WO2019163400A1 - 油吸着体、及び油吸着体の製造方法 - Google Patents

油吸着体、及び油吸着体の製造方法 Download PDF

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WO2019163400A1
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哲郎 上山
良 眞壁
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協和機電工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an oil adsorbent and a method for producing the oil adsorbent. Specifically, regarding an oil adsorbent that selectively adsorbs oil from water to be treated containing oil, the oil adsorbent that has excellent oil adsorbability and can maintain the processing capacity for a long time, and the manufacture of the oil adsorbent It concerns the method.
  • Patent Document 1 in order to promote the decomposition action of oils and fats and the like by the microorganisms, while introducing microorganisms into the water to be treated discharged into the oil separation tank, An aeration process is performed by sending air into the water to be treated, thereby activating microorganisms to absorb and decompose oils and fats contained in the water to be treated.
  • Patent Document 3 discloses an oil adsorbent composed of a plurality of organic fibers such as polyolefin resin or fluororesin. According to the oil adsorbent disclosed in Patent Document 3, the oil adsorbent is installed in a treatment tank, and water to be treated containing oil is allowed to flow, thereby selectively adsorbing oil. In addition, wastewater containing high-viscosity oil can be decomposed in large quantities.
  • the oil adsorbent uses a plurality of organic fibers such as polyolefin resin or fluororesin, but does not necessarily have a large total surface area and is an object to be adsorbed.
  • the amount of oil is also limited. For this reason, as in Patent Document 2, it is necessary to frequently replace the oil adsorbent, so that the running cost is high and it is not always highly practical. Furthermore, since a plurality of organic fibers are used, the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is high.
  • the present invention was devised in view of the above points, and relates to an oil adsorbent for separating oil and water from water to be treated containing oil, and has excellent oil adsorbability and long processing capacity.
  • An object is to provide an oil adsorbent that can be maintained, and a method for producing the oil adsorbent.
  • the oil adsorbent of the present invention comprises a laminate in which a thermoplastic resin having an average diameter of 0.5 to 10 ⁇ m is laminated, and the packing density of the laminate is 0.20 to 0. .40 g / mL, and a specific surface area of 0.44 to 8.89 m 2 / g.
  • thermoplastic resin as a material constituting the oil adsorbent, it is possible to easily produce fine fibers at low cost, and also has excellent durability and is contained in a specific treated water. Oil can be selectively adsorbed.
  • the average diameter of the thermoplastic resin is 0.5 to 10 ⁇ m
  • the packing density of the laminate in which the thermoplastic resin is laminated is 0.20 to 0.40 g / mL
  • the specific surface area is 0.44 to 8.89 m.
  • the average diameter is larger than 10 ⁇ m
  • the diameter of the fiber constituting the oil adsorbent becomes large, and the specific surface area of the oil adsorbent becomes small, so that the oil adsorption capacity is limited. Therefore, since it is necessary to frequently replace the oil adsorbent, the oil adsorbent replacement cycle is shortened, and the running cost may be increased.
  • the average diameter is less than 0.5 ⁇ m
  • there is a manufacturing limit in the melt-blowing method which is a relatively inexpensive manufacturing method.
  • the packing density is less than 0.20 g / mL
  • the oil adsorption capacity of the oil adsorbent is limited, and therefore the oil adsorbent replacement cycle is shortened.
  • the gap between fibers becomes too large, the strength of the oil adsorbent becomes weak, causing the oil adsorbent to lose its shape when water is passed through, and the uniform treatment cannot be performed, which may reduce the oil adsorption efficiency. There is.
  • melt-blowing method which is a relatively inexpensive manufacturing method, has a manufacturing limit. For example, it is necessary to use an electrospinning method, which may increase the manufacturing cost.
  • the specific surface area is less than 0.44 m 2 / g
  • the oil adsorption capacity of the oil adsorbent is limited, and therefore the oil adsorbent replacement cycle is shortened.
  • the adsorption capacity per unit mass of the oil adsorbent decreases, it is necessary to increase the size of the oil adsorbent in order to ensure a certain amount of adsorption. There is a possibility that the cost of the adsorbent increases and the running cost of the entire oil treatment apparatus increases.
  • thermoplastic resin is a polypropylene resin
  • polypropylene resin is a hydrophobic material, so that the oil can be selectively adsorbed from the water to be treated containing oil.
  • the method for producing an oil adsorbent of the present invention comprises a step of melting a thermoplastic resin at a melting temperature of 210 to 300 ° C., and a temperature of 230 to 400 ° C. for the thermoplastic resin.
  • thermoplastic resin can be injected as a high-speed and high-temperature air stream and melt-blown. Further, since the injected average diameter can be made into a fine fiber having a size of 0.5 to 10 ⁇ m, an oil adsorbent having a high packing density and a large specific surface area can be produced.
  • thermoplastic resin cannot be made into fine fibers like an average diameter of 0.5 to 10 ⁇ m, and there is a possibility that the specific surface area is lowered and the oil adsorption efficiency is lowered. is there.
  • the melting temperature is less than 210 ° C.
  • the thermoplastic resin is insufficiently melted and the average diameter cannot be made as fine as 0.5 to 10 ⁇ m. Therefore, since the total surface area is also reduced, the oil adsorption efficiency may be reduced.
  • thermoplastic resin by providing a step of injecting and melt-blowing by an air flow having a temperature of 230 to 400 ° C. and a flow rate of 100 to 300 m / sec, in the step of winding the thermoplastic resin, which will be described later, Since the thermoplastic resin can be crystallized and contracted, an oil adsorbent having a high packing density, a large total surface area, and a low water resistance can be produced.
  • thermoplastic resin cannot be made into a fine fibrous form having an average diameter of 0.5 to 10 ⁇ m, so that the specific surface area is lowered and the oil adsorption efficiency may be lowered.
  • the temperature of the air flow at the time of melt blowing is less than 230 ° C.
  • the melted heat-sparing resin is cooled before being formed into a fiber by melt blowing, so that the average diameter is as small as 0.5 to 10 ⁇ m. It becomes difficult to make it fibrous.
  • it becomes difficult to maintain the temperature at the time of winding more than the glass transition point of a thermoplastic resin it will become an oil adsorbent with a low filling density, and there exists a possibility that the adsorption efficiency of oil may fall.
