JP3076839B2

JP3076839B2 - 分散液中の微粒子の分離方法、微粒子の分級方法及び微粒子の吸着力測定方法、並びにそれらの方法の実施のための装置

Info

Publication number: JP3076839B2
Application number: JP11011406A
Authority: JP
Inventors: 達也大木; 弘毅四元
Original assignee: 工業技術院長
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2000-08-14
Anticipated expiration: 2019-01-20
Also published as: JP2000202325A; DE10001794A1; US6307170B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分散液中の微粒子
の分離方法、微粒子の分級方法及び微粒子の脱着力測定
方法、並びにそれらの方法の実施のための装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、懸濁液中の微粒子を回収し、固
液分離する方法としては、工業的にはシックナーや沈殿
池、或いは凝集剤等が用いられ、実験室ではフィルター
によるロ過法等が用いられている。自然沈降によるシッ
クナーや沈殿池の場合は、低比重粒子や微粒子を沈降さ
せるのに多大な時間を消費する。また、凝集剤による場
合には、液層に凝集剤が残留するなど、固液分離後に廃
水処理が必要となる。フィルターによるロ過法は、精度
の高い固液分離が可能であるが、微粒子を対象とした場
合、目詰まりが激しくロ過速度は遅くなり、大量処理に
適さない。また界面電気現象を用いた固液分離方法とし
ては、メッシュ状のスラグウール等を用いて反対電荷を
有する微粒子を捕捉する方法（佐々木法）、固形油に界
面活性剤を埋め込んだ凝集核に反応電荷を有する微粒子
を捕捉する方法（特開平９−１９２４０８号公報）など
があるが、いずれも微粒子の合理的な分離方法というこ
とができない。前者の場合は、スラグウール表面に微粒
子が吸着しきると、新しいものに交換する必要があり、
後者の場合は、加熱によって固形油を融解させなければ
ならない。

【０００３】粒子を大きさ毎に分ける方法、即ち、分級
する方法としては、工業的にはスクリーン（振動ふるい
等）やサイクロン、実験室では標準ふるいを用いるのが
ふつうである。工業用スクリーン等ではその下限は３０
μｍ程度、標準ふるいの場合は最小目開きが２０μｍで
ある。マイクロシーブという特殊なふるいを用いれば３
μｍで粒子を分離することができるが、ふるいの目開き
が小さくなるに伴って目詰まりが激しくなり、３０μｍ
以下の粒子を工業的に分級することは不可能である。な
お、粒度分布測定法として、液体の流れ場に粒子を投入
し、層流に速度分布が存在することを利用して粒子を大
きさ別に取り出すＦＦＦ（ＦｉｅｌｄＦｌｏｗＦｒａ
ｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ）法やＨＤＣ（Ｈｙｄｒｏｄｙｎ
ａｍｉｃＣｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）法などがあ
り、この手段を応用すれば１０ｎｍ以上の粒子の分級が
可能であるが、分級の精度は低く、また懸濁液を分割す
る方法であるので、特定粒群の微粒子を懸濁液の系外に
取り出すことはできない。

