JP7152998B2 - 多段装填用カートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、多段装填用カートリッジ及びこれを装填してなるカラムに関する。

イオン交換樹脂の再生を行う際には、イオン交換樹脂の再生処理中に樹脂層を流動させないことが重要である。上昇流で再生するときにイオン交換樹脂層の粒子が流動してしまうと、イオン交換樹脂粒子が流出したり、再生が不均一となって十分に再生されていないイオン交換樹脂が樹脂層に存在したりするという問題がある。

再生時の樹脂の流動化を抑制する技術として、イオン交換樹脂層上部に物理的な装置を配して、当該装置によりイオン交換樹脂層を抑えて再生時の樹脂の流動化を抑制する技術が種々報告されている。例えば、特許文献１～３には、イオン交換樹脂層の上部に上下動可能な透水性を有する可動体が備えられたイオン交換樹脂塔が記載されている。

特開２０１５－８０７４９号公報 特開２０１５－８０７５０号公報 特開２０１６－１１２５３０号公報

しかしながら、上述のような従来技術においては、再生時の樹脂の流動化を抑制するために、イオン交換樹脂塔を複雑な構造とする必要があった。また、イオン交換樹脂を入れ替える際にイオン交換樹脂を取り出してカラムを洗浄する必要があり操作が煩雑であった。

本発明の一態様は、イオン交換樹脂塔の複雑な構造を必要とせず、再生時の樹脂の流動化を抑制することができるとともに、イオン交換樹脂の出し入れを容易とする技術を提供することにある。また、かかる技術は、イオン交換樹脂以外のカラム充填される粒状物にも使用することができる。

上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態には以下の態様が含まれる。

＜１＞カラムに多段装填するためのカートリッジであって、通液により体積変化する粒状物をネット状物に充填してなる、多段装填用カートリッジ。

＜２＞前記粒状物の通液後の体積は、通液前の体積に対して、１．１～３．０倍、又は、１／３．０～１／１．１倍である、＜１＞に記載の多段装填用カートリッジ。

＜３＞前記粒状物は、イオン交換樹脂、吸着樹脂、キレート樹脂、触媒、ろ過材、脱塩材、抽出材、分離精製材、脱色剤、及び担体から選択される、＜１＞又は＜２＞に記載の多段装填用カートリッジ。

＜４＞前記ネット状物に対する前記粒状物の充填率は、６０体積％以下である、＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載の多段装填用カートリッジ。

＜５＞前記ネット状物は、網目の大きさが１０メッシュ～１５０メッシュである、＜１＞～＜４＞のいずれかに記載の多段装填用カートリッジ。

＜６＞前記ネット状物は、柱状の形状を有しており、柱状形の上面及び底面の少なくともいずれかに、当該上面及び底面の少なくともいずれかの周に沿った形状の補強材が備えられている、＜１＞～＜５＞のいずれかに記載の多段装填用カートリッジ。

＜７＞＜１＞～＜６＞のいずれか１項に記載の多段装填用カートリッジを、２個以上多段装填してなるカラム。

＜８＞２個以上の前記多段装填用カートリッジは、それぞれ同種又は異種の粒状物をネット状物に充填してなる多段装填用カートリッジである、＜７＞に記載のカラム。

本発明の一態様によれば、イオン交換樹脂塔の複雑な構造を必要とせず、再生時の樹脂の流動化を抑制することができるとともに、イオン交換樹脂の出し入れを容易とする技術を提供することができる。また、かかる技術は、イオン交換樹脂以外のカラム充填される粒状物にも使用することができる。

本発明の一実施形態に係る多段装填用カートリッジを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る多段装填用カートリッジを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る多段装填用カートリッジを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、多段装填用カートリッジを多段装填してなるカラムを模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る、多段装填用カートリッジを多段装填してなるカラムを模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る多段装填用カートリッを示す斜視図である。

本発明の一実施形態について説明すると以下の通りであるが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態及び実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態及び実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。本明細書中、数値範囲に関して「Ａ～Ｂ」と記載した場合、当該記載は「Ａ以上、Ｂ以下」を意図する。

