JPH0852347A

JPH0852347A - 水処理用ろ過材

Info

Publication number: JPH0852347A
Application number: JP22456994A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Taniguchi; 和美谷口; Tadahiro Mori; 忠弘森
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 1994-06-08
Filing date: 1994-09-20
Publication date: 1996-02-27

Abstract

(57)【要約】【目的】水中に溶存する臭気物質，特に黴臭物質の吸
着性能に優れた水処理用ろ過材を提供する。【構成】水の流入側は, ＢＥＴ比表面積1500m²／ｇ以
上, 細孔半径0.40nm以上の粉粒状活性炭と，ＢＥＴ比表
面積 500m²／ｇ以上, 細孔半径0.35nm以上の繊維状活性
炭とを主成分とする固定吸着層１で構成されている。ま
た，水の流出側は，ＢＥＴ比表面積 500m²／ｇ以上，細
孔半径0.35nm以上の繊維状活性炭を主成分とする固定吸
着層２で構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，水中に溶存する臭気物
質，特に黴臭物質の吸着性能に優れた水処理用ろ過材に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】活性炭には，粉粒状と繊維状のものがあ
り，それぞれ特性を有している。粉粒状の活性炭は，表
面の細孔半径が大きいため，比較的分子量の大きい物質
の吸着に適しており，しかも充填密度が高いので，単位
体積当たりの吸着量が大きい。しかし，定型性がなくて
充填密度が高いので，圧力損失は大きい。また，取扱い
性や加工性に劣り，活性炭の一部が流出しやすいという
問題がある。

【０００３】一方，繊維状活性炭は吸着速度が大きく，
比較的低分子量の物質に対する吸着性に優れている。ま
た，取扱い性や加工性がよく，圧力損失もそれほど大き
くはならない。しかし，粉粒状の活性炭に比べて細孔が
小さいため，分子量の大きい化合物の吸着に劣る。ま
た，充填密度が低いので，単位容積当たりの吸着量が小
さいなどの問題がある。

【０００４】粉粒状又は繊維状の活性炭を各々単独で使
用する場合の欠点を解消するために，例えば実公昭63-2
7828号公報では，粉粒状活性炭と繊維状活性炭とを組合
わせてろ過吸着層を形成した浄水用ろ過吸着ユニットが
提案されている。このユニットの水の流入側に存在する
粉粒状活性炭は流動層なので，圧力損失は高くならない
が，粉粒状活性炭の充填密度が低いため単位容積当たり
の吸着量が低い。また，水の流入側に存在する粉粒状活
性炭は粒径が50〜5000μｍであり，それより小さくする
と圧力損失が上昇して通水が不可能になりやすく, しか
も，流入側に存在する粉粒状活性炭の炭塵が流出するこ
とがある。さらに，粉粒状活性炭は流動層なので，専用
の例えばプラスチック製などの容器に収容する必要があ
る。

【０００５】また，上記で使用するような，粒径の大き
い粉粒状の活性炭は吸着物質に対しての接触面積が小さ
く, 吸着速度も遅いため，活性炭の吸着能を十分に発揮
することができない。さらに，粒径の大きい活性炭は，
一般に粒径の小さい活性炭に比較して細孔半径が小さ
く，繊維状活性炭と組合わせても，繊維状活性炭の欠点
を補えるものではない。また，被処理水の流速を速めれ
ば圧力損失が大きくなり, 流入側に存在する活性炭が，
流出側へ流れ込んで液中へ流出する恐れがあるばかり
か，流入側の活性炭が減少して，ろ過吸着ユニットの吸
着性能を十分に発揮することができなくなるという問題
がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は，上記の問題
を解決し，繊維状活性炭と粉粒状活性炭の各々の長所が
生かされ，吸着及び濾過性能がよく，水中に溶存する臭
気物質，特に黴臭物質の吸着性能に優れた水処理用ろ過
材を提供することを技術的な課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは，上記の課
題を解決するために鋭意検討した結果，本発明に到達し
た。すなわち，本発明は，次の構成を有するものであ
る。 (1) 水の流入側が, ＢＥＴ比表面積1500m²／ｇ以上, 細
孔半径0.40nm以上の粉粒状活性炭と，ＢＥＴ比表面積 5
00m²／ｇ以上, 細孔半径0.35nm以上の繊維状活性炭とを
主成分とする固定吸着層で構成されるとともに，水の流
出側が，ＢＥＴ比表面積 500m²／ｇ以上，細孔半径0.35
nm以上の繊維状活性炭を主成分とする固定吸着層で構成
されていることを特徴とする水処理用ろ過材。 (2) 上記(1) 記載の水処理用ろ過材を構成する水の流出
側の固定吸着層の，水の最流出側が布帛状のフィルター
で覆われていることを特徴とする水処理用ろ過材。

