JP2021053571A - Ion exchanger sheet and method for production thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不純物イオンを除去可能なイオン交換体を有したイオン交換体シート及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an ion exchanger sheet having an ion exchanger capable of removing impurity ions and a method for producing the same.
液体中の不純物イオンを除去するためのイオン交換体を有し、工業用水の軟水化、または飲料水や車両用冷却水等の浄化を行うためのイオン交換フィルタについて、近時より種々提案されており、例えばイオン交換体を粒状に成形したイオン交換樹脂や繊維にイオン交換体を固着したイオン交換繊維等が提案されている。このうちイオン交換繊維として、特許文献1等に開示されているように、芯繊維の表面にイオン交換層を固着して成るものが挙げられる。
Recently, various proposals have been made for an ion exchange filter having an ion exchanger for removing impurity ions in a liquid and for softening industrial water or purifying drinking water, cooling water for vehicles, etc. For example, an ion exchange resin obtained by molding an ion exchanger into granules, an ion exchange fiber in which an ion exchanger is fixed to a fiber, and the like have been proposed. Among these, as the ion exchange fiber, as disclosed in
しかしながら、上記従来技術においては、以下の如き問題があった。
粒状のイオン交換樹脂においては、体積当りのイオン交換容量が比較的高いものの、イオン交換速度を高めようとすると、それぞれのイオン交換樹脂の径を小さくする必要があるため、イオン交換樹脂の回収が困難となるとともに、液体と共にイオン交換樹脂が流出してしまい、イオン交換効果が低下してしまうという問題がある。
However, the above-mentioned prior art has the following problems.
In the granular ion exchange resin, the ion exchange capacity per volume is relatively high, but in order to increase the ion exchange rate, it is necessary to reduce the diameter of each ion exchange resin, so that the ion exchange resin can be recovered. In addition to becoming difficult, there is a problem that the ion exchange resin flows out together with the liquid and the ion exchange effect is lowered.
また、繊維にイオン交換体を固着したイオン交換繊維においては、当該繊維を不織布とすることにより、不織布が有する気孔により表面積が大きくなり、イオン交換速度を高めることができると思われるものの、繊維にイオン交換体が固着されていることから、全体のイオン交換体密度が小さくなり、体積当りのイオン交換容量を大きくできないという問題がある。 Further, in the ion exchange fiber in which the ion exchanger is fixed to the fiber, by using the fiber as a non-woven fabric, the surface area is increased due to the pores of the non-woven fabric, and the ion exchange rate can be increased. Since the ion exchanger is fixed, there is a problem that the overall ion exchanger density is reduced and the ion exchange capacity per volume cannot be increased.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、イオン交換容量を大きくしつつイオン交換速度を高くすることができるイオン交換体シート及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an ion exchanger sheet capable of increasing the ion exchange rate while increasing the ion exchange capacity and a method for producing the same.
請求項1記載の発明は、不純物イオンを除去可能なイオン交換体を有したイオン交換体シートであって、前記イオン交換体を含有したシート状の繊維から成る繊維層と、前記繊維層の外周面に形成され、多孔質に形成された前記イオン交換体から成るイオン交換体層とを有したことを特徴とする。
The invention according to
請求項2記載の発明は、請求項1記載のイオン交換体シートにおいて、前記イオン交換体層は、前記繊維層の表面及び裏面の何れか一方に形成されたことを特徴とする。
The invention according to
請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2記載のイオン交換体シートにおいて、前記繊維層は、0.05mm以上0.3mm以下の厚さ寸法とされるとともに、前記イオン交換体層は、0.01mm以上0.1mm以下の厚さ寸法とされたことを特徴とする。
The invention according to
請求項4記載の発明は、請求項1〜3の何れか1つに記載のイオン交換体シートにおいて、前記イオン交換体層は、全体厚み寸法の0.1以上0.5以下の割合の厚さ寸法とされたことを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the ion exchanger sheet according to any one of
請求項5記載の発明は、請求項1〜4の何れか1つに記載のイオン交換体シートにおいて、前記イオン交換体は、有機バインダ又は無機バインダで前記繊維層の繊維に固着されて成ることを特徴とする。
The invention according to claim 5 is the ion exchanger sheet according to any one of
請求項6記載の発明は、請求項1〜5の何れか1つに記載のイオン交換体シートにおいて、前記繊維層を構成する繊維は、親水性繊維から成ることを特徴とする。
The invention according to claim 6 is characterized in that, in the ion exchanger sheet according to any one of
請求項7記載の発明は、請求項1〜6の何れか1つに記載のイオン交換体シートにおいて、前記イオン交換体は、無機の粉体から成ることを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the ion exchanger sheet according to any one of
請求項8記載の発明は、不純物イオンを除去可能なイオン交換体を有したイオン交換体シートの製造方法であって、抄造によってシート状の繊維を形成する抄造工程と、前記抄造工程で得られたシート状の繊維に前記イオン交換体を含む含浸液に含浸させることにより、前記イオン交換体を含有した繊維層を形成する含浸工程と、前記含浸工程で得られた繊維層を加熱して乾燥させることにより、前記繊維層の外周面において多孔質に形成された前記イオン交換体から成るイオン交換体層を形成する加熱工程とを有することを特徴とする。 The invention according to claim 8 is a method for producing an ion exchanger sheet having an ion exchanger capable of removing impurity ions, which is obtained by a fabrication step of forming sheet-like fibers by fabrication and the fabrication step. By impregnating the sheet-shaped fibers with an impregnating solution containing the ion exchanger, an impregnation step of forming a fiber layer containing the ion exchanger and a fiber layer obtained in the impregnation step are heated and dried. It is characterized by having a heating step of forming an ion exchanger layer composed of the ion exchanger formed porously on the outer peripheral surface of the fiber layer.
