JP2007254222A - Porous ceramic film, ceramic filter and its manufacturing method - Google Patents

Porous ceramic film, ceramic filter and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2007254222A
JP2007254222A JP2006082369A JP2006082369A JP2007254222A JP 2007254222 A JP2007254222 A JP 2007254222A JP 2006082369 A JP2006082369 A JP 2006082369A JP 2006082369 A JP2006082369 A JP 2006082369A JP 2007254222 A JP2007254222 A JP 2007254222A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
porous
film
ceramic
filter
fouling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006082369A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Hishiki
達也 菱木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2006082369A priority Critical patent/JP2007254222A/en
Publication of JP2007254222A publication Critical patent/JP2007254222A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a porous film which solves so called fouling problems of the existing ceramic filter that uses a titania as the aggregate, suppresses the generation of fouling, and has practical strength and corrosion resistance. <P>SOLUTION: The porous ceramic film is one whose aggregate particles that constitute its surface are a zirconia (ZrO<SB>2</SB>) and whose surface roughness Ra is 1 μm or smaller, or one whose aggregate particles that constitute its surface are a zirconia (ZrO<SB>2</SB>) and whose ζ potential of the film surface is from -40 to 40 mV at pH 7. The ceramic filter is one which is obtained by forming the porous ceramic film on the surface of a porous base material. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ファウリング性の改善されたセラミックス多孔質膜及びセラミックスフィルターに関する。   The present invention relates to a ceramic porous membrane and a ceramic filter with improved fouling properties.

セラミックス多孔質基材の表面に、更に細孔径の小さい多孔質膜を形成したセラミックスフィルターは、高分子膜等と比較して、物理的強度、耐久性に優れるため信頼性が高いこと、耐食性が高いため酸アルカリ等による洗浄を行っても劣化が少ないこと、更には、ろ過能力を決定する細孔径の精密な制御が可能である点において、固液分離用のフィルター等として有用である。   A ceramic filter in which a porous film with a smaller pore diameter is formed on the surface of a ceramic porous substrate is superior in physical strength and durability compared to a polymer film, etc., so it has high reliability and corrosion resistance. Since it is high, it is useful as a filter for solid-liquid separation in that it is less deteriorated even when washing with an acid alkali or the like, and furthermore, it is possible to precisely control the pore diameter that determines the filtration ability.

かかるセラミックスフィルターは、セラミックス多孔体からなる基材の表面、あるいは当該基材上に形成された中間層の表面に、フィルターの気孔径を支配する分離層を形成したものであり、例えば、水処理や排ガス処理、あるいは医薬・食品分野などの広範な分野において、液体やガス中の懸濁物質、細菌、粉塵などの除去等広範囲に用いられている。   Such a ceramic filter is obtained by forming a separation layer that governs the pore size of the filter on the surface of a base material made of a ceramic porous body or the surface of an intermediate layer formed on the base material. In a wide range of fields such as gas treatment, exhaust gas treatment and medicine / food, it is widely used to remove suspended substances, bacteria, dust, etc. in liquids and gases.

このようなセラミックスフィルターの例として、コージェライトの支持体(基材)に、粒径12μmのアルミナ粒子をガラスフリットで結合し、更に粒径1.5μmのアルミナ粒子をガラスフリットで結合して1179℃で焼成した後、粒径0.3μmのアルミナ粒子を1179℃で自己焼結反応させたものが知られている(特許文献1)。   As an example of such a ceramic filter, alumina particles having a particle size of 12 μm are bonded to a cordierite support (base material) with glass frit, and further alumina particles having a particle size of 1.5 μm are bonded with glass frit. It is known that alumina particles having a particle size of 0.3 μm are subjected to a self-sintering reaction at 1179 ° C. after firing at 1 ° C. (Patent Document 1).

また、支持体(基材)上に厚さ25μm、孔径0.2μmのチタニアの分離層を形成したフィルターの実施例が記載された特許文献が存在する(特許文献2)。   Further, there is a patent document describing an example of a filter in which a titania separation layer having a thickness of 25 μm and a pore diameter of 0.2 μm is formed on a support (base material) (Patent Document 2).

このようなセラミックスフィルターにおいて、特に、ろ過に使用されるセラミックスフィルターについては、ろ過能力を決定するセラミックス多孔質膜の性能及び形成方法が技術上のポイントとなる。通常、セラミックス多孔質膜は、基材表面にセラミックス粒子を含むスラリーを成膜後、1300℃以上の高温で焼成しセラミックス粒子同士を固相焼結することにより得ることができる(特許文献3)。   In such a ceramic filter, especially for a ceramic filter used for filtration, the performance and formation method of the porous ceramic membrane that determines the filtration capability are technical points. Usually, the ceramic porous film can be obtained by forming a slurry containing ceramic particles on the surface of the base material, firing at a high temperature of 1300 ° C. or higher, and solid-phase sintering the ceramic particles (Patent Document 3). .

また、骨材となるセラミックス粒子にアルミナゾル、シリカゾル等の無機ゾルを添加したスラリーを、焼成前の基材(いわゆる生基材)の表面に成膜後、1200℃で共焼成する多孔質膜の製造方法が開示されている(特許文献4)。   Further, a porous film in which a slurry in which an inorganic sol such as alumina sol or silica sol is added to ceramic particles as an aggregate is formed on the surface of a base material before firing (so-called raw base material) and then co-fired at 1200 ° C. A manufacturing method is disclosed (Patent Document 4).

