JP2005013883A - 活性炭成型体及びそれを用いた浄水器 - Google Patents

Abstract

【課題】トリハロメタン除去能の持続性に優れた浄水器を提供する。
【解決手段】繊維状活性炭、粉末状活性炭及び繊維状バインダーからなる混合物を成型して成型体とし、カートリッジに作製してハウジングに装填し、浄水器とする。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、活性炭成型体及びそれを用いた浄水器に関する。さらに詳しくは、（ａ）繊維状活性炭、（ｂ）粉末状活性炭及び（ｃ）繊維状バインダーからなる混合物を成型せしめてなる活性炭成型体及びそれを用いた浄水器に関する。本発明の活性炭成型体は、水中の遊離残留塩素、黴臭及びトリハロメタン類の吸着除去性能に優れており、とくにトリハロメタン類の吸着除去性能の持続性に優れているので、カートリッジに作製してハウジングに装填し、浄水器として好適に使用される。
【０００２】
【従来の技術】
活性炭は各種汚染物質の吸着能に優れているので、水の浄化用途に多く使用されている。近年、飲料水、とくに水道水の水質に関する安全衛生上の関心が高まってきており、飲料水中に含まれる遊離残留塩素、トリハロメタン類、黴臭などの有害物質を除去することが望まれている。これらの要求に対しては、従来から粒状の活性炭をハウジングに充填した浄水器が主として検討されてきたが、通水時の圧損が大きくなるため、活性炭として繊維状の活性炭を使用することが多くなっている。
【０００３】
ところで、水道水中に微量溶存しているトリハロメタンは、発ガン性物質であることが疑われており、近年の健康志向の高まりの中で、トリハロメタンを除去できる浄水器の重要性はますます高まっている。トリハロメタンとは、メタン分子の４個の水素原子の内、３個がハロゲンによって置換された化合物の総称であり、クロロホルム、ジクロロブロモメタン、クロロジブロモメタン、ブロモホルムなどがその代表例である。
【０００４】
水道水中のトリハロメタンの内、半量近くはクロロホルムであると言われている。このトリハロメタンは、水道水原水中に含まれるフミン質と、殺菌剤として使用される塩素化合物との反応により生成することが知られている。水道水を塩素化合物で殺菌することが義務付けられている現状では、その発生を防ぐことは全く困難である。そのため、水道水中のトリハロメタンの除去は、重要な課題になっている。
【０００５】
トリハロメタンの除去に関しては、従来より粒状活性炭、粉末活性炭、繊維状活性炭又はこれらを複合した成型体などが使われることが多いが、近年、浄水器の小型化、大流量化に伴い、繊維状活性炭を主体にしてバインダー繊維で成型し、小型カートリッジを製造し、ハウジングに充填した浄水器が使用されている。
【０００６】
例えば、特開平６−９９０６４号公報に、比表面積が１３００ｍ^２／ｇ以上で、細孔半径９〜１６Åの細孔の占める累積細孔容積が０．２５ｃｃ／ｇ以上であり、かつ細孔半径９〜１６Åの細孔の占める累積細孔容積が細孔半径１００Å以下の細孔の占める累積細孔容積の５０％以上の繊維状活性炭からなる浄水器用充填材が開示されている。
【０００７】
また、特開平６−９９０６５号公報に、比表面積が８００ｍ^２／ｇ以上で、細孔半径９Å以下の細孔の占める累積細孔容積が０．２０ｃｃ／ｇ以上であり、かつ細孔半径９Å以下の細孔の占める累積細孔容積が細孔半径１００Å以下の細孔の占める累積細孔容積の５０％以上の繊維状活性炭からなる浄水器用充填材が開示されている。さらに、特開平８−２６７１１号公報には、１２００〜１７００℃で熱処理したトリハロメタン類の吸着能に優れた繊維状活性炭が開示されている。
【０００８】
