JP2815194B2 - 製紙工程水の処理方法 - Google Patents

製紙工程水の処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は製紙工程水中の汚質物質を除去する方法に関
するものである。さらに詳しくは本発明は、製紙工程水
中の汚質物質を、新規な吸着剤により吸着して分離する
方法に関するものである。
〔従来の技術〕
本発明において製紙工程水とは、紙の抄造工程におい
て使用される、またはその過程で排出される水をいう。
これらの製紙工程水の中には、繊維質物の外に鉱物、コ
ーティング剤、サイズ剤、インキ、顔料、木材樹脂、粘
着物などの原料処理工程からくる汚質物質を含有してい
る。近年、水使用量の低下を目的として積極的に用水を
循環使用するクローズド系原料処理工程が一般的となっ
ているが、この場合には汚質物質の工程水中への蓄積が
最も問題となる。これらの物質は、パルプの汚染、スケ
ール、スライム、ピツチ、粘着物の発生、装置の腐食な
どとともに使用薬品、特に水剤、歩留まり向上剤など
の効果を低下させるなどの問題を引起こすおそれがあ
る。
従来、このような汚質物を除去する方法としては、硫
酸アルミニムウ(アラム)、高分子電解質などの凝集剤
や、微細なタルク、ベントナイトのごとき吸着剤により
処理されて、パルプに均一に定着されて系外に除去され
るか、あるいは循環水においては、積極的に凝集沈澱分
離もしくは浮上分離処理により除去されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
アラムはこれらの対策に汎用されるが、使用可能なpH
範囲が狭く、中性以上では使用できないという難点があ
る。そのために高分子電解質が使用されるが、一般には
単独では効果が低いために複合して用いられる。しか
し、最適使用条件、特に使用量を厳格に制御する必要が
あり繁雑である。
タルク、ベントナイトなどの吸着剤の使用は、操作が
簡単で好ましいが、効果が低いのが欠点である。その一
つの原因は製紙工程水の汚質物質は通常強く負に帯電し
ており、タルク、ベントナイトなどの吸着粒子も負に帯
電しているために、両者の静電的な反発力により吸着性
が落ちるためである。特に中性以上のpHでは負の帯電の
程度は強まるために、汚質物質の吸着はより困難となる
傾向にある。
したがって、広いpH範囲で正に帯電する吸着剤であれ
ば、効率よくこれらの汚質物質を吸着できると思われ
る。
本発明は以上のことに鑑み、これらの吸着剤を開発す
ることを主たる目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
すなわち本発明は、4級アンモニウム基を有する陽イ
オン性界面活性剤とモンモリロナイトを主成分とする鉱
物との複合粒子を製紙工程水に添加し、汚質物を吸着分
離することを特徴とする、製紙工程水の処理方法を提供
するものである。4級アンモニウム基を有する陽イオン
性界面活性剤とモンモリロナイトを主成分とする粘土鉱
物を複合化させた粒子を用いることによって、広範なpH
で正に帯電し、製紙工程水中の汚質物質吸着に著しい効
果を発現することを見いだし、本発明を完成した。
本発明で使用される4級アンモニウム基を有する界面
活性剤としては、直鎖または有枝の長鎖炭化水素基を1
つまたは2つ有するアンモニウム塩で、一般に次の化学
式で表されるものをさす。
または、 ここでRおよびR′は、同一または異なった長鎖の炭
化水素基を示し、炭素数8〜20が好ましい。例えばオク
チル、デシル、ドデシル、セチル、ステアリル等が通常
使用される。R″で示す窒素に結合している長鎖炭化水
素基以外の基としては、低級炭化水素基、例えばメチ
ル、エチル、あるいはプロピル、ブチル等の基であって
もよい。X-は、4級アンモニウムの対イオンであり、例
えばハロゲン(F-,Cl-,Br-,I-)、NO3 -,CH3COO-,HSO4 -
などが挙げられる。
その他のアンモニウム塩としては、上記のRまたは
R′で示される長鎖の炭化水素を有するピリジニウム
塩、ベンジル基を有するベンザルコニウム塩等も挙げる
ことができる。
代表的な粘土鉱物には、おもにモンモリロナイト系粘
土鉱物とカオリナイト系粘土鉱物、セピオライト、アロ
フェンなどがあるが、本発明に用いる粘土鉱物はモンモ
リロナイトを主成分とし、化学式Al2O3・4SiO2・H2(こ
のH2はNa,K,Ca,Mgと交換可能である)で表される鉱物
で、具体的にはモンモリロナイト、ベントナイト(交換
