JPS5959233A - 菌体ろ過用セラミツク中空糸体 - 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】 本発明は菌体ろ適用中空糸体１％にアルミナ、炭化珪素
、珪石、ムライトの粒子を主原料とした多孔質セラミッ
ク中壁糸体に関する。

近年菌類の存在は人類に多太な影＊＊与えている。即ち
、著しく進歩している発酵分野をはじめとする菌体利用
技術の展開に見られる様に菌類の有効利用σ〕可能性は
犬なるものがある一方で、菌類が至る所に存在するが為
に生じる不都合な分野も年々拡大している。

そこで、最近特に菌体ろ過技術の一層の向上が望まｎる
ようになって来た。

従来の菌体ろ過技術においては、たとえばフィルターエ
レメントとしてＰ紙及び不織布が用いられているが、そ
の多くは蛇腹に折り曲げた紙又は不織布の上に無機質材
料の微粉をコーティングしている。紙フィルター及び大
力の不織布の場合は熱に弱いこと、従って滅菌条件であ
る１２０℃、１５分間の条件に耐えられないこと、さら
に有機溶媒等に弱いことが欠点であり、一般的には目詰
りＫよる寿命とあわせて約２ケ月位の短期間の使用で使
い捨てされるのが現状である。

また、高性能プラスチック膜によるメンブランフィルタ
−として各種の中？４が実用化さｎている。これらのプ
ラスチック膜は均一な径の微細孔を有する膜を容易に作
る事が出来るのでその利用は広範に及んでいるが、最大
の弱点は材質の関係上、前記紙及び不織布と同じで熱に
弱いことであり、従って前記で示しｆこ滅菌条件に耐え
られないものが殆どである。その為に滅菌法とし２てエ
チレンオキサイドガス等による特殊な方法を採用せざる
を得ない。更に、これらのプラスチック膜は化学的安定
性が低く、特に有機温媒て弱く加えてアルカリ雰囲気、
酸性雰囲気の使用にも多くの問題がある。最近ではこれ
らの欠点を克服するために四弗化エチレン樹脂を用いた
フィルターが開発されているが、水に対するぬれ性が低
いのでろ過抵抗が大きく、また高価である。

更に、焼結金亭によるろ週休の利用も考えられるが、粒
子が球形状となるためろ過性能が十分とはいえず、菌体
のろ適用としては満足すべきものではない。

一方、古くρ・ら菌体ろ過フィルターとじて珪藻土質の
焼結体が用いられ、近年種々の改良が加えられ良質なも
のが市販されている。

ところで、珪藻土質フィルターは天然原料を主原料とし
てそれに種々の添加剤が適宜加えられているが焼結の基
本は多孔性原料粉体の自己焼結であり、高強度は望みに
くい。すなわち、粉体粒子自体の強度が弱いことに加え
て主原料の珪藻土は天然鉱物であるが故に５ｉ０２　ｔ
は６０〜９３チ位と極端な差があり、５４Ｑ２量の含有
量の変動と残りのアルカリ金属系酸化物及びアルカリ土
類金属系酸化物の成分の組成の変動による焼結後強度へ
の影響が太きい。さらに自己焼結方式による焼結多孔体
は結合部のお互いの接触によるぬれ性の増大に限界があ
り強度の向上に難点がある。従って、このフィルターは
ろ過方向に対して厚みを薄くすることが難しく、そのた
め、同一圧力、同一細孔直径における単位面積当りの処
理蓄が少なく、通水抵抗が極めて太きい。

そｌ−て、現在気孔率５０係に近い細菌ろ適用珪藻土質
フィルターが実用に供せられているが、これらは肉厚１
７ｍ前後、外径７５〜８５咽の円筒であり、これ以上コ
ンパクト化、軽量化出来ない。また、このフィルターは
細孔直径分布が広いため、主として吸着効果を利用する
デプスフィルターとして作用し、スクリーンフィルター
とはなり得ない。

また、セラミックフィルターとして素焼タイプのものが
あるか、これは気孔率が１５〜３０％と低いので通水抵
抗が太ぎく菌体ろ過フィルターとして満足すべきもので
はない。

本発明は菌体のろ過分野における上記１ｌ１７）如き従
来品の欠点を克１１［ｔ、、耐久性、耐熱性及び耐化学
的安定性が良好で、通水抵抗が低く、且つ目的とする細
菌を完全に除去し得ろ如くろ過分離性能の向上したろ週
休を低コストにて提供する゛ことを目的とするものであ
る。

