JPS63283702A - セラミックフィルタ−及びその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は発電所等の給水中に含まれる懸濁粒子の濾過に
使用されるセラミックフィルターに関するもので、特に
酸化鉄を主成分とした腐食生成物が容易に逆洗除去でき
るセラミックフィルター及びその製造方法に関するもの
である。

（従来の技術） 近年、大型の火力発電所等では、ボイラ給水の水質は、
発電の出力を決める重要な位置にあり。

Ｉ常に高純度のものが要求されつつある。特に、ボイラ
・タービンを停止状態から再起釣させる場合、急激な流
量変効や温度変化など、によって、系統内に蓄績されて
いた酸化鉄を主成分とする腐食生成物、いわゆるクラッ
トが剥離して給水中に懸濁するので、このような場合に
は水質の低下による発電出力への影響が顕著にあられれ
る。そこで、給水時の水の純度を高めるために、クラッ
ドを除去することが必要とされている。

ところで、一般に濾過分離を行う方法としては、フィル
ターの前後に圧力差を設けそこに懸濁溶液を通過せしめ
、フィルターの目開きに対して、大きい粒子をフィルタ
ー表面に堆植し分離する方法が知られている。この方法
を採用した場合、フィルター上に粒子、すなわち濾滓（
ケーキ）が多く堆植すると、この粒子の除去効率は向上
するがフィルタ′−の前後て圧力損失が大きくなり、溶
液の処理能力が低下するという欠点を有しており、ケー
キを定期的あるいは連続的に除去することが必要であっ
た。

一般に溶液の処理能力を上げようとするには濾過圧力を
大きくすれば良いが、その場合、フィルターには圧縮強
度が大きなものが必要となり、バックアップを設けたセ
ラミックフィルターが使用される。

しかしながら、フィルターによる濾過分離では濾過圧力
を高くするとケーキがフィルターに強く付着したり気孔
内に侵入するため、これを完全に除去して再生すること
が困難てあり、特にこの傾向は鉄や銅を成分とする腐食
生成物や高分子の有機物質を多く含む場合に顕著である
。

この結果、フィルターはその表面に付着したケーキによ
り当初の漉過、処理能力がなくなり。

効率よく濾過分離を行うことができない、このようにな
った場合には、フィルターを未使用のものと取り換える
か、逆洗、超音波洗浄あるいはフィルターが耐熱性を有
する場合には熱処理によって目詰まりを生じたケーキを
除去する方法がとられている。これらのケーキの除去方
法の内、逆洗による方法が最も構造がシンプルで経済的
でもある方法である。

ところが、この逆洗によるフィルターの洗浄方法は、当
該フィルター表面のケーキの付着が弱い場合にしか適用
することができないものである。

これに対して、上記の発電所等で用いられる給。

復氷用の木に含まれているケーキとなる腐食生成物等の
懸濁粒子は粒子が小さいこと等もあって、通′常フィル
ター表面に強固に付着しているものであり、これらをフ
ィルターを使用して濾過し、使用後のフィルターな逆洗
によって目詰まりを除去しようとする場合に弊常に困難
なことになっている。

本発明の発明者等は、水の清澄濾過に使用されるフィル
ターの上記のような実状に鑑み、その再生処理を容易に
行なうことのてきるフィルターを完成すべく鋭意研究し
、セラミックの組織構造を検討した結果、フィルターの
表面構造がケーキの付着性に大きく加与していることを
新規に知見し１本発明を完成したのである。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は従来のフィルターの欠点であるケーキの除去、
すなわち再生の困難性であり、非効率的な濾過能力を克
服するものである。

すなわち１本発明の目的とするところは、付着したケー
キの除去が容易で、しかもケーキの残留付着が極めて少
なく、高効率のフィルター特性が長期に恒って安定であ
って、高強度を有するセラミックフィルター及びその製
造方法を提供することである。

（問題を解決するための手段〕 上記のような問題点を解決するために、本発明の採った
手段は、まず。

［セラミック多孔質体からなるフィルターにおいて、該
セラミック多孔質体の少なくとも表面の一部にフッ素樹
脂からなるコ−ティング層が形成されてなることを特徴
とするセラミックフィルター」 である。

すなわち、本発明に係るフィルターは、セラミック多孔
質体を基材とするものであり、このセラミック多孔質体
の平均気孔径が０．１〜１０ＩＬｍであることが必要で
ある。その理由は、セラミック多孔質体の平均気孔径が
０．Ｉ　ＩＬｍよりも小さいとケーキの付着は少ないが
高い濾過圧力が必要とされるからである。なお、ここで
いう平均気孔径とは、バブルポイント法によって測定さ
れる気孔径を言う、一方、セラミック多孔質体の平均気
孔径が１０μｍよりも大きいと、ケーキが濾過圧力によ
ってフィルター内部に侵入し、剥離除去が困難となるば
かりか、ケーキがフィルターの気孔内部に残留し、目詰
まりを起こしてフィルター特性が低下する傾向があるか
らである。

