JP6439084B1 - 吸着体、および吸着体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】逆浸透膜の膜閉塞の原因物質となる特定の懸濁物質や溶解性物質を選択的に吸着することで、逆浸透膜の膜閉塞を未然に防止し、逆浸透膜の耐用期間を長くすることができるとともに、水処理装置全体のランニングコストを低下させることができる吸着体、および吸着体の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】吸着体２１は、平均径が略０．５〜１０μｍの熱可塑性樹脂のうち好適にはナイロンＭＸＤ６樹脂が積層された積層体からなり、該積層体の充填密度が略０．２０〜０．４０ｇ／ｍＬ、比表面積が略０．３３〜６．５４ｍ２／ｇである。
Description
本発明は、吸着体、および吸着体の製造方法に関する。詳しくは、逆浸透膜の膜閉塞の原因物質となる特定の懸濁物質や溶解性物質を選択的に吸着することで、逆浸透膜の膜閉塞を未然に防止し、逆浸透膜の耐用期間を長くすることができるとともに、水処理装置全体のランニングコストを低下させることができる吸着体、および吸着体の製造方法に係るものである。
近年の水需要の高まりから、排水を回収し再利用する要求が増えている。これに伴い、排水から純水を生成する水処理システムが半導体工場等において広く採用されている。このような水処理システムとして、例えば特許文献１には、まず被処理水に含まれる有機物を生物処理し、その後段で凝集および固液分離処理し、固液分離処理水を膜ろ過処理で懸濁物質等を除去した後、逆浸透膜（ＲＯ膜）を備える排水リサイクル設備にて被処理水の処理を行う工程を経て純水が生成される水処理システムが開示されている。
ここで、逆浸透膜を用いる逆浸透膜法とは、高圧で塩水を逆浸透膜で処理することにより被処理水が浄化された純水を得る方法である。具体的には、海水、かん水、または廃水などの塩分を含んだ被処理水に浸透圧以上の圧力をかけて逆浸透膜を透過させることにより、脱塩水を製造することができる。
このような逆浸透膜を備える排水リサイクル設備を長期間において連続運転していくと、逆浸透処理で用いる逆浸透膜が膜閉塞（ファウリング）し、被処理水に対するろ過水量が低下する場合がある。この膜閉塞の原因物質は、排水由来の金属や有機物、前段の生物処理により生じる高分子有機物、前段の凝集および固液分離処理で注入する金属系凝集剤、およびそれ由来の金属、高分子凝集剤の一部等が挙げられる。
ここで、逆浸透膜の中でも、特にポリアミド系材料からなる逆浸透膜は、脱塩率が高く、有機物除去性に優れている反面、有機物汚染を受けやすいため、透過流速が低下しやすいという問題がある。このため、逆浸透膜への供給に先だって、活性炭などの吸着剤を用いて、被処理水の汚染物質を吸着除去する方法がとられることがあるが、この方法では、汚染物質以外の物質も吸着剤に吸着されてしまうため、吸着剤の使用量が多くなり、コスト上昇を招くという問題があった。
このような問題に対して、例えば特許文献１には、海水やかん水に含まれる有機物を除去するため、逆浸透膜の前処理として、活性炭やゼオライトを原料とする吸着剤を充填した吸着体を、逆浸透膜の前段に設置することで、吸着剤による吸着反応や吸着剤の表面で増殖した微生物による摂取により、逆浸透膜まで達する有機物の濃度を低減し、逆浸透膜の膜閉塞を低減する技術が提案されている。
しかしながら、活性炭等を原料とする吸着剤を用いる方法では、細孔による吸着を行うことから、除去対象となる懸濁物質や溶解性物質以外の物質も吸着剤に吸着されてしまう。そのため、例えば被処理水中に除去対象となる懸濁物質や溶解性物質以外の成分が多く含まれる場合には、それらも含めて吸着剤に吸着されることになるため、頻繁に吸着剤を取り替える必要があり、設備コストの上昇を招くという問題があった。
このような問題に対して、例えば特許文献２には、２つの逆浸透膜が直列的に接続された水処理システムが開示されている。具体的には、前段に第１の逆浸透膜、後段に第２の逆浸透膜を設け、第１の逆浸透膜を透過しなかった濃縮水を第２の逆浸透膜でろ過することにより、逆浸透膜にかかる負担を分散し、逆浸透膜全体としての劣化を防ぎ、逆浸透膜の耐用期間を長くすることが可能となっている。
また、特許文献３には、逆浸透膜を構成する材料に近いポリアミド樹脂を粉砕した粉末状の物質を含む吸着剤を用いた吸着手段を設ける水処理用装置が開示されている。この特許文献３によれば、吸着剤が逆浸透膜の構成材料と同じポリアミド樹脂から構成されていることから、逆浸透膜に吸着しやすい物質を前段階である吸着剤において選択的に吸着させることで、逆浸透膜の劣化を防止するとともに、吸着剤の使用量を低減することが可能となっている。
しかしながら、前記した特許文献２に開示の技術では、第２の逆浸透膜は不純物が濃縮された濃縮水を濾過するため、作用負担が大きい。そのため、第２の逆浸透膜が第１の逆浸透膜に対して、その劣化が早く進行するため耐用期間が短くなるうえ、得られる透過水の水質も低下するという問題がある。
また、特許文献３に開示の技術では、吸着剤はポリアミド樹脂を粉砕したものを使用するものであるが、必ずしも総表面積が大きなものとはならず、吸着対象となる懸濁物質の吸着量も限定されてしまう。そのため、頻繁に吸着剤を取り替える必要があり、ランニングコストが高く、必ずしも実用性の高いものとはなっていなかった。さらに、粉末を使用するため、粉体を実設備に適用するための製品の形状として実現が難しいことや、粉体に通水する際の圧力損失が大きくなるために通水エネルギーが高くなりすぎるという問題があった。
