JP2560764B2

JP2560764B2 - 無機質繊維よりなる担体及びその製造方法

Info

Publication number: JP2560764B2
Application number: JP63000506A
Authority: JP
Inventors: 眞久米; 紀明永幡; 修平坂口
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1988-01-05
Filing date: 1988-01-05
Publication date: 1996-12-04
Anticipated expiration: 2011-12-04
Also published as: JPH01176455A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はバイオリアクターに用いる微生物ないし酸素
の固定化担体、あるいは養魚池における魚の産卵床とし
て好適に用いられる粒状体に関する。

［従来の技術］近年、医薬品やアルコール等の製造あるいは各種産業
廃水、生活廃水の嫌気性処理プロセス等において、バイ
オリアクターを用いた生物反応が広く採用されるように
なってきた。バイオリアクターにおける反応は、通常、
反応槽中に微生物ないし酵素を固定化した固定化微生物
ないし固定化酵素担体を充填するか、あるいは、反応槽
内にこれらを分散させると共に流動させ、被処理液と接
触させて行なっている。

担体の材質としては、寒天、カッパー・カラギーナ
ン、DEAEセルロース、DEAE−セファデックス、アクリル
アマイド、ポリビニールアルコール等の有機材料、ある
いはゼオライト、砂、多孔性セラミックス、ガラス繊維
不織布、多孔性ガラス、ステンレス鋼ウール等の無機材
料が用いられる。

従来、これら担体の形状としては、立方体、円柱体、
球状体（ビーズ）、ハニカム等が知られている。

［発明が解決しようとする課題］特に医薬品、アルコールの製造プロセスにおいては、
いわゆる雑菌の混入に厳重に防止しなければならない。
このため通常は、130℃、数時間のオートクレーヴ処理
が行なわれる。しかしながら、従来の有機材料の担体で
は、上述のオートクレーヴ処理で、材質が劣化するとい
う不都合がある。

従来の無機材料の担体では、例えばこれを流動床型反
応層に用いるときには、粒状担体としての比重が大き
く、その流動性が極めて悪い。このため、良好な流動状
態を保つためには、供給液の流速を大きくしなければな
らず、エネルギー的にも装置設計面においても不利であ
った。また、このように大きい流速では細胞の破壊、微
生物ないし酵素の流出という不都合もあった。

無機材料よりなる担体を、固定床型反応槽に用いる場
合、担体の径が小さいと目詰りし易く、逆に担体の径が
大きい場合には、担体の全表面積が小さくなり、反応効
率が低くなるという不都合がある。

［課題を解決するための手段］本発明の担体は、無機質繊維が絡まり合って球状をな
し、かつ無機質繊維同志が結合剤で結合されてなるもの
である。

また、本発明は、かかる担体の製造方法として、所要
長さに切断された無機質繊維に液体を含浸させて集合体
とした後、振動又は衝撃により小塊となすと共に、小塊
を回転している回転型造粒機中で加熱乾燥し、次いで結
合剤液を含浸させた後乾燥することを特徴とする無機質
繊維よりなる担体の製造方法を提供するものである。

以下、本発明の構成についてさらに詳細に説明する。

本発明において、無機質繊維としてはガラス繊維、ア
ルミナ繊維、チタン酸カリウム繊維、カーボン繊維、繊
維状活性炭、炭化珪素繊維等が挙げられるが、これら以
外のものであっても良い。

この無機質繊維は、直径が２〜30μｍで長さが0.5〜1
0mmとりわけ１〜5mmであるものが好適である。無機質繊
維の直径が30μｍよりも大きいと繊維が剛直になり、絡
まり合いにくくなる。そのため、球状体になりにくくな
ったり、球状体になったとしても機械的変形に対して弱
いものとなる。無機質繊維の直径が２μｍよりも小さく
なると、その価格が著しく高いものになる。無機質繊維
が0.5mmよりも短くなると、無機質繊維同志の絡まりが
弱く、球状体の強度が低いものとなる。また、無機質繊
維が10mmよりも長いと絡まり合いにくく球状になりにく
い。

なお、この無機質繊維としては長繊維をカッター等で
上記長さとなるように切断したものが好適であり、具体
的にはチョップドストランドが例示される。また、この
無機質繊維は特別な集束剤で処理されていないものの方
が好適である。