請求項9記載の発明は、請求項8記載のイオン交換体シートの製造方法において、前記含浸工程は、前記抄造工程で得られた繊維に前記含浸液を加えて真空含浸又は減圧含浸させることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the method for producing an ion exchanger sheet according to claim 8, wherein in the impregnation step, the impregnating solution is added to the fiber obtained in the making step to vacuum impregnate or vacuum impregnate. It is a feature.
請求項10記載の発明は、請求項8又は請求項9記載のイオン交換体シートの製造方法において、前記加熱工程は、前記イオン交換体を含有した繊維層を所定温度で所定時間加熱することにより、前記繊維層の外周面に前記イオン交換体層を形成することを特徴とする。 The invention according to claim 10 is the method for producing an ion exchanger sheet according to claim 8 or 9, wherein in the heating step, the fiber layer containing the ion exchanger is heated at a predetermined temperature for a predetermined time. , The ion exchanger layer is formed on the outer peripheral surface of the fiber layer.
請求項1の発明によれば、イオン交換体を含有したシート状の繊維から成る繊維層と、繊維層の外周面に形成され、多孔質に形成されたイオン交換体から成るイオン交換体層とを有したので、イオン交換容量を大きくしつつイオン交換速度を高くすることができる。
According to the invention of
請求項2の発明によれば、イオン交換体層は、繊維層の表面及び裏面の何れか一方に形成されたので、繊維層の表面側と裏面側でイオン交換の特性を任意に変えることができ、イオン交換容量とイオン交換速度とのバランスを適宜調整することができる。
According to the invention of
請求項3、4の発明によれば、繊維層は、0.05mm以上0.3mm以下の厚さ寸法とされるとともに、イオン交換体層は、0.01mm以上0.1mm以下の厚さ寸法とされ、または、イオン交換体層は、全体厚み寸法の0.1以上0.5以下の割合の厚さ寸法とされたので、イオン交換容量を大きくしつつイオン交換速度を高くすることができ、且つ、イオン交換体シートの成形性を向上させることができる。
According to the inventions of
請求項5の発明によれば、イオン交換体は、有機バインダ又は無機バインダで繊維層の繊維に固着されて成るので、繊維層の繊維からイオン交換体の脱落を抑制し、イオン交換効果を長期に亘って持続させることができる。 According to the invention of claim 5, since the ion exchanger is formed by being fixed to the fibers of the fiber layer with an organic binder or an inorganic binder, the ion exchanger can be suppressed from falling off from the fibers of the fiber layer, and the ion exchange effect can be maintained for a long period of time. Can be sustained over.
請求項6の発明によれば、繊維層を構成する繊維は、親水性繊維から成るので、不純物イオンを含む液体と繊維層の繊維との親和性を向上させ、繊維に含有されたイオン交換体に対する液体の接触を良好に行わせることができる。 According to the invention of claim 6, since the fibers constituting the fiber layer are made of hydrophilic fibers, the affinity between the liquid containing impurity ions and the fibers of the fiber layer is improved, and the ion exchanger contained in the fibers is improved. It is possible to make good contact of the liquid with respect to the fiber.
