JP5759265B2

JP5759265B2 - ハイブリッド吸着体

Info

Publication number: JP5759265B2
Application number: JP2011116696A
Authority: JP
Inventors: 正孝岩元
Original assignee: Kakui Co Ltd
Current assignee: Kakui Co Ltd
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2031-05-25
Also published as: JP2012245427A

Description

本発明は、汚染水に含まれる油及び放射性物質を吸着することができる吸着体に関する。

近年、放射性物質は放射線施設のみならず、病院でも用いられており、その使用量は多くなっている。そのため、放射性物質を扱う人々に対する放射性物質からの防護及び汚染防止として、放射性物質の飛散を防止することが重要となっている。この放射性物質からの防護および飛散を防止するために放射性物質を吸着する技術がある。

特許文献１には、放射線施設から排出される汚染水（被処理水）に含まれる放射性物質を吸着するために、無機系の骨格を持つ活性炭に酸化処理をした吸着材が開示されている。

また、特許文献２には、一度活性炭層において吸着した放射性物質を再び外部に放出しないように、活性炭層の表面を汚染水の通過を許容する液通過層とし、裏面を汚染水の通過を禁止する液遮断層で覆った吸着シートが開示されている。

特開２０００−２５４４４６号公報特開２００５−１４７６６７号公報

しかし、油を含む汚染水やミスト状の油を含む汚染空気から放射性物質を吸着材に吸着させる場合、特許文献１のように活性炭を含む吸着材を露出させると、汚染水や汚染空気中の油が吸着シートの吸着孔を塞いでしまい、吸着材に汚染水を透過することができなかった。また、特許文献２のようにポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレン等の疎水性繊維からなる液通過層により、活性炭層を覆っても、汚染水中に含まれる油により、液通過層の通過孔が塞がれてしまい、液通過層の内側に位置する活性炭化層まで、汚染水を透過することができなかった。このように、特許文献１の吸着材または特許文献２の吸着シートに油が含まれる汚染水が通過すると、これらの表面が油で覆われてしまうため、汚染水中の放射性物質を十分に吸着することができなかった。

そこで、本発明は、油を含む汚染水においても、汚染水中の放射性物質（特にヨウ素やセシウムなど）を吸着することができる吸着体を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る吸着体は、汚染水に含まれる油及び放射性物質を回収するハイブリッド吸着体であって、活性炭及び／又はゼオライトを含み、汚染水中の放射性物質を吸着する放射性物質吸着層と、前記放射性物質吸着層の表面を覆い、汚染水を吸収する脱脂綿を含む表面不織布と、前記放射性物質吸着層の裏面を覆い、汚染水中の油を吸収する羊毛を含む裏面不織布と、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、吸着体の表面および裏面における油の吸着性能を高めることで、油を含む汚染水を吸着する場合でも汚染水中のヨウ素およびセシウムを吸着する技術を提供することができる。

本発明の第１実施形態のハイブリッド吸着シートの斜視図である。図１におけるＺ−Ｘ断面の拡大断面図である。本発明の第１実施形態のハイブリッド吸着シート製造装置における第１の概略図である。図３の製造装置により生成したハイブリッド吸着シートの上面図である。図３におけるＡ部拡大図である。図３における下段ローラを第１下段ローラおよび第２下段ローラに置き換えた場合の概略図である。本発明の第２実施形態のハイブリッド吸着シートの斜視図である。円筒形状とした第１実施形態におけるハイブリッド吸着シートの斜視図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は第１実施形態のハイブリッド吸着シート１の斜視図であり、図２は図１のハイブリッド吸着シート１をＸ−Ｚ面で切断した断面図である。なお、図１では、放射性物質吸着層１１の端面が露出しているが、実際には図２に図示するように、表面、裏面不織布１２、１３で覆われている。

これらの図を参照して、ハイブリッド吸着シート１は、放射性物質吸着層１１を表面不織布１２（不織布）および裏面不織布１３（不織布）で挟み、一体的に絡合したものである。

図１に示すように、放射性物質吸着層１１は、活性炭を含む帯状の堆積物である。活性炭は、無定形ないし微結晶状の炭素からできており、網目状に形成された多数の微細孔（表面積：５００〜２５００ｍ²／g）を備える。微細孔は、入口を大きい口径とするマクロポアと、その奥にあるマクロポアよりも口径が小さいミクロポアとからなる。マクロポアにおいて有機物などの粒子を吸着し、ミクロポアにより香り等の微細な粒子を吸着させる。このマクロポアおよびミクロポアにより、汚染水中の放射性物質を吸着する。活性炭の吸着性能を維持するためには、微細孔の表面部位をクリーンに保つ必要がある。

