(57)【要約】【課題】吸着材内で被処理液体を均一に分散して流動させて、被処理液体中に含まれる特定の金属を吸着材の吸着層により効率良く捕捉する。【解決手段】  少なくとも一部に金属吸着繊維を含む複数の吸着層(1,1’)と、複数の吸着層(1,1’)間に配置されて隣り合う吸着層(1,1’)に融着した熱可塑性繊維を少なくとも一部に含む複数のバインダ層(2,2’)とを備える。吸着層(1,1’)とバインダ層(2,2’)との積層方向に平行に被処理液体を通過させる(41,51)とき、吸着層(1,1’)は、被処理液体中に存在する特定の金属を吸着し、積層方向に流動する被処理液体(41,51)は、吸着層(1,1’)よりも流動抵抗の高いバインダ層(2,2’)の手前又は内部で積層方向に対して横方向に分散して(41’)バインダ層(2,2’)を通過する(41”)ことにより、吸着効率を向上する。【選択図】図１
2014151242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部に金属吸着繊維を含む複数の吸着層と、
複数の吸着層間に配置されて隣り合う吸着層に融着した熱可塑性繊維を少なくとも一部に含む複数のバインダ層とを備え、
吸着層とバインダ層との積層方向に平行に被処理液体を通過させるとき、吸着層は、被処理液体中に存在する特定の金属を吸着し、
積層方向に流動する被処理液体は、吸着層よりも流動抵抗の高いバインダ層の手前又は内部で積層方向に対して横方向に分散してバインダ層を通過することを特徴とする吸着材。
【請求項２】
吸着層は、吸着材の積層方向に平行に、吸着層の一方の主面から他方の主面に貫通する複数の貫通孔を有する請求項１に記載の吸着材。
【請求項３】
吸着層は金属吸着繊維を使用したスパンレース不織布である請求項２に記載の吸着材。
【請求項４】
吸着材は、吸着層とバインダ層とが一体に２０〜２５０回筒状に巻回されて、中心部に空洞部が形成される筒状体であり、
筒状体の外面から内面に又は内面から外面に、被処理液体が径方向に通過する請求項１〜３の何れか１項に記載の吸着材。
【請求項５】
吸着層及びバインダ層の各密度は、筒状体の外面から内面に向けて徐々に増加する請求項４に記載の吸着材。
【請求項６】
バインダ層は、互いに融着した熱可塑性繊維を含む中央層と、中央層の両側に形成され、金属吸着繊維及び金属吸着繊維に融着した熱可塑性繊維を含む接着層とを備え、
接着層は、中央層より大きい積層方向の厚さを有する請求項１〜５の何れか１項に記載の吸着材。
【請求項７】
接着層は、吸着層から連続する貫通孔を有し、
接着層に形成される貫通孔は、中央層を挟んで隣り合う貫通孔とは整合しない請求項６に記載の吸着材。
【請求項８】
吸着層は、７０〜１００重量%の金属吸着繊維を含み、
金属吸着繊維は、繊維母材としてのレーヨン、ポリエチレン又はポリビニルアルコールと、ポリアリルアミン、ポリアリルアミンの誘導体、ポリエチレンイミン及びポリエチレンイミンの誘導体から選択される１種又は２種以上のキレート性高分子とを含む請求項１〜７の何れか１項に記載の吸着材。
【請求項９】
バインダ層の熱可塑性繊維は、ポリアミド、ポリエステル及びポリオレフィンから選択される１種又は２種以上を含む請求項１〜８の何れか１項に記載の吸着材。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか１項に記載の吸着材の吸着層とバインダ層との積層方向に対し平行に被処理液体を吸着材内に導入する過程と、
吸着層の金属吸着繊維により被処理液体中に含まれる特定の金属を吸着する過程とを含むことを特徴とする吸着法。
【請求項１１】
吸着材内に導入された被処理液体が吸着層を通りバインダ層に達するとき、被処理液体の一部は、実質的に９０°方向を変えて分散し、バインダ層の平面に沿って流動する過程を含む請求項１０に記載の吸着法。
【請求項１２】
更に、バインダ層の平面に沿って流動する被処理液体は、流動方向を実質的に９０°変えて、バインダ層内を流動する過程を含む請求項１０又１１に記載の吸着法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理液体中に含まれる金属を吸着する吸着材及び吸着法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
近年、天然存在比の少ないレアメタルのリサイクル技術が注目を集めている。稀有金属又は希少金属とも呼ばれるレアメタルは、リチウム（Ｌｉ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ガリウム（Ｇａ）、モリブデン（Ｍｏ）、インジウム（Ｉｎ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）等の有価金属を指称する。レアメタルを産出できない我が国では、外国からの輸入に頼らざるを得ず、効率良くレアメタルを回収して再利用する技術の開発が急務である。
【０００３】
