JP2019209223A - Fiber bundle-like adsorbent - Google Patents

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陽一郎 小崎
Yoichiro Ozaki
陽一郎 小崎
竜馬 宮本
Ryoma MIYAMOTO
竜馬 宮本
隆一郎 平鍋
Ryuichiro Hiranabe
隆一郎 平鍋
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Abstract

To provide an adsorption module agent having low permeation resistance and excellent in adsorption performance even at high flow rate.SOLUTION: An adsorbent adsorption module in this invention comprises plural fiber bundles and a housing storing the fiber bundles. The fiber bundle includes adsorptive monofilaments of 10,000 or more but 100,000,000 or less, and the diameter D of the monofilament is 100 nm or more but 500 nm or less. Besides, the porosity y in the fiber bundle is 20-75 vol% and the porosity z out of the fiber bundle is 5-50 vol%.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

水中の有害物質の除去に好適な繊維束状吸着剤、該繊維束状吸着剤の製造方法に関する。   The present invention relates to a fiber bundle adsorbent suitable for removing harmful substances in water and a method for producing the fiber bundle adsorbent.

近年、浄水処理、排水処理および海水淡水化などの水処理分野において、例えば、地下水に含まれるヒ素、排水中に含まれるリン、フッ素、重金属元素、海水などに含まれているホウ素などの除去への要望が高まっている。これらの有害物質について、水中からの除去方法の一つとして吸着剤による吸着除去が検討されている。   In recent years, in the field of water treatment such as water purification, wastewater treatment and seawater desalination, for example, removal of arsenic contained in groundwater, phosphorus contained in wastewater, fluorine, heavy metal elements, boron contained in seawater, etc. The demand is growing. For these harmful substances, adsorption removal with an adsorbent is being studied as one of the methods for removing them from water.

吸着剤の形状としては粒子あるいは繊維、粉体など様々な形状が用いられ、これら吸着剤をタンクやカラム等の容器に充填して利用される。しかし、高流速で通水した場合、吸着性能を維持するためには高比表面積にすることで吸着速度を増加させる必要がある。   Various shapes such as particles, fibers, and powders are used as the shape of the adsorbent, and these adsorbents are used by being filled in a container such as a tank or a column. However, when water is passed at a high flow rate, it is necessary to increase the adsorption rate by maintaining a high specific surface area in order to maintain the adsorption performance.

例えば、特許文献1には、高比表面積の多孔質セルロースを基材として用いてイオン交換基を導入することで、排水に含まれるリンを効果的に吸着(イオン交換)する吸着剤が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses an adsorbent that effectively adsorbs (ion exchange) phosphorus contained in wastewater by introducing ion exchange groups using porous cellulose having a high specific surface area as a base material. ing.

また、特許文献2には、水酸化バリウムとケイ酸の可溶性アルカリ金属塩とを反応させる工程によってケイ酸バリウムを生成させることで、放射性汚染水中のストロンチウムを効果的に除去可能な高比表面積の吸着剤が開示されている。   Patent Document 2 discloses a high specific surface area capable of effectively removing strontium in radioactive polluted water by generating barium silicate through a process of reacting barium hydroxide with a soluble alkali metal salt of silicic acid. An adsorbent is disclosed.

特開2013-103207号公報JP 2013-103207 A 特開2016-83656号公報JP 2016-83656 JP

特許文献1、2に記載の吸着剤には、高流速条件での通水時において、高透過抵抗を生み出すという問題点がある。   The adsorbents described in Patent Documents 1 and 2 have a problem that a high permeation resistance is produced when water is passed under a high flow rate condition.

本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、水やガスなどの流体中に含まれる有害物質の除去において、透過抵抗が小さく、高流速においても吸着性能が優れる吸着モジュールを提供することを課題とする。   In view of the background of such prior art, the present invention has an object to provide an adsorption module having a small permeation resistance and excellent adsorption performance even at a high flow rate in removing harmful substances contained in a fluid such as water or gas. To do.

上記目的を達成するために、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、以下の構成を有することで、課題解決を可能とする吸着モジュールを提供できることを見出し、本発明を完成するに至った。   In order to achieve the above object, as a result of intensive studies to solve the above problems, it has been found that an adsorption module capable of solving the problems can be provided by having the following configuration, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明の吸着モジュールは、複数の繊維束と前記繊維束を収容する筐体とを備える吸着モジュールであって、前記繊維束は、10千本以上100百万本以下の吸着性を有する単繊維を含み、前記単繊維の径Dが100nm以上500nm以下であり、かつ、繊維束内空隙率yが20体積%以上75体積%以下であり、繊維束外空隙率zが5体積%以上50体積%以下である吸着モジュールである。
繊維充填率 x=A/P
繊維束内空隙率 y=B/(A+B)
繊維束外空隙率 z=1−x/(1−y)
A:繊維束内繊維体積
B:繊維束内空隙体積
C:繊維束外空隙体積
P:筐体容量 P=A+B+C
That is, the adsorption module of the present invention is an adsorption module comprising a plurality of fiber bundles and a housing that accommodates the fiber bundles, and the fiber bundles have an adsorption property of 10,000 or more and 100 million or less. The fiber contains fibers, the diameter D of the single fiber is 100 nm or more and 500 nm or less, the void fraction y in the fiber bundle is 20 vol% or more and 75 vol% or less, and the void fraction z outside the fiber bundle is 5 vol% or more and 50 vol%. The adsorption module has a volume% or less.
Fiber filling rate x = A / P
Porosity in fiber bundle y = B / (A + B)
Porosity outside fiber bundle z = 1-x / (1-y)
A: Fiber volume in fiber bundle B: Cavity volume in fiber bundle C: Cavity volume outside fiber bundle P: Housing capacity P = A + B + C

吸着モジュールにおいて、流体が流れるのは、単繊維間の空隙、並びに繊維束間および筐体と繊維束との間の空隙である。本発明において、単繊維間の空隙の広さ、並びに繊維束間および筐体と繊維束との間の空隙の広さとのバランスは、透過抵抗を小さくし、かつ高流速においても高い吸着性能を実現するのに適している。   In the adsorption module, fluid flows through the gaps between the single fibers and between the fiber bundles and between the housing and the fiber bundles. In the present invention, the balance between the gap between the single fibers and the gap between the fiber bundles and between the housing and the fiber bundle reduces the permeation resistance and provides high adsorption performance even at high flow rates. Suitable for realization.

本発明のモジュールの実施の一形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the module of this invention.

1.吸着モジュール
本発明の実施の一形態である吸着モジュール1について、以下、図面を参照して説明する。
1. Adsorption Module An adsorption module 1 that is an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(1)モジュール構成
図1に示すように、本実施形態の吸着モジュール1は、複数の繊維束2と、繊維束2を収容する筐体3とを備える。
(1) Module Configuration As shown in FIG. 1, the adsorption module 1 of this embodiment includes a plurality of fiber bundles 2 and a housing 3 that accommodates the fiber bundles 2.

