JP6253602B2 - Filter for filtration - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、濾過用フィルターに関する。 Embodiments described herein relate generally to a filter for filtration.
近年、工業の発達や人口の増加により、水資源の有効利用が求められるようになってきている。水資源の有効利用を図るためには、工業排水や生活排水などの各種の排水を浄化して、再利用することが重要である。排水を浄化するためには、水中に含まれる水不溶物や不純物を分離除去する必要がある。
水中に含まれる水不溶物や不純物の粒子を分離除去する方法として、例えば、膜分離法、遠心分離法、活性炭吸着法、オゾン処理法、凝集剤添加による浮遊物質の沈殿除去法が挙げられる。
In recent years, due to industrial development and population increase, effective use of water resources has been demanded. In order to effectively use water resources, it is important to purify and reuse various wastewaters such as industrial wastewater and domestic wastewater. In order to purify the wastewater, it is necessary to separate and remove water insoluble matters and impurities contained in the water.
Examples of a method for separating and removing water-insoluble matter and impurity particles contained in water include a membrane separation method, a centrifugal separation method, an activated carbon adsorption method, an ozone treatment method, and a method for removing suspended solids by adding a flocculant.
膜分離法に代表される濾過法では、さまざまな形態の膜や濾過材を用いたフィルターに、除去対象物質である懸濁物質(以下、SS粒子と表記する場合がある。)を含む水を通過させて、水中からSS粒子を分離している。代表的な濾過機構としては、表面濾過、深層濾過(デプス濾過)、ケーク濾過と呼ばれる機構がある。 In a filtration method represented by a membrane separation method, water containing suspended substances (hereinafter sometimes referred to as SS particles) that are substances to be removed is added to filters using various forms of membranes and filter media. The SS particles are separated from the water by passing through. As typical filtration mechanisms, there are mechanisms called surface filtration, depth filtration (depth filtration), and cake filtration.
表面濾過は、フィルターの表面でフィルターを通過する水中に含まれるSS粒子を受け止める機構である。表面濾過では、主にフィルターの孔よりも大きいSS粒子が捕捉される。例えば、膜を用いる濾過では、主に表面濾過の機構が用いられている。
深層濾過は、フィルターの表面だけでなく孔の内面など、SS粒子を含む水と接するフィルター表面全面へのSS粒子の付着を利用する機構である。深層濾過では、主にフィルターの孔よりも小さい粒子が捕捉される。例えば、砂などの濾過材が充填された塔を用いる濾過においては、深層濾過の機構が用いられている。
ケーク濾過は、フィルターに捕捉されたSS粒子自身がケークを形成し、フィルターとして機能する機構である。ケーク濾過では、深層濾過よりもさらに小さいSS粒子が捕捉される。
Surface filtration is a mechanism for receiving SS particles contained in water passing through the filter at the surface of the filter. Surface filtration mainly captures SS particles that are larger than the pores of the filter. For example, in a filtration using a membrane, a surface filtration mechanism is mainly used.
The depth filtration is a mechanism that utilizes adhesion of SS particles not only to the surface of the filter but also to the entire surface of the filter in contact with water containing SS particles, such as the inner surface of the pores. In depth filtration, particles smaller than the pores of the filter are mainly captured. For example, in the filtration using a tower filled with a filtering material such as sand, a mechanism of depth filtration is used.
Cake filtration is a mechanism in which SS particles themselves captured by a filter form a cake and function as a filter. Cake filtration captures SS particles that are even smaller than depth filtration.
従来、金網を用いたフィルターを用いて、水中からSS粒子を分離する濾過では、主に表面濾過の機構が用いられている。金網を用いたフィルターにおいて、深層濾過の機構を用いれば、フィルターの孔よりも小さい粒子を捕捉でき、フィルターの閉塞が生じにくく、かつ、通水量の確保がしやすくなる。しかし、金網を用いたフィルターでは、フィルターとSS粒子を含む水との接触面積を確保しにくいため、深層濾過の機構を利用できない場合があった。 Conventionally, a surface filtration mechanism is mainly used in the filtration that separates SS particles from water using a filter using a wire mesh. In a filter using a wire mesh, if a deep layer filtration mechanism is used, particles smaller than the pores of the filter can be captured, the filter is not easily blocked, and the water flow rate is easily secured. However, in a filter using a wire mesh, it is difficult to secure a contact area between the filter and water containing SS particles, and thus there is a case where the mechanism of the depth filtration cannot be used.
一般に、フィルターにSS粒子を含む水を通過させて、水中からSS粒子を除去する場合、SS粒子によるケークが形成されてケーク濾過へ移行する。この時の濾過性能は、形成されたケークに依存し(言い換えればSS粒子に依存し)、ケークの厚みが増すと共に濾過流量の低下が観察される。 Generally, when water containing SS particles is passed through a filter to remove SS particles from the water, a cake of SS particles is formed and the process proceeds to cake filtration. The filtration performance at this time depends on the formed cake (in other words, depends on SS particles), and a decrease in the filtration flow rate is observed as the cake thickness increases.
また、フィルターの洗浄を行う際に、フィルターとSS粒子との分離が円滑に行われないと洗浄効率が低下し、洗浄水の消費量の増大やフィルターの性能低下を引き起こす懸念がある。また微細な粒子を除去するために凝集剤を添加する必要があり、汚泥の量が増加するといった課題もあった。 Further, when the filter is washed, if the filter and the SS particles are not smoothly separated, the washing efficiency is lowered, and there is a concern that the consumption of washing water is increased and the performance of the filter is lowered. In addition, in order to remove fine particles, it is necessary to add a flocculant, and there is a problem that the amount of sludge increases.
本発明が解決しようとする課題は、深層濾過の機構およびケーク濾過の機構を利用して被濾過液中のSS粒子を捕捉でき、さらにケーク濾過へ移行しても濾過流量を保持できる濾過用フィルターを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is a filter for filtration that can capture SS particles in a liquid to be filtered by using a mechanism of deep layer filtration and a mechanism of cake filtration, and can maintain a filtration flow rate even after shifting to cake filtration. Is to provide.
実施形態の濾過用フィルターは、複数の貫通孔を有する板状の基材と、前記基材のうち少なくとも被濾過液が流入する一次面側に形成された複数の微細構造物と、を有する濾過体を備え、前記微細構造物は、円錐台形、楕円錐形、多角錐形、楕円錐台形、多角錐台形のうち、少なくともいずれか1つの形状であって、前記微細構造物の形成密度は、1.2〜10.0個/μm 2 の範囲である。 The filtration filter according to the embodiment includes a plate-like base material having a plurality of through holes, and a plurality of fine structures formed on the primary surface side into which the liquid to be filtered flows out of the base material. The fine structure is at least one of a truncated cone shape, an elliptical cone shape, a polygonal pyramid shape, an elliptical frustum shape, and a polygonal frustum shape, and the formation density of the fine structure is: The range is 1.2 to 10.0 / μm 2 .
以下、実施形態の濾過用フィルターを説明する。
図1は、実施形態の濾過用フィルターを適用した濾過処理装置の一例を示す概略構成図である。
濾過処理装置100は、被濾過液を貯留する被濾過液槽101と、実施形態の濾過用フィルター10と、処理液槽103と、濃縮汚泥槽104と、を有している。また、被濾過液槽101の被濾過液を濾過用フィルター10に圧送するポンプ106、処理液槽103の処理水(濾過済液)を排出させ、あるいは、濾過用フィルター10に返送するポンプ107、およびこれらを接続する複数の配管108などから構成されている。
Hereinafter, the filter for filtration of an embodiment is explained.
Drawing 1 is a schematic structure figure showing an example of a filtration processing device to which a filter for filtration of an embodiment is applied.
The filtration apparatus 100 includes a liquid tank 101 for storing a liquid to be filtered, the filter 10 for filtration according to the embodiment, a treatment liquid tank 103, and a concentrated sludge tank 104. Further, a pump 106 that pumps the liquid to be filtered in the liquid tank 101 to be filtered to the filter 10 for filtration, a pump 107 that discharges the treated water (filtered liquid) in the liquid tank 103 or returns it to the filter 10 for filtration, And a plurality of pipes 108 connecting them.
被濾過液槽101は、被濾過液を貯留する。被濾過液としては、SS粒子を含む水などが挙げられる。被濾過液槽101には、被濾過液槽101内を攪拌する撹拌機が設置されていてもよい。被濾過液槽101の形状、容量、材質等は、濾過処理装置100の用途などに応じて適宜決定することができ、特に制限されるものではない。 The to-be-filtrated tank 101 stores to-be-filtrated liquid. Examples of the liquid to be filtered include water containing SS particles. The to-be-filtrated liquid tank 101 may be provided with a stirrer for stirring the inside of the to-be-filtrated liquid tank 101. The shape, volume, material, and the like of the liquid tank 101 to be filtered can be appropriately determined according to the use of the filtration apparatus 100, and are not particularly limited.
濾過用フィルター10は、被濾過液中からSS粒子など濾過対象物を除去して処理水(濾過済液)を生成する。濾過用フィルター10の詳細な構成は後述する。 The filter 10 for filtration removes filtration target objects, such as SS particle | grains, from a to-be-filtered liquid, and produces | generates treated water (filtered liquid). The detailed configuration of the filter 10 for filtration will be described later.
処理液槽103は、処理液を貯留する。処理液は、濾過用フィルター10を被濾過液が通過することにより生成したものである。処理液槽103の形状、容量、材質等は、濾過処理装置100の用途などに応じて適宜決定することができ、特に制限されない。 The processing liquid tank 103 stores the processing liquid. The treatment liquid is generated by passing the liquid to be filtered through the filter 10 for filtration. The shape, capacity, material, and the like of the processing liquid tank 103 can be appropriately determined according to the use of the filtration processing apparatus 100, and are not particularly limited.
濃縮汚泥槽104は、被濾過液中から除去されたSS粒子を多く含む濃縮液を貯留する。濃縮液は、濾過用フィルター10の洗浄に使用した後の処理液である。濃縮汚泥槽104の形状、容量、材質等は、濾過処理装置100の用途などに応じて適宜決定することができ、特に制限されない。 The concentrated sludge tank 104 stores a concentrated liquid containing a lot of SS particles removed from the liquid to be filtered. The concentrated liquid is a processing liquid after being used for washing the filter 10 for filtration. The shape, capacity, material, and the like of the concentrated sludge tank 104 can be appropriately determined according to the use of the filtration apparatus 100, and are not particularly limited.
図2は、実施形態の濾過用フィルターを示す外観斜視図である。また、図3は、濾過用フィルターを端面側から見た時の断面図である。
濾過用フィルター10は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔13,13…を形成してなる板状の基材11と、この基材11のうち少なくとも被濾過液が流入する一次面(流入面)11a側に形成された複数の微細構造物5と備えた濾過体12から構成されている。本実施形態では、微細構造物5は、一次面(流入面)11a、被濾過液が流入する二次面(流出面)11b、および貫通孔13の内壁面を覆うように形成されている。
FIG. 2 is an external perspective view showing the filter for filtration according to the embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view when the filter for filtration is viewed from the end surface side.
