JP4294397B2 - イオン除去用カートリッジフィルタ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種液体の精密濾過に使用されるプリーツ型濾過体を備えたカートリッジフィルタに係り、特に液体中に含まれる有害イオンを捕捉除去するイオン除去用カートリッジフィルタ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、カートリッジフィルタは、図４に示すように、多数の孔を有する円筒形のコア１０と、このコアの外周に配したプリーツ型濾過体１１と、これらを収納した多孔性の外周カバー１２と、外周カバー１２の上下端に液密に封着した上エンドプレート１３と下エンドプレート１４とを備えて成る（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−９９３０７号公報（第２頁第１欄−第２欄）
【０００４】
また、イオン除去用カートリッジフィルタは次の方法により製造されている。すなわち、メルトブロー不織布、スパンボンド不織布等からなる濾過材１１ａに浸漬処理又はコーティング処理などによりイオン交換樹脂を接着バインダーによって固定した後、内面サポート材１１ｂと外面サポート材１１ｃとを重ね合わせた基材シートを形成する（図５）。次に、この基材シートに一定ひだ幅のプリーツ加工を施し、この基材シートをコアの外径に対応する寸法に裁断して、ひだがコアの径方向になるようにコアの外周に配して合わせ目を液密に接着してプリーツ型濾過体１１を形成した後、外周カバー１２に収納する。そして、外周カバー１２の両端に上、下エンドプレート１３、１４を液密に封着して、イオン除去用カートリッジフィルタを製造している。
【０００５】
従来技術によるカートリッジフィルタは、粒子径の異なるイオン交換樹脂粉体１５が、図６に示すように、濾過体１１ａの内部及び両面全体にわたって混在した状態となる。しかし、カートリッジフィルタで処理される液体（以下、被処理液という）は、プリーツ型濾過体の流入側から流出側に均等に流れず、コア側に位置するプリーツの谷部分に集中して最も多く流れる。
よって、プリーツの山部分にあるイオン交換樹脂粉体はその機能を十分に発揮せず、有害イオンの除去効率がイオン交換樹脂粉体の付着量に比例して向上しないという問題がある。
【０００６】
また、従来技術の方法によるときは、イオン交換樹脂粉体をプリコートした基材シートでプリーツ型濾過体を成形しているから、同一の有害イオンを除去するカートリッジフィルタを大量に製造する少品種多ロット生産に適している。
しかし、この種カートリッジフィルタは種々の産業分野において広く使用されており、除去対象有害イオンは被処理液によってそれぞれ異なっている。
よって、除去対象有害イオンが異なるカートリッジフィルタを製造する多品種少ロット生産には適さず、生産効率が非常に悪くなるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、従来技術の問題を解決するためになしたものであり、被処理液の流れに対応して十分に機能を発揮するようにイオン除去粉体を分布して有害イオンを効率的に除去可能にし、また除去対象有害イオンが異なるカートリッジフィルタを生産効率を低下することなく多品種少ロットでも生産可能にすることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明であるイオン除去用カートリッジフィルタは、多数の孔を有する円筒形のコアの外周に、少なくとも二枚のサポート材間に濾過材を挟んでひだ折りして周着したプリーツ型濾過体を備えたカートリッジフィルタであって、上記プリーツ型濾過体は、フィルタ吸引方向からの吸引力によってイオン捕捉粉体を付着させたことにより、流出側に位置するプリーツの谷部分の内部及び表面にはイオン捕捉粉体が密の状態に、かつ流入側に位置する山部分の内部及び表面にはイオン捕捉粉体が粗の状態に固着して成ることを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
ここで、イオン捕捉粉体とは、被処理液中の金属イオンを捕捉除去する機能を有する粉体を意味し、具体的には、イオン交換樹脂、活性炭、ゼオライト、光触媒、キレート粉体、帯電物質、有機吸着剤、無機吸着剤などの粉体である。
【００１０】
この手段によれば、イオン捕捉粉体が、プリーツ型濾過体を通過する被処理液の流量に対応するように分布しているから、その機能が十分に発揮される。
【００１１】
この発明において、濾過材の細孔径分布としては、０．５μｍ〜５０μｍの範囲である構成（請求項２）が好適である。というのは、０．５μｍ未満になるとイオン捕捉粉体の固着による初期圧力損失が大きくなりすぎて実用に不適となり、５０μｍを越えると被処理液がイオン交換樹脂粉体に接触せずに流れ易くなって、金属イオンの除去効率が低下する傾向になるからであり、より好ましい細孔径分布の範囲としては２μｍ〜１５μｍである。なお、細孔径分布はバブルポイント法（ＪＩＳＫ３８３２）に基づいた測定装置（例えば、米国ＰＭＩ社の製品名Ｐｅｒｍ−Ｐｏｒｏｍｅｔｅｒ、以下パームポロメータという）で測定した数値である。
【００１２】
また、濾過材の細孔径分布が０．５μｍ〜５０μｍの範囲で、かつ流入側から流出側に小さくなる密度勾配であり、イオン捕捉粉体の最小粒子径が濾過材の最小細孔径より大である構成（請求項３）が好適である。このようにすると、比較的大きい粒子径から微小な粒子径のイオン捕捉粉体が濾過体の流入側から流出側にむかってその細孔径分布に対応して固着する。
よって、被処理液が濾過材を略均等に通過して、イオン除去粉体と十分に接触し、有害イオンの除去効率がより一層向上する。また、濾過材が比較的厚いときでも、イオン捕捉粉体を厚さ方向に大から小に整列して固着する。
【００１３】
次に、第２の発明であるイオン除去用カートリッジフィルタの製造方法は、多数の孔を有する円筒形のコアの外周に、少なくとも二枚のサポート材間に濾過材を挟んでひだ折りして周着した濾過体を備えたプリーツ型カートリッジフィルタを、イオン捕捉粉体を含有する処理溶液を入れた液槽内に浸漬して、フィルタ吸引方向から処理溶液を吸引して濾過体にイオン捕捉粉体を通過させることで、濾過体にイオン捕捉粉体を付着させる工程を有して成る（請求項４）。
【００１４】
この場合、イオン捕捉粉体の付着と固着を同時に行うときは、工程が削減し、生産効率が向上するという利点がある。しかし、処理溶液中にバインダー樹脂を含有すると粘度が高くなり、イオン捕捉粉体がプリーツ型濾過体の山部分と谷部分に所定量分布して付着し難くなる傾向になる。
よって、イオン捕捉粉体の分布状態や付着量の調整の点を考慮すると、イオン捕捉粉体の濾過体への付着工程と固着工程を順次行うほうがより好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
図１において、カートリッジフィルタＦは、多数の孔を有する円筒形のコア１と、このコア１の外周に配したプリーツ型濾過体２と、これらを収納した多孔性の外周カバー３と、外周カバー３の上下端に液密に封着した上エンドプレート４と下エンドプレート５とを備えて成る。なお、図中６は流出口である。