〔１．多段装填用カートリッジ〕
本発明の一実施形態に係る多段装填用カートリッジは、カラムに多段装填するためのカートリッジであって、通液により体積変化する粒状物をネット状物に充填してなるものである。

前記構成によれば、ネット状物に前記粒状物を充填することにより、例えば前記粒状物がイオン交換樹脂である場合、上昇流再生方式での再生時の樹脂の流動化による粒子の流出を防止し、また流動化による再生の不均一を抑制することができる。流動化の抑制は、粒状物をネット状物に充填してなるカートリッジを多段充填することによって上段に存在する多段装填用カートリッジによる重みにより、下段側のカートリッジに充填された粒状物が抑えられることにより達成され得る。或いは、通液による粒状物の体積変化を予め見込んで前記粒状物をネット状物に充填することにより、通液後再生時にカートリッジ内で前記粒状物が流動する空隙を低減して流動を抑制することができる。加えて、前記構成によれば、従来のように再生時の樹脂の流動化を抑制するために、イオン交換樹脂塔を複雑な構造とする必要がなく、カラムを単純な構造とすることができる。

また、前記構成によれば、粒状物をカートリッジに充填した状態でカラムに装填することができるため、粒状物を交換する場合に、カラムから粒状物を取り出してカラムを洗浄する必要がなく、簡易な操作で交換を行うことが可能となる。

また、前記構成によれば、多段装填用カートリッジを人力で容易にカラム内にセットできる仕様、例えば、１カートリッジあたり数十～数リットル、より好ましくは数リットル、例えば２～８リットル、さらに好ましくは４～６リットル程度とすることができる。それゆえ、前記多段装填用カートリッジのカラムからの取り出し及びカラムへの装填が容易となる。

さらには、多段装填用カートリッジとして、それぞれ異種の粒状物を充填した多段装填用カートリッジを組み合わせて用いることにより、一つのカラムへの通液で、複数の処理を行うことが可能となる。

或いは、多段装填用カートリッジとして、それぞれ同種の粒状物を充填した多段装填用カートリッジを組み合わせて用いる実施形態においては、粒状物の一部を取り出すか交換する必要が生じたときに、カラム内の全ての粒状物を取り出すことなく、一部の多段装填用カートリッジを取り出すか交換することによって、必要な部分のみを部分的に取り出すか交換することができる。

さらには、粒状物が例えばイオン交換樹脂である場合、イオン交換樹脂を長期使用しないときは、カラム内を保存液（例えば塩水）で満たして保管する方法、イオン交換樹脂を抜き取り保管する方法等がある。従来のカートリッジを使用しないカラムでは保管のための操作が煩雑であり、かつ停止、保管、及び迅速立ち上げが困難であった。しかし、前記構成によれば、人力で容易にカラム内にセットできる仕様とすることができるため、前記多段装填用カートリッジの取り出し及び保存液（例えば塩水）中への浸漬操作が容易となる。

本発明の一実施形態に係る多段装填用カートリッジは、カラムに多段装填するためのカートリッジである。本発明の一実施形態において、前記カラムは、縦型のカラムであっても横型のカラムであってもよいが、縦型のカラムであることがより好ましい。縦型のカラムである場合に、上段に存在する多段装填用カートリッジによる重みにより、下段側のカートリッジに充填された粒状物が抑えられるため、より好適に流動化による再生の不均一を抑制することができる。

本発明の一実施形態において、多段装填するとは、多段装填用カートリッジを２個以上装填することをいい、より好ましくは２～１０個、さらに好ましくは２～５個装填することをいう。

本発明の一実施形態において、ネット状物に充填される粒状物は、通液により体積変化する粒状物であれば特に限定されるものではない。かかる粒状物としては、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂、合成吸着剤及び触媒用イオン交換樹脂等のイオン交換樹脂；スチレン系吸着樹脂、及びアクリル系吸着樹脂等の吸着樹脂；イミノジ酢酸型キレート樹脂、Ｎ－メチルグルカミン型キレート樹脂、アミノリン酸型キレート樹脂、チオ尿酸型キレート樹脂、アルキルアミノ基型キレート樹脂、ポリアミン型キレート樹脂、ピリジン系キレート樹脂、アミドオキシム型キレート樹脂、及びＦｅ錯体型キレート樹脂等のキレート樹脂；触媒；ろ過砂、活性アルミナ等のろ過材；脱塩材；抽出材；分離精製材；脱色剤；及び担体を挙げることが出来る。

