JP2021115563A - Granular structure - Google Patents

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JP2021115563A JP2020012869A JP2020012869A JP2021115563A JP 2021115563 A JP2021115563 A JP 2021115563A JP 2020012869 A JP2020012869 A JP 2020012869A JP 2020012869 A JP2020012869 A JP 2020012869A JP 2021115563 A JP2021115563 A JP 2021115563A
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典明 牛尾
Noriaki Ushio
典明 牛尾
聖貴 柳川
Kiyotaka Yanagawa
聖貴 柳川
邦之 中西
Kuniyuki Nakanishi
邦之 中西
伸洋 野中
Nobuhiro Nonaka
伸洋 野中
浩章 割田
Hiroaki Katsuta
浩章 割田
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Abstract

To provide a granular structure, which is a granule by porous particles and in which the original adsorption capacity or catalytic activity of the porous particles can be sufficiently exhibited, and the particle strength is also high.SOLUTION: Provided is a granular structure, which is a granular structure in which hydrophilic porous particles are bonded to each other via a binder, and in which the percentage of voids having an area of 30 μm2 or more in the center cross-sectional area of the granular structure is 5% or more and 15% or less at the time of drying, and the water-containing capacity obtained by subtracting the percentage at the time of water impregnation from the percentage at the time of drying is 4% or more and 15% or less, and the particle strength of the granular structure is 400 gf/mm2 or more and 2000 gf/mm2 or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、水性媒体中で使用される粒状構造体に関する。 The present invention relates to granular structures used in aqueous media.

水中の有害物質の除去に使用される吸着剤、水媒体中での化学反応に使用される触媒等には、使用時の利便性から、多孔質粒子をバインダーで造粒してなる粒状構造体が利用される。 For the adsorbent used for removing harmful substances in water, the catalyst used for chemical reaction in an aqueous medium, etc., a granular structure made by granulating porous particles with a binder for convenience during use. Is used.

この場合の造粒には、転動造粒法、押出造粒法、噴霧乾燥法等の造粒方法が利用されており、例えば、特許文献1には、噴霧乾燥法によって、特定の細孔容積を有する放射性物質除染粒子の凝集体を製造することが記載されている。 For the granulation in this case, a granulation method such as a rolling granulation method, an extrusion granulation method, or a spray drying method is used. For example, in Patent Document 1, a specific pore is formed by a spray drying method. It is described to produce agglomerates of radioactive decontamination particles with volume.

特開2014-228282号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-228282

ここで、造粒後の粒状構造体において、多孔質粒子が本来有する吸着容量を発揮させ、破過曲線における破過をできるだけ遅らせるためには、粒子内部の空隙率を大きくするだけでなく、空隙に水が入り込みやすくするために、外部との連通を有する空隙を設計する必要がある。しかしながら、従来の造粒方法では、多孔質粒子(吸着剤粉末)が有する本来の吸着容量を十分に発揮することができていなかった。 Here, in order to exert the adsorption capacity originally possessed by the porous particles in the granular structure after granulation and to delay the fracture in the fracture curve as much as possible, not only the porosity inside the particles is increased, but also the voids. It is necessary to design a gap that has communication with the outside in order to make it easier for water to enter the space. However, the conventional granulation method has not been able to sufficiently exhibit the original adsorption capacity of the porous particles (adsorbent powder).

すなわち、転動造粒法や押出造粒法によって得られた造粒物は、空隙率が比較的小さいため、多孔質粒子本来の吸着容量を損なっていると考えられる。さらに、転動造粒法は、造粒後の粒度分布がブロードであるため、必要とする粒径の粒子の生産のためには、粗大粒子の解砕、又は微粉末の再造粒といった操作が必要となり、歩留まりが悪くなる傾向がある。 That is, it is considered that the granulated product obtained by the rolling granulation method or the extrusion granulation method has a relatively small porosity and therefore impairs the original adsorption capacity of the porous particles. Furthermore, in the rolling granulation method, since the particle size distribution after granulation is broad, operations such as crushing coarse particles or re-granulation of fine powder are performed in order to produce particles having the required particle size. Is required, and the yield tends to be poor.

一方、噴霧乾燥法は、得られる造粒物の空隙率が大きく本来の吸着容量を発揮できるだけでなく、造粒後の粒度分布がシャープであり、必要とする粒径の粒子を歩留まり良く生産することができる。しかし、噴霧乾燥法は水や熱を大量に使用することからサステナブルな方法ではない。また、造粒物の粒子強度が低いために吸着剤、触媒等の強度が必要とされる用途の造粒には適しているとはいい難い。 On the other hand, in the spray drying method, not only the porosity of the obtained granulated product is large and the original adsorption capacity can be exhibited, but also the particle size distribution after granulation is sharp, and particles having the required particle size are produced with good yield. be able to. However, the spray drying method is not a sustainable method because it uses a large amount of water and heat. Further, since the particle strength of the granulated product is low, it cannot be said that it is suitable for granulation for applications where the strength of an adsorbent, a catalyst, etc. is required.

したがって本発明は、多孔質粒子による造粒物であって、多孔質粒子が有する本来の吸着容量が高く、更に触媒活性を十分に発揮することができ、かつ粒子強度も高い粒状構造体に関する。 Therefore, the present invention relates to a granular structure that is a granulated product of porous particles, has a high original adsorption capacity of the porous particles, can sufficiently exhibit catalytic activity, and has high particle strength.

本発明者らは、種々の造粒法を検討した結果、容器回転型造粒機と多流体ノズルを用いる造粒法によれば、空隙率が高く多孔質粒子本来の吸着容量が高く、更に触媒活性を十分に発揮でき、しかも十分な粒子強度を有する粒状構造物を、歩留まり良く製造することができることを見出し、本発明を完成した。 As a result of examining various granulation methods, the present inventors have found that the porosity is high and the original adsorption capacity of porous particles is high according to the granulation method using a container rotary granulation machine and a multi-fluid nozzle. The present invention has been completed by finding that a granular structure capable of sufficiently exhibiting catalytic activity and having sufficient particle strength can be produced with good yield.

本発明は、親水性多孔質粒子がバインダーを介して互いに結合している粒状構造体であって、粒状構造体の中央断面積中において30μm2以上の面積を有する空隙の占める比率が、乾燥時において5%以上15%以下であり、乾燥時における前記比率から水含浸時における前記比率を引いて得られる含水能力が4%以上15%以下であり、かつ、粒状構造体の粒子強度が400gf/mm2以上2000gf/mm2以下である、粒状構造体を提供するものである。 The present invention is a granular structure in which hydrophilic porous particles are bonded to each other via a binder, and the ratio of voids having an area of 30 μm 2 or more in the central cross-sectional area of the granular structure is when dried. 5% or more and 15% or less, the water content obtained by subtracting the ratio at the time of water impregnation from the ratio at the time of drying is 4% or more and 15% or less, and the particle strength of the granular structure is 400 gf /. It provides a granular structure of mm 2 or more and 2000 gf / mm 2 or less.

本発明の粒状構造体は、多孔質粒子をバインダーで造粒して得られ、多孔質粒子が有する本来の吸着容量又は触媒活性を十分に発揮することができ、しかも十分な粒子強度を有する。 The granular structure of the present invention is obtained by granulating porous particles with a binder, and can sufficiently exert the original adsorption capacity or catalytic activity of the porous particles, and has sufficient particle strength.