図1では、説明の便宜上、繊維束2の長手方向(繊維束に含まれる単繊維5の長手方向と同一)が筐体3の長手方向に一致するように描かれている。言い換えると、繊維束2の(つまり単繊維の)径方向と筐体3の径方向が一致するように描かれている。しかし、繊維束2の方向はこれに限定されず、様々な方向を向くことができる。例えば、繊維束2は織物または編み物を構成していてもよい。   In FIG. 1, for convenience of explanation, the longitudinal direction of the fiber bundle 2 (same as the longitudinal direction of the single fiber 5 included in the fiber bundle) is drawn so as to coincide with the longitudinal direction of the housing 3. In other words, it is drawn so that the radial direction of the fiber bundle 2 (that is, the single fiber) and the radial direction of the housing 3 coincide. However, the direction of the fiber bundle 2 is not limited to this, and can be in various directions. For example, the fiber bundle 2 may constitute a woven fabric or a knitted fabric.

(2)繊維束
繊維束2は、10千本以上100百万本以下の単繊維5を含む。単繊維については後述する。
(2) Fiber bundle The fiber bundle 2 includes 10,000 or more and 100 million or less single fibers 5. The single fiber will be described later.

図1では繊維束2の断面は円形であるが、繊維束の断面形状は特に限定されるものではなく、異形であってもよい。「異形」の断面としては、例えば多角形、偏平形、レンズ形、並びに三葉断面および六葉断面などのいわゆるマルチローバル形が挙げられる。マルチローバル形とは、3〜8ヶの凸部と同数の凹部を有する形状である。   In FIG. 1, the cross section of the fiber bundle 2 is circular, but the cross sectional shape of the fiber bundle is not particularly limited, and may be irregular. Examples of the “deformed” cross section include a polygonal shape, a flat shape, a lens shape, and a so-called multi-lobal shape such as a trilobal section and a six-leaf section. The multi-lobal shape is a shape having the same number of concave portions as three to eight convex portions.

また、繊維束径Dbは、繊維束断面を包含する最小の円の径d1、繊維束断面の内部に収まる最大の円の径d2により、Db=(d1+d2)/2で表される。   The fiber bundle diameter Db is represented by Db = (d1 + d2) / 2 by the diameter d1 of the smallest circle including the fiber bundle section and the diameter d2 of the largest circle that fits inside the fiber bundle section.

繊維束内部の単繊維本数は10千本以上100百万本以下である。繊維束内の単繊維の本数が10千本以上であることで、繊維束内の流路の表面積が大きくなる。また、繊維束内の単繊維の本数が100百万本以下であることで、高い透過流量を得ることができる。   The number of single fibers in the fiber bundle is 10,000 or more and 100 million or less. The surface area of the flow path in a fiber bundle becomes large because the number of single fibers in a fiber bundle is 10,000 or more. Moreover, a high permeation | transmission flow rate can be obtained because the number of the single fibers in a fiber bundle is 100 million or less.

(3)単繊維
(3−1)形状
単繊維の断面形状は、特に限定されるものではない。単繊維の横断面形状としては、例えば、繊維束について例示した形状と同様の形状が採用され得る。単繊維の好ましい断面形状は異形である。異形であることで、比表面積および繊維束とした際の間隙が大きくなるため、後述する空隙の代表径が単繊維径に対し十分に大きくなり、低透過抵抗となる。
(3) Single fiber (3-1) Shape The cross-sectional shape of the single fiber is not particularly limited. As the cross-sectional shape of the single fiber, for example, a shape similar to the shape exemplified for the fiber bundle can be adopted. The preferred cross-sectional shape of the single fiber is irregular. The irregular shape increases the specific surface area and the gap when forming the fiber bundle, so that the representative diameter of the voids described later is sufficiently larger than the single fiber diameter, resulting in low permeation resistance.

異型断面の場合は、繊維断面形状の異形度は2.0以上6.0以下が好ましい。ここでいう異形度とは、断面全体を含む最小の円の径を断面形状内に納まる最大の内の径で除したものである。異形度を2.0以上とすることで、異形断面の凹凸が大きくなり、比表面積および繊維集合体とした際の間隙増大効果を十分に発現することができる。一方、異形度が6.0以下とすることで、繊維が各工程で損傷を受けにくく、糸切れなどの問題を回避しやすい。   In the case of an irregular cross section, the degree of irregularity of the fiber cross sectional shape is preferably 2.0 or more and 6.0 or less. The irregularity referred to here is a value obtained by dividing the diameter of the smallest circle including the entire cross section by the largest diameter that fits in the cross sectional shape. By setting the degree of irregularity to 2.0 or more, irregularities in the irregular section become large, and the effect of increasing the gap when the specific surface area and the fiber assembly are obtained can be sufficiently exhibited. On the other hand, when the degree of profile is 6.0 or less, the fiber is not easily damaged in each step, and problems such as yarn breakage are easily avoided.

単繊維の径Diは、100nm以上500nm以下であればよい。繊維径が100nm以上であることで、基材としての強度が維持され高流速条件において単繊維が破断されない。また1000nm以下である必要があり、500nm以下であることがより好ましい。繊維径が1000nm以下であることで、十分な比表面積が得られ高流速条件において優れた吸着性能を発現する。   The diameter Di of the single fiber may be 100 nm or more and 500 nm or less. When the fiber diameter is 100 nm or more, the strength as a base material is maintained, and the single fiber is not broken under a high flow rate condition. Moreover, it needs to be 1000 nm or less, and it is more preferable that it is 500 nm or less. When the fiber diameter is 1000 nm or less, a sufficient specific surface area is obtained, and excellent adsorption performance is exhibited under high flow rate conditions.

ここで述べる単繊維径Diは各単繊維の外接円半径Rと内接円半径rの平均から求められる。外接円半径Rと内接円半径rは例えばCTスキャンにより得られた断面画像からランダムに20本の単繊維を選択し、画像解析ソフトにより外接円と内接円を描画し、20個のデータを平均することで算出される。   The single fiber diameter Di described here is determined from the average of the circumscribed circle radius R and the inscribed circle radius r of each single fiber. For the circumscribed circle radius R and the inscribed circle radius r, for example, 20 single fibers are randomly selected from a cross-sectional image obtained by CT scan, and the circumscribed circle and the inscribed circle are drawn by image analysis software. It is calculated by averaging.