また、フィルターの平均気孔径を評価するにあたつては
、フィルター全体が０．１〜ＩＯｐｍのｌ１ｇ１ｔｌの
平均気孔径とな）ている必要はなく、少なくとも表面か
ら１ｍｓの深さまでの表面部のみの平均気孔径が０．１
〜ＩＯ＃Ｌｍてあれば良い、そして、フィルター内部は
平均気孔径と同じか、あるいはこれより大きな気孔径を
有する多層構造または連続的に変化する構造を持ったフ
ィルターであるとさらに好適である。

そして、フィルターの気孔率は３０〜６０容量％である
ことが必要である。その理由は、気孔率が３０容量％よ
りも小さいと、高い濾過圧力を必要とするためであり、
６０容量％よりも大きいと濾過圧力は少なくてすむが、
フィルターの機械的な強度が低下し、濾過液の処理能力
を上げようとすると破損する可能性があるためである。

なお、フィルターの曲げ強度としては、少なくとも１０
０ｋｇｆ／ｃゴ以上を有することが好ましい、また、本
発明に係るフィルターの而粗さはＲｗａｘ≦３００１Ｌ
ｍであることが好ましい、Ｒｓａｘが３００ｇｍよりも
大きいと、凹部にケーキがくい込み、逆洗時に部分的に
残留することがあるためである。なかでも、　Ｒｓａｘ
は１０μｍ以下であることがより好適な結果を与える。

なおここで言うＲｗａｘは、　ＪＩＳ　Ｂ　−０６０１
て規定される測定方法によるものであって、多孔質セラ
ミックスの気孔も含まれる。

そして、セラミック多孔質体は主として炭化珪素、アル
ミナ、シリカ、！化珪索のいずれか少なくともＩＪｌよ
りなることが好ましい、これらのセラミックスは、高硬
度、高剛性を有し、しかも熱伝導性に優れた材料てあり
、比較的強度の高い多孔質フィルターを形成することが
できる。中でも、炭化珪素は耐熱性が高いことから特に
好適である。

本発明に係るセラミックフィルターにあっては、以上の
ように形成したセラミック多孔質体の表面に、厚さが０
．１〜２ｇｍのフッ素樹脂からなるコーティング層を形
成する必要がある。その理由は、セラミック多孔質体そ
れ自体は極めて親木性に富むためケーキが付着し易い性
質を有してぃるが、フッ素樹脂からなるコーティング層
を形成することによって、このセラミックフィルターの
表面の性質を、セラミック多孔質体の高い親木性からフ
ッ素樹脂の高い疎水性に変化させる必要があるからであ
る。このフッ素樹脂からなるコーティング層は、セラミ
ックフィルターの表面より少なくとも１ｍｍより内部に
まで形成する必要はなく、当該セラミックフィルターの
少なくとも濾過すべき懸濁液の侵入側の表面にのみ形成
すれば充分である。

以上のような構造及び性質を有するセラミックフィルタ
ーを製造する本発明に係る方法は、次の通りである。す
なわち、 １次の工程からなるセラミックフィルターの製造方法。

■平均気孔径が０．１〜１０ｐｍ、気孔率が３０〜６０
容看％を有するセラミック多孔質体を製造する工程： ■このセラミック多孔質体の前記少なくとも片面の気孔
中に、水、パラフィン等の充填剤を含浸させる工程： ■これらの充填剤の内、セラミック多孔質体の前記少な
くとも片側の表面より上に位置するもののみを除去する
工程； ＠このセラミック多孔質体の前記少なくとも片側の表面
に、フッ素樹脂の分散液を塗布あるいは含浸する工程： ０このセラミ・ツク多孔質体から前記充填剤及びフッ素
樹脂の分散媒を除去させる工程：［株］前記フッ素樹脂
を、前記セラミック多孔質体に、２００〜４００℃の温
度で焼き付ける工程二〇上記■〜０の工程を複数回繰り
返す工程：である。

すなわち、この製造方法にあっては、まず少なくとも片
面表層部の平均気孔径が０．１〜ＩＯμｍ、気孔率が３
０〜６０容量％を有するセラミック多孔質体を製造する
ことが必要である。その理由は、製造されるべきセラミ
ックフィルターが長期の使用に耐え得る剛性を有する必
要があるからである。

