JP2023507773A - 非水液体用濾過助剤 - Google Patents

Abstract

【課題】ステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドを減少させる、バイオディーゼルのような非水液体を濾過する方法を提供する。
【解決手段】ステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドなどの植物性不純物を吸着により部分的または完全に除去することによって、バイオディーゼルの（低温）性能を改善する濾過助剤材料を提供する。ある表面特性を有する濾過助剤材料を使用することによって、改善された低温浸漬特性を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、非水液体を濾過する方法に関する。特に、本発明は、バイオディーゼルのような非水液体を濾過する方法に関する。

経済的に実行可能な再生可能エネルギーを特定し利用することは、世界中の政府の政策目標とされてきた。これまで推進され開発されてきた再生可能燃料源の一つに、バイオディーゼルがある。バイオディーゼルは、石油系ディーゼル燃料に似た性質を持つので魅力的である。バイオディーゼルは、石油由来エネルギーの価格に依存し、エネルギー含有量と所要資本の比率が損益分岐点に近いため、風力エネルギー、太陽光エネルギー、エタノール由来エネルギーに代わる望ましいエネルギーとなり得る。

バイオディーゼルは、一般に脂肪酸アルキルエステル（ＦＡＡＥ）と呼ばれる脂肪酸の精製アルキルエステルの形態である。これらのＦＡＡＥの生産は、動植物の油脂のエステル交換反応、あるいは劣化した油脂中に見られる遊離脂肪酸（ＦＦＡ）を含む脂肪酸のエステル化によってなされる。この方法は、触媒（例えば、ナトリウムまたはカリウムの水酸化物またはメトキシド）の存在下で、トリアシルグリセロールをアルコール、典型的にはメタノールと反応させ、「エステル交換反応」と呼ばれる反応を起こさせることを含む。あるいは、一般に「イエローグリース」、「ブラウングリース」または「トラップグリース」と呼ばれる、高レベルのＦＦＡを含む、劣化した脂肪または油中に見出されるものを含む脂肪酸を、酸の存在下でアルコール、典型的にはメタノールと反応させ、「エステル化」と呼ばれる反応を起こさせる。劣化した油脂を原料として用いる場合、脂肪酸のＦＡＡＥへの変換を促進するためにエステル交換反応の前にエステル化が行われる。次いで、両工程からの未反応のメタノールをフラッシュ蒸発によって除去し、その後のエステル化および／またはエステル交換反応に再利用できるようにする。

バイオディーゼルはまた、植物源および動物性脂肪源の両方から得られ得るトリアシルグリセリド（「トリグリセリド」とも呼ばれる）からも得ることができる。トリアシルグリセリドは、例えば、大豆油、菜種油、パーム油、ココナッツ油、コーン油、綿実油、マスタード油、使用済の調理油、廃水処理施設からのフロートグリース、牛脂および豚脂のような動物性脂肪、ソーダ油さい、原油、「イエローグリース」（すなわち、遊離脂肪酸含有量が１５％未満の、人が消費するための食品を準備または調理するレストランその他の食品施設が食品を準備した結果として使用されまたは生成された動物性または植物性の油脂）、ならびに４％の最大遊離脂肪酸含有量を有する、主として豚肉および／または他の動物性脂肪に由来する脂肪となる「ホワイトグリース」から得ることができる。

しかしながら、脂肪酸のエステル化および／またはエステル交換反応を単に行うだけでは、有用なバイオディーゼル燃料を製造するのに十分ではない。ＦＡＡＥは不純物を含み、結晶化してエンジンを汚染し、ユーザーに多くの問題を引き起こす可能性がある。そのため、消費者の品質保証のニーズに対応するための規制が設けられた。商業用バイオディーゼルの厳格な基準は、米国政府のＡＳＴＭ ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌのＡＳＴＭ Ｄ６７５１や欧州標準化委員会による欧州連合のＥＮ １４２１４を含め、大半の国の政府によって開発されている。

上記のエステル交換反応の結果として、二つの生成物が生成される：脂肪酸アルキルエステル（ＦＡＡＥ）（典型的には脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ））およびグリセリンである。グリセリン部分は、遠心分離または重力沈降によってＦＡＡＥ部分から分離され、得られたＦＡＡＥはしばしば「粗バイオディーゼル」と称される。粗バイオディーゼル部分はバイオディーゼルとして商業的に販売される前に除去されなければならない不純物を含むＦＡＡＥからなる。これらの不純物は、アルコール、グリセリン、石鹸、残留触媒、金属、遊離脂肪酸、ステロールグリコシド、およびその他バイオディーゼルの安定性を低下させる不純物を含むが、これらに限定されない。したがって、工程のこの時点では、適切な仕様（例えば、ＡＳＴＭ Ｄ６７５１、ＥＮ １４２１４等）が達成されるまで、ＦＡＡＥをバイオディーゼルとして市販することはできない。

バイオディーゼルでは、より低温で固体の析出が起こることがある。この望ましくない析出を引き起こす主な不純物は、ステロールグルコシドおよび飽和モノグリセリドを含むと考えられる。この析出物は、フィルターの目詰まりや車両の誤動作につながる可能性がある。これは課題として認識されており、現在、「低温浸漬試験」と称されるＡＳＴＭ Ｄ７５０１を用いてバイオディーゼルの評価が行われている。ステロールグルコシドおよび飽和モノグリセリドを直接測定することは困難であり、高価である傾向があるため、業界は、フィルターの目詰まりを引き起こす汚染物質の傾向を特徴づける、実績に基づく試験Ｄ７５０１を選択してきた。

本発明の目的は、ステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドなどの植物性不純物を吸着により部分的または完全に除去することによって、バイオディーゼルの（低温）性能を改善する濾過助剤材料を提供することである。ここで使用される「吸着（ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）」は、周囲の流体相からの分子が固体の表面に付着する傾向をいう。これは、周囲流体からの分子が、固体の表面に付着することとは対照的な、固体内に拡散するときに生じる「吸収（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）」という用語と混同してはならない。

本発明者らは、驚くべきことに、ある表面特性を有する濾過助剤材料を使用することによって、改善された低温浸漬特性を得ることができることを見出した。

本発明は、非水液体を濾過する方法を提供する。より具体的には、第一の態様において、本発明は、非水液体を準備する工程と、濾過助剤材料を通して前記非水液体を濾過する工程とを含み、前記濾過助剤材料の分散表面エネルギー（γｄ ０．０８）が約３２より大きいことを特徴とする、非水液体を濾過する方法を提供する。

第二の態様では、非水液体を準備する工程と、濾過助剤材料を通して前記非水液体を濾過する工程とを含み、前記濾過助剤材料の塩基性表面エネルギー：酸性表面エネルギー（γ－／γ＋）の比が１より大きいことを特徴とする、非水液体を濾過する方法を提供する。

第三の態様では、非水液体を準備する工程と、濾過助剤材料を通して前記非水液体を濾過する工程とを含み、前記濾過助剤材料が、パーライトを含有し、パーライトから構成され、またはパーライトから本質的に構成されることを特徴とする、非水液体を濾過する方法を提供する。

パーライトは、膨張パーライトを含有し、膨張パーライトから構成され、または膨張パーライトから本質的に構成されてもよい。

本発明による方法は、非水液体から、ステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドなどの植物系不純物を除去または吸着するのに適している。

第四の態様では、ＡＳＴＭ Ｄ７５０１に従って試験をしたときの、非水液体中に析出しまたは結晶化したステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドの量を減少させるための濾過助剤材料の使用が提供され、前記濾過助剤材料は、本発明の第一、第二または第三の態様のいずれか１つ、またはいずれかの組み合わせに従う。

第五の態様では、非水液体の燃料フィルターブロック傾向（ｆｉｌｔｅｒ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｔｅｎｄｅｎｃｙ）を低減するための濾過助剤材料の使用が提供され、前記濾過助剤材料は、本発明の第一、第二または第三の態様のいずれか１つまたはいずれかの組み合わせに従う。前記濾過助剤材料は、ＡＳＴＭ Ｄ７５０１に従って試験したときに、非水液体から析出するステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドの量を減少および／または最小化することによって、非水液体の燃料フィルターブロック傾向（ｆｉｌｔｅｒ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｔｅｎｄｅｎｃｙ）を減少させる。例えば、濾過された非水液体（例えばバイオディーゼル）中のステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドの量は、１０ｐｐｍ未満となり得る。