即ち、本発明によれば、多面体粒子形状を有するアルミ
ナ、炭化珪素、ムライト及び珪石のうちの１種又は２種
以上を骨材とし無機質結合剤を用いて焼結してなる肉厚
０．３〜２咽の中孕糸形状を有する焼結体であって、該
焼結体は気孔率が４０〜５０チであり、平均細孔直径が
目的菌体の最小部位の長さの２倍以下であり、且つ平均
細孔直径の２倍長以内に含まれる細孔直径分布率の累計
が９０％以上であることを特徴とする、菌体ろ適用セラ
ミック中空糸体が提供さハろ。

本発明は最近の微粉体製造技術と分級技術の進歩にもと
づくものであり、従来アルミナ員等のろ過フィルターが
広範に用いられなかった分野、すなわち菌体ろ過に新た
に用途を開くものである。本発明によるセラミック質中
空糸体は家庭及び業務用の浄水器、排水再利用装置、ボ
イラー用水のろ過装置、酒類製造工程におけろ除菌装置
、超純水製造装置、有機浴剤の再利用装置、人工臓器の
付属装置、メンプランリアクターへの応用、緊急災害用
浄水器、研究試験室等の細菌除去の為のろ過、と広く利
用出来、菌体の分離技術に多大に貢献することができる
。

本発明においてはろ過の目的菌体としては通常の細菌、
即ち最小部位の長さが０．２〜５μ程度のものを想定１
２ている。

本発明（／Ｃおいては焼結骨材とり、てアルミナ、炭化
珪素、ムライト及び珪石が用いられるが、特にその粒子
形状が多面体のものが用いられろ。これにより粒子同士
の隣り合せによる良好なくびれ空洞が形成さＴＬ、ろ過
性能が向上する。

本発明焼結体は肉厚０．３〜２ｍ、外径好ましくは２〜
１０ｍｍの中空糸形状であり、これによりセラミック体
の強度、ろ過性能が維持され、装置の小型化が実現でき
る。フィルター強度に関しては、例えば中空糸体の折り
曲げではアルミナ質のものが４２０　Ｋ９／ｉ、炭化珪
素質のものが３１０　ｈ／　ｃｒｌ、珪石とムライトの
比率ｌ：ｌのものが３５０　Ｋｇ／　ｃｒｒｌの強度で
あり、極めて強い。これらはいづれも気孔率４５％前後
、平均細孔直径２μ前後の供試体である。

本発明焼結体の気孔率（ＪＩＳ　　Ｒ ２２０５見掛気孔率の測定方法に準拠）は粒度によって
多少異なるが４０〜５０係の範囲内である。５０チを超
えろものは粒子間隙制御に難度を生じ、細孔直径分布が
広くなり、場合によってはデグスフィルターとしての性
能を有することは出来ろが、菌の透過現象を起す小も考
えろｎ、本発明で目的としているスクリーンフィルター
としての特性を有しない。更に強度が低下するという不
利もある。

