KR20230078947A - 흡착 필터 - Google Patents

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게이타 다카하시
데츠야 하나모토
히로에 요시노부
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주식회사 쿠라레
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Abstract

본 발명에 관련된 흡착 필터는, 활성탄과 바인더를 포함하는 성형체로 이루어지는 흡착 필터로서, 수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적이 0.10 cm3/cc ∼ 0.39 cm3/cc 이다.

Description

흡착 필터
본 발명은, 활성탄과 바인더를 포함하는 성형체로 이루어지는 흡착 필터에 관한 것이다.
최근, 수돗물의 수질에 관한 안전 위생상의 관심이 높아지고 있어, 수돗물 중에 함유되는 유리 잔류 염소, 트리할로메탄류 등의 VOC (휘발성 유기 화합물), 농약, 곰팡내 등의 유해 물질을 제거하는 것이 요망되고 있다.
이러한 유해 물질을 제거하기 위해, 일반적으로, 활성탄 성형체로 이루어지는 흡착 필터가 사용되고 있다.
활성탄 성형체로 이루어지는 흡착 필터는, 수돗물 중에 함유되는 혼탁 성분 (입자상 물질) 의 제거 성능도 가질 것이 요망된다. 그 때문에, 예를 들면, 특허문헌 1 에는, 활성탄 성형체의 유입 여재부 (濾材部) 와 유출 여재부의 경도차를 조정함으로써, 보다 장기간의 사용이 가능한 탁도 저감 필터체의 제조 방법이 개시되어 있다. 또한, 예를 들어, 특허문헌 2 에는, 활성탄 성형체와 부직포를 구비하는, 높은 혼탁 제거 성능과 충분히 긴 눈막힘 수명을 양립 가능한 정수 카트리지가 개시되어 있다. 또한, 예를 들면, 특허문헌 3 에는, 중심 입자경이 80 ㎛ ∼ 120 ㎛ 이고, 또한 입경 분포에 있어서의 표준 편차 σg 가 1.3 ∼ 1.9 인 분말상 활성탄 (a) 및 섬유상 바인더 (b) 를 포함하는 혼합물을 성형하여 이루어지는 활성탄 성형체에 대해서 개시되어 있다. 특허문헌 3 의 활성탄 성형체에 의하면, 유리 잔류 염소, 휘발성 유기 화합물, CAT 및 2-MIB 의 제거능이 우수하고, 또한 혼탁 여과 능력도 우수하다는 것이 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2015-033680호 일본 공개특허공보 2016-140788호 국제 공개 제2011/016548호
본 발명은, 양호한 통수성을 유지하면서, 또한 우수한 초미립자 제거 성능을 갖는 흡착 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 실시한 결과, 본 발명에 도달하였다.
본 발명의 국면에 관련된 흡착 필터는, 활성탄과 바인더를 포함하는 성형체로 이루어지는 흡착 필터로서,
수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적이 0.10 cm3/cc ∼ 0.39 cm3/cc 이다.
또는, 본 발명의 또 다른 국면에 관련된 흡착 필터는, 활성탄과 바인더를 포함하는 성형체로 이루어지는 흡착 필터로서,
수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적이 0.15 cm3/cc 이상이며, 또한,
수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 전체 세공 용적이 0.50 cm3/cc ∼ 0.73 cm3/cc 이다.
도 1 은, 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터를 조제하기 위한 형틀의 일례를 나타내는 사시도를 나타낸다.
도 2 는, 도 1 의 형틀을 사용하여 얻어지는 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 3 은, 흡착 필터의 세공 용적 및 세공 모드 직경 측정시의 샘플을 잘라내는 방법을 설명하는 도면이다.
도 4 는, 흡착 필터 중의 활성탄 (열처리 후의 탄화물) 의 입도 분포의 측정시의 측정용 샘플을 잘라내는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5 는, 흡착 필터를 제조하기 위한 자동 연삭기의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 6 은, 흡착 필터의 세공 모드 직경과 그 구간 세공 용적을 나타내는 그래프이다.
도 7 은, 흡착 필터의 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적과 초미립자 제거 성능과의 상관을 나타내는 도면이다.
도 8 은, 흡착 필터의 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적과 초미립자 제거 성능과의 상관을 나타내는 도면이다.
상기 서술한 특허문헌 1, 특허문헌 2 및 특허문헌 3 의 활성탄 성형체에서는, 혼탁 제거 성능이 평가되고 있다. 일반적으로, 활성탄 성형체의 필터에 대해서 실시되는 혼탁 제거 성능 시험은, 예를 들어 JIS S 3201:2019 로 규정되어 있고, 당해 시험에서는, 약 1 ㎛ ∼ 20 ㎛ 정도의 카올린을 혼탁 성분 (입자상 물질) 으로 하여, 그 제거 성능을 평가한다. 특허문헌 1, 특허문헌 2 및 특허문헌 3 의 활성탄 성형체의 평가에 있어서도, 상기 시험에 근거하여 혼탁 제거 성능이 평가되고 있다.
그러나, 최근에는 새로운 안전 위생상의 관점에서, 활성탄 성형체로 이루어지는 흡착 필터에 대하여, 미립자 (일반적으로는 입경 1 ㎛ ∼ 20 ㎛), 나아가서는 입경 1 ㎛ 이하의 초미립자의 제거 성능이 요구되기 시작하고 있다.
활성탄 성형체는, 그 제조 방법에 따라 습식 성형체와 건식 성형체가 존재한다. 습식 성형체는, 비교적 밀도가 낮고, 통수 저항도 낮은 경향이 있으며, 또한 일반적으로 유해하다고 하는 유기 화합물 등의 제거 성능도 우수하다. 그러나, 그 밀도가 낮고, 저통수 저항이기 때문에, 초미립자까지 제거하는 성능을 갖게 하는 것은 곤란한 것으로 예측된다. 한편, 건식 성형체는 습식 성형체와 비교하면 밀도가 높다. 그 때문에, 초미립자 제거 성능을 기대할 수 있지만, 통수 저항이 높아져 버리기 때문에, 정수 필터 등의 용도에 부적합하게 되어 버린다. 그 때문에, 저통수 저항과 초미립자 제거 성능을 양립 가능한 활성탄 성형체로 이루어지는 흡착 필터가 요구된다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명의 범위는 여기서 설명하는 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 저해하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경을 할 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 흡착 필터는, 활성탄과 바인더를 포함하는 성형체로 이루어지는 흡착 필터로서, 수은 압입법에 의해 측정되는 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적이 0.10 cm3/cc ∼ 0.39 cm3/cc 이다.
혹은, 또 하나의 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터는, 활성탄과 바인더를 포함하는 성형체로 이루어지는 흡착 필터로서, 수은 압입법에 의해 측정되는 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적이 0.15 cm3/cc 이상이며, 또한, 수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 전체 세공 용적이 0.50 cm3/cc ∼ 0.73 cm3/cc 이다.
이러한 구성들을 가짐으로써, 양호한 통수성을 유지하면서, 또한 우수한 초미립자 제거 성능을 갖는 흡착 필터를 제공할 수 있다.
구체적으로는, 원료의 활성탄의 물성, 배합 비율 등을 적절히 선택 및 적당히 조정함으로써, 필터 중의 공극 용적을 적절히 제어하여, 소정의 세공 직경 이상에 있어서의 세공 용적이 특정한 범위 내가 되도록 조정한다. 그 결과, 통수성과 초미립자 제거 성능을 양립시킬 수 있다.
[흡착 필터의 물성]
본 실시형태에 있어서의 흡착 필터는, 수은 압입법에 의해 측정되는 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적 (이하, 간단히 「세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적」이라고도 부른다) 이 0.10 cm3/cc ∼ 0.39 cm3/cc 이다. 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적을 0.10 cm3/cc 이상으로 함으로써, 본 실시형태의 흡착 필터에 있어서, 양호한 통수성을 유지할 수 있다. 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적을 0.39 cm3/cc 이하로 함으로써, 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터는, 초미립자 제거 성능이 현저하게 우수하다.
세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적은, 바람직하게는 0.37 cm3/cc 이하이고, 보다 바람직하게는 0.35 cm3/cc 이하, 더욱 바람직하게는 0.33 cm3/cc 이하이다. 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적은, 바람직하게는 0.12 cm3/cc 이상이고, 보다 바람직하게는 0.15 cm3/cc 이상이다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터는, 바람직하게는, 수은 압입법에 의해 측정되는 흡착 필터의 체적 기준에서의 전체 세공 용적 (이하, 간단히 「전체 세공 용적」이라고도 부른다) 이 0.50 cm3/cc ∼ 0.73 cm3/cc 이다. 전체 세공 용적을 0.50 cm3/cc 이상으로 함으로써, 흡착 필터는 보다 우수한 통수성을 얻을 수 있어, 예를 들면 정수 필터 등의 용도에 바람직하게 사용할 수 있다. 전체 세공 용적을 0.73 cm3/cc 이하로 함으로써, 충분량의 활성탄을 유지할 수 있어, 일반적인 필터로서의 흡착 성능을 양호하게 할 수 있다.
전체 세공 용적은, 보다 바람직하게는 0.53 cm3/cc 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.56 cm3/cc 이상이다. 또한, 전체 세공 용적은, 보다 바람직하게는 0.70 cm3/cc 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.67 cm3/cc 이하이다.
혹은, 또 하나의 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터는, 수은 압입법에 의해 측정되는 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적 (이하, 간단히 「세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적」이라고도 부른다) 이 0.15 cm3/cc 이상이며, 또한, 전체 세공 용적이 0.50 cm3/cc ∼ 0.73 cm3/cc 이다. 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적을 0.15 cm3/cc 이상으로 함으로써, 본 실시형태의 흡착 필터는, 초미립자 제거 성능이 현저하게 우수하다. 동시에, 전체 세공 용적을 0.50 cm3/cc ∼ 0.73 cm3/cc 의 범위 내로 함으로써, 흡착 필터는, 양호한 통수성을 유지할 수 있어, 일반적인 필터로서의 흡착 성능을 양호하게 할 수 있다.
세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적은, 바람직하게는 0.16 cm3/cc 이상, 보다 바람직하게는 0.17 cm3/cc 이상, 더욱 바람직하게는 0.18 cm3/cc 이상이다. 또, 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적은, 바람직하게는 0.30 cm3/cc 이하, 보다 바람직하게는 0.28 cm3/cc 이하이다.
