WO2007129380A1

WO2007129380A1 - 浄水器用フィルター、その製造方法、並びに浄水器用フィルターを用いた浄水器

Info

Publication number: WO2007129380A1
Application number: PCT/JP2006/308978
Authority: WO
Inventors: Hideki Katou; Manabu Kinukawa; Tomoko Yamauchi
Original assignee: Ge Techno Co., Ltd; Maiora Japan Co., Ltd
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-11-15
Also published as: JPWO2007129380A1

Abstract

残留塩素やトリハロメタン等の除去のほか、水道水中に含まれる金属イオンを効果的に除去することができ、しかも高強度で安価な浄水器用フィルター、その製造方法、並びに浄水器用フィルターを用いた浄水器に関し、無機繊維と無機粉末とを主体とする成形体を７００～１３００°Cの温度で焼成することで得られる平均気孔径が０．２～２０μｍの焼成体からなることを特徴とする。

Description

浄水器用フィルター、その製造方法、並びに浄水器用フィルターを用いた浄水器

技術分野

[0001] 本発明は、優れた浄水性能、特には金属イオンの除去性能に優れており、しかも高強度で安価な浄水器用フィルター、その製造方法、並びに浄水器用フィルターを用いた浄水器に関する。

背景技術

[0002] 従来、浄水器としては、粒状、粉末状、或いは繊維状の活性炭を容器に封入したものや、中空糸を束ねてフィルターカートリッジを形成したものが知られている。これらの浄水器にぉ、てフィルタ一として使用されて、る活性炭や中空糸膜は、水道水中の残留塩素やトリハロメタン等の除去には優れた効果を発揮するものの、配管材料など力溶出する鉛などの金属イオンの除去には殆ど効果が無力つた。

[0003] そこで、鉛などの金属の除去能力を高めるため、浄水器のフィルター材料としてィオン交換榭脂を用いたものが提案されている (例えば特許文献 1参照)。この浄水器にあっては、活性炭とイオン交換樹脂が独立した層を形成するように充填されていて、これら活性炭とイオン交換榭脂によるフィルター機能により、塩素等の除去のほか、鉛などの金属イオンの除去にも効果を発揮して、た。

[0004] ところが、この浄水器の場合、非常に高価であり、し力もフィルターの交換時には活性炭とイオン交換榭脂を容器カゝら排除して再度活性炭とイオン交換榭脂をそれぞれ別個に充填して活性炭部及びイオン交換榭脂部を形成しなければならな、と、う煩雑さがあった。

[0005] 一方、イオン交換樹脂の代わりにリン酸カルシウム化合物を使用した浄水器も提案されている（例えば特許文献 2参照)。この浄水器の場合、リン酸カルシウム化合物が、水道水中の金属イオンを効率よく除去することができる反面、高価であり、し力も金属イオンを除去した後にカルシウムイオンが遊離して、浄化水の硬度を上昇させ、飲料水としての味を低下させたりする問題があった。 [0006] また、鉛イオンの除去を目的とするキレート形成繊維または金属キレート繊維も提案されている（例えば特許文献 3参照)。ところが、これらのキレート繊維の場合、鉛以外の金属イオンの除去には十分な効果が無力つた。

特許文献 1 :特開 2000— 15253号公報

特許文献 2：特開平 9 75924号

特許文献 3：特開 2004 -225181号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 本発明は、このような技術的課題に鑑みなされたものであり、残留塩素やトリハロメタン等の除去のほか、水道水中に含まれる金属イオンを効果的に除去することができ、し力も高強度で安価な浄水器用フィルター、その製造方法、並びに浄水器用フィルターを用いた浄水器を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

[0008] 上記目的を達成するため、請求項 1〜7記載の発明は、無機繊維と無機粉末とを主体とする成形体を 700〜1300°Cの温度で焼成することで得られる平均気孔径が 0.