(3−2)吸着性
単繊維は、吸着性を有している。単繊維が対象物質を吸着するために有する構成は、具体的なものに限定されない。例えば、単繊維は、基材と、基材表面に担持された吸着性粒子とを有していてもよいし、あるいは、単繊維表面にグラフトし、かつ吸着性官能基側鎖を有するポリマーを有してもよい。
(3-2) Adsorbability The single fiber has adsorbability. The configuration that the single fiber has for adsorbing the target substance is not limited to a specific one. For example, a single fiber may have a base material and adsorbent particles supported on the surface of the base material, or a polymer that is grafted to the surface of the single fiber and has an adsorbing functional group side chain. You may have.

(3−2−1)単繊維が基材および吸着粒子有する構成
(a)基材
基材を構成する材料は特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン、ハロゲン化ポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリビニル化合物、ポリカーボネート、ポリ(メタ)アクリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリエステル、及びセルロースエステルなどを主成分とする。ここで、「主成分」とは、含有率が50重量%以上であることを指し、好ましくは70重量%以上であり、より好ましくは90重量%以上である。
(3-2-1) Structure of single fiber having base material and adsorbent particles (a) Base material The material constituting the base material is not particularly limited. For example, polyolefin, halogenated polyolefin, polyacrylonitrile, polyvinyl compound, polycarbonate, Mainly composed of poly (meth) acrylate, polysulfone, polyethersulfone, polyamide, polyester, cellulose ester and the like. Here, the “main component” means that the content is 50% by weight or more, preferably 70% by weight or more, and more preferably 90% by weight or more.

ポリオレフィンの具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。   Specific examples of polyolefin include polyethylene and polypropylene.

ハロゲン化ポリオレフィンの具体例としては、ポリ塩化ビニル、PTFE、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。   Specific examples of the halogenated polyolefin include polyvinyl chloride, PTFE, and polyvinylidene fluoride.

ポリアミドの具体例としては、例えばナイロン6、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン12などが挙げられる。   Specific examples of the polyamide include nylon 6, nylon 66, nylon 11, and nylon 12.

ポリエステルの具体例としては、例えば芳香族ジカルボン酸部分とグリコール部分からなる芳香族ポリエステル、脂肪族ジカルボン酸とグリコール部分からなる脂肪族ポリエステル、ヒドロキシカルボン酸からなるポリエステル、及びこれらの共重合体などが挙げられる。   Specific examples of the polyester include an aromatic polyester composed of an aromatic dicarboxylic acid portion and a glycol portion, an aliphatic polyester composed of an aliphatic dicarboxylic acid and a glycol portion, a polyester composed of a hydroxycarboxylic acid, and a copolymer thereof. Can be mentioned.

芳香族ジカルボン酸の具体例としては、例えばテレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸などが挙げられる。グリコールの具体例としては、エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオールなどが挙げられる。   Specific examples of the aromatic dicarboxylic acid include terephthalic acid, isophthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, and the like. Specific examples of the glycol include ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol and the like.

ヒドロキシカルボン酸の具体例としては、グリコール酸、乳酸、ヒドロキシプロピオン酸、ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシ吉草酸、ヒドロキシカプロン酸、ヒドロキシ安息香酸などが挙げられる。   Specific examples of the hydroxycarboxylic acid include glycolic acid, lactic acid, hydroxypropionic acid, hydroxybutyric acid, hydroxyvaleric acid, hydroxycaproic acid, hydroxybenzoic acid and the like.

またポリエステルは、その特性を大きく変えない範囲で共重合を行うこともできる。共重合成分としては、例えば5−ナトリウムスルホイソフタル酸などの5−(アルカリ金属)スルホイソフタル酸や、前述の芳香族ジカルボン酸以外の多価カルボン酸などが挙げられる。   Polyesters can also be copolymerized within a range that does not greatly change their properties. Examples of the copolymer component include 5- (alkali metal) sulfoisophthalic acid such as 5-sodium sulfoisophthalic acid, and polyvalent carboxylic acids other than the above-described aromatic dicarboxylic acids.

セルロースエステルの具体例としては、例えばセルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート、セルロースのグルコースユニットに存在する3つの水酸基が2種類以上のアシル基により封鎖されたセルロース混合エステル、およびそれらの誘導体などが挙げられる。   Specific examples of the cellulose ester include, for example, cellulose acetate, cellulose propionate, cellulose butyrate, mixed cellulose ester in which three hydroxyl groups present in the glucose unit of cellulose are blocked with two or more acyl groups, and derivatives thereof. Etc.

また、これらの材料は2種類以上を組み合わせてもよいし、前記例示した以外の添加剤を含有してもよい。ここでいう添加剤とは、その他のポリマー、可塑剤、酸化防止剤、有機滑剤、結晶核剤、有機粒子、無機粒子、末端封鎖剤、鎖延長剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、着色防止剤、艶消し剤、抗菌剤、制電剤、消臭剤、難燃剤、耐候剤、帯電防止剤、抗酸化剤、イオン交換剤、消泡剤、着色顔料、蛍光増白剤、染料などが挙げられる。   Moreover, these materials may combine 2 or more types, and may contain additives other than the said illustration. Additives here include other polymers, plasticizers, antioxidants, organic lubricants, crystal nucleating agents, organic particles, inorganic particles, end-capping agents, chain extenders, ultraviolet absorbers, infrared absorbers, and coloring prevention. Agents, matting agents, antibacterial agents, antistatic agents, deodorants, flame retardants, weathering agents, antistatic agents, antioxidants, ion exchange agents, antifoaming agents, colored pigments, fluorescent whitening agents, dyes, etc. Can be mentioned.

(b)吸着性粒子
吸着性粒子の組成特に限定されず、例えば、銀、銅、鉄、チタン、ジルコニウム、セリウムより選ばれる少なくとも1種の金属を含んでもよい。吸着性粒子に含有される金属は、吸着対象によって任意に選択することができる。
(B) Adsorbent particles The composition of the adsorbent particles is not particularly limited, and may include, for example, at least one metal selected from silver, copper, iron, titanium, zirconium, and cerium. The metal contained in the adsorptive particles can be arbitrarily selected depending on the object to be adsorbed.

例えば吸着対象が、ホウ素、ヒ素、リン、フッ素イオンである場合、吸着性粒子は、金属酸化物、金属水酸化物および金属含水和物から選択される少なくとも1種の化合物を含有することが好ましい。   For example, when the adsorption target is boron, arsenic, phosphorus, or fluorine ions, the adsorbent particles preferably contain at least one compound selected from metal oxides, metal hydroxides, and metal hydrates. .

また、微粒子状の吸着性粒子は、吸着容量の点から金属水酸化物、金属含水酸化物を含有することが好ましい。   Moreover, it is preferable that the particulate adsorbent particles contain a metal hydroxide or a metal hydroxide from the viewpoint of adsorption capacity.