請求項7の発明によれば、イオン交換体は、無機の粉体から成るので、不純物イオンを含む液体を吸収して膨潤してしまうのを抑制することができ、膨潤により体積当たりのイオン交換容量が小さくなるのを回避することができる。 According to the invention of claim 7, since the ion exchanger is composed of an inorganic powder, it is possible to suppress absorption of a liquid containing impurity ions and swelling, and ion exchange per volume due to swelling. It is possible to avoid the capacity becoming small.
請求項8の発明によれば、抄造によってシート状の繊維を形成する抄造工程と、抄造工程で得られたシート状の繊維にイオン交換体を含む含浸液に含浸させることにより、イオン交換体を含有した繊維層を形成する含浸工程と、含浸工程で得られた繊維層を加熱して乾燥させることにより、繊維層の外周面において多孔質に形成されたイオン交換体から成るイオン交換体層を形成する加熱工程とを有するので、イオン交換容量を大きくしつつイオン交換速度を高くすることができるイオン交換体シートを容易に得ることができる。 According to the invention of claim 8, the ion exchanger is formed by impregnating the sheet-shaped fiber obtained in the fabrication step with an impregnating solution containing the ion exchanger in the fabrication step of forming the sheet-shaped fiber by the fabrication. By heating and drying the impregnation step of forming the contained fiber layer and the fiber layer obtained in the impregnation step, an ion exchanger layer composed of an ion exchanger formed porously on the outer peripheral surface of the fiber layer is formed. Since it has a heating step of forming, it is possible to easily obtain an ion exchanger sheet capable of increasing the ion exchange rate while increasing the ion exchange capacity.
請求項9の発明によれば、含浸工程は、抄造工程で得られた繊維に含浸液を加えて真空含浸又は減圧含浸させるので、イオン交換体を均一に含有させた繊維層を得ることができる。 According to the invention of claim 9, in the impregnation step, the impregnating solution is added to the fibers obtained in the papermaking step to impregnate the fibers with vacuum or reduced pressure, so that a fiber layer containing the ion exchanger uniformly can be obtained. ..
請求項10の発明によれば、加熱工程は、イオン交換体を含有した繊維層を所定温度で所定時間加熱することにより、繊維層の外周面にイオン交換体層を形成するので、加熱温度及び加熱時間を任意に調整することにより、所望の厚さ寸法及び多孔質のイオン交換体層を得ることができる。 According to the invention of claim 10, in the heating step, the fiber layer containing the ion exchanger is heated at a predetermined temperature for a predetermined time to form an ion exchanger layer on the outer peripheral surface of the fiber layer. By arbitrarily adjusting the heating time, a desired thickness dimension and a porous ion exchanger layer can be obtained.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係るイオン交換体シート1は、液体に含まれる不純物イオンを除去可能なイオン交換体を有したシート状のもので、図1、6に示すように、繊維層1aと、イオン交換体層1bとを有して構成されている。かかるイオン交換体シート1によれば、不純物イオンを含む液体を通水することにより、不純物イオン(特定のイオン)を捕捉して除去可能とされるので、工業用水の軟水化または飲料水や車両用冷却水等の浄化を行うことができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
The
繊維層1aは、イオン交換体を含有したシート状のセルロース繊維から成り、0.05mm以上0.3mm以下の厚さ寸法、好ましくは0.15mm程度の厚さ寸法を有して構成されている。より具体的には、本実施形態に係る繊維層1aは、セルロース等のパルプを材料とし、抄造法(抄紙法)によりシート状(ペーパー状)に成形されたもので、濾水度(カナダ標準ろ水度)が700〜740(mL)、気孔率(水銀圧入法による測定)が65%程度とされている。 The fiber layer 1a is made of a sheet-shaped cellulose fiber containing an ion exchanger, and has a thickness dimension of 0.05 mm or more and 0.3 mm or less, preferably about 0.15 mm. .. More specifically, the fiber layer 1a according to the present embodiment is made of pulp such as cellulose and is formed into a sheet shape (paper shape) by a papermaking method (papermaking method), and has a porosity (Canadian standard). The freeness) is 700 to 740 (mL), and the porosity (measured by the mercury intrusion method) is about 65%.
また、実験の結果、繊維層1aを0.3mm以下とすることにより、イオン交換容量を5.0(meq/cm3)とすることができることが分かった。この(meq/cm3)なる単位は、1cm3のイオン交換体が捕捉できる不純物イオンの量を示すものである。なお、繊維層1aは、セルロースの他、木綿、ウール又は絹などの親水性繊維を用いることができる。 Further, as a result of the experiment, it was found that the ion exchange capacity can be set to 5.0 (meq / cm 3 ) by setting the fiber layer 1a to 0.3 mm or less. This unit (meq / cm 3 ) indicates the amount of impurity ions that can be captured by the 1 cm 3 ion exchanger. In addition to cellulose, hydrophilic fibers such as cotton, wool and silk can be used for the fiber layer 1a.