또한, 또 하나의 본 실시형태의 흡착 필터에 있어서의, 전체 세공 용적의 바람직한 상한 수치 및 하한 수치는, 앞서 설명한 실시형태에 있어서의 흡착 필터의 경우와 동일하다.
또 다른 실시형태에 있어서의 흡착 필터는, 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적이 0.10 cm3/cc ∼ 0.39 cm3/cc 이고, 추가로, 당해 흡착 필터는, 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적이 0.15 cm3/cc 이상이며, 또한, 전체 세공 용적이 0.50 cm3/cc ∼ 0.73 cm3/cc 인 것이 바람직하다. 환언하면, 흡착 필터가, 상기 서술한 2 개의 실시형태에서 규정되어 있는 양방의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
거기에 더하여, 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터는, 전체 세공 용적에 대한 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적의 비율이, 12 ％ 이상인 것이 바람직하다. 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적의 비율을 12 ％ 이상으로 함으로써, 흡착 필터는 보다 우수한 초미립자 제거 성능을 얻을 수 있다. 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적의 비율은, 보다 바람직하게는 15 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 20 ％ 이상, 특히 바람직하게는 25 ％ 이상, 가장 바람직하게는 30 ％ 이상이다. 또, 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적의 비율은, 80 ％ 이하인 것이 바람직하고, 65 ％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 60 ％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터는, 전체 세공 용적에 대한 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적의 비율이 22 ％ 이상인 것이 바람직하다. 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적의 비율을 22 ％ 이상으로 함으로써, 흡착 필터는 보다 우수한 초미립자 제거 성능을 얻을 수 있다. 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적의 비율은, 보다 바람직하게는 25 ％ 이상이다. 또, 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적의 비율은, 48 ％ 이하인 것이 바람직하고, 45 ％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
거기에 더하여, 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터는, 바람직하게는, 수은 압입법에 의해 측정되는 세공 모드 직경 (이하, 간단히 「세공 모드 직경」이라고도 부른다) 이 15 ㎛ 이하이다. 세공 모드 직경을 15 ㎛ 이하로 함으로써, 흡착 필터는 보다 우수한 초미립자 제거 성능을 얻을 수 있다.
세공 모드 직경은, 보다 바람직하게는 13 ㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 11 ㎛ 이하이다. 세공 모드 직경의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 세공 모드 직경이 극단적으로 작아져, 필터의 통수성에 큰 영향을 주지 않으면 된다. 예를 들면, 세공 모드 직경은, 바람직하게는 6 ㎛ 이상이고, 보다 바람직하게는 7 ㎛ 이상이다.
본 명세서에 있어서, 수은 압입법에 의해 측정되는, 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적, 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적, 전체 세공 용적 및 세공 모드 직경은, 이후의 실시예에서 서술하는 바와 같이, 수은 압입법 세공 용적 측정 장치 (마이크로메리틱스사 제조 「MicroActive AutoPore V 9620」) 를 사용하여 측정할 수 있다. 또한, 이들 세공 용적의 측정값으로부터, 전체 세공 용적에 대한 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적의 비율 (％) 및 전체 세공 용적에 대한 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적의 비율 (％) 을 구할 수 있다. 또한, 후술하는 실시예에서는 필터의 성형층을 가로세로 약 1 cm 의 크기의 측정 시료로 하고 있지만, 이 측정 시료의 크기는 필터 사이즈에 따라 적절히 변경하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 스파우트 인 타입용의 필터이면 가로세로 약 5 mm 의 측정 시료로 측정하는 것이 바람직하다.
상기 서술한 바와 같은 본 실시형태의 흡착 필터에 있어서의, 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적, 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적, 전체 세공 용적 및 세공 모드 직경은, 다양한 방법에 의해 그 값을 제어할 수 있다. 또한, 세공 용적의 값을 제어함으로써, 동시에, 전체 세공 용적에 대한 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적의 비율과 전체 세공 용적에 대한 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적의 비율도 제어할 수 있다. 예를 들면, 원료의 활성탄의 물성 및 그 배합량, 상이한 물성의 2 종 이상의 활성탄을 사용하는 경우에는 그들의 배합 비율, 원료의 바인더의 종류 및 그 배합량, 원료의 임의 성분의 배합량, 흡착 필터의 제조시에 있어서의 처리 조건 (흡인 압력, 건조 시간 등) 등을 적절하게 선택 및 적당히 조정함으로써, 그 값을 제어할 수 있다. 특히, 이후에 상세하게 서술하는 바와 같이, 상이한 물성의 2 종 이상의 활성탄을 원료로서 사용함으로써, 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적, 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적, 전체 세공 용적 및 세공 모드 직경의 값을 제어하면 바람직하다.
본 실시형태에 있어서의 흡착 필터의 밀도 (이하, 간단히 「필터 밀도」라고도 부른다) 는, 0.59 g/cm3 이하인 것이 바람직하다. 필터 밀도가 0.59 g/cm3 이하임으로써, 통수 저항을 보다 양호하게 유지할 수 있어, 예를 들면 정수 필터 등에 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 필터의 눈막힘도 억제할 수 있다. 또한, 필터 밀도는, 0.35 g/cm3 이상인 것이 바람직하다. 필터 밀도가 0.35 g/cm3 이상임으로써, 활성탄의 총량이 바람직한 양이 되어, 초미립자 및 다른 통상적인 유해 물질의 제거 성능을 양호하게 유지할 수 있다.
필터 밀도는, 보다 바람직하게는 0.38 g/cm3 이상, 더욱 바람직하게는 0.40 g/cm3 이상, 특히 바람직하게는 0.42 g/cm3 이상이다. 필터 밀도를 0.38 g/cm3 이상으로 함으로써, 흡착 필터는 보다 우수한 클로로포름 (유해 물질) 제거 성능을 갖는다. 또한, 필터 밀도는, 보다 바람직하게는 0.57 g/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 0.55 g/cm3 이하, 특히 바람직하게는 0.53 g/cm3 이하이다. 본 명세서에 있어서, 필터 밀도는, 이후의 실시예에서 상세하게 서술하는 방법으로 측정할 수 있다.
필터 밀도는, 다양한 방법으로 그 값을 제어할 수 있다. 예를 들면, 원료의 활성탄의 물성 및 그 배합량, 상이한 물성의 2 종 이상의 활성탄을 사용하는 경우에는 그들의 배합 비율, 원료의 바인더의 종류 및 그 배합량, 원료의 임의 성분의 배합량, 흡착 필터의 제조시에 있어서의 처리 조건 (흡인 압력, 건조 시간 등) 등을 적절하게 선택 및 적당히 조정함으로써, 그 값을 제어할 수 있다. 특히, 이후에 상세하게 서술하는 바와 같이, 상이한 물성의 2 종 이상의 활성탄을 원료로서 사용함으로써, 필터 밀도의 값을 제어하면 바람직하다.
본 실시형태에 있어서의 흡착 필터는, 벤젠 포화 흡착량이 18 ％ ∼ 35 ％ 이면 바람직하다. 본 명세서에 있어서, 흡착 필터의 벤젠 포화 흡착량은, JIS K 1474:2014 의 활성탄 시험 방법에 준거하여, 25 ℃ 에 있어서, 용제 포화 농도의 1/10 이 되는 용제 증기를 포함하는 공기를 통과시켜, 질량이 일정해졌을 때의 시료의 증량 (增量) (％) 으로부터 구할 수 있다.
벤젠 포화 흡착량이 18 ％ 이상임으로써, 특히 유기물에 대한 충분한 제거 성능을 얻을 수 있다. 벤젠 포화 흡착량이 35 ％ 이하임으로써, 과부활 상태에서 세공 직경이 증대되는 것을 방지할 수 있어, 유해 물질의 흡착 유지 능력이 저하될 우려를 억제할 수 있다. 벤젠 포화 흡착량은, 보다 바람직하게는 20 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 22 ％ 이상이다. 또한, 벤젠 포화 흡착량은, 보다 바람직하게는 33 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 30 ％ 이하이다.
본 실시형태에 있어서의 흡착 필터의 벤젠 포화 흡착량은, 예를 들면, 원료의 활성탄의 물성 및 그 배합량, 상이한 물성의 2 종 이상의 활성탄을 사용하는 경우에는 그들의 배합 비율 등을 적절하게 선택 및 적당히 조정함으로써, 그 값을 제어할 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 흡착 필터를 불활성 가스, 구체적으로는 질소 가스 중에 있어서 900 ℃ 에서 20 분간 열처리 (이하, 간단히 「열처리」라고도 부른다) 하여 얻어지는 탄화물에 있어서, 입자경이 10 ㎛ 이하인 입자의 함유율이 2 체적％ 이상이면 바람직하다.
구체적으로는, 흡착 필터에 이와 같은 열처리를 실시함으로써, 당해 흡착 필터로부터 바인더 등의 성분이 제거되어, 흡착 필터 중의 활성탄이 탄화물로서 남는다. 잔류한 흡착 필터 중의 활성탄 (열처리 후의 탄화물) 의 입도 분포에 있어서, 입자경이 10 ㎛ 이하인 입자의 함유율이 2 체적％ 이상이면, 열처리 전의 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터는 보다 우수한 초미립자 제거 성능을 갖는다.
흡착 필터 중의 활성탄 (열처리 후의 탄화물) 의 입자경 10 ㎛ 이하의 입자 함유율은, 보다 바람직하게는 4 체적％ 이상, 더욱 바람직하게는 6 체적％ 이상이다. 흡착 필터 중의 활성탄의 입자경 10 ㎛ 이하의 입자 함유율의 상한은 한정되지 않지만, 입도가 극단적으로 지나치게 작음으로써, 열처리 전의 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터의 통수성에 큰 영향을 주지 않으면 된다. 예를 들어, 10 체적％ 이하이면 된다.
흡착 필터 중의 활성탄 (열처리 후의 탄화물) 의 입자경 10 ㎛ 이하의 입자 함유율은, 주로, 원료의 활성탄의 물성 및 상이한 물성의 2 종 이상의 활성탄을 사용하는 경우에는 그들의 배합 비율에 따라 변화하는 값이다. 따라서, 그들을 적절히 선택 및 적당히 조정함으로써, 그 값을 제어할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터는, 그 흡착 필터 중의 활성탄 (열처리 후의 탄화물) 의 체적 기준의 누계 입도 분포에 있어서의 0 ％ 입자경 (이하, 간단히 「D0」이라고도 부른다) 이 7 ㎛ 이하이면 바람직하다. D0 이 7 ㎛ 이하이면, 열처리 전의 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터는 보다 우수한 초미립자 제거 성능을 갖는다.
