JP2014111231A - Carbon-coated porous body and adsorption tank for water purification and water purifying system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭素被覆多孔体並びにこれを用いた水浄化用吸着槽及び水浄化システムに関する。 The present invention relates to a carbon-coated porous body, a water purification adsorption tank and a water purification system using the same.
水浄化用の吸着材としては、活性炭が広く用いられている。活性炭のターゲット物質に対する吸着能は、活性炭の細孔径分布、並びに表面の官能基の種類及び密度により決まると考えられる。 Activated carbon is widely used as an adsorbent for water purification. It is considered that the adsorption ability of activated carbon with respect to the target substance is determined by the pore size distribution of activated carbon and the type and density of functional groups on the surface.
活性炭は、一般に、賦活処理により微細な多孔質構造を形成する。これにより、ターゲット物質の吸着性能を向上させることが出来る。賦活処理には、水蒸気や酸素を用いるガス賦活法と、塩化亜鉛溶液やリン酸ナトリウム溶液を用いる溶液賦活法があり、用途により使い分けされている。 Activated carbon generally forms a fine porous structure by activation treatment. Thereby, the adsorption | suction performance of a target material can be improved. The activation treatment includes a gas activation method using water vapor or oxygen and a solution activation method using a zinc chloride solution or a sodium phosphate solution, which are properly used depending on the application.
多孔質構造の細孔径の分布は、賦活条件に大きく依存する。また、活性炭の表面の官能基は、活性炭の原料及び賦活条件に大きく依存する。一般には、多種類の官能基が混在していると考えられる。所望の官能基で活性炭の表面を修飾するには、賦活処理後に官能基修飾のための処理を行うことが一般的である。例えば、特許文献１には、ニトロ基又はスルホン基が熱沈着処理されている活性炭が記載されている。
The pore size distribution of the porous structure greatly depends on the activation conditions. Moreover, the functional group on the surface of activated carbon largely depends on the raw material and activation conditions of activated carbon. Generally, it is considered that many kinds of functional groups are mixed. In order to modify the surface of activated carbon with a desired functional group, it is common to perform a treatment for functional group modification after the activation treatment. For example,
また、特許文献２には、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、炭化ケイ素の多孔質粒子を基体とし、該基体の外表面及び細孔の内表面に炭素をコーティングすることにより、強度が高く、形態が崩れにくい硬質活性炭吸着剤を得る技術が開示されている。
Further,
従来の活性炭は、ターゲット物質に対する吸着性能を決めている多孔質構造の細孔径分布、並びに官能基の種類及び密度を十分には制御できていない。 Conventional activated carbon cannot sufficiently control the pore size distribution of the porous structure that determines the adsorption performance for the target substance, and the type and density of the functional group.
賦活処理の条件を制御することにより、細孔径をある程度制御することは可能であるが、細孔径の分布は広く、特定の細孔径に制御することは極めて困難である。 It is possible to control the pore diameter to some extent by controlling the conditions for the activation treatment, but the distribution of the pore diameter is wide and it is extremely difficult to control to a specific pore diameter.
また、所望の官能基を後から修飾することは可能であるが、既にある官能基と混在する状態であり、所望の官能基だけが結合した活性炭は作製できていない。また、官能基の密度を制御することも非常に困難である。 Moreover, although it is possible to modify a desired functional group later, activated carbon in which only a desired functional group is bonded cannot be produced because it is in a state where it is mixed with existing functional groups. It is also very difficult to control the density of functional groups.
