JP6144655B2 - 成形吸着体およびそれを用いた浄水器 - Google Patents

Description

本発明は、吸着材として活性炭を含む成形吸着体、および、この成形吸着体を備えた浄水器に関する。

従来、浄水器に用いられる吸着体として、吸着材に活性炭を用いた成形吸着体が提案されている。例えば、特許文献１には、活性炭を主成分とする瀘材を、繊維状バインダーにて成形してある成形吸着体であって、前記活性炭が、体積基準モード径が２０μｍ以上１００μｍ以下の微粒子状活性炭であり、前記繊維状バインダーが、フィブリル化により瀘水度２０ｍＬ以上１００ｍＬ以下とした繊維材料を主成分とするものである成形吸着体が記載されている（特許文献１（請求項１）参照）。

また、特許文献２には、中心粒子径が８０μｍ〜１２０μｍで、かつ粒径分布における標準偏差σｇが１．３〜１．９である粉末状活性炭（ａ）および繊維状バインダー（ｂ）を含む混合物を成型してなる活性炭成型体であって、該標準偏差σｇが、該粉末状活性炭の体積平均粒径分布の大きい粒子から積分体積を求める場合の体積基準の積算分率における１５．８７％径の値をＤ_{１５．８７}、および該粉末状活性炭の体積粒径分布の大きい粒子から積分体積を求める場合の体積基準の積算分率における５０％径の値をＤ_５０とする場合に、Ｄ_{１５．８７}／Ｄ_５０で示される、活性炭成型体が記載されている（特許文献２（請求項１）参照）。

特開２０１１−２５５３１０号公報 国際公開第２０１１／０１６５４８号

従来の成形吸着体では、粒子状活性炭が粒子径１００μｍ以上の粗粒子を多く含んでいる。このような粗粒子を多く含む場合、活性炭と吸着対象物質との接触効率が悪くなり、成形吸着体の単位体積当たりの吸着性能が劣る。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、吸着性能に優れ、かつ、通水圧力損失が小さい成形吸着体を提供することを目的とする。

上記課題を解決することができた本発明の成形吸着体は、吸着材と、繊維状バインダーとを含有し、前記吸着材が、活性炭を含有し、前記活性炭として、中心粒子径が３０μｍ〜８０μｍ、かつ、粒子径が１００μｍ以上の粒子の含有率が３０体積％以下である粒子状活性炭を含有することを特徴とする。中心粒子径が３０μｍ〜８０μｍの粒子状活性炭は、高い比表面積を有し吸着性能に優れるとともに、成形吸着体を成形した際に活性炭粒子間に適度に空隙が形成されるため、通水圧力損失を低減することができる。さらに、粒子径が１００μｍ以上の粒子の含有率が３０体積％以下であれば、粒子状活性炭と吸着目的物質との接触効率が向上し、単位体積当たりの吸着性能が一層向上する。

前記粒子状活性炭は、比表面積（ＢＥＴ法）が９００ｍ^２／ｇ〜１２００ｍ^２／ｇ、細孔容積（ＢＥＴ法）が０．４０ｍｌ／ｇ〜０．７０ｍｌ／ｇであることが好ましい。前記吸着材は、ゼオライト、珪酸チタニウム、チタン酸ナトリウム、アルミノ珪酸塩、酸化チタン、イオン交換樹脂、キレート樹脂、イオン交換繊維およびキレート繊維よりなる群から選択される少なくとも１種を含有することが好ましい。成形吸着体中の前記吸着材の含有率は、９０質量％〜９７質量％が好ましい。前記吸着材中の活性炭の含有率は、８５質量％以上が好ましい。前記繊維状バインダーの濾水度は、２０ｍｌ〜２５０ｍｌが好ましい。本発明には、筒状の軸部材と、この軸部材の外表面に積層された前記成形吸着材とを備える浄水カートリッジ、および、この浄水カートリッジを用いた浄水器も含まれる。

本発明によれば、吸着性能に優れ、かつ、通水圧力損失が小さい成形吸着体が得られる。

浄水カートリッジの一例を示す縦断面図。 浄水カートリッジを内蔵した浄水器の一例を示す側面図。 粒子状活性炭の粒子径分布を示す図。

本発明の成形吸着体は、吸着材と、繊維状バインダーとを含有する。そして、前記吸着材が、中心粒子径が３０μｍ〜８０μｍ、かつ、粒子径が１００μｍ以上の粒子の含有率が３０体積％以下である粒子状活性炭を含有する。吸着材は、物理吸着性能または化学吸着性能を有する。活性炭とは、比表面積が８００ｍ^２／ｇ以上の炭素物質である。

