JPH04244221A - フィルターの清浄法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は導電性フィルターの電気
化学的清浄に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】濾過は
広く使用される工業上のプロセスであり、フィルターの
汚染は特に微小濾過（ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ
）　及び限外濾過では重大な問題であり得る。このよう
な汚染は濾液フラックスを減少する傾向があり、清浄処
理の必要が濾過装置の複雑さを増し、時間の損失を伴い
、フィルター膜の寿命を短縮することがある。通常、こ
のような清浄処理は汚物の化学的溶解または逆洗を伴っ
ていた。

【０００３】濾材が導電性である場合に適用し得る電気
化学的清浄法は、英国特許第２１６０５４５　号Ｂ明細
書に記載されている。この方法では、第一電極としての
フィルター、対向電極、及び電解質としての処理液を含
む電解槽が設置される。濾過処理中に間隔を開けて、フ
ィルターの位置でガス生成物を生じるように、電位差が
、第一電極と対向電極の間に印加され、このガス生成物
は微小気泡の形態であってもよく、フィルターを清浄す
る。例えば、膜１ｃｍ２　当たり５０〜３００　ｍＡの
電流を４〜１５回／　時間で周期的に１〜５秒間印加す
る。この方法は、例えば、フィルターがステンレス鋼メ
ッシュまたは焼結ステンレス鋼の膜の如き金属の微孔性
膜、微孔性グラファイト膜、またはドーピングされたチ
タニアもしくはジルコニアの如き導電性セラミックの微
小濾過膜及び限外濾過膜である場合に適用し得る。

【０００４】この電気化学的清浄法では、対向電極が処
理液に連続的に暴露されることが、理解される。清浄操
作中に、対向電極は典型的にアノードにされ（フィルタ
ーの腐食を最小にするため）、一方、殆どの時間にわた
ってそれは給電装置に接続されないようである。対向電
極が頻繁な間隔で交換することを必要とされない場合、
それはこれらの電気状態のいずれかで著しく腐食されな
い材料製のものである必要がある。従来、白金処理した
チタンが好適な材料であることがわかっていたが、それ
は高価である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に従って、フィル
ター、処理液及び対向電極が一緒に電解槽を構成するよ
うに対向電極を処理液と接触して配置し、フィルターの
位置で電気分解によりガス生成物を生じるように、且つ
フィルターを清浄するように電位差をフィルターと対向
電極の間に周期的に印加することを含む、水性処理液の
濾過において多孔質導電性フィルターの使用中にそのフ
ィルターを清浄する方法であって、対向電極が低クロム
ステンレス鋼を含むことを特徴とする前記の多孔質導電
性フィルターの清浄方法が、提供される。

【０００６】対向電極の好ましい材料は、５％〜１２％
のクロム、好ましくは９％のクロムを含むステンレス鋼
である。このような電極はかなり安価であるが、電位差
が印加されない場合、または対向電極がアノードである
場合には腐食を殆ど問題としないと予想し得る。この材
料の実用的な電極は、２５年の使用期間にわたる腐食の
結果として１ｍｍ未満の厚さを損失すると予想し得る。

【０００７】比較するに、通常のステンレス鋼（１８％
のクロムを含む）は、電位差の印加間の間隔で非反応性
であるが、それがアノードにされる場合に一層迅速に溶
解する傾向があることが理解されるべきである。三種の
異なるステンレス鋼（タイプ３２１　、３０４Ｌ及び３
１６Ｌ）　及び二種の低クロム鋼（神戸製鋼からのＦ１
、及びＢＪ１０）　を使用して実験を行って、このよう
な鋼からつくられたアノードが電流の連続流に暴露され
る場合の溶解速度を評価した。夫々の実験では、同じ金
属の二種のアノードを共通のカソードから隔置して向か
い合った側に配置し、両アノードの外側に面する表面を
絶縁し、三種の電極の全てを電解質に浸漬した。これら
の鋼の組成を表１に示す。