第六の態様では、非水液体を濾過助剤材料を通して濾過することにより、非水液体（例えばバイオディーゼル）中のステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドの量を減少させる方法が提供され、前記濾過助剤材料は、本発明の第一、第二または第三の態様のいずれか１つまたはいずれかの組み合わせに従う。

濾過に続く本発明の種々の態様において、典型的には、非水液体（例えばバイオディーゼル）中のステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドの量は、約１０ｐｐｍ未満、例えば約９ｐｐｍ未満、例えば約８ｐｐｍ未満、例えば約７ｐｐｍ未満、例えば約６ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または４ｐｐｍ未満となり得る。濾過された非水液体中のステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドのレベルは、少なくとも１ｐｐｍとなり得る。

本発明の種々の態様において、濾過助剤材料は、生物源シリカ、火山ガラス、珪酸塩、珪藻土、パーライト、セルロースおよびシリカゲルのうちの１つ以上を含有し、から構成され、またはから本質的に構成されることができる。例えば、濾過助剤材料は、パーライトを含有し、パーライトから構成され、またはパーライトから本質的に構成されることができ、いくつかの例では、パーライトは、膨張パーライトを含有し、膨張パーライトから構成され、または膨張パーライトから本質的に構成される。濾過助剤材料は、複合または非複合形態で存在することができる。

非水液体は、バイオディーゼルから構成され、バイオディーゼルから本質的に構成され、またはバイオディーゼルを含有することができる。バイオディーゼルは、他の一つまたは複数の液体と組み合わせて存在してもよく、例えば、バイオディーゼルは、非バイオディーゼルまたは通常のディーゼル（石油系ディーゼル燃料）との組み合わせまたは混合物として存在してもよい。

本発明の種々の態様において、当該方法は、濾過するための非水液体を準備すること、濾過助剤材料をボディフィードとして非水性液体と混合すること、および濾過構造を通して非水液体を濾過して、濾過助剤材料を非水性液体から分離することを含み得る。濾過助剤材料は、本発明の様々な態様で使用する濾過助剤材料の通りである。濾過構造はまた、本発明による使用のための濾過助剤材料を含むことができる。例えば、非水液体を濾過する前に、濾過構造を濾過助剤材料でコーティングすることができる。

本発明に関連する多くの潜在的利点がある。例えば、ここに記載の方法は、非常に低レベルのステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドを有するバイオディーゼルのような非水液体を提供することができる。濾過された非水液体中のステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドのレベルは、約１０ｐｐｍ未満、例えば約９ｐｐｍ未満、例えば約８ｐｐｍ未満、例えば約７ｐｐｍ未満、例えば約６ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または４ｐｐｍ未満となり得る。濾過された非水液体中のステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドのレベルは、少なくとも１ｐｐｍとなり得る。

本発明によって提供される他の利点は、濾過が短縮された時間で行われてもよいこと、または濾過助剤と非水液体の接触時間が減少してもよいことを含む。本発明に従って濾過が行われる際の温度は、室温に近く、例えば、約２０℃以上約２５℃以下の範囲となり得る。例えば、前記温度範囲は、約１０℃以上約３０℃以下、例えば、約１２℃以上約２５℃以下、例えば、約１８℃以上約２４℃以下であってもよい。本発明による方法は、一般に、広範な加熱および／または冷却を必要とせず、より経済的な方法および実施することがより簡単な方法となる。

本発明のある一つの態様における任意の特徴は、任意の適切な組み合わせで、本発明の他の一つまたは複数の態様に適用することができる。特に、製品、装置または物品の態様は、方法および使用の態様に適用することができ、逆もまた同様である。

本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、本発明のこの態様および他の態様をより詳細に説明する。

非水性液体、例えばバイオディーゼル（または粗ＦＡＡＥ）を濾過するための典型的な工程の流れを示す。

以下、本発明の現在の好ましい実施形態が示された添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で体現することができ、ここに記載する実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない；むしろ、これらの実施形態は、完全性および網羅性のために提供され、本発明の範囲を当業者に十分に伝える。全体を通して、図面中の同一の参照番号は、同様の要素を表す。

ここで使用される場合、用語「含有する、含む（「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」）」またはこれらの任意の他の変型は、要素の一覧を含む工程、方法、構成、物品、または装置が、それらの要素のみを含むのではなく、明示的に列挙されていない、またはそのような工程、方法、構成、物品、または装置に固有の他の要素を含むことができるように、非排他的な包含に及ぶことを意図する。「典型的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」という用語は、「理想的（ｉｄｅａｌ）」というよりは「例（ｅｘａｍｐｌｅ）」という意味で使用される。

ここで使用される場合、単数形（「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」）は、文脈において他に指示されていない限り、複数の参酌を含む。「おおよそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」および「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、参照される数値または値とほぼ同じであることを意味する。ここで使用される場合、用語「おおよそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」および「約（ａｂｏｕｔ）は、特定の量または値の±１０％を包含すると理解することができる。

＜非水性液体＞
非水性液体はバイオディーゼルから選択することができる。非水性液体は、バイオディーゼルから構成され得るか、バイオディーゼルから本質的に構成され得るか、またはバイオディーゼルを含有し得る。バイオディーゼルは、非バイオディーゼルと混合されていてもよく、非バイオディーゼルは、ここでは、通常のディーゼル、一般のディーゼル、または石油系ディーゼルを意味する。非水性液体は、約２５重量％かそれ以下の水を含む液体を含み得る。いくつかの非水性液体、例えば、バイオディーゼル蒸留ボトムは、ｐｐｍの範囲（例えば、１０ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下）の水を含み得る。いくつかの液体は水洗され、数重量％の水、例えば、約１重量％以上約５重量％または約２重量％以下、約３重量％、または約４重量％以下の水を含むことができる。

バイオディーゼルという用語は、当業者にはよく理解されている。少なくとも米国では、バイオディーゼルは、合法的なディーゼル自動車燃料の仕様（ＡＳＴＭ Ｄ９７５）およびＡＳＴＭ Ｄ６７５１といったバイオディーゼル自体のＡＳＴＭ定義を満たさなければならない。ＡＳＴＭ Ｄ６７５１は、一般に欧州規格ＥＮ １４２１４に相当する。バイオディーゼルの技術的定義を以下に示す。

バイオディーゼルは（ｎ－）、Ｂ１００と呼ばれる、植物性油または動物性脂肪に由来する長鎖脂肪酸のモノアルキルエステルから構成され、ＡＳＴＭ Ｄ６７５１の要件を満たす燃料である。

バイオディーゼル混合物は（ｎ－）、ＢＸＸと呼ばれる、ＡＳＴＭ Ｄ６７５１を満たすバイオディーゼル燃料と石油系ディーゼル燃料との混合物であって、ＸＸが混合物中のバイオディーゼル燃料の体積％を表す混合物である。

バイオディーゼルは、グリセリンを脂肪や植物油から分離するエステル交換反応と呼ばれる化学工程によって製造される。この工程では、メチルエステルおよびグリセリンが提供される。メチルエステルはバイオディーゼルの製造に使用され、一方グリセリンは石鹸を含む種々の他の製品に使用され得る。本発明の背景に関連してここでもたらされる議論は、本発明に適用可能なバイオディーゼルの調製に関する詳細を提供する。

ここに記載された非水液体を濾過するための方法はバイオディーゼルに焦点を当てているが、当該方法は他の非水液体を濾過するのにも適している。

＜濾過助剤材料＞
本発明の種々の態様において、濾過助剤材料は、生物源シリカ、火山ガラス、珪酸塩、珪藻土、パーライト、セルロース、シリカゲルのうちの１つ以上を含有し、から構成され、またはから本質的に構成されることができる。

ある態様では、濾過助剤材料をパーライトから選択することができる。パーライトは、膨張パーライトであっても、非膨張パーライトであってもよい。このようなものとして、濾過助剤材料は、パーライトを含有し、パーライトから構成され、またはパーライトから本質的に構成されることができる。

