JPH078355B2 - 超純水中のエンドトキシン除去法 - Google Patents

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の多孔性球状架橋合成重合体
を炭化し、または炭化し賦活した炭素質吸着剤による除
去法に関する。

〔従来の技術〕

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

これが直接人体の血液に静脈注射などを介して混入する
と強烈な発熱反応を引き起こしたり、血管収縮、アドレ
ナリンに対する感受性を増大、血液凝固の促進と続いて
起こる低下等と起こし、場合によってはシヨツク死に至
る。したがって各国局方とも注射用水には、細菌はもち
ろん発熱性物質を含んではならないと定めてある。

発熱性物質を含まない水を得るには、通常、局方精製水
の蒸留操作によるが、１回程度の蒸留ではリムルステス
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 Lysate）とエンド
トキシンとのゲル化反応による定量法〕で陽性を呈する
ことが多い。過去、発熱性物質の除去技術として粉末ま
たは／および粒状活性炭や各種イオン交換樹脂による処
理が試みられたが、発熱性物質の負荷変動によりリーク
がしばしば起こり安定した処理効果を期待することがで
きなかった。最近では、日本特許989,058「発熱性物質
を含まない糖類精製液をうる方法」、日本特許738,632
「透過処理によりパイロジエン、微生物を含まない注射
用水溶液をうる方法」にみられるように、透過膜を利用
した膜分離法が用いられるようになってきた。

膜分離法は、超純水製造システムの一要素に組み込ま
れ、具体的には、発熱性物質、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、さら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、次いで限外過膜または逆浸
透膜等の透過膜で処理する方法である。しかし細菌は元
来、増殖性を有しており、超純水レベルの低栄養水中で
も生育、増殖し得る菌があり、殺菌されてもシステム内
に止まり、エンドトキシンは死菌数の増加に伴い上昇を
たどり強いては取水口にある透過膜の急速な目ずまりな
どの膜の予期せぬ性能低下の原因となり得ることが推定
されている。そこで水のエンドトキシンによる汚染を効
果的に防ぐ方法が強く要望されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、純水の製造においてエンドトキシンを
超極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、各種用途の超純水または超
々純水の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エンドトキシンを含有す
る脱イオン水を貯水槽に受け、ついで紫外線殺菌、再生
型混床イオン交換樹脂による処理および限外濾過膜また
は逆浸透膜などによる膜処理の一連の工程を通過させる
超純水の製造方法において、多孔性球状架橋重合体を炭
化した炭素質吸着剤または炭化し賦活した炭素質吸着剤
であって、且つ多孔性球状架橋重合体の骨格構造をその
まま保持している炭素質吸着剤による吸着工程を上記貯
水槽の後であるが上記膜処理工程の前に置くことを特徴
とする超純水中のエンドトキシンの除去法。

上記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号等に記載された方法により製造されるもの
である。

この多孔性球状重合体は、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。
これは、上記モノマーを公知の懸濁重合法によって製造
され、球状の共重合体が得られる。

具体的に示せば、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。他のモノビニルモノマー
と他のポリビニルモノマーであっても当然本発明を達成
することができる。そして多孔性を得るには、懸濁重合
の際多孔性を得るに充分たる公知の添加剤を加えて重合
を行うことが肝要である。この典型的な添加剤として
は、沈殿剤と称せられるモノマーには溶解し、且つ生成
共重合体を膨潤しない溶剤、また膨潤剤と称せられるモ
ノマーには溶解し、且つ生成共重合体を膨潤する溶剤、
あるいは上述の膨潤剤と沈殿剤が共存せる混合溶剤、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て不活
性である、例えばポリアルキレングリコールの如き不溶
性高分子が挙げられるが、これ等に限定されることな
く、他の公知の多孔質を形成せる剤を用いることも当然
可能である。