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、逆浸透膜の膜閉塞の原因物質となる特定の懸濁物質や溶解性物質を選択的に吸着することで、逆浸透膜の膜閉塞を未然に防止し、逆浸透膜の耐用期間を長くすることができるとともに、水処理装置全体のランニングコストを低下させることができる吸着体、および吸着体の製造方法を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明の吸着体は、平均径が略０．５〜１０μｍの熱可塑性樹脂が積層された積層体からなり、該積層体の充填密度が略０．２０〜０．４０ｇ／ｍＬ、及び比表面積が略０．３３〜６．５４ｍ２／ｇである。
ここで、吸着体を構成する材料として熱可塑性樹脂が採用されることにより、低コストで微細な繊維を容易に生成することができるとともに、耐久性にも優れ、特定の懸濁物質や溶解性物質を選択的に吸着させることができる。
また、熱可塑性樹脂の平均径が略０．５〜１０μｍであり、熱可塑性樹脂が積層された積層体の充填密度が略０．２０〜０．４０ｇ／ｍＬ、比表面積が０．３３〜６．５４ｍ２／ｇであることにより、吸着体の吸着容量を高めることができるため、特定の懸濁物質や溶解性物質を選択的に大量に吸着させることができる。そのため、吸着体の後段に設置する逆浸透膜の劣化を防ぎ、逆浸透膜の吸着性能を長期間において維持することができる。さらに、平均径が小さい繊維を積層しているために繊維同士の空間が適切に確保されるとともに、毛細管現象による水の浸透も発生することから、吸着体の通水抵抗を低くすることができるため、被処理水を少ない加圧力で吸着体に通水させることができる。従って、吸着体が設置される水処理装置全体のランニングコストを抑えることができる。
なお、平均径が１０μｍよりも大きい場合には、吸着体を構成する繊維の径が大きくなることにより、吸着体の比表面積が小さくなるため、懸濁物質や溶解性物質の吸着容量が制限されてしまう。そのため、吸着体を頻繁に交換する必要がある。また、表面積が小さくなることで吸着反応時間が短くなるため、処理性能が減少して吸着体の後段に設置される逆浸透膜の劣化が早まり、逆浸透膜の交換サイクルが短くなる。このことから、水処理装置全体のランニングコストが上昇する虞がある。
一方、平均径が０．５μｍ未満の場合には、比較的安価な製造方法であるメルトブロー法では製造上の限界があり、例えば電解紡糸法を用いる必要があるため、製造コストが上昇する虞がある。
また、積層体の充填密度を０．４０ｇ／ｍＬよりも高くするには、ある程度まで繊維同士を密着させる必要があるが、その為には別途圧縮工程を設ける必要があり、製造コストが上昇する虞がある。また、そのような方法で圧縮加工したものでは通水抵抗が高くなるため、通水に必要な電気エネルギーを大きくしてしまうため、水処理装置全体のランニングコストを上昇させる虞がある。
一方、充填密度が０．２０ｇ／ｍＬ未満の場合には、吸着体による懸濁物質や溶解性物質の吸着容量が制限されてしまう。そのため、吸着体の後段に設置される逆浸透膜の劣化が早まり、逆浸透膜の交換サイクルが短くなる。また、繊維間の空隙が大きくなりすぎるために吸着体の強度が弱くなり、通水時に吸着体の型崩れを引き起こし、均一な処理ができなくなることで処理水質が悪化する虞がある。
また、比表面積を６．５４ｍ２／ｇよりも大きくするには、熱可塑性樹脂の平均径を０．５μｍ未満とするか、充填密度を０．４０ｇ／ｍＬよりも高くする必要があることから、比較的安価な製造方法であるメルトブロー法では製造上の限界があり、例えば電界紡糸法を用いる必要があるため、製造コストが上昇する虞がある。
一方、比表面積が０．３３ｍ２／ｇ未満の場合には、吸着体による懸濁物質や溶解性物質の吸着容量が制限されてしまう。そのため、吸着体の後段に設置される逆浸透膜の劣化が早まり、逆浸透膜の交換サイクルが短くなる。また、吸着体の単位質量あたりの吸着能力が低下するため、一定の吸着量を確保するためには、吸着体を大型化する必要があるため、水処理装置を運用する上での吸着体のコストが上昇し、水処理装置全体のランニングコストが上昇する虞がある。
また、熱可塑性樹脂が、半芳香族ポリアミド樹脂である場合には、半芳香族ポリアミド樹脂はベンゼン環を有する材料であるため、特定の懸濁物質や溶解性物質の吸着性能を高めることができる。従って、構成材料としてベンゼン環の存在比率の高い逆浸透膜の上流に吸着体を設置する場合においては、逆浸透膜に吸着する懸濁物質や溶解性物質を吸着体にて事前に吸着させることができるため、逆浸透膜の劣化を防ぎ、逆浸透膜の吸着性能を長期間において維持することができる。
また、熱可塑性樹脂は、ＭＸＤ樹脂である場合には、充填密度を調整しやすいため、充填密度が高い吸着体を製造することができる。従って、懸濁物質や溶解性物質を選択的に大量に吸着体に吸着させることができる。
前記の目的を達成するために、本発明の吸着体の製造方法は、溶融された熱可塑性樹脂を空気流により射出して、略０．５〜１０μｍの平均径となるように前記熱可塑性樹脂をメルトブローする工程と、前記メルトブローする工程により繊維化された前記熱可塑性樹脂を、前記熱可塑性樹脂のガラス転移点以上の温度条件のもとで巻き取る工程とを備える。
ここで、溶融された熱可塑性樹脂を空気流により射出して、略０．５〜１０μｍの平均径となるように熱可塑性樹脂をメルトブローする工程を備えることにより、熱可塑性樹脂を微細な繊維状とすることができる。