前記イオン交換樹脂の一例としては、これに限定されるものではないが、例えば、デュオライト（登録商標）Ｃ２０Ｊ、Ｃ２０ＬＦ、Ｃ２０ＬＦＨ、Ｃ２５５ＬＦＨ、Ｃ２６Ａ、Ｃ２６ＣＨ、Ｃ２６Ｈ／２０９５、Ｃ２６ＴＲＨ、Ｃ４３３ＬＦ、Ｃ４７６等；アンバーライト（登録商標）ＩＲ１２０Ｂ、ＩＲ１２４、２００ＣＴ、２５２、ＦＰＣ３５００、ＩＲＣ７６等；アンバージェット１０２０、１０２４、１０６０、１２２０等；ダウエックス（登録商標）等の陽イオン交換樹脂；デュオライト（登録商標）Ａ１１３ＬＦ、Ａ１１３ＭＡ、Ａ１１３ＭＢ、Ａ１１３ＯＨ、Ａ１０９Ｄ、Ａ１１６、Ａ１１６ＬＦ、Ａ１６１ＪＣｌ、Ａ１６２ＬＦ、Ａ１３４ＬＦ、Ａ３６８ＭＳ、Ａ３７８Ｄ、Ａ３７５ＬＦ、Ａ５６１、Ａ５６８、ＰＷＡ７等；スミカイオン（登録商標）ＫＡ８９５；アンバーライト（登録商標）ＩＲＡ４００Ｊ、ＩＲＡ４０２ＢＬ、ＩＲＡ４０４Ｊ、ＩＲＡ９００Ｊ、ＯＲＡ９０４、ＩＲＡ４５８ＲＦ、ＩＲＡ９５８、ＩＲＡ４１０Ｊ、ＩＲＡ４１１、ＩＲＡ９１０ＣＴ、ＩＲＡ４７８ＲＦ、ＩＲＡ６７、ＩＲＡ９６ＳＢ、ＩＲＡ９８、ＸＥ５８３等；アンバージェット４４００、４００２、４０１０等；ダウエックス（登録商標）等の陰イオン交換樹脂を挙げることができる。

前記吸着樹脂の一例としては、これに限定されるものではないが、例えば、デュオライト（登録商標）ＸＡＤ７６１、Ｓ８７４、Ｓ８７６、Ｓ８７７、Ｓ８７８等を挙げることができる。

前記触媒の一例としては、これに限定されるものではないが、例えば、デュオライト（登録商標）ＳＣ１００、ＳＣ２００、ＳＣ３００、ＳＣ４００、ＳＣ５００、ＳＣ６００等を挙げることができる。

前記キレート樹脂の一例としては、これに限定されるものではないが、例えば、デュオライト（登録商標）ＥＳ３７１Ｎ、Ｃ４６７、Ｃ７４７ＵＰＳ、Ｃ５４８等；スミキレート（登録商標）ＭＣ９６０、ＭＣ９７０、ＭＣ７００、ＭＣ７６０、ＭＣ７６０Ｃａ、ＭＣ７７０、ＭＣ２３０、ＭＣ２５０、ＭＣ３００、ＭＣ４１０、ＭＣ８５０、ＭＣ６４０、ＭＣ９００、ＡＳ－３３等；アンバーライト（登録商標）ＩＲＣ７４７ＵＰＳ、ＩＲＣ７４８等；ダウエックス（登録商標）等を挙げることができる。

本発明の一実施形態に係る多段装填用カートリッジは、前記粒状物を１種類ネット状物に充填してなるものであってもよいし、２種類以上を組み合わせてネット状物に充填してなるものであってもよい。

