JP2015229122A - Metal ion adsorbent material, and combined adsorbent material obtained by using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new metal ion adsorbent material in which alkali metal titanate salt is used as an adsorbent material different from an existing ion exchange resin or zeolite and deterioration of whose adsorption capacity is suppressed though a binder is used, to provide a combined adsorbent material obtained by using the metal ion adsorbent material, and to provide a filtration member.SOLUTION: The metal ion adsorbent material is obtained by mixing a crystalline fine particle of sodium salt of titanic acid, a crystal of which particle is grown by a flux method using sodium nitrate as a flux agent, with a silica-based binder which is derived from colloidal silica or water glass and the weight of which is equivalent to 20-40 wt.% of the crystalline fine particle. The combined adsorbent material is obtained by mixing the metal ion adsorbent material with activated carbon. The filtration member includes the combined adsorbent material.

Description

本発明は金属イオン吸着材及びこれを用いた複合吸着材に関し、特に、チタン酸アルカリ金属塩を用いて金属イオンの吸着性能を高めた金属イオン吸着材であり、さらにこれを用いた複合吸着材に関する。   The present invention relates to a metal ion adsorbent and a composite adsorbent using the metal ion adsorbent, and in particular, is a metal ion adsorbent having enhanced metal ion adsorption performance using an alkali metal titanate, and a composite adsorbent using the same. About.

活性炭は発達した多孔質により様々な分子を吸着可能である。また、原料自体も安価であることから、産業用もしくは家庭用と問わず広汎に使用されている。活性炭の吸着対象は主に活性炭表面の細孔径や容積、細孔の分布等に依存する。そのため、目的に合わせて原料となる炭素源、焼成や賦活の条件が適切に選択される。   Activated carbon can adsorb various molecules due to its developed porosity. Moreover, since the raw materials themselves are inexpensive, they are widely used regardless of whether they are for industrial use or household use. The adsorption target of the activated carbon mainly depends on the pore diameter and volume of the activated carbon surface, the pore distribution, and the like. Therefore, a carbon source as a raw material and conditions for firing and activation are appropriately selected according to the purpose.

しかしながら、一般的に活性炭は金属イオンの吸着に適してはいないため、活性炭と他の吸着剤を組み合わせて使用することは一般的である。具体的には、活性炭とイオン交換樹脂等の有機系吸着剤、ヒドロキシアパタイト、またはゼオライト等の無機吸着剤との組み合わせが提案されている。無機吸着剤はイオン交換作用を有するため、水中からの重金属イオンを除去する際に有効である。特に人口増加に伴う水の需要増大と環境悪化から、重金属の除去は安全な飲料用水の確保において喫緊の課題である。   However, since activated carbon is generally not suitable for adsorption of metal ions, it is common to use activated carbon in combination with other adsorbents. Specifically, a combination of activated carbon and an organic adsorbent such as an ion exchange resin, an inorganic adsorbent such as hydroxyapatite, or zeolite has been proposed. Since the inorganic adsorbent has an ion exchange action, it is effective in removing heavy metal ions from water. In particular, the removal of heavy metals is an urgent issue in securing safe drinking water due to an increase in water demand accompanying a population increase and environmental deterioration.

金属イオンの吸着にイオン交換樹脂を使用する場合、イオン交換樹脂が高価であるとともに嵩高である。このため、製品原価を引き下げることができず、小型化も難しい。ヒドロキシアパタイトの場合、イオン交換能力が十分ではない。そこで、金属イオン吸着率に優れたゼオライトの利用が検討されてきた。   When an ion exchange resin is used for adsorption of metal ions, the ion exchange resin is expensive and bulky. For this reason, the product cost cannot be reduced and downsizing is difficult. In the case of hydroxyapatite, the ion exchange capacity is not sufficient. Therefore, the use of zeolite having an excellent metal ion adsorption rate has been studied.

例えば、交換可能な全陽イオン量の60モル%以上がカルシウムイオン及び/またはマグネシウムイオンで置換されたゼオライトを活性炭の表面にバインダーを用いて付着させた重金属イオン吸着剤が提案されている(特許文献1参照)。また、非結晶チタノシリケート系化合物またはA型もしくはX型ゼオライトからなる微粒子化合物にプラスチック粉末を3〜20重量%になるように付着させた複合粉末と、粉末状、粒状物及び繊維状物から選ばれた少なくとも1種のプラスチック粉末が未付着の吸着性物質とからなる複合吸着材が提案されている(特許文献2参照)。   For example, a heavy metal ion adsorbent has been proposed in which a zeolite in which 60 mol% or more of the total exchangeable cation amount is substituted with calcium ions and / or magnesium ions is attached to the surface of activated carbon using a binder (patent) Reference 1). Also, a composite powder obtained by adhering a plastic powder to a fine particle compound comprising an amorphous titanosilicate compound or an A-type or X-type zeolite in an amount of 3 to 20% by weight, and powder, granular and fibrous materials There has been proposed a composite adsorbent comprising at least one selected plastic powder and an adsorbent that has not been adhered (see Patent Document 2).

前記のゼオライトを使用した吸着材は、良好な金属イオンの吸着性能を有する。しかし、吸着材に含まれるゼオライトからのアルミニウムの溶出のおそれも指摘されている。そのため、さらに別の吸着材を必要とする。また、ゼオライト等の吸着材が樹脂バインダーを用いて凝集されるため、吸着性能が十分に発揮されない。   The adsorbent using the above zeolite has good metal ion adsorption performance. However, it has been pointed out that aluminum may be eluted from zeolite contained in the adsorbent. Therefore, another adsorbent is required. Moreover, since adsorption materials, such as a zeolite, are aggregated using a resin binder, adsorption | suction performance is not fully exhibited.

一連の経緯から、前述のイオン交換樹脂、ヒドロキシアパタイト、ゼオライトの吸着材によると、吸着装置の小型化を実現することは難しい。例えば、家庭用の浄水器のように、少ない設置場所で効率良く各種の対象物を吸着することを勘案すると更なる性能向上が求められる。そこで、既存のイオン交換樹脂、ヒドロキシアパタイト、ゼオライトのいずれとも異なる新たな金属イオン、特には重金属イオンの吸着に効果を発揮する吸着材が求められていた。   From a series of circumstances, it is difficult to achieve downsizing of the adsorption apparatus according to the adsorbents of ion exchange resin, hydroxyapatite, and zeolite described above. For example, further improvement in performance is required in consideration of efficiently adsorbing various objects in a small number of installation places, such as household water purifiers. Therefore, an adsorbent that is effective for adsorbing new metal ions, particularly heavy metal ions, different from any of existing ion exchange resins, hydroxyapatite, and zeolite has been demanded.

国際公開WO2005/009610International Publication WO2005 / 009610 特許第4361489号公報Japanese Patent No. 4361489

このような経緯を踏まえ、発明者らは新たな吸着材を模索したところ、チタン酸アルカリ金属塩が金属イオンの吸着に良好であることを見出した。さらに鋭意研究を重ね、チタン酸アルカリ金属塩の金属イオン吸着能力を低下させることなくバインダーにより凝集可能とした新たな吸着材を完成するに至った。   Based on such circumstances, the inventors sought a new adsorbent and found that the alkali metal titanate is good for adsorption of metal ions. Furthermore, earnest research was repeated and it came to complete the new adsorbent material which can be aggregated with a binder, without reducing the metal ion adsorption capability of alkali metal titanate.

本発明は、上記状況に鑑み提案されたものであり、既存のイオン交換樹脂、ヒドロキシアパタイト、ゼオライトとは異なる吸着材としてチタン酸アルカリ金属塩を使用し、さらに、バインダーを使用しつつも吸着能力低下を抑制した新たな金属イオン吸着材とともに、これを用いた複合吸着材及び濾過部材を提供する。   The present invention has been proposed in view of the above situation, and uses an alkali metal titanate as an adsorbent different from existing ion exchange resins, hydroxyapatite, and zeolite, and further adsorbs while using a binder. Provided are a new metal ion adsorbent that suppresses a decrease, and a composite adsorbent and a filtration member using the same.

すなわち、請求項1の発明は、フラックス法を用いて結晶育成したチタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子と、前記結晶性微粒子の20〜40重量%に相当する重量のシリカ系バインダーとを混合してなることを特徴とする金属イオン吸着材に係る。   That is, the invention of claim 1 is a mixture of an alkali metal titanate crystalline fine crystal grown by a flux method and a silica-based binder having a weight corresponding to 20 to 40% by weight of the crystalline fine particle. The present invention relates to a metal ion adsorbent characterized by comprising:

請求項2の発明は、前記チタン酸アルカリ金属塩がチタン酸ナトリウム塩である請求項1に記載の金属イオン吸着材に係る。   The invention of claim 2 relates to the metal ion adsorbent according to claim 1, wherein the alkali metal titanate is sodium titanate.

請求項3の発明は、前記チタン酸ナトリウム塩の結晶育成に際し、フラックス剤が硝酸ナトリウムである請求項2に記載の金属イオン吸着材に係る。   The invention of claim 3 relates to the metal ion adsorbent according to claim 2, wherein the fluxing agent is sodium nitrate when the sodium titanate salt is grown.

請求項4の発明は、前記結晶性微粒子の平均粒子径が1〜100μmである請求項1ないし3のいずれか1項の金属イオン吸着材に係る。   The invention according to claim 4 relates to the metal ion adsorbent according to any one of claims 1 to 3, wherein the crystalline fine particles have an average particle diameter of 1 to 100 μm.