흡착 필터 중의 활성탄 (열처리 후의 탄화물) 의 D0 은, 보다 바람직하게는 5 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 3 ㎛ 이하이다. D0 의 하한은 한정되지 않지만, 열처리 전의 흡착 필터의 통수성에 큰 영향을 주지 않으면 된다. 예를 들어, 1 ㎛ 이상이면 된다.
흡착 필터 중의 활성탄 (열처리 후의 탄화물) 의 D0 도, 주로, 원료의 활성탄의 물성 및 상이한 물성의 2 종 이상의 활성탄을 사용하는 경우에는 그들의 배합 비율에 따라서 변화하는 값이다. 따라서, 그들을 적절히 선택 및 적당히 조정함으로써, 그 값을 제어할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 흡착 필터 중의 활성탄 (열처리 후의 탄화물) 의 입자경 10 ㎛ 이하의 입자 함유율 및 흡착 필터 중의 활성탄 (열처리 후의 탄화물) 의 D0 은, 이후의 실시예에 기재된 바와 같이, 통상적 원료의 활성탄과 동일하게, 예를 들어, 습식 입도 분포 측정 장치 (마이크로트랙·벨사 제조, 「Microtrac MT3300EX-II」) 등을 사용한 레이저 회절·산란법에 의해 측정할 수 있다.
[흡착 필터의 구성]
본 실시형태에 있어서의 흡착 필터는, 활성탄과 바인더를 포함하는 성형체로 이루어진다.
(활성탄)
본 실시형태에 있어서의 흡착 필터에 사용되는 원료의 활성탄 (바람직하게는 입상 활성탄) 은, 특별히 한정되지 않고, 단독 또는 상이한 물성의 2 종 이상의 활성탄을 조합하여 사용할 수 있다.
원료의 활성탄의 물성으로는, 예를 들면 활성탄의 충전 밀도 (g/cm3), 체적 기준의 누계 입도 분포에 있어서의 10 ％ 입자경 (이하, 간단히 「D10」이라고도 부른다), 체적 기준의 누계 입도 분포에 있어서의 50 ％ 입자경 (이하, 간단히 「D50」이라고도 부른다), 체적 기준의 누계 입도 분포에 있어서의 90 ％ 입자경 (이하, 간단히 「D90」이라고도 부른다) 등을 들 수 있다.
본 실시형태에서는, 상이한 물성의 2 종 이상의 활성탄을 조합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이는, 상이한 물성의 활성탄의 배합 비율을 조정함으로써, 흡착 필터를 성형할 때, 그 공극을 제어할 수 있어, 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적 (및/또는 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적과 전체 세공 용적) 이 본 실시형태에 있어서 규정되는 특정한 범위 내가 되도록 용이하게 조정할 수 있기 때문이다.
상이한 물성의 활성탄으로는, 예를 들어, 보다 작은 D10, D50 및/또는 D90 을 갖고 미분을 많이 함유하는 분말상의 활성탄 X 와, 보다 큰 D10, D50 및/또는 D90 을 갖는 분말상의 활성탄 Y 를 조합하여 사용하면 바람직하다. 이와 같은 활성탄 X 와 활성탄 Y 를 조합하여 사용하는 경우, 활성탄 X 에 대하여 활성탄 Y 를 동일 정도보다 큰 질량비로 조합하여 사용하는 것에 의해, 흡착 필터를 성형할 때, 활성탄 Y 에 의해 형성되는 지나치게 큰 공극이 활성탄 X 의 미분에 의해 적절하게 메워진다. 그 결과, 성형체의 공극이 적절히 제어되어, 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적 (및/또는 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적과 전체 세공 용적) 이 본 실시형태에 있어서 규정되는 특정한 범위 내로 조정된다.
원료의 활성탄의 입도 분포는, 특별히 한정되지 않지만, 입자경이 10 ㎛ 이하인 입자의 함유율이 2 체적％ 초과이면 바람직하다. 구체적으로는, 원료의 활성탄의 입도 분포에 있어서, 입자경이 10 ㎛ 이하인 입자의 함유율이 2 체적％ 초과임으로써, 흡착 필터 중의 활성탄에 함유되는 미분이 많아지기 때문에, 당해 필터는 보다 우수한 초미립자 제거 성능을 나타낸다. 원료의 활성탄의 입자경 10 ㎛ 이하의 입자 함유율은, 활성탄이 2 종 이상 조합하여 사용되는 경우, 각각의 활성탄의 물성 및 각각의 활성탄의 배합 비율 등에 따라서 변화한다. 따라서, 그들을 적절히 선택 및 적당히 조정함으로써, 그 값을 제어할 수 있다.
원료의 활성탄의 입자경 10 ㎛ 이하의 입자 함유율은, 보다 바람직하게는 3 체적％ 이상, 더욱 바람직하게는 4 체적％ 이상, 보다 더 바람직하게는 5 체적％ 이상이다. 원료의 활성탄의 입자경 10 ㎛ 이하의 입자 함유율의 상한은 한정되지 않지만, 흡착 필터 중의 활성탄에 함유되는 미분이 과잉으로 되어, 성형되는 흡착 필터의 통수성에 큰 영향을 주지 않으면 된다. 예를 들어, 15 체적％ 이하이면 된다.
본 명세서에 있어서, 원료의 활성탄의 충전 밀도, D10, D50 및 D90 은, 예를 들면, 후술하는 활성탄의 원료가 되는 탄소질 재료의 종류 및 활성탄의 제조시에 있어서의 탄소질 재료의 부활 처리 방법과 그 처리 조건 (가열 온도 및 시간 등), 분쇄 조건 및 분급 조건을 적절히 선택 및 적당히 조정함으로써, 그 값을 제어할 수 있다. 또한, D10, D50 및 D90, 그리고 원료의 활성탄에 있어서의 입자경 10 ㎛ 이하의 입자 함유율에 대해서는, 이후의 실시예에 기재된 바와 같이, 예를 들어, 습식 입도 분포 측정 장치 (마이크로트랙·벨사 제조, 「Microtrac MT3300EX-II」) 등을 사용한 레이저 회절·산란법에 의해 분석 및 측정할 수 있다.
원료의 활성탄은 시판품을 사용해도 된다. 혹은, 예를 들면, 활성탄의 원료가 되는 탄소질 재료에 대하여 필요에 따라서 탄화 처리를 실시한 후, 부활 처리, 그리고 필요에 따라서 세정 처리, 건조 처리 및 분쇄 처리를 실시함으로써 얻어지는 활성탄을 사용할 수도 있다.
원료가 되는 탄소질 재료로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 식물계 탄소질 재료 (예를 들어, 목재, 대팻밥, 목탄, 야자 껍질이나 호두 껍질 등의 과실 껍질, 과실 종자, 펄프 제조 부생성물, 리그닌, 폐당밀 등의 식물 유래의 재료), 광물계 탄소질 재료 (예를 들어, 이탄, 아탄, 갈탄, 역청탄, 무연탄, 코크스, 콜타르, 석탄 피치, 석유 증류 잔사, 석유 피치 등의 광물 유래의 재료), 합성 수지계 탄소질 재료 (예를 들어, 페놀 수지, 폴리염화비닐리덴, 아크릴 수지 등의 합성 수지 유래의 재료), 천연 섬유계 탄소질 재료 (예를 들어, 셀룰로오스 등의 천연 섬유, 레이온 등의 재생 섬유 등의 천연 섬유 유래의 재료) 등을 들 수 있다. 이들 탄소질 재료는, 단독으로 사용해도 되고, 또는 2 종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
이들 탄소질 재료 중, JIS S 3201:2019 에 규정되어 있는 휘발성 유기 화합물 제거 성능에 관여하는 마이크로 세공이 발달하기 쉽다는 관점에서, 야자 껍질 또는 페놀 수지가 바람직하다.
탄화 처리를 필요로 하는 경우, 이들 탄소질 재료에 대하여, 통상, 산소 또는 공기를 차단한 환경하에 있어서, 예를 들어 400 ℃ ∼ 800 ℃, 바람직하게는 500 ℃ ∼ 800 ℃, 더욱 바람직하게는 550 ℃ ∼ 750 ℃ 정도에서 탄화 처리를 실시할 수 있다. 그 후, 필요에 따라 입도 조정을 실시해도 된다.
그 후, 탄소질 재료에 대하여 부활 처리를 실시한다. 부활 처리란, 탄소질 재료의 표면에 세공을 형성하여, 다공질체인 활성탄으로 바꾸는 처리이다. 부활 처리는, 당해 기술 분야에 있어서 일반적인 방법에 의해 실시할 수 있고, 특별히 한정되지 않으며, 주로, 가스 부활 처리 또는 약제 부활 처리의 2 종류의 처리 방법을 들 수 있다. 이들 중, 정수 처리용으로서 사용하는 경우, 불순물의 잔류가 적다는 관점에서, 가스 부활 처리가 바람직하다.
가스 부활 처리는, 예를 들어, 수증기, 이산화탄소, 공기, 산소, 연소 가스, 또는 이들의 혼합 가스의 존재하에서, 탄소질 재료를 가열하는 처리이다. 가열 온도는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 700 ℃ ∼ 1100 ℃, 바람직하게는 800 ℃ ∼ 980 ℃, 보다 바람직하게는 850 ℃ ∼ 950 ℃ 정도의 온도에 있어서 실시된다. 부활 시간 및 승온 속도는 특별히 한정되지 않고, 선택하는 탄소질 재료의 종류, 형상, 사이즈에 따라 적당히 조정하면 된다. 안전성 및 반응성을 고려하면, 수증기를 10 용량％ ∼ 40 용량％ 로 함유하는 수증기 함유 가스를 사용하여 실시하는 것이 바람직하다. 약제 부활 처리로는, 예를 들면, 염화아연, 염화칼슘, 인산, 황산, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화마그네슘, 수산화칼슘 등의 부활제를 탄소질 재료와 혼합하고, 불활성 가스 분위기하에서 가열하는 공지된 방법으로 실시해도 된다.