多孔質粒子としてA型ゼオライトを使用した場合について、平衡上清濃度に対する吸着量をプロットした吸着等温線である。It is an adsorption isotherm which plotted the adsorption amount with respect to the equilibrium supernatant concentration when A type zeolite was used as a porous particle. 多孔質粒子としてA型ゼオライトを使用した場合について、平衡上清濃度に対する平衡上清濃度の吸着量による除数をプロットしたLangmuirプロットである。It is a Langmuir plot which plotted the divisor by the adsorption amount of the equilibrium supernatant concentration with respect to the equilibrium supernatant concentration when A type zeolite was used as a porous particle.

〔粒状構造体〕
本発明の粒状構造体は、多孔質粒子本来の吸着容量を発揮させる観点から、その断面積中において30μm2以上の面積を有する空隙の占める比率(以下、単に「空隙率」ということがある)が、乾燥時において、5%以上であって、好ましくは6%以上、より好ましくは7%以上、更に好ましくは7.5%以上であり、また、粒子強度や粒状構造体の嵩比重を保持する観点から、15%以下であって、好ましくは14%以下、より好ましくは12%以下、更に好ましくは10%以下である。
[Granular structure]
From the viewpoint of exerting the original adsorption capacity of the porous particles, the granular structure of the present invention occupies the ratio of voids having an area of 30 μm 2 or more in the cross-sectional area (hereinafter, may be simply referred to as “porosity”). However, when dried, it is 5% or more, preferably 6% or more, more preferably 7% or more, still more preferably 7.5% or more, and also from the viewpoint of maintaining the particle strength and the bulk specific gravity of the granular structure. Therefore, it is 15% or less, preferably 14% or less, more preferably 12% or less, and further preferably 10% or less.

また、本発明の粒状構造体は、空隙に水が入り込みやすいものである観点から、乾燥時における空隙率から水含浸時における空隙率を引いて得られる含水能力が、4%以上であって、好ましくは5%以上、より好ましくは5.5%以上、更に好ましくは6%以上であり、また、粒子強度の維持の観点から、15%以下であって、好ましくは14%以下、より好ましくは12%以下、更に好ましくは10%以下である。 Further, the granular structure of the present invention has a water content capacity of 4% or more obtained by subtracting the porosity at the time of water impregnation from the porosity at the time of drying from the viewpoint that water easily enters the voids. It is preferably 5% or more, more preferably 5.5% or more, still more preferably 6% or more, and from the viewpoint of maintaining particle strength, it is 15% or less, preferably 14% or less, more preferably 12%. Below, it is more preferably 10% or less.

なお、本発明において、粒状構造体の空隙率の測定は、ガラスキャピラリーに粒状構造体を入れ、X線CT(ブルカーマイクロCT社製)を用いて取得した粉体断面像を、画像処理ソフトImageJを使用して解析を行った。すなわち、粉体中央の断面像を二値化し、粉体面積中の空隙面積割合を算出することで粉体空隙率とした。なお、検出可能な空隙サイズは装置分解能(0.8μm)である。 In the present invention, the porosity of the granular structure is measured by putting the granular structure in a glass capillary and using image processing software ImageJ to obtain a powder cross-sectional image obtained by using X-ray CT (manufactured by Bruker Micro CT). Was used for the analysis. That is, the cross-sectional image of the center of the powder was binarized, and the ratio of the void area to the powder area was calculated to obtain the powder porosity. The detectable void size is the device resolution (0.8 μm).

さらに、本発明の粒状構造体は、吸着剤、触媒等の強度が必要とされる用途に好適に使用できる観点から、粒状構造体の粒子強度が、400gf/mm2以上であって、好ましくは450gf/mm2以上、より好ましくは500gf/mm2以上、更に好ましくは550gf/mm2以上であり、また、吸着等を実施した後の減容処理を容易にする観点から、2000gf/mm2以下であって、好ましくは1800gf/mm2以下、より好ましくは1500gf/mm2以下、更に好ましくは1200gf/mm2以下である。 Further, the granular structure of the present invention preferably has a particle strength of 400 gf / mm 2 or more, preferably from the viewpoint that it can be suitably used for applications requiring strength such as an adsorbent and a catalyst. 450 gf / mm 2 or more, more preferably 500 gf / mm 2 or more, more preferably not more 550gf / mm 2 or more, from the viewpoint of facilitating the compacting process after performing the adsorption, etc., 2000 gf / mm 2 or less a is preferably 1800gf / mm 2 or less, more preferably 1500gf / mm 2, more preferably not more than 1200 gf / mm 2.

本発明の粒状構造体の造粒に使用される親水性多孔質粒子としては、ゼオライト、シリコチタネート、フェロシアン化物、チタン酸等が挙げられ、なかでもゼオライトの一種であるA型ゼオライト、モルデナイト、クリノプチロライト、チャバサイトが好ましい。 Examples of the hydrophilic porous particles used for granulating the granular structure of the present invention include zeolite, silicotitanate, ferrocyanide, and titanic acid, and among them, type A zeolite, which is a kind of zeolite, mordenite, and the like. Clinopeptide and chabasite are preferred.

親水性多孔質粒子の細孔率は、十分な吸着容量を得る観点から、好ましくは15%以上、より好ましくは18%以上、更に好ましくは20%以上であり、また、結晶構造の骨格を維持する観点から、好ましくは60%以下、より好ましくは55%以下、更に好ましくは50%以下である。 The pore ratio of the hydrophilic porous particles is preferably 15% or more, more preferably 18% or more, still more preferably 20% or more, and maintaining the skeleton of the crystal structure from the viewpoint of obtaining a sufficient adsorption capacity. From this point of view, it is preferably 60% or less, more preferably 55% or less, still more preferably 50% or less.

親水性多孔質粒子の平均粒子径は、吸着効率を向上する観点から、好ましくは1μm以上、より好ましくは2μm以上、更に好ましくは3μm以上であり、また、粒状構造体の形成のしやすさの観点から、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下、更に好ましくは10μm以下、更に好ましくは7μm以下である。 From the viewpoint of improving the adsorption efficiency, the average particle size of the hydrophilic porous particles is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, still more preferably 3 μm or more, and the ease of forming a granular structure. From the viewpoint, it is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, still more preferably 10 μm or less, still more preferably 7 μm or less.

本発明の粒状構造体の造粒に使用されるバインダーとしては、ケイ酸塩、脂肪酸、ワックス等が挙げられ、なかでもケイ酸塩が好ましい。ケイ酸塩としては、粒状構造体を形成する観点から、ケイ酸ナトリム及びケイ酸カリウムから選ばれる1種又は2種を含むことが好ましく、ケイ酸ナトリウムを含むことがより好ましい。ケイ酸塩中、ケイ酸ナトリウムとケイ酸カリウムとの合計含有量は、好ましくは95質量%以上、より好ましくは99質量%以上、更に好ましくは99.5質量%以上、更に好ましくは実質100質量%である。 Examples of the binder used for granulating the granular structure of the present invention include silicates, fatty acids, waxes and the like, and silicates are particularly preferable. From the viewpoint of forming a granular structure, the silicate preferably contains one or two selected from sodium silicate and potassium silicate, and more preferably sodium silicate. The total content of sodium silicate and potassium silicate in the silicate is preferably 95% by mass or more, more preferably 99% by mass or more, still more preferably 99.5% by mass or more, still more preferably substantially 100% by mass. be.