請求項5の発明は、前記シリカ系バインダーがコロイダルシリカである請求項1ないし4のいずれか1項の金属イオン吸着材に係る。   The invention according to claim 5 relates to the metal ion adsorbent according to any one of claims 1 to 4, wherein the silica-based binder is colloidal silica.

請求項6の発明は、前記コロイダルシリカが、pH2〜4の水分散液中に存在する粒子径4〜20nmのコロイド状シリカ粒子である請求項5に記載の金属イオン吸着材に係る。   The invention according to claim 6 relates to the metal ion adsorbent according to claim 5, wherein the colloidal silica is colloidal silica particles having a particle diameter of 4 to 20 nm present in an aqueous dispersion having a pH of 2 to 4.

請求項7の発明は、前記シリカ系バインダーが水ガラスである請求項1ないし4のいずれか1項の金属イオン吸着材に係る。   The invention according to claim 7 relates to the metal ion adsorbent according to any one of claims 1 to 4, wherein the silica-based binder is water glass.

請求項8の発明は、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の金属イオン吸着材と、活性炭とを混合してなることを特徴とする複合吸着材に係る。   The invention of claim 8 relates to a composite adsorbent characterized by mixing the metal ion adsorbent according to any one of claims 1 to 7 and activated carbon.

請求項9の発明は、請求項8に記載の複合吸着材を有してなることを特徴とする濾過部材に係る。   A ninth aspect of the present invention relates to a filtration member comprising the composite adsorbent according to the eighth aspect.

請求項1の発明に係る金属イオン吸着材によると、フラックス法を用いて結晶育成したチタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子と、前記結晶性微粒子の20〜40重量%に相当する重量のシリカ系バインダーとを混合してなるため、既存のイオン交換樹脂、ヒドロキシアパタイト、ゼオライトとは異なる吸着材としてチタン酸アルカリ金属塩を使用し、さらに、バインダーを使用しつつも吸着能力低下を抑制することができる。   According to the metal ion adsorbing material of the first aspect of the invention, the crystalline fine particles of alkali metal titanate salt grown using the flux method and the silica-based weight corresponding to 20 to 40% by weight of the crystalline fine particles Because it is mixed with a binder, alkali metal titanate is used as an adsorbent different from existing ion exchange resins, hydroxyapatite, and zeolite, and it is possible to suppress a decrease in adsorption capacity while using a binder. it can.

請求項2の発明に係る金属イオン吸着材によると、請求項1の発明において、前記チタン酸アルカリ金属塩がチタン酸ナトリウム塩であるため、安価に製造することができる。   According to the metal ion adsorbent according to the invention of claim 2, since the alkali metal titanate is sodium titanate in the invention of claim 1, it can be manufactured at low cost.

請求項3の発明に係る金属イオン吸着材によると、請求項2の発明において、前記チタン酸ナトリウム塩の結晶育成に際し、フラックス剤が硝酸ナトリウムであるため、金属成分が不純物とならず、水洗により洗浄除去が可能である。また、硝酸分は加熱により揮発可能であり不純物となりにくい。   According to the metal ion adsorbent according to the invention of claim 3, in the invention of claim 2, since the fluxing agent is sodium nitrate during the crystal growth of the sodium titanate salt, the metal component does not become an impurity and is washed with water. Cleaning and removal are possible. Also, the nitric acid content can be volatilized by heating and is not easily an impurity.

請求項4の発明に係る金属イオン吸着材によると、請求項1ないし3のいずれかの発明において、前記結晶性微粒子の平均粒子径が1〜100μmであるため、結晶育成に要する時間は短い。   According to the metal ion adsorbent according to the invention of claim 4, in the invention of any one of claims 1 to 3, since the average particle diameter of the crystalline fine particles is 1 to 100 μm, the time required for crystal growth is short.

請求項5の発明に係る金属イオン吸着材によると、請求項1ないし4のいずれかの発明において、前記シリカ系バインダーがコロイダルシリカであるため、樹脂バインダーのように疎水性(撥水)ではなく親水性であり、吸着対象の金属イオンとの親和性は高い。   According to the metal ion adsorbent according to the invention of claim 5, in the invention of any one of claims 1 to 4, since the silica-based binder is colloidal silica, it is not hydrophobic (water repellent) like a resin binder. It is hydrophilic and has high affinity with the metal ions to be adsorbed.

請求項6の発明に係る金属イオン吸着材によると、請求項5の発明において、前記コロイダルシリカが、pH2〜4の水分散液中に存在する粒子径4〜20nmのコロイド状シリカ粒子であるため、結晶性微粒子の良好な造粒と良好な金属イオン吸着が可能となる。   According to the metal ion adsorbent according to the invention of claim 6, in the invention of claim 5, the colloidal silica is colloidal silica particles having a particle diameter of 4 to 20 nm present in an aqueous dispersion having a pH of 2 to 4. Thus, it is possible to perform good granulation of the crystalline fine particles and good metal ion adsorption.

請求項7の発明に係る金属イオン吸着材によると、請求項1ないし4のいずれかの発明において、前記シリカ系バインダーが水ガラスであるため、樹脂バインダーのように疎水性(撥水)ではなく親水性であり、吸着対象の金属イオンとの親和性は高い。   According to the metal ion adsorbent according to the invention of claim 7, in the invention of any one of claims 1 to 4, since the silica-based binder is water glass, it is not hydrophobic (water repellent) like a resin binder. It is hydrophilic and has high affinity with the metal ions to be adsorbed.

請求項8の発明に係る複合吸着材は、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の金属イオン吸着材と、活性炭とを混合してなるため、より多様な吸着対象に対応することができる。   Since the composite adsorbent according to the invention of claim 8 is formed by mixing the metal ion adsorbent according to any one of claims 1 to 7 and activated carbon, the composite adsorbent can cope with a wider variety of adsorption objects. it can.

請求項9の発明に係る濾過部材は、請求項8に記載の複合吸着材を有してなるため、浄水器への適用が簡便となる。   Since the filter member according to the invention of claim 9 has the composite adsorbent according to claim 8, application to a water purifier becomes simple.

本発明の金属イオン吸着材の製造を説明する概略工程図である。It is a schematic process drawing explaining manufacture of the metal ion adsorption material of this invention. 本発明の複合吸着材の使用例を示す概略図である。It is the schematic which shows the usage example of the composite adsorption material of this invention. 本発明の濾過部材の使用例を示す概略図である。It is the schematic which shows the usage example of the filtration member of this invention.

本発明の金属イオン吸着材は、請求項1の発明に規定するように、チタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子とシリカ系バインダーが混合され凝集して、造粒により適度な粒状物として形成される。チタン酸アルカリ金属塩の結晶格子内には金属イオンが捕捉される。この金属イオンは、主に鉛、鉄、マンガン、亜鉛、銅、カドミウム等の重金属イオンである。そして、当該チタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子の造粒物に別種の吸着材が組み合わされることにより、さらに吸着対象を広げた複合吸着材に仕上げられる。   As defined in the invention of claim 1, the metal ion adsorbent of the present invention is formed by mixing the crystalline fine particles of alkali metal titanate and the silica-based binder and agglomerating, and forming as an appropriate granular material by granulation. The Metal ions are trapped in the crystal lattice of the alkali metal titanate. These metal ions are mainly heavy metal ions such as lead, iron, manganese, zinc, copper, and cadmium. Then, by combining a granulated product of crystalline fine particles of the alkali metal titanate with a different kind of adsorbent, a composite adsorbent with a wider range of adsorption objects is finished.

チタン酸アルカリ金属塩は、炭酸ナトリウム等のアルカリ金属塩と酸化チタンの混合加熱により生じる。この場合、特に、フラックス法により結晶育成が行われる。フラックス法の利点は、後述のフラックス剤を一緒に添加することで原料化合物の溶融時の融点を低下させることができる。このため、生産に必要なエネルギー効率が良くなる。また、原料化合物から最終生成物に至る過程、時間を短縮することができる。金属イオン吸着材は、いわば濾過材となるため、大量に求められる。このことからも、生産効率良く量産化可能なフラックス法は極めて有効である。   An alkali metal titanate is produced by mixing and heating an alkali metal salt such as sodium carbonate and titanium oxide. In this case, in particular, crystal growth is performed by a flux method. The advantage of the flux method is that the melting point when the raw material compound is melted can be lowered by adding a flux agent described later together. For this reason, the energy efficiency required for production is improved. Moreover, the process and time from a raw material compound to a final product can be shortened. The metal ion adsorbent is a filter medium, so it is required in large quantities. Also from this fact, the flux method capable of mass production with high production efficiency is extremely effective.

チタン酸アルカリ金属塩は、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩等のいずれとすることができる。この場合、請求項2の発明に規定するように、後述の金属イオン吸着の実施例の結果と原料費等を勘案して安価に製造できるチタン酸ナトリウム塩が好ましい。当該チタン酸アルカリ金属塩は三チタン酸塩であり、主に三チタン酸ナトリウム塩である。他に二チタン酸塩、四チタン酸塩等の結晶形態も含まれる。フラックス法の場合、低融点下で短時間の反応であるため、複数の結晶種類が生じやすいと考えられる。   The alkali metal titanate can be any of sodium salt, potassium salt, lithium salt and the like. In this case, as defined in the invention of claim 2, sodium titanate that can be manufactured at low cost in consideration of the results of the examples of metal ion adsorption described later and raw material costs is preferable. The alkali metal titanate is trititanate, mainly sodium trititanate. In addition, crystal forms such as dititanate and tetratitanate are also included. In the case of the flux method, since it is a short-time reaction at a low melting point, it is considered that a plurality of crystal types are likely to be generated.