ここで、例えば、放射性物質とともに油が海洋中に流出した場合、汚染水には油、海水、放射性物質が含まれることになる。放射性物質は、油を含まない海水に含まれる場合もあれば、油を含む海水に含まれる場合もある。油を含まない海水においては、海面に浮遊する放射性物質を除去するために、放射性物質吸着層１１を長時間海面に浮遊させる必要がある。また、油を含む海水においては、放射性物質吸着層１１を長時間海面に浮遊させることに加えて、海水に含まれる油により活性炭の微細孔が塞がれないようにする必要がある。そこで、これらの課題を解決するために、放射性物質吸着層１１の表裏を表面、裏面不織布１２、１３で覆う必要がある。ここで、表面不織布１２及び裏面不織布１３に用いられる資材は、海面に流出した油の量に応じて、次の３つのタイプのハイブリッド吸着シート１から選択すると良い。

１つ目のタイプは、図６のような製造装置により製造し、表面不織布１２を脱脂綿およびＰＰ製不織布とし、裏面不織布１３を羊毛製不織布としたハイブリッド吸着シート１である。２つ目のタイプは、図３のような製造装置により製造し、表面不織布１２および裏面不織布１３を羊毛製不織布としたハイブリッド吸着シート１である。３つ目のタイプは、図３のような製造装置により製造し、表面不織布１２および裏面不織布１３をカポック繊維としたハイブリッド吸着シート１である。これらのハイブリッド吸着シート１は、汚染水に含有される油の量に応じて、選択的に汚染水に投下することができる。

汚染水の水面において油がほとんど確認されない場合は、脱脂綿からなる表面不織布１２と、羊毛からなる裏面不織布１３との間に放射性物質吸着層１１を介在させた積層体を、ニードルパンチ処理により一体化させたハイブリッド吸着シートにするとよい。脱脂綿は、高い吸水性を有する。羊毛は、通気性に優れ、比重が軽く、少量の油を吸着した後も水面に長時間浮遊することができる。また、羊毛は、少量の油も吸着することができる。

この構成により、汚染水の水面に全く油膜が確認できない場合には、脱脂綿からなる表面不織布１２を下面にした状態で汚染水に投下して、瞬時に汚染水を表面不織布１２に吸水させ、汚染水中の放射性物質を放射性物質吸着層１１で吸着させる。また、汚染水の水面にごく少量の油膜が確認できる場合については、羊毛製不織布からなる裏面不織布１３を下面にした状態で汚染水に投下して、汚染水中の油を裏面不織布１３で除去した後に、放射性物質吸着層１１に汚染水を透過させることができる。これにより、油が除去された汚染水のみを放射性物質吸着層１１に接触させることができるため、放射性物質吸着層１１の微細孔が油により閉塞されることが防止され、汚染水中の放射性物質を効率良く放射性物質吸着層１１に対して吸着させることができる。

ここで、脱脂綿を資材とした表面不織布１２の吸水速度は、羊毛を資材とした裏面不織布１３の吸水速度に比べて極めて早い。脱脂綿により表面不織布１２を構成すると、後述のニードルパンチング装置６のニードル６１１が表面、裏面不織布１２、１３および放射性物質吸着層１１を挿通する際に、図５に示すニードル６１１が脱脂綿により構成した表面不織布１２の繊維を引掛けて、表面不織布１２の表面に脱脂綿による凹凸が形成される。これにより、表面が平らな状態に比べて表面積が大きくなるため、表面不織布１２の吸水面積が増加する。これに対して、羊毛は脱脂綿よりも硬く撥水性を備えているため、ニードル６１１の挿通動作において脱脂綿ほどの表面の凹凸が形成されず、汚染水の吸収速度の向上効果が期待できない。