本発明で使用する粒子状活性炭は、体積基準の中心粒子径（小径側を０とした体積累積分布における累積５０％に対応する粒子径）が３０μｍ以上、好ましくは３５μｍ以上、より好ましくは４０μｍ以上であり、８０μｍ以下、好ましくは６０μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。中心粒子径が３０μｍ以上であれば、成形吸着体を成形した際に活性炭粒子間に適度に空隙が形成されるため、通水圧力損失を低減できる。中心粒子径が８０μｍ以下であれば、活性炭の単位質量当たりの吸着性能が高くなり、成形吸着体の吸着性能がより向上する。本発明において、体積基準の中心粒子径は、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置により測定する。

前記粒子状活性炭は、粒子径が１００μｍ以上の粒子の含有率が３０体積％以下、好ましくは２０体積％以下、より好ましくは１０体積％以下である。粒子径が１００μｍ以上の粒子の含有率が３０体積％以下であれば、粒子状活性炭と吸着目的物質との接触効率が向上し、単位体積当たりの吸着性能が向上する。また、粒子状活性炭の粒子径が１００μｍ以上の粒子の含有率は１体積％以上が好ましく、好ましくは３体積％以上、より好ましくは５体積％以上である。粒子径が１００μｍ以上の粒子の含有率が１体積％以上であれば、成形吸着体を成形した際に活性炭粒子間に適度に空隙が形成されるため、通水圧力損失を一層低減できる。

前記粒子状活性炭は、粒子径が１０μｍ以下の粒子の含有率が２体積％以下が好ましく、より好ましくは１．７体積％以下、さらに好ましくは１．５体積％以下である。粒子径が１０μｍ以下の粒子の含有率が２体積％以下であれば、成形吸着体を成形した際に、活性炭粒子間に適度に空隙が形成されるため、通水圧力損失を一層低減することができる。なお、粒子径が１０μｍ以下の粒子の含有率の下限は０体積％である。粒子径が１００μｍ以上の粒子の含有率および１０μｍ以下の粒子の含有率は、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置により測定した体積累積分布から求めることができる。

前記粒子状活性炭は、含有する粒子の最小粒子径が３μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは４μｍ以上、さらに好ましくは５μｍ以上であり、３０μｍ以下が好ましく、より好ましくは２５μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下である。最小粒子径が３μｍ以上であれば、例えば、成形吸着体を用いた浄水カートリッジの軸部材に不織布を用いたり、成形吸着体の表面を不織布で覆ったりした場合に、活性炭微粒子によって不織布が目詰まりしてしまうことが抑制される。

前記粒子状活性炭は、Ｄ_１０（小径側を０とした体積累積分布における累積１０％に対応する粒子径）とＤ_９０（小径側を０とした体積累積分布における累積９０％に対応する粒子径）との比（Ｄ_９０／Ｄ_１０）が、３以上であることが好ましく、より好ましくは４．５以上、さらに好ましくは６以上であり、１５以下が好ましく、より好ましくは１３以下、さらに好ましくは１０以下である。比（Ｄ_９０／Ｄ_１０）が、３以上であれば粒子径が小さい粒子が適度に含まれるため、成形吸着体の吸着性能がより高くなり、１５以下であれば粒子径が小さい粒子の含有量が多すぎず、成形吸着体の通水圧力損失が低くなる。

前記粒子状活性炭のＤ_１０は、１０μｍ以上が好ましく、より好ましくは１５μｍ以上であり、３５μｍ以下が好ましく、より好ましくは２５μｍ以下である。前記粒子状活性炭のＤ_９０は、６０μｍ以上が好ましく、より好ましくは１００μｍ以上であり、２２０μｍ以下が好ましく、より好ましくは１５０μｍ以下である。

前記粒子状活性炭の比表面積（ＢＥＴ法）は、９００ｍ^２／ｇ以上が好ましく、より好ましくは９５０ｍ^２／ｇ以上、さらに好ましくは１０００ｍ^２／ｇ以上であり、１２００ｍ^２／ｇ以下が好ましく、より好ましくは１１５０ｍ^２／ｇ以下、さらに好ましくは１１００ｍ^２／ｇ以下である。比表面積が９００ｍ^２／ｇ以上であれば、活性炭自体の吸着性能が高く、得られる成形吸着体の吸着性能がより向上する。比表面積が１２００ｍ^２／ｇ以下であれば、細孔径が比較的大きく、除去対象物質を素早く吸着できるため、得られる成形吸着体の吸着性能がより向上する。

前記粒子状活性炭の細孔容積（ＢＥＴ法）は、０．４０ｍｌ／ｇ以上が好ましく、より好ましくは０．４５ｍｌ／ｇ以上、さらに好ましくは０．５０ｍｌ／ｇ以上であり、０．７０ｍｌ／ｇ以下が好ましく、より好ましくは０．６５ｍｌ／ｇ以下、さらに好ましくは０．６０ｍｌ／ｇ以下である。細孔容積が０．４０ｍｌ／ｇ以上であれば、クロロホルム等の揮発性有機化合物を吸着し得る容量が大きくなり、得られる成形吸着体の吸着性能がより向上する。細孔容積が０．７０ｍｌ／ｇ以下であれば、成形吸着体の密度が高くなり、活性炭単位質量当たりの吸着性能が向上する。

