JPH09227117A

JPH09227117A - 水素イオン型変性スメクタイト及び水浄化剤並びに水素イオン型変性スメクタイトの製造方法

Info

Publication number: JPH09227117A
Application number: JP35452996A
Authority: JP
Inventors: Tsunoru Yoshida; 募吉田
Original assignee: Lion Corp
Current assignee: Lion Corp
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 1997-09-02

Abstract

(57)【要約】【解決手段】１重量％純水スラリーのｐＨが２．５〜
４．５であり、導電率が１２０〜９５０μＳであること
を特徴とする水素イオン型変性スメクタイト。【効果】本発明の水素イオン型変性スメクタイトは水
中不純物の除去効果に優れ、水浄化剤として好適であ
り、また本発明の製造方法によれば、スメクタイトスラ
リーを効率よく濃縮することができ、かかる水素イオン
型変性スメクタイトを確実にかつ簡単に製造し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水中不純物を吸着
除去し、水を浄化するのに有用な新規水素イオン型変性
スメクタイト及びこの水素イオン型変性スメクタイトか
らなる水浄化剤に関する。更に、本発明は、スメクタイ
トの水スラリーを効率よく濃縮し得、また上記のような
水浄化剤として使用することができる水素イオン型変性
スメクタイトを得ることができる水素イオン型変性スメ
クタイトの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】スメク
タイトは、従来より種々の工業分野で用いられている
が、ベントナイト原鉱を粉砕、乾燥した粉粒物を水に分
散、懸濁し、これを静置して得られた上層のスメクタイ
トスラリーを濃縮する方法としては、遠心分離による濃
縮法がある。しかし、スメクタイトスラリーは一般に高
粘性であるため、遠心分離法によるスメクタイトスラリ
ーの実用的な濃縮限界は約３％にとどまる。また、濾過
によるスメクタイトスラリーの濃縮では、スメクタイト
粒子が非常に小さいので、炉材を通過してしまい、実用
的な濃縮は行い難い。

【０００３】このように、スメクタイトスラリーは高粘
度であり、スメクタイト粒子が非常に小さいので、濃縮
方法としては加熱による蒸発濃縮法が効果的であるが、
この方法では蒸発効率が小さく、コスト高となるため、
実用的な方法としては実施されていない。また、この方
法では、スラリー中に存在する全物質が濃縮されること
となるので、スラリー調製には純度の高い水を必要とす
る。

【０００４】一方、粉末スメクタイトを水に加え、スラ
リー化する方法もあるが、この方法では、得られるスメ
クタイトスラリーの粘度が濃度と共に急激に増大するの
で、約６％がこの方法で得られる上限濃度である。

【０００５】このような点から、スメクタイトスラリー
をより効率よく高濃度に濃縮化する方法が望まれてい
る。

【０００６】また、各種工業用水、水道水などには、Ｆ
ｅ，Ａｌ，Ｓｉなどの水酸化物、その他のコロイド状物
質、Ｃａ⁺⁺，Ｎａ⁺，Ｍｇ⁺⁺，Ｆｅ⁺⁺，Ｃｌ^-，Ｓｉ
Ｏ₄，Ｎ₂Ｏ_xなどの硬度成分、多種多様の有機物等の不
純物が含まれており、これらの不純物は、従来、コロイ
ド状物質については活性炭、活性白土、無機又は有機凝
集、フィルターを用いて除去し、イオン性物質について
はイオン交換樹脂、中性有機物については活性炭、活性
白土などをそれぞれ用いて除去している。

【０００７】しかし、これらの手段は、各々単独では上
記特定の種類の不純物の除去には有効であるものの、上
記不純物の全てを同時に除去できず、またいずれも、例
えば３００ｐｐｍ以下の低濃度不純物の除去には限界が
あった。このため、一般的には上記手段を組合せて利用
しており、操作的に煩雑であり、また必ずしも十分な不
純物除去効果を有しない場合があった。

