JP2009214027A - 多孔質浄化材料及びそれを用いた多孔質フィルターによる浄化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ブレーン比表面積が1000〜20000cm2/gのアルカリ土類炭酸塩の粉末と硫酸アルミニウム水溶液を混合して合成した多孔質浄化材料である。アルカリ土類炭酸塩の粉末と硫酸アルミニウム水溶液の混合割合が、質量比で20:80〜80:20である前記多孔質浄化材料であることが好ましい。さらに、水酸化カルシウム及び/又は水硬性材料や活性金属を混合してなる前記多孔質浄化材料である。前記多孔質浄化材料を用いた多孔質フィルターに水質汚濁物質を含有する水を通過させて水質汚濁物質の濃度を低減させる浄化方法、及び前記多孔質浄化材料を用いた多孔質フィルターにガスを通過させて大気汚染物質の濃度を低減する浄化方法である。
【選択図】なし
Description
上記方法では、被処理水に対して、粉末、もしくは顆粒の形態で添加しなければならず、対象物質を捕捉後のスラッジを回収する工程が必要であった。
本発明は、前記課題を解消すべく種々検討した結果、アルカリ土類炭酸塩の粉末と硫酸アルミニウム水溶液より合成される多孔質浄化材料及びそれを用いた多孔質フィルターによる浄化方法を提供する。
なお、本発明における部や%は特に規定しない限り質量基準で示す。
また、これらに水酸化カルシウム及び/又は水硬化性材料を混合することで多孔質浄化材料の強度が向上し、さらに有害物質の捕捉機能を向上させることが可能となる。
水硬性材料を使用した場合には、硫酸アルミニウム水溶液との反応によって、水硬性材料の一部もしくは全部が水和物に変化する。この水和物は多孔質浄化材料の機械的強度の向上に寄与する。また、未反応の水硬性材料や水和物はともに有害物質の吸着に有効な物質となる。
炭酸カルシウムはCaCO3と表わされるものであり、六方晶系のカルサイト型、斜方晶系のアラゴナイト型、及び擬六方晶系のバテライト型などがあるがいずれも使用可能である。また、炭酸カルシウムとして、重質炭酸カルシウムや軽質炭酸カルシウムなどが使用可能である。さらに、カキ、ハマグリなどの貝殻を粉砕して得られるゴ粉なども使用可能である。石灰石粉末やゴ粉は安価に入手可能である。
炭酸マグネシウムはMgCO3と表わされるものであり、さらにCaを含有するものも使用可能であり、その結晶構造は特に限定されるものではない。また、天然にはリョウクド石がありこれを粉砕したものやカルシウムを含有するクカイ石やドロマイトを粉砕したものが使用可能である。
アルカリ土類炭酸塩の粒度は、ブレーン比表面積で1000〜20000cm2/gであり、2000〜6000cm2/gがより好ましい。1000cm2/g未満では開気孔が少なくなり、フィルターとしての機能が低下する場合があり、20000cm2/gを超えると粉砕に要するエネルギーが大きく粉砕コストが上がるだけでなく機能の向上が少ない。
カルシウムアルミネートは、非晶質、結晶質、いずれも使用可能であり、これらが混在することも問題ないが、急結性状が優れることから非晶質のものを80%以上含有することが好ましく、90%以上がより好ましい。
カルシウムアルミネート中のCaO/Al2O3モル比は特に限定されないが、1.5〜3.0が好ましく、1.7〜2.3の範囲がより好ましい。この範囲外では、すぐれた硬化性状が得られない場合がある。
カルシウムアルミネートの粒度やその分布は特に限定されるものではないが、ブレーン比表面積で2000cm2/g以上が初期強度発現性の観点から好ましく、5000cm2/g以上がより好ましい。2000cm2/g未満では優れた硬化性状が得られない場合がある。
活性金属としては、被接触物質を分解する機能を有するものであれば特に限定されないが、例えば、チタン、マンガン、ニッケル、セリウム、鉄、バナジウム、銅、クロム、コバルト、モリブデン、タングステン、ランタン、亜鉛、スズ、プラセオジウム、及び白金などが挙げられ、これらの酸化物、硫酸塩、硝酸塩、及び塩化物などが使用可能である。また、白金を担持した光触媒機能を持つものも使用可能である。
活性金属の使用量は、特に限定されないが、多孔質浄化材料100部中、0.1〜20部が好ましく、1〜10部がより好ましい。20部を超えるとさらなる効果の向上が望めない場合があり、0.1部未満では、目的とする効果が得られない場合がある。