本実施形態にて適用されるイオン交換体は、無機の粉体から成り、例えばリン酸ジルコニウム、ゼオライト、ハイドロタルサイト又は金属酸化物等を用いることができる。このイオン交換体は、ウレタン樹脂等のバインダにより繊維層1aの繊維に固着されている。すなわち、繊維層1aに含有されたイオン交換体は、図6に示すように、バインダによって網目状に形成された繊維dに固着されているのである。なお、バインダは、有機バインダ又は無機バインダの何れであってもよく、ウレタン樹脂の他、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂又はアルミナゾル等を用いることができる。 The ion exchanger applied in the present embodiment is made of an inorganic powder, and for example, zirconium phosphate, zeolite, hydrotalcite, metal oxide, or the like can be used. This ion exchanger is fixed to the fibers of the fiber layer 1a by a binder such as urethane resin. That is, as shown in FIG. 6, the ion exchanger contained in the fiber layer 1a is fixed to the fiber d formed in a mesh shape by the binder. The binder may be either an organic binder or an inorganic binder, and in addition to the urethane resin, an epoxy resin, a polyester resin, an acrylic resin, an alumina sol, or the like can be used.
イオン交換体層1bは、繊維層1aの外周面(表面又は裏面)に形成され、多孔質に形成されたイオン交換体から成り、本実施形態においては、図1、6に示すように、繊維層1aの裏面のみに形成されている。かかるイオン交換体層1bは、図6に示すように、繊維を有しておらず、多孔質状のイオン交換体にて構成されており、0.01mm以上0.1mm以下の厚さ寸法、好ましくは0.025mm程度の厚さ寸法を有して構成されている。 The ion exchanger layer 1b is composed of an ion exchanger formed on the outer peripheral surface (front surface or back surface) of the fiber layer 1a and formed porously, and in the present embodiment, as shown in FIGS. It is formed only on the back surface of the layer 1a. As shown in FIG. 6, the ion exchanger layer 1b does not have fibers and is composed of a porous ion exchanger having a thickness dimension of 0.01 mm or more and 0.1 mm or less. It is preferably configured to have a thickness dimension of about 0.025 mm.
しかるに、イオン交換体層1bは、過大な厚み寸法を有する場合、不純物イオンを含む液体を繊維層1aまで透過させ難くなってイオン交換効果が低下してしまうとともに、繊維を含まないことからシート状の形状を保持するのが困難となってしまうため、全体厚み寸法(イオン交換部材1全体の厚み寸法)の0.1以上0.5以下の割合の厚さ寸法であるのが好ましい。 However, when the ion exchanger layer 1b has an excessive thickness dimension, it becomes difficult for the liquid containing impurity ions to permeate to the fiber layer 1a, the ion exchange effect is lowered, and the ion exchanger layer 1b does not contain fibers, so that it is in the form of a sheet. Since it becomes difficult to maintain the shape of the above, it is preferable that the thickness dimension is 0.1 or more and 0.5 or less of the total thickness dimension (thickness dimension of the entire ion exchange member 1).
かかるイオン交換体層1bは、多孔質に形成されたイオン交換体から成るので、不純物イオンを含む液体を内部に透過させることができ、繊維層1aに至るのを許容することができる。これにより、不純物イオンは、繊維層1a中のイオン交換体、及びイオン交換体層1bのイオン交換体の両方により、捕捉可能とされている。なお、本実施形態に係るイオン交換体層1bは、繊維層1aの裏面(図1の下面)のみに形成されているが、表面(同図の上面)のみ形成するようにしてもよく、或いは、図5に示すように、繊維層1aの両面(表面及び裏面)にそれぞれ形成されていてもよい。 Since the ion exchanger layer 1b is made of a porous ion exchanger, a liquid containing impurity ions can be permeated inside, and the fiber layer 1a can be allowed to reach the inside. As a result, the impurity ions can be captured by both the ion exchanger in the fiber layer 1a and the ion exchanger in the ion exchanger layer 1b. Although the ion exchanger layer 1b according to the present embodiment is formed only on the back surface (lower surface of FIG. 1) of the fiber layer 1a, it may be formed only on the front surface (upper surface of FIG. 1), or , As shown in FIG. 5, may be formed on both sides (front surface and back surface) of the fiber layer 1a, respectively.