前記粒子状活性炭の平均細孔径（ＢＪＨ法）は、１．０ｎｍ以上が好ましく、より好ましくは１．３ｎｍ以上、さらに好ましくは１．５ｎｍ以上であり、２．５ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは２．２ｎｍ以下、さらに好ましくは２．０ｎｍ以下である。平均細孔径（ＢＪＨ法）が１．０ｎｍ以上であれば、除去対象物質が細孔内に拡散しやすくなり、吸着速度がより向上し、２．５ｎｍ以下であれば、除去対象物質と細孔内壁との距離が近くなり、分子間力が強くなるため、吸着力がより高くなる。

前記粒子状活性炭のヨウ素吸着量は、８００ｍｇ／ｇ以上が好ましく、より好ましくは９００ｍｇ／ｇ以上、さらに好ましくは１０００ｍｇ／ｇ以上であり、１５００ｍｇ／ｇ以下が好ましく、より好ましくは１４００ｍｇ／ｇ以下、さらに好ましくは１３００ｍｇ／ｇ以下である。ヨウ素吸着量が８００ｍｇ／ｇ以上であれば、活性炭自体の吸着性能が高く、得られる成形吸着体の吸着性能がより向上する。１５００ｍｇ／ｇ以下であれば、細孔径が比較的大きく、除去対象物質を素早く吸着できるため、得られる成形吸着体の吸着性能がより向上する。

前記粒子状活性炭の体積基準の中心粒子径（Ｄ_５０）、Ｄ_１０、Ｄ_９０、粒子径が１００μｍ以上の粒子の含有率、粒子径が１０μｍ以下の粒子の含有率、最小粒子径は、活性炭の粉砕、分級によって調整できる。粉砕方法は、特に限定されず、ジェットミル、ボールミル、スタンプミルなどが挙げられる。分級方法は、特に限定されず、気流分級、篩による分級などが挙げられる。また、粒子状活性炭の比表面積、細孔容積、平均細孔径、ヨウ素吸着量は、活性炭製造時の賦活条件、粒子径分布などによって調整できる。

本発明の成形吸着体に使用する活性炭は、粒子状活性炭のほかに繊維状活性炭を含有してもよい。この場合、全活性炭中の粒子状活性炭の含有率は、８５質量％以上が好ましく、より好ましくは９０質量％以上、さらに好ましくは９５質量％以上である。本発明の成形吸着体は、活性炭として、前記粒子状活性炭のみを含有することも好ましい。なお、本発明において、活性炭粒子のアスペクト比（長径／短径）が３以下のものを粒子状活性炭、アスペクト比が３超のものを繊維状活性炭とする。

また、前記活性炭として、表面に銀が添着された銀添着活性炭を用いてもよい。銀添着活性炭を使用することで、成形吸着体に抗菌性能を付与できる。銀添着活性炭としては、銀添着粒子状活性炭、銀添着繊維状活性炭のいずれも使用できる。全活性炭中の銀添着活性炭の含有率は、１．０質量％以上が好ましく、より好ましくは１．２質量％以上、さらに好ましくは１．５質量％以上であり、２．５質量％以下が好ましく、より好ましくは２．３質量％以下、さらに好ましくは２．０質量％以下である。

前記活性炭は、炭素原料を炭化した後、水蒸気賦活、アルカリ賦活することで得られる。炭素原料としては、フェノール樹脂などの合成樹脂、ヤシ殻、木質、もみ殻、石炭などを用いることができる。これらの中でも、成形した際の充填密度を高くできることから、合成樹脂、ヤシ殻、石炭が好ましい。特に、不純物が少なく、粉砕後にも良好な吸着性能を有することからフェノール樹脂などの合成樹脂やヤシ殻が好ましい。

前記粒子状活性炭としては、市販のものも使用することができる。市販の粒子状活性炭としては、味の素ファインテクノ社製のホクエツ；クラレケミカル社製のクラレコール（登録商標）；クレハ社製のＢＡＣ（登録商標）；日本エンバイロケミカルズ社製の粒状白鷺（登録商標）；ＭＣエバテック社製のアマソーブ（登録商標）；ＵＥＳ社製の活力炭（登録商標）などが挙げられる。

本発明の成形吸着体は、吸着材として、前記活性炭の他に、ゼオライト、珪酸チタニウム、チタン酸ナトリウム、アルミノ珪酸塩、酸化チタン、イオン交換樹脂、キレート樹脂、イオン交換繊維、キレート繊維などを含有してもよい。この場合、吸着材中の活性炭の含有率は、８５質量％以上が好ましく、より好ましくは８７質量％以上、さらに好ましくは８９質量％以上である。