【０００４】コロイド分散系において、懸濁液中の微粒
子が凝集するか分散するかを理論的に説明したＤＬＶＯ
理論では、粒子間の分子間力（引力）と界面電気的引・
斥力の和によって、凝集・分散現象を説明している。そ
して、一度吸着した粒子同士は、粒子−粒子界面におい
て無限大の吸着エネルギーを得るため、理論的には再び
脱着しないとされている。しかしながら、実際の系にお
いては、一度凝集した粒子が超音波照射等で再分散する
例がしばしば見られ、なにより粒子径が大きな粒子で
は、斥力が存在しない異種電荷吸着時でもこれらは容易
に再分散（可逆的吸着）してしまう。一方、離れた粒子
同士に引力が生じるか、斥力が生じるかについての検証
においてもＤＬＶＯ理論では説明できないケースがしば
しば観察され、第３の力として「水の構造力」なるもの
の存在を多くの学者が提唱している。以上のようなコロ
イド分散系の凝集・分散現象を説明するＤＬＶＯ理論を
拡張させる研究が近年多く行われており、このような背
景のもと、雲母の劈開面を用いた固体表面間力測定法
（Ｔａｂｏｒ，Ｉｓｒａｅｌａｃｈｉｖｉｌｉら）が考
案され、対象物は雲母に限定されるものの固体表面間に
作用する力の精密な測定が可能になってきた。しかしな
がら、動的な（撹拌状態の）コロイド分散系の中で、実
際の粒子がどの程度の力によって脱着されるかについて
測定できる装置は存在しない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、微粒子が液
中に分散している分散液中の微粒子を迅速かつ簡易に液
体から分離し得る方法、微粒子を迅速かつ簡易に分級し
得る方法及び動的分散系での微粒子の脱着力を簡易に測
定し得る方法、並びにそれらの方法の実施のための装置
を提供することをその課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、第一に、微粒子が液
中に分散している分散液中の微粒子を分離する方法であ
って、上方に液流入口及び下方に液流出口を有する立筒
型の分散液槽内に、それ自体の下方部に自己回転羽根を
有する回転体を垂直に設置し、該回転体外周面に分散液
中の微粒子の電荷とは反対の電荷を付与し、かつ該回転
体を分散液自体の流れによって回転させて分散液中の微
粒子を該回転体の外周面に吸着させ、ついで該回転体の
外周面に吸着させた微粒子を脱離させることを特徴とす
る分散液中の微粒子を分離する方法が提供される。第二
に、微細微粒子と粗大微粒子からなる微粒子混合物から
微細微粒子を分級する方法であって、該微粒子混合物の
分散液中に回転体を設置し、該回転体外周面に分散液中
の微粒子の電荷とは反対の電荷を付与し、ついで回転体
を回転させると共に該微細微粒子と粗大微粒子の回転体
外周面に対する脱着力の差を利用することにより、微細
微粒子のみを該回転体外周面に吸着させることを特徴と
する微細微粒子と粗大微粒子との微粒子混合物から微細
微粒子を分級する方法が提供される。第三に、上記第二
の方法において、脱着力の差が、微細微粒子は該回転体
外周面に選択的に吸着するが粗大微粒子は吸着しないよ
うな回転体の回転速度の制御によって与えられることを
特徴とする方法が提供される。第四に、動的分散系での
微粒子の脱着力を測定する方法であって、該微粒子の分
散液中に回転体を設置し、該回転体外周面に分散液中の
微粒子の電荷と反対の電荷を付与し、該回転体を回転さ
せ、一定の回転速度に保ったときに、該回転体外周面に
吸着し続ける微粒子の最大粒子径を測定し、該最大粒子
径の微粒子が受ける遠心力と該分散液による抵抗力を算
出して該微粒子の回転体外周面からの脱着力を求めるこ
とを特徴とする微粒子の脱着力を測定する方法が提供さ
れる。第五に、上方に液流入口及び下方に液流出口を有
する立筒型の分散液槽と、該槽内に垂直に設置され、そ
の下方部に自己回転羽根を有し、かつその外周面に電荷
を付与できる回転体と、該回転体の外周面に接するよう
に設けられた微粒子回収部材を備えたことを特徴とする
分散液中の微粒子分離装置が提供される。第六に、分散
液槽と、該槽内に水平に設置され、かつその外周面に電
荷を付与できる回転体と、該回転体を微細微粒子はその
外周面に選択的に吸着するが粗大微粒子は吸着しないよ
うな回転速度に制御し得る駆動手段と、該回転体の外周
面に接するように設けられた微粒子回収部材を備えたこ
とを特徴とする微粒子の分級装置が提供される。第七
に、分散液槽と、該槽内に水平に設置され、かつその外
周面に電荷を付与することができる回転体と、該回転体
を回転させ、一定の回転速度に保ったときに、該回転体
外周面に吸着し続ける微粒子の最大粒子径を測定し、該
最大粒子径の微粒子が受ける遠心力と該分散液による抵
抗力を算出する手段を備えたことを特徴とする微粒子の
脱着力測定装置が提供される。第八に、上記第七の装置
において、回転体が、その外周面に電荷を付与すること
ができかつ着脱自在に巻きつけられたシートを有するも
のであることを特徴とする微粒子の脱着力測定装置が提
供される。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の、微粒子が液中に分散し
ている分散液中の微粒子を分離する方法、微粒子を分級
する方法及び動的分散系中の微粒子の脱着力を測定する
方法は、いずれも、微粒子分散液中で回転体を回転さ
せ、該回転体外周面に微粒子を電気的に吸着させること
をその主たる特徴とするものである。次に、本発明にお
ける微粒子の吸着原理を図１を参照して説明する。図１
は、回転体の外周面に微粒子が吸着したときの状態図を
示す。図中、４は回転体、Ｐは微粒子を示す。矢印ａは
回転体１と微粒子Ｐとの間の表面間引力、矢印ｂは微粒
子Ｐに加わる遠心力、矢印ｃは微粒子Ｐに加わる分散液
による抵抗力を示す。回転体４の外周面は電荷（例えば
プラス電荷）を有しており、微粒子Ｐはその回転体４の
外周面（表面）電荷とは逆の電荷（例えばマイナス電
荷）を有している。回転体４を微粒子分散液中で回転さ
せると、この回転体４の外周面には、その回転体の表面
電荷とは反対電荷を有する微粒子Ｐが吸着され、その微
粒子Ｐもその回転体外周面に吸着された状態で回転体と
ともに回転する。微粒子Ｐは塊状粒子で、その粒径は
０．００１〜５００μｍ、好ましくは０．１〜１００μ
ｍである。このようにして回転体とともに回転する微粒
子Ｐには、図１に示すように、回転体外周面と微粒子と
の間の表面間引力ａ（矢印ａ）と、遠心力ｂ（矢印ｂ）
と、微粒子分散液による抵抗力ｃ（矢印ｃ）が加わる。
なお、図１における矢印ｄは、その遠心力ｂと抵抗力ｃ
によって合成される微粒子Ｐに加わる脱着力ｄを示す。
回転体１の外周面に微粒子Ｐに加わる脱着力ｄは、回転
体１の回転速度に依存し、その回転速度が大きくなる
程、その脱着力ｄは大きくなる。一方、微粒子Ｐに加わ
る表面間引力ａは、その粒径の大小にかかわらず、一定
の大きさである。従って、回転体の回転速度が小さい場
合には、遠心力ｂ及び水の抵抗力ｃにより合成される脱
着力ｄが小さくなるため、粒径の小さい粒子はもちろ
ん、比較的粒径の大きい粒子も吸着し続けるが、一方、
その回転速度が大きくなると、粒径の大きい粒子に対し
ては粒径の小さい粒子よりも強い脱着力が作用するた
め、その粒径の大きな粒子は脱着する。以上のように、
回転体の回転速度により、その外周面に吸着させる粒子
の粒径をコントロールすることができるが、本発明はこ
の原理を利用して、分散液中の微粒子の分離及び微粒子
の分級を行うものであり、また、動的分散液中の微粒子
の回転体表面からの脱着力（回転体表面に微粒子が吸着
し続ける表面間引力の最小値と同義）の測定を行うもの
である。

