(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化珪素および酸化アルミニウムを主成分とし、その他少なくともアルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物が５重量％以上、３０重量％以下の割合で混合されている鉱石粒からなる多孔質セラミック構造物に、全体に対し１０重量％以上、６５重量％以下の割合の活性炭と、全体に対し０．１重量％以上、５重量％以下の割合の抗菌金属と、が混合されて焼結されていることを特徴とする吸着セラミック。
【請求項２】
上記多孔質セラミックの構造物となる鉱石粒と、活性炭粒と、抗菌金属と、これらを接合する粘土またはフリットガラスからなるバインダと、を混ぜ、これを所定の形状に成形して焼成してなることを特徴とする請求項１に記載の吸着セラミック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、汚れた空気や水等の流体に含まれている臭い成分や有害成分、その他の不純物を吸着して濾過するのに優れた吸着セラミックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、水源地の汚染による飲料水の品質低下が問題にされており、水道水に有毒物質、微生物、かび、ウイルス、農薬、重金属などの汚染物質が混入することが心配されている。
しかし、水道水には殺菌材として塩素が投入されており、これにより雑菌等は消毒されている。水道水にこのような塩素を混合することは義務付けられており、水道管末端の蛇口からでる水の中には塩素が０．１ＰＰＭ以上混ざってなければならないと決められている。このため、蛇口から出る水には塩素が残留しており、これにより雑菌に対する安全性が保たれている。
ところが、塩素を混合した場合、塩素とアンモニアが結合してカルキ臭が発生する。水源の汚染がひどくなればなるほど、アンモニアが発生し塩素の使用量が多くなり、カルキ臭が強く感じられるようになる。
また、残留塩素はフミンという物質と結び付いてトリハロメタンを発生し、このトリハロメタンは発ガン物質であることが知られている。
さらに、水源の汚染がひどくなると、水道水にかび臭さが残る場合もある。
【０００３】
このような水道水の品質対策として、活性炭による濾過が有効であるといわれている。活性炭は、組織の中に多数の微細な空孔が形成されており、よって多孔質構造をなしているため優れた吸着作用があり、この空孔内に塩素、農薬、ウィルス、洗剤、かび臭、カルキ臭、鉄や銅、亜鉛、鉛、マンガンなどの重金属などを捕獲して水を濾過する作用がある。よって、一般家庭では活性炭入り浄水器や活水器などを設置するなどの対策がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、活性炭は残留塩素を除去するには有効であるが、トリハロメタンを取るには万全でないといわれている。これはトリハロメタンの分子径および水溶解度が活性炭の細孔径よりも小さいことが原因と考えられている。
すなわち、トリハロメタンは、ハロゲン元素が３元素置換されたメタンを意味するが、水質分野では、クロロホルム（ＣＨＣｌ３  ）、ジクロロブロモメタン（ＣＨＢｒＣｌ２  ）、クロロジブロモメタン（ＣＨＢｒ２  Ｃｌ）、ブロモホルム（ＣＨＢｒ３  ）の４物質に対する総称として使用されており、わが国の水道水にはクロロホルムの混合濃度が最も多く、臭素の使用が少ないことからブロモホルムはほとんど検出されない。そして、分子径および水溶解度は、クロロホルムが最も小さく、以下ジクロロブロモメタン、クロロジブロモメタン、ブロモホルムの順である。このため、クロロホルムに代表されるトリハロメタンは、活性炭では除去し切れないと考えられている。
したがって、トリハロメタンの除去が課題となっている。
【０００５】
また、活性炭はアンモニアを吸着できない性質があり、残留塩素とアンモニアとの結合を阻止できず、よってカルキ臭の発生を防止できないという問題もある。
【０００６】
一方、活性炭は、前記したように種々の物質を効果的に吸着する性質があり、このような吸着性能は捨て難い。しかし、活性炭の他の問題として、吸着した物質、とくに微生物やかび、バクテリアなどが空孔内にとどまって雑菌が繁殖する原因になる。つまり、例えば活性炭入り浄水器は不使用時間が長くなると、雑菌が繁殖し、不衛生であることが指摘されている。