上記活性炭以外の吸着材において、イオン交換繊維、キレート繊維のような繊維状物質を配合すると、成形吸着体中に適度に空隙を形成することができ、また、繊維状物質が粒子状活性炭と絡み合うことで成形吸着体の機械的強度も高めることができる。よって、吸着材中の繊維状物質の含有率は、１質量％以上が好ましく、より好ましくは２質量％以上、さらに好ましくは３質量％以上であり、１５質量％以下が好ましく、より好ましくは１３質量％以下、さらに好ましくは１１質量％以下である。なお、本発明において、繊維状物質の中でも、濾水度が２５０ｍｌ以下の物質は繊維状バインダーに分類する。

本発明の成形吸着体中の吸着材の含有率は、９０質量％以上が好ましく、より好ましくは９１質量％以上、さらに好ましくは９２質量％以上であり、９７質量％以下が好ましく、より好ましくは９５質量％以下である。吸着材の含有率が９０質量％以上であれば、成形吸着体の吸着性能が向上し、９７質量％以下であれば、相対的に繊維状バインダーの含有量が増加し、成形吸着体の機械的強度が向上する。

本発明の成形吸着体は、繊維状バインダーを含有する。繊維状バインダーは、粒子状活性炭などの吸着材に絡み合うことで保持するため、活性炭の吸着性能を維持したまま成形できる。繊維状バインダーとしては、アクリル繊維、セルロース繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維などが挙げられる。これらの中でも、吸着材を保持しやすいことからアクリル繊維、セルロース繊維が好ましく、特に成形吸着体の機械的強度を向上できることからアクリル繊維が好適である。

前記繊維状バインダーとしては、フィブリル化繊維が好ましい。フィブリル化繊維とは、摩擦作用などによって、繊維内部に存在するフィブリル（小繊維）を繊維表面に現させ、繊維表面を毛羽立ちささくれさせた繊維である。繊維状バインダーのフィブリル化は、リファイナー処理、ビーティング処理により行うことができる。

前記繊維状バインダーの濾水度は、２０ｍｌ以上が好ましく、より好ましくは６０ｍｌ以上、さらに好ましくは１１０ｍｌ以上、特に好ましくは１５０ｍｌ以上であり、２５０ｍｌ以下が好ましく、より好ましくは２４０ｍｌ以下、さらに好ましくは２３０ｍｌ以下である。繊維状バインダーの濾水度が２０ｍｌ以上であれば、成形吸着体の通水圧力損失を低減できる。特に、本発明で使用する特定の粒子径分布を有する粒子状活性炭では、濾水度が１１０ｍｌ以上の繊維状バインダーを用いると、成形吸着体の通水圧力損失を一層低減できる。なお、繊維状バインダーの濾水度とは、成形吸着体の作製に使用される繊維状バインダーの濾水度を指す。具体的には、成形吸着体の製造に使用するスラリーに含まれる繊維状バインダーの濾水度である。

前記繊維状バインダーの含有量は、前記吸着材１００質量部に対して１質量部以上が好ましく、より好ましくは３質量部以上、さらに好ましくは５質量部以上であり、２０質量部以下が好ましく、より好ましくは１５質量部以下、さらに好ましくは１０質量部以下である。繊維状バインダーの含有量が１質量部以上であれば、成形吸着体の機械的強度が向上し、２０質量部以下であれば、成形吸着体の通水圧力損失がより低減される。

本発明の成形吸着体の形状は特に限定されず、使用用途に応じて適宜調節すればよい。成形吸着体の形状としては、円柱状、円筒状などが挙げられる。例えば、成形吸着体を水栓一体型の浄水器に使用する場合、成形吸着体の形状は、内径４ｍｍ〜２０ｍｍ、外径２０ｍｍ〜５０ｍｍ、全長５０ｍｍ〜２５０ｍｍの円筒状が好ましい。本発明の成形吸着体は、単位体積当たりの処理能力が優れているため、成形吸着体の形状を小型化しても高い吸着性能を維持できる。よって、本発明の成形吸着体を用いれば、浄水カートリッジの小型化が可能となる。また、本発明の成形吸着体は、成形吸着体単位体積当たりの流量が４５Ｌ・ｍｉｎ^−１・Ｌ^−１〜６５Ｌ・ｍｉｎ^−１・Ｌ^−１という高流量で使用した場合でも、通水圧力損失が小さく、かつ、高い吸着性能を発揮できる。

本発明の成形吸着体の密度は、０．３０ｇ／ｍｌ以上が好ましく、より好ましくは０．３２ｇ／ｍｌ以上、さらに好ましくは０．３５ｇ／ｍｌ以上であり、０．５０ｇ／ｍｌ以下が好ましく、より好ましくは０．４８ｇ／ｍｌ以下、さらに好ましくは０．４６ｇ／ｍｌ以下である。密度が０．３０ｇ／ｍｌ以上であれば、単位体積当たりの吸着材の含有量が多く、吸着性能がより良好となる。特に本発明の成形吸着体は、特定の粒子径分布を有する粒子状活性炭を用いているため、密度を高くしても通水圧力損失を低くすることができる。密度が０．５０ｇ／ｍｌ以下であれば、成形吸着体の通水圧力損失をより低減できる。