【０００８】以下，本発明について詳細に説明する。

【０００９】本発明の水処理用ろ過材は，図１のよう
に，水の流入側が, 粉粒状活性炭と繊維状活性炭とを主
成分とする固定吸着層１で，また，水の流出側が，繊維
状活性炭を主成分とする固定吸着層２で構成されてお
り，固定吸着層１と２は一体的に形成されている。ま
た，図２のように，水の流出側の固定吸着層２の，水の
最流出側を布帛状のフィルター３で覆ってもよく，さら
に，図３のように，水の流入側の固定吸着層１の外側も
布帛状のフィルター４で覆ってもよい。図１〜３の例
は，水処理用ろ過材を円筒状に形成した例であるが，固
定吸着層１と２及びフィルター３，４をシート状に積層
したものや，円柱状に形成したものでもよい。

【００１０】本発明の水処理用ろ過材の水の流入側を構
成する固定吸着層１は，粉粒状活性炭と繊維状活性炭を
主成分とするものであるが，粉粒状活性炭としては，粒
径が250μｍ未満の粉末活性炭又は粒径が 250μｍ以上
の粒状活性炭の単独使用，あるいは両者の併用のいずれ
でもよい。粉粒状活性炭は，水中に溶存している高分子
量の有機物の吸着性のよい比表面積1500m²／ｇ以上, 特
に2000〜3500m²／ｇのものが好ましく，細孔径は0.４nm
以上, 特に0.４〜0.５nmのものが好ましい。

【００１１】また，粉粒状活性炭と繊維状活性炭との吸
着特性の差を大きくし, 繊維状活性炭の吸着特性の劣る
部分を粉粒状活性炭で補完するためには，粉粒状活性炭
の粒径は小さい方が好ましく,200μｍ以下のものが90重
量％以上を占め，さらに50μｍ以下のものが50重量％以
上占めるものが好ましい。粉粒状活性炭は, ヤシ殻，石
炭，木炭等いずれを原料とするものでもよい。

【００１２】また，粉粒状活性炭とともに，固定吸着層
１を形成する繊維状活性炭は，水中に溶存している遊離
塩素等の吸着性のよい比表面積 500m²／ｇ以上, 細孔半
径0.35nm以上のものが好ましい。

【００１３】固定吸着層１は, 粉粒状活性炭と繊維状活
性炭を主成分とするものであるが，活性炭以外の成分と
してポリアミド, ポリエステル等の熱可塑性合成繊維や
アクリル繊維，低融点のバインダー繊維等を用い, これ
らで固定したものである。

【００１４】上記のように，粉粒状活性炭と繊維状活性
炭は固定吸着層１の状態で存在しており，流動性のある
粉粒状活性炭は，合成繊維の絡み合った内部の隙間に存
在し，また熱融着で合成繊維繊維に固定されて移動が抑
えられるので，固定吸着層１から脱落し難い。

【００１５】固定吸着層１における粉粒状活性炭と繊維
状活性炭の含有率は, 粉粒状活性炭と繊維状活性炭がそ
れぞれ10重量％以上を占めることが好ましく，特に粉粒
状活性炭の含有率が40重量％以上, 85重量％以下である
ことが好ましい。粉粒状活性炭の割合が上記より減少す
ると，水中に溶存しているたんぱく質，多糖類糖の比較
的高分子量の有機物を吸着する能力が低下して，繊維状
活性炭の欠点をカバーでき難くなるので好ましくない。
粉粒状活性炭の割合が上記より増大すると，固定吸着層
１の加工が難しくなる。また，固定吸着層１の嵩密度
は，圧力損失が増大することなく，優れた吸着能力を付
与するために0.15〜0.25g/cm³とすることが好ましい。