【００１７】
上記プリーツ型濾過体２は、濾過材２ａの両面に内面サポート材２ｂ（流出側）と外面サポート材２ｃ（流入側）とを重ね合わせて所定寸法に裁断して所定寸法のひだ幅のプリーツ加工を施し、コア１の外径に合わせて必要山数を裁断してひだを径方向にしてコア１の外周に配して合わせ部分を液密に接着して周着して成る。
【００１８】
また、プリーツ型濾過体２には、図２に示すように、イオン交換樹脂粉体７が流出側ｂに位置するプリーツの谷部分の内部及び表面に比較的密の状態に、また流入側ａに位置する山部分の内部及び表面に比較的粗の状態に固着して成る。
【００１９】
上記濾過材２ａとしては、カートリッジフィルタ使用時において、被処理液の流量の減少を抑制して初期圧力損失の上昇を少なくする点を考慮すると、メルトブロー不織布及び／又はスパンボンド不織布が好適である。
また、その細孔径分布は、パームポロメータで測定した数値が０．５μｍ〜５０μｍの範囲、好ましくは２μｍ〜１５μｍの範囲であり、流入側から流出側に密度勾配でないものでもよいが、イオン交換樹脂粉体の平均粒子径を考慮すると、細孔径が流入側から流出側にかけて漸進的に大から小にした密度勾配のものが好適である。このようにすると、粒子径の異なるイオン交換樹脂粉体がその粒子径に見合った細孔径のところに、濾過材の流入側から流出側にかけて略整列して固定される。
よって、プリーツ型濾過体を通過する被処理液は、流入側から流出側に均整に流れて濾過され、有害イオンの除去効率をより一層高めることができる。
【００２０】
内面サポート材２ｂはスパンボンド不織布で構成し、また外面サポート材２ｃはネット又はスパンボンド不織布が好適である。外面サポート材はプリーツ加工された濾過材の密着を防止することを目的とするので、その細孔径については特に特に限定されないが、濾過材２ａの細孔径分布を考慮すると、外面サポート材２ｃのスパンボンド不織布の最小細孔径は濾過材２ａの流入側の細孔径と同一又は大にするのがより好ましい。
【００２１】
メルトブロー不織布、スパンボンド不織布の構成繊維としては、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素、アクリル、ポリ乳酸、ポリ塩化ビニリデンなどを単独で又は適宜選択した複数種類を混合して用いることができるが、極性溶液に対する耐薬品性などを考慮すると、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維やフッ素繊維を用いるのが望ましい。
【００２２】
次に、イオン捕捉除去機能を有するプリーツ型濾過体を備えたカートリッジフィルタの製造方法ついて、図３に基づいて説明する。
図３（ａ）はイオン交換樹脂粉体を付着するのに用いる第一処理溶液の吸引装置の一例を示す概略構成図である。この吸引装置は、溶剤（例えば、トルエン）にイオン交換樹脂粉体を分散した第一処理溶液Ｓ１を入れた液槽Ａと、第一処理溶液の循環経路となるように配設したて合成樹脂製の管Ｔと、循環経路の一部に設けた第一処理溶液を吸引するポンプＰ（例えば、ダイヤフラムポンプ）と、第一処理溶液を攪拌する攪拌機Ｕとから成る。
まず、所定形状に成型したカートリッジフィルタＦ１を第一処理溶液Ｓ１中に浸漬し、液中で上エンドプレートの流出口６に管Ｔの一端を直接又は治具を介して接続した後、電源（図示省略）を入れるとポンプＰと攪拌機Ｕとが作動する。そして、液槽Ａ内の第一処理溶液Ｓ１が、攪拌機Ｕによって絶えず攪拌され、ポンプＰの吸引力によって液槽Ａ−プリーツ型濾過体−コア−流出口６−管Ｔ−液槽Ａを循環して流れる。
よって、第一処理溶液Ｓ１中に分散したイオン交換樹脂粉体がプリーツ型濾過体を通過する第一処理溶液の流量に応じてプリーツの谷部分と山部分にムラを生ずることなく付着したカートリッジフィルタＦ２が得られる。なお、ポンプＰの吸引量を変化させることによって、プリーツ型濾過体を通過する第一処理溶液の流量を変化させることができる。
【００２３】
次に、図３（ｂ）はプリーツ型濾過体に付着したイオン交換樹脂粉体を固着するのに用いる第二処理溶液の吸引装置の一例を示す概略構成図である。この吸引置は、バインダー樹脂を溶媒（例えば、トルエン）で溶解した第二処理溶液Ｓ２を入れた液槽Ｂと、第二処理溶液を回収する回収槽Ｃと、これらを接続する管Ｔと、管路の一部に設けた第二処理溶液を吸引するポンプＰ（例えば、ダイヤフラムポンプ）とから成る。
上記工程で作製したカートリッジフィルタＦ２を第二処理溶液Ｓ２内に浸漬し、流出口６に管Ｔの一端を直接又は治具を介して接続した後、電源（図示省略）を入れるとポンプＰが作動する。
よって、第二処理溶液Ｓ２が液槽Ｂ−プリーツ型濾過体−コア−流出口６−管Ｔ−回収槽Ｃに流れて、プリーツ型濾過体に付着したイオン交換樹脂粉体をバインダー樹脂で固着したカートリッジフィルタが得られる。
【００２４】
上記工程を経て作製されたカートリッジフィルタは、所定温度（例えば、６０℃）に調整された乾燥機に入れて、第二処理溶液が偏らないようにして溶剤を蒸発させる。次に、固定したイオン交換樹脂が、陽イオン交換樹脂のときは、塩酸・硫酸などの酸で処理してイオン形をＮａ形から９９．５％以上Ｈ形にし、陰イオン交換樹脂のときは、水酸化ナトリウムなどのアルカリで処理してＣ１形から９９．５％以上ＯＨ形に再生形にする。その後、純水にて洗浄した後、乾燥処理により水分を除去して、所望のカートリッジフィルタを製造する。
【００２５】
ところで、これらの場合において、イオン交換樹脂としては、陽イオン交換樹脂単独又は再生時Ｈ形タイプのキレート樹脂との混合もしくは陰イオン交換樹脂単独又は再生時ＯＨ形タイプのキレート樹脂との混合を除去対象金属イオンの種類によって適宜選択して用いることができる。また、混合するときの配合比は、被処理液の内容（イオン濃度・除去するイオンの種類など）によって設定し、濾過テストにより決定する。
【００２６】
また、粉砕したイオン交換樹脂粉体は，その粒子径の下限が濾過材の最小細孔径より大きくなるように粒子径の範囲を決定し、その平均粒子径としては、細かいほど粉体の表面積が増し、反応性が高くなる点を考慮すると、２μｍ〜７０μｍ、好ましくは５μｍ〜４０μｍ、さらに好ましくは１０μｍ〜３０μｍの範囲である。
【００２７】
イオン交換樹脂の種類として、具体的には、次のものを用いることができる。強酸性陽イオン交換樹脂としては、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体でスルホン基（−ＳＯ3 - ) を交換基とするタイプである。また、弱酸性陽イオン交換樹脂としては、メタクリル酸・ジビニルベンゼン共重合体でカルボン酸（−ＣＯＯＨ）を交換基とするタイプ、アクリル酸・ジビニルベンゼン共重合体でカルボン酸を官能基とするタイプなどである。
キレート樹脂としては、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体にイミノ二酢酸（−Ｎ＝（ＣＨ2 ＣＯＯ）2 Ｍ）を持つタイプ、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体に官能基としてポリアミンを持つポリアミンタイプ及びスチレン・ジビニルベンゼン共重合体にグルカミン基を持つグルカミンタイプなどである。