さらに、水蒸気雰囲気下に300℃以下で、或いは大気雰囲気下、300〜700℃で熱処理することによりセラミックス粒子を固着させてなるセラミックス多孔質膜、セラミックス多孔質体及びその製造方法であって、セラミックス粒子に、平均粒径がセラミックス粒子の1/5以下であるセラミックスゾル粒子を、セラミックスゾルの固形分がセラミックスの固形分の1〜30重量%となるように添加・混合した混合物をセラミックス基材に成膜し、水蒸気雰囲気下に300℃以下で、或いは大気雰囲気下、300〜700℃で熱処理することにより基材表面にセラミックス多孔質膜を形成する多孔質膜の製造方法が開示されている(特許文献5)。   Furthermore, there are provided a ceramic porous film, a ceramic porous body, and a method for producing the same, wherein the ceramic particles are fixed by heat treatment at 300 ° C. or lower in a water vapor atmosphere or at 300 to 700 ° C. in an air atmosphere. A ceramic base material is a mixture in which ceramic sol particles having an average particle size of 1/5 or less of the ceramic particles are added and mixed so that the solid content of the ceramic sol is 1 to 30% by weight of the solid content of the ceramic. A method for producing a porous film is disclosed in which a ceramic porous film is formed on a substrate surface by heat treatment at 300 ° C. or lower in a water vapor atmosphere or at 300 to 700 ° C. in an air atmosphere. (Patent Document 5).

なお、結合材としてチタニアを用いて、水蒸気雰囲気下300℃以下で、或いは大気雰囲気下300〜700℃で熱処理することにより基材表面にセラミックス多孔質膜を形成する多孔質膜の製造方法が開示されている(特許文献6)。   In addition, the manufacturing method of the porous film which forms a ceramic porous film on the base-material surface by heat-processing at 300 degrees C or less under water vapor atmosphere or 300-700 degreeC in air | atmosphere atmosphere using titania as a binder is disclosed. (Patent Document 6).

さらに、ファウリング性と除菌性の双方に優れ、浄水処理などに好適に使用できるセラミックスフィルターとして、平均気孔径0.08〜1μmで、膜厚5〜20μmであるチタニアの分離層を持つセラミックスフィルターが開示されている(特許文献7)。   Furthermore, ceramics having a titania separation layer with an average pore size of 0.08 to 1 μm and a film thickness of 5 to 20 μm as a ceramic filter that is excellent in both fouling and sterilization properties and can be suitably used for water purification treatment, etc. A filter is disclosed (Patent Document 7).

また、チタニアの分離層を有するフィルターであっても、平均気孔径が0.08μmを下回るものや、膜厚が20μmを越えるものは、ファウリング性が良くない。特に浄水処理では、原水の濁度が高い場合において、濾過方式としてデッドエンド濾過を採用したときに、ファウリングが著しい(特許文献7参照)。   Further, even if the filter has a titania separation layer, a filter having an average pore diameter of less than 0.08 μm or a film thickness of more than 20 μm has poor fouling properties. In particular, in the water purification treatment, when the turbidity of the raw water is high, fouling is remarkable when dead end filtration is adopted as a filtration method (see Patent Document 7).

さらに、特許文献7の方法で製造した多孔質膜は、ファウリング性について一応の対策はされているものの、チタニアの膜表面電位のために、後述するように、静電的に付着すると考えられているファイリング物質、特に、フミン酸に対してはその効果が限定されている。   Furthermore, although the porous film manufactured by the method of Patent Document 7 has been temporarily taken with respect to fouling properties, it is considered that it adheres electrostatically as described later because of the surface potential of the titania film. The effect is limited to the filing substances, particularly humic acid.

すなわち、現状のチタニアを骨材とするろ過製膜法による浄水用セラミックスフィルターにおいては、一般に、河川水中の物質が膜表面に付着するといういわゆるファウリングの問題が存在している。   In other words, in the ceramic filter for water purification by the filtration membrane-forming method using the current titania as an aggregate, there is generally a so-called fouling problem that substances in river water adhere to the membrane surface.

ここで、ファウリングとは、一般に、原水に含まれる難溶性成分や高分子の溶質、コロイド、微小固形物などが膜に沈着して、透過流速を低下させる現象をいうと理解されていて、沈着が膜内に起こった場合には、目詰まりといわれている。ファウリングは、膜ろ過の時間とともに進行する。膜面洗浄によって、ファウリングからどの程度、回復できるかはファウリング物質、膜、および、洗浄法によって大きく異なると理解されている。   Here, fouling is generally understood to mean a phenomenon in which hardly soluble components and high molecular solutes, colloids, fine solids, and the like contained in raw water are deposited on the membrane to reduce the permeation flow rate. When deposition occurs in the membrane, it is said to be clogged. Fouling proceeds with the time of membrane filtration. It is understood that the degree to which fouling can be recovered by cleaning the film surface varies greatly depending on the fouling material, the film, and the cleaning method.

例えば、河川水中をろ過したときのファウリング物質が何であるかは明確ではないが、河川水中のフミン酸、糖、タンパク質糖の微小有機物成分が原因ではないかと考えられている。   For example, it is not clear what the fouling substance is when the river water is filtered, but it is thought to be caused by the minute organic matter components of humic acid, sugar, and protein sugar in the river water.

膜表面に付着した物質は、運転中の定期的な逆洗操作により一部の物質は薄利除去される。しかし、除去されないで残った成分は徐々に膜詰まりを起こしろ過作業の運転不可能となるので、フィルターを取り外して薬洗浄して再生する必要があった。   A part of the substance adhering to the membrane surface is thinly removed by a regular backwash operation during operation. However, the components that remain without being removed gradually clog the membrane, making it impossible to perform the filtration operation. Therefore, it was necessary to remove the filter, clean the medicine, and regenerate it.

