JP7020404B2 - フィルタ - Google Patents
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Description
(1)積層された織物若しくは編物、または繊維巻囲体の少なくとも一つを有するフィルタであって、
前記織物、編物および繊維巻囲体は下記条件(a)および(b)を満たし、
(a)液体中に溶解した成分を吸着可能な繊維を含む
(b)前記繊維の直径Dが100μm以上600μm以下である
前記フィルタは、下記条件(c)および(d)を満たす
(c)空隙率が15%以上70%以下である
(d)前記フィルタが織物または編物を有する場合はその積層厚み方向、前記フィルタが繊維巻囲体を有する場合はその径方向における面積空隙率のバラツキが15%以下である
フィルタ。
(2)積層された織物若しくは編物、または繊維巻囲体の少なくとも一つを有し、液体をろ過するフィルタであって、
前記織物、編物および繊維巻囲体は下記条件(a)および(b)を満たし、
(a)液体中に溶解した成分を吸着可能な繊維を含む
(b)前記繊維の直径Dが100μm以上600μm以下である
前記フィルタは、下記条件(c)および(d)を満たす
(c)空隙率が15%以上70%以下である
(d)前記液体のろ過方向において、面積空隙率のバラツキが15%以内である
フィルタ。
(3)前記織物または編物の目付けが300g/m2以上1500g/m2以下である
前記(1)または(2)に記載のフィルタ。
(4)前記フィルタが、前記(a)~(c)を満たしかつ下式を満たす織物を有することを特徴とする、前記(1)~(3)のいずれか1に記載のフィルタ。
0.5≦op/D≦3.0 (1)
op:前記織物のオープニング(μm)
D:繊維径(μm)
(5)前記繊維の湿潤状態での密度が1.0g/cm3以上1.50g/cm3以下である前記(1)~(4)のいずれか1項に記載のフィルタ。
(6)前記繊維がイオン交換能を有することを特徴とする、前記(1)~(5)のいずれか1に記載のフィルタ。
(7)前記(1)~(6)のいずれか1に記載のフィルタを備える浄水器。
(8)前記(1)~(6)のいずれか1に記載のフィルタに水を通過させることを含む浄水方法。
上記フィルタは、浄水器または浄水方法に利用可能である。
以下に説明する繊維は、液体中に溶解した成分を吸着可能である。つまり、「繊維」は「繊維状吸着剤」である。「繊維」は、原糸、織物、編物、巻囲体を包含する概念である。原糸は、織物、編物、巻囲体を構成する糸である。
上記繊維は巻囲体に適用されてもよい。巻囲体とは、軸または核を中心として巻かれた繊維である。ここで「軸」および「核」とは、巻きの中心(仮想中心)を指す文言である。つまり、繊維は別の部材(芯材)の周囲に巻き付けられていてもよいが、芯材は必須ではない。
繊維状吸着剤を含む織物または編物は、カラムに充填されることで、均一な構造を容易に形成することができる。その結果、通水時の圧力損失を小さくすることができる。また、編物よりも織物の方が構造の均一性が高いためより好ましく、通水時の圧力損失をより小さくすることができる。
op(μm)={25400/n(個/inch)}-D
n(個/inch):織編物1inch当たりのメッシュ個数、D:織編物を構成する繊維径(原糸径)(μm)
本実施形態におけるフィルタは、積層された織物もしくは編物、または繊維巻囲体の少なくとも1つを有する。
「積層」とは、織物若しくは編物、またはその両方を重ねた状態を指す。織物および編み物を以下では「織物等」と呼ぶことがある。図2に示すフィルタ26は、積層された織物等(符号21を付す)とカラム25とを有する。
ろ過方向における充填された繊維の層の厚さは、濾過したい原水の量によって任意に決定できるが、好ましくは5mm以上であり、より好ましくは10mm以上であり、更に好ましくは20mm以上である。厚さが5mm以上であることで、原水がショートパスすることなく原水中の除去対象成分を好適に除去することができる。充填された繊維の層とは、巻囲または積層されることで形成された繊維の層である。この層を「充填層」と呼ぶ。