強塩基性陰イオン交換樹脂としては、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体に第四アンモニウム塩基（−Ｎ（−ＣＨ3 ）3 ・Ｘ）を持つタイプ及びジメチルエタノールアンモニウム基（−Ｎ（−ＣＨ3 ）2 −Ｃ2 Ｈ4 ＯＨ・Ｘ）を持つタイプなどである。
【００２８】
バインダー樹脂としては、一般的に熱可塑性樹脂であるエチレン・ブテン共重合体やエチレン・ヘキセン共重合体、エチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸３元共重合体、エチレン・グリシジルメタクリレートコポリマー、エチレン・グリシジルメタクリレートターポリマーのようなエチレン系樹脂やポリプロピレン系樹脂、フッソ系樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン・エチレン・ブチレン・スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）やスチレン・ブタジエン・スチレン・スチレン（ＳＢＢＳ）のようなスチレン系樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂（脱オキシムタイプ、脱アルコールタイプ及び付加タイプ）を単独又は２種類以上を混合した状態で用いるのが好適である。
【００２９】
これらの樹脂によるときは、有機溶媒に可溶であるから、有機溶媒の蒸発に伴ってバインダー樹脂に多数の微細孔が形成され、被処理液が微細孔を通じてイオン交換樹脂と接触し、イオン交換反応を効率的に行うことができる。
また、上記バインダー樹脂の中でも特にオレフィン系樹脂、中でもポリオレフィン樹脂、その中でもポリエチレン樹脂が有利である。というのは、ポリオレフィン樹脂は、フィルム皮膜の柔軟性の点で優れ、またカートリッジフィルタの洗浄工程などで使用する極性溶媒や電子工業用原料の希釈などに用いる有機溶媒、例えばＮＭＰ（Ｎメチル２ピロリドン）やＭＥＡ（モノエタノールアミン）、ハイドロフルオルエーテル（住友スリーエム社製）、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）及びＧＢＬ（γ−ブチロラクトン）に対して、溶解や膨潤などの物理変化が殆どなく、安定した性能を発揮することができるからである。
【００３０】
第一処理溶液におけるイオン交換樹脂粉末と溶剤（例えば、トルエン、キシレン、メタノール、エタノールなど）との配合比率（重量比）は、溶媒中の粉末の分散性、濾過材への付着均一性、作業性（加工時間）などを考慮すると、イオン交換樹脂粉末を０．５ｇ／ｌ〜３．０ｇ／ｌ、好ましくは１．０ｇ／ｌ〜２．０ｇ／ｌの範囲である。
また、濾過体に対するイオン交換樹脂粉末の付着量は、プリーツ型濾過体の濾過材の厚み、ピッチ、濾過面積などにより適宜設定するが、実用的な範囲としては、濾過材の繊度や目付によっても異なるが、重量比で、濾過材の不織布１００部に対して、イオン交換樹脂粉末を５０部〜２００部、好ましくは８０部〜１００部の範囲である。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、各実施例において、プリーツ型濾過体の濾過シートを構成する不織布の細孔径分布は、パームポロメータを用いて測定した。カートリッジフィルタ（径：２５４ｍｍ）は、多孔性コア（径３２ｍｍ×高さ２４０ｍｍ）、プリーツ型濾過体（ひだ幅１０ｍｍ、山数１２５山）、外周カバー（径７０ｍｍ×高さ２３０ｍｍ）、上部エンドプレート（中央に処理液流出口あり）及び下部エンドプレートとで構成した。
【００３２】
（実施例１）
プリーツ型濾過体を次の基材を用いて成形した。
濾過材：目付８４ｇ／ｍ2 、厚さ０．３０ｍｍ、細孔径分布２〜１２μｍの密度勾配型ポリプロピレン製メルトブロー不織布
流入側サポート材：目開き縦１．８ｍｍ×横１．０ｍｍ、目付４５ｇ／ｍ2 のポリプロピレン製ネット
流出側サポート材：繊度３．３ｄｔｅｘ、目付２０ｇ／ｍ2 のポリプロピレン製スパンボンド不織布
【００３３】
上記プリーツ型濾過体を組み込んだカートリッジフィルタを吸引装置に浸漬して、次の処理を順次施してイオン除去用カートリッジフィルタを作製した。
（１）イオン交換樹脂の付着
第一処理液：平均粒子径２２μｍの陽イオン交換樹脂（三菱化学製ＳＫ１ＢＨ、イオン形Ｈ形）粉末をトルエン中に均一に分散（濃度：１．５ｇ／ｌ）
通液条件：流量５リットル／分×１５分間
イオン交換樹脂付着量：約４０ｇ
（２）バインダー樹脂による固着
第二処理溶液：ポリエチレン樹脂＋トルエン（濃度：１０重量％）
通液条件：流量０．５リットル／分×２分間
ポリエチレン樹脂付着量（ウェット重量）：３００ｇ
乾燥温度６０℃にて溶剤の蒸発
（３）イオン交換樹脂の再生
１０％電子工業用塩酸にて洗浄→イオン交換樹脂のイオン形を９９．５％以上Ｈ形に再生→純水にて洗浄→乾燥処理による水分除去
作製したイオン除去用カートリッジフィルタを、水温２０℃、流量１０リットル／分の条件で圧力測定を行ったところ、処理前の初期圧力損失が０．０１０ｋｇｆ／ｃｍ3 であったのに対し、処理後の初期圧力損失は０．０３４ｋｇｆ／ｃｍ3 であった。
【００３４】
（実施例２）
プリーツ型濾過体を次の基材を用いて成形した。
濾過材：実施例１と同一
流入側サポート材：実施例１と同一
流出側サポート材：実施例１と同一
【００３５】
上記プリーツ型濾過体を組み込んだカートリッジフィルタを吸引装置に浸漬して、次の処理を順次施してイオン除去用カートリッジフィルタを作製した。
（１）イオン交換樹脂の付着
第一処理溶液：平均粒子径２５μｍの陰イオン交換樹脂（三菱化学製ＴＳＡ１２００、イオン形ＯＨ形）粉末をトルエン中に均一に分散（濃度：１．５ｇ／ｌ）
通液条件：流量５リットル／分×１５分間
イオン交換樹脂付着量：約４０ｇ
（２）バインダー樹脂による固着
第二処理溶液：ポリエチレン樹脂＋トルエン（濃度：１０重量％）
通液条件：流量０．５リットル／分×２分間
ポリエチレン樹脂付着量（ウェット重量）：３００ｇ
乾燥温度３８℃にて溶剤の蒸発
（３）イオン交換樹脂の再生
１０％電子工業用水酸化ナトリウムにて洗浄→イオン交換樹脂のイオン形を９９．５％以上ＯＨ形に再生→純水にて洗浄→乾燥処理による水分除去
作製したイオン除去用カートリッジフィルタを、実施例１と同一条件で圧力測定を行ったところ、処理前の初期圧力損失が０．０１０ｋｇｆ／ｃｍ3 であったのに対し、処理後の初期圧力損失は０．０２９ｋｇｆ／ｃｍ3 であった。
【００３６】
（実施例３）
プリーツ型濾過体を次の基材を用いて成形した。
濾過材：目付４５ｇ／ｍ2 、厚さ０．２２ｍｍ、細孔径分布０．５〜６μｍの密度勾配型ポリプロピレン製メルトブロー不織布
流入側サポート材：繊度３．３ｄｔｅｘ、目付２０ｇ／ｍ2 のポリプロピレン製スパンボンド不織布
流出側サポート材：繊度３．３ｄｔｅｘ、目付２０ｇ／ｍ2 のポリプロピレン製スパンボンド不織布
【００３７】
