WO2019131305A1 - 吸着フィルター - Google Patents

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WO2019131305A1
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activated carbon
adsorption filter
adsorption
filter
pore volume
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啓太 高橋
貴行 吉川
哲也 花本
寛枝 吉延
山田　隆之
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株式会社クラレ
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Definitions

  • the present invention relates to an adsorption filter comprising activated carbon.
  • chlorine used for tap water etc. is not a non-toxic substance in order to prevent bacterial growth, and washing hair and skin with tap water with high residual chlorine concentration denatures and damages protein of hair and skin.
  • trace amounts of trihalomethane dissolved in tap water are suspected to be carcinogenic substances. In the recent increase in health consciousness, it is desired to remove trihalomethane and the like.
  • an adsorption-molded article in which granular activated carbon is entangled with a fibrillated fibrous binder is used as a filter.
  • Patent Document 1 describes a shaped adsorbent in which a filler material containing activated carbon as a main component is formed with a fibrous binder, wherein the activated carbon has a volume-based mode diameter of 20 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • a shaped adsorbent is disclosed, which is an activated carbon, and the fibrous binder is mainly composed of a fiber material having a hydrophobicity of 20 mL or more and 100 mL or less by fibrillation.
  • the inventors of the present invention have found that the adsorption filter and the method for producing the same can be studied in detail in order to solve the above problems, and find that the problems can be solved by the following configuration.
  • the present invention is completed by overlapping.
  • an adsorption filter is an adsorption filter comprising activated carbon and a fibrous binder, having a density of 0.400 g / ml or more, and a pore diameter of 1 to 20 ⁇ m by mercury intrusion method. It is characterized in that the pore volume is 0.60 ml / g or less.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a mold for preparing the adsorption filter of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of the adsorption filter of the present embodiment obtained using the mold of FIG.
  • FIG. 3 shows an example of the preforming body obtained by carrying out suction filtration of the slurry for adsorption filters using the formwork shown in FIG.
  • FIG. 4 is a view for explaining the process of rolling the preform obtained by suction filtration on a flat surface.
  • FIG. 5 is a view for explaining how to cut out a measurement sample when measuring the pore volume of the adsorption filter.
  • the adsorption filter of the present embodiment is an adsorption filter containing activated carbon and a fibrous binder, and has a density of 0.400 g / ml or more, and a pore volume of 0 to 20 ⁇ m by a mercury intrusion method. It is characterized by being less than .60 ml / g.
  • an adsorption filter which has excellent water permeability and high adsorption performance, is excellent in filtration ability particularly against harmful substances such as chloroform, and is not easily clogged.
  • the density of the adsorption filter of the present embodiment is 0.400 g / ml or more. If the density is less than 0.400 g / ml, the total amount of activated carbon is reduced, and the adsorption performance of harmful substances is lowered. More preferably, the density is 0.420 g / ml or more.
  • the upper limit of the density of the adsorption filter is not particularly limited, but if the density is too large, clogging of the adsorption filter may easily occur. Therefore, the density of the adsorption filter of the present embodiment is preferably 0.550 g / ml or less.
  • the density of the adsorption filter can be measured by the method described in the examples described later.
  • the adsorption filter of the present embodiment has a pore volume of 0.60 ml / g or less at a pore diameter of 1 to 20 ⁇ m by mercury porosimetry.
  • the pore volume is greater than 0.60 ml / g, the suspended matter is packed in the pores and clogged, resulting in clogging.
  • a more preferable range of the pore volume is 0.55 ml / g or less, more preferably 0.50 ml / g or less.
  • the lower limit of the pore volume is not particularly limited, but in the case of an adsorption filter in which the pore volume is too small, since the activated carbon density of the filter tends to decrease, the adsorption performance of harmful substances may be degraded. Therefore, the pore volume is preferably 0.10 ml / g or more.
  • the measurement of the pore volume by mercury porosimetry is performed using a mercury porosimetry pore volume measuring apparatus ("MicroActive AutoPore V 9620" manufactured by Micromeritics) as in the examples described later. be able to.
  • molding layer of a filter is used as the measurement sample of the magnitude
  • the pore volume at a pore diameter of 30 ⁇ m or more by mercury intrusion method (pore diameter at 1 to 20 ⁇ m) with respect to the pore volume at pore diameter 1 to 20 ⁇ m by mercury intrusion method
  • the pore volume / pore volume at a pore diameter of 30 ⁇ m or more is preferably 0.1 to 1.5. If the ratio of relatively small pores to relatively large pores is in such a range, clogging due to pore filling of suspended matter can be further suppressed, and adsorption performance of harmful substances can be further enhanced. It has the advantage of More preferably, the range of pore volume at a pore diameter of 1 to 20 ⁇ m / pore volume at a pore diameter of 30 ⁇ m or more is 0.2 to 1.0.
  • the pore volume at a pore diameter of 30 ⁇ m or more as measured by mercury porosimetry is preferably 0.40 to 1.0 ml / g, and 0.50 to 0.90 ml / g. Is more preferred. If the pore volume is too small, the volume for circulating the suspended material becomes insufficient, and clogging easily occurs. In addition, when the pore volume is too large, the density of the above-mentioned adsorption filter becomes small, and the adsorption performance of harmful substances may be lowered.
  • the adsorption filter of the present embodiment preferably has a benzene adsorption performance of 18 to 35%, more preferably 20 to 35%, and still more preferably about 22 to 30%. If the benzene adsorption capacity is less than 18%, sufficient adsorption capacity may not be maintained, and if it exceeds 35%, the pore size is increased in the overactivated state, and the adsorption retention of harmful substances is decreased. Tend to Therefore, in the adsorption filter of the present embodiment, the benzene adsorption performance is preferably in the above range.
  • the benzene adsorption performance refers to air containing solvent vapor whose concentration is 1/10 of the solvent saturation concentration at 25 ° C. with reference to the description of activated carbon test method JIS K 1474 (1991) in Japanese Industrial Standards. It is the benzene saturated adsorption amount determined from the increase of the sample when the mass becomes constant.
  • the activated carbon used for the adsorption filter of the present embodiment is not particularly limited, and commercially available ones may be used, but for example, activated carbon obtained by carbonizing and / or activating a carbonaceous material is used It can also be done. When carbonization is required, oxygen or air can usually be shut off, for example, at about 400 to 800 ° C., preferably about 500 to 800 ° C., and more preferably about 550 to 750 ° C.
  • any one of the gas activation method and the chemical activation method can be adopted, and the gas activation method and the chemical activation method may be combined, but particularly when used for water purification, the residual amount of impurities is small.
  • the gas activation method is preferred.
  • the gas activation method is carried out generally at a carbonized carbonaceous material, for example, at 700 to 1100 ° C., preferably 800 to 980 ° C., more preferably 850 to 950 ° C., as an activating gas (eg, water vapor, carbon dioxide gas, etc.)
  • an activating gas eg, water vapor, carbon dioxide gas, etc.
  • the reaction can be carried out by reacting with In consideration of safety and reactivity, a water vapor-containing gas containing 10 to 40% by volume of water vapor is preferable.
  • the activation time and the temperature rising rate are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the type, shape, and size of the carbonaceous material to be selected.
  • carbonaceous material examples include, but are not limited to, plant-based carbonaceous materials (eg, wood, shavings, charcoal, fruit shells such as coconut shell and coconut shell, fruit seeds, pulp by-products, lignin, waste molasses) Plant-derived materials such as), mineral-based carbonaceous materials (eg, peat, lignite, lignite, bituminous coal, anthracite, coke, coal tar, coal pitch, petroleum distillation residue, petroleum pitch and other mineral-derived materials), synthetic resin Carbonaceous materials (eg, materials derived from synthetic resins such as phenol resin, polyvinylidene chloride, acrylic resin, etc.), natural fiber based carbonaceous materials (eg, natural fibers such as cellulose, regenerated fibers such as rayon) Materials) and the like.
  • plant-based carbonaceous materials eg, wood, shavings, charcoal, fruit shells such as coconut shell and coconut shell, fruit seeds, pulp by-products, lignin, waste molasses
  • carbonaceous materials can be used alone or in combination of two or more.
  • coconut husk and phenol resin are preferable from the viewpoint of easily developing micropores involved in the adsorption performance of volatile organic compounds defined in JIS S 3201 (2010).
  • Activated carbon after activation may be washed to remove ash and chemicals, particularly when using plant-based carbonaceous materials such as coconut husk or mineral-based carbonaceous materials.