  • the flow velocity of the air flow at the time of melt blowing is higher than 300 m / sec, the injected thermoplastic resin is cut before being drawn into fine fibers, and the average diameter is set to 0.5 to 10 ⁇ m. This makes it difficult to reduce the oil adsorption efficiency.
  • the average diameter of the thermoplastic resin fiberized by injection cannot be made into a fine fiber shape such as 0.5 to 10 ⁇ m. For this reason, the filling density of the oil adsorbent cannot be increased, and the total surface area is also reduced, which may reduce the oil adsorption efficiency.
  • thermoplastic resin can be crystallized at a constant speed after a predetermined time has elapsed after winding.
  • the crystallization after winding can be advanced without melting the laminated body laminated by winding the fiber, and the entire laminated body contracts in the radial direction and the length direction.
  • an oil adsorbent with a low total water resistance as well as a large total surface area.
  • thermoplastic resin after the step of winding up the thermoplastic resin, there may be a step of heating the thermoplastic resin with an oven device under a predetermined temperature condition. At this time, by adjusting the crystallization speed of the laminated body in which the fibers are laminated, the entire laminated body contracts in the radial direction and the length direction, so that the packing density is high, the total surface area is large, and the water flow resistance is high. Low oil adsorbents can be produced.
  • thermoplastic resin after the step of winding up the thermoplastic resin, there may be a step of passing the thermoplastic resin through warm water at a predetermined temperature.
  • the entire laminated body contracts in the radial direction and the length direction by adjusting the crystallization speed of the laminated body in which the fibers are laminated.
  • An oil adsorbent having a high packing density, a large total surface area, and a low water resistance can be produced.
  • impurities such as organic substances accumulated in the laminate can be removed by washing by passing warm water.
  • the oil adsorbent according to the present invention and the method for producing the oil adsorbent are related to an oil adsorbent that selectively adsorbs oil from water to be treated containing oil, and has excellent oil adsorbability and maintains the treatment capacity for a long time.
  • the present invention relates to an oil adsorbent that can be used and a method for producing the oil adsorbent.
  • FIG. 1 is a schematic view of an oil treatment system to which an oil adsorbent according to an embodiment of the present invention is applied.
  • 1A is a perspective view
  • FIG. 2B is an XX cross-sectional view of FIG. 1A, illustrating an oil adsorbent according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the oil adsorbent manufacturing apparatus for manufacturing an oil adsorbent to embodiment of this invention.
  • FIG.1 (a) shows the schematic of the common oil processing system 1 installed in a factory etc., for example.
  • the oil treatment system 1 mainly includes a grease trap device 3, a floating separation device 4, and an oil adsorption device 2.
  • the treated water W1 containing oil discharged from a factory or the like first flows into the grease trap device 3 and is temporarily trapped.
  • the grease trap device 3 separates the water to be treated W1 containing oil into an oil component and a non-oil component due to a difference in specific gravity, and collects an upper oil component as it is, for example, or adsorbs it to an oil absorption sheet (not shown) or the like.
  • the primary solid-liquid separation process is performed on the water to be treated W1.
  • the levitation separation device 4 is a device that generates fine bubbles (microbubbles) by a microbubble generator (not shown), and floats and removes an oil component using the fine bubbles.
  • the secondary solid-liquid separation process is performed on the water to be treated W1.
  • the oil adsorbing device 2 is provided with an oil adsorbing body 21 to be described later, and is treated as treated water W1 from which most oil components have been removed by allowing the oil adsorbing body 21 to pass water to be treated W1. Discharged outside.
  • the grease trap device 3 and the floating separation device 4 are not necessarily provided.
  • the grease trap device 3 and the oil adsorbing device 2 may be configured, and as shown in FIG. 2 (c), the oil adsorbing device 2 is used alone. It may be. These can be appropriately changed according to the amount of the oil component contained in the water to be treated W1 that is always discharged from an applied factory or the like.
  • the oil adsorbent 21 according to the embodiment of the present invention is manufactured by a melt blowing method, which is a known method of manufacturing a molten thermoplastic resin by drawing it with an air flow, and becomes a fine fiber by melt blowing.
  • a melt blowing method which is a known method of manufacturing a molten thermoplastic resin by drawing it with an air flow, and becomes a fine fiber by melt blowing.
  • a substantially cylindrical laminate 211 having a through hole 212 formed in the center is formed.
  • the laminate 211 is not necessarily required to be substantially cylindrical.
  • any shape may be used as long as it has a hollow shape such as a square tube or an elliptical tube.
  • the oil adsorbent 21 does not necessarily have to be manufactured by the melt blow method.
  • it can be produced by an electrospinning method.
  • the electrospinning method has a high manufacturing cost, the manufacturing method in the embodiment of the present invention will be described based on an example of a melt-blowing method that is a relatively inexpensive manufacturing method.
  • the oil adsorbent 21 of the present invention has an outer diameter d of about 65 mm and a length l of about 250 mm, and the fiber material constituting the laminate 211 has an average diameter of about 0.5 to 10 ⁇ m.
  • the outer diameter d and the length l of the oil adsorbent 21 are not particularly limited.
  • thermoplastic resin used as the material of the fiber material is a resin material that is hydrophobic and excellent in oil adsorbability, and a polypropylene resin is used in the embodiment of the present invention.
  • polypropylene resin as the thermoplastic resin.
  • it can be appropriately selected from nylon 6 resin, recycled nylon 6 resin, nylon 66 resin, recycled nylon 66 resin, recycled nylon 6-MXD resin, polyamide resin, polypropylene resin, polystyrene resin, polyethylene terephthalate resin and the like.
  • the oil adsorbent manufacturing apparatus 5 mainly includes a melt injection apparatus 51, a hot air apparatus 52, and a winding apparatus 53.
  • the melt injection device 51 includes a hopper 511 for introducing a thermoplastic resin, a screw 513 that is extruded through a motor 512 while melting the thermoplastic resin introduced from the hopper 511 at a high temperature, and an injection for injecting the molten thermoplastic resin. It consists of an injection nozzle 514.
  • thermoplastic resin introduced from the hopper 511 is melted at a predetermined temperature by the heater. It is like that.