上記プリーツ型濾過体を組み込んだカートリッジフィルタを吸引装置に浸漬して、次の処理を順次施してイオン除去用カートリッジフィルタを作製した。
（１）イオン交換樹脂の付着
第一処理溶液：平均粒子径８μｍの陽イオン交換樹脂（三菱化学製ＳＫ１ＢＨ、イオン形Ｈ形）粉末をトルエン中に均一に分散（濃度：１．５ｇ／ｌ）
通液条件：流量５リットル／分×１５分間
イオン交換樹脂付着量：約４０ｇ
（２）バインダー樹脂による固着
第二処理溶液：ポリエチレン樹脂＋トルエン（濃度：１０重量％）
通液条件：流量０．５リットル／分×２分間
ポリエチレン樹脂付着量（ウェット重量）：３００ｇ
乾燥温度６０℃にて溶剤の蒸発
（３）イオン交換樹脂の再生
１０％電子工業用塩酸にて洗浄→イオン交換樹脂のイオン形を９９．５％以上Ｈ形に再生→純水にて洗浄→乾燥処理による水分除去
作製したイオン除去用カートリッジフィルタを、実施例１と同一条件で圧力測定を行ったところ、処理前の初期圧力損失が０．０２１ｋｇｆ／ｃｍ3 であったのに対し、処理後の初期圧力損失は０．１１８ｋｇｆ／ｃｍ3 であった。
【００３８】
（実施例４）
プリーツ型濾過体を次の基材を用いて成形した。
濾過材：実施例１と同一
流入側サポート材：目開き縦１．８ｍｍ×横１．０ｍｍ、目付４５ｇ／ｍ2 のポリプロピレン製ネット
流出側サポート材：実施例３と同一
【００３９】
上記プリーツ型濾過体を組み込んだカートリッジフィルタを吸引装置に浸漬して、次の処理を順次施してイオン除去用カートリッジフィルタを作製した。
（１）イオン交換樹脂の付着
第一処理溶液：平均粒子径１８μｍの陽イオン交換樹脂（三菱化学製ＳＫ１ＢＨ、イオン形Ｈ形）粉末５０重量％と平均粒子径１８μｍのキレート樹脂（三菱化学製ＣＲ−１１、イオン形Ｎａ形）粉末５０重量％とをトルエン中に均一に分散（濃度：１．５ｇ／ｌ）
通液条件：流量５リットル／分×１５分間
イオン交換樹脂付着量：約４０ｇ
（２）バインダー樹脂による固着
第二処理溶液：ポリエチレン樹脂＋トルエン（濃度：１０重量％）
通液条件：流量０．５リットル／分×２分間
ポリエチレン樹脂付着量（ウェット重量）：３００ｇ
乾燥温度６０℃にて溶剤の蒸発
（３）イオン交換樹脂の再生
１０％電子工業用塩酸にて洗浄→イオン交換樹脂のイオン形を９９．５％以上Ｈ形に再生→純水にて洗浄→乾燥処理による水分除去
作製したイオン除去用カートリッジフィルタを、実施例１と同一条件で圧力測定を行ったところ、処理前の初期圧力損失が０．０１０ｋｇｆ／ｃｍ3 であったのに対し、処理後の初期圧力損失は０．０４２ｋｇｆ／ｃｍ3 であった。
【００４０】
次に、実施例１、２のカートリッジフィルタと、濾過材に陽イオン交換樹脂（付着量７４ｇ／ｍ2 ) をプレコートした基材シートと、濾過材に陰イオン交換樹脂（付着量７４ｇ／ｍ2 ) をプレコートした基材シートとを用いてプリーツ型濾過体を成形した比較例１、２のカートリッジフィルタを用いて、次の評価試験を行った。
【００４１】
（評価試験）
試験液Ａとして、ＮＭＰ（Ｎ−Ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）に鉄イオン（Ｆｅ2 ＋）と銅イオン（Ｃｕ2 ＋）を２５ｐｐｍと２２ｐｐｍに調整した液を用いた。そして、実施例１と比較例１のフィルタに流量６００ｍｌ／分の速度で、合計８．４リットルを通液した。出口から２００ｍｌをサンプリングし、イオンクロマトグラフィでそれぞれイオン濃度の測定を行った。
また、試験液Ｂとして、ＮＭＰに硝酸イオン（ＮＯ3-）、硫酸イオン（ＳＯ4 2- ）塩素イオン（Ｃｌ- ）をそれぞれ３０ｐｐｍ、２３ｐｐｍ、２０ｐｐｍに調整した液を用いた。そして、実施例２と比較例２のフィルタに流量６００ｍｌ／分の速度で、合計８．４リットルを通液した。出口から２００ｍｌをサンプリングし、イオンクロマトグラフィでそれぞれイオン濃度の測定を行った。
【００４２】
上記評価試験の結果、試験液Ａについて表１の結果、試験液Ｂについて表２の結果が得られた。
【００４３】
【表１】
【００４４】
【表２】
【００４５】
表１、２から明らかなように、本発明品は、比較例に比べて有害イオンの除去効率が約２０〜３０％向上し優れていることが判明した。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１に記載に発明によれば、イオン捕捉粉体がプリーツ型濾過体を通過する被処理液の流量に対応するように分布するから、従来と同一の付着量でも有害イオンを効率的に除去することができ、除去効率を向上することができる。
【００４７】
請求項２に記載の発明によれば、圧力損失の増大と有害イオンの除去効率の低下を防止することができる。
【００４８】
請求項３に記載の発明によれば、被処理液が濾過材を略均等に通過して、イオン除去粉体と十分に接触し、有害イオンの除去効率がより一層向上することができ、また濾過材を厚くしてもイオン捕捉粉体を濾過材の密度勾配に応じて付着し、有害イオンの除去効率をより一層向上することができる。
【００４９】
請求項４に記載の発明によれば、イオン捕捉粉体を被処理液の流れに対応して固定したイオン除去用カートリッジフィルタを簡単に製造することができ、またユーザーの様々な要望に対応する製品を多品種少ロットでも生産効率を低下することなく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態を示す一部破断斜視図である。
【図２】イオン交換樹脂粉体の付着状態を示す概略拡大模式図である。
【図３】（ａ）はイオン交換樹脂粉体の付着工程に用いる吸引装置の概略図、（ｂ）はイオン交換樹脂粉体の固着工程に用いる吸引装置の概略図である。
【図４】従来のカートリッジフィルタの一部破断斜視図である。
【図５】基材シートの断面図である。
【図６】従来技術によるイオン交換樹脂の付着状態を示す概略模式図である。
【符号の説明】
１・・・・・コア
２・・・・・プリーツ型濾過体
２ａ・・・・濾過材
２ｂ・・・・内面サポート材
２ｃ・・・・外面サポート材
３・・・・・外周カバー
４・・・・・上エンドプレート
５・・・・・下エンドプレート
６・・・・・流出口
７・・・・・イオン交換樹脂粉体
Ａ，Ｂ・・・液槽
Ｃ・・・・・回収槽
Ｆ・・・・・カートリッジフィルタ
Ｐ・・・・・ポンプ
Ｓ１・・・・第一処理槽
Ｓ２・・・・第二処理槽
Ｔ・・・・・管
Ｕ・・・・・攪拌機
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種液体の精密濾過に使用されるプリーツ型濾過体を備えたカートリッジフィルタに係り、特に液体中に含まれる有害イオンを捕捉除去するイオン除去用カートリッジフィルタ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、カートリッジフィルタは、図４に示すように、多数の孔を有する円筒形のコア１０と、このコアの外周に配したプリーツ型濾過体１１と、これらを収納した多孔性の外周カバー１２と、外周カバー１２の上下端に液密に封着した上エンドプレート１３と下エンドプレート１４とを備えて成る（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−９９３０７号公報（第２頁第１欄−第２欄）