メッキ工場、電子部品製造工場、金属精錬工場等の廃液中に溶解し又は含まれる金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）等の有価金属の回収・再利用は、循環型社会の構築、持続可能な環境の実現に必要不可欠である。また、工場廃液中にヒ素（Ａｓ）、カドミウム（Ｃｄ）等の有害金属を含む場合、有害金属を完全に除去しなければ、廃液を河川に放流できない。廃液中に溶解する貴金属、有価金属及び有害金属を回収・除去するために、特定の金属を選択的に回収できると共に、長期間回収効果が持続する金属吸着技術が望まれる。
【０００４】
被処理液体中に含まれ又は溶解する金属の回収及び除去技術として、粒状の金属吸着樹脂、例えば、イオン交換樹脂又はキレート樹脂中に金属溶解液を通水して金属を吸着させる方法が知られ、この方法では、金属吸着選択性の高いキレート樹脂を用いることが多い。特許文献１は、メッキ洗浄排水処理後の金属含有排水をキレート樹脂塔に通水して排水中の金属イオンをキレート樹脂に吸着させ、その後、鉱酸を含む溶離液をキレート樹脂に接触させて、吸着された金属イオンをキレート樹脂から溶離させて回収する金属回収法を開示する。
【０００５】
しかしながら、金属吸着樹脂を用いる前記方法では、所定形状の容器又はタンクに金属吸着樹脂を充填しなければ吸着処理を実施できず、被処理液体の処理量又は金属含有量に応じて、金属吸着樹脂の容量を変更するためには、充填容器のサイズを変更しなければならない。一方、金属吸着樹脂間を接着すれば、充填容器は不要となり金属吸着樹脂の容量を変更できるが、金属吸着樹脂が露出しない樹脂間の接着部分は、流動する被処理液体に接触しないために、吸着作用を十分に発揮することができない。一方、粒状の金属吸着樹脂を充分に接着しなければ、金属吸着樹脂が分離して、金属吸着樹脂だけでなく一度吸着した金属が被処理液体中に流出するおそれがある。
【０００６】
これに対し、不織布製の金属吸着材は、容器も接着剤も使用せず加工性に優れる繊維集合体を形成でき、現状では、金属吸着処理に使用されつつある。不織布製の金属吸着材を示す特許文献２は、吸着材粒子を含む不織布ウェブが複数巻回された円筒状の吸着材と、吸着材を包囲するハウジングと、吸着材の外表面に連通するハウジング入口と、吸着材の内部空洞に連通するハウジング出口とを備えるカートリッジフィルタを開示する。特許文献２では、金属を含む被処理液体を円筒状の吸着材の外表面から径方向の内部空洞に向けて、即ち、多重巻回された不織布ウェブの厚さ方向に通液して、被処理液体から金属成分が吸着除去される。
【０００７】
また、特許文献３は、融点１８０〜２１０℃の芳香族脂肪族ポリエステル樹脂（熱溶融繊維）を含む第１成分と、融点２５０℃以上の芳香族ポリエステル樹脂（濾過繊維）を含む第２成分とを混合し繊維混合ウェブを水流交絡処理してスパンレース不織布を形成し、第１成分の融点を１０℃下回る温度以上、第２成分の融点を２０℃以上下回る温度以下に加熱しながらスパンレース不織布を巻芯に巻回する筒状フィルタの製法を開示する。水流交絡処理とは、樹脂を溶融紡糸して得られた複数の単繊維を含むシートに、細い柱状の高圧水流（ウォータージェット）を噴射させ、繊維同士を物理的に結合させて不織布を製造する方法である。水流交絡処理により得られる不織布をスパンレース不織布と指称し、毛羽立ちが無く滑らかで肌触りが良い特徴を持つ。
【０００８】
特許文献３は、物理濾過（濁質成分除去）を行う筒状フィルタを示すが、添付の図６〜図８は、金属吸着成分を繊維化して金属吸着繊維を作成し、熱可塑性繊維の溶融により隣り合う金属吸着繊維間を結合した混合層(20,20’)を複数回巻して形成される不織布製の筒状吸着材(200)を示す。特に、図７は、金属吸着繊維と溶融した熱可塑性繊維とを混合して水流交絡処理又はニードルパンチ処理を施したスパンレース不織布又はニードルパンチ不織布により構成される混合層(20’)を示す。ニードルパンチ処理では、複数の突起状のかえしを有するニードルを複数の単繊維からなるシートに挿通しかつ引き抜くことにより、混在する金属吸着繊維及び熱可塑性繊維を互いに交絡させて結合し不織布が製造される。スパンレース不織布又はニードルパンチ不織布では、高圧水流又はニードル穿孔により厚さ方向に貫く貫通孔(27)が形成される。図７は、理解を容易にするため、混合層(20’)中の他の空隙を省略して貫通孔(27)の外形を明示する。
【０００９】
特許文献２の前記カートリッジフィルタでは、金属吸着が可能であるが、不織布ウェブに捕捉されている吸着材粒子が繊維化されていないため、通液時に不織布ウェブから離脱し又は溶出して、長時間の使用により、金属吸着特性が大幅に低下するおそれがある。また、特許文献２のカートリッジフィルタは、隣り合う不織布ウェブ間をバインダ層により接合しないため、多重に巻回された不織布ウェブ間を十分に固定し保持できず、筒状の形態を保持することが難しい。更に、繊維が均一に配列されていない不織布の吸着材では、織布と異なり、繊維の密度が不規則であり、被処理液体が局所的に流れ易い箇所と共に流れ難い箇所が生じて被処理液体が不均一に流動する難点がある。特に、多重に巻回された不織布ウェブの積層方向に被処理液体を流すとき、流れ難い箇所が生じることが多く、不均一な流れの発生が顕著に現れる。また、局所的な流動を分散させて均一化させることもできない。
