JP7489198B2 - 成形吸着体、及び浄水カートリッジ - Google Patents

Description

本開示は、成形吸着体、及び浄水カートリッジに関する。

水処理フィルターが、特許文献１で開示されている。特許文献１の水処理フィルターは、中心粒子径が３０～８０μｍである粒状活性炭及びフィブリル化された繊維状バインダーを含む円筒状フィルターを備える。水処理フィルターの上流側である外表面の算術平均うねりが３０μｍ以下、断面曲線の算術平均高さが３５～４５μｍに調整されている。

国際公開第２０１４／０６１７４０号

特許文献１の水処理フィルターの微粒子除去性能は、必ずしも十分ではなかった。本開示は、上記課題を解決するためのものであり、微粒子除去性能を向上することを目的とする。

粒子状物質と、繊維状バインダーと、を含有する成形吸着体であって、前記粒子状物質の中心粒子径Ｄ５０は、２１μｍ以上４３μｍ以下であり、粒子径が１０μｍ以下の前記粒子状物質の含有率が１．７体積％以上１３．７体積％以下である、成形吸着体。

成形吸着体の構成を模式的に示す説明図である。 成形吸着体を備えた浄水カートリッジの一例の正面図である。 図２の浄水カートリッジの断面図である。 実験結果を示すグラフである。

１．成形吸着体１
（１）成形吸着体１の構成
成形吸着体１は、粒子状物質３と、繊維状バインダー５と、を含有する。粒子状物質３は、吸着材として用いられるものであれば特に限定されない。粒子状物質３は、活性炭、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、及び酸化チタンからなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。図１では、粒子状物質３として、黒丸、黒四角、及び黒三角で示された第１粒子状物質３Ａ、白丸で示された第２粒子状物質３Ｂが存在する例を示している。図１の矢印は水の流れを示し、符号４は、除去対象の微粒子状除去物質をしめしている。

粒子状物質３の中心粒子径Ｄ５０は、圧力損失を抑制する観点から、下限値に関して、２１μｍ以上であり、２４μｍ以上が好ましく、２７μｍ以上がより好ましい。粒子状物質３の中心粒子径Ｄ５０は、微粒子除去率を向上させる観点から、上限値に関して、４３μｍ以下であり、４０μｍ以下が好ましく、３７μｍ以下がより好ましい。粒子状物質３の中心粒子径Ｄ５０は、２１μｍ以上４３μｍ以下であり、２４μｍ以上４０μｍ以下が好ましく、２７μｍ以上３７μｍ以下がより好ましい。

粒子径が１０μｍ以下の粒子状物質３の含有率は、微粒子除去率を向上させる観点から、下限値に関して、１．７体積％以上であり、２．３体積％以上が好ましく、２．９体積％以上がより好ましい。粒子径が１０μｍ以下の粒子状物質３の含有率は、圧力損失を抑制する観点から、上限値に関して、１３．７体積％以下であり、１３．１体積％以下が好ましく、１２．５体積％以下がより好ましい。粒子径が１０μｍ以下の粒子状物質３の含有率は、１．７体積％以上１３．７体積％以下であり、２．３体積％以上１３．１体積％以下が好ましく、２．９体積％以上１２．５体積％以下がより好ましい。粒子径が１０μｍ以下の粒子状物質３の含有率は、粒子状物質３の全量１００体積％中に含まれる粒子径が１０μｍ以下の粒子状物質３の体積割合を意味する。粒子径が１０μｍ以下の粒子状物質３は、粒子径が０μｍよりも大きい。