  • a mineral acid or water is used for washing, and hydrochloric acid having high washing efficiency is preferable as the mineral acid.
  • the shape of the activated carbon of the present embodiment may be any shape such as powder, particles, fibers (strings, cloth (cross), felt), etc., and can be appropriately selected depending on the application, but adsorption per volume High performance particulates are preferred.
  • the particle diameter of the activated carbon of the present embodiment is not particularly limited, but the 50% particle diameter (D50) in the cumulative particle size distribution on a volume basis is preferably about 50 to 200 ⁇ m, more preferably about 100 to 170 ⁇ m Preferably, the thickness is about 130 to 150 ⁇ m. If the activated carbon has a particle diameter in such a range, in addition to the adsorptive removal performance, an adsorptive filter which is less likely to be clogged can be easily obtained.
  • the particle diameter of the activated carbon of this embodiment is not particularly limited, but the 10% particle diameter (D10) in the cumulative particle size distribution on a volume basis is preferably about 30 to 100 ⁇ m, and more preferably about 40 to 90 ⁇ m Preferably, the thickness is about 50 to 80 ⁇ m. If the activated carbon has a particle diameter in such a range, in addition to the adsorptive removal performance, an adsorptive filter which is less likely to be clogged can be easily obtained.
  • the particle diameter of the activated carbon of this embodiment is not particularly limited, but the 90% particle diameter (D90) in the cumulative particle size distribution on a volume basis is preferably about 160 to 240 ⁇ m, and more preferably about 170 to 230 ⁇ m. Preferably, it is more preferably about 180 to 220 ⁇ m. If the activated carbon has a particle diameter in such a range, in addition to the adsorptive removal performance, an adsorptive filter which is less likely to be clogged can be easily obtained.
  • the numerical values D50, D10 and D90 are values measured by a laser diffraction / scattering method, and can be measured, for example, by a wet particle size distribution measuring apparatus (Microtrac MT3300EX II) manufactured by Nikkiso Co., Ltd. or the like.
  • the fibrous binder used in the adsorption filter of the present embodiment is not particularly limited as long as it can be shaped by entangling the above-mentioned particulate activated carbon, and it can be widely used regardless of synthetic products and natural products.
  • a binder include acrylic fiber, polyethylene fiber, polypropylene fiber, polyacrylonitrile fiber, cellulose fiber, nylon fiber, aramid fiber, pulp and the like.
  • the fiber length of the fibrous binder is preferably 4 mm or less.
  • fibrous binders may be used in combination of two or more. Particular preference is given to using polyacrylonitrile fibers or pulp as binder. As a result, the density of the formed body and the strength of the formed body can be further increased, and the performance deterioration can be suppressed.
  • the water permeability of the fibrous polymer binder is about 10 to 150 mL in CSF value.
  • the CSF value is a value measured according to JIS P8121 (2012) “Test method for freeness of pulp” Canadian Standard Freeness Method. Also, CSF values can be adjusted, for example, by fibrillating the binder.
  • the CSF value of the fibrous polymer binder is less than 10 mL, water permeability can not be obtained, the strength of the molded product is lowered, and the pressure loss may also be increased.
  • the CSF value exceeds 150 mL, the powdery activated carbon can not be retained sufficiently, and the strength of the molded body is lowered, and the adsorption performance may be inferior.
  • the adsorption filter of the embodiment may contain functional components other than the above as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • zeolite powder lead adsorbent
  • soluble lead ion exchange resin or chelate resin
  • the amount may be added, it is usually blended in an amount of 0.1 to 30 parts by mass with respect to the entire adsorption filter.
  • the mixing ratio of each component in the adsorption filter of the present embodiment is preferably the above-mentioned fiber with respect to 100 parts by mass of the activated carbon or the mixture of the activated carbon and the functional component, from the viewpoint of adsorption effect of harmful substances and moldability.
  • the amount of the binder is about 4 to 10 parts by mass. When the amount of the fibrous binder is less than 4 parts by mass, sufficient strength may not be obtained, and the formed body may not be formed. When the amount of the fibrous binder exceeds 10 parts by mass, the adsorption performance may be reduced. More preferably, it is desirable to blend 4.5 to 6 parts by mass of the fibrous binder.
  • the adsorption filter of the present embodiment may be a cylindrical filter further containing a core in addition to the activated carbon and the fibrous binder.
  • the cylindrical shape can reduce the resistance to water flow, and further, when the housing is filled and used as a cartridge as will be described later, there is an advantage that the operation of loading and replacing the cartridge to the water purifier can be simplified. There is.
  • the inner core usable in the present embodiment is not particularly limited as long as it can be inserted into the hollow portion of a cylindrical filter and can reinforce the cylindrical filter.
  • a trical pipe, a netron pipe, and a ceramic filter are preferable.
  • a nonwoven fabric etc. can also be wound and used around the outer periphery of a core.
  • the production of the adsorption filter of the present embodiment is performed by any method and is not particularly limited.
  • the slurry suction method is preferred in terms of efficient production.
  • a cylindrical filter (molded body) is prepared by dispersing powdered active carbon and a fibrous binder in water to prepare a slurry, and filtering the slurry while suctioning the slurry to obtain a preformed body.
  • a grinding step of grinding the outer surface of the compact as required.
  • the powdered activated carbon and the fibrous binder are, for example, 4 to 8 parts by mass of the fibrous binder with respect to 100 parts by mass of the activated carbon, and the solid content concentration is A slurry dispersed in a solvent is prepared so as to be 0.1 to 10% by mass (particularly preferably 1 to 5% by mass).
  • the solvent is not particularly limited, but it is preferable to use water or the like.
  • the solid content concentration of the slurry is too high, the dispersion is likely to be nonuniform, and there is a problem that the molded body is likely to have spots.
  • the solid content concentration is too low, not only the molding time is prolonged and the productivity is lowered, but also the density of the molded body is increased, and clogging due to capture of the turbidity component tends to occur.
  • suction filtration process Next, in the suction filtration step, for example, as shown in FIG. 1, a cylindrical molding die having a large number of suction holes 3 on the surface of the core body 2 and having flanges 4 and 4 'attached at both ends. An inner core as described above is attached to the frame 1, the slurry is put into the slurry, and the slurry is attached to the mold 1 by filtering while suctioning from the inside of the mold from the filtrate outlet 5.
  • a suction method a conventional method, for example, a method of suction using a suction pump or the like can be used.
  • FIG. 1 a conventional method, for example, a method of suction using a suction pump or the like can be used.
  • the amount of the slurry attached to the mold 1 is about 105 to 125% of R + (H ⁇ 2) with respect to the diameter R of the flanges 4 and 4 ′ of the mold 1 Adhere in such amount.
  • the H be about 2 to 9 mm.
  • Rolling process In the rolling step, the form 1 is placed on the table 8 as shown in FIG. 4 while the preform obtained in the suction filtration step is attached. Then, using the pressing tool 9 having a surface that can be pressed with a predetermined force, the molded body is moved forward and backward while being pressed in the A direction. Thereby, while adjusting the outer diameter of the preforming body 7 to a predetermined size, the roundness is increased and the unevenness of the outer peripheral surface is reduced. When adjusting the outer diameter of the preform, it is preferable to perform the adjustment while holding down the pressing tool 9 until the outer circumferences of the flanges 4 and 4 ′ contact the table top 8. After rolling, the preform is removed from the formwork.
  • the suction filtration step and the rolling step may be performed several times to obtain the target filter density and pore volume.
  • the preform (removed from the mold) is dried by a drier or the like to obtain a molded body (the adsorption filter of the present embodiment).
  • the drying temperature is, for example, about 100 to 150 ° C. (particularly, 110 to 130 ° C.), and the drying time is, for example, about 4 to 24 hours (particularly, 8 to 16 hours).
  • the drying temperature is too high, the fibrous binder is degraded or melted to deteriorate the filtration performance or the strength of the molded product. If the drying temperature is too low, the drying time may be long or the drying may be insufficient.
  • a grinding step can be performed to further adjust the outer diameter of the filter or to reduce the unevenness of the outer peripheral surface.
  • the grinding means used in this embodiment is not particularly limited as long as it can grind (or polish) the outer surface of the dried formed body, and a conventional grinding method can be used, but from the viewpoint of grinding uniformity, the formed body itself The method of using a grinder which grinds by rotating is preferable.
