JPH084695B2 - 生物系シリカによる▲ろ▼過 - Google Patents

生物系シリカによる▲ろ▼過

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JPH084695B2
JPH084695B2 JP61290295A JP29029586A JPH084695B2 JP H084695 B2 JPH084695 B2 JP H084695B2 JP 61290295 A JP61290295 A JP 61290295A JP 29029586 A JP29029586 A JP 29029586A JP H084695 B2 JPH084695 B2 JP H084695B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多孔質生物系シリカ単独またはこれに添加剤
を含有するものからなる過床に流体を通することによ
って流体から不純物を除去することに関するものであ
る。
過は液体または気体から不純物を分離するよく知ら
れた方法である。これは一般に固体を除去するのに使用
されるが、分子ふるいなどを使用するなどして種々のサ
イズの化合物を分離するものに使用される。過中に選
択的吸収と粒子の物理的分離とを組合わせた方式も可能
である。たとえば、液体から広範囲の薬剤を抽出するの
に活性炭が使用できることは知られている。すなわち、
過媒体に活性炭を添加した場合、サイズが大き過ぎて
過媒体を通過しない粒子は分離され、過媒体全体の
一成分である活性炭によって吸収されるある種の物質も
除去される。
これらの物質は活性粒子と呼ばれるもので、吸収その
他の方法で分離操作を改良する。多くの過工程におい
て、これらの粒子から過媒体を形成するのが望まし
い。これらを単独で使用した場合、これらの物質の大半
は目の詰まった緻密床を形成し、液体流を連続的に過
するのに使用できなくなる。従って、最も効果的に使用
するには、このタイプの物質を少量で分散状態で使用す
るのが望ましい。
主要過材料として使用される骨材はある種の物理的
特性を有するものでなければならない。これらの材料は
（ｉ）良好な多孔性を有すること、（ii）望ましい物質
を通すが、望ましくない物質は通さない孔の大きさを有
すること、（iii）容易に目詰まりを起こさないこと、
（iv）濡れた時に粘土のような粘稠性の塊まりを形成し
ないこと、及び（ｖ）過を行う温度及び圧力の範囲内
で寸法的に安定であることが要求される。
前記条件の全てを備えた骨材を使用することが最も望
ましい。活性炭または水膨潤性ポリマーなどの少量の活
性粒状物を過媒体全体に均一に分散させ、多くの過
操作で有用な付加的過特性を提供することが望まし
い。
本発明は前記特性を備えた過媒体及びそれを利用し
た過方法に関するものであり、必要に応じて、過媒
体全体に活性粒状物を均一に分散させたものである。
過媒体は、多量のシリカ、すなわち乾燥重量で少くとも
15重量％、好ましくは20重量％以上のシリカを含有する
植物を熱分解または燃焼させて、シリカ（生物系シリ
カ）に富んだ灰を作り、それから製造したものであり必
要に応じてシリカ構造物全体にわたって少量の炭素を均
一に分散させている。必要に応じて、炭素を活性化させ
て活性粒状物とし、これが全体に均一に分散しているこ
とによって多くの過操作に有用な過特性を付加的に
提供することができる。
従って、本発明の目的は前述の望ましい特性を備えた
過媒体を提供することである。
本発明の別の目的は前述の望ましい特性を備えた過
手段及び過方法を提供することである。
本発明のさらに別の目的は前述の特性を備えた多孔性
生物系シリカ灰からなる過媒体を提供することであ
る。
本発明のさらに別の目的は高度に多孔性の骨格構造を
有する実質的にアモルファスの状態の籾殻灰からなる
過媒体を提供することである。
本発明のさらに別の目的は前述の特性を備えた高度に
多孔性の生物系シリカ灰を過媒体として使用して液体
を過する方法及び手段を提供することである。
本発明のさらに別の目的は前述の特性を備えた高度に
多孔性の生物系シリカ灰及びそれに分散させる活性粒状
物を使用して液体を過する方法及び手段を提供するこ