【０００８】本発明では、回転体としては、各種のもの
が使用可能であるが、大別すると、下記するような
（Ａ）、（Ｂ）二種類のものが用いられる。回転体
（Ａ）は、その外周面が電荷付与できる帯電部（絶縁体
又は導電体）に形成されてなるものである。回転体の形
状は軸を中心に回転し得るものであれば特に限定はない
が、吸着効率や取扱い性のよさその他から円筒状（ドラ
ム状）もしくは円柱状のものが好ましく、円筒状（ドラ
ム状）のものがより好ましい。電荷付与できる帯電部と
は、回転体を分散液中で回転させたときにその表面にプ
ラス又はマイナスの表面電位（ゼータ電位）が発生する
ものである。該帯電部は、絶縁体又は導電体からなるこ
とができ、比較的硬度が高くかつ平滑な面を有するもの
が好ましい。その材質としては樹脂類、無機酸化物、ガ
ラス等を挙げることができ、具体的には、パラフィン、
雲母、石英ガラス等が例示される。これらの材質からな
る材料を任意の回転体の外周面に塗布するか又は、予め
シート状体に成形しておいてからこれを巻きつけて形成
することによって、所望の回転体を容易に得ることがで
きる。

【０００９】回転体（Ｂ）は、その外周面が給電部を通
して電荷付与できる帯電部（導電体部）を有するもので
ある。回転体の形状は軸を中心に回転し得るものであれ
ば特に限定はないが、吸着効率や取扱い性のよさその他
から円筒状（ドラム状）もしくは円柱状のものが好まし
く、円筒状（ドラム状）のものがより好ましい。該導電
体部は、回転体（Ａ）と同様に硬度が高くかつ平滑な面
を有するものが好ましく、具体的には銅、モリブデン、
パラジウム等が例示される。これら材質からなる材料を
回転体の外周面に塗布するか、又は予めシート状体に形
成されたものを巻きつけて形成することによって、所望
の回転体を容易に得ることができる。該導電体部は、外
部より電荷付与ができるように給電部を配設し、電気ブ
ラシ等により外部からこの給電部を通してその導電体部
に給電される。

【００１０】本発明において、前記回転体（Ａ）を分散
液中に設置し、これを回転させると回転体外周面（表
面）にプラス又はマイナスの高い表面電位（ゼータ電
位）が発生し、その結果回転体外周面に、回転体外周面
の電荷とは反対電荷をもつ微粒子が電気的に引きつけら
れ捕捉、吸着される。従って、回転体（Ａ）を使用する
に当っては、予め分散液中の微粒子の電荷を調べてお
き、これとは反対電荷の表面電位（ゼータ電位）を生じ
る帯電部を備えた回転体を選択し使用する必要がある。
この回転体（Ａ）を用いると、外部より電気エネルギー
を供給する必要がなく、回転体外周面の帯電部自体が有
する表面電位（ゼータ電位）により微粒子を吸着分離す
ることができ、省エネルギー的である。また装置が極め
て簡便となる。