これに対し、抗菌活性炭が開発されている。抗菌活性炭は活性炭に銀、銅または亜鉛からなる抗菌金属を混ぜたもので、これら抗菌金属の殺菌、滅菌作用により雑菌の繁殖を阻止したものである。
しかし、従来の抗菌活性炭は、活性炭に銀や銅を塗布したり、銀や亜鉛の粒を混合したものであり、このような構造の場合、水に基準値以上の抗菌金属が溶出するという問題がある。
【０００７】
さらに、活性炭はそのほとんどが粒や粉末形状であり、所定の形に成形することができない。所定の形にするにはその形の容器に入れて用いる必要があり、このことは使用範囲が限られるという不便さを残す。
【０００８】
本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、その目的とするのは、活性炭のもつ高い吸着性能を有効に利用し、かつアンモニアやトリハロメタンの吸着性に優れ、しかも取り込んだ雑菌の繁殖を防ぎ、任意形状に成形可能な吸着セラミックを提供しようとするものである。
【０００９】
なお、本発明の吸着セラミックは水道水の濾過による浄化の目的に使用されることには限らず、その他、プール、浴場等の水の循環浄化、工場の排水処理などの液体を対象とるばかりでなく、冷蔵庫やトイレ下駄箱などの脱臭、消臭のように、気体を対象とした濾過材などにも使用することができる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、酸化珪素および酸化アルミニウムを主成分とし、その他少なくともアルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物が５重量％以上、３０重量％以下の割合で混合されている鉱石粒からなる多孔質セラミック構造物に、全体に対し１０重量％以上、６５重量％以下の割合の活性炭と、全体に対し０．１重量％以上、５重量％以下の割合の抗菌金属と、が混合されて焼結されていることを特徴とする吸着セラミックである。
【００１２】
請求項２の発明は、上記多孔質セラミックの構造物となる鉱石粒と、活性炭粒と、抗菌金属と、これらを接合する粘土またはフリットガラスからなるバインダと、を混ぜ、これを所定の形状に成形して焼成してなることを特徴とする請求項１に記載の吸着セラミックである。
【００１６】
【作用および効果】
請求項１の発明によれば、鉱石粒からなる多孔質セラミック構造物に、活性炭および抗菌金属が混合されて焼結されているから、活性炭が本来備える細孔により吸着作用を奏し、活性炭が得意とする残留塩素や農薬、ウイルス、洗剤、かび臭、カルキ臭、その他の臭い成分、鉄や銅、亜鉛、鉛、マンガンなどの重金属などを捕獲するとともに、これに加えて、多孔質セラミック構造体も空隙を有し、この空隙内に上記活性炭が不得手とするアンモニアなどを吸着する。よって活性炭のもつ吸着作用と多孔質セラミックの吸着作用が共に働いて、種々の臭い成分や有害物質その他の不純物を良好に吸着する。
特に、多孔質セラミック構造物は、少なくともアルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物を５重量％以上、３０重量％以下含有しているから、トリハロメタンの吸着に有効である。この原因は定かでないが、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を含むことがトリハロメタンの発生を抑止することが実験により確認されている。この場合、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物が５重量％未満であるとトリハロメタンの吸着に効果がなく、また３０重量％を超えると、多孔質セラミック構造物の主体をなすシリカやアルミナの割合が少なくなるので強度が低下する。
また、活性炭を１０重量％以上、６５重量％以下の割合で混合したので、活性炭本来が持つ細孔による物理的吸着作用を保ち、残留塩素、農薬、ウイルス、洗剤、かび臭、カルキ臭、その他の臭い成分、鉄や銅、亜鉛、鉛、マンガンなどの重金属などに対する吸着性能を維持する。