前記粒状物の形状は、粒状であれば特に限定されず、不定形の粒状物であっても、定形の粒状物であってもよい。例えば、前記粒状物の形状は、球状、楕円状、チップ状、柱状、ペレット状、及びこれらの混合物を挙げることが出来る。また、前記粒状物の粒径も特に限定されないが、通常、平均粒径は３００μｍ～５０００μｍである。前記粒状物が例えばイオン交換樹脂である場合、平均粒径は通常３００μｍ～７００μｍであり得る。なお、本明細書において、他に特に規定する場合を除き、平均粒径とは以下の方法で決定された値をいう。まず、試料となる粒子の集合の数箇所から試料を採取する。それぞれの試料について、顕微鏡による観察を行い、数箇所から採取した試料全体で、合計１００個以上の粒子に対して、それぞれ、対象となる粒子１つの長軸径、すなわち、粒子の形状の最も寸法の大きい方向の寸法を計測する。計測した１００個以上の値のうち、上下各２０％を除いた、６０％の計測値の平均を本発明における平均粒径とする。

前記粒状物は、通液により体積変化する粒状物であれば特に限定されるものではないが、前記粒状物の通液後の体積が、通液前の体積に対して、より好ましくは１．１～３．０倍、又は、１／３．０～１／１．１倍であり、さらに好ましくは１．１～２．５倍、又は、１／２．５～１／１．１倍であり、特に好ましくは１．１～２．０倍、又は、１／２．０～１／１．１倍であり、最も好ましくは１．１～１．５倍、又は、１／１．５～１／１．１倍である。なお、ここで、前記粒状物の通液後の体積とは、当該粒状物に通液後平衡に達して一定となった体積をいう。通液により前記範囲で体積変化する粒状物である場合、通液による粒状物の体積変化を予め見込んで前記粒状物をネット状物に充填することにより、通液後再生時にカートリッジ内で前記粒状物が流動する空隙を低減して流動を抑制することができるため、本発明の効果が好適に発揮される。

本発明の一実施形態に係る多段装填用カートリッジは、前記粒状物をネット状物に充填してなるものである。ここで、ネット状物とは、前記粒状物を充填できる、ネットで構成された容器であればよい。前記粒状物をネット状物に充填することにより、前記粒状物を、ネット状物にて規定される形状に保持することが可能となるとともに、ネット状物がその柔軟性ゆえ、カラムに装填されたときにカラムの内壁の形状に沿って変形し、カラムの内壁と密着するため、カラム内壁とカートリッジとの隙間を処理すべき液体が流れてしまうという不具合も防止することができる。さらに、充填された粒状物がネット状物の内部で遍在することがないため、カラム内に前記粒状物を均一に充填することができる。