ところで、脱脂綿からなる表面不織布１２にニードルパンチング装置６による処理を施すと、表面不織布１２の強度不足により表面不織布１２の形状が崩壊してしまう。表面不織布１２の形状が崩壊すると、表面不織布１２の内側にある放射性物質吸着層１１の材料が脱落してしまう。そこで、表面不織布１２の表面をＰＰ製不織布で覆い、表面不織布１２の形状維持を図る。この補強の役割をなすＰＰ製不織布としては、目付けを６０ｇ／ｍ^２としたものが好ましい。これにより、表面不織布１２の形状をより確実に保護することができる。さらに、ニードルパンチング装置６におけるニードル６１１の形成密度は、４０,０００箇所／ｍ^２とすると良い。これにより、ＰＰ製不織布の強度がより確実に保たれ、表面不織布１２を裏面不織布１３および放射性物質吸着層１１に対して一体形成することができる。

なお、ハイブリッド吸着シート１（表面不織布１２：ＰＰ製不織布および脱脂綿、裏面不織布：羊毛繊維）を製造する際には、図６に示すように上段ローラ３１、第１下段ローラ３２１、第２下段ローラ３２２に対して、羊毛製不織布による母材シート、脱脂綿による母材シート、ＰＰ製不織布による母材シートがそれぞれ巻き付けられる。これらのローラから搬送されるシートに対して、ニードルパンチング処理を行い、ハイブリッド吸着シート１を製造する。

汚染水の水面において油が確認される場合は、表面、裏面不織布１２、１３の資材を羊毛製不織布にすると良い。この場合、目付は、３００ｇ／ｍ^２が望ましい。この構成により、表面不織布１２および裏面不織布１３の両面において汚染水中の油を吸着することができる。すなわち、ハイブリッド吸着シート１（表面不織布１２、裏面不織布１３：羊毛製不織布）の周りにある汚染水のうち、油部分が表面不織布１２および裏面不織布１３において捕捉されるため、油が取り除かれた汚染水を放射性物質吸着層１１に接触させることができる。これにより、油により放射性物質吸着層１１の細孔が閉塞されるのを防止し、放射性物質１１をより確実に吸着することができる。

汚染水の水面において多量の油が確認される場合は、表面、裏面不織布１２、１３をカポック繊維を主材とした不織布とすると良い。ここで、不織布の目付は、２００ｇ／m²が望ましい。カポック繊維は、ボンバセアエ（Bombaceae）科に属する植物の種子繊維であり、セルロース、リグニン、ペントザンを含む。カポック繊維自身は、１つの細胞を構成し、細胞壁は薄いがルーメンは厚いため、その中に気泡を有する。そのため比重は極めて軽く、例えばジャワ産のもので０．０３８、インド産のもので０．０５であり、自重の２０〜４０倍まで増量しても水面に浮上することができる。また、カポック繊維は、素材１ｇに対して約５０倍程度の高い吸油性能を備える。

このような比重が軽く、高い吸油性能を備えるカポック繊維を用いて放射性物質吸着層１１を覆うことにより、ハイブリッド吸着シート１（表面不織布１２、裏面不織布１３：カポック繊維）を汚染水の水面に長時間浮遊させて、汚染水中の油を多量に吸着させることができる。これにより、工場内の機械製品または石油タンカーから漏れ出し、海洋または河川に浮上する多量の油をハイブリッド吸着シート１で吸着させることができる。さらに、多量の油を含む汚染水に対しても、放射性物質吸着層１１により、確実に放射性物質を吸着することができる。

ところで、汚染水に投下された放射性物質及び油を含んだハイブリッド吸着シート１は、フック状の回収部材（以下、フック部材という）により回収される。ここで、フック部材は、回収時に表面不織布１２又は裏面不織布１３に引っ掛けられる。この際、表面不織布１２又は表面不織布１３の一部が破れ、その破片が油を含んだ状態で海水に再流出するおそれがある。しかしながら、油よりも環境上好ましくないとされる放射性物質を含んだ放射性物質吸着層１１は、ハイブリッド吸着シート１の内側に位置するため、フック部材との当接が回避される。したがって、放射性物質を含んだ放射性物質吸着層１１の破片が海洋に再流出することはない。このように、本実施形態に係るハイブリッド吸着シート１は、放射性物質及び油を吸着する吸着時のみならず、回収時においても優れた効果を発揮する構成となっている。