【０００８】

【表１】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　合金組成（　重量％）　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　元素　　３２１　
　　　　３０４Ｌ　　　　　　３１６Ｌ　　　　　　　
　Ｆ１　　　　　　ＢＪ１０　　　　　　　　　　　　
　　Ｃｒ　　１７〜１９　　１７．５〜１９　　１６．
５〜１８．５　　１２〜１３　　８．６　　　　　　　
　　　　　　　　Ｎｉ　　９　〜１２　　９　〜１２　
　　　１１〜１４　　　　　　０．４９　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　Ｆｅ　　６９　　　　
　　７０　　　　　　　　６７　　　　　　　　　　８
６〜８７　　９０．８　　　　　　　　　　　　　　Ｍ
ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２．２５
〜３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　Ｃ　　　　＜０．０８　　＜０．０３
　　　　０．０３　　　　　　　　０．１　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｓｉ　　０．２　
〜１　０．２　〜１　　　０．２　〜１　　　　　０．
１８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｍ
ｇ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　０．４１　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　Ｖ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　０．０３　　　　　　　　　　　　　　Ｓ　　　　
０．０３　　　　０．０３　　　　　　０．０３　　　
　　　　　０．００５　　　０．０２　　　　　　　　
　　　　　　Ｐ　　　　０．０４５　　　０．０４５　
　　　　０．０４５　　　　　　　０．００５　　　０
．０２　　　　　　　　　　　　　　Ｔｉ　　＜０．５
７　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　Ｍｎ　　０．５　〜２　０．５　〜２　　　０．５　
〜２　　　　　　　　　　　　　０．５　　　実験を、
暴露されたアノード表面１ｃｍ当たり１５０ｍＡ　の直
流条件下で２１℃でｐＨ１０の０．１ＭのＮａＮＯ３　
中で行った。３０時間後に、平均重量損失、Ｗ（表２に
示される）を測定した。夫々の場合、アノードは電解質
から取り出す際に光輝仕上げ（ｂｒｉｇｈｔ　ｆｉｎｉ
ｓｈ）を有し、腐食生成物により汚染されていなかった
。しかしながら、かなりの溶解が起こった場合には、試
験溶液はＦｅ（ＯＨ）３　の沈澱のために不透明な暗褐
色になった。見られるように、低クロム合金はオーステ
ナイトステンレス鋼よりもかなり少なく腐食した。９％
クロム合金が特に印象的であった。

【０００９】

【表２】 合金：　　　　　　３２１　　　　　３０４Ｌ　　　　
　　３１６Ｌ　　　　　　　　Ｆ１　　　　　　ＢＪ１
０Ｗ／ｇ　ｍ−２ｈ　−１　２６．４　　　　３６．２
　　　　　　２３．２　　　　　　　３．０　　　　　
　１．２表面溶解を生じる主なプロセスは合金中のＣｒ
成分の可溶性ＣｒＯ３への酸化であると考えられる。１
８％以上の合金の場合、Ｃｒは含水酸化物不動態膜中で
連続の相互連結された網状構造を形成し、こうして溝を
それに溶解させる。このようにして、酸化物膜の部分が
切り下げられ、溶解が続くことができる。しかしながら
、低Ｃｒ含量では、これが起こる可能性が減少され、こ
うして腐食速度を低下する。印加電位が酸素発生領域中
にある場合には、このプロセスが支持体腐食に単に付加
される。

【００１０】更に、９％クロム合金を使用して実験を行
って、重量損失の速度が電流密度及び電流の性質に如何
に依存するかを知った。連続電流の場合、ｐＨ５の０．
１Ｍの電解質に関して、重量損失の速度は１００ｍＡ／
ｃｍ２　で約０．５ｇ　ｍ−２ｈ　−１から３００ｍＡ
／ｃｍ２　で約２．０ｇ　ｍ−２ｈ　−１までの電流密
度で増加する。ｐＨ１０の０．１ＭのＮａＮＯ３　の電
解質を使用した場合、実験結果は更に散乱を示し、１０
０ｍＡ／ｃｍ２　で約１ｇ　ｍ−２ｈ　−１から３００
ｍＡ／ｃｍ２　で約２．５ｇ　ｍ−２ｈ　−１まで増加
した。 ｐＨ１０の電解質を使用し、１５０ｍＡ／ｃｍ２　でパ
ルス電流（　５秒間通電、２０秒間停止）　を使用した
場合、重量損失の速度は同じ定常電流の場合よりもわず
かに高く、約２．１ｇ　ｍ−２ｈ　−１であり、これは
おそらくパルス間の間隔が表面不動態化が起こるのには
短すぎたからである。