次に、本実施形態に係るイオン交換体シート1の製造方法について、図2のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、セルロース等のパルプ材料を抄造法にてシート状(ペーパー状)に成形することにより、0.05mm以上0.3mm以下の厚さ寸法のシート状の繊維を得る(抄造工程S1)。この抄造工程においては、抄造により得られた繊維はイオン交換体を含有しておらず、所謂、生紙状態とされている。
Next, a method for manufacturing the
First, a pulp material such as cellulose is formed into a sheet (paper) by a papermaking method to obtain a sheet-like fiber having a thickness of 0.05 mm or more and 0.3 mm or less (papermaking step S1). In this papermaking process, the fibers obtained by papermaking do not contain an ion exchanger and are in a so-called raw paper state.
そして、抄造工程S1で得られたシート状の繊維にイオン交換体を含む含浸液を含浸させることにより、イオン交換体を含有した繊維層を得る(含浸工程S2)。この含浸工程S2においては、バインダがウレタン樹脂の場合はアセトン(バインダ種類に応じてケトン類やエステル類や水等でもよい)から成る溶媒に無機の粉体から成るイオン交換体を分散させた後、上述のウレタン樹脂を混合して攪拌することにより含浸液を作製し、抄造工程S1で得られた繊維に当該含浸液を加えて含浸させている。 Then, the sheet-shaped fiber obtained in the fabrication step S1 is impregnated with an impregnating solution containing an ion exchanger to obtain a fiber layer containing the ion exchanger (impregnation step S2). In this impregnation step S2, when the binder is a urethane resin, an ion exchanger made of an inorganic powder is dispersed in a solvent made of acetone (ketones, esters, water, etc. may be used depending on the type of binder). An impregnating solution is prepared by mixing and stirring the above-mentioned urethane resin, and the impregnating solution is added to the fibers obtained in the fabrication step S1 to impregnate the fibers.
ここで、本実施形態に係る含浸工程S2は、抄造工程S1で得られた繊維に上述の含浸液を加えて真空含浸又は減圧含浸させている。このように、真空含浸又は減圧含浸を行うことにより、繊維中の空気を外部に逃がしつつ含浸液を含有させることができ、繊維全体に亘ってイオン交換体を含有させることができる。なお、真空含浸又は減圧含浸とは異なる含浸や他の方法により、抄造工程S1で得られた繊維中にイオン交換体を含有させるようにしてもよい。 Here, in the impregnation step S2 according to the present embodiment, the above-mentioned impregnation liquid is added to the fibers obtained in the papermaking step S1 to vacuum impregnate or vacuum impregnate. By performing vacuum impregnation or vacuum impregnation in this way, the impregnating liquid can be contained while allowing the air in the fiber to escape to the outside, and the ion exchanger can be contained throughout the fiber. The fiber obtained in the papermaking step S1 may contain an ion exchanger by an impregnation different from vacuum impregnation or vacuum impregnation or another method.
その後、含浸工程S2で得られた繊維層を加熱して乾燥させることにより、繊維層1aの外周面(本実施形態においては裏面)において多孔質に形成されたイオン交換体から成るイオン交換体層1bを形成する(加熱工程S3)。この加熱工程S3においては、イオン交換体を含有した繊維層をホットプレート上又はオーブン中の網上に載置し、所定温度で所定時間加熱することにより、繊維層1aの外周面(裏面)にイオン交換体層1bを形成する工程とされている。 Then, the fiber layer obtained in the impregnation step S2 is heated and dried to form an ion exchanger layer composed of an ion exchanger formed porously on the outer peripheral surface (back surface in the present embodiment) of the fiber layer 1a. 1b is formed (heating step S3). In this heating step S3, the fiber layer containing the ion exchanger is placed on a hot plate or a net in an oven and heated at a predetermined temperature for a predetermined time to form an outer peripheral surface (back surface) of the fiber layer 1a. It is a step of forming the ion exchanger layer 1b.