しかし、フミンのファウリングメカニズムについては、図3に模式的に示すように、フミンは、その大きさがナノレベルであり、フィルターの細孔内に入り込んでいる。フミンがフィルターの細孔内で吸着しているので、剥がす手段をとってもなかなか剥がれない。フミンの二次側への漏洩は70〜80%であって、徐々に押し出されるようになって沈着してくるので、逆洗浄が効かなくなってくるという問題があった。   However, with respect to the fouling mechanism of humin, as schematically shown in FIG. 3, humin has a nano-scale size and enters the pores of the filter. Since humic is adsorbed in the pores of the filter, it does not peel off easily even if it is removed. The leakage of humic to the secondary side was 70 to 80%, and since it was gradually pushed out and deposited, there was a problem that backwashing became ineffective.

特公平6−67460号公報Japanese Examined Patent Publication No. 6-67460 特許第2670967号公報Japanese Patent No. 2670967 特開2001−300922号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-300922 特開昭63−274407号公報JP 63-274407 A 特開平10−235172号公報JP-A-10-235172 特開平10−236887号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-236887 特開2003−230823号公報JP 2003-230823 A

本発明は、上記ファウリングの問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ファウリングの発生を抑え、もってフィルターを取り外して薬洗浄して再生する頻度を少なくし、実用可能な強度及び耐食性を有する多孔質膜を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of fouling, the purpose of which is to suppress the occurrence of fouling, thereby reducing the frequency of removing the filter, cleaning the medicine, and regenerating, It is to provide a porous film having practical strength and corrosion resistance.

本発明者らは鋭意研究の結果、ファウリング物質は電荷を帯びており、膜には静電的に吸着するのではないかと考え、従来のチタニア(TiO)よりも膜表面電位の低いジルコニア(ZrO)に骨材粒子を変更することもしくは従来のチタニア(TiO)上にジルコニア(ZrO)膜を形成することで、ファウリング物質の付着低減の効果があることを見いだし、本発明に到達した。 As a result of diligent research, the present inventors have considered that the fouling substance has a charge and is adsorbed electrostatically on the film, and thus zirconia having a film surface potential lower than that of conventional titania (TiO 2 ). It has been found that changing the aggregate particles to (ZrO 2 ) or forming a zirconia (ZrO 2 ) film on the conventional titania (TiO 2 ) has the effect of reducing the adhesion of fouling substances. Reached.

また、本発明者らはさらに鋭意研究の結果、ファウリング物質は膜面の凹凸にたいしアンカー効果によって強固に付着していると考え、従来より平滑な膜表面を形成することによって、ファウリング物質の付着低減の効果があることを見いだし、本発明に到達した。   In addition, as a result of further earnest research, the present inventors consider that the fouling substance is firmly attached to the unevenness of the film surface by the anchor effect, and by forming a smoother film surface than conventional, fouling It has been found that there is an effect of reducing the adhesion of substances, and the present invention has been achieved.

すなわち、本発明によれば、表面を構成する骨材粒子がジルコニアであって、その表面粗さがRaで1μm以下であることを特徴とするセラミック多孔質膜が提供される。   That is, according to the present invention, there is provided a ceramic porous membrane characterized in that the aggregate particles constituting the surface are zirconia and the surface roughness Ra is 1 μm or less.

また、本発明によれば、表面を構成する骨材粒子がジルコニア(ZrO)であって、その膜表面ゼータ電位がpH7において−40mVから40mVであることを特徴とするセラミック多孔質膜が提供される。
さらに、本発明によれば、多孔質基材の表面に上記のセラミックス多孔質膜を形成してなることを特徴とするセラミックスフィルターが提供される。
Further, according to the present invention, there is provided a ceramic porous membrane characterized in that the aggregate particles constituting the surface are zirconia (ZrO 2 ), and the membrane surface zeta potential is −40 mV to 40 mV at pH 7. Is done.
Furthermore, according to the present invention, there is provided a ceramic filter characterized in that the ceramic porous film is formed on the surface of a porous substrate.

本発明のセラミックス多孔質膜及びセラミックスフィルターは、ファウリングの発生を抑え、実用可能な強度及び耐食性を有するとともに、公知のチタニアを用いたものに比較して特に優れたファウリング発生の抑制効果を有する。その結果、差圧上昇が小さいため、フィルターを取り外して薬洗浄して再生する頻度が減少しコスト減となる。更には、差圧上昇が小さいため、透水量が高いまま運転可能でき、膜面積少なくて済み、コスト減となるほか、圧上昇が小さいため、装置負荷が小さくてすむという特別優れた効果を有する。   The ceramic porous membrane and the ceramic filter of the present invention suppress the occurrence of fouling, have practical strength and corrosion resistance, and have a particularly excellent fouling suppression effect compared to those using known titania. Have. As a result, since the differential pressure rise is small, the frequency of removing the filter, cleaning it with chemicals and regenerating it is reduced, and the cost is reduced. Furthermore, since the differential pressure rise is small, it can be operated with a high water permeability, and the membrane area can be reduced, and the cost is reduced. In addition, the pressure rise is small, so that the load on the apparatus can be reduced. .

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。   BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be specifically described. However, the present invention is not limited to the following embodiment, and is within the scope of the gist of the present invention. Based on this knowledge, it should be understood that design changes, improvements, etc. can be made as appropriate.

まず、本発明のセラミックス多孔質膜について詳細に説明する。なお、以下の説明において「細孔径」、「粒径」は、いずれも「平均細孔径」、「平均粒径」を意味するものとする。
通常、セラミックス多孔質膜とは、セラミックス多孔体よりなる0.5〜500μm程度の厚さの薄膜をいう。例えば、セラミックス多孔質基材の表面に薄膜を形成したセラミックスフィルターの形で用いられ、フィルターのろ過機能の中枢をなす部分となる。
First, the ceramic porous membrane of the present invention will be described in detail. In the following description, “pore diameter” and “particle diameter” both mean “average pore diameter” and “average particle diameter”.
Usually, the ceramic porous film refers to a thin film having a thickness of about 0.5 to 500 μm made of a ceramic porous body. For example, it is used in the form of a ceramic filter in which a thin film is formed on the surface of a ceramic porous substrate, and becomes a central part of the filter function of the filter.