【０００８】従って、本発明の目的は、上記のような不
純物の一括処理が可能であり、しかも特に低濃度不純物
の処理に有効な水素イオン型変性スメクタイト及び水浄
化剤を提供することにある。更に、本発明の他の目的
は、スメクタイトの水スラリーを効率よく濃縮し得、ま
た水浄化剤として有用な水素イオン型変性スメクタイト
を得ることができる水素イオン型変性スメクタイトの製
造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結
果、モンモリロナイトやモンモリロナイトを主要成分と
するベントナイト等のスメクタイトのスラリーを電気泳
動することにより、陽極に水素イオン型変性スメクタイ
トが濃縮、堆積し、Ｎａ⁺型等の一価イオン型のスメク
タイトでは６〜１５％（重量％、以下同じ）程度に濃縮
したゲル状物が得られ、Ｃａ⁺⁺型等の多価イオン型のス
メクタイトでは２５〜３５％程度に濃縮したゲル状物が
得られることを知見した。また、このようにして得られ
る水素イオン型変性スメクタイトのうち、１％純水スラ
リーのｐＨが２．５〜４．５であり、かつ導電率が１２
０〜９５０μＳを示す水素イオン型変性スメクタイト
が、それ単独でも水中に含まれるコロイド状物質、硬度
成分、有機物などの不純物を一括処理、除去し得ると共
に、特にこの不純物除去効果は不純物が例えば３００ｐ
ｐｍ以下の低濃度しか含まれていないような場合に威力
を発揮し、従って従来の水処理剤で一次処理した後の二
次処理に非常に有効であることを知見したものである。

【００１０】なお従来、天然粘土より水素イオン型粘土
を得る方法としては、希酸処理、電気透析、Ｈ型イオン
交換樹脂による処理などの方法が知られているが、これ
らの方法は主に固体酸や活性白土を得る方法として知ら
れているもので、ベントナイト又はスメクタイトにこの
方法を応用すると、格子中のＡｌが溶出し、構造が変化
し、また溶出したＡｌは一部水素イオンと共存すること
となり、完全な水素イオン型とはならないと言われてい
る（「粘土の事典」株式会社朝倉書店，１９８５）が、
上述したようなスメクタイトスラリーを電気泳動するこ
とにより、１％純水スラリーのｐＨが２．５〜４．５、
導電率が１２０〜９５０μＳである水素イオン型スメク
タイトを得ることができ、これはＡｌの溶出がなく、実
質的に構造変化が起きず、スメクタイト本来の性質が変
わらないものである上、電気泳動／電気分解操作中にス
メクタイトと共存している不純物が除去されるので、ク
リーンな表面をもつスメクタイトが得られるものであ
る。

【００１１】従って、本発明は、（１）１％純水スラリ
ーのｐＨが２．５〜４．５であり、導電率が１２０〜９
５０μＳである水素イオン型変性スメクタイト、（２）
上記（１）の水素イオン型変性スメクタイトからなる水
浄化剤、（３）スメクタイトの水スラリーを電気泳動し
て、陽極に濃縮堆積したゲル状物を採取する水素イオン
型変性スメクタイトの製造方法を提供する。

【００１２】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の水素イオン型変性スメクタイトは、１％純水ス
ラリーのｐＨが２．５〜４．５、導電率が１２０〜９５
０μＳであり、実質的に原料スメクタイトの構造を維持
し、スメクタイト本来の性質を有しているものである。

【００１３】また、本発明の水浄化剤は、かかる水素イ
オン型変性スメクタイトからなるものである。ここで、
この水素イオン型変性スメクタイトの１％純水スラリー
のｐＨが４．５を超え、導電率が１２０μＳを下回ると
水中不純物の吸着能が劣り、またｐＨが２．５より低
く、導電率が９５０μＳを超えても吸着能は向上しな
い。

【００１４】本発明の水素イオン型変性スメクタイトの
製造方法は、スメクタイトの水スラリーに直流電界をか
け、スメクタイトを電気泳動して、陽極上あるいは陽極
室にスメクタイトを濃縮、堆積させるものである。この
場合、原料スメクタイトとしては、一価イオン型又は多
価イオン型のモンモリロナイト、該モンモリロナイトを
主要成分とする粘土（ベントナイト等）を好適に用いる
ことができる。これを水を用いてスラリー状とし、電気
泳動又は電気分解装置を用いて、陽極又は陽極室にモン
モリロナイトを濃縮し、採集する。スラリー濃度はモン
モリロナイト粒子が印加電圧により泳動する濃度であれ
ばよく、特に限定されないが、スラリー粘度が一般に高
くなるＮａ⁺型のスメクタイトの場合は約１０％以下、
スラリー粘度が一般に低いＣａ⁺⁺型のスメクタイトの場
合は約３０％以下が効率的な濃縮を行う上で好ましく、
通常Ｎａ⁺型の場合１〜５％スラリー、Ｃａ⁺⁺型の場合
１〜２０％スラリーとすることがよい。この場合、スラ
リー中に水溶性有機化合物等を添加し、スメクタイトと
の有機複合体として陽極に濃縮することもできる。