ケイ酸ナトリウムとしては、メタケイ酸ナトリウム(Na2SiO3)、オルトケイ酸ナトリウム(Na4SiO4)、二ケイ酸ナトリウム(Na2Si25)、四ケイ酸ナトリウム(Na2Si49)及びそれらの水和物が挙げられる。ケイ酸ナトリウム材料としては、通常、JIS K1408に記載のケイ酸ソーダ1号、2号、3号のほか、種々のモル比の水ガラスを使用することができる。 Examples of sodium silicate include sodium metasilicate (Na 2 SiO 3 ), sodium orthosilicate (Na 4 SiO 4 ), sodium disilicate (Na 2 Si 2 O 5 ), and sodium tetrasilicate (Na 2 Si 4 O 9). ) And their hydrates. As the sodium silicate material, in addition to sodium silicate Nos. 1, 2 and 3 described in JIS K1408, water glass having various molar ratios can be usually used.

ケイ酸ナトリウムは、一般にNa2O・nSiO2・mH2Oの分子式で表される。係数n(Na2Oに対するSiO2の分子比)はモル比と呼ばれ、下記式で表すことができる。 Sodium silicate is generally represented by the molecular formula of Na 2 O, nSiO 2 , mH 2 O. The coefficient n (molecular ratio of SiO 2 to Na 2 O) is called a molar ratio and can be expressed by the following formula.

Figure 2021115563
Figure 2021115563

ケイ酸ナトリウムの物性は前記モル比によって異なるが、粒状構造体使用時のハンドリング性を向上する観点から、前記モル比は、好ましくは2.0以上、より好ましくは2.4以上、更に好ましくは2.8以上、更に好ましくは3.0以上であり、また、製造時の噴霧性を向上する観点から、好ましくは4.0以下、より好ましくは3.5以下、更に好ましくは3.3以下である。 The physical properties of sodium silicate differ depending on the molar ratio, but from the viewpoint of improving handleability when using a granular structure, the molar ratio is preferably 2.0 or more, more preferably 2.4 or more, still more preferably 2.8 or more, and further. It is preferably 3.0 or more, and is preferably 4.0 or less, more preferably 3.5 or less, still more preferably 3.3 or less, from the viewpoint of improving sprayability during production.

本発明の粒状構造体を構成するバインダーと親水性多孔質粒子との質量比(バインダー/親水性多孔質粒子)は、粒状構造体使用時のハンドリング性を向上する観点から、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上、更に好ましくは0.2以上であり、また、吸着効率の観点から、好ましくは1以下、より好ましくは0.8以下、更に好ましくは0.7以下である。 The mass ratio (binder / hydrophilic porous particles) of the binder constituting the granular structure of the present invention to the hydrophilic porous particles is preferably 0.05 or more from the viewpoint of improving the handleability when using the granular structure. It is more preferably 0.1 or more, still more preferably 0.2 or more, and from the viewpoint of adsorption efficiency, it is preferably 1 or less, more preferably 0.8 or less, still more preferably 0.7 or less.

本発明の粒状構造体の平均粒子径は、粒状構造体使用時のハンドリング性を向上する観点から、好ましくは50μm以上、より好ましくは80μm以上、更に好ましくは100μm以上であって、吸着効率を向上する観点から、好ましくは2000μm以下、より好ましくは1000μm以下、更に好ましくは800μm以下である。 The average particle size of the granular structure of the present invention is preferably 50 μm or more, more preferably 80 μm or more, still more preferably 100 μm or more, and improving the adsorption efficiency from the viewpoint of improving the handleability when using the granular structure. From this point of view, it is preferably 2000 μm or less, more preferably 1000 μm or less, and further preferably 800 μm or less.

〔製造方法〕
本発明の粒状構造体は、回転している容器回転型造粒機中の親水性多孔質粒子に、バインダーの水溶液を多流体ノズルで噴霧することによって造粒する工程を含む方法(以下、「噴霧凝集法」という)によって製造することができる。
〔Production method〕
The granular structure of the present invention includes a step of granulating hydrophilic porous particles in a rotating container rotary granulator by spraying an aqueous solution of a binder with a multi-fluid nozzle (hereinafter, "" It can be produced by the "spray agglomeration method").

一般に、容器回転型造粒機を用いた造粒方法によれば、粉体を均一に流動せしめることが可能であり、更に、回転による粒子の持ち上げ及び自重による滑り・落下を伴う混合機構により、粉体に加えられるせん断力が抑制される。そのため、容器回転型造粒機を用いた造粒方法は非圧密な造粒方法ということができる。これにより、前記方法で得られる本発明の粒状構造体は、他の造粒法によって得られる造粒物に比べ、大きな空隙率を有する。 In general, according to the granulation method using a container rotary type granulator, the powder can be uniformly flowed, and further, the mixing mechanism accompanied by lifting of particles by rotation and sliding / falling by its own weight is used. The shearing force applied to the powder is suppressed. Therefore, the granulation method using the container rotary type granulator can be said to be a non-consolidation granulation method. As a result, the granular structure of the present invention obtained by the above method has a large porosity as compared with the granulated product obtained by another granulation method.

さらに、前記造粒方法によれば、好適な粒度の造粒物を、収率良く得ることができる。これは、多流体ノズルを用いて、バインダーを予め微細な水溶液の液滴として噴霧して、容器回転型造粒機内に供給することにより、粗大粒子の形成する大きな液塊が発生しないためと考えられる。 Further, according to the granulation method, a granulated product having a suitable particle size can be obtained in good yield. It is considered that this is because a large liquid mass formed by coarse particles is not generated by spraying the binder as droplets of a fine aqueous solution in advance using a multi-fluid nozzle and supplying it into the container rotary granulator. Be done.

前記の製造方法において、噴霧するバインダー水溶液中のバインダー濃度は、親水性多孔質粒子同士を結着させるのに好適な濃度とする観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、更に好ましくは30質量%以上であり、また、ハンドリング性及び液滴として噴霧し、粗大粒子化の抑制及び粒状構造体の強度を高める観点から、好ましくは65質量%以下、より好ましくは60質量%以下、更に好ましくは58質量%以下である。なお、バインダー水溶液中のバインダー濃度(固形分)は、実施例記載の方法により求めることができる。 In the above-mentioned production method, the binder concentration in the aqueous solution of the binder to be sprayed is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, from the viewpoint of making the concentration suitable for binding the hydrophilic porous particles to each other. It is more preferably 30% by mass or more, and is preferably 65% by mass or less, more preferably 60% by mass, from the viewpoint of handleability and spraying as droplets to suppress coarse particle formation and increase the strength of the granular structure. % Or less, more preferably 58% by mass or less. The binder concentration (solid content) in the aqueous binder solution can be determined by the method described in Examples.

また、バインダー水溶液には、本発明の効果を阻害しない限り、ポリマー、無機粒子等を含有させることもできるし、また、炭素数1〜3の低級アルコール等を含有させることもできる。 Further, the binder aqueous solution may contain a polymer, inorganic particles or the like as long as the effect of the present invention is not impaired, or may contain a lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms.