  • the grinding process is not limited to the method using a grinder, For example, you may grind with the flat-shaped grindstone fixed with respect to the molded object fixed to the rotating shaft. In this method, it is effective to grind while blowing air, since the generated grinding dust is likely to be deposited on the grinding surface.
  • the adsorption filter of the present embodiment is used, for example, as a water purification filter or a filter for artificial dialysis.
  • a water purification filter or a filter for artificial dialysis for example, after the adsorption filter of the present embodiment is manufactured by the above-described manufacturing method, it can be obtained by cutting into a desired size and shape after shaping and drying.
  • a cap may be attached to the tip portion, or a non-woven fabric may be attached to the surface.
  • the adsorption filter of the present embodiment can be filled in a housing and used as a water purification cartridge.
  • the cartridge is loaded in a water purifier and supplied to water.
  • a water flow method a full filtration method or a circulation filtration method is employed in which the raw water is totally filtered.
  • the cartridge loaded in the water purifier may be used by, for example, filling the water filter in the housing, but it is further used in combination with a known non-woven filter, various adsorbents, mineral additives, ceramic filter media, etc. You can also
  • An adsorption filter is an adsorption filter comprising activated carbon and a fibrous binder, wherein the density is 0.400 g / ml or more, and the pore size is 1 to 20 ⁇ m according to mercury porosimetry. It is characterized in that the volume is 0.60 ml / g or less.
  • the pore volume at a pore diameter of 30 ⁇ m or more by mercury porosimetry (the pore volume at a pore diameter of 1 to 20 ⁇ m) relative to the pore volume at a pore diameter of 1 to 20 ⁇ m by mercury porosimetry (Pore volume at a pore diameter of 30 ⁇ m or more) is preferably 0.1 to 1.5.
  • the particle size (D10, D50, D90) of the activated carbon was measured by laser diffraction measurement. That is, the activated carbon to be measured was put in ion exchange water together with a surfactant, ultrasonic vibration was applied to prepare a uniform dispersion, and the measurement was carried out using Microtrac MT3300EX-II manufactured by Microtrac Bell.
  • a surfactant "polyoxyethylene (10) octyl phenyl ether” manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used. The analysis conditions are shown below.
  • the pore volume of the cylindrical adsorption filter was measured using a mercury intrusion pore volume measuring apparatus ("MicroActive AutoPore V 9620" manufactured by Micromeritics, Inc.). The measurement pressure was 0.7 kPa-420 MPa. After the molded layer of activated carbon and fibrous binder of the cylindrical adsorption filter is cut off as shown in FIG. 5, the cut fragments are cut equally (thickness direction: 1/2 in the direction perpendicular to the cross section of the filter) and cut The cut fragments were further cut into a size of about 1 cm square for measurement. The volume of pores having a pore diameter of 1 to 20 ⁇ m and the volume of pores having a pore diameter of 30 ⁇ m or more were calculated and averaged for the two samples obtained by cutting.
  • the pore volume at a pore diameter of 30 ⁇ m or more (pore volume at a pore diameter of 1 to 20 ⁇ m / pore volume at a pore diameter of 30 ⁇ m or more) relative to the pore volume at a pore diameter of 1 to 20 ⁇ m Calculated by calculation.
  • Pore volume with a pore diameter of 1 to 20 ⁇ m and the result of pore volume at a pore diameter of 1 to 20 ⁇ m / pore volume at a pore diameter of 30 ⁇ m or more (small pore volume / large pore volume) Is shown in the table.
  • the turbidity component removal performance and chloroform removal performance were evaluated by the following method. These methods are, respectively, the turbidity component removal performance test (6.2.2) and volatile organic compound removal performance test (6.2.3) of JIS S 3201 (2010) (domestic water purifier test method) It is the same method.
  • Test water was prepared by adding kaolin to raw water (tap water) to a concentration of 2 times. The test water was allowed to flow from the outside to the inside of the cylindrical adsorption filter under a pressure condition of 0.1 MPa at an initial flow rate of 4.0 L / min. The integrated water flow rate at the time when the water flow rate was 50% of the initial flow rate was evaluated as the turbidity component removal performance. In this evaluation test, 20000 L or more was taken as the pass standard in clogging performance.
  • Example 1 [Material of adsorption filter] (Activated carbon A)
  • the preparation method of activated carbon used for the raw material is as follows: Activate activated carbon of coconut shell carbon which carbonized coconut shell from the Philippines at 900 ° C, adjust the activation time so as to reach the target benzene adsorption amount, wash the obtained coconut shell activated carbon with dilute hydrochloric acid, desalt it with ion exchange water As a result, granular activated carbon (JIS K 1474, 18 ⁇ 42 mesh, benzene adsorption amount 32 wt%) was obtained. The obtained granular activated carbon was pulverized by a ball mill and then classified by using a 325 mesh sieve to obtain powdered activated carbon A having a D50 value of 140.9 ⁇ m.
  • Acrylic fibrous binder “Acryl Fiber Bi-PUL / F” manufactured by Nippon EXLAN Industrial Co., Ltd., CSF value 90 ml (Center) Takiloncy Eye, Inc., Trical Pipe
  • a trical pipe (outer diameter 35 mm ⁇ , inner diameter 30.5 mm ⁇ ,) obtained by winding a cylindrical nonwoven fabric around a mold having an outer diameter of 63 mm ⁇ having a large number of small holes with a diameter of 3 mm, an inner diameter of 30 mm ⁇ and a height of 245 mmH
  • the sample was mounted at a height of 245 mmH), and the slurry was sucked at 450 mmHg until the outer diameter of the preform made of the slurry became 73 mm ⁇ .
  • a hollow cylindrical adsorption filter having an outer diameter of 63 mm ⁇ , an inner diameter of 35 mm ⁇ and a height of 245 mmH was obtained.
  • Pore volume of pores having a diameter of 1-20 ⁇ m and pore volume of a pore having a diameter of 1-20 ⁇ m, which are obtained by the density, benzene adsorption performance, and mercury porosimetry measurement of the obtained adsorption filter The pore volume of pores having a diameter of not less than 30 ⁇ m is shown in Table 2 below.
  • This adsorption filter is loaded into a clear plastic housing with an average diameter of 79 mm, a length of about 250 mm and an intrinsic amount of about 1200 ml, water is passed from the outside to the inside, and turbidity components are removed according to the household water purifier test method. Performance and chloroform removal performance were evaluated. The results are shown in Table 2.
  • Example 1 A cylindrical adsorption filter was produced in the same manner as in Example 1 except that the outer diameter after suction of the slurry was 65 mm. The evaluation test results are shown in Table 2.
  • Example 2 [Material of adsorption filter] (Activated carbon B)
  • the granular activated carbon (JIS K 1474, 18 ⁇ 42 mesh, benzene adsorption amount 32 wt%) of Example 1 was pulverized by a ball mill so that the D50 value was 114.3 ⁇ m, to obtain a powdered activated carbon B.
  • Example 3 A cylindrical adsorption filter was produced in the same manner as in Example 1 except that the activated carbon used was changed to powdered activated carbon B. The evaluation test results are shown in Table 2.
  • Example 2 [Material of adsorption filter] (Activated carbon C)
  • the preparation method of activated carbon used for the raw material is as follows: Activate activated carbon of coconut shell carbon which carbonized coconut shell from the Philippines at 900 ° C, adjust the activation time so as to reach the target benzene adsorption amount, wash the obtained coconut shell activated carbon with dilute hydrochloric acid, desalt it with ion exchange water As a result, granular activated carbon (JIS K 1474, 18 ⁇ 42 mesh, benzene adsorption amount 21 wt%) was obtained. The obtained granular activated carbon was pulverized by a ball mill and then classified by a 200 mesh sieve to obtain a powdered activated carbon C having a D50 value of 147.6 ⁇ m.
  • the preparation method of activated carbon used for the raw material is as follows: (Activated carbon D) Activate activated carbon of coconut shell carbon which carbonized coconut shell from the Philippines at 900 ° C, adjust the activation time so as to reach the target benzene adsorption amount, wash the obtained coconut shell activated carbon with dilute hydrochloric acid, desalt it with ion exchange water As a result, granular activated carbon (JIS K 1474, 18 ⁇ 42 mesh, benzene adsorption amount 39 wt%) was obtained. The obtained granular activated carbon was pulverized by a ball mill and then classified by a sieve of 325 mesh to obtain a powdered activated carbon D having a D50 value of 142.1 ⁇ m.
  • Example 2 a cylindrical adsorption filter was produced in the same manner as in Example 1 except that the activated carbon to be used was changed to powdered activated carbon D.