【００１６】次に，本発明の水処理用ろ過材の水の流出
側を構成する固定吸着層２は，繊維状活性炭を主成分と
するものでるが，繊維状活性炭は比表面積 500m²／ｇ以
上，好ましくは1000m²／ｇ以上のものが好ましい。比表
面積 500m²／ｇ未満のものでは，水中に溶存している臭
気物質, 特に２−メチルイソボルネオール，ジエオスミ
ン等の分子量の小さい黴臭物質の吸着能力が低下する。
また，上記の繊維状活性炭は, 比較的低分子量の物質を
吸着させるために細孔半径0.35nm以上のものが好まし
い。

【００１７】固定吸着層２において，繊維状活性炭は50
重量％以上を占めることが好ましく，繊維状活性炭が50
重量％未満になると，水中に溶存している臭気物質, 特
に黴臭物質の吸着能力が低下する。

【００１８】繊維状活性炭とともに固定吸着層２を形成
する他の材料としては，成形性をよくする熱融着可能な
ポリエステル，ポリアミド，ポリプロピレン等の合成繊
維が好ましい。また, 固定吸着層２の嵩密度は，水の透
過性をよくするために0.1 〜0.2 g/cm³とすることが好
ましい。

【００１９】固定吸着層１及び２で使用する繊維状活性
炭の種類は，セルロース系，アクリル系，フェノール
系，石油ピッチ系，石炭ピッチ系等のいずれでもよい。

【００２０】本発明の水処理用ろ過材には，水の流出側
を構成する固定吸着層２の外側に布帛状のフィルター３
を設けるのが好ましく，固定吸着層１の外側に布帛状の
フィルター４を設けてもよい。布帛状のフィルター３及
び４を構成する素材は特に限定されるものではないが，
加工性の良い熱融着性を有する繊維の織物あるいは不織
布であることが好ましく, また, ある程度の通気性と優
れたろ過性を持たせるためには，目付け10〜100g/m²の
ものが好ましい。

【００２１】次に，本発明の水処理用ろ過材の製法例に
ついて説明する。

【００２２】まず，繊維状活性炭と合成繊維等を供給し
て開繊と混合を行ってウェッブを形成した後，ニードル
パンチや熱処理を施して目付け50〜 300ｇ／m²の繊維状
活性炭シートを得る。次いで，フィルター３となる目付
け10〜100g／m²の不織布を鉄芯に巻き，この上から上記
の繊維状活性炭シートを円筒状に巻いて熱処理し，フィ
ルター３の外側に吸着固定層２を円筒状に成形する。さ
らに，粉粒状活性炭と繊維状活性炭及び合成繊維等を水
槽中に供給して混合し，その浴槽中に上記で得た成形物
を浸漬し，吸引させた後，乾燥させて吸着固定層２の外
側に吸着固定層１を形成し，本発明の水処理用ろ過材を
得る。

【００２３】また，本発明の水処理用ろ過材は，次のよ
うにして得ることもできる。まず，繊維状活性炭と合成
繊維等を水槽中で混合し, その浴槽中に成形用金型を浸
漬して吸引し，円柱状の成形体 (吸着固定層２用) を作
製する。次いで，粉粒状活性炭と繊維状活性炭及び合成
繊維等を別の水槽中に供給して混合し，その浴槽中に上
記で得た成形体を保持した成形用金型を浸漬して吸引
し，吸着固定層２用の成形体に連続して円柱状の成形体
(吸着固定層１用) を作製する。その後，成形体を金型
から取り出して乾燥させ，吸着固定層１と２が円柱状に
直列に連結した本発明の水処理用ろ過材を得る。