特許文献１に記載されている活性炭は、表面の官能基を制御しているが、細孔径を制御するものではない。
The activated carbon described in
特許文献２には、硬質活性炭吸着剤の細孔の径などをある程度予め設計できると記載されているが、具体的な手法は開示されていない。
本発明は、吸着材の細孔径、並びにその表面の官能基の種類及び密度を制御し、特定のターゲット物質に対する吸着能が高い吸着材を提供することを目的とする。特に、通常の凝集法では除去しにくい低級脂肪酸や低級アルコールと、Ｐｂ２＋やＣｄ２＋のような有害金属イオンとが混ざった汚染水から有害金属を効率的に除去することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an adsorbent having a high adsorbing ability for a specific target substance by controlling the pore diameter of the adsorbent and the type and density of functional groups on the surface thereof. In particular, the object is to efficiently remove harmful metals from contaminated water in which lower fatty acids or lower alcohols, which are difficult to remove by ordinary agglomeration methods, and harmful metal ions such as Pb 2+ and Cd 2+ are mixed.
本発明の吸着材である炭素被覆多孔体は、シリコン及び酸素、アルミニウム及び酸素、又はアルミニウム、シリコン及び酸素を含む多孔質基材と、多孔質基材の細孔の内壁面の少なくとも一部を被覆した六角網面構造を有する炭素系薄膜とを含み、炭素系薄膜は、六角網面構造の分子の骨格を構成する原子として窒素若しくはホウ素を有し、又は官能基としてアミノ基、スルホ基若しくはカルボキシル基を有することを特徴とする。 The carbon-coated porous body that is the adsorbent of the present invention comprises a porous substrate containing silicon and oxygen, aluminum and oxygen, or aluminum, silicon and oxygen, and at least a part of the inner wall surface of the pores of the porous substrate. A carbon-based thin film having a hexagonal network structure, and the carbon-based thin film has nitrogen or boron as an atom constituting the skeleton of the hexagonal network structure molecule, or an amino group, a sulfo group or a functional group. It has a carboxyl group.
本発明によれば、吸着材の細孔径並びに表面官能基の種類及び密度を制御することができ、吸着材の特定のターゲット物質に対する吸着能を向上することが可能となる。さらに、この吸着材を水浄化用吸着槽及び水浄化システムに適用することにより、高性能の水浄化用吸着槽及び水浄化システムを実現することができる。 According to the present invention, the pore diameter of the adsorbent and the type and density of the surface functional group can be controlled, and the adsorbing ability of the adsorbent to a specific target substance can be improved. Furthermore, by applying this adsorbent to a water purification adsorption tank and a water purification system, a high-performance water purification adsorption tank and a water purification system can be realized.
本発明は、シリコン及び酸素、アルミニウム及び酸素、又はアルミニウム、シリコン及び酸素を含む多孔質基材と、この多孔質基材の細孔の内壁面の少なくとも一部を被覆した六角網面構造を有する炭素系薄膜（炭素被覆膜）とを含む炭素被覆多孔体（ハイブリッド吸着材）並びにこれを用いた水浄化用吸着槽及び水浄化システムに関する。 The present invention has a porous substrate containing silicon and oxygen, aluminum and oxygen, or aluminum, silicon and oxygen, and a hexagonal network structure covering at least part of the inner wall surface of the pores of the porous substrate. The present invention relates to a carbon-coated porous body (hybrid adsorbent) including a carbon-based thin film (carbon-coated film), a water purification adsorption tank and a water purification system using the same.
以下、本発明の望ましい実施形態に係る炭素被覆多孔体について説明する。 Hereinafter, the carbon covering porous body concerning desirable embodiment of the present invention is explained.
前記炭素被覆多孔体において、炭素系薄膜は、六角網面構造の分子の骨格を構成する原子として窒素又はホウ素を有する。ここで、六角網面構造の分子の骨格を構成する原子とは、六角形の分子構造（網面構造）を構成する原子をいう。よって、大部分は炭素原子であるが、窒素又はホウ素はヘテロ環（複素環）を構成する。 In the carbon-coated porous body, the carbon-based thin film has nitrogen or boron as an atom constituting a skeleton of a hexagonal network structure molecule. Here, the atom constituting the skeleton of the hexagonal network structure molecule means an atom constituting a hexagonal molecular structure (network structure). Therefore, most are carbon atoms, but nitrogen or boron constitutes a heterocycle.