濾過助剤材料は、複合材料または非複合材料の形態であってもよい。濾過助剤材料は、材料の混合物を含むことができる。例えば、濾過助剤材料は、珪藻土およびシリカゲルを含有し、珪藻土およびシリカゲルから構成され、または珪藻土およびシリカゲルから本質的に構成されることのできる複合材料を含有し、当該複合材料から構成され、または当該複合材料から本質的に構成されることができる。珪藻土はシリカゲルで被覆してもよい。濾過助剤材料中にさらなる材料が存在しても存在しなくてもよく、さらなる材料が存在する場合、当該材料は濾過助剤材料を結合する働きを持つ結着剤材料である。濾過助剤材料は、吸着剤成分および濾過成分を含有することができる。結着剤が存在する場合には、当該結着剤は吸着剤成分および濾過成分とは異なる材料であってもよく、それらを結合する働きを有する。

ここで使用される「生物源シリカ」という用語は、生物によって生成またはもたらされるシリカを指す。生物源シリカの一例は珪藻岩である。珪藻土（ＤＥ）は珪藻岩から形成される。珪藻岩は砕けやすい明るい色の堆積岩で、主に珪藻類の珪質骨格の残骸から構成されている。珪藻岩が粉砕され粉末になった場合、通常、珪藻土と呼ばれる。

珪藻岩は珪藻類の珪質被殻（つまり、シェルまたは骨格）の形態における生物源シリカに富んだ堆積物である。珪藻類は珪藻綱の微小な単細胞藻類の多様な配列であり、華麗な珪質骨格、または、生きている珪藻類では丸薬箱のように互いにぴったりと合っている、二つの殻を含む多様で複雑な構造の被殻を有する。珪藻岩は、水生の珪藻類の残骸から形成される可能性があるため、珪藻岩の堆積物は、現在または過去の水域の近くで見つかる可能性がある。これらの堆積物は一般に、発生源に基づいて二つのカテゴリーに分けられる：淡水と海水である。淡水珪藻岩は、一般に、乾燥した湖底から採掘され、結晶質シリカ含有量が低く、鉄含有量が高いことが特徴づけられ得る。対照的に、海水珪藻岩は一般的に海洋地域から抽出され、結晶質シリカ含有量が高く、鉄含有量が低いことが特徴づけられ得る。珪藻被殻の形態は、種によって大きく異なる場合があり、分類学による分類の基礎となる；少なくとも２０００種の異なる種が知られている。各殻の表面は、被殻の複雑な微細構造を含む一連の開口部により区切られており、個々の種に特有のデザインが施されている。典型的な被殻のサイズは、約０．７５μｍ以上約１０００μｍ以下の範囲となり得る。被殻のサイズは、約１０μｍ以上約１５０μｍ以下の範囲であってもよい。このサイズ範囲の被殻は、化学平衡を維持する条件下で保存された場合、多孔質で複雑な構造の大部分を地質時代の長期間にわたって実質的に無傷のまま保持するのに十分な耐久性を有し得る。

本発明における使用において、珪藻岩または珪藻土は、未焼成でもよく、または焼成されていてもよい。任意に、珪藻岩または珪藻土を焼成する。焼成する場合、珪藻土はフラックス焼成されていてもよく、非フラックス焼成でもよい。

焼成は、当業者に現在知られ、または今後発見される任意の適切な工程に従って行うことができる。いくつかの実施形態では、焼成は、濾過助剤材料の融点より低い温度で行われる。いくつかの実施形態において、焼成は、約６００℃以上約１１００℃以下の範囲の温度で行われる。いくつかの実施形態において、焼成温度は、約６００℃以上約７００℃以下の範囲である。いくつかの実施形態において、焼成温度は、約７００℃以上約８００℃以下の範囲である。いくつかの実施形態において、焼成温度は、約８００℃以上約９００℃以下の範囲である。いくつかの実施形態において、焼成温度は、約６００℃、約７００℃、約８００℃、約９００℃、約１０００℃及び約１１００℃からなる群から選択される。

フラックス焼成は、少なくとも一つの融剤の存在下で少なくとも一つの焼成を行うことを含む。フラックス焼成は、当業者に現在知られ、または今後発見される任意の適切な工程に従って行うことができる。いくつかの実施形態において、当該少なくとも一つの融剤は、当業者に現在知られ、または今後発見される、融剤として作用し得る任意の材料である。いくつかの実施形態において、当該少なくとも一つの融剤は、少なくとも一つのアルカリ金属を含む塩である。いくつかの実施形態において、当該少なくとも一つの融剤は、炭酸塩、珪酸塩、塩化物及び水酸化物の塩からなる群から選択される。他の実施形態では、当該少なくとも一つの融剤は、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、およびセシウムの塩からなる群から選択される。さらに別の実施形態において、当該少なくとも一つの融剤は、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、および炭酸セシウムの塩からなる群から選択される。

生物源シリカの他の供給源には、植物、動物、および微生物が含まれ、これらは独特の特性を有するシリカの豊かな供給源を提供し得る。例えば、籾殻は、一般的に「籾殻灰」として知られる珪質残留物を得るため商業的に灰化することができる十分なシリカを含んでいる。さらに、ある種の海綿もシリカの豊かな供給源であり、その残留物は針状骨片として地質堆積物中に見出される。

ここで使用される用語「火山ガラス」は、珪質マグマまたは溶岩の急速冷却によって形成されるガラスを指す。いくつかの種類の火山ガラスが知られており、例えば、パーライト、軽石、軽石粉、黒曜石及び松脂岩を含む。パーライトや軽石のような火山ガラスは、大量の堆積物に存在し、広く商業的に利用されている。火山灰は、固化した状態ではしばしば「凝灰岩」と呼ばれ、ガラス状となり得る小さな粒子または破片を含む。ここで使用される用語「火山ガラス」は、さらに火山灰を包含する。

火山ガラスは化学的には流紋岩と同等である。粗面岩、デイサイト、安山岩、ラタイト、玄武岩と化学的に同等である火山ガラスも知られているが、あまり一般的ではない可能性がある。「黒曜石」という用語は、一般にはシリカを多く含む多数の火山ガラスに当てはまる。黒曜石ガラスはそのシリカ含有量によってサブカテゴリーに分類され、流紋岩質黒曜石（典型的には約７３重量％のＳｉＯ_２を含む）が最も一般的である。

パーライトは、例えば、約７２重量％以上約７５重量％以下のＳｉＯ_２、約１２重量％以上約１４重量％以下のＡｌ_２Ｏ_３、約０．５重量％以上約２重量％以下のＦｅ_２Ｏ_３、約３重量％以上約５重量％以下のＮａ_２Ｏ、約４重量％以上約５重量％以下のＫ_２Ｏ、約０．４重量％以上約１．５重量％以下のＣａＯ、および少量の他の金属元素を含有し得る水和火山ガラスである。

パーライトは、化学的に結合した水の含有量が高いこと（例えば約２重量％から約５重量％）、ガラス質で真珠のような光沢のある特徴的な同心円状または弓状のタマネギ皮様の（すなわち、真珠岩質の）破砕が存在することにより、他の火山性ガラスと区別される。パーライト製品は、粉砕および熱膨張によって調製することができ、高い空隙率、低い仮比重、および化学的不活性といった独特の物理的特性を有することがある。ここで使用される「パーライト」はまた、膨張パーライトを含む。パーライトは、非膨張パーライトまたは膨張パーライトであってもよく、または非膨張パーライトおよび膨張パーライトの両方を含んでいてもよい。

本発明に用いるパーライトは、パーライト原材料、例えばパーライト原石から得ることができる。

膨張パーライトを調製するための適切な工程条件は、米国特許出願公開第２００６／００７５９３０号に開示されており、その内容全体は、参照することによりここに組み込まれる。一般に、本発明で使用される膨張パーライトは、破砕、研削、粉砕、スクリーニングおよび熱膨張を含む方法によって調製することができる。例えば、パーライト鉱石を破砕、研削し、所定の粒度範囲に分離する。次いで、分離された材料は、空気中で加熱することができ、典型的には８７０℃から１１００℃の温度で加熱することができる。膨張したパーライトは、従来の破砕、研削および粉砕の技術を用いて調製することができ、従来の分離技術を用いて粒度要件を満たすように分離することができる。