チタン酸アルカリ金属塩の結晶育成に際し、原料となるアルカリ金属塩には炭酸ナトリウム、塩化ナトリウム、炭酸カリウム、塩化カリウム等が使用される。そして、酸化チタンが添加される。酸化チタンはアナターゼ型が好ましい。酸化チタンは作業性の点から粉末状が好ましく用いられる。   In the crystal growth of alkali metal titanate, sodium carbonate, sodium chloride, potassium carbonate, potassium chloride or the like is used as the alkali metal salt as a raw material. And titanium oxide is added. Titanium oxide is preferably anatase type. Titanium oxide is preferably used in the form of powder from the viewpoint of workability.

そして、アルカリ金属塩及び酸化チタンに、フラックス剤として、請求項3の発明に規定するように、硝酸ナトリウムが用いられる。硝酸ナトリウムは、前出のアルカリ金属塩の炭酸ナトリウムと同一の金属成分であり不純物とならず、水洗により洗浄除去が可能である。また、硝酸ナトリウムの硝酸分は加熱により揮発可能であり不純物となりにくい。なお、いずれの化合物をフラックス剤に採用するのかは、原料化合物の種類、溶融温度の制御等の条件を勘案して選択される。   Then, sodium nitrate is used as a fluxing agent for the alkali metal salt and titanium oxide as defined in the invention of claim 3. Sodium nitrate is the same metal component as the above-mentioned alkali metal salt sodium carbonate and does not become an impurity, and can be washed away with water. In addition, the nitric acid content of sodium nitrate can be volatilized by heating and is hardly an impurity. Which compound is used for the fluxing agent is selected in consideration of conditions such as the type of the raw material compound and the control of the melting temperature.

フラックス法を用いて結晶育成されたチタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子は、通常の結晶育成により生じた粒子よりも細かな粒子となる。この場合、請求項4の発明に規定するように、結晶性微粒子の平均粒子径は1ないし100μmである。これは、フラックス法において多く生じる現象である。フラックス法は低融点、短時間の利点を備えるものの、その分、結晶育成に要する時間は短くなり、大きな結晶を育成することは容易ではない。   Crystalline fine particles of alkali metal titanate that have been crystal-grown using the flux method are finer than particles produced by normal crystal growth. In this case, as defined in the invention of claim 4, the average particle diameter of the crystalline fine particles is 1 to 100 μm. This is a phenomenon that often occurs in the flux method. Although the flux method has advantages of a low melting point and a short time, the time required for crystal growth is shortened accordingly, and it is not easy to grow large crystals.

このように、結晶性微粒子のままでは、沈殿に時間を要したり濾過部材に組み込んだ場合に流水中に流出したりするおそれがある。そこで、チタン酸アルカリ金属塩の金属イオンの吸着能力の低下を抑えつつ、結晶性微粒子を凝集させてより大きな粒状物に加工できれば都合よいといえる。そのため、請求項1の発明に規定するように、結晶性微粒子同士を結着させて造粒するために、チタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子の20ないし40重量%に相当する重量のシリカ系バインダーが配合される。   As described above, if the crystalline fine particles are left as they are, there is a possibility that it takes time for the precipitation or they flow out into the running water when they are incorporated in the filtration member. Therefore, it can be said that it is advantageous if the crystalline fine particles can be aggregated and processed into a larger granular material while suppressing a decrease in the ability to adsorb the metal ions of the alkali metal titanate. Therefore, as defined in the first aspect of the invention, in order to granulate by bonding the crystalline fine particles, a silica-based material having a weight corresponding to 20 to 40% by weight of the crystalline fine particles of the alkali metal titanate. A binder is blended.

シリカ系バインダーは、既存の樹脂バインダーのように疎水性(撥水)ではなく、親水性である。このため、シリカ系バインダーと水に溶解している吸着対象の金属イオンとの親和性は高い。また、樹脂バインダーが被覆する部分では金属イオンの吸着が低下してしまう。しかし、シリカ系バインダーの場合、酸化ケイ素の格子は吸着対象の金属イオンの透過を極端に抑制しない。従って、シリカ系バインダーは極めて好都合である。このようなシリカ系バインダーとしては、請求項5または7の発明に規定するように、コロイダルシリカまたは水ガラスである。   The silica-based binder is not hydrophobic (water repellent) like existing resin binders but hydrophilic. For this reason, the affinity between the silica-based binder and the metal ions to be adsorbed dissolved in water is high. Further, the adsorption of metal ions is reduced at the portion covered with the resin binder. However, in the case of a silica-based binder, the silicon oxide lattice does not extremely suppress the transmission of metal ions to be adsorbed. Therefore, silica-based binders are extremely advantageous. Such a silica-based binder is colloidal silica or water glass as defined in the invention of claim 5 or 7.

コロイダルシリカは、酸化ケイ素及びその水和物が水中に分散したゾルである。そして、酸化ケイ素及び水和物が凝集して生じる粒子の大きさ、pH等は用途に応じて多様である。コロイダルシリカの配合がチタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子重量の20重量%を下回る場合、量が少なすぎであり結晶性微粒子(微結晶)の造粒は不完全であり流出が増加する。逆に40重量%を上回る場合、量が多すぎとなり、金属イオン吸着に支障を来たす。   Colloidal silica is a sol in which silicon oxide and its hydrate are dispersed in water. The size, pH, and the like of particles generated by aggregation of silicon oxide and hydrate vary depending on the application. If the amount of colloidal silica is less than 20% by weight of the crystalline fine particle weight of the alkali metal titanate, the amount is too small and the granulation of the crystalline fine particles (microcrystals) is incomplete and the outflow increases. On the other hand, if it exceeds 40% by weight, the amount becomes too large, which hinders metal ion adsorption.

そして特に、チタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子同士の結着と吸着性能を目的とする場合、請求項6の発明に規定し、実施例にて詳述するように、コロイダルシリカはpH2ないし4の酸性領域であり、かつ、水分散液中に存在するコロイド状のシリカ粒子は4ないし20nmの大きさである。   In particular, when the purpose is to bind and adsorb the crystalline fine particles of alkali metal titanate, colloidal silica has a pH of 2 to 4 as defined in the invention of claim 6 and as described in detail in the examples. The colloidal silica particles present in the acidic region and present in the aqueous dispersion have a size of 4 to 20 nm.

コロイダルシリカがアルカリ性の場合、一般に、金属イオンとアルカリとの反応により沈殿が生じやすくなり金属イオンは不溶化しやすくなると考えられている。そこで、コロイダルシリカの溶液の影響を受けて金属イオンの吸着性能は低下する。このことから、入手可能なコロイダルシリカを検討して前記のpHが好適な範囲となる。   In the case where the colloidal silica is alkaline, it is generally considered that precipitation is likely to occur due to the reaction between the metal ions and the alkali, and the metal ions are easily insolubilized. Therefore, the adsorption performance of metal ions is deteriorated under the influence of the colloidal silica solution. From this, the colloidal silica which can be obtained will be examined, and the above pH will be in a suitable range.

次に、粒子径20nmを超過する大きさのコロイダルシリカ粒子の場合、コロイダルシリカの粒は大きすぎる。そのため、チタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子同士の隙間に入り込みにくく強固な結着を得にくくなる。そこで、入手可能なコロイダルシリカから検討して、前記の粒子径が好適な範囲となる。   Next, in the case of colloidal silica particles having a particle diameter exceeding 20 nm, the colloidal silica particles are too large. For this reason, it is difficult to enter the gaps between the crystalline fine particles of the alkali metal titanate and it is difficult to obtain a strong binding. Therefore, considering the available colloidal silica, the particle diameter is in a suitable range.

シリカ系バインダーとして使用される水ガラスは、ケイ酸ナトリウム(無水ケイ酸と酸化ナトリウムが混合している状態である。)の粘性ある液体である。水ガラスは、鋳物用の砂やセメントを固める等極めて広範に用いられてきた。特に、無機材料の結着用途において有効である。そこで、チタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子の結着にも有効と考えて使用した。水ガラスの使用においても前述のコロイダルシリカと同様に、チタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子の20ないし40重量%に相当する重量の水ガラスが配合される。   Water glass used as a silica-based binder is a viscous liquid of sodium silicate (in a state where anhydrous silicic acid and sodium oxide are mixed). Water glass has been used extensively, for example, to harden sand and cement for castings. In particular, it is effective in binding applications of inorganic materials. Therefore, it was used because it was also effective for binding of crystalline fine particles of alkali metal titanate. Also in the use of water glass, water glass having a weight corresponding to 20 to 40% by weight of the crystalline fine particles of alkali metal titanate is blended in the same manner as the colloidal silica described above.

水ガラスも前述のコロイダルシリカと同様に、水ガラスの配合がチタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子重量の20重量%を下回る場合、量が少なすぎであり微結晶の流出が増加する。逆に40重量%を上回る場合、量が多すぎとなり、金属イオン吸着に支障を来たす。コロイダルシリカと水ガラスは前述の規定を満たす限りいずれも同等の性能を発揮する。   Similarly to the above-mentioned colloidal silica, the amount of water glass is too small and the outflow of microcrystals increases when the amount of water glass is less than 20% by weight of the crystalline fine particles of alkali metal titanate. On the other hand, if it exceeds 40% by weight, the amount becomes too large, which hinders metal ion adsorption. As long as the colloidal silica and the water glass satisfy the above-mentioned regulations, they exhibit the same performance.