ρa=Wa/(Vt-Vw) (1)
Wa(g):湿潤状態の繊維(原糸)の質量
Vt(cm3):測定用容器の容積
Vw(cm3):測定用容器内に存在した水の体積
(Vt-Vw)は繊維(原糸)の体積Va(cm3)を表す。水の体積Vw(cm3)は水の質量Ww(g)と同一であり、水の質量Wwは、容器内の水と繊維(原糸)の質量の合計値Wt(g)を測定し、Wt(g)から繊維(原糸)の質量Wa(g)を減じることで算出できる。
ε(%)=(Vf-Wb/ρa)/Vf×100 (2)
Vf(cm3):充填層の体積。つまり充填された繊維の体積とその繊維の間の空間の体積の和
Wb/ρa(cm3):繊維の体積
(Vf-Wb/ρ)(cm3):空隙の体積
Wb(g):フィルタに含まれる湿潤状態での繊維の質量
ρa(g/cm3):湿潤状態での繊維(原糸)の密度
上述のフィルタは浄水器に適用することができる。浄水器とは、原水に含まれる対象成分を除去できる構造体である。上述のフィルタを含むことで、原水中の除去対象成分を好適に除去することができ、かつ、破過するまでの十分な量の透過液を得ることができる。
浄水器としては、ポット型、蛇口型等、形状は限定されない。
上述のフィルタは浄水に好適である。浄水方法は、フィルタに原水を通過させることを含めばよい。原水としては、水が好適であり、水道水が例示される。特に、上述のフィルタは、水中の金属イオンの除去に好適に用いられる。金属イオンとしては、硬度成分および重金属イオンが挙げられる。硬度成分として、具体的にはカルシウムイオンとマグネシウムイオンが挙げられ、重金属イオンとは、比重が4以上の金属元素のことであって、具体的には、鉛、水銀、ヒ素、銅、カドミウム、クロム、ニッケル、マンガン、コバルト、亜鉛などが挙げられる。
次に、液体中に溶解した成分を吸着可能な繊維の製造方法について述べる。まずは、イオン交換繊維の製造方法を述べる。繊維構造物にイオン交換基を有する架橋高分子化合物を付着させる工程は、
(1)カルボキシ基を有する高分子化合物、及びカルボキシ基と反応する官能基を2つ以上有する化合物を含む水溶液に、繊維構造物を接触させる工程、
(2)上記工程(1)の後に繊維構造物に付着した余剰な水溶液を液切りする工程、
(3)上記工程(2)の後にカルボキシ基を有する高分子化合物、及びカルボキシ基と反応する官能基を2つ以上有する化合物を含む水溶液を保持した繊維構造物を加熱する工程、
を有する。
θ=tan-1(St/Sr)・・・(式1)
W=r/ht
δ=W1×R×π×sin(θ)
織編物または原糸を24時間RO水(逆浸透ろ過水)に浸漬し、その後マイクロスコープで観察した時の繊維直径を10本測定し、その平均値を繊維径(原糸径)とした。織編物が複数本のフィラメントを束ねたで形成されている場合は、繊維束の直径を測定した。
織物の場合、マイクロスコープで経糸の間隔および緯糸の間隔をそれぞれ10箇所測定し、その平均値を繊維のオープニングとした。
織編物または巻囲体をほどいて原糸を得た。直径40mm、高さ20mmのカラム(体積Vt=25.12cm3)に、水中で、原糸を、荷重を加えない状態でカラムの上端まで充填し、カラムを密閉した。水中からカラムを取り出し、カラムの外側の水をふき取った後、カラムを開け、内部の水と原糸との合計質量Wt(g)を測定した。次いで、吸引ろ過法により、原糸の周囲に付着した水分を取り除き、湿潤状態の原糸の質量Wa(g)を測定した。Wt(g)-Waa(g)、つまり充填層の空隙部に存在していた水の質量Ww(g)を算出した。
ρa=Wa/(Vt-Vw) (1)
Wa(g):湿潤状態の繊維の質量
Vt(cm3):測定用容器の容積
Vw(cm3):測定用容器内に存在した水の体積
フィルタの空隙率ε(%)を下記式により算出した。
ε(%)=(Vf-Wb/ρa)/Vf×100 (2)