  • the injection nozzle 514 is provided with an air inlet (not shown), and the air inlet is connected to an external compressor (not shown).
  • a pressure reducing valve that controls the air pressure from the compressor
  • a flow meter that measures the air flow rate
  • a regulator that adjusts the air flow rate (for example, a needle valve) are connected between the pipes connected from the external compressor to the air inlet. May be.
  • the molten thermoplastic resin is formed into fine fibers by being sprayed with high-temperature and high-speed hot air when it is injected from the injection nozzle 514.
  • the warm air device 52 blows warm air at a constant temperature against the fiberized thermoplastic resin, so that the surface temperature of the thermoplastic resin during winding by the winding device 53 described later is equal to or higher than the glass transition point.
  • This is a device for adjusting the temperature so that
  • the warm air device 52 it is not always necessary to provide the warm air device 52. Any device may be used as long as the temperature can be adjusted so that the surface temperature of the thermoplastic resin at the time of winding by the winding device 53 is equal to or higher than the glass transition point.
  • the winding device 53 includes a core bar 531 for winding the thermoplastic resin that has been melt blown into fine fibers.
  • One end of the core bar 531 is attached to the motor 532, and according to the number of rotations of the motor 532. It is configured to rotate at a constant rotational speed and to reciprocate along the axial direction of the core bar 531.
  • the distance L between the core bar 531 and the injection nozzle 514 is arranged at a position approximately 10 to 25 cm apart.
  • the distance L between the core bar 531 and the injection nozzle 514 is not necessarily separated by about 10 to 25 cm.
  • the distance L between the core bar 531 and the injection nozzle 514 is about 10 to 25 cm, more specifically about 13 to 21 cm, and the fiber is formed as described later.
  • the surface temperature when the thermoplastic resin is wound around the core bar 531 becomes a temperature suitable for crystallization of the thermoplastic resin, and the oil adsorbent 21 having a high packing density and a large specific surface area can be obtained.
  • thermoplastic resin into melt injection apparatus (S1)> First, a predetermined amount of polypropylene resin as a thermoplastic resin is put into the melt injection apparatus 51 from the hopper 511.
  • thermoplastic resin (S2)> Next, the charged thermoplastic resin is melted and softened by a heater under a temperature condition of approximately 210 to 300 ° C., and the softened thermoplastic resin is extruded toward the injection nozzle 514 by a screw 513.
  • the melting temperature is approximately 210 to 300 ° C.
  • the average diameter of the thermoplastic resin when it is fiberized is as fine as about 0.5 to 10 ⁇ m by melting under a temperature condition of about 210 to 300 ° C.
  • thermoplastic resin softened by melting is injected together with high-temperature and high-speed hot air from the injection nozzle 514 toward the core bar 531 of the winding device 53.
  • the hot air temperature is set to about 230 to 400 ° C.
  • the flow rate is set to about 100 to 300 m / sec.
  • the hot air temperature is about 230 to 400 ° C. and the flow rate is about 100 to 300 m / sec.
  • the average diameter of the thermoplastic resin when melt blown is set to about 0.1 by setting the hot air temperature to about 230 to 400 ° C. and the flow rate to about 100 to 300 m / sec. It could be 5 to 10 ⁇ m.
  • thermoplastic resin that has become fine fibers is wound around a core bar 531 that rotates at a constant rotational speed (approximately 20 to 50 rpm) and reciprocates at a constant reciprocating speed (approximately 4 to 25 mm / sec).
  • a laminated body 211 of fibers having a predetermined length and thickness is formed.
  • the temperature adjustment is performed by the hot air device 52 so that the surface temperature of the thermoplastic resin at the time of winding by the winding device 53 becomes approximately 50 to 100 ° C., for example.
  • the rotational speed of the core bar 531 is not necessarily about 20 to 50 rpm, and the reciprocating speed is not necessarily about 4 to 25 mm / sec.
  • the above-described rotational speed and reciprocating speed are used, so that the laminate is contracted by crystallization of the laminate while winding up, and an oil adsorbent having a high packing density is manufactured. be able to.
  • the core bar 531 does not necessarily need to be reciprocated in the axial direction.
  • the stacked body 211 can be configured without reciprocating the core bar 531.
  • thermoplastic resin it is not always necessary to set the surface temperature of the thermoplastic resin at the time of winding by the winding device 53 to about 50 to 100 ° C. It is possible to appropriately change the temperature conditions so that the crystallization of the thermoplastic resin to be used is moderately accelerated.
  • step (S7) of cleaning the oil adsorbent 21 it is not always necessary to perform the step (S7) of cleaning the oil adsorbent 21.
  • this step need not be performed.
  • the laminated body 211 constituting the oil adsorbent body 21 is not sufficiently contracted by passing warm water having a constant temperature through the oil adsorbent body 21, the laminated body 211 is further contracted by the heating effect of the hot water. Therefore, the filling density of the entire oil adsorbent 21 can be increased.
  • the surface temperature of the thermoplastic resin at the time of winding is equal to or higher than the glass transition point of the polypropylene resin and is in a temperature range where crystallization is moderately promoted.
  • a condition is set. By setting in this way, it is possible to adjust the crystallization rate of the fine fibrous thermoplastic resin constituting the laminate 211 in the winding stage, and thus a laminate that forms a three-dimensional network structure. 211 can be obtained. Then, as the crystallization of the laminated body 211 having a three-dimensional network structure proceeds with time, the entire laminated body 211 contracts in the radial direction and the length direction. Along with this shrinkage, the packing density of the laminate 211 is increased, so that an oil adsorbent having a large specific surface area and low water resistance can be manufactured.
  • the oil adsorbent 21 manufactured by the above manufacturing method will be described based on Table 1 below.
  • polypropylene resin is used as the thermoplastic resin, and the outer diameter d of the oil adsorbent 21 is 65 mm and the length l is 1. A comparison was made using 250 mm ones.
  • Example 1 The production conditions in the oil adsorbent production apparatus 5 are set so that the average diameter is 0.72 ⁇ m and the surface temperature during winding is 84.2 ° C., the packing density is 0.216 g / mL, and the specific surface area is 6. An oil adsorbent 21 of 17 m 2 / g was obtained.