【００２４】本発明の水処理用ろ過材は，吸着特性の異
なる粉粒状活性炭と繊維状活性炭とを併用しているの
で，低分子量から高分子量まで広範囲の物質を効率よく
吸着することができる。また，吸着速度の速い繊維状活
性炭の効率のよい吸着能力と，充填密度の高い粉粒状活
性炭による単位体積当たりの吸着量の増大により，一定
の容積内で十分な吸着能力を発揮することが可能とな
り，しかも圧力損失の増大を防止することができる。

【００２５】また，水の流入側に存在する粉粒状活性炭
が，繊維状活性炭では吸着され難い水中の分子量の大き
い物質を吸着し，さらに，水の流入側の繊維状活性炭も
多少は前記物質を吸着するので，流出側に存在する繊維
状活性炭の細孔が分子量の大きい物質で塞がれるのを防
止し，効率よく繊維状活性炭に黴臭物質等の低分子量の
物質を吸着させることが可能となり，ろ過器の小型化が
できる。

【００２６】さらに，流動性のある粉粒状活性炭は，固
定層で存在し，移動が抑えられているので脱落し難い。
したがって，このろ過材は専用の容器を必要とせず，ま
た，ろ過容器に合わせて成型することが容易である。本
発明の水処理用ろ過材は，粉粒状活性炭と繊維状活性炭
を併用しているので，繊維状活性炭のみで作られたろ過
材よりも低コストで製造が可能である。

【００２７】また，流出側の側面を不織布などの布帛状
のフィルターで覆えば，たとえ炭塵が流出しようとして
も漏洩が防止され，ろ過の性能が一段と向上する。

【００２８】なお，本発明における比表面積は，日本ベ
ル株式会社製の「ベルソープ」自動ガス吸着装置を用
い, 低温窒素吸着法でＢＥＴ多点法により分圧0.０〜0.
３の範囲で測定するものである。また，細孔半径は上記
の自動ガス吸着装置を用い，ＭＰ法で測定するものであ
る。さらに，粒径は，島津製作所社製の粒度分布測定装
置SALD-1100 で測定するものである。

【００２９】

【実施例】次に，本発明を実施例により具体的に説明す
る。

【００３０】実施例１，比較例１〜２繊維状活性炭として，比表面積1600m²/g, 細孔半径0.39
nmの石炭ピッチ系のものを用い，この繊維状活性炭60重
量％と，メルテイー4080( ユニチカ社製ポリエステル芯
鞘複合繊維) 40重量％の割合でカーディングマシーンで
開繊，混合し，次いでニードルパンチした後，熱ローラ
を通して, 目付け67g/m², 厚み0.５mmのシートを得た。

【００３１】次に，ポリエチレンテレフタレートを芯成
分，ポリエチレンを鞘成分とした芯鞘複合繊維で構成し
た目付け30g/m²の不織布をテトラフルオロエチレン樹脂
をコーティングした鉄芯に巻き付け, この上から上記で
得たシート１枚をスパイラル状に巻き,150℃で180 分間
熱処理して, 外径35mm，内径18mm，長さ 125mmの吸着固
定層２とフィルター３からなる成形体を得た。

【００３２】さらに，比表面積1500m²/g, 細孔半径0.39
nmの石炭ピッチ系繊維状活性炭47.5重量％と，比表面積
2500m²/g，細孔半径0.45nmの石油コークス系粉末活性炭
47.5重量％及びアクリル繊維５重量％の割合で混合した
水槽中に，上記で得た成形体を吸引器にセットして入
れ，吸引した後,130℃で15時間乾燥し，吸着固定層２の
外側に，繊維状活性炭と粉末活性炭及びアクリル繊維が
含有され，外径が65mmになるように吸着固定層１が形成
された図２のような水処理用ろ過材を得た。なお，上記
で使用した粉末活性炭は, 粒子径 200μｍ以下のものが
95重量％を占め, かつ, 粒子径50μｍ以下のものが60重
量％を占めるものであった。得られた水処理用ろ過材の
評価結果を表１に示す。