【００１１】本発明において、前記回転体（Ｂ）を用い
て分散液中の微粒子の分離を行う場合には、まず、分散
液槽の内壁が電極となり得るような導電体部を適宜設け
ておく必要がある。この導電体部の材質は回転体（Ｂ）
の導電体部のそれと同じとするのがよい。前記の分散液
槽の分散液中に回転体（Ｂ）を設置し、外部より回転体
（Ｂ）の導電体部及び分散液槽の導電体部をそれぞれ電
極として両電極間に電圧をかける。この場合、液体が電
気分解されないよう低電圧又は断続的電圧を用いる。回
転体を回転させると、回転体外周面に回転体外周面とは
反対電荷をもつ微粒子が引きつけられ捕捉、吸着され
る。なおこの場合、回転体外周面の電荷の符号は電流の
方向を変えることによって簡単に変えることができ、ま
た表面電位の高さも任意に設定することができるので、
回転体を微粒子の種類（電荷等）に応じて特に代える必
要なく、好ましい。

【００１２】本発明において、前記回転体は、その外周
面、即ち、絶縁体又は導電体からなる帯電部の表面に更
に多数の針状の突起を有していてもよい（ニードルタイ
プ）。非常に細かい微粒子は表面が平滑（フラットタイ
プ）な回転体では回転体周囲の大きな分散液流に流され
回転体に吸着しにくいが、前記ニードルタイプのものを
用いると、その突起により回転体周囲に突起径に対応し
た細かな水の流れが発生し、微粒子がこの突起先端部及
び周面に吸着しやすくなる。従って、非常に細かい微粒
子即ち極微粒子の分離においてはこのニードルタイプが
好ましい。

【００１３】前記回転体の回転を行うには、通常、回転
（数）を制御できるパルスモーター等の電動機が用いら
れるが、本発明においては、後記するように、回転体外
周面下部に自己回転羽根を取りつけ、分散液自体のなが
れ（流入及び排出）により回転体を回転させ、この流速
を変化させることによって回転体の回転（数）を制御で
きるようにする。この方法によれば電動機等のための電
力が節減できる。

【００１４】本発明において、前記回転体外周面に吸着
した微粒子を取り出す（回収）には、通常、回転体外周
面に接触可能に設けられた耐摩耗性に富んだ回収部材、
例えば回収板又はブラシ（刷毛）を用い、これをその外
周面に連続的にあるいは間欠的に接触させることによっ
て行われる。回転体外周面が平滑な場合は回収板、ブラ
シのいずれを用いてもよいが、回転体外周面が前記した
ような突起を有するニードルタイプである場合は回収板
は不適当であって、ブラシその他を用いる。ブラシは、
その先端（接触部）に、吸着した粒子の電荷とは反対電
荷を付与しておく（電荷ブラシ）と、回転体外周面から
吸着微粒子を容易に脱着、回収できる。また、回転体の
一部に表面電位を有しないか、又は回転体微粒子吸着ゾ
ーンと反対電荷（吸着した微粒子と同一電荷）を有する
脱着ゾーンを設けておくことによっても、吸着微粒子を
容易に脱着させることができる。

【００１５】前記微粒子の回収板又はブラシによって集
められた微粒子は、適宜回収板又はブラシそれ自体に、
又はその後方もしくは下方に設けられた排出部より連続
的にあるいは間欠的に取り出され、回収される。

【００１６】次に、本発明の、微粒子が液中に分散して
いる分散液中の微粒子を分離する方法及びそのための装
置について詳述する。なお、本方法及び装置において
は、微粒子とは固体微粒子及び液体微粒子を意味する。
従って、分散液は懸濁液及び乳濁液を意味する。本方法
は、微粒子が液中に分散している分散液中の微粒子を分
離する方法であって、該分散液中に回転体を設置し、該
回転体外周面に分散液中の微粒子の電荷とは反対の電荷
を付与し、かつ該回転体を分散液自体の流れによって回
転させて分散液中の微粒子を該回転体の外周面に吸着さ
せることにより分離する。微粒子が分散している分散液
の分散媒体は、微粒子がプラス又はマイナスイオンに帯
電され、電気的に移動できるような液体であればいずれ
でもよく、通常は水である。本方法を実施するには、ま
ず分離すべき微粒子を含む分散液（懸濁液又は乳濁液）
中に、前述の回転体（Ａ）又は（Ｂ）を設置する。回転
体（Ａ）を使用する場合は分散液中の微粒子の電荷を調
べ、これとは反対電荷のゼータ電位を発生するものを選
定する。回転体（Ｂ）を使用する場合は分散液槽内壁に
も電極を設け分散液中の微粒子の電荷と反対電荷となる
ように外部より電圧をかける。ついで、回転体をパルス
モーター等の回転（数）を制御できる駆動手段により回
転させ、分散液内の最大粒子（粒子径、粒子重量が最
大）が脱着しない範囲の回転速度に保ちながら、回転体
外周面に粒子を吸着させ、これを分離回収する。

