JP2017200670A - 活性炭成形体及び浄水カートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも高いろ過性能を有する活性炭成形体及び浄水カートリッジを提供すること。【解決手段】粒子状活性炭１０と、珪藻土１３と、を含む活性炭成形体１であって、粒子状活性炭１０の粒子径の小さい側から粒子径１０μｍまでの微粉炭１２の積算体積率が２〜２０％であり、粒子状活性炭１０に対する珪藻土１３の含有率が１〜４０質量％である活性炭成形体１である。好ましくは、珪藻土１３が粒子状活性炭１０の中心粒子径Ｄ５０よりも大きい中心粒子径Ｄ５０を有する活性炭成形体１である。また、これらの活性炭成形体１を含む浄水カートリッジである。【選択図】図１

Description

本発明は、活性炭成形体及び浄水カートリッジに関する。

従来、浄水器で浄化された水道水が飲食用の水として利用されている。一般的な浄水器では、浄水カートリッジの内部にろ材として活性炭成形体が組み込まれている。浄水カートリッジに組み込まれた活性炭成形体は、水道水中の遊離残留塩素等の臭気物質やトリハロメタン等の有機化合物を吸着して除去する。

ところで、浄水器のろ過性能を向上させるためには、内部に組み込まれる活性炭成形体のろ過性能を向上させる必要がある。活性炭成形体のろ過性能を向上させるためには、単位体積当たりの表面積を増大させて吸着速度を高めることが効果的であり、粒子径の小さい微粉炭を配合する等の手法が考えられる。ここで、微粉炭を単に配合した場合には、活性炭粒子間の隙間が狭小化し、浄水器内を水が流通し難くなる結果、却ってろ過性能が低下する。そこで、例えば、粒子径が１０μｍ以下の粒子の含有率を２体積％以下とした粒子状活性炭を含有する活性炭成形体が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１１２５１８号公報

しかしながら、特許文献１の活性炭成形体では十分なろ過性能を有しているとは言えず、ろ過性能のさらなる向上が求められていた。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりも高いろ過性能を有する活性炭成形体を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、粒子状活性炭（例えば、後述の粒子状活性炭１０）と、隣接する細孔同士が連通した連続細孔を有する多孔質材（例えば、後述の珪藻土１３）と、を含む活性炭成形体（例えば、後述の活性炭成形体１）であって、前記粒子状活性炭の粒子径の小さい側から粒子径１０μｍまでの微粉炭（例えば、後述の微粉炭１２）の積算体積率が２〜２０％であり、前記粒子状活性炭に対する前記多孔質材の含有率が１〜４０質量％である活性炭成形体を提供する。

前記多孔質材は、珪藻土であることが好ましい。

前記珪藻土は、前記粒子状活性炭の中心粒子径Ｄ_５０よりも大きい中心粒子径Ｄ_５０を有することが好ましい。

また本発明は、前記活性炭成形体を含む浄水カートリッジを提供する。

本発明によれば、従来よりも高いろ過性能を有する活性炭成形体及び浄水カートリッジを提供できる。

本発明の一実施形態に係る活性炭成形体の構造を模式的に示す図である。 従来の活性炭成形体の構造を模式的に示す図である。 従来の活性炭成形体に微粉炭を配合した活性炭成形体を模式的に示す図である。 実施例６の活性炭成形体のＳＥＭ画像である。 比較例１の活性炭成形体のＳＥＭ画像である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

本実施形態に係る活性炭成形体は、例えば、水道水等の被処理水を浄化する浄水器の浄水カートリッジに用いられる。本実施形態に係る活性炭成形体は、被処理水中に含有される除去対象物を吸着して除去する。除去対象物としては、例えば水道水中に含有される遊離残留塩素等の臭気物質やトリハロメタン等の有機化合物等が挙げられる。

図１は、本実施形態に係る活性炭成形体１の構造を模式的に示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る活性炭成形体１は、粒子状活性炭１０と、珪藻土１３と、を含んで構成される。本実施形態に係る活性炭成形体１は、例えば後述するように、少なくともこれら粒子状活性炭１０と、珪藻土１３と、を含むスラリーを用いた吸引ろ過成形により、例えば円筒状に成形される。