続いて図1の概略工程図を用いながら金属イオン吸着材の製造工程について説明する。はじめに原材料となるアルカリ金属塩(Na2CO3等)と酸化チタン(TiO2等)が所定量ずつ計量され用意される。ここにフラックス剤(NaNO3等)も所定の計量後に添加される。これら3種類の化合物は約500℃ないし600℃に加熱されて結晶育成が進む。こうして、まず、チタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子を得ることができる。フラックス剤を添加することなくチタン酸アルカリ金属塩の結晶育成をする場合、通常1000℃以上の加熱が必要となる。 Then, the manufacturing process of a metal ion adsorbent is demonstrated, using the schematic process drawing of FIG. First, alkali metal salts (Na 2 CO 3 and the like) and titanium oxide (TiO 2 and the like) as raw materials are weighed and prepared in predetermined amounts. A fluxing agent (NaNO 3 or the like) is also added here after a predetermined measurement. These three types of compounds are heated to about 500 ° C. to 600 ° C., and crystal growth proceeds. Thus, first, crystalline fine particles of alkali metal titanate can be obtained. When growing a crystal of an alkali metal titanate without adding a fluxing agent, heating at 1000 ° C. or higher is usually required.

チタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子は適宜水洗され、シリカ系バインダー(コロイダルシリカまたは水ガラス)が添加される。全体に水分が多すぎると乾燥しにくくなるため、噴霧等が好ましい。ここで混練を通じて結晶性微粒子は凝集して造粒物となる。その後、造粒物は乾燥され十分に固化する。その後、サイクロンや所望の目開きの篩による篩別を経て、粒径別に分級される。こうして、チタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子の造粒物である金属イオン吸着材が出来上がる。   Crystalline fine particles of alkali metal titanate are appropriately washed with water, and a silica-based binder (colloidal silica or water glass) is added. Spraying or the like is preferred because it becomes difficult to dry if there is too much moisture throughout. Here, the crystalline fine particles aggregate through kneading to form a granulated product. Thereafter, the granulated product is dried and sufficiently solidified. Thereafter, the particles are classified by particle size through sieving with a cyclone or a sieve having a desired opening. In this way, a metal ion adsorbent that is a granulated product of crystalline fine particles of alkali metal titanate is completed.

これまでに詳述の金属イオン吸着材は、後記の実施例に開示するように、鉛、鉄、マンガン、亜鉛、銅、カドミウム等の重金属イオンの吸着に効果を発揮する。そこで、さらに請求項8の発明に規定するように、金属イオン吸着材と、各種有機化合物の吸着に効果的な活性炭とが混合されて複合吸着材が形成される。活性炭はその細孔の制御により多様な吸着対象に対応することができる。例えば、トリハロメタン類の吸着用途としては、特開2013−220413号公報等に開示の活性炭が好適である。   The metal ion adsorbent described in detail so far exhibits an effect on adsorption of heavy metal ions such as lead, iron, manganese, zinc, copper, cadmium and the like, as disclosed in the examples described later. Therefore, as defined in the invention of claim 8, a composite adsorbent is formed by mixing a metal ion adsorbent and activated carbon effective for adsorbing various organic compounds. Activated carbon can cope with various adsorption targets by controlling its pores. For example, activated carbon disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-220413 or the like is suitable for use for adsorbing trihalomethanes.

図2の概略図からも把握されるように、金属イオン吸着材Amと活性炭Cが適量ずつ混合され複合吸着材Mを得ることができる。例えば、複合吸着材Mは、図2(a)の濾過部材10内に収容される。濾過部材10の容器本体11の表面部15には細かな透過孔16が形成されている。容器本体11の内部に導水部14が備えられる。図2(b)のとおり、容器本体11に蓋部12が被せられ完全に複合吸着材Mが収容された状態となる。   As can be understood from the schematic diagram of FIG. 2, the composite adsorbent M can be obtained by mixing the metal ion adsorbent Am and the activated carbon C in appropriate amounts. For example, the composite adsorbent M is accommodated in the filtering member 10 in FIG. A fine permeation hole 16 is formed in the surface portion 15 of the container body 11 of the filtration member 10. A water guide 14 is provided inside the container body 11. As shown in FIG. 2B, the container body 11 is covered with the lid portion 12 and the composite adsorbent M is completely accommodated.

こうして、請求項9の発明に規定するように、複合吸着材Mを有してなる濾過部材10が出来上がる。被処理水(処理前の水)は濾過部材10の表面部15の透過孔16からその内部に侵入する。そして、被処理水は複合吸着材Mと接触することにより吸着、濾過が進む。そして、濾過後の被処理水(処理後の水)は導水部14から濾過部材10の外部に流出する。   Thus, as defined in the ninth aspect of the invention, the filter member 10 having the composite adsorbent M is completed. The water to be treated (water before treatment) enters the inside through the permeation holes 16 in the surface portion 15 of the filter member 10. Then, when the water to be treated comes into contact with the composite adsorbent M, adsorption and filtration proceed. And the to-be-processed water after filtration (water after a process) flows out of the filtration member 10 from the water guide part 14. FIG.

当該濾過部材の主な用途として浄水器が挙げられる。図3の概略図に示すとおり、浄水器20は上水道の蛇口25の先端に装着される。水の切換部21の側部に濾過チャンバー23が備えられる。濾過部材10はこの濾過チャンバー23内に収容される。図中、符号22は切換レバー、24は固定蓋である。浄水器20には、中空糸フィルター、流量計等の各種部材も必要により取り付けられる。むろん、図示は濾過部材の一例であるため、これ以外の形態とすることも自在である。さらに、据え置き型や工場等での使用を想定して大規模処理装置とすることも可能である。特に、上水(水道水)等の飲料用水の水処理に有効である。   A water purifier is mentioned as the main use of the said filtration member. As shown in the schematic diagram of FIG. 3, the water purifier 20 is attached to the tip of the tap 25 of the water supply. A filtration chamber 23 is provided on the side of the water switching unit 21. The filtration member 10 is accommodated in the filtration chamber 23. In the figure, reference numeral 22 is a switching lever, and 24 is a fixed lid. Various members such as a hollow fiber filter and a flow meter are attached to the water purifier 20 as necessary. Of course, the illustration is an example of a filtering member, and therefore other forms are also possible. Furthermore, it is possible to make a large-scale processing apparatus assuming use in a stationary type or a factory. In particular, it is effective for water treatment of drinking water such as tap water (tap water).

[使用原料]
チタン酸アルカリ金属塩としてチタン酸ナトリウム塩を使用した。チタン酸ナトリウム塩は、炭酸ナトリウム(大東化学株式会社製)及び酸化チタン(テイカ株式会社製)、フラックス剤となる硝酸ナトリウム(宇部興産株式会社製)を混合後、匣鉢に充填して蓋をして密封し、600℃を10時間維持して加熱し結晶育成した。その後、適宜の水洗を経てチタン酸ナトリウム塩の結晶性微粒子を調製した(当該調製物がフラックス法により結晶育成したチタン酸ナトリウム塩である。)。結晶性微粒子については、レーザー回折・散乱式 粒子径・粒度分布測定装置(株式会社島津製作所製:SALD−3000S)により測定した。平均粒径は、同測定装置を用いてレーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値50%での粒径とした。
[Raw materials]
Sodium titanate was used as the alkali metal titanate. Sodium titanate is mixed with sodium carbonate (manufactured by Daito Chemical Co., Ltd.), titanium oxide (manufactured by Teika Co., Ltd.), and sodium nitrate as a flux agent (manufactured by Ube Industries, Ltd.). Then, it was sealed and heated at 600 ° C. for 10 hours to grow crystals. Thereafter, crystalline fine particles of sodium titanate were prepared through appropriate water washing (the preparation is a sodium titanate salt grown by a flux method). The crystalline fine particles were measured with a laser diffraction / scattering particle size / particle size distribution measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation: SALD-3000S). The average particle diameter was the particle diameter at an integrated value of 50% in the particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method using the same measuring apparatus.

さらに、フラックス法を用いずに結晶育成したチタン酸ナトリウム塩として、Stream Chemicals社製、三チタン酸ナトリウム(Na27Ti3,No.93−1197)を使用した。 Furthermore, as a sodium titanate salt grown without using the flux method, sodium trititanate (Na 2 O 7 Ti 3 , No. 93-1197) manufactured by Stream Chemicals was used.