  • Example 2 The production conditions in the oil adsorbent production apparatus 5 are set so that the average diameter is 1.23 ⁇ m, the surface temperature during winding is 76.4 ° C., the packing density is 0.227 g / mL, and the specific surface area is 3. An oil adsorbent 21 of 61 m 2 / g was obtained.
  • Example 3 The production conditions in the oil adsorbent production apparatus 5 are set so that the average diameter is 3.13 ⁇ m, and the surface temperature during winding is 72.4 ° C., the packing density is 0.207 g / mL, and the specific surface area is 1. An oil adsorbent 21 of 42 m 2 / g was obtained.
  • Example 4 The production conditions in the oil adsorbent production apparatus 5 are set so that the average diameter is 5.99 ⁇ m, and the surface temperature during winding is 70.6 ° C., the packing density is 0.264 g / mL, and the specific surface area is 0.74 m. 2 / g oil adsorbent 21 was obtained.
  • Example 5 The production conditions in the oil adsorbent production apparatus 5 are set so that the average diameter is 7.46 ⁇ m, the surface temperature during winding is 63.3 ° C., the packing density is 0.241 g / mL, and the specific surface area is 0.8. A 60 m 2 / g oil adsorbent 21 was obtained.
  • Example 6 The production conditions in the oil adsorbent production apparatus 5 were set so that the average diameter was 9.84 ⁇ m, and the surface temperature during winding was 56.9 ° C., the packing density was 0.329 g / mL, and the specific surface area was 0.8. A 45 m 2 / g oil adsorbent 21 was obtained.
  • the laminated body 211 having a three-dimensional network structure gradually crystallizes with time, the entire laminated body 211 contracts in the radial direction and the length direction. Therefore, it is possible to manufacture the oil adsorbent 21 having a large specific surface area and a high oil adsorbing capacity.
  • the oil adsorbent and the method for producing an oil adsorbent according to the present invention relate to an oil adsorbent that selectively adsorbs oil from water to be treated containing oil, and has excellent oil adsorbability and long processing capacity. It can be maintained for hours.

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Abstract

【課題】油を含んだ被処理水から油を選択的に吸着する油吸着体に関し、油の吸着性に優れ、処理能力を長時間維持することができる油吸着体、及び油吸着体の製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】油吸着体21は、平均径が0.5~10μmの熱可塑性樹脂のうち、好適にはポリプロピレン樹脂が積層された積層体からなり、該積層体の充填密度が0.20~0.40g/mL、比表面積が0.44~8.89m/gである。

Description

油吸着体、及び油吸着体の製造方法
 本発明は、油吸着体、及び油吸着体の製造方法に関する。詳しくは、油を含んだ被処理水から油を選択的に吸着する油吸着体に関し、油の吸着性に優れ、処理能力を長時間維持することができる油吸着体、及び油吸着体の製造方法に係るものである。
 工場や飲食店等からの産業廃水には、一定量の油が多く含まれていることが多く、環境汚染の原因となっていることから、効率的に油を分離回収することが環境保護の点から大きな課題となっている。そのため、工場や飲食店等には、油分離装置、あるいは浄化槽などの廃水処理設備を廃水基準に対応して設けることが法令などにより義務付けられている。
 従来、この種の、油分離装置として、例えば特許文献1には、油分離槽に排出された被処理水に微生物を投入するとともに、該微生物による油脂分などの分解作用の促進を図るべく、被処理水中に空気を送り込んで曝気処理を施し、これにより微生物を活性化させて被処理水中に含まれる油脂分などを吸収・分解するようにしたものが開示されている。
 また、特許文献2には、重力分離を行う水貯溜室に溜った被処理水を、加圧空気を用いて油吸着槽の底部に送水し、上部から排出される水を清澄水として放出する方式のものが開示されている。