粒子状物質３の中心粒子径Ｄ５０、及び粒子径が１０μｍ以下の粒子状物質３の含有率は、レーザ回折・散乱式の粒子径分布測定装置で測定できる。

粒子状物質３が、粒状の活性炭を含有する場合には、成形吸着体１の成形性の観点から、成形吸着体１を１００質量％とした場合に、活性炭の含有量が２３．５質量％以上９８質量％以下であり、かつ繊維状バインダー５の含有量が２質量％以上１０質量％以下であることが好ましい。この場合において、活性炭の含有量が３５質量％以上９７質量％以下であり、かつ繊維状バインダー５の含有量が３質量％以上９質量％以下であることがより好ましく、活性炭の含有量が５０質量％以上９６質量％以下であり、かつ繊維状バインダー５の含有量が４質量％以上８質量％以下であることが更に好ましい。

アリゾナ砂（０．５μｍ－１μｍ）を除去対象とし、ＮＦＳ規格（ＮＳＦ／ＡＮＳＩ ４２）に適合する観点から、粒子状物質３は、ゼオライトを含有することが好ましく、活性炭、及びゼオライトを含有することがより好ましい。ゼオライトの中心粒子径Ｄ５０は、２５μｍ以上３３μｍ以下が好ましい。

成形吸着体１の圧力損失は、０．０５ＭＰａ以上０．１５ＭＰａ以下であることが好ましい。この範囲内の圧力損失であると、実用的な成形吸着体１となる。圧力損失は、外径が２４．４ｍｍ、内径が８．１ｍｍで長さが９０．０ｍｍのカートリッジフィルターの濾過体積３７．４ｍＬにおいて、外周面から内周面方向に通水した時の流量２．５Ｌ／分の圧力損失を意味する。

（２）成形吸着体１の効果
成形吸着体１は、圧力損失が低く、かつ微粒子除去率が高い。

２．浄水カートリッジ１１
浄水カートリッジ１１は、成形吸着体１を備えてなる。浄水カートリッジ１１の形状及び構造は、特に限定されない。浄水カートリッジ１１の好適な一例を以下に説明する。

（１）浄水カートリッジ１１の構造
浄水カートリッジ１１は円筒状である。浄水カートリッジ１１は、中芯１２と、成形吸着体１と、不織布１４と、封止キャップ１５，１６と、を備える。中芯２は、円筒状であり、浄水カートリッジ１１の最も内側に配置される。中芯２には、外側から内側に水が通過するのを許容する細孔が形成され、内部に流路２０が形成される。中芯２としては、任意の材料を使用可能である。中芯２の材料としては、多孔質セラミック、多孔質金属フィルタ、硬質不織布等が挙げられる。

成形吸着体１は、円筒状であり、中芯２の外周面上に配置される。不織布１４は、成形吸着体１の外周面上に配置される。不織布１４は、例えば、ＪＩＳ Ｌ０２２２で規定された不織布を用いることができる。不織布１４の原料となる繊維の種類は特に限定されない。

封止キャップ１５は、成形吸着体１の一端側を覆うことで、流路２０の一方側を塞ぐ。封止キャップ１６は、成形吸着体１の他端側を覆う。封止キャップ１６には、流路２０を流通した水が排出される排出口６０が形成されている。

（２）浄水カートリッジ１１の製造方法
浄水カートリッジ１１の製造方法の一例を説明する。浄水カートリッジ１１の製造方法は、混合工程と、吸引成形工程と、乾燥工程と、表面研磨工程と、不織布巻き付け工程と、封止工程と、を備える。

混合工程においては、成形吸着体１の原料となる粒子状物質、繊維状バインダー及び水等を混合することで、スラリーを得る。吸引成形工程においては、成形吸着体１を成形する。吸引成形工程においては、中芯２の流路２０の一端側を、ホースを介して吸引ポンプに接続する。この際、中芯２の流路２０の他端側は封止しておく。吸引ポンプに接続された中芯２を容器に溜めた上述のスラリー中に浸漬し、真空ポンプ等からなる吸引ポンプを稼働させる。スラリーのうち水が中芯２を透過し、粒子状物質、繊維状バインダーの混合物が中芯２の表面に残留して徐々に堆積することで成形吸着体１が形成される。吸引ポンプに吸引されたスラリーのうち水は、排水路を通じて排出される。吸引ポンプが稼働されることで、規定の厚さまで成形吸着体１が形成された後に、中芯２をスラリーから引き上げる。