コロイダルシリカ(シリカ系バインダー)は下記の種類を使用した。
日産化学工業株式会社製:スノーテックO(粒子径10〜20nm,pH2〜4)
{以降、C1と表記する。}
同社製:スノーテックOS(粒子径4〜6nm,pH2〜4)
{以降、C2と表記する。}
同社製:スノーテックN(粒子径10〜20nm,pH9〜10)
{以降、C3と表記する。}
同社製:スノーテックOL(粒子径40〜50nm,pH2〜4)
{以降、C4と表記する。}
株式会社ADEKA製:AT−20Q(粒子径10〜20nm,pH2〜4)
{以降、C5と表記する。}
愛知珪曹工業株式会社製:サーフロイド20(粒子径10〜20nm,pH9〜10)
{以降、C6と表記する。}
水ガラス(シリカ系バインダー)には、和光純薬工業株式会社製,水ガラス(溶質濃度52%)を使用した。{以降、S1と表記する。}
The following types of colloidal silica (silica-based binder) were used.
NISSAN CHEMICAL INDUSTRIES, INC .: Snowtech O (particle size 10-20 nm, pH 2-4)
{Hereafter referred to as C1. }
Company-made: Snowtech OS (particle size 4-6nm, pH 2-4)
{Hereafter referred to as C2. }
Company-made: Snowtech N (particle size 10-20 nm, pH 9-10)
{Hereafter referred to as C3. }
Company-made: Snowtech OL (particle size 40-50 nm, pH 2-4)
{Hereafter referred to as C4. }
Made by ADEKA Corporation: AT-20Q (particle size 10-20 nm, pH 2-4)
{Hereafter referred to as C5. }
Aichi Silicon Industrial Co., Ltd .: Surfroid 20 (particle size 10-20 nm, pH 9-10)
{Hereafter referred to as C6. }
As water glass (silica-based binder), water glass (solute concentration 52%) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used. {Hereafter referred to as S1. }

その他のバインダー(結着剤)として、下記を使用した。
多木化学株式会社製:第一リン酸アルミニウム
住友精化株式会社製:ポリエチレン微粉末,フローセンUF−1.5
三井化学株式会社製:ポリエチレンエマルジョン,ケミパールM200
旭硝子株式会社製:PTFEエマルジョン,FLUON(登録商標)
The following were used as other binders (binders).
Manufactured by Taki Chemical Co., Ltd .: primary aluminum phosphate, manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd .: polyethylene fine powder, Frocene UF-1.5
Mitsui Chemicals, Inc .: Polyethylene emulsion, Chemipearl M200
Asahi Glass Co., Ltd .: PTFE emulsion, FLUON (registered trademark)

複合吸着材の調製に際し、各実施例並びに比較例の金属イオン吸着材と活性炭を組み合わせた。この活性炭は、フタムラ化学株式会社製:粒状活性炭,CN5100S(粒径0.15〜0.30μm)を使用した。   In preparing the composite adsorbent, the metal ion adsorbents of the examples and comparative examples and activated carbon were combined. As the activated carbon, Futamura Chemical Co., Ltd .: granular activated carbon, CN5100S (particle size 0.15 to 0.30 μm) was used.

[金属イオン吸着材の調製]
表1ないし表3に開示の実施例1ないし6及び比較例1ないし8のとおり、チタン酸ナトリウム塩結晶と各種のシリカ系バインダーとの混合により、金属イオン吸着材を調製した。そして、表中の各種金属イオンの吸着に供し、金属イオンごとの吸着率を測定した。
[Preparation of metal ion adsorbent]
As in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 8 disclosed in Tables 1 to 3, metal ion adsorbents were prepared by mixing sodium titanate crystal and various silica binders. And it used for adsorption | suction of various metal ions in a table | surface, and measured the adsorption rate for every metal ion.

〔実施例1〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、コロイダルシリカ(C1)(溶質20%に希釈)100mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、50/100メッシュ(上網目開き0.30mm、下網目開き0.15mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(実施例1)とした。実施例1では、チタン酸ナトリウム塩重量の33重量%がバインダー重量に相当する。
[Example 1]
100 mL of colloidal silica (C1) (diluted to 20% solute) was sprayed and uniformly mixed with 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method crystal. The mixture was heat-dried at 150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was passed through a 50/100 mesh (upper mesh opening 0.30 mm, lower mesh opening 0.15 mm) sieve, and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Example 1). In Example 1, 33% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔実施例2〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、コロイダルシリカ(C2)(溶質20%に希釈)100mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、前記同様の50/100メッシュの篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(実施例2)とした。実施例2では、チタン酸ナトリウム塩重量の33重量%がバインダー重量に相当する。
[Example 2]
100 mL of colloidal silica (C2) (diluted to 20% solute) was sprayed and uniformly mixed with 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method crystal. The mixture was heat-dried at 150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was passed through a 50/100 mesh sieve as described above, and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Example 2). In Example 2, 33% by weight of sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔実施例3〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、コロイダルシリカ(C5)(溶質20%に希釈)100mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、前記同様の50/100メッシュの篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(実施例3)とした。実施例3では、チタン酸ナトリウム塩重量の33重量%がバインダー重量に相当する。
Example 3
100 mL of colloidal silica (C5) (diluted to 20% solute) was sprayed and uniformly mixed with 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method crystal. The mixture was heat-dried at 150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was passed through a 50/100 mesh sieve as described above, and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Example 3). In Example 3, 33% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔実施例4〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、コロイダルシリカ(C2)(溶質13%に希釈)100mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、前記同様の50/100メッシュの篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(実施例4)とした。実施例4では、チタン酸ナトリウム塩重量の22重量%がバインダー重量に相当する。
Example 4
100 mL of colloidal silica (C2) (diluted to 13% solute) was sprayed and uniformly mixed with 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method crystal. The mixture was heat-dried at 150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was passed through a 50/100 mesh sieve as described above, and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Example 4). In Example 4, 22 wt% of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔実施例5〕
水ガラス(S1)20gをイオン交換水100mLに溶解して水ガラス液とした。フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、この水ガラス液100mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、前記同様の50/100メッシュの篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(実施例5)とした。実施例5では、チタン酸ナトリウム塩重量の33重量%がバインダー重量に相当する。
Example 5
20 g of water glass (S1) was dissolved in 100 mL of ion exchange water to obtain a water glass solution. 100 mL of this water glass solution was sprayed and uniformly mixed with 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method crystal. The mixture was heat-dried at 150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was passed through a 50/100 mesh sieve as described above, and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Example 5). In Example 5, 33% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔実施例6〕
水ガラス(S1)16gをイオン交換水100mLに溶解して水ガラス液とした。フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、この水ガラス液100mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、前記同様の50/100メッシュの篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(実施例6)とした。実施例6では、チタン酸ナトリウム塩重量の22量%がバインダー重量に相当する。
Example 6
16 g of water glass (S1) was dissolved in 100 mL of ion exchange water to obtain a water glass solution. 100 mL of this water glass solution was sprayed and uniformly mixed with 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method crystal. The mixture was heat-dried at 150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was passed through a 50/100 mesh sieve as described above, and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Example 6). In Example 6, 22% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔比較例1,2,3〕
比較例1はコロイダルシリカ(C3)(溶質20%に希釈)の使用とし、他の条件は全て実施例1と同様として金属イオン吸着材を調製した。
比較例2はコロイダルシリカ(C4)(溶質20%に希釈)の使用とし、他の条件は全て実施例1と同様として金属イオン吸着材を調製した。
比較例3はコロイダルシリカ(C6)(溶質20%に希釈)の使用とし、他の条件は全て実施例1と同様として金属イオン吸着材を調製した。
比較例1,2,3では、いずれもチタン酸ナトリウム塩重量の33重量%がバインダー重量に相当する。
[Comparative Examples 1, 2, 3]
In Comparative Example 1, colloidal silica (C3) (diluted to 20% solute) was used, and a metal ion adsorbent was prepared in the same manner as in Example 1 except for other conditions.
In Comparative Example 2, colloidal silica (C4) (diluted to a solute of 20%) was used, and a metal ion adsorbent was prepared in the same manner as in Example 1 except for other conditions.
In Comparative Example 3, colloidal silica (C6) (diluted to 20% solute) was used, and a metal ion adsorbent was prepared in the same manner as in Example 1 except for other conditions.
In Comparative Examples 1, 2 and 3, 33% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔比較例4〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、前出の第一リン酸アルミニウム(溶質濃度41.5%)50mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、前記同様の50/100メッシュの篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(比較例4)とした。比較例4では、チタン酸ナトリウム塩重量の34.6重量%がバインダー重量に相当する。
[Comparative Example 4]
50 mL of the above-mentioned primary aluminum phosphate (solute concentration 41.5%) was sprayed and uniformly mixed with 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method crystal. The mixture was heat-dried at 150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was passed through a 50/100 mesh sieve as described above, and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Comparative Example 4). In Comparative Example 4, 34.6% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔比較例5〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、前出のポリエチレン微粉末3.2gを添加して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、前記同様の50/100メッシュの篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(比較例5)とした。比較例5では、チタン酸ナトリウム塩重量の5.3重量%がバインダー重量に相当する。
[Comparative Example 5]
The above polyethylene fine powder 3.2 g was added to 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method crystal and mixed uniformly. The mixture was heat-dried at 150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was passed through a 50/100 mesh sieve as described above, and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Comparative Example 5). In Comparative Example 5, 5.3 wt% of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔比較例6〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、前出のポリエチレンエマルジョン(溶質濃度40%)8mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、前記同様の50/100メッシュの篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(比較例6)とした。比較例6では、チタン酸ナトリウム塩重量の5.3重量%がバインダー重量に相当する。
[Comparative Example 6]
The above polyethylene emulsion (solute concentration 40%) 8 mL was sprayed and uniformly mixed with 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method crystal. The mixture was heat-dried at 150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was passed through a 50/100 mesh sieve as described above, and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Comparative Example 6). In Comparative Example 6, 5.3 wt% of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔比較例7〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、前出のPTFEエマルジョン(溶質濃度60%)15mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、前記同様の50/100メッシュの篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(比較例7)とした。比較例7では、チタン酸ナトリウム塩重量の15重量%がバインダー重量に相当する。
[Comparative Example 7]
The above-mentioned PTFE emulsion (solute concentration 60%) 15 mL was sprayed and uniformly mixed with 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method crystal. The mixture was heat-dried at 150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was passed through a 50/100 mesh sieve as described above, and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Comparative Example 7). In Comparative Example 7, 15 wt% of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔比較例8〕
フラックス法によらないチタン酸ナトリウム塩(前出のStream Chemicals社製)60gに、コロイダルシリカ(C1)(溶質20%に希釈)100mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、前記同様の50/100メッシュの篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(比較例8)とした。比較例8では、チタン酸ナトリウム塩重量の33重量%がバインダー重量に相当する。
[Comparative Example 8]
100 mL of colloidal silica (C1) (diluted to a solute of 20%) was sprayed and uniformly mixed with 60 g of sodium titanate salt (made by the above-mentioned Stream Chemicals) not based on the flux method. The mixture was heat-dried at 150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was passed through a 50/100 mesh sieve as described above, and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Comparative Example 8). In Comparative Example 8, 33% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

[金属イオン吸着試験]
測定対象として、Pb、Fe、Mn、Zn、Cu、及びCdの6種類の金属塩を用意した。各金属イオン濃度を100μg/Lとしてイオン交換水中に溶解して、6種の金属イオンを含有する試験原液を調製した。水中の金属イオン量の測定に際し、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社,原子吸光光度計(iCE3000シリーズ)を使用した。
[Metal ion adsorption test]
As measurement objects, six kinds of metal salts of Pb, Fe, Mn, Zn, Cu, and Cd were prepared. A test stock solution containing 6 kinds of metal ions was prepared by dissolving each metal ion concentration in ion exchange water at 100 μg / L. When measuring the amount of metal ions in water, Thermo Fisher Scientific Co., Ltd., atomic absorption photometer (iCE3000 series) was used.