さらにまた、この吸着セラミックは、抗菌金属が混合されているので多孔質セラミック構造物や活性炭の細孔内に吸着したバクテリアなどを殺菌または滅菌して雑菌の繁殖を防止する。この場合、抗菌金属は、全体に対し０．１重量％以上混合されていないとその殺菌効果が期待できず、逆に５重量％を超えると、多孔質セラミックおよび活性炭の混合割合が低下して本来の吸着作用が低下し、また５重量％を超えると溶出が心配され、飲料水や食物への使用が不可能になる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、多孔質セラミックの構造物となる鉱石粒と、活性炭粒と、抗菌金属と、これらを接合する粘土またはフリットガラスからなるバインダと、を混ぜ、これを所定の形状に成形して焼成したから、バインダが鉱石粒と活性炭粒および抗菌金属とを相互に結合し、よってこれらの粒が強固に結合されるので、活性炭や抗菌金属などがこぼれ落ちることがなくなり、特に液体中で使用する場合、抗菌金属の溶出を確実に防止することができる。
【００２３】
【実施例】
以下本発明について、図１および図２に示す一実施例にもとづき説明する。  図１は各種の形状に成形した吸着セラミックの例を示し、図１の（Ａ）図は球形の小粒および中粒に形成した本発明の吸着セラミック１０、図１の（Ｂ）図は円柱形に形成した本発明の吸着セラミック２０、図１の（Ｃ）図は偏平板形に形成した本発明の吸着セラミック３０をそれぞれ示す。これら吸着セラミック１０、２０、３０は、組成が同じものであり、製造方法もほとんど同じであり、その性能、機能も同じである。
図２はこれら吸着セラミック１０、２０、３０の焼結結晶構造を模式的に示す構造図である。図２において、符号１はセラミック構造物となる鉱石の粒子、２は例えばヤシ殻から形成された活性炭の粉末、３は抗菌金属としての銀粉末、４はバインダであり、粘土およびフリットガラスの混合状態である。鉱石粒１…は粘土やフリットガラスからなるバインダ４によって結合されて多孔質セラミック構造物を作るものであり、各鉱石粒１…間に活性炭の粉末２が結合されており、これらの間にジャングルジムのように入り込んだ連続気孔からなる空隙５が形成される。この連続気孔からなる空隙５内に抗菌金属としての銀粉末３…が分散して保有されている。なお、活性炭の粉末２…には図示しないが連続細孔が形成されている。
【００２４】
上記セラミック構造物となる鉱石は、以下の組成比をもっている。すなわち、セラミックの一般的な組成物は、酸化ケイ素ＳｉＯ２  と酸化アルミニウムＡｌ２  Ｏ３  であるが、本発明のセラミック構造物はこれら主組成物に加えて、その他少なくともアルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物を５重量％以上３０重量％以下混合している。アルカリ金属の酸化物は酸化ナトリウムＮａ２  Ｏおよび酸化カリウムＫ２  Ｏであり、アルカリ土類金属の酸化物は酸化カルシウムＣａＯである。
【００２５】
ちなみに、使用可能な多孔性セラミックの組成比の例を下記表１に示す。
【００２６】
【表１】
0003595911.tif 000002
表１の使用例１および使用例２に示すセラミック構造物は、いずれもアルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物を５重量％以上３５重量％以下混合している。なお、酸化珪素ＳｉＯ２  および酸化アルミニウムＡｌ２  Ｏ３  はセラミック構造物の主体となるもので、これらの存在は不可欠である。
このようなセラミック構造物の原料となる鉱石１…は、平均粒径が５μｍ以上、１０００μｍ以下とし、好ましくは１５０〜５００μｍの範囲がよい。
【００２７】
上記鉱石１に対し、活性炭の粉末２…は安価で入手の容易なヤシ殻活性炭が用いられており、ヤシ殻活性炭はヤシ殻繊維の中に含まれている水分が飛散されることにより、この水分の抜けた跡に多数の気孔が生じた多孔質構造をなしているものである。本例では空隙率が３０〜７０％、比表面積が８００〜１５００ｍ２  ／ｇの範囲にある活性炭粉末が用いられており、非常に優れた吸着性を有している。上記活性炭粉末の平均粒径は５μｍ以上、１０００μｍ以下とし、好ましくはセラミック構造物を構成する鉱石１の平均粒径と同等がよいが、１０倍以内でセラミック構造物を構成する鉱石１の平均粒径よりも大きくてもよい。
【００２８】
抗菌金属は、銀、銅、亜鉛のいずれであってもよいが、性能、その他の理由から銀粉末が用いられている。なお、銀は硝酸銀から得ることができる。
【００２９】
バインダ４として使用される粘土は、例えば蛙目粘土が使用される。蛙目粘土を使用すれば、焼成された後に蛙目粘土が多孔質構造をもち、吸着作用を奏することができる。
【００３０】
またバインダ４として使用されるフリットガラスは、溶融温度が６５０〜９５０℃のフリットが使用される。
【００３１】
これら鉱石粒１、活性炭の粉末２、銀粉末３、粘土およびフリットガラスの混合割合を下記表２に示す。
【００３２】