2〜20 μ mの焼成体力もなることを特徴とする浄水器用フィルターをその要旨とした。

[0009] また、請求項 8〜14記載の発明は、主体となる無機繊維及び無機粉末に、無機バインダ一と凝集剤と水とを加えてスラリー状の成形材料を作製し、次いで、前記成形材料を成形型内に投入し吸引脱水することで成形体を作製し、この後、前記成形体を 700〜1300°Cの温度で焼成することを特徴とする浄水器用フィルターの製造方法をその要旨とした。

[0010] さらに、請求項 15〜17に記載の発明は、請求項 1〜6のいずれかに記載の浄水器用フィルターを備えたことを特徴とする濾過装置をその要旨とした。

発明の効果

[0011] 本発明による浄水器用フィルターにあっては、従来のフィルター（ポリプロピレン繊維及びコットン繊維を主体とするフィルター）では、不可能であった 20 m以下の粒子が捕獲でき、安全な水を供給できる。また本発明のフィルタ一は 700°C以上という高温にて熱処理する為、非常に安全なフィルターである。

[0012] 本発明の浄水器にあっては、従来、水に含まれる Ca2 +、 Mg2 +、 Zn2 +等の金属イオンが除去できな力つた力選択的に金属イオンおよび酸ィ匕物イオン (N03、 S 03-等)の有害物質も除去できる。

[0013] またこの浄水器は安価であり、一般家庭においても使用可能となり、人類に多大なる貢献ができ、環境汚染の防止にもなる。

[0014] さらに、このフィルターを様々なフィルターを組み合わせることにより、現在問題となつている、中空糸膜の目詰まりによる断水、及び非金属イオンである、 Pb、 As、 Cd等の有害物質を効果的に除去できる浄水システムを提供することができる。

[0015] また、このフィルタ一はセラミックスである為、使用後の廃棄についても高温 700°C 以上で処理し、再利用することも、また土壌にもどして土壌改良剤としても利用できる

発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下、本発明の浄水器用フィルター、その製造方法、並びに浄水器用フィルターを用いた浄水器をさらに詳しく説明する。まず、本発明の浄水器用フィルターについて説明する。このフィルタ一は無機繊維と無機粉末とを主体として、る。

[0017] 無機繊維としては、 700°C以上の温度に耐え得るものであるならば特に限定されないが、アルミナ繊維、ムライト繊維、ガラス繊維、或いはロックウール繊維の中力も選ばれる、ずれか 1種若しくは 2種以上が好まし、。

[0018] 使用する無機繊維の繊維径としては、 2. 0〜： LO. 0 mが好ましい。無機繊維の繊維径が 2. 0 mよりも細い場合、折れやすぐ取り扱い性が難しくなり、 10. O /z mよりも太い場合には、後述の無機粉末と均一に混合することが困難となる。

[0019] また、無機繊維の繊維長としては 100〜 500 μ mが好ましヽ。無機繊維の繊維長力 S 100 mよりも短い場合、該無機繊維を含む成形体を焼成したときに十分な強度が得られず、

繊維長が 500 mよりも長くなると、焼成体の平均気孔径を 0. 2〜20 /ζ πιとすることが困難となるからである。

[0020] この無機繊維には、銀添着ゼオライトやイオン交換榭脂などの機能性物質を繊維表面に付着させたものを用いることもできる。この場合、繊維表面の銀添着ゼオライトやイオン交換榭脂などの機能性物質が、抗菌効果や金属イオンの吸着効果を発揮するようになる。機能性物質の付着量としては、無機繊維 100重量部に対して 20〜5 0重量部が好ましい。

[0021] 無機粉末としては、珪藻土、パーライト、或いはゼォライトの中から選ばれるいずれ力 1種若しくは 2種以上が好ましい。使用する無機粉末の平均粒子径としては 0. 1〜 350 μ m力好ましく、より好ましくは 1〜： LOO μ m、最適には 5〜25 μ mである。無機粉末の平均粒子径が上記範囲外の場合、取り扱い性が悪くなる上、無機繊維との均一な混合が困難となるからである。

[0022] 上記無機繊維と無機粉末の混合比率としては、重量比で 100： 0〜50： 50の範囲が好ましい。というのは、無機繊維と無機粉末の混合比率が上記範囲外の場合、均一な混合が可能となるからである。

[0023] 本発明のフィルタ一は、上記無機繊維と無機粉末とを主体とする成形体を焼成することで得られる焼成体からなる。焼成体は、 700〜1300°Cの焼成温度で熱処理されているため、得られる焼成体は陶器状の構造となり、使用時などに無機粉末が脱落し難く、耐水性及び耐薬品性に優れると共に強度に優れたものとなる。焼成温度が 70 0°Cを下回る場合、十分な強度が得られず、無機粉末などが脱落するという恐れがある。一方、焼成温度が 1300°Cを上回ると、例えば無機繊維が焼成時の温度で破壊され、繊維としての形態、性質を維持できなくなる。