【０００４】
また、イオン除去用カートリッジフィルタは次の方法により製造されている。すなわち、メルトブロー不織布、スパンボンド不織布等からなる濾過材１１ａに浸漬処理又はコーティング処理などによりイオン交換樹脂を接着バインダーによって固定した後、内面サポート材１１ｂと外面サポート材１１ｃとを重ね合わせた基材シートを形成する（図５）。次に、この基材シートに一定ひだ幅のプリーツ加工を施し、この基材シートをコアの外径に対応する寸法に裁断して、ひだがコアの径方向になるようにコアの外周に配して合わせ目を液密に接着してプリーツ型濾過体１１を形成した後、外周カバー１２に収納する。そして、外周カバー１２の両端に上、下エンドプレート１３、１４を液密に封着して、イオン除去用カートリッジフィルタを製造している。
【０００５】
従来技術によるカートリッジフィルタは、粒子径の異なるイオン交換樹脂粉体１５が、図６に示すように、濾過体１１ａの内部及び両面全体にわたって混在した状態となる。しかし、カートリッジフィルタで処理される液体（以下、被処理液という）は、プリーツ型濾過体の流入側から流出側に均等に流れず、コア側に位置するプリーツの谷部分に集中して最も多く流れる。
よって、プリーツの山部分にあるイオン交換樹脂粉体はその機能を十分に発揮せず、有害イオンの除去効率がイオン交換樹脂粉体の付着量に比例して向上しないという問題がある。
【０００６】
また、従来技術の方法によるときは、イオン交換樹脂粉体をプリコートした基材シートでプリーツ型濾過体を成形しているから、同一の有害イオンを除去するカートリッジフィルタを大量に製造する少品種多ロット生産に適している。
しかし、この種カートリッジフィルタは種々の産業分野において広く使用されており、除去対象有害イオンは被処理液によってそれぞれ異なっている。
よって、除去対象有害イオンが異なるカートリッジフィルタを製造する多品種少ロット生産には適さず、生産効率が非常に悪くなるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、従来技術の問題を解決するためになしたものであり、被処理液の流れに対応して十分に機能を発揮するようにイオン除去粉体を分布して有害イオンを効率的に除去可能にし、また除去対象有害イオンが異なるカートリッジフィルタを生産効率を低下することなく多品種少ロットでも生産可能にすることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明であるイオン除去用カートリッジフィルタは、多数の孔を有する円筒形のコアの外周に、少なくとも二枚のサポート材間に濾過材を挟んでひだ折りして周着したプリーツ型濾過体を備えたカートリッジフィルタであって、上記プリーツ型濾過体は、フィルタ吸引方向からの吸引力によってイオン捕捉粉体を付着させたことにより、流出側に位置するプリーツの谷部分の内部及び表面にはイオン捕捉粉体が密の状態に、かつ流入側に位置する山部分の内部及び表面にはイオン捕捉粉体が粗の状態に固着して成ることを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
ここで、イオン捕捉粉体とは、被処理液中の金属イオンを捕捉除去する機能を有する粉体を意味し、具体的には、イオン交換樹脂、活性炭、ゼオライト、光触媒、キレート粉体、帯電物質、有機吸着剤、無機吸着剤などの粉体である。
【００１０】
この手段によれば、イオン捕捉粉体が、プリーツ型濾過体を通過する被処理液の流量に対応するように分布しているから、その機能が十分に発揮される。
【００１１】
この発明において、濾過材の細孔径分布としては、０．５μｍ〜５０μｍの範囲である構成（請求項２）が好適である。というのは、０．５μｍ未満になるとイオン捕捉粉体の固着による初期圧力損失が大きくなりすぎて実用に不適となり、５０μｍを越えると被処理液がイオン交換樹脂粉体に接触せずに流れ易くなって、金属イオンの除去効率が低下する傾向になるからであり、より好ましい細孔径分布の範囲としては２μｍ〜１５μｍである。なお、細孔径分布はバブルポイント法（ＪＩＳＫ３８３２）に基づいた測定装置（例えば、米国ＰＭＩ社の製品名Ｐｅｒｍ−Ｐｏｒｏｍｅｔｅｒ、以下パームポロメータという）で測定した数値である。
【００１２】
また、濾過材の細孔径分布が０．５μｍ〜５０μｍの範囲で、かつ流入側から流出側に小さくなる密度勾配であり、イオン捕捉粉体の最小粒子径が濾過材の最小細孔径より大である構成（請求項３）が好適である。このようにすると、比較的大きい粒子径から微小な粒子径のイオン捕捉粉体が濾過体の流入側から流出側にむかってその細孔径分布に対応して固着する。
よって、被処理液が濾過材を略均等に通過して、イオン除去粉体と十分に接触し、有害イオンの除去効率がより一層向上する。また、濾過材が比較的厚いときでも、イオン捕捉粉体を厚さ方向に大から小に整列して固着する。
【００１３】
次に、第２の発明であるイオン除去用カートリッジフィルタの製造方法は、多数の孔を有する円筒形のコアの外周に、少なくとも二枚のサポート材間に濾過材を挟んでひだ折りして周着した濾過体を備えたプリーツ型カートリッジフィルタを、イオン捕捉粉体を含有する処理溶液を入れた液槽内に浸漬して、フィルタ吸引方向から処理溶液を吸引して濾過体にイオン捕捉粉体を通過させることで、濾過体にイオン捕捉粉体を付着させる工程を有して成る（請求項４）。
【００１４】
この場合、イオン捕捉粉体の付着と固着を同時に行うときは、工程が削減し、生産効率が向上するという利点がある。しかし、処理溶液中にバインダー樹脂を含有すると粘度が高くなり、イオン捕捉粉体がプリーツ型濾過体の山部分と谷部分に所定量分布して付着し難くなる傾向になる。
よって、イオン捕捉粉体の分布状態や付着量の調整の点を考慮すると、イオン捕捉粉体の濾過体への付着工程と固着工程を順次行うほうがより好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
図１において、カートリッジフィルタＦは、多数の孔を有する円筒形のコア１と、このコア１の外周に配したプリーツ型濾過体２と、これらを収納した多孔性の外周カバー３と、外周カバー３の上下端に液密に封着した上エンドプレート４と下エンドプレート５とを備えて成る。なお、図中６は流出口である。
【００１７】
上記プリーツ型濾過体２は、濾過材２ａの両面に内面サポート材２ｂ（流出側）と外面サポート材２ｃ（流入側）とを重ね合わせて所定寸法に裁断して所定寸法のひだ幅のプリーツ加工を施し、コア１の外径に合わせて必要山数を裁断してひだを径方向にしてコア１の外周に配して合わせ部分を液密に接着して周着して成る。
【００１８】
また、プリーツ型濾過体２には、図２に示すように、イオン交換樹脂粉体７が流出側ｂに位置するプリーツの谷部分の内部及び表面に比較的密の状態に、また流入側ａに位置する山部分の内部及び表面に比較的粗の状態に固着して成る。
【００１９】
上記濾過材２ａとしては、カートリッジフィルタ使用時において、被処理液の流量の減少を抑制して初期圧力損失の上昇を少なくする点を考慮すると、メルトブロー不織布及び／又はスパンボンド不織布が好適である。