(容器回転型造粒機)
容器回転型造粒機としては、ドラム型造粒機及びパン型造粒機が好ましい。ドラム型造粒機としては、ドラム状の円筒が回転して処理を行うものであれば特に限定されない。水平又はわずかに傾斜させたドラム型造粒機も使用可能である。これらの装置は、バッチ式、連続式いずれの方式でもよい。
(Container rotary granulator)
As the container rotary type granulator, a drum type granulator and a pan type granulator are preferable. The drum-type granulator is not particularly limited as long as the drum-shaped cylinder rotates to perform processing. Horizontal or slightly tilted drum granulators can also be used. These devices may be of either a batch type or a continuous type.

なお、親水性多孔質粒子と容器回転型造粒機の内壁との間の壁面摩擦係数が小さく、親水性多孔質粒子に十分な上昇運動力を加えることが困難な場合は、容器内壁に混合を補助するための複数個の邪魔板(バッフル)を設けることが好ましい。邪魔板を設けることにより、親水性多孔質粒子に上昇運動を付与することが可能となり、粉末混合性及び固液混合性が向上する。 If the wall friction coefficient between the hydrophilic porous particles and the inner wall of the container rotary granulator is small and it is difficult to apply sufficient ascending kinetic force to the hydrophilic porous particles, the particles are mixed with the inner wall of the container. It is preferable to provide a plurality of baffles to assist the movement. By providing the baffle plate, it becomes possible to impart an ascending motion to the hydrophilic porous particles, and the powder mixability and the solid-liquid mixability are improved.

容器回転型造粒機の運転条件としては、造粒機内の親水性多孔質粒子をできるだけ均一に流動させ、撹拌できる条件であれば特に制限されない。十分な粒子強度を有する粒状構造物を歩留まりよく製造する観点から、下記式で定義されるフルード数を0.005以上とすることが好ましく、0.01以上とすることがより好ましく、0.05以上とすることが更に好ましく、非圧密の造粒物を得る観点から、1.0以下とすることが好ましく、0.6以下とすることがより好ましく、0.4以下とすることが更に好ましい。 The operating conditions of the container rotary granulator are not particularly limited as long as the hydrophilic porous particles in the granulator can be flowed as uniformly as possible and stirred. From the viewpoint of producing a granular structure having sufficient particle strength with good yield, the Froude number defined by the following formula is preferably 0.005 or more, more preferably 0.01 or more, and further preferably 0.05 or more. Preferably, from the viewpoint of obtaining a non-consolidated granule, it is preferably 1.0 or less, more preferably 0.6 or less, and further preferably 0.4 or less.

Figure 2021115563
Figure 2021115563

なお、本体胴部の回転によって造粒が進行するドラム型造粒機又はパン型造粒機においては、V及びRは本体胴部の値を用い、主翼や解砕翼を備えた横型又は竪型造粒機においては、V及びRは主軸の値を用い、解砕翼を備えたパン型造粒機においては、V及びRは解砕翼の値を用いることとする。 In a drum type granulator or a pan type granulator in which granulation proceeds by the rotation of the main body body, V and R use the values of the main body body, and horizontal or vertical type having a main wing and a crushing wing. In the granulation machine, the values of the spindle are used for V and R, and in the bread type granulator equipped with the crushing blade, the values of the crushing blade are used for V and R.

(多流体ノズル)
本発明においては、バインダーの水溶液を多流体ノズルを用いて供給する。多流体ノズルを用いることにより、その液滴を微細化して分散させることができる。多流体ノズルとは、液体と微粒化用気体(エアー、窒素等)を独立の流路を通してノズル先端部近傍まで流通させて混合・微粒化するノズルであり、二流体ノズル、三流体ノズル、四流体ノズル等を挙げることができる。また、バインダー水溶液と微粒化用気体の混合部は、ノズル先端部内で混合する内部混合型、ノズル先端部外で混合する外部混合型のいずれであってもよい。
(Multi-fluid nozzle)
In the present invention, an aqueous solution of the binder is supplied using a multi-fluid nozzle. By using a multi-fluid nozzle, the droplets can be made finer and dispersed. A multi-fluid nozzle is a nozzle that mixes and atomizes liquid and atomizing gas (air, nitrogen, etc.) through independent flow paths to the vicinity of the nozzle tip, and is a two-fluid nozzle, a three-fluid nozzle, and four. A fluid nozzle and the like can be mentioned. Further, the mixing portion of the binder aqueous solution and the atomizing gas may be either an internal mixing type that mixes inside the nozzle tip or an external mixing type that mixes outside the nozzle tip.

このような多流体ノズルとしては、スプレーイングシステムスジャパン社製、共立合金製作所社製、いけうち社製等の内部混合型二流体ノズル、スプレーイングシステムスジャパン社製、共立合金製作所社製、アトマックス社製等の外部混合型二流体ノズル、藤崎電機社製の外部混合型四流体ノズル等が挙げられる。 Such multi-fluid nozzles include internal mixing type two-fluid nozzles manufactured by Spraying Systems Japan, Kyoritsu Alloy Mfg. Co., Ltd., Ikeuchi Co., Ltd., Spraying Systems Japan Co., Ltd., Kyoritsu Alloy Mfg. Co., Ltd. Examples include an external mixing type two-fluid nozzle manufactured by Max, and an external mixing type four-fluid nozzle manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd.

また、バインダー水溶液の液滴径は、バインダー水溶液の流量と微粒化用気体の流量のバランスを調整することにより、所望の範囲に調整することができる。すなわち、液滴径を小さくする場合は、一定流量のバインダー水溶液に対して、微粒化用気体の流量を増加させればよく、また、一定流量の微粒化気体に対して、バインダー水溶液の流量を低下させればよい。
例えば、二流体ノズルを用いる場合、微粒化用気体の流量の調整は、微粒化用気体の噴霧圧の調整により行うのが容易である。微粒化用気体噴霧圧としては、液分散の観点から0.05MPa以上が好ましく、設備負荷の観点から1MPa以下が好ましい。また、バインダー水溶液の噴霧圧としては特に制限はないが、設備負荷の観点から、例えば1MPa以下が好ましい。
Further, the droplet diameter of the binder aqueous solution can be adjusted to a desired range by adjusting the balance between the flow rate of the binder aqueous solution and the flow rate of the atomizing gas. That is, in order to reduce the droplet diameter, the flow rate of the atomizing gas may be increased with respect to the binder aqueous solution having a constant flow rate, and the flow rate of the binder aqueous solution may be increased with respect to the atomizing gas having a constant flow rate. It should be lowered.
For example, when a two-fluid nozzle is used, it is easy to adjust the flow rate of the atomizing gas by adjusting the spray pressure of the atomizing gas. The gas spray pressure for atomization is preferably 0.05 MPa or more from the viewpoint of liquid dispersion, and preferably 1 MPa or less from the viewpoint of equipment load. The spray pressure of the aqueous binder solution is not particularly limited, but is preferably 1 MPa or less from the viewpoint of equipment load.