本発明のセラミックス多孔質膜(以下、多孔質膜という。)は、少なくとも表面を構成する骨材粒子がジルコニア(ZrO)からなり、表面において固相焼結によりジルコニア(ZrO)粒子同士が結合した構造をとる。なお、表面を除く部分においては、骨材粒子は必ずしもジルコニア粒子でなくてもよい。このように、表面が高耐食性のジルコニアからなるため、通常、腐食に対して敏感な結合部についても耐食性が高い多孔質膜を形成することが可能となる。 In the ceramic porous membrane of the present invention (hereinafter referred to as a porous membrane), at least the aggregate particles constituting the surface are made of zirconia (ZrO 2 ), and the zirconia (ZrO 2 ) particles are formed by solid phase sintering on the surface. Take a combined structure. In the portion excluding the surface, the aggregate particles are not necessarily zirconia particles. As described above, since the surface is made of zirconia having high corrosion resistance, it is usually possible to form a porous film having high corrosion resistance even at a bonding portion sensitive to corrosion.

本発明におけるジルコニア骨材粒子は、多孔質膜の骨格を形成するセラミックス粒子であり、当該骨材粒子の粒子径により多孔質膜の細孔径、即ち、フィルター機能が決定される。換言すれば、骨材粒子の粒子径を適宜選択することにより、所望の細孔径を有する多孔質膜を得ることができる。本発明においては、0.1〜3μmの比較的粒径が小さい骨材粒子を用い、細孔径が0.05〜1μm程度の多孔質膜を形成することを目的とする。   The zirconia aggregate particles in the present invention are ceramic particles that form the skeleton of the porous membrane, and the pore size of the porous membrane, that is, the filter function, is determined by the particle size of the aggregate particles. In other words, a porous membrane having a desired pore size can be obtained by appropriately selecting the particle size of the aggregate particles. The object of the present invention is to form a porous membrane having a pore diameter of about 0.05 to 1 μm using aggregate particles having a relatively small particle diameter of 0.1 to 3 μm.

多孔質膜のうち、表面を除く部分を構成する骨材粒子の材質としては、セラミックスである限りにおいて特に限定されず、例えばアルミナ(Al)、チタニア、ムライト(Al・SiO)、ジルコニア(ZrO)、シリカ(SiO)、スピネル(MgO・Al)、あるいはそれらの混合物等を用いることができるが、粒子径が制御された原料が入手し易い、スラリーが安定である点からアルミナ、チタニア、ジルコニアが好ましい。 The material of the aggregate particles constituting the portion excluding the surface of the porous film is not particularly limited as long as it is ceramics. For example, alumina (Al 2 O 3 ), titania, mullite (Al 2 O 3 .SiO 2 ) 2 ), zirconia (ZrO 2 ), silica (SiO 2 ), spinel (MgO · Al 2 O 3 ), or a mixture thereof can be used. From the viewpoint of being stable, alumina, titania and zirconia are preferred.

本発明に係る多孔質膜では、少なくとも表面を構成する骨材粒子がジルコニア(ZrO)からなるとともに、その表面粗さがRaで1μm以下であるか、及び/又は、その膜表面ゼータ電位がpH7において−40mVから40mVであることにその特徴を有する。
本発明に係る多孔質膜において、その表面粗さがRaで1μm以下とすることによって、ファウリング物質の付着が大幅に低減する。また、本発明に係る多孔質膜の膜表面ゼータ電位が、pH7において−40mVから40mVであることにより、同じくファウリング物質の付着が大きく低減するという効果がある。
In the porous membrane according to the present invention, at least the aggregate particles constituting the surface are made of zirconia (ZrO 2 ), the surface roughness is 1 μm or less in Ra, and / or the membrane surface zeta potential is Its characteristic is that it is -40 mV to 40 mV at pH 7.
In the porous membrane according to the present invention, when the surface roughness is 1 μm or less in Ra, adhesion of the fouling substance is greatly reduced. Moreover, when the membrane surface zeta potential of the porous membrane according to the present invention is -40 mV to 40 mV at pH 7, there is an effect that adhesion of fouling substances is also greatly reduced.

次に、本発明のセラミックスフィルターについて説明する。本発明のセラミックスフィルター(以下、フィルターという。)は、多孔質基材の表面に上述した本発明の多孔質膜を形成してなるものである。   Next, the ceramic filter of the present invention will be described. The ceramic filter of the present invention (hereinafter referred to as filter) is formed by forming the above-described porous film of the present invention on the surface of a porous substrate.

本発明における多孔質基材(以下、基材という。)とは、セラミックスよりなる多孔質体であって、フィルターの外形を構成する部材をいう。但し、フィルター機能は専ら基材表面に形成される多孔質膜が果たすため、基材自体については細孔径が1〜50μmである、比較的細孔径の大きい多孔体を用いることができる。   The porous base material (hereinafter referred to as the base material) in the present invention is a porous body made of ceramics and refers to a member constituting the outer shape of the filter. However, since the porous film formed exclusively on the surface of the substrate fulfills the filter function, a porous body having a pore size of 1 to 50 μm and a relatively large pore size can be used for the substrate itself.