また、その細孔径分布は、パームポロメータで測定した数値が０．５μｍ〜５０μｍの範囲、好ましくは２μｍ〜１５μｍの範囲であり、流入側から流出側に密度勾配でないものでもよいが、イオン交換樹脂粉体の平均粒子径を考慮すると、細孔径が流入側から流出側にかけて漸進的に大から小にした密度勾配のものが好適である。このようにすると、粒子径の異なるイオン交換樹脂粉体がその粒子径に見合った細孔径のところに、濾過材の流入側から流出側にかけて略整列して固定される。
よって、プリーツ型濾過体を通過する被処理液は、流入側から流出側に均整に流れて濾過され、有害イオンの除去効率をより一層高めることができる。
【００２０】
内面サポート材２ｂはスパンボンド不織布で構成し、また外面サポート材２ｃはネット又はスパンボンド不織布が好適である。外面サポート材はプリーツ加工された濾過材の密着を防止することを目的とするので、その細孔径については特に特に限定されないが、濾過材２ａの細孔径分布を考慮すると、外面サポート材２ｃのスパンボンド不織布の最小細孔径は濾過材２ａの流入側の細孔径と同一又は大にするのがより好ましい。
【００２１】
メルトブロー不織布、スパンボンド不織布の構成繊維としては、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素、アクリル、ポリ乳酸、ポリ塩化ビニリデンなどを単独で又は適宜選択した複数種類を混合して用いることができるが、極性溶液に対する耐薬品性などを考慮すると、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維やフッ素繊維を用いるのが望ましい。
【００２２】
次に、イオン捕捉除去機能を有するプリーツ型濾過体を備えたカートリッジフィルタの製造方法ついて、図３に基づいて説明する。
図３（ａ）はイオン交換樹脂粉体を付着するのに用いる第一処理溶液の吸引装置の一例を示す概略構成図である。この吸引装置は、溶剤（例えば、トルエン）にイオン交換樹脂粉体を分散した第一処理溶液Ｓ１を入れた液槽Ａと、第一処理溶液の循環経路となるように配設したて合成樹脂製の管Ｔと、循環経路の一部に設けた第一処理溶液を吸引するポンプＰ（例えば、ダイヤフラムポンプ）と、第一処理溶液を攪拌する攪拌機Ｕとから成る。
まず、所定形状に成型したカートリッジフィルタＦ１を第一処理溶液Ｓ１中に浸漬し、液中で上エンドプレートの流出口６に管Ｔの一端を直接又は治具を介して接続した後、電源（図示省略）を入れるとポンプＰと攪拌機Ｕとが作動する。そして、液槽Ａ内の第一処理溶液Ｓ１が、攪拌機Ｕによって絶えず攪拌され、ポンプＰの吸引力によって液槽Ａ−プリーツ型濾過体−コア−流出口６−管Ｔ−液槽Ａを循環して流れる。
よって、第一処理溶液Ｓ１中に分散したイオン交換樹脂粉体がプリーツ型濾過体を通過する第一処理溶液の流量に応じてプリーツの谷部分と山部分にムラを生ずることなく付着したカートリッジフィルタＦ２が得られる。なお、ポンプＰの吸引量を変化させることによって、プリーツ型濾過体を通過する第一処理溶液の流量を変化させることができる。
【００２３】
次に、図３（ｂ）はプリーツ型濾過体に付着したイオン交換樹脂粉体を固着するのに用いる第二処理溶液の吸引装置の一例を示す概略構成図である。この吸引置は、バインダー樹脂を溶媒（例えば、トルエン）で溶解した第二処理溶液Ｓ２を入れた液槽Ｂと、第二処理溶液を回収する回収槽Ｃと、これらを接続する管Ｔと、管路の一部に設けた第二処理溶液を吸引するポンプＰ（例えば、ダイヤフラムポンプ）とから成る。
上記工程で作製したカートリッジフィルタＦ２を第二処理溶液Ｓ２内に浸漬し、流出口６に管Ｔの一端を直接又は治具を介して接続した後、電源（図示省略）を入れるとポンプＰが作動する。
よって、第二処理溶液Ｓ２が液槽Ｂ−プリーツ型濾過体−コア−流出口６−管Ｔ−回収槽Ｃに流れて、プリーツ型濾過体に付着したイオン交換樹脂粉体をバインダー樹脂で固着したカートリッジフィルタが得られる。
【００２４】
上記工程を経て作製されたカートリッジフィルタは、所定温度（例えば、６０℃）に調整された乾燥機に入れて、第二処理溶液が偏らないようにして溶剤を蒸発させる。次に、固定したイオン交換樹脂が、陽イオン交換樹脂のときは、塩酸・硫酸などの酸で処理してイオン形をＮａ形から９９．５％以上Ｈ形にし、陰イオン交換樹脂のときは、水酸化ナトリウムなどのアルカリで処理してＣ１形から９９．５％以上ＯＨ形に再生形にする。その後、純水にて洗浄した後、乾燥処理により水分を除去して、所望のカートリッジフィルタを製造する。
【００２５】
ところで、これらの場合において、イオン交換樹脂としては、陽イオン交換樹脂単独又は再生時Ｈ形タイプのキレート樹脂との混合もしくは陰イオン交換樹脂単独又は再生時ＯＨ形タイプのキレート樹脂との混合を除去対象金属イオンの種類によって適宜選択して用いることができる。また、混合するときの配合比は、被処理液の内容（イオン濃度・除去するイオンの種類など）によって設定し、濾過テストにより決定する。
【００２６】
また、粉砕したイオン交換樹脂粉体は，その粒子径の下限が濾過材の最小細孔径より大きくなるように粒子径の範囲を決定し、その平均粒子径としては、細かいほど粉体の表面積が増し、反応性が高くなる点を考慮すると、２μｍ〜７０μｍ、好ましくは５μｍ〜４０μｍ、さらに好ましくは１０μｍ〜３０μｍの範囲である。
【００２７】
イオン交換樹脂の種類として、具体的には、次のものを用いることができる。強酸性陽イオン交換樹脂としては、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体でスルホン基（−ＳＯ3 - ) を交換基とするタイプである。また、弱酸性陽イオン交換樹脂としては、メタクリル酸・ジビニルベンゼン共重合体でカルボン酸（−ＣＯＯＨ）を交換基とするタイプ、アクリル酸・ジビニルベンゼン共重合体でカルボン酸を官能基とするタイプなどである。
キレート樹脂としては、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体にイミノ二酢酸（−Ｎ＝（ＣＨ2 ＣＯＯ）2 Ｍ）を持つタイプ、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体に官能基としてポリアミンを持つポリアミンタイプ及びスチレン・ジビニルベンゼン共重合体にグルカミン基を持つグルカミンタイプなどである。
強塩基性陰イオン交換樹脂としては、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体に第四アンモニウム塩基（−Ｎ（−ＣＨ3 ）3 ・Ｘ）を持つタイプ及びジメチルエタノールアンモニウム基（−Ｎ（−ＣＨ3 ）2 −Ｃ2 Ｈ4 ＯＨ・Ｘ）を持つタイプなどである。
【００２８】