  • the evaluation test results are shown in Table 2.
  • Example 3 A cylindrical adsorption filter was produced in the same manner as in Example 1 except that the outer diameter after suction of the slurry was 68 mm ⁇ . The evaluation test results are shown in Table 2.
  • Activated carbon E The preparation method of activated carbon used for the raw material is as follows: Activate activated carbon of coconut shell carbon which carbonized coconut shell from the Philippines at 900 ° C, adjust the activation time so as to reach the target benzene adsorption amount, wash the obtained coconut shell activated carbon with dilute hydrochloric acid, desalt it with ion exchange water As a result, granular activated carbon (JIS K 1474, 18 ⁇ 42 mesh, benzene adsorption amount 32 wt%) was obtained. The obtained granular activated carbon was pulverized by a ball mill and then classified by a sieve of 325 mesh to obtain powdered activated carbon E having a D50 value of 123.5 ⁇ m.
  • Example 5 A cylindrical adsorption filter was produced in the same manner as in Example 1 except that the activated carbon used was changed to powdered activated carbon E. The evaluation test results are shown in Table 2.
  • Activated carbon F The preparation method of activated carbon used for the raw material is as follows: Activate activated carbon of coconut shell carbon which carbonized coconut shell from the Philippines at 900 ° C, adjust the activation time so as to reach the target benzene adsorption amount, wash the obtained coconut shell activated carbon with dilute hydrochloric acid, desalt it with ion exchange water As a result, granular activated carbon (JIS K 1474, 18 ⁇ 42 mesh, benzene adsorption amount 32 wt%) was obtained. The obtained granular activated carbon was pulverized by a ball mill and then classified by a sieve of 325 mesh to obtain powdered activated carbon F having a D50 value of 123.0 ⁇ m.
  • Example 5 A cylindrical adsorption filter was produced in the same manner as in Example 1 except that the activated carbon to be used was changed to powdered activated carbon F. The evaluation test results are shown in Table 2.
  • Activated carbon G The preparation method of activated carbon used for the raw material is as follows: Activate activated carbon of coconut shell carbon which carbonized coconut shell from the Philippines at 900 ° C, adjust the activation time so as to reach the target benzene adsorption amount, wash the obtained coconut shell activated carbon with dilute hydrochloric acid, desalt it with ion exchange water As a result, granular activated carbon (JIS K 1474, 18 ⁇ 42 mesh, benzene adsorption amount 35 wt%) was obtained. The obtained granular activated carbon was pulverized by a ball mill, and then classified by a sieve of 325 mesh to obtain powdered activated carbon G having a D50 value of 145.0 ⁇ m.
  • Example 2 a cylindrical adsorption filter was produced in the same manner as in Example 1 except that the activated carbon to be used was changed to powdered activated carbon G.
  • the evaluation test results are shown in Table 2.
  • the adsorption filter of the comparative example was inferior in the harmful substance removal performance or the clogging performance.
  • the present invention has wide industrial applicability in the technical field related to adsorption filters, water purification and the like.

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Abstract

本発明の一局面は、活性炭と繊維状バインダーを含む吸着フィルターであって、密度が０．４００ｇ／ｍｌ以上であり、かつ水銀圧入法による細孔直径１～２０μｍでの細孔容積が０．６０ｍｌ／ｇ以下であることを特徴とする、吸着フィルターに関する。

Description

吸着フィルター
　本発明は、活性炭を含む吸着フィルターに関するものである。
　近年、水道水の水質に関する安全衛生上の関心が高まってきており、水道水中に含まれる遊離残留塩素、トリハロメタン類などのＶＯＣ（揮発性有機化合物）、農薬、カビ臭などの有害物質を除去することが望まれている。
　特に、雑菌繁殖を防止するために水道水等に利用されている塩素は無毒な物質ではなく、残留塩素濃度の高い水道水で髪や肌を洗浄すると髪や肌の蛋白質を変性させて傷めてしまうおそれがある。また、水道水中に溶存している微量のトリハロメタンは、発ガン性物質であることが疑われている。近年の健康志向の高まりの中で、トリハロメタン等を除去することが望まれている。
