JPS59206059A - 微粒子の洗浄方法及び装置 - 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】 本発明は膜を利用した微細な固体粒子の洗浄方法および
装置に関するものである、。

従来より粒径０．０１〜１０μの微粒子、例えばカーボ
ン煤、およびカーボンブラックが書道用の優の原料とし
て、さら（ζシリカ、アルミナ等の酸化物エアロゾル等
が製紙、医薬等の分野に広く利用されている。かかる微
粒子は物理・化学反応性、磁気・光学・電子特性など特
異な物性を有しており、最近エレクトロニクス、触媒化
学、医療など幅広い工業分野への応用検討が進められて
いる。

しかしながらこれらの微粒子を製造する際に、該微粒子
中への無機塩類やＭ金属などの不純物の記入を避けるこ
とは困難である。特に大きな塊を物理的に粉砕する方法
は不純物が大量に混入する。

そのためこれら不純物を除去することは高純度の微粒子
を提供するために重要である１つかかる微粒子に混入し
た不純物が非水溶性の賜金には、微粒子を酸才たはアル
カリ液で洗浄した後、微粒子に付着した酸またはアルカ
リを水で除去することが、−力水溶性の不純物の場合に
は微粒子を水で洗浄することが行われる。上記微粒子に
付着した酸またはアルカリの除去、あるいは水での洗浄
は通常吸引濾過や遠心分離により行われている。しかし
遠心分離は設備費が大であり、才だ設備材質から鉄等に
よる２次汚染の防止が困難であるため高純度の微粒子を
要求される分野での工業的規模の実施はなされていない
。また吸引濾過は炉室ケークの再分散−再炉別の操作を
繰返すため大量処理が困難であるとともに、時間がかか
り、かつ粒子の粒径が小さくなると濾過速度が極端ζζ
低下するという問題があった。さらに粒径が１μ以下の
超微細な微粒子はｐ紙で捕捉することが出来ないため実
質上洗浄不能であった。

本発明者らは従来の微粒子の洗浄法の問題点を解消した
短時間で大量の微粒子を効率よく洗浄することのできる
洗浄技術を提供するため、近年各種のプロセス処理に採
用されつつある微粒子を含む液を膜を内蔵した膜モジュ
ールに供給して膜の孔径より小さい成分や、膜の孔径と
ほぼ同じか、才たは少し大きい径をもつが変形しゃすい
成分を膜外に濾過して微粒子を分離する技術に着目し、
該分離膜に従来不可能とされていた高濃度に微粒子を含
有する懸濁液（以下スラリーという）を循環供給したと
ころ、層外（ども特定の範囲の膜面線速では膜の目語り
がなく、液体のみを濾過することが可能であることを見
い出し、さらをζ鋭意検射した結果本発明に到達したも
のである。

すなわち本発明方法は粒径０．０１〜１０μの洗浄すべ
き微粒子をｏ、ｉ〜２５％含有する懸濁液を、洗浄すべ
き微粒子よりも小さい孔径を有する膜を内蔵した膜モジ
ュールへ該膜モジュールから排出される：ｆｉ欣と実質
的に等量の洗浄液を補給しつつ膜面線速０．５〜４ｍ／
９で循環供給することを特徴とする微粒子の洗浄方法で
ある。

さらに本発明装置は粒径０，０１〜１０μの洗浄すべき
微粒子を０．１〜２５％含有するＳ濁液を収容する貯蔵
槽と、洗浄すべき微粒子まりも小さい孔径を有する膜を
内蔵した膜モジュールと、該膜モジュールと貯蔵槽を連
結する循環回路と、膜モジュールのろ液出口に接続され
たろ液排出管と、貯蔵槽へ洗浄液を供給する洗浄液供給
管およびろ液排出管から排出されるろ液量を検出して、
該ろ液量と実質的に等量の洗浄液を貯蔵槽へ供給する手
段を具備したことを特徴とする微粒子の洗浄装置である
。

本発明の新規な着想は膜モジュールから濾過されるろ液
と実質的に等量の洗浄液をスラリーに補給して膜モジュ
ールへ供給されるスラリー濃度を常に一定に保つことに
ある。かかる特徴により酸またはアルカリ、もしくは水
溶性不純物を液体成分とともに膜外に除去することが可
能となったのである。

次に本発明装置の一実施例を図面にて説明する。

第１図は本発明装置のフローシートであり、該装置はス
ラリーを収容する貯蔵槽１、膜を内蔵した膜モジュール
２、膜モジュールと貯蔵槽を連結すル循環回路３、膜モ
ジュールの炉液出口に接続されたろ液排出管４、貯蔵槽
への洗浄液供給管５およびろ液量と等量の洗浄液を供給
する手段で構成されている。

貯蔵槽１は粒径１１．０１〜１０μの洗浄すべき固体粒
子を０．１〜２５％含有するスラリー６を収容している
。該貯蔵槽には循環液出口に循環液返液口及び洗浄液入
口が取着されている。該循環液返液口及び洗浄液入口の
開口端は液の飛散を防止するため貯蔵槽内部に挿入され
ている。