バインダー樹脂としては、一般的に熱可塑性樹脂であるエチレン・ブテン共重合体やエチレン・ヘキセン共重合体、エチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸３元共重合体、エチレン・グリシジルメタクリレートコポリマー、エチレン・グリシジルメタクリレートターポリマーのようなエチレン系樹脂やポリプロピレン系樹脂、フッソ系樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン・エチレン・ブチレン・スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）やスチレン・ブタジエン・スチレン・スチレン（ＳＢＢＳ）のようなスチレン系樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂（脱オキシムタイプ、脱アルコールタイプ及び付加タイプ）を単独又は２種類以上を混合した状態で用いるのが好適である。
【００２９】
これらの樹脂によるときは、有機溶媒に可溶であるから、有機溶媒の蒸発に伴ってバインダー樹脂に多数の微細孔が形成され、被処理液が微細孔を通じてイオン交換樹脂と接触し、イオン交換反応を効率的に行うことができる。
また、上記バインダー樹脂の中でも特にオレフィン系樹脂、中でもポリオレフィン樹脂、その中でもポリエチレン樹脂が有利である。というのは、ポリオレフィン樹脂は、フィルム皮膜の柔軟性の点で優れ、またカートリッジフィルタの洗浄工程などで使用する極性溶媒や電子工業用原料の希釈などに用いる有機溶媒、例えばＮＭＰ（Ｎメチル２ピロリドン）やＭＥＡ（モノエタノールアミン）、ハイドロフルオルエーテル（住友スリーエム社製）、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）及びＧＢＬ（γ−ブチロラクトン）に対して、溶解や膨潤などの物理変化が殆どなく、安定した性能を発揮することができるからである。
【００３０】
第一処理溶液におけるイオン交換樹脂粉末と溶剤（例えば、トルエン、キシレン、メタノール、エタノールなど）との配合比率（重量比）は、溶媒中の粉末の分散性、濾過材への付着均一性、作業性（加工時間）などを考慮すると、イオン交換樹脂粉末を０．５ｇ／ｌ〜３．０ｇ／ｌ、好ましくは１．０ｇ／ｌ〜２．０ｇ／ｌの範囲である。
また、濾過体に対するイオン交換樹脂粉末の付着量は、プリーツ型濾過体の濾過材の厚み、ピッチ、濾過面積などにより適宜設定するが、実用的な範囲としては、濾過材の繊度や目付によっても異なるが、重量比で、濾過材の不織布１００部に対して、イオン交換樹脂粉末を５０部〜２００部、好ましくは８０部〜１００部の範囲である。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、各実施例において、プリーツ型濾過体の濾過シートを構成する不織布の細孔径分布は、パームポロメータを用いて測定した。カートリッジフィルタ（径：２５４ｍｍ）は、多孔性コア（径３２ｍｍ×高さ２４０ｍｍ）、プリーツ型濾過体（ひだ幅１０ｍｍ、山数１２５山）、外周カバー（径７０ｍｍ×高さ２３０ｍｍ）、上部エンドプレート（中央に処理液流出口あり）及び下部エンドプレートとで構成した。
【００３２】
（実施例１）
プリーツ型濾過体を次の基材を用いて成形した。
濾過材：目付８４ｇ／ｍ2 、厚さ０．３０ｍｍ、細孔径分布２〜１２μｍの密度勾配型ポリプロピレン製メルトブロー不織布
流入側サポート材：目開き縦１．８ｍｍ×横１．０ｍｍ、目付４５ｇ／ｍ2 のポリプロピレン製ネット
流出側サポート材：繊度３．３ｄｔｅｘ、目付２０ｇ／ｍ2 のポリプロピレン製スパンボンド不織布
【００３３】
上記プリーツ型濾過体を組み込んだカートリッジフィルタを吸引装置に浸漬して、次の処理を順次施してイオン除去用カートリッジフィルタを作製した。
（１）イオン交換樹脂の付着
第一処理液：平均粒子径２２μｍの陽イオン交換樹脂（三菱化学製ＳＫ１ＢＨ、イオン形Ｈ形）粉末をトルエン中に均一に分散（濃度：１．５ｇ／ｌ）
通液条件：流量５リットル／分×１５分間
イオン交換樹脂付着量：約４０ｇ
（２）バインダー樹脂による固着
第二処理溶液：ポリエチレン樹脂＋トルエン（濃度：１０重量％）
通液条件：流量０．５リットル／分×２分間
ポリエチレン樹脂付着量（ウェット重量）：３００ｇ
乾燥温度６０℃にて溶剤の蒸発
（３）イオン交換樹脂の再生
１０％電子工業用塩酸にて洗浄→イオン交換樹脂のイオン形を９９．５％以上Ｈ形に再生→純水にて洗浄→乾燥処理による水分除去
作製したイオン除去用カートリッジフィルタを、水温２０℃、流量１０リットル／分の条件で圧力測定を行ったところ、処理前の初期圧力損失が０．０１０ｋｇｆ／ｃｍ3 であったのに対し、処理後の初期圧力損失は０．０３４ｋｇｆ／ｃｍ3 であった。
【００３４】
（実施例２）
プリーツ型濾過体を次の基材を用いて成形した。
濾過材：実施例１と同一
流入側サポート材：実施例１と同一
流出側サポート材：実施例１と同一
【００３５】
上記プリーツ型濾過体を組み込んだカートリッジフィルタを吸引装置に浸漬して、次の処理を順次施してイオン除去用カートリッジフィルタを作製した。
（１）イオン交換樹脂の付着
第一処理溶液：平均粒子径２５μｍの陰イオン交換樹脂（三菱化学製ＴＳＡ１２００、イオン形ＯＨ形）粉末をトルエン中に均一に分散（濃度：１．５ｇ／ｌ）
通液条件：流量５リットル／分×１５分間
イオン交換樹脂付着量：約４０ｇ
（２）バインダー樹脂による固着
第二処理溶液：ポリエチレン樹脂＋トルエン（濃度：１０重量％）
通液条件：流量０．５リットル／分×２分間
ポリエチレン樹脂付着量（ウェット重量）：３００ｇ
乾燥温度３８℃にて溶剤の蒸発
（３）イオン交換樹脂の再生
１０％電子工業用水酸化ナトリウムにて洗浄→イオン交換樹脂のイオン形を９９．５％以上ＯＨ形に再生→純水にて洗浄→乾燥処理による水分除去
作製したイオン除去用カートリッジフィルタを、実施例１と同一条件で圧力測定を行ったところ、処理前の初期圧力損失が０．０１０ｋｇｆ／ｃｍ3 であったのに対し、処理後の初期圧力損失は０．０２９ｋｇｆ／ｃｍ3 であった。
【００３６】
（実施例３）
プリーツ型濾過体を次の基材を用いて成形した。
濾過材：目付４５ｇ／ｍ2 、厚さ０．２２ｍｍ、細孔径分布０．５〜６μｍの密度勾配型ポリプロピレン製メルトブロー不織布
流入側サポート材：繊度３．３ｄｔｅｘ、目付２０ｇ／ｍ2 のポリプロピレン製スパンボンド不織布
流出側サポート材：繊度３．３ｄｔｅｘ、目付２０ｇ／ｍ2 のポリプロピレン製スパンボンド不織布
【００３７】
上記プリーツ型濾過体を組み込んだカートリッジフィルタを吸引装置に浸漬して、次の処理を順次施してイオン除去用カートリッジフィルタを作製した。
（１）イオン交換樹脂の付着
第一処理溶液：平均粒子径８μｍの陽イオン交換樹脂（三菱化学製ＳＫ１ＢＨ、イオン形Ｈ形）粉末をトルエン中に均一に分散（濃度：１．５ｇ／ｌ）
通液条件：流量５リットル／分×１５分間
イオン交換樹脂付着量：約４０ｇ
（２）バインダー樹脂による固着
第二処理溶液：ポリエチレン樹脂＋トルエン（濃度：１０重量％）
通液条件：流量０．５リットル／分×２分間
ポリエチレン樹脂付着量（ウェット重量）：３００ｇ
乾燥温度６０℃にて溶剤の蒸発
（３）イオン交換樹脂の再生
１０％電子工業用塩酸にて洗浄→イオン交換樹脂のイオン形を９９．５％以上Ｈ形に再生→純水にて洗浄→乾燥処理による水分除去
作製したイオン除去用カートリッジフィルタを、実施例１と同一条件で圧力測定を行ったところ、処理前の初期圧力損失が０．０２１ｋｇｆ／ｃｍ3 であったのに対し、処理後の初期圧力損失は０．１１８ｋｇｆ／ｃｍ3 であった。