【００１７】本発明に用いる回転体は、液流を用いて回
転させるが、モータ等の動力を併用してもよい。図２
に、回転体を液流により回転させる場合の微粒子分離装
置の模式図を示す。図２において、３は立筒型分離槽、
４は回転体、２は微粒子、８は自己回転羽根、６及び７
は配管を示す。この装置においては、その立筒型分離槽
３の内部には回転体４が配設され、その上端には配管６
が連設され、その下端には配管７が連設されている。ま
た、回転体４の下端部には、自己回転羽根８が付設され
ている。この装置を用いて分散液中の微粒子を分離する
には、配管６を通して微粒子を含む分散液１を立筒型分
離槽内を下方向に流し、配管７から排出させる。このよ
うにして、分散液を下方向に流すと、回転体４は、その
下部に付設された自己回転羽根８の作用により回転す
る。回転体表面に吸着した微粒子は、これをその回転体
表面から分離し、回収する。このためには、その回転体
表面にブラシや板体等の回収部材を接触させて微粒子を
剥離させればよい。この場合、回転体表面の微粒子の回
収を容易にするように、その回収部材にはその回転体の
表面電荷と同じ電荷を帯電させることもできる。さら
に、回転体上に吸着した微粒子をその回転体表面から分
離するために、回転体の外周面上に回収部材をわずかの
クリアランスを置くか弱く接触させて配置する。この場
合、その回収部材は、回転体の長さ方向に対して同方向
又はやや傾斜させて配置することができる。回収部材を
このようにして回転体表面上に配置し、回転体を回転さ
せると、その回転体表面上に吸着した微粒子は、その回
収部材と接触し、回転体表面から掻き取られる。本発明
による分散液中に含まれる固体微粒子又は油滴微粒子の
分離方法によれば、その粒径が非常に細かい微粒子から
比較的粗い微粒子までの広範囲の粒子径分布を有する微
粒子を、１つの工程で連続的かつ迅速に分離することが
できる。また、本発明の分離方法は、パイプ内や水槽内
等のあらゆる個所に存在する分散液に対して適用するこ
とができる。しかも、本発明の場合には、その分散液の
液質を変えることがないので、反応槽等に収容されてい
る反応液中の微粒子の除去に適用することができる、さ
らに、家庭用排水管を通る排水に含まれる油滴微粒子や
その他の微粒子の分離に適用することもできる。

【００１８】本発明の分離方法及び装置によれば、超微
粒子から粗微粒子に至る幅広い粒子径を持つ微粒子の分
離回収を、一工程で、連続的かつ迅速に行うことが可能
であり、大量処理にも適応し得る。また、本装置は、構
造が単純でコンパクト化が可能であってパイプ内、水槽
内などあらゆるところに設置が可能であると共に、設置
した箇所の分散液の液質を変えることがないので、反応
槽内等に設置し微粒子を除去することや、家庭用排水管
に組み込み、排水に混入する油滴や微粒子などを除去す
ることも可能である。そして、動力を全く使用しないか
又は殆ど使用しないので省エネルギーである。従って、
本発明の方法及び装置は、分散液中の微粒子を系外に取
り出すことの要求される排水処理、スラッジ処理等の分
野や、排水中の微粒子や油滴を除去する業務用、家庭用
ロ過器等の分野において、また溶液中に析出した不要微
粒子の除去を必要とする各種製造工程等において極めて
有用である。そしてまた、大学等の研究室における実験
室においてもその有用性は高いものである。

