JP2003190941A

JP2003190941A - 浄水器用吸着材及びその製造方法、並びにこれを用いた浄水器

Info

Publication number: JP2003190941A
Application number: JP2001391910A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tachikawa; 敬史立川; Naoya Kanno; 直也官野
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2003-07-08

Abstract

(57)【要約】【課題】重金属類、特に鉛の吸着性能に優れた浄水器
用吸着材及びその製造方法、並びにこれを用いた浄水器
を提供する。【解決手段】鉛の吸着量が２００ｍｇ／ｇ以上かつ圧
縮強度が１．０Ｎ／ｍｍ ^２よりも大きい吸着剤は、通水
した際に高い鉛除去能力を発揮し、かつ通水中に崩れる
ことが無いため浄水器用吸着剤として好適である。ま
た、合成リン酸カルシウム系化合物の粉末を２００℃〜
５００℃で加熱固化することにより、鉛除去性能と強度
に優れた浄水器用吸着材を得ることができる。また、こ
の浄水器用吸着材を用いた浄水器は、長期間にわたって
優れた重金属除去性能を発揮することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、安全性やおいしさ
を損なう原因となる重金属類、特に鉛を除去できる浄水
器用吸着材及びその製造方法と、これを用いた浄水器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】水道水中に含まれる残留塩素、トリハロ
メタンなどを除去するために活性炭を使用した浄水器が
ある。この種の浄水器は、長時間使用しなかった場合、
活性炭中に雑菌が発生し、好ましくない。そこで、活性
炭中に発生した雑菌の流出を防ぐために多孔質膜などの
膜濾過を利用した浄水器が開発され、最近ではこのタイ
プが主流となっている。

【０００３】一方、地中、配水管などから溶出し、井戸
水、水道水中にイオンの形態として含まれている可能性
があるものとして、有害物質である鉛や、鉄、銅、ニッ
ケル、亜鉛、クロム、カドミウムなどの重金属類があ
り、これらを除去する方法については様々な検討がなさ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】重金属類の中で、特に
鉛の吸着性能に優れた吸着剤として、ヒドロキシアパタ
イトが知られている。ヒドロキシアパタイトは粒子径が
小さいほうが重金属イオン吸着性能は高いものの、脆い
ために通水により微粉末が発生して吸着材の移動抑制部
材等を閉塞させて通水圧力を上昇させる可能性があっ
た。

【０００５】特開２００１−４７０３８には、結合剤を
用いてヒドロキシアパタイトを繊維状活性炭とともに成
型し、微粉の流出を防止する方法が記載されている。し
かしながら結合剤を用いた場合、活性炭やヒドロキシア
パタイトの表面が結合剤で覆われるために、残留塩素や
重金属イオンの除去性能が低下するという問題点があっ
た。

【０００６】本発明者らは、かかる状況に鑑み、上記の
問題点を解決し、重金属類、特に鉛を含まず、長期的に
安全でおいしい水を得ることのできる浄水器用吸着材に
つき鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成させた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の第一の要
旨は、鉛の吸着量が２００ｍｇ／ｇ以上かつ圧縮強度が
１．０Ｎ／ｍｍ^２よりも大きい浄水器用吸着材である。

【０００８】前記浄水器用吸着材の平均粒径は２０〜７
５０μｍであると、吸着性能が優れると共に通水が容易
となり好ましい。また、前記浄水器用吸着材がリン酸カ
ルシウム系化合物からなると、吸着性能が優れるため好
ましい。さらに、前記リン酸カルシウム系化合物が、ヒ
ドロキシアパタイト、リン酸三カルシウム、リン酸四カ
ルシウムから選ばれる少なくとも１種類以上であると、
それぞれ吸着性能に優れるためより好ましい。