The filter 10 for filtration has a plate-like base material 11 formed with a plurality of through holes 13 penetrating in the thickness direction, and at least a primary surface (inflow surface) through which the liquid to be filtered flows. ) It is composed of a plurality of fine structures 5 formed on the 11a side and a filter body 12 provided. In the present embodiment, the fine structure 5 is formed so as to cover the primary surface (inflow surface) 11 a, the secondary surface (outflow surface) 11 b through which the liquid to be filtered flows, and the inner wall surface of the through hole 13.
基材11は、例えば、金属板から構成され、具体的には、SUS板、アルミニウム板やアルミニウム合金板、銅板や銅合金板、亜鉛板などを用いることができる。基材11の形状は、矩形板状、円板状、楕円板状、多角形板状など、任意の形状の板材を用いることができる。本実施形態では、矩形の金属板を用いている。 The substrate 11 is made of, for example, a metal plate. Specifically, a SUS plate, an aluminum plate, an aluminum alloy plate, a copper plate, a copper alloy plate, a zinc plate, or the like can be used. As the shape of the base material 11, a plate material having an arbitrary shape such as a rectangular plate shape, a disk shape, an elliptical plate shape, or a polygonal plate shape can be used. In this embodiment, a rectangular metal plate is used.
貫通孔13,13…は、基材11の一次面(流入面)11aと二次面(流出面)11bとを結ぶ円筒形の孔である。個々の貫通孔13は、その直径が一次面11a側から二次面11b側まで均一であっても、一次面11a側と二次面11b側とで直径が異なるような形状の孔であってもよい。 The through holes 13, 13... Are cylindrical holes that connect the primary surface (inflow surface) 11a and the secondary surface (outflow surface) 11b of the base material 11. Each through-hole 13 is a hole having a diameter different between the primary surface 11a side and the secondary surface 11b side even if the diameter is uniform from the primary surface 11a side to the secondary surface 11b side. Also good.
本実施形態では、貫通孔13は、一次面11aに沿った平面形状が円形を成している。そして、こうした貫通孔13,13…は、一次面11aに沿って千鳥配列となるように多数形成されている。 In the present embodiment, the through hole 13 has a circular planar shape along the primary surface 11a. And many such through-holes 13, 13, ... are formed so that it may become a staggered arrangement | sequence along the primary surface 11a.
このような構成の濾過フィルター10は、一次面(流入面)11a側から被濾過液を流入させ、貫通孔13を通過させて被濾過液の濾過を行い、二次面(流出面)11bから濾過後の処理水を流出させる。 The filtration filter 10 having such a configuration allows the liquid to be filtered to flow from the primary surface (inflow surface) 11a side, passes through the through-hole 13, and filters the liquid to be filtered, and from the secondary surface (outflow surface) 11b. The treated water after filtration is discharged.
微細構造物5は、例えば、円錐台形、楕円錐形、多角錐形、円錐台形、楕円錐台形、多角錐台形のうち、少なくともいずれか1つの形状である。実施形態の微細構造物5は、基端から先端に向けて先細りの形状の針状構造物である。 The fine structure 5 has, for example, at least one of a truncated cone shape, an elliptical cone shape, a polygonal pyramid shape, a truncated cone shape, an elliptical truncated cone shape, and a polygonal truncated cone shape. The microstructure 5 according to the embodiment is a needle-like structure that is tapered from the proximal end toward the distal end.
図4は、微細構造物が形成された基材を示す要部拡大模式図である。
微細構造物5は、基材11に例えば電気めっきによって形成しためっき層3から構成される。また、微細構造物5を構成するめっき層3と基材11との間には、めっき層3と基材11との密着性を高める下地層4が更に形成されていることが好ましい。
FIG. 4 is an enlarged schematic view of a main part showing a base material on which a fine structure is formed.
The fine structure 5 is composed of a plating layer 3 formed on the base 11 by, for example, electroplating. In addition, it is preferable that an underlayer 4 that further improves the adhesion between the plating layer 3 and the base material 11 is further formed between the plating layer 3 and the base material 11 constituting the microstructure 5.
微細構造物5を形成する基材11としては、濾過用フィルター10を用いて濾過される被濾過液中で使用できるものが用いられる。基材11の材料は、めっき処理を用いて、めっき層3、またはめっき層3および下地層4を容易に形成できるように、金属であることが好ましい。基材11に用いる金属としては、例えば、鉄、ニッケル、銅、および、これらの合金などを用いることが好ましい。その中でも特に、基材11として、耐蝕性に優れ、低コストで、加工しやすい材料であるステンレス鋼板を用いることが好ましい。 As the base material 11 that forms the fine structure 5, a material that can be used in a liquid to be filtered that is filtered using the filter 10 for filtration is used. The material of the base material 11 is preferably a metal so that the plating layer 3 or the plating layer 3 and the base layer 4 can be easily formed by using a plating process. As the metal used for the substrate 11, for example, iron, nickel, copper, and alloys thereof are preferably used. Among them, it is particularly preferable to use a stainless steel plate as the base material 11 that is excellent in corrosion resistance, low cost, and easy to process.
下地層4は、めっき層3の基材11への接着性を高めるために、必要に応じて設けられるものである。下地層4に用いられる材料としては、例えば、基材11の表面にニッケル合金からなるめっき層3を形成する場合、ニッケルまたはニッケル合金を用いることが好ましい。ニッケル合金としては、ホウ素、リン、亜鉛から選ばれる一種以上の元素を含有するものが挙げられる。 The underlayer 4 is provided as necessary in order to improve the adhesion of the plating layer 3 to the base material 11. As a material used for the underlayer 4, for example, when the plating layer 3 made of a nickel alloy is formed on the surface of the substrate 11, it is preferable to use nickel or a nickel alloy. Examples of the nickel alloy include those containing one or more elements selected from boron, phosphorus, and zinc.
下地層4の厚みは、めっき層3の基材11への接着性を向上させることができる厚み以上とされている。また、下地層4の厚みは、貫通孔13の直径が、濾過用フィルター10にSS粒子を含む被濾過液を通過させる際に適した大きさとなる範囲の厚みとされている。 The thickness of the foundation layer 4 is set to be equal to or greater than the thickness that can improve the adhesion of the plating layer 3 to the substrate 11. In addition, the thickness of the base layer 4 is set to a thickness in which the diameter of the through-hole 13 is in a range suitable for passing a liquid to be filtered containing SS particles through the filter 10 for filtration.
実施形態におけるめっき層3は、複数の微細構造物(本実施形態においては針状構造物)5が下地層4の表面に集合してなる複合体である。それぞれの微細構造物5では、微細構造物5の基端53aよりも基材11側の領域である基部5aが、隣接する他の微細構造物5の基部5aと一体化されている。このことにより、微細構造物5の基部5aは、下地層4の表面に連続して形成されている。 The plating layer 3 in the embodiment is a composite body in which a plurality of fine structures (in the present embodiment, needle-like structures) 5 are gathered on the surface of the base layer 4. In each microstructure 5, a base 5 a that is a region closer to the base material 11 than the base end 53 a of the microstructure 5 is integrated with a base 5 a of another adjacent microstructure 5. As a result, the base 5 a of the fine structure 5 is continuously formed on the surface of the underlayer 4.
本実施形態における微細構造物5は、例えば、円錐台形、楕円錐形、多角錐形、円錐台形、楕円錐台形、多角錐台形の形状を有する。このような錐形や錐台形の形状を有する各微細構造物5は、基端53aから先端52に向けて先細りの形状を有している。
図5に、こうした微細構造物5を針状構造物とした場合のSEM写真(二次電子像(SEI)、15.0kV、20000倍)を示す。
The fine structure 5 in the present embodiment has, for example, a truncated cone shape, an elliptical cone shape, a polygonal pyramid shape, a truncated cone shape, an elliptical truncated cone shape, and a polygonal truncated cone shape. Each of the microstructures 5 having such a pyramid shape or a frustum shape has a tapered shape from the base end 53 a toward the tip 52.
FIG. 5 shows an SEM photograph (secondary electron image (SEI), 15.0 kV, 20000 times) when the microstructure 5 is a needle-like structure.
針状構造物とされた微細構造物5どうしの間には、断面視で基端53aに近づくにつれて幅が狭くなる谷53が形成されている。谷53は、平面視で各微細構造物5を取り囲むように形成されている。各微細構造物5を取り囲む谷53は、隣接する別の微細構造物5を取り囲む谷53と平面視で繋がって形成されている。 Between the fine structures 5 made into the needle-like structures, troughs 53 are formed that become narrower as they approach the base end 53a in a cross-sectional view. The valley 53 is formed so as to surround each microstructure 5 in plan view. The valleys 53 that surround each microstructure 5 are formed so as to be connected to the valley 53 that surrounds another adjacent microstructure 5 in a plan view.
図4に示す濾過用フィルター10では、複数の微細構造物5の一部に、被濾過液中から捕捉したSS粒子が付着している。
基材11の単位面積(1μm2)当たりの微細構造物5の数は、1.2〜10.0個/μm2である。単位面積(1μm2)当たりの微細構造物5の数が上記範囲未満であると、濾過用フィルター10とSS粒子を含む被濾過液との接触面積が不足して、深層濾過の機構の効果が不十分となるので、被濾過液中のSS粒子が捕捉されにくくなる。
In the filter 10 for filtration shown in FIG. 4, SS particles captured from the liquid to be filtered are attached to some of the fine structures 5.
The number of the fine structures 5 per unit area (1 μm 2 ) of the base material 11 is 1.2 to 10.0 / μm 2 . If the number of the fine structures 5 per unit area (1 μm 2 ) is less than the above range, the contact area between the filter 10 for filtration and the liquid to be filtered containing SS particles is insufficient, and the effect of the mechanism of depth filtration is obtained. Since it becomes insufficient, it becomes difficult to capture SS particles in the liquid to be filtered.
また、単位面積(1μm2)当たりの微細構造物5の数が上記範囲未満であると、微細構造物5にSS粒子が捕捉されにくくなるため、ケーク7が形成されにくくなる。しかし、単位面積(1μm2)当たりの微細構造物5の数が上記範囲を超えると、洗浄を行っても微細構造物5からSS粒子が除去されにくくなり、洗浄性が不十分となる。 Further, when the number of the fine structures 5 per unit area (1 μm 2 ) is less than the above range, the SS particles are hardly captured by the fine structures 5, so that the cake 7 is hardly formed. However, when the number of the fine structures 5 per unit area (1 μm 2 ) exceeds the above range, the SS particles are hardly removed from the fine structures 5 even if the washing is performed, and the detergency becomes insufficient.
単位面積当たりの微細構造物5の数が1.2個/μm2以上であると、濾過用フィルター10の表面積が十分に広くなり、隣接する微細構造物5間にSS粒子が引っかかりやすくなる。このため、深層濾過の機構によってSS粒子が捕捉されやすく、捕捉されたSS粒子によってケーク7が形成されやすい濾過用フィルター10とすることができる。 When the number of the fine structures 5 per unit area is 1.2 pieces / μm 2 or more, the surface area of the filter 10 for filtration becomes sufficiently large, and the SS particles are easily caught between the adjacent fine structures 5. For this reason, it can be set as the filter 10 for filtration in which SS particle | grains are easy to be capture | acquired by the mechanism of deep layer filtration, and the cake 7 is easy to be formed with the capture | acquired SS particle | grains.