この無機質繊維同志を結着するための結合剤として
は、エポキシ、アクリル、ビニール等の有機室結合剤
や、シリカゾル、アルミナゾル等の無機質結合剤が好適
である。

この担体はその直径が30mm以下となるようにするのが
好適である。30mmを越える直径の担体は、担体の表面と
中心部との距離が長くなり、反応すべき物質が担体の中
心部まで到達しにくくなるからである。なお、担体の直
径の下限は、特に制限はないが、無機質繊維の長さが1m
m程度の場合、担体の直径も1mm程度となる。

本発明の担体は、次のようにして製造することができ
る。

まず、所要長さに切断された無機質繊維に水、アルコ
ール等の液体（コスト、作業安全性等の点から水が好適
である。）を含浸させる。この際、液体を過剰とし、無
機質繊維に液体を十分に含浸させ、余剰の液体を捨てる
ようにするのが好適である。また、水にCMC（カルボキ
シメチルセルロースナトリウム）等を加えて粘稠な液体
にすると、作業性が向上する。

液体が含浸された無機質繊維は、液体の結合作用によ
り無機質繊維の集合体（例えば塊状体）となっている。
そこで、次に、この集合体に振動又は衝撃を加えて小塊
となす。次に、この小塊を回転型造粒機中で例えば加熱
空気と接触させることにより加熱乾燥する。回転型造粒
機としては、回転ドラム式、回転パン式など各種のもの
を用い得るが、上記小塊が比較的多量の液体を含んでい
るので、金網製など多孔性の回転ドラムを採用するのが
公的である。なお、このような回転ドラムを採用する場
合、上記無機質繊維の集合体を該回転ドラムに入れて回
転させることにより、該集合体に振動又は衝撃を加えて
小塊になすことができ、また、当該回転ドラム中で引続
き乾燥を行なうようにすることができる。

回転型造粒機中で回転させることにより、小塊は次第
に球状となり、真球に近づくようになる。この過程で加
熱空気と接触させる等の加熱を行なうことにより、球状
体の乾燥を行なう。なお、この回転型造粒機が前述の多
孔性のものである場合には、回転開始後しばらくは水切
りのみを行なわせ、その後加熱空気と接触させるように
するのが好適である。この乾燥を行なう場合、球状体の
芯の部分まで乾燥しても良く、また球状体の表面部分の
み乾燥される程度に乾燥しても良い。

次に、このようにして得られた球状体に、結合剤を含
浸させる。例えば、上記の回転型造粒機から球状体を容
器に移し、この容器内に結合剤の溶液又は分散液を注入
することにより、結合剤が球状体に含浸される。

このときの溶液又は分散液の濃度は、結合剤の種類に
もよるが、２〜20重量％程度とし、無機質繊維に対し結
合剤成分（固定分）として５〜20重量％程度付着させる
ようにするのが好適である。

結合剤が含浸された球状体は、次いで乾燥し、さらに
加熱することにより結合剤を硬化させ、球状体に所要の
強度を付与する。この加熱温度は、結合剤の種類にもよ
るが、通常のエポキシ系の有機質結合剤の場合80〜130
℃程度とし、アルミナゾル、シリカゾル等の無機質結合
剤の場合20〜300℃程度とするのが好適である。この加
熱は、例えば加熱炉にて行なっても良く、温風乾燥器等
を用いても良い。また、上記の回転型造粒機を用い、加
熱空気と接触させることにより硬化させるようにしても
良い。なお、この硬化処理後、さらに必要に応じ篩分け
を行ない球状体の粒度調整を行なう。

以上は湿式製造方法について述べたが、次のように乾
式製造法によって製造することもできる。

即ち、まず、所定長さに切断した無機繊維を目的とす
る担体の直径よりも小さな直径をもつ粒子とともにパン
上で揺動させて球状物を形成し、その後、上記粒子は通
過するが、前記球状物は通過しないような目開きの篩に
かけて、球状物を選び出し、次いで結合剤を含浸させた
後乾燥することにより担体を製造することができる。

［作用］かかる本発明の担体は、実質的に無機質繊維の絡まり
合ったもののみからなるから、通常の場合、その見かけ
比重は0.05〜0.15と極めて小さい（空隙率では約90〜95
％）ものとなるため、本発明の担体は、流動床型反応槽
中における流動性に優れており、かつ固定床型反応槽中
に充填する場合も、担体の圧密化による閉塞のおそれが
なくかつ反応槽構造も軽量化できる。