【００１９】次に、本発明により固体微粒子を分級する
方法及びそのための装置について詳述する。本発明の微
細微粒子と粗大微粒子からなる微粒子混合物から微細微
粒子を分級する方法は、該微粒子混合物の分散液中に回
転体を設置し、該回転体外周面に分散液中の微粒子の電
荷とは反対の電荷を付与し、ついで回転体を回転させる
と共に該微細微粒子と粗大微粒子の回転体外周面に対す
る脱着力の差を利用することにより、微細微粒子のみを
該回転体外周面に吸着させ、該微細微粒子を取り出すこ
とからなる。微粒子を分散（懸濁）させる分散媒体は、
微粒子がプラス又はマイナスに帯電され、電気的に移動
できるような液体であればいずれでもよいが、通常水で
ある。本方法においては、まず分級すべき微粒子を水等
の液中に分散させて分散液（懸濁液）とし、この微粒子
分散液中に、前述の回転体（Ａ）又は（Ｂ）を設置す
る。回転体（Ａ）を使用する場合は分散液中の微粒子の
電荷を調べ、これとは反対電荷のゼータ電位を発生する
ものを選定する。回転体（Ｂ）を使用する場合は、分散
液槽内壁にも電極を設け分散液中の微粒子の電荷と反対
電荷となるように外部より電圧をかける。ついで、回転
体をパルスモーター等の回転（数）を制御できる駆動手
段により回転させる。前述したように、回転体の回転速
度と脱着する粒子の粒子径・粒子重量とは相関をもつ
（大きく、重い粒子ほど低い回転速度で脱着する）こと
から、回転体の回転速度を一定に保ったときに回転体外
周面に吸着し続ける粒子を回収することで、回転体回転
速度に対応した粒子径・粒子重量で微粒子を分級するこ
とができる。

【００２０】本方法を実施する分級装置の１例について
の模式図を図３に示す。図３において、４は回転体、５
は回転軸、１０は液槽、１１は回収部材、１２は微細微
粒子、１３は粗大微粒子を示す。図３に示す装置を用い
て微細微粒子１２と粗大微粒子１３との混合物から、微
細微粒子１２を分級するには、その微粒子混合物を分散
媒中に分散させて形成した分散液を槽１０内に入れる。
次に、回転体４を回転させる。この場合、その回転体の
回転速度は、所望の微細微粒子１２が回転体表面に吸着
し、粗大微粒子１３は吸着されないような速度に調節す
る。前記のようにして回転体４を回転させると、その回
転体の表面に微細微粒子１２が選択的に吸着し、その吸
着した微粒子は、回収部材１１により分離回収される。
このようにして、粗大微粒子１３とそれより粒径の小さ
い微細微粒子１２とが分級される。

【００２１】微粒子の分級に界面電気現象を応用した例
は未だなく、従来の分級法とは異なり、本方法及び装置
によれば、任意の粒子径以下の微粒子を迅速、簡易にし
かも連続的に分級できると共に、その固液分離を同時に
達成できるため、所定粒子径以下の微粒子を分散液の系
外に取り出すことが可能である。このため、分散液中の
不純物除去や分散液中に析出した不要微粒子の除去等微
粒子の選択分離技術としても利用できる。また、分級粒
子径以下の微粒子の回収を平滑な回転体外周面上に吸着
させて行うことができるため、その吸着微粒子の脱着
（離）が容易であり、長時間連続的に稼働させることが
可能であり、大量処理が可能となる。更にまた、分散液
の液質を変えずに実施できるため、各種工程の特定粒径
群の微粒子除去にも利用できる。従って、本方法及び装
置は、特定の粒径群の微粒子のみ系外へ取出したい廃水
処理、スラッジ処理等の分野や、分散液中の特定粒径群
の不要微粒子のみの除去を必要とする各種製造工程等に
おいて、或いはまた特定粒径群の微粒子のみを回収を必
要とする材料開発等の分野において極めて有用である。
更にまた、大学等の研究室においても有用性が高いもの
である。