バインダー水溶液の液滴径の平均粒径は、十分な粒子強度を有する粒状構造物を歩留まりよく製造する観点から、好ましくは200μm以下、より好ましくは150μm以下、更に好ましくは100μm以下であり、使用時のハンドリング性を向上する観点から、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上、更に好ましくは30μm以上、更に好ましくは50μm以上である。 The average particle size of the droplet diameter of the aqueous binder solution is preferably 200 μm or less, more preferably 150 μm or less, still more preferably 100 μm or less, from the viewpoint of producing a granular structure having sufficient particle strength with good yield, and is used. From the viewpoint of improving the handleability of the above, it is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, still more preferably 30 μm or more, still more preferably 50 μm or more.

滴径を小さくするほどバインダー水溶液の流量が低下し生産性が低下するが、例えば多流体ノズルを複数個使用しノズル一本当たりの流量を低下させることで、液滴の微細化を維持しつつ添加速度を上げることができる。多流体ノズルは1本以上であればよいが、2〜20本用いることもできる。 The smaller the droplet diameter, the lower the flow rate of the binder aqueous solution and the lower the productivity. For example, by using multiple multi-fluid nozzles and reducing the flow rate per nozzle, while maintaining the fineness of the droplets. The addition rate can be increased. The number of multi-fluid nozzles may be one or more, but 2 to 20 may be used.

なお、当該バインダー水溶液の液滴径の平均粒径は体積基準で算出されるものであり、例えば、レーザー回折式粒度分布測定装置(マルバーン社製、スプレーテック)を用いて測定される値である。 The average particle size of the droplet diameter of the binder aqueous solution is calculated on a volume basis, and is a value measured using, for example, a laser diffraction type particle size distribution measuring device (Malburn Co., Ltd., Spray Tech). ..

バインダー水溶液を多流体ノズルを用いて噴霧する際のバインダー水溶液の温度は、噴霧の安定性の観点から、5〜50℃が好ましく、10〜30℃がより好ましい。
バインダー水溶液の添加速度は、シャープな粒度分布の造粒物を得る観点から、親水性多孔質粒子100質量部に対して、好ましくは35質量部/分以下、より好ましくは20質量部/分以下、更に好ましくは10質量部/分以下であり、また、好ましくは1質量部/分以上、より好ましくは2質量部/分以上、更に好ましくは3質量部/分以上である。上記の範囲は、JIS K1408に記載のケイ酸ソーダ1号、2号又は3号を用いる場合に好適である。
The temperature of the binder aqueous solution when the binder aqueous solution is sprayed using the multi-fluid nozzle is preferably 5 to 50 ° C., more preferably 10 to 30 ° C. from the viewpoint of spray stability.
The addition rate of the binder aqueous solution is preferably 35 parts by mass or less, more preferably 20 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the hydrophilic porous particles from the viewpoint of obtaining a granulated product having a sharp particle size distribution. It is more preferably 10 parts by mass or less, preferably 1 part by mass or more, more preferably 2 parts by mass or more, and further preferably 3 parts by mass or more. The above range is suitable when soda No. 1, No. 2 or No. 3 described in JIS K1408 is used.

また、バインダー(固形分)の添加速度は、上記と同様の観点から、当該親水性多孔質粒子100質量部に対して、好ましくは30質量部/分以下、より好ましくは18質量部/分以下、更に好ましくは9質量部/分以下であり、また、好ましくは0.4質量部/分以上、より好ましくは0.8質量部/分以上、更に好ましくは1.2質量部/分以上である。 From the same viewpoint as above, the rate of addition of the binder (solid content) is preferably 30 parts by mass or less, more preferably 18 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the hydrophilic porous particles. It is more preferably 9 parts by mass or less, preferably 0.4 parts by mass or more, more preferably 0.8 parts by mass or more, and further preferably 1.2 parts by mass or more.

(乾燥)
本発明においては、粒子強度を高め、構造体の水中での使用時にも安定な造粒物とする観点から、得られた粒状構造体を更に乾燥することが好ましい。乾燥法については、棚乾燥、流動層乾燥、減圧乾燥、マイクロ波乾燥等が挙げられる。なかでも、設備的な観点から、棚乾燥、流動層乾燥が好ましい。
(Dry)
In the present invention, it is preferable to further dry the obtained granular structure from the viewpoint of increasing the particle strength and obtaining a stable granulated product even when the structure is used in water. Examples of the drying method include shelf drying, fluidized bed drying, vacuum drying, microwave drying and the like. Of these, shelf drying and fluidized bed drying are preferable from the viewpoint of equipment.

乾燥中の粒状構造体の崩壊を抑制する観点から、強いせん断力をできるだけ与えない乾燥方式が好ましい。例えば、バッチ式では、電気式棚乾燥機や熱風乾燥機で乾燥させる方法、バッチ式流動層で乾燥させる方法等が挙げられ、連続式では、流動層やロータリー乾燥機、スチームチューブドライヤー等が挙げられる。 From the viewpoint of suppressing the collapse of the granular structure during drying, a drying method in which a strong shearing force is not applied as much as possible is preferable. For example, in the batch type, a method of drying with an electric shelf dryer or a hot air dryer, a method of drying with a batch type fluidized bed, etc. are mentioned, and in the continuous type, a fluidized bed, a rotary dryer, a steam tube dryer, etc. are mentioned. Be done.

乾燥温度は、乾燥速度を考慮して適宜決定することができるが、好ましくは60℃以上、より好ましくは100℃以上、更に好ましくは120℃以上である。また、熱負荷を低減する観点から、その上限は、好ましくは300℃以下、より好ましくは250℃以下、更に好ましくは200℃以下である。 The drying temperature can be appropriately determined in consideration of the drying rate, but is preferably 60 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, still more preferably 120 ° C. or higher. Further, from the viewpoint of reducing the heat load, the upper limit thereof is preferably 300 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower, and further preferably 200 ° C. or lower.

乾燥時間は、製造に用いたバインダー水溶液の有効分や量により異なるが、粒状構造体の粒子強度が前述の範囲となるように適宜調整を行う。乾燥時間は、通常、10分〜24時間程度、より好ましくは20分〜15時間程度、更に好ましくは30分〜8時間程度である。 The drying time varies depending on the effective amount and amount of the aqueous binder solution used in the production, but is appropriately adjusted so that the particle strength of the granular structure is within the above range. The drying time is usually about 10 minutes to 24 hours, more preferably about 20 minutes to 15 hours, and even more preferably about 30 minutes to 8 hours.

得られる粒状構造体の中の水分量は、粒子強度を高め、構造体の水中での使用時にも安定な造粒物とする観点から、好ましくは10質量%以下、より好ましくは7質量%以下、更に好ましくは5質量%以下であり、生産性の観点から、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは0.8質量%以上、更に好ましくは0.5質量%以下である。 The amount of water in the obtained granular structure is preferably 10% by mass or less, more preferably 7% by mass or less, from the viewpoint of increasing the particle strength and making the structure a stable granulated product even when used in water. It is more preferably 5% by mass or less, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.8% by mass or more, still more preferably 0.5% by mass or less from the viewpoint of productivity.