このような方法により製造された多孔性架橋共重合体
は、場合によっては、公知の方法によってスルホン化ま
たはクロルメチル化等を行ない、次いでアミノ化したイ
オン交換樹脂であっても前述の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、市販のものであってもよい。例えばアンバーライト
のイオン交換樹脂シリーズや、合成吸着剤シリーズでも
よく、さらにダイヤイオン（三菱化成工業（株）登録商
標）、ダウエツクス（ダウケミカル社登録商標）等の多
くの市販のものを使用できることは当然である。

このようにして得られた多孔性球状架橋共重合体を公知
の方法で炭化処理することにより所望の吸着剤が生成さ
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
どで不融化処理し、300−900℃の温度において熱分解す
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って十分賦活して
使用することもできる。

このような吸着剤の具体例としてはローム・アンド・ハ
ース社製のアンバーソープ（Ambersorb）XEシリーズが
知られている。この吸着剤は球形で灰分が少なく、耐摩
耗性と物理強度の強い特徴を有している。これら二義的
な特徴は、純水中のエンドトキシンの処理に格別な意味
を持つ。

当該吸着剤によるエンドトキシンの効果的吸着性に加え
てこれらの特徴ゆえに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。

すなわち通常の水処理用の活性炭は、不定形のため細菌
の生育の温床となるばかりか、物理強度や耐摩耗性が弱
いため破砕して、微粒子となり処理系内に残存し、水質
を悪化させる等のトラブルを生じる。この吸着剤と市販
の粉末または粒状活性炭との最大の相違はその物理構造
が活性炭とは根本的に異なり多孔性球状重合体の骨格構
造を、炭化、賦活後も、なおそのまま保持していること
である。この相違がエンドトキシンに対する吸着量の多
大な差に寄与しているものと思われる。

超純水ないし超々純水の製造においては、イオン交換樹
脂処理工程からのエンドトキシンを含有する脱イオン水
を、貯水槽、紫外線殺菌器、再生型混床式イオン交換樹
脂塔、および限外濾過膜もしくは逆浸透膜などの透過膜
などによる一連の処理工程を通過させるが、前記炭素質
吸着剤による吸着工程は貯水槽と透過膜との間の任意の
箇所に置かれる。発熱物質を含まない注射用水などの医
療用超純水、または最近の半導体素子の高集積化に伴な
い、これの製造に必要な超々純水では、エンドトキシン
の発生源である生菌数を0.02個/ml以下と厳しい水準を
要求している。このような超純水ないし超々純水製造に
おいて、生菌は紫外線により殺菌されるが、エンドトキ
シンが死菌より水中に放出されるので、紫外線細菌処理
の後、再生型混床型イオン交換樹脂塔による処理の前の
おいて本発明のエンドトキシン除去処理を行なうか、ま
たは最終段の透過膜処理の前において本発明のエンドト
キシン除去処理を行うことが好ましい。このようにする
ことによってエンドトキシンを含まない超純水また超々
純粋を効率よく製造することができる この炭素質吸着剤は適当な大きさのカラムに充填して処
理すべき水を通過させるなどの方法を用いてエンドトキ
シンの吸着を行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、極めて簡単な方法で、エンドトキシン
を含まない超純水を安定して大量に製造することができ
る。

〔実施例〕

以下に実施例を示し、本発明を具体液的に説明する。

参考例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、次いで混床式多孔
性球状架橋重合体からなるイオン交換樹脂塔からなる脱
イオン水製造装置を室温（約20℃）で１回あたり約４時
間取水量約100リツトルで間欠運転したところ約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/mlレ
ベルでリークしてきた。

そこで両ゲル型カチオンおよびアニオン交換樹脂を常法
にしたがって再生し再び通水を開始したが、２日目より
脱イオン水中にエンドトキシンの上記レベルでのリーク
が起こった。

原因を調べたところ活性炭塔の粒状活性炭床が細菌の生
育の温床となっていることがわかった。そこで処理水の
配管を三つの配管に分け同量の水が流れるようにし、第
１の配管に300gのアンバーソーブ347を詰めたカラム
を、第２の配管に300gのカルゴン社のピツツバーグ粒状
活性炭カラムを、第３の配管に比較のため300gの炭化し
ていない多孔性球状架橋重合体であるアンバーライトXA
D-2をつけ、通水を開始した。