膨張パーライトは、例えば、所望の粒度分布を提供するように分類することができる。例えば、膨張パーライト（粉砕されたものまたは粉砕されていないもの）は、例えばある直径の粒子を除去するために、サイクロン分離器などといった空気分級機によって分類することができる。例えば、濾過のために膨張パーライトを使用する前に、スクリーニングを使用して、粒度分布および任意に除去される細粒分を決定することができる。スクリーニングとは、特定のメッシュサイズのふるいを一つ以上使用して、粒子材料を複数の粒度画分に分離することをいう。したがって、所与の材料の粒度分布は、メッシュサイズより大きいまたは小さいサイズである材料中の粒子の（重量）％によって表すことができる。膨張パーライトは、ここで言及される粒径を有し得る。例えば、膨張パーライトは、約３０μｍ以上約５０μｍ以下のメディアン粒径（ｄ_５０）を有し得る。

濾過助剤材料として使用するためのパーライトを調製する方法は、ガラス状鉱物、例えば、パーライト原石のようなパーライト原材料を脱水することを含み得る。

脱水は、例えば、パーライト原材料を加熱することによって、および／または、水分含有量を減少させるためパーライト原材料を減圧環境に露出することによって実現することができる。脱水膨張パーライトを調製するための適切な工程条件は、国際公開２０１９／０４６４９９ Ａ１に開示されており、その内容全体は参照することによりここに組み込まれる。

「セルロースは、地球上で最も豊富に存在する生体材料の一つである。一般に植物によって合成されるが、一部の細菌によっても産生される。デンプンと同様に、セルロースはグルコースのホモポリマーであるが、デンプンと異なり、グルコースのモノマーはβ－１，４結合で結合している。セルロースは丈夫で、繊維状であって水に不溶な多糖であり、植物の細胞壁の構造を安定に保つのに不可欠な役割を果たしている。セルロース鎖はミクロフィブリルまたは多糖の束に配置され、ミクロフィブリルまたは多糖の束はフィブリル（ミクロフィブリルの束）に配置され、順番に植物細胞壁を形成する。この配置は、植物構造の安定性を助けるだけでなく、セルロースが高い強度と他の優れた機械的特性を持つ生体材料であることを示唆している。」Ｔｏｒｏｋ、Ｂｅｌａ、Ｔｉｍｏｔｈｙ Ｄｒａｎｓｆｉｅｌｄ著、「Ｇｒｅｅｎ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ：ａｎ Ｉｎｃｌｕｓｉｖｅ Ａｐｐｒｏａｃｈ」Ｅｌｓｅｖｉｅｒ出版、２０１８年。

セルロース「は、水中の懸濁液に繊維を分散させて製造したもので、非常に広く使用される媒体である。この懸濁液をマット構造に浸透させ、圧縮して乾燥する。異なる工程で行うことにより、異なる空隙率が実現される。繊維の大きさが重要である。セルロース繊維は比較的粗いが、ガラスはより細かい。セルロース系紙は保持力が弱く、コストが低く良好な機械的特性を有するために工業的液体濾過用途に広く使用されている。ガラスは一般に実験用途に使用される。

ガラスとセルロース紙の両方にメラミン、樹脂、ネオプレンなどの接着剤を含浸させて強度を高め、濾過特性を変更することができる。シリコンはまた、コアレッサーおよび分離用途のための撥水性を与えるために使用される。濾紙の非常に一般的な最終用途は、ミクロン範囲が０．５μｍ以上５００μｍ以下である、自動車や工業用途で使われるプリーツカートリッジである。濾紙は、プレート・フレームプレスや加圧リーフプレスにも使用されている。紙は通常、その脆弱性のため、打抜金網、金網、合成繊維布によって支持される。」Ｓｖａｒｏｖｓｋｉ、Ｌａｄｉｓｌａｖ著、「Ｓｏｌｉｄ－Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ」Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ－Ｈｅｉｎｅｍａｎｎ出版、２０００年。

濾過助剤材料は、複合濾過助剤材料を含有し、複合濾過助剤材料から構成され、または複合濾過助剤材料から本質的に構成されることができる。したがって濾過助剤材料は、ここでは複合濾過助剤材料と呼ばれることがある。ここで使用される場合、用語「複合濾過助剤」は、珪酸塩基材などの基材を有する材料およびその上に沈降した材料を指すことがある。例えば、複合濾過助剤材料は、珪藻土およびシリカゲルのようなシリカとの複合物を含有し、珪藻土およびシリカゲルのようなシリカとの複合物から構成され、または珪藻土およびシリカゲルのようなシリカとの複合物から本質的に構成されることができる。シリカ、例えばシリカゲルは、珪酸塩（例えば珪藻土）基材の表面上にコーティングされ得るか、または沈降し得る。シリカ、例えばシリカゲルは、珪酸塩（例えば珪藻土）基材の表面の一部、実質的に全体、または全体にコーティングされまたは沈降してもよい。珪酸塩（例えば珪藻土）基材は濾過成分として作用することができ、一方、沈降シリカ（例えばシリカゲル）は吸着成分として作用することができる。複合濾過助剤は、構成基材またはその上に単独で沈降した材料のいずれかと異なる特性を有し得る。

本発明での使用に適した複合濾過助剤材料を調製するために、珪酸塩基材、例えば珪藻岩、生物源シリカ、または火山ガラス（例えばパーライト）を水と混合して懸濁液を形成することができる。基材は、市販の珪藻岩またはパーライトの濾過成分であってもよい。適当な市販の珪藻岩には、例えば、Ｉｍｅｒｙｓ製のＣｅｌｉｔｅ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｓｕｐｅｒ Ｃｅｌ（商標）が含まれる。基材は、すべてＩｍｅｒｙｓ製のＣｅｌｉｔｅ ３Ｚ（商標）、Ｃｅｌｉｔｅ ５７７（商標）、Ｃｅｌｉｔｅ ２８９（商標）、Ｃｅｌｉｔｅ ５１２（商標）、Ｃｅｌｉｔｅ ５３５（商標）、Ｃｅｌｉｔｅ ５４５（商標）、Ｃｅｌｉｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ－Ｃｅｌ（商標）、およびＣｅｌｉｔｅ Ｈｙｆｌｏ Ｓｕｐｅｒ－Ｃｅｌ（商標）を含むグループから選択される市販の濾過成分であってもよい。基板は、一般にＨａｒｂｏｒｌｉｔｅ（商標）と呼ばれるグループから選択される市販の成分であってもよい。特定の例は、同じくＩｍｅｒｙｓから市販されているＨａｒｂｏｒｌｉｔｅ（商標）９００である。

沈降シリカは、珪酸塩基材上に沈降する沈降シリカゲルを含むことがある。沈降シリカは非晶質シリカであってもよい。

次いで、珪酸ナトリウム溶液を基材懸濁液に添加してもよく、これによりｐＨが上昇する。基材に対する珪酸ナトリウムの重量比は、例えば、約１：３とし得るが、任意の適切な比を使用し得る。珪酸ナトリウムは、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）およびシリカ（ＳｉＯ_２）を含むいくつかの化合物のうちのいずれかを含むことができる。このような組み合わせは、例えば、オルト珪酸ナトリウム（Ｎａ_４ＳｉＯ_４）、メタ珪酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳｉＯ_３）、および二珪酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｓｉ_２Ｏ_５）を含む。いくつかの実施形態において、珪酸ナトリウムは、珪藻岩ベースの珪酸ナトリウムである。ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏ比が約３．２：１で、濃度が２０％である珪酸ナトリウムは、例えば、Ｉｍｅｒｙｓから購入することができる。ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏ比が約３：１で、濃度が３４．６％である珪酸ナトリウムは、例えば、ＰＱコーポレーションから購入することができる。

そして、シリカが基材の表面上へ沈降するのに適したｐＨ範囲となるまでスラリーの酸性度を上昇させる（すなわち、ｐＨを低下させる）ため十分な量の酸またはその塩をスラリーに添加することができる。当業者のノウハウの範囲内で、任意の適切な酸を選択することができ、酸は、硫酸、リン酸、塩酸、硝酸、および／または酢酸のうち一つ以上を含むことができる。沈降珪酸塩は、基材の表面にコーティング（例えば層）を形成することができる。