【０００９】本発明の第二の要旨は、合成リン酸カルシ
ウム系化合物の粉末を２００℃〜５００℃で加熱固化す
る浄水器用吸着材の製造方法である。

【００１０】また、合成リン酸カルシウム系化合物の粉
末と水の混合スラリーを乾燥した後、２００℃〜５００
℃で加熱固化すると、収率が向上するため好ましい。こ
の際乾燥温度は８０〜１５０℃が好ましい。前記合成リ
ン酸カルシウム系化合物は、ヒドロキシアパタイト、リ
ン酸三カルシウム、リン酸四カルシウムから選ばれる少
なくとも１種類以上であると、それぞれ吸着性能に優れ
るため好ましい。

【００１１】本発明の第三の要旨は、前述の浄水器用吸
着材を用いた浄水器である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の浄水器用吸着材は、鉛の吸着量が２００ｍｇ／
ｇ以上かつ圧縮強度が１．０Ｎ／ｍｍ^２よりも大きいの
ものを使用する。

【００１３】ここで、鉛の吸着量（ｍｇ／ｇ）とは、鉛
を含む水溶液に、浄水器用吸着剤を２４時間浸漬させた
際に、浄水器用吸着剤が１ｇあたり吸着する鉛の量をい
う。具体的には、例えば硝酸鉛水溶液を鉛濃度２００ｍ
ｇ／Ｌとなるように調製して三角フラスコに２００ｍｌ
分取し、浄水器用吸着材５０ｍｇを添加し、振とうさせ
た後、２４時間後にフィルターで濾過し、濾液水中の残
留鉛濃度を測定することによって鉛吸着量を求めること
ができる。

【００１４】また、圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）とは、平
松、岡、木山：日本鉱業会誌、８１、１０、２４（１９
６５）の方法を参考に、浄水器用吸着剤を平板で圧縮す
る際に、浄水器用吸着剤にかかる加重から求めるもので
あり、圧縮強度；Ｓｔ（Ｎ／ｍｍ^２）、Ｐ；荷重
（Ｎ）、ｄ；粒子径（ｍｍ）としたとき、Ｓｔ＝２．８
Ｐ／πｄ^２の式から算出する。

【００１５】浄水器は通常、水道圧力による通水量とし
て１〜５Ｌ／分程度の流量が要求される。このような流
量で水を流すにあたって、鉛の吸着量が２００ｍｇ／ｇ
よりも小さいと、充分に鉛除去を行うことが困難とな
る。鉛の吸着量は、２２０ｍｇ／ｇ以上がより好まし
く、２５０ｍｇ／ｇ以上が更に好ましい。

【００１６】また、浄水器に通水するにあたり、浄水器
用吸着剤が経時的に崩れてしまうのを防ぐためには、
１．０Ｎ／ｍｍ^２よりも大きい圧縮強度が必要である。
圧縮強度は、１．３Ｎ／ｍｍ^２以上がより好ましく、
１．５Ｎ／ｍｍ^２以上が更に好ましい。

【００１７】浄水器用吸着剤の大きさは、平均粒径２０
〜７５０μｍの顆粒状が好ましく、１５０〜５００μｍ
がより好ましい。粒径が２０μｍより小さいと濾過抵抗
が上昇し通水性が悪くなる。一方、７５０μｍより大き
い場合、粒子間の空隙が大きくなり、除去性能は低くな
る傾向が見られる。

【００１８】鉛の吸着量が２００ｍｇ／ｇ以上かつ圧縮
強度が１．０Ｎ／ｍｍ^２よりも大きい浄水器用吸着剤を
得るためには、リン酸カルシウム系化合物を使用するこ
とが好ましく、合成リン酸カルシウム系化合物の粉末を
２００℃〜５００℃で加熱固化することによって、強度
及び鉛吸着性能を共に満足する浄水器用吸着剤を得る事
ができる。

【００１９】合成リン酸カルシウム系化合物の加熱固化
温度は、２００℃よりも低いと、固化が不十分となっ
て、浄水器に通水を行った際に崩れ、微粉が発生する。
一方、加熱固化温度が５００℃よりも高いと、得られる
粒子の強度は強くなるものの、吸着剤の高密度化が起こ
り、比表面積が低下するために吸着性能が低下する。加
熱時間は３０分〜５時間行えばよく、１時間〜２時間が
より好ましい。