【００１０】
図８に示す吸着材(200)も引用文献２同様に、図６及び図７に示す通り、不織布製の複数の混合層(20a,20b)が径方向に連続して配置されるため、混合層(20a,20b)の主面に対し不均一に被処理液体が混合層(20a,20b)を通じて流動すると共に、不均一な流動を均一な流動状態に回復させることもできない。即ち、図６では、積層した複数の混合層(20a,20b)間で同程度の流動抵抗値が生ずるため、被処理液体の流動が混合層(20a)に導かれ(41)、続いて次の混合層(20b)に浸入するときも直進的に流動が進み、混合層(20a,20b)間で流れを分散させて均一化させる作用が無い。
【００１１】
スパンレース不織布又はニードルパンチ不織布の製造工程により形成された図７に示す貫通孔(27)は、直線的な空隙を示し、他の混合層(20a’)に比べて流動抵抗が低いため、被処理液体が貫通孔(27)内部を優先的に流れて局所的な流動が生じる(51)。この流動(51)に連続する次の混合層(20b’)の部分と次の混合層(20b’)の最も近い貫通孔(27)とでは被処理液体の大量の流動が生じる(51’,51”)。それ以外の次の混合層(20b’)を通過する被処理液体の量はごく僅かである。このため、被処理液体が淀むデッドエリアと、貫通孔(27)及びそれに連続する部分のみ被処理液体が局所的に流動して被処理液体の金属成分が抜けるブレイクスルーとが生じる。図６及び図７に示す積層した混合層(20,20’)では局所的な流動を均一分散した流れに回復させることができない。これにより、被処理液体中の金属を長時間十分に捕捉することができず、また、一度捕捉した有価又は有害金属が溶出するおそれもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−２８５６５５公報
【特許文献２】特表２０１０−５３５６２１公報
【特許文献３】特開２００６−１５９１１８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで本発明は、被処理液体が吸着材内で均一に分散して、被処理液体中に含まれる金属を効率良く捕捉する吸着材及び吸着法を提供することを目的とする。また、本発明は、被処理液体の流動が吸着材内で集中しても被処理液体の流動を吸着材全体に拡散させて、吸着性能を長期間持続できる吸着材及び吸着法を提供することを目的とする。更に、一度吸着した金属を吸着処理中に脱離させない吸着材及び吸着法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による吸着材は、少なくとも一部に金属吸着繊維を含む複数の吸着層(1,1’)と、複数の吸着層(1,1’)間に配置されて隣り合う吸着層(1,1’)に融着した熱可塑性繊維を少なくとも一部に含む複数のバインダ層(2,2’)とを備える。吸着層(1,1’)とバインダ層(2,2’)との積層方向に平行に被処理液体を通過させる(41,51)とき、吸着層(1,1’)は、被処理液体中に存在する特定の金属を吸着し、積層方向に流動する被処理液体(41,51)は、吸着層(1,1’)よりも流動抵抗の高いバインダ層(2,2’)の手前又は内部で積層方向に対して横方向に分散して(41’)バインダ層(2,2’)を通過する(41”)。
【００１５】
本発明では、吸着材(10,10’,100)の吸着層(1,1’)とバインダ層(2,2’)との積層方向に対し平行に被処理液体を通過させると、被処理液体中に存在する特定の金属を吸着層(1,1’)により吸着できる。積層方向に流動する被処理液体（41,51）は、吸着層(1,1’)よりも流動抵抗の高いバインダ層(2,2’)の手前又は内部で、流動方向に対して横方向に逸れて(41’)分散してバインダ層(2,2’)及び吸着層(1,1’)を通過する(41”)。このため、被処理液体が部分的に集中せず、吸着層(1,1’)の全面で均一に特定の金属を効率よく吸着でき、しかも吸着材の耐用時間を延長することができる。
【００１６】
また、各バインダ層(2,2’)の溶融し固化した熱可塑性繊維は、吸着層(1,1’)に対し強固に融着するので、吸着層(1,1’)とバインダ層(2,2’)とを含む吸着材(10,10’,100)を一体に取り扱うことができ、吸着層(1,1’)とバインダ層(2,2’)とが分離する不測の事態は発生しない。このため、金属吸着繊維が離脱せず一度吸着された金属が溶出しない。何らかの理由により金属が溶出しても、本発明では、吸着層(1,1’)をバインダ層(2,2’)により挟み込む構成のため、溶出金属を閉じ込め、吸着層(1,1’)により再吸着を容易に行う。
【００１７】
