JPH0290986A - 純水製造におけるエンドトキシンの除去法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、純水製造システム内で生育又は増殖する細菌
に由来するエンドトキシンを、多孔性球状架橋合成重合
体が炭化され、又は炭化され賦活された炭素質吸着剤と
、強塩基性陰イオン交換樹脂及び／又は強酸性陽イオン
交換樹脂との混合系を以て、処理する純水製造における
エンドトキシンの除去法に関する。

〔従来の技術〕

エンドトキシン（細菌性内毒素）はダラム陰性細菌の細
胞膜成分として存在する複合リン脂質多糖体（リポポリ
サッカライド）であり、代表的な発熱性物質（パイロジ
エン）である。

各国局方とも、注射用水は、細菌は勿論、パイロジエン
を含んではならないと定めている。

また、半導体素子の高集積度化に伴い、これに用いる純
水の純度を極限にまで向上させた、所謂超純水において
は、パイロジエンの発生源である生菌数は０．０２個／
ｍρ以下という厳しい水準が要求されている。

パイロジエンを含まない純水を得るには、通常局方精製
水を蒸留操作により精製することによるが、１回程度の
蒸留により得られる純水ではリムルス・テスト［カブト
ガニの血球抽出物、リムルス・アメーボサイト・ライセ
イト（Ｌｉｍｕｌｕｓ　Ａｍｅｒｂｏｃｙｔｅ　Ｌｙｓ
ａｔｅ）とエンドトキシンとのゲル化反応による試験１
において陽性を呈することが多い。

そのため、最近、日本特許第９８９０５８号、および第
７３８６３２号にみられるように、膜分離法が使用され
るようになってきた。　膜分離法は、通常、単独で利用
されるよりは、むしろ極めて高価な超純水製造システム
の一要素として組み込まれているのであり、具体的に云
えば、パイロジエンは勿論、各種イオン、有機物等を多
量に含む市水を活性炭、イオン交換樹脂に通水した後、
貯水し、更に、滅菌のための紫外線殺菌器、再生型混床
式イオン交換樹脂塔、次いで、限外濾過膜、または逆浸
透膜等の透過膜で処理する方法である。

細菌は、元来、増殖性を有しているのであって殺菌され
ても、システム内、特に透過膜の表面上において捕捉さ
れ、捕捉されて死滅した死菌数の増加に伴い、エンドト
キシン濃度は上昇をたどり透過膜の急速な目詰り等、透
過膜の予期せぬ性能低下の一因となっていることが推定
されている。

こうして得られるパイロジエンを含まない水も無菌的管
理下から−たび外部に出された場合は、細菌汚染を容易
に受けてエンドトキシンが短時間内に生成してくること
が知られている。

これに応じて、簡便に効果的にエンドトキシンを含まな
い水を得る薬剤、特殊吸着剤等が強く要望されている。

吸着法によるパイロジエン処理について、各種の試みが
なされている。

イオン交換樹脂、合成吸着剤、各種活性炭を例にとれば
、イオン交換樹脂では、例えば多孔性イオン交換樹脂ア
ンバーライト２００か、また同ＩＲＡ−９３８（アンバ
ーライトはロームアンドハース社の登録商標）等に若干
の効果がみられること、また、合成吸着剤、例えば、ア
ンバーライトＸＡＤ樹脂等、あるいは活性炭ともに、そ
の効果は疑問であることが、日本化学会誌（１９７３年
）　Ｎｏ、８１５４７〜１５５３頁に報告されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、純水製造において、エンドトキシンを
極超微量濃度になるように除去するための方法を提供す
ることにある。

本発明のいま一つの目的は、各種用途の超純水乃至、超
々純水製造を可能とするエンドトキシンの改良された除
去法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の上記目的は次のエンドトキシン除去法により達
成される。

イオン交換樹脂処理工程からの脱イオン水を、多孔性球
状架橋重合体を炭化し、又は炭化し賦活した炭素質吸着
剤と、イオン交換樹脂、特に強塩基性陰イオン交換樹脂
及び／又は強酸性陽イオン交換樹脂との混合系を以て処
理することを特徴とする純水製造においてエンドトキシ
ンを除去する方法である。　ここで上記の多孔性球状架
橋重合体を熱分解により炭化して得られる炭素質吸着剤
としては、特開昭５１−１２６３９０号、特開昭４９−
５３５９４号、特開昭５３−５００８８号、特開昭５２
−３０７９９号、特開昭５１−６３６１９号等に挙げら
れている方法により製造される炭素質吸着剤が所望のも
のである。