基材の材質は、セラミックスである限りにおいて特に限定されないが、例えばアルミナ、チタニア、ムライト、ジルコニア、或いはこれらの混合物等を好適に用いることができる。また、セラミックス基材表面に既にセラミックス層が被覆されているものを基材として用いてもよい。このような基材の表面に、後述する製造方法を用いて多孔質膜を形成しフィルターとする。   The material of the base material is not particularly limited as long as it is ceramics. For example, alumina, titania, mullite, zirconia, or a mixture thereof can be suitably used. Moreover, you may use what the ceramic layer has already coat | covered the ceramic base material surface as a base material. A porous film is formed on the surface of such a substrate using a manufacturing method described later to obtain a filter.

最後に、本発明のセラミックスフィルターの製造方法について説明する。この製造方法においては、骨材粒子であるジルコニアを含むスラリーを多孔質基材の表面に成膜して成膜体とした後、その成膜体を大気雰囲気下、900〜1100℃の条件で熱処理することにより基材表面に多孔質膜を形成せしめることを特徴とする。スラリーを基材へ形成する方法は、公知のろ過方法が利用できるが、平滑な表面を得るためには、例えば、ディップコート法(浸漬塗布法)が特に好ましい。   Finally, a method for producing the ceramic filter of the present invention will be described. In this production method, a slurry containing zirconia, which is aggregate particles, is formed on the surface of a porous substrate to form a film-formed body, and then the film-formed body is subjected to an atmosphere at 900 to 1100 ° C. A porous film is formed on the substrate surface by heat treatment. As a method of forming the slurry on the substrate, a known filtration method can be used, but in order to obtain a smooth surface, for example, a dip coating method (dip coating method) is particularly preferable.

スラリー濃度は成膜する膜厚にもよるが、通常は100重量%以下の濃度とする。スラリー濃度が100重量%より高くなると骨材粒子の凝集が起こり膜に欠陥を生じ易くなる。なお、スラリーには、成膜性向上のためにPVA等の有機バインダーを添加してもよく、分散性向上のためにpH調製剤、表面活性剤等を添加してもよい。   The slurry concentration depends on the film thickness to be formed, but is usually 100% by weight or less. When the slurry concentration is higher than 100% by weight, aggregation of aggregate particles occurs and defects in the film are likely to occur. Note that an organic binder such as PVA may be added to the slurry to improve the film formability, and a pH adjuster, a surfactant, and the like may be added to improve the dispersibility.

次いで、前記スラリーを成膜後、大気雰囲気下で熱処理を行うが、熱処理は、900〜1100℃の温度条件で行う。700℃より低温では骨材粒子間に強固な結合部が形成できず、1100℃より高温ではクラック等が発生する。   Next, after the slurry is formed, heat treatment is performed in an air atmosphere, and the heat treatment is performed under a temperature condition of 900 to 1100 ° C. When the temperature is lower than 700 ° C., a strong joint cannot be formed between the aggregate particles, and when the temperature is higher than 1100 ° C., cracks and the like are generated.

また、フィルターを製造する場合には、前記スラリーをセラミックスよりなる多孔質基材表面に成膜して成膜体とした後、上述の熱処理を行えばよい。成膜方法は特に限定されないが、例えばスラリーを直接多孔質基材の表面に塗布して膜を形成する方法等を用いることができる。   Moreover, when manufacturing a filter, the slurry may be formed on the surface of a porous substrate made of ceramics to form a film-formed body, and then the above heat treatment may be performed. The film forming method is not particularly limited, and for example, a method of forming a film by directly applying slurry to the surface of the porous substrate can be used.

図1(a)〜(c)は、ディップコート法による多孔質基材表面への成膜法の一例を示しており、まず、図1(a)に示すように、レンコン状の多孔質基材1をその流通路(セル)方向が垂直になるように、槽3を備えた治具2にセットする。次いで、図1(b)のように、槽3にジルコニア(ZrO)からなる結合材を含むスラリー4を投入し、多孔質基材1の上部から多孔質基材1のセル(流通路)5内を満たしながら下方向に通過させ、図1(c)のような、多孔質基材1のセル5の内表面にスラリー膜6が形成されたものを得る。そして、得られた多孔質基材1は、次いで乾燥、焼成されることにより、表面にセラミックス多孔質膜が形成されたセラミックフィルターが製造されることになる。 1 (a) to 1 (c) show an example of a film forming method on the surface of a porous substrate by a dip coating method. First, as shown in FIG. 1 (a), a lotus root-like porous substrate is used. The material 1 is set on a jig 2 provided with a tank 3 so that the flow path (cell) direction is vertical. Next, as shown in FIG. 1 (b), a slurry 4 containing a binding material made of zirconia (ZrO 2 ) is introduced into the tank 3, and a cell (flow passage) of the porous substrate 1 from above the porous substrate 1. 5 is passed through in a downward direction, and a slurry film 6 formed on the inner surface of the cell 5 of the porous substrate 1 as shown in FIG. 1C is obtained. The obtained porous substrate 1 is then dried and fired to produce a ceramic filter having a ceramic porous film formed on the surface.