Vf(cm3):充填(積層または巻囲)された繊維の層の体積、つまり充填された繊維の体積とその繊維の間の空間の体積の和
Wb/ρa(cm3):繊維の体積
(Vf-Wb/ρ)(cm3):空隙の体積
Wb(g):フィルタに含まれる湿潤状態での繊維の質量
ρa(g/cm3):湿潤状態での繊維の密度
フィルタを水に浸漬後、エアを透過させ、充填層の繊維間の水を除去した。次に、充填層に対してX線CTスキャン測定を行い、充填層の厚み方向に垂直な二次元画像群を得た。
解像度(m/pixel)は繊維径Dの1/20とし、測定視野の大きさは512(pixel)×512(pixel)とした。充填層の厚みの中心から前後に、前記二次元画像の解像度と同じだけの間隔をおいて、前後に256枚ずつ計512枚の画像を得た。厚みが512(pixel)未満の場合は、繊維が存在している部分の画像のみをバラツキの算出に用いた。
原水として、塩化カルシウム濃度2mmol/Lかつ炭酸水素ナトリウム濃度2mmol/Lの水溶液を使用し、カルシウムイオンの除去率を測定した。フィルタに、空間速度SV値が500(hr-1)となるように原水を通液した。
原水がフィルタを10bed vol.透過するごとに10mLサンプリングし、透過液中のカルシウムイオン濃度をICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)により測定し、カルシウムイオン除去率を算出した。bed vol.とは、透過液の体積を充填層の体積で割った値である。
10bed vol.透過後のカルシウム除去率を「初期除去率」とし、カルシウムイオン除去率が50%に達した際のbed vol.を、「ろ過能力」とした。
フィルタに純水を通液し、フィルタ入りおよびフィルタ出の圧力の差である圧力損失を測定した。圧力損失を充填層の厚みで割った値A(Pa/m)を、透過液流速(m/s)を変化させて測定した。次に、装置に試料を充填せずに通液した際の圧力損失を充填層の厚みで割った値Bを、透過流速を変化させて測定した。値Aから値Bを差し引き、試料の圧力損失を充填層の厚みで割った値と流速の関係をプロットし、正比例の関係を確認した。この直線の傾きより、充填層内の試料の通水抵抗(Pa・s/m2)を求めた。
(参考例1:織物または編地へのイオン交換能の付与)
PET繊維からなる織物または編物約10gを、33質量%ポリアクリル酸25,000(和光純薬工業株式会社製)、および15質量%ポリグリセロールポリグリシジルエーテル(ナガセケムテックス株式会社製、EX-512)を含む1Lの水溶液に浸漬した。次にこの編地をマングルで液切りし、130℃で3分加熱した。得られた織物または編物を流水で洗浄し、再度130℃で3分加熱することで乾燥させた。織物または編物への溶液への浸漬、液切り、加熱、洗浄、乾燥を1サイクルとし、3サイクルを実施した。得られたイオン交換繊維織物または編物を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1時間浸漬し、カルボキシ基をナトリウム型に置換した。さらに、RO水で洗浄水のpHが8以下になるまで洗浄した。
PET繊維約10gを、ポリアクリル酸およびポリグリセロールポリグリシジルエーテルを含む参考例1と同じ組成の水溶液1Lに浸漬した。次にこの繊維を直径430μmのノズルで液切りし、130℃で3分加熱した。得られた繊維を流水で洗浄し、再度130℃で3分加熱することで乾燥させた。溶液への繊維の浸漬、液切り、加熱、洗浄、乾を1サイクルとし、3サイクルを実施した。この繊維を有孔芯材に巻囲した。得られたイオン交換繊維の巻囲体を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1時間浸漬し、カルボキシ基をナトリウム型に置換した。さらに、RO水で洗浄水のpHが8以下になるまで洗浄した。