次に、このセラミック多孔質体の少なくとも片面の気孔
中に、水、パラフィン等の充填剤を含浸させる必要があ
るのは、セラミック多孔質体の内部に後述のフッ素樹脂
が入り込まないようにする必要があ°るからである。そ
して、これらの充填剤の内、セラミック多孔質体の表面
に位置するもののみを除去するのである。

次に、このセラミック多孔質体の前記少なくとも片側の
表面に、フッ素樹脂の分散液を塗布する必要かある。そ
の理由は、親水性の高いセラミック多孔質体の表面を、
疎水性の高い表面に変える必要があるからである。この
場合使用されるフッ素樹脂の分散液としては、平均粒径
か０．０５〜２＃Ｌｍのフッ素樹脂が分散液に対して５
〜７０重量％分散した水性コロイド懸濁液が適している
。このフッ素樹脂の分散液を塗布あるいは含浸する方法
としては、従来使用されている一般的な浸漬方法を適用
することができるものである。その後に。

このセラミック多孔質体から充填剤及びフッ素樹脂の分
散媒を除去させることが必要である。その理由は、セラ
ミック多孔質体の表面の開口部を塞ぐことなく、該表面
のセラミック粒子の凹凸に追従するようにフッ素樹脂の
みからなるコーティング層を形成する必要があるからで
ある。この充填剤及びフッ素樹脂の分散媒を除去させる
方法としては、溶解あるいは蒸発等の方法を適用するこ
とができる。このようにしてセラミック多孔質体の表面
に残留させたフッ素樹脂を、２００〜４００℃の温度で
焼き付けることによりセラミック多孔質体の表面に固着
させるのである。

以上の工程（すなわち、■〜■の工程）をフィルターの
開口気孔径に合わせて複数回繰り返すことによって、セ
ラミック多孔質体の表面にフッ素樹脂のみからなる所望
の厚さのコーティング層を形成するのである。

次に１本発明に係るセラミックフィルターを。

その製造方法を交えながら実施例を用いて詳細に説明す
る。

（実施例） Ｌム１」 出発原料として使用した炭化珪素微粉末は、９５重量％
がβ型結晶よりなり、０．３９重量％の遊離炭素、　０
．１７重量％の酸素、　０．（１３重量％の鉄、０．０
３重量％のアルミニウムを主として含有し、　０．！８
Ｂ　ｍの平均粒径な有していた。

炭化珪素微粉末１００ｉ量部に対し、ポリビニルアルコ
ール５重量部、水３００重量部を配合し、ボールミル中
で５時間混合した後乾燥した。　この乾燥混合物を適量
採取し、顆粒化した後金属性押型な用いて３０００　ｋ
ｇ　／　ｃｒｎ’の圧力で成形した。

この生成形体の密度は２．０６　ｇ　／　ｃｒｆ、乾燥
重量は２１ｇてあった。

生成形体を外気を遮断することのできる黒鉛製ルツボに
装入し、タンマン型焼成炉を使用して１気圧のアルゴン
ガス雰囲気中で焼成した。

焼成は５℃／分で室温から１９５０℃まで昇温し、最高
温度１９００℃で４時間保持した。

得られた焼結体の重量は１９．６ｇであり、この多孔質
体の平均気孔径は０．５ｐｍであり、その気孔率は全容
積の５０％、曲げ強度は１５．７５ｋｇｆ／ｍｒｎ’と
高く、またこの多孔質体の通水特性を肉厚５■の試験片
を使用し、２０℃の木を２ｍ／ｈｒの流速で通過させて
測定したところ、その圧力損失は０．５ｋｇｆ　／ｃｒ
ｎ’であった。

この多孔質体を８００１のＧＣ砥粒で研削した後、測定
された表面の面粗度はＲｓａｘ　＝１０１Ｌｍてあった
。

次に、このセラミック多孔質体を、流動パラフィンに浸
漬した後、ウェスで該多孔質体の表面より上のパラフィ
ンを除去し、次いで表面に。

フッ素樹脂の分散液を塗布した。この場合使用したフッ
素樹脂の分散液としては、樹脂１００！ＩＬ量部に対し
て、約６重−８１部の鼻イオンまたは陰イオン活性剤で
安定化された平均粒径が０．１５μｍのフッ素樹脂が分
散液に対して、２０重重量分散した水性コロイド懸濁液
であった。その後に、このセラミック多孔質体から充填
剤及びフッ素樹脂の分散媒を加熱による蒸発によって除
去させた。このようにしてセラミック多孔質体の表面に
残留させたフッ素５ｌＷＩを、３５０℃の温度で約１５
分間焼き付けることによりセラミック多孔質体の表面に
平均厚さ０．１μｍのコーティング層を形成した。