水質汚濁物質としては、例えば、カドニウム、鉛、水銀、セレン、銅、亜鉛、クロム、六価クロム、鉄、マンガン、ニッケル、スズ、アンチモン、及びモリブデンなどの金属類(捕捉したい対象金属に本発明の多孔質浄化材料を固定化材として使用する場合、捕捉対象金属と同じ金属を多孔質フィルターに含まない)、ヒ素、フッ素、ホウ素、塩素、臭素、シアン、アンモニウム、硝酸、亜硝酸、リン、亜硫酸、有機塩素化合物、農薬、ベンゼン、有機水銀、PCB、フェノール類、アミン類、トルエン類、キシレン、中性洗剤などが挙げられ、これらの誘導体も含まれる。
大気汚染物質としては、例えば、二酸化イオウ、二酸化窒素、浮遊粒子状物質、光化学オキシダント、トリクロロエチレンなどが挙げられる。この他、大気汚染防止法(1968年)により固定発生源からの排出が規制されている硫黄酸化物、窒素酸化物、ばいじん、カドミウム、塩素、鉛、塩化水素、フッ化水素などの「ばい煙」、鉱物などの堆積場から飛散する「一般粉じん」、「特定粉じん」であるアスベスト、「特定物質」として定められているベンゼンなどである。また、移動発生源からの排出が規制されている一酸化炭素、炭化水素、粒子状物質なども該当する。近年、シックハウス症候群の原因物質とされているホルムアルデヒドなども含まれる。また、悪臭は大気汚染の1形態と考えることもでき、その原因物質もまた大気汚染物質として挙げられる。
また、大気汚染物質に関しては、硫黄酸化物、窒素酸化物、塩素、塩化水素、フッ化水素、ホルムアルデヒドなどに対して高い固定化(分解)能力を示す。
多孔質浄化材料の気孔の大きさは、特に限定されないが、気孔の空間で最も狭い部分で1μmから大きいものでは10cmである。
多孔質浄化材料の原料を混合して多孔質フィルターを形成する際に、撹拌したり、振動を与えたり、消泡剤などを使用して、多孔質フィルターの嵩密度を調整することが可能である。
攪拌する場合は、アルカリ土類炭酸塩/硫酸アルミニウム水溶液の混合比が大きいほど、混合してスラリー状になってから硬化するまでの時間が早いために、混合比が高い場合は速やかに攪拌する必要がある。
攪拌方法は、特に限定されないが、例えば、エアを用いてバブリングする方法や回転翼を用いて攪拌する方法などが挙げられる。
また、連続式としては、アルカリ金属炭酸塩の粉末と硫酸アルミニウム水溶液を別々に圧送し、対象とする箇所に両者を混合せしめて流し込んだり、もしくは、吹付けて短時間で多量の多孔質浄化材料を形成することが可能である。
気孔径を大きくしたい場合には、攪拌や振動の付与エネルギーを減らすことが有効である。
アルカリ土類炭酸塩の粉末と硫酸アルミニウム水溶液の質量比を変えて合成した各種の多孔質浄化材料を用いて多孔質フィルターを成形し、フィルターの強度と、表1に示す模擬水をろ過し、各ろ過回数でのろ過水中のフッ素やリンの濃度を測定した。結果を表1に示す。
炭酸カルシウム:天然鉱石粉砕品、ブレーン比表面積4000cm2/g
炭酸マグネシウム:市販品、一級試薬、ブレーン比表面積5000cm2/g
硫酸アルミニウム水溶液:27%硫酸アルミニウム水溶液、工業品、近藤産業社製
多孔質浄化材料A:炭酸カルシウムと硫酸アルミニウム水溶液を質量比20:80で混合したもの、嵩密度0.78g/cm3
多孔質浄化材料B:炭酸カルシウムと硫酸アルミニウム水溶液を質量比30:70で混合したもの、嵩密度0.41g/cm3
多孔質浄化材料C:炭酸カルシウムと硫酸アルミニウム水溶液を質量比40:60で混合したもの、嵩密度0.39g/cm3
多孔質浄化材料D:炭酸カルシウムと硫酸アルミニウム水溶液を質量比50:50で混合したもの、嵩密度0.58g/cm3
多孔質浄化材料E:炭酸マグネシウムと硫酸アルミニウム溶液を質量比50:50で混合したもの、嵩密度0.53g/cm3
多孔質浄化材料F:炭酸カルシウムと硫酸アルミニウム水溶液を質量比60:40で混合したもの、嵩密度0.83g/cm3
多孔質浄化材料G:炭酸カルシウムと硫酸アルミニウム水溶液を質量比70:30で混合したもの、嵩密度0.95g/cm3
多孔質浄化材料H:炭酸カルシウムと硫酸アルミニウム水溶液を質量比80:20で混合したもの、嵩密度1.53g/cm3
多孔質浄化材料を用いて下記の形状に成形した。