84デシテックス、72フィラメントのPET繊維を用い、22ゲージの丸編み機で編地を編成した。この織物に対し、参考例1に記載の方法でイオン交換能を付与し、表1に示す繊維径のイオン交換繊維からなる編地を作製した。得られた編地を、直径40mm、厚み20mmのカラムに、後述する比較例1の2倍の枚数を積層し、カラムを密閉した。性能を表1に示す。
215μm、40フィラメントのPET繊維を用い、平織り機で経糸および緯糸のメッシュ数が42(個/inch)で織物を作製した。この織物に対し、参考例1に記載の方法でイオン交換能を付与し、表1に示す繊維径のイオン交換繊維からなる織物を作製した。得られたイオン交換繊維からなる織物を、直径40mm、厚み20mmのカラムに、水中で荷重を加えない状態でカラムの上端まで積層し、カラムを密閉した。性能を表1に示す。
318μm、40フィラメントのPET繊維を用い、平織り機で経糸および緯糸のメッシュ数が17(個/inch)で織物を作製した。この織物に対し、参考例1に記載の方法でイオン交換能を付与し、表1に示す繊維径のイオン交換繊維からなる織物を作製した。得られたイオン交換繊維からなる織物を、直径40mm、厚み20mmのカラムに、水中で荷重を加えない状態でカラムの上端まで積層し、カラムを密閉した。性能を表1に示す。
60μm、40フィラメントのPET繊維を用い、平織り機で経糸および緯糸のメッシュ数が80(個/inch)で織物を作製した。この織物に対し、参考例1に記載の方法でイオン交換能を付与し、表1に示す繊維径のイオン交換繊維からなる織物を作製した。得られたイオン交換繊維からなる織物を、直径40mm、厚み20mmのカラムに、水中で荷重を加えない状態でカラムの上端まで積層し、カラムを密閉した。性能を表1に示す。
90μm、40フィラメントのPET繊維を用い、平織り機で経糸および緯糸のメッシュ数が94(個/inch)で織物を作製した。この織物に対し、参考例1に記載の方法でイオン交換能を付与し、表1に示す繊維径のイオン交換繊維からなる織物を作製した。得られたイオン交換繊維からなる織物を、直径40mm、厚み20mmのカラムに、水中で荷重を加えない状態でカラムの上端まで積層し、カラムを密閉した。性能を表1に示す。
215μm、40フィラメントのPET繊維を用い、参考例2に記載の方法でイオン交換能を付与し、表1に示す繊維径のイオン交換繊維を作製した。次いで、該イオン交換繊維を、外径42mmの有孔芯材に、トラバース幅110mm、トラバース速度8mm/s、スピンドル回転数105rpmの条件で巻囲することで、外径62mm、高さ110mmの巻囲体を作製した。性能を表1に示す。
84デシテックス、72フィラメントのPET繊維を用い、22ゲージの丸編み機で編地を編成した。この織物に対し、参考例1に記載の方法でイオン交換能を付与し、表1に示す繊維径のイオン交換繊維からなる織物を作製した。得られたイオン交換繊維からなる織物を、直径40mm、厚み20mmのカラムに、水中で荷重を加えない状態でカラムの上端まで積層し、カラムを密閉した。性能を表1に示す。
318μm、40フィラメントのPET繊維を用い、平織り機で経糸および緯糸のメッシュ数が10(個/inch)で織物を作製した。この織物に対し、参考例1に記載の方法でイオン交換能を付与し、表1に示す繊維径のイオン交換繊維からなる織物を作製した。得られたイオン交換繊維からなる織物を、直径40mm、厚み20mmのカラムに、水中で荷重を加えない状態でカラムの上端まで積層し、カラムを密閉した。性能を表1に示す。
60μm、40フィラメントのPET繊維を用い、平織り機で経糸および緯糸のメッシュ数が49(個/inch)で織物を作製した。この織物に対し、参考例1に記載の方法でイオン交換能を付与し、表1に示す繊維径のイオン交換繊維からなる織物を作製した。得られたイオン交換繊維からなる織物を、直径40mm、厚み20mmのカラムに、水中で荷重を加えない状態でカラムの上端まで積層し、カラムを密閉した。性能を表1に示す。