【００１５】電極材料は通常の電極として用いられるも
のであればよく、電極形状及び電極のスラリー中での配
置方法に特別な制約はない。

【００１６】印加直流電圧は、通常１〜数十Ｖ／ｃｍで
あり、電流に制約はないが、通常１ｍＡ〜数十Ａであ
る。また温度は特に限定されないが、通常室温で十分で
ある。なお、時間も制限されないが、１〜１０時間程度
がよい。

【００１７】スラリーの調製に用いる水は、イオン交換
水、水道水などが使用されるが、本発明は界面動電現像
によりスメクタイト粒子を移動させるので、用水中に非
イオン性あるいはカチオン性不純物が含まれていても、
得られるスメクタイト濃縮物中の不純物量は少なくなる
ので、必ずしも高純度水を用いる必要はない。

【００１８】直流電圧を印加して電気泳動を行う前に、
スメクタイトの水スラリーに数Ｖ〜百数十Ｖ／ｃｍの交
流電圧を数分〜数時間印加したり、数Ｗ〜数十Ｗの超音
波処理を行って、スラリーの導電率を増大させることが
でき、これによって電気泳動によるスラリー濃縮時間を
短縮することができる。この前処理法は、特に濃縮すべ
きスメクタイトスラリーの１％のときの導電率が５０μ
Ｓより低い場合に有効で、これを５０μＳ以上、特に１
００μＳ以上として電気泳動を行うことが推奨される。

【００１９】以上のようにして電気泳動を行うことによ
り、スメクタイトが陽極上又は陽極室に濃縮、堆積する
ので、陽極に付着、析出した付着物（水素イオン型変性
スメクタイト）を掻き出す。このものはゲル状であり、
このままの状態で用いてもよく、乾燥して粉末として用
いることもできる。

【００２０】この場合、この水素イオン型変性スメクタ
イトとして、上記電気泳動条件を種々選定し、コントロ
ールして、１％純水スラリーのｐＨ、導電率が上記範囲
のものを採取することができる。

【００２１】本発明方法に従うと、低濃度のベントナイ
ト又はスメクタイトスラリーから高純度の水素イオン型
変性スメクタイトを高濃度で得ることができるので、工
業的なスメクタイトの製造方法として好適である。この
場合、ベントナイト又はスメクタイトスラリーを電気泳
動又は電気分解槽を用いて水素イオン型スメクタイトと
するとき、陽極にスメクタイトがゲル状に濃縮されるの
で、乾燥コストが低減し、スメクタイトスラリーの濃縮
法としてコストが大幅に削減される。また、スメクタイ
トスラリーを加熱乾燥して粉末状スメクタイトを得る場
合の前処理過程として、乾燥コストが下がるので非常に
有効である。更に、このようなスメクタイトゲルは最初
のスメクタイトスラリーが濃縮化しているので、スメク
タイトのスラリー乃至ゲル輸送の上でコストメリットも
あり、従って本発明の方法は、スラリー乃至ゲル輸送の
ための濃縮化として有用である。しかもこの場合、本発
明で得られたスラリー乃至ゲルは殺菌効果もあり、保存
上の効果も高いものである。

【００２２】得られた変性スメクタイトは構造的に変化
していないので、通常の精製スメクタイトと、酸性であ
ることを除けばほぼ同様の性質をもつため、従来のスメ
クタイトと同様の用途に有効に用いられる。更に、電気
泳動又は電気分解の過程でスメクタイト粒子の表面に付
着又は吸着した物質が除かれ、その吸着能は高められて
いるので、水道水、地下水及び廃水等からの不純物の除
去に用いられ、水中の硬度成分のみならず、溶解した有
機化合物等も吸着除去できる。