乾燥工程においては、吸引成形工程で成形した成形吸着体１を乾燥させる。乾燥工程において成形吸着体１を乾燥させることで、中芯２と成形吸着体１とを一体化させることができる。表面研磨工程においては、成形吸着体１の外周面を研磨する。不織布巻き付け工程においては、表面研磨工程において研磨した成形吸着体１の外周面に不織布１４を巻き付ける。封止工程においては、不織布１４を巻き付けた成形吸着体１の一端側に封止キャップ１５を、他端側に封止キャップ１６を、それぞれ装着する。

（３）浄水カートリッジ１１の効果
成形吸着体１を備えた浄水カートリッジ１１は、圧力損失が低く、かつ微粒子除去率が高い。

以下、実施例により更に具体的に説明する。実験例６，７，８，９，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６が実施例であり、実験例１，２，３，４，５，１０は比較例である。

１．成形吸着体の作製
実験例１～実験例２６の成形吸着体は、次のように作製した。表１に示す調合比にて、スラリーを調製した。各成分の詳細は以下のようである。
・バインダー：東洋紡株式会社、日本エクスラン工業（株） Ｂｉ－ＰＵＬ ５０ ＴＷＦ（アクリロニトリルのフィブリル化繊維）
・活性炭（超極細粒）：Ｄ５０＝１０μｍ
・活性炭（極細粒）：大阪ガスケミカル株式会社 粒状白鷺ＴＣ－５０を粉砕分級したもの Ｄ５０＝２１μｍ
・活性炭（細粒）：大阪ガスケミカル株式会社 粒状白鷺ＴＣ－２０ Ｄ５０＝３５μｍ
・活性炭（中粒）：大阪ガスケミカル株式会社 粒状白鷺ＴＣ－５０ Ｄ５０＝７３μｍ
・活性炭（粗粒）：大阪ガスケミカル株式会社 粒状白鷺ＴＣ－１００ Ｄ５０＝１３０μｍ
・鉛除去材：ゼオライト ＢＡＳＦ Ｊａｐａｎ ＡＴＳ^ＴＭＭＥＤＩＡ ＮＳＦ／ＡＮＳＩ６１ Ｄ５０＝２９μｍ

成形機に中芯たるセラミック芯材（外径φ８．１ｍｍ、内径φ５．０ｍｍ）を取り付け、スラリー中で吸引して着肉させて、成形吸着体を成形した。成形吸着体を乾燥させて研磨し、不織布を巻いてキャップを接着して、浄水カートリッジにした。カートリッジのサイズ（成形吸着体部分）は、外径φ２４．４ｍｍ、内径φ８．１ｍｍ、長さ９０ｍｍとした。粒度測定はバインダーを除いたスラリーを粒子径分布測定装置で測定して求めた。粒子径分布測定装置の詳細、及び測定条件を以下に示す。この測定によって得られる測定値は、スラリー中の粒子状物質の粒子径分布である。スラリー中の粒子状物質は、乾燥後の成形吸着体においても粒径は変化しない。スラリー中の粒子状物質の粒子径分布は、乾燥後の成形吸着体の粒子状物質の粒子径分布を反映している。
レーザ回折・散乱式 粒子径分布測定装置：マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸII
分布：体積
溶媒：水
スケール区分：粒子径０．０２１μｍ～２０００μｍ
チャンネル数：１３２