本発明の成形吸着体の通水圧力損失は、０．１０ＭＰａ以下が好ましく、より好ましくは０．０８ＭＰａ以下、さらに好ましくは０．０６ＭＰａ以下である。通水圧力損失の下限は特に限定されないが、通常０．０１ＭＰａ程度である。

本発明の成形吸着体は、湿式成形により作製できる。湿式成形は、例えば、スラリー調製工程、吸引工程、乾燥工程を有することが好ましい。

前記スラリー調製工程では、吸着材および繊維状バインダーを含有する混合材料を水に分散させてスラリーを調製する。混合材料を分散させる方法は特に限定されないが、例えば、ビーターを用いることができる。なお、スラリーの調製は、吸着材、繊維状バインダー等の材料を別々に水に投入した後、混合してもよい。スラリーを調製する際、水の使用量は、混合材料１００質量部に対して、２０００質量部以上が好ましく、より好ましくは３０００質量部以上、さらに好ましくは４０００質量部以上であり、１００００質量部以下が好ましく、より好ましくは９０００質量部以下、さらに好ましくは８０００質量部以下である。

前記吸引工程では、吸引用成形型をスラリー中に浸漬し、ポンプを用いてスラリーを吸引し、成形型の表面に混合材料を堆積させる。前記吸引用成形型は、スラリーを吸引できるように吸引用の貫通孔が形成されており、この貫通孔に連通するノズルにポンプを接続する。スラリーを吸引する時間（成形時間）は、特に限定されないが、５０秒以下が好ましく、より好ましくは４０秒以下、さらに好ましくは３５秒以下である。成形時間が短いほど生産性が向上する。成形時間の下限は特に限定されないが、通常５秒程度である。特に、繊維状バインダーとして濾水度が１１０ｍｌ以上（好ましくは１５０ｍｌ以上）のものを使用すれば、繊維状バインダーの保水力が低くなり、成形時間を短縮することができる。

なお、後述する軸部材を備えた浄水カートリッジを作製する場合には、吸引用成形型に代えて軸部材を使用し、軸部材の表面に混合材料を堆積させてもよい。この場合、粒子状活性炭の最小粒子径が３μｍ以上であれば、不織布を巻き付けた軸部材を用いても、不織布の目つまりが抑制され、成形時間を短縮することができる。

前記乾燥工程では、混合材料が堆積した吸引用成形型を引き上げ、堆積物を乾燥させる。乾燥後の混合材料を吸引用成形型から取り外すことで、成形吸着体が得られる。乾燥温度は１００℃〜１２０℃、乾燥時間は４時間〜６時間が好ましい。なお、吸引用成形型に代えて軸部材を用いている場合には、堆積物を乾燥すれば、浄水カートリッジが得られる。

なお、繊維状バインダーの種類や堆積物の乾燥条件によっては、乾燥工程において繊維状バインダーが溶融又は変形する場合がある。繊維状バインダーの変形等の程度が大きくなると、成形吸着体中の空隙の体積が縮小し、浄水カートリッジの通水圧力損失が高くなったり、寸法安定性が低下したりする傾向がある。そのため、繊維状バインダーの種類に応じて堆積物の乾燥条件を選択することが好ましく、特に乾燥温度を低く設定することがより好ましい。繊維状バインダーの変形等を抑制する方法としては、繊維状バインダーとしてアクリル樹脂製繊維（アクリロニトリルを主成分（８５質量％以上）とする共重合体製の繊維）を使用し、且つ、乾燥温度１００℃〜１２０℃の条件で乾燥工程を行う事により、繊維状バインダーの変形等を充分に抑止することができる。

本発明の成形吸着体は、浄水器に用いられる浄水カートリッジに好適に使用できる。浄水カートリッジの構成としては、例えば、筒状の軸部材と、この軸部材の外表面に積層された成形吸着材とを備える構成が挙げられる。軸部材を有することにより、成形吸着体の機械的強度を高めることができる。前記軸部材としては、貫通孔を有する多孔性筒部材が好ましい。多孔性筒部材の形状は特に限定されず、円筒状、多角柱状が挙げられる。多孔性筒部材の材質としては樹脂、金属などが使用できる。また、活性炭粒子が軸部材内部へ入り込むことを防止できることから、軸部材としては、外表面に不織布を巻き付けた多孔性筒部材が好ましい。