本発明による吸着法は、吸着材(10,10’,100)の吸着層(1,1’)とバインダ層(2,2’)との積層方向に対し平行に被処理液体を吸着材(10,10’,100)内に導入する過程と、吸着層(1,1’)の金属吸着繊維により被処理液体中に含まれる特定の金属を吸着する過程とを含む。積層方向に平行に流動する被処理液体は、より流動抵抗の高いバインダ層(2,2’)の平面に衝突するので、平面に沿って広がり、吸着材(10,10’,100)全体に均一な流れを形成する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、吸着材に被処理液体を導入したとき、被処理液体は、吸着材全体に均一に拡散して流動するので、吸着材全体で金属吸着性能が生じて、被処理液体中に含まれる特定の金属を効率的かつ確実に吸着でき、レアメタルのリサイクル、有害金属の吸着処理に有効である。また、被処理液体を吸着材全体に均一に拡散するので、金属の捕捉量が大きく再利用し易く、吸着材の長寿命化を図ることができる。更に、本発明では、局所的に集中して流動する被処理液体をその後均一流動に回復させることができるため、有価又は有害金属が吸着材から抜け出すブレイクスルーを回避でき、処理液も有効かつ安全に再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による吸着材の第１の実施の形態を示す概略断面図
【図２】本発明による吸着材の第２の実施の形態を示す概略断面図
【図３】本発明による吸着材（筒状吸着材）の第３の実施の形態を示す斜視図
【図４】通液試験による飽和に対する吸着率と金属除去率の関係を示すグラフ
【図５】通液試験後の吸着材の断面図
【図６】従来の吸着材を示す概略断面図
【図７】従来の他の吸着材を示す概略断面図
【図８】従来の筒状吸着材を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明による吸着材及び吸着法を被処理液体中の金属吸着処理に適用する実施の形態を図１〜図３について以下説明する。
【００２１】
本発明による吸着材(10)の第１の実施の形態では、図１の概略断面図に示すように、金属吸着繊維を少なくとも一部含む複数の吸着層(1)と、複数の吸着層(1)間に配置されて隣り合う吸着層(1)に熱融着した熱可塑性繊維を少なくとも一部に含む複数のバインダ層(2)とを備える。吸着層(1)とバインダ層(2)との積層方向に平行に被処理液体を通過させる(41)とき、吸着層(1)の金属吸着繊維は、被処理液体中に存在する特定の有価又は有害金属を吸着する。吸着は、ファンデルワールス力（分子間力）による物理吸着と、化学結合（静電相互作用及び配位結合）による化学吸着との何れか又は両方を含む。また、積層方向に流動する被処理液体(41)は、吸着層(1)よりも流動抵抗の高いバインダ層(2)の内部で積層方向に対して横方向に広がり、即ちバインダ層(2)の平面方向全体にわたって分散して(41’)、バインダ層(2)を通過し(41”)、更に次の吸着層(1)を通過する。
【００２２】
吸着層(1)は、金属吸着繊維を７０〜１００重量%含み、吸着層(1)の全てを金属吸着繊維により構成するか又は必要に応じて３０重量%以内で熱可塑性、耐水性、柔軟性及び／又は平滑性等の機能を有する繊維を混合してもよい。また、単一の金属のみならず複数の金属を吸着する金属吸着繊維を使用できる。金属吸着繊維は、繊維母材としてのレーヨンと、ポリアリルアミン（化１）、ポリアリルアミンの誘導体、ポリエチレンイミン（化２）及びポリエチレンイミンの誘導体から選択される１種又は２種以上のキレート性高分子とを含む。金属吸着繊維が金属吸着能を発揮できれば、その繊維母材はレーヨンに限定されず、ポリエチレン、ポリビニルアルコール等を用いても良い。本発明の吸着材(10)は、吸着層(1)の一方及び他方の主面(11a,11b)をバインダ層(2)により被覆する構成のため、吸着繊維と熱可塑性繊維とが混在する従来の混合層(20,20’)に比べ、キレート性高分子が母材のレーヨンから流出し難く、吸着性能が長期間持続する。
【００２３】
例えば湿式混合紡糸法や溶融紡糸法により、キレート性高分子と、レーヨン、ポリエチレン又はポリビニルアルコールの繊維母材とを化学的に結合させて金属吸着繊維を形成する。以下、ポリアリルアミン（化１）及びポリエチレンイミン（化２）の化学構造式を示す。
【００２４】
【化１】
2014151242.tif 000003
【００２５】
【化２】
2014151242.tif 000004
【００２６】
例えば、平均分子量２,０００〜１００,０００のポリアリルアミン又は平均分子量６００〜１５０,０００のポリエチレンイミンを含む金属吸着繊維は、回収及び除去が不要なナトリウム（Ｎａ）、カルシウム（Ｃａ）及びマグネシウム（Ｍｇ）を吸着せず、ヒ素（Ａｓ）、金（Ａｕ）、カドミウム（Ｃｄ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）等を選択的に吸着する。吸着のメカニズムは、アミンによる静電相互作用及び配位結合である。ポリアリルアミン及びポリエチレンイミンの各誘導体として、以下に化学構造式を示すＮ−カルボキシメチル化ポリアリルアミン（化３）又はＮ−カルボキシメチル化ポリエチレンイミン（化４）を用いる。