 さらに、特許文献3には、ポリオレフェン樹脂、又はフッ素樹脂等の複数の有機繊維から構成された油吸着体が開示されている。この特許文献3に開示された油吸着体によれば、該油吸着体を処理槽内に設置しておき、油を含有する被処理水を通水させることで、油を選択的に吸着させ、高粘度油を含む廃水を大量に分解処理することができるものとなっている。
特開平9-299976号公報 特公昭63-39799号公報 特開2014-184398号公報
 しかしながら、特許文献1に開示の油分離装置のように被処理水中に微生物を投入して曝気しただけでは、微生物の活性化が十分に行われず、油分離層に多くの油が残留することから、必ずしも被処理水中の油濃度を低減できるものではなく、満足する結果が得られないのが実情であった。
 また、特許文献1のように、空気を送り込んで曝気処理する方法においては、油分離槽内で被処理水が加速流となることにより、油脂分が除去されないままに被処理水が外部に流出するおそれがあり、被処理水中の油の除去が確実でないという課題を有していた。
 一方、特許文献2に開示の油分離装置においては、密閉式油処理槽を形成している圧縮空気室には、圧縮空気室内の圧縮空気圧力が予め定められた設定圧力以上になった場合に大気へ放出する為の安全弁が配設されている。この安全弁は油処理槽の圧縮空気室に接続された配置関係にあることから、安全弁が作動している間、設定圧力以上の圧縮空気が下流に配設した油吸着槽に流れ込むことで、油吸着槽に収納した油吸着体に特定の流路が形成されることにより油吸着体の劣化が早まり、油吸着体を頻繁に交換する必要があることが懸念される。また、油吸着体の材質についても何ら開示がされているものでもない。
 また、特許文献3に開示の技術では、油吸着体はポリオレフェン樹脂、又はフッ素樹脂等の複数の有機繊維を使用するものであるが、必ずしも総表面積が大きなものとはならず、吸着対象となる油量も制限されてしまう。そのため、特許文献2と同様に、油吸着体を頻繁に交換する必要があることから、ランニングコストが高く、必ずしも実用性の高いものとはなっていなかった。さらに、複数の有機繊維を使用するため、その製造工程も複雑となり、製造コストも高いものとなっていた。
 本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、油を含んだ被処理水から油と水に分離するための油吸着体に関し、油の吸着性に優れ、処理能力を長時間維持することができる油吸着体、及び油吸着体の製造方法を提供することを目的とする。
 前記の目的を達成するために、本発明の油吸着体は、平均径が0.5~10μmの熱可塑性樹脂が積層された積層体からなり、該積層体の充填密度が0.20~0.40g/mL、及び比表面積が0.44~8.89m/gである。
 ここで、油吸着体を構成する材料として熱可塑性樹脂が採用されることにより、低コストで微細な繊維を容易に生成することができるとともに、耐久性にも優れ、特定の被処理水中に含まれる油を選択的に吸着させることができる。
 また、熱可塑性樹脂の平均径が0.5~10μmであり、熱可塑性樹脂が積層された積層体の充填密度が0.20~0.40g/mL、比表面積が0.44~8.89m/gであることにより、油吸着体の吸着容量を高めることができるため、被処理水中に含まれる油を選択的に大量に吸着させることができる。さらに、平均径が小さい繊維を積層しているために繊維同士の空間が適切に確保されるとともに、毛細管現象による水の浸透も発生することから、油吸着体の通水抵抗を低くすることができるため、被処理水を少ない加圧力で油吸着体に通水させることができる。従って、油吸着体が設置される油処理装置全体のランニングコストを抑えることができる。
 なお、平均径が10μmよりも大きい場合には、油吸着体を構成する繊維の径が大きくなることにより、油吸着体の比表面積が小さくなるため、油の吸着容量が制限されてしまう。そのため、油吸着体を頻繁に交換する必要があることから、油吸着体の交換サイクルが短くなり、ランニングコストが上昇する虞がある。
 一方、平均径が0.5μm未満の場合には、比較的安価な製造方法であるメルトブロー法では製造上の限界があり、例えば電解紡糸法を用いる必要があるため、製造コストが上昇する虞がある。
 また、積層体の充填密度を0.40g/mLよりも高くするには、ある程度まで繊維同士を密着させる必要があるが、その為には別途圧縮工程を設ける必要があり、製造コストが上昇する虞がある。また、そのような方法で圧縮加工したものでは通水抵抗が高くなるため、通水に必要な電気エネルギーを大きくしてしまうため、油処理装置全体のランニングコストを上昇させる虞がある。
 一方、充填密度が0.20g/mL未満の場合には、油吸着体による油の吸着容量が制限されてしまうため、油吸着体の交換サイクルが短くなる。また、繊維間の空隙が大きくなりすぎるために油吸着体の強度が弱くなり、通水時に油吸着体の型崩れを引き起こし、均一な処理ができなくなることで、油の吸着効率が低下する虞がある。
 また、比表面積を8.89m/gよりも大きくするには、熱可塑性樹脂の平均径を0.5μm未満とするか、充填密度を0.40g/mLよりも高くする必要があることから、比較的安価な製造方法であるメルトブロー法では製造上の限界があり、例えば電界紡糸法を用いる必要があるため、製造コストが上昇する虞がある。
 一方、比表面積が0.44m/g未満の場合には、油吸着体による油の吸着容量が制限されてしまうため、油吸着体の交換サイクルが短くなる。また、油吸着体の単位質量あたりの吸着能力が低下するため、一定の吸着量を確保するためには、油吸着体を大型化する必要があるため、油処理装置を運用する上での油吸着体のコストが上昇し、油処理装置全体のランニングコストが上昇する虞がある。
 また、熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン樹脂である場合には、ポリプロピレン樹脂は疎水性を有する材料であるため、油を含む被処理水から油を選択的に吸着することができる。
 前記の目的を達成するために、本発明の油吸着体の製造方法は、熱可塑性樹脂を210~300℃の溶融温度で溶融する工程と、前記熱可塑性樹脂を、温度が230~400℃、流速が100~300m/secの空気流により射出してメルトブローする工程と、該メルトブローする工程により繊維化された前記熱可塑性樹脂を巻き取る工程とを備える。
 ここで、熱可塑性樹脂を210~300℃の溶融温度で溶融する工程を備えることにより、後述する通り、熱可塑性樹脂を高速高温の気流とし射出してメルトブローすることができる。さらに射出される平均径を0.5~10μmの微細な繊維状とすることができるため、充填密度が高く、比表面積が大きい油吸着体を製造することができる。
 なお、溶融温度として300℃以上の場合には、熱過疎性樹脂の分解が進んでガスが発生し、安定した繊維化が困難となる。従って、このような温度域では、平均径として0.5~10μmのように熱可塑性樹脂を微細な繊維状とすることができず、比表面積が低下して油の吸着効率が低下する虞がある。