浄水カートリッジの具体的な構成の一例を、図１を参照して説明する。なお、浄水カートリッジは、図１に記載された態様に限定されるものではない。浄水カートリッジ１は、筒状の軸部材２と、この軸部材の外表面に積層された成形吸着材３と、前記軸部材２の一方の端部に取り付けられた接続部材４と、前記多孔性軸部材の他方の端部に取り付けられたカバー５とを有する。前記軸部材２は、円筒状であり、複数の貫通孔２ａが形成されている。軸部材２の外表面には、不織布６が巻き付けられている。接続部材４は、浄水器本体に接続可能に形成されている。また、前記成形吸着体３の周囲には、成形吸着体３を保護する不織布７が巻き付けられている。

図１に示した浄水カートリッジ１は、成形吸着体３の外側を原水流路とする。原水は成形吸着体３を通過し、軸部材２の内部に流入する。この際、成形吸着体３に含まれる吸着材（図示せず）により浄化され、浄水となる。得られた浄水は、接続部４から排出される。

本発明の浄水器は、前記浄水カートリッジを用いたものであれば特に限定されない。前記浄水器とは、ろ材を用いて水道水中または井戸水中の溶存物質を減少させる機能を有する水処理器具である。浄水器としては、例えば、水道の蛇口の先端に直接取り付ける蛇口直結型；蛇口または蛇口に設けた分岐水栓からホースまたは配管などで接続して、蛇口近傍に設置する据え置き型；蛇口に浄水カートリッジが組み込まれた蛇口一体型（水栓一体型）；シンクの下に設置するアンダーシンク型などが挙げられる。本発明の浄水器は、飲料水の浄化に好適に使用できる。

図２は、浄水器の好ましい態様を示す側面図である。浄水器１０は、蛇口内部に浄水カートリッジ１が交換可能に内蔵された水栓一体型浄水器である。浄水器１０は、分離可能な頭部１１と胴部１２とを有する。頭部１１と胴部１２とを分離して、浄水器１０の内部に浄水カートリッジ１を装着する。

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合しうる範囲で適宜変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

１．評価方法
［活性炭の粒度］
粒子状活性炭の中心粒子径（Ｄ_５０）、Ｄ_１０、Ｄ_９０、最小粒子径、粒子径１００μｍ以上の粒子含有率（Ｐ_１００）、粒子径１０μｍ以下の粒子含有率（Ｐ_１０）は、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置（日機装社製、マイクロトラック、型式「ＭＴ３３００」）を用いて測定した。粒子径分布は、粒子径０．０２１μｍ〜２０００μｍの範囲を対数スケールで１３２分割して、各区間の粒子径を有する活性炭粒子の体積を計測した。

［比表面積、細孔容積、平均細孔径］
粒子状活性炭の比表面積、細孔容積、平均細孔径は、比表面積測定装置（日本ベル社製、ＢＥＬＳＯＲＰ−１８ＰＬＵＳ ＨＴ）を用いて測定した。なお、比表面積および細孔容積はＢＥＴ法により算出し、平均細孔径はＢＪＨ法により算出した。

［ヨウ素吸着量］
粒子状活性炭のヨウ素吸着量は、ＪＩＳ Ｋ １４７４（２００７）の６．１．１．１ヨウ素吸着性能に準拠して測定した。具体的には、粒子状活性炭にヨウ素溶液（０．０５ｍｏｌ／Ｌ）を５０ｍＬ加え、室温（２０〜３０℃）で吸着させた後、上澄み液を分離した。上澄み液１０ｍＬに指示薬としてでんぷん溶液（１０ｇ／Ｌ）を加え、チオ硫酸ナトリウム溶液（０．１ｍｏｌ／Ｌ）で滴定した。残留しているヨウ素濃度から粒子状活性炭の単位質量当たりの吸着量を求め、吸着等温線を作成し、その吸着等温線からヨウ素の残留濃度２．５ｇ／Ｌのときの吸着量を求めた。

［濾水度］
繊維状バインダーの濾水度は、ＪＩＳ Ｐ ８１２１−２（２０１２）「カナダ標準濾水度法」に準拠して測定した。具体的には、繊維を精製水に分散させた懸濁液（固形分濃度０．３０質量％）を１０００ｍＬ調製した。繊維の分散は、成形吸着体の作製に使用するスラリーの調製時と同じ条件にて攪拌を行った。この懸濁液の温度を２０．０℃に調製した。この懸濁液を試験試料として、カナダ標準ろ水度試験器（安田精機製作所製、カナディアンスタンダード フリーネステスター）を用いて測定を行った。測定は、２回行いその平均値を算出した。

［密度］
成形吸着体の密度は、成形吸着体の質量を見かけ体積で除することで求めた。なお、見かけ体積は、ノギスを用いて成形吸着体の寸法を測定し、見かけ体積を算出した。

［通水圧力損失］
成形吸着体の通水圧力損失は、成形吸着体に対して３Ｌ／分の流量で通水したときの圧力損失を測定した。なお、成形吸着体の形状は、内径が７．５ｍｍφ、外径が２７ｍｍφ、全長が１１８．２ｍｍの円筒状とした。円筒状成形吸着体の外周面から径方向内方に向けて通水した。