膜モジュール２は中空糸膜を用いた中空糸型、パイプ状
の多孔質支持体の内面にチューブ状の膜を収容したチュ
ーブラ−型、平板膜を平板状多孔質支持体上に収容した
プレート型などを用いることができる。中でも中空糸型
は単位容積当りの有効膜面積が大きくとれるので好まし
いものである。

かかる膜モジュールに収容する分離膜としてはセルロー
スアセテート、ポリアクリロニトリル及びその共重合体
、ポリビニルアルコール架橋物、エチレン−ポリビニル
アルコール、ポリ塩化ビニル、ポリ膨化ビニリデン、ボ
リアリレート及びポリスルホン等からなる膜が適用出来
るが、種々のプロセス液に適用出来る耐薬品性及びｍ細
粒子の膜面擦過ｌζ耐える機械的強度の点からポリスル
ホンが好ましい。

上記分離膜は均質多孔質構造でも、スラリーが接触する
膜表面１このみ多孔層を有する不均質構造でもよいが微
粒子の膜面捕捉を防ぐためにも膜面の孔径が？ａｍ粒子
径よりも小さいことが必要である。かかる孔径は通常０
．０５μ以下、好ましくは０．０１μ以下が望ましい。

０．０５μ以上では膜孔内に微細粒子が詰ってしまい経
時的に濾過速度が低下する危険が大きい。

上記分離膜は公知の方法で膜モジユール内に収容される
。かかる膜モジュールは中空糸膜内側にスラリーを加圧
循環し、外側に微粒子を除去したろ液を取り出す、内圧
循環濾過方式が用いられる。

中空糸膜外側を加圧循環する外圧循環−過方式ではチャ
ネリング等の問題から膜面線速を均一に保つことが難か
しく微粒子の膜面＋１看等のトラブルが発生し、安定に
濾過することが難かしい。

上記モジュール内に収容する中空糸膜は通常内径５００
〜２５００μ、好ましくは８００〜２０００μの中空糸
膜である。内径が５００μ以下では高濃度のスラリー液
を中空糸の内側に供給すると固形物が詰る可能性があり
、また内径が２５００μ以上では、固体微粒子の脱血沈
着を防ぐために大流量で循環する必要がありエネルキー
的に得策ではない。

膜モジュール２と貯蔵槽１は循環回路３で連結されてい
る。該循環回路にはスラリーを膜モジュールへ供給する
ためのポンプ７が設けられている。

スラリーは膜モジュールに収容した膜の表面を膜面速度
０．５〜４　ｍ／９で通過するよう送液される。

上記スラリーの流量はポンプの吐出側に設けたバルブの
開閉により制御することができる。膜面速度が０．５ｍ
７９以下では膜の内部に微粒子が詰って安定に洗浄を行
うことができない。また４　ｍ７３以上では循環による
圧力損失が大きくなりすぎ実用的でない。

ｐ液量と等量の洗浄液を貯蔵槽に供給する手段は貯蔵槽
のスラリー液面が常時一定とするための手段で液面検出
器９と該検出器から洗浄液供給管に取着したバルブ８に
バルブ開閉信号を送出する制御回路１０からなり、液面
が低下するとバルブが開いて洗浄液を貯蔵槽へ供給する
よう構成している。微細粒子の洗浄の終了は、予め実験
により設定した時間管理方法、あるいはＰ液排出管から
排出されるｆ液の性状、例えば電導度、またはｐＨなど
を測定して、該電導度またはｐＨが貯蔵槽へ供給される
洗浄液の電尋度またはｐＨと略同−となったときに洗浄
終了とする炉液管理方法とすることができる。

以上のように本発明は微粒子の洗浄を容易な操作で行う
ことができ、かつ洗浄された微粒子にはほとんど傷がつ
かないため、各種の工業用あるいは医療用に広く利用で
きるものである。

実施例−１ 粒度分布０．２〜１０μのＳ　ｉＵ２微粉末でスラリー
濃度１２．５％の水性スラリー２　ｋＱを調整した。こ
のスラリー中には微粉末作製時に混入した金属イオン等
の水溶性不純物が共存していた。分画粒子径ｏ、ｏｏａ
μ、内径１．２閣のポリスルホン中空糸膜を用いて膜有
効長１ｒｒＬ、有効膜面積０．１５ｄのラボモジュール
を作成し＠１図に示す装置を用いて上記調整スラリー液
の濾過洗浄を行なった。洗浄状態の確認はｐ液の電導度
を連続的に測定することによって行ない、系に加える洗
浄用蒸留水の電導度と同一になった時点で洗浄終了とし
た。循環線速’　−／ｓｅｅ、　濾過圧１．　ｓ　ｋｙ
７．Ｈの濾過条件で洗浄を行なった結果、ろ液量６２β
、濾過洗浄時間６時間で洗浄することが出来た。洗浄終
了後のスラリー中の微細粒子の粒度分布を調べた所洗浄
前と全く変らず同一組成の微細粉末として洗浄出来たこ
とが確認出来た。