以下、本発明を多孔質基材表面に多孔質膜を形成してフィルターとした実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples in which a porous film is formed on the surface of a porous substrate to form a filter, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
東ソー社製のジルコニア粉末(商品名:TZ8Y、比表面積:BET 16±2m/g)を水に対し60wt%で添加し、2mmφのジルコニアボールとともにポットミルで7hr分散邂逅しジルコニア原料とした。これを水に対し固形分10wt%となるように添加した。更に東亞合成化学社製の分散剤(商品名:A−6114)をジルコニア粉末に対して3〜5wt%添加して、最終的に固形分10wt%のジルコニアスラリーを得た。基材として0.18μmの細孔径を有する日本碍子社製の30mmφ(孔径)×1m(長さ)のモノリス品(レンコン状基材)を用い、これを垂直に設置し、上部から前述のジルコニアスラリーをモノリス品のセル内に通水した。これを950℃、3hr焼成することによりサンプル1を得た。サンプル1の表面に形成された多孔質膜の表面粗さ(Ra)は
0.9μmであった。また、膜表面ゼータ電位がpH7において−30mVであった。
(Example 1)
A zirconia powder (trade name: TZ8Y, specific surface area: BET 16 ± 2 m 2 / g) manufactured by Tosoh Corporation was added at 60 wt% with respect to water, and dispersed with a 2 mmφ zirconia ball for 7 hr in a pot mill to obtain a zirconia raw material. This was added so that it might become solid content 10wt% with respect to water. Furthermore, 3-5 wt% of a dispersant (trade name: A-6114) manufactured by Toagosei Chemical Co., Ltd. was added to the zirconia powder to finally obtain a zirconia slurry having a solid content of 10 wt%. A monolithic product (lotus-like base material) of 30 mmφ (pore diameter) × 1 m (length) manufactured by Nippon Choshi Co., Ltd. having a pore diameter of 0.18 μm was used as the base material, and this was installed vertically, and the above-mentioned zirconia was installed from the top. The slurry was passed through a monolith cell. This was calcined at 950 ° C. for 3 hours to obtain Sample 1. The surface roughness (Ra) of the porous film formed on the surface of Sample 1 was 0.9 μm. The membrane surface zeta potential was −30 mV at pH 7.

(実施例2)
1100℃、3hrで焼成したこと以外は、実施例1と同様にしてサンプル2を得た。サンプル2の表面に形成された多孔質膜の表面粗さ(Ra)は0.8μmであった。また、膜表面ゼータ電位がpH7において−30mVであった。
(Example 2)
Sample 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that it was fired at 1100 ° C. for 3 hours. The surface roughness (Ra) of the porous film formed on the surface of Sample 2 was 0.8 μm. The membrane surface zeta potential was −30 mV at pH 7.

(実施例3)
東ソー社製のジルコニア粉末(商品名:TZ8Y)の代わりに東ソー社製のジルコニア粉末(商品名:TZ8YS、比表面積:BET 7±2m/g)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてサンプル3を得た。サンプル3の表面に形成された多孔質膜の表面粗さ(Ra)は1.0μmであった。また、膜表面ゼータ電位がpH7において−35mVであった。
Example 3
Example 1 except that Tosoh zirconia powder (trade name: TZ8Y) was used instead of Tosoh zirconia powder (trade name: TZ8YS, specific surface area: BET 7 ± 2 m 2 / g). Thus, sample 3 was obtained. The surface roughness (Ra) of the porous film formed on the surface of Sample 3 was 1.0 μm. The membrane surface zeta potential was −35 mV at pH 7.

(比較例)
東ソー社製のジルコニア粉末の代わりにチタニア骨材を用いたほかは、実施例1と同様にして比較例のサンプルを得た。このサンプルの表面に形成された多孔質膜の表面粗さ(Ra)は3.4μmであった。また、膜表面ゼータ電位がpH7において−50mVであった。
(Comparative example)
A sample of a comparative example was obtained in the same manner as in Example 1 except that titania aggregate was used instead of zirconia powder manufactured by Tosoh Corporation. The surface roughness (Ra) of the porous film formed on the surface of this sample was 3.4 μm. The membrane surface zeta potential was −50 mV at pH 7.

(考察)
図2(a)(b)に示す電子顕微鏡写真は、サンプル1(実施例1)の多孔質膜を示し、図2(c)(d)に示す電子顕微鏡写真は比較例の多孔質膜を示している。また、サンプル1(実施例1)の多孔質膜は平均細孔径が0.1μm、表面粗さが0.9μmであり、比較例の多孔質膜は平均細孔径が0.18μm、表面粗さが3.4μmであった。本発明の多孔質膜が、比較例と比べて平滑であることが明らかである。
(Discussion)
The electron micrographs shown in FIGS. 2A and 2B show the porous film of Sample 1 (Example 1), and the electron micrographs shown in FIGS. 2C and 2D show the porous film of the comparative example. Show. The porous membrane of sample 1 (Example 1) has an average pore diameter of 0.1 μm and a surface roughness of 0.9 μm, and the porous membrane of the comparative example has an average pore diameter of 0.18 μm and a surface roughness. Was 3.4 μm. It is clear that the porous membrane of the present invention is smoother than the comparative example.