［吸着性能］
浄水カートリッジの吸着性能は、ＪＩＳ Ｓ ３２０１（２０１０）の「６．４除去性能試験」に準拠して測定した。具体的には、被除去物を含む水を、浄水カートリッジに３Ｌ／分の流量で１２００Ｌ通水し、ろ過水中の被除去物の除去率を求めた。

２．粒子状活性炭の準備
表１に示す物性を有する粒子状活性炭を準備した。粒子状活性炭Ａ〜Ｆは、市販されている粒子状活性炭（中心粒子径；４２．５μｍ、比表面積；１０５０ｍ^２／ｇ、細孔容積；０．５９ｍｌ／ｇ、平均細孔径；２．１６ｎｍ、ヨウ素吸着量；１０７０ｍｇ／ｇ）を、粉砕、分級することで調製した。また、粒子状活性炭Ａ〜Ｆは、気流分級装置（ホソカワミクロン社製、型式「１００ＡＴＰ」）を用いて、粒子径１０μｍ以下の粒子含有量が１．０体積％以下となるように調製した。分級条件は、ローター回転速度５０００ｒｐｍ、風量４．０Ｎｍ^３／ｍｉｎ、２次風量２．０Ｎｍ^３／ｍｉｎとした。粒子状活性炭Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｋには、市販されている粒子状活性炭を使用した。粒子状活性炭Ｊは、粒子状活性炭Ｉを分級して、粒子径１０μｍ以下の粒子含有量を１．０体積％以下に調整したものを用いた。粒子状活性炭Ｌには、市販されている粒子状活性炭を超音波篩分級装置（セイシン社製、型式「ＫＳＦＲ−８００」）により分級して得られた、篩（目開き２５μｍ）のふるい下を用いた。粒子状活性炭Ａ、Ｃ、ＥおよびＦの粒子径分布を図３に示した。

３．浄水カートリッジの製造
浄水カートリッジＮｏ．１〜１１は下記のようにして作製した。なお、軸部材には、いずれも樹脂製多孔性円筒部材の外表面に不織布を巻き付けたもの（内径：６ｍｍ、外径：７．５ｍｍ、全長：１１８．２ｍｍ）を使用した。また、軸部材の外表面に形成する成形吸着体の形状はいずれも、内径が７．５ｍｍφ、外径が２７ｍｍφ、全長が１１８．２ｍｍ（見かけ体積６３．７ｍＬ）の円筒状体となるように調整した。

３−１．浄水カートリッジＮｏ．１
吸着材として、粒子状活性炭Ａを９１質量％、キレート繊維（中部キレスト社製、キレストファイバー ＩＲＹ−ＳＷ）を４質量％、繊維状バインダーとしてアクリル繊維（東洋紡績社製、「ＢｉＰＵＬ（登録商標）」、ビーターにより濾水度を１６０ｍＬに調製したもの）を５質量％含有する混合材料を調製した。この混合材料を、水に分散させてスラリー（混合材料の濃度；５質量％）を調整した。

このスラリーを用いて湿式成形により成形吸着体を成形した。具体的には、軸部材の両端に、ポンプに接続されたチューブを接続した。このチューブを接続した軸部材を、スラリーを満たしたタンクに浸漬した後、ポンプを駆動してスラリーを吸引し、軸部材の表面に混合材料を堆積させた。この際、乾燥後の成形吸着体の外径が２７ｍｍ、密度が０．３９ｇ／ｃｍ^３となるようにポンプの駆動時間を調整した。混合材料が堆積した軸部材をタンクから引き揚げ、堆積物を１２０℃で４時間乾燥させ、軸部材の外表面に成形吸着体が積層した浄水カートリッジを得た。得られた浄水カートリッジＮｏ．１は、成形吸着体の通水圧力損失が０．０３２ＭＰａであった。

３−２．浄水カートリッジＮｏ．２〜１０
前記浄水カートリッジＮｏ．１の製造方法において、粒子状活性炭を粒子状活性炭Ｂ〜Ｊに変更したこと以外は同様にして浄水カートリッジＮｏ．２〜１０を得た。

３−３．浄水カートリッジＮｏ．１１
前記浄水カートリッジＮｏ．１の製造方法において、粒子状活性炭を粒子状活性炭Ｋに変更し、繊維状バインダーを繊維状バインダー（東洋紡績社製、「ＢｉＰＵＬ（登録商標）」、ビーターにより濾水度を７０ｍＬに調製したもの）に変更し、各材料の使用量を粒子状活性炭Ｋを９０質量％、キレート繊維を３質量％、繊維状バインダーを７質量％に変更したこと以外は同様にして浄水カートリッジＮｏ．１１を得た。得られた浄水カートリッジＮｏ．１１は、成形吸着体の通水圧力損失が０．０７７ＭＰａであった。