よって、濾過用フィルター10は、深層濾過の機構およびケーク濾過の機構を用いてSS粒子を捕捉できる優れた除去機能を有するものとなる。単位面積当たりの微細構造物5の数は、よりSS粒子の除去機能の高い濾過用フィルター10とするために、3.0個/μm2以上であることが好ましい。 Therefore, the filter 10 for filtration has the outstanding removal function which can capture | acquire SS particle | grains using the mechanism of depth filtration and the mechanism of cake filtration. The number of the fine structures 5 per unit area is preferably 3.0 / μm 2 or more in order to obtain a filter 10 having a higher SS particle removal function.
単位面積当たりの微細構造物5の数が10.0個/μm2以下であると、隣接する微細構造物5間の空間が狭くなりすぎることが防止される。このため、図4に示すように、隣接する微細構造物5間に形成されている谷53と、めっき層3上に形成されているケーク7とに囲まれた十分な広さの空間31が形成される。空間31は、ケーク7が形成された時に、ケーク濾過された処理水が流れる流路として機能する。 When the number of the fine structures 5 per unit area is 10.0 pieces / μm 2 or less, the space between the adjacent fine structures 5 is prevented from becoming too narrow. For this reason, as shown in FIG. 4, a sufficiently wide space 31 surrounded by the valleys 53 formed between the adjacent microstructures 5 and the cake 7 formed on the plating layer 3 is formed. It is formed. The space 31 functions as a flow path through which the cake-filtered treated water flows when the cake 7 is formed.
このため、微細構造物5を有さないフィルターと比較すると、ケーク7を通過した処理液の得られる面積が大きくなるため、濾過流量を大きくすることができる。したがって、濾過用フィルター10は、SS粒子が除去されやすく、濾過流量の大きいものとなる。単位面積当たりの微細構造物5の数は、より濾過流量の大きい優れた濾過用フィルター10とするために、7.0個/μm2以下であることが好ましい。 For this reason, compared with the filter which does not have the fine structure 5, since the area where the process liquid which passed the cake 7 is obtained becomes large, the filtration flow rate can be enlarged. Therefore, the filter 10 for filtration is easy to remove SS particles and has a large filtration flow rate. The number of the fine structures 5 per unit area is preferably 7.0 pieces / μm 2 or less in order to obtain an excellent filter 10 for filtration having a larger filtration flow rate.
基材11の単位面積(1μm2)当たりの微細構造物5の数は、以下に示す方法により測定したものである。
濾過用フィルターを電子顕微鏡で観察し、縦2μm横2μm面積4μm2の正方形内に存在する針状構造物の頂点の数を、4箇所測定する。そして、4箇所で測定した針状構造物の頂点の数を平均し、単位面積(1μm2)当たりの針状構造物の数を算出する。
The number of the fine structures 5 per unit area (1 μm 2 ) of the base material 11 is measured by the following method.
The filter for filtration is observed with an electron microscope, and the number of apexes of the needle-like structure existing in a square having a length of 2 μm, a width of 2 μm, and an area of 4 μm 2 is measured at four points. Then, the number of apexes of the needle-like structures measured at four locations is averaged, and the number of needle-like structures per unit area (1 μm 2 ) is calculated.
基材11の断面における単位長さ(1μm)当たりの微細構造物5の数は1.0〜4.0個/μmである。上記の単位長さ(1μm)当たりの微細構造物5の数が上記範囲未満であると、濾過用フィルター10とSS粒子を含む被濾過液との接触面積が不足して、深層濾過の機構の効果が不十分となるので、被濾過液中のSS粒子が捕捉されにくくなる。 The number of the fine structures 5 per unit length (1 μm) in the cross section of the substrate 11 is 1.0 to 4.0 pieces / μm. When the number of the fine structures 5 per unit length (1 μm) is less than the above range, the contact area between the filter for filtration 10 and the liquid to be filtered containing SS particles is insufficient, and the depth filtration mechanism Since the effect becomes insufficient, it becomes difficult to capture SS particles in the liquid to be filtered.
一方、上述した単位長さ(1μm)当たりの微細構造物5の数が上記範囲を超えると、隣接する微細構造物5間に形成されている谷53と、めっき層3上に形成されたケーク7とに囲まれた空間31が狭くなるため、濾過流量が少なくなる場合がある。 On the other hand, when the number of the fine structures 5 per unit length (1 μm) exceeds the above range, the valleys 53 formed between the adjacent fine structures 5 and the cake formed on the plating layer 3 are formed. Since the space 31 surrounded by 7 becomes narrow, the filtration flow rate may decrease.
上記の単位長さ当たりの微細構造物5の数が1.0個/μm以上であると、単位面積当たりの微細構造物5の数が1.2個/μm2以上である場合と同様に、深層濾過の機構およびケーク濾過の機構を用いてSS粒子を捕捉できる優れた除去機能を有するものとなる。上記の単位長さ当たりの微細構造物5の数は、よりSS粒子の除去機能の高い濾過用フィルター10とするために、1.5個/μm以上であることが好ましい。 When the number of the fine structures 5 per unit length is 1.0 / μm or more, as in the case where the number of the fine structures 5 per unit area is 1.2 / μm 2 or more. In addition, it has an excellent removal function capable of capturing SS particles by using a mechanism of deep layer filtration and a mechanism of cake filtration. The number of the fine structures 5 per unit length is preferably 1.5 / μm or more in order to obtain a filter 10 having a higher SS particle removing function.
上記の単位長さ当たりの微細構造物5の数が4.0個/μm以下であると、単位面積当たりの微細構造物5の数が10.0個/μm2以下である場合と同様に、隣接する微細構造物5間の空間が狭くなりすぎることが防止される。このため、隣接する微細構造物5間に形成されている谷53と、めっき層3上に形成されているケーク7とに囲まれた十分な広さの空間31が形成されるものとなり、濾過流量の大きな濾過用フィルター10にすることができる。上記の単位長さ当たりの微細構造物5の数は、より一層濾過流量の大きい濾過用フィルター10とするために、3.0個/μm以下であることが好ましい。 When the number of the fine structures 5 per unit length is 4.0 pieces / μm or less, similarly to the case where the number of the fine structures 5 per unit area is 10.0 pieces / μm 2 or less. The space between the adjacent fine structures 5 is prevented from becoming too narrow. For this reason, a sufficiently wide space 31 surrounded by the valleys 53 formed between the adjacent microstructures 5 and the cake 7 formed on the plating layer 3 is formed, and the filtration is performed. It can be set as the filter 10 for filtration with a big flow volume. The number of the fine structures 5 per unit length is preferably 3.0 pieces / μm or less in order to obtain the filter 10 for filtration having a larger filtration flow rate.
基材11の断面における単位長さ(1μm)当たりの微細構造物5の数は、以下に示す方法により測定したものである。
濾過用フィルター10を埋め込み樹脂で固定して切断し、その切断面をイオンミリングで平滑化して、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて撮影する。その後、撮影したフィルター基材の断面の拡大写真におけるフィルター基材の表面の略延在方向に沿って、10μm当たりの針状の微細構造物の数を測定する。そして、測定した微細構造物5の数から単位長さ(1μm)当たりの微細構造物の数を算出する。
The number of the fine structures 5 per unit length (1 μm) in the cross section of the substrate 11 is measured by the following method.
The filter 10 for filtration is fixed by embedding resin and cut, and the cut surface is smoothed by ion milling and photographed using a scanning electron microscope (SEM). Thereafter, the number of needle-like microstructures per 10 μm is measured along the substantially extending direction of the surface of the filter base material in the photograph of the photographed cross section of the filter base material. Then, the number of fine structures per unit length (1 μm) is calculated from the measured number of fine structures 5.
本実施形態において、基材11の断面における針状の微細構造物5の平均高さHおよび基端部の平均幅Dは、以下に示す部分の寸法を、以下に示す測定方法により測定したものである。図4に示すように、基材11の断面において隣接する微細構造物5間には、谷53が形成されている。基材11の断面において、微細構造物5を挟んで対向する谷底である基端53a、53a間を、直線51でつなぎ、その長さを微細構造物5の基端部の幅D1、D2とする。また、微細構造物5の先端52と上記の直線51との最短距離を、微細構造物5の高さH1、H2とする。 In the present embodiment, the average height H and the average width D of the base end portion of the needle-like microstructure 5 in the cross section of the base material 11 are those obtained by measuring the dimensions of the following portions by the measurement method shown below. It is. As shown in FIG. 4, valleys 53 are formed between adjacent fine structures 5 in the cross section of the base material 11. In the cross section of the base material 11, the base ends 53 a and 53 a that are the valley bottoms facing each other with the fine structure 5 interposed therebetween are connected by a straight line 51, and the length thereof is determined by the width D 1 and D 2 of the base end portion of the fine structure 5 To do. The shortest distance between the tip 52 of the fine structure 5 and the straight line 51 is defined as the heights H1 and H2 of the fine structure 5.
基材11の断面において、2つの微細構造物57、58が一体化されている場合(図4における符号59で示す微細構造物)には、以下に示す部分の寸法を、微細構造物57、58の高さH3、H4および微細構造物57、58の基端部の幅D3、D4とした。 When the two fine structures 57 and 58 are integrated in the cross section of the base material 11 (the fine structure indicated by reference numeral 59 in FIG. 4), the dimensions of the following portions are set to the fine structures 57 and 58, respectively. The heights H3 and H4 of 58 and the widths D3 and D4 of the base ends of the fine structures 57 and 58 were used.
まず、針状の微細構造物57、58が一体化された微細構造物59を挟んで対向する谷底である基端53a、53a間を、直線54でつなぐ。次いで、2つの微細構造物57、58間の谷55の谷底から直線54に向かって垂線56を引く。垂線56と直線54との交点から各基端53a、53aまでのそれぞれの距離を、微細構造物57、58の基端部の幅D3、D4とする。 First, the straight ends 54 connect the base ends 53a and 53a, which are the valley bottoms facing each other across the fine structure 59 in which the needle-like fine structures 57 and 58 are integrated. Next, a perpendicular line 56 is drawn from the bottom of the valley 55 between the two microstructures 57 and 58 toward the straight line 54. The distances from the intersection of the perpendicular 56 and the straight line 54 to the base ends 53a and 53a are defined as the widths D3 and D4 of the base ends of the fine structures 57 and 58, respectively.
また、各微細構造物57、58の先端52a、52bと上記の直線54との最短距離を、各微細構造物57、58の高さH3、H4とする。なお、垂線56の長さが、微細構造物57、58の高さH3、H4の両方の高さの3/4未満である場合には、独立した2つの微細構造物とみなす。また、2つの微細構造物57、58が一体化されているとする基準は、前記独立した2つの微細構造物とみなされる場合以外とする。 Further, the shortest distances between the tips 52a and 52b of the fine structures 57 and 58 and the straight line 54 are defined as heights H3 and H4 of the fine structures 57 and 58, respectively. In addition, when the length of the perpendicular 56 is less than 3/4 of both the heights H3 and H4 of the fine structures 57 and 58, it is regarded as two independent fine structures. Further, the criterion that the two fine structures 57 and 58 are integrated is a case other than the case where the two fine structures are regarded as independent.