六角網面構造は、官能基としてアミノ基、スルホ基又はカルボキシル基を有する。 The hexagonal network structure has an amino group, a sulfo group or a carboxyl group as a functional group.
シリコン及び酸素を含む多孔質基材の具体例は、ポーラスシリカである。ポーラスシリカの平均細孔径は、２〜１０ｎｍ程度である。ここで、平均細孔径は、窒素吸着法により測定した値である。以下同様である。 A specific example of the porous substrate containing silicon and oxygen is porous silica. The average pore diameter of the porous silica is about 2 to 10 nm. Here, the average pore diameter is a value measured by a nitrogen adsorption method. The same applies hereinafter.
アルミニウム及び酸素を含む多孔質基材の具体例は、アルマイトである。アルマイトの平均細孔径は、通常、１〜１００ｎｍの範囲である。 A specific example of the porous substrate containing aluminum and oxygen is anodized. The average pore diameter of alumite is usually in the range of 1 to 100 nm.
アルミニウム、シリコン及び酸素を含む多孔質基材の具体例は、ゼオライトである。 A specific example of the porous substrate containing aluminum, silicon and oxygen is zeolite.
多孔質基材の表面には、六角網面構造を有する炭素系薄膜を形成する。 A carbon-based thin film having a hexagonal network structure is formed on the surface of the porous substrate.
ゼオライトは、多孔質結晶構造を有し、種々の細孔径を有するものがある。平均細孔径は、０．５〜２．０ｎｍの範囲である。そこで、所望の細孔径を有するゼオライトの表面を六角網面構造で被覆する。これにより、所望の細孔径を有する炭素被覆吸着材を作製することができる。 Some zeolites have a porous crystal structure and various pore sizes. The average pore diameter is in the range of 0.5 to 2.0 nm. Therefore, the surface of the zeolite having a desired pore diameter is coated with a hexagonal network structure. Thereby, a carbon-coated adsorbent having a desired pore diameter can be produced.
六角網面構造の端部には、所望の官能基を付加してもよい。 A desired functional group may be added to the end of the hexagonal network structure.
以上の構成により、所望の細孔径並びに所望の官能基の種類及び密度を有する炭素被覆多孔体を作製することができる。 With the above configuration, a carbon-coated porous body having a desired pore size and a desired type and density of functional groups can be produced.
以下、実施例を用いて説明する。 Hereinafter, description will be made using examples.
図１は、炭素被覆多孔体の製造工程の一例を示したものである。 FIG. 1 shows an example of a process for producing a carbon-coated porous body.
本図においては、吸着材（炭素被覆多孔体）の基材として粒子状のゼオライト１１を用いた。そして、ゼオライト１１の細孔１２の内壁面に気相成長法によりナノカーボン（六角網面構造の炭素被覆膜１３）を形成する。その後、望ましくはアミノ基（−ＮＨ２）等の官能基１４で炭素被覆膜１３を修飾する。
In this figure, the
炭素被覆膜１３は、ゼオライト１１の表面に貼り付いた状態であることを透過型電子顕微鏡の観察によって確認している。ここで、六角網面構造とは、複数個の炭素原子が結合して形成された六角形が連なったグラファイト構造（ハニカム構造）を有する単層のシート状の構造をいう。グラフェンもこの構造を有する。
It is confirmed by observation with a transmission electron microscope that the
本実施例においては、基材であるゼオライト１１は、Ｙ型ゼオライトである。ここで用いたＹ型ゼオライトを構成するＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とのｍｏｌ比は、５．５である。また、ゼオライト１１の粒子の平均粒径は、５００ｎｍである。
In this embodiment, the
気相成長法においては、原料ガスにアセチレンを、キャリアガスにアルゴンを使用した。アセチレンガスのアルゴンガスに対する体積比は、１／５である。また、成長温度は７００℃である。Ｙ型ゼオライトの場合には、平均細孔径が１．５ｎｍ以下と狭く、炭素被覆膜１３は、一層のみ成長する。その後は、ゼオライト１１の粒子の外表面（細孔１２の外部）にアモルファス炭素が成長する。炭素被覆量がゼオライト１１に対して３０ｗｔ％になるように成長時間を調整することにより、ゼオライト１１の細孔１２の内壁面にのみ炭素被覆膜１３を形成することができる。