このような成型体からなるカートリッジは、小型でありながら大流量、すなわち高空間速度に対応可能な優れた浄水材であり、実際、浄水器の最大目標である遊離残留塩素の除去において極めて優れた特性を発揮する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、繊維状活性炭はトリハロメタンの除去能力において、同じ比表面積を持つ粒状活性炭と比較すると、かなり劣ることがわかっている。とりわけ、トリハロメタン中の大半を占めるクロロホルム除去性能が低く、トリハロメタン除去能の持続性に劣るという大きな欠点を有しており、トリハロメタン除去性能に優れ、しかもトリハロメタン除去能の持続性に優れる浄水器が待望されている。
【００１０】
一方、粒状活性炭と繊維状活性炭とを吸着剤として併用したトリハロメタンの吸着に優れる浄水器も知られており、特開平６−１０６１６１号公報には、水蒸気含有率約１５容量％以下の雰囲気で比表面積３００〜１５００ｍ^２／ｇとなるまで賦活した後、そのままの雰囲気又はそれより酸素、水蒸気の含有率が低い組成のガス中で約３００℃以下まで冷却して得られる粒状活性炭、及び比表面積１４００ｍ^２／ｇ以上の繊維状活性炭を吸着剤とする浄水器が開示されている。
【００１１】
しかしながら、これらに開示された浄水器においてもトリハロメタン除去能の持続性という点ではまだ不十分である。すなわち、従来の浄水器においては、通水初期にある程度のトリハロメタン除去能を示すものの、時間の経過とともに低下してくるのが一般的であり、トリハロメタン除去性能に優れ、しかもトリハロメタン除去能の持続性に優れる浄水器が要望されていた。したがって本発明の目的は、トリハロメタン除去性能に優れ、しかもトリハロメタン除去能の持続性に優れる活性炭成型体、このような活性炭成型体からなるカートリッジ、及び該カートリッジを用いた浄水器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意検討を重ね、（ａ）繊維状活性炭、（ｂ）粉末状活性炭及び（ｃ）繊維状バインダーからなる混合物を成型せしめてなる活性炭成型体により上記目的を達成することができることを見出し、本発明に到達した。すなわち本発明は、（ａ）繊維状活性炭、（ｂ）粉末状活性炭及び（ｃ）繊維状バインダーからなる混合物を成型せしめてなる活性炭成型体である。
【００１３】
本発明の別の発明は、このような活性炭成型体からなるカートリッジであり、本発明のさらに別の発明は、このようなカートリッジをハウジングに装填してなる浄水器である。このような浄水器はトリハロメタン除去能の持続性に優れている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に使用される繊維状活性炭としては、ピッチ系、フェノール系、セルロース系などの繊維を炭化した後、水蒸気、ガス又は薬品で賦活して調製された比表面積１０００〜１８００ｍ^２／ｇ程度のものが使用される。例えば、フェノール系樹脂繊維などの原料繊維を、約６００〜１４００℃の高温下で、窒素気流中で水蒸気及び／又は炭酸ガスで処理するか、又は燃焼ガスで賦活処理する方法をあげることができる。
【００１５】
繊維状活性炭は、フェルト状、チョップ（カットファイバー）状、フィラメント状、トウ状などの繊維形態で、好ましくはチョップ状などの形態で他の配合原料と共に、円筒状、円柱状、角柱状、板状などの各種形状に成型して成型体とし、かかる成型体からなるカートリッジをハウジングに充填して浄水器として使用することができる。
【００１６】
本発明における最大の特徴は、粉末状の活性炭を用いて成型体を得ることにあり、繊維状活性炭、粉末状活性炭及び繊維状バインダーからなる混合物を成型せしめてなる活性炭成型体によりトリハロメタン除去能の持続性に優れた浄水器を得ることができる。本発明に使用される粉末状活性炭は、活性炭を任意の方法で粉砕又は細粒化したものである。