〔用途〕
本発明の粒状構造体は、水中有害物質の吸着剤、極性溶媒の液相反応系用の触媒等として有用である。例えば、原子力発電における放射性物質を含む汚染水の処理、工場から排出される有害金属や有機物を含む排水の処理、油脂類加工用の水素添加用触媒等に利用することができる。
[Use]
The granular structure of the present invention is useful as an adsorbent for harmful substances in water, a catalyst for a liquid phase reaction system of a polar solvent, and the like. For example, it can be used for treatment of contaminated water containing radioactive substances in nuclear power generation, treatment of wastewater containing harmful metals and organic substances discharged from factories, hydrogenation catalyst for processing fats and oils, and the like.

実施例1〜2、比較例1〜3
多孔質粒子としてA型ゼオライト又はモルデナイト、バインダーとしてケイ酸ナトリウムを用い、実施例1〜2、比較例1〜3に示す製造方法によって粒状構造体を製造した。表1に粒状構造体の製造に使用した原料の組成、得られた粒状構造体の組成、平均粒径及び水分量について示す。なお、粒状構造体の水分量は以下のようにして測定した。
Examples 1-2, Comparative Examples 1-3
A granular structure was produced by the production methods shown in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 3 using type A zeolite or mordenite as the porous particles and sodium silicate as the binder. Table 1 shows the composition of the raw materials used for producing the granular structure, the composition of the obtained granular structure, the average particle size and the water content. The water content of the granular structure was measured as follows.

<粒状構造体の水分量の測定>
試料2gをアルミ製の直径11.5cmの容器上に均一に散布し、その後、赤外線水分計(株式会社ケット科学研究所製、FD240)を用い、湿量基準水分測定モードにて温度105℃、Autoの条件(測定値の変化量が、30秒間で0.05%以内になったときを最終測定値とみなして測定を終了)で測定した揮発自由水分を除くことで算出した。なお、表1に示した水分量は固形分に対する外比である。
<Measurement of water content of granular structure>
2 g of the sample was evenly sprayed on an aluminum container with a diameter of 11.5 cm, and then using an infrared moisture meter (manufactured by Kett Science Institute Co., Ltd., FD240), the temperature was 105 ° C in the humidity standard moisture measurement mode, Auto. It was calculated by excluding the volatile free water measured under the conditions of (the measurement is completed when the amount of change in the measured value is within 0.05% in 30 seconds as the final measured value). The water content shown in Table 1 is an external ratio to the solid content.

・実施例1(噴霧凝集法)
表1に示す配合割合で、A型ゼオライト(ゼオビルダー社製、商品名:ゼオライト(パウダー)、平均粒径約3μm)を、邪魔板を有する75Lドラム型造粒機(φ40cm×L60cm)に投入し、ドラム回転数30r.p.m/フルード数0.2/ドラム角度12.6°の条件で混合しながら、ケイ酸ナトリウム水溶液(富士化学社製、商品名:3号珪酸ソーダ、モル比:3.0〜3.3、ボーメ度:40〜53、固形分:54.3%)を外部混合型二流体ノズル1個(アトマックス社製)を用いて噴霧添加し造粒した。なお、バッチサイズは6.9kgである。また、珪酸ナトリウム水溶液の噴霧液滴径のメジアン径は69μmであった。
珪酸ナトリウム水溶液噴霧後、1分間混合を継続した後、ドラム型造粒機から排出し、電気乾燥機を用いて150℃で720分間乾燥して、実施例1の粒状構造体を得た。
-Example 1 (spray agglutination method)
A type zeolite (manufactured by Zeobuilder, trade name: zeolite (powder), average particle size of about 3 μm) is put into a 75 L drum type granulator (φ40 cm × L60 cm) having a baffle plate at the blending ratio shown in Table 1. Sodium silicate aqueous solution (manufactured by Fuji Chemical Co., Ltd., trade name: sodium silicate No. 3, molar ratio: 3.0 to 3.3, zeolite degree) while mixing under the conditions of drum rotation speed 30r.pm / fluid number 0.2 / drum angle 12.6 ° : 40-53, solid content: 54.3%) was spray-added using one external mixing type two-fluid nozzle (manufactured by Atmax) to granulate. The batch size is 6.9 kg. The median diameter of the spray droplet diameter of the sodium silicate aqueous solution was 69 μm.
After spraying the sodium silicate aqueous solution, mixing was continued for 1 minute, the mixture was discharged from the drum type granulator, and dried at 150 ° C. for 720 minutes using an electric dryer to obtain the granular structure of Example 1.

・比較例1(噴霧造粒法)
表1に示す配合割合で、A型ゼオライト(ゼオビルダー社製、商品名:ゼオライト(パウダー)、平均粒径約3μm)と、ケイ酸ナトリウム水溶液(富士化学社製、商品名:3号珪酸ソーダ、モル比:3.0〜3.3、ボーメ度:40〜53、固形分:54.3%)と、水とを、タービン翼(井上製作所社製DHC-10)で混合し、固形分が50.0%の水スラリーを得た。なお、水スラリーの調製は、まず混合槽に水を投入し、次いでケイ酸ナトリウム水溶液を投入し、次にゼオライトを添加し、混合することによって行った。
得られた水スラリーを、送風温度170℃で噴霧乾燥して、比較例1の粒状構造体を得た。
-Comparative example 1 (spray granulation method)
Type A zeolite (manufactured by Zeolite, trade name: zeolite (powder), average particle size of about 3 μm) and aqueous sodium silicate solution (manufactured by Fuji Chemical Co., Ltd., trade name: sodium silicate No. 3) with the blending ratios shown in Table 1. (Mole ratio: 3.0 to 3.3, Baume degree: 40 to 53, Solid content: 54.3%) and water are mixed with a turbine blade (DHC-10 manufactured by Inoue Seisakusho Co., Ltd.) to obtain a water slurry having a solid content of 50.0%. Obtained. The water slurry was prepared by first adding water to the mixing tank, then adding an aqueous sodium silicate solution, and then adding zeolite and mixing.
The obtained water slurry was spray-dried at a blowing temperature of 170 ° C. to obtain a granular structure of Comparative Example 1.

・比較例2(転動造粒法)
表1に示す配合割合で、A型ゼオライト(ゼオビルダー社製、商品名:ゼオライト(パウダー)、平均粒径約3μm)を2Lハイスピードミキサー(深江パウテック社製:LFS-2、アジテータ回転数300r.p.m.、チョッパー回転1300r.p.m.)で混合しながらケイ酸ナトリウム水溶液(富士化学工業社製、商品名:3号珪酸ソーダ、固形分:55.1%)を滴下添加し転動造粒した。なお、バッチサイズは0.3kgである。珪酸ナトリウム水溶液の滴下液滴径のメジアン径はおよそ500μmであった。
珪酸ナトリウム水溶液滴下後、5分間混合を継続した後、2Lミキサーから排出し、電気式棚乾燥機を用いて120℃で4時間乾燥して、比較例2の粒状構造体を得た。
-Comparative example 2 (rolling granulation method)
A type A zeolite (manufactured by Zeobuilder, trade name: zeolite (powder), average particle size of about 3 μm) is mixed with a 2 L high-speed mixer (manufactured by Fukae Pautech: LFS-2, agitator rotation speed 300 r. Sodium silicate aqueous solution (manufactured by Fuji Chemical Industry Co., Ltd., trade name: sodium silicate No. 3, solid content: 55.1%) was added dropwise while mixing with pm, chopper rotation 1300r.pm), and rolling granulation was performed. The batch size is 0.3 kg. The median diameter of the dripping droplet diameter of the sodium silicate aqueous solution was about 500 μm.
After dropping the aqueous sodium silicate solution, mixing was continued for 5 minutes, the mixture was discharged from a 2 L mixer, and dried at 120 ° C. for 4 hours using an electric shelf dryer to obtain a granular structure of Comparative Example 2.