【００２２】次に、本発明の動的分散系での微粒子の脱
着力を測定する方法について詳述する。なお、本方法及
び装置において、動的分散系での脱着力とは、該分散系
中で一定速度で回転する回転体外周面に吸着し続けてい
る微粒子を脱着するにはどの程度の力を要するのかその
力を指称したものである。本発明による動的分散系での
微粒子の脱着力を測定する方法は、微粒子の分散液中に
回転体を設置し、該回転体外周面に分散液中の微粒子の
電荷と反対の電荷を付与し、該回転体を回転させ、一定
の回転速度に保ったときに、該回転体外周面に吸着し続
ける微粒子の最大粒子径を測定し、この最大粒子径の微
粒子が受ける遠心力と分散液による抵抗力を算出して表
面間引力を求め、その値をもって脱着力とするものであ
る。微粒子が回転体外周面に「吸着し続ける力」（表面
間引力又は吸着力）とその「脱着に要する力」（脱着
力）とはほぼ等しいことから、粒度分布ができるだけ連
続しかつ広い粒子群の分散液（懸濁液）中において、一
定速度で回転する回転体外周面に吸着し続けている微粒
子のうちの最大粒子径を持つものを選び出し、その微粒
子の脱着に要する力、即ち、該微粒子が受ける遠心力と
分散液による抵抗力とを算出し、その値をもって前記微
粒子の脱着力（又は吸着力）とするものである。本方法
において、微粒子を分散（懸濁）させる分散媒は、微粒
子がプラス又はマイナスに帯電され、電気的に移動でき
るような液体であればいずれでもよいが、通常水であ
る。本方法の実施においては、まず粒度分布ができるだ
け連続し、かつできるだけ広い微粒子の分散液（懸濁
液）中に、前述の回転体（Ａ）又は（Ｂ）を設置する。
回転体（Ａ）を使用する場合は分散液中の微粒子の電荷
を調べ、これとは反対電荷のゼータ電位を発生するもの
を選定する。回転体（Ｂ）を使用する場合は分散液槽内
壁にも電極を設け分散液中の微粒子の電荷と反対電荷と
なるように外部より電圧をかける。なお、前記回転体
（Ａ）、（Ｂ）はその帯電部がシート状物として着脱自
在に巻きつけられているものが好ましい。ついで、回転
体をパルスモーター等の回転（数）を制御できる駆動手
段により回転させ、一定の回転速度に保った後、回転体
の帯電部を静かに取りはずし、回転体周側面に吸着し続
ける微粒子の最大粒子径を顕微鏡法もしくは任意の粒子
径測定法により測定する。そしてその粒子が受ける遠心
力と分散液による抵抗力を計算することにより、回転体
外周面との表面間引力、即ち粒子の脱着力を求めるもの
である。

【００２３】本方法に用いる測定装置の１つの実施例に
ついて、その模式図を図４に示す。図４において、４は
回転体、５は回転軸、１０は液槽、１２は微細微粒子、
１３は粗大微粒子を示す。回転体４は、図５に示すよう
に、その表面に、界面電位シート１４を脱着自在に巻き
ける。図４の装置を用いて微粒子の脱着力を測定するに
は、分散媒中に微粒子を分散させて形成した分散液を液
槽１０内に入れる。次に、その液槽内回転体４を回転さ
せる。この場合、その回転体の回転速度は、所望の微細
微粒子１２が回転体表面に吸着し、粗大微粒子１３は吸
着されないような速度に調節する。前記のようにして回
転体４を回転させると、その回転体の表面に微細微粒子
１２が選択的に吸着し、この吸着した微粒子は、回収部
材１１により分離回収される。このようにして、粗大微
粒子１３とそれより粒径の小さい微細微粒子１２とが分
離される。前記界面電位シート１４は、前記回転体
（Ａ）、（Ｂ）に関して示したのと同様にして電荷を付
与できるものであり、絶縁体又は導電体からなる。ま
た、このシートは、その回転体４の外周面に巻成可能な
ように可とう性を有するものである。本発明により図４
の装置を用いて微粒子の脱着力の測定を行うには、回転
体の回転速度を一定速度に保ちながら微粒子を回転体外
周面に巻成したシート１４の表面に吸着させた後、該シ
ートをそのまま静かに回転体から取り去り、該シートに
吸着している微粒子の最大粒子径を測定して微粒子の脱
着力を求める。ついで該シートに吸着している微粒子を
板状体やブラシにより全て除去した後、該シートを再び
回転体外周面に巻きつけ、次の測定に供する。本方法及
び装置によれば、従来の雲母を用いた表面間力測定法に
比べ、対象粒子の種類は選ばず、またその粒子形状等を
反映した実際の系における脱着力を簡易に測定すること
が可能である。さらに、従来の雲母を用いた表面間力測
定法が静的な状態での測定であるのに対し、本方法及び
装置は動的な場、即ち微粒子凝集・分散試験と同様の撹
拌場における実際の微粒子の脱着に必要な力を測定する
ことが可能である。そして、本装置は精密加工部がない
ため、類似の目的に用いる従来の（実験）装置に比べ安
価に製作することができる。従って、本方法及び装置は
大学等の研究室における実験装置において極めて有用で
ある。

【００２４】

【発明の効果】〔１〕本発明の、分散液中の微粒子を分
離する方法及びそのための装置によれば、幅広い粒子径
を持つ微粒子の分離回収を、一工程で連続的に、しかも
迅速かつ簡易に行うことができ、大量処理にも適応し得
る。また、本装置は、構造が単純でコンパクト化が可能
であってあらゆるところに設置が可能であると共に、設
置した箇所の分散液の液質を変えることがない。そし
て、動力を全く使用しないか又は殆ど使用しないので省
エネルギー的である。〔２〕本発明の、微粒子を分級する方法及びそのための
装置によれば、任意の粒子径以下の微粒子を迅速かつ簡
易にしかも連続的に分離できると共に、その固液分離を
同時に達成できるため、分級粒子径以下の微粒子を分散
液の系外に取り出すことが可能である。また、分級粒子
径以下の微粒子の回収を平滑な回転体外周面上に吸着さ
せて行うことができるため、脱着（離）が容易であり、
長時間連続的に稼働させることが可能であり大量処理が
可能となる。更にまた、分散液の液質を変えずに実施で
きる。〔３〕本発明の、微粒子の脱着力を測定する方法及びそ
のための装置によれば、対象粒子の種類は選ばず、また
その粒子形状等を反映した実際の系における脱着力を簡
易に測定することが可能である。そして、本装置は精密
加工部がないため、類似の目的に用いる従来の（実験）
装置に比べ安価に製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転体の外周面に微粒子が吸着し
たときの状態図である。