また、本発明の担体は、これを固定床に充填する場
合、形状が球体であるため、充填方法が簡単でありかつ
均一に充填されるために、被反応液の偏流を生じるおそ
れが少ない。

本発明の担体は、上記の如く、通常の場合空隙率が約
90〜95％と極めて高いものであるため、被反応率は上記
球状体の内部にまで容易に拡散し得る。従って、反応が
促進されると共に、上記反応で発生するメタン、炭酸ガ
ス等の気体も速やかに上記球状体から離脱するところか
ら、固定化微生物ないし固定化酸素と被反応液との接触
を阻害しない。従って、例えば嫌気性排水処理用のメタ
ン菌担体として極めて好適である。

本発明の担体は、係合剤の量を調節することによりそ
の弾性度を調節でき、応力に対する変形の程度を必要に
応じて選択することができる。その結果、例えば流動床
においては、担体同志の衝突による担体の破損ないし固
定化微生物ないし固定化酵素の剥離のおそれがなくな
り、また固定床においては、圧縮による変形を避けるこ
とができる。また、養魚池における魚の産卵床として、
１〜5mm径の比較的変形し易い上記球状体を使用する場
合、上記球状体間の衝突による卵の剥離等のおそれがな
くなる。

［実施例］ガラス溶融槽の下部に設置したブッシングから、ガラ
ス糸を高速で引き出し、直径10μｍのフィラメントとす
ると共に、2000本のフィラメントを引き揃えてストラン
ドとした。このストランドを回転カッターにより長さ1m
mに切断しチョップドストランドとした。この場合、ガ
ラス繊維の集束は水で行なった。上記チョップドストラ
ンド2.5Kgを水20と共に容器に入れ、バイブレータ振
動により容器の底部に堆積せしめた。次いで、過剰の水
約12を捨てた後、目開き約1mmの金網で作られた直径4
0cm、長さ50cmのドラム中に装填した。次いで、このド
ラムを20rpmで10分間回転させた。この操作によって、
水分が更に減少すると共に、上記チョップドストランド
は、径が約１〜30mmの略球状体となった。次いで、上記
ドラム全体をケーシングで被い、該ケーシング内に100
℃の加熱空気を毎分500の割合で送り、上記略球状体
の表面水分を取り去る程度まで乾燥を行なった。この過
程で、上記略球状体の形状は次第に真球状に近づいた。
このようにして得られた球状体は、ドラムから取り出
し、結合剤を分散させた水中に浸漬した。結合剤の配合
は次の通りである。

EA55 100重量部 HC−10 100 〃 EB−１ 43 〃 TETA 165 〃水 1200 〃（注）上記記号は次を示す。

EA55:ビスフェノールＡ、エピカロルヒドリン型エポキ
シエマルジョン（固形分55％） HC−10:エポキシノボラックエマルジョン（固形分55
％） EB−1:脂肪酸アミネマルジョン（固形分45％） TETA:トリエチレンテトラミン（固形分100％）しかる後、上記球状体を水中より引き上げ、水切りし
た後80℃で乾燥し、更に120℃、10分の加熱硬化処理を
行なった。

このようにして得られた球状体は、直径が１〜30mmで
あり、見掛け比重0.10、結合剤付着量11重量％、空隙率
約95％を呈した。この球状体は流動床型反応槽、固定床
型反応槽及び魚卵の産卵床として好適であった。

［効果］以上の通り、本発明の担体は見掛け比重が小さく、し
かも所要の強度及び弾力性をも備える。従って、この担
体はこれを流動床型反応槽に用いると、低流速にて流動
床を形成でき、担持物質の剥離や破損がなく高い反応効
率が得られると共に、流動床形成用の動力コストも低廉
である。

また、本発明の担体を固定床型反応槽に用いた場合
も、目詰りが生じず、比表面積も大きいことも相俟って
高い反応効率が得られる。

さらに、本発明の担体は、これを魚の産卵床として用
いた場合、適度な弾力性を有するところから担体同志の
衝突による卵の剥離が防止され、孵化効率が向上され
る。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】無機質繊維が絡まり合って球状をなし、か
つ無機質繊維同志が結合剤で結合されてなる無機質繊維
よりなる担体。
【請求項２】所要長さに切断された無機質繊維に液体を
含浸させて集合体とした後、振動又は衝撃により小塊と
なすと共に、小塊を回転型造粒機中で加熱乾燥し、次い
で結合剤を含浸させた後乾燥することを特徴とする無機
質繊維よりなる担体の製造方法。