【表２】
0003595911.tif 000003
サンプル１は活性炭の割合が少なくフリットガラスを使用しない場合であり、サンプル２は活性炭の割合が多く、かつフリットガラスを使用した場合である。
【００３３】
このような混合比の材料を用いて吸着セラミック１０、２０、３０を製造する方法を説明する。
サンプル１およびサンプル２のような混合比の材料に水を加えてこれを練り、所定の形を作り易くしかもこの形を維持できる程度の固さを保つ粘土状態にする。この粘土状混合物を、延ばす、切断する、型にはめる、または押し出すなどの成形方法により、図１に示すような造形物１０、２０、３０を成形する。この成形物を焼成炉で焼く。この焼成温度は、セラミック原料の粒子が結晶化し、しかしながら活性炭が灰化しない程度の温度であり、かつ粘土やフリットガラスが焼成され、しかも鉱石粒１、活性炭２および銀粉末３が焼結により相互に付着する温度で焼き上げるものである。具体的には９００〜１０００℃の範囲がよく、特に９４０〜９５０℃が好ましい。
【００３４】
このような方法により製造されたセラミック成形品は、混合したときに用いた水分が焼成工程により飛散されて除去され、粒子間に気孔、すなわち連続気孔の空隙５が形成されることになる。このような焼成により得られた吸着セラミックの諸特性を前記した表２に示す。これら特性は、充填密度、ＪＩＳ法硬度、ＭＳ法硬度、細孔表面積、細孔容積、平均細孔直径である。
【００３５】
このようなサンプル１およびサンプル２の吸着セラミックは以下の作用を奏する。
サンプル１およびサンプル２の諸特性をもつ吸着セラミックは、多孔質セラミック構造物自身が連続気孔の空隙５を備えるから、水などの液体、空気等のガス中に含まれる不純物質、例えば有毒物質、微生物、かび、ウイルス、農薬、重金属などの汚染物質を吸着する。特に、多孔質セラミック構造物に付着されている活性炭が微細な連続細孔を有するので、この活性炭が優れた吸着作用を奏する。この結果、例えば水道水に浸漬する、または水道水を通すと、水道水に含まれる有毒物質、微生物、かび、ウイルス、農薬、重金属などの汚染物質を良好に吸着する。また、かび臭さやカルキ臭さを除去することができる。
【００３６】
そして、活性炭はアンモニアを吸着できないが、多孔性セラミックがアンモニアを吸着するから、塩素とアンモニアとの反応を抑制し、カルキ臭の発生を防止することができる。
【００３７】
さらにこの吸着セラミックは、トリハロメタンおよび残留塩素を取り除く作用がある。
表３はトリハロメタンの測定結果を示す。この試験は、淀川から汲み上げた河川水のトリハロメタン吸着性能を試験したものである。採集した淀川の水はトリハロメタンの濃度が０．０２１ｍｇ／ｌであり、この採集水２００ｍｌの中に５０ｇのサンプル１の吸着セラミックを浸漬し、１分、５分、１０分後のトリハロメタンの量を測定した。
【００３８】
【表３】
0003595911.tif 000004
上記試験結果から、本例の吸着セラミックは採集水に浸漬して１分後には１４％、５分後には０．５％、１０分後には０．０４％まで減少することが測定され、トリハロメタンの吸着性能がきわめて優れていることを確認することができる。トリハロメタンは活性炭でもある程度まで取り除くことができるが、活性炭でトリハロメタンを取り除く能力は充分でない。本例の吸着セラミックがトリハロメタンの吸着性能に優れている理由は定かでないが以下の点が推測される。
【００３９】
すなわち、上記多孔質セラミック構造物は、ＮａやＫなどのアルカリ金属の酸化物、およびＣａなどのアルカリ土類金属の酸化物を５重量％以上３０重量％以下含有しているから、これらアルカリ金属の酸化物やアルカリ土類金属の酸化物の存在がトリハロメタンの発生を抑止しているものと考えられる。
【００４０】
アルカリ金属の酸化物およびアルカリ土類金属の酸化物の混合割合が５重量％未満の場合はトリハロメタンの吸着作用が小さく、その効果が低いので５重量％以上の混合が必要である。また３５重量％を越えると、多孔質セラミック構造物の主成分であるシリカやアルミナが少なくなり、セラミック強度が低くなる。
【００４１】
そして、本例の吸着セラミックは、抗菌金属として銀を混合しているから、この銀がハロゲンと結びついてハロゲン化銀を生成し、このこともトリハロメタンを少なくするものと考えられる。
【００４２】
表４は残留塩素の測定結果を示す。この試験は、水道水に次亜塩素ナトリウム溶液を加えて残留塩素濃度を２ｍｇ／ｌに調整し、この試験水２００ｍｌの中に５０ｇのサンプル１の吸着セラミックを浸漬し、１分、５分、１０分後の残留塩素の量を測定した。