フィルターサイズ:内径φ5×20cmのアクリル樹脂パイプ中にφ5×10cmのフィルターを成形。アルカリ土類金属炭酸塩の粉末と硫酸アルミニウム水溶液の混合物を30g単位で樹脂パイプ内に流し込んで、ガラス棒を用いてパイプ内面を1回転/秒の速度で攪拌し、粘度が上昇して固まる前にガラス棒を引き抜き成形させた。
模擬水1:フッ化水素酸を溶解させて調製し、フッ素を300ppm含む水溶液
模擬水2:Na2HPO4・12H2Oを溶解させて調製し、リンを300ppm含む水溶液
模擬水のろ過量:200ml
ろ過した模擬水中のフッ素、リンの測定:パーソナルイオンアナライザPIA−1000(島津製作所)を使用
フィルターの圧縮強度:マルイ社製、1KNリング式耐圧機で測定
炭酸カルシウム粉末と硫酸アルミニウム水溶液が質量比で50:50となる組成に、表2に示す水硬性材料の量を内割り(多孔質浄化材料100部中の部)使用して多孔質フィルターを作製し、模擬水1を1回通過させた際のろ過した液中のフッ素の含有量を測定したこと以外は実施例1と同様に試験した。結果を表2に示す。
水硬性材料イ:水酸化カルシウム、市販品、一級試薬、ブレーン比表面積13000cm2/g
水硬性材料ロ:炭酸カルシウムと水酸化アルミニウムを所定量混合し、電気炉で溶融して得られた12CaO・7Al2O3組成の非晶質カルシウムアルミネート、ブレーン比表面積6000cm2/g
水硬性材料ハ:普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン比表面積3500cm2/g
実施例1の実験No.1-4の多孔質浄化材料に表3に示す量の触媒金属を内割り(多孔質物質100部中の部)で含有させ、実施例1と同様にアクリル樹脂パイプ中にφ5×10cmのフィルターを成形した。ホルムアルデヒドを40ppm含有するガスを調製し、このガス1m3中に多孔質フィルター(片側に1000ml/minで吸引できる吸引機を着用)を設置し、各浄化時間でのホルムアルデヒド濃度を測定した。測定中は、太陽光を照射し、比較として触媒金属を含有しないものについても測定した。結果を表3に示す。
触媒金属:アナターゼ型二酸化チタン粉末、市販品
ホルムアルデヒドの測定:ガステック社の検知管式気体測定器GV100Sを用いて測定
表4に示す比表面積の炭酸カルシウム粉末と硫酸アルミニウム水溶液が質量比で50:50となる組成の多孔質フィルターを作製し、表4に示す模擬水をろ過し、各ろ過回数でのろ過水中のフッ素やリンの濃度を測定したこと以外は実施例1と同様に試験した。結果を表4に示す。
模擬水1:フッ化水素酸を溶解させて調製し、フッ素を300ppm含む水溶液
模擬水2:Na2HPO4・12H2Oを溶解させて調製し、リンを300ppm含む水溶液
模擬水のろ過量:200ml
ろ過した模擬水中のフッ素、リンの測定:パーソナルイオンアナライザPIA−1000(島津製作所)を使用
Claims (10)
- ブレーン比表面積が1000〜20000cm2/gのアルカリ土類炭酸塩の粉末と硫酸アルミニウム水溶液を混合して合成した多孔質浄化材料。
- アルカリ土類炭酸塩粉末と硫酸アルミニウム水溶液の混合割合が、質量比20:80〜80:20である請求項1に記載の多孔質浄化材料。
- アルカリ土類炭酸塩が炭酸カルシウムである請求項1又は2に記載の多孔質浄化材料。
- さらに、水酸化カルシウム及び/又は水硬性材料を混合してなる請求項1〜3のいずれか1項に記載の多孔質浄化材料。
- 水硬性材料がカルシウムアルミネートである請求項4に記載の多孔質浄化材料。
- 多孔質浄化材料の嵩密度が0.3〜1.5g/cm3である請求項1〜5のいずれか1項に記載の多孔質浄化材料。
- さらに、活性金属を含有した請求項1〜6のいずれか1項に記載の多孔質浄化材料。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の多孔質浄化材料を用いた多孔質フィルターに水質汚濁物質を含有する水を通過させて水質汚濁物質の濃度を低減させることを特徴とする浄化方法。
- 水質汚濁物質がフッ素、リンであることを特徴とする請求項8記載の浄化方法。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の多孔質浄化材料を用いた多孔質フィルターにガスを通過させて大気汚染物質の濃度を低減することを特徴とする浄化方法。
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