・比較例3(押出造粒法)
表1に示す配合割合で、A型ゼオライト(ゼオビルダー社製、商品名:ゼオライト(パウダー)、平均粒径約3μm)をナウターミキサー(ホソカワミクロン社製:LV-1、最大回転数)で混合しながら珪酸ナトリウム水溶液(富士化学工業社製、商品名:3号珪酸ソーダ、固形分:55.1%)を滴下添加した。なお、バッチサイズは0.6kgである。珪酸ナトリウム水溶液の滴下液滴径のメジアン径はおよそ500μmであった。
珪酸ナトリウム水溶液滴下後、10分間混合を継続した後、ミキサーから排出した。抜出した混合物を、ドームグラン(ダルトン社製:DG-L1、φ1.5mmスクリーン、回転数50rpm)を用いて押出し造粒を行った。押出し造粒物はバットに受け、パワーミル(ダルトン社製:P-02S、φ5.0mmスクリーン)で整粒を行った後、電気式棚乾燥機を用いて140℃で4時間乾燥して、比較例3の粒状構造体を得た。
-Comparative example 3 (extrusion granulation method)
A-type zeolite (manufactured by Zeolite, trade name: zeolite (powder), average particle size of about 3 μm) is mixed with a Nauter mixer (manufactured by Hosokawa Micron, LV-1, maximum rotation speed) at the blending ratios shown in Table 1. However, an aqueous sodium silicate solution (manufactured by Fuji Chemical Industry Co., Ltd., trade name: sodium silicate No. 3, solid content: 55.1%) was added dropwise. The batch size is 0.6 kg. The median diameter of the dripping droplet diameter of the sodium silicate aqueous solution was about 500 μm.
After dropping the aqueous sodium silicate solution, mixing was continued for 10 minutes, and then the mixture was discharged from the mixer. The extracted mixture was extruded and granulated using Dome Gran (manufactured by Dalton: DG-L1, φ1.5 mm screen, rotation speed 50 rpm). The extruded granules are received in a vat, granulated with a power mill (Dalton: P-02S, φ5.0 mm screen), and then dried at 140 ° C for 4 hours using an electric shelf dryer for comparison. The granular structure of Example 3 was obtained.

・実施例2(噴霧凝集法)
表1に示す配合割合で、モルデナイト(東ソー社製、商品名:HSZ-642NAA、平均粒径12μm)を、邪魔板を有する75Lドラム型造粒機(φ40cm×L60cm)に投入し、ドラム回転数30r.p.m/フルード数0.2/ドラム角度12.6°の条件で混合しながら、珪酸ナトリウム水溶液(富士化学社製、商品名:3号珪酸ソーダ、モル比:3.0〜3.3、ボーメ度:40〜53、固形分:54.3%)を外部混合型二流体ノズル1個(アトマックス社製)を用いて噴霧添加し造粒した。なお、バッチサイズは8.9kgである。また、珪酸ナトリウム水溶液の噴霧液滴径のメジアン径は69μmであった。
珪酸ナトリウム水溶液噴霧後、1分間混合を継続した後、ドラム型造粒機から排出し、電気乾燥機を用いて150℃で720分間乾燥して、実施例2の粒状構造体を得た。
-Example 2 (spray agglutination method)
Froude number (manufactured by Tosoh Corporation, trade name: HSZ-642NAA, average particle size 12 μm) was put into a 75 L drum type granulator (φ40 cm × L60 cm) having a baffle plate at the blending ratio shown in Table 1, and the drum rotation speed. Sodium silicate aqueous solution (manufactured by Fuji Chemical Co., Ltd., trade name: No. 3 sodium silicate, molar ratio: 3.0 to 3.3, Baume degree: 40 to 53, while mixing under the conditions of 30r.pm / Froude number 0.2 / Drum angle 12.6 ° Solid content: 54.3%) was spray-added using one external mixed two-fluid nozzle (manufactured by Atmax) to granulate. The batch size is 8.9 kg. The median diameter of the spray droplet diameter of the sodium silicate aqueous solution was 69 μm.
After spraying the sodium silicate aqueous solution, mixing was continued for 1 minute, the mixture was discharged from the drum type granulator, and dried at 150 ° C. for 720 minutes using an electric dryer to obtain the granular structure of Example 2.

Figure 2021115563
Figure 2021115563

試験例(粒状構造体の評価)
上で得られた実施例1〜2、比較例1〜3の粒状構造体について、多孔質粒子の飽和吸着容量、粒状構造体の破過容量、空隙率、含水能力、粒子強度を測定し、結果を表3に示す。各粒状構造体は、篩分けして表3に示す粒子径の範囲のものを以下の測定に用いた。
なお、参考例として、天然ゼオライトについても同様に測定し、結果を表3に併せて示す。
天然ゼオライトの粒状構造体としては、ジークライト社製のZ-05(粒径0.5〜1.0mm)を用いた。そのままでは微量の微粉が存在するため、水洗により微粉を取り除いてから評価に供した。多孔質粒子としては、ジークライト社製のSGW(粒径10μm)を用いた。なお、SGWはZ-05の破砕品である。
Test example (evaluation of granular structure)
With respect to the granular structures of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 obtained above, the saturated adsorption capacity of the porous particles, the breakthrough capacity of the granular structure, the porosity, the water content capacity, and the particle strength were measured. The results are shown in Table 3. Each granular structure was sieved and those in the particle size range shown in Table 3 were used for the following measurements.
As a reference example, natural zeolite was also measured in the same manner, and the results are also shown in Table 3.
As the granular structure of natural zeolite, Z-05 (particle size 0.5 to 1.0 mm) manufactured by Siegrite Co., Ltd. was used. Since a small amount of fine powder is present as it is, the fine powder was removed by washing with water before evaluation. As the porous particles, SGW (particle size 10 μm) manufactured by Siegrite Co., Ltd. was used. SGW is a crushed product of Z-05.

<多孔質粒子の飽和吸着容量の測定方法>
300、500、800、1000、5000、10000、15000ppmのCsCl水溶液100mLに対して、多孔質粒子1gを100mLビーカーに秤量し、スターラーピースを用いて24時間攪拌後のCsの平衡上清濃度を以下の方法にて測定した。初期濃度と平衡上清濃度から吸着量を算出した。
多孔質粒子としてA型ゼオライトを使用した場合について、図1に平衡上清濃度に対する吸着量をプロットした吸着等温線、図2に平衡上清濃度に対する平衡上清濃度の吸着量による除数をプロットしたLangmuirプロットを示す。
以下のLangmuir式(1)を変形し、Langmuirプロットを表す式(2)の傾きから多孔質粒子の飽和吸着容量を算出した。
<Measurement method of saturated adsorption capacity of porous particles>
For 100 mL of CsCl aqueous solution of 300, 500, 800, 1000, 5000, 10000, 15000 ppm, weigh 1 g of porous particles in a 100 mL beaker, and stir for 24 hours using a stirrer piece to obtain the equilibrium supernatant concentration of Cs below. It was measured by the method of. The adsorption amount was calculated from the initial concentration and the equilibrium supernatant concentration.
When A-type zeolite was used as the porous particles, the adsorption isotherm plotting the adsorption amount with respect to the equilibrium supernatant concentration was plotted in FIG. 1, and the divisor by the adsorption amount of the equilibrium supernatant concentration with respect to the equilibrium supernatant concentration was plotted in FIG. The Langmuir plot is shown.
The following Langmuir equation (1) was modified to calculate the saturated adsorption capacity of porous particles from the slope of equation (2) representing the Langmuir plot.