부활 처리 후의 활성탄은, 필요에 따라 세정 및 건조한다. 구체적으로는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 천이 금속 등의 불순물을 함유하는 야자 껍질 등의 식물계 탄소질 재료 또는 광물계 탄소질 재료를 활성탄의 원료로 한 경우, 회분 (灰分) 이나 약제 등을 제거하기 위해서 필요에 따라 세정한다. 세정에는 광산이나 물이 사용되고, 광산으로는 세정 효율이 높은 염산이 바람직하다.
부활 처리 후의 활성탄은, 필요에 따라 분쇄 처리 및/또는 분급 처리된다. 분쇄 처리는, 일반적으로 활성탄의 분쇄에 사용되는 분쇄 장치, 예를 들어 에어로폴 밀, 로드 밀, 롤러 밀, 해머 밀, 블레이드 밀, 핀 밀 등의 고속 회전 밀, 볼 밀, 제트 밀 등을 사용하여 실시할 수 있다. 분급 처리는, 일반적으로 활성탄의 분급에 사용되는 방법, 예를 들어 체를 사용한 분급, 습식 분급, 건식 분급을 들 수 있다. 습식 분급기로는, 예를 들어 중력 분급, 관성 분급, 수력 분급, 원심 분급 등의 원리를 이용한 분급기를 들 수 있다. 건식 분급기로는, 침강 분급, 기계적 분급, 원심 분급 등의 원리를 이용한 분급기를 들 수 있다.
이와 같은 처리를 거쳐 얻어진 활성탄 또는 시판되는 활성탄의 형상은, 분말상, 입자상, 섬유상 (사상 (絲狀), 직포(클로스)상, 펠트상) 등의 어느 형상이어도 되고, 용도에 따라 적절히 선택할 수 있다. 이들 형상 중, 체적당 흡착 성능이 높은 분말상이 바람직하다.
(바인더)
본 실시형태에 있어서의 흡착 필터에 사용되는 바인더는, 특별히 한정되지 않고, 형상이 분말상 또는 섬유상인 바인더를 단독 또는 2 종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 이들 중, 흡착 필터를 성형했을 때에 통수성이 우수하다는 관점에서, 섬유상 바인더를 포함하면 바람직하다.
섬유상 바인더로는, 활성탄을 얽어매어 부형할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않고, 합성품, 천연품을 막론하고 폭넓게 사용 가능하다. 이러한 바인더로는, 예를 들면, 아크릴계 섬유, 폴리에틸렌계 섬유, 폴리프로필렌계 섬유, 폴리아크릴로니트릴계 섬유, 셀룰로오스계 섬유, 나일론계 섬유, 아라미드 섬유, 펄프 등을 들 수 있다. 섬유상 바인더의 섬유 길이는 4 mm 이하인 것이 바람직하다.
섬유상 바인더가 아크릴계 섬유상 바인더를 포함하면 바람직하다. 또한, 섬유상 바인더가 셀룰로오스계 섬유상 바인더를 포함하면 보다 바람직하다. 또한, 이들 섬유상 바인더는 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다. 예를 들면, 아크릴계 섬유상 바인더 및 셀룰로오스계 섬유상 바인더의 양방을 조합하여 사용하면 보다 바람직하다. 셀룰로오스계 섬유상 바인더를 조합하여 사용함으로써, 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터로부터의 미분의 유출을 저감할 수 있다. 아크릴계 섬유상 바인더와 셀룰로오스계 섬유상 바인더의 배합 비율은, 아크릴계 섬유상 바인더 100 질량부에 대하여 셀룰로오스계 섬유상 바인더가, 바람직하게는 30 질량부 ∼ 70 질량부, 보다 바람직하게는 40 질량부 ∼ 60 질량부이다.
본 실시형태에 있어서, 섬유상 바인더의 통수성은, CSF 값으로 1 mL ∼ 200 mL 정도인 것이 바람직하다. 또한, CSF 값은 10 mL ∼ 150 mL 인 것이 보다 바람직하다. 여기서, 본 명세서에 있어서, CSF 값은, JIS P 8121:2012 에 규정되어 있는「펄프의 여수도 시험 방법」 캐나다 표준 여수도법을 참고로 하여 측정되는 값으로 한다. 구체적으로는, 측정에 있어서, 전도도가 100 μs/cm 정도가 되는 수돗물을 사용하여 평가되는 값으로 한다. 또한, CSF 값은, 예를 들면 바인더를 피브릴화시킴으로써 조정할 수 있다.
섬유상 바인더의 CSF 값이 1 mL 이상임으로써, 충분한 통수성을 유지하고, 성형체의 강도의 저하를 억제하고, 압력 손실의 우려를 방지할 수 있다. 또한, CSF 값이 200 mL 이하임으로써, 분말상의 활성탄을 충분히 유지할 수 있고, 성형체의 강도의 저하도 억제하고, 흡착 성능이 저하될 우려를 방지할 수 있다. 또한, 섬유상 바인더가 2 종 이상 조합되어 사용되는 경우에는, 2 종 이상의 섬유상 바인더가 혼합된 상태에서의 CSF 값이 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 섬유상 바인더가 아크릴계 섬유상 바인더를 포함하는 경우, 당해 아크릴계 섬유상 바인더의 CSF 값은 20 mL 이상인 것이 바람직하고, 50 mL 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 당해 아크릴계 섬유상 바인더의 CSF 값은 200 mL 이하인 것이 바람직하고, 150 mL 이하인 것이 보다 바람직하다. 이러한 범위로 함으로써, 섬유상 바인더가 아크릴계 섬유상 바인더 이외의 다른 섬유상 바인더를 포함하는 경우에도, 당해 아크릴계 섬유상 바인더가 포함되는 섬유상 바인더 전체로서의 CSF 값이 적절한 값이 되어, 성형체의 강도 개선, 압력 손실의 저감, 분말 활성탄의 유지 및 흡착 성능의 유지를 가능하게 할 수 있다. 또한, 동일한 관점에서, 섬유상 바인더가 아크릴계 섬유상 바인더 및 셀룰로오스계 섬유상 바인더를 포함하는 경우, 셀룰로오스계 섬유상 바인더는, 아크릴계 섬유상 바인더 100 질량부에 대해 당해 셀룰로오스계 섬유상 바인더를 50 질량부 배합한 상태에서의 CSF 값이 1 mL 이상인 것이 바람직하고, 10 mL 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 셀룰로오스계 섬유상 바인더는, 아크릴계 섬유상 바인더 100 질량부에 대해 당해 셀룰로오스계 섬유상 바인더를 50 질량부 배합한 상태에서의 CSF 값이 50 mL 이하인 것이 바람직하고, 40 mL 이하인 것이 보다 바람직하다.
활성탄과 바인더의 배합 비율은, 특별히 한정되지 않고, 흡착 필터가 성형되었을 때에, 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적 (및/또는 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적과 전체 세공 용적) 이 본 실시형태에 있어서 규정되는 특정한 범위 내가 되도록 적절히 설정하면 된다. 예를 들면, 활성탄에 의한 흡착 성능 및 흡착 필터의 성형성 등의 관점도 고려하면, 활성탄 100 질량부에 대해서, 바람직하게는 바인더 3 질량부 ∼ 8 질량부 정도이다. 바인더의 양을 3 질량부 이상으로 함으로써, 충분한 강도를 갖는 흡착 필터의 성형체를 얻을 수 있다. 바인더의 양을 8 질량부 이하로 함으로써, 흡착 필터 중의 활성탄의 흡착 성능이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
활성탄 100 질량부에 대한 바인더의 혼합 비율은, 보다 바람직하게는 4 질량부 이상, 더욱 바람직하게는 5 질량부 이상이다. 또한, 활성탄 100 질량부에 대한 바인더의 혼합 비율은, 보다 바람직하게는 7 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 6 질량부 이하이다.
(임의 성분)
또한, 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터에는, 본 발명의효과가 저해되지 않는 한, 다른 임의의 기능성 성분이 포함되어 있어도 된다. 예를 들면, 용해성 납을 흡착 제거할 수 있는 제올라이트계 분말 (납 흡착제), 이온 교환 수지 혹은 킬레이트 수지 등을 들 수 있다. 또한, 항균성을 부여하기 위해서, 은 이온 혹은 은 화합물을 포함한 각종 흡착제 등을 단독 또는 2 종 이상 조합하여 포함하고 있어도 된다. 이와 같은 흡착제의 일례로서, 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터의 물성 등에 영향을 미치지 않는 양으로 첨가되는, 은 첨착 활성탄을 들 수 있다. 이들 다른 임의 성분의 배합량은 특별히 한정되지 않지만, 흡착 필터가 성형되었을 때에, 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적 (및/또는 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적과 전체 세공 용적) 이 본 실시형태에 있어서 규정되는 특정한 범위 내가 되도록 적절히 설정하면 된다. 예를 들어, 흡착 필터 전체 100 질량부에 대하여, 1 질량부 ∼ 20 질량부 배합할 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 활성탄과 바인더를 포함하는 성형체로 이루어지는 흡착 필터는, 추가로 중심 (中芯) 을 포함하고 있고, 원통상 흡착 필터여도 된다. 원통 형상으로 함으로써, 통수 저항을 저하시킬 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 하우징에 충전하여 카트리지로서 사용하는 경우, 정수기에 대한 카트리지의 장전 및 교체 작업을 간단하게 할 수 있다는 이점이 있다.
중심으로는, 원통상 흡착 필터의 중공부에 삽입되어, 원통상 흡착 필터를 보강할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 트리칼 파이프, 네트론 파이프, 세라믹 필터 등을 들 수 있다. 또한, 중심의 외주에 부직포 등을 둘러감아 사용할 수도 있다.
[흡착 필터의 제조 방법]
본 실시형태에 있어서의 흡착 필터의 제조 방법은, 당업자에게 공지된 임의의 방법에 의해 실시되면 되고, 특별히 한정되지 않는다. 효율적으로 제조할 수 있다는 관점에서, 슬러리 흡인 방법이 바람직하다.