粒子状活性炭１０としては、任意の出発原料から得られる活性炭を使用できる。具体的には、ヤシ殻、石炭、フェノール樹脂等を高温で炭化させた後、賦活させて活性炭としたものを用いることができる。賦活とは、炭素質原料の微細孔を発達させて多孔質に変える反応であり、二酸化炭素、水蒸気等のガスや薬品等を用いて行われる。このような粒子状活性炭の殆どは炭素からなり、一部は炭素と酸素や水素との化合物となっている。

本実施形態に係る粒子状活性炭１０は、粒子径の小さい側から粒子径１０μｍまでの積算体積率が、２〜２０％である。すなわち、粒子径分布曲線において、小粒子径側から粒子径１０μｍに達するまでの積算体積率が２〜２０％である。
１０μｍ粒子径の積算体積率が２％未満である場合には、微粉炭による遊離残留塩素等のろ過能力を向上できない。また、１０μｍ粒子径の積算体積率が２０％を超えた場合には、後述する珪藻土の配合によってもろ過流量の低下を抑制できない。より好ましい１０μｍ粒子径の積算体積率は、１０〜２０％である。

なお、本実施形態では、粒子状活性炭１０を構成する活性炭粒子のうち、粒子径１０μｍ以下の活性炭粒子を微粉炭１２と呼び、粒子径１０μｍを超える活性炭を単に活性炭粒子１１と呼ぶ。図１に示すように、粒子状活性炭１０中において微粉炭１２は分散して配置されており、活性炭粒子１１の粒子間に微粉炭１２が介在する構造となっている。

上述の粒子径は、レーザー回折法により測定された値であり、上述の粒子径分布曲線は、レーザー回折法による測定で得られた粒子径の分布曲線を意味する。具体的には、例えばマイクロトラック・ベル株式会社製のレーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置「マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸＩＩ」を用いて測定可能である。

本実施形態に係る粒子状活性炭１０は、中心粒子径Ｄ_５０が４０〜１００μｍであることが好ましい。粒子状活性炭１０の中心粒子径Ｄ_５０が上記範囲内であることにより、粒子状活性炭１０の単位質量当たりの除去対象物吸着量が向上する。

粒子状活性炭１０の中心粒子径Ｄ_５０は、上述のレーザー回折法による測定で得られた粒子径の分布曲線において、体積基準の積算分率における５０％径の値を意味する。この中心粒子径Ｄ_５０は、上述の測定装置により測定可能である。

ここで、図２は、従来の活性炭成形体１Ａの構造を模式的に示す図である。また、図３は、従来の活性炭成形体１Ａに微粉炭１２を配合した活性炭成形体１Ｂを模式的に示す図である。なお、図１〜図３中、Ｗは各活性炭成形体に流入する水を表している。

図２に示す従来の活性炭成形体１Ａ、すなわち活性炭粒子１１のみからなり微粉炭１２を含まない活性炭成形体１Ａでは、目詰まりすることなく水Ｗは流通する。そのため、ろ過流量に問題は無いものの、微粉炭１２を含まないため遊離残留塩素等のろ過能力は低い。

一方、図３に示す従来の活性炭成形体１Ｂ、すなわち活性炭粒子１１と微粉炭１２とを含む活性炭成形体１Ｂでは、微粉炭１２の配合により活性炭粒子１１の粒子間の隙間が狭小化している。その結果、目詰まりにより水Ｗは活性炭成形体１Ｂを通過できず、微粉炭１２が本来具備する遊離残留塩素ろ過能力の向上効果が得られない。

これに対して本実施形態に係る活性炭成形体１では、図１に示すように、微粉炭１２に加えて珪藻土１３が配合されている。珪藻土１３は、上述の活性炭粒子１１の細孔よりも孔径の大きな細孔１４を有する多孔質材である。また、珪藻土１３に形成されている細孔１４は連続孔である。すなわち、珪藻土１３は、隣接する細孔同士が連通した連続細孔を有する。そのため、図１に示すように、珪藻土１３の配合によって、微粉炭１２の配合による活性炭粒子１１間の隙間の狭小化が抑制されている。また、目詰まりが抑制されて水Ｗの流通が妨げられることがなく、ろ過流量の低下が抑制される結果、ろ過性能が向上している。