次に、ファウリング性の評価を行った。
図3にファウリングモデル実験の概要を示す。フミン酸水溶液を各種膜(サンプル1−3と比較例)に通水して膜面の差圧を評価した。外壁と内壁が隔壁する構造の筐体10にそれぞれの膜付き多孔質基材11を配置し河川水の定流量濾過を行った。フミン酸水溶液は、河川水にフミン酸を1ppm加えてpH7に調整し、原水槽12から送液ポンプ13を介して送液した。ろ過方向は内壁側から外壁側で、ろ過方式はデッドエンド濾過である。ろ過流速は5m/日の定流量である。ろ過を行うと内壁面に汚れがたまり圧力が上昇する。その上昇を防ぐため30分ごとに外壁側から内壁側に5kg/cmの高圧水を逆洗タンク14から流し、膜付着物の洗浄を実施した。この条件により約24時間運転し圧力の変化を観察した。圧力の挙動は運転時間に伴い上昇し、洗浄後低下するが、洗浄後でも初期圧力には回復せず徐々に圧力は上昇する。運転初期の圧力に対する運転終了時の圧力差を求めてサンプル1〜3(実施例1〜3)と比較例でグラフにした。ここで、圧力の上昇率の低いものが汚れにくい膜でファウリング性に優れる(耐ファウリング性)ものである。
Next, the fouling property was evaluated.
FIG. 3 shows an outline of the fouling model experiment. The aqueous solution of humic acid was passed through various membranes (Sample 1-3 and Comparative Example) to evaluate the differential pressure on the membrane surface. Each membrane-coated porous substrate 11 was placed in a casing 10 having a structure in which an outer wall and an inner wall were separated, and river water was subjected to constant flow filtration. The humic acid aqueous solution was adjusted to pH 7 by adding 1 ppm of humic acid to river water, and was sent from the raw water tank 12 via the liquid feed pump 13. The filtration direction is from the inner wall side to the outer wall side, and the filtration method is dead-end filtration. The filtration flow rate is a constant flow rate of 5 m / day. When filtration is performed, dirt accumulates on the inner wall surface and the pressure rises. In order to prevent the increase, 5 kg / cm 2 of high-pressure water was flowed from the back wall to the inner wall side from the outer wall side every 30 minutes to wash the film deposits. Under these conditions, the operation was continued for about 24 hours and the change in pressure was observed. The behavior of the pressure increases with the operation time and decreases after the cleaning, but even after the cleaning, the initial pressure is not recovered and the pressure gradually increases. The pressure difference at the end of the operation with respect to the pressure in the initial operation was obtained and graphed with Samples 1 to 3 (Examples 1 to 3) and Comparative Example. Here, a film having a low pressure increase rate is a film that is not easily soiled and has excellent fouling properties (fouling resistance).

図4(a)(b)にファウリング実験の結果を示す。図4(a)は差圧の時間による変化を測定したものである。サンプル1,2,3(実施例1,2,3)は差圧が上昇せず、優れたファウリング性を示しているが、比較例は12時間経過後差圧が上昇していくのがわかる。なお、図4(b)は8時間経過から12時間経過までのデータを拡大したものである。これによって比較例は逆洗が効かないことがわかる。   4A and 4B show the results of the fouling experiment. FIG. 4A shows a change in the differential pressure over time. Samples 1, 2 and 3 (Examples 1, 2 and 3) do not increase the differential pressure and show excellent fouling properties, but the comparative example shows that the differential pressure increases after 12 hours. Recognize. FIG. 4B is an enlarged view of data from 8 hours to 12 hours. Thus, it can be seen that backwashing is not effective in the comparative example.

本発明のセラミックス多孔質膜及びセラミックスフィルターは、実用可能な強度及び耐食性を有し、優れたファウリング発生の抑制効果を有するので、透水量が高いまま運転可能でき、膜面積が少なくて済み、コスト減となるほか、圧上昇が小さいため、装置負荷が小さくてすむので、固液分離用のフィルター等として極めて有用である。   The ceramic porous membrane and the ceramic filter of the present invention have practical strength and corrosion resistance, and have an excellent effect of suppressing fouling generation, so that they can be operated with a high water permeability, and the membrane area can be reduced. In addition to cost reduction, since the pressure rise is small, the load on the apparatus is small, which is extremely useful as a filter for solid-liquid separation.

(a)〜(c)は、ディップコート法による多孔質基材表面への成膜法の一例を示す模式図である。(A)-(c) is a schematic diagram which shows an example of the film-forming method to the porous base material surface by a dip coating method. (a)(b)はサンプル1(実施例1)の多孔質膜を示す電子顕微鏡写真、(c)(d)は比較例の多孔質膜を示す電子顕微鏡写真である。(A) and (b) are the electron micrographs which show the porous membrane of sample 1 (Example 1), (c) and (d) are the electron micrographs which show the porous membrane of a comparative example. ファウリングモデル実験の概要を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline | summary of a fouling model experiment. (a)(b)は実施例1,2,3及び比較例のファウリング試験の結果を示すグラフである。(A) (b) is a graph which shows the result of the fouling test of Example 1, 2, 3 and a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1:多孔質基材、2:治具、3:槽、4:スラリー、5:セル、6:スラリー膜、10:筐体、11:膜付き多孔質基材、12:原水槽、13:送液ポンプ、14:逆洗タンク。 1: porous substrate, 2: jig, 3: tank, 4: slurry, 5: cell, 6: slurry film, 10: housing, 11: porous substrate with film, 12: raw water tank, 13: Liquid feed pump, 14: backwash tank.

Claims (3)

表面を構成する骨材粒子がジルコニア(ZrO)であって、その表面粗さがRaで1μm以下であることを特徴とするセラミック多孔質膜。 A ceramic porous membrane characterized in that aggregate particles constituting the surface are zirconia (ZrO 2 ), and the surface roughness Ra is 1 μm or less. 表面を構成する骨材粒子がジルコニア(ZrO)であって、その膜表面ゼータ電位がpH7において−40mVから40mVであることを特徴とするセラミック多孔質膜。 A porous ceramic membrane characterized in that aggregate particles constituting the surface are zirconia (ZrO 2 ), and the membrane surface zeta potential is −40 mV to 40 mV at pH 7. 多孔質基材の表面に、請求項1又は2に記載のセラミックス多孔質膜を形成してなることを特徴とするセラミックスフィルター。   A ceramic filter comprising the porous ceramic substrate according to claim 1 or 2 formed on a surface of a porous substrate.
JP2006082369A 2006-03-24 2006-03-24 Porous ceramic film, ceramic filter and its manufacturing method Pending JP2007254222A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006082369A JP2007254222A (en) 2006-03-24 2006-03-24 Porous ceramic film, ceramic filter and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006082369A JP2007254222A (en) 2006-03-24 2006-03-24 Porous ceramic film, ceramic filter and its manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007254222A true JP2007254222A (en) 2007-10-04