이하, 본 실시형태에 있어서의 원통상 흡착 필터의 제조 방법의 일례를 상세하게 설명하지만, 당해 제조 방법에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로는, 예를 들어, 본 실시형태에 있어서의 원통상 흡착 필터 (성형체) 는, 슬러리 조제 공정과, 흡인 여과 공정과, 필요에 따른 전동 (轉動) 공정과, 건조 공정과, 필요에 따른 연삭 공정을 포함하는 방법에 의해 제조할 수 있다. 슬러리 조제 공정에서는, 분말상 활성탄 및 섬유상 바인더를 수중에 분산시켜, 슬러리를 조제한다. 흡인 여과 공정에서는, 조제한 슬러리를 흡인하면서 여과하여 예비 성형체를 얻는다. 전동 공정에서는, 흡인 여과 후의 예비 성형체를 정형대 (整形臺) 상에서 압축함으로써, 필요에 따라 외표면의 형상을 정리한다. 건조 공정에서는, 형상을 정리한 예비 성형체를 건조하여, 건조시킨 성형체를 얻는다. 연삭 공정에서는, 건조시킨 성형체의 외표면을 필요에 따라 연삭한다. 이하, 각각의 공정에 대해서, 보다 상세하게 설명한다.
(슬러리 조제 공정)
슬러리 조제 공정에서는, 분말상 활성탄 및 섬유상 바인더를, 예를 들어, 분말상 활성탄 100 질량부에 대해 섬유상 바인더를 4 질량부 ∼ 8 질량부가 되도록, 또한, 고형분 농도가 0.1 질량％ ∼ 10 질량％, 바람직하게는 1 질량％ ∼ 5 질량％ 가 되도록, 용매에 분산시킨 슬러리를 조제한다. 용매는 특별히 한정되지는 않지만, 물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 슬러리의 고형분 농도를 지나치게 높지 않은 농도로 조정함으로써, 분산을 용이하게 균일하게 할 수 있어, 성형체에 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 한편, 슬러리의 고형분 농도가 지나치게 낮지 않은 농도로 조정함으로써, 성형 시간을 단축할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 성형체의 밀도가 지나치게 높아지는 것도 억제하여, 양호한 통수성을 유지할 수 있다.
(흡인 여과 공정)
흡인 여과 공정에 대해, 도 1 을 사용하여 설명한다. 도 1 에 있어서 각 부호는, 형틀 (1), 심체 (2), 흡인용 구멍 (3), 플랜지 (4, 4') 및 여과액 배출구 (5) 를 나타내고 있다. 흡인 여과 공정에서는, 예를 들면, 도 1 에 나타내는 바와 같은, 심체 (2) 의 표면에 다수의 흡인용 구멍 (3) 을 갖고, 양단에 플랜지 (4, 4') 가 장착되고, 여과액 배출구 (5) 가 형성되어 있는 원통상 성형체용의 형틀 (1) 을 사용한다. 먼저, 형틀 (1) 에 전술한 바와 같은 중심을 장착하여, 조제한 슬러리 중에 넣고, 여과액 배출구 (5) 로부터 형틀 (1) 의 내측에서부터 흡인하면서 여과함으로써, 슬러리를 형틀 (1) 에 부착시킨다. 흡인 방법으로는, 관용되는 방법, 예를 들면, 흡인 펌프 등을 사용하여 흡인하는 방법 등을 이용할 수 있다. 이와 같이 하여, 예비 성형체를 형틀 (1) 에 부착시킨다.
(전동 공정)
필요에 따라, 흡인 여과 공정 후에, 예비 성형체의 외경을 소정의 크기로 조정하여, 진원도를 높이고, 또한 외주면의 요철을 감소시키기 위해, 전동 공정을 실시할 수도 있다. 전동 공정에서는, 흡인 여과 공정에서 얻어진 예비 성형체를 부착시킨 채의 형틀 (1) 을 대 위에 올려놓고, 소정의 힘으로 누르면서 전후로 움직이면 된다.
또한, 흡인 여과 공정 및 필요에 따라 실시되는 전동 공정은, 원하는 세공 용적 및 흡착 필터 밀도 등을 얻기 위해, 임의의 횟수에 있어서 실시해도 상관없다.
(건조 공정)
이어서, 형틀 (1) 의 양단의 플랜지 (4, 4') 를 떼어내고, 심체 (2) 를 빼낸다. 이로써, 중공 원통형의 예비 성형체를 얻을 수 있다. 건조 공정에서는, 이와 같이 형틀 (1) 로부터 떼어낸 예비 성형체를, 건조기 등에 의해 건조시킴으로써, 도 2 에 나타내는 성형체 (6) (본 실시형태에 있어서의 흡착 필터) 를 얻을 수 있다.
건조 온도는, 예를 들면, 100 ℃ ∼ 150 ℃, 특히 110 ℃ ∼ 130 ℃ 정도이다. 건조 시간은, 예를 들면, 4 ∼ 24 시간, 특히 8 ∼ 16 시간 정도이다. 건조 온도가 지나치게 높지 않은 온도로 함으로써, 섬유상 바인더의 변질 혹은 용융에 의한 여과 성능의 저하 또는 성형체의 강도의 저하를 일으키기 어렵게 할 수 있다. 건조 온도가 지나치게 낮지 않은 온도로 함으로써, 건조 시간을 단축할 수 있고, 건조가 불충분해지는 것을 방지할 수 있다.
(연삭 공정)
필요에 따라, 건조 공정 후에, 흡착 필터의 외경을 더욱 조정하기 위해, 또는 외주면의 요철을 감소시키기 위해, 연삭 공정을 실시할 수도 있다. 연삭 방법은, 건조시킨 성형체의 외표면을 연삭 (또는 연마) 할 수 있으면 특별히 한정되지 않고, 당업자에게 공지된 임의의 연삭 방법을 사용하면 된다. 연삭의 균일성의 관점에서, 성형체 자체를 회전시켜 연삭하는 연삭기를 사용하는 방법이 바람직하다.
또한, 연삭 공정은, 연삭기를 사용한 방법에 한정되지 않고, 예를 들어, 회전축에 고정시킨 성형체에 대하여, 고정시킨 평판상의 지석으로 연삭해도 된다. 이 방법에서는, 발생하는 연삭 찌꺼기가 연삭면에 퇴적되기 쉽기 때문에, 에어 블로우하면서 연삭하면 효과적이다.
[흡착 필터의 용도 등]
본 실시형태에 있어서의 흡착 필터는, 예를 들어, 정수 필터, 인공 투석용 필터 등으로서 사용할 수 있다. 정수 필터 또는 인공 투석용 필터로서 사용하는 경우, 예를 들면, 흡착 필터를 상기 서술한 제조 방법에 따라 제조하고, 정형 및 건조 후, 원하는 크기 및 형상으로 절단하여 필터를 사용할 수 있다. 또한, 필요에 따라서, 선단 부분에 캡을 장착하거나, 또는 표면에 부직포를 장착시켜도 된다.
본 실시형태에 있어서의 흡착 필터는, 하우징에 충전하여 정수용 카트리지로서 사용할 수 있다. 정수용 카트리지는 정수기에 장전되어, 통수에 사용되는데, 통수 방식으로는, 원수를 전량 여과하는 전체 여과 방식 또는 순환 여과 방식을 채용할 수 있다. 정수기에 장전되는 정수용 카트리지는, 예를 들면, 정수 필터 (본 실시형태에서의 흡착 필터) 를 하우징에 충전하여 사용하면 된다. 혹은, 정수 필터는, 공지된 부직포 필터, 각종 흡착제, 미네랄 첨가재, 세라믹 여과재 등과 추가로 조합하여 사용할 수도 있다.
이상, 본 발명의 개요에 대해서 설명했지만, 본 실시형태에 있어서의 흡착 필터를 정리하면 다음과 같다.
본 발명의 국면에 관련된 흡착 필터는, 활성탄과 바인더를 포함하는 성형체로 이루어지는 흡착 필터로서,
수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적이 0.10 cm3/cc ∼ 0.39 cm3/cc 이다.
전술한 흡착 필터에 있어서, 상기 흡착 필터의 밀도가 0.59 g/cm3 이하인 것이 바람직하다.
전술한 흡착 필터에 있어서, 수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 전체 세공 용적이 0.50 cm3/cc ∼ 0.73 cm3/cc 인 것이 보다 바람직하다.
전술한 흡착 필터에 있어서, 수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 전체 세공 용적에 대한 수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적의 비율이, 12 ％ 이상인 것이 더욱 바람직하다.
전술한 흡착 필터에 있어서, 수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적이, 0.15 cm3/cc 이상인 것이 특히 바람직하다.
전술한 흡착 필터에 있어서, 수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 전체 세공 용적에 대한 수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적의 비율이, 22 ％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
혹은, 본 발명의 또 다른 국면에 관련된 흡착 필터는, 활성탄과 바인더를 포함하는 성형체로 이루어지는 흡착 필터로서,
수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적이 0.15 cm3/cc 이상이며, 또한,
수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 전체 세공 용적이 0.50 cm3/cc ∼ 0.73 cm3/cc 이다.
전술한 흡착 필터에 있어서, 수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 전체 세공 용적에 대한 수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적의 비율이, 22 ％ 이상인 것이 바람직하다.
전술한 흡착 필터에 있어서, 수은 압입법에 의해 측정되는 세공 모드 직경이 15 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
전술한 흡착 필터에 있어서, 상기 흡착 필터를, 불활성 가스 중에 있어서 900 ℃ 에서 20 분간 열처리하여 얻어지는 탄화물에 있어서, 입자경이 10 ㎛ 이하인 입자의 함유율이 2 체적％ 이상인 것이 더욱 바람직하다.
전술한 흡착 필터에 있어서, 25 ℃ 에 있어서, 용제 포화 농도의 1/10 이 되는 용제 증기를 포함하는 공기를 통과시켜, 질량이 일정해졌을 때의 시료의 증량으로부터 구해지는 벤젠 포화 흡착량이 18 ％ ∼ 35 ％ 인 것이 특히 바람직하다.
전술한 흡착 필터에 있어서, 상기 흡착 필터를, 불활성 가스 중에 있어서 900 ℃ 에서 20 분간 열처리하여 얻어지는 탄화물에 있어서, 체적 기준의 누계 입도 분포에 있어서의 0 ％ 입자경이 7 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
전술한 흡착 필터에 있어서, 상기 바인더가 섬유상 바인더를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
상기 흡착 필터에 있어서, 상기 섬유상 바인더가, 아크릴계 섬유상 바인더를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 흡착 필터에 있어서, 상기 섬유상 바인더가, 셀룰로오스계 섬유상 바인더를 포함하는 것이 특히 바람직하다.
실시예
이하에, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 실시예에 의해 아무런 한정되는 것은 아니다.