針状の微細構造物5の高さおよび微細構造物5の基端部の幅を測定するには、濾過用フィルター10を埋め込み樹脂で固定して切断し、その切断面をイオンミリングで研磨して、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて撮影する。その後、撮影した基材11の断面の拡大写真における基材の表面の略延在方向に沿う長さ10μmの範囲を1つの測定領域とし、4箇所の測定領域に存在する全ての上記の微細構造物5の高さおよび基端部の幅を測定する。そして、測定した4箇所の微細構造物5の高さの平均値を、微細構造物5の平均高さHとする。また、測定した4箇所の微細構造物5の基端部の幅の平均値を、微細構造物5の基端部の平均幅Dとする。 In order to measure the height of the needle-like fine structure 5 and the width of the base end portion of the fine structure 5, the filter 10 for filtration is fixed by embedding resin and cut, and the cut surface is polished by ion milling. Then, the image is taken using a scanning electron microscope (SEM). Thereafter, a range of 10 μm in length along the substantially extending direction of the surface of the base material in an enlarged photograph of the cross section of the base material 11 taken as one measurement region, and all the above-described fine structures existing in the four measurement regions The height of the object 5 and the width of the base end are measured. The average value of the heights of the four fine structures 5 measured is defined as the average height H of the fine structures 5. Moreover, let the average value of the width | variety of the base end part of the four fine structures 5 measured be the average width D of the base end part of the fine structure 5. FIG.
基材11の断面における針状の微細構造物5の高さの変動係数は0.15〜0.50であることが好ましい。変動係数とは、上述した基材11の断面における微細構造物5の高さの分布の標準偏差を、前記微細構造物5の高さの算術平均値で除したものである。 The coefficient of variation of the height of the needle-like microstructure 5 in the cross section of the substrate 11 is preferably 0.15 to 0.50. The coefficient of variation is obtained by dividing the standard deviation of the height distribution of the fine structures 5 in the cross section of the base material 11 by the arithmetic average value of the heights of the fine structures 5.
上記の変動係数が0.15〜0.50の範囲であると、より一層SS粒子の除去機能および洗浄性の優れた濾過用フィルター10となる。上記の変動係数が0.15未満であると、濾過用フィルター10にSS粒子を含む被濾過液を通過させる際に、濾過用フィルター10の表面でのSS粒子を含む被濾過液の流れが単調になり、微細構造物5にSS粒子が捕捉されにくくなる。また、上記の変動係数が0.50を超えると、高さの低い微細構造物5によってめっき層3の表面に形成されたケーク7を支える機能が得られにくくなる。 When the coefficient of variation is in the range of 0.15 to 0.50, the filter 10 for filtration is further excellent in the function of removing SS particles and the detergency. When the variation coefficient is less than 0.15, the flow of the liquid to be filtered containing SS particles on the surface of the filter 10 for filtration is monotonous when the liquid to be filtered containing SS particles is passed through the filter 10 for filtration. Thus, the SS particles are hardly captured by the fine structure 5. Moreover, when the above coefficient of variation exceeds 0.50, it becomes difficult to obtain a function of supporting the cake 7 formed on the surface of the plating layer 3 by the fine structure 5 having a low height.
上記の変動係数が0.15以上であると、微細構造物5の高さのばらつきが十分に大きいものとなる。このため、濾過用フィルター10にSS粒子を含む被濾過液を通過させる際に、濾過用フィルター10の表面でのSS粒子を含む被濾過液の流れが複雑になるとともに、高さの高い微細構造物5にSS粒子が引っかかりやすくなる。その結果、深層濾過の機構によってSS粒子が捕捉されやすくなるとともに、高さの高い微細構造物5に引っかかったSS粒子を起点として、めっき層3の表面にケーク7が形成されやすくなる。上記の変動係数は、よりSS粒子が捕捉されやすい濾過用フィルター10とするために、0.18以上であることが好ましい。 When the variation coefficient is 0.15 or more, the height variation of the fine structure 5 is sufficiently large. For this reason, when passing the liquid to be filtered containing SS particles through the filter 10 for filtration, the flow of the liquid to be filtered containing SS particles on the surface of the filter 10 for filtration becomes complicated, and the fine structure with a high height. SS particles are easily caught on the object 5. As a result, the SS particles are easily captured by the deep layer filtration mechanism, and the cake 7 is easily formed on the surface of the plating layer 3 starting from the SS particles caught on the fine structure 5 having a high height. The coefficient of variation is preferably 0.18 or more in order to obtain a filter 10 for filtration in which SS particles are more easily captured.
上記の変動係数が0.50以下であると、めっき層3の表面に形成されたケーク7を、高さの低い微細構造物5が支えることによって、隣接する微細構造物5間に形成されている谷53とケーク7とに囲まれた空間31の広さが確保されやすくなる。このため、濾過によってケーク7が形成された後、ケーク濾過された処理液が空間31内を流れやすくなり、濾過流量が増大する。したがって、濾過用フィルター10は、針状構造物のないフィルターと比較して濾過流量に優れたものとなる。上記の変動係数は、より一層、濾過流量の多い濾過用フィルター10とするために、0.36以下であることが好ましい。 If the coefficient of variation is 0.50 or less, the cake 7 formed on the surface of the plating layer 3 is supported by the microstructure 5 having a low height, and thus formed between the adjacent microstructures 5. The space 31 surrounded by the valley 53 and the cake 7 is easily secured. For this reason, after the cake 7 is formed by filtration, the treatment liquid subjected to cake filtration easily flows in the space 31, and the filtration flow rate increases. Therefore, the filter 10 for filtration becomes a thing excellent in the filtration flow volume compared with the filter without a needle-like structure. The coefficient of variation is preferably 0.36 or less in order to obtain a filter 10 having a higher filtration flow rate.
基材11の断面における針状の微細構造物5の基端部の平均幅Dと平均高さHとのアスペクト比H/Dは0.5〜4.0であることが好ましい。アスペクト比H/Dが0.5以上であると、隣接する針状の微細構造物5間に形成されている谷53と、めっき層3上に形成されたケーク7とに囲まれた十分な高さの空間31が形成される。 The aspect ratio H / D between the average width D and the average height H of the base end portion of the needle-like microstructure 5 in the cross section of the base material 11 is preferably 0.5 to 4.0. When the aspect ratio H / D is 0.5 or more, sufficient is surrounded by the valleys 53 formed between the adjacent needle-like microstructures 5 and the cake 7 formed on the plating layer 3. A space 31 having a height is formed.
このため、濾過によってケーク7が形成された後に、ケーク濾過された処理水が空間31内を流れやすくなり、濾過流量に優れたものとなる。アスペクト比H/Dは、より一層濾過流量の大きな濾過用フィルター10とするために、1.0以上であることが好ましい。アスペクト比H/Dが4.0以下であると、強度に優れた微細構造物5となるため、耐久性に優れた濾過用フィルター10となる。アスペクト比H/Dは、より一層耐久性の優れた濾過用フィルター10とするために、3.0以下であることが好ましい。 For this reason, after the cake 7 is formed by filtration, the treated water subjected to the cake filtration easily flows in the space 31, and the filtration flow rate is excellent. The aspect ratio H / D is preferably 1.0 or more in order to obtain a filter 10 having a higher filtration flow rate. When the aspect ratio H / D is 4.0 or less, the microstructure 5 is excellent in strength, and thus the filter 10 for filtration is excellent in durability. The aspect ratio H / D is preferably 3.0 or less in order to obtain a filter 10 having a further excellent durability.
基材11の断面における針状の微細構造物5の平均高さHは、0.2〜2.5μmであることが好ましい。上記の微細構造物5の平均高さHが0.2μm以上であると、隣接する微細構造物5間に形成されている谷53と、めっき層3上に形成されるケーク7とに囲まれた十分な高さの空間31が形成される。このため、濾過の際にケークが形成された後に、ケーク濾過された処理液が空間31内を流れやすくなり、濾過流量に優れたものとなる。 The average height H of the needle-like microstructure 5 in the cross section of the substrate 11 is preferably 0.2 to 2.5 μm. When the average height H of the fine structure 5 is 0.2 μm or more, the fine structure 5 is surrounded by the valleys 53 formed between the adjacent fine structures 5 and the cake 7 formed on the plating layer 3. A sufficiently high space 31 is formed. For this reason, after the cake is formed at the time of filtration, the cake-filtered processing liquid easily flows in the space 31, and the filtration flow rate is excellent.
上記の微細構造物5の平均高さHは、より一層濾過流量の優れた濾過用フィルター10とするために、0.4μm以上であることが好ましい。上記の針状の微細構造物5の平均高さHが2.5μm以下であると、隣接する微細構造物5間の空間が狭くなりすぎることが防止される。このため、10.0個/μm2以下である場合と同様に、空間31が十分に確保された濾過流量に優れた濾過用フィルター10となる。上記の微細構造物5の平均高さHは、より一層濾過流量の優れた濾過用フィルター10とするために、1.8μm以下であることが好ましい。 The average height H of the fine structure 5 is preferably 0.4 μm or more in order to obtain a filter 10 having a further excellent filtration flow rate. When the average height H of the needle-like microstructure 5 is 2.5 μm or less, the space between the adjacent microstructures 5 is prevented from becoming too narrow. For this reason, it becomes the filter 10 for filtration excellent in the filtration flow volume by which the space 31 was fully ensured similarly to the case where it is 10.0 piece / micrometer < 2 > or less. The average height H of the fine structure 5 is preferably 1.8 μm or less in order to obtain a filter 10 having a further excellent filtration flow rate.
基材11の断面における針状の微細構造物5の基端部の平均幅Dと、除去対象物質の平均粒子径(D50)φ(SS粒子の平均粒子径)との関係は、φ/D≧0.33を満足することが好ましい。上記φ/Dが0.33以上であると、SS粒子が隣接する微細構造物5間に形成されている谷53の谷底の近傍に入り込みにくいものとなる。したがって、谷53と、めっき層3上に形成されたケーク7とに囲まれた広い空間31が形成されやすくなる。よって、濾過用フィルター10は、ケーク濾過された処理液が空間31内を流れやすく、濾過流量に優れたものとなる。 The relationship between the average width D of the base end portion of the needle-like microstructure 5 in the cross section of the base material 11 and the average particle diameter (D 50 ) φ (average particle size of SS particles) of the removal target substance is φ / It is preferable to satisfy D ≧ 0.33. When φ / D is 0.33 or more, SS particles are less likely to enter the vicinity of the valley bottom of the valley 53 formed between the adjacent microstructures 5. Therefore, a wide space 31 surrounded by the valleys 53 and the cake 7 formed on the plating layer 3 is easily formed. Therefore, the filter 10 for filtration is easy to flow the cake-filtered processing liquid in the space 31 and has an excellent filtration flow rate.
上記φ/Dは、より一層濾過流量の多い濾過用フィルター10とするために、0.50以上であることが好ましい。また、上記φ/Dは3.00以下であることが好ましい。上記φ/Dが3.00以下であると、SS粒子が隣接する微細構造物5間に、より一層引っかかりやすいものとなる。 The φ / D is preferably 0.50 or more in order to obtain a filter 10 having a higher filtration flow rate. The φ / D is preferably 3.00 or less. When the φ / D is 3.00 or less, the SS particles are more easily caught between the adjacent microstructures 5.