この多孔性球状架橋重合体としては、一般に、モノビニ
ルモノマーと、ポリビニルモノマーからなる共重合体が
最も好ましい。

上記のモノマーが公知のｊｖ濁重重合法によって共重合
させられて球状の共重合体が得られる。

具体的に云えば、スチレンとジビニルベンゼンからなる
ものが最もよく知られている。

これら以外の他のモノビニルモノマーと、他のポリとニ
ルモノマーからなる共重合体であっても当然、本発明を
完成することができる。

そうして、多孔性を得るためには、懸濁重合等の際、多
孔性を付与するに充分量の公知の添加剤を加えて重合を
行うことが肝要である。

このための典型的な添加剤としては、沈殿剤と称され、
モノマーに溶解し、生成共重合体を膨潤させない溶剤、
また、膨潤剤と称され、モノマーに溶解し、生成共重合
体を膨潤させる溶剤か、あるいは上述の膨潤剤と沈殿剤
が共存する混合溶剤、更に、これら膨潤剤及びこの膨潤
剤と均一液相を形成し得るモノビニル線状重合体からな
る有機液体、そして、モノマー混合物に可溶性であり、
生成共重合体に対し不活性である、例えばポリアルキレ
ングリコールの如き不溶性の高分子物質が挙げられるが
、これらに限定されることなく、その他の公知の多孔質
形成用剤の使用も当然に可能である。

このような方法によって製造された多孔性架橋共重合体
が、場合によっては、公知方法によりスルホン化、また
はクロルメチル化等を受け、次いで、アミノ化されて得
られるイオン交換樹脂であっても、前記多孔性共重合体
同様に好ましいものである。

これらの多孔性球状架橋共重合体は、市販品であっても
よい。　例えば、市販のアンバーライトのイオン交換樹
脂シリーズ、あるいは、合成吸着剤シリーズでもよく、
更に、ダイヤイオン（三菱化成工業　登録商標）、ダウ
エックス（ダウケミカル社　登録商標）等多くの市販品
が当然、使用可能である。

このようにして得られる多孔性球状架橋共重合体を、公
知方法を以て炭化処理することによって所望の吸着剤が
生成させられる。

この多孔性球状架橋重合体を、硫酸、二酸化窒素、塩素
などを以て不融化処理した後に、３００〜９００°Ｃに
おいて、熱分解すれば、所望の炭素質吸着剤が得られる
。

このようにして得られた吸着剤はそのままでも使用可能
であるが、所望により水蒸気、塩化亜鉛水溶液などによ
り、更に充分に賦活して使用することも適当である。

このような市販の吸着剤の具体的例としては、ローム・
アンド・ハース社製アンバーソーブ（Ａｍｂｅｒｓｏｒ
ｂｌシリーズが知られている。

この吸着剤は球形であり灰分が少なく、耐摩耗性と物理
的強度が大である特徴を有している。

これらの二層的特徴は純水中のエンドトキシンの処理に
格別な意味を有する。

この吸着剤によるエンドトキシンの効果的な吸着性に加
えて、これらの特徴に起因し、水質を悪化させることな
く、純水中のエンドトキシンの処理を可能にしている。

即ち、通常の水処理用活性炭は、その不定形のために細
菌の生育の温床となるばかりか、物理的強度、あるいは
耐摩耗性が小さいために、破砕されて、微粒子となり処
理系内に残存し、水質を悪化させる等の障害を生じさせ
る。

この吸着剤と市販の粉末状、または粒状活性炭との最大
の相違は、その物理的構造が活性炭とは根本的に異なっ
ており、多孔性球状重合体の骨格構造が、炭化、賦活後
も、なおそのまま保持されていることである。

この相違がエンドトキシンに対する多大の吸着量差に貢
献しているものと推定される。

イオン交換樹脂単独のエンドトキシン吸着除去に関して
は、その試みは数少ないのであるが、前述の日本化学会
誌の「イオン交換、吸着および膜透過による発熱性物質
の除去」の記述によれば試験した樹脂のうちではカチオ
ン交換樹脂としては、ＭＲ梨型強酸カチオン交換樹脂が
良好でありアニオン交換樹脂としては、ゲル（ｇｅｌｌ
型強塩型性塩基性梨型ジメチルエタノールアンモニウム
形の７ニオン交換樹脂か、超ＭＲ型の強塩基性（Ｉ型ト
リメチルアンモニウム型）アニオン交換樹脂が良好な処
理結果、即ち、細菌性発熱物質としてのリボボッサッカ
ライト０．３３ｐｐｍ　（３３０ｎｇ／ｍ℃）又は３、
３ｐｐｍ　（３，３００ｎｇ／ｍｆｆ　）の原水のイオ
ン交換樹脂使用のカラム処理による処理水についてウサ
ギによる発熱性試験に合格したとのことである。