以下に、本発明の一実施形態に係る多段装填用カートリッジを、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る多段装填用カートリッジ１Ａを示す。多段装填用カートリッジ１Ａでは、円柱の形状を有しており、当該円柱の側面、上面、及び底面がネットからなるネット状物２に、図示しない前記粒状物が充填されている。ネット状物２には、前記円柱の上面及び底面に、それぞれ当該上面及び底面の周に沿った形状（図１の例ではリング状）の補強材４が備えられている。補強材４は、前記円柱の上面及び底面と同じ面上に配置されており、リング状の補強材４の外周は、多段装填用カートリッジ１Ａが装填されるカラムの内径より１ｍｍ～１０ｍｍ小さくなっている。ネット状物２には、前記粒状物を充填又は取り出すための開閉部３が、前記円柱の側面に、円柱の高さ方向（底面と垂直な方向）に延びるように備えられている。ネット状物２は、前記粒状物が漏出しない網目の大きさを有していればよく、例えば、１０～１５０メッシュであり、前記粒状物によって適宜選択することができる。ネット状物２の素材は、ネット状物がカラムに装填されたときにカラムの形状に沿って変形するような、柔軟性を有する素材であればよく、例えば、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ビニロン、テフロン（登録商標）、及びサラン（登録商標）等を挙げることができる。ネット状物２の素材は、耐薬品性を有する素材であることがより好ましい。また、補強材４の素材としても、例えば、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ビニロン、テフロン（登録商標）、及びサラン（登録商標）等を好適に使用することができる。補強材４の素材も、耐薬品性を有する素材であることがより好ましい。ネット状物２と補強材４とは同じ素材であってもよいし、異なる素材であってもよい。補強材４は、ネット状物２に固定されていればよく、その固定方法は特に限定されるものではない。例えば、ネット状物２に融着することにより固定することができる。なお、図１では、多段装填用カートリッジ１Ａは、円柱の形状を有しているが、多角柱の形状を有していてもよいし、上面及び底面が不定形の柱状の形状を有していてもよい。また、前記円柱の上面及び底面の周に沿った形状の補強材４も、リング状の補強材に限定されるものではなく、柱状形の上面及び底面の周に沿った形状の補強材であり得る。また、リング状の補強材４は、リング状の薄い板状体であれば、その厚みは特に限定されないが、例えば０．５ｍｍ～１０ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ～５ｍｍである。また、リングの幅（リングの外周半径と内周半径と差）も図１に示す幅に限定されるものではなく、例えば３ｍｍ～３０ｍｍ、より好ましくは５ｍｍ～２０ｍｍ、さらに好ましくは５ｍｍ～１０ｍｍである。さらに、図１では、前記粒状物を充填又は取り出すための開閉部３が、前記円柱の側面に円柱の高さ方向に延びるように備えられているが、開閉部３は、円柱の側面に円柱の高さ方向と、０より大きく９０°未満の角度をなす方向に延びるように備えられていてもよい。或いは、開閉部３は、円柱の上面又は下面に備えられていてもよい。或いは、前記円柱の側面に円柱の高さ方向と９０°の角度をなす方向に延びるように備えられていてもよい。開閉部３としては、例えばファスナーを使用することができる。また、開閉部３の長さも、図１に示す長さに限らず、より長くてもよいし、短くてもよい。或いは、多段装填用カートリッジ１Ａは、リング状の補強材４を備えているが、補強材４を備えていない、ネットのみからなるネット状物に粒状物を充填してなるものであってもよい。或いは、補強材４は、図１では、柱状形の上面及び底面に備えられているが、柱状形の上面及び底面の少なくともいずれかに備えられていてもよい。或いは、多段装填用カートリッジ１Ａは、図示しない取っ手が備えられていてもよい。取っ手は、前記円柱の上面に固定された、吊り紐、吊り手等であり得、多段装填用カートリッジ１Ａをカラムに装填、又は取り出す場合に使用することができる。

図２は、本発明の他の一実施形態に係る多段装填用カートリッジ１Ｂを示す。多段装填用カートリッジ１Ｂは、図１の多段装填用カートリッジ１Ａにおいて、補強材として、補強材４に加えて、前記円柱の側面に沿って、底面の補強材４と上面の補強材４との間に円柱の高さ方向に延びる補強材５を４本備えている。当該補強材５は、薄い板状体であれば、その厚みは特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ～１０ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ～５ｍｍである。補強材５の厚みが前記範囲内であれば、補強材５が撓むため、ネット状物の柔軟性を維持しつつ、ネット状物を補強することができる。また、補強材５の幅も図２に示す幅に限定されるものではなく、例えば、例えば３ｍｍ～３０ｍｍ、より好ましくは５ｍｍ～２０ｍｍ、さらに好ましくは５ｍｍ～１０ｍｍである。また、補強材５の素材としても、例えば、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ビニロン、テフロン（登録商標）、及びサラン（登録商標）等を好適に使用することができる。補強材５は、ネット状物２に固定されていればよく、その固定方法は特に限定されるものではない。例えば、ネット状物２に融着することにより固定することができる。補強材４と補強材５とは同じ素材であってもよいし、異なる素材であってもよい。なお、図２では、底面の補強材４と上面の補強材４との間に４本の補強材５が備えられているが、補強材５の数もこれに限定されるものではなく、２～８であればよく、より好ましくは２～４である。また、補強材５を設ける位置も特に限定されるものではないが、強度の点からは隣り合う２つの補強材５と円柱の中心軸とが形成する角が、すべての隣り合う２つの補強材５において同一となるように配置することがより好ましい。また、図２では、補強材４と補強材５とが連結された構成であるが、補強材５は補強材４と連結されていなくてもよい。或いは、図２では、補強材５は、円柱の側面に円柱の高さ方向に延びているが、円柱の側面に円柱の高さ方向と、０より大きく９０°未満、より好ましくは１０～８０°、さらに好ましくは３０～６０°の角度をなす方向に延びるように備えられていてもよい。