300mLの三角フラスコに試験原液100mLを分取して、実施例及び比較例の金属イオン吸着材を0.1gずつ添加した。三角フラスコごと24時間振とうして吸着した。振とう停止後、1時間静置して上清(上澄み)を分取し、東洋濾紙株式会社製,ディスポーザブルフィルターユニットDISMIC(孔径0.2μm)により濾過した。当該濾液を前記の原子吸光光度計により測定した。   100 mL of the test stock solution was dispensed into a 300 mL Erlenmeyer flask, and 0.1 g each of the metal ion adsorbents of Examples and Comparative Examples was added. The Erlenmeyer flask was adsorbed by shaking for 24 hours. After stopping shaking, the mixture was allowed to stand for 1 hour, and the supernatant (supernatant) was collected and filtered through a disposable filter unit DISMIC (pore size 0.2 μm) manufactured by Toyo Roshi Kaisha, Ltd. The filtrate was measured with the atomic absorption photometer.

金属イオンの吸着率(Ads)(%)は下記のとおりとして、ひとつの実施例及び比較例について6種の金属イオン毎に算出した。
吸着率Ads(%)=〔1−{(試験原液濃度Ds−吸着後濃度Da)/試験原液濃度Ds}〕×100
The adsorption rate (Ads) (%) of metal ions was calculated as follows and calculated for each of six types of metal ions for one example and comparative example.
Adsorption rate Ads (%) = [1-{(test stock solution concentration Ds−post-adsorption concentration Da) / test stock solution concentration Ds}] × 100

各実施例及び比較例について、チタン酸ナトリウム塩の種類と、バインダーの種類、粒子径、pH、チタン酸ナトリウム塩重量に対するバインダー重量の割合(重量%)と、金属イオン吸着材の各金属イオンの吸着率(%)を示し、総合評価(良/否)も付した(表1ないし表3参照)。総合評価の「良」は6種の全ての金属イオンの吸着率が70%以上の例である。総合評価「否」は1種類でも70%未満が存在する例である。   For each example and comparative example, the type of sodium titanate, the type of binder, the particle size, the pH, the ratio of the binder weight to the sodium titanate salt weight (% by weight), and each metal ion of the metal ion adsorbent The adsorption rate (%) is shown, and a comprehensive evaluation (good / bad) is also given (see Tables 1 to 3). “Good” in the comprehensive evaluation is an example in which the adsorption rate of all six metal ions is 70% or more. The overall evaluation “No” is an example in which there is less than 70% even for one type.

Figure 2015229122
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[金属イオン吸着材の吸着結果と考察]
比較例4は鋳造用の砂等の結着剤を用いた例であり、比較例5ないし7は公知の樹脂バインダーの例である。いずれも金属イオンの吸着性能を示しつつも、満足できる水準に達しない。このことから、良好な金属イオンの吸着性能を示してチタン酸ナトリウム塩同士を結着する部材は、実施例1ないし6に開示のとおり、コロイダルシリカ及び水ガラスの両方のシリカ系バインダーである。
[Adsorption results and discussion of metal ion adsorbents]
Comparative Example 4 is an example using a binder such as sand for casting, and Comparative Examples 5 to 7 are examples of known resin binders. None of them reach a satisfactory level while exhibiting metal ion adsorption performance. From this, the member that shows good metal ion adsorption performance and binds sodium titanate salts is a silica-based binder of both colloidal silica and water glass as disclosed in Examples 1 to 6.

金属イオン吸着材を構成するチタン酸ナトリウム塩について、フラックス法による結晶育成か否かを比較したところ、比較例8よりフラックス法によらない製法のチタン酸ナトリウム塩は吸着可能な金属種が限られることが判明した。特に、比較例8の金属イオン吸着材は、意外にもMnとZnを吸着しない。また、吸着した金属種についても明らかに実施例より劣る。従って、多種の金属イオンの効率的な吸着を想定すると、フラックス法による結晶育成したチタン酸ナトリウム塩の選択が望ましい。   When sodium titanate constituting the metal ion adsorbent was compared with respect to crystal growth by the flux method, from Comparative Example 8, the sodium titanate produced by a method not using the flux method has limited metal species that can be adsorbed. It has been found. In particular, the metal ion adsorbent of Comparative Example 8 surprisingly does not adsorb Mn and Zn. Also, the adsorbed metal species is clearly inferior to the examples. Therefore, assuming efficient adsorption of various metal ions, it is desirable to select sodium titanate salt grown by the flux method.

比較例1及び3は、シリカ系バインダーとしてコロイダルシリカを使用し、かつ、コロイダルシリカ溶液をアルカリ性とした例である。コロイダルシリカの粒子径と配合割合を同一とする実施例1及び3と比較すると、各種金属イオンの吸着率は低下する。おそらく、チタン酸ナトリウム塩による吸着以前に、コロイダルシリカに残存するアルカリ成分により吸着阻害された可能性が考えられる。このことから、実施例のとおり入手可能性を考慮してpH2ないし4の酸性領域のコロイダルシリカの溶液を選択することが望ましい。   Comparative Examples 1 and 3 are examples in which colloidal silica is used as the silica-based binder and the colloidal silica solution is made alkaline. Compared with Examples 1 and 3 in which the particle diameter and the mixing ratio of colloidal silica are the same, the adsorption rate of various metal ions is lowered. Presumably, the adsorption may be inhibited by the alkali component remaining in the colloidal silica before the adsorption with the sodium titanate. Therefore, it is desirable to select a colloidal silica solution in the acidic range of pH 2 to 4 in consideration of availability as in the examples.

実施例1及び2より、コロイダルシリカの粒子径は20nm前後までであれば良好な金属イオン吸着性能を示す。しかし、比較例2のとおり、pHと配合割合を揃えて粒子径を大きくした場合、一部の金属イオン吸着性能が低下した。そこで、入手可能性を考慮してコロイダルシリカの粒子径を4ないし20nmとすることが望ましい。   From Examples 1 and 2, if the particle diameter of colloidal silica is around 20 nm, good metal ion adsorption performance is exhibited. However, as in Comparative Example 2, when the particle size was increased by aligning the pH and the blending ratio, some metal ion adsorption performance decreased. Therefore, it is desirable that the particle diameter of colloidal silica be 4 to 20 nm in consideration of availability.

[複合吸着材の作成]
発明者は、前述のとおり実施例に開示の金属イオン吸着材が各種金属イオンの良好な吸着能力を示すことを明らかにした。この結果を踏まえ、金属イオン吸着に有効なチタン酸ナトリウム塩と、既存の吸着材として多用されている活性炭とを組み合わせて複合吸着材を作成した(実施例7ないし13及び比較例9ないし19)。当該複合吸着材について実際の浄水器における使用を想定し、水道水(上水)の評価項目であるPb(鉛イオン)の吸着性能、通水に伴う微粉末の発生により、複合吸着材の良否を検討した。
[Create composite adsorbent]
As described above, the inventor has clarified that the metal ion adsorbent disclosed in the examples exhibits a good adsorption ability for various metal ions. Based on this result, composite adsorbents were prepared by combining sodium titanate effective for metal ion adsorption and activated carbon which is widely used as existing adsorbents (Examples 7 to 13 and Comparative Examples 9 to 19). . Assuming that the composite adsorbent is used in actual water purifiers, the adsorbability of Pb (lead ion), which is an evaluation item for tap water (water supply), and the generation of fine powder due to water flow, the quality of the composite adsorbent It was investigated.

〔実施例7〕
実施例1の調製により得た金属イオン吸着材10gと、前出の粒状活性炭(CN5100S)90gを均一に混合して複合吸着材(実施例7)を作成した。
Example 7
A composite adsorbent (Example 7) was prepared by uniformly mixing 10 g of the metal ion adsorbent obtained by the preparation of Example 1 and 90 g of the above granular activated carbon (CN5100S).