とである。
他の目的、特徴及び利点は下記の明細書及び特許請求
の範囲からさらに明らかになる。
前述のように、本発明は、良好な多孔性を有し、望ま
しい物質を通すが望ましくない物質は通さない孔の大き
さを有し、容易に目詰まりを起こさず、濡れた時に粘土
のような粘稠性の塊まりを形成せず、過を行う温度及
び圧力の範囲内で寸法的に安定である過媒体で過す
る方法及び手段に関するものである。これは、少くとも
50容積％の多孔率を有し、繊維を除去した生物系シリカ
を単独で、またはそれに活性粒状物を全体に分散させて
使用することによって達成される。
有効な高度に多孔性のシリカ構造を作るには、乾燥重
量で最低15重量％、好ましくは20重量％以上のシリカを
含有する植物を燃焼させることからなる。このようにシ
リカ含有率の高い植物の種類は限られている。これらの
例としては、藁、籾殻、とくさ類、竹類、椰子類の葉
（特にしゅろ）等があり、これらは全て燃焼させると、
過媒体として特に望ましい多孔性灰となる。
特に好ましい生物系シリカは籾殻灰である。籾殻はシ
リカ含有率が高く、約18〜22重量％であり、その灰は約
75〜80％の空隙率を有する多孔性骨格のシリカ構造を有
する。さらに、米の産業界では籾殻を廃棄する問題があ
り、籾殻または籾殻灰の種々の用途が提案され、採用さ
れて来たが、多量の籾殻が燃焼され、その灰は多大の費
用をかけて廃棄物として米の産業界によって廃棄されて
いるのが現実である。
籾殻を燃焼または分解させることによって実質的に多
孔性の形態でアモルファスの状態の生物系シリカが得ら
れる。
市販の籾殻灰は炉で籾殻を燃焼させることによって作
られる。この方法では、生の籾殻を炉の頂部に連続的に
加え、その灰は底部から連続的に取出される。炉の温度
範囲は約800℃〜1400℃で、炉中での燃焼時間は約３分
である。炉を出ると、灰は急激に冷され、取扱いの容易
なものになる。この方法によって処理された場合、シリ
カは鱗石英（トリダイマイト）またはクリストバライト
として知られる結晶形態ではなくて、比較的純粋なアモ
ルファス状態となる。アモルファス状態から結晶状態へ
の変換はシリカを非常な高温、たとえば2000℃程度に保
ち、また長時間保った場合に起こる。シリカをアモルフ
ァス状態に保つことの意味は、シリカ灰はその方が結晶
形成方向に向かうよりも多孔性の骨格を保ち、アモルフ
ァスの形態のシリカは珪肺症を起こさないので取扱いに
注意する必要がない。籾殻灰の燃焼は時間と温度とに関
係するが、得られる灰が多孔性骨格のアモルファス状態
であるなら、他の条件下で燃焼させても良い。
生物系シリカ灰中の空隙量は灰中の微粒子の量によっ
て左右される。微粒子が存在しても弊害は無いが、多孔
率は高い方が望ましい。
繊維の無い生物系シリカは耐火性で、不活性であり、
低温及び高温において寸法的に安定であるので、高温に
おいても構造変化を起こすことなく、有用である。
エネルギー源として籾殻を商業的に燃焼させた場合、
その結果得られる灰は下記の化学的分析値（重量％）を
有する。
ケイ素 92 ％ マグネシウム 2.0％ 水分 3.0％ 炭素 2.5％ 残りの1/2％は少量のマグネシウム・バリウム、カリ
ウム、鉄、アルミニウム、カルシウム、銅、ニッケル、
及びナトリウムからなる。
炭素は材料全体に分散した状態で存在する。炭素を活
性化するには、灰は標準の条件下で過熱された蒸気で処
理される。この処理は炭素の孔を塞ぐ粒子を除去し、炭
素がガスを吸収する能力を著しく高める。
当然のことながら、必要なら、籾殻灰を全ての炭素が
除去されるまで燃焼させることもできる。しかしなが
ら、多くの過操作において、炭素が存在することは特
に望ましい。
添付図面、特に第１図及び第1A図について参照する
と、第１図及び第1A図には本発明の代表的な過装置が
示されており、それにはフイルターカートリッジの容器
10、過される流体を容器10に注入する入口通路12、及
び容器10から過された流体を流出させる出口通路14を
備えている。容器10内の圧力を測定する従来の圧力ゲー
ジ16も備わっている。
容器10内には、内側層としての粗いメッシュ20,及び
生物系シリカケーキ上に外側層としての細かいメッシュ
22で形成された円筒からなる円筒形カートリッジ18が配