In the vapor phase growth method, acetylene was used as a source gas and argon was used as a carrier gas. The volume ratio of acetylene gas to argon gas is 1/5. The growth temperature is 700 ° C. In the case of Y-type zeolite, the average pore diameter is as narrow as 1.5 nm or less, and the
また、気相成長の際、原料ガスの替わりに、窒素を含有する材料（有機物）、例えばアクリロニトリルを用いることにより、六角網面構造の分子の骨格を構成する原子として窒素を含有する炭素被覆膜１３を形成することも可能である。ここで、アクリロニトリルとアルゴンとの望ましい体積比は、１０：９０である。得られた炭素被覆膜における窒素の含有量は、０．２〜１．２ｗｔ％である。以下では、このようにして形成した窒素を含有する炭素被覆膜１３は、「窒素ドープ炭素被覆膜」と呼ぶ。
In addition, in the vapor phase growth, a carbon coating containing nitrogen as an atom constituting a skeleton of a hexagonal network structure molecule by using a material containing nitrogen (organic substance), for example, acrylonitrile, instead of a source gas. It is also possible to form the
下記化学式（１）及び（２）は、六角網面構造の分子の骨格に窒素を含む炭素被覆膜１３の六角網面構造の一部を示す具体例である。
The following chemical formulas (1) and (2) are specific examples showing a part of the hexagonal network surface structure of the
さらに、アセチレンガスと窒素との混合ガスに更にＢＨ３ガスを混合することにより、六角網面構造の分子の骨格を構成する原子としてボロン（ホウ素）を有する炭素被覆膜を形成することも可能である。ここで、アセチレンガスと窒素とＢＨ３ガスとの望ましい体積比は、９０：１０である。得られた炭素被覆膜におけるボロンの含有量は、０．２〜１．５ｗｔ％である。 Further, by mixing BH 3 gas with a mixed gas of acetylene gas and nitrogen, it is also possible to form a carbon coating film having boron (boron) as an atom constituting a skeleton of a hexagonal network structure molecule. It is. Here, a desirable volume ratio of acetylene gas, nitrogen, and BH 3 gas is 90:10. The boron content in the obtained carbon coating film is 0.2 to 1.5 wt%.
下記化学式（３）は、六角網面構造の分子の骨格にホウ素を含む炭素被覆膜１３の六角網面構造の骨格の具体例である。
The following chemical formula (3) is a specific example of the skeleton of the hexagonal network structure of the
また、気相成長法による六角網面構造の炭素被覆膜を形成した後、化学修飾法により、六角網面構造の端部に種々の修飾基（官能基１４）を付加してもよい。ここで、六角網面構造の端部とは、主に炭素原子によって構成されている六角網面構造が途切れた部分に位置する原子をいう。 Further, after forming a carbon coating film having a hexagonal network structure by vapor deposition, various modifying groups (functional groups 14) may be added to the end of the hexagonal network structure by a chemical modification method. Here, the end portion of the hexagonal network structure refers to an atom located in a portion where the hexagonal network structure composed mainly of carbon atoms is interrupted.
本図は、アミノ基（官能基１４）で修飾した場合である。ここで用いた化学修飾法は、炭素被覆膜を有する吸着材を室温において硝酸（ＨＮＯ３）に浸漬するもの（液相法）、及び、７００〜８００℃においてアンモニア（ＮＨ３）に接触させるもの（気相法）である。化学分析の結果、付加したアミノ基の比率は、０．０５〜０．２３ｍｍｏｌ／ｇであった。 This figure shows the case of modification with an amino group (functional group 14). The chemical modification method used here is one in which an adsorbent having a carbon coating film is immersed in nitric acid (HNO 3 ) at room temperature (liquid phase method), and is brought into contact with ammonia (NH 3 ) at 700 to 800 ° C. (Gas phase method). As a result of chemical analysis, the ratio of added amino groups was 0.05 to 0.23 mmol / g.