【００２３】なお、本発明の水素イオン型変性スメクタ
イトを水浄化剤として使用する場合、これの必要量を浄
化すべき水に添加し、撹拌後、該スメクタイト（水浄化
剤）を分離して浄化水を得る等の方法を採用することが
できる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の水素イオン型変性スメクタイト
は水中不純物の除去効果に優れ、水浄化剤として好適で
あり、また本発明の製造方法によれば、スメクタイトス
ラリーを効率よく濃縮することができ、かかる水素イオ
ン型変性スメクタイトを確実にかつ簡単に製造し得る。

【００２５】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具
体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限される
ものではない。

【００２６】〔実施例１〕モンモリロナイトが主要構成
成分であるスメクタイトスラリー（スメクタイト２％，
水９８％）を用い、通常の電気泳動装置により陽極に付
着したスメクタイトゲルを得た。この場合、陽極には白
金線、陰極にも白金線を使用し、電流０．１〜３Ａ、電
圧４〜３０Ｖの条件で電気泳動を行った。また、温度は
２５℃とし、２〜１０時間の電気泳動時間とし、実験番
号１〜８のスメクタイトゲルを得た。

【００２７】これらのスメクタイトゲルを１０５℃で乾
燥後、粉末とし、試料とした。種々の電気泳動条件で得
た試料１ｇを純水９８ｇ中に加えて作ったスラリーのｐ
Ｈと導電率、及び水道水２９９．７ｇに試料０．３ｇを
加えて得たスラリーの導電率と上澄部の蒸発残渣を調べ
た。この場合、蒸発残渣はスラリーを４日間静置し、透
明上澄部約１５０ｇを１０５℃で蒸発乾固して求めた。
結果を表１に示す。なお、比較のため、上記電気泳動で
用いた原料スメクタイトのスラリーの結果（実験番号
９）を表１に併記する。

【００２８】ここで、用いた水道水の導電率は３５５μ
Ｓ（２５℃）、蒸発残渣は２４５ｐｐｍであり、これと
表１の結果より、以下のことが明らかになった。

【００２９】即ち、実験番号１の試料の場合、その１％
純水スラリーはｐＨ＝５．３９、導電率＝９３．８μＳ
であり、これを水道水に加えた時、導電率は水道水のそ
れよりわずかに減少したが、蒸発残渣は増加した。実験
番号２〜８で示した１％純水スラリーがｐＨ＝３．４０
〜４．１２、導電率＝２２６〜１２３．４μＳの試料の
場合、水道水に加えると導電率、蒸発残渣共に減少し
た。実験番号９（参照１）で示した原料モンモリロナイ
トの場合は、導電率、蒸発残渣共に増加しており、従っ
て以上のことから、実験番号２〜８の酸型（水素イオン
型）変性スメクタイトは水中不純物の吸着能が大きく向
上したものであることが認められた。

【００３０】

【表１】

【００３１】〔実施例２〕実施例１と同様にしてモンモ
リロナイトを主要構成成分とするスメクタイトスラリー
を電気泳動して、表２に示すゲル状の酸型（水素イオン
型）変性スメクタイト（実験番号１０〜１４）を陽極に
付着させ、実施例１と同様にしてその評価を行った。こ
の場合、１％純水スラリー及び水道水０．１％スラリー
の作製は、ゲル状物の一部を１０５℃で蒸発乾固し、固
体濃度を求め、必要量を水に加えた。従って、水の一部
（純水の場合約１０ｇ、水道水の場合約３ｇ）はゲル状
物よりもたらされている。用いた水道水の導電率は３４
６μＳ（２５℃）、蒸発残渣は２３６ｐｐｍであった。
他の実験方法は乾燥粉末（表１）の場合と同様である。
その結果を表２に示す。

【００３２】表２の陽極に付着したゲル状の酸型（水素
イオン型）変性スメクタイト（未乾燥）の吸着能の結果
より、実験番号１０〜１４の原料がモンモリロナイトの
場合は、いずれも水道水中の不純物を吸着し、水を浄化
しているが、実験番号１０のｐＨ＝２．５９、導電率＝
９６２μＳの場合は、その吸着能は他の場合よりやや劣
っている。また、比較のために挙げた実験番号１５（参
照２）で示した原料がサポナイトの場合と実験番号１６
（参照３）で示した原料がヘクトライトの場合は、導電
率及び蒸発残渣共に増加しており、水を浄化する能力は
ないことを示している。