３−４．浄水カートリッジＮｏ．１２
前記浄水カートリッジＮｏ．１の製造方法において、粒子状活性炭を、粒子状活性炭Ｌに変更したこと以外は同様にして浄水カートリッジを作製した。しかし、混合材料を軸部材の表面に十分に堆積させることができなかった。これは、粒子状活性炭中の粒子径１０μｍ以下の粒子の含有率が高いため、軸部材の表面に少量の混合材料が堆積すると、不織布が目詰まりしてしまい、スラリーの吸引が阻害されたためと考えられる。

得られた浄水カートリッジ、成形吸着体の評価結果を表２に示した。

吸着材として、中心粒子径が３０μｍ〜８０μｍ、かつ、粒子径が１００μｍ以上の粒子の含有率が３０体積％以下である粒子状活性炭を用いた浄水カートリッジＮｏ．２〜７は、クロロホルム除去性能に優れており、かつ、成形吸着体の通水圧力損失も低く抑えられている。これらの中でも、粒子径が１０μｍ以下の粒子の含有率が２体積％以下である粒子状活性炭Ｂ〜Ｆを用いた成形吸着体Ｎｏ．２〜６は、通水圧力損失より低く抑えられている。粒子状活性炭Ａ（中心粒子径１６３．８μｍ）を用いた成形吸着体Ｎｏ．１は、通水圧力損失は低いが、クロロホルム除去性能が劣る。粒子状活性炭Ｈ（粒子径が１００μｍ以上の粒子の含有率３２体積％）を用いた成形吸着体Ｎｏ．８および粒子状活性炭Ｉ（粒子径が１００μｍ以上の粒子の含有率３５体積％）を用いた成形吸着体Ｎｏ．９は、いずれも通水圧力損失が高く、またクロロホルム除去性能が劣る。粒子状活性炭Ｊ（粒子径が１００μｍ以上の粒子の含有率４０体積％）を用いた成形吸着体Ｎｏ．１０は、中心粒子径が比較的大きいため通水圧力損失が低いが、クロロホルム除去性能が劣る。粒子状活性炭Ｋ（中心粒子径２２．９μｍ）を用いた成形吸着体Ｎｏ．１１は、通水圧力損失が高かった。粒子状活性炭Ｌ（中心粒子径１７．５μｍ）を用いた成形吸着体Ｎｏ．１２は、製造時の吸引工程において、軸部材の不織布が目詰まりしてしまい成形吸着体を作製できなかった。

本発明の成形吸着体は、浄水器の吸着材として好適に使用できる。

１：浄水カートリッジ、２：軸部材、３：成形吸着体、４：接続部材、５：カバー、６：不織布、７：不織布、１０：浄水器、１１：頭部、１２：胴部

Claims (9)

1. 吸着材と、繊維状バインダーとを含有する成形吸着体であって、
   前記吸着材が、活性炭を含有し、
   前記活性炭として、中心粒子径が３０μｍ〜８０μｍ、粒子径が１００μｍ以上の粒子の含有率が３体積％以上、３０体積％以下、かつ、粒子径が１０μｍ以下の粒子の含有率が２体積％以下であり、
   Ｄ₁₀（小径側を０とした体積累積分布における累積１０％に対応する粒子径）とＤ₉₀（小径側を０とした体積累積分布における累積９０％に対応する粒子径）との比（Ｄ₉₀／Ｄ₁₀）が４．５〜１５である粒子状活性炭を含有することを特徴とする成形吸着体。
2. 前記粒子状活性炭は、比表面積（ＢＥＴ法）が９００ｍ²／ｇ〜１２００ｍ²／ｇ、細孔容積（ＢＥＴ法）が０．４０ｍｌ／ｇ〜０．７０ｍｌ／ｇである請求項１に記載の成形吸着体。
3. 前記吸着材が、ゼオライト、珪酸チタニウム、チタン酸ナトリウム、アルミノ珪酸塩、酸化チタン、イオン交換樹脂、キレート樹脂、イオン交換繊維およびキレート繊維よりなる群から選択される少なくとも１種を含有する請求項１または２に記載の成形吸着体。
4. 成形吸着体中の前記吸着材の含有率が、９０質量％〜９７質量％である請求項１〜３のいずれか一項に記載の成形吸着体。
5. 前記吸着材中の活性炭の含有率が、８５質量％以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載の成形吸着体。
6. 前記繊維状バインダーの濾水度が、２０ｍｌ〜２５０ｍｌである請求項１〜５のいずれか一項に記載の成形吸着体。
7. 前記粒子状活性炭のＤ₁₀が、１０μｍ以上、３５μｍ以下である請求項１〜６のいずれか一項に記載の成形吸着体。
8. 筒状の軸部材と、この軸部材の外表面に積層された請求項１〜７のいずれか一項に記載の成形吸着材とを備えることを特徴とする浄水カートリッジ。
9. 請求項８に記載の浄水カートリッジを用いることを特徴とする浄水器。

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