JPS6344017B2 - - Google Patents

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ツクが書道用の墨の
原料として、さらにシリカ、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重金属などの不純物の混
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。かかる微粒
子に混入した不純物が非水溶性の場合には、微粒
子を酸ま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、一方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、また設備材質
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。また吸引過は宰ケ
ークの再分散−再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過速度が極端に低下す
るという問題があつた。さらに粒径が1μ以下の
超微細な微粒子は紙で捕捉することが出来ない
ため実質上洗浄不能であつた。 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ユ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、
または少し大きい径をもつが変形しやすい成分を
膜外に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、意外にも特定の範囲の膜面線
速では膜の目詰りがなく、液体のみを過するこ
とが可能であることを見い出し、さらに鋭意検討
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
した膜モジユールへ該膜モジユールから排出され
る液と実質的に等量の洗浄液を補給しつつ膜面
線速0.5〜４ｍ／ｓ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％含有する懸濁液を収容する
貯蔵槽と、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ユールと、該膜モジユ
ールと貯蔵槽を連結する循環回路と、膜モジユー
ルの液出口に接続された液排出管と、貯蔵槽
へ洗浄液を供給する洗浄液供給管および液排出
管から排出される液量を検出して、該液量と
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ユールから過さ
れる液と実質的に等量の洗浄液をスラリーに補
給して膜モジユ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つたの
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
した膜モジユール２、膜モジユールと貯蔵槽を連
結する循環回路３、膜モジユールの液出口に接
続された液排出管４、貯蔵槽への洗浄液供給管
５および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0.01〜10μ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。 膜モジユール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ユーブ状の膜
を収容したチユーブラー型、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。かかる膜モジユ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、ポリ沸化ビニリデン、ポリアリレート及
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微細
粒子の膜面擦過に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
接触する膜表面に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
の孔径が微細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
細粒子が詰つてしまい経時的に過速度が低下す
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。かかる膜モジユ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
液を取り出す、内圧循環過方式が用いられ
る。中空糸膜外側を加圧循環する外圧循環過方
式ではチヤ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付着等のトラ
ブルが発生し、安定に過することが難かしい。 上記モジユ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
粒子の膜面沈着を防ぐために大流量で循環する必
要がありエネルギー的に得策ではない。 膜モジユール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ユ
ールへ供給するためのポンプ７が設けられてい
る。スラリーは膜モジユールに収容した膜の表面
を膜面速度0.5〜４ｍ／ｓ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／ｓ以下では膜の内部に微粒子
が詰つて安定に洗浄を行うことができない。また
４ｍ／ｓ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。 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、あるいは液排出管から
排出される液の性状、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導度またはPHと略同一となつ
たときに洗浄終了とする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SiO₂微粉末でスラリー濃度
12.5％の水性スラリー２Kg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
0.008μ、内径1.2mmのポリスルホン中空糸膜を用
いて膜有効長１ｍ、有効膜面積0.15m²のラボモジ
ユールを作成し第１図に示す装置を用いて上記調
整スラリー液の過洗浄を行なつた。洗浄状態の
確認は液の電導度を連続的に測定することによ
つて行ない、系に加える洗浄用蒸留水の電導度と
同一になつた時点で洗浄終了とした。循環線速１
ｍ／sec、過圧1.5Kg／cm²の過条件で洗浄を行
なつた結果、液量32、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紙社製No.
5A紙を使用してヌツチエ過により洗浄を行
つた。この方法は過速度が遅く、過洗浄操作
１回当り４時間以上必要であり、また宰ケーク
のコンパクシヨンのため３回毎にケークを取り出
し再分散させる必要があつた。そのうえ完全に洗
浄するためには19回の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
に得られる液は白濁しており、洗浄終了後微粉
末の粒度分布を調べた所1μ以下の粒子分布が減
少気味であり特に0.5μ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800μの外圧
過用中空糸膜を用いて片端部フリー、有効長１
ｍ、有効膜面積0.4m²の外圧過用モジユールを
作成した。実施例１と同じSiO₂微粉末でスラリ
ー濃度２％の液を作り過圧0.5Kg／cm²、循環線
速１ｍ／secで外圧循環方式による定容過を行
なつた所初期は順調に過洗浄が行なえたが、30
分後には過量が激減した。モジユールを解体し
て調べた所中空糸膜束の内部の中空糸間にケーク
が付着して固まつた状態になつていた。 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、膜モジユールを使用して過圧1.5
Kg／cm²で循環線速を25cm／secから４ｍ／secまで
変化させて過洗浄を行なつた。 各循環線速での過速度を表に示す。

【表】 実施例 ３ 実施例１で使用したものと同一のSiO₂微粉末
250ｇを使つて濃度0.5重量％から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ユール
を用い、実施例１と同一条件で過洗浄を行なつ
た結果を表−２に示す。

【表】 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。また
25％以上ではスラリー固形分の中空糸内部への詰
りが発生する危険がある。 実施例 ４ 粒度分布0.02〜1.5μのSiO₂超微細粒子からなる
濃度10％の水性スラリー２Kgを調整した。実施例
１で使用したものと同一仕様の装置及び中空糸膜
モジユールを使用して定容過洗浄を行なつた。
循環線速１ｍ／sec、過圧1.5Kg／cm²の過条件
で洗浄を行なつた結果、液量43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 ４ 実施例４で使用したスラリーを東洋紙製No.
5A紙を使つてヌツチエ過を行なつた所、大
部分の微粒子は液中に流出してしまい、洗浄操
作を行なうことは出来なかつた。

【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……貯蔵槽、２……膜モジユール、３……循
環回路、４……液排出管、５……洗浄液供給
管、６……スラリー。

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ユールへ、
   該膜モジユールから排出される液と実質的に等
   量の洗浄液を補給しつつ膜面線速0.5〜４ｍ／ｓ
   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0.01〜10μ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
   た膜モジユールと、該膜モジユールと貯蔵槽を連
   結する循環回路と、膜モジユールの液出口に接
   続された液排出管と、貯蔵槽へ洗浄液を供給す
   る洗浄液供給管および液排出管から排出される
   液量を検出して、該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。