【００３３】また，比較例１として, 実施例１の吸着固
定層２を構成する繊維状活性炭含有シートのみで水処理
用ろ過材を形成し，性能を評価した。さらに，比較例２
として，水の流入側の吸着固定層１を，比表面積980m²/
g,細孔径0.39nm，粒径 300μｍ以下のヤシ殻系粒状活性
炭を同じ大きさになるように充填して形成した以外は実
施例１と同様の水処理用ろ過材を形成し，性能を評価し
た。なお，このヤシ殻系粒状活性炭は，粒子径 200μｍ
以下のものが30重量％を占め, かつ, 粒子径50μｍ以下
のものが10重量％を占めるものであった。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１において，活性炭総量とは，粉粒状活
性炭と繊維状活性炭の含有量の合計を示す。また，圧力
損失は，５リットル／分で10分間通水した後の圧力損失
を示す。次に, ろ過試験は, 分子量1357のビタミンＢ₁₂
をイオン交換水で100mg ／リットルの濃度に調整した液
を４リットル／分で10分間通液した後に, 出口において
目視で着色が認められないものを○，認められるものを
×として評価した。

【００３６】さらに，黴臭は，黴臭物質として2-メチル
イソボルネオールを用い，黴臭１はイオン交換水，黴臭
２は水道水でそれぞれ 100ng／リットルの濃度にに調整
した液を４リットル／分で通液し，破過点を10ng／リッ
トルとした場合，５m³以上処理できたものを◎，１m³以
上，５m³未満処理できたものを○，処理量が１m³未満の
ものを△と評価した。この場合，液中の黴臭物質の濃度
は，ガスクロマトグラフで測定した。なお，評価試験
は，すべて液体をろ過材の面に対して垂直に円筒状物の
外側（固定吸着層１側）から内側に向けて流して行っ
た。

【００３７】実施例１のものは，分子量の大きいビタミ
ンＢ₁₂をよく吸着し，黴臭物質の吸着ではイオン交換
水，水道水の間で吸着性能に差がなくていずれも良好で
あり，水道水中に含まれる比較的分子量の大きい，例え
ばたんぱく質, 多糖類 ,フミン酸等の有機物質が水の流
入側に存在する粉末活性炭で効率よく除去され，流出側
の繊維状活性炭の欠点が解消されていた。

【００３８】一方，比較例１のものは，圧力損失の問題
はなく，黴臭物質の吸着についてもイオン交換水中のも
のは問題はない。しかし，黴臭物質を含む水道水を通液
させると，イオン交換水に比べて極端に性能が低下し
た。また，分子量の大きいビタミンＢ₁₂の吸着性能も劣
っていた。

【００３９】次に，比較例２のものは，圧力損失は実施
例１と同じであるが，吸着速度が小さく，本試験の通液
条件では活性炭の吸着能を十分に発揮することができな
かった。また，粒状活性炭の細孔半径が0.4nm 未満と小
さいので, 分子量の大きいビタミンＢ₁₂の吸着性が劣っ
ていた。さらに, 黴臭物質の吸着についても, 比較例１
と同じく黴臭物質を含む水道水を通液させると，イオン
交換水に比べて極端に性能が低下した。これは水の流入
側に存在する粒状活性炭が，水道水中に含まれる比較的
分子量の大きい有機物質を除くことができず，このよう
な粒状活性炭では繊維状活性炭の欠点を補えないためで
ある。

【００４０】実施例２実施例１で得た水処理用ろ過材の外側に，ポリエチレン
テレフタレートを芯成分，ポリエチレンを鞘成分とした
芯鞘型複合繊維からなる目付け50ｇ／m²の不織布を巻い
て覆い，固定吸着層１の外側にフィルターを形成して図
３のような水処理用ろ過材を得た。このろ過材は, 水の
流入側となる表面が不織布のフィルターで覆われている
ので, 手で持っても活性炭が手に付かず, 取扱性に優れ
ていた。上記の水処理用ろ過材を用いて，実施例１と同
様の性能試験を行ったが，実施例１とほぼ同様の結果が
得られた。