 一方、溶融温度として210℃未満の場合には、熱可塑性樹脂の溶融状態が不十分となり、平均径を0.5~10μmのように微細な繊維状とすることができない。そのため、総表面積も小さくなるため、油の吸着効率が低下する虞がある。
 また、温度が230~400℃、流速が100~300m/secの空気流により射出してメルトブローする工程を備えることにより、後述する熱可塑性樹脂を巻き取る工程において、熱可塑性樹脂を巻き取ると同時に、熱可塑性樹脂を結晶化、収縮させることができるため、充填密度が高く、総表面積が大きいとともに、通水抵抗の低い油吸着体を製造することができる。
 なお、メルトブローする際の空気流の温度を400℃よりも高くすると、熱過疎性樹脂の分解が進んでガスが発生し、メルトブローによる安定した繊維化が困難となる。そのため、平均径として0.5~10μmのように熱可塑性樹脂を微細な繊維状とすることができないため、比表面積が低下し、油の吸着効率が低下する虞がある。
 一方、メルトブローする際の空気流の温度を230℃未満とすると、溶融した熱過疎性樹脂がメルトブローによって繊維状に成形させる前に冷却されてしまうため、平均径が0.5~10μmの微細な繊維状をとすることが困難となる。また、巻き取り時の温度を、熱可塑性樹脂のガラス転移点以上に保持することも困難となるため、充填密度が低い油吸着体となってしまい、油の吸着効率が低下する虞がある。
 また、メルトブローする際の空気流の流速として300m/secよりも速くすると、射出された熱可塑性樹脂が微細な繊維状に延伸される前に切れてしまい、平均径が0.5~10μmにすることが困難となるため、油の吸着効率が低下する虞がある。
 一方、メルトブローする際の空気流の流速として100m/sec未満とすると、射出により繊維化された熱可塑性樹脂の平均径を0.5~10μmのように微細な繊維状とすることができない。そのため、油吸着体の充填密度を高めることができず、また総表面積も小さくなるため、油の吸着効率が低下する虞がある。
 また、メルトブローする工程により繊維化された熱可塑性樹脂を巻き取る工程を備えることにより、巻き取り後の所定時間経過後に一定の速度で熱可塑性樹脂の結晶化を進めることができる。これにより、繊維の巻き取りにより積層された積層体を溶融させること無く、巻き取り後の結晶化を進めることができ、積層体の全体が径方向、及び長さ方向に収縮するため、充填密度が高く、総表面積が大きいとともに、通水抵抗の低い油吸着体を製造することができる。
 また、熱可塑性樹脂を巻き取る工程の後に、熱可塑性樹脂をオーブン装置で所定の温度条件のもとで加熱する工程を有してもよい。このとき、繊維を積層した積層体の結晶化速度を調整することで、積層体の全体が径方向、及び長さ方向に収縮するため、充填密度が高く、総表面積が大きいとともに、通水抵抗の低い油吸着体を製造することができる。
 また、熱可塑性樹脂を巻き取る工程の後に、熱可塑性樹脂を所定の温度の温水を通水する工程を有してもよい。このとき、繊維を積層した積層体が温水により加温されるため、繊維を積層した積層体の結晶化速度を調整することで、積層体の全体が径方向、及び長さ方向に収縮するため、充填密度が高く、総表面積が大きいとともに、通水抵抗の低い油吸着体を製造することができる。さらに、温水の通水により、積層体内に蓄積した有機物等の不純物を洗浄により除去することができる。
 本発明に係る油吸着体、及び油吸着体の製造方法は、油を含んだ被処理水から油を選択的に吸着する油吸着体に関し、油の吸着性に優れ、処理能力を長時間維持することができる油吸着体、及び油吸着体の製造方法に係るものである。
本発明の実施形態に係る油吸着体が適用される油処理システムの概略図である。 本発明の実施形態に係る油吸着体であり(a)は斜視図、(b)は(a)のX-X断面図である。 本発明の実施形態に油吸着体を製造するための油吸着体製造装置を示す図である。
 以下、油吸着体、及び油吸着体の製造方法について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
 [油処理システム]
 図1(a)は、例えば工場等に設置される一般的な油処理システム1の概略図を示す。油処理システム1は、主にグリストラップ装置3、浮上分離装置4、及び油吸着装置2から構成されている。
 [グリストラップ装置]
 工場等から排出される油を含んだ被処理水W1は、先ず、このグリストラップ装置3に流入し、一時的にトラップされる。グリストラップ装置3は、油を含む被処理水W1を比重差により油成分と非油成分とに分離し、上層の油成分を例えばそのまま回収するか、図示しない油吸収シート等に吸着させることで、被処理水W1について一次の固液分離処理が施される。
 [浮上分離装置]
 グリストラップ装置3で一次の固液分離処理が施された被処理水W1は、浮上分離装置4に流入する。浮上分離装置4は、図示しないマイクロバブル発生装置により、微細気泡(マイクロバブル)を発生させ、該微細気泡で油成分を浮上させて除去する装置である。この浮上分離装置4により、被処理水W1について二次の固液分離処理が施される。
 [油吸着装置]
 浮上分離装置4で二次の固液分離処理が施された被処理水W1は、油吸着装置2に流入する。油吸着装置2は、内部に後述する油吸着体21が設置されており、該油吸着体21に被処理水W1を通水させることで、大半の油成分が除去された処理水W1として系外に排出される。
 以上が本発明に係る油吸着体21が適用される油処理システム1の全体的な概要であるが、必ずしも、グリストラップ装置3、及び浮上分離装置4を備えている必要はない。例えば、図1(b)に示すようにグリストラップ装置3と油吸着装置2から構成されていてもよく、さらには図2(c)に示すように、油吸着装置2を単独で使用するようにしてもよい。これらは、適用される工場等から常時排出される被処理水W1に含まれる油成分の量に応じて適宜変更することができる。
 次に、図2を用いて、本発明の実施形態に係る油吸着体21の詳細な構造について説明する。
 [油吸着体]
 本発明の実施形態に係る油吸着体21は、後述する通り、溶融した熱可塑性樹脂を空気流で延伸して製造する公知の方法であるメルトブロー法により製造され、メルトブローにより微細な繊維状となった熱可塑性樹脂を巻き取り成形するため、中心部に貫通孔212が形成された略円筒状の積層体211から構成されている。
 ここで、必ずしも、積層体211は、略円筒状である必要はない。例えば、四角筒、楕円筒等、中空状の形状であればどのような形状であってもよい。
 また、必ずしも、油吸着体21はメルトブロー法により製造される必要はない。例えば、電界紡糸法により製造することも可能である。但し、電界紡糸法は、その製造コストが高いため、本発明の実施形態における製造方法においては、比較的安価な製造方法であるメルトブロー法による実施例に基づき説明する。
 本発明の油吸着体21は、外径dが略65mm、長さlが略250mmであり、積層体211を構成する繊維材は、その平均径が略0.5~10μmである。なお、油吸着体21の外径d、及び長さlは特に限定されるものではない。