このため、より一層、深層濾過の機構によってSS粒子が捕捉されやすく、捕捉されたSS粒子によってケーク7が形成されやすい濾過用フィルター10となる。上記φ/Dは、よりSS粒子が捕捉されやすい濾過用フィルター10とするために、2.00以下であることがより好ましい。
ここで、平均粒子径φは、レーザー回折法により測定されたものである。具体的には、株式会社島津製作所製のSALD−DS21型測定装置(商品名)などにより測定することができる。
For this reason, it becomes the filter 10 for filtration which SS particle | grains are easy to be further capture | acquired by the mechanism of deep layer filtration, and the cake 7 is easy to be formed with the capture | acquired SS particle | grain. The φ / D is more preferably 2.00 or less in order to obtain the filter 10 for filtration in which SS particles are more easily captured.
Here, the average particle diameter φ is measured by a laser diffraction method. Specifically, it can be measured by a SALD-DS21 type measuring device (trade name) manufactured by Shimadzu Corporation.
複数の微細構造物5で形成されためっき層3に用いられる金属としては、電気めっき等の処理によって、基材11や下地層4の表面に複数の微細構造物5を析出できるものを用いる。このような金属としては、鉄、ニッケル、銅、および、これらの合金などが挙げられる。めっき層3に用いられる金属としては、上記の金属の中でも特に、微細構造物5の形状の制御がしやすく耐食性に優れた金属であるため、ニッケルまたはニッケル合金を用いることが好ましい。ニッケル合金としては、ホウ素、リン、亜鉛から選ばれる一種以上の元素を含有するものが挙げられる。 As a metal used for the plating layer 3 formed of the plurality of fine structures 5, a metal capable of depositing the plurality of fine structures 5 on the surface of the substrate 11 or the base layer 4 by a process such as electroplating is used. Examples of such a metal include iron, nickel, copper, and alloys thereof. As the metal used for the plating layer 3, nickel or a nickel alloy is preferably used because it is a metal that can easily control the shape of the microstructure 5 and has excellent corrosion resistance. Examples of the nickel alloy include those containing one or more elements selected from boron, phosphorus, and zinc.
濾過用フィルター10を構成する濾過体12における一次面11a側を平面視した場合に、一次面11a全体の平面積に対する貫通孔13の開口面の面積の合計の割合である開口率は0.05%以上、30%以下にすることが好ましい。また、個々の貫通孔13の直径(貫通孔の断面形状が円形の場合)、あるいは内接円の直径(貫通孔の断面形状が多角形の場合)は、1μm以上、5mm以下にすることが好ましい。 When the primary surface 11a side in the filter body 12 constituting the filter for filtration 10 is viewed in plan, the opening ratio, which is the ratio of the total area of the opening surface of the through hole 13 to the flat area of the entire primary surface 11a, is 0.05. % Or more and preferably 30% or less. Further, the diameter of each through-hole 13 (when the cross-sectional shape of the through-hole is circular) or the diameter of the inscribed circle (when the cross-sectional shape of the through-hole is polygonal) is 1 μm or more and 5 mm or less. preferable.
微細構造物5を錐形や錐台形、例えば針状構造物にした場合に、開口率Gが0.05%未満であると、濾過された処理水の通水量が少なくなり過ぎて、効率的に被濾過液の濾過を行うことが難しくなる。開口率Gを0.05%以上に保つことによって、処理水の通水量を適切に保つことができ、効率的に被濾過液の濾過を行うことができる。一方、開口率Gが30%を超えると、捕捉したSSによるブリッジが形成されにくくなり、ケーク濾過による濾過性能が低下する懸念がある。開口率Gを30%以下に保つことによって、ケーク濾過による濾過性能を高めることができる。 When the fine structure 5 is formed into a conical shape or a frustum shape, for example, a needle-shaped structure, if the opening ratio G is less than 0.05%, the amount of filtered treated water passing through is too small, which is efficient. It becomes difficult to filter the liquid to be filtered. By maintaining the aperture ratio G at 0.05% or more, the amount of treated water passing through can be maintained appropriately, and the filtrate to be filtered can be efficiently filtered. On the other hand, when the aperture ratio G exceeds 30%, it is difficult to form a bridge due to the captured SS, and there is a concern that the filtration performance by cake filtration is lowered. By maintaining the aperture ratio G at 30% or less, the filtration performance by cake filtration can be enhanced.
上述した実施形態では、微細構造物5を錐形や錐台形、例えば針状構造物にした例を説明したが、微細構造物5を多面体形状に形成することも好ましい。
図6、図7は、こうした微細構造物5を多面体構造物とした場合のSEM写真(二次電子像(SEI)、15.0kV、2000倍(図6)、5000倍(図7))を示す。
微細構造物5を多面体構造物とした場合、複数の多面体が相互に結合して体積の一部を共有している。多面体形状の微細構造物5は、それぞれ、3つ以上の平面が交わる頂点を複数有している。各微細構造物5は、図6および図7に示すように、それぞれ異なる形状および異なる大きさを有しており、基材11、または基材11に形成された下地層4(図4参照)の表面に密集して形成されている。その結果、多面体形状の辺に相当する部分は、不規則な方向を向いている。
In the above-described embodiment, the example in which the fine structure 5 is a cone shape or a frustum shape, for example, a needle-like structure has been described. However, it is also preferable that the fine structure 5 is formed in a polyhedral shape.
6 and 7 are SEM photographs (secondary electron image (SEI), 15.0 kV, 2000 times (FIG. 6), and 5000 times (FIG. 7)) when the fine structure 5 is a polyhedral structure. Show.
When the fine structure 5 is a polyhedral structure, a plurality of polyhedrons are bonded to each other and share a part of the volume. Each of the polyhedral fine structures 5 has a plurality of vertices where three or more planes intersect. Each microstructure 5 has a different shape and a different size, as shown in FIGS. 6 and 7, and the base material 11 or the base layer 4 formed on the base material 11 (see FIG. 4). It is densely formed on the surface. As a result, the portion corresponding to the side of the polyhedron shape faces an irregular direction.
多面体形状の微細構造物5の最大外形寸法の平均値は0.5〜10μmが好ましい。析出物の平均最大外形寸法が上記範囲内であると、被濾過液中のSS粒子が引っかかりやすいものとなる。 The average value of the maximum outer dimensions of the polyhedral fine structure 5 is preferably 0.5 to 10 μm. When the average maximum outer dimension of the precipitate is within the above range, the SS particles in the liquid to be filtered are easily caught.
特に、被濾過液中のSS粒子の平均粒子径が0.1〜10μmである場合、めっき層3にSS粒子が引っかかりやすいものとなる。したがって、被濾過液中のSS粒子の平均粒子径が上記範囲である場合に、深層濾過の機構によって効率よくSS粒子を捕捉できる。また、析出物の平均最大外形寸法が上記範囲内であると、めっき層3にSS粒子が引っかかりやすいため、濾過用フィルター10に捕捉されたSS粒子によってケークが形成されやすくなる。その結果、ケーク濾過の機構を用いてSS粒子を捕捉しやすいものとなり、SS粒子を除去する機能の高い濾過用フィルター10となる。 In particular, when the average particle diameter of the SS particles in the liquid to be filtered is 0.1 to 10 μm, the SS particles are easily caught on the plating layer 3. Therefore, when the average particle diameter of the SS particles in the liquid to be filtered is within the above range, the SS particles can be efficiently captured by the mechanism of the depth filtration. Further, when the average maximum outer dimension of the precipitate is within the above range, SS particles are easily caught on the plating layer 3, so that cake is easily formed by the SS particles captured by the filter 10 for filtration. As a result, it becomes easy to capture the SS particles using the cake filtration mechanism, and the filter 10 for filtration having a high function of removing the SS particles is obtained.
多面体形状の微細構造物5の平均最大外形寸法が0.5μm未満であると、めっき層3の表面の凹凸が減少するとともに、多面体形状の析出物の間の空隙を通る被濾過液量が低下して、めっき層3へのSS粒子の付着が起こりにくくなる。多面体形状の微細構造物5の平均最大外形寸法は、2μm以上であることがさらに好ましい。また、多面体形状の微細構造物5の平均最大外形寸法が10μmを超えると、めっき層3とSS粒子を含む被濾過液との接触面積が減少して、めっき層3へのSS粒子の付着が起こりにくくなる。多面体形状の微細構造物5の平均最大外形寸法は、8μm以下であることがさらに好ましい。 When the average maximum outer dimension of the polyhedral fine structure 5 is less than 0.5 μm, the unevenness of the surface of the plating layer 3 is reduced, and the amount of liquid to be filtered passing through the gaps between the polyhedral precipitates is reduced. As a result, adhesion of SS particles to the plating layer 3 is less likely to occur. The average maximum outer dimension of the polyhedral fine structure 5 is more preferably 2 μm or more. Further, when the average maximum outer dimension of the polyhedral fine structure 5 exceeds 10 μm, the contact area between the plating layer 3 and the liquid to be filtered containing SS particles decreases, and adhesion of SS particles to the plating layer 3 occurs. Less likely to occur. The average maximum external dimension of the polyhedral fine structure 5 is more preferably 8 μm or less.
多面体形状の微細構造物5における平均最大外形寸法の変動係数は0.15〜0.50であることが好ましい。変動係数が0.15〜0.50の範囲であると、より一層SS粒子の除去機能および洗浄性の優れた濾過用フィルター10となる。上記の変動係数が0.15未満であると、濾過用フィルター10にSS粒子を含む被濾過液を通過させる際に、濾過用フィルター10の表面でのSS粒子を含む被濾過液の流れが単調になり、微細構造物5にSS粒子が捕捉されにくくなる。また、上記の変動係数が0.50を超えると、高さの低い微細構造物5によってめっき層3の表面に形成されたケーク7を支える機能が得られにくくなる。 The coefficient of variation of the average maximum outer dimension of the polyhedral microstructure 5 is preferably 0.15 to 0.50. When the coefficient of variation is in the range of 0.15 to 0.50, the filter 10 for filtration is further excellent in the function of removing SS particles and the cleaning property. When the variation coefficient is less than 0.15, the flow of the liquid to be filtered containing SS particles on the surface of the filter 10 for filtration is monotonous when the liquid to be filtered containing SS particles is passed through the filter 10 for filtration. Thus, the SS particles are hardly captured by the fine structure 5. Moreover, when the above coefficient of variation exceeds 0.50, it becomes difficult to obtain a function of supporting the cake 7 formed on the surface of the plating layer 3 by the fine structure 5 having a low height.
上記の変動係数が0.15以上であると、微細構造物5の高さのばらつきが十分に大きいものとなる。このため、濾過用フィルター10にSS粒子を含む被濾過液を通過させる際に、濾過用フィルター10の表面でのSS粒子を含む被濾過液の流れが複雑になるとともに、高さの高い微細構造物5にSS粒子が引っかかりやすくなる。その結果、深層濾過の機構によってSS粒子が捕捉されやすくなるとともに、高さの高い微細構造物5に引っかかったSS粒子を起点として、めっき層3の表面にケーク7が形成されやすくなる。上記の変動係数は、よりSS粒子が捕捉されやすい濾過用フィルター10とするために、0.18以上であることが好ましい。 When the variation coefficient is 0.15 or more, the height variation of the fine structure 5 is sufficiently large. For this reason, when passing the liquid to be filtered containing SS particles through the filter 10 for filtration, the flow of the liquid to be filtered containing SS particles on the surface of the filter 10 for filtration becomes complicated, and the fine structure with a high height. SS particles are easily caught on the object 5. As a result, the SS particles are easily captured by the deep layer filtration mechanism, and the cake 7 is easily formed on the surface of the plating layer 3 starting from the SS particles caught on the fine structure 5 having a high height. The coefficient of variation is preferably 0.18 or more in order to obtain a filter 10 for filtration in which SS particles are more easily captured.