〔実施例8,9,10,12,13〕
実施例8の複合吸着材は、実施例2の調製による金属イオン吸着材を使用し、実施例7と同様の活性炭、同様の配合重量として作成した。
実施例9の複合吸着材は、実施例3の調製による金属イオン吸着材を使用し、実施例7と同様の活性炭、同様の配合重量として作成した。
実施例10の複合吸着材は、実施例4の調製による金属イオン吸着材を使用し、実施例7と同様の活性炭、同様の配合重量として作成した。
実施例12の複合吸着材は、実施例5の調製による金属イオン吸着材を使用し、実施例7と同様の活性炭、同様の配合重量として作成した。
実施例13の複合吸着材は、実施例6の調製による金属イオン吸着材を使用し、実施例7と同様の活性炭、同様の配合重量として作成した。
[Examples 8, 9, 10, 12, 13]
The composite adsorbent of Example 8 was prepared by using the metal ion adsorbent prepared in Example 2 and using the same activated carbon as in Example 7 and the same blending weight.
The composite adsorbent of Example 9 was prepared by using the metal ion adsorbent prepared in Example 3 and using the same activated carbon as in Example 7 and the same blending weight.
The composite adsorbent of Example 10 was prepared by using the metal ion adsorbent prepared in Example 4 and using the same activated carbon as in Example 7 and the same blending weight.
The composite adsorbent of Example 12 was prepared by using the metal ion adsorbent prepared in Example 5 and using the same activated carbon and the same blending weight as in Example 7.
The composite adsorbent of Example 13 was prepared by using the metal ion adsorbent prepared in Example 6 and using the same activated carbon as in Example 7 and the same blending weight.

〔実施例11〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、コロイダルシリカ(C1)(溶質22.4%に希釈)100mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、前記同様の50/100メッシュの篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材とした。チタン酸ナトリウム塩重量の37.3重量%がバインダー重量に相当する。当該金属イオン吸着材10gと、前出の粒状活性炭(CN5100S、以下同様)90gを均一に混合して複合吸着材(実施例11)を作成した。
Example 11
100 mL of colloidal silica (C1) (diluted to solute 22.4%) was sprayed and uniformly mixed with 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method crystal. The mixture was heat-dried at 150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was passed through a 50/100 mesh sieve as described above, and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent. 37.3% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight. A composite adsorbent (Example 11) was prepared by uniformly mixing 10 g of the metal ion adsorbent and 90 g of the granular activated carbon (CN5100S, hereinafter the same).

〔比較例9,10,11〕
比較例9の複合吸着材は、比較例1の調製による金属イオン吸着材を使用し、実施例7と同様の活性炭、同様の配合重量として作成した。
比較例10の複合吸着材は、比較例2の調製による金属イオン吸着材を使用し、実施例7と同様の活性炭、同様の配合重量として作成した。
比較例11の複合吸着材は、比較例3の調製による金属イオン吸着材を使用し、実施例7と同様の活性炭、同様の配合重量として作成した。
[Comparative Examples 9, 10, 11]
The composite adsorbent of Comparative Example 9 was prepared by using the metal ion adsorbent prepared in Comparative Example 1, using the same activated carbon as in Example 7 and the same blending weight.
The composite adsorbent of Comparative Example 10 was prepared by using the metal ion adsorbent prepared in Comparative Example 2, using the same activated carbon as in Example 7 and the same blending weight.
The composite adsorbent of Comparative Example 11 was prepared by using the metal ion adsorbent prepared in Comparative Example 3, using the same activated carbon as in Example 7 and the same blending weight.

〔比較例12〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、コロイダルシリカ(C1)(溶質26.4%に希釈)100mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、前記同様の50/100メッシュの篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材とした。チタン酸ナトリウム塩重量の44重量%がバインダー重量に相当する。当該金属イオン吸着材10gと、前出の粒状活性炭90gを均一に混合して複合吸着材(比較例12)を作成した。
[Comparative Example 12]
100 mL of colloidal silica (C1) (diluted to solute 26.4%) was sprayed and uniformly mixed with 60 g of sodium titanate salt grown by flux method crystal. The mixture was heat-dried at 150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was passed through a 50/100 mesh sieve as described above, and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent. 44% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight. A composite adsorbent (Comparative Example 12) was prepared by uniformly mixing 10 g of the metal ion adsorbent and 90 g of the granular activated carbon described above.

〔比較例13〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、コロイダルシリカ(C1)(溶質11.2%に希釈)100mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、前記同様の50/100メッシュの篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材とした。チタン酸ナトリウム塩重量の18.7重量%がバインダー重量に相当する。当該金属イオン吸着材10gと、前出の粒状活性炭90gを均一に混合して複合吸着材(比較例13)を作成した。
[Comparative Example 13]
100 mL of colloidal silica (C1) (diluted to a solute of 11.2%) was sprayed and uniformly mixed with 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method crystal. The mixture was heat-dried at 150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was passed through a 50/100 mesh sieve as described above, and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent. 18.7% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight. A composite adsorbent (Comparative Example 13) was prepared by uniformly mixing 10 g of the metal ion adsorbent and 90 g of the granular activated carbon described above.

〔比較例14〕
水ガラス(S1)25.0gをイオン交換水100mLに溶解して水ガラス液とした。フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、この水ガラス液100mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、前記同様の50/100メッシュの篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材とした。チタン酸ナトリウム塩重量の41.7重量%がバインダー重量に相当する。当該金属イオン吸着材10gと、前出の粒状活性炭90gを均一に混合して複合吸着材(比較例14)を作成した。
[Comparative Example 14]
25.0 g of water glass (S1) was dissolved in 100 mL of ion exchange water to obtain a water glass solution. 100 mL of this water glass solution was sprayed and uniformly mixed with 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method crystal. The mixture was heat-dried at 150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was passed through a 50/100 mesh sieve as described above, and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent. 41.7% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight. A composite adsorbent (Comparative Example 14) was prepared by uniformly mixing 10 g of the metal ion adsorbent and 90 g of the granular activated carbon described above.

〔比較例15〕
水ガラス(S1)10.4gをイオン交換水100mLに溶解して水ガラス液とした。フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、この水ガラス液100mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、前記同様の50/100メッシュの篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材とした。チタン酸ナトリウム塩重量の17.3重量%がバインダー重量に相当する。当該金属イオン吸着材10gと、前出の粒状活性炭90gを均一に混合して複合吸着材(比較例15)を作成した。
[Comparative Example 15]
A water glass solution was prepared by dissolving 10.4 g of water glass (S1) in 100 mL of ion exchange water. 100 mL of this water glass solution was sprayed and uniformly mixed with 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method crystal. The mixture was heat-dried at 150 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was passed through a 50/100 mesh sieve as described above, and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent. 17.3% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight. A composite adsorbent (Comparative Example 15) was prepared by uniformly mixing 10 g of the metal ion adsorbent and 90 g of the granular activated carbon described above.

〔比較例16,17,18,19〕
比較例16の複合吸着材は、比較例4の調製による金属イオン吸着材を使用し、実施例7と同様の活性炭、同様の配合重量として作成した。
比較例17の複合吸着材は、比較例5の調製による金属イオン吸着材を使用し、実施例7と同様の活性炭、同様の配合重量として作成した。
比較例18の複合吸着材は、比較例6の調製による金属イオン吸着材を使用し、実施例7と同様の活性炭、同様の配合重量として作成した。
比較例19の複合吸着材は、比較例7の調製による金属イオン吸着材を使用し、実施例7と同様の活性炭、同様の配合重量として作成した。
[Comparative Examples 16, 17, 18, 19]
The composite adsorbent of Comparative Example 16 was prepared by using the metal ion adsorbent prepared in Comparative Example 4 and using the same activated carbon as in Example 7 and the same blending weight.
The composite adsorbent of Comparative Example 17 was prepared by using the metal ion adsorbent prepared in Comparative Example 5 and using the same activated carbon as in Example 7 and the same blending weight.
The composite adsorbent of Comparative Example 18 was prepared by using the metal ion adsorbent prepared in Comparative Example 6 and using the same activated carbon as in Example 7 and the same blending weight.
The composite adsorbent of Comparative Example 19 was prepared by using the metal ion adsorbent prepared in Comparative Example 7 and using the same activated carbon as in Example 7 and the same blending weight.

[性能評価試験]
〔微粉量発生の評価〕
ステンレス鋼管製の通水カラム(直径40mm)に各実施例及び比較例の複合吸着材50ccを充填した。充填後の通水カラムに、水道水を1L/min(SV:1200hr-1)の流速により通水した。通水初期(通水開始から)の通水カラムを通過した水を採取した。採取水を株式会社島津製作所製,分光光度計(UVmini−1240,波長660nm,100mmセル使用)により吸光度を求めた。当該吸光度が低いほど透明であり、高くなると濁りが増す。なお、複合吸着材を充填した通水カラムは濾過部材に相当する。
[Performance evaluation test]
[Evaluation of fine powder generation]
A water adsorption column (diameter 40 mm) made of stainless steel pipe was filled with 50 cc of the composite adsorbent of each of the examples and comparative examples. Tap water was passed through the packed water flow column at a flow rate of 1 L / min (SV: 1200 hr −1 ). The water that passed through the water flow column at the initial stage of water flow (from the start of water flow) was collected. The absorbance of the collected water was determined using a spectrophotometer (UVmini-1240, wavelength 660 nm, using 100 mm cell) manufactured by Shimadzu Corporation. The lower the absorbance, the more transparent, and the higher the turbidity. In addition, the water flow column filled with the composite adsorbent corresponds to a filtration member.

〔溶解性鉛濾過性能の評価〕
前出の通水カラムに各実施例及び比較例の複合吸着材50ccを充填した。50ppbの溶解性鉛を含む原水を調製し、1.0L/min(SV:1200hr-1)の流速で充填済みカラムに通水した。カラム内の活性炭複合材料による溶解性鉛(鉛イオン)の除去率を測定し、除去率が80%となった時点の総通水量を複合吸着材の充填量(cc)で割った値を当該複合吸着材の性能値(L/cc)とした。
[Evaluation of soluble lead filtration performance]
The above-mentioned water flow column was packed with 50 cc of the composite adsorbent of each example and comparative example. Raw water containing 50 ppb soluble lead was prepared and passed through a packed column at a flow rate of 1.0 L / min (SV: 1200 hr −1 ). Measure the removal rate of soluble lead (lead ions) by the activated carbon composite material in the column, and calculate the value obtained by dividing the total water flow rate when the removal rate reaches 80% by the composite adsorbent packing amount (cc) It was set as the performance value (L / cc) of the composite adsorbent.