ｐＨを低下させる際、スラリーを定期的に攪拌してもよい。いくつかの実施形態によれば、攪拌は、シリカのゲル化が起こるまで継続してもよく、これにより基材上にコーティングを形成し得る。いくつかの実施形態によれば、攪拌は、溶液の酸性度およびスラリー中の珪酸ナトリウム濃度に応じて、約２５分から約６０分間行うことができる。次いで、スラリーを濾過し、濾過を促進するために水を懸濁液に加えることができる。生成されたケークを水で洗浄してもよい。そして、洗浄したケークを、ケーク中の過剰の流体が蒸発するまで乾燥させることができる。例えば、ケークを約１１０℃以上約２００℃以下の範囲の温度で乾燥することができ、得られたケークは、例えば珪藻岩（または珪藻土）などの、沈降シリカのコーティングを有する珪酸塩濾過成分を含む。

沈降シリカは共ゲルを含むことができる。例えば、硫酸マグネシウム、アルミン酸ナトリウム、またはその両方を、沈降シリカまたは沈降シリカゲルを形成する珪酸ナトリウム溶液に添加することができる。硫酸塩またはアルミン酸塩の添加は、沈降した珪酸塩と共に珪酸塩構造を形成し得る。沈降珪酸塩がシリカゲルのようなゲルである場合、硫酸塩またはアルミン酸ナトリウムの添加は共ゲルを形成し得る。

ここに開示される濾過助剤材料は、粒径を有する。粒径は、当業者に現在知られ、または今後発見される任意の適切な測定技術によって測定することができる。ある典型的な方法では、Ｌｅｅｄｓ ａｎｄ Ｎｏｒｔｈｒｕｐ マイクロトラック Ｘ１００レーザー粒度分析計（米国、ペンシルバニア州、ノースウェールズ、Ｌｅｅｄｓ ａｎｄ Ｎｏｒｔｈｒｕｐ）を用いて、粒径および粒度分布（「ｐｓｄ」）などの粒径特性を測定する。所定の粒子のサイズは、懸濁液中に沈殿する同等の直径を有する球の直径で表され、等価球径または「ｅｓｄ」としても知られる。メディアン粒径、またはｄ_５０値は、粒子の５０重量％がそのｄ_５０値より小さいｅｓｄを有する値である。ｄ_１０値は、粒子の１０重量％がそのｄ_１０値より小さいｅｓｄを有する値である。ｄ_９０値は、粒子の９０重量％がそのｄ_９０値より小さいｅｓｄを有する値である。

濾過助剤材料は、約１μｍ以上約３００μｍ以下の範囲、例えば、約４０μｍ以上約３００μｍ以下、約４０μｍ以上約２５０μｍ以下、約１００μｍ以上約２５０μｍ以下、約５μｍ以上約１５０μｍ以下、約４０μｍ以上約１４０μｍ以下、約６０μｍ以上約１２０μｍ以下、約２０μｍ以上約５０μｍ以下、約３０μｍ以上約５０μｍ以下、約３０μｍ以上約６０μｍ以下、約６０μｍ以上約９０μｍ以下、約９０μｍ以上約１２０μｍ以下、約１２０μｍ以上約１５０μｍ以下、約１μｍ以上約４０μｍ以下、約１０μｍ以上約４０μｍ以下、約１０μｍ以上約３０μｍ以下、または約１５μｍ以上約２５μｍ以下のメディアン粒径（ｄ_５０）を有し得る。

濾過助剤材料は、約５０μｍ以上約７００μｍ以下の範囲、例えば、約３００μｍ以上約７００μｍ以下、約３００μｍ以上約５００μｍ以下、約１００μｍ以上約３００μｍ以下、約２００μｍ以上約４００μｍ以下、約５０μｍ以上約３００μｍ以下、約１００μｍ以上約２００μｍ以下、約２００μｍ以上約３００μｍ以下、約５０μｍ以上約１００μｍ以下、約６０μｍ以上約１４０μｍ以下、約７０μｍ以上約１２０μｍ以下または約８０μｍ以上約１１０μｍ以下のｄ_９０値を有し得る。

濾過助剤材料は、約１μｍ以上約３０μｍ以下の範囲、例えば、約１μｍ以上約１０μｍ以下、約１０μｍ以上約２０μｍ以下、約２０μｍ以上約３０μｍ以下、約５μｍ以上約１５μｍ以下、約１５μｍ以上約２５μｍ以下、約２０μｍ以上約２５μｍ以下、約２μｍ以上約２０μｍ以下、約３μｍ以上約１５μｍ以下、約４μｍ以上約１２μｍ以下、約５μｍ以上約１０μｍ以下、約１μｍ以上約５μｍ以下、または約１μｍ以上約３μｍ以下のｄ_１０値を有し得る。

個別にまたは任意の組み合わせで考慮され与えられたｄ_１０、ｄ_５０およびｄ_９０の値は、ここに記載された各々の濾過助剤材料に適用可能である。各々の特定の値または値の範囲は、生体源シリカ、火山ガラス、珪酸塩、珪藻土、パーライト（膨張パーライトまたは非膨張パーライトを含む）、セルロース、およびシリカゲルのいずれにも適用することができる。

濾過助剤材料は、約５０ミリダルシーから約５０００ミリダルシー（「ｍｄ」）の範囲の透過性を有し得る。例えば、濾過助剤材料は、約５０ｍｄ以上約２０００ｍｄ以下、約５０ｍｄ以上約１０００ｍｄ以下、約５０ｍｄ以上約５００ｍｄ以下、約５０ｍｄ以上約３００ｍｄ以下、約５０ｍｄ以上約２００ｍｄ以下、約５０ｍｄ以上約１００ｍｄ以下、約１００ｍｄ以上約４００ｍｄ以下、約１００ｍｄ以上約３００ｍｄ以下、約１００ｍｄ以上約２００ｍｄ以下、約２００ｍｄ以上約３００ｍｄ以下、約１００ｍｄ以上約４０００ｍｄ以下、約１００ｍｄ以上約３０００ｍｄ以下、約５００ｍｄ以上約３０００ｍｄ以下、約５００ｍｄ以上約１５００ｍｄ以下、約１５００ｍｄ以上約３０００ｍｄ以下、約２００ｍｄ以上約２０００ｍｄ以下、約２００ｍｄ以上約１０００ｍｄ以下、約２００ｍｄ以上約５００ｍｄ以下、約５００ｍｄ以上約１０００ｍｄ以下、約１０００ｍｄ以上約１５００ｍｄ以下、約１５００ｍｄ以上約２０００ｍｄ以下、約２０００ｍｄ以上約２５００ｍｄ以下、約２５００ｍｄ以上約３０００ｍｄ以下、または約１０００ｍｄ以上約２０００ｍｄ以下の範囲の透過性を有し得る。透過性は、当業者に現在知られ、または今後発見される任意の適切な測定技術によって測定することができる。透過性は一般にダルシー単位またはダルシーで測定され、高さ１ｃｍの多孔床の１ｃｍ^２の断面において、２０℃の時の１気圧の加圧力差における、１ｍＰａ＊ｓの粘度を持つ流体（例えば水）が１ｃｍ^３／秒の流速で流れる際の透過率によって決定される。透過性の測定原理は、あらかじめダルシーの法則（例えば、Ｊ．Ｂｅａｒ著「Ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｓ ｉｎ Ｐｏｒｏｕｓ Ｍｅｄｉａ １６１－１７７」（第２版１９８８年）中の「Ｔｈｅ Ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｆｌｕｉｄ：Ｄｅｉｖａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｄａｒｃｙ’ｓ Ｌａｗ」を参照）より多孔質媒体について導き出されている。透過性と相関し得る一連の装置および方法が存在する。透過性を測定するために有用なある典型的な方法において、特別に構築された装置は、水中の濾過媒体の懸濁液から隔壁上に濾過ケークを形成するように設計される；既知の断面積を有する濾過ケークの測定された厚さを所定量の水が流れるのに要する時間を測定する。各々の特定の値または値の範囲は、生体源シリカ、火山ガラス、珪酸塩、珪藻土、パーライト（膨張パーライトまたは非膨張パーライトを含む）、セルロース、シリカゲルのいずれにも適用することができる。