より具体的には、図3(a)に示すように、含浸工程S2で得られた繊維層(加熱前においては、乾燥硬化したイオン交換体層1bが形成されていないため、便宜上、繊維層1aと区別して繊維体2とする)をテフロン(登録商標)シート3上に載置する。このとき、繊維体2の内部には、含浸工程S2で含浸されたイオン交換体、バインダ及び硬化剤が含有されるとともに、繊維層の表面及び裏面には、粉体のイオン交換体が付着した状態の高濃度層2a、2bがそれぞれ形成されている。なお、繊維体2をテフロンシート3上に載置した際、繊維体2の全体がt1の厚さ寸法を有している。
More specifically, as shown in FIG. 3A, the fiber layer obtained in the impregnation step S2 (since the dry-cured ion exchanger layer 1b was not formed before heating, the fiber layer was formed for convenience. (
続いて、同図(b)に示すように、繊維体2の上面から別個のテフロン(登録商標)シート4を押さえつけてテフロンシート3との間で挟み込むことにより、t2(t2<t1)の厚さ寸法を有する平坦な繊維体2とした後、同図(c)に示すように、上面のテフロンシート4を剥がす。これにより、繊維体2の上面の高濃度層2aがテフロンシート4と共に剥がし取られ、全体がt3(t3<t2)の厚さ寸法とされる。
Subsequently, as shown in FIG. 3B, a separate Teflon (registered trademark) sheet 4 is pressed from the upper surface of the
この状態で、テフロンシート3を介して繊維体2をホットプレート又はオーブン中の網上に載置し、所定温度(例えば60℃程度)で所定時間(例えば30分程度)加熱することにより、当該繊維体2の上方(テフロンシート4が剥がされた面)から溶媒が蒸発して乾燥し、繊維体2を構成する繊維にイオン交換体がバインダにて固着されて繊維層1aが形成されるとともに、高濃度層2bが乾燥固化してイオン交換体層1bが形成されることとなる。これにより、図1に示すようなイオン交換体シート1を得ることができる。
In this state, the
このように、抄造工程S1、含浸工程S2及び加熱工程S3を経て得られたイオン交換体1は、加工工程S4により所望形状に加工されることとなる。本実施形態においては、イオン交換体シート1を短冊状に切断し、図4に示すように、ロール状に巻いて最終形状とされている。かかるロール状のイオン交換体シート1を例えばポリエステル製の網状袋等に挿入して用いるようにすれば、液体中にコンタミ等が浸入してしまうのを防止することができる。
As described above, the
なお、短冊状に切断したイオン交換体シート1の表面又は裏面に対して例えばポリエステル等から成るメッシュを貼り付け、これをロール状に巻いて最終形状とするようにしてもよい。この場合、不純物イオンを含む液体を良好に通水させることができるので、イオン交換効果をより高めることができる。また、イオン交換体1をハニカム構造に成形したり、或いは複数枚を重ね合わせて成形するようにしてもよい。
A mesh made of, for example, polyester or the like may be attached to the front surface or the back surface of the
上記の如く製造されたイオン交換体シート1によれば、実験の結果、5.0meq/cm3程度の高いイオン交換容量と、60μmol/hour/cm3程度の高いイオン交換速度とを有している(従来の粒状のイオン交換樹脂を用いた場合は、2.2meq/cm3程度のイオン交換容量、30μmol/hour/cm3程度のイオン交換速度、従来のイオン交換繊維を用いた場合は、3.0meq/cm3程度のイオン交換容量)ことが分かった。したがって、本実施形態のイオン交換体シート1によれば、高いイオン交換容量と高いイオン交換速度との両立が可能であることが確認できた。
According to the
本実施形態によれば、イオン交換体を含有したシート状の繊維から成る繊維層1aと、繊維層1aの外周面に形成され、多孔質に形成されたイオン交換体から成るイオン交換体層1bとを有したので、イオン交換容量を大きくしつつイオン交換速度を高くすることができる。すなわち、繊維層1aにおける気孔を利用してイオン交換面積を向上させることができるのでイオン交換速度の向上に寄与するとともに、イオン交換体層1bにおける体積当りのイオン交換体の充填率(密度)を向上させることができるのでイオン交換容量の向上に寄与することができるのである。 According to the present embodiment, the fiber layer 1a made of sheet-like fibers containing an ion exchanger and the ion exchanger layer 1b made of an ion exchanger formed on the outer peripheral surface of the fiber layer 1a and formed porously. Therefore, the ion exchange rate can be increased while increasing the ion exchange capacity. That is, since the ion exchange area can be improved by utilizing the pores in the fiber layer 1a, it contributes to the improvement of the ion exchange rate and the filling rate (density) of the ion exchanger per volume in the ion exchanger layer 1b is increased. Since it can be improved, it can contribute to the improvement of the ion exchange capacity.