　従来、これらの有害物質を除去するため、フィブリル化繊維状バインダーに粒状の活性炭を絡ませた吸着成形体がフィルターとして用いられている。
　例えば、特許文献１には、活性炭を主成分とする瀘材を、繊維状バインダーにて成形してある成形吸着体であって、前記活性炭が、体積基準モード径が２０μｍ以上１００μｍ以下の微粒子状活性炭であり、前記繊維状バインダーが、フィブリル化により瀘水度２０ｍＬ以上１００ｍＬ以下とした繊維材料を主成分とするものである成形吸着体が開示されている。
　上記特許文献１記載の成形吸着体のように、粒子径の細かい粉末状活性炭を濾水度の低い繊維状バインダーで成形すると、成形性が良くなり、かつ、吸着性能が高く、品質が安定したフィルターが得られる。しかしながら、微粉末状の活性炭が含まれると、成形体強度が低くなることに加えて、圧力損失も高くなる上に、フィルターの目詰まりが起こりやすいという問題がわかってきた。目詰まりが起こると、充分な水量が得られなくなったり、フィルターに水圧の負荷がかかることにより破損したり、破損部位から浄化されていない水や、濾材が流出したりするという問題が起こる。
　そこで、有害物質の優れた濾過能力を保持しつつ、目詰まりが起こりにくい、粉末状活性炭とバインダーからなる吸着フィルターが求められている。
特開２０１１－２５５３１０号公報
　本発明者等は、上記課題を解決するために、吸着フィルターおよびその製造方法について詳細に検討を重ねた結果、下記構成により上記課題を解決し得ることを見出し、この知見に基づいて更に検討を重ねることによって本発明を完成した。
　すなわち、本発明の一局面に係る吸着フィルターは、活性炭と繊維状バインダーを含む吸着フィルターであって、密度が０．４００ｇ／ｍｌ以上であり、かつ水銀圧入法による細孔直径１～２０μｍでの細孔容積が０．６０ｍｌ／ｇ以下であることを特徴とする。
図１は、本実施形態の吸着フィルターを調製するための型枠の斜視図を示す。 図２は、図１の型枠を用いて得られる本実施形態の吸着フィルターの一例を示す斜視図である。 図３は、図１に示す型枠を用いて吸着フィルター用スラリーを吸引濾過して得られる予備成形体の一例を示す。 図４は、吸引濾過して得られた予備成形体を平面上で転動する工程を説明する図である。 図５は、吸着フィルターの細孔容積の測定の際の、測定試料の切り取り方を説明する図である。
　以下、本発明に係る実施形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　（吸着フィルター）
　本実施形態の吸着フィルターは、活性炭と繊維状バインダーを含む吸着フィルターであって、密度が０．４００ｇ／ｍｌ以上であり、かつ水銀圧入法による細孔直径１～２０μｍでの細孔容積が０．６０ｍｌ／ｇ以下であることを特徴とする。
　このような構成を有することにより、優れた通水性および高吸着性能を有し、特に、クロロホルム等の有害物質に対する濾過能力に優れ、かつ目詰まりを起こしにくい吸着フィルターを提供できる。
　これは、フィルターの密度を大きくすることで、吸着フィルターの有害物質の吸着性能を高め、かつ、特定の細孔径を有する細孔の容積を小さくすることによって、目詰まりを起こしにくくすることができるためと考えられる。
　本実施形態の吸着フィルターの密度は０．４００ｇ／ｍｌ以上である。前記密度が０．４００ｇ／ｍｌ未満であると、活性炭の総量が少なくなり、有害物質の吸着性能が低くなる。より好ましくは、前記密度は０．４２０ｇ／ｍｌ以上である。一方、前記吸着フィルターの密度の上限については特に限定はされないが、あまり密度が大きくなると、吸着フィルターの目詰まりが生じやすくなる場合がある。従って、本実施形態の吸着フィルターの密度は０．５５０ｇ／ｍｌ以下であることが好ましい。
　本実施形態において、吸着フィルターの密度は、後述する実施例に記載の方法で測定することができる。
　本実施形態の吸着フィルターは、水銀圧入法による細孔直径１～２０μｍでの細孔容積が０．６０ｍｌ／ｇ以下である。前記細孔容積が０．６０ｍｌ／ｇより大きいと、懸濁物質が細孔に充填されて閉塞し、目詰まりが生じる。前記細孔容積のより好ましい範囲は、０．５５ｍｌ／ｇ以下であり、さらに好ましくは０．５０ｍｌ／ｇ以下である。一方、前記細孔容積の下限は特に限定されないが、細孔容積が小さすぎる吸着フィルターでは、フィルターの活性炭密度が減少する傾向があるため、有害物質の吸着性能が低下するおそれがある。従って、前記細孔容積は０．１０ｍｌ／ｇ以上であることが好ましい。
　本実施形態において、水銀圧入法による細孔容積の測定は、後述の実施例のように、水銀圧入法細孔容積測定装置（マイクロメリティックス社製「ＭｉｃｒｏＡｃｔｉｖｅ　ＡｕｔｏＰｏｒｅ　Ｖ　９６２０」）を用いて行うことができる。なお、後述の実施例ではフィルターの成形層を約１ｃｍ角の大きさの測定試料としているが、この測定試料の大きさはフィルターサイズによって適宜変更することが好ましい。例えば、スパウトインタイプ用のフィルターであれば約５ｍｍ角の測定試料で測定することが望ましい。
　さらに、本実施形態の吸着フィルターにおいて、水銀圧入法による細孔直径１～２０μｍでの細孔容積に対する、水銀圧入法による細孔直径３０μｍ以上での細孔容積（細孔直径１～２０μｍでの細孔容積／細孔直径３０μｍ以上での細孔容積）が０．１～１．５であることが好ましい。比較的小さい細孔と比較的大きい細孔との比率がこのような範囲であれば、懸濁物質の細孔充填による目詰まりをより抑制でき、かつ有害物質の吸着性能をさらに高めることができるという利点がある。より好ましくは、細孔直径１～２０μｍでの細孔容積／細孔直径３０μｍ以上での細孔容積の範囲は、０．２～１．０であることが望ましい。
　本実施形態の吸着フィルターは、水銀圧入法による細孔直径３０μｍ以上での細孔容積が０．４０～１．０ｍｌ／ｇであることが好ましく、０．５０～０．９０ｍｌ／ｇであることがより好ましい。前記細孔容積が小さくなりすぎると、懸濁物質を流通するための容積が不十分となり、目詰まりが生じやすくなる。また、前記細孔容積が大きくなりすぎると、上述した吸着フィルターの密度が小さくなり、有害物質の吸着性能が低下するおそれがある。
　さらに、本実施形態の吸着フィルターは、ベンゼン吸着性能が１８～３５％であることが好ましく、２０～３５％であることがより好ましく、２２～３０％程度であることがさらに好ましい。ベンゼン吸着性能が１８％未満であると、十分な吸着能力を保持できない可能性があり、また３５％を超えると、過賦活状態で細孔径が増大しており、有害物質の吸着保持力が低下する傾向にある。したがって、本実施形態の吸着フィルターにおいて、ベンゼン吸着性能は、上記範囲となるようにすることが好ましい。
　本実施形態において、前記ベンゼン吸着性能とは、日本工業規格における活性炭試験方法ＪＩＳＫ１４７４（１９９１年）の記載を参考に、２５℃にて、溶剤飽和濃度の１／１０となる溶剤蒸気を含む空気を通し、質量が一定となったときの試料の増量から求めたベンゼン飽和吸着量のことである。
　本実施形態の吸着フィルターに使用される活性炭は、特に限定はなく市販のものを使用することも可能であるが、例えば、炭素質材料を炭化及び／ 又は賦活することによって得られる活性炭を使用することもできる。炭化を必要とする場合は、通常、酸素又は空気を遮断して、例えば、４００～８００℃、好ましくは５００～８００℃、さらに好ましくは５５０～７５０℃程度で行うことができる。賦活法としては、ガス賦活法、薬品賦活法のいずれの賦活法も採用でき、ガス賦活法と薬品賦活法とを組み合わせてもよいが、特に、浄水用として使用する場合、不純物の残留の少ないガス賦活法が好ましい。ガス賦活法は炭化された炭素質材料を、通常、例えば、７００～１１００℃、好ましくは８００～９８０℃、さらに好ましくは８５０～９５０℃程度で、賦活ガス（例えば、水蒸気、二酸化炭素ガスなど）と反応させることにより行うことができる。安全性及び反応性を考慮すると水蒸気を１０～４０容量％含有する水蒸気含有ガスが好ましい。賦活時間及び昇温速度は特に限定されず、選択する炭素質材料の種類、形状、サイズにより適宜選択できる。