먼저, 각 실시예 및 각 비교예에 있어서 사용한 원료, 원료의 분말상 활성탄의 물성 측정 방법, 그리고, 제조한 흡착 필터의 물성 측정 방법 및 평가 방법의 상세에 대하여 설명한다.
[흡착 필터의 원료]
(분말상 활성탄 및 섬유상 활성탄)
이하, 원료에 사용한 분말상 활성탄 및 섬유상 활성탄의 제조 방법을 기재하지만, 필요한 물성을 만족한다면 제조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다.
·분말상 활성탄 A
필리핀산의 야자 껍질을 탄화한 야자각탄을 900 ℃ 에서 수증기 부활하여, 목적하는 벤젠 흡착량이 되도록 부활 시간을 조정하고, 얻어진 야자각 활성탄을 희염산 세정, 이온 교환수로 탈염함으로써 입상 활성탄 (JIS K 1474, 18×42 메시, 벤젠 흡착량 29.5 wt％) 을 얻었다. 얻어진 입상 활성탄을, 볼 밀로 분쇄하여, D50 이 19.5 ㎛ 인 분말상 활성탄 A 를 얻었다.
·분말상 활성탄 B
필리핀산 야자 껍질을 탄화한 야자각탄을 900 ℃ 에서 수증기 부활하여, 목적하는 벤젠 흡착량이 되도록 부활 시간을 조정하고, 얻어진 야자각 활성탄을 희염산 세정, 이온 교환수로 탈염함으로써 입상 활성탄 (JIS K 1474, 18×42 메시, 벤젠 흡착량 30.1 wt％) 을 얻었다. 얻어진 입상 활성탄을, 볼 밀로 분쇄하고, 건식 분급기를 사용해서 미분말을 제거하여, D50 이 36.8 ㎛ 인 분말상 활성탄 B 를 얻었다.
·분말상 활성탄 C
필리핀산 야자 껍질을 탄화한 야자각탄을 900 ℃ 에서 수증기 부활하여, 목적하는 벤젠 흡착량이 되도록 부활 시간을 조정하고, 얻어진 야자각 활성탄을 희염산 세정, 이온 교환수로 탈염함으로써 입상 활성탄 (JIS K 1474, 18×42 메시, 벤젠 흡착량 27.9 wt％) 을 얻었다. 얻어진 입상 활성탄을, 볼 밀로 분쇄하고, 건식 분급기를 사용해서 미분말을 제거하여, D50 이 33.2 ㎛ 인 분말상 활성탄 C 를 얻었다.
·분말상 활성탄 D
필리핀산 야자 껍질을 탄화한 야자각탄을 900 ℃ 에서 수증기 부활하여, 목적하는 벤젠 흡착량이 되도록 부활 시간을 조정하고, 얻어진 야자각 활성탄을 희염산 세정, 이온 교환수로 탈염함으로써 입상 활성탄 (JIS K 1474, 18×42 메시, 벤젠 흡착량 29.7 wt％) 을 얻었다. 얻어진 입상 활성탄을 볼 밀로 분쇄한 후에, 325 메시의 체로 분급하여, D50 이 145.3 ㎛ 인 분말상 활성탄 D 를 얻었다.
·분말상 활성탄 E
탄소질 원료를 역청탄으로 하고, 650 ℃ 에서 건류를 함으로써 건류품을 얻었다. 얻어진 건류품을 노에 투입하고, 목적하는 벤젠 흡착량이 되도록 부활 시간을 조정하여, 얻어진 석탄계 활성탄을 희염산 세정, 이온 교환수로 탈염함으로써 산 세정 활성탄을 얻었다. 얻어진 산 세정 활성탄을, 다시 노에 투입하고, 목적하는 벤젠 흡착량이 되도록 부활 시간을 조정하여 입상 활성탄 (JIS K 1474, 10×32 메시, 벤젠 흡착량 42.1 wt％) 을 얻었다. 얻어진 입상 활성탄을, 볼 밀로 분쇄하여, D50 이 36.8 ㎛ 인 분말상 활성탄 E 를 얻었다.
분말상 활성탄 A ∼ 분말상 활성탄 E 의 상세한 물성을 이하의 표 1 에 나타낸다.
Figure pct00001
·섬유상 활성탄
페놀 수지 섬유를 300 ℃ 에서 1 시간 산화 처리하고, 얻어진 산화 처리품에 대해 700 ℃ 에서 1 시간 건류 처리를 실시하였다. 얻어진 건류 처리 후의 페놀 수지 섬유를, 부활 온도 950 ℃ 에서 부활 처리를 실시하여, BET 비표면적 1850 m2/g 의 페놀 수지계 섬유상 활성탄을 얻었다.
(바인더)
·아크릴계 섬유상 바인더 : 니혼 엑슬란 공업 (주) 제조, 「아크릴 섬유 Bi-PUL/F」, CSF 값 83 mL
·셀룰로오스계 섬유상 바인더 (상기 아크릴계 섬유상 바인더 (CSF 값 83 mL) 100 질량부에 대하여 당해 셀룰로오스계 섬유상 바인더를 50 질량부 배합한 상태에서의 CSF 값이 28 mL 이다)
·분말 바인더 (고밀도 폴리에틸렌 분말 바인더) : 미츠이 화학 (주) 제조, 「미페론 MX-220」
(기타)
·티타노실리케이트계 납 흡착제 : Solenis 사 제조, 「ATS」, 평균 입자경 20 ㎛
·중심 : 다이와보 프로그레스 (주) 제조, 「PMF-30CS-30-33」
·부직포 : 신와 (주) 제조, 「9540-F」
[원료의 활성탄의 입도 분포의 측정]
원료의 활성탄의 D10 (㎛), D50 (㎛) 및 D90 (㎛), 그리고 입자경 10 ㎛ 이하의 입자 함유율 (체적％) 은, 레이저 회절·산란법에 의해 측정하였다. 즉, 측정 대상인 활성탄을 계면 활성제와 함께 이온 교환수 중에 넣고, 초음파 진동을 부여하여 균일 분산액을 제작하고, 습식 입도 분포 측정 장치 (마이크로트랙·벨사 제조, 「Microtrac MT3300EX-II」) 를 사용하여 측정하였다. 계면 활성제에는, 후지 필름 와코 순약 주식회사 제조의 「폴리옥시에틸렌 (10) 옥틸페닐에테르」를 사용하였다. 분석 조건을 이하에 나타낸다.
(분석 조건)
측정 횟수 ; 3 회의 평균치
측정 시간 ; 30 초
분포 표시 ; 체적
입경 구분 ; 표준
계산 모드 ; MT3000II
용매명 ; WATER
측정 상한 ; 2000 ㎛, 측정 하한 ; 0.021 ㎛
잔분비 ; 0.00
통과분비 ; 0.00
잔분비 설정 ; 무효
입자 투과성 ; 흡수
입자 굴절률 ; N/A
입자 형상 ; N/A
용매 굴절률 ; 1.333
DV 값 ; 0.0882
투과율 (TR) ; 0.880 ∼ 0.900
확장 필터 ; 무효
유속 ; 70 ％
초음파 출력 ; 40 W
초음파 시간 ; 180 초
[흡착 필터 밀도의 측정]
흡착 필터 밀도 (g/cm3) 는, 얻어진 흡착 필터를 120 ℃ 에서 2 시간 건조한 후, 이하의 식에 따라 산출하였다. 또한, 흡착 필터 밀도란, 활성탄의 성형층만의 밀도를 가리킨다.
흡착 필터 밀도 = (흡착 필터 활성탄의 성형층의 질량)/(흡착 필터 활성탄의 성형층의 체적)
[수은 포로시미터에 의한 흡착 필터의 세공 용적 및 세공 모드 직경의 측정]
흡착 필터의 세공 용적은, 수은 압입법 세공 용적 측정 장치 (마이크로메리틱스사 제조, 「MicroActive AutoPore V 9620」) 를 사용하여 측정하였다. 측정 압력은 0.7 kPa - 420 MPa 로 하였다. 원통상 흡착 필터의 활성탄과 바인더로 이루어지는 성형층을 도 3 과 같이 잘라낸 후, 절단한 단편을 다시 가로세로 약 1 cm 의 크기로 잘라내었다. 잘라낸 가로세로 약 1 cm 의 샘플에 대해, 흡착 필터의 중량 기준에서의 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적 (cm3/g), 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적 (cm3/g) 및 전체 세공 용적 (cm3/g) 을 산출하였다. 그리고, 이들 값에, 상기에서 구한 흡착 필터 밀도를 곱함으로써, 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적 (cm3/cc), 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적 (cm3/cc) 및 전체 세공 용적 (cm3/cc) 을 산출하였다. 또한, 산출한 이들 세공 용적의 값으로부터, 전체 세공 용적 (cm3/cc) 에 대한 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적 (cm3/cc) 의 비율 (％) 과, 전체 세공 용적 (cm3/cc) 에 대한 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적 (cm3/cc) 의 비율 (％) 을 구하였다. 또한, 흡착 필터의 세공 모드 직경 (㎛) 은, 얻어진 세공 분포의 피크치를 나타내는 세공 직경으로 하였다.
[흡착 필터 중의 활성탄 (열처리 후의 탄화물) 의 입도 분포의 측정]
후술하는 각 실시예 및 각 비교예에서 제조되고, 외주 부직포 및 패킹을 부착하기 전의 흡착 필터를, 장축 방향으로 단면에서부터 도 4 에 나타내는 바와 같이 커터 나이프로 체적이 약 6 cm3 가 되도록 임의로 잘라내어, 샘플로 하였다. 잘라낸 샘플을, 도가니에 넣고, 질소 분위기 중 900 ℃ 에서 20 분간 열처리한 후, 실온까지 질소 분위기 중에서 냉각시켰다. 얻어진 탄화물을 흡착 필터 중의 활성탄의 입도 분포 측정용 샘플로 하여, 상기 서술한 원료의 활성탄의 입도 분포의 측정 방법과 동일한 방법으로, 흡착 필터 중의 활성탄의 체적 기준의 누계 입도 분포에 있어서의 0 ％ 입자경 (D0) (㎛) 및 입자경 10 ㎛ 이하의 입자 함유율 (체적％) 을 측정하였다.