比較例−１ 実施例−１と同じスラリー液を東洋濾紙社製Ｎｏ、５Ａ
ｉ紙を使用してヌツチェ濾過餐こより洗浄を行った。こ
の方法は濾過速度が遅く、濾過洗浄操作１回当り４時間
以上必要であり、また炉室ケークのコンパクションのた
め３回毎にケークを取り出し再分散させる必要があった
。そのうえ完全に洗浄するｔコめには１９回の濾過操作
が必要であり、洗浄開始から終了迄に２週間を要した。

この洗浄中に得られるｐ液は白濁しており、洗浄終了後
微粉末の粒度分布を副べた所１μ以下の粒子分布が減少
気味であり特ｌζ０．５μ以下の粒子はかなり減少して
いた。

比較例−２ 分画粒子径０．０４５μ、内径４００μ、外径Ｂｏ。

μの外圧濾過用中空糸膜を用いて片端部フリー、有効長
１ＴｒＬ、有効膜面積０．４イの外圧濾過用モジュール
を作成した。実施例−１と同じＳ！０２Ｗｉ粉末でスラ
リー一度２％の液を作り濾過圧０．５　ｋＱ／（、ｄ。

循環線速１　ｍ／５（３Ｑで外圧循環方式による定容濾
過を行なった所初期は順調に濾過洗浄が行なえたが、３
０分後には濾過量が激減した。モジュールを解体して調
べた所中空糸膜束の内部の中空糸間にケークが旬着して
固まった状Ｍｌζなっていた。

実施例−２ 実施例−１と同じスラリー液を使用し実施例−１と同様
の装置、膜モジュールを使用して濾過圧１、　ｓ　ｋｇ
／Ｃｒｌで循環線速を２５ｃｍ／ｓｅｃから４７１７．
ｙ８ｃｃ、。

で変化させて力う過洗浄を行なった。

各循環線速での濾過速度を表に示す。

表−１ 実施例−３ 実施例−１で使用したものと同一の５ｉｎ２　微粉末２
５０ｇを使って濃度０５重−１％がら５２重量％の水分
散スラリー液を調整した。実施例−１で使用したものと
同一仕様のポリスルホン中空糸膜モジュールを用い、実
施例−１と同一条件でＰ′Ｊ１ｍ洗浄を行なった結果を
表−２に示す。

表に示す様に２％以下では洗浄時間が長時間必要であり
、また洗浄水も大量に必要とする。才た２５％以上では
スラリー固形分の中空糸内部への詰りか発生する危険が
ある。

実施例−４ 粒度分布０，０２〜１．５μの８ｉ０□超微細粒子から
なる濃度１０％の水性スラリー２　ｋＱを調整した。

実施例−１で使用したものと同一仕様の装置ｄ及び中空
糸膜モジュールを使用して定容濾過洗浄を行なった。循
環線速１７７Ｌ／ｓｅｅ、濾過圧１．５に−の濾過条件
で洗浄を行なった結果、ろ液量４５４沖過洗浄時間８．
５時間と短時間で完全に洗浄することが出来た。洗浄終
了後のスラリー中の微細粒子の粒度分布を調べた所洗浄
ｎｕと全く変らず、同一組成の微細粉末として洗浄出来
たことが確認出来ｔコ。

比較例−４ 実施例−４で使用したスラリーを東洋濾紙製Ｎｏ、５　
Ａ沖紙を便ってヌッチェー過を行なった所、大部分の畝
粒子は炉液中に流出してし才い、洗浄操作を行なうこと
は出来なかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一例を示す概略図である。 １・・・曲・・貯Ｍ　槽　　　　２・・・曲・・膜モジ
ュール３・・・・・・・・・循環回路　　　４・・・・
・曲沖液排出管５・・・・・・・・・洗浄液供給管　６
・・・・・・・・・スラリー特許出願人　株式会社　ス
ラリ 代理人弁理士本多　堅

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粒径０．０１〜１０μの洗浄すべき微粒子を０．１
   〜２５％含有する懸濁液を、洗浄すべき微粒子よりも小
   さい孔径を有する膜を内蔵した膜モジュールへ、該膜モ
   ジュールから排出される炉液と実質的に等量の洗浄液を
   補給しつつ膜面線速０．５〜４　？７Ｌ／３で循環供給
   することを特徴とする微細粒子の洗浄方法。 ２　粒径ｕ、ｏｉ〜１０μの洗浄すべき微粒子を０．１
   〜２５％含有する懸濁液を収容する貯蔵槽と、洗浄すべ
   き固体粒子よりも小さい孔径を有する膜を内蔵した膜モ
   ジュールと、該膜モジュールと貯蔵槽を連結する循環回
   路と、膜モジュールのｐ液出口に接続されたｐ液排出管
   と、貯蔵槽へ洗浄液を供給する洗即液伊給管および加数
   排出管から排出されるｒ液量を検出して、該炉液量と実
   質的に等量の洗浄液を貯蔵槽へ供給する手段を具備した
   ことを特徴とする微粒子の洗浄装置。