イオンが主にNa,Caであるもの)、酸性白土(交換イオ
ンの一部がH+であるもの)などが挙げられる。
本発明で使用する複合粒子を製造するには、これらの
陽イオン性界面活性剤をモンモリロナイトを主成分とす
る粘土鉱物に複合させる。複合の方法としては、適当な
粒度の粘土鉱物の水懸濁液に、界面活性剤の水溶液を添
加し、撹拌したのち、過、乾燥後、適宜粉砕して得る
ことができる。その他、陽イオン性界面活性剤の水溶液
あるいは有機溶媒溶液を粘度鉱物に吸収乾燥させること
によっても製造可能である。
陽イオン性界面活性剤と粘土鉱物との配合割合は、広
い範囲で許容されるが、一応の目安としては、重量部で
1/100/〜100/100、好ましくは10/100〜40/100である。
モンモリロナイト系の粘土鉱物は強い陽イオン交換能
力があり、古くから吸着剤として使用されている。その
イオン交換能力のために有機分子や金属錯体をモンモリ
ロナイト系粘土鉱物の層間に侵入させ、粘土・有機物も
しくは粘土・金属複合体を造る方法が種々検討されてい
る。これらの複合体を吸着剤として用いる試みは、水和
アルミニウム、ヒドロキシルアンモニウム、ラウリルア
ミン塩酸塩などを複合化させたものについて一部行われ
ているが、極めて少ないのが現状である。(例えば、造
水技術1989年15巻2号45〜53頁参照)。
本発明は4級アンモニウム基を有する陽イオン性界面
活性剤を、モンモリロナイトを主成分とする粘土鉱物に
複合化させて製造した複合粒子を、製紙工程水中に添加
して汚質物質を吸着させた後、パルプ上に吸着させて系
外に除去するか、生じた汚質物質吸着後の複合粒子を例
えば凝集沈澱、遠心分離、浮上分離などの分離操作によ
り除去することによって製紙工程水中の汚質異物を除去
しようとするものである。
本発明の方法による、汚質物質の除去は、広いpH範囲
においてきわめて有効に行われる。
本発明の汚質物質の除去を、いかなる理論によっても
特定するものではないが、以下の実施例からもみられる
ように、複合体のゼータ電位(表面電位の代わりに測定
される値で水中での粒子の電荷の指標となる,単位:mV,
詳細は紙パルプ技術タイムス昭和61年5月号49〜54ペー
ジを参照)が正の場合に除去率が非常に向上することが
認められ、この関係が除去率に寄与していることが窺え
る。
以下に、実施例により本発明をさらに詳細に説明す
る。
〔実施例〕
複合体の合成例1 ここで用いた4級アンモニウム系界面活性剤は、塩化
テトラブチルアンモニウム(TBAC)、臭化テトラブチル
アンモニウム(TBAB)、臭化オクチルトリメチルアンモ
ニウム(OTMAB)、臭化ラウリルトリメチルアンモニウ
ム(LTMAB)、塩化セチルトリメチルアンモニウム(CTM
AC)、臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTMAB)、
臭化ステアリルトリメチルアンモニウム(STMAB)、臭
化ジオクチルジメチルアンモニウム(DODMAB)、臭化ジ
ラウリルジメチルアンモニウム(DLDMAB)、臭化ジセチ
ルジメチルアンモニウム(DCDMAB)、臭化ジステアリル
ジメチルアンモニウム(DSDMAB)、臭化オクチルステア
リルジメチルアンモニウム(OSDMAB)、臭化ラウリルス
テアリルジメチルアンモニウム(LSDMAB)、臭化セチル
ピリジニウム(CPB)、臭化ステアリルピリジニウム(S
PB)、塩化ベンザルコニウム(Bzc)などである。
モンモリロナイトを主成分とする粘土鉱物としては代
表的なベントナイトを使用した。
4級アンモニウム塩の添加量はベントナイトの陽イオ
ン交換容量0.9ミリ当量/gに相当する量を加えた。例え
ば、STMABの場合はベントナイト100部に対して26部添加
し、OTMABの場合はベントナイト100部に対して19部を添
加した。
これらの4級アンモニウム塩の水溶液を、ベントナイ
ト水懸濁液に激しく撹拌しながら添加してしばらく放置
後、生成物を過、乾燥(60℃で送風乾燥)した。
乾燥固体を粉砕機で粉砕し、所定の目の大きさの篩を
通過した粒子を試料とした。殆どの場合、100メッシュ
の篩を用いた。
合成例2 比較のために種々のアミンもしくはアミン塩酸塩を複
合化させた試料も、合成例11に従って合成した。
合成例3 後記する比較例に使用した、水和アルミニウムとベン
トナイトとの複合体は、林らの方法(粘土科学 第19巻
1号22〜32,1979年)に準じて調製した。この複合粒子
は吸着剤としての性能が高いといわれているものであ
る。