上記の変動係数が0.50以下であると、めっき層3の表面に形成されたケーク7を、高さの低い微細構造物5が支えることによって、隣接する微細構造物5間に形成されている谷53とケーク7とに囲まれた空間31の広さが確保されやすくなる。このため、濾過によってケーク7が形成された後、ケーク濾過された処理液が空間31内を流れやすくなり、濾過流量が増大する。したがって、濾過用フィルター10は、多面体構造物のないフィルターと比較して濾過流量に優れたものとなる。上記の変動係数は、より一層、濾過流量の多い濾過用フィルター10とするために、0.36以下であることが好ましい。 If the coefficient of variation is 0.50 or less, the cake 7 formed on the surface of the plating layer 3 is supported by the microstructure 5 having a low height, and thus formed between the adjacent microstructures 5. The space 31 surrounded by the valley 53 and the cake 7 is easily secured. For this reason, after the cake 7 is formed by filtration, the treatment liquid subjected to cake filtration easily flows in the space 31, and the filtration flow rate increases. Therefore, the filter 10 for filtration becomes a thing excellent in the filtration flow volume compared with the filter without a polyhedron structure. The coefficient of variation is preferably 0.36 or less in order to obtain a filter 10 having a higher filtration flow rate.
多面体形状の微細構造物5の平均最大外形寸法は、以下に示す測定方法により測定する。
即ち、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて拡大した濾過用フィルター10の写真を撮影し、画像処理を行う。具体的には、多面体形状の微細構造物5の最も大きさの大きい部分の外形寸法を、一つの写真に対して代表的な10か所を選択して測定し、その平均値を平均最大外形寸法と定義する。
The average maximum outer dimension of the polyhedral fine structure 5 is measured by the following measuring method.
That is, an enlarged photograph of the filter for filtration 10 is taken using a scanning electron microscope (SEM), and image processing is performed. Specifically, the outer dimensions of the largest portion of the polyhedral fine structure 5 are measured by selecting ten representative locations for one photograph, and the average value is the average maximum outer shape. Defined as a dimension.
めっき層3に用いられる金属としては、めっき処理によって、フィルター基材の表面に多面体形状の複数の微細構造物5が得られるものを用いる。このような金属としては、鉄、ニッケル、銅、および、これらの合金などが挙げられる。めっき層3に用いられる金属としては、上記の金属の中でも特に、形状が制御しやすく耐食性に優れた金属であるため、ニッケルまたはニッケル合金を用いることが好ましい。ニッケル合金としては、ホウ素、リン、亜鉛から選ばれる一種以上の元素を含有するものが挙げられる。 As the metal used for the plating layer 3, a metal that can obtain a plurality of polyhedral fine structures 5 on the surface of the filter substrate by plating is used. Examples of such a metal include iron, nickel, copper, and alloys thereof. As the metal used for the plating layer 3, nickel or a nickel alloy is preferably used because it is a metal whose shape is easily controlled and excellent in corrosion resistance among the above metals. Examples of the nickel alloy include those containing one or more elements selected from boron, phosphorus, and zinc.
以上、詳細に説明した実施形態の濾過用フィルターを適用した濾過処理装置の作用を説明する。
濾過処理装置100を用いて、例えばSS粒子を含む被濾過液を濾過して処理水を得る際には、まず、ポンプ106によって、被濾過液槽101に貯留されている被濾過液を濾過用フィルター10に向けて圧送する。
The operation of the filtration apparatus to which the filtration filter according to the embodiment described in detail above is applied will be described.
For example, when the filtered liquid containing SS particles is filtered to obtain treated water using the filtration apparatus 100, first, the filtered liquid stored in the filtered liquid tank 101 is filtered by the pump 106. Pump toward the filter 10.
濾過用フィルター10に流入した被濾過液は、平板状の濾過用フィルター10の一次面11aに形成された多数の微細構造物5からなるめっき層3によって、SS粒子が捕捉される。濾過用フィルター10は、複数の微細構造物5を所定の密度で有するものであるため、濾過用フィルター10とSS粒子を含む被濾過液との接触面積が多い。このため、表面濾過および深層濾過の機構によって微細構造物5の表面に付着したSS粒子を起点として、めっき層3の表面の複数の箇所で速やかにSS粒子の凝集物が形成される。 In the liquid to be filtered that has flowed into the filtration filter 10, SS particles are captured by the plating layer 3 made up of a number of fine structures 5 formed on the primary surface 11 a of the flat filter 10. Since the filter for filtration 10 has a plurality of fine structures 5 at a predetermined density, the contact area between the filter for filtration 10 and the liquid to be filtered containing SS particles is large. For this reason, agglomerates of SS particles are rapidly formed at a plurality of locations on the surface of the plating layer 3 starting from the SS particles adhering to the surface of the fine structure 5 by the surface filtration and depth filtration mechanisms.
形成された凝集物は、濾過用フィルター10へのSS粒子を含む被濾過液の通過を継続させることにより、成長して剥離し、SS粒子を含む被濾過液とともに貫通孔13に向かって移動する。貫通孔13に移動した1つまたは複数の凝集物は、貫通孔13をふさぐブリッジ状のケーク7となる。このように、本実施形態の処理方法では、表面濾過の機構だけでなく、深層濾過の機構およびケーク濾過の機構も利用して、被濾過液中の小さなSS粒子を除去できる。よって、優れた濾過性能が得られる。 The formed aggregate grows and peels by continuing the passage of the liquid to be filtered containing SS particles to the filter 10 for filtration, and moves toward the through-hole 13 together with the liquid to be filtered containing SS particles. . The one or more aggregates that have moved to the through-hole 13 become a bridge-like cake 7 that blocks the through-hole 13. Thus, in the processing method of this embodiment, not only the surface filtration mechanism but also the depth filtration mechanism and the cake filtration mechanism can be used to remove small SS particles in the liquid to be filtered. Therefore, excellent filtration performance can be obtained.
濾過用フィルター10は、図4に示すように、隣接する微細構造物5間に谷53を有している。谷53は、断面視で谷底である基端53aに近づくにつれて幅が狭くなっている。このため、濾過用フィルター10に捕捉されたSS粒子は、谷53の基端53a近傍には入り込みにくい。 As shown in FIG. 4, the filter 10 for filtration has a valley 53 between adjacent microstructures 5. The valley 53 becomes narrower as it approaches the base end 53a that is the bottom of the valley in a cross-sectional view. For this reason, the SS particles captured by the filtration filter 10 are unlikely to enter the vicinity of the base end 53 a of the valley 53.
したがって、めっき層3の表面にケーク7が形成されている濾過用フィルター10では、図4に示すように、谷53とケーク7とに囲まれた十分な広さの空間31が形成される。空間31が形成された後、さらに濾過用フィルター10へのSS粒子を含む被濾過液の通過を継続させても、空間31の上部はケーク7で形成された蓋が被せられた状態となっているため、SS粒子は空間31内に入り込みにくい。したがって、濾過用フィルター10へのSS粒子を含む被濾過液の通過を継続させると、ケーク7上にさらにSS粒子が堆積される。 Therefore, in the filter 10 for filtration in which the cake 7 is formed on the surface of the plating layer 3, a sufficiently large space 31 surrounded by the valleys 53 and the cake 7 is formed as shown in FIG. After the space 31 is formed, the upper portion of the space 31 is covered with the lid formed by the cake 7 even if the liquid to be filtered containing SS particles is further passed to the filter 10 for filtration. Therefore, SS particles are difficult to enter the space 31. Therefore, if the liquid to be filtered containing SS particles is continuously passed to the filter 10 for filtration, further SS particles are deposited on the cake 7.
こうした多数の微細構造物5からなるめっき層3によって、SS粒子を含む被濾過液からSS粒子を効率的に、かつ確実に捕捉して除去することができる。そして、SS粒子が除去された処理水は、基材11に形成された貫通孔13を通り、濾過用フィルター10の二次面11bから処理液槽103に排出される。 With the plating layer 3 composed of such a large number of fine structures 5, the SS particles can be efficiently and reliably captured and removed from the liquid to be filtered containing the SS particles. Then, the treated water from which the SS particles have been removed passes through the through-hole 13 formed in the base material 11 and is discharged from the secondary surface 11b of the filtration filter 10 to the treatment liquid tank 103.
このように、実施形態の濾過用フィルター10によれば、被濾過液が流入する一次面11a側に、例えば針状や多面体の微細構造物5を多数形成することによって、SS粒子を含む被濾過液からSS粒子を効率的に、かつ確実に捕捉して除去することが可能になる。 Thus, according to the filter for filtration 10 of the embodiment, by forming a large number of fine structures 5 such as needles or polyhedrons on the primary surface 11a side into which the liquid to be filtered flows, the object to be filtered containing SS particles is formed. It becomes possible to capture and remove SS particles from the liquid efficiently and reliably.
また、実施形態のように、多数の微細構造物5を、被濾過液が流入する一次面11aを平坦面にすることによって、被濾過液の流入時の液圧が局部的に集中することなく均一に印加される。これによって、液圧に対する濾過体12の耐久性が高められる。また、液圧が局部的に集中することがないので、微細構造物5の損傷や隔離を防止し、効果的にブリッジ状のケーク7を形成できる。 Further, as in the embodiment, by making the primary surface 11a into which the filtrate to be filtered flows into a flat surface in a large number of fine structures 5, the fluid pressure at the time of the filtrate to be filtered does not concentrate locally. Applied uniformly. Thereby, the durability of the filter body 12 against the hydraulic pressure is enhanced. Further, since the hydraulic pressure does not concentrate locally, damage and isolation of the fine structure 5 can be prevented, and the bridge-shaped cake 7 can be effectively formed.
なお、濾過用フィルター10の内部にケークが多量に堆積して通水量が低下した際には、濾過用フィルター10の二次面11b側から一次面11aに向けて通水する逆洗浄を行うことが好ましい。こうした逆洗浄によって排出されたケークは、汚泥として濃縮汚泥槽104に集められる。逆洗浄に用いる洗浄水は、例えば、処理液槽103に貯留された処理水の一部を用いて、ポンプ107によって濾過用フィルター10の二次面11b側に逆送すればよい。 In addition, when a large amount of cake accumulates inside the filter 10 for filtration and the amount of water flow decreases, reverse cleaning is performed in which water flows from the secondary surface 11b side of the filter 10 toward the primary surface 11a. Is preferred. The cake discharged by such back washing is collected in the concentrated sludge tank 104 as sludge. The cleaning water used for the reverse cleaning may be sent back to the secondary surface 11b side of the filtration filter 10 by the pump 107 using a part of the processing water stored in the processing liquid tank 103, for example.