金属水酸化物、金属含水酸化物として希土類元素水酸化物、希土類元素含水酸化物、水酸化ジルコニウム、含水酸化ジルコニウム、水酸化鉄、含水酸化鉄が挙げられる。希土類元素としては、元素の周期表による原子番号21番のスカンジウムScと39番のイットリウムY、57番から71番のランタノイド元素、すなわちランタンLa、セリウムCe、プラセオジウムPr、ネオジウムNd、プロメチウムPm、サマリウムSm、ユウロピウムEu、カドリニウムGd、テルビウムTb、ジスプロシウムDy、ホルミウムHo、エルビウムEr、ツリウムTm、イッテルビウムYb、ルテチウムLuが該当し、なかでも、例えば吸着対象がヒ素であれば、好ましい元素はセリウムであり、4価のセリウムが好ましい。これらの水酸化物及び/又は含水酸化物の混合体も有用である。   Examples of metal hydroxides and metal hydroxides include rare earth element hydroxides, rare earth element hydroxides, zirconium hydroxide, hydrous zirconium oxide, iron hydroxide, and hydrous iron oxide. As rare earth elements, scandium Sc of atomic number 21 and yttrium Y of 39 according to the periodic table of elements, lanthanoid elements of 57 to 71, that is, lanthanum La, cerium Ce, praseodymium Pr, neodymium Nd, promethium Pm, samarium Sm, europium Eu, cadolinium Gd, terbium Tb, dysprosium Dy, holmium Ho, erbium Er, thulium Tm, ytterbium Yb, lutetium Lu are applicable. For example, if the adsorption target is arsenic, the preferred element is cerium. Tetravalent cerium is preferred. Mixtures of these hydroxides and / or hydrous oxides are also useful.

金属粒子の含水率は、1質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましい。1質量%以上であることで、粒子内部にも吸着サイトを付与でき、十分な吸着能を有する。また、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましい。30質量%以下であることで、粒子内部の吸着サイトの密度を大きくでき、十分な吸着能を有する。   The water content of the metal particles is preferably 1% by mass or more, and more preferably 5% by mass or more. When the content is 1% by mass or more, an adsorption site can be imparted to the inside of the particle, and the adsorption capacity is sufficient. Moreover, it is preferable that it is 30 mass% or less, and it is more preferable that it is 20 mass% or less. By being 30% by mass or less, the density of the adsorption sites inside the particles can be increased, and the adsorption capacity is sufficient.

(3−2−2)単繊維がグラフトポリマーを有する構成
単繊維の吸着性に寄与する成分として、単繊維は、単繊維表面にグラフトし、吸着性官能基を含む側鎖を有するポリマーを含んでもよい。
(3-2-2) Configuration in which the single fiber has a graft polymer As a component that contributes to the adsorptivity of the single fiber, the single fiber includes a polymer having a side chain that is grafted to the surface of the single fiber and includes an adsorptive functional group. But you can.

吸着性官能基の種類は特に限定されず、例えば、窒素、硫黄、リン及び酸素から選ばれる1種以上の元素を含む官能基が挙げられる。これらの元素は金属との親和性が高い。吸着性官能基は、具体的には、アミノ基、アリールスルフィド基、アリールアルキルスルフィド基、リン酸基、及び、カルボン酸基からなる群より選ばれる少なくとも1種以上であることが好ましく、アミノ基又はアリールアルキルスルフィド基であることがより好ましく、エチレンジアミン基又はベンジルメルカプタン基であることが特に好ましい。   The kind of the adsorptive functional group is not particularly limited, and examples thereof include a functional group containing one or more elements selected from nitrogen, sulfur, phosphorus, and oxygen. These elements have high affinity with metals. Specifically, the adsorptive functional group is preferably at least one selected from the group consisting of an amino group, an aryl sulfide group, an arylalkyl sulfide group, a phosphate group, and a carboxylic acid group. Or an arylalkylsulfide group, more preferably an ethylenediamine group or a benzyl mercaptan group.

(4)繊維束内空隙
本発明の吸着モジュールでは、繊維束内部の空隙(繊維束内空隙率)が20体積%以上75体積%以下である。空隙率が20体積%以上であることで、流路が十分確保され優れた通水性能を発現することができる。一方、空隙率が75体積%以下であることで、単繊維同士の接点が十分確保され、繊維束の構造が安定化する。
(4) Gaps in fiber bundle In the adsorption module of the present invention, the voids in the fiber bundle (void ratio in the fiber bundle) are 20 vol% or more and 75 vol% or less. When the porosity is 20% by volume or more, sufficient flow paths can be secured and excellent water flow performance can be exhibited. On the other hand, when the porosity is 75% by volume or less, sufficient contact between single fibers is secured, and the structure of the fiber bundle is stabilized.

繊維束内空隙率yは、以下の式で表される。
y=B/(A+B)
A:繊維束内繊維体積
B:繊維束内空隙体積
繊維束内部の空隙とは繊維束の内部で、構造物が存在しない領域を指す。
The void fraction y in the fiber bundle is expressed by the following formula.
y = B / (A + B)
A: Fiber volume in the fiber bundle B: Void volume in the fiber bundle The void inside the fiber bundle refers to a region where no structure exists in the fiber bundle.

繊維束内繊維体積Aおよび上記繊維束内空隙体積Bは、例えばCTスキャンにより繊維束長手方向に垂直な断面(横断面)の画像を得て、それを画像解析ソフトにより二値化することで算出される。図1に示す例では、点線で囲んだ拡大図におけるハッチング部分(三角形)が単繊維5であり、白く抜けた部分42が繊維束内空隙である。空隙率yの算出に当たっては、それぞれの領域の面積を体積と見なせばよい。   The fiber volume A in the fiber bundle and the void volume B in the fiber bundle are obtained by, for example, obtaining an image of a cross section (cross section) perpendicular to the longitudinal direction of the fiber bundle by CT scan and binarizing the image by image analysis software. Calculated. In the example shown in FIG. 1, the hatched portion (triangle) in the enlarged view surrounded by the dotted line is the single fiber 5, and the white portion 42 is the void in the fiber bundle. In calculating the porosity y, the area of each region may be regarded as a volume.

繊維束の横断面画像において、繊維束の外縁は、繊維束の最外部に位置する単繊維(最外単繊維)の外縁と、隣り合う2つの最外単繊維の共通接線とで規定される。なお、A+Bは空隙も含む繊維束の見かけの体積である。断面積に基づいて上記空隙率を算出する場合、繊維束の横断面画像における最外単繊維の外縁と、隣り合う2つの最外単繊維の共通接線とで囲まれる領域の面積は、繊維束の見かけの体積(A+B)と見なすことができる。   In the cross-sectional image of the fiber bundle, the outer edge of the fiber bundle is defined by the outer edge of the single fiber (outermost single fiber) located at the outermost part of the fiber bundle and the common tangent of two adjacent outermost single fibers. . A + B is the apparent volume of the fiber bundle including voids. When calculating the porosity based on the cross-sectional area, the area of the region surrounded by the outer edge of the outermost single fiber in the cross-sectional image of the fiber bundle and the common tangent of two adjacent outermost single fibers is the fiber bundle. The apparent volume (A + B).