なお、平均径が１０μｍよりも大きい場合には、吸着体を構成する繊維の径が大きくなることにより、吸着体の充填密度が低くなるとともに比表面積も小さくなるため、懸濁物質や溶解性物質の吸着容量が制限されてしまう。そのため、吸着体を頻繁に交換する必要がある。また、表面積が小さくなることで吸着反応時間が短くなるため、処理性能が減少して吸着体の後段に設置される逆浸透膜が短時間で劣化してしまい、逆浸透膜の交換サイクルが短くなる。このことから、水処理装置全体のランニングコストが上昇する虞がある。
一方、平均径が０．５μｍ未満の場合には、比較的安価な製造方法であるメルトブロー法では製造上の限界があり、例えば電解紡糸法を用いる必要があるため、製造コストが上昇するという虞がある。
また、熱可塑性樹脂のガラス転移点以上の温度条件のもとで、繊維化された熱可塑性樹脂を巻き取る工程を備えることにより、巻き取りと同時に一定の速度で熱可塑性樹脂の結晶化を進めることができる。これにより、繊維化された熱可塑性樹脂の巻き取りと同時に熱可塑性樹脂の結晶化を徐々に進めることができるため、充填密度が高く、比表面積が大きい吸着体を製造することができる。
また、熱可塑性樹脂を溶融する工程は、略２５０〜３３０℃の溶融温度で溶融する場合には、射出される平均径を略０．５〜１０μｍの微細な繊維状とすることができるため、充填密度が高く、比表面積が大きい吸着体を製造することができる。
なお、溶融温度として３３０℃以上の場合には、熱過疎性樹脂の分解が進んでガスが発生し、安定した繊維化が困難となる。従って、このような温度域では、平均径として０．５〜１０μｍのように熱可塑性樹脂を微細な繊維状することができず、比表面積が低下して吸着体の懸濁物質や溶解性物質の吸着容量が制限されてしまう。
一方、溶融温度として２５０℃未満の場合には、熱可塑性樹脂の溶融状態が不充分となり、平均径を略０．５〜１０μｍのように微細な繊維状とすることができない。そのため、総表面積も小さくなるため、吸着体の懸濁物質や溶解性物質の吸着容量が制限されてしまう。
また、熱可塑性樹脂をメルトブローする工程は、温度が略３００〜５００℃で、かつ流速が略１５０〜３００ｍ／ｓｅｃの空気流で熱可塑性樹脂を射出する場合には、後述する熱可塑性樹脂を巻き取る工程において、熱可塑性樹脂を巻き取ると同時に、徐々に熱可塑性樹脂を結晶化、収縮させることができるため、充填密度が高く、総表面積が大きいとともに、通水抵抗の低い吸着体を製造することができる。
なお、メルトブローする際の空気流の温度を５００℃よりも高くすると、熱過疎性樹脂の分解が進んでガスが発生し、メルトブローによる安定した繊維化が困難となる。このような温度域では、平均径として０．５〜１０μｍのように熱可塑性樹脂を微細な繊維状とすることができないため、比表面積が低下して吸着体の懸濁物質や溶解性物質の吸着容量が制限されてしまう。
一方、メルトブローする際の空気流の温度を３００℃未満とすると、溶融した熱過疎性樹脂がメルトブローによって繊維状に成形させる前に冷却されてしまうため、平均径が０．５〜１０μｍの微細な繊維状をとすることが困難となる。また、巻き取り時の温度をガラス転移点以上に保持することも困難となるため、充填密度が低い吸着体となってしまい、吸着体の懸濁物質や溶解性物質の吸着容量が制限されてしまう。
また、メルトブローする際の空気流の流速として３００ｍ／ｓｅｃよりも速くすると、射出された熱可塑性樹脂が微細な繊維状に延伸される前に切れてしまい、平均径が０．５〜１０μｍにすることが困難となるため、吸着体の懸濁物質や溶解性物質の吸着容量が制限されてしまう。
一方、メルトブローする際の空気流の流速として１５０ｍ／ｓｅｃ未満とすると、射出により繊維化された熱可塑性樹脂の平均径を略０．５〜１０μｍのように微細な繊維状とすることができない。そのため、吸着体の充填密度を高めることができず、また総表面積も小さくなるため、吸着体の懸濁物質や溶解性物質の吸着容量が制限されてしまう。
また、熱可塑性樹脂を巻き取る工程は、巻き取り時の熱可塑性樹脂の表面温度が略１００〜１５０℃となる温度条件のもとで巻き取る場合には、巻き取り後の所定時間経過後に一定の速度で熱可塑性樹脂の結晶化を進めることができる。これにより、繊維の巻き取りにより積層された積層体を溶融させること無く、巻き取り後の結晶化を徐々に進めることができ、積層体の全体が径方向、および長さ方向に収縮するため、充填密度が高く、総表面積が大きいとともに、通水抵抗の低い吸着体を製造することができる。
なお、巻き取り時の熱可塑性樹脂の表面温度が１５０℃よりも高い場合には、巻き取り時の熱可塑性樹脂の結晶化が早まることから、巻き取りと同時に結晶化されてしまう。そのため、巻き取り後の結晶化に伴う積層体の収縮が促進されないことになるため、充填密度を高めることができず、吸着体の懸濁物質や溶解性物質の吸着容量が制限されてしまう。
一方、巻き取り時の熱可塑性樹脂の表面温度を１００℃未満とすると、熱可塑性樹脂の結晶化速度が遅くなり、巻き取った後の熱可塑性樹脂の収縮までに長時間を要するとともに、収縮率も下がる虞がある。その結果、充填密度を高めることができず、吸着体の懸濁物質や溶解性物質の吸着容量が制限されてしまう。
また、熱可塑性樹脂を巻き取る工程の後に、熱可塑性樹脂をオーブン装置で所定の温度条件のもとで加熱する工程を有する場合には、繊維を積層した積層体の結晶化を徐々に進めることができ、積層体の全体が径方向、および長さ方向に収縮するため、充填密度が高く、総表面積が大きいとともに、通水抵抗の低い吸着体を製造することができる。