[흡착 필터의 벤젠 흡착 성능의 측정]
흡착 필터의 벤젠 흡착 성능을, 일본 공업 규격에 있어서의 활성탄 시험 방법 (JIS K 1474:1991) 을 참고로 하여, 25 ℃ 에서, 용제 포화 농도의 1/10 이 되는 용제 증기를 포함하는 공기를 통과시켜, 질량이 일정해졌을 때의 시료의 증량으로부터 벤젠 포화 흡착량 (％) 을 구하였다. 측정 시료로는, 흡착 필터의 일부를 잘라내어 분쇄한 것을 사용하고, 분쇄 후의 시료의 흡착 성능을 평가하였다.
[초미립자 제거 성능의 측정]
Thermo Fisher Scientific 사 제조의 형광 입자 Fluoro-Max (상표) Green Fluorescent Polymer Microspheres G500 (입자경 0.5 ㎛) 을 사용하여, 농도를 10000 개/ml 이상으로 한 희석수를 수온 20±3 ℃ 로 조정하여, 시험수로 하였다. 이 시험수를 원통상 흡착 필터의 외측에서부터 내측을 향하여, 2.85 L/분의 유량으로 흘리고, 경시적으로 시험수와 처리수를 동시에 채취해서 시료수로 하였다. 이들 시료수를, 0.2 ㎛ 의 멤브레인 필터 (ADVANTEC 사 제조, MEMBRANE FILTER A020B025A WHITE (셀룰로오스 혼합 에스테르, 0.2 ㎛, 25 mm, 흑괘선이 형성된 것)) 로 여과하고, 당해 멤브레인 필터를 60 ℃ 에서 건조시켰다. 건조 후의 멤브레인 필터를 슬라이드 유리 상에 고정시키고, 형광 현미경 (OLYMPUS 사 제조, 「BX51-34-FL」) 으로 관찰함으로써, 양 시료수 중의 형광 입자수를 산출하고, 시험수 중에 함유되는 입자의 처리에 의한 제거율 (％) 을 계산하였다. 이 제거 성능의 시험에서는, 10940 L 통수시의 형광 입자 제거율을 평가하여, 제거율 95 ％ 이상을 초미립자 제거 성능에 있어서의 합격 기준으로 하였다.
[초기 통수 저항의 측정]
원통상 흡착 필터의 외측에서부터 내측을 향하여 20±3 ℃ 의 물을 2.85 L/분의 유량으로 통수시키고, 통수 개시 10 분 후의 통수 저항 (MPa) 을 측정하였다. 이 시험에서는, 초기 통수 저항 0.2 MPa 이하를 합격 기준으로 하였다. 또한, 본 통수 저항의 값은, 하우징에 의한 저항을 제외한 값으로 하였다.
[클로로포름 (유해물질) 제거 성능의 측정]
클로로포름의 농도가 300 ppb 인 시험수를, 원통상 흡착 필터의 외측에서부터 내측을 향하여, 20±2.5 ℃, 2.85 L/분의 유량으로 흘렸다. 클로로포름의 제거율이 95 ％ 미만이 된 시점에서의 적산 통수량 (L) 을, 클로로포름 제거 성능으로서 평가하였다.
[통수 미분량의 측정]
원통상 흡착 필터에 대하여 2.85 L/분의 유량으로 통수시킴으로써, 통수 직후의 유출수를 100 ml 채취하였다. 채취 후의 유출수에 대해서, 자외 가시 분광 광도계 ((주) 시마즈 제작소 제조, 「UV-1800」) 를 사용하여 흡광도를 측정하고, 사전에 작성한 검량선으로부터 유출수 중의 미분량을 구하였다.
다음으로, 각 실시예 및 각 비교예에 있어서의 흡착 필터의 제조 방법, 그리고 제조한 흡착 필터의 물성 측정 결과 및 성능 평가 결과에 대하여 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
분말상 활성탄 A, 분말상 활성탄 B, 아크릴계 섬유상 바인더, 셀룰로오스계 섬유상 바인더 및 티타노실리케이트계 납 흡착제를, 이후의 표 2 에 나타내는 배합 비율에 있어서 합계 1.055 kg 이 되도록 조제하고, 수돗물을 추가하였다. 첨가 후의 슬러리량은, 20 L 로 하였다. 한편, 표 2 에는, 상기 서술한 방법으로 측정되는 원료의 활성탄의 입자경 10 ㎛ 이하의 입자 함유율 (체적％) 도 병기하였다.
이어서, 전술한 도 1 에 나타내는 원통상 성형용의 형틀 (외경 60 mmφ, 중심축 직경 30 mmφ 및 외경 플랜지 간격 84.9 mmH) 에 중심을 장착하고, 얻어진 슬러리를 금형 외경보다 약간 큰 62 mmφ 까지, 450 mmHg 로 흡인만 실시하여 성형하고, 그 후 건조하였다. 이어서, 얻어진 성형체를 도 5 에 나타내는 자동 연삭기에 장착하여, 성형체 회전수 360 회전/분, 지석 회전수 2535 회전/분, 지석 이동 속도 300 mm/10 초 (3 cm/초) 로 성형체의 외표면을 연삭하여, 외경 60 mmφ, 내경 30 mmφ 및 높이 84.9 mmH 의 원통상 흡착 필터를 얻었다.
이와 같이 하여 얻은 흡착 필터에 대하여, 상기 서술한 방법으로, 흡착 필터의 밀도, 수은 포로시미터에 의한 세공 용적 및 세공 모드 직경, 흡착 필터 중의 활성탄 (열처리 후의 탄화물) 의 입도 분포, 그리고 벤젠 흡착 성능을 측정하였다. 이들 흡착 필터의 물성 측정의 결과를, 이후의 표 3 에 정리하여 나타낸다.
그 후, 얻어진 흡착 필터의 외주에 부직포를 1 중으로 둘러 감았다. 또한, 두께 2 mm 의 발포 폴리에틸렌 시트로 형성되고, 외경 60 mmφ, 내경 30 mmφ 의 도너츠상으로 타발된 패킹을, 핫멜트 접착제로 흡착 필터 양단에 접착하였다.
부직포를 감고, 패킹을 접착시킨 흡착 필터를, 평균 직경 96 mm, 길이 약 240 mm, 내재량 약 1809 cm3 의 스테인리스제 하우징에 장전하였다. 이것을 사용하여, 외측에서부터 내측으로 통수시키고, 상기 서술한 방법으로, 초미립자 제거 성능, 초기 통수 저항, 클로로포름 (유해 물질) 제거 성능 및 통수 미분량에 대해 평가하였다. 이들 성능 평가 결과도, 이후의 표 3 에 정리하여 나타낸다.
＜실시예 2＞
이후의 표 2 에 나타내는 바와 같이, 실시예 2 에서는, 원료에 있어서 셀룰로오스계 섬유상 바인더를 배합하지 않은 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로, 원통상 흡착 필터를 얻었다. 실시예 2 에 있어서의 흡착 필터의 물성 측정 결과 및 성능 평가 결과는, 이후의 표 3 에 정리하여 나타낸다.
<실시예 3>
이후의 표 2 에 나타내는 바와 같이, 실시예 3 에서는, 분말상 활성탄의 배합량에 있어서, 실시예 1 과 비교하여 분말상 활성탄 A 의 양을 조금 증가시키고, 분말상 활성탄 B 의 양을 조금 감소시킨 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로, 원통상 흡착 필터를 얻었다. 실시예 3 에 있어서의 흡착 필터의 물성 측정 결과 및 성능 평가 결과는, 이후의 표 3 에 정리하여 나타낸다.
<실시예 4>
이후의 표 2 에 나타내는 바와 같이, 실시예 4 에서는, 분말상 활성탄의 배합량에 있어서, 실시예 3 과 비교하여 분말상 활성탄 A 의 양을 좀더 증가시키고, 분말상 활성탄 B 의 양을 좀더 감소시킨 것 이외에는 실시예 3 과 동일한 방법으로, 원통상 흡착 필터를 얻었다. 실시예 4 에 있어서의 흡착 필터의 물성 측정 결과 및 성능 평가 결과는, 이후의 표 3 에 정리하여 나타낸다.
<실시예 5>
이후의 표 2 에 나타내는 바와 같이, 실시예 5 에서는, 분말상 활성탄 A 를 분말상 활성탄 E 로 변경하고, 배합량을 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로, 원통상 흡착 필터를 얻었다. 실시예 5 에 있어서의 흡착 필터의 물성 측정 결과 및 성능 평가 결과는, 이후의 표 3 에 정리하여 나타낸다.
<실시예 6>
이후의 표 2 에 나타내는 바와 같이, 실시예 6 에서는, 실시예 1 과 동일한 배합 조건으로 하였다. 실시예 6 에서는, 흡착 필터의 성형시에, 얻어진 슬러리를 금형 외경보다 큰 70 mmφ 까지, 450 mmHg 로 흡인하여 성형하고, 이어서, 외경이 63 mmφ 가 될 때까지 전동 공정을 사이에 포함시켜 표면을 성형하고, 그 후 건조시킨 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로, 원통상 흡착 필터를 얻었다. 실시예 6 에 있어서의 흡착 필터의 물성 측정 결과 및 성능 평가 결과는, 이후의 표 3 에 정리하여 나타낸다.
<실시예 7>
이후의 표 2 에 나타내는 바와 같이, 실시예 7 에서는, 티타노실리케이트계 납 흡착제를 배합하지 않은 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로, 원통상 흡착 필터를 얻었다. 실시예 7 에 있어서의 흡착 필터의 물성 측정 결과 및 성능 평가 결과는, 이후의 표 3 에 정리하여 나타낸다.
<비교예 1>
이후의 표 2 에 나타내는 바와 같이, 비교예 1 에서는, 분말상 활성탄의 배합에 있어서, 분말상 활성탄 A 는 함유시키지 않고, 분말상 활성탄 B 만을 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로, 원통상 흡착 필터를 얻었다. 비교예 1 에 있어서의 흡착 필터의 물성 측정 결과 및 성능 평가 결과는, 이후의 표 3 에 정리하여 나타낸다.
