JP2020157242A - 活性炭及び浄水カートリッジ - Google Patents
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Abstract
Description
BET−DFT法により測定される、細孔径0.679nm以上0.733nm以下の細孔容積が0.0177cm3/g以上である活性炭。このような活性炭を用いることにより、遊離塩素除去性能に優れた浄水カートリッジを提供することができる。さらに、この活性炭によれば、細孔容積が0.0177cm3/g以上であるから、例えば、汎用されているスパウトインタイプの浄水カートリッジの活性炭成形体の体積より小さい体積で、浄水カートリッジの塩素除去寿命900Lを達成することが可能となる。
前記活性炭成形体の体積が37.6cm3以下である浄水カートリッジ。この浄水カートリッジによれば、例えば、汎用されているスパウトインタイプの浄水カートリッジの活性炭成形体の体積より小さい体積で、浄水カートリッジの塩素除去寿命1200Lを達成することが可能となる。
なお、細孔径0.7nmの細孔容積は、活性炭の出発原料、賦活法、賦活後の後処理の有無、後処理の種類等により適宜設計可能である。
また、細孔径0.7nmの細孔容積が0.0475cm3/g以上である場合、さらに小さい約37.6cm3で900Lの塩素除去寿命を達成することが可能となる。
さらに、細孔径0.7nmの細孔容積が0.1967cm3/g以上である場合、例えば、汎用品より小さい約31.8cm3で1200Lの塩素除去寿命を達成することが可能となる。約31.8cm3以下の活性炭成形体を用いた場合、従来の浄水カートリッジ(直径約2.66cm)の長さ寸法をそのままに直径2.28cm程度まで小型化することができる。これは、呼径25の規格のパイプ中にそのまま組み込めるサイズであり、水栓のデザイン性が格段に高まる。なお、1200Lの塩素除去寿命は、1日10Lの浄水を使用すると想定して、4ヶ月分に相当する。なお、呼径25とは、給水栓を規定するJIS B2061や一般配管用ステンレス鋼管を規定するJIS G3448に示されるものである。
本願発明者らは、図3に示すように、浄水カートリッジ20に含まれる細孔径0.679nm以上0.733nm以下の細孔容積と、塩素除去寿命との間に正の相関関係があることを新たに見出した。なお、図3のグラフ中、各プロットは後述する実施例1〜実施例4の活性炭において得られたデータに対応する。一方、カートリッジに含まれる細孔径0.679nm以下の細孔径を有する細孔の細孔容積と、塩素除去寿命との間には相関関係がみられなかった。また、カートリッジに含まれる細孔径0.733nm以上の細孔径を有する細孔の細孔容積と、塩素除去寿命との間には相関関係がみられなかった。なお、この塩素除去寿命は、JIS S3201に準拠して測定した、ろ過流量2.5L/minの通水条件下で濃度2ppmの遊離塩素含有水を連続通水した際の遊離塩素除去率が80%に低下するまでの累積通水量として求めた。
(1)比表面積、全細孔容積、細孔径0.7nmの細孔容積、細孔分布
実施例1〜実施例4の活性炭は、表1に示す比表面積、全細孔容積、細孔径0.7nmの細孔容積であった。この比表面積、全細孔容積、細孔径0.7nmの細孔容積は、次のようにして測定した。
まず、活性炭0.1gを380℃にて真空加熱した後、Surface Area Porosity Analyzer(マイクロメリティックス社製、ASAP−2020)を用いて、窒素ガスを吸着させて吸着等温線を求め、BET法により比表面積(m2/g)を算出した。そして、この吸着等温線から細孔直径300nm以下の細孔の全細孔容積(cm3/g)を算出した。
活性炭1g当たりの細孔径0.7nmの細孔容積は、上述の実施形態に記載したようにBET−DFT法により算出した。実施例1の細孔径0.7nmの細孔容積は、0.1967cm3/gであった。実施例2の細孔径0.7nmの細孔容積は、0.0177cm3/gであった。実施例3の細孔径0.7nmの細孔容積は、0.0475cm3/gであった。実施例4の細孔径0.7nmの細孔容積は、0.1166cm3/gであった。
また、BET−DFT法により所定の細孔径の細孔容積を算出し、細孔分布を求めた。その結果を、図6に示す。図6のグラフは、横軸が細孔径(nm)を示し、縦軸が細孔容積(cm3/g)を示す。
実施例1〜実施例4の活性炭は、表1に示す真密度、嵩密度であった。活性炭の真密度(cm3/g)は、JIS Z 8807の比重瓶による密度及び比重の測定方法に従い、測定液に1−ブタノールを用いて求めた。活性炭の嵩密度(cm3/g)は、以下の式により求めた。
嵩密度=真密度/{1+(全細孔容積×真密度)}
(1)実施例1〜実施例3の活性炭(粒子状)を用いた浄水カートリッジの作製
実施例1〜実施例3の活性炭を含むスラリーに、吸引ポンプに接続された中芯を投入し、吸引ポンプを作動して活性炭を中芯の周囲に付着させた。そして、活性炭が付着した中芯を乾燥機にて十分乾燥させた後、外径24.5mm×内径8.3mm×長さ90mm、体積37.6cm3の円筒形状に成形し、活性炭成形体を得た。なお、中芯は、SiO2を主成分とした多孔質セラミックによって作製されたものを用いた。得られた活性炭成形体の外周面に透水性を有する不織布を巻き、さらに、円筒形状の活性炭成形体の長手方向の一端側に、一端側の面を完全に閉塞できる円形状のキャップを装着させ、他端側に中心部分が開口した円形状のキャップを装着させることで、浄水カートリッジを作製した。