[0024] また、本発明のフィルタ一は、焼成体の平均気孔径が 0. 2〜20 μ mとなっている。

平均気孔径が 0. 2〜20 /ζ πιとなっていることで、被処理流体の十分な流通量と金属イオンの除去性能が確保されて、るのである。

[0025] 本発明のフィルターの形態としては特に限定されないが、好ましくは円筒形状である。

[0026] 次に、本発明の浄水器用フィルターの製造方法について説明する。尚、無機繊維と無機粉末については、本発明の浄水器用フィルターの箇所で説明したので、ここでの説明は割愛する。本発明の浄水器用フィルターの製造方法における特徴部分は、成形材料の作製工程と、成形体の作製工程と、成形体の焼成工程とにある。 [0027] まず、成形材料につヽて説明する。成形材料は、上述下主体となる無機繊維及び無機粉末に、シリカゾル、アルミナゾル、クニピア G、リチウムシリケートなどの無機バインダ一と凝集剤と水とを加えて、スラリー状としたものである。

[0028] 無機バインダーの量は、無機繊維及び無機粉末の 100重量部に対して、 1〜20重量部の範囲、凝集剤量は 0. 1〜3. 0重量部の範囲が好ましい。無機バインダーは水との接触によりゲル化し、凝集剤により凝集して無機繊維及び無機粉末と共に均一に分散した状態となる。

[0029] 次に、得られた成形材料である水性スラリーを成形型を入れる。使用する成形型としては特に限定されず、予定する成形体の形状や大きさに応じて自由に設計することができる。図に示す浄水器用フィルタ一は、円筒形状をなす成形体を焼成した焼結体からなるものであり、そのような成形体を得るため、例えば多孔性中空円筒状の金型の上に 65M〜200M (メッシュ）のステンレス金網を装着した型を用いることができる。

[0030] 水性スラリーを成形型を入れた後、成形型の内側力ゝら水を吸引することにより脱水して成形体を作製する。その後加熱処理をすることにより脱水とバインダーによる接着処理を行い、成形体を得る。このようにして無機繊維と機能性無機粉末の機能を阻害することなく均一性の高い成形体を得ることができる。

[0031] 次いで、得られた成形体を 700°C〜1300°Cの焼成温度で熱処理する。この熱処理により、陶器状の構造となり、耐水性及び耐薬品性に優れた強度のあるフィルターとなる。また、上記焼成温度で焼成することにより、機能性無機物質の効果は失われな、し、強度に優れたフィルターを提供することができる。

[0032] 次に、本発明の濾過装置について説明する。本発明の濾過装置は、請求項 1〜6 のいずれかに記載の浄水器用フィルターを備えたことで特徴づけられたものである。本発明の濾過装置の好ましい形態を図 1〜図 5に示す。以下、各図に従って説明する。

[0033] 図 1に示す浄水器 11は、円筒形状をなす本発明のフィルターを該浄水器 11の第 1 のフィルター 12として用いた例である。第 1のフィルター 12は、被処理水が下から注水されて該フィルター 12を厚み方向に透過し、鉛などの金属イオンが除去された濾過処理水がフィルター側面力も排水されるようになっている。そして、このフィルター 1 2によって処理された処理水は、これに繋がる活性炭からなる第 2のフィルター 13へと注水され、さらに浄ィ匕されるようになっている。

[0034] また図 1に示す浄水器 11における第 1のフィルター 12あっては、内側に機能性材料が充填されている。図 1の例では、銀添着ゼオライトと繊維状のイオン交換樹脂が充填されており、これにより第 1のフィルター 12の濾過処理に先立って、抗菌、金属及び非金属イオンの吸着除去がなされるようになって!/、る。

[0035] 尚、浄水器用フィルター内に充填される機能性材料としては、上記ゼォライトゃィォン交換樹脂のほかに、ビタミン、グルタミン酸など機能性榭脂、珪藻土、麦飯石、トルマリン、ァルシル、及びアドセラといった機能性無機物質、粉状または粒状のイオン交換榭脂、キレート繊維、活性炭 (椰子殻活性炭、繊維状活性炭、石炭系など)の中力選ばれる 1種若しくは 2種以上を用いることができる。これらの材料を充填することで、金属イオン (Ca2 +、 Mg2 +など)及び半金属イオン (Cd、 As、 Pbなど）を除去する共に、新たに栄養素を付与することができる。

[0036] 図 2に示す浄水器 11は、浄水器用フィルター内に陽イオン交換樹脂と AgCとトルマリンを充填したものであり、図 3に示す浄水器 11は、浄水器用フィルター内に陰ィォン交換榭脂を充填したものである。