また、熱可塑性樹脂を巻き取る工程の後に、熱可塑性樹脂を所定の温度の温水を通水する工程を有する場合には、繊維を積層した積層体が温水により加温されるため、積層体の結晶化をさらに進めることができ、積層体の全体が径方向、および長さ方向に収縮するため、充填密度が高く、総表面積が大きいとともに、通水抵抗の低い吸着体を製造することができる。さらに、温水の通水により、積層体内に蓄積した有機物等の不純物を洗浄により除去することができる。
本発明に係る吸着体、および吸着体の製造方法は、逆浸透膜の膜閉塞の原因物質となる特定の懸濁物質や溶解性物質を選択的に吸着することで、逆浸透膜の膜閉塞を未然に防止し、逆浸透膜の耐用期間を長くすることができるとともに、水処理装置全体のランニングコストを低下させることができる。
以下、吸着体、および吸着体の製造方法について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
[水処理システム]
図１（ａ）は、例えば工場等に設置される一般的な水処理システム１の概略図を示す。水処理システム１は、上水（水道水）Ｗ１、および排水リサイクル設備２から流出する処理水Ｗ２の一部が純水製造装置３を通過して純度の高い水として製造され、工場内の各用途（製品用水Ｗ２１、冷却水Ｗ２２、洗浄水Ｗ２３）に使用される。工場内で使用された水は、工場排水Ｗ３として排水処理設備４に流入され、その一部が下水Ｗ４として放流され、残りの一部が排水処理水Ｗ５として排水リサイクル設備２に流入される。排水リサイクル設備２に流入された排水処理水Ｗ５は、懸濁物質が取り除かれてリサイクルされ、再び上水Ｗ１とともに工場内の各用途に使用される。
図１（ａ）は、例えば工場等に設置される一般的な水処理システム１の概略図を示す。水処理システム１は、上水（水道水）Ｗ１、および排水リサイクル設備２から流出する処理水Ｗ２の一部が純水製造装置３を通過して純度の高い水として製造され、工場内の各用途（製品用水Ｗ２１、冷却水Ｗ２２、洗浄水Ｗ２３）に使用される。工場内で使用された水は、工場排水Ｗ３として排水処理設備４に流入され、その一部が下水Ｗ４として放流され、残りの一部が排水処理水Ｗ５として排水リサイクル設備２に流入される。排水リサイクル設備２に流入された排水処理水Ｗ５は、懸濁物質が取り除かれてリサイクルされ、再び上水Ｗ１とともに工場内の各用途に使用される。
[排水リサイクル設備]
図１（ｂ）は、前記した排水リサイクル設備２の概略図である。排水リサイクル設備２は、上流側には本発明に係る吸着体２１、下流側に逆浸透膜２２が直列的に配置されている。逆浸透膜２２は公知の構造であり、具体的には、ポリアミド系材料から構成された膜分離層を備えている。吸着体２１は、後述する通り、逆浸透膜２２を構成するポリアミド系材料に近い構造の材料、具体的にはポリアミド樹脂より構成されるものである。
図１（ｂ）は、前記した排水リサイクル設備２の概略図である。排水リサイクル設備２は、上流側には本発明に係る吸着体２１、下流側に逆浸透膜２２が直列的に配置されている。逆浸透膜２２は公知の構造であり、具体的には、ポリアミド系材料から構成された膜分離層を備えている。吸着体２１は、後述する通り、逆浸透膜２２を構成するポリアミド系材料に近い構造の材料、具体的にはポリアミド樹脂より構成されるものである。
以上のように構成された排水リサイクル設備２に、被処理水としての排水処理水Ｗ５が流入すると、まず上流側の吸着体２１において、排水処理水Ｗ５に含まれる有機物のうちポリアミド系材料に吸着される性質を有する懸濁物質や溶解性物質が選択的に吸着される。そして、吸着体２１を通過した排水処理水Ｗ５は、続いて逆浸透膜２２に流入して、さらに塩分などのイオン状物質が除去され、最終的に処理水Ｗ２として排水リサイクル設備２の系外に流出し、工場内での各用途に再利用される。一方、逆浸透膜２２にて分離された排水処理水Ｗ５中の塩分などのイオン状物質は、濃縮水Ｗ６として、排水リサイクル設備２の系外に排出されて処理される。吸着体２１にて選択的に吸着された懸濁物質や溶解性物質は、吸着体２１に吸着した状態で系外に搬出されるか、吸着体を再生洗浄することでの洗浄排水とした形で径外に排出される。
このとき、逆浸透膜２２に流入される排水処理水Ｗ５は、その前段に設置されている吸着体２１により逆浸透膜２２の膜閉塞の原因物質である懸濁物質や溶解性物質の一定量が除去されたものとなっている。従って、逆浸透膜２２における懸濁物質や溶解性物質の吸着量が抑えられるため、膜閉塞が起こりにくく、逆浸透膜２２の耐用期間を長くすることができるものとなっている。
以上が本発明に係る吸着体２１が適用される排水リサイクル設備２を含む水処理システム１の全体的な概要であるが、必ずしも、本発明の吸着体２１として、前記したような逆浸透膜２２の膜閉塞の原因物質の除去を目的として使用する場合に限られず、その他の用途に使用されてもよい。例えば、正浸透膜による排水の濃縮・減量プロセスのように、正浸透膜を用いる場合にも、正浸透膜の膜閉塞のリスクを低減するために使用されるとともに、正浸透膜に近いものとして、浸透圧発電用膜の膜閉塞防止にも使用できる。また、排水処理水の放流時や、浄水設備での取水時に、水中に含まれる微量物質等を選択的に吸着除去するために、本発明の吸着体２１を使用することも可能である。さらに、食品製造や医薬品製造、インクの製造などにおいて、その純度を高めるために不純物のみを選択的に吸着除去したいときにも、本発明の吸着体２１を使用することができる。
次に、図２を用いて、本発明の実施形態に係る吸着体２１の詳細な構造について説明する。
[吸着体]