上記の方法で作製した炭素被覆ゼオライト（ドープも修飾もしないもの）、炭素被覆ゼオライト（窒素ドープ：０．８ｗｔ％）及び炭素被覆ゼオライト（付加したアミノ基の比率：０．１０ｍｍｏｌ／ｇ）の３種類の吸着材について、Ｐｂ２＋の吸着量の測定を行った。参照サンプル（比較例）として、石炭由来の活性炭についても同様に吸着量の測定を行った。ここでは、Ｐｂ２＋、Ｃｄ２＋等の有害金属イオンの代表としてＰｂ２＋を用いて評価した。 3 of carbon-coated zeolite (not doped or modified), carbon-coated zeolite (nitrogen dope: 0.8 wt%) and carbon-coated zeolite (ratio of added amino groups: 0.10 mmol / g) prepared by the above method For the types of adsorbents, the amount of Pb 2+ adsorbed was measured. As a reference sample (comparative example), the amount of adsorption was also measured for activated carbon derived from coal. Here, evaluation was performed using Pb 2+ as a representative of harmful metal ions such as Pb 2+ and Cd 2+ .
この結果について図３及び４を用いて説明する。 This result will be described with reference to FIGS.
図３は、上記４種類の吸着材１ｇをそれぞれ、Ｐｂ２＋を２０００ｐｐｍ含有する水溶液１００ｍＬに入れ、１０時間撹拌後に水溶液のＰｂ２＋濃度を測定し、吸着量を算定した結果である。 3, the four types of adsorbent 1g each, placed Pb 2+ in aqueous solution 100mL containing 2000 ppm, measured Pb 2+ concentration of the aqueous solution after stirring for 10 hours, the result of calculating the adsorption amount.
また、図４は、上記４種類の吸着材１ｇをそれぞれ、２０００ｐｐｍのＰｂ２＋及び１０００ｐｐｍのフェノールを含有する混合水溶液１００ｍＬに入れ、１０時間撹拌後に水溶液のＰｂ２＋濃度を測定し、吸着量を算定した結果である。 In addition, FIG. 4 shows that 1 g of the above four kinds of adsorbents is put into 100 mL of a mixed aqueous solution containing 2000 ppm of Pb 2+ and 1000 ppm of phenol, and after stirring for 10 hours, the Pb 2+ concentration of the aqueous solution is measured and the amount of adsorption is calculated. It is the result.
比較例の活性炭は、図３に示すようにフェノールを含まない水溶液の場合、６２０ｐｐｍ／ｇのＰｂ２＋を吸着するが、フェノールを含む水溶液の場合、１６０ｐｐｍ／ｇに激減することが判る。これに対して、炭素被覆ゼオライトの場合は、３種類ともフェノールの影響をほとんど受けないことが判る。 As shown in FIG. 3, the activated carbon of the comparative example adsorbs 620 ppm / g of Pb 2+ in the case of an aqueous solution containing no phenol, but sharply decreases to 160 ppm / g in the case of an aqueous solution containing phenol. On the other hand, in the case of carbon-coated zeolite, it can be seen that all three types are hardly affected by phenol.
これは、以下の理由により説明できる。 This can be explained for the following reason.
活性炭においては、フェノールが無い場合、カルボキシル基のような吸着サイトにＰｂ２＋が吸着される。これに対して、フェノールが存在する場合には、活性炭の表面にフェノールが選択的に吸着されるため、吸着サイトがフェノールにより占有され、Ｐｂ２＋の吸着量が激減すると考えられる。 In activated carbon, when there is no phenol, Pb 2+ is adsorbed at an adsorption site such as a carboxyl group. On the other hand, when phenol is present, phenol is selectively adsorbed on the surface of the activated carbon, so that the adsorption site is occupied by phenol, and the amount of Pb 2+ adsorbed is drastically reduced.