実施例

[0037] 実施例 1

アルミナ繊維 (デン力株式会社製、平均繊維径 3. 5 m) 70重量部とアドセラ（日本硝子株式会社製、 30 m) 25重量部、無機バインダー (シリカゾル、日産化学株式会社製) 5重量部とを 5000重量部の水に分散させ、凝集剤 (ポリストロン 705、荒川化学株式会社製)を 0. 5重量部添加して水性スラリーを得た。

[0038] 次に、得られた水性スラリーを、内径 φ 30mm,外径 φ 50mmの円筒状で多孔質な成形型に投入して吸引成形及び脱水成形を行い、内径 φ 30mm,外径 φ 50mm,長さ 250mmの成形体を得た。

[0039] これを 1200°Cの焼成温度で加熱処理し、強度のあるフィルターを得た (平均気孔径 12 m)。得られたフィルターの内部にイオン交換榭脂を充填して両サイドを 20 mの気孔径の不織布において密閉し、その上より 3mmの厚みのキャップを装着して通水可能なフィルタ一とした。

[0040] このフィルターを市販の浄水器に装着し（図 1参照）、通水テストを行った。その結果は表 1に示す通り。 Ca2+イオンが最大 80%まで除去できた。また、イオン交換榭脂のフィルターの充填量により Ca2+イオンの除去流量が大きく出来ることが判明した。また水の全硬度についても安定的な除去データが得られた。

[0041] [表 1]

[0042] 実施例 2

アルミナ繊維 70重量部と珪藻土（昭和化学株式会社製、ラジオライト # 100) 25重量部及び無機バインダー（シリカゾル） 5重量部とを 5000重量部の水に分散させ、凝集剤 0. 5重量部添加して、水性スラリーを得た。得られた水性スラリーを、内径 φ 10 、外径 φ 40の円筒状の多孔質の成形型に投入し、吸引成形及び脱水成形を行い、内径 φ 10、外径 φ 40、長さ 140mmの成形体を得た。これを 1200°Cの焼成温度で加熱処理し、強度のあるフィルターを得た（平均気孔径 5 m)。このフィルターの内部に陽イオン交換樹脂と AgCとトルマリンを充填して両サイドを 20 μ mの気孔径の不織布において密閉し、その上より 3mmの厚みのキャップを装着して市販の浄水器に装着し（図 2参照）、通水テストを行った。その結果を表 2に示した。

[0043] [表 2]

表 2に示すように、巿販プレフィルターでは除去できない粉末が完全に除去されたことが確認された。

[0044] 実施例 3

アルミナ繊維 80重量部とパーライト（昭和化学株式会社製、トプコ # 30) 15重量部及び無機バインダー（シリカゾル） 5重量部とを 5000重量部の水に分散させ、凝集剤を 0. 5重量部添加して水性スラリーを得た。

[0045] 得られた水性スラリーを、内径 φ 10、外径 φ 40の円筒状の多孔質の成形型に投入し、吸引成形及び脱水成形を行い、内径 φ 10、外径 φ 40、長さ 140mmの成形体を得た。これを 1200°Cの焼成温度で加熱処理し、強度のあるフィルターを得た (平均気孔径 17 /ζ πι)。このフィルターの内部に陰イオン交換榭脂を充填し、キャップを装着して市販の浄水器に装着し（図 3参照）、通水テストを行った。その結果を表 3に示す。 [0046] [表 3]

表 3に示すように窒素イオン及び油につ、ても良好に除去されて、ることが確認された。

[0047] 比較例 1

繊維長が 2500 m以上のアルミナ繊維を使用して成形体を得た。この成形体の密度は 0. 25gZccであった（平均気孔径 35 m)。これについて実施例 2と同様にして通水テストを行った結果、表 4に示すとおり、十分な粒子の除去ができな力つた。

[0048] [表 4]

[0049] 比較例 2

実施例 2において作製した円筒状成形体を 650°Cの焼成温度で 2時間焼成した以外は実施例 2と同様にして通水テストを行ったところ、通水初期において該フィルターが崩壊してしまった。