また、本実施形態に係るイオン交換体層1bは、繊維層1aの表面及び裏面の何れか一方に形成されたので、繊維層1aの表面側と裏面側でイオン交換の特性を任意に変えることができ、イオン交換容量とイオン交換速度とのバランスを適宜調整することができる。特に、本実施形態においては、イオン交換体層1bが形成されない面を利用して加熱工程S3において溶媒を蒸発させることができる。 Further, since the ion exchange body layer 1b according to the present embodiment is formed on either the front surface side or the back surface side of the fiber layer 1a, the ion exchange characteristics can be arbitrarily changed between the front surface side and the back surface side of the fiber layer 1a. The balance between the ion exchange capacity and the ion exchange rate can be adjusted as appropriate. In particular, in the present embodiment, the solvent can be evaporated in the heating step S3 by utilizing the surface on which the ion exchanger layer 1b is not formed.
さらに、本実施形態に係る繊維層1aは、0.05mm以上0.3mm以下の厚さ寸法とされるとともに、イオン交換体層1bは、0.01mm以上0.1mm以下の厚さ寸法とされ、または、イオン交換体層1bは、イオン交換体シート1の全体厚み寸法の0.1以上0.5以下の割合の厚さ寸法とされたので、イオン交換容量を大きくしつつイオン交換速度を高くすることができ、且つ、イオン交換体シート1の成形性(例えばロールする場合の曲げ加工性等)を向上させることができる。
Further, the fiber layer 1a according to the present embodiment has a thickness dimension of 0.05 mm or more and 0.3 mm or less, and the ion exchanger layer 1b has a thickness dimension of 0.01 mm or more and 0.1 mm or less. Or, since the ion exchanger layer 1b has a thickness dimension of 0.1 or more and 0.5 or less of the total thickness dimension of the
またさらに、本実施形態に係るイオン交換体は、有機バインダ又は無機バインダで繊維層1aの繊維に固着されて成るので、繊維層1aの繊維からイオン交換体の脱落を抑制し、イオン交換効果を長期に亘って持続させることができる。また、繊維層1aを構成する繊維は、親水性繊維から成るので、不純物イオンを含む液体と繊維層1aの繊維との親和性を向上させ、繊維に含有されたイオン交換体に対する液体の接触を良好に行わせることができる。 Furthermore, since the ion exchanger according to the present embodiment is fixed to the fibers of the fiber layer 1a with an organic binder or an inorganic binder, the ion exchanger can be suppressed from falling off from the fibers of the fiber layer 1a to obtain an ion exchange effect. It can be sustained for a long period of time. Further, since the fibers constituting the fiber layer 1a are made of hydrophilic fibers, the affinity between the liquid containing impurity ions and the fibers of the fiber layer 1a is improved, and the liquid is brought into contact with the ion exchanger contained in the fibers. It can be done well.
加えて、本実施形態に係るイオン交換体は、無機の粉体から成るので、不純物イオンを含む液体を吸収して膨潤してしまうのを抑制することができ、膨潤により体積当たりのイオン交換容量が小さくなるのを回避することができる。また、イオン交換体が無機の粉体から成ることにより、多孔質のイオン交換体層1bを容易に形成することができる。 In addition, since the ion exchanger according to the present embodiment is composed of an inorganic powder, it is possible to suppress absorption of a liquid containing impurity ions and swelling, and the ion exchange capacity per volume due to swelling. Can be avoided from becoming smaller. Further, since the ion exchanger is made of an inorganic powder, the porous ion exchanger layer 1b can be easily formed.
また、抄造によってシート状の繊維を形成する抄造工程S1と、抄造工程S1で得られたシート状の繊維にイオン交換体を含む含浸液に含浸させることにより、イオン交換体を含有した繊維層1a(加熱乾燥前においては繊維体2)を形成する含浸工程S2と、含浸工程S2で得られた繊維層1a(繊維体2)を加熱して乾燥させることにより、繊維層(繊維体2)の外周面において多孔質に形成されたイオン交換体から成るイオン交換体層1bを形成する加熱工程S3とを有するので、イオン交換容量を大きくしつつイオン交換速度を高くすることができるイオン交換体シート1を容易に得ることができる。
Further, the fiber layer 1a containing the ion exchanger is obtained by impregnating the sheet-shaped fiber obtained in the making step S1 with the impregnating solution containing the ion exchanger in the making step S1 for forming the sheet-shaped fiber by the making. The fiber layer (fiber body 2) is formed by heating and drying the impregnation step S2 for forming (
さらに、本実施形態に係る含浸工程S2は、抄造工程S1で得られた繊維に含浸液を加えて真空含浸又は減圧含浸させるので、イオン交換体を均一に含有させた繊維層1aを得ることができる。またさらに、本実施形態に係る加熱工程S3は、イオン交換体を含有した繊維層(繊維体2)を所定温度で所定時間加熱することにより、繊維層1aの外周面にイオン交換体層1bを形成するので、加熱温度及び加熱時間を任意に調整することにより、所望の厚さ寸法及び多孔質のイオン交換体層を得ることができる。 Further, in the impregnation step S2 according to the present embodiment, the impregnating liquid is added to the fibers obtained in the papermaking step S1 to impregnate the fibers under vacuum or reduced pressure, so that the fiber layer 1a uniformly containing the ion exchanger can be obtained. it can. Furthermore, in the heating step S3 according to the present embodiment, the fiber layer (fiber body 2) containing the ion exchanger is heated at a predetermined temperature for a predetermined time to form the ion exchanger layer 1b on the outer peripheral surface of the fiber layer 1a. Since it is formed, an ion exchanger layer having a desired thickness dimension and porousness can be obtained by arbitrarily adjusting the heating temperature and heating time.