しかし、これらのイオン交換樹脂な混床にしてサイクル
を重ねた場合には、安定した処理効果が期待できなかっ
たと記載されている。

発明者らは水中のパイロジエンの除去に関して鋭意検討
を重ねて、パイロジエン除去用の炭素質吸着剤それ自体
、及びこれを使用する純水製造におけるエンドトキシン
の除去法に関する特許出願（特願昭６２−７６０９４号
）を既に行っている。

発明者らの研究の結果では、純水中に極微量（５０ｎｇ
／ｍρ以下）溶解させたエンドトキシンの強塩基性アニ
オン交換樹脂による回分式吸着除去において、強塩基性
アニオン交換樹脂は純水中のエンドトキシン除去に極め
て効果的であること、更に、ゲル型よりも細孔を豊富に
有して表面積が大きいポーラス型か、ＭＲ型等が、又Ｉ
Ｉ型よりもＩ型の樹脂の方が有効であることを見出した
。

現在、医薬、製薬用のパイロジエンフリー水の製造にお
いては、膜による処理がその主要な役割を担っている。

また、半導体工業用の超純水製造における主要問題点で
あるバクテリア除去に関しては、紫外線殺菌器による殺
菌、及び膜による物理的除去が主流となっているが、超
純水製造装置系内のバクテリアはエンドトキシン生産菌
であるダラム陰性細菌がイｚ先菌種であり、これが死滅
すればエンドトキシンが放出されるために、これを規制
しようとする動きがある。

このエンドトキシン除去に関して、純水又は超純水製造
装置内に組み込まれているイオン交換樹脂も、その役割
を担ってきたことは疑いのない事実であったが、前述し
た様にサイクルを重ねるに従い、処理の効果が不安定に
なる欠点を有していた。

しかし、本発明の除去法により、極めて安定的に、確実
に、効果的に、エンドトキシンの除去が長期間に互って
遂行され得る。

簡便な実際的方法としては、医薬、製薬用のパイロジエ
ンフリー水製造装置内、又は半導体製造用の超純水製造
装置内のイオン交換樹脂塔の内部の強酸性陽イオン交換
樹脂及び／又は強塩基性陰イオン交換樹脂の混床に、本
発明の合成球状炭素質吸着剤を混合して使用するか、ま
たは予めこれらが混合装入されたカラムを該装置内か、
使用点（ｕｓｅｄ　ｐｏｉｎｔ）直前に組み込むことの
みにより所望の目的を達成することができる。

混合することに代えて、イオン交換樹脂の温床の上部に
、合成炭素質吸着剤を設置した一種の複床としてもよい
。

本発明において使用されるイオン交換樹脂は、現在、パ
イロジエンフリー水、あるいは超純水の製造用に使用可
能の市販品のゲル型、ＭＲ型か、またはポーラス型等の
強酸性及び／又は強塩基性イオン交換樹脂である。　し
かし、シャチロン値（押し潰し強度試験機による押し潰
し強度値）が実質的にＯｋｇ／ｃｍ”であるものは不都
合である。

合成炭素質吸着剤は物理的強度が極めて大きいため、こ
れと混合して使用する際に物理的強度が極めて小さいイ
オン交換樹脂は、使用中に破砕され、微粒子状物質とし
てパイロジエンフリー水と、超純水製造装置系内を汚染
するからである。

また、この球状合成炭素質吸着剤に代え、通常の活性炭
を使用することも考えられるが、これはその形状が不定
形であるために、却って微生物の温床となってしまうの
であり使用に耐え得ない。

［発明の効果］ 本発明によれば、既存の混床式イオン交換樹脂カラム内
に炭素質吸着剤を混合するのみであって別途、新たなカ
ラムを特に装備する必要はなく、経済的に、しかもイオ
ン交換樹脂のみの単独使用に反して、相乗的効果が生じ
、エンドトキシンを含まない純水、あるいは超純水を安
定的に提供することができる。