【図２】本発明による回転体を液流により回転させる場
合の微粒子分離装置の模式図である。

【図３】本発明の微粒子の分級装置の１つの例について
の模式図である。

【図４】本発明の微粒子の脱着力測定装置の１つの実施
例についての模式図である。

【図５】回転体表面に巻成し、微粒子を吸着させるシー
トの説明図である。

【符号の説明】

１微粒子分散液２微粒子３、１０分散液槽４回転体５回転軸６、７配管８自己回転羽根１１回収部材１２微細微粒子１３粗大微粒子１４界面電位シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B03C 5/00 - 5/02 G01N 15/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】微粒子が液中に分散している分散液中の微
粒子を分離する方法であって、上方に液流入口及び下方
に液流出口を有する立筒型の分散液槽内に、それ自体の
下方部に自己回転羽根を有する回転体を垂直に設置し、
該回転体外周面に分散液中の微粒子の電荷とは反対の電
荷を付与し、かつ該回転体を分散液自体の流れによって
回転させて分散液中の微粒子を該回転体の外周面に吸着
させ、ついで該回転体の外周面に吸着させた微粒子を脱
離させることを特徴とする分散液中の微粒子を分離する
方法。
【請求項２】微細微粒子と粗大微粒子からなる微粒子混
合物から微細微粒子を分級する方法であって、該微粒子
混合物の分散液中に回転体を設置し、該回転体外周面に
分散液中の微粒子の電荷とは反対の電荷を付与し、つい
で回転体を回転させると共に該微細微粒子と粗大微粒子
の回転体外周面に対する脱着力の差を利用することによ
り、微細微粒子のみを該回転体外周面に吸着させること
を特徴とする微細微粒子と粗大微粒子との微粒子混合物
から微細微粒子を分級する方法。
【請求項３】脱着力の差が、微細微粒子は該回転体外周
面に選択的に吸着するが粗大微粒子は吸着しないような
回転体の回転速度の制御によって与えられることを特徴
とする請求項２の方法。
【請求項４】動的分散系での微粒子の脱着力を測定する
方法であって、該微粒子の分散液中に回転体を設置し、
該回転体外周面に分散液中の微粒子の電荷と反対の電荷
を付与し、該回転体を回転させ、一定の回転速度に保っ
たときに、該回転体外周面に吸着し続ける微粒子の最大
粒子径を測定し、該最大粒子径の微粒子が受ける遠心力
と該分散液による抵抗力を算出して該微粒子の回転体外
周面からの脱着力を求めることを特徴とする微粒子の脱
着力を測定する方法。
【請求項５】上方に液流入口及び下方に液流出口を有す
る立筒型の分散液槽と、該槽内に垂直に設置され、その
下方部に自己回転羽根を有し、かつその外周面に電荷を
付与できる回転体と、該回転体の外周面に接するように
設けられた微粒子回収部材を備えたことを特徴とする分
散液中の微粒子分離装置。
【請求項６】分散液槽と、該槽内に水平に設置され、か
つその外周面に電荷を付与できる回転体と、該回転体を
微細微粒子はその外周面に選択的に吸着するが粗大微粒
子は吸着しないような回転速度に制御し得る駆動手段
と、該回転体の外周面に接するように設けられた微粒子
回収部材を備えたことを特徴とする微粒子の分級装置。
【請求項７】分散液槽と、該槽内に水平に設置され、か
つその外周面に電荷を付与することができる回転体と、
該回転体を回転させ、一定の回転速度に保ったときに、
該回転体外周面に吸着し続ける微粒子の最大粒子径を測
定し、該最大粒子径の微粒子が受ける遠心力と該分散液
による抵抗力を算出する手段を備えたことを特徴とする
微粒子の脱着力測定装置。
【請求項８】回転体が、その外周面に電荷を付与するこ
とができかつ着脱自在に巻きつけられたシートを有する
ものであることを特徴とする請求項７の微粒子の脱着力
測定装置。