【００４１】実施例３比表面積1600m²/g, 細孔半径0.39nmの石炭ピッチ系繊維
状活性炭を平均長さ３mmに裁断したもの95重量％と，平
均長さ５mmのアクリル短繊維５重量％の割合で両者を水
槽中で混合し，次いでその浴槽中に, 内径35mm, 長さ40
mmの円筒状金型を吸引器にセットした状態で投入し, 長
さ方向に25mmの所まで混合物が到達するように吸引し，
外径35mm, 長さ25mmの成形体を作製した。次いで，比表
面積1500m²/g, 細孔半径0.39nmの石炭ピッチ系繊維状活
性炭を平均長さ３mmに裁断したもの45重量％と，比表面
積2500m²/g, 細孔半径0.45nmの石炭コークス系粉末活性
炭を50重量％, 及び平均長さ５mmのアクリル短繊維５重
量％の割合で三者を別の水槽中に投入して混合した。さ
らに，上記で得た成形体を保持した円筒状金型を吸引器
にセットした状態で水槽中に投入し，金型の残り15mmに
積層されるように吸引した後，成形体を金型より取り出
して 130℃で15時間乾燥させ，外径35mm, 長さ40mmの円
柱状をした水処理用ろ過材を得た。なお，上記で使用し
た粉末活性炭は，粒子径 200μｍ以下のものが95重量％
を占め, かつ, 粒子径50μｍ以下のものが60重量％を占
めるものであった。

【００４２】得られた水処理用ろ過材を用い，黴臭物質
として2-メチルイソボルネオールを100ng／リットル含
有する水道水を１リットル／分で通液したところ，破過
点10ng／リットルに到達するまでに 700リットルを処理
することができた。

【００４３】比較例３比表面積1600m²/g, 細孔半径0.39nmの石炭ピッチ系繊維
状活性炭を平均長さ３mmに裁断したもの95重量％と，平
均長さ５mmのアクリル短繊維５重量％の割合で混合して
外径35mm, 長さ40mmの円柱状をした水処理用ろ過材を形
成する以外は，実施例３と同様にして試験した。得られ
た水処理用ろ過材は，破過点10ng／リットルに到達する
までに 150リットルしか処理することができなかった。

【００４４】

【発明の効果】本発明の水処理用ろ過材は，繊維状活性
炭と粉粒状活性炭の各々の長所が生かされ，吸着及び濾
過性能がよく，水中に溶存する臭気物質，特に黴臭物質
の吸着性能に優れたものであり，家庭用から業務用の浄
水器用として好適で，浄水器を小型化することが可能で
ある。また，本発明の水処理用ろ過材は，浄水処理用は
もちろんのこと，脱色，脱臭等の多様な分野における液
相処理に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水処理用ろ過材の一実施態様を示す斜
視図である。

【図２】本発明の水処理用ろ過材の他の実施態様を示す
斜視図である。

【図３】本発明の水処理用ろ過材のさらに他の実施態様
を示す斜視図である。

【符号の説明】１水の流入側の固定吸着層２水の流出側の固定吸着層３水の流出側のフィルター４水の流入側のフィルター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水の流入側が, ＢＥＴ比表面積1500m²／
ｇ以上, 細孔半径0.40nm以上の粉粒状活性炭と，ＢＥＴ
比表面積 500m²／ｇ以上, 細孔半径0.35nm以上の繊維状
活性炭とを主成分とする固定吸着層で構成されるととも
に，水の流出側が，ＢＥＴ比表面積 500m²／ｇ以上，細
孔半径0.35nm以上の繊維状活性炭を主成分とする固定吸
着層で構成されていることを特徴とする水処理用ろ過
材。
【請求項２】請求項１記載の水処理用ろ過材を構成す
る水の流出側の固定吸着層の，水の最流出側が布帛状の
フィルターで覆われていることを特徴とする水処理用ろ
過材。
【請求項３】水の流入側の固定吸着層に用いる粉粒状
活性炭は，粒径 200μｍ以下のものが90重量％以上を占
め，かつ，50μｍ以下のものが50重量％以上を占める請
求項１又は請求項２記載の水処理用ろ過材。