本発明の実施形態に係る吸着体２１は、後述する通り、溶融した熱可塑性樹脂を空気流で延伸して製造する公知の方法であるメルトブロー法により製造され、メルトブローにより微細な繊維状となった熱可塑性樹脂を巻き取り成形するため、中心部に貫通孔２１２が形成された略円筒状の積層体２１１から構成されている。
本発明の実施形態に係る吸着体２１は、後述する通り、溶融した熱可塑性樹脂を空気流で延伸して製造する公知の方法であるメルトブロー法により製造され、メルトブローにより微細な繊維状となった熱可塑性樹脂を巻き取り成形するため、中心部に貫通孔２１２が形成された略円筒状の積層体２１１から構成されている。
ここで、必ずしも、積層体２１１は、略円筒状である必要はない。例えば、四角筒、楕円筒等、中空状の形状であればどのような形状であってもよい。
また、必ずしも、吸着体２１はメルトブロー法により製造される必要はない。例えば、電界紡糸法により製造することも可能である。但し、電界紡糸法は、その製造コストが高いため、本発明の実施形態における製造方法においては、比較的安価な製造方法であるメルトブロー法による実施例に基づき説明する。
吸着体２１は、外径ｄが略６０〜７５ｍｍ、長さｌが略１２５〜１０００ｍｍであり、積層体２１１を構成する繊維材は、その平均径が略０．５〜１０μｍである。なお、本発明の実施形態における吸着体２１としては、外径ｄが７０ｍｍ、長さｌが１２５ｍｍのものを使用した。
繊維材の素材となる熱可塑性樹脂は、巻き取り時に結晶化速度を調整可能な樹脂材が好適であり、前記した通りポリアミド樹脂、より好ましくは半芳香族ポリアミド樹脂であって、特にＭＸＤ樹脂が好適であり、本発明の実施形態においてはＭＸＤ樹脂としてナイロンＭＸＤ６樹脂（三菱ガス化学社製、「ＭＸナイロン」、グレード名「Ｓ６００１」）を採用した。
なお、本発明の実施形態においては、前記したナイロンＭＸＤ６を採用した実施例を示すが、例えば、ナイロン６樹脂（東レ株式会社製、商品名「アミラン」、グレード名「ＣＭ１０１７」）、再生ナイロン６樹脂（高安株式会社製、商品名「タナジン」、グレード名「ＴＮ２００」）、ナイロン６６樹脂（東レ株式会社製、商品名「アミラン」、グレード名「ＣＭ３００７」）、再生ナイロン６６樹脂（高安株式会社製、商品名「タナジン」、グレード名「ＴＮ７２０」）、再生ナイロン６−ＭＸＤ樹脂（高安株式会社製、商品名「タナジン」、グレード名「６Ｎ−ＭＸＤ３３」）、ポリアミド樹脂（三菱ガス化学社製、「ＬＥＸＴＥＲ」、グレード名「８０００」）、ポリプロピレン樹脂（サンアロマー株式会社製、商品名「サンアロマー」、グレード名「ＰＬＡ００Ａ」）、ポリスチレン樹脂（ＰＳジャパン株式会社製、商品名「ＰＳＪ−ポリスチレン」、グレード名「ＧＰＰＳ６７９」）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（株式会社クラレ製、商品名「クラペット」、グレード名「ＫＳ７１０Ｂ」）等についても適宜選択して採用することが可能である。
[吸着体製造装置]
次に、図３を用いて、吸着体２１を製造するための吸着体製造装置５について説明する。吸着体製造装置５は、主に溶融射出装置５１、温風装置５２、巻き取り装置５３から構成されている。
次に、図３を用いて、吸着体２１を製造するための吸着体製造装置５について説明する。吸着体製造装置５は、主に溶融射出装置５１、温風装置５２、巻き取り装置５３から構成されている。
溶融射出装置５１は、熱可塑性樹脂を投入するためのホッパー５１１、ホッパー５１１から投入した熱可塑性樹脂を高温で溶融しながらモーター５１２を介して押し出すスクリュー５１３、溶融した熱可塑性樹脂を射出するための射出ノズル５１４から構成されている。
また、溶融射出装置５１内にはスクリュー５１３の軸方向に沿ってヒーター（図示せず）が内蔵されており、このヒーターにより、ホッパー５１１から投入された熱可塑性樹脂が所定の温度で溶融されるようになっている。
さらに、射出ノズル５１４には、空気流入り口（図示せず）を備えており、空気流入口には外部コンプレッサー（図示せず）に接続されている。なお、コンプレッサーから空気加熱装置へ接続する配管の間には、コンプレッサーからの空気圧を制御する減圧弁および空気流量を計測する流量計および空気流量を調節する調節器（例えば、ニードルバルブ）を接続してもよい。
そして、溶融された熱可塑性樹脂は、射出ノズル５１４から射出される際に高温で、かつ高速のホットエアーが吹き付けられることで、微細な繊維状に形成される。
温風装置５２は、繊維化された熱可塑性樹脂に対して、一定温度の温風を吹き付けることで、後述する巻き取り装置５３による巻き取り時における熱可塑性樹脂の表面温度が、ガラス転移点以上となるように温度調整するための装置である。
ここで、必ずしも、温風装置５２を設ける必要はない。巻き取り装置５３による巻き取り時における熱可塑性樹脂の表面温度が、ガラス転移点以上となるように温度調整できる加温装置であれば、どのような装置を用いてもよい。
巻き取り装置５３は、メルトブローされて微細な繊維となった熱可塑性樹脂を巻き取るための芯棒５３１を備え、この芯棒５３１の一端はモーター５３２に取り付けられ、モーター５３２の回転数に応じて一定回転数で回転されるとともに、芯棒５３１の軸方向に沿って往復道可能なように構成されている。なお、芯棒５３１と射出ノズル５１４の距離Ｌは略１５〜２０ｃｍ程度離間した位置に配置されている。
ここで、必ずしも、芯棒５３１と射出ノズル５１４の距離Ｌは略１５〜２０ｃｍ程度離間している必要はない。但し、発明者らが検討した結果では、芯棒５３１と射出ノズル５１４の距離Ｌを略１５〜２０ｃｍ程度離間させることにより、後述する通り、繊維状となった熱可塑性樹脂を芯棒５３１で巻き取る際の表面温度が、熱可塑性樹脂の結晶化に適した温度となり、充填密度が高く、かつ比表面積が大きい吸着体２１とすることができる。