ここで使用される「表面積」は、ＢＥＴ表面積を指す。ここで使用される「ＢＥＴ表面積」とは、Ｂｒｕｎａｕｅｒ、ＥｍｍｅｔｔおよびＴｅｌｌｅｒ（「ＢＥＴ」）の理論に従って物理吸収分子の比表面積を計算するための技術を指す。ＢＥＴ表面積は、吸着剤ガスとして窒素を使用するＧｅｍｉｎｉ ＩＩＩ ２３７５表面積測定装置、またはＭｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（米国、ジョージア州、ノークロス）から入手可能なＡＳＡＰ（商標）２４６０表面積およびポロシメトリー測定装置を用いて測定することができる。濾過助剤材料は、約０．５ｍ^２／ｇ、約１ｍ^２／ｇ、約５ｍ^２／ｇ、約１０ｍ^２／ｇまたは約２５ｍ^２／ｇ以上４４０ｍ^２／ｇ以下の範囲のＢＥＴ表面積を有し得る。例えば、濾過助剤材料は、約５０ｍ^２／ｇ以上約３００ｍ^２／ｇ以下、約５０ｍ^２／ｇ以上約２００ｍ^２／ｇ以下、約５０ｍ^２／ｇ以上約１５０ｍ^２／ｇ以下、約１００ｍ^２／ｇ以上約２００ｍ^２／ｇ以下、または約１００ｍ^２／ｇ以上約１５０ｍ^２／ｇ以下の範囲のＢＥＴ表面積を有し得る。各々の特定の値または値の範囲は、生体源シリカ、火山ガラス、珪酸塩、珪藻土、パーライト（膨張パーライトまたは非膨張パーライトを含む）、セルロース、シリカゲルのいずれにも適用することができる。

いくつかの実施形態によれば、濾過助剤材料は、約５ｌｂｓ／ｆｔ^３または約１０ｌｂｓ／ｆｔ^３以上約４０ｌｂｓ／ｆｔ^３以下の範囲の湿潤密度を有し得る。例えば、濾過助剤材料は、約５ｌｂｓ／ｆｔ^３または約１０ｌｂｓ／ｆｔ^３以上約２０ｌｂｓ／ｆｔ^３以下、約５ｌｂｓ／ｆｔ^３または約１０ｌｂｓ／ｆｔ^３以上約１５ｌｂｓ／ｆｔ^３以下、約２０ｌｂｓ／ｆｔ^３以上約３０ｌｂｓ／ｆｔ^３以下、約１５ｌｂｓ／ｆｔ^３以上約２５ｌｂｓ／ｆｔ^３以下、約２５ｌｂｓ／ｆｔ^３以上約３５ｌｂｓ／ｆｔ^３以下、約１５ｌｂｓ／ｆｔ^３以上約２０ｌｂｓ／ｆｔ^３以下、約２０ｌｂｓ／ｆｔ^３以上約２５ｌｂｓ／ｆｔ^３以下、または約２５ｌｂｓ／ｆｔ^３以上約３０ｌｂｓ／ｆｔ^３以下の範囲の湿潤密度を有し得る。各々の特定の値または値の範囲は、生体源シリカ、火山ガラス、珪酸塩、珪藻土、パーライト（膨張パーライトまたは非膨張パーライトを含む）、セルロース、シリカゲルのいずれにも適用することができる。

「湿潤密度」は、材料の空隙率の指標である。例えば、湿潤密度は、濾過工程において粒子状物質を捕捉するために利用可能な空隙容積を反映し、したがって、濾過効率を判断するために湿潤密度を用いることができる。湿潤密度はさらに材料のパーセント空隙率を示し、次の式で表すことができる。：
空隙率＝１００＊［１－（湿潤密度／真密度）］

したがって、濾過助剤材料または、例えば、より低い湿潤密度を有する濾過成分は、より大きな空隙率を有する生成物をもたらし、したがって、真密度が比較的一定に保たれる場合には、おそらくより大きな濾過効率をもたらす。湿潤密度が、濾過工程において物質を捕捉するための吸着剤成分の空隙容積を反映すると仮定すると、湿潤密度がより低いことは、吸着剤成分が高い空隙容積を有し、これにより、流体中のより多くの粒子および／または構成要素を吸着することができることを示し得る。

ある典型的な方法に照らし、湿潤密度を測定するために、約１．００ｇ以上約２．００ｇ以下の既知の重量の材料試料を較正済みの１５ｍｌ遠心管に入れる。次に脱イオン水を加えて約１０ｍｌの体積とする。混合物を、試料の全てが湿潤し粉体が残らなくなるまで完全に振盪する。遠心管の頂部の周りに追加の脱イオン水を加え、振盪によって管の側面に付着した混合物をすすぎ落とす。次いで、遠心管を、モデル２２１スウィンギングバケットロータ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ；米国、マサチューセッツ州、ニーダムハイツ）を備えたＩＥＣ Ｃｅｎｔｒａ（商標）ＭＰ－４Ｒ遠心分離機により２５００ｒｐｍで５分間遠心分離する。遠心分離の後、遠心管は、固体を乱すことなく注意深く除去される。沈殿物のレベル（すなわち体積）をｃｍ^３で表す。遠心分離した粉体の湿潤密度は、測定した体積で試料重量を割ることによって求めることができる。

＜表面エネルギー＞
濾過助剤材料の表面エネルギーは、公知の技術を用いて測定することができる。本発明によれば、表面エネルギーは、英国、ＨＡ０ ４ＰＥ、ロンドン、アルパートンに本社を有するＳｕｒｆａｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ社により供給されるインバースガスクロマトグラフィー表面エネルギー測定装置（ｉＧＣ－ＳＥＡ）を用いて測定することができる。ｉＧＣ－ＳＥＡの操作は、インバースガスクロマトグラフィー（ＩＧＣ）方法論に基づくものであり、固体材料の表面およびバルク特性を評価するための気相技術である。本質的には、当該測定は従来のガスクロマトグラフィー（ＧＣ）実験の逆である。円筒状カラムには、本発明の目的のため典型的には粉末形態である対象の固体材料が均一に充填される。次に、ガスの一定濃度のパルスを一定のキャリアガス流量でカラムに注入し、パルスまたは濃度フロントがカラムから溶出するのに要する時間を検出器で測定する。種々の気相プローブ分子を用いた一連のＩＧＣ測定により、固体試料の広範囲における物理化学的性質にアクセスできる。注入されたガス分子は材料を通過し、分配係数Ｋｓで表面に吸着する。：
Ｋｓ＝Ｖｎ／Ｗｓ

ここで、Ｖｎは、カラムを通して注入物を溶出するのに必要なキャリアガスの体積である全補正保持容量であり、Ｗｓは試料の質量である。Ｖｎは、プローブガスが固体試料とどの程度強く相互作用するかの尺度であり、さまざまな表面およびバルク特性を計算することのできるＩＧＣ実験から得られた基本的なデータと考えられる。γｄ０．１６、γｄ０．０８、γｄ０．００１６の表記に関して、ガンマ（γ）の値の後の数字は、ガスによる表面被覆率を示す。したがって、γｄ０．１６は、表面の１６（体積）％がガスで覆われていることを示し、γｄ０．０８は、表面の８（体積）％がガスで覆われていることを示し、γｄ０．００１６は、表面の１．６（体積）％がガスで覆われていることを示す。

例えば、ｉＧＣ－ＳＥＡにより表面エネルギーを測定するために、本発明に従って以下の工程を実行することができる。

１．濾過助剤材料試料のＢＥＴ表面積を測定する。ここで使用される「表面積」は、ＢＥＴ表面積を指す。ここで使用される「ＢＥＴ表面積」とは、Ｂｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔｔ及びＴｅｌｌｅｒ（「ＢＥＴ」）の理論に従って物理吸収分子の比表面積を計算するための技術を指す。ＢＥＴ表面積は、吸着剤ガスとして窒素を使用するＧｅｍｉｎｉ ＩＩＩ ２３７５表面積測定装置、またはＭｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（米国、ジョージア州、ノークロス）から入手可能なＡＳＡＰ（商標）２４６０表面積およびポロシメトリー測定装置を用いて測定することができる。

２．一定量の濾過助剤材料をガラス円筒状カラムに充填する。カラムに充填される材料の量としては、２ｍｍの内径を有するカラムにおいて約７ｍｍの高さまで充填するか、または約０．５ｍ^２のＢＥＴ表面積を有するようにすべきである。表面積測定は、カラム内の材料のレベルが高くなる場合に使用される。