一方、炭素被覆ゼオライトの場合、カルボキシル基や、六角網面構造の構成要素として含まれる窒素は、細孔の内部に多く存在するため、フェノールが細孔内には入り込めず、Ｐｂ２＋に対する有効な吸着サイトとして機能するためであると考えられる。 On the other hand, in the case of carbon-coated zeolite, a large amount of nitrogen contained as a component of the carboxyl group and hexagonal network structure exists in the pores, so phenol cannot enter the pores and is effective against Pb 2+ . This is considered to function as a simple adsorption site.
吸着サイトの密度は、炭素被覆ゼオライト＜炭素被覆ゼオライト（窒素ドープ）＜炭素被覆ゼオライト（アミノ基修飾）の順に多くなるため、その順でＰｂ２＋吸着量が多くなると考えられる。 The density of adsorption sites increases in the order of carbon-coated zeolite <carbon-coated zeolite (nitrogen-doped) <carbon-coated zeolite (amino group modification), and it is considered that the amount of Pb2 + adsorbed increases in that order.
図２は、基材としてポーラスシリカを用いた炭素被覆多孔体を示したものである。 FIG. 2 shows a carbon-coated porous body using porous silica as a base material.
図中、右側は、ポーラスシリカの微粒子１個を模式的に示している。一方、左側は、微粒子の一部を拡大して被覆された状態を示している。 In the drawing, the right side schematically shows one fine particle of porous silica. On the other hand, the left side shows a state where a part of the fine particles is enlarged and coated.
本図において、ポーラスシリカ２０１は、細孔２０３を有し、その表面は、主に炭素で構成された六角網面構造の炭素被覆膜２０２で被覆されている。炭素被覆膜２０２は、実施例１と同様に、気相成長法により形成されたものである。ポーラスシリカ２０１の平均細孔径は、２〜１０ｎｍであり、ゼオライトと比較して大きい。そのため、細孔２０３の内部に、主に炭素で構成された六角網面構造を多層に被覆することが可能である。言い換えると、炭素原子のシートである六角網面構造（グラフェン状シート）の少なくとも一部が重なった状態（積層された状態）とすることができる。
In this figure,
炭素被覆膜２０２の成長時間を制御することにより、炭素被覆膜２０２の層数を制御し、最終的な細孔径を制御することが可能である。また、実施例１と同様の方法で、炭素被覆膜に窒素やボロンを付加することも可能である。さらに、実施例１と同様に、炭素被覆膜２０２の端部に種々の修飾基を付加することも可能である。
By controlling the growth time of the
また、ポーラスシリカ２０１は、粒子状であることが望ましく、その平均粒径が１μｍ以下であることが望ましい。これは、平均粒径が小さいほど、見かけの表面積が大きくなり、汚染水中の有害物質等の粒子内部への拡散が容易になるためである。
The
上記の実施例のほか、アルミニウム及び酸素含む多孔質基材を用いてもよい。当該多孔質基材としては、平均細孔径が比較的大きい点で、アルマイトが望ましい。アルマイトの平均細孔径は、１〜１００ｎｍが望ましい。 In addition to the above embodiments, a porous substrate containing aluminum and oxygen may be used. As the porous substrate, alumite is desirable in that the average pore diameter is relatively large. The average pore diameter of the alumite is desirably 1 to 100 nm.
また、六角網面構造の端部に付加する官能基としては、アミノ基のほかにスルホ基（−ＳＯ３Ｈ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）等が挙げられる。これらの官能基は、電子の偏りを有し、極性を有するため、水溶液中においてＰｂ２＋等の陽イオンを吸着しやすい性質を有する。 Examples of the functional group added to the end of the hexagonal network structure include a sulfo group (—SO 3 H), a carboxyl group (—COOH) and the like in addition to the amino group. Since these functional groups have an electron bias and polarity, they have a property of easily adsorbing cations such as Pb 2+ in an aqueous solution.
以下、水浄化システムの全体構成について説明する。 Hereinafter, the overall configuration of the water purification system will be described.