置されている。図示されていないが、容器10内にはフィ
ルターカートリッジ18が容易内に設置され、入口通路12
及び出口通路14以外は容器が閉じられ、操作のため容器
または本体10にフィルターカートリッジ18が挿入され、
使用後取出され、洗浄され、または交換できるようにす
る手段が設けられている。
第１図及び第1A図の実施態様の操作において、汚染水
は入口12に入り、カートリッジ18及び不純物を過する
生物系シリカ22を通り、その洗浄化された水は出口通路
14から取出され、必要に応じて使用に供される。
下記の実施例１は第１図及び第1A図の過方式を説明
するものであり、従来の方式の珪藻内の代わりに本発明
の多孔性生物系シリカを使用して、水泳プールにおいて
ゴミ、カス等を除去する過装置を説明するものであ
る。
実施例１ 従来の標準の水泳プール過装置では、粗い繊維の内
側コア20及び珪藻土などの外側コーティング24を支える
細かいメッシュの繊維からなる外側コア22が使用され
た。
本発明では、珪藻土の代りに添加剤無しの生物系シリ
カ（籾殻灰）を使用し、外側層22に約1/2インチのコー
ティング24を形成した。
プールから汚れた水をポンプによって汲み上げ、入口
通路12を通して約８ガロン／分／フィルターの速度でフ
ィルターカートリッジ18に送入した。ゲージ16上の圧力
は10ポンドであった。過装置を通過した水の固形粒子
を分析したところ、約１〜２ミクロンの大きさ以上の固
形物は全て除去された。本発明の生物系シリカは形状が
不規則であり、しかも多孔率が高いので水を自由に通す
利点がある。
圧力が40psigになったら、フィルター部材に水を逆流
させ（バックフラツシング）させ、使用済生物系シリカ
を新鮮な生物系シリカに交換した。生物系シリカは粘稠
性とならず容易に固着することがないので、使用済生物
系シリカケーキ24を除去するのに何ら問題が生じない。
除去するゴミの量に応じて工程は繰返される。
実施例２ 第２図は本発明の別の実施態様を示すものであり、こ
の過器は代表的な研究室用フィルターである円筒形フ
ィルター18aを備えた容器10a及び従来の水アスピレータ
ー（図示していない）に通じる吸引通路28を備えた容器
26を有する。
前述のように、フィルター18aは代表的な研究室用フ
ィルターであり、その底部にはフィルターペーパー30が
載せられており、さらにその上には約１％の水膨潤性ポ
リマーを添加した生物形シリカが載せられている。
第２図の過装置はトリクロロエチレンから固形物と
ともに少量の水分を除去するのに使用した。
トリクロロエチレンは産業において広範囲に使用され
ている耐火性溶媒である。この実施例において、トリク
ロロエチレンは約1/2重量％の水分と1.5重量％の化学的
固形分を含有している。このサンプルは淡いコハク色を
しており、水分のために曇っている。
トリクロロエチレンはフィルター18aの頂部に注が
れ、水アスピレーターによって吸引通路28を通じて吸引
された。その結果、過された液は重力によって容器26
に流れ落ち、流れ落ちた液は清浄に澄んでおり、水分が
完全に除去され、固形分も除去された。
実施例３ 生物形シリカを単純に充填した管状フィルターを示し
ており、この管状フィルターは、フィルターカートリッ
ジ容器本体10b、入口12b、出口14b、容器本体10bに設置
した閉じた端部19を有するメッシュからなる管状カート
リッジ18bを有し、それぞれの端部にはシール材21が備
わっている。管状カートリッジ18bは多孔性生物系シリ
カ単独、または必要に応じて適当な添加剤を添加したも
のを充填している。
この実施例では、このシリカ充填管状フィルターを使
用して商業的ガス井戸から生産されるメタンを主成分と
する流れから水分及び固形粒子を除去した。
この実施例で使用した管状フィルター18bは、実施例
２で示したような水膨潤性ポリマー約１重量％を添加し
た多孔性生物系シリカ24bを充填した管状カートリッジ
からなっている。水膨潤性ポリマーを全体に分散させた
生物系シリカを保持する管状フィルター18bのそれぞれ
の端部は金属性フィルターディスク19を備えている。ガ
ス井戸の圧力及び流れを測定するために使用されるゲー