Figure 2021115563
Figure 2021115563

<粒状構造体の破過容量の測定方法>
容量2mLのカラム(バイオ・ラッドラボラトリーズ社製エコノカラム クロマトグラフィー用カラム#7370707)に上記の実施例及び比較例で製造した粒状構造体を2.0g入れ、アトー社製SJ-1211II-Lペリスタポンプを用いて1000ppmのCsCl溶液を1mL/minの流速で流し、東京理化器械社製フラクションコレクターDC-1000で10mLずつ分画して、Cs濃度を以下の方法で分析することにより破過曲線を得た。濃度が初期濃度の1%を超えた時間を破過時間として、その時間までの吸着量を粒状構造体の破過容量とした。
<Measurement method of breakthrough capacity of granular structure>
2.0 g of the granular structure produced in the above Examples and Comparative Examples was placed in a column having a capacity of 2 mL (Econo Column Chromatography Column # 7370707 manufactured by Bio-Radola Volatries), and an SJ-1211II-L Perista pump manufactured by Atto Co., Ltd. was used. A 1000 ppm CsCl solution was flowed at a flow rate of 1 mL / min, fractionated by 10 mL each with a fraction collector DC-1000 manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd., and the Cs concentration was analyzed by the following method to obtain a breakthrough curve. The time when the concentration exceeded 1% of the initial concentration was defined as the breakthrough time, and the adsorption amount up to that time was defined as the breakthrough capacity of the granular structure.

(Cs濃度の測定方法)
Cs濃度の測定は、誘導結合プラズマ質量分析装置<ICP-MS>を使用した。装置は、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製iCAP Qsを使用し、133CsをHeコリジョンモードで測定した。検量線は、原子吸光用標準液<Cs 1000μ g/mL 関東化学社製>を用いて、1%硝酸で希釈して作成した。試料は、検量線範囲内に納まるように1%硝酸で希釈して調製したものを測定に供した。
(Measuring method of Cs concentration)
An inductively coupled plasma mass spectrometer <ICP-MS> was used to measure the Cs concentration. The device used Thermo Fisher Scientific iCAP Qs and measured 133 Cs in He collision mode. The calibration curve was prepared by diluting with 1% nitric acid using a standard solution for atomic absorption <Cs 1000 μg / mL manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.>. The sample was prepared by diluting with 1% nitric acid so as to be within the calibration curve range, and was used for measurement.

Figure 2021115563
Figure 2021115563

(空隙率の測定方法)
空隙率の測定は、X線CT装置(ブルカーマイクロCT社製、SKYSCAN1272)を使用し、フル走査モードで測定した。測定条件は、電圧値は50kV、電流値は200μA、解像度は4904×3280pixel、分解能は0.8μmとした。取得した画像について画像処理ソフトImageJを用いて閾値を35に設定して二値化し、ImageJ中のコマンドAnalyze Particlesによって空隙面積が30μm2以上の空隙率を算出した。
(Measuring method of porosity)
The porosity was measured in full scanning mode using an X-ray CT device (SKYSCAN1272, manufactured by Bruker Micro CT). The measurement conditions were a voltage value of 50 kV, a current value of 200 μA, a resolution of 4904 × 3280 pixels, and a resolution of 0.8 μm. The acquired image was binarized by setting the threshold value to 35 using the image processing software ImageJ, and the void ratio with a void area of 30 μm 2 or more was calculated by the command Analyze Particles in ImageJ.

(粒子強度の測定方法)
粒子硬度測定装置(岡田精工社製、グラノ)を用い、装置内のステージに粒状構造体1個を配置し、圧子を100μm/secの速度で降下させ、粒状構造体が崩壊した際の荷重を測定した。この際、10個の粒状構造体について測定し、数平均値で示した。
(Measurement method of particle strength)
Using a particle hardness measuring device (Grano manufactured by Okada Seiko Co., Ltd.), one granular structure is placed on the stage inside the device, the indenter is lowered at a speed of 100 μm / sec, and the load when the granular structure collapses is applied. It was measured. At this time, 10 granular structures were measured and shown as a number average value.

Figure 2021115563
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Claims (8)

親水性多孔質粒子がバインダーを介して互いに結合している粒状構造体であって、粒状構造体の中央断面積中において30μm2以上の面積を有する空隙の占める比率が、乾燥時において5%以上15%以下であり、乾燥時における前記比率から水含浸時における前記比率を引いて得られる含水能力が4%以上15%以下であり、かつ、粒状構造体の粒子強度が400gf/mm2以上2000gf/mm2以下である、粒状構造体。 A granular structure in which hydrophilic porous particles are bonded to each other via a binder, and the ratio of voids having an area of 30 μm 2 or more in the central cross-sectional area of the granular structure is 5% or more when dried. It is 15% or less, the water content obtained by subtracting the ratio at the time of water impregnation from the ratio at the time of drying is 4% or more and 15% or less, and the particle strength of the granular structure is 400 gf / mm 2 or more 2000 gf. Granular structure less than / mm 2. 粒状構造体を構成するバインダーと親水性多孔質粒子との質量比(バインダー/親水性多孔質粒子)が0.05以上1以下である、請求項1に記載の粒状構造体。 The granular structure according to claim 1, wherein the mass ratio (binder / hydrophilic porous particles) of the binder constituting the granular structure and the hydrophilic porous particles is 0.05 or more and 1 or less. 親水性多孔質粒子がゼオライトである、請求項1又は2に記載の粒状構造体。 The granular structure according to claim 1 or 2, wherein the hydrophilic porous particles are zeolite. バインダーがケイ酸塩である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の粒状構造体。 The granular structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the binder is a silicate. 親水性多孔質粒子の細孔率が15%以上60%以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の粒状構造体。 The granular structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the hydrophilic porous particles have a pore ratio of 15% or more and 60% or less. 水中有害物質の吸着剤である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の粒状構造体。 The granular structure according to any one of claims 1 to 5, which is an adsorbent for harmful substances in water. 極性溶媒の液相反応系用の触媒である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の粒状構造体。 The granular structure according to any one of claims 1 to 5, which is a catalyst for a liquid phase reaction system of a polar solvent. 回転している容器回転型造粒機中の親水性多孔質粒子に、バインダーの水溶液を多流体ノズルで噴霧することによって造粒する工程を含む方法によって得られたものである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の粒状構造体。 It is obtained by a method including a step of granulating by spraying an aqueous solution of a binder on a hydrophilic porous particle in a rotating container rotary granulator with a multi-fluid nozzle. 7. The granular structure according to any one of 7.
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