 繊維材の素材となる熱可塑性樹脂は、疎水性を有する材料であって、かつ油吸着性に優れる樹脂材が好適であり、本発明の実施形態においてはポリプロピレン樹脂を使用した。
 ここで、必ずしも、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン樹脂を使用する必要はない。例えばナイロン6樹脂、再生ナイロン6樹脂、ナイロン66樹脂、再生ナイロン66樹脂、再生ナイロン6-MXD樹脂、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等から適宜選択することができる。
 [油吸着体製造装置]
 次に、図3を用いて、油吸着体21を製造するための油吸着体製造装置5について説明する。油吸着体製造装置5は、主に溶融射出装置51、温風装置52、巻き取り装置53から構成されている。
 溶融射出装置51は、熱可塑性樹脂を投入するためのホッパー511、ホッパー511から投入した熱可塑性樹脂を高温で溶融しながらモーター512を介して押し出すスクリュー513、溶融した熱可塑性樹脂を射出するための射出ノズル514から構成されている。
 また、溶融射出装置51内にはスクリュー513の軸方向に沿ってヒーター(図示せず)が内蔵されており、このヒーターにより、ホッパー511から投入された熱可塑性樹脂が所定の温度で溶融されるようになっている。
 さらに、射出ノズル514には、空気流入口(図示せず)を備えており、空気流入口は外部コンプレッサー(図示せず)に接続されている。なお、外部コンプレッサーから空気流入口へ接続する配管の間には、コンプレッサーからの空気圧を制御する減圧弁及び空気流量を計測する流量計及び空気流量を調節する調節器(例えば、ニードルバルブ)を接続してもよい。
 そして、溶融された熱可塑性樹脂は、射出ノズル514から射出される際に高温で、かつ高速のホットエアーが吹き付けられることで、微細な繊維状に形成される。
 温風装置52は、繊維化された熱可塑性樹脂に対して、一定温度の温風を吹き付けることで、後述する巻き取り装置53による巻き取り時における熱可塑性樹脂の表面温度が、ガラス転移点以上となるように温度調整するための装置である。
 ここで、必ずしも、温風装置52を設ける必要はない。巻き取り装置53による巻き取り時における熱可塑性樹脂の表面温度が、ガラス転移点以上となるように温度調整できる加温装置であれば、どのような装置を用いてもよい。
 巻き取り装置53は、メルトブローされて微細な繊維となった熱可塑性樹脂を巻き取るための芯棒531を備え、この芯棒531の一端はモーター532に取り付けられ、モーター532の回転数に応じて一定回転数で回転されるとともに、芯棒531の軸方向に沿って往復動可能なように構成されている。なお、芯棒531と射出ノズル514の距離Lは略10~25cm程度離間した位置に配置されている。
 ここで、必ずしも、芯棒531と射出ノズル514の距離Lは略10~25cm程度離間している必要はない。但し、発明者らが検討した結果では、芯棒531と射出ノズル514の距離Lを略10~25cm、より詳細には略13~21cm程度離間させることにより、後述する通り、繊維状となった熱可塑性樹脂を芯棒531で巻き取る際の表面温度が、熱可塑性樹脂の結晶化に適した温度となり、充填密度が高く、かつ比表面積が大きい油吸着体21とすることができる。
 次に、以上のような油吸着体製造装置5を用いた油吸着体21の製造方法について説明する。
 <熱可塑性樹脂を溶融射出装置内に投入する工程(S1)>
 まず、熱可塑性樹脂として所定量のポリプロピレン樹脂を、ホッパー511から溶融射出装置51内に投入する。
 <熱可塑性樹脂を溶融する工程(S2)>
 次に、投入された熱可塑性樹脂をヒーターにより略210~300℃の温度条件のもとで溶融して軟化させ、軟化した熱可塑性樹脂をスクリュー513で射出ノズル514に向けて押し出す。
 ここで、必ずしも、溶融温度として略210~300℃の温度条件である必要はない。但し、発明者らが検討を繰り返した結果では、略210~300℃の温度条件のもと溶融することで、繊維化された際の熱可塑性樹脂の平均径が略0.5~10μmと微細化されるとともに、巻き取り後の積層体211について充填密度が高く、かつ比表面積の大きい油吸着体21とすることができた。
 <熱可塑性樹脂を繊維化する工程(S3)>
 溶融により軟化した熱可塑性樹脂は、巻き取り装置53の芯棒531に向かって射出ノズル514から高温高速のホットエアーとともに射出される。このとき、ホットエアーの温度として略230~400℃、流速として略100~300m/secに設定される。このように、高温かつ高速のホットエアーにより熱可塑性樹脂を射出ノズル514から射出することで、熱可塑性樹脂はメルトブローされ、微細な繊維状とすることができる。
 ここで、必ずしも、ホットエアーの温度として略230~400℃、流速として略100~300m/secである必要はない。但し、発明者らが検討した結果では、ホットエアーの温度として略230~400℃、流速として略100~300m/secとすることにより、メルトブローされた際の熱可塑性樹脂の平均径を略0.5~10μmとすることができた。
 <熱可塑性樹脂を巻き取る工程(S4)>
 微細な繊維となった熱可塑性樹脂は、一定の回転速度(略20~50rpm)で回転し、かつ一定の往復速度(略4~25mm/sec)で往復動する芯棒531により巻き取られ、所定の長さ、厚みを有する繊維の積層体211が形成される。このとき、巻き取り装置53により巻き取る際の熱可塑性樹脂の表面温度は例えば略50~100℃となるように、温風装置52により温度調整が行われる。
 ここで、必ずしも、芯棒531の回転速度が略20~50rpm、往復動速度が略4~25mm/secである必要はない。但し、発明者らが検討した結果では、前記の回転速度、往復動速度とすることで、巻き取りながら積層体の結晶化を進めることで収縮を行い、充填密度の高い油吸着体を製造することができる。
 また、必ずしも、芯棒531はその軸方向に往復動させる必要はない。例えば、射出ノズル514を芯棒531の長さ方向に沿って複数配置させることにより、芯棒531を往復動させることなく、積層体211を構成することもできる。
 また、必ずしも、巻き取り装置53により巻き取る際の熱可塑性樹脂の表面温度を略50~100℃に設定する必要はない。使用する熱可塑性樹脂の結晶化が適度に促進される温度条件に適宜変更することが可能である。
 <油吸着体を加温する工程(S6)>
 前記した巻き取り工程(S5)により、微細な繊維状となった熱可塑性樹脂の巻き取りが完了すると、積層体211からなる油吸着体を芯棒531から取り外し、オーブン等の加熱装置で一定時間加熱される。
 ここで、必ずしも、油吸着体21を加温する必要はない。例えば、巻き取り工程(S5)での巻き取り完了後において、熱可塑性樹脂の結晶化が充分に進んでおり、積層体211が充分に収縮されていると判断できる場合には、改めて加熱装置で油吸着体21を加熱する必要はない。従って、本工程(S6)は、巻き取り工程(S5)での温度条件に応じて、適宜実施することができる。