ジから水分及びゴミを排除するように後流ストップスト
リーム）にこのフィルターを使用した。フィルターを通
ったガスを検査したところ、水分及びゴミは何も検出さ
れなかった。
水溶性ポリマー及び直線部分が水溶性である架橋結合
ポリマーはいずれも使用でき、添加量は１〜２重量％が
望ましい。好ましい水溶性ポリマーの例としてはでん粉
アクリロニトレートグラフトポリマーが挙げられる。こ
のようなポリマーについては米国特許第4,238,374号に
開示されている。
実施例４ この実施例は空気流からメタン及びエタンを吸収して
除去する実施態様を示している。空気中に約１％のメタ
ン及び１％のエタンを含有するように合成ガスを調製し
た。金属容器中で空気の欠乏した雰囲気中で籾殻を２日
間燃焼させて3.1重量％の炭素を含有する多孔性生物系
シリカを調製した。籾殻が黒色の灰になった時、容器を
開け、高温室を形成させ、その灰を少量の空気の存在下
で１週間くすぶらせた。その結果得られた灰は3.1重量
％の炭素を含有するアモルファスの状態の高度に多孔性
の生物系シリカ灰であった。しかる後、この灰をチュー
ブに入れ、60ポンドの蒸気に６時間さらし、炭素を活性
化させた。しかる後、この蒸気を窒素ガスと交換して灰
を冷却させた。
第３図に示したようなフィルターカートリッジ18b
に、前述のようにして製造した活性炭粒子を含有する生
物系シリカを充填した。このフィルターカートリッジは
前述のように活性化した炭素を含有する1/4ポンドの生
物系シリカを内蔵した。
しかる後、合成ガス混合物を74゜Ｆで10psigで10立方
フィート／分の速度で管状フィルター10bに通し、メタ
ン及びエタンの量を15分間隔で２時間ガスクロマトグラ
フィーで検査した。その結果を下記の表１に示す。
前記実施例では生物系シリカとして籾殻灰を使用した
が、藁、とくさ類、竹類、椰子類の葉、ポリムラ・ポー
レン等の灰を約６〜約40メッシュの粒子に粉砕したもの
を使用しても同様な結果が得られる。
図面及び実施例によって説明したように、繊維を除去
した生物系シリカは多孔性の骨格の支持体を提供し、そ
れに液体及び気体を圧入または自由に流し込むことによ
って固体または液体を別できる。このような生物系シ
リカは少くとも50％の多孔率を有するものでなければな
らない。生物系シリカの不規則な構造及び固着したり、
塊まりとならない性質は本発明の目的に非常に合致して
いる。生物系シリカ粒子は湿っても破壊されず、広範囲
の温度及び圧力条件下で寸法的に安定である。生物系シ
リカ粒子はフィルタークロス上で多孔性のケーキとな
り、除去した固体または液体で目詰まりを起こすように
なっても逆流させることによって容易に取りはずすこと
ができる。またシリカ灰中の炭素を活性化させることに
よって過媒体を木炭浴と同様に使用することができ、
有機液体を清浄化したり、炭化水素ガスを他のガスから
別させることができる。同様に、水膨潤性ポリマーを
使用することによって特定の液体をガスまたは他の液体
から分離除去することができる。
生物系シリカ過媒体に液体またはガスを流すことに
よる摩擦損失は非常に少ない。その独特な孔の大きさ及
び全体多孔率の特性によって、約１ミクロン以上の粒子
直径の粒子は全て別することができる。これに対し、
サンドフィルターでは約40ミクロン以上の粒子直径の粒
子しか別できない。
６〜40メッシュの粒径の生物径シリカ灰が特に良好な
結果をもたらす。また生物系シリカ灰粒子は、適当な結
合剤、たとえば脂肪酸型及びポリマー型結合剤などを使
用してペレット化しても良く、尿素ホルムアルデヒド樹
脂等の従来の粒化剤を使用して粒化しても良い。
説明のために、好ましい実施態様について記載した
が、本発明の種々の応用変化は特許請求の範囲を逸脱し
ない範囲で可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は過装置の概略図である。 第1A図は第１図の過装置に使用する本発明の過媒体
の概略図である。 第２図は本発明の過装置の別の形態を示す断面平面図
である。 第３図は本発明の生物系シリカを充填した別の実施態様