Family

ID=38628843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006082369A Pending JP2007254222A (en) 2006-03-24 2006-03-24 Porous ceramic film, ceramic filter and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007254222A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010095399A (en) * 2008-10-15 2010-04-30 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Coating material for forming porous film and porous film, ceramic filter, exhaust gas purifying filter and method for manufacturing ceramic filter
CN103288491A (en) * 2013-05-29 2013-09-11 陕西科技大学 Preparation method of blue-green photonic crystal structure color film
WO2013187378A1 (en) * 2012-06-15 2013-12-19 株式会社明電舎 Solid-liquid separation method
WO2015083628A1 (en) * 2013-12-05 2015-06-11 株式会社明電舎 Ceramic filter
WO2015146354A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 日本碍子株式会社 Monolithic separation membrane structure, and method for producing monolithic separation membrane structure
JP2017177080A (en) * 2016-03-31 2017-10-05 日本碍子株式会社 Liquid mixture feed fixture, and method for producing separation membrane structure using the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0739732A (en) * 1993-07-21 1995-02-10 Toto Ltd Ceramic separation membrane
JP2001261465A (en) * 2000-03-16 2001-09-26 Ngk Insulators Ltd Production process of ceramic porous filter
JP2001261464A (en) * 2000-03-16 2001-09-26 Ngk Insulators Ltd Production process of ceramic porous filter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0739732A (en) * 1993-07-21 1995-02-10 Toto Ltd Ceramic separation membrane
JP2001261465A (en) * 2000-03-16 2001-09-26 Ngk Insulators Ltd Production process of ceramic porous filter
JP2001261464A (en) * 2000-03-16 2001-09-26 Ngk Insulators Ltd Production process of ceramic porous filter

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010095399A (en) * 2008-10-15 2010-04-30 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Coating material for forming porous film and porous film, ceramic filter, exhaust gas purifying filter and method for manufacturing ceramic filter
AU2013275302B2 (en) * 2012-06-15 2015-10-15 Meidensha Corporation Solid-liquid separation method
WO2013187378A1 (en) * 2012-06-15 2013-12-19 株式会社明電舎 Solid-liquid separation method
JP5660255B2 (en) * 2012-06-15 2015-01-28 株式会社明電舎 Solid-liquid separation method
KR20150023522A (en) * 2012-06-15 2015-03-05 메이덴샤 코포레이션 Solid-liquid separation method
KR101705555B1 (en) * 2012-06-15 2017-02-10 메이덴샤 코포레이션 Solid-liquid separation method
CN103288491A (en) * 2013-05-29 2013-09-11 陕西科技大学 Preparation method of blue-green photonic crystal structure color film
JP5935945B2 (en) * 2013-12-05 2016-06-15 株式会社明電舎 Ceramic filter
WO2015083628A1 (en) * 2013-12-05 2015-06-11 株式会社明電舎 Ceramic filter
JPWO2015083628A1 (en) * 2013-12-05 2017-03-16 株式会社明電舎 Ceramic filter
WO2015146354A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 日本碍子株式会社 Monolithic separation membrane structure, and method for producing monolithic separation membrane structure
CN106102879A (en) * 2014-03-28 2016-11-09 日本碍子株式会社 Monolithic devices separation film structure and the manufacture method of monolithic devices separation film structure
JPWO2015146354A1 (en) * 2014-03-28 2017-04-13 日本碍子株式会社 Monolith type separation membrane structure and method for producing monolith type separation membrane structure
US10391454B2 (en) 2014-03-28 2019-08-27 Ngk Insulators, Ltd. Monolithic separation membrane structure and method for producing monolithic separation membrane structure
CN106102879B (en) * 2014-03-28 2019-12-13 日本碍子株式会社 Monolithic separation membrane structure and method for producing monolithic separation membrane structure
JP2017177080A (en) * 2016-03-31 2017-10-05 日本碍子株式会社 Liquid mixture feed fixture, and method for producing separation membrane structure using the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9512041B2 (en) Ceramic membranes
Amin et al. An overview of production and development of ceramic membranes
JP5302957B2 (en) Method for forming inorganic porous coating on porous support using specific pore forming agent
JP6023068B2 (en) Ceramic filter
JP2010528835A5 (en)
JP5810083B2 (en) Ceramic filter
JP2007254222A (en) Porous ceramic film, ceramic filter and its manufacturing method
WO2008034190A1 (en) Metal oxide nanofibre filter
JP4917234B2 (en) Ceramic filter and water purification method
JP4912702B2 (en) Ceramic filter sealing method
US20210107838A1 (en) Inorganic membrane filtration articles and methods thereof
Yun et al. Fabrication of tubular-type MF ceramic membrane with enhanced permeability by addition of PMMA in the support and evaluation of physical characteristics for wastewater treatment
JP4892265B2 (en) Manufacturing method of filter material
JPH03284329A (en) Ceramic membraneous filter and production thereof
JP6579281B2 (en) Adsorbing member and manufacturing method thereof
EP1184070A2 (en) Method for the removal of particulate matter from aqueous suspension
JPH0243928A (en) Inorganic porous membrane
CN111153684A (en) Ceramic membrane and preparation method and application thereof
KR102076733B1 (en) MANUFACTURING METHOD OF CERAMIC MEMBRANE SURFACE MODIFIED WITH SiO2 AND TiO2
CN116390805A (en) Ceramic filter element
Kirk et al. Melded ceramic membranes: A novel fabrication method for ultrathin alumina membranes of high performance
JP2007253090A (en) Ceramic filter
JP2003220319A (en) Separation membrane module and manufacturing method thereof
JP2011194283A (en) Treating method of silica film
JP2006297179A (en) Filtration membrane for membrane filtration of clarified water

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071114

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100430

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100518

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20101005