３．濾過助剤材料を充填したカラムをｉＧＣ－ＳＥＡに装填する。

４．表面エネルギーは５０℃で測定した。

５．分散表面エネルギー（γｄ）は、以下のアルカンのうち少なくとも３種を用いて測定される：ヘプタンアルカン、オクタンアルカン、ノナンアルカン、デカンアルカン、およびドデカンスアルカン。０．１６の表面被覆率を提供する最も高いアルカンが好ましい。溶出速度は低いこと（例えば約７ｃｍ^３／分）が好ましい。典型的には、少なくとも約０．２分の溶出時間となるよう、十分に低い溶出速度である必要がある。

６．ジクロロメタン（ＣＨ_２Ｃｌ_２）を用いて塩基型表面エネルギー（γ－）を測定する。溶出速度は低いこと（例えば約７ｃｍ^３／分）が好ましい。典型的には、少なくとも約０．２分の溶出時間となるよう、十分に低い溶出速度である必要がある。

７．酢酸エチル（ＣＨ_３ＣＯＯＣ_２Ｈ_５）を用いて酸型表面エネルギー（γ＋）を測定する。γ＋の測定にはγ－よりも高い溶出速度が用いられる。例えば、２０ｃｍ^３／分か２０ｃｍ^３／分より大きい溶出速度が適切であり、表面被覆率を低くする（例えば０．０５未満）ために、より長い実験時間（例えば、約５００分まで）が推奨される。溶出ピークは、表面被覆率が０．０１以下の少なくとも一つのデータポイントおよび表面被覆率が０．０１から０．０５の間の一つのデータポイントについて、生データクロマトグラムから同定することができる。データ解析ソフトウェアでは、手動によるピーク識別を使用することができる。

８．ＳＥＡデータ解析ソフトウェアを使用して、種々の表面エネルギーγｄ（０．１６）、γｄ（０．０８）、γｄ（０．００１６）、γ＋、γ－を計算する。

（濾過方法）
非水液体（例えばバイオディーゼル）は、確立された技術および／または装置を用いて濾過することができる。例えば、濾過助剤材料をカラムに充填し、追加の圧力を印加して、または印加せずに非水液体を濾過することができる。好ましくは、非水性液体を、少なくとも約１０分間、濾過助剤材料と接触させるべきである。非水液体は、最大約３０分間、濾過助剤材料と接触させることができる。使用される濾過助剤材料の性質に応じて、また、所望のレベルのステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリコシドを達成するために、および／またはＡＳＴＭ Ｄ７５０１に従って所望の低温浸漬時間を達成するために、接触時間を変化させてもよい。濾過が行われる温度もまた、制御および／または変化させることができる。例えば、当該温度は、約１０℃以上約３０℃以下の範囲、例えば、約１２℃以上約２５℃以下、例えば、約１８℃以上約２４℃以下、または約２０℃以上約２５℃以下に維持することができる。この時間（範囲）および温度（範囲）は、ここでは、「処理時間」および「処理温度」と称されることがある。

図１は、非水液体（例えばバイオディーゼルまたはＦＡＡＥ）に向けた典型的な工程の流れを示す。図１は、濾過システムによるバイオディーゼル精製の概略図である。濾過システム（１０）は、吸着材料（１４）を有する吸着カラム（１２）を含む。吸着材料（１４）は、バイオディーゼル（１６）を精製するための濾過助剤を含む。バイオディーゼル（１６）は、粗バイオディーゼルまたは予め濾過されたバイオディーゼルであり得る。図１は単一の吸着カラム（１２）のみを示すが、濾過システム（１０）の濾過速度を増加させ、および／または濾過されたバイオディーゼルの精製を向上させるため、二つ以上の吸着カラムを直列および／または並列に配置してもよいことが理解される。粗バイオディーゼル（１６）は、脂肪酸アルキルエステル（ＦＡＡＥ）または油の粗供給物を含み得、これを例えばステロールグリコシドおよび／または飽和モノグリセリドなどの不純物を除去するのに十分な量の吸着材料（１４）と接触させる。他の不純物は、石鹸、リン含有化合物、触媒、金属、遊離グリセリン、クロロフィル、遊離脂肪酸、およびその他バイオディーゼルの安定性を低下させる不純物：のうち一つ以上を含み得る。好適な吸着材料（１４）は、ここに記載されている濾過助剤材料（例えばパーライト）を含み、これはさらなる濾過助剤材料を含み得る。吸着材料（１４）を通過した後、バイオディーゼルは濾過されたバイオディーゼル（１８）とみなされる。

精製されたバイオディーゼル（１８）は、吸着カラム（１２）から排出され、任意に蒸発器（２０）を通過させることができる。蒸発器（２０）を使用して、メタノールなどの精製バイオディーゼル（１８）のアルコール成分を回収することができる。蒸発器（２０）は、フラッシュ蒸発器であってもよい。バイオディーゼルは、蒸発器（２０）を通過した後、さらなる処理を経てバイオディーゼル製品（２２）を生成することができる。

バイオディーゼル（１６）が吸着材料（１４）を通過すると、不純堆積物が吸着材料（１４）に蓄積し、吸着材料（１４）の流量および濾過効率が低下する。これらの不純物と濾過助剤の組み合わされた層は、「濾過ケーク」と呼ばれることがある。より多くの粒子および／または不純物が濾過ケーク上に堆積されるにつれて、流体が許容可能な速度で通過することができなくなるほどに濾過ケークがデブリで飽和状態となり得る。この問題を軽減するために、追加の濾過助剤材料を「ボディフィード」によって導入することができる。ボディフィードは、流体が濾過ケークに到達する前に、例えばバイオディーゼル（１６）が吸着材料（１４）と接触する前に、濾過される流体に追加の濾過助剤材料を導入する工程である。濾過助剤材料は、濾過されていない流体の経路をたどり、吸着材料（１４）に到達すると、添加された濾過助剤材料は、濾過ケークに結合するか、または沈降する。これら追加濾過助剤材料の層は、濾過ケークを膨張させ、厚くさせ、当該ケークの容量を増加させて、さらなるデブリおよび不純物を捕捉する。ボディフィードはまた、濾過助剤材料が濾過ケーク内の開放構造を維持するのを促し、これは濾過ケークの透過性および流量を維持するのを促進し得る。

濾過助剤材料は、種々の濾過工程および構成において使用することができる。濾過エレメントを使用して、濾過助剤材料を支持することができる。濾過エレメントは、濾過エレメント空隙を含むことができ、それを通して流体が流れる。濾過助剤材料は、濾過隔壁を保護するため、および／または濾過工程において濾過される液体の透明性を向上させるために、濾過隔壁に適用され得る。濾過助剤材料は、流量を増加させるため、および／または濾過サイクルを延長するため、濾過される非水流体（例えばバイオディーゼル）などの流体に直接添加され得る。濾過助剤材料は、濾過工程において、濾過ケークの耐用時間を改善するためおよび／またはフィルターを通る流れの特性を維持するためのボディフィードにおいて、または、プレコーティングとボディフィードの両方の組み合わせにおいて、濾過エレメントのプレコーティング層として使用することができる。

濾過助剤材料はまた、種々の濾過方法において使用することができる。濾過方法は、少なくとも一つの濾過エレメントを濾過助剤材料でプレコーティングし、少なくとも一つの濾過される液体を少なくとも一つのコーティングされた濾過エレメントと接触させることを含み得る。このような実施形態では、接触は、液体を濾過エレメントに通すことを含み得る。いくつかの実施形態において、濾過方法は、濾過される液体中に濾過助剤材料を懸濁させ、その後、濾過された液体から濾過助剤材料を分離することを含む。

濾過後、非水液体（例えばバイオディーゼル）中のステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドの量は、約１０ｐｐｍ未満、例えば約９ｐｐｍ未満、例えば約８ｐｐｍ未満、例えば約７ｐｐｍ未満、例えば約６ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または４ｐｐｍ未満となり得る。濾過された非水液体中のステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドのレベルは、少なくとも１ｐｐｍとなり得る。

非水液体中のステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドのレベルは、ＡＳＴＭ Ｄ６５８４によって測定することができる。

本発明を以下の実施例を参照して、単なる例示として、かつ限定せずに説明する。同一の特徴に関連する実施例部分を目的として、試料、材料、濾過助剤材料または吸着剤を参照してもよい。