次に、以上のような吸着体製造装置５を用いた吸着体２１の製造方法について説明する。
＜熱可塑性樹脂を溶融射出装置内に投入する工程（Ｓ１）＞
まず、熱可塑性樹脂として所定量のナイロンＭＸＤ６樹脂を、ホッパー５１１から溶融射出装置５１内に投入する。
まず、熱可塑性樹脂として所定量のナイロンＭＸＤ６樹脂を、ホッパー５１１から溶融射出装置５１内に投入する。
＜熱可塑性樹脂を溶融する工程（Ｓ２）＞
次に、投入された熱可塑性樹脂をヒーターにより略２５０〜３３０℃の温度条件のもとで溶融して軟化させ、軟化した熱可塑性樹脂をスクリュー５１３で射出ノズル５１４に向けて押し出す。
次に、投入された熱可塑性樹脂をヒーターにより略２５０〜３３０℃の温度条件のもとで溶融して軟化させ、軟化した熱可塑性樹脂をスクリュー５１３で射出ノズル５１４に向けて押し出す。
ここで、必ずしも、溶融温度として略２５０〜３３０℃の温度条件である必要はない。但し、発明者らが検討を繰り返した結果では、略２５０〜３３０℃の温度条件のもと溶融することで、繊維化された際の熱可塑性樹脂の平均径が略０．５〜１０μｍと微細化されるとともに、巻き取り後の積層体２１１について充填密度が高く、かつ比表面積の大きい吸着体２１とすることができた。
＜熱可塑性樹脂を繊維化する工程（Ｓ３）＞
溶融により軟化した熱可塑性樹脂は、巻き取り装置５３の芯棒５３１に向かって射出ノズル５１４から高温高速のホットエアーとともに射出される。このとき、ホットエアーの温度として略３００〜５００℃、流速として略１５０〜３００ｍ／ｓｅｃに設定される。このように、高温かつ高速のホットエアーにより熱可塑性樹脂を射出ノズル５１４から射出することで、熱可塑性樹脂はメルトブローされ、微細な繊維状とすることができる。
溶融により軟化した熱可塑性樹脂は、巻き取り装置５３の芯棒５３１に向かって射出ノズル５１４から高温高速のホットエアーとともに射出される。このとき、ホットエアーの温度として略３００〜５００℃、流速として略１５０〜３００ｍ／ｓｅｃに設定される。このように、高温かつ高速のホットエアーにより熱可塑性樹脂を射出ノズル５１４から射出することで、熱可塑性樹脂はメルトブローされ、微細な繊維状とすることができる。
ここで、必ずしも、ホットエアーの温度として略３００〜５００℃、流速として１５０〜３００ｍ／sｅｃである必要ない。但し、発明者らが検討した結果では、ホットエアーの温度として略３００〜５００℃、流速として１５０〜３００ｍ／sｅｃとすることにより、メルトブローされた際の熱可塑性樹脂の平均径を略０．５〜１０μｍとすることができた。
＜熱可塑性樹脂を巻き取る工程（Ｓ４）＞
微細な繊維となった熱可塑性樹脂は、一定の回転速度（略４５ｒｐｍ）で回転し、かつ一定の往復速度（略４〜２５ｍｍ／ｓｅｃ）で往復動する芯棒５３１により巻き取られ、所定の長さ、厚みを有する繊維の積層体２１１が形成される。このとき、巻き取り装置５３により巻き取る際の熱可塑性樹脂の表面温度は略１２０〜１５０℃となるように、温風装置５２により温度調整が行われる。
微細な繊維となった熱可塑性樹脂は、一定の回転速度（略４５ｒｐｍ）で回転し、かつ一定の往復速度（略４〜２５ｍｍ／ｓｅｃ）で往復動する芯棒５３１により巻き取られ、所定の長さ、厚みを有する繊維の積層体２１１が形成される。このとき、巻き取り装置５３により巻き取る際の熱可塑性樹脂の表面温度は略１２０〜１５０℃となるように、温風装置５２により温度調整が行われる。
ここで、必ずしも、芯棒５３１の回転速度が略４５ｒｐｍ、往復動速度が略４〜２５ｍｍ／ｓｅｃである必要はない。但し、発明者らが検討した結果では、前記の回転速度、往、往復動速度とすることで、巻き取り時の熱可塑性樹脂の表面温度を、１２０〜１５０℃の領域にすることで巻き取りながら積層体の結晶化を進めることで収縮を行い、充填密度の高い吸着体を製造することができる。
また、必ずしも、芯棒５３１はその軸方向に往復動させる必要はない。例えば、射出ノズル５１４を芯棒５３１の長さ方向に沿って複数配置させることにより、芯棒５３１を往復動させることなく、積層体２１１を構成することもできる。
＜吸着体を加温する工程（Ｓ６）＞
前記した巻き取り工程（Ｓ５）により、微細な繊維状となった熱可塑性樹脂の巻き取りが完了すると、積層体２１１からなる吸着体を芯棒５３１から取り外し、オーブン等の加熱装置で一定時間加熱される。
前記した巻き取り工程（Ｓ５）により、微細な繊維状となった熱可塑性樹脂の巻き取りが完了すると、積層体２１１からなる吸着体を芯棒５３１から取り外し、オーブン等の加熱装置で一定時間加熱される。
ここで、必ずしも、吸着体２１を加温する必要はない。例えば、巻き取り工程（Ｓ５）での巻き取り完了後において、熱可塑性樹脂の結晶化が充分に進んでおり、積層体２１１が充分に収縮されていると判断できる場合には、改めて加熱装置で吸着体２１を加熱する必要はない。従って、本工程（Ｓ６）は、巻き取り工程（Ｓ５）での温度条件に応じて、適宜実施することができる。
＜吸着体を洗浄する工程（Ｓ７）＞
積層体２１１の収縮が充分に行われたと判断できる場合は、巻き取り工程（Ｓ５）において積層体２１１内に混入、蓄積された微小な不純物等を除去するために、一定量の洗浄水（温水）を吸着体２１に通水させる。
積層体２１１の収縮が充分に行われたと判断できる場合は、巻き取り工程（Ｓ５）において積層体２１１内に混入、蓄積された微小な不純物等を除去するために、一定量の洗浄水（温水）を吸着体２１に通水させる。