【００１７】
粉末状活性炭の中心粒子径は１００ミクロン未満のものが好ましいが、あまり小さいと通水抵抗が上昇したり、微粉が処理水に混入するおそれがあり、また、あまり大きいと必要な流速で通水した場合に接触効率が低下し、性能が低下することがあるので、１０〜７０ミクロンのものがより好ましく、２０〜５０ミクロンのものがさらに好ましい。
【００１８】
粉末状活性炭の原料としては、ヤシ殻、石炭、木質、合成樹脂など、賦活することによって活性炭となる任意の原料を使用することができるが、ヤシ殻系活性炭又はフェノール樹脂系原料が好ましい。これらの原料は通常、含有する不純物が少なく、粉末状であっても良好な吸着性能を保持している。
【００１９】
粉末状活性炭の吸着容量としては、あまり小さいと十分な吸着能力を保持しているとは言えず、また、あまり大きいと過賦活状態で細孔径が増大しており、トリハロメタンの吸着保持力が低下する傾向にあるので、ＪＩＳ−Ｋ１４７４で定められたベンゼン吸着量が２０〜５０重量％とするのが好ましい。２５〜４０重量％とするのがさらに好ましい。
【００２０】
本発明に使用される繊維状バインダーは、フィブリル化させることによって、繊維状活性炭及び粉末状活性炭を絡めて賦形できるものであれば、特に限定されるものではなく、合成品、天然品を問わず幅広く使用可能である。このような繊維状バインダーとしては、例えば、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維などを挙げることができる。繊維長は４ｍｍ以下のものを使用するのが好ましい。
【００２１】
本発明の活性炭成型体を製造するには、先ず、繊維状活性炭、粉末状活性炭及び繊維状バインダーをよく混合し、固形物濃度が１〜５重量％となるように水中に分散させ、スラリーを調製する。これらの混合割合は、トリハロメタンの吸着効果、成型性などの点から、好ましくは、繊維状活性炭１００重量部に対し、粉末状活性炭１０〜３００重量部、バインダー３〜３０重量部で実施される。なお、本発明の成型体には、本発明の効果が阻害されない限りこれ以外の成分が含まれていても何ら問題がない。例えば、溶解性鉛を吸着除去できるゼオライト系粉末、あるいは抗菌性を付与するために銀イオン及び／又は銀化合物を含んだ吸着材などを任意の量加えることは全く差し支えない。
【００２２】
次いで、例えば、２００メッシュのステンレス製の金網で通水性の円筒形容器を予め作製しておき、この中に同じ長さの金網で小径の円筒形容器を作製して挿入することによって二重管状容器とし、該二重管状容器の内管と外管との間にスラリーを流し込むことによって成型することができる。
【００２３】
成型体を作製する方法としては、トリハロメタンの除去能力が低下しない限り、任意の方法によることができるが、繊維状バインダーを用い、スラリー吸引方法によると効率よく作製することができ、好ましい。スラリー吸引方法によれば、（ａ）繊維状活性炭、（ｂ）粉末状活性炭及び（ｃ）繊維状バインダーをスラリー状に混合し、例えば、特開平１０−５５８０号公報に記載されているように、多数の吸引用小孔を設けた二重管状の成形型を準備し、中心部からスラリーを吸引することによって円筒型の成型体を作製することができる。
【００２４】
活性炭成型体をカートリッジに作製し、所望の大きさ、形状に切断し、ハウジングに装填して浄水器として使用することができる。活性炭成型体を浄水器用のカートリッジとして使用する場合は、円筒状の容器とするのが通水抵抗を低下することができ、しかもカートリッジの装填・交換作業が簡単であり、好ましい。
【００２５】