(5)繊維束外空隙
繊維束外空隙率は5体積%以上であることが好ましく、10体積%以上であることがより好ましく、25体積%以上であることがさらに好ましい。繊維束外空隙率が1体積%以上であることで、繊維束内部と繊維束外部に流体が分散し通水時の透過抵抗を小さくすることができる。繊維束外空隙率が10体積%以上であることで、繊維束外部により流体が分散しやすく通水時の透過抵抗を小さくすることができる。また、繊維束外空隙率が50体積%以下であることが好ましい。繊維束外空隙率が50体積%以下であることで繊維構造物の強度が確保され、単繊維と繊維束からなる高次構造が維持される。
(5) Space outside fiber bundle The void ratio outside fiber bundle is preferably 5% by volume or more, more preferably 10% by volume or more, and further preferably 25% by volume or more. When the void ratio outside the fiber bundle is 1% by volume or more, the fluid is dispersed inside the fiber bundle and the outside of the fiber bundle, and the permeation resistance during water passage can be reduced. When the void ratio outside the fiber bundle is 10% by volume or more, the fluid is easily dispersed from the outside of the fiber bundle, and the permeation resistance during water passage can be reduced. Moreover, it is preferable that the porosity outside a fiber bundle is 50 volume% or less. When the void ratio outside the fiber bundle is 50% by volume or less, the strength of the fiber structure is secured, and a higher order structure composed of single fibers and fiber bundles is maintained.

繊維束外部の空隙とは、筐体内の空隙(繊維が存在しない領域)のうち、繊維束内空隙を除く部分(図1に符号“4”で示す。)である。つまり、繊維束外空隙の体積は、筐体容量から繊維束の見かけの体積(A+B)を除いた値であり、繊維束外空隙率zは以下の式で表される。
z=C/P
={P−(A+B)}/P
=1−x/(1−y)
P:筐体容量
P=A+B+C
C:繊維束外空隙体積
x:繊維充填率
x=A/P
上記繊維束外部の空隙率は、例えばCTスキャンにより得られた断面画像を画像解析ソフトにより二値化することで算出される。
The void outside the fiber bundle is a portion (indicated by reference numeral “4” in FIG. 1) excluding the void in the fiber bundle in the void (region where no fiber is present) in the housing. That is, the volume of the fiber bundle outer space is a value obtained by subtracting the apparent volume (A + B) of the fiber bundle from the housing capacity, and the fiber bundle outer void ratio z is expressed by the following equation.
z = C / P
= {P- (A + B)} / P
= 1-x / (1-y)
P: Housing capacity P = A + B + C
C: void volume outside the fiber bundle x: fiber filling rate x = A / P
The porosity outside the fiber bundle is calculated, for example, by binarizing a cross-sectional image obtained by CT scan using image analysis software.

(6)繊維構造物
繊維束はそのまま吸着材として利用することができるが、繊維構造物を構成してもよい。
繊維構造物は、複数の繊維束により構成され、例として、織物、編物、不織布等が挙げられる。
(6) Fiber structure The fiber bundle can be used as an adsorbent as it is, but it may constitute a fiber structure.
The fiber structure is composed of a plurality of fiber bundles, and examples thereof include woven fabrics, knitted fabrics, and nonwoven fabrics.

繊維構造物の織組織は特に限定されず、例えば、平織、斜文織、朱子織等の三原組織、変化組織、変化斜文織等の変化組織、たて二重織、よこ二重織等の片二重組織、たてビロード、タオル、ベロア等のたてパイル織、別珍、よこビロード、ベルベット、コール天等のよこパイル織などが挙げられる。なお、これらの織組織を有する織物は、レピア織機やエアージェット織機など通常の織機を用いて通常の方法により製織することができる。
織編物を構成する繊維束間の距離を示す値としてオープニング(以下、opとする。)があり、次式で定義される。
op(μm)={25400/n(個/inch)}−Db (1)
n(個/inch):織編物1inch当たりのメッシュ個数、Db:織編物を構成する繊維束径(μm)
オープニングを繊維束径で割った値op/Dbは0.5以上であり、0.7以上であることが好ましく、0.8以上であることが更に好ましい。また、3.0以下であり、2.5以下であることが好ましく、2.0以下であることが更に好ましい。op/Dbが0.5以上であることにより、通水時に目詰まりしにくく、透過抵抗が大きくなりにくい。3.0以下であることにより、液体濾過用フィルタにし原水を通水した際に原水がショートパスすることなく原水中の除去対象成分を好適に除去することができる。
The woven structure of the fiber structure is not particularly limited. For example, a three-layer structure such as a plain weave, a diagonal weave, and a satin weave, a changed structure, a changed structure such as a changed oblique weave, a vertical double weave, a weft double weave, etc. One-sided double weave, vertical pile weave such as warp velvet, towel, velor, etc., weft pile weave such as benjin, weft velvet, velvet, cole heaven and the like. In addition, the textile fabric which has these woven structures can be woven by a normal method using normal looms, such as a rapier loom and an air jet loom.
There is an opening (hereinafter referred to as op) as a value indicating the distance between fiber bundles constituting the woven or knitted fabric, and is defined by the following equation.
op (μm) = {25400 / n (pieces / inch)} − Db (1)
n (piece / inch): number of meshes per inch of woven or knitted fabric, Db: diameter of fiber bundle (μm) constituting the woven or knitted fabric
A value op / Db obtained by dividing the opening by the fiber bundle diameter is 0.5 or more, preferably 0.7 or more, and more preferably 0.8 or more. Moreover, it is 3.0 or less, it is preferable that it is 2.5 or less, and it is still more preferable that it is 2.0 or less. When op / Db is 0.5 or more, clogging is unlikely to occur during water flow, and permeation resistance is unlikely to increase. By being 3.0 or less, when the raw water is passed through the filter for liquid filtration, the removal target component in the raw water can be suitably removed without causing a short pass of the raw water.

編物の種類は特に限定されず、よこ編物であってもよいしたて編物であってもよい。よこ編組織としては、平編、ゴム編、両面編、パール編、タック編、浮き編、片畔編、レース編、添え毛編等が好ましく例示され、たて編組織としては、シングルデンビー編、シングルアトラス編、ダブルコード編、ハーフトリコット編、裏毛編、ジャガード編等が好ましく例示される。なお、製編は、丸編機、横編機、トリコット編機、ラッシェル編機等通常の編機を用いて通常の方法により製編することができる。   The kind of knitted fabric is not particularly limited, and may be a weft knitted fabric or a newly knitted fabric. Preferred examples of the weft knitting structure include flat knitting, rubber knitting, double-sided knitting, pearl knitting, tuck knitting, floating knitting, one-sided knitting, lace knitting, bristle knitting, and the like. Preferred examples include single atlas knitting, double cord knitting, half tricot knitting, back hair knitting, jacquard knitting and the like. The knitting can be knitted by a normal method using a normal knitting machine such as a circular knitting machine, a flat knitting machine, a tricot knitting machine, and a Raschel knitting machine.