 <油吸着体を洗浄する工程(S7)>
 積層体211の収縮が充分に行われたと判断できる場合は、巻き取り工程(S5)において積層体211内に混入、蓄積された微小な不純物等を除去するために、一定量の洗浄水(温水)を油吸着体21に通水させる。
 ここで、必ずしも、油吸着体21を洗浄する工程(S7)を行う必要はない。巻き取り工程(S5)において、積層体211内に不純物の混入がないと判断できる場合には、本工程は行う必要はない。
 また、必ずしも、洗浄水として温水を用いる必要はない。但し、一定温度の温水を油吸着体21に通水させることにより、油吸着体21を構成する積層体211の収縮が充分でない場合には、温水による加温効果により、積層体211をさらに収縮させることができるため、油吸着体21全体の充填密度を高めることができる。
 以上のように、本発明では巻き取り時の熱可塑性樹脂の表面温度を、ポリプロピレン樹脂のガラス転移点以上であって、結晶化が適度に促進される温度領域となるように各製造工程での条件が設定される。このように設定することで、巻き取り段階においては積層体211を構成する微細な繊維状とされた熱可塑性樹脂の結晶化速度を調整することができるため、3次元網目構造を形成する積層体211を得ることができる。そして時間経過とともに、3次元網目構造をした積層体211の結晶化が進むことで、積層体211の全体が径方向、及び長さ方向に収縮する。この収縮に伴い、積層体211の充填密度が高められるため、比表面積が大きく、かつ通水抵抗の低い油吸着体を製造することができる。
 以上の製造方法により製造された油吸着体21について、以下の表1に基づいて説明する。なお、以下に示す実施例1乃至実施例6、及び比較例1乃至比較例4は、何れも熱可塑性樹脂としてポリプロピレン樹脂を用いるとともに、油吸着体21の外径dが65mm、長さlが250mmのものを用いて比較した。
 [実施例1]
 平均径が0.72μm、巻き取り時の表面温度を84.2℃となるように油吸着体製造装置5での製造条件を設定し、充填密度が0.216g/mL、比表面積が6.17m/gの油吸着体21を得た。
 [実施例2]
 平均径が1.23μm、巻き取り時の表面温度を76.4℃となるように油吸着体製造装置5での製造条件を設定し、充填密度が0.227g/mL、比表面積が3.61m/gの油吸着体21を得た。
 [実施例3]
 平均径が3.13μm、巻き取り時の表面温度を72.4℃となるように油吸着体製造装置5での製造条件を設定し、充填密度が0.207g/mL、比表面積が1.42m/gの油吸着体21を得た。
 [実施例4]
 平均径が5.99μm、巻き取り時の表面温度を70.6℃となるように油吸着体製造装置5での製造条件を設定し、充填密度が0.264g/mL、比表面積0.74m/gの油吸着体21を得た。
 [実施例5]
 平均径が7.46μm、巻き取り時の表面温度を63.3℃となるように油吸着体製造装置5での製造条件を設定し、充填密度が0.241g/mL、比表面積が0.60m/gの油吸着体21を得た。
 [実施例6]
 平均径が9.84μm、巻き取り時の表面温度を56.9℃となるように油吸着体製造装置5での製造条件を設定し、充填密度が0.329g/mL、比表面積が0.45m/gの油吸着体21を得た。
 [比較例1]
 平均径が2.25μm、巻き取り時の表面温度を46.2℃となるように油吸着体製造装置5での製造条件を設定し、充填密度が0.173g/mL、比表面積が1.98m/gの油吸着体21を得た。
 [比較例2]
 平均径が17.32μm、巻き取り時の表面温度を78.8℃となるように油吸着体製造装置5での製造条件を設定し、充填密度が0.365g/mL、比表面積が0.26m/gの油吸着体21を得た。
 [比較例3]
 平均径が49.84μm、巻き取り時の表面温度を79.7℃となるように油吸着体製造装置5での製造条件を設定し、充填密度が0.367g/mL、比表面積が0.09m/gの油吸着体21を得た。
 [比較例4]
 平均径が73.36μm、巻き取り時の表面温度を81.8℃となるように油吸着体製造装置5での製造条件を設定し、充填密度が0.555g/mL、比表面積が0.06m/gの油吸着体21を得た。
 [表1]
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
 以上の表1の結果より、実施例1乃至実施例6の油吸着体21においては、比較例1乃至比較例4の油吸着体21よりも油の吸着能力が高いことが分かる(なお比較例1は、通水時の型崩れにより測定ができなかった。)。即ち、実施例1乃至実施例6においては、平均径が0.5~10μmで、結晶化が適度に進行する温度領域となるように各製造工程での条件が設定される。そして、巻き取り段階においては積層体211を構成する微細な繊維状とされた熱可塑性樹脂の結晶化速度を調整することができるため、3次元網目構造を形成する積層体211を得ることができる。さらに、時間経過とともに、3次元網目構造をした積層体211が徐々に結晶化が進むことで、積層体211の全体が径方向、及び長さ方向に収縮し、この収縮に伴い、積層体211の充填密度が高められるため、比表面積が大きく、かつ油の吸着能力の高い油吸着体21を製造することができる。
 以上、本発明に係る油吸着体、及び油吸着体の製造方法は、油を含んだ被処理水から油を選択的に吸着する油吸着体に関し、油の吸着性に優れ、処理能力を長時間維持することができるものとなっている。
   1   油処理システム
   2   油吸着装置
   21   油吸着体
   211   積層体
   212   貫通孔
   3   グリストラップ装置
   4   浮上分離装置
   5   油吸着体製造装置
   51   溶融射出装置
   511   ホッパー
   512   モーター
   513   スクリュー
   514   射出ノズル
   52   温風装置
   53   巻き取り装置
   531   芯棒
   532   モーター
   W1   被処理水
   W2   処理水

Claims (3)

  1.  平均径が0.5~10μmの熱可塑性樹脂が積層された積層体からなり、該積層体の充填密度が0.20~0.40g/mL、及び比表面積が0.44~8.89m/gである
     油吸着体。
  2.  前記熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン樹脂である
     請求項1に記載の油吸着体。
  3.  熱可塑性樹脂を210~300℃の溶融温度で溶融する工程と、
     前記熱可塑性樹脂を、温度が230~400℃、流速が100~300m/secの空気流により射出してメルトブローする工程と、
     該メルトブローする工程により繊維化された前記熱可塑性樹脂を巻き取る工程と、を備える
     油吸着体の製造方法。
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