【００３８】
（実施例４）
プリーツ型濾過体を次の基材を用いて成形した。
濾過材：実施例１と同一
流入側サポート材：目開き縦１．８ｍｍ×横１．０ｍｍ、目付４５ｇ／ｍ2 のポリプロピレン製ネット
流出側サポート材：実施例３と同一
【００３９】
上記プリーツ型濾過体を組み込んだカートリッジフィルタを吸引装置に浸漬して、次の処理を順次施してイオン除去用カートリッジフィルタを作製した。
（１）イオン交換樹脂の付着
第一処理溶液：平均粒子径１８μｍの陽イオン交換樹脂（三菱化学製ＳＫ１ＢＨ、イオン形Ｈ形）粉末５０重量％と平均粒子径１８μｍのキレート樹脂（三菱化学製ＣＲ−１１、イオン形Ｎａ形）粉末５０重量％とをトルエン中に均一に分散（濃度：１．５ｇ／ｌ）
通液条件：流量５リットル／分×１５分間
イオン交換樹脂付着量：約４０ｇ
（２）バインダー樹脂による固着
第二処理溶液：ポリエチレン樹脂＋トルエン（濃度：１０重量％）
通液条件：流量０．５リットル／分×２分間
ポリエチレン樹脂付着量（ウェット重量）：３００ｇ
乾燥温度６０℃にて溶剤の蒸発
（３）イオン交換樹脂の再生
１０％電子工業用塩酸にて洗浄→イオン交換樹脂のイオン形を９９．５％以上Ｈ形に再生→純水にて洗浄→乾燥処理による水分除去
作製したイオン除去用カートリッジフィルタを、実施例１と同一条件で圧力測定を行ったところ、処理前の初期圧力損失が０．０１０ｋｇｆ／ｃｍ3 であったのに対し、処理後の初期圧力損失は０．０４２ｋｇｆ／ｃｍ3 であった。
【００４０】
次に、実施例１、２のカートリッジフィルタと、濾過材に陽イオン交換樹脂（付着量７４ｇ／ｍ2 ) をプレコートした基材シートと、濾過材に陰イオン交換樹脂（付着量７４ｇ／ｍ2 ) をプレコートした基材シートとを用いてプリーツ型濾過体を成形した比較例１、２のカートリッジフィルタを用いて、次の評価試験を行った。
【００４１】
（評価試験）
試験液Ａとして、ＮＭＰ（Ｎ−Ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）に鉄イオン（Ｆｅ2 ＋）と銅イオン（Ｃｕ2 ＋）を２５ｐｐｍと２２ｐｐｍに調整した液を用いた。そして、実施例１と比較例１のフィルタに流量６００ｍｌ／分の速度で、合計８．４リットルを通液した。出口から２００ｍｌをサンプリングし、イオンクロマトグラフィでそれぞれイオン濃度の測定を行った。
また、試験液Ｂとして、ＮＭＰに硝酸イオン（ＮＯ3-）、硫酸イオン（ＳＯ4 2- ）塩素イオン（Ｃｌ- ）をそれぞれ３０ｐｐｍ、２３ｐｐｍ、２０ｐｐｍに調整した液を用いた。そして、実施例２と比較例２のフィルタに流量６００ｍｌ／分の速度で、合計８．４リットルを通液した。出口から２００ｍｌをサンプリングし、イオンクロマトグラフィでそれぞれイオン濃度の測定を行った。
【００４２】
上記評価試験の結果、試験液Ａについて表１の結果、試験液Ｂについて表２の結果が得られた。
【００４３】
【表１】
【表２】
表１、２から明らかなように、本発明品は、比較例に比べて有害イオンの除去効率が約２０〜３０％向上し優れていることが判明した。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１に記載に発明によれば、イオン捕捉粉体がプリーツ型濾過体を通過する被処理液の流量に対応するように分布するから、従来と同一の付着量でも有害イオンを効率的に除去することができ、除去効率を向上することができる。
【００４７】
請求項２に記載の発明によれば、圧力損失の増大と有害イオンの除去効率の低下を防止することができる。
【００４８】
請求項３に記載の発明によれば、被処理液が濾過材を略均等に通過して、イオン除去粉体と十分に接触し、有害イオンの除去効率がより一層向上することができ、また濾過材を厚くしてもイオン捕捉粉体を濾過材の密度勾配に応じて付着し、有害イオンの除去効率をより一層向上することができる。
【００４９】
請求項４に記載の発明によれば、イオン捕捉粉体を被処理液の流れに対応して固定したイオン除去用カートリッジフィルタを簡単に製造することができ、またユーザーの様々な要望に対応する製品を多品種少ロットでも生産効率を低下することなく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態を示す一部破断斜視図である。
【図２】イオン交換樹脂粉体の付着状態を示す概略拡大模式図である。
【図３】（ａ）はイオン交換樹脂粉体の付着工程に用いる吸引装置の概略図、（ｂ）はイオン交換樹脂粉体の固着工程に用いる吸引装置の概略図である。
【図４】従来のカートリッジフィルタの一部破断斜視図である。
【図５】基材シートの断面図である。
【図６】従来技術によるイオン交換樹脂の付着状態を示す概略模式図である。
【符号の説明】
１・・・・・コア
２・・・・・プリーツ型濾過体
２ａ・・・・濾過材
２ｂ・・・・内面サポート材
２ｃ・・・・外面サポート材
３・・・・・外周カバー
４・・・・・上エンドプレート
５・・・・・下エンドプレート
６・・・・・流出口
７・・・・・イオン交換樹脂粉体
Ａ，Ｂ・・・液槽
Ｃ・・・・・回収槽
Ｆ・・・・・カートリッジフィルタ
Ｐ・・・・・ポンプ
Ｓ１・・・・第一処理槽
Ｓ２・・・・第二処理槽
Ｔ・・・・・管
Ｕ・・・・・攪拌機
Claims (4)
- 多数の孔を有する円筒形のコアの外周に、少なくとも二枚のサポート材間に濾過材を挟んでひだ折りして周着したプリーツ型濾過体を備えたカートリッジフィルタであって、上記プリーツ型濾過体は、フィルタ吸引方向からの吸引力によってイオン捕捉粉体を付着させたことにより、流出側に位置するプリーツの谷部分の内部及び表面にはイオン捕捉粉体が密の状態に、かつ流入側に位置する山部分の内部及び表面にはイオン捕捉粉体が粗の状態に固着して成ることを特徴とするイオン除去用カートリッジフィルタ。
- 濾過材の細孔径分布が０．５μｍ〜５０μｍである請求項１に記載のイオン除去用カートリッジフィルタ。
- 濾過材の細孔径分布が０．５μｍ〜５０μｍで、かつ流入側から流出側に小さくなる密度勾配であり、イオン捕捉粉体の最小粒子径が濾過材の最小細孔径より大である請求項１に記載のイオン除去用カートリッジフィルタ。
- 多数の孔を有する円筒形のコアの外周に、少なくとも二枚のサポート材間に濾過材を挟んでひだ折りして周着した濾過体を備えたプリーツ型カートリッジフィルタを、イオン捕捉粉体を含有する処理溶液を入れた液槽内に浸漬して、フィルタ吸引方向から処理溶液を吸引して濾過体にイオン捕捉粉体を通過させることで、濾過体にイオン捕捉粉体を付着させる工程を有することを特徴とするイオン除去用カートリッジフィルタの製造方法。
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- 2003-06-30 JP JP2003187979A patent/JP4294397B2/ja not_active Expired - Fee Related
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