図５は、吸着材として本発明の炭素被覆多孔体を用いた水浄化システムを示す概略構成図である。 FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a water purification system using the carbon-coated porous body of the present invention as an adsorbent.
本図において、汚染水は、凝集槽５０１、沈殿槽５０２、濾過槽５０３、吸着槽５０４（水浄化用吸着槽）を順に通過することにより、浄化されて浄化水となる。この浄化水は、河川若しくは海に放出され、又は再生水として利用される。
In this figure, the contaminated water is purified and becomes purified water by sequentially passing through a
凝集槽５０１では、汚染水に凝集剤を混合し、撹拌することにより、汚染水中の有害物質等を凝集させる。沈殿槽５０２では、時間をかけて凝集物を沈殿させる。さらに、濾過槽５０３では、残った凝集物を除去する。その後、吸着槽５０４により、凝集剤では除去できなかった有害物質等を吸着材に吸着させることにより除去する。この水浄化システムにより、汚染水に含まれる浮遊物質、有機高分子、有機低分子及び有害金属イオンを取り除くことが可能である。
In the
図６は、図５の吸着槽５０４の吸着材に付着した吸着物質を脱離除去する構成を示したものである。すなわち、図５の吸着槽５０４は、再生機能付きであり、吸着材再生装置と呼ぶこともできる。
FIG. 6 shows a configuration for desorbing and removing the adsorbed material adhering to the adsorbent in the
図６において図５の吸着槽５０４に該当するものは、吸着材カラム１０２である。
In FIG. 6, the
図６の吸着材カラム１０２（吸着材設置部）は、ヒータ１０３（熱源部）で加熱することができるようになっている。そのほか、吸着材カラム１０２には、水タンク１０１（水供給部）及びドレインタンク１０４（液貯留部）が接続してある。
The adsorbent column 102 (adsorbent setting section) in FIG. 6 can be heated by a heater 103 (heat source section). In addition, a water tank 101 (water supply unit) and a drain tank 104 (liquid storage unit) are connected to the
水を浄化する場合は、符号３から浄化すべき水（図５においては濾過槽５０３からの水に対応する。）を導入し、吸着材カラム１０２を通って浄化された水（図５においては吸着槽５０４からの浄化水に対応する。）が符号４から排出される。
When purifying water, water to be purified (corresponding to water from the
吸着材カラム１０２の吸着材の浄化能力が低下してきた場合には、次の手順により吸着材に付着した吸着物質を脱離除去することにより、再生を行う。
When the adsorbent purification capacity of the
まず、符号１（キャリアガス供給部）からキャリアガスを水タンク１０１に導入する。キャリアガスにより水タンク１０１中の水をバブリングすることにより、キャリアガスを加湿する。加湿量を高めるために、水タンク１０１を加熱することも有効である。また、バブリングの替わりに、水タンク１０１に超音波を印加し、より小さいクラスターの水をキャリアガスに含有させる方法も有効である。
First, carrier gas is introduced into the
次に、加湿したキャリアガスを吸着材カラム１０２に導入する。この際、吸着材カラム１０２は、ヒータ１０３により加熱する。加湿キャリアガスは、吸着材カラム１０２を通った後、ドレインタンク１０４に導入し、符号２から排出する。キャリアガスの加湿量は、キャリアガスの流量やバブリング方法を変えることにより調整することができる。また、水タンク１０１中の水を加熱することによっても、加湿量を増加させることができる。また、必要に応じて、ドレインタンク１０４の内部又は下流側に触媒燃焼装置等の燃焼部を設置することにより、符号２からの排気を浄化することができる。ドレインタンク１０４を設けずに吸着材カラム１０２の下流側に燃焼部を設けてもよい。
Next, the humidified carrier gas is introduced into the
なお、ヒータ１０３は、電気式のものでもよいが、石油、天然ガス等の燃焼によって発生する熱を利用するものでもよい。また、吸着材カラム１０２において除去した有害物質等の有機物を燃焼する際に発生する熱を利用するものでもよい。この場合、上記の触媒燃焼装置の排熱を利用してもよい。
The
以上の水浄化システムの構成によれば、吸着槽から吸着材を取り出すことなく、再生することができる。 According to the structure of the above water purification system, it can reproduce | regenerate, without taking out adsorbent from an adsorption tank.