20μm、40フィラメントのPET繊維を用い、平織り機で経糸および緯糸のメッシュ数が420(個/inch)で織物を作製した。この織物に対し、参考例1に記載の方法でイオン交換能を付与し、表1に示す繊維径のイオン交換繊維からなる織物を作製した。得られたイオン交換繊維からなる織物を、直径40mm、厚み20mmのカラムに、水中で荷重を加えない状態でカラムの上端まで積層し、カラムを密閉した。性能を表1に示す。
20μm、40フィラメントのPET繊維を用い、平織り機で経糸および緯糸のメッシュ数が230(個/inch)で織物を作製した。この織物に対し、参考例1に記載の方法でイオン交換能を付与し、表1に示す繊維径のイオン交換繊維からなる織物を作製した。得られたイオン交換繊維からなる織物を、直径40mm、厚み20mmのカラムに、水中で荷重を加えない状態でカラムの上端まで積層し、カラムを密閉した。性能を表1に示す。
500μm、40フィラメントのPET繊維を用い、平織り機で経糸および緯糸のメッシュ数が18(個/inch)で織物を作製した。この織物に対し、参考例1に記載の方法でイオン交換能を付与し、表1に示す繊維径のイオン交換繊維からなる織物を作製した。得られたイオン交換繊維からなる織物を、直径40mm、厚み20mmのカラムに、水中で荷重を加えない状態でカラムの上端まで積層し、カラムを密閉した。性能を表1に示す。
500μm、40フィラメントのPET繊維を用い、平織り機で経糸および緯糸のメッシュ数が14(個/inch)で織物を作製した。この織物に対し、参考例1に記載の方法でイオン交換能を付与し、表1に示す繊維径のイオン交換繊維からなる織物を作製した。得られたイオン交換繊維からなる織物を、直径40mm、厚み20mmのカラムに、水中で荷重を加えない状態でカラムの上端まで積層し、カラムを密閉した。性能を表1に示す。
215μm、40フィラメントのPET繊維を用い、参考例2に記載の方法でイオン交換能を付与し、表1に示す繊維径のイオン交換繊維を作製した。次いで、該イオン交換繊維を、外径42mm、長さ110mmの有孔芯材に、トラバース速度8mm/s、スピンドル回転数104rpmの条件で、実施例6と同じ形状になるように巻囲した。性能を表1に示す。
11 繊維
13 芯材
14 孔
16 フィルタ
17 ケーシング
21 織物等
25 カラム
26 フィルタ
Claims (7)
- 積層された織物若しくは編物、または繊維巻囲体の少なくとも一つを有するフィルタであって、
前記織物、編物および繊維巻囲体は下記条件(a)および(b)を満たし、
(a)液体中に溶解した成分を吸着可能な繊維を含む
(b)前記繊維の直径Dが100μm以上600μm以下である
前記フィルタは、下記条件(c)および(d)を満たす
(c)空隙率が15%以上70%以下である
(d)前記フィルタが織物または編物を有する場合はその積層厚み方向、前記フィルタが繊維巻囲体を有する場合はその径方向における面積空隙率のバラツキが15%以下である
フィルタ。 - 前記織物または編物の目付けが300g/m2以上1500g/m2以下である
請求項1に記載のフィルタ。 - 前記フィルタが、前記(a)~(c)を満たしかつ下式を満たす織物を有することを特徴とする、請求項1または2に記載のフィルタ。
0.5≦op/D≦3.0 (1)
op:前記織物のオープニング(μm)
D:繊維径(μm) - 前記繊維の湿潤状態での密度が1.0g/cm3以上1.50g/cm3以下である
請求項1~3のいずれか1項に記載のフィルタ。 - 前記繊維がイオン交換能を有することを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載のフィルタ。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載のフィルタを備える浄水器。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載のフィルタに水を通過させることを含む浄水方法。
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