２．浄水カートリッジの性能評価
（１）試験方法
ＮＦＳ／ＡＮＳＩ ４２ 粒子除去試験 等級Ｉに準拠した試験を行った。分析はパーティクルカウンターを使用した。詳細には以下の手順で試験した。
（１－１）水にＩＳＯ ＴＥＳＴ ＤＵＳＴ １２１０３－１ Ａ２ ｆｉｎｅを分散させた。０．５－１μｍの粒子数は２００万個程度である。
（１－２）浄水カートリッジをハウジングに取り付け、ＳＶ＝４０００／ｈ（２．５Ｌ／ｍｉｎ）で１分間通水させた。
（１－３）濾過水を採水し、粒子数（０．５－１μｍ）を測定した。
（２）圧力損失測定方法
（２－１）ハウジングの前後に圧力計を取り付け、浄水カートリッジを取り付けずに、２．５Ｌ／ｍｉｎで通水を行い、その時の前後の圧力差（圧力Ａ）を測定した。
（２－２）ハウジングに浄水カートリッジを取り付け、ＳＶ＝４０００／ｈ（２．５Ｌ／ｍｉｎ）で10分間通水を行い、その時の前後の圧力差（圧力Ｂ）を測定した。
（２－３）圧力Ａと圧力Ｂの差を浄水カートリッジの圧力損失とした。

ＮＳＦでの試験は浄水カートリッジの流量が初期の５０％以下に下がるまで試験を行うが、目詰まりにより除去率は徐々に上がるため、除去率の一番低い初期の濾過水のみの評価とした。

（２）結果及び考察
結果を表１及び図４に示す。
実験例６，７，８，９，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６は、第１要件、第２要件、及び第３要件を全て満たしている。
〔第１要件〕：粒子状物質の中心粒子径Ｄ５０が、２１μｍ以上４３μｍ以下である。
〔第２要件〕：粒子径が１０μｍ以下の粒子状物質の含有率が１．７体積％以上１３．７体積％以下である。
〔第３要件〕：成形して成形吸着体を作製可能である。

これに対して、実験例１，２，３，４，５，１０は以下の要件を満たしていない。
実験例１，２，３，４，５は、第１要件及び第２要件のいずれも満たしていない。実験例１０は、成形できず、第３要件を満たしていない。

実験例６，７，８，９，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６では、圧力損失は０．１５ＭＰａ以下であり、かつ微粒子除去率が８０％以上であった。これらの実験例は、性能が優れていることが確認された。実験例１，２では、圧力損失が０．１５ＭＰａよりも大きかった。実験例３，４，５では、微粒子除去率が８０％未満であった。

１…成形吸着体、２…中芯、３…粒子状物質、４…微粒子状除去物質、５…繊維状バインダー、６…封止キャップ、１１…浄水カートリッジ、１２…中芯、１４…不織布、１５…封止キャップ、１６…封止キャップ、２０…流路、６０…排出口

Claims (5)

1. 粒子状物質と、繊維状バインダーと、を含有する成形吸着体であって、
   前記粒子状物質は、粒状の活性炭を含有し、
   前記粒子状物質の中心粒子径Ｄ５０は、２４μｍ以上４０μｍ以下であり、
   粒子径が１０μｍ以下の前記粒子状物質の含有率が２．３体積％以上１３．１体積％以下である、成形吸着体。
   但し、粒子径が１０μｍ以下の前記粒子状物質の前記含有率は、前記粒子状物質の全量１００体積％中に含まれる粒子径が１０μｍ以下の前記粒子状物質の体積割合を意味する。
2. 前記活性炭の含有量は、２３．５質量％以上９８質量％以下であり、
   前記繊維状バインダーの含有量は、２質量％以上１０質量％以下である、請求項１に記載の成形吸着体。
   但し、前記活性炭の含有量は、成形吸着体を１００質量％とした場合の値であり、前記繊維状バインダーの含有量は、成形吸着体を１００質量％とした場合の値である。
3. 前記粒子状物質は、更にゼオライトも含有する、請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の成形吸着体。
4. 圧力損失は０．０５ＭＰａ以上０．１５ＭＰａ以下である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の成形吸着体。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の成形吸着体を備える、浄水カートリッジ。

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