上述の粒子状活性炭に対する珪藻土１３の含有率は、１〜４０質量％である。珪藻土１３の含有率が１質量％未満である場合には、微粉炭１２を配合したことによるろ過流量の低下を抑制できない。一方、珪藻土１３の含有率が４０質量％を超えると、活性炭成形体１における微粉炭１２の含有率が低下するため、遊離残留塩素ろ過能力等のろ過性能を向上できない。

また、珪藻土１３は、粒子状活性炭１０の中心粒子径Ｄ_５０よりも大きい中心粒子径Ｄ_５０を有することが好ましい。これにより、微粉炭１２を配合することによる活性炭粒子間の隙間の狭小化をより抑制でき、ろ過流量の低下をより抑制できる。加えて、上述したように珪藻土１３は活性炭粒子の細孔よりも大きな連続した細孔１４を有するため、珪藻土１３内の細孔１４を水が通過でき、ろ過流量を向上できるようになっている。

具体的には、珪藻土１３の中心粒子径Ｄ_５０は、９２〜２０３μｍであることが好ましい。これにより、上述の効果が確実に得られる。より好ましい珪藻土１３の中心粒子径Ｄ_５０は、１１７〜１５１μｍである。
なお、珪藻土１３の中心粒子径Ｄ_５０は、上述の粒子状活性炭１０の中心粒子径Ｄ_５０と同義であり、同様の測定装置を用いて測定可能である。

また、本実施形態に係る活性炭成形体１は、繊維を含むことが好ましい。繊維としては、フィブリル繊維が好ましく用いられる。フィブリル繊維としては、粒子状活性炭１０を絡めて保形できればよく、任意の繊維を用いることができる。具体的には、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、セルロース繊維が挙げられる。

また、本実施形態に係る活性炭成形体１は、本実施形態の効果を阻害しない範囲内において、他の粒子等を含んでいてもよい。例えば、活性炭成形体１は、粒子状活性炭１０では除去しきれないイオン成分を除去する目的で、イオン交換性能を有する粒子をさらに含んでいてもよい。具体的には、ゼオライト、珪酸チタニウム、イオン交換樹脂等の粒子を含んでいてもよい。これにより、水中から溶解性鉛、ヒ素、硬度成分等を除去することが可能になる。

本実施形態に係る活性炭成形体１は、例えば従来公知の吸引ろ過成形により製造される。具体的には、先ず、活性炭成形体１の原料となる粒子状活性炭１０（活性炭粒子１１及び微粉炭１２）、珪藻土１３及び水の他、必要に応じて繊維等を含むスラリーを調製する。次いで、調製したスラリーを用いて従来公知の吸引ろ過成形により、本実施形態に係る活性炭成形体１が得られる。

本実施形態に係る浄水カートリッジは、水道水等の被処理水を浄化するための浄水器に用いられ、上述の活性炭成形体１をろ材として含むものであればよく、特に限定されない。上述の活性炭成形体１の支持部材としてのセラミックスフィルタ等や中空糸膜等のろ過フィルタの他、活性炭成形体１の表面を保護するための不織布等を含んでいてもよい。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、粒子状活性炭１０と、珪藻土１３と、を含む活性炭成形体１において、粒子状活性炭１０の粒子径の小さい側から粒子径１０μｍまでの微粉炭１２の積算体積率を２〜２０％とした。また、粒子状活性炭１０に対する珪藻土１３の含有率を１〜４０質量％とした。
これにより、微粉炭１２を配合することで遊離残留塩素ろ過能力等のろ過性能を向上できる。同時に、珪藻土１３を配合することで、微粉炭１２の配合による活性炭粒子１１間の隙間の狭小化を抑制でき、ろ過流量の低下を抑制できる。従って本実施形態によれば、従来よりも高いろ過性能を有する活性炭成形体１が得られる。