これらの織編物の目付けは300g/m以上、好ましくは350g/m以上、さらに好ましくは400g/m以上である。また、1500g/m以下、好ましくは1000g/m以下、さらに好ましくは800g/m以下である。織編物の目付けが300g/m以上であることにより、液体濾過用フィルタとした際に原水がショートパスすることなく原水中の除去対象成分を好適に除去することができる。また、1500g/m以下であることにより、目詰まりが生じにくく、通水時の透過抵抗を小さくすることができる。 The basis weight of these woven or knitted fabrics is 300 g / m 2 or more, preferably 350 g / m 2 or more, more preferably 400 g / m 2 or more. Moreover, it is 1500 g / m 2 or less, preferably 1000 g / m 2 or less, and more preferably 800 g / m 2 or less. When the basis weight of the woven or knitted fabric is 300 g / m 2 or more, the component to be removed in the raw water can be suitably removed without causing a short pass of the raw water when the filter for liquid filtration is used. Moreover, it is hard to produce clogging by being 1500 g / m < 2 > or less, and the permeation | transmission resistance at the time of water flow can be made small.

(7)筐体
図1に示すように、筐体3は円筒状の部材であり、その内部に繊維束2を収容する。
(7) Housing As shown in FIG. 1, the housing 3 is a cylindrical member and accommodates the fiber bundle 2 therein.

ただし、本発明において筐体の形状は円筒に限定されない。筐体の断面形状としては、繊維束の断面形状と同様に、様々な形状が採用され得る。   However, in the present invention, the shape of the housing is not limited to a cylinder. As the cross-sectional shape of the housing, various shapes can be adopted as in the cross-sectional shape of the fiber bundle.

2.繊維表面処理
単繊維が基材および基材に担持された粒子を有する場合には、基材の表面処理を行うことが好ましい。基材の表面処理を行うことで、基材の表面に官能基を誘起させ、その官能基と金属粒子が相互作用することで、粒径が小さい状態で金属粒子を基材に担持させることが可能となる。あるいは、基材の表面に官能基を誘起させ、その官能基を起点として吸着性官能基側鎖を有するポリマーをグラフトさせることが可能となる。
2. Fiber surface treatment When a single fiber has a substrate and particles carried on the substrate, it is preferable to perform a surface treatment of the substrate. By performing the surface treatment of the base material, a functional group is induced on the surface of the base material, and the functional group and the metal particle interact to support the metal particle on the base material in a state where the particle size is small. It becomes possible. Alternatively, it is possible to induce a functional group on the surface of the base material and to graft a polymer having an adsorbing functional group side chain starting from the functional group.

表面処理の方法は特に限定されないが、コロナ放電処理、プラズマ処理、アルカリ処理、電子線放射処理、真空紫外線処理などの光化学処理、スルホン化、アミノ化、カルボキシル化、ニトロ化などの化学処理が挙げられる。   The surface treatment method is not particularly limited, and examples include corona discharge treatment, plasma treatment, alkali treatment, electron beam radiation treatment, photochemical treatment such as vacuum ultraviolet treatment, and chemical treatment such as sulfonation, amination, carboxylation, and nitration. It is done.

コロナ放電処理、プラズマ処理は、特定のガスの雰囲気下で行うことが、官能基を誘起させる効率が良いため好ましい。ガスの種類としては、酸素、窒素、炭酸ガス、およびそれらの混合ガスなどが挙げられる。その際の処理強度は任意に設定できる。前記化学処理の方法は特に限定されず、硫酸を用いるスルホン化、アンモニアを用いるアミノ化、二酸化炭素を用いるカルボキシル化などが挙げられる。   The corona discharge treatment and the plasma treatment are preferably performed in an atmosphere of a specific gas because the efficiency of inducing a functional group is good. Examples of the gas include oxygen, nitrogen, carbon dioxide gas, and mixed gas thereof. The processing intensity at that time can be arbitrarily set. The chemical treatment method is not particularly limited, and examples thereof include sulfonation using sulfuric acid, amination using ammonia, and carboxylation using carbon dioxide.

以下に実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
異形度が1.0で繊維径300nmのポリエチレンテレフタレート繊維と、異形度が2.0で繊維径100nmのナイロン繊維とを繊維本数比1対3で束ねた束径500μmの繊維束を用い、平織り機で経糸束および緯糸束のメッシュ数が40(個/inch)で織物を作製した。
(Example 1)
Plain weaving using a fiber bundle having a bundle diameter of 500 μm in which a polyethylene terephthalate fiber having an irregularity of 1.0 and a fiber diameter of 300 nm and a nylon fiber having an irregularity of 2.0 and a fiber diameter of 100 nm are bundled in a ratio of 1: 3. A woven fabric was produced with a warp bundle and a weft bundle having a mesh number of 40 (pieces / inch).

次にこの織物の両面を、窒素雰囲気下、表面処理強度30W・分/m2で両面にコロナ放電処理を施した。得られた織物を、酸化セリウムのナノコロイド溶液(溶媒:水、濃度:5%)に室温で1日間浸漬した。その後、水洗により余分の酸化セリウムのナノコロイド溶液を取り除いた。   Next, both surfaces of the woven fabric were subjected to corona discharge treatment in a nitrogen atmosphere at a surface treatment strength of 30 W · min / m 2. The obtained woven fabric was immersed in a nano-colloid solution of cerium oxide (solvent: water, concentration: 5%) at room temperature for 1 day. Then, the excess nano colloidal solution of cerium oxide was removed by washing with water.

さらにこの織物を4.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液に72時間浸漬させることで、ポリエチレンテレフタレート繊維を溶解させ、酸化セリウムがナイロン繊維の官能基に結合した吸着剤を得た。   Further, the woven fabric was immersed in a 4.0% by mass aqueous sodium hydroxide solution for 72 hours to dissolve the polyethylene terephthalate fiber, thereby obtaining an adsorbent in which cerium oxide was bonded to the functional group of the nylon fiber.