ここで、必ずしも、吸着体２１を洗浄する工程（Ｓ７）を行う必要はない。巻き取り工程（Ｓ５）において、積層体２１１内に不純物の混入がないと判断できる場合には、本工程は行う必要はない。
また、必ずしも、洗浄水として温水を用いる必要はない。但し、一定温度の温水を吸着体２１に通水させることにより、吸着体２１を構成する積層体２１１の収縮が充分でない場合には、温水による加温効果により、積層体２１１をさらに収縮させることができるため、吸着体２１全体の充填密度を高めることができる。
以上のように、本発明では巻き取り時の熱可塑性樹脂の表面温度を、ナイロンＭＸＤ６のガラス転移点以上であって、結晶化が適度に促進される温度領域となるように各製造工程での条件が設定される。このように設定することで、巻き取り段階においては積層体２１１を構成する微細な繊維状とされた熱可塑性樹脂の結晶化を遅らせることができるため、３次元網目構造を形成する積層体２１１を得ることができる。そして巻き取り完了後の時間経過とともに、３次元網目構造をした積層体２１１が徐々に結晶化が進むことで、積層体２１１の全体が径方向、および長さ方向に収縮する。この収縮に伴い、積層体２１１の充填密度が高められるため、比表面積が大きく、かつ通水抵抗の低い吸着体を製造することができる。
以上の製造方法により製造された吸着体２１について、以下の表１に基づいて説明する。なお、以下に示す実施例１乃至実施例５、および比較例１乃至比較例４は、何れも熱可塑性樹脂としてナイロンＭＸＤ６を用いるとともに、吸着体２１の径が７０ｍｍ、長さが１２５ｍｍのものを用いて比較した。
［実施例１］
平均径が０．５２μｍ、巻き取り時の表面温度を１３５℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．３４ｇ／ｍＬ、比表面積が６．３０ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
平均径が０．５２μｍ、巻き取り時の表面温度を１３５℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．３４ｇ／ｍＬ、比表面積が６．３０ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
［実施例２］
平均径が２．４４μｍ、巻き取り時の表面温度を１２０℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．２９ｇ／ｍＬ、比表面積が１．３４ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
平均径が２．４４μｍ、巻き取り時の表面温度を１２０℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．２９ｇ／ｍＬ、比表面積が１．３４ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
［実施例３］
平均径が３．８２μｍ、巻き取り時の表面温度を１１５℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．２６ｇ／ｍＬ、比表面積が０．８１７ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
平均径が３．８２μｍ、巻き取り時の表面温度を１１５℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．２６ｇ／ｍＬ、比表面積が０．８１７ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
［実施例４］
平均径が７．０１μｍ、巻き取り時の表面温度を１１５℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．２１ｇ／ｍＬ、比表面積が０．４７１ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
［実施例５］
平均径が９．９８μｍ、巻き取り時の表面温度を１１５℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．２８ｇ／ｍＬ、比表面積が０．３２７ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
平均径が７．０１μｍ、巻き取り時の表面温度を１１５℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．２１ｇ／ｍＬ、比表面積が０．４７１ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
［実施例５］
平均径が９．９８μｍ、巻き取り時の表面温度を１１５℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．２８ｇ／ｍＬ、比表面積が０．３２７ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
［比較例１］
平均径が３．０４μｍ、巻き取り時の表面温度を９５℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．１４ｇ／ｍＬ、比表面積が１．０８ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