濾過用フィルター10の逆洗浄は、濾過用フィルター10が一定量のSS粒子を捕捉した段階で行うことが好ましい。洗浄を行うタイミングは、特に限定されるものではなく、濾過用フィルター10に通過させる被濾過液に含まれるSS粒子の量などに応じて適宜決定できる。洗浄は、濾過用フィルター10に、SS粒子を含む被濾過液を通過させた方向と反対向きに洗浄液を通過(逆洗)させる以外にも、濾過用フィルター10の表面に洗浄液を流したりして行うこともできる。 The backwashing of the filtration filter 10 is preferably performed at a stage where the filtration filter 10 has captured a certain amount of SS particles. The timing for performing the cleaning is not particularly limited, and can be appropriately determined according to the amount of SS particles contained in the liquid to be filtered that is allowed to pass through the filter 10 for filtration. In addition to passing the cleaning liquid in the direction opposite to the direction in which the liquid to be filtered containing SS particles is passed through the filtering filter 10 (back washing), the cleaning liquid is allowed to flow on the surface of the filtering filter 10. It can also be done.
本実施形態において、濾過用フィルター10の逆洗を行うと、空間31には、各微細構造物5を取り囲むように形成された谷53を介して、多方向から洗浄液が流入する。このことにより、谷53の上部の少なくとも一部を覆うように形成されていたケーク7が、洗浄液に押し上げられて、ケーク7の剥離が促進される。また、濾過用フィルター10の微細構造物5は、基端53aから先端52に向けて先細りの形状を有している。 In this embodiment, when the filter 10 for filtration is backwashed, the cleaning liquid flows into the space 31 from multiple directions through the valleys 53 formed so as to surround each fine structure 5. Accordingly, the cake 7 formed so as to cover at least a part of the upper portion of the valley 53 is pushed up by the cleaning liquid, and the peeling of the cake 7 is promoted. Further, the fine structure 5 of the filter 10 for filtration has a tapered shape from the proximal end 53 a toward the distal end 52.
このため、洗浄液に押し上げられたケーク7は、濾過用フィルター10から容易に剥離される。また、微細構造物5が先細りの形状を有しているので、微細構造物5に付着しているSS粒子が逆洗時に谷53に挟まりにくく、微細構造物5から容易に剥離される。したがって、逆洗を行うことにより、濾過用フィルター10に堆積したSS粒子が速やかに除去され、水濾過用フィルター10が再生される。 For this reason, the cake 7 pushed up by the cleaning liquid is easily peeled off from the filter 10 for filtration. In addition, since the fine structure 5 has a tapered shape, the SS particles attached to the fine structure 5 are not easily caught in the valleys 53 during backwashing, and are easily separated from the fine structure 5. Therefore, by performing backwashing, SS particles deposited on the filter 10 for filtration are quickly removed, and the filter 10 for water filtration is regenerated.
上述した実施形態では、1枚の濾過体12によって濾過用フィルター10を構成しているが、複数枚の濾過体12を重ねて濾過用フィルター10を構成することも好ましい。
図8は、別な実施形態の濾過用フィルターを端面側から見た時の要部拡大断面図である。
本実施形態の濾過用フィルター60は、第一の濾過体61、第二の濾過体71、第三の濾過体81が互いに重ねて配されてなる。第一の濾過体61を構成する板状の基材62には、複数の貫通孔63が形成されている。第二の濾過体71を構成する板状の基材72には、複数の貫通孔73が形成されている。更に、第三の濾過体81を構成する板状の基材82には、複数の貫通孔83が形成されている。
In the embodiment described above, the filtering filter 10 is configured by one filter body 12, but it is also preferable to configure the filtering filter 10 by stacking a plurality of filter bodies 12.
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of a main part when a filter for filtration according to another embodiment is viewed from the end surface side.
The filter 60 for filtration of the present embodiment is formed by stacking a first filter body 61, a second filter body 71, and a third filter body 81 on top of each other. A plurality of through-holes 63 are formed in the plate-like base material 62 constituting the first filter body 61. A plurality of through-holes 73 are formed in the plate-like base material 72 constituting the second filter body 71. Furthermore, a plurality of through holes 83 are formed in the plate-like base material 82 constituting the third filter body 81.
この実施形態においては、第一の濾過体61側が被濾過液が流入する一次面61aを構成し、第三の濾過体81側が被濾過液が流出する二次面81aを構成する。そして、これら第一の濾過体61、第二の濾過体71、第三の濾過体81をそれぞれ構成する基材61,71,81は、その表面に微細構造物5が形成されている。こうした微細構造物5は、図5に示す針状の微細構造物や、図6、図7に示す多面体形状の微細構造物であればよい。 In this embodiment, the first filter body 61 side constitutes the primary surface 61a through which the liquid to be filtered flows in, and the third filter body 81 side forms the secondary surface 81a through which the liquid to be filtered flows out. And the base material 61,71,81 which comprises each of these 1st filter body 61, the 2nd filter body 71, and the 3rd filter body 81 has the fine structure 5 formed in the surface. Such a fine structure 5 may be a needle-like fine structure shown in FIG. 5 or a polyhedral fine structure shown in FIGS. 6 and 7.
この実施形態においては、個々の貫通孔63、貫通孔73、貫通孔83が、それぞれ同一の中心軸上に配されるように形成されている。そして、一次面側に配された濾過体61に形成された貫通孔63よりも、二次面81a側に配された濾過体81に形成された貫通孔83のほうが、開口サイズが小さくなるように形成されている。即ち、開口サイズは、貫通孔63、貫通孔73、貫通孔83の順に小さくなるように形成されている。なお、ここで言う開口サイズは、それぞれの貫通孔の平面形状における最大直径であればよい。 In this embodiment, each through-hole 63, through-hole 73, and through-hole 83 are formed so as to be arranged on the same central axis. The opening size of the through hole 83 formed in the filter body 81 disposed on the secondary surface 81a side is smaller than that of the through hole 63 formed in the filter body 61 disposed on the primary surface side. Is formed. That is, the opening size is formed so as to decrease in the order of the through hole 63, the through hole 73, and the through hole 83. In addition, the opening size said here should just be the largest diameter in the planar shape of each through-hole.
このような構成の濾過用フィルター60によれば、被濾過液が流入する一次面61aから二次面81aに向かって延びる貫通孔が段階的に狭められる形状となる。これにより、比較的サイズの大きいSS粒子は貫通孔63で捕捉され、比較的サイズの小さいSS粒子は貫通孔71や貫通孔81で捕捉されるなど、SS粒子のサイズに応じて捕捉する位置を変えることができる。これによって、ケークによる貫通孔の詰まりを低減し、より効率的に被濾過液の濾過を行うことが可能になる。 According to the filtration filter 60 having such a configuration, the through hole extending from the primary surface 61a into which the liquid to be filtered flows into the secondary surface 81a is narrowed in a stepwise manner. Thereby, SS particles having a relatively large size are captured by the through-hole 63, and SS particles having a relatively small size are captured by the through-hole 71 and the through-hole 81. Can be changed. As a result, clogging of the through-hole due to the cake can be reduced, and the liquid to be filtered can be more efficiently filtered.
上述した実施形態では、濾過用フィルターの基材に形成する貫通孔を円形として、千鳥配列となるように形成しているが、個々の貫通孔の形状やその配列形態は限定されるものでは無い。
例えば、図9に示す濾過用フィルター91では、平面形状が矩形である貫通孔92を等間隔で均一に配列している。
また、図10に示す濾過用フィルター94では、平面形状が長方形である貫通孔95を千鳥配列となるように形成している。
更に、図11に示す濾過用フィルター97では、平面形状が六角形である貫通孔98を千鳥配列となるように形成している。
In the above-described embodiment, the through holes formed in the filter filter base material are circular and formed in a staggered arrangement, but the shape of the individual through holes and the arrangement form thereof are not limited. .
For example, in the filter 91 for filtration shown in FIG. 9, the through holes 92 having a rectangular planar shape are uniformly arranged at equal intervals.
Moreover, in the filter 94 for filtration shown in FIG. 10, the through holes 95 having a rectangular planar shape are formed in a staggered arrangement.
Furthermore, in the filter 97 for filtration shown in FIG. 11, the through holes 98 having a hexagonal planar shape are formed in a staggered arrangement.
これ以外にも、基材に形成する貫通孔の平面形状としては、三角形や五角形など多角形状、楕円形状、十字形状など各種形状にすることができ、限定されるものでは無い。
また、複数の貫通孔の配列形態に関しても、均等配列や千鳥配列以外にも、ランダムに配列することもでき、限定されるものでは無い。
Other than this, the planar shape of the through-hole formed in the base material can be various shapes such as a polygonal shape such as a triangle and a pentagon, an elliptical shape, and a cross shape, and is not limited.
Further, the arrangement form of the plurality of through holes can be arranged at random in addition to the uniform arrangement and the staggered arrangement, and is not limited.
次に、濾過用フィルターの製造方法の一例について説明する。
基材に針状の微細構造物を備えた、図2に示す濾過用フィルターを製造するには、まず、板状の基材11を用意する。基材11は、めっき処理を用いて、めっき層3、またはめっき層3および下地層4を容易に形成できるように、金属であることが好ましい(図4参照)。基材11に用いる金属としては、例えば、鉄、ニッケル、銅、および、これらの合金などを用いることが好ましい。その中でも特に、基材11として、耐蝕性に優れ、低コストで、加工しやすい材料であるステンレス鋼板を用いることが好ましい。
Next, an example of the manufacturing method of the filter for filtration is demonstrated.
In order to manufacture the filter for filtration shown in FIG. 2 provided with a needle-like microstructure on the base material, first, a plate-like base material 11 is prepared. The base material 11 is preferably a metal so that the plating layer 3 or the plating layer 3 and the base layer 4 can be easily formed by using a plating process (see FIG. 4). As the metal used for the substrate 11, for example, iron, nickel, copper, and alloys thereof are preferably used. Among them, it is particularly preferable to use a stainless steel plate as the base material 11 that is excellent in corrosion resistance, low cost, and easy to process.
次いで、この基材11に多数の貫通孔13を形成する。貫通孔13を形成は、例えば、プレスによる打ち抜きや、エッチングなどによって行うことができる。 Next, a large number of through holes 13 are formed in the base material 11. The through hole 13 can be formed by, for example, punching with a press or etching.
次いで、複数の貫通孔13,13…を形成した基材11の表面に、めっき処理を用いて、下地層4を形成する。下地層4を形成するためのめっき処理としては、従来公知の方法を用いることができる。例えば、ニッケルまたはニッケル合金からなるめっき層3を形成する前に、ステンレスからなる基材11の表面に下地層4を形成する場合には、電解ニッケルめっき処理または無電解ニッケルめっき処理を用いて、ニッケルまたはニッケル合金からなる下地層4を形成することが好ましい。 Next, the base layer 4 is formed on the surface of the base material 11 on which the plurality of through holes 13 are formed using a plating process. As a plating process for forming the underlayer 4, a conventionally known method can be used. For example, before forming the plating layer 3 made of nickel or nickel alloy, when forming the base layer 4 on the surface of the base material 11 made of stainless steel, using electrolytic nickel plating treatment or electroless nickel plating treatment, It is preferable to form the underlayer 4 made of nickel or a nickel alloy.