【００２０】浄水器用吸着剤の比表面積は、５０ｍ²／
ｇ以上とすることが好ましく、６０ｍ^２／ｇ以上とする
ことがより好ましい。

【００２１】合成リン酸カルシウム系化合物は、ヒドロ
キシアパタイト、リン酸三カルシウム、リン酸四カルシ
ウムのうち、少なくとも１種類以上であることが好まし
く、中でもヒドロキシアパタイトが吸着性能に優れるた
め最も好ましい。合成リン酸カルシウム系化合物は、リ
ン酸塩水溶液とカルシウム塩水溶液を反応させることに
より合成することが出来る。特にヒドロキシアパタイト
は、市販でスラリー状として入手することも出来る。

【００２２】浄水器用吸着剤の粒径は、前述したように
平均粒径として２０μｍ〜７５０μｍが好ましいが、こ
の範囲に調整するためには、篩い分けを行えばよい。こ
こで、合成リン酸カルシウム系化合物と水の混合スラリ
ーを用いる場合、混合スラリーを直接加熱固化させても
良いが、加熱固化を行う前に、８０℃〜１５０℃程度の
温度で乾燥を行った後、篩い分けを行って粒径を調整
し、その後で加熱固化を行うことにより、粒径が外れた
ものを再度スラリー化することが可能となるため、収率
を向上させることができる。乾燥温度は１００℃〜１３
０℃が好ましく、１１０℃程度が最も好ましい。

【００２３】前述した本発明の浄水器用吸着材を用いた
浄水器は、重金属類を効率的に除去することができる。
また、残留塩素、トリハロメタンなどを効率よく除去す
るためには、本発明の浄水器用吸着材に加えて活性炭を
用いるのが好ましい。活性炭は、除去能力は低いもの
の、重金属類も吸着し、吸着材の吸着性能の長寿命化に
寄与するため、活性炭と併用することがより好ましい。

【００２４】活性炭としては、残留塩素、トリハロメタ
ンなどの除去する目的に合致する性能を有しているもの
であれば特に限定されず、その形状は粉末状、繊維状、
或いは粒状のものなどを用いることが出来る。また、活
性炭の種類は必ずしも限定はされず、ヤシ殻活性炭、骨
炭、木炭等天然系活性炭、ピッチ系、石油コークス系、
樹脂やゴム等の焼成賦活物或いは化学的賦活物等を用い
ることが出来るが、除去すべき物質はトリハロメタンな
ど比較的分子量の小さなものが多く、経済性をも含めて
考慮すると、水蒸気賦活ヤシガラ活性炭が実用的に最も
好適に使用される。さらに、抗菌性を付与するために、
銀等を添着しても構わない。

【００２５】本発明の浄水器用吸着材、活性炭に加え、
多孔質膜を用いると、鉄錆や細菌等の固形物を除去でき
るためより好ましい。多孔質膜としては、平膜、中空糸
膜、チューブラー膜等を用いることが出来るが、容積効
率が高い中空糸膜を用いることがより好ましい。

【００２６】中空糸膜としては、例えば、セルロース
系、ポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプロピレ
ン）、ポリビニルアルコール系、エチレン・ビニルアル
コール共重合体、ポリエーテル系、ポリメタクリル酸メ
チル（ＰＭＭＡ）系、ポリスルフォン系、ポリアクリロ
ニトリル系、ポリ弗化エチレン（テフロン（登録商
標））系、ポリカーボネート系、ポリエステル系、ポリ
アミド系、芳香族ポリアミド系等の各種材料からなるも
のを好適に使用できる。中でも、膜の強伸度や耐屈曲
性、洗浄性、取扱性や耐薬品性の高さ等を考慮すると、
ポリエチレンやポロプロピレン等のポリオオレフィン系
中空糸膜が好ましい。また、特に限定されるものではな
いが、中空糸の外径は２０〜２０００μｍ、孔径は０．
０１〜２μｍ、空孔率は２０〜９０％、膜厚は５〜３０
０μｍのものが好ましい。