以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば繊維層1a及びイオン交換体層1bの厚さ寸法、繊維層1aの気孔率、イオン交換体層1bのイオン交換体の充填率等を種々変更したものとしてもよく、繊維層1aの形成方法やイオン交換体の形成方法等を他の方法としてもよい。また、繊維層1aは、気孔率等の特性が異なる他の繊維層が複数重ね合わせられたものとしてもよく、イオン交換体層1bは、繊維層1aが含有するイオン交換体に加え、そのイオン交換体とは異なるイオン交換体を含有したものであってもよい。 Although the present embodiment has been described above, the present invention is not limited to this, for example, the thickness dimensions of the fiber layer 1a and the ion exchanger layer 1b, the porosity of the fiber layer 1a, and the ion exchanger of the ion exchanger layer 1b. The filling rate and the like may be variously changed, and the method for forming the fiber layer 1a, the method for forming the ion exchanger, and the like may be used as other methods. Further, the fiber layer 1a may be a stack of a plurality of other fiber layers having different characteristics such as porosity, and the ion exchanger layer 1b is an ion exchanger in addition to the ion exchanger contained in the fiber layer 1a. It may contain an ion exchanger different from that of the exchanger.
イオン交換体を含有したシート状の繊維から成る繊維層と、繊維層の外周面に形成され、多孔質に形成されたイオン交換体から成るイオン交換体層とを有したイオン交換体シート及びその製造方法であれば、他の構成及び製造方法で得られたものにも適用することができる。 An ion exchanger sheet having a fiber layer made of sheet-like fibers containing an ion exchanger and an ion exchanger layer made of an ion exchanger formed on the outer peripheral surface of the fiber layer and formed porously, and an ion exchanger sheet thereof. If it is a manufacturing method, it can be applied to those obtained by other configurations and manufacturing methods.
1 イオン交換体シート
1a 繊維層
1b イオン交換体層
2 繊維体
2a 高濃度層
2b 高濃度層
3 テフロンシート
4 テフロンシート
S1 抄造工程
S2 含浸工程
S3 加熱工程
S4 加工工程
1 Ion exchanger sheet 1a Fiber layer 1b
Claims (10)
前記イオン交換体を含有したシート状の繊維から成る繊維層と、
前記繊維層の外周面に形成され、多孔質に形成された前記イオン交換体から成るイオン交換体層と、
を有したことを特徴とするイオン交換体シート。 An ion exchanger sheet having an ion exchanger capable of removing impurity ions.
A fiber layer made of sheet-like fibers containing the ion exchanger and
An ion exchanger layer composed of the ion exchanger formed on the outer peripheral surface of the fiber layer and formed porously,
An ion exchanger sheet characterized by having.
抄造によってシート状の繊維を形成する抄造工程と、
前記抄造工程で得られたシート状の繊維に前記イオン交換体を含む含浸液に含浸させることにより、前記イオン交換体を含有した繊維層を形成する含浸工程と、
前記含浸工程で得られた繊維層を加熱して乾燥させることにより、前記繊維層の外周面において多孔質に形成された前記イオン交換体から成るイオン交換体層を形成する加熱工程と、
を有することを特徴とするイオン交換体シートの製造方法。 A method for producing an ion exchanger sheet having an ion exchanger capable of removing impurity ions.
The papermaking process of forming sheet-like fibers by papermaking,
An impregnation step of forming a fiber layer containing the ion exchanger by impregnating a sheet-shaped fiber obtained in the fabrication step with an impregnating solution containing the ion exchanger.
A heating step of forming an ion exchanger layer composed of the ion exchanger formed porously on the outer peripheral surface of the fiber layer by heating and drying the fiber layer obtained in the impregnation step.
A method for producing an ion exchanger sheet, which comprises.
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