又、気孔率が４０％未満のものは強度の向上等では有利
であるが圧力損失が犬となり、実用プラントとして効率
面で好ましくない。

更に、本発明焼結体の細孔直径（水銀圧入法ｆよる測定
）は目的菌体の太ぎさとの関係において上記の如き％、
徴的な特性を有する。

これは以下の如き実験により確立されたものである。即
ち、球菌としてぶどう状球菌を、傑菌として大腸菌を、
また０、５μ雑菌群を用いてろ漫実験が行われた。ろ過
菌体σ）有無の判定はろ過液を培地で培養して行われた
。ここで、０．５μ雑菌群１２．（１００個／ＣＣを含
む水のろ過実験結果につき説明する。肉厚０．３間、外
径１　（１顎の中空糸体において、ろ過圧力０．１〜０
．５　Ｋｑ　／　ｒｄでは該中空糸体の乎均細孔丙径１
．５μ（即ち、菌体の最小部位の長さ０．５μの３借）
の」場合〔第１図のｂ参照〕は菌体の通過が認めろ１ｔ
なかったが、ろ過圧力を衝撃的に１〜２にり／ｄと１″
ろとかなりの菌体が１…過１−た。また、中空糸体の平
均細孔直径１μ（即ち、菌体の最小部位の長さ０．５／
ｌの２倍）で且つ該平均細孔直径の２倍長以内に含まれ
ろ細孔直径分布率の累計が９（）係以上の場合〔第１図
のａ参照〕はろ過圧力を衝撃的に１〜２にｑ　／　ａｄ
としても菌体は全（通過しないことが判明した。ところ
が、中空糸体の平均細孔直径が１μであっても該平均細
孔直径の２倍長以内に含ま才′シる細孔直径分布率の累
計が９０チ未満の場合〔第１図のｄ参照」には２　Ｒ９
／　ａＡの圧力で半数以上の菌体が通過し１こ。更に、
中空糸体の平均細孔直径（）、５μ（即ち、菌体の最小
部位の長さ０．５μと同一）で該平均細孔直径の２倍長
以内に含まれる細孔直径分布率の累計が９０チ以上の場
合〔第１図のＣ参照〕は菌体はて亡く通過しないことが
判明した。他の菌体として大腸歯（最小部位の長さ２〜
３μ）を用いて、平均細孔直径２．１ｐ、什１孔直径４
μ迄の細孔直径分布率の累計が９０％以上の中空糸体（
肉厚１箇、外径３　ｍｙｎ　）に２，０００１固／ｃｃ
　、　　２　Ｋｇ　／　ｃｒＡの圧力で流したが通過菌
体は全く認められなかった。

本発明中を糸体はアルミナ質、炭化珪素質、珪石、ムラ
イトの微粉砕物を製造し、水ひ分級等で目的菌体の最小
部位の長さの２倍以ド好ましくは同一程度の平均細孔直
径を有する多孔質焼結体が得られる骨材径を適宜選定し
、結合剤として粘土質、石粉と媒溶原料（珪酸ソーダ、
カレント、カルシウム塩、マグネ７ウム塩）を添〃口し
、有機糊料（でん粉等）を加えて混線物を作り、土練押
出機でマカロニ状の中空糸体を成形し、乾燥（４０〜Ｓ
　ＯＣ）後、焼成（９００〜１３００℃）して作らゎる
。

以下に本発明の実施例を示す。

実施例 粉砕抜水ひ分級した平均粒子径７μのムライト及び珪石
をｌ；ｌに混合する。その混合物１００１量部に対し、
下記成分からなる結合剤を粒子径３μ以−トに微粉化し
たもの１８重量部及び水７０車量部を加えて湿式混合す
る。

（結合剤） カレント （ンータ、石灰系ガラス）　５２部（加１ベントナイト
　　　　　　　　　　４０１炭酸リチウム　　　　　　
　　　６Ｉ テトラホウ酸ナトリウム　　　５．４＃炭酸力リウム２
５％水浴故　２１．６１それな噴霧乾燥し、この乾燥粉
体１００ム量部に対してポリビニールアルコール液（２
５℃粘度６　ｆｌ、ＣＩ　Ｏ（ｌ　ＣＰ　５ｉｃｋ整し
ｆｃ　ｊｓの）１４皿斌部加えてニーダ−で練り上げ札
このようにして作られた混練物を真空押出機で真望度６
００酬Ｈ２でマカロニ状に押出す。

６０℃で乾脈後、１００℃／’ｈｒ　　昇混迷度で温度
ケ上件、９６ＵＣに達した後４時間焼成してセラミック
中空糸体を得た。

同様にして、骨材のａｉ類を変えて耕似の条件にて柚々
の寸法のセラミック中空糸体を製造した。

これらの中空糸体につぎ強度、ろ過性能等の特性ケ調べ
１こ。その結果を下記の表に下す。

尚、比較のために従来の珪藻土質フィルターについても
調べた。ここ−Ｃ１曲げ甑さの測定には３点式抗折力試
験機を用い、サンプルサイズは角型として５０Ｘｌ（Ｊ
ＸＩＯｍｙｎとしら流量測定において、比較供試体とし
て使米品は珪凍土買フィルター円筒で外注７５叫、肉厚
１７ｍｍ品を用いた。これは肉厚を薄くするため外径４
９胴、内径４１陥、肉厚４咽に削り出してテストして見
たが外１則かｂ水圧２に９／　ｒｌｌ　？かけると破損
するため、やむを得ず肉厚１７ｍｍそのままでテストし
たものである。