の管状フィルターの概略図である。 10,10a,10b,26……容器、12,12b……入口 14,14b……出口、16……圧力ゲージ 18,18b……フィルターカートリッジ 18a……円筒形フィルター 20……粗いメッシュ内層 22……細かいメッシュ外層 24,24b……生物系シリカケーキ、21……シール材 28……吸引通路、30……フィルターペーパー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０２Ｆ 1/28 Ｄ

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入口及び出口を有する密閉容器中に、少な
    くとも50容量パーセントの多孔率の末端が解放された天
    然の不規則な多孔状構造を有する、繊維を除去した寸法
    的に安定なアモルファス生物系シリカ灰粒子を配置し、
    この生物系シリカを通して流体が流れるように構成した
    ことを特徴とする流体の過媒体。
  2. 【請求項２】前記アモルファス生物系シリカ灰粒子が２
    重量パーセント以下の水膨潤性ポリマーを全体に分散さ
    せたものである特許請求の範囲第１項記載の過媒体。
  3. 【請求項３】前記アモルファス生物系シリカ灰粒子が活
    性炭で被覆されているものである特許請求の範囲第１項
    記載の過媒体。
  4. 【請求項４】前記アモルファス生物系シリカ灰粒子が少
    なくとも75容量パーセントの多孔率のシリコン骨格を有
    する籾殻灰粒子である特許請求の範囲第１項記載の過
    媒体。
  5. 【請求項５】前記アモルファス生物系シリカ灰粒子が少
    なくとも75容量パーセントの多孔率のシリコン骨格を有
    する籾殻灰粒子である特許請求の範囲第２項記載の過
    媒体。
  6. 【請求項６】前記アモルファス生物系シリカ灰粒子が少
    なくとも75容量パーセントの多孔率のシリコン骨格を有
    する籾殻灰粒子である特許請求の範囲第３項記載の過
    媒体。
  7. 【請求項７】比較的粗いメッシュの内側層及び比較的細
    かいメッシュの外側層を有する、少なくとも50容量パー
    セントの多孔率の末端が解放された天然の不規則な多孔
    状構造を有する、繊維を除去した寸法的に安定なアモル
    ファス生物系シリカ灰粒子よりなる多孔性フィルターカ
    ートリッジにより、このカートリッジを流れる流体中の
    不純物をこの生物系シリカにより過するように構成し
    たことを特徴とする流体の過媒体。
  8. 【請求項８】前記アモルファス生物系シリカ灰粒子が２
    重量パーセント以下の水膨潤性ポリマーを全体に分散さ
    せたものである特許請求の範囲第７項記載の過媒体。
  9. 【請求項９】前記アモルファス生物系シリカ灰粒子が活
    性炭で被覆されているものである特許請求の範囲第７項
    記載の過媒体。
  10. 【請求項１０】前記アモルファス生物系シリカ灰粒子が
    少なくとも75容量パーセントの多孔率のシリコン骨格を
    有する籾殻灰粒子である特許請求の範囲第７項記載の
    過媒体。
  11. 【請求項１１】前記アモルファス生物系シリカ灰粒子が
    少なくとも75容量パーセントの多孔率のシリコン骨格を
    有する籾殻灰粒子である特許請求の範囲第８項記載の
    過媒体。
  12. 【請求項１２】前記アモルファス生物系シリカ灰粒子が
    少なくとも75容量パーセントの多孔率のシリコン骨格を
    有する籾殻灰粒子である特許請求の範囲第９項記載の
    過媒体。
  13. 【請求項１３】前記アモルファス生物系シリカ灰粒子が
    ペレット化又は粒化されたものである特許請求の範囲1,
    2,3,7,8又は９項記載の過媒体。
  14. 【請求項１４】本体、この本体中に少なくとも50容量パ
    ーセントの多孔率の末端が解放された天然の不規則な多
    孔状構造を有する、繊維を除去した寸法的に安定なアモ
    ルファス生物系シリカ灰粒子よりなる過媒体、そし
    て、本体に流入した流体が過媒体を通り本体より流出
    することよりなる本体から不純物を過する過装置。
  15. 【請求項１５】前記過媒体の前記アモルファス生物系
