点、以下の実施例、比較例についても同じである。（１）充填嵩比重：粒径３〜８ｍｍの多孔体５０ｇを１
００ｍｌのメスシリンダー上から静かに投入し、占有し
た体積を求め、これを重量で割って求めた。（２）吸水率：乾燥させた上記粒状多孔体を２０ｇ秤量
し、次いでこれを水の入った２００ｍｌビーカーに投入
し、約１０分間程度煮沸し、冷却後、濡れたタオルで表
面に付着した水分を拭い去り、包水重量と乾燥重量から
算出した。（３）平均細孔径：水銀圧入法にて細孔分布を求め、こ
の分布より平均値を求めた。（４）細孔容積：水銀圧入法から上記（３）と同時に測
定した。（５）気孔率：ＪＩＳＲ２２０５に準拠して測定し
た。（６）比表面積：Ｎ₂ガスによるＢＥＴ法による。

【００２８】〈実施例２〉粒度＃２２０の黒色炭化珪素
（昭和電工社製、商品名：デンシック、純度９８．７
％）とフリット化されたビトリファイド結合剤を用い
た。この結合剤は、硼砂３３．８重量部、ホウ酸２６．
７重量部、珪砂３９．５重量部を秤量し、充分混合した
後、１２００℃以上の温度で１時間保持して溶解、溶融
し、均質なガラスとし、次いでこの溶融物を水中に投下
し急冷してフリット塊とする。この塊を充分に粉砕して
平均粒径が数μｍの微粉とした。次に、このフリット粉
７５重量部と粘土２５重量部、そしてムライト粉５重量
部を各々秤量し充分混合した。この結合剤の化学組成は
以下のとおりである。ＳｉＯ₂：５７．７ｗｔ％、Ｂ₂Ｏ
₃：２７．５ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃：８．１ｗｔ％、Ｎａ
₂Ｏ：５．６ｗｔ％、Ｋ₂Ｏ：０．１ｗｔ％、ＣａＯ：
０．１ｗｔ％、ＭｇＯ：０．１ｗｔ％、ＴｉＯ₂：０．
６ｗｔ％、Ｆｅ₂Ｏ₃：０．２ｗｔ％。

【００２９】上記炭化珪素１００重量部と上記で得た結
合剤１０重量部を皿型の混合器に投入し、乾式で混合し
た。次いで、適量の水と、デキストリンを１．５重量部
添加し、炭化珪素粒の表面にまんべんなく結合剤粉が付
着しているように調製した。なお、デキストリンに代え
てＣＭＣのような有機１次結合剤を用いてもよく、添加
量は１〜２重量部程度でよい。この調製粉をプレス用金
型に入れ、１５０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で直径２０ｃｍ、
厚み２ｃｍの円盤状に成形した。成形物を充分に乾燥し
た後、窯に入れ、大気雰囲気中、１０時間で最高温度９
２５℃に昇温した。この温度で５時間保持して焼結した
後、１２時間かけて室温まで冷却した。以下、実施例１
と同様に粗粉砕し、分級して粒状セラミック質多孔体を
得た。その物性を表１に示す。

【００３０】〈実施例３〉適度の可塑性と粘着力を有す
る村上粘土（耐火度：約ＳＫ２７）１００重量部、平均
粒径１２μｍの＃１０００のＧＣ炭化珪素粉２００重量
部及び平均粒径０．３ｍｍのクルミ粉４０重量部に、適
量の水を加えて、水分１８％の混練物をつくり、押出成
形機で直径５０ｍｍφの棒状成形体を得た。次いで、こ
れを１５ｍｍの厚みで輪切りにし、１００℃で乾燥し
た。この乾燥物を最高温度１１００℃に３時間保持し焼
成した。焼成物の物性を表１に示す。

【００３１】〈比較例１〉粒度＃８０番の褐色溶融アル
ミナ砥粒（昭和電工社製、商品名＝モランダムＡ−４
０）１００重量部、ビトリファイド結合剤１２重量部
（長石４６重量部、陶石３５重量部、粘土１５重量部、
石灰石３重量部、そしてマグネシア１重量部よりなる混
合粉）及びデキストリン１重量部に、適量の水を秤量添
加して混合物を調製し、以降、焼成温度を最高温度１３
００℃とした以外は実施例１と同様にして粒径３〜８ｍ
ｍに篩い分けた粒状多孔体を得た。得られた表面がアル
ミナ質のセラミック質多孔体の物性を表１に示す。

【００３２】〈比較例２〉市販の角のない表面が滑らか
で径（直径）が３〜６ｍｍ程度の緻密な小石。

【００３３】

【表１】

【００３４】《評価試験》上記各多孔体及び小石の水質
浄化能力の評価は次のように行った。容量が横３６ｃｍ
×奥行き２２ｃｍ×高さ２６ｃｍの５個の各ガラス製透
明水槽に水道水１１リットルを入れ、それぞれ、実施例
１〜３及び比較例１の各セラミック質多孔体１．６ｋ
ｇ、比較例２の小石３ｋｇを投入し、これら各水槽中
で、それぞれ、大きさ約１０ｃｍのワキン四匹を飼育し
た。各水槽中の水はポンプ等の強制撹拌や外部に設置し
た活性炭槽を循環させるなどの付加装置は何もなく、そ
のまま自然の放置状態とした。

【００３５】５箇月後の目視によるワキンの飼育状況及
び水槽の濁り色調、藻の発生状況の観察結果は以下のと
おりであった。なお、一部、試験開始後５箇月経過途中
の観察結果も記載している。〈実施例１〉水槽ガラス壁面への藻類の付着、藻類の発
生は殆どなし。水の濁りは若干あるものの十分鑑賞に堪
える。〈実施例２〉上記実施例１と同じ。〈実施例３〉水槽ガラス壁面への藻類の付着、藻類は認
められず。濁りは実施例１〜３中最も少なかった。〈比較例１〉水槽ガラス壁の半分程度に直径数ｍｍ程度
の藻が斑点状に付着していた。水槽の水は濁った薄い赤
褐色を呈し、ワキンの動きは鈍かった。〈比較例２〉水槽のガラス壁面全体に緑褐色の藻類が付
着し、さらに水槽内部の水も緑褐色を呈し、透明度はき
わめて悪い。ワキンは３箇月目に一匹死亡した。

【００３６】

【発明の効果】本発明の炭化珪素が表面に露出している
多孔体は、長期間にわたり水の浄化能力が優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の粒状多孔体の細孔径分布測定結果を
示す図

フロントページの続き (72)発明者田実真紀子愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号株式会社ノリタケカンパニーリミテド内Ｆターム(参考） 4B033 NA02 NA11 NB02 NB14 NB27 NB62 NB68 NC04 ND04 ND11 NE02 NF06 4D003 AA01 EA14 EA24 EA38 4G019 FA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水質浄化用の多孔体であって、その表面に
露出した炭化珪素を有することを特徴とする水質浄化用
多孔体。
【請求項２】前記多孔体が実質的にセラミックスからな
り、かつ、前記炭化珪素がセラミックスに対してセラミ
ック質結合材で結合されていることを特徴とする請求項
１に記載の水質浄化用多孔体。
【請求項３】前記多孔体の平均細孔径が１０〜５００μ
ｍの範囲であり、かつ、前記多孔体の気孔率が３０〜９
５％の範囲であることを特徴とする請求項１〜２のいず
れかに記載の水質浄化用多孔体。