【００２７】
【化３】
2014151242.tif 000005
【００２８】
【化４】
2014151242.tif 000006
【００２９】
Ｎ−カルボキシメチル化ポリアリルアミン又はＮ−カルボキシメチル化ポリエチレンイミンを含む金属吸着繊維は、カドミウム（Ｃｄ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）等の遷移元素、ランタノイド、アクチノイド等の希土類元素を選択的に吸着する。
【００３０】
吸着層(1)の金属吸着繊維以外の繊維として、熱溶融した後の芯鞘複合繊維を３０重量%以下含んでもよい。芯鞘複合繊維は、芯部と芯部を被覆する熱融着性の鞘部とを有し、吸着層(1)を構成する吸着シートの製造工程で、加熱により芯鞘複合繊維の鞘部が溶融される。吸着層(1)中の吸着繊維が７０重量%より少ないと金属の吸着特性が十分に得られない。
【００３１】
吸着層(1)に含まれる芯鞘複合繊維の芯部−鞘部の組み合わせは、例えば、ポリプロピレン−エチレンビニルアルコール、ポリプロピレン−ポリエチレン、ポリプロピレン−ポリエチレン、高融点ポリエステル−低融点ポリエステル又はポリエーテルエステル系エラストマー−ポリブチレンテレフタレートである。吸着層(1)を構成する吸着シートの製造工程により温度９０〜１６０℃で鞘部を熱溶融し固化させた芯鞘複合繊維間に金属吸着繊維を保持する。
【００３２】
バインダ層(2)を全て熱可塑性繊維により構成するか又は必要に応じて金属吸着性、耐水性、柔軟性及び／又は平滑性の機能を有する繊維を混合してバインダ層(2)を形成してもよい。熱溶融によりバインダ層(2)を形成する熱可塑性繊維として、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン等を使用する。本実施の形態では、熱可塑性繊維を温度１１０〜２００℃に加熱し溶融させて一対の吸着層(1)間を強固に結合する。熱可塑性繊維が熱融着し固化してバインダ層(2)を形成するとき、バインダ層(2)全体の空隙を密閉しない程度に熱融着により空隙を縮小し又はバインダ層(2)の空隙の一部分を閉塞して、バインダ層(2)内の流動抵抗が吸着層(1)内より高く形成される。１７０〜２００℃の高温で加熱すれば、熱可塑性繊維の溶融が促進され空隙が縮小されて、より流動抵抗の高いバインダ層(2)を形成することができる。別法として、バインダ層(2)を吸着層(1)に比べ繊維量を増量し高密度の繊維から形成して、バインダ層(2)の流動抵抗を増加してもよい。
【００３３】
吸着材(10)のバインダ層(2)は、互いに融着した熱可塑性繊維を含む中央層(15)と、中央層(15)の両側に形成され、金属吸着繊維及び金属吸着繊維に融着した熱可塑性繊維を含む接着層(14)とを備える。接着層(14)は、金属吸着繊維と熱可塑性繊維とが混在し、溶融した熱可塑性繊維が固化した状態で金属吸着繊維を保持する。接着層(14)は、中央層(15)より大きい積層方向の厚さを有する。流動抵抗の高いバインダ層(2)の中央層(15)を極力薄く形成すると同時に、中央層(15)より流動抵抗の低い接着層(14)を厚くすると、金属吸着性及び液体流動性に優れた吸着材(10)を形成することができる。
【００３４】
前記吸着材(10)の製法では、最初に、例えば湿式混合紡糸法により、レーヨンにキレート性高分子を含む金属吸着繊維を形成する。金属吸着繊維の短繊維を搬送装置に投入し、カード機により開繊（繊維束・トウ等の繊維の束を薄く又は平たく加工する技術）し吸着ウェブが形成される。次に、吸着ウェブの金属吸着繊維間の繊維をそれぞれ三次元的に結合させて、吸着ウェブを圧縮することにより、厚さ０.０４〜０.４mmの吸着シートが形成される。金属吸着繊維と共に芯鞘複合繊維を混入させる場合、吸着ウェブを繊維結合処理後に温度９０〜１６０℃に加熱し芯鞘複合繊維の鞘部を溶融させて吸着シートが形成される。この場合、金属吸着繊維と芯鞘複合繊維とは加熱溶融によっても接着せず、溶融した鞘部を介して芯部同士のみで接着する。即ち、金属吸着繊維は、芯鞘複合繊維に対して物理的に絡んだ状態のみを維持するので、金属吸着繊維の表面積を減少させずかつ吸着性能を低減しない。
【００３５】
その後、熱可塑性繊維を０.０２〜０.４mmの厚さで前記吸着層上に配置し重ね合わせ、吸着シートと熱可塑性繊維とが互いに接触する状態で加熱し圧力を加えると、熱可塑性繊維が溶融して、隣り合う吸着シート間が融着されると同時に吸着シートと熱可塑性繊維とが圧密化される。これにより、バインダ層(2)が形成される。圧密化に要する圧力と温度は、通液量及び除去する金属の含有量に応じて適宜調整できるが、本実施の形態では、圧縮前の５／１０〜９／１０の厚さに圧縮することが好ましい。圧縮状態で溶融した熱可塑性繊維を冷却固化することにより、複数の吸着層(1)と、吸着層(1)に対し交互に配置される複数のバインダ層(2)とを備える厚さ０.０４〜０.８mmの図１に示す吸着材(10)が得られる。