以上のように製造した直径４０ｍ　ｍ、厚さ５ｍｍのセ
ラミックフィルターの前後に濾過圧力０．５ｋｇｆ／ｃ
ゴを加え、全懸濁液に１００１に対して０．１重量％固
形分濃度、懸濁粒子径０．２μｍ〜１Ｇ＃Ｌｍの鉄腐食
生成物を含む懸濁液を循環させながら通過せしめ、鉄腐
食生成物を除去したところ、初期の除去効率は９５重量
％であり、処理能力は０、５ｒｎ”　／　ｈｒｍ’　、
約１０時間後では９９．５＠１％であり、処理能力は０
．２ｒｎ’／ｈｒ・ゴを有していた。このフィルターに
は約３０ｍｍの圧縮されたケーキが付着しており、この
ケーキの大部分は手で容易にはがすことができ、残留し
ているケーキも逆洗によって極めて容易に除去できた。

そして、このセラミックフィルターを再度使用しても、
使用開始時と同じ特性で使用でき、このセラミックフィ
ルターの濾過能力を充分に回復することができた。

以上に示す如く、本発明に係るセラミックフィルターは
、微小粒子を含む懸濁液に対して優れた濾過能力と再生
能力を有しているものであることが確認された。

（実施例２） 実施例１と同様であるが、実施例１でプレス圧を３０ｋ
ｇｆ／ｍｍ″に、また焼成温度を２０００℃に変えて、
平均気孔径を３１Ｌｍ、気孔率を５０％および表面粗さ
Ｒ■ａｘをＳＯｐｍとし、フッ素樹脂からなるコーティ
ング層を平均厚さで約１＃Ｌｍ形成した。この場合のフ
ィルター特性は、初期の除去効率は９０重量％であり、
処理能力は２．５ｍ″／ｈｒｍ”。

約１０時間後では９８重量％、処理能力は２．１ｒｎ’
／ｈｒｍ″を有していた。再生能力は、実施例！の場合
と同様であつた。

（発明の効果） 以上に述べた如く、本発明のセラミックフィルターは表
面部にフッ素樹脂からなるコーティング層を形成した構
造を有することによって、当該セラミックフィルターの
表面部に残−留したケーキな逆洗によって簡単かつ完全
に除去することができるので、高い除去効率を長く腫持
できるものとして非常に有効である。

また、このセラミックフィルターは、セラミックの性質
である高い剛性をそのまま有しているから、外力が加わ
った場合でも容易には屈曲することがない、このため、
表面に付着したケーキがセラミック多孔質体内に簡単に
入り込むことがなく（もし、セラミック多孔質体が屈曲
すれば、開放気孔がその屈曲箇所において大きくなるこ
とがあり、気孔が大きくなればケーキが容易に入り込み
得る）、ケーキの強固な付着あるいは開放気孔内への侵
入を阻止することができるものである。

さらに、本発明に係る製造方法を採用すれば、上述の性
質を有するセラミックフィルターを容易かつ確実に製造
することができるのである。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、セラミック多孔質体からなるフィルターにおいて
   、該セラミック多孔質体の少なくとも表面の一部にフッ
   素樹脂からなるコーティング層が形成されてなることを
   特徴とするセラミックフィルター。 ２）、前記セラミック多孔質体は、少なくともフッ素樹
   脂がコーティングされる表層部では平均気孔径が０．１
   〜１０μｍの範囲、気孔径が３０〜６０容量％にあるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のセラミッ
   クフィルター。 ３）、前記フッ素樹脂からなることコーティング層は、
   平均厚さが０．１〜２μｍの範囲にあることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１〜２項のいずれかに記載のセラミ
   ックフィルター。 ４）、次の工程からなるセラミックフィルターの製造方
   法。 （１）少なくとも片面表層部の平均気孔径が０．１〜１
   ０μｍ、気孔率が３０〜６０容量％を有するセラミック
   多孔質体を製造する工程； （２）このセラミック多孔質体の前記少なくとも片面の
   気孔中に、水、パラフィン等の充填剤を含浸させる工程
   ； （３）これらの充填剤の内、セラミック多孔質体の前記
   少なくとも片側の表面より上に位置するもののみを除去
   する工程； （４）このセラミック多孔質体の前記少なくとも片側の
   表面に、フッ素樹脂の分散液を塗布あるいは含浸する工
   程； （５）このセラミック多孔質体から前記充填剤及びフッ
   素樹脂の分散媒を除去させる工程； （６）前記フッ素樹脂を、前記セラミック多孔質体に、
   ２００〜４００℃の温度で焼き付ける工程；上記（２）
   〜（６）の工程を複数回繰り返す工程。