<비교예 2>
이후의 표 2 에 나타내는 배합 비율에 있어서, 분말상 활성탄 A, 분말상 활성탄 B 및 티타노실리케이트계 납 흡착제를 혼합하여, 합계 1.6 kg 의 혼합 분말로 하였다. 추가로, 이후의 표 2 에 나타내는 배합 비율에 대응하는 0.4 kg 의 고밀도 폴리에틸렌 분말 바인더를 당해 혼합 분말에 첨가하였다. 그 후, 이 혼합 분말을 마이크로 스피드 믹서 (다카라 공기 (주) 제조, 「MS-25 형」) 에 투입하여 2 분간 교반하였다. 이어서, 얻어진 혼합물을, 편측에 뚜껑을 덮은 내경 65 mmφ, 중심경 30 mmφ, 높이 90 mm 의 통상 스테인리스제 금형에 조금씩 나무망치로 진동을 부여하면서 충전하고, 개방측에 뚜껑을 덮어 내용물을 고정하였다. 혼합물을 충전한 금형을 160 ℃ 의 건조기에 투입하여, 120 분간 가열한 후, 50 ℃ 이하까지 방랭하였다. 그 후, 덮개를 벗기고, 성형물을 부서트리지 않도록 금형으로부터 성형물을 빼냈다. 이어서, 얻어진 성형물을 절단하여, 외경 65 mmφ, 내경 30 mmφ, 높이 84 mm 의 건식 성형체를 제작하였다. 최종적으로, 얻어진 성형체의 양단을 톱으로 절단하여, 높이를 64 mm 로 한 흡착 필터를 제작하였다. 비교예 2 에 있어서의 흡착 필터의 물성 측정 결과 및 성능 평가 결과는, 이후의 표 3 에 정리하여 나타낸다.
<비교예 3>
100 L 의 소형 비터에, 수돗물 100 L 에 대하여, 섬유상 활성탄을 건조 중량으로 1.5 kg 투입하고, 이어서 아크릴계 섬유상 바인더를 건조 중량으로 0.075 kg 상당분을 투입하여, 고해 (叩解) 를 실시하였다. 구체적으로는, 섬유상 활성탄과 바인더의 분산 혼합을 실시하고, 또한 비터의 고정 톱니와 회전 톱니의 간극을 좁힘으로써, 섬유상 활성탄을 세분화하였다. 세분화에 의해 섬유상 활성탄의 섬유 길이가 짧아지면, 특정한 형상으로 성형했을 때, 충전성이 향상되기 때문에, 단위 용적당 중량이 증가한다. 이 단위 용적당 중량을 고해 밀도라고 부르고, 섬유상 활성탄의 짧음의 척도로 하였다. 고해 밀도를 측정하기 위해, 다음과 같은 성형체를 제작하였다. 구체적으로는, 흡인용 소공경 3 mmΦ, 피치 5 mm 의 중축에 300 메시의 철망을 감고, 중축경 18 mmΦ, 외경 40 mmΦ, 외경 플랜지 간격 50 mmH 의 금형을 준비하여, 중심부로부터 슬러리를 흡인함으로써, 원통상 흡착 필터의 성형체를 제작하였다. 이 성형체의 건조품의 치수 및 중량으로부터 고해 밀도를 산출하면, 0.183 g/ml 였다. 비교예 3 에서는 이 고해 밀도 0.183 g/ml 의 슬러리를 표준 슬러리로서 사용하였다.
비교예 3 에서는, 원료의 배합에 있어서, 이 표준 슬러리에 이후의 표 2 에 나타내는 배합 비율이 되도록, 소정량의 분말상 활성탄 C 를 첨가한 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로, 원통상 흡착 필터를 얻었다. 비교예 3 에 있어서의 흡착 필터의 물성 측정 결과 및 성능 평가 결과는, 이후의 표 3 에 정리하여 나타낸다.
<비교예 4>
비교예 4 에서는, 원료의 배합에 있어서, 이후의 표 2 에 나타내는 배합 비율로, 분말상 활성탄 D, 티타노실리케이트계 납 흡착제 및 고밀도 폴리에틸렌 분말 바인더를 사용한 것 이외에는 비교예 2 와 동일한 방법으로, 원통상 흡착 필터를 얻었다. 비교예 4 에 있어서의 흡착 필터의 물성 측정 결과 및 성능 평가 결과는, 이후의 표 4 에 정리하여 나타낸다.
Figure pct00002
상기 표 2 에 있어서, 「­」는 함유되어 있지 않은 것을 의미한다.
Figure pct00003
Figure pct00004
또한, 도 6 에, 수은 포로시미터로 측정한 실시예 1 ∼ 실시예 7 및 비교예 1 ∼ 비교예 3 에 있어서의 흡착 필터의 세공 모드 직경과 그 구간 세공 용적의 그래프를 나타낸다.
또한, 도 7 에, 수은 포로시미터로 측정한 실시예 1 ∼ 실시예 7 그리고 비교예 1 및 비교예 3 에 있어서의 흡착 필터의 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적 (cm3/cc) 과 초미립자 제거 성능 (％) 과의 상관을 나타낸다. 또한, 도 8 에, 수은 포로시미터로 측정한 실시예 1 ∼ 실시예 7 그리고 비교예 1 및 비교예 3 ∼ 비교예 4 에 있어서의 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적 (cm3/cc) 과 초미립자 제거 성능 (％) 과의 상관을 나타낸다. 비교예 2 에 대해서는, 상기 표 3 에 나타내는 바와 같이, 도중 정지했기 때문에 나타내지 않았다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적이 약 0.39 (cm3/cc) 이하 정도인 경우, 우수한 초미립자 제거 성능을 나타내고 있었다. 또한, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 결과에 의하면, 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적이 약 0.15 (cm3/cc) 이상 정도인 경우, 우수한 초미립자 제거 성능을 나타내고 있었다.
[고찰]
실시예 1 ∼ 실시예 7 의 흡착 필터는, 상기 표 3 에 나타내는 바와 같이, 우수한 초미립자 제거 성능을 갖고, 또한 양호한 통수성을 유지하고 있었다. 그에 대하여, 비교예 1 의 흡착 필터는 초미립자 제거 성능의 합격 기준을 만족하지 않고, 비교예 2 의 흡착 필터는 초기 통수 저항의 합격 기준을 만족하지 않았다. 실시예 1 과 비교예 1 을 비교하면, 전체 세공 용적이나 세공 모드 직경은 동일한 정도의 수치임에도 불구하고, 비교예 1 의 흡착 필터는 본 실시형태에 있어서의 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적의 규정 범위 및 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적의 규정 범위의 양방을 만족하고 있지 않았다. 상세하게는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 비교예 1 의 세공 분포는, 실시예 1 의 세공 분포와 비교하여, 세공 직경이 보다 큰 방향에 있어서, 구체적으로는 세공 직경 10 ㎛ 이상의 범위에 있어서 보다 많이 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 1 의 세공 분포는, 실시예 1 의 세공 분포와 비교하여, 세공 직경이 보다 작은 방향에 있어서, 구체적으로는 세공 직경 7 ㎛ 이하의 범위에 있어서 보다 적게 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 그 때문에, 초미립자 제거 성능의 효과에 차이가 나타난 것으로 상정된다. 이와 같이, 실시예 1 ∼ 실시예 7 의 흡착 필터는, 흡착 필터의 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적 및 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적이 바람직하게 제어되었다고 생각된다.
이 출원은, 2020년 10월 1일에 출원된 일본 특허출원 특원 2020-167069호를 기초로 하는 것으로, 그 내용은 본원에 포함되는 것이다.
본 발명을 표현하기 위하여, 전술한 바에 있어서 구체예 등을 참조하면서 실시형태 및 실시예를 통하여 본 발명을 적절하고 충분하게 설명했지만, 당업자라면 전술한 실시형태 및 실시예를 변경 및/또는 개량하는 것은 용이하게 할 수 있는 것이라고 인식해야 한다. 따라서, 당업자가 실시하는 변경 형태 또는 개량 형태가, 청구범위에 기재된 청구항의 권리 범위를 이탈하는 레벨의 것이 아닌 한, 당해 변경 형태 또는 당해 개량 형태는, 당해 청구항의 권리 범위에 포괄되는 것으로 해석된다.
본 발명의 흡착 필터에 의하면, 예를 들어 정수 필터 등으로서 사용함으로써, 양호한 통수성을 유지하면서, 또한 우수한 초미립자 제거 성능을 발휘시킬 수 있다.

Claims (15)

  1. 활성탄과 바인더를 포함하는 성형체로 이루어지는 흡착 필터로서,
    수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적이 0.10 cm3/cc ∼ 0.39 cm3/cc 인, 흡착 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡착 필터의 밀도가 0.59 g/cm3 이하인, 흡착 필터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 전체 세공 용적이 0.50 cm3/cc ∼ 0.73 cm3/cc 인, 흡착 필터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 전체 세공 용적에 대한 수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 10 ㎛ 이상의 세공 용적의 비율이 12 ％ 이상인, 흡착 필터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적이 0.15 cm3/cc 이상인, 흡착 필터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 전체 세공 용적에 대한 수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적의 비율이 22 ％ 이상인, 흡착 필터.
  7. 활성탄과 바인더를 포함하는 성형체로 이루어지는 흡착 필터로서,
    수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적이 0.15 cm3/cc 이상이며, 또한,
    수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 전체 세공 용적이 0.50 cm3/cc ∼ 0.73 cm3/cc 인, 흡착 필터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 전체 세공 용적에 대한 수은 압입법에 의해 측정되는 상기 흡착 필터의 체적 기준에서의 세공 직경 7 ㎛ 이하의 세공 용적의 비율이 22 ％ 이상인, 흡착 필터.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수은 압입법에 의해 측정되는 세공 모드 직경이 15 ㎛ 이하인, 흡착 필터.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착 필터를, 불활성 가스 중에 있어서 900 ℃ 에서 20 분간 열처리하여 얻어지는 탄화물에 있어서, 입자경이 10 ㎛ 이하인 입자의 함유율이 2 체적％ 이상인, 흡착 필터.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    25 ℃ 에 있어서, 용제 포화 농도의 1/10 이 되는 용제 증기를 포함하는 공기를 통과시켜, 질량이 일정해졌을 때의 시료의 증량으로부터 구해지는 벤젠 포화 흡착량이 18 ％ ∼ 35 ％ 인, 흡착 필터.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착 필터를, 불활성 가스 중에 있어서 900 ℃ 에서 20 분간 열처리하여 얻어지는 탄화물에 있어서, 체적 기준의 누계 입도 분포에 있어서의 0 ％ 입자경이 7 ㎛ 이하인, 흡착 필터.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바인더가 섬유상 바인더를 포함하는, 흡착 필터.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 섬유상 바인더가 아크릴계 섬유상 바인더를 포함하는, 흡착 필터.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 섬유상 바인더가 셀룰로오스계 섬유상 바인더를 포함하는, 흡착 필터.
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