図３は、本発明の他の一実施形態に係る多段装填用カートリッジ１Ｃを示す。多段装填用カートリッジ１Ｃは、図２の多段装填用カートリッジ１Ｂにおいて、補強材として、補強材４及び５に加えて、向かい合う２本の補強材５と補強材４との交点を通って円柱の上面及び底面の中心で交わる４本の補強材６を備えている。当該補強材６は、薄い板状体であれば、その厚みは特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ～１０ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ～５ｍｍである。また、補強材６の幅も図３に示す幅に限定されるものではなく、例えば、例えば３ｍｍ～３０ｍｍ、より好ましくは５ｍｍ～２０ｍｍ、さらに好ましくは５ｍｍ～１０ｍｍである。また、補強材６の素材としても、例えば、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ビニロン、テフロン（登録商標）、及びサラン（登録商標）等を好適に使用することができる。補強材６は、ネット状物２に固定されていればよく、その固定方法は特に限定されるものではない。例えば、ネット状物２に融着することにより固定することができる。補強材４と補強材５と補強材６とは同じ素材であってもよいし、異なる素材であってもよい。なお、図３では、上面と底面にそれぞれ２本の補強材６が備えられているが、補強材６の数もこれに限定されるものではなく、上面と底面にそれぞれ１～８であればよく、より好ましくは１～４である。また、補強材６は上面及び底面の何れかにのみ備えられていてもよい。補強材６を設ける位置も特に限定されるものではないが、強度の点からは上面及び底面の中心から、均等な角度で放射状に延びるように配置することがより好ましい。また、図３では、補強材５と補強材６とが接続された構成であるが、補強材６は補強材５と接続されていなくてもよい。或いは、図３では、多段装填用カートリッジ１Ｃは補強材として、補強材４及び５に加えて補強材６を備えているが、補強材４と補強材６とのみを備えた多段装填用カートリッジであってもよい。

前記ネット状物の網目の大きさは、１０～１５０メッシュであることが好ましいが、１８～１５０メッシュであることがより好ましく、２５～５０メッシュであることがさらに好ましく、３５～５０メッシュであることが特に好ましく、４０～５０メッシュであることが最も好ましい。ここで、メッシュは、ネット状物の目の大きさを表す単位であり、ＡＳＴＭに準拠したものである。

或いは、前記ネット状物の網目の目開きは、２０００～１００μｍであることが好ましいが、１０００～１００μｍであることがより好ましく、７００～３００μｍであることがさらに好ましく、５００～３００μｍであることが特に好ましく、４００～３００μｍであることが最も好ましい。

また、本発明の一実施形態に係る多段装填用カートリッジは、柱状の形状を有しており、１の多段装填用カートリッジの柱状形の上面と、他の多段装填用カートリッジの底面とが重なるようにカラムに多段装填され得る。かかる態様において、１の多段装填用カートリッジの上面に備えられたリング状の補強材４と、他の多段装填用カートリッジの底面に備えられたリング状の補強材４とが、２つの多段装填用カートリッジを重ね合わせたときに係合可能な形状を備えていてもよい。かかる形状としては、係合溝と当該係合溝と係合する凸部との組み合わせ、係合段と当該係合段と係合する係合段、及びこれらの組み合わせを挙げることができる。