エンドトキシンの検出限界0.01ng/mlでの処理量は次の
とおりであった。

参考例２ 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、次いで混床式多孔
性球状架橋重合体からなるイオン交換樹脂塔からなる脱
イオン水製造装置を室温（約20℃）で１回あたり約４時
間取水量約100lで間欠運転したところ約２時間後から脱
イオン水中にエンドトキシンが平均1.5ng/mlレベルでリ
ークしてきた。

次いで処理水の配管を三つの配管に分け、等量の水が流
れるようにし、第１の配管に100gのアンバーソープXE-3
47を詰めたカラムを、第２の配管に下記に示す合成吸着
体を炭化した炭素質吸着剤50gを炭化し、賊活した炭素
質吸着剤50gを混合して詰めたカラムを、第３の配管に
比較のため100gの炭化していない多孔性合成重合体を詰
めたカラムを接続して同時に通水を開始した。

エンドトキシンの検出限界0.01ng/mlでの処理量は次の
通りである。

処理量（ｌ） （１）アンバーソーブXE-347 1250 （２）炭素吸着剤 （炭化＋炭化−賦活） 1180 （３）多孔性合成重合体 580 なお、炭素質吸着剤の製造方法は次のとおりである。ポ
リビニルアルコール5.0g、カルボシキメチルセルロース
2g、Nacl56gを蒸留水1.5lに溶解し、スチレン200g、ジ
ビニルベンゼン（純度59％）132g、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、撹拌下85℃
において６時間反応させ多孔性合成重合体（３）を得
た。

次いで、この多孔性架橋共重合体250gを15％発煙硫酸31
00g中で110℃において６時間スルホン化反応を行い、硫
酸で洗浄後、水洗し、乾燥した。窒素気流中で300℃/hr
の昇温速度で950℃まで焼成して見掛比重0.5g/cc、孔容
積0.6g/ccの炭素質吸着剤（２）を得た。次にその一部
を水蒸気雰囲気下で800℃において２時間賦活し、表面
積1100m²/gの炭素質吸着剤（２）を得た。

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、アニオン交換樹脂塔、混床式多孔性球状架橋重
合体からなるイオン交換樹脂塔で処理した脱イオン水20
0lの貯水槽（常時200l維持できる様自動的に原水側脱イ
オン水製造装置が作動する）に入れ、紫外線殺菌器、再
生型混床式イオン交換樹脂塔、限外過膜次いで使用点
（蛇口）に至り未使用水は貯水槽に戻るようになってい
る実験室用小型超純水製造システムにおいて、採水（１
日あたり約100l純度18.2MΩ・cm）開始１週間後、再生
型混床式イオン交換樹脂塔と限外過膜の間にあるサン
プリングポイントより採水して分析したところ、エンド
トキシンが0.5ng/ml存在した。

そこで、500gのアンバーソープXE-340を充填したカラム
を紫外線殺菌器の後に入れたところ９日間通水しても系
内のエンドトキシンレベルは検出限界（0.01ng/ml）以
下であったが、同量のクレハ化学社製球状活性炭BAC-MP
の場合は４日間でエンドトキシンのリークがはじまっ
た。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−50088（ＪＰ，Ａ) 「日本化学会第54春季年会講演予稿集 Ｉ」（昭62．３．12）日本化学会第525頁 上段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン交換樹脂処理工程からのエンドトキ
   シンを含有する脱イオン水を貯水槽に受け、ついで紫外
   線殺菌、再生型混床イオン交換樹脂による処理および限
   外濾過膜または逆浸透膜などによる膜処理の一連の工程
   を通過させる超純水の製造方法において、多孔性球状架
   橋重合体を炭化した炭素質吸着剤または炭化し賦活した
   炭素質吸着剤であって、且つ多孔性球状架橋重合体の骨
   格構造をそのまま保持している炭素質吸着剤による吸着
   工程を上記貯水槽の後であるが上記膜処理工程の前に置
   くことを特徴とする超純水中のエンドトキシンの除去
   法。