カートリッジはハウジングに装填し、通水に供されるが、通水方式としては、原水を全量濾過する全濾過方式や循環濾過方式が採用される。濁り、微細物などを除去する目的で、さらに中空糸膜分離装置と組み合わせて使用することもできる。また、セラミックフィルターなど公知のフィルターと併用することも可能である。
【００２６】
原水及び透過水中の遊離残留塩素、トリハロメタン類などの濃度は、公知の分析方法によって測定することができ、例えば遊離残留塩素の濃度はＤＰＤ（ジエチル−ｐ−フェニレンジアミン）比色法などにより測定することができる。トリハロメタン類の濃度は、試料を容器に採取し、密閉して気相部分をサンプリングし、ガスクロマトグラフで分析するなどの方法によって測定することができる。
【００２７】
浄水器への通水条件は特に限定されないが、圧力損失が極度に大きくならないように１００〜５０００ｈｒ^−１の空間速度（ＳＶ）で実施され、原水及び透過水中の遊離残留塩素、トリハロメタン類などの濃度から計算される各除去率と、通水開始から流した水量（Ｌ）とカートリッジの容積（ｃｃ）の比（累積透過水量Ｌ／ｃｃ）との関係をプロットすることにより、浄水器の性能を確認することができる。
【００２８】
本発明において、通水方法はＪＩＳ Ｓ ３２０１（１９９９）に定められた家庭用浄水器試験方法に準拠して行い、８０％を下回った点を除去能とした。本発明の成型体を浄水材として使用すると、吸着速度が大きいので、ＳＶが１０００ｈｒ^−１を超える流速においてもその性能を十分に発揮することができ、容器を大幅に小型化することができる。浄水器において、トリハロメタン除去能は、空間速度１０００ｈｒ^−１において、カートリッジ１ｃｃあたり１０リットル以上であることが好ましい。
【００２９】
本発明の活性炭成型体は、カートリッジとしてそのまま容器に充填して浄水器として利用できる他、公知の不織布フィルター、各種吸着材、ミネラル添加材、セラミック濾過材、中空糸膜ろ過材などと組合せて使用することができる。とくに、本発明の活性炭成型体を中空糸膜フィルターと併用すれば、さらに浄水効果が高まり好ましい。以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３０】
実施例１
繊維状活性炭として、クラレケミカル株式会社製ＦＲ−１５（ＢＥＴ比表面積１５００ｍ^２／ｇ）３ｍｍチョップ品３０重量部と、粉末状活性炭として、クラレケミカル株式会社製ＲＰ−１３（フェノール樹脂原料、ＢＥＴ比表面積１３００ｍ^２／ｇ、ベンゼン吸着量２８％）粉砕品（中心粒子径２０ミクロン）６５重量部、繊維状バインダーとして、日本エクスラン工業株式会社製アクリル繊維Ｒ５６Ｆを５重量部の割合で混合し、直径３ｍｍの多数の小孔を設けた、外径２４．５ｍｍ、内径１２ｍｍ、高さ９１ｍｍの金型を用いて３５０ｍｍＨｇで吸引し、外径２５ｍｍ、内径１２ｍｍ、高さ９０ｍｍの中空型円筒状成型体を得た。
【００３１】
この成型体を直径２８ｍｍ、長さ９０ｍｍ、内在量５５ｃｃの透明なプラスチック製ハウジングに装填し、外側から内側に通水し、家庭用浄水器試験方法に準拠して、総トリハロメタン（クロロホルム、ブロモジクロロメタン、ジブロモクロロエタン、ブロロホルムの混合溶液で総濃度０．１００±０．０２０ｍｇ／Ｌ）、及び遊離残留塩素濃度が２．０±０．１ｍｇ／Ｌとなるように次亜塩素酸ナトリウムを加え、２０℃、ＳＶ＝１０００ｈｒ^−１で通水した。図１に示すように、総トリハロメタンの除去率が８０％を下回った点での総トリハロメタン除去能は９００Ｌであった。なお、遊離残留塩素の除去能は全く問題がなかったので、図では総トリハロメタン除去能についてのみ示し、塩素除去能は図示省略した。
【００３２】
実施例２