実施例4の活性炭を中芯の周りに巻き回して、外径24.5mm×内径8.3mm×長さ90mm、体積37.6cm3の円筒形状の活性炭成形体を得た。その他は、実施例1〜実施例3と同様にして浄水カートリッジを作製した。
活性炭の重量Wは、浄水カートリッジ(活性炭成形体)に含まれる活性炭全体の重さとして求めた。活性炭成形体における活性炭の充填率は、活性炭成形体の体積Vに対する活性炭の体積(細孔を含む)の比率である。細孔を含む活性炭の体積は、活性炭の重量Wを活性炭の嵩密度で除して求めた。その結果を、表2に示す。
(4)活性炭成形体における細孔径0.7nmの細孔容積
得られた浄水カートリッジについて、活性炭成形体中の細孔径0.7nmの細孔容積と、活性炭成形体1cm3当たりの細孔径0.7nmの細孔容積を算出した。活性炭成形体中の細孔径0.7nmの細孔容積Y(cm3)は、活性炭1g当たりの細孔径0.7nmの細孔容積X(cm3/g)に浄水カートリッジの活性炭の重量W(g)を乗じて算出した(Y=X×W)。また、活性炭成形体1cm3当たりの細孔径0.7nmの細孔容積Z(cm3/cm3)は、活性炭成形体中の細孔径0.7nmの細孔容積Y(cm3)を活性炭成形体の体積V(cm3)で除して算出した(Z=Y/V)。その結果を、表2に示す。
塩素除去寿命は、株式会社LIXIL製の浄水器内蔵水栓「JF−AB461SYX(JW)」に浄水カートリッジを装着し、JIS S3201に準拠した測定方法により測定した、ろ過流量2.5L/minの通水条件下で濃度2ppmの遊離塩素含有水を連続通水した際の遊離塩素除去率が80%に低下するまでの累積通水量として求めた。通水時の印加水圧は、2.5L/minの流速を確保できるように表2のとおりに調整した。なお、印加水圧がほぼ同じになるように浄水カートリッジ中の活性炭の粒度や活性炭成形体の充填率などを制御して圧力損失を調整した。また、通水試験時の空間速度(SV)は3989/hである。通水試験は、実施例毎に3本の浄水カートリッジについて行い、3回の通水試験により求められた塩素除去寿命の平均値を各実施例における浄水カートリッジの塩素除去寿命とした。その結果を、表2に示す。
活性炭成形体中の細孔径0.7nmの細孔容積と塩素除去寿命とは、図3に示すような正の相関関係を有することが分かった。この結果から、細孔径0.7nmの細孔が遊離塩素除去に有効であることが示された。
図6のグラフに示されるように、実施例1の活性炭は0.733nmに細孔分布のピークがあり、細孔径0.679nm以上0.733nm以下の細孔容積が0.1967cm3/gであった。この実施例1の活性炭を用いた浄水カートリッジは、実施例2、実施例3、実施例4の活性炭より、細孔径0.679nm以上0.733nm以下の細孔容積が大きく、浄水カートリッジに用いた場合の塩素除去寿命が長かった。また、実施例4の活性炭も0.733nmに細孔分布のピークがあり、実施例1の活性炭の次に浄水カートリッジに用いた場合の塩素除去寿命が長かった。これらの結果から、細孔径0.679nm以上0.733nm以下の細孔が塩素除去に有効であることが示唆された。また、細孔分布において、細孔径0.679nm〜0.733nmに細孔容積のピークを有する活性炭において塩素除去性能が高いことが示された。
また、実施例2と実施例3の活性炭は、細孔径0.679nm未満に細孔容積のピークを有するが、これらの活性炭は実施例1及び実施例4の活性炭より塩素除去寿命が短かった。この結果から、細孔径0.679nm未満の細孔が塩素除去に有効でないことが示唆された。
実施例1〜実施例4の活性炭について、浄水カートリッジに含まれる活性炭成形体の体積Vと塩素除去寿命Lの関係式を導きだした。この関係式を表すグラフを図7に示す。図7のグラフより、基準値として設定される塩素除去寿命1200Lにおいて、実施例1の活性炭を用いることが浄水カートリッジの小型化に有利であることが示された。また、実施例1の活性炭より細孔径0.7nmの細孔容積が大きい活性炭を用いることで、十分な遊離塩素除去性能を有する小型の浄水カートリッジを実現可能であることが示唆された。
例えば、活性炭成形体の形状は、円筒状に限られず、また、活性炭成形体は中芯を備えていなくても構わない。
21…活性炭成形体
Claims (5)
- 浄水カートリッジに用いられる遊離塩素除去用の活性炭であって、
BET−DFT法により測定される、細孔径0.679nm以上0.733nm以下の細孔容積が0.0177cm3/g以上である活性炭。 - 前記細孔容積が、0.0475cm3/g以上である請求項1に記載の活性炭。
- 前記細孔容積が、0.1967cm3/g以上である請求項1に記載の活性炭。
- 請求項3の活性炭を含んでなる活性炭成形体を備えた浄水カートリッジであって、
前記活性炭成形体の体積が37.6cm3以下である浄水カートリッジ。 - 請求項3の活性炭を含んでなる活性炭成形体を備えた浄水カートリッジであって、
JIS S3201に準拠した測定方法により測定した、ろ過流量2.5L/minの通水条件下で濃度2ppmの遊離塩素含有水を連続通水した際の遊離塩素除去率が80%に低下するまでの累積通水量が、前記活性炭成形体の体積1cm3当たり37.7L以上である浄水カートリッジ。
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