本発明のサンプルサイズは外ｒ予３ｍｉ、１０ｍｍ、内
径１ｍｍ、８τ、長さ１０（１０＋＋ｎｎの中空糸体と
して供し１こ。尚、上記珪藻土質フィルターと同じ寸法
のアルミナ質フィルターも作成し７て比較に供し、゛た
。

こオｔらの結果から従来品の珪藻土質ろ退部タイプ（屋
９）が４−発明品（屋１〜７）に比べ極めてａ　、ｋｌ
ｋが少いことが判る。又、炭化珪素質タイグ（屋４）は
同等の平均細孔直径ケ有する他のものより（４１，５，
６）より流量が低いかこれは炭化性系目体の親水時１生
（ぬれ性が悪い）が彰響しているものと思われる。Ａ；
、　Ｊ　、　Ａ　２７１１’ら分るように同等の気孔率
に対しては平均細孔直径が大きい方が流電が多い。吏Ｖ
こ、ノにｌ及び３の比較により外径による流量の差は認
められ１よい。まプこ２．ｕｉｖ９／ｄの圧力で厚−１
Ａを変化させた所で比較−「るとＡｌ、＆８で示される
如く厚みの彰響は大きく、中仝糸体が肉薄Ｖこなれば極
めて有利である。

本発明品について菌体ろ過テストを行つ島ろ週体ゲ］　
２０　Ｃ，１，５気圧、１５分間の条件で滅菌し、２　
ｋｇ／　ｃａの圧力で大腸菌の閑捧透過の有無について
確認テストｒ行１工った。

確認方法は用地による培養方法を採用した。

その結果、菌体の通過は皆無であった。

不党明セフミック中仝糸坏は菌体？完全にシャットアウ
トするスクリーンフィルターとしての機能を有するもの
であるので、ろ過される重体は中壁糸体壁面に付着する
のみであり、目詰り再生時におい−Ｃはスポンジ又は曲
等で簡単に拭い取ることカーできる。文、万一細孔直径
より小さな菌体が中仝糸体内部まで入り込んでも、逆洗
により容易に再生して性能化復活さぞることができな。

以上のｉＪＤき本発明中空糸体の使用に由っては連列に
多数配置し定モジュール？形成するのが好ましい。こｔ
Ｌｖｃよりろ過面檀を積大させることかで７！る。その
具体例を以下に示す。

モジュール本体容積　１００ｍｎφＸ３０．０璽　Ｌ ■　平均細孔直径１．ｈμの中空糸体２３２本中仝糸体
サイズ　外径４問、内径２咽、長さ３００間 ろ過能力　４．０９　”／　ｔ　／　Ｈ（１２，５ｍｌ
／　ｍ−祠　） ろ過圧力　２　Ｋｇ　／　ｃｄｌ 口ＪＱ　ｔ＆　　　）　ＩＪクロールエチレン■　平均
細孔直径２．１μの中′７と糸体５８本中空糸体サイズ
　外径１０ｍｍ、内径８晒、長さ３００箇 ノ）　　ｊ７ｆｉ　能　力　　　　７．Ｕ　　　ｌ　　
　４　　／＝／Ｈ（２１，４ｍ／”・Ｃａ　） ろ過圧力　２Ｋｑ／ｃａ ろ、礪欣　　水 ■　平均細孔直径３　、０μの中空糸体５８本９生糸体
サイズ　外径１（Ｊ＋ｍｎ、内径８「、長さ３００ｎ聞 ろ過能力　１４，３００　ｔ／Ｈ ろ過圧力　２　ｈ　／　ｃａ ろ過故　　ビール

【図面の簡単な説明】

第１図は焼、筒体の細孔直径分布率のグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多面体粒子形状を有するアルミナ、炭化珪素、ムライト
   及び珪石のうちの１種又は２種以上を骨材とし無機質結
   合剤を用いて焼結して１よる肉厚０．３〜２咽の中空糸
   形状を有する焼結体であって、該焼結体は気孔率が４０
   〜５０係であり、平均細孔直径が目的菌体の最小部位の
   長さの２倍以下であり、且つ平均細孔直径の２倍長以内
   に含まれろ細孔直径分布率の累計が９０％以上であるこ
   とを特徴とする、菌体ろ適用セラミック中仝糸体。