繊維状活性炭として、クラレケミカル株式会社製ＦＲ−１５（ＢＥＴ比表面積１５００ｍ^２／ｇ）３ｍｍチョップ品６０重量部と、粉末状活性炭として、クラレケミカル社製ＹＰ−１３（ヤシ殻原料、ＢＥＴ比表面積１３００ｍ^２／ｇ、ベンゼン吸着量３０％）粉砕品（中心粒子径２５ミクロン）３５重量部、繊維状バインダーとして、日本エクスラン工業株式会社製アクリル繊維Ｒ５６Ｆを５重量部の割合で実施例１と同様にして吸引成型し、外径２５ｍｍ、内径１２ｍｍ、高さ９０ｍｍの中空型円筒状成型体を得た。実施例１と同様にして総トリハロメタンの除去能を測定したところ、６３０Ｌであった。
【００３３】
実施例３
繊維状活性炭として、クラレケミカル株式会社製ＦＲ−１５（ＢＥＴ比表面積１５００ｍ^２／ｇ）３ｍｍチョップ品６５重量部と、粉末状活性炭として、クラレケミカル株式会社製ＧＷ ６０／１５０（ヤシ殻原料、ＢＥＴ比表面積１２００ｍ^２／ｇ、ベンゼン吸着量３０％、中心粒子径１５０ミクロン）３０重量部、繊維状バインダーとして、日本エクスラン工業株式会社製アクリル繊維Ｒ５６Ｆを５部の割合で実施例１と同様にして吸引成型し、外径２５ｍｍ、内径１２ｍｍ、高さ９０ｍｍの中空型円筒状成型体を得た。実施例１と同様にして総トリハロメタンの除去能を測定したところ、２９０Ｌであった。
【００３４】
比較例１
粉末状活性炭に代えて、クラレケミカル株式会社製ＧＷ ３２／６０（ヤシ殻原料、ＢＥＴ比表面積１２００ｍ^２／ｇ、ベンゼン吸着量３３％、中心粒子径３５０ミクロン）の粒状活性炭を使用する以外は実施例３と同様にして中空型円筒状成型体を作製し、総トリハロメタンの除去能を測定したところ、９０Ｌであった。
【００３５】
比較例２
実施例１において粉末状活性炭を使用せずに成型体を作製し、同様にして総トリハロメタンの除去能を測定したところ、５０Ｌであった。
【００３６】
【発明の効果】
本発明により、繊維状活性炭、粉末状活性炭及び繊維状バインダーからなる混合物を成型した成型体を得ることができる。本発明の成型体は、トリハロメタン類の除去性能に優れているので、カートリッジに作製し、ハウジングに装填して浄水器として好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の浄水器におけるトリハロメタンの除去性能を示すグラフである。
【図２】実施例２の浄水器におけるトリハロメタンの除去性能を示すグラフである。
【図３】実施例３の浄水器におけるトリハロメタンの除去性能を示すグラフである。
【図４】比較例１の浄水器におけるトリハロメタンの除去性能を示すグラフである。
【図５】比較例２の浄水器におけるトリハロメタンの除去性能を示すグラフである。

Claims (9)

1. （ａ）繊維状活性炭、（ｂ）粉末状活性炭及び（ｃ）繊維状バインダーからなる混合物を成型せしめてなる活性炭成型体。
2. 該粉末状活性炭の使用量が１０〜９０％である請求項１記載の活性炭成型体。
3. 該粉末状活性炭の中心粒子径が１００ミクロン未満である請求項１又は２記載の活性炭成型体。
4. 該粉末状活性炭のベンゼン吸着能が２０〜５０重量％である請求項１〜３いずれかに記載の活性炭成型体。
5. 該粉末状活性炭がヤシ殻活性炭粉末又はフェノール樹脂系活性炭粉末である請求項１〜４いずれかに記載の活性炭成型体。
6. 請求項１〜５いずれかに記載の活性炭成型体からなるカートリッジ。
7. 該カートリッジをハウジングに充填してなる浄水器。
8. トリハロメタン除去能が、空間速度１０００ｈｒ^−１において、カートリッジ１ｃｃあたり１０リットル以上である請求項７記載の浄水器。
9. 請求項７又は８記載の浄水器と中空糸膜分離装置とを組み合わせた浄水器。

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