　前記炭素質材料としては、特に限定されないが、例えば植物系炭素質材料（例えば、木材、鉋屑、木炭、ヤシ殻やクルミ殻などの果実殻、果実種子、パルプ製造副生成物、リグニン、廃糖蜜などの植物由来の材料）、鉱物系炭素質材料（例えば、泥炭、亜炭、褐炭、瀝青炭、無煙炭、コークス、コールタール、石炭ピッチ、石油蒸留残渣、石油ピッチなどの鉱物由来の材料）、合成樹脂系炭素質材料（例えば、フェノール樹脂、ポリ塩化ビニリデン、アクリル樹脂などの合成樹脂由来の材料）、天然繊維系炭素質材料（例えば、セルロースなどの天然繊維、レーヨンなどの再生繊維などの天然繊維由来の材料）などが挙げられる。これらの炭素質材料は、単独でまたは２種類以上組み合わせて使用できる。これらの炭素質材料のうち、ＪＩＳ　Ｓ　３２０１（２０１０年）で規定される揮発性有機化合物の吸着性能に関与するミクロ孔が発達しやすい点から、ヤシ殻やフェノール樹脂が好ましい。
　賦活後の活性炭は、特にヤシ殻などの植物系炭素質材料や鉱物系炭素質材料を用いた場合、灰分や薬剤を除去するために洗浄してもよい。洗浄には鉱酸や水が用いられ、鉱酸としては洗浄効率の高い塩酸が好ましい。
　本実施形態の活性炭の形状としては、粉末状、粒子状、繊維状（糸状、織り布（クロス）状、フェルト状）などのいずれの形状でもよく、用途によって適宜選択できるが、体積あたりの吸着性能の高い粒子状が好ましい。
　本実施形態の活性炭の粒子径は、特には限定されないが、体積基準の累計粒度分布における５０％粒子径（Ｄ５０）が５０～２００μｍ程度であることが好ましく、１００～１７０μｍ程度であることがより好ましく、１３０～１５０μｍ程度であることが更に好ましい。活性炭がこのような範囲の粒子径であれば、吸着除去性能に加え、目詰まりがしにくい吸着フィルターが得られやすくなる。
　本実施形態の活性炭の粒子径は、特には限定されないが、体積基準の累計粒度分布における１０％粒子径（Ｄ１０）が３０～１００μｍ程度であることが好ましく、４０～９０μｍ程度であることがより好ましく、５０～８０μｍ程度であることが更に好ましい。活性炭がこのような範囲の粒子径であれば、吸着除去性能に加え、目詰まりがしにくい吸着フィルターが得られやすくなる。
　本実施形態の活性炭の粒子径は、特には限定されないが、体積基準の累計粒度分布における９０％粒子径（Ｄ９０）が１６０～２４０μｍ程度であることが好ましく、１７０～２３０μｍ程度であることがより好ましく、１８０～２２０μｍ程度であることが更に好ましい。活性炭がこのような範囲の粒子径であれば、吸着除去性能に加え、目詰まりがしにくい吸着フィルターが得られやすくなる。
　本実施形態において、上記Ｄ５０、Ｄ１０およびＤ９０の数値はレーザー回折・散乱法により測定した値であり、例えば、日機装株式会社製の湿式粒度分布測定装置（マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸ　ＩＩ）などにより測定できる。
　本実施形態の吸着フィルターに使用される繊維状バインダーとしては、前記粒子状活性炭を絡めて賦形できるものであれば、特に限定されず、合成品、天然品を問わず幅広く使用可能である。このようなバインダーとしては、例えば、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維、パルプなどが挙げられる。繊維状バインダーの繊維長は４ｍｍ以下であることが好ましい。
　これらの繊維状のバインダーは２種以上を組み合わせて使用してもよい。特に好ましくは、ポリアクリロニトリル繊維またはパルプをバインダーとして使用することである。それにより、成形体密度および成形体強度をさらに上げ、性能低下を抑制することができる。
　本実施形態において、繊維状の高分子バインダーの通水性は、ＣＳＦ値で１０～１５０ｍＬ程度である。本実施形態において、ＣＳＦ値はＪＩＳ　Ｐ８１２１（２０１２年）「パルプの濾水度試験方法」カナダ標準ろ水度法に準じて測定した値である。また、ＣＳＦ値は、例えばバインダーをフィブリル化させることによって調整できる。
　繊維状の高分子バインダーのＣＳＦ値が１０ｍＬ未満となると、通水性が得られず、成形体の強度が低くなり、圧力損失も高くなるおそれがある。一方で、前記ＣＳＦ値が１５０ｍＬを超える場合は、粉末状の活性炭を十分に保持することができず、成形体の強度が低くなる上、吸着性能に劣る可能性がある。
　また実施形態の吸着フィルターには、本発明の効果が阻害されない限り上記以外の機能性成分が含まれていてもよい。例えば、溶解性鉛を吸着除去できるゼオライト系粉末（鉛吸着材）やイオン交換樹脂またはキレート樹脂、あるいは抗菌性を付与するために銀イオン及び／又は銀化合物を含んだ各種吸着材などを任意の量加えてもよいが、通常、吸着フィルター全体に対して０．１～３０質量部配合する。
　本実施形態の吸着フィルターにおける各成分の混合割合は、有害物質の吸着効果、成形性などの点から、好ましくは、前記活性炭もしくは前記活性炭と前記機能性成分の混合物１００質量部に対し、前記繊維状バインダーを４～１０質量部程度とする。繊維状バインダーの量が４質量部未満となると、十分な強度が得られずに成形体を成形できないおそれがある。また、繊維状バインダーの量が１０質量部を超えると、吸着性能が低下するおそれがある。より好ましくは、繊維状バインダーを４．５～６質量部配合することが望ましい。
　本実施形態の吸着フィルターは、前記活性炭と前記繊維状バインダーとに加え、さらに中芯を含有する円筒状フィルターであってもよい。円筒形状にすることによって、通水抵抗を低下することができ、さらに、後述するようにハウジングに充填してカートリッジとして使用する場合、浄水器へのカートリッジの装填・交換作業が簡単にできるという利点がある。
　本実施形態で使用できる中芯としては、円筒状フィルターの中空部に挿入され、円筒状フィルターを補強できるものであれば特に限定されないが、例えば、トリカルパイプやネトロンパイプ、セラミックフィルターであることが好ましい。さらに、中芯の外周に不織布などを巻き付けて使用することもできる。
　（製造方法）
　本実施形態の吸着フィルターの製造は、任意の方法で行われ、特に限定されない。効率よく製造できる点で、スラリー吸引方法が好ましい。
　以下にその一例として、本実施形態の円筒状フィルターの製造方法の詳細を図面等を用いて説明するが、本発明はこれに限定されない。なお、図面中、各符号は以下を示す：
　１　　　　成形体調製用型枠
　２　　　　芯体
　３　　　　吸引用孔
　４，４’　フランジ
　５　　　　濾液排出口
　６　　　　成形体
　７　　　　スラリー
　８　　　　台上
　９　　　　押さえ具
　具体的には、例えば、円筒状フィルター（成形体）は、粉末状活性炭及び繊維状バインダーを水中に分散させスラリーを調製するスラリー調製工程と、前記スラリーを吸引しながら濾過して予備成形体を得る吸引濾過工程と、吸引濾過後の予備成形体を整形台上で圧縮することで外表面の形状を整える転動工程と、前記予備成形体を乾燥して乾燥した成形体を得る乾燥工程と、必要に応じて前記成形体の外表面を研削する研削工程とを含む製造方法により得られる。
　（スラリー調製工程）
　本実施形態では、スラリー調製工程において、粉末状活性炭及び繊維状バインダーを、例えば、前記活性炭１００質量部に対し、前記繊維状バインダーを４～８質量部となるように、かつ、固形分濃度が０．１～１０質量％（特に好ましくは１～５質量％）になるように、溶媒に分散させたスラリーを調製する。前記溶媒としては特に限定はされないが、水等を用いることが好ましい。前記スラリーの固形分濃度が高すぎると、分散が不均一になり易く、成形体に斑が生じ易いという問題がある。一方、前記固形分濃度が低すぎると、成形時間が長くなり生産性が低下するだけではなく、成形体の密度が高くなり、濁り成分を捕捉することによる目詰りが発生しやすい。
　（吸引濾過工程）
　次に、吸引濾過工程では、例えば、図１に示すような、芯体２の表面に多数の吸引用穴３を有し、かつ両端にフランジ４、４’を取り付けた円筒状成形用の型枠１に、上述したような中芯を取り付け、前記スラリーに入れ、濾液排出口５から前記型枠の内側から吸引しながら濾過することにより、スラリーを型枠１に付着させる。吸引方法としては、慣用の方法、例えば、吸引ポンプなどを用いて吸引する方法などを利用できる。ここで、型枠１に付着させるスラリーの量は、図３に示すように、型枠１のフランジ４、４’の直径Ｒに対し、Ｒ＋（Ｈ×２）が１０５～１２５％程度となるような量で付着させる。例えば、前記フランジの直径が６５ｍｍである場合には、前記Ｈは２～９ｍｍ程度とすることが好ましい。
　（転動工程）
　転動工程では、吸引濾過工程で得られた予備成形体を付着させたまま型枠１を、図４のように台上８に載せる。そして、所定の力で押さえつけることが可能な面を有する押さえ具９を用いて、該成形体をＡ方向に押さえつけながら前後に動かす。これによって、予備成形体７の外径を所定の大きさに調整しながら、真円度を高め、かつ外周面の凹凸を減少させる。予備成形体の外径を調整する際に、フランジ４，４’の外周が台上８に接するまで押さえ具９で押さえながら調整することが好ましい。転動させた後、予備成形体を型枠から取り外す。