    シリカ灰粒子が２重量パーセント以下の水膨潤性ポリマ
    ーを全体に分散させたものである特許請求の範囲第14項
    記載の過装置。
  16. 【請求項１６】前記過媒体の前記アモルファス生物系
    シリカ灰粒子が活性炭で被覆されているものである特許
    請求の範囲第14項記載の過装置。
  17. 【請求項１７】前記過媒体の前記アモルファス生物系
    シリカ灰粒子が少なくとも75容量パーセントの多孔率の
    シリコン骨格を有する籾殻灰粒子である特許請求の範囲
    第14項記載の過装置。
  18. 【請求項１８】前記過媒体の前記アモルファス生物系
    シリカ灰粒子が少なくとも75容量パーセントの多孔率の
    シリコン骨格を有する籾殻灰粒子である特許請求の範囲
    第15項記載の過装置。
  19. 【請求項１９】前記過媒体の前記アモルフアス生物系
    シリカ灰粒子が少なくとも75容量パーセントの多孔率の
    シリコン骨格を有する籾殻灰粒子である特許請求の範囲
    第16項記載の過装置。
  20. 【請求項２０】液体を入口及び出口を有する密閉容器中
    に、少なくとも50容量パーセントの多孔率の末端が解放
    された天然の不規則な多孔状構造を有する、繊維を除去
    した寸法的に安定なアモルファス生物系シリカ灰粒子を
    配置し、この生物系シリカを通して流体が流れるように
    構成したことを特徴とする流体の過媒体に通すことを
    特徴とする流体から不純物を除去する方法。
  21. 【請求項２１】前記過媒体の前記アモルファス生物系
    シリカ灰粒子が２重量パーセント以下の水膨潤性ポリマ
    ーを全体に分散させるものである特許請求の範囲第20項
    記載の方法。
  22. 【請求項２２】前記過媒体の前記アモルファス生物系
    シリカ灰粒子が活性炭で被覆されているものである特許
    請求の範囲第20項記載の方法。
  23. 【請求項２３】前記過媒体の前記アモルファス生物系
    シリカ灰粒子が少なくとも75容量パーセントの多孔率の
    シリコン骨格を有する籾殻灰粒子である特許請求の範囲
    第20項記載の方法。
  24. 【請求項２４】前記過媒体の前記アモルファス生物系
    シリカ灰粒子が少なくとも75容量パーセントの多孔率の
    シリコン骨格を有する籾殻灰粒子である特許請求の範囲
    第21項記載の方法。
  25. 【請求項２５】前記過媒体の前記アモルファス生物系
    シリカ灰粒子が少なくとも75容量パーセントの多孔率の
    シリコン骨格を有する籾殻灰粒子である特許請求の範囲
    第22項記載の方法。
  26. 【請求項２６】前記過媒体が比較的粗いメッシュの内
    側層と比較的細かい外側層を有するものである特許請求
    の範囲第20項記載の方法。
  27. 【請求項２７】前記過媒体が比較的粗いメッシュの内
    側層と比較的細かい外側層を有するものである特許請求
    の範囲第20項記載の方法。
  28. 【請求項２８】前記過媒体が比較的粗いメッシュの内
    側層と比較的細かい外側層を有するものである特許請求
    の範囲第21項記載の方法。
  29. 【請求項２９】前記過媒体が比較的粗いメッシュの内
    側層と比較的細かい外側層を有するものである特許請求
    の範囲第22項記載の方法。
  30. 【請求項３０】前記過媒体が比較的粗いメッシュの内
    側層と比較的細かい外側層を有するものである特許請求
    の範囲第23項記載の方法。
  31. 【請求項３１】前記過媒体が比較的粗いメッシュの内
    側層と比較的細かい外側層を有するものである特許請求
    の範囲第24項記載の方法。
  32. 【請求項３２】流体から不純物として水を除去する特許
    請求の範囲第20,23,26又は29項記載の方法。
  33. 【請求項３３】ガス体の流体から不純物として液体を除
    去する特許請求の範囲第21,24,27又は30項記載の方法。
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