ここで、ヒータ１０３の制御方法について説明する。
Here, a control method of the
ヒータ１０３は、吸着材カラム１０２で水を浄化する工程（浄水工程）においては、電源を切った状態（オフ）とし、又は、熱源からの熱の供給を遮断する。
In the process of purifying water with the adsorbent column 102 (water purification process), the
吸着材カラム１０２を再生する工程においては、電源を入れた状態（オン）とし、又は、熱源からの熱を供給する。そして、吸着材カラム１０２が所定の温度となった段階では、その温度を一定に保つように加熱量を調節する。所定の時間が経過し、吸着材カラム１０２の再生が終了した段階で電源を切った状態（オフ）とし、又は、熱源からの熱の供給を遮断することにより、吸着材カラム１０２を冷却する。
In the process of regenerating the
言い換えると、ヒータ１０３による吸着材カラム１０２の再生工程（加熱工程）は、昇温工程、定温工程及び冷却工程を含むものである。
In other words, the regeneration process (heating process) of the
以上のように、吸着材カラム１０２においては、浄水工程及び再生工程という２つの工程によって繰り返し操作が行われるため、ヒータ１０３を付設した吸着材カラム１０２を２基以上設けることが望ましい。この構成によれば、一方の吸着材カラム１０２で浄水工程を行っている間に、他方の吸着材カラム１０２で再生工程を行うことができ、水浄化システムによる浄水工程を中断することなく行うことができる。
As described above, since the
以上のような方法で、吸着材に付着した吸着物質を脱離除去し、吸着能を再生させることが可能である。 By the method as described above, it is possible to desorb and remove the adsorbed material adhering to the adsorbent and regenerate the adsorption capacity.
水タンク１０１に入れて用いる水としては、純水でもよいが、脱離除去能力を高めるために、水に過酸化水素等の酸化剤、又は酸性若しくは塩基性の化学物質を添加することも有効である。また、キャリアガスとしては、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用いることが可能である。また、脱離除去能力を高めるために、キャリアガスに酸素等の酸化性ガスを含有させる方法も有効である。さらには、符号２からの排気を、再び、符号１から導入することによりキャリアガスの再利用を行い、吸着材の再生コストを削減することも可能である。
The water used in the
上記の吸着材再生装置、すなわち、再生機能付きの吸着槽を用いることにより、吸着材の寿命を延ばすことができる。 The life of the adsorbent can be extended by using the adsorbent regeneration apparatus described above, that is, the adsorption tank with a regeneration function.
また、吸着材再生装置は、複数設置することが望ましい。再生機能付きの吸着槽を複数基とすることにより、吸着槽のいずれかが再生されている際にも水の浄化を継続することができる。 Moreover, it is desirable to install a plurality of adsorbent recycling apparatuses. By using a plurality of adsorption tanks with a regeneration function, water purification can be continued even when any of the adsorption tanks is being regenerated.
１１：ゼオライト、１２：細孔、１３：炭素被覆膜、１４：官能基、１０１：水タンク、１０２：吸着材カラム、１０３：ヒータ、１０４：ドレインタンク、２０１：ポーラスシリカ、２０２：炭素被覆膜、２０３：細孔、５０１：凝集槽、５０２：沈殿槽、５０３：濾過槽、５０４：吸着槽。 11: Zeolite, 12: Pore, 13: Carbon coating membrane, 14: Functional group, 101: Water tank, 102: Adsorbent column, 103: Heater, 104: Drain tank, 201: Porous silica, 202: Carbon coating Covering film, 203: pores, 501: agglomeration tank, 502: precipitation tank, 503: filtration tank, 504: adsorption tank.
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