また、本発明が既存のパイロジエンフリー水、又は超純
水製造装置に組み込まれた場合には、膜の負荷を軽減さ
せ、寿命を延長する効果が期待できる。

［実施例］ 以下に実施例を示して、本発明を具体的に説明する。

炭素質吸着剤の合成例１ ポリビニルアルコール５．０ｇ、カルボキシメチルセル
ロース２　ｇ、　ＮａＣ１５６ｇを蒸留水１．５℃に溶
解させ、スチレン２００ｇ、ジビニルベンゼン（純度５
９％１１３２ｇ、ブタノール２４０ｇ、過酸化ベンゾイ
ル１．５ｇを混合したものを加え、攪拌下８５℃にて６
時間反応させた。　得られた多孔性の球状架橋重合体４
０　ｇを、１５％発煙硫酸５００ｇ中１１０℃にて、６
時間スルホン化反応を行わせ、その後に、）１．ＳＯ４
を以て洗浄し、続いて水洗し、乾燥させた。

次いで、　Ｎ２中にて３００°Ｃ／Ｈ「の速度を以て９
５０℃まで昇温させて焼成した。

焼成物の見掛は比重が０５であり、孔容積は０、６ｃｃ
／ｇであった。

この焼成物の多孔性球状炭素を水蒸気雰囲気中にて８０
０℃において２時間の賦活処理を行って、表面積１１０
０ｒｒＩ２／ｇの炭素質吸着剤が得られた。

炭素質吸着剤の合成例２ ポリビニルアルコール５ｇ、カルボキシメチルセルロー
ス２．５　ｇ、　　ＮａＣ１Ｓ６　ｇを、蒸留水１．５
℃に溶解させ、スチレン２００ｇ、ジビニルベンゼン（
市販品５９％）　１３２　ｇ、トルエン２４０ｇ、過酸
化ベンゾイル１．５ｇの混合物を加えて、攪拌下８５°
Ｃにて６時間反応させた。

得られた多孔性球状重合体４０　ｇを、１５％発煙硫酸
５００ｇ中１１０°Ｃにて、６時間スルホン化反応を行
わせ、その後、硫酸を以て洗浄した後水洗し乾燥させた
。

次いで、Ｎ２中３００°Ｃ／Ｈｒの速度を以て９５０°
Ｃに昇温させて焼成した。

この焼成物の多孔性球状炭素の見掛は比重は０．５５で
あり、孔容積は０．５ｃｃ／ｇであった。

これを水蒸気雰囲気中８００°Ｃにて、２時間賦活し、
表面積１０２０ｒｎ’／ｇの炭素質吸着剤が得られた。

実施例１ 水道水を原水とし、粒状活性炭塔、ゲル型カチオン交換
樹脂塔、ゲル型アニオン交換樹脂塔、続いて、混床式の
多孔性球状架橋重合体からなるイオン交換樹脂塔群を以
て構成される脱イオン水製造装置を、室温約２０℃にて
１回当り約４時間、取水量的１００℃を以て間欠的に稼
動させたところ約２週間後から脱イオン水中にエンドト
キシンが平均１．５ｎｇ／ｍＩ２のレベルにて流出して
きた。

間欠的稼動の開始時の約１分間の水の純度はインライン
にて１８２ＭΩｃｍ、　ＴＯＣｔｏｏ　ｐｐｂ以下に達
し、脱イオン水製造装置としての性能としては全く問題
がなかった。　そこで、処理水の配管を６本の配管に分
岐させ、第一の配管系の直径１１ｃｍ、高さ７５ｃｍガ
ラス製カラムに６０ｎｌの合成例１の炭素質吸着剤を充
填し、第二の配管系の直径２．０ｃｍ高さ７５ｃｍガラ
ス製カラムに合成例１の炭素質吸着剤６０ｍｊ２、強酸
性カチオン交換樹脂アンバーライトＩＲ−１２４Ｈ型４
０ｍ℃、および強塩基性アニオン交換樹脂アンバーライ
トＩＲＡ−４０２ＢＬ叶型８０　ｍｊ２が充分混合され
たものを充填し、第三配管系の直径２．０ｃｍ高さ７５
ｃｍガラス製カラムに合成例２の炭素質吸着剤６０ｎｌ
、アンバーライトＩＲ−１２４）（型４０ｎ＋ｊ２、お
よびアンバーライトＩＲＡ−４０２ＢＬ　Ｏ）Ｉ型８０
ｍ℃を充分に混合したものを充填し、第四配管系の直径
２．０ｃｍ高さ７５ｃｍのガラス製カラムにはアンバー
ライトＩＲＡ−４０２ＢＬ　ＯＨ型１２０ｍｆｆとアン
バソーブＸＥ−３４０６０ｍｊ２を充分混合したものを
充填し第五配管系の直径］、６ｃｍ高さ７５ｃｍガラス
製カラムにはアンバーライトｊＲ−１２４の１４型４０
ｍｊ２とアンバーライトＩＲＡ−４０２ＢＬ　ＯＨ型８
０ｍｊ２を充分混合したものを充填し、第六配管系の直
径１．６ｃｍ高さ７５ｃｍガラス製カラムには弱酸性陽
イオン交換樹脂アンバーライトＩＲＣ−５０Ｈ型４０ｍ
℃と弱塩基性陰イオン交換（δ１脂のアンバーライトＩ
ＲＡ−９３のフリー塩基型８０ｎ＋Ｊ２を充分混合して
充填し、それぞれのカラム中の充填物層が略々同一高さ
となるようにして、同一流速５Ｖ＝８　（１時間当り吸
着剤量の８倍皿の処理水の通過）にて、通水を開始した
。