【００１１】重量損失の最悪の測定された速度２．８ｇ
　ｍ−２ｈ−１（　ｐＨ１０、３００ｍＡ／ｃｍ２　で
観察される）　を考慮し、フィルターが５秒のパルスで
１時間に４回清浄され、フィルターが１年間に２００　
日操作されると仮定すると、２５年の操作寿命では、ア
ノードは合計時間：　ｔ＝６６７　時間にわたって、こ
の電流を受け、こうして予想される重量損失は、 ｍ＝１８７０ｇ／ｍ２ であり、これは線形表面除去：　ｘ＝０．２４ｍｍに相
当する。これはフィルターユニットの操作にごくわずか
の効果を有すると予想することができる。

【００１２】本発明の清浄法は、例えば、焼結ステンレ
ス鋼繊維膜により形成されたフィルターに適用し得る。 約３ミクロンの細孔サイズ、非対称の構造を有するこの
ような膜（その他の膜よりも粗大な構造及び大きな細孔
（表面で約１０ミクロンまで）　を有する）　は、微小
濾過に使用し得る。この膜が使用され、粗い表面が濾過
される液体と面する場合、（こうして汚染層がその表面
上に堆積する）　、本発明の電気的清浄法の規則的な使
用は汚染層の本体を除去することを可能にし、これによ
り濾液処理量は増大する。驚くことに、これらの状況下
で、フィルターは限外濾過と同じ位良好な微粉の排除を
与え、即ちそれは細孔サイズが０．１　ミクロン未満で
あったように作用することがわかった。これは、電気清
浄にもかかわらず膜の細孔中に残存する汚染層の濾過作
用によるものである。こうして、液体の限外濾過は、通
常の限外濾過膜を使用する場合よりも非常に安価に、し
かも大きい濾液処理量でもって容易に行うことができる
。

【００１３】例えば、液体が水酸化鉄及びまたコロイド
酸化プルトニウムを含んでいた場合、水酸化鉄は汚染層
を堆積し、これが限外濾過膜と同じ位有効に濾液中への
コロイド酸化プルトニウムの通過を防止した。微小濾過
膜は約１０ミクロン以下の細孔サイズを有することが好
ましく、５ミクロン以下の細孔サイズを有することが望
ましい。さもないと、汚染層を堆積することが難しい。 膜は、清浄プロセス中に、気泡が膜に流入し膜の背面か
ら現れるよりもむしろ汚染層の外部を優先的に追い出す
ようなものであることが必要であり、そして上記の非対
称膜の使用は、これが起こることを確実にする。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　フィルター、処理液及び対向電極が一
   緒に電解槽を構成するように対向電極を処理液と接触し
   て配置し、フィルターの位置で電気分解によりガス生成
   物を生じるように、且つフィルターを清浄するように電
   位差をフィルターと対向電極の間に周期的に印加するこ
   とを含む、水性処理液の濾過において多孔質導電性フィ
   ルターの使用中にそのフィルターを清浄する方法であっ
   て、対向電極が低クロムステンレス鋼を含むことを特徴
   とする前記の多孔質導電性フィルターの清浄方法。
2. 【請求項２】　　対向電極が５〜１２重量％のクロム成
   分を含むステンレス鋼を含む請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】　　クロムが９重量％である請求項２に記
   載の方法。
4. 【請求項４】　　液体を０．１　〜１０ミクロンの細孔
   を有する多孔質導電性限外濾過膜により濾過し、（こう
   して汚染層が膜の上流表面の上に堆積する）、ついで０
   ．１　ミクロン未満の直径の微粉の膜による排除を維持
   しながら濾過の速度を促進するような間隔で、請求項１
   〜３のいずれか一項に記載の方法により膜を清浄するこ
   とを特徴とする液体の限外濾過を行う方法。