【００２７】本発明の浄水器において多孔質膜を使用す
る際には、他の濾材を水が通過した後の最終段に設ける
と、浄水出口からの菌逆汚染の懸念を最小限とできるた
め好ましい。本発明の浄水器用吸着材、活性炭について
は、どのような順序であっても、或いは、二者の混合を
して用いても差し支えない。また、活性炭に加えて、例
えばイオン交換樹脂、亜硫酸カルシウム、コーラルサン
ド、麦飯石、医王石、トルマリンなど他の成分を併用さ
せても構わない。

【００２８】本発明の浄水器用吸着材、活性炭、並びに
多孔質膜は、一つの容器内に収められていても、複数個
の容器に収められこれらを組み合わせた形のものでも構
わない。また、上記の組み合わせに更に一次フィルター
を用いて粗ゴミを予め除去できるようにすると好まし
い。

【００２９】以下、実施例を基に本発明を具体的に説明
する。＜実施例１＞ヒドロキシアパタイトと水の混合スラリー
を、１１０℃で乾燥し、３０〜６０メッシュの篩で篩い
分けしたあと、２００℃で１時間加熱して、粒径２５０
μｍ〜５００μｍの浄水器用吸着剤を得た。得られた浄
水器用吸着剤について、日機装社製ベータソーブ自動表
面積計４２００型を用いて、ＢＥＴ法により比表面積を
測定した。

【００３０】また、得られた浄水器用吸着剤について、
硝酸鉛水溶液を鉛濃度２００ｍｇ／Ｌとなるように調製
して三角フラスコに２００ｍｌ分取し、浄水器用吸着材
５０ｍｇを添加し、振とうさせた後、２４時間後にフィ
ルターで濾過し、濾液水中の残留鉛濃度を測定すること
によって鉛吸着量を求めた。

【００３１】また、得られた浄水器用吸着剤について、
島津製作所製微小圧縮試験機ＭＣＴＭ−２００（平面圧
子５００μｍ径）を用いて、負荷速度７．０５６×１０
^−３Ｎ／ｓｅｃにて測定を行い、圧縮強度を、Ｓｔ＝
２．８Ｐ／πｄ^２の式より算出した。ここで、圧縮強
度；Ｓｔ（Ｎ／ｍｍ^２）、Ｐ；荷重（Ｎ）、ｄ；粒子径
（ｍｍ）である。

【００３２】また、得られた浄水器用吸着剤を用いて、
図１に示す構造の浄水器を作成した。ここで、１は浄水
器用吸着剤、２は１００メッシュのナイロン製メッシュ
からなる多孔性仕切り板、３は多孔質中空糸膜、４は一
次フィルター、５は原水流入口、６は吐水口、７は容
器、８は膜モジュールケース、９はＯリングである。な
お、浄水器用吸着剤は４０ｇ充填した。そして、この浄
水器に２L／ｍｉｎで総濾過量として２０００Ｌ通水
し、通水前の浄水器用吸着剤の充填量（４０ｇ）と、多
孔性仕切り板を通過せずに残った浄水器用吸着剤の量
（３７．２ｇ）から、多孔性仕切り板を通過した微粉の
重量％（（４０−３７．２）／４０×１００＝７：以
下、これを微粉発生率という）を求めた。鉛吸着量、圧
縮強度、微粉発生率を表１に示した。

【００３３】＜実施例２＞加熱固化温度を３００℃とし
た以外は、実施例１と同様にして浄水器用吸着剤を作成
し、実施例１と同様にして比表面積、鉛吸着量、圧縮強
度を求めた。また、実施例１と同様の浄水器を作成し、
同様の通水を行って微粉発生率を求めた。結果は表１に
示した。

【００３４】＜実施例３＞加熱固化温度を５００℃とし
た以外は、実施例１と同様にして浄水器用吸着剤を作成
し、実施例１と同様にして比表面積、鉛吸着量、圧縮強
度を求めた。また、実施例１と同様の浄水器を作成し、
同様の通水を行って微粉発生率を求めた。結果は表１に
示した。