次に、表面不織布１２、裏面不織布１３を羊毛不織布またはカポック繊維として、放射性物質吸着層１１を挟んだハイブリッド吸着シート１の製造方法について説明する。図３に示すように、シート製造装置２は、ハイブリッド吸着シート１の母材となる各種シートを搬送する搬送路を有し、搬送路の上流には、表面不織布１２の母材シートが巻かれた上段ローラ３１、裏面不織布１３の母材シートが巻かれた下段ローラ３２、および上段ローラ３１と下段ローラ３２の間に位置し、放射性物質吸着層１１の資材である活性炭を充填したホッパー３３が配置されている。上段ローラ３１に巻かれた表面不織布１２および下段ローラ３２に巻かれた裏面不織布１３は、ホッパー３３から散布された放射性物質吸着層１１を表面不織布１２および裏面不織布１３で挟むように第１加圧ローラ４および第２加圧ローラ５によって加圧する。また、この第１加圧ローラ４および第２加圧ローラ５は、モータ（不図示）によりＸ軸周りに回転可能な構成であり、加圧した表面、裏面不織布１２、１３および放射性物質吸着層１１を下流に搬送する。

ここで、表面、裏面不織布１２、１３の母材シートの幅は、放射性物質吸着層１１の幅に比べて広くする。また、活性炭は、所定時間毎に散布を中止するように、間欠的に供給される。裏面不織布３２の上面に散布された活性炭を所定の間隔で隙間を形成する。この所定時間とは、１枚の放射性物質吸着層１１の長さ分、活性炭が裏面不織布３２に対して散布されるのに要した時間とする。このように表面、裏面不織布１２、１３の母材シートの幅、およびホッパー３３の散布時間を設定することで、図４に示すように放射性物質吸着層１１の幅方向端部および搬送方向端部が表面、裏面不織布１２、１３によって覆われ、汚染水が放射性物質吸着層１１に直接接触しないようすることができる。

重ねあわされた表面不織布１２、放射性物質吸着層１１および裏面不織布１３は、第１加圧ローラ４の搬送方向下流であって、かつ、第２加圧ローラ５の搬送方向上流に位置する、ニードルパンチング装置６に搬送される。

ニードルパンチング装置６は、ニードルボード６１２に図５のような外周部に突出した鋭利なハーブ６１３を有するニードル６１１を所定の間隔および密度で埋め込んだビーム６１を含むものである。このビーム６１は、駆動機構（不図示）により上下動して、表面不織布１２、放射性物質吸着層１１、裏面不織布１３を重ね合わせたシートに対してニードル６１１を挿通させて、受け板に近接させる。このニードル６１１の挿通動作により、ニードル６１１に形成されたハーブ６１３が表面、裏面不織布１２、１３の繊維と放射性物質吸着層１１の繊維とを引掛けて、繊維を互いに交絡させ、表面、裏面不織布１２、１３および放射性物質吸着層１１を一体的に絡合させる。

ここで、ニードル６１１は、ニードル６１１の密度を40,000本/ｍ^２程度として、ニードル６１１のニードルボード６１２への埋め込み間隔を５ｍｍ程度とすることが好ましい。なぜなら、一般的には密な方が資材全体の強度保持に適するが、過度に密にすると脱脂綿の繊維が過度に短く切断されて、表面、裏面不織布１２、１３および放射性物質吸着層１１の強度を低下させてしまうからである、また、放射性物質吸着層１１には、固形物である活性炭が含まれるため、過度にニードル６１１の密度を大きくすると、ニードル６１１が活性炭に接触する頻度が増し、ニードル６１１が折損する可能性が高まる。

ところで、ニードル６１１としては、表１のような所定の形状および間隔を有するハーブ６１３を備えた細針を用い、放射性物質吸着層１１としては、粒径を２〜３ｍｍとした活性炭により構成することが好ましい。ニードルが表面、裏面不織布１２、１３および放射性物質吸着層１１を貫通する際に、この表面、裏面不織布１２、１３および放射性物質吸着層１１の搬送に伴いニードル６１１が湾曲してしまう。そのため、ニードル６１１は、弾力性の高い細針を用いると良い。また、放射性物質吸着層１１には、活性炭等の粒状固形物が存在するため、単にニードル６１１を細針として、放射性物質吸着層１１の粒径を任意とすると、放射性物質吸着層１１を挿通する際に、ニードル６１１の剛性が活性炭の剛性に負けて、ニードル６１１が折損する場合がある。そのため、ニードル６１１を細針とした場合、ニードル６１１が折損しないように、放射性物質吸着層１１の粒径を３ｍｍ以下とすると良い。さらに、放射性物質吸着層１１における活性炭の粒径を細かくし過ぎると、表面、裏面不織布１２、１３の繊維間から活性炭の粒子が脱落してしまう。そのため、活性炭の粒径を２ｍｍ以上とすると良い。