　なお、前記吸引濾過工程および転動工程は、目的のフィルター密度および細孔容積を得るために、数回に亘って行っても良い。
　（乾燥工程）
　前記吸引濾過および前記転動工程により予備成形体を生成した後は、型枠１の両端のフランジ４、４’を取り外し、芯体２を抜き取ることにより、中空円筒型の成形体を得ることができる。
　次いで、乾燥工程では、型枠から取り外した予備成形体を、乾燥機などで乾燥することにより成形体（本実施形態の吸着フィルター）を得ることができる。
　乾燥温度は、例えば、１００～１５０℃（特に１１０～１３０℃）程度であり、乾燥時間は、例えば、４～２４時間（特に８～１６時間）程度である。乾燥温度が高すぎると、繊維状バインダーが変質したり溶融して濾過性能が低下したり成形体の強度が低下し易い。乾燥温度が低すぎると、乾燥時間が長時間になったり、乾燥が不十分になるおそれがある。
　（研削工程）
　必要に応じて、前記乾燥工程の後、フィルターの外径をさらに調整したり、外周面の凹凸を減少させるために、研削工程を行うこともできる。本実施形態で使用する研削手段は、乾燥した成形体の外表面を研削（又は研磨）できれば、特に限定されず、慣用の研削方法を利用できるが、研削の均一性の点から、成形体自体を回転させて研削する研削機を用いる方法が好ましい。

　なお、研削工程は、研削機を用いた方法に限定されず、例えば、回転軸に固定した成形体に対して、固定した平板状の砥石で研削してもよい。この方法では、発生する研削滓が研削面に堆積し易いため、エアブローしながら研削するのが効果的である。

　（吸着フィルターの用途等）

　本実施形態の吸着フィルターは、例えば、浄水フィルターや人工透析用フィルターなどとして用いられる。浄水フィルターや人工透析用フィルターとして使用する場合、例えば、本実施形態の吸着フィルターを上記の製造方法によって製造したのち、整形、乾燥後、所望の大きさおよび形状に切断して得ることができる。さらに必要に応じて、先端部分にキャップを装着したり、表面に不織布を装着させてもよい。

　本実施形態の吸着フィルターは、ハウジングに充填して浄水用カートリッジとして使用し得る。カートリッジは浄水器に装填され、通水に供されるが、通水方式としては、原水を全量濾過する全濾過方式や循環濾過方式が採用される。本実施形態において浄水器に装填されるカートリッジは、例えば浄水フィルターをハウジングに充填して使用すればよいが、さらに公知の不織布フィルター、各種吸着材、ミネラル添加材、セラミック濾過材などと組合せて使用することもできる。　
　本明細書は、上述したように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
　本発明の一局面に係る吸着フィルターは、活性炭と繊維状バインダーを含む吸着フィルターであって、密度が０．４００ｇ／ｍｌ以上であり、かつ水銀圧入法による細孔直径１～２０μｍでの細孔容積が０．６０ｍｌ／ｇ以下であることを特徴とする。
　このような構成により、有害物質の優れた濾過能力を保持しつつ、目詰まりが起こりにくい、粉末状活性炭とバインダーからなる吸着フィルターを提供できる。
　さらに、上記吸着フィルターにおいて、２５℃にて、溶剤飽和濃度の１／１０となる溶剤蒸気を含む空気を通し、質量が一定となったときの試料の増量から求められるベンゼン飽和吸着量が１８～３５％であることが好ましい。それにより、有害物質の優れた濾過能力がより確実に得られると考えられる。
　また、上記吸着フィルターにおいて、水銀圧入法による細孔直径１～２０μｍでの細孔容積に対する、水銀圧入法による細孔直径３０μｍ以上での細孔容積（細孔直径１～２０μｍでの細孔容積／細孔直径３０μｍ以上での細孔容積）が０．１～１．５であることが好ましい。それにより、上述したような効果がより確実に得られる。
　以下に実施例に基づいて本発明をより詳細に述べるが、これらの実施例は、本発明を何ら限定するものではない。
　まず、各実施例および比較例で調製した活性炭や吸着フィルターの評価方法について説明する。
　［活性炭の粒径の測定］
　活性炭の粒径（Ｄ１０、Ｄ５０、Ｄ９０）はレーザー回折測定法により測定した。すなわち、測定対象である活性炭を界面活性剤と共にイオン交換水中に入れ、超音波振動を与え均一分散液を作製し、マイクロトラック・ベル社製のＭｉｃｒｏｔｒａｃ　ＭＴ３３００ＥＸ－ＩＩを用いて測定した。界面活性剤には、和光純薬工業株式会社製の「ポリオキシエチレン（１０）オクチルフェニルエーテル」を用いた。分析条件を以下に示す。
　（分析条件）
測定回数；３回の平均値
測定時間；３０秒
分布表示；体積
粒径区分；標準
計算モード；ＭＴ３０００ＩＩ
溶媒名；ＷＡＴＥＲ
測定上限；２０００μｍ、測定下限；０．０２１μｍ
残分比；０．００
通過分比；０．００
残分比設定；無効
粒子透過性；吸収
粒子屈折率；Ｎ／Ａ
粒子形状；Ｎ／Ａ
溶媒屈折率；１．３３３
ＤＶ値；０．０８８２
透過率（ＴＲ）；０．８００～０．９３０
拡張フィルター；無効
流速；７０％
超音波出力；４０Ｗ
超音波時間；１８０秒
　［吸着フィルター密度の測定］
　円筒状吸着フィルター密度（ｇ／ｍｌ）は、得られた吸着フィルターを１２０℃で２時間乾燥した後、以下の式に従って算出した。なお、円筒状吸着フィルター密度とは、活性炭と繊維状バインダーの成形層のみの密度を指す。
　円筒状吸着フィルター密度＝
（円筒状吸着フィルター重量）／（円筒状吸着フィルター体積）
　［吸着フィルターの細孔容積の測定］
　円筒状吸着フィルターの細孔容積は、水銀圧入法細孔容積測定装置（マイクロメリティックス社製「ＭｉｃｒｏＡｃｔｉｖｅ　ＡｕｔｏＰｏｒｅ　Ｖ　９６２０」）を用い、測定した。測定圧力は０．７ｋＰａ－４２０ＭＰａとした。円筒状吸着フィルターの活性炭と繊維状バインダーから成る成形層を図５のように切り取った後、切り取った断片を均等（厚み方向：フィルターの断面と垂直な方向に１／２）に切断し、切断した断片を更に約１ｃｍ角の大きさに切り取って測定を行った。切断して得られた２つの試料について、それぞれ細孔直径が１～２０μｍの細孔の容積、および細孔直径が３０μｍ以上の細孔の容積を算出し、平均値をとった。
　そして、細孔直径１～２０μｍでの細孔容積に対する、細孔直径３０μｍ以上での細孔容積（細孔直径１～２０μｍでの細孔容積／細孔直径３０μｍ以上での細孔容積）を計算により求めた。
　細孔直径が１～２０μｍでの細孔容積、並びに、細孔直径１～２０μｍでの細孔容積／細孔直径３０μｍ以上での細孔容積（小さい細孔容積／大きい細孔容積）の結果を表に示す。
　［吸着フィルターのベンゼン吸着性能の測定］
　日本工業規格における活性炭試験方法ＪＩＳＫ１４７４（１９９１年）を参考にして、２５℃にて、溶剤飽和濃度の１／１０となる溶剤蒸気を含む空気を通し、質量が一定となったときの試料の増量からベンゼン飽和吸着量を求めた。測定試料としては、円筒状吸着フィルターの一部を切り取って粉砕したものを使用し、粉砕後の試料の吸着性能を評価した。
　さらに、得られた円筒状吸着フィルターについては、以下の方法により濁度成分除去性能およびクロロホルム除去性能を評価した。これらの方法は、各々、ＪＩＳＳ３２０１（２０１０年）（家庭用浄水器試験方法）の濁度成分除去性能試験（６．２．２）および揮発性有機化合物除去性能試験（６．２．３）に準じた方法である。
　［目詰まり性能（濁度成分除去性能）試験］
　原水（水道水）に、カオリンを２度の濃度となるように添加した試験水を調製した。この試験水を、０．１ＭＰａの圧力条件下で、円筒状吸着フィルターの外側から内側に向かって、４．０Ｌ／分の初期流量で流した。初期流量の５０％の通水量になった時点での積算通水量を、濁度成分除去性能として評価した。本評価試験では２００００Ｌ以上を目詰まり性能における合格基準とした。
　［クロロホルム（有害物質）除去性能］
　クロロホルムの濃度が６０ｐｐｂの試験水を、０．１ＭＰａの圧力条件下で、円筒状吸着フィルターの外側から内側に向かって、４．０Ｌ／分の流量で流した。クロロホルムの除去率が８０％未満になった時点での積算通水量を、クロロホルム除去性能として評価した。本評価試験では８０００Ｌ以上を有害物質除去性能の合格基準とした。
　（実施例１）
　［吸着フィルターの原料］
　（活性炭Ａ）
　原料に使用した活性炭の調製方法は以下の通りである：
　フィリピン産のヤシ殻を炭化したヤシ殻炭を９００℃で水蒸気賦活し、目的のベンゼン吸着量になるように賦活時間を調整し、得られたヤシ殻活性炭を希塩酸洗浄、イオン交換水で脱塩することで粒状活性炭（ＪＩＳＫ１４７４、１８×４２メッシュ、ベンゼン吸着量３２ｗｔ％）を得た。得られた粒状活性炭を、ボールミルで粉砕した後に、３２５メッシュの篩で分級し、Ｄ５０値が１４０．９μｍの粉末状活性炭Ａを得た。