上記製法で得た吸着剤を上面と下面が直径6.0cmの口を有する10.0cm立方体容器に空隙率10%で積層し、容器上面口を昇圧ポンプと容器下面口を流量計に接続した。60質量%ヒ酸水溶液を蒸留水により希釈し、ヒ素元素換算で50ppbの濃度とした原水を60kPaの水圧で容器上面から送流したとき、容器下面からの透過流量は6.1L/minであった。また、ICP発光分析により原水および透過液のヒ素濃度を定量すると、ヒ素除去率は87%であった。   The adsorbent obtained by the above production method was laminated with a porosity of 10% on a 10.0 cm cubic container having a top surface and a bottom surface having a diameter of 6.0 cm, and the top surface port of the container was connected to a booster pump and the bottom surface port of the container to a flow meter. . When a 60% by mass arsenic acid aqueous solution was diluted with distilled water and raw water having a concentration of 50 ppb in terms of arsenic was fed from the upper surface of the container at a water pressure of 60 kPa, the permeate flow rate from the lower surface of the container was 6.1 L / min. It was. Further, when the arsenic concentrations of the raw water and the permeate were quantified by ICP emission analysis, the arsenic removal rate was 87%.

(実施例2)
異形度が2.0で繊維径500nmのポリエチレンテレフタレート繊維を4質量%の水酸化ナトリウム水溶液に0.5時間浸漬させた。
この繊維にグリセロールジグリシジルエーテルとエチレンジアミンをモル比1対1で混合した液体を、直径250μmのノズルを用いて上記のポリエチレンテレフタレート繊維およそ75万本と異形度が2.0で繊維径500nmのナイロン繊維およそ25万本を束ねてコートしながら、200℃の熱風乾燥炉を10分かけて送達した。その後、水洗により繊維と結合していない低分子を取り除いた。
(Example 2)
Polyethylene terephthalate fiber having an irregularity of 2.0 and a fiber diameter of 500 nm was immersed in a 4% by mass sodium hydroxide aqueous solution for 0.5 hour.
A liquid obtained by mixing glycerol diglycidyl ether and ethylenediamine in a molar ratio of 1: 1 to this fiber is made of nylon having about 750,000 polyethylene terephthalate fibers and a degree of deformation of 2.0 and a fiber diameter of 500 nm using a nozzle having a diameter of 250 μm. A hot air drying oven at 200 ° C. was delivered over 10 minutes while bundling and coating approximately 250,000 fibers. Then, the low molecule which has not couple | bonded with the fiber was removed by water washing.

さらに、この繊維束を直径10.0cmの円柱状に束ね、3.7質量%の塩酸に72時間浸漬させることで、ナイロン繊維を溶解させ、ポリエチレンテレフタレート繊維にアミノ基が結合した吸着剤を得た。   Further, this fiber bundle is bundled in a columnar shape with a diameter of 10.0 cm and immersed in 3.7% by mass of hydrochloric acid for 72 hours to dissolve nylon fibers and obtain an adsorbent in which amino groups are bonded to polyethylene terephthalate fibers. It was.

上記製法で得た吸着剤を上面と下面が直径6.0cmの口を有する直径10.3cm高さ30cmの円柱容器に空隙率25%で充填し吸着剤最外面と容器内壁の間隙にビスフェノール接着剤を詰め固定した、容器上面口を昇圧ポンプと容器下面口を流量計に接続した。60質量%ヒ酸水溶液を蒸留水により希釈し、ヒ素元素換算で50ppbの濃度とした原水を60kPaの水圧で容器上面から送流したとき、容器下面からの透過流量は3.8L/minであった。また、ICP発光分析により原水および透過液のヒ素濃度を定量すると、ヒ素除去率は85%であった。   The adsorbent obtained by the above production method is filled in a cylindrical container having a diameter of 10.3 cm and a height of 30 cm having a mouth having a diameter of 6.0 cm on the upper surface and the lower surface, and bonded with bisphenol to the gap between the outermost surface of the adsorbent and the inner wall of the container. The container upper surface port where the agent was packed and fixed was connected to a booster pump and the container lower surface port to a flow meter. When a 60% by mass aqueous arsenic acid solution was diluted with distilled water and raw water having a concentration of 50 ppb in terms of arsenic was sent from the upper surface of the container at a water pressure of 60 kPa, the permeate flow rate from the lower surface of the container was 3.8 L / min. It was. Further, when the arsenic concentrations in the raw water and the permeate were quantified by ICP emission analysis, the arsenic removal rate was 85%.

(比較例1)
異形度が2.0で繊維径100nmのナイロン繊維を束ねた束径500μmの繊維束を用い、平織り機で経糸束および緯糸束のメッシュ数が50(個/inch)で織物を作製した。
(Comparative Example 1)
Using a fiber bundle with a bundle diameter of 500 μm obtained by bundling nylon fibers with an irregularity of 2.0 and a fiber diameter of 100 nm, a woven fabric was produced using a plain weaving machine with a mesh number of warp bundles and weft bundles of 50 (pieces / inch).

次にこの織物の両面を、窒素雰囲気下、表面処理強度30W・分/m2で両面にコロナ放電処理を施した。得られた織物を、酸化セリウムのナノコロイド溶液(溶媒:水、濃度:5%)に室温で1日間浸漬した。その後、水洗により余分の酸化セリウムのナノコロイド溶液を取り除き、酸化セリウムがナイロン繊維の官能基に結合した吸着剤を得た。   Next, both surfaces of the woven fabric were subjected to corona discharge treatment in a nitrogen atmosphere at a surface treatment strength of 30 W · min / m 2. The obtained woven fabric was immersed in a nano-colloid solution of cerium oxide (solvent: water, concentration: 5%) at room temperature for 1 day. Thereafter, the excess cerium oxide nanocolloid solution was removed by washing with water to obtain an adsorbent in which cerium oxide was bonded to the functional group of the nylon fiber.

上記製法で得た吸着剤を上面と下面が直径6.0cmの口を有する10.0cm立方体容器に空隙率10%で積層し、容器上面口を昇圧ポンプと容器下面口を流量計に接続した。60質量%ヒ酸水溶液を蒸留水により希釈し、ヒ素元素換算で50ppbの濃度とした原水を60kPaの水圧で容器上面から送流したとき、容器下面からの透過流量は2.0L/minであった。また、ICP発光分析により原水および透過液のヒ素濃度を定量すると、ヒ素除去率は18%であった。   The adsorbent obtained by the above production method was laminated with a porosity of 10% on a 10.0 cm cubic container having a top surface and a bottom surface having a diameter of 6.0 cm. . When a 60% by mass aqueous arsenic acid solution was diluted with distilled water and raw water having a concentration of 50 ppb in terms of arsenic was sent from the upper surface of the container at a water pressure of 60 kPa, the permeate flow rate from the lower surface of the container was 2.0 L / min. It was. Further, when the arsenic concentrations of the raw water and the permeate were quantified by ICP emission analysis, the arsenic removal rate was 18%.