【００３５】＜比較例１＞加熱固化温度を１１０℃とし
た以外は、実施例１と同様にして浄水器用吸着剤を作成
し、実施例１と同様にして比表面積、鉛吸着量、圧縮強
度を求めた。また、実施例１と同様の浄水器を作成し、
同様の通水を行ったが、途中で中空糸膜が目詰まりした
ため２０００Ｌ通水することはできなかったため、通水
不能になった時点での微粉発生率を求めた。結果は表１
に示した。

【００３６】＜比較例２＞加熱固化温度を７００℃とし
た以外は、実施例１と同様にして浄水器用吸着剤を作成
し、実施例１と同様にして比表面積、鉛吸着量、圧縮強
度を求めた。また、実施例１と同様の浄水器を作成し、
同様の通水を行って微粉発生率を求めた。結果は表１に
示した。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１に示すように、温度２００℃〜５００
℃で加熱固化させた吸着剤は、鉛吸着量、圧縮強度が共
に高く、微粉発生率が低いため、浄水器に好適に用いる
ことができる。一方、温度１１０℃で加熱したものは、
鉛吸着量は高いものの微粉発生率が高く、従って崩れや
すいため浄水器用吸着剤としては適さない。また、７０
０℃で加熱したものは、微粉発生率は低いものの、鉛吸
着量が低く、浄水器用吸着剤としては適さない。

【００３９】

【発明の効果】本発明の浄水器用吸着材は、鉛の吸着量
が２００ｍｇ／ｇ以上かつ圧縮強度が１．０Ｎ／ｍｍ^２
よりも大きいため、通水した際に高い鉛除去能力を発揮
し、かつ通水中に崩れることが無いため浄水器用吸着剤
として好適である。また、本発明の浄水器用吸着材の製
造方法は、合成リン酸カルシウム系化合物の粉末を、２
００℃〜５００℃で加熱固化させる為、吸着材の性能を
低下させることがない。さらに、本発明の浄水器は、鉛
等の重金属の除去性能を長期間に渡って発揮することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の浄水器の一例を示す概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１浄水器用吸着剤２多孔性仕切り板３多孔質中空糸膜４一次フィルター５原水流入口６吐水口７容器８膜モジュールケース９Ｏリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｊ 20/30 Ｂ０１Ｊ 20/30 Ｆターム(参考） 4D024 AA02 AB11 AB16 BA02 BA05 BA11 BB01 CA11 DB03 DB05 DB19 DB26 4G066 AA50B BA20 BA26 BA35 BA36 BA38 CA46 DA07 EA20 FA21 FA22 FA34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉛の吸着量が２００ｍｇ／ｇ以上かつ圧
縮強度が１．０Ｎ／ｍｍ^２よりも大きい浄水器用吸着
材。
【請求項２】平均粒径が２０〜７５０μｍである請求
項１記載の浄水器用吸着材。
【請求項３】リン酸カルシウム系化合物からなる請求
項1又は２に記載の浄水器用吸着材。
【請求項４】前記リン酸カルシウム系化合物が、ヒド
ロキシアパタイト、リン酸三カルシウム、リン酸四カル
シウムから選ばれる少なくとも１種類以上である請求項
１〜３いずれかに記載の浄水器用吸着材。
【請求項５】合成リン酸カルシウム系化合物の粉末を
２００℃〜５００℃で加熱固化する浄水器用吸着材の製
造方法。
【請求項６】合成リン酸カルシウム系化合物の粉末と
水の混合スラリーを乾燥した後、２００℃〜５００℃で
加熱固化する請求項５記載の浄水器用吸着材の製造方
法。
【請求項７】前記乾燥温度が８０〜１５０℃である請
求項６記載の浄水器用吸着材の製造方法。
【請求項８】前記合成リン酸カルシウム系化合物が、
ヒドロキシアパタイト、リン酸三カルシウム、リン酸四
カルシウムのうち、少なくとも１種類以上である請求項
５〜７いずれかに記載の浄水器用吸着材の製造方法。
【請求項９】請求項１〜４いずれかに記載の浄水器用
吸着材を用いた浄水器。