参考例(複合体のゼータ電位) 臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTMAB)の配合
量を変えたベントナイト複合体を調製し、それらのゼー
タ電位を測定した。結果を表1に示す。
CTMAB配合量25%がベントナイトの陽イオン交換容量
とほぼ等量である。CTMABの配合量が15%を越えると、
複合体粒子のゼータ電位は正に転じている。pH10のアル
カリ状態でも正の電荷を維持している。
実施例1 参考例で調製した複合粒子を、製紙工程の循環水(古
紙処理工程水、浮遊懸濁固形物量100ppm)に0.1%添加
して、pH4.5に調節した後、遠心分離して上澄みの280nm
の紫外光の吸光度を測定した。もとの循環水の吸光度を
100として吸光度の減少率を吸着除去率(%)とした。
結果を表2に示す。
ゼータ電位が正になる15%配合量以上で減少率も急激
に増加しており、吸着性が飛躍的に増加していることが
明らかである。
実施例2 合成例1で調製したすべての複合粒子を実施例1で用
いた循環水に0.5%添加し、pH4.5に調整して実施例2と
同様に遠心分離後の上澄みの吸光度を測定して減少率を
求めた。結果は; TBAC:35.2、TBAB:36.7、OTMAB:59.1、LTMAB:82.7、CTMA
C:90.9、CTMAB:94.0、STMAB:95.7、DODMAB:88.2、DLDMA
B:95.9、DCDMAB:96.0、DSDMAB:78.1、OSDMAB:96.2、LSD
MAB:93.4、CPB:93.0、SPB:93.1、Bzc:90.6%であった。
TBACおよびTBABと複合化したベントナイトでは他のも
のに比べて効果が低く4つのブチル基をもうものは好ま
しくない。他の複合粒子ではいずれも除去効果は高い
が、OTMAB、LTMAB、CTMAB、STMABを比較するとアルキル
鎖の長いものほど効果は高い傾向にある。
実施例3 CTMABをベントナイトに複合化させた粒子を実施例1
で用いた循環水に0.5%添加してpH4.5,7.0,10.0に調節
して実施例1と同様の実験を行った。その結果、除去率
はそれぞれ94.0%,96.0%,91.0%であった。極めて広い
pH範囲で高い除去効果を示した。
比較例1 実施例1で用いた循環水に微粉タルク、ベントナイト
もしくは酸処理カオリンを0.5%添加してpH4.5に調節し
た後、実施例1と同様の実験を行った。その結果、微粉
タルクでは58.4、ベントナイトでは47.5、酸処理カオリ
ンでは26.7%の除去率であった。上記粒子は製紙工程水
の汚質物除去に汎用されているものであるが、本発明の
複合粒子の効果にははるかに及ばない。
比較例2 ジエチレントリアミン、オクチルアミン、トリオクチ
ルアミン、ラウリルアミン、ステアリルアミンの塩酸塩
を合成例1に準じてベントナイトに複合化させて調製し
た試料を添加率0.5%で実施例1と同様の実験を行っ
た。
それぞれの減少率は51.5,41.5,34.6,44.5,27.6%であ
った。アミンでは総じて4級アンモニウム塩を複合化さ
せた粒子ほどの効果は得られない。
比較例3 アルミニウム水和物をベントナイトに複合化させた試
料を0.5%の添加率で実施例1と同様の実験を行った結
果、pH4.5では90.7%の高い除去率が得られたものの、
中性以上のpHでは効果は低下し、pH10.0では17.5%の効
果して得られなかった。
〔発明の効果〕
以上説明したように4級アンモニウム基を有する界面
活性剤とモンモリロナイトを主成分とする粘土鉱物を複
合化させた複合粒子は広いpH範囲で正の電荷を持ち、製
紙工程水中の汚質物質に対して著しい吸着能力を持つこ
とが判明し、これらの複合粒子で簡単に汚質物質処理が
可能となった。加えて、従来困難であった中性以上のpH
での処理も可能となった。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】4級アンモニウム基を有する陽イオン性界
    面活性剤とモンモリロナイトを主成分とする鉱物との複
    合粒子を製紙工程水に添加し、汚質物を吸着分離するこ
    とを特徴とする、製紙工程水の処理方法。
  2. 【請求項2】陽イオン性界面活性剤が、炭素数8〜20の
    脂肪鎖を少なくとも1つ以上有する4級アンモニウム系
    界面活性剤である、請求項第1項記載の方法。
  3. 【請求項3】複合粒子が水中で正の電荷を有するもので
    ある、請求項第1項記載の方法。
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