エン［・トキシンの検出限界０．　Ｏ１ｎｇ／ｍｆｆに
おける処理■は次頁の通りてあった。

第１のカラム　　　第２のカラム （ｆｌ） 第３のカラム　　　第４のカラム 実施例２ パイロジエン４０ｎｇ／ｍｆｆを含む水道水を原水とし
、粒状活性炭塔、ゲル型カチオン交換樹脂塔、ゲル型ア
ニオン交換樹脂塔、混床式多孔性イオン交換樹脂塔によ
り処理した脱イオン水を、容工２００℃の貯水槽に入れ
た。　この貯水）Ｉハは常時貯水量２００氾を維持して
いるように自動的に原水供給側の脱イオン水製造装置が
作動する。

紫外線殺菌器、２℃の再生型混床式イオン交換樹脂塔、
限外濾過膜、次いで、使用点の蛇口に至り、未使用水は
貯水槽に返還するようになっている実験室用の小型超純
水製造システムにおいて１回当り約１００℃、純度１８
．２Ｍ　Ｑ　ｃｍの採水開始１週間後、再生型混床式イ
オン交換樹脂塔と限外濾過膜との間の試料採取点より採
水して分析したところ、エンドトキシンが０．１５ｎｇ
／ｍｊ２存在した。

そこで、この再生型混床式イオン交換樹脂塔を取り除き
、新たにＭＲ型イオン交換樹脂アンバーライト２００Ｃ
）ｌ型と、ＩＲＡ−９０００１１型の１：ｌ混合物１．
５４と、アンバーソーブＸＥ−３４７５００ｍＪ２との
混合物を充填した直径８　ａｍ高さ５０ｃｍカラムを紫
外線殺菌器の後に入れたところ、３ケ月間通水しても系
内のエンドトキシンレベルは検出限界０．０１ｎｇ／ｍ
ｊ２以下であった。

上記’？Ａ　Ｒ型イオン交換樹脂混合物２℃単独使用の
比較例では、１ケ月経過にてエンドトキシンの流出が検
出限界を超えた。

なお、エンドトキシン濃度は和光純薬製カブトガニ血球
抽出を使用し、同社製トキシノメーターにより測定した
。

また、使用したイオン交換樹脂の再生方法は、カチオン
交換樹脂は４％ＨＣＩを以て樹脂１℃当りｌＯＯ１２５
Ｖ＝４、室温にて再生し、アニオン交換樹脂は４％Ｎａ
ＯＨを以て樹脂１β当り２０当量、５Ｖ＝４．５０℃で
再生して、その後に、それぞれ１１ｃＩ　とＮａＯＨの
痕跡が認められなくなるまで洗浄を行った。

イオン交換樹脂を再生型にするに際して、用水にはエン
ドトキシンフリーの純水を使用した。

出願人　東京有機化学工業株式会社 代理人　若　　　林　　　　　　忠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 イオン交換樹脂処理工程から得られる脱イオン水を、多
   孔性球状架橋重合体を炭化し、または炭化し賦活した炭
   素質吸着剤と強塩基性陰イオン交換樹脂及び／又は強酸
   性陽イオン交換樹脂の混合系により処理することを特徴
   とする 純水製造におけるエンドトキシンの除去法。