　（繊維状バインダー）
　アクリル繊維状バインダー：日本エクスラン工業株式会社製「アクリル繊維Ｂｉ－ＰＵＬ／Ｆ」、ＣＳＦ値９０ｍｌ
　（中芯）
　タキロンシーアイ株式会社製、トリカルパイプ
　［吸着フィルターの製造］
　上記粉末状活性炭Ａ１００質量部に対し、繊維状バインダーを５．５質量部の割合で、合計１．０５５ｋｇとして、水道水を追加し、スラリー量を２０リットルとした。
　次いで、得られたスラリーを、直径３ｍｍの多数の小孔を有する外径６３ｍｍφ、中軸径３０ｍｍφおよび高さ２４５ｍｍＨの金型に円筒状不織布を巻付けたトリカルパイプ（外径３５ｍｍφ、内径３０．５ｍｍφ、高さ２４５ｍｍＨ）を装着し、スラリーからなる予備成形体の外径が７３ｍｍφとなるまで、４５０ｍｍＨｇでスラリーを吸引した。その後、得られた予備成形体を、外径が６３ｍｍφとなるまで表面を転動成形し、乾燥後、外径６３ｍｍφ、内径３５ｍｍφおよび高さ２４５ｍｍＨの中空型円筒状吸着フィルターを得た。得られた吸着フィルターの密度、ベンゼン吸着性能、並びに、水銀ポロシメータ測定によって得られる、１－２０μｍの直径を有する細孔の細孔容積、および、１－２０μｍの直径を有する細孔の細孔容積／３０μｍ以上の直径を有する細孔の細孔容積を下記表２に示す。
　この吸着フィルターを平均直径７９ｍｍ、長さ約２５０ｍｍ、内在量約１２００ｍｌの透明なプラスチック製ハウジングに装填し、外側から内側に通水し、家庭用浄水器試験方法に準拠して、濁度成分除去性能およびクロロホルム除去性能を評価した。結果を表２に示す。
　（比較例１）
　スラリー吸引後の外径を６５ｍｍφとした以外は、実施例１と同様の方法で円筒状吸着フィルターを作製した。各評価試験結果を表２に示す。
　（比較例２）
　［吸着フィルターの原料］
　（活性炭Ｂ）
　実施例１の粒状活性炭（ＪＩＳＫ１４７４、１８×４２メッシュ、ベンゼン吸着量３２ｗｔ％）を、Ｄ５０値が１１４．３μｍになるようにボールミルで粉砕して、粉末状活性炭Ｂを得た。
　そして、使用する活性炭を粉末状活性炭Ｂに変更した以外は、比較例１と同様の方法で円筒状吸着フィルターを作製した。各評価試験結果を表２に示す。
　（比較例３）
　使用する活性炭を粉末状活性炭Ｂに変更した以外は、実施例１と同様の方法で円筒状吸着フィルターを作製した。各評価試験結果を表２に示す。
　（実施例２）
　［吸着フィルターの原料］
　（活性炭Ｃ）
　原料に使用した活性炭の調製方法は以下の通りである：
　フィリピン産のヤシ殻を炭化したヤシ殻炭を９００℃で水蒸気賦活し、目的のベンゼン吸着量になるように賦活時間を調整し、得られたヤシ殻活性炭を希塩酸洗浄、イオン交換水で脱塩することで粒状活性炭（ＪＩＳＫ１４７４、１８×４２メッシュ、ベンゼン吸着量２１ｗｔ％）を得た。得られた粒状活性炭を、ボールミルで粉砕した後に、２００メッシュの篩で分級し、Ｄ５０値が１４７．６μｍの粉末状活性炭Ｃを得た。
　そして、使用する活性炭を粉末状活性炭Ｃに変更した以外は、実施例１と同様の方法で円筒状吸着フィルターを作製した。各評価試験結果を表２に示す。
　（比較例４）
　［吸着フィルターの原料］
　原料に使用した活性炭の調製方法は以下の通りである：
　（活性炭Ｄ）
　フィリピン産のヤシ殻を炭化したヤシ殻炭を９００℃で水蒸気賦活し、目的のベンゼン吸着量になるように賦活時間を調整し、得られたヤシ殻活性炭を希塩酸洗浄、イオン交換水で脱塩することで粒状活性炭（ＪＩＳＫ１４７４、１８×４２メッシュ、ベンゼン吸着量３９ｗｔ％）を得た。得られた粒状活性炭を、ボールミルで粉砕した後に、３２５メッシュの篩で分級し、Ｄ５０値が１４２．１μｍの粉末状活性炭Ｄを得た。
　そして、使用する活性炭を粉末状活性炭Ｄに変更した以外は、実施例１と同様の方法で円筒状吸着フィルターを作製した。各評価試験結果を表２に示す。
　（実施例３）
　スラリー吸引後の外径を６８ｍｍφとした以外は、実施例１と同様の方法で円筒状吸着フィルターを作製した。各評価試験結果を表２に示す。
　（実施例４）
　［吸着フィルターの原料］
　（活性炭Ｅ）
　原料に使用した活性炭の調製方法は以下の通りである：
　フィリピン産のヤシ殻を炭化したヤシ殻炭を９００℃で水蒸気賦活し、目的のベンゼン吸着量になるように賦活時間を調整し、得られたヤシ殻活性炭を希塩酸洗浄、イオン交換水で脱塩することで粒状活性炭（ＪＩＳＫ１４７４、１８×４２メッシュ、ベンゼン吸着量３２ｗｔ％）を得た。得られた粒状活性炭を、ボールミルで粉砕した後に、３２５メッシュの篩で分級し、Ｄ５０値が１２３．５μｍの粉末状活性炭Ｅを得た。
　そして、使用する活性炭を粉末状活性炭Eに変更した以外は、実施例３と同様の方法で円筒状吸着フィルターを作製した。各評価試験結果を表２に示す。
　（実施例５）
　使用する活性炭を粉末状活性炭Ｅに変更した以外は、実施例１と同様の方法で円筒状吸着フィルターを作製した。各評価試験結果を表２に示す。
　（実施例６）
　［吸着フィルターの原料］
　（活性炭Ｆ）
　原料に使用した活性炭の調製方法は以下の通りである：
　フィリピン産のヤシ殻を炭化したヤシ殻炭を９００℃で水蒸気賦活し、目的のベンゼン吸着量になるように賦活時間を調整し、得られたヤシ殻活性炭を希塩酸洗浄、イオン交換水で脱塩することで粒状活性炭（ＪＩＳＫ１４７４、１８×４２メッシュ、ベンゼン吸着量３２ｗｔ％）を得た。得られた粒状活性炭を、ボールミルで粉砕した後に、３２５メッシュの篩で分級し、Ｄ５０値が１２３．０μｍの粉末状活性炭Ｆを得た。
　そして、使用する活性炭を粉末状活性炭Ｆに変更した以外は、実施例３と同様の方法で円筒状吸着フィルターを作製した。各評価試験結果を表２に示す。
　（比較例５）
　使用する活性炭を粉末状活性炭Ｆに変更した以外は、実施例１と同様の方法で円筒状吸着フィルターを作製した。各評価試験結果を表２に示す。
　（実施例７）
　［吸着フィルターの原料］
　（活性炭Ｇ）
　原料に使用した活性炭の調製方法は以下の通りである：
　フィリピン産のヤシ殻を炭化したヤシ殻炭を９００℃で水蒸気賦活し、目的のベンゼン吸着量になるように賦活時間を調整し、得られたヤシ殻活性炭を希塩酸洗浄、イオン交換水で脱塩することで粒状活性炭（ＪＩＳＫ１４７４、１８×４２メッシュ、ベンゼン吸着量３５ｗｔ％）を得た。得られた粒状活性炭を、ボールミルで粉砕した後に、３２５メッシュの篩で分級し、Ｄ５０値が１４５．０μｍの粉末状活性炭Ｇを得た。
　そして、使用する活性炭を粉末状活性炭Ｇに変更した以外は、実施例１と同様の方法で円筒状吸着フィルターを作製した。各評価試験結果を表２に示す。
　なお、上記各活性炭Ａ～ＧのＤ１０、Ｄ５０、Ｄ９０を表１にまとめる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　（考察）
　本実施形態の吸着フィルターは、表２に示されるように、有害物質除去性能を維持しつつ、非常に優れた目詰まり性能を示した。
　それに対し、比較例の吸着フィルターは、有害物質除去性能あるいは目詰まり性能において劣る結果となった。
　以上より、本発明の吸着フィルターによれば、目詰まり性能と有害物質除去性能を両立することができることが確認できた。
　この出願は、２０１７年１２月２８日に出願された日本国特許出願特願２０１７－２５４３５４を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
　本発明を表現するために、前述において具体例等を参照しながら実施形態を通して本発明を適切かつ十分に説明したが、当業者であれば前述の実施形態を変更及び／又は改良することは容易になし得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
　本発明は、吸着フィルターや浄水等に関する技術分野において、広範な産業上の利用可能性を有する。

Claims (3)

  1. 　活性炭と繊維状バインダーを含む吸着フィルターであって、密度が０．４００ｇ／ｍｌ以上であり、かつ水銀圧入法による細孔直径１～２０μｍでの細孔容積が０．６０ｍｌ／ｇ以下であることを特徴とする、吸着フィルター。
  2. 　２５℃にて、溶剤飽和濃度の１／１０となる溶剤蒸気を含む空気を通し、質量が一定となったときの試料の増量から求められるベンゼン飽和吸着量が１８～３５％であることを特徴とする、請求項１記載の吸着フィルター。
  3. 　水銀圧入法による細孔直径１～２０μｍでの細孔容積に対する、水銀圧入法による細孔直径３０μｍ以上での細孔容積（細孔直径１～２０μｍでの細孔容積／細孔直径３０μｍ以上での細孔容積）が０．１～１．５である、請求項１又は２に記載の吸着フィルター。
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