前記粒状物の通液後の体積が、通液前の体積に対して、１倍より大きい場合、即ち、前記粒状物が通液により膨張する粒状物である場合、前記ネット状物に対する前記粒状物の充填率は、好ましくは６０体積％以下であり、より好ましくは５０体積％以下であり、さらに好ましくは４０体積％以下である。ここで、前記ネット状物に対する充填率とは、通液前の充填率である。前記ネット状物に対する前記粒状物の充填率は、ネット状物の容積に対する粒状物の容積の割合であり、下記式（１）により求められる。
前記ネット状物に対する前記粒状物の充填率（％）＝（粒状物の嵩容積／ネット状物の容積）×１００・・・（１）
例えばネット状物が図１～３に示す円柱の形状を有している場合は、ネット状物の容積は、円柱の底面の直径Ｄ及び円柱の高さＨを用いて、π×（Ｄ／２）^２×Ｈにより求めればよい。

前記充填率は、前記粒状物の通液後の体積の通液前の体積に対する倍率が１以上である場合、下記式（２）により予め決定することができる。
充填率＝（１／前記粒状物の通液後の体積の通液前の体積に対する倍率）×１００（％）・・・（２）
さらに、前記充填率はさらに安全率を考慮したものであってもよく、例えば下記式（３）により決定することができる。
充填率＝（（１／前記粒状物の通液後の体積の通液前の体積に対する倍率）／安全率）×１００（％）・・・（３）
式（２）において、安全率は、ネット状物の素材、メッシュ、液性、温度等によって変動するが、通常１０～２０％である。

本発明の一実施形態に係る多段装填用カートリッジは、カラムに多段装填するためのカートリッジである。従って、本発明には、前記多段装填用カートリッジを２個以上含む多段装填用カートリッジセットも含まれる。

〔２．多段装填用カートリッジを２個以上多段装填してなるカラム〕
本発明には、前記多段装填用カートリッジを、２個以上多段装填してなるカラムも含まれる。本発明の一実施形態に係るカラムは、前述した粒状物を充填した多段装填用カートリッジを２個以上装填したカラムであり、イオン交換用、吸着用、触媒反応用、濾過用、脱塩用、抽出用、分離精製用、及び脱色用等のカラムを含む趣旨である。以下に本発明の一実施形態に係るカラムを、図面を参照して説明する。

図４は本発明の一実施形態に係るカラム７の断面図を示す。カラム７は、本発明の一実施形態に係る前記多段装填用カートリッジ８を４個多段装填してなるカラムである。カラム７は、筒状の容器であり、その素材は特に限定されず、一例としては、塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、エスロン、ポリアセタール、フッ素樹脂、ポリカーボネート、及びナイロン等の樹脂；ガラス；ステンレス、チタン、及びアルミ等の金属を挙げることが出来る。図４では、カラム７に４個の前記多段装填用カートリッジ８が装填されているが、前記多段装填用カートリッジ８の数は４個に限定されるものではなく、２個以上であれば特に限定されない。また、カラム７に装填される、複数の多段装填用カートリッジ８は、その中に充填されている前記粒状物が同じであっても異なっていてもよい。或いは、２個以上の前記多段装填用カートリッジ８は、それぞれ異なる粒状物をネット状物に充填してなる多段装填用カートリッジであってもよい。

かかるカラムとしては、例えば、２個以上の前記多段装填用カートリッジ８が、それぞれ異なる種類のイオン交換樹脂をネット状物に充填してなる多段装填用カートリッジであるカラムを挙げることができる。このようなカラムを使用することにより、異なる種類のイオン交換樹脂によって捕捉される化学種を、同時に捕捉することができる。また、カラムの出口において特定の化学種の漏えいが確認された場合には、その化学種を捕捉するイオン交換樹脂が充填された多段装填用カートリッジのみを、新しいものと交換することもできる。また、２個以上の前記多段装填用カートリッジ８が、それぞれ異なる種類のキレート樹脂をネット状物に充填してなる多段装填用カートリッジであるカラム、又は、２個以上の前記多段装填用カートリッジ８が、それぞれ異なる種類の吸着樹脂をネット状物に充填してなる多段装填用カートリッジであるカラムにおいても同様の効果を得ることができる。

或いは、カラムとしては、例えば、２個以上の前記多段装填用カートリッジ８が、それぞれ異なる粒径のろ過材をネット状物に充填してなる多段装填用カートリッジであるカラムを挙げることができる。