なお、ハーブ６１３とは、ニードル６１１の正三角形をした断面の鋭角部を外側に突出させた部分で、ニードル６１１が表面、裏面不織布１２、１３および放射性物質吸着層１１の繊維を引掛けて、この表面、裏面不織布１２、１３および放射性物質吸着層１１間での繊維を互いに交絡させる役割をなすものである。

このニードルパンチング装置６の搬送方向下流には、表面不織布１２、放射性物質吸着層１１、裏面不織布１３を一体的に絡合させたシートを所定の大きさで切断する切断機（不図示）が位置する。

上記のような製造装置において、まず、第１加圧ローラ４および第２加圧ローラ５を駆動して、下段ローラ３２に巻かれた裏面不織布１３を下流に搬送する。第１加圧ローラ４において、表面、裏面不織布１２、１３および放射性物質吸着層１１は重ね合わせ、さらに、ニードルパンチング装置６による処理位置に向かって搬送する。ニードルパンチング装置６は、搬送された表面不織布１２、放射性物質吸着層１１、裏面不織布１３に対してニードルパンチング処理を行い、これらのシートの繊維を交絡させて一体的に絡合する。その後、表面不織布１２、放射性物質吸着層１１および裏面不織布１３が絡合されたシートは、切断機により所定の寸法に切断され、ハイブリッド吸着シート１が得られる。

次に、表面不織布１２を脱脂綿およびＰＰ製不織布とし、裏面不織布１３を羊毛製不織布として、放射性物質吸着層１１を挟んだハイブリッド吸着シート１の製造方法について説明する。この場合は、上記製造装置における表面不織布１２の母材シートを、脱脂綿による母材シートが巻かれた第１下段ローラ３２１とＰＰ製不織布による母材シートが巻かれた第２下段ローラ３２２とで構成する。具体的には図６のように、ホッパー３３の搬送方向上流側に第３加圧ローラ７、第１下段ローラ３２１、第２下段ローラ３２２を順に位置させる。この構成により、ホッパー３３による活性炭の供給位置よりも上流において、第３加圧ローラ７で第１下段ローラ３２１の母材と第２下段ローラ３２２の母材を密着させる。
（他の実施形態）
上記第１実施形態において、放射性物質吸着層１１を活性炭により構成したが、本発明はこれに限られるものではなく、図７に示すように活性炭化層１１１とゼオライトを含むゼオライト層１１２とを組み合わせた構成であってもよい。また、放射性物質吸着層１１は、セオライト層１１２のみで構成してもよい。なお、ゼオライトは、活性炭と同様のメカニズムにより、汚染物質や香りを吸着することができる。

さらに、上記実施形態におけるハイブリッド吸着シート１はシート形状であるが、本発明はこれに限られるものではなく、図８に示すような円筒状であってもよい。具体的には円筒状の放射性物質吸着体１１の外面を表面不織布１２で覆うことにより構成することができる。この円筒状のハイブリッド吸着シート１は、海洋中の汚染水を囲むように複数個投入され、外層の表面不織布１２にて油を吸収し、内層の放射性物質吸着体１１にてヨウ素、セシウムを吸着することができる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。

１ハイブリッド吸着シート
１１放射性物質吸着層
１１１活性炭化層
１１２ゼオライト層
１２表面不織布（不織布）
１３裏面不織布（不織布）
２吸着シート製造装置、
３１上段ローラ
３２下段ローラ
３２１第１下段ローラ
３２２第２下段ローラ
３３ホッパー
４第１加圧ローラ
５第２加圧ローラ
６ニードルパンチング装置
６１ビーム
６１１ニードル
６１２ニードルボード
６１３ハーブ
６１４受け板
７第３加圧ローラ

Claims

汚染水に含まれる油及び放射性物質を回収するハイブリッド吸着体であって、
活性炭及び／又はゼオライトを含み、汚染水中の放射性物質を吸着する放射性物質吸着層と、
前記放射性物質吸着層の表面を覆い、汚染水を吸収する脱脂綿を含む表面不織布と、
前記放射性物質吸着層の裏面を覆い、汚染水中の油を吸収する羊毛を含む裏面不織布と、を有することを特徴とするハイブリッド吸着体。
請求項１に記載されたハイブリッド吸着体であって、
前記表面不織布は、さらにＰＰ製不織布で表面を覆うことを特徴とするハイブリッド吸着体。
該ハイブリッド吸着体はシート状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド吸着体。