(比較例2)
異形度が2.0で繊維径500nmのポリエチレンテレフタレート繊維を4質量%の水酸化ナトリウム水溶液に0.5時間浸漬させた。
この繊維にグリセロールジグリシジルエーテルとエチレンジアミンをモル比1対1で混合した液体に、上記のポリエチレンテレフタレート繊維と異形度が2.0で繊維径500nmのナイロン繊維を繊維本数比1対3で直径10.0cm高さ30cmの円柱状に束ねて浸漬し、液切りした後、200℃の熱風乾燥炉に10分静置した。その後、水洗により繊維と結合していない低分子を取り除いた。
(Comparative Example 2)
Polyethylene terephthalate fiber having an irregularity of 2.0 and a fiber diameter of 500 nm was immersed in a 4% by mass sodium hydroxide aqueous solution for 0.5 hour.
To this liquid in which glycerol diglycidyl ether and ethylenediamine are mixed at a molar ratio of 1: 1, the above-mentioned polyethylene terephthalate fiber and a nylon fiber having an irregularity of 2.0 and a fiber diameter of 500 nm are mixed with a fiber number ratio of 1: 3 and a diameter of 10 After being bundled and immersed in a cylindrical shape having a height of 0.0 cm and a height of 30 cm, the solution was drained, and then left standing in a hot air drying furnace at 200 ° C. for 10 minutes. Then, the low molecule which has not couple | bonded with the fiber was removed by water washing.

さらに、3.7質量%の塩酸に72時間浸漬させることで、ナイロン繊維を溶解させ、ポリエチレンテレフタレート繊維にアミノ基が結合した吸着剤を得た。   Furthermore, the nylon fiber was dissolved by immersing in 3.7% by mass of hydrochloric acid for 72 hours to obtain an adsorbent in which an amino group was bonded to the polyethylene terephthalate fiber.

上記製法で得た吸着剤を上面と下面が直径6.0cmの口を有する直径10.3cm高さ30cmの円柱容器に空隙率25%で充填し吸着剤最外面と容器内壁の間隙にビスフェノール接着剤を詰め固定した、容器上面口を昇圧ポンプと容器下面口を流量計に接続した。60質量%ヒ酸水溶液を蒸留水により希釈し、ヒ素元素換算で50ppbの濃度とした原水を60kPaの水圧で容器上面から送流したとき、容器下面からの透過流量は0.2mL/minであった。また、ICP発光分析により原水および透過液のヒ素濃度を定量すると、ヒ素除去率は99%であった。   The adsorbent obtained by the above production method is filled in a cylindrical container with a diameter of 10.3 cm and a height of 30 cm having a mouth with a diameter of 6.0 cm on the upper surface and lower surface, and bisphenol adheres to the gap between the outermost surface of the adsorbent and the inner wall of the container. The container upper surface port where the agent was packed and fixed was connected to a booster pump and the container lower surface port to a flow meter. When a 60% by mass aqueous arsenic acid solution was diluted with distilled water and raw water having a concentration of 50 ppb in terms of arsenic was sent from the upper surface of the container at a water pressure of 60 kPa, the permeate flow rate from the lower surface of the container was 0.2 mL / min. It was. Further, when the arsenic concentrations in the raw water and the permeate were quantified by ICP emission analysis, the arsenic removal rate was 99%.

Figure 2019209223
Figure 2019209223

本発明の吸着モジュールは、水やガスなどの流体中に含まれる有害物質の除去、具体的は、地下水に含まれるヒ素、排水中に含まれるリン、フッ素、海水などに含まれているホウ素などの除去などに好ましく用いることができる。   The adsorption module of the present invention removes harmful substances contained in fluids such as water and gas, specifically, arsenic contained in groundwater, phosphorus contained in wastewater, fluorine, boron contained in seawater, etc. It can be preferably used for removal of water.

1 モジュール
2 繊維束
3 筐体
4 繊維束外空隙
5 単繊維
42 繊維束内空隙
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Module 2 Fiber bundle 3 Housing | casing 4 Fiber bundle outer space 5 Single fiber 42 Fiber bundle inner space

Claims (6)

複数の繊維束と前記繊維束を収容する筐体とを備える吸着モジュールであって、
前記繊維束は、10千本以上100百万本以下の吸着性を有する単繊維を含み、
前記単繊維の径Dが100nm以上500nm以下であり、かつ、
繊維束内空隙率yが20体積%以上75体積%以下であり、
繊維束外空隙率zが5体積%以上50体積%以下である
吸着モジュール。
繊維充填率 x=A/P
繊維束内空隙率 y=B/(A+B)
繊維束外空隙率 z=1−x/(1−y)
A:繊維束内繊維体積
B:繊維束内空隙体積
C:繊維束外空隙体積
P:筐体容量 P=A+B+C
An adsorption module comprising a plurality of fiber bundles and a housing for housing the fiber bundles,
The fiber bundle includes a single fiber having an adsorptivity of 10,000 to 100 million,
The diameter D of the single fiber is 100 nm or more and 500 nm or less, and
The void ratio y in the fiber bundle is 20 vol% or more and 75 vol% or less,
An adsorption module having a fiber bundle outer porosity z of 5% by volume to 50% by volume.
Fiber filling rate x = A / P
Porosity in fiber bundle y = B / (A + B)
Porosity outside fiber bundle z = 1-x / (1-y)
A: Fiber volume in fiber bundle B: Cavity volume in fiber bundle C: Cavity volume outside fiber bundle P: Housing capacity P = A + B + C
前記単繊維は、基材と、前記基材表面に担持された吸着性粒子とを有する
請求項1に記載の吸着モジュール。
The adsorption module according to claim 1, wherein the single fiber includes a base material and adsorptive particles supported on the surface of the base material.
前記吸着性粒子が金属酸化物、金属水酸化物および金属含水和物からなる群より選ばれる1種以上の化合物である
請求項2に記載の吸着モジュール。
The adsorption module according to claim 2, wherein the adsorptive particles are one or more compounds selected from the group consisting of metal oxides, metal hydroxides, and metal hydrates.
前記化合物がセリウム、ジルコニウムおよび鉄からなる群より選ばれる1種以上の金属を含む
請求項3に記載の吸着モジュール。
The adsorption module according to claim 3, wherein the compound includes one or more metals selected from the group consisting of cerium, zirconium, and iron.
前記単繊維は、その表面にグラフトし、かつ吸着性官能基を含む側鎖を有するポリマーを有する
請求項1に記載の繊維束状吸着剤。
The fiber bundle adsorbent according to claim 1, wherein the single fiber has a polymer having a side chain that is grafted on a surface thereof and includes an adsorptive functional group.
前記吸着性官能基は、アミノ基、アリールスルフィド基、アリールアルキルスルフィド基、リン酸基、及びカルボン酸基からなる群から選ばれる1種以上の官能基である
請求項5に記載の吸着モジュール。
The adsorption module according to claim 5, wherein the adsorptive functional group is one or more functional groups selected from the group consisting of an amino group, an aryl sulfide group, an arylalkyl sulfide group, a phosphate group, and a carboxylic acid group.
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