また本実施形態では、珪藻土１３として、粒子状活性炭１０の中心粒子径Ｄ_５０よりも大きい中心粒子径Ｄ_５０を有するものを配合した。これにより、上述の効果がより高められる。

また本実施形態では、浄水カートリッジを、上述の活性炭成形体１を含んで構成した。これにより、従来よりも高いろ過性能を有する浄水カートリッジが得られる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
例えば上記実施形態では、珪藻土１３を含んで活性炭成形体１を構成したが、これに限定されない。珪藻土１３の代わりに、該珪藻土１３のような隣接する細孔同士が連通した連続細孔を有する多孔質材を含んで活性炭成形体１を構成すればよい。

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

［実施例１〜２２及び比較例１〜５］
上述の実施形態で説明した製造方法に従って、表１に示す配合の実施例１〜２２及び比較例１〜５の活性炭成形体を作製した。粒子状活性炭の中心粒子径は、粒子径の異なる活性炭をブレンドして調整した。なお、粒子状活性炭の１０μｍ積算体積％及び中心粒子径と、珪藻土の中心粒子径は、マイクロトラック・ベル株式会社製のレーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置「マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸＩＩ」を用いて測定した。

［評価］
実施例１〜２２及び比較例１〜５で作製した各活性炭成形体について、ＳＥＭを用いた表面拡大観察を実施した。代表として、実施例６及び比較例１のＳＥＭ画像を図４及び図５に示す。

実施例１〜２２及び比較例１〜５で作製した各活性炭成形体について、遊離残留塩素ろ過能力の評価を実施した。遊離残留塩素ろ過能力については、ＪＩＳ Ｓ３２０１に準拠した方法に従って評価した。結果を表１に示す。

実施例１〜２２及び比較例１〜５で作製した各活性炭成形体について、ろ過流量の評価を実施した。ろ過流量については、外径２５ｍｍ、内径８ｍｍ、長さ９０ｍｍの円筒状の専用ケースに各活性炭成形体を入れた後、水圧０．０５ＭＰａの水を流通させて評価を実施した。結果を表１に示す。

図４に示すように、実施例６の活性炭成形体では、配合した微粉炭及び珪藻土が活性炭成形体中に存在していることが確認された。これは、微粉炭及び珪藻土いずれも配合していない図５に示す比較例１の活性炭成形体と比べれば明らかである。なお、他の実施例においても同様の結果であった。

表１に示す通り、微粉炭の積算体積率が２〜２０％であり、且つ、粒子状活性炭に対する珪藻土の含有率が１〜４０質量％である本実施例の活性炭成形体によれば、微粉炭及び珪藻土いずれも含有しない比較例１の活性炭成形体よりも遊離残留塩素ろ過能力が高いことが確認された。また同時に、本実施例の活性炭成形体によれば、微粉炭のみを含み珪藻土を含有しない比較例２の活性炭成形体よりもろ過流量が向上していることが確認された。従って、本実施例によれば、従来よりも高いろ過性能が得られることが確認された。

１ 活性炭成形体
１０ 粒子状活性炭
１１ 活性炭粒子
１２ 微粉炭
１３ 珪藻土

Claims (4)

1. 粒子状活性炭と、隣接する細孔同士が連通した連続細孔を有する多孔質材と、を含む活性炭成形体であって、
   前記粒子状活性炭の粒子径の小さい側から粒子径１０μｍまでの微粉炭の積算体積率が２〜２０％であり、
   前記粒子状活性炭に対する前記多孔質材の含有率が１〜４０質量％である活性炭成形体。
2. 前記多孔質材は、珪藻土である請求項１に記載の活性炭成形体。
3. 前記珪藻土は、前記粒子状活性炭の中心粒子径Ｄ_５０よりも大きい中心粒子径Ｄ_５０を有する請求項２に記載の活性炭成形体。
4. 請求項１から３いずれかに記載の活性炭成形体を含む浄水カートリッジ。