【００３６】
第１の実施の形態による吸着材(10)を用いた吸着法では、最初に、吸着層(1)とバインダ層(2)との積層方向と平行に被処理液体を吸着材(10)内に導入する(41）。吸着材(10)内に導入された(41)被処理液体が吸着層(1)を通りバインダ層(2)に達したとき、被処理液体の一部は、バインダ層(2)の内部、即ち、中央層(15)の手前の接着層(14)で実質的に９０°方向を変えて分散する(41’)。方向を変えた被処理液体は、バインダ層(2)の中央層(15)平面に沿って分散し流動し(41’)、吸着層(1)を積層方向に進む他の被処理液体に押されて更に流動方向を実質的に９０°変え、バインダ層(2)内を均一に流動し(41”)、次の吸着層(1)でも均一分散した状態で流動する。これにより、被処理液体中に溶解して含まれる有価又は有害金属を吸着層(1)の金属吸着繊維により効率良く吸着することができる。
【００３７】
図１に示す吸着材(10)の吸着法では、バインダ層(2)内部の接着層(14)で被処理液体が分散する例を図示したが、バインダ層(2)の内部及び手前の両方又は手前のみで被処理液体が分散するように、バインダ層(2)の熱可塑性繊維の溶融温度又は繊維密度を調整することにより流動抵抗値を調整して、バインダ層(2)の中央層(15)及び接着層(14)を形成してもよい。
【００３８】
図２は、本発明による吸着材(10’)の第２の実施の形態の概略断面図を示す。吸着材(10’)は、金属吸着繊維を使用したスパンレース不織布であり、吸着層(1’)とバインダ層(2’)との積層方向に平行に、吸着層(1’)の一方の主面(11a’)から他方の主面(11b’)に貫通する複数の貫通孔(17)を備える。貫通孔(17)は、繊維中、周囲に比べて空隙率が高いほぼ直線状の空隙部であり、高圧水流（ウォータージェット）を用いる繊維交絡工程（水流交絡処理）により形成される。実際には、貫通孔(17)と他の空隙との境界が不明確の部分も多いが、図２では貫通孔(17)の外形を明確化して視覚的に分かり易く示す。本第２の実施の形態では、貫通孔(17)を吸着層(1’)及び接着層(14’)に設けた以外の構成及び作用は、図１に示す第１の実施の形態と実質的に同一である。
【００３９】
図２に示す第２の実施の形態では、吸着層(1’)に形成される貫通孔(17)により流動抵抗を減少し、吸着材(10’)を通る被処理液体の流量を増加させることができる。同時に、被処理液体が局所的に流動する貫通孔(17)を有する吸着層(1’)に隣接して貫通孔の無いバインダ層(2)を設けることにより、被処理液体は、より流動抵抗の高いバインダ層(2)の手前又は内部で分散して、吸着材(10’)全体に均一な流れを形成することができる。これにより、被処理液体中に含まれる金属を効率良く捕捉すると共に、吸着性能を長期間持続することができる。
【００４０】
バインダ層(2’)は、図１の前記吸着材(10)と同様に、互いに融着した熱可塑性繊維を含む中央層(3’)と、中央層(15)の両側に形成され、金属吸着繊維と金属吸着繊維に融着した熱可塑性繊維とを含む接着層(14’)とを備え、図２に示す通り、接着層(14’)は、吸着層(1’)から連続する貫通孔(17)を有する。このため、被処理液体の通水量が増加する。また、接着層(14’)に形成される貫通孔(17)は、中央層(3’)を挟んで隣り合う貫通孔(17)とは位置的に整合しないため、被処理液体が横方向に拡散して吸着性能を向上する。
【００４１】
図２に示す吸着材(10’)の製法では、高圧水流の噴射により繊維シートの金属吸着繊維間の繊維を三次元的に交絡させる以外は、図１の吸着材(10)の製法と実質的に同一である。高圧水流は、繊維シートを突き抜けるため、水流が通過した空隙が吸着層(1’)内に貫通孔(17)として形成される。
【００４２】
図２は、被処理液体を吸着層(1’)の最初の層に導入するとき、被処理液体の大部分が低流動抵抗の貫通孔(17)内を通過して発生する流動集中(51)を示す。流動集中(51)は、貫通孔(17)により発生する場合の他、カートリッジ装置の構造上欠陥等に起因して、不規則な流れにより部分的に発生する場合もある。本実施の形態では、被処理液体の流動集中(51)が高流動抵抗のバインダ層(2’)手前又は内部で分散し(41’)、バインダ層(2’)の平面方向全体に被処理液体が拡散してバインダ層(2’)及び吸着層(1’)を通過する(41”)。このため、貫通孔(17)内に沿って流動集中が発生(51)しても、被処理液体が拡散し集中を回避して流れる(41’)ので、結果的に金属の吸着性能を向上し長期間持続することができる。即ち、バインダ層(2’)は、液体分散機能を発揮するので、不均一な被処理液体の流れが局所的に発生しても、均一な流れを回復し、吸着層(1)全体を使用して有効に吸着処理を行うことができる。また、図２とは異なり、吸着層(1)全体に均一に被処理液体が流れる正常な状態でも、本発明では、液体分散機能により、より一層、均一な被処理液体の流れを形成し吸着能を長期間持続することができる。