複合吸着材の性能評価(総合評価)に際し、吸光度:0.280以下であり、かつ、溶解性鉛濾過性能:16.5L/cc以上の双方を満たしている例を「良」と評価した。前記の2つの評価において、いずれか一方を満たしていなければ、「否」と評価した。評価結果は表4ないし表7である。各実施例及び比較例について、バインダーの種類、バインダー重量割合(相対%)、表1ないし3において対応する実施例及び比較例、初期微粉量(Abs)、溶解性鉛濾過性能(L/cc)、総合評価を示す。   In the performance evaluation (comprehensive evaluation) of the composite adsorbent, an example in which both the absorbance was 0.280 or less and the soluble lead filtration performance was 16.5 L / cc or more was evaluated as “good”. In the above two evaluations, if either one was not satisfied, “No” was evaluated. The evaluation results are shown in Tables 4 to 7. For each Example and Comparative Example, binder type, binder weight ratio (relative%), Examples and Comparative Examples corresponding to Tables 1 to 3, initial fine powder amount (Abs), soluble lead filtration performance (L / cc) The overall evaluation is shown.

Figure 2015229122
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[性能評価試験の結果と考察]
表4及び表5より、実施例7ないし13の複合吸着材は、コロイダルシリカまたは水ガラスのいずれのシリカ系バインダーとしても微粉末の発生を抑制して良好な溶解性鉛濾過性能を示した。このことから、従来から浄水器に多く使用されている活性炭に、金属イオン吸着性能を備えた金属イオン吸着材(チタン酸アルカリ金属塩の粒状物)が組み合わされることによって吸着(濾集、捕集)対象を容易に広げることができる。
[Results and discussion of performance evaluation test]
From Tables 4 and 5, the composite adsorbents of Examples 7 to 13 exhibited good soluble lead filtration performance by suppressing the generation of fine powder as a silica-based binder of either colloidal silica or water glass. For this reason, adsorption (filtering and collection) is performed by combining activated carbon, which has been widely used in water purifiers, with a metal ion adsorbent (particulate matter of alkali metal titanate) with metal ion adsorption performance. ) Can broaden the target easily.

さらに詳しく見ると、比較例9,11については前出の表2と同様の傾向から溶解性鉛濾過性能は思わしくない。比較例10についてはバインダーのコロイダルシリカの粒子の大きさから結着力が低下したと考える。実施例10ないし13との対比から、比較例12,13はコロイダルシリカのバインダー量を増減した例である。比較例14,15は水ガラスのバインダー量を増減した量である。バインダー量を多くした比較例12,14では結着力の向上により微粉末の発生は抑制される。しかし、その分、吸着性能は低下する。逆にバインダー量を少なくした比較例13,15では、微粉末の発生が増加した。また、吸着性能の向上も見られない。そこで、配合するシリカ系バインダーは、チタン酸アルカリ金属塩の重量の20ないし40重量%に相当する量が好適である。   If it sees in more detail, about the comparative examples 9 and 11, from the same tendency as the above-mentioned Table 2, soluble lead filtration performance is not expected. In Comparative Example 10, it is considered that the binding force is reduced due to the size of the colloidal silica particles of the binder. From the comparison with Examples 10 to 13, Comparative Examples 12 and 13 are examples in which the binder amount of colloidal silica was increased or decreased. In Comparative Examples 14 and 15, the amount of water glass binder was increased or decreased. In Comparative Examples 12 and 14 in which the amount of the binder is increased, the generation of fine powder is suppressed by improving the binding force. However, the adsorption performance is reduced accordingly. On the contrary, in Comparative Examples 13 and 15 in which the amount of the binder was reduced, the generation of fine powder increased. Moreover, the improvement of adsorption | suction performance is not seen. Therefore, the amount of the silica-based binder to be blended is preferably an amount corresponding to 20 to 40% by weight of the alkali metal titanate salt.

比較例16ないし19については、樹脂の影響から微粉末の発生は抑えられているものの前出の比較例4ないし7と同様に、溶解性鉛濾過性能は思わしくない。このことから、各実施例に開示のとおり、チタン酸アルカリ金属塩の造粒に際しては、既存の樹脂バインダーではなく、コロイダルシリカまたは水ガラスのシリカ系バインダーを使用することが最適である。   About Comparative Examples 16-19, although generation | occurrence | production of a fine powder is suppressed from the influence of resin, similarly to Comparative Examples 4-7 mentioned above, soluble lead filtration performance is not considered. For this reason, as disclosed in the respective examples, it is optimal to use colloidal silica or water glass silica-based binders instead of existing resin binders when granulating the alkali metal titanate.

特に、フラックス法を用いて結晶育成したチタン酸アルカリ金属塩(チタン酸ナトリウム塩)は大きな結晶を得ることが難しかった。そこで、微粉末化の抑制をシリカ系バインダーによる造粒によって都合よく克服できた。従って、当該複合吸着材は浄水器等の水道水の処理用途に好例である。複合吸着材は粒状物の集合体であり単純な組成の構成である。そこで、複合吸着材の適用用途は広い。そのため、複合吸着材を組み込んだ濾過部材も簡単に作成することができる。同時に濾過部材の容積の低減にも貢献する。   In particular, it is difficult to obtain large crystals of alkali metal titanate (sodium titanate) grown using the flux method. Therefore, the suppression of pulverization could be conveniently overcome by granulation with a silica-based binder. Therefore, the composite adsorbent is a good example for treating tap water such as a water purifier. The composite adsorbent is an aggregate of granular materials and has a simple composition. Therefore, the application of the composite adsorbent is wide. Therefore, a filtration member incorporating a composite adsorbent can be easily created. At the same time, it contributes to reducing the volume of the filter member.

本発明はフラックス法を用いて結晶育成したチタン酸アルカリ金属塩を造粒化したため、良好な金属イオン吸着材となる。そして、金属イオン吸着材に活性炭を組み合わせることにより双方の吸着能力を生かした複合吸着材を得ることができる。さらに、複合吸着材を用いて作成することにより効率的な濾過部材を得ることができる。   Since the present invention granulates an alkali metal titanate salt grown using a flux method, it is a good metal ion adsorbent. A composite adsorbent utilizing both adsorption capacities can be obtained by combining activated carbon with a metal ion adsorbent. Furthermore, an efficient filter member can be obtained by using a composite adsorbent.

C 活性炭
Am 金属イオン吸着材
M 複合吸着材
10 濾過部材
11 容器本体
12 蓋部
14 導水部
16 透過孔
20 浄水器
21 切換部
23 濾過チャンバー
25 蛇口
C activated carbon Am metal ion adsorbent M composite adsorbent 10 filtration member 11 container main body 12 lid part 14 water transfer part 16 permeation hole 20 water purifier 21 switching part 23 filtration chamber 25 faucet

Claims (9)

フラックス法を用いて結晶育成したチタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子と、
前記結晶性微粒子の20〜40重量%に相当する重量のシリカ系バインダーとを混合してなることを特徴とする金属イオン吸着材。
Crystalline fine particles of alkali metal titanate grown using the flux method,
A metal ion adsorbent comprising a silica-based binder having a weight corresponding to 20 to 40% by weight of the crystalline fine particles.
前記チタン酸アルカリ金属塩がチタン酸ナトリウム塩である請求項1に記載の金属イオン吸着材。   The metal ion adsorbent according to claim 1, wherein the alkali metal titanate is sodium titanate. 前記チタン酸ナトリウム塩の結晶育成に際し、フラックス剤が硝酸ナトリウムである請求項2に記載の金属イオン吸着材。   The metal ion adsorbent according to claim 2, wherein the fluxing agent is sodium nitrate for crystal growth of the sodium titanate salt. 前記結晶性微粒子の平均粒子径が1〜100μmである請求項1ないし3のいずれか1項の金属イオン吸着材。   The metal ion adsorbent according to any one of claims 1 to 3, wherein the crystalline fine particles have an average particle diameter of 1 to 100 µm. 前記シリカ系バインダーがコロイダルシリカである請求項1ないし4のいずれか1項の金属イオン吸着材。   The metal ion adsorbent according to any one of claims 1 to 4, wherein the silica-based binder is colloidal silica. 前記コロイダルシリカが、pH2〜4の水分散液中に存在する粒子径4〜20nmのコロイド状シリカ粒子である請求項5に記載の金属イオン吸着材。   6. The metal ion adsorbent according to claim 5, wherein the colloidal silica is colloidal silica particles having a particle diameter of 4 to 20 nm present in an aqueous dispersion having a pH of 2 to 4. 前記シリカ系バインダーが水ガラスである請求項1ないし4のいずれか1項の金属イオン吸着材。   The metal ion adsorbent according to any one of claims 1 to 4, wherein the silica-based binder is water glass. 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の金属イオン吸着材と、活性炭とを混合してなることを特徴とする複合吸着材。   A composite adsorbent obtained by mixing the metal ion adsorbent according to any one of claims 1 to 7 and activated carbon. 請求項8に記載の複合吸着材を有してなることを特徴とする濾過部材。   A filtration member comprising the composite adsorbent according to claim 8.
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