＜試験方法及び試料＞
試験を行った濾過助剤材料に関する詳細を表１に示す。材料はすべて市販のものを使用した。

非水液体の濾過およびその後の低温浸漬試験（ＡＳＴＭ Ｄ７５１０）に関する詳細を以下に示す。

投与量（重量％）は、非水液体および添加された濾過助剤材料の総重量に対するものである。

以下の実施例では、濾過助剤材料およびバイオディーゼルを、特定の「処理時間」および「処理温度」で混合した。表５において、混合物を濾過するのに要した時間は、「冷却処理後の４００ｍｌ濾過時間」の欄に記載されている。

＜非水液体の濾過＞
本発明に従って、非水液体を濾過助剤材料を用いて濾過した。試料を以下の手順に従って濾過した。

１．４００ｍｌの非水液体（バイオディーゼル）を入れたフラスコを、目標温度に維持された水の貯蔵庫に置き、フラスコに入れた非水液体を水と同じ温度にするため放置した。非水液体のフラスコを安定させるために重りを用いた。

２．撹拌機をフラスコに入れ、非水液体をＰＴＦＥインペラを用いて３００ｒｐｍで撹拌した。非水液体の温度は温度計で記録して、望ましい温度（「濾過温度」）になっていることを確認した。

３．非水液体が所望の温度になったら、濾過助剤材料を添加し、混合物を約１０分間撹拌した。

４．９０ｍｍのＷｈａｔｍａｎ＃４紙を６００ｍｌ Ｂｕｃｈｎｅｒフィルターの表面に置いた。

５．真空を発生させ、非水液体と濾過助剤材料スラリーの組み合わせを濾過した。

６．濾過の持続時間を記録した（「冷却処理後の４００ｍｌ濾過時間」）。

７．３００ｍｌの濾液を低温浸漬法（ＡＳＴＭ Ｄ７５０１）のために取っておき、残りの濾液はＩＣＰを含む他の試験のために保持した。

＜低温浸漬法：ＡＳＴＭ Ｄ７５０１＞
濾過後、得られた非水液体をＡＳＴＭ Ｄ７５０１に従って低温浸漬試験に供した。試料は、以下に示すＡＳＴＭ Ｄ７５０１に従った低温浸漬法に供した。

１．低温浸漬試験の前に、試料の「熱履歴」を復元した。試料を４０℃で３時間温め、室温（２０℃）でさらに２４時間静置した。

２．３００ｍＬの試料を５００ｍＬの三角フラスコに注ぎ、ドーナツ型の重りと共に温度２０℃のチラーリザーバー内に置いた。フラスコには、油の酸化を防ぐためにＰａｒａｆｉｌｍ（商標）をかぶせた。

３．濾液は１６時間、冷却槽に放置した。

４．冷却槽の温度を２５℃に設定し、濾液をさらに２時間静置した。

５．ガラス繊維フィルターを、フィルターアセンブリの下半分に金属隔壁リングを配置することによって組み立て、表面の上部はフラッシュされた。厚さ０．７μｍのガラス繊維フィルターを挿入し、じょうごを上に置き、クランプで固定した。

６．フラスコを静かに旋回させて、側面に付着した可能性のある粒子を落とした。存在する固形物が再溶解するのを防ぐために、激しい振盪を避けた。

７．真空（７０－８５ｋＰａ（２１－２５ｉｎ－Ｈｇ））を適用し、液体を注入した。濾過の持続時間（「低温浸漬時間」）を記録し、紙の表面が乾燥したときに完了した。試験に「合格」とするには、当該時間が３６０秒未満であるべきである。１－Ｂと呼ばれる高級バイオディーゼルは、濾過時間が２００秒以下、モノグリセリド濃度が０．４重量％以下のものに相当する。

＜実施例１＞
いくつかの吸着剤を低温浸漬法で試験した。試験を行ったバイオディーゼルはトウモロコシを原料とするバイオディーゼルであり、ここではバイオディーゼルＡと呼ぶ。結果を表２に示す。

＜実施例２＞
いくつかの吸着剤を低温浸漬法で試験した。試験を行ったバイオディーゼルは大豆を原料とするバイオディーゼルであり、ここではバイオディーゼルＢと呼ぶ。結果を表３に示す。

＜実施例３＞
いくつかの吸着剤を低温浸漬法で試験した。試験を行ったバイオディーゼルは大豆を原料とするバイオディーゼルであり、ここではバイオディーゼルＣと呼ぶ。ＴＳＧはｐｐｍ単位で存在する総ステロールグルコシドであり、ガスクロマトグラフィー、ＡＳＴＭ Ｄ６５８４によって測定される。結果を表４に示す。

＜実施例４＞
いくつかの吸着剤を低温浸漬法で試験した。試験を行ったバイオディーゼルは大豆メチルエステルであり、ここではバイオディーゼルＤと呼ぶ。結果を表５に示す。冷却処理後の４００ｍＬ濾過時間は、ＡＳＴＭ Ｄ７５０１に従って試験を行う（低温浸漬時間）前にバイオディーゼルを濾過するのに要する時間である。

＜実施例５＞
いくつかの吸着剤を低温浸漬法で試験した。結果を表６に示す。試験を行ったバイオディーゼルは大豆メチルエステルであり、ここではバイオディーゼルと呼ぶ。表６には、表面エネルギーの結果もあわせて示す。

本発明の他の実施形態は、ここに開示された本発明の明細書および実施を考慮すると、当業者には明らかであろう。明細書および実施例は、例示的なものとしてのみ考慮されることが意図され、本発明の真の範囲および趣旨は、以下の請求項によって示される。

Claims (19)

1. 非水液体を準備する工程と、濾過助剤材料を通して前記非水液体を濾過する工程とを含み、前記濾過助剤材料の分散表面エネルギー（γｄ ０．０８）が約３２より大きいことを特徴とする、非水液体を濾過する方法。
2. 非水液体を準備する工程と、濾過助剤材料を通して前記非水液体を濾過する工程とを含み、前記濾過助剤材料の塩基性表面エネルギー：酸性表面エネルギー（γ－／γ＋）の比が１より大きいことを特徴とする、非水液体を濾過する方法。
3. 前記濾過助剤材料が、生物源シリカ、火山ガラス、珪酸塩、珪藻土、パーライト、セルロースおよびシリカゲルのうちの１つ以上を含有し、から構成され、またはから本質的に構成される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記濾過助剤材料が、パーライトを含有し、パーライトから構成され、またはパーライトから本質的に構成される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記パーライトが、膨張パーライトであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記パーライトが非膨張パーライトであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 前記濾過助剤材料が複合材料である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記複合材料が、珪藻土およびシリカゲルを含有し、珪藻土およびシリカゲルから構成され、または珪藻土およびシリカゲルから本質的に構成される、請求項７に記載の方法。
9. 非水液体を準備する工程と、濾過助剤材料を通して前記非水液体を濾過する工程とを含み、前記濾過助剤材料がパーライトを含有し、パーライトから構成され、またはパーライトから本質的に構成されることを特徴とする、非水液体を濾過する方法。
10. 前記パーライトが膨張パーライトである、請求項９に記載の方法。
11. 前記パーライトが粉砕されたパーライトである、請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記粉砕されたパーライトのメディアン粒径（ｄ_５０）が約２０μｍまたは３０μｍ以上約５０μｍ以下である、請求項１１に記載の方法。
13. 前記粉砕されたパーライトの湿潤密度が約５ｌｂｓ／ｆｔ^３または約１０ｌｂｓ／ｆｔ^３以上約２０ｌｂｓ／ｆｔ^３以下である、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記濾過助剤が、非水液体からステロールグルコシドおよび／または飽和モノグリセリドを吸着する、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記非水液体がバイオディーゼルを含有し、バイオディーゼルから構成され、またはバイオディーゼルから本質的に構成される、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記バイオディーゼルがＡＳＴＭ Ｄ６７５１に基づく、請求項１５に記載の方法。
17. 前記非水液体がさらに石油系ディーゼル燃料を含有する、請求項１５または１６に記載の方法。
18. 前記非水液体を約１０℃以上約３０℃以下または約１２℃以上約２５℃以下の温度範囲で濾過する、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記濾過助剤材料がボディフィードとして非水液体に添加される、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の方法。

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