【００４３】
図３は、図１又は図２の吸着材(10,10’)を複数巻回して形成された第３の実施の形態による筒状吸着材(100)を示す。筒状吸着材(100)は、吸着層(1,1’)とバインダ層(2,2’)とが一体に２０〜２５０回筒状に巻回されて、中心部に空洞部(21)が形成される筒状体であり、筒状体の外面(32)から内面(33)に又は内面(33)から外面(32)に、被処理液体が径方向に通過する。図３では、筒状吸着材(100)の外面(32)から内面(33)に被処理液体が流動する(41,51)例を示す。本実施の形態では、吸着層(1,1’)及びバインダ層(2,2’)を巻回して筒状体を形成するため、吸着装置のハウジングの大きさ、被処理液体の処理量、金属含有量等に応じて、筒状吸着材(100)の大きさ及び巻数を適宜選択することができる。
【００４４】
図３の筒状吸着材(100)は、図１又は図２に示す吸着材(10,10’)から構成されるため、図１及び図２の吸着材(10,10’)の分散特性は同様に得られる。また、吸着層(1,1’)及びバインダ層(2,2’)の各密度を筒状体の外面(32)から内面(33)に向けて徐々に増加させて筒状吸着材(100)を構成することにより、均一に被処理液体を分散させ、吸着層(1,1’)全体で確実に金属吸着を行うことができる。
【００４５】
図３の筒状吸着材(100)の製造法では、図１の吸着材(10)の製法で示した吸着シート上に、熱可塑性繊維を厚さ０.０２〜０.４mmで配置して、吸着シートと熱可塑性繊維とが互いに接触する状態で加熱し圧力を加え、図１又は図２に示す吸着材(10,10’)を形成すると共に巻芯（図示せず）上を２０〜２５０回巻き回す。圧縮状態で加熱溶融した熱可塑性繊維を冷却固化して巻芯を除去すれば、複数の吸着層(1,1’)と、吸着層(1,1’)に対し交互に配置される複数のバインダ層(2,2’)とを備え、中心部に円形断面の空洞部(21)を有する図３の筒状吸着材(100)が得られる。
【００４６】
図３に示す筒状吸着材(100)の吸着法では、被処理液体を筒状吸着材(100)の外面(32)から内面(33)に向けて導入する(41）。本実施の形態でも図１及び図２の吸着材(10,10’)と同様の液体流動特性及び吸着メカニズムを有する。即ち、導入された被処理液体は、吸着材(10,10’)を通り、バインダ層(2)の手前又は内部で分散して流動し(41’)、バインダ層(2)及び次の吸着層(1,1’)を均一に拡散して流動する。この結果、被処理液体が流れ難いデッドエリアが形成されず、被処理液体が局所的に流動して被処理液体の金属成分が抜けるブレイクスルーを十分に抑止することができる。また、筒状体の外部から空洞部(21)に向けて径方向内側に被処理液体を流動させると、流入面積の大きい外周面(32)全体から被処理液体を吸着材(100)に流入するので、詰まりによる圧力損失を抑制することができる。
【００４７】
第１〜第３の実施の形態に本発明の最良の実施の形態を示したが、本発明では、これらに限定されない。例えば、高圧水流による水流交絡処理により吸着層(1’)を形成する代わりに、ニードルの挿通により吸着層を形成してもよい。
【実施例】
【００４８】
本発明による吸着材(10’)を巻回して形成された筒状吸着材(100)の通液試験を行った実施例を以下説明する。
【００４９】
筒状吸着材の製造
Ｎ−カルボキシメチル化ポリアリルアミンからなる金属吸着繊維をカード機に投入し開繊して吸着ウェブを形成し、水流交絡処理により、吸着ウェブに高圧水流を噴射して金属吸着繊維間を三次元的に交絡させた。水流交絡処理では、吸着ウェブの幅方向に１mm間隔に配列された噴射孔径０.１mmの複数のノズルを吸着ウェブ上方に３列及び下方に２列設けて、吸着ウェブの上面側に８MPa、３MPa及び３MPaの高圧水流を噴射し、下面側に５MPa及び３MPaの高圧水流を噴射した。吸着ウェブを水流交絡処理した後、３秒間ローラプレスして、目付量５０g/m2の吸着シートを得た。
【００５０】
前記吸着シート上にポリアミド熱可塑性短繊維を目付量３０g/m2で重ねて、１８０℃に加熱し圧縮して、吸着層(1’)及びバインダ層(2’)を備える厚さ０.１６mmの吸着材(10’)を形成した。吸着層(1’)とバインダ層(2’)との厚さの割合は約１：１である。この吸着材(10’)を巻芯上で１５０回巻き回して冷却し、内径３０mm、外径７０mm及び高さ（吸着及びバインダウェブの幅方向長さ）２４８mmの本発明による筒状吸着材(100)を得た。筒状吸着材(100)の通気度は９５cm3/cm2・secである。
【００５１】