次に、下地層4の設けられた基材11の表面に、電気めっき処理によって、複数の微細構造物5を析出させて、基材11をめっき層3で被覆する(めっき工程)。めっき層3を形成するための電気めっき処理としては、従来公知の方法を用いることができる。例えば、下地層4およびめっき層3がニッケルまたはニッケル合金からなるものである場合、下地層4の形成後、めっき浴に添加剤を添加して、連続して電解ニッケルめっき処理または無電解ニッケルめっき処理を用いて、めっき層3を形成することが好ましい。 Next, a plurality of fine structures 5 are deposited on the surface of the base material 11 provided with the base layer 4 by electroplating, and the base material 11 is covered with the plating layer 3 (plating step). As the electroplating process for forming the plating layer 3, a conventionally known method can be used. For example, when the underlayer 4 and the plating layer 3 are made of nickel or a nickel alloy, an additive is added to the plating bath after the formation of the underlayer 4 to continuously perform electrolytic nickel plating treatment or electroless nickel plating. It is preferable to form the plating layer 3 using a treatment.
複数の微細構造物5を析出させる電気めっき処理では、めっき浴に添加する添加剤の種類、濃度、めっき時間を変化させることにより、微細構造物5の形状および大きさを変化させることができる。添加剤としては、エチレンジアミン二塩酸塩(ethylenediamine dihydrochloride)、エチレンジアミン(EDA)などが挙げられる。 In the electroplating process for depositing a plurality of microstructures 5, the shape and size of the microstructures 5 can be changed by changing the type, concentration, and plating time of the additive added to the plating bath. Examples of the additive include ethylenediamine dihydrochloride and ethylenediamine (EDA).
めっき層3を形成するためのめっき処理を行った後、必要に応じて熱処理を行って、めっき層3の結晶化を促進してもよい。
また、めっき層3を形成するためのめっき処理を行った後、必要に応じて、濾過用フィルターの耐久性を向上させるために、めっき層3の表面に、他の金属や有機物などを用いて別の被覆層を形成してもよい。
After performing the plating process for forming the plating layer 3, heat treatment may be performed as necessary to promote crystallization of the plating layer 3.
Moreover, after performing the plating process for forming the plating layer 3, if necessary, the surface of the plating layer 3 is made of another metal or organic matter in order to improve the durability of the filter for filtration. Another coating layer may be formed.
また、めっき層3の表面に、被濾過液との親和性が互いに異なる複数種類の改質領域を形成することもできる。めっき層3の改質処理としては、具体的には、親水化処理と疎水化処理とが挙げられる。こうした改質処理を行うことで、めっき層3の表面における被濾過液の流れが、より複雑になり、SS粒子がめっき層3の表面で凝集しやすいものとすることができる。 In addition, a plurality of types of modified regions having different affinity for the liquid to be filtered can be formed on the surface of the plating layer 3. Specifically, the modification treatment of the plating layer 3 includes a hydrophilic treatment and a hydrophobic treatment. By performing such modification treatment, the flow of the liquid to be filtered on the surface of the plating layer 3 becomes more complicated, and the SS particles can be easily aggregated on the surface of the plating layer 3.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
(実施例1)
貫通孔の口径が3μm程度のパンチングメタル(基材)を作成した。この基材にニッケル−リンメッキをおこない下地層を形成した後、非特許文献1に示すようにethylenediamine dihydrochloride(EDA)存在下でのメッキによって、厚み3.5μmの針状の微細構造物5を表面に形成して濾過用フィルター10を得た。この時の濾過用フィルター10の厚みは1003.5μm程度であった。開口率は8.0%であった。
(非特許文献1)Tao Hang, Ming Li, Qin Fei and Dali Mao, Characterization of nickel nanocones routed by electrodeposition without any template, Nanotechnology, 19 (2008) 035201 (5pp)
Example 1
A punching metal (base material) having a through-hole diameter of about 3 μm was prepared. After forming a base layer by performing nickel-phosphorus plating on this substrate, as shown in Non-Patent Document 1, the surface of the needle-like microstructure 5 having a thickness of 3.5 μm is formed by plating in the presence of ethylenediamine dihydrochloride (EDA). The filter 10 for filtration was obtained. At this time, the thickness of the filter 10 for filtration was about 1003.5 μm. The aperture ratio was 8.0%.
(Non-Patent Document 1) Tao Hang, Ming Li, Qin Fei and Dali Mao, Characterization of nickel nanocones routed by electrodeposition without any template, Nanotechnology, 19 (2008) 035201 (5pp)
得られた濾過用フィルター10のメッキ層(微細構造物5)の表層をSEM観察したところ、4μm2(2μm×2μm)の範囲に16個〜19個の針状構造物があった(図6参照)。
またこのメッキ層を埋め込み樹脂で固定した後、切断して断面観察を行ったところ、10μmあたりの平均針状構造物数は20個、針状構造物平均高さは750nm、変動係数は0.28であった。また針状構造物の平均幅は550nmであり、アスペクト比(高さ/幅)は1.36であった。
When the surface layer of the plating layer (fine structure 5) of the obtained filter 10 for filtration was observed by SEM, there were 16 to 19 needle-like structures in the range of 4 μm 2 (2 μm × 2 μm) (FIG. 6). reference).
Further, this plated layer was fixed with embedded resin, and then cut and observed for cross section. As a result, the average number of needle-like structures per 10 μm was 20, the average height of needle-like structures was 750 nm, and the coefficient of variation was 0.2. 28. The average width of the needle-like structures was 550 nm, and the aspect ratio (height / width) was 1.36.
次に、図1に示す濾過処理装置100を用意した。上述したように作製した濾過用フィルター10を設置し、この濾過用フィルター10を用いて粒度が0.1μmのアルミナを100mg/L含有するスラリーを0.1MPaの圧力で定圧濾過したところ、透明な処理水(濾過水)が得られ、濾過を行うことができた。濾過後の濾過フィルター10を濾過ケーク(アルミナ層)ごと埋め込み樹脂で固定し断面を観察したところ、ケーク層と濾過フィルター10の間に、凹凸に起因する隙間が観察された。 Next, the filtration apparatus 100 shown in FIG. 1 was prepared. When the filtration filter 10 produced as described above was installed, and the slurry containing 100 mg / L of alumina having a particle size of 0.1 μm was filtered at a constant pressure of 0.1 MPa using the filtration filter 10, a transparent filter was obtained. Treated water (filtered water) was obtained and could be filtered. When the filtration filter 10 after filtration was fixed with the embedding resin together with the filtration cake (alumina layer) and the cross section was observed, a gap due to irregularities was observed between the cake layer and the filtration filter 10.
次にこの濾過フィルター10の処理水側(二次面側)から0.1Mpaの圧力で洗浄水を送り、ケーク層の洗浄を行ったところ、隙間近傍のケークはきれいに剥離していて表面の凹凸が復元されていた。再度この濾過フィルターで濾過を行ったところ、一回目の濾過と同様の濾過性能を発揮している事が確認された。 Next, when cleaning water was sent from the treated water side (secondary surface side) of the filtration filter 10 at a pressure of 0.1 Mpa to clean the cake layer, the cake near the gap was cleanly peeled and surface irregularities were observed. Had been restored. When filtration was performed again with this filter, it was confirmed that the same filtration performance as the first filtration was exhibited.
(実施例2)
実施例1と同様に、貫通孔の口径が3μm程度のパンチングメタル(基材)を作成した。この基材にニッケル−リンメッキをおこない下地層を形成した後、非特許文献2に示すように添加剤として2−ブチン−1,4−ジオールを添加して、無電解ニッケルめっき処理を行い、厚み3.5μmの多面体状の微細構造物5を表面に形成して濾過用フィルター10を得た。この時の基材の厚さは1000μmであり、メッキ後の板厚は1003.5μmであった。この時の開孔率は8%であった。
(非特許文献2)S.Chakraborty,Role of organic additives in nickel plating,Transactions of the Metal Finishers' Association of india,Vol.12,No.3-4(2003)
(Example 2)
As in Example 1, a punching metal (base material) having a through-hole diameter of about 3 μm was prepared. After forming a base layer by performing nickel-phosphorus plating on this base material, as shown in Non-Patent Document 2, 2-butyne-1,4-diol is added as an additive, electroless nickel plating treatment is performed, and the thickness is increased. A filter 10 for filtration was obtained by forming a polyhedral fine structure 5 of 3.5 μm on the surface. The thickness of the base material at this time was 1000 μm, and the plate thickness after plating was 1003.5 μm. The hole area ratio at this time was 8%.
(Non-Patent Document 2) S. Chakraborty, Role of organic additives in nickel plating, Transactions of the Metal Finishers' Association of india, Vol. 12, No. 3-4 (2003)
得られた濾過用フィルター10のメッキ層(微細構造物5)の表層をSEM観察したところ、平均最大外形寸法は4μmであった。この濾過用フィルター10を実施例1と同様に図1の濾過処理装置100に設置し、この濾過用フィルター10を用いて粒度が0.1μmのアルミナを100mg/L含有するスラリーを0.1MPaの圧力で定圧ろ過したところ、透明な処理水が得られ、濾過を行うことができた。この濾過後の濾過用フィルター10を濾過ケーク(アルミナ層)ごと埋め込み樹脂で固定し断面を観察したところ、ケーク層とフィルターの間に、凹凸に起因する隙間が観察された。
次にこの濾過用フィルターの二次側から0.1MPaの圧力をかけて逆洗浄水を送り、ケーク層の逆洗浄を行ったところ、隙間の近傍のケークはきれいに剥離していて表面の凹凸が戻っていた。再度この濾過フィルターで濾過を行ったところ、一回目の濾過と同様の濾過性能を発揮している事が確認された。
When the surface layer of the plating layer (fine structure 5) of the obtained filter for filtration 10 was observed with an SEM, the average maximum outer dimension was 4 μm. The filtration filter 10 was installed in the filtration apparatus 100 of FIG. 1 in the same manner as in Example 1. Using this filtration filter 10, a slurry containing 100 mg / L of alumina having a particle size of 0.1 μm was 0.1 MPa. When filtered at a constant pressure with pressure, transparent treated water was obtained, and filtration could be performed. When the filtration filter 10 after filtration and the filter cake (alumina layer) were fixed with an embedding resin and the cross section was observed, a gap due to unevenness was observed between the cake layer and the filter.
Next, backwashing water was sent from the secondary side of the filtration filter by applying a pressure of 0.1 MPa, and the cake layer was backwashed. I was back. When filtration was performed again with this filter, it was confirmed that the same filtration performance as the first filtration was exhibited.
5…微細構造物、10,60,91,94,97…濾過用フィルター、11…基材、12,61,71,81…濾過体、13…貫通孔。 5 ... Fine structure, 10, 60, 91, 94, 97 ... Filter for filtration, 11 ... Base material, 12, 61, 71, 81 ... Filter body, 13 ... Through-hole.
Claims (14)
前記微細構造物は、円錐台形、楕円錐形、多角錐形、楕円錐台形、多角錐台形のうち、少なくともいずれか1つの形状であって、
前記微細構造物の形成密度は、1.2〜10.0個/μm 2 の範囲である濾過用フィルター。 A filter body having a plate-like base material having a plurality of through-holes and a plurality of fine structures formed on the primary surface side into which the liquid to be filtered flows out of the base material ;
The fine structure is at least one of a truncated cone shape, an elliptical cone shape, a polygonal pyramid shape, an elliptical truncated cone shape, and a polygonal truncated cone shape,
A filter for filtration in which the formation density of the fine structures is in a range of 1.2 to 10.0 pieces / μm 2 .
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