[0050] 比較例 3

実施例 1にお、て使用した第 1のフィルターを用いて、図 4に示すように水の流れを外から内側にて試験を行った。その結果は表 5に示す通りであった。

[0051] [表 5] 原水濂度除去率（¾) 測定項目

i>ppm; 比較例 3

Ca 19.1 200L 21.0

Zn 4.9 200L 24.2 表 5に示すように水との接触が少なく満足な除去はされな力つた。また、 400L通水後、フィルタ一は崩壊してしまった。

産業上の利用可能性

[0052] 本発明の浄水器用フィルター、その製造方法、並びに浄水器用フィルターを用いた浄水器は、優れた浄水性能、特には金属イオンの除去性能に優れており、しかも高強度で安価であることから、家庭用或いは業務用として好適である。

図面の簡単な説明

[0053] [図 1]本発明の浄水器用フィルターを備えた浄水器の一例を示す模式図。

[図 2]本発明の浄水器用フィルターを備えた浄水器の別例を示す模式図。

[図 3]本発明の浄水器用フィルターを備えた浄水器のさらに別の例を示す模式図。

[図 ₄]浄水器用フィルターへの水の流れを逆にした浄水器の例を示す模式図。符号の説明

[0054] 11 · "浄水器

12· · ·第 1のフィルター

13 · · ·第 2のフィルター

Claims

請求の範囲

[I] 無機繊維と無機粉末とを主体とする成形体を 700〜1300°Cの温度で焼成することで得られる平均気孔径が 0. 2〜20 mの焼成体力なることを特徴とする浄水器用フィルター。

[2] 無機繊維が、セラミック繊維、ガラス繊維、或いはロックウール繊維の中力も選ばれるいずれか 1種若しくは 2種以上であることを特徴とする請求項 1記載の浄水器用フィルター。

[3] 無機繊維の繊維径が 2. 0-10. 0 m、繊維長が 100〜500 μ mであることを特徴とする請求項 1記載の浄水器用フィルター。

[4] 無機粉末が、珪藻土、パーライト、或いはゼォライトの中から選ばれるいずれか 1種若しくは 2種以上であることを特徴とする請求項 1記載の浄水器用フィルター。

[5] 無機粉末の平均粒子径が 0. 1〜350 mであることであることを特徴とする請求項 1 記載の浄水器用フィルター。

[6] 無機繊維と無機粉末が 100 : 0〜50： 50の重量比で混合されていることを特徴とする請求項 1記載の浄水器用フィルター。

[7] 円筒形状をなすことを特徴とする請求項 1〜6のいずれかに記載の浄水器用フィルタ

[8] 主体となる無機繊維及び無機粉末に、無機バインダーと凝集剤と水とを加えてスラリ一状の成形材料を作製し、次いで、前記成形材料を成形型内に投入し吸引脱水することで成形体を作製し、この後、前記成形体を 700〜1300°Cの温度で焼成することを特徴とする浄水器用フィルターの製造方法。

[9] 無機繊維が、セラミック繊維、ガラス繊維、或いはロックウール繊維の中力も選ばれるいずれか 1種若しくは 2種以上であることを特徴とする請求項 8記載の浄水器用フィルターの製造方法。

[10] 無機繊維の繊維径が 2. 0-10. 0 m、繊維長が 100〜500 μ mであることを特徴とする請求項 8記載の浄水器用フィルターの製造方法。

[II] 無機粉末が、珪藻土、パーライト、或いはゼォライトの中から選ばれるいずれか 1種若しくは 2種以上であることを特徴とする請求項 8記載の浄水器用フィルターの製造方法。

[12] 無機粉末の平均粒子径が 0. 1〜350 mであることであることを特徴とする請求項 8 記載の浄水器用フィルターの製造方法。

[13] 無機繊維と無機粉末が 100： 0〜50： 50の重量比で混合されてヽることを特徴とする請求項 8記載の浄水器用フィルターの製造方法。

[14] 成形型が多孔性中空円筒状の金型であることを特徴とする請求項 8〜13のいずれかに記載の浄水器用フィルターの製造方法。

[15] 請求項 1〜6のいずれかに記載の浄水器用フィルターを備えたことを特徴とする濾過装置。

[16] 浄水器用フィルターが円筒状形状をなしており、該浄水器用フィルター内には機能性材料が充填されていることを特徴とする請求項 15記載の濾過装置。

[17] 浄水器用フィルター内に充填される機能性材料が、ゼォライト、珪藻土、麦飯石、トルマリン、ァルシル、及びアドセラといった機能性無機物質、粉状、粒状または繊維状のイオン交換榭脂、キレート繊維の中力も選ばれる 1種若しくは 2種以上であることを特徴とする請求項 15記載の濾過装置。