平均径が３．０４μｍ、巻き取り時の表面温度を９５℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．１４ｇ／ｍＬ、比表面積が１．０８ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
［比較例２］
平均径が１３．４μｍ、巻き取り時の表面温度を１１５℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．２１ｇ／ｍＬ、比表面積が０．１７４ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
平均径が１３．４μｍ、巻き取り時の表面温度を１１５℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．２１ｇ／ｍＬ、比表面積が０．１７４ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
［比較例３］
平均径が２３．１μｍ、巻き取り時の表面温度を１１５℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．３０ｇ／ｍＬ、比表面積が０．１６２ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
［比較例４］
平均径が４２．９μｍ、巻き取り時の表面温度を１１５℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．２６ｇ／ｍＬ、比表面積が０．０７９ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
平均径が２３．１μｍ、巻き取り時の表面温度を１１５℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．３０ｇ／ｍＬ、比表面積が０．１６２ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
［比較例４］
平均径が４２．９μｍ、巻き取り時の表面温度を１１５℃となるように吸着体製造装置５での製造条件を設定し、充填密度が０．２６ｇ／ｍＬ、比表面積が０．０７９ｍ２／ｇの吸着体２１を得た。
［表１］
以上の表１の結果より、実施例１乃至実施例５の吸着体２１においては、比較例１乃至比較例４の吸着体２１よりも懸濁物質および溶解性物質の吸着能力が高いことが分かる。即ち、実施例１乃至実施例５においては、平均径が０．５〜１０μｍで、巻き取り時の熱可塑性樹脂の表面温度がナイロンＭＸＤ６のガラス転移点以上であって、かつ結晶化が適度に進行する温度領域となるように各製造工程での条件が設定される。そして、巻き取り段階においては積層体２１１を構成する微細な繊維状とされた熱可塑性樹脂の結晶化を遅らせることができるため、３次元網目構造を形成する積層体２１１を得ることができる。さらに、巻き取り完了後の時間経過とともに、３次元網目構造をした積層体２１１が徐々に結晶化が進むことで、積層体２１１の全体が径方向、および長さ方向に収縮し、この収縮に伴い、積層体２１１の充填密度が高められるため、比表面積が大きく、かつ吸着能力の高い吸着体２１を製造することができる。
以上、本発明に係る吸着体、および吸着体の製造方法は、逆浸透膜の膜閉塞の原因物質となる特定の懸濁物質や溶解性物質を選択的に吸着することで、逆浸透膜の膜閉塞を未然に防止し、逆浸透膜の耐用期間を長くすることができるとともに、水処理装置全体のランニングコストを低下させることができるものとなっている。
１ 水処理システム
２ 排水リサイクル設備
２１ 吸着体
２１１ 積層体
２１２ 貫通孔
２２ 逆浸透膜
３ 純水製造装置
４ 排水処理設備
５ 吸着体製造装置
５１ 溶融射出装置
５１１ ホッパー
５１２ モーター
５１３ スクリュー
５１４ 射出ノズル
５２ 温風装置
５３ 巻き取り装置
５３１ 芯棒
５３２ モーター
Ｗ１ 上水（水道水）
Ｗ２ 処理水
Ｗ２１ 製品用水
Ｗ２２ 冷却水
Ｗ２３ 洗浄水
Ｗ３ 工場排水
Ｗ４ 下水
Ｗ５ 排水処理水
Ｗ６ 濃縮水
２ 排水リサイクル設備
２１ 吸着体
２１１ 積層体
２１２ 貫通孔
２２ 逆浸透膜
３ 純水製造装置
４ 排水処理設備
５ 吸着体製造装置
５１ 溶融射出装置
５１１ ホッパー
５１２ モーター
５１３ スクリュー
５１４ 射出ノズル
５２ 温風装置
５３ 巻き取り装置
５３１ 芯棒
５３２ モーター
Ｗ１ 上水（水道水）
Ｗ２ 処理水
Ｗ２１ 製品用水
Ｗ２２ 冷却水
Ｗ２３ 洗浄水
Ｗ３ 工場排水
Ｗ４ 下水
Ｗ５ 排水処理水
Ｗ６ 濃縮水
Claims (4)
- 平均径が０．５〜１０μｍの熱可塑性樹脂が積層された積層体からなり、該積層体の充填密度が０．２０〜０．４０ｇ／ｍＬ、及び比表面積が０．３３〜６．５４ｍ２／ｇである
吸着体。 - 前記熱可塑性樹脂は、半芳香族ポリアミド樹脂である
請求項１に記載の吸着体。 - 前記熱可塑性樹脂は、ナイロンＭＸＤ６樹脂である
請求項１に記載の吸着体。 - 熱可塑性樹脂を２５０〜３３０℃の溶融温度で溶融する工程と、
前記熱可塑性樹脂を、温度が３００〜５００℃、流速が１５０〜３００ｍ／ｓｅｃの空気流により射出してメルトブローする工程と、
該メルトブローする工程により繊維化された前記熱可塑性樹脂を、該熱可塑性樹脂の表面温度が１００〜１５０℃となる温度条件のもとで巻き取る工程と、を備える
吸着体の製造方法。
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