前記カラムの大きさは、特に限定されず、通常、内径は１０～６００ｃｍ、高さは５０～２００ｃｍである。

図５は本発明の他の一実施形態に係るカラム９の断面図を示す。カラム９は、本発明の一実施形態に係る前記多段装填用カートリッジ１０を３個多段装填してなるカラムである。カラム９は、外筒と内筒とを備えたカラムであり、カラム９の上部から被処理液を通液し、前記多段装填用カートリッジ１０を通過してカラム９の下部に到達した処理液は、内筒１１を通ってカラムの上部に流れ、処理液としてカラム９から流出する。カラム９の素材、寸法、前記多段装填用カートリッジの数は、カラム７の場合と同じである。

図６は、本発明の一実施形態に係る多段装填用カートリッジであり、図５に示されているカラム９に充填される多段装填用カートリッジを示したものである。多段装填用カートリッジは、前記内筒に沿うようにリング状の形状を有し、カラム９に装填可能に一か所に切込み１２が形成されている。当該多段装填用カートリッジは、切込み１２が図５の内筒１１の上部の処理液が流出する管に重なるようにして、カラム９内に挿入することにより、カラム９に装填可能となっている。

本発明は、地下水、土壌、温泉水、河川水、沼湖水、海水、工場廃水、鉱山廃水、浸出水等を処理する分野、イオン交換樹脂、キレート樹脂、吸着樹脂等による金属回収、触媒反応を含む化学製品製造分野；脱塩、抽出、分離精製、脱色等の各種工業分野等に、広く利用することができる。

１ 多段装填用カートリッジ
２ ネット状物
３ 開閉部
４ 補強材
５ 補強材
６ 補強材
７ カラム
８ 多段装填用カートリッジ
９ カラム
１０ 多段装填用カートリッジ
１１ 内筒
１２ 切込み

Claims (8)

1. 外筒と内筒とを備えたカラムに多段装填するためのカートリッジであって、通液により体積変化する粒状物をネット状物に充填してなり、
   前記ネット状物は、前記内筒に沿うようにリング状の形状を有し、前記カラムに装填可能に一か所に切込みが形成されており、リング状の状形の上面及び底面の少なくともいずれかに、当該上面及び底面の少なくともいずれかの周に沿った形状の補強材が備えられている、多段装填用カートリッジ。
2. 前記粒状物は、イオン交換樹脂、吸着樹脂、キレート樹脂、触媒、ろ過材、脱塩材、抽出材、分離精製材、脱色剤、及び担体から選択される、請求項１に記載の多段装填用カートリッジ。
3. 上昇流再生方式のイオン交換樹脂用カラムに多段装填するためのカートリッジであって、通液により体積変化する粒状物をネット状物に充填してなり、
   前記粒状物はイオン交換樹脂であり、
   前記ネット状物は、円柱状の形状を有しており、円柱状形の上面及び底面の少なくともいずれかに、当該上面及び底面の少なくともいずれかの周に沿った形状の補強材が備えられているとともに、
   前記円柱の側面に沿って、底面の補強材と上面の補強材との間に円柱の高さ方向に延びる補強材が２～８備えられており、
   前記補強材が撓むため、ネット状物の柔軟性を維持しつつ、ネット状物を補強することができるようになっている、多段装填用カートリッジ。
4. 前記粒状物の通液後の体積は、通液前の体積に対して、１．１～３．０倍、又は、１／３．０～１／１．１倍である、請求項１～３のいずれか１項に記載の多段装填用カートリッジ。
5. 前記ネット状物に対する前記粒状物の充填率は、６０体積％以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の多段装填用カートリッジ。
6. 前記ネット状物は、網目の大きさが１０メッシュ～１５０メッシュである、請求項１～５のいずれか１項に記載の多段装填用カートリッジ。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の多段装填用カートリッジを、２個以上多段装填してなるカラム。
8. ２個以上の前記多段装填用カートリッジは、それぞれ同種又は異種の粒状物をネット状物に充填してなる多段装填用カートリッジである、請求項７に記載のカラム。

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