他方、Ｎ−カルボキシメチル化ポリアリルアミンからなる金属吸着繊維とポリアミド熱可塑性繊維とを混綿しカード機に投入し開繊して混合ウェブを形成し、前記本発明の筒状吸着材(100)形成と同様の水流交絡処理により、混合ウェブに高圧水流を噴射して繊維間を三次元的に交絡させた。水流交絡処理では、混合ウェブの幅方向に１mm間隔に配列された噴射孔径０.１mmの複数のノズルを混合ウェブ上方に３列及び下方に２列設けて、混合ウェブの上面側に８MPa、３MPa及び３MPaの高圧水流を噴射し、下面側に５MPa及び３MPaの高圧水流を噴射した。混合ウェブを水流交絡処理した後、３秒間ローラプレスして、金属吸着繊維と熱可塑性繊維とが混在した厚さ０.０８mm、目付量４０g/m2の混合シートを得た。
【００５２】
前記混合シートを巻芯上で１８０℃に加熱し圧縮して３００回巻き回し冷却することにより、混合層(20,20’)を備え内径３０mm、外径７０mm及び高さ（混合層(20,20’)の幅方向長さ）２４８mmの図８に示す従来の筒状吸着材(200)を得た。筒状吸着材(200)の通気度は１３０cm3/cm2・secである。従来の筒状吸着材(200)は、本発明の筒状吸着材(100)と同一量の金属吸着繊維及び熱可塑性繊維を使用し、同一外径及び質量である。
【００５３】
通液試験
本発明の筒状吸着材(100)をカートリッジ内に配置し、外面(32)から内面(33)の方向に試験溶液（イオン交換水に硫酸銅五水和物を溶解し、酢酸アンモニウム溶液によりｐＨ５.５に調製した５０mg/L銅水溶液）を通液し、他方、従来の筒状吸着材(200)をカートリッジ内に配置し、外面(132)から内面(133)の方向に試験溶液を通液し、それぞれ金属除去特性の試験を行った結果を図４のグラフに示す。図４の横軸に示す飽和に対する吸着率[%]は、筒状吸着材(100,200)に含有する吸着成分（Ｎ−カルボキシメチル化ポリアリルアミン）の理論吸着量に対する実際の吸着量の割合を表す。縦軸に示す金属除去率[%]は、筒状吸着材(100,200)を１回通過したときの金属（銅）の除去率を示す。
【００５４】
通液試験の結果
図４より、本発明の筒状吸着材(100)では、飽和に対する吸着率が６０%まで、金属除去率が１００%を維持し続け、飽和に対する吸着率が８５%を超えてもなお、金属除去率が５０%以上を維持した。従って、本発明による筒状吸着材(100)では、飽和に近い吸着率（８５%）でも継続的に金属吸着処理に使用でき、筒状吸着材(100)全体を使用して銅の吸着処理が行われ、銅の吸着能が長時間持続することを確認できた。
【００５５】
一方、従来の筒状吸着材(200)では、飽和に対する吸着率が２５%の時点で金属除去率が１００%を下回り銅成分が既に処理液に抜け出し、飽和に対する吸着率が３２%のとき、金属除去率が５０%を下回った。従って、従来の筒状吸着材(200)では、溶液と十分に接触しない金属吸着繊維が存在し、筒状吸着材(200)の一部でしか銅の吸着処理が行われていないことを確認できた。
【００５６】
通液試験の終了後、本発明の筒状吸着材(100)及び従来の筒状吸着材(200)を高さ方向に切断した断面図を図５に示す。図５(ａ)の本発明による筒状吸着材(100)は、全体にわたって被処理液体が均一に分散して流動したことを示し、金属の吸着性能を長期間持続できたことの証左となる。これに対し、図５(ｂ)の筒状吸着材(200)は、一部の特定の流路を形成し、その流路のみで被処理液体が流動するブレイクスルーを生じたため、被処理液体が流動しないデッドエリアが形成され、短時間で金属を吸着できなくなったことが明確に分かる。
【００５７】
前記実施例では、図２の吸着材(10’)を巻回して得られた本発明の図３の筒状吸着材(100)を用いたが、図１の吸着材(10)により図３の筒状吸着材(100)を形成しても同様又はそれ以上の結果が得られると考える。即ち、図１の吸着材(10)は、貫通孔を含まないため、貫通孔に起因する被処理液体の流動集中が起こらず、バインダ層(2)により被処理液体の分散特性は十分に発揮されるため、図２の吸着材(10’)を用いた前記実施例より、吸着材(10)全体に被処理液体が拡散し、金属吸着の持続効果は高いことが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の吸着材及び吸着法は、レアメタル及び有価金属のリサイクル技術だけでなく、工場廃液処理、飲料水製造、純水製造、地下汚染水浄化、大気汚染浄化にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
(1,1’)・・吸着層、  (2,2’)・・バインダ層、  (10,10’,100)・・吸着材、  (14,14’)・・接着層、  (15,15’)・・中央層、  (17)・・貫通孔、  (32)・・外面、  (33)・・内面、  (21)・・空洞部、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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