【００３３】即ち、表１，２の結果より、水中不純物を
吸着し、水を浄化するスメクタイトは、２．５＜ｐＨ＜
４．５、１２０μＳ＜導電率＜９５０μＳであるモンモ
リロナイトを原料とした水素イオン型変性スメクタイト
が好ましいことが認められた。

【００３４】

【表２】

【００３５】〔実施例３〕直径８ｃｍ，高さ２０ｃｍの
円筒状ガラス容器を準備し、これを電気泳動用容器とし
た。直径２ｍｍの白金線を用いて外径約６ｃｍの渦巻線
を２個作り、これらを電極として用いた。この１個を上
記容器の底面に置き、他の１個をその上方５ｃｍの高さ
の位置に設置した。底面上の一方の電極を直流電源の陽
極に接続し、他方の電極を陰極に接続した。

【００３６】このように用意した電気泳動用容器内に、
膨潤力が５８ｍｌ／２ｇのＮａ⁺型の天然スメクタイト
の２％スラリーを８００ｍｌ入れ、両電極間に３０Ｖの
直流電圧を印加した。なお、上記スラリーの調製にはイ
オン交換水を使用した。

【００３７】約８時間後、残存スラリー液を通電状態の
ままで除去し、陽極上に堆積したゲル状のスメクタイト
を回収した。

【００３８】このゲル状のスメクタイトを１０５℃で乾
燥して濃度を求めたところ、１２％であった。

【００３９】また、この乾燥スメクタイトを粉末化して
白色度を測定したところ、７８％であった。原料として
用いたスメクタイトの白色度は７３％であったので、電
気泳動により原料スメクタイトから着色成分が除去さ
れ、原料スメクタイトが濃縮されると共に、精製された
ことが認められた。

【００４０】〔実施例４〕膨潤力が４２ｍｌ／２ｇの天
然Ｎａ⁺型スメクタイトの３％スラリーをイオン交換水
を用いて調製し、実施例３と同様の方法で電気泳動濃縮
を行った。得られた濃縮ゲル状物の濃度は、１０５℃で
乾燥した結果、８．２％であった。

【００４１】〔実施例５〕粒子径が４４μｍ以下の天然
Ｃａ⁺⁺型スメクタイト粉末をイオン交換水に加えて４％
スラリーを調製し、実施例３と同様の方法で電気泳動濃
縮を行った。約１４時間後、スラリーが清澄化したの
で、通電下でスラリーを除去し、陽極上に堆積したゲル
状のスメクタイトを回収した。１０５℃で乾燥した結
果、ゲル状スメクタイトの濃度は３３．６％であった。

【００４２】〔実施例６〕実施例５と同じスメクタイト
を導電率が２５℃において２１０μＳの水道水に加え、
４％スラリーを調製し、実施例３と同様の方法で電気泳
動濃縮を行った。約７時間後にスラリーが清澄化したの
で、通電下でスラリーを除去し、陽極上に堆積したゲル
状のスメクタイトを回収した。１０５℃で乾燥した結
果、ゲル状スメクタイトの濃度は２８．８％であった。

【００４３】〔実施例７〕実施例５と同じスメクタイト
とイオン交換水とから１５％スラリーを調製し、これを
実施例３と同様の電気泳動用容器に入れ、まず１００Ｖ
の交流電圧を３０分間印加した。その後、実施例３と同
様の方法で電気泳動濃縮を行った。電気泳動濃縮の時
間、即ちスラリーが清澄化するのに要した時間は８時間
であり、また得られたゲル状のスメクタイト堆積物の濃
度は３２．６％であった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１重量％純水スラリーのｐＨが２．５〜
４．５であり、導電率が１２０〜９５０μＳであること
を特徴とする水素イオン型変性スメクタイト。
【請求項２】スメクタイト原料がモンモリロナイト又
はモンモリロナイトを主要成分とする粘土である請求項
１記載の水素イオン型変性スメクタイト。
【請求項３】請求項１又は２記載の水素イオン型変性
スメクタイトからなる水浄化剤。
【請求項４】スメクタイトの水スラリーを電気泳動し
て、陽極に濃縮堆積したゲル状物を採取することを特徴
とする水素イオン型変性スメクタイトの製造方法。
【請求項５】スメクタイトの水スラリーに交流電界を
かけて該スラリーの導電率を増大させた後、直流電界を
かけて電気泳動するようにした請求項４記載の製造方
法。