【００４３】
【表４】
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上記試験結果より、残留塩素は吸着セラミックに吸着されてほとんど検出されない。これは主として活性炭が残留塩素を吸着する性質に優れているので、活性炭に吸着されたものと考えられる。
【００４４】
表５は吸着セラミックを水に浸漬した場合、この吸着セラミックから有害といわれている不純物が溶出しないか否かを測定したものである。水道水２リットルの中に５０ｇのサンプル１の吸着セラミックを浸漬し、これを常温で７２時間静置し、得られ浸漬水について、カドミウム、鉛、ヒ素の検出を測定した。
【００４５】
【表５】
0003595911.tif 000006
上記試験結果から、本例の吸着セラミックは水に浸漬して使用しても、不純物の溶け出しが認められず、安全に使用できることが確認される。
【００４６】
そして、上記吸着セラミックは、多孔質セラミック構造体に抗菌金属としての銀３が付着されているから、銀の殺菌、滅菌、減菌作用により、孔質セラミック構造体の空隙５内および活性炭２の細孔内に吸着した物質より雑菌が繁殖するのを防止する。この場合、銀粉末３が全体に対して０．１重量％未満であると殺菌、滅菌、減菌作用が低く抗菌金属としての役目を果たさず、また５重量％を越えると、溶出が心配され、飲料水や食物への使用が懸念される。
【００４７】
なお、前記したように、銀を使用した場合は、銀がハロゲンと結びついてハロゲン化銀を生成し、トリハロメタンの析出を抑止する。
【００４８】
そして、実施例の多孔質セラミックは、鉱石の粒１と、活性炭の粉末２と、抗菌金属３と、これらを接合するバインダ４としての粘土およびフリットガラスとを混ぜ、これを所定の形に成形して焼成したから、粘土およびフリットガラスがバインダとなって鉱石の粒と活性炭の粒と抗菌金属を結合する。
【００４９】
このため、吸着セラミックが破損したり、活性炭がこぼれ落ちたり、湿潤により剥がれたり、抗菌金属が溶出することがない。
【００５０】
特に、銀３が溶出することは避けなければならないが、この点を実験したところ、表６の結果を得た。表６は水道水１リットルに５０ｇのサンプル１の吸着セラミックを浸漬し、これを常温で２４時間静置した。得られた浸漬水についての銀およびｐＨ値を測定した。
【００５１】
【表６】
0003595911.tif 000007
表６から、銀の溶出は２４時間後に０．０５ｍｇ／ｌが認められたが、これは安全基準内であることが確認されている。
【００５２】
バインダ４として粘土およびフリットガラスを使用することにより、鉱石の粒と活性炭の粒と抗菌金属の異種物質を結合することができるばかりでなく、セラミック構造物を作ることができ、任意形状の吸着セラミックを形成することができる。特に、フリットガラスを混ぜると、ＭＳ法硬度が向上し、破損、欠損、磨耗などに対する機械的強度が向上する。但し、フリットガラスを過剰に使用すると空隙５や活性炭２の目詰まりを起こすのでフリットガラスは２０重量％を越えない分量がよい。
【００５３】
さらに、活性炭粉末の平均粒径とセラミック鉱石の粒径は同等であることが両者を結合するには好都合であるが、活性炭粉末が大きくてもよい。セラミック粒子が活性炭粉末より大きくなると、セラミック粒子が活性炭粉末を掴まえておく機能が低下して焼結形態を保つことができなくなり、破損し易くなる。
【００５４】
活性炭粉末３の平均粒径は、５μｍ未満であると、活性炭粉末が細かくなり過ぎ、セラミック粒子が活性炭粉末の間に形成される気孔を埋めて空隙を無くし、これにより吸着能が低下する。また、活性炭粉末の平均粒径が１０００μｍを越えると、水を吸ったときに湿潤してふやけ、セラミック粒子から外れて崩れる心配がある。
【００５５】
上記実施例の場合、水道水の処理に関して説明したが、本発明の吸着セラミックは水道水の処理に制約されるものではなく、その吸着性能の優秀さから、プールや浴場の水処理、上下水処理、工場の排水処理などを始めとして各種液体処理などの工業的用途、濾過材としての適用、また臭い取りとして気体分野などへの利用も可能であり、広範囲には、食品工業、化学工業、電子工業、環境浄化、医療、農業、林業、水産業その他生活環境への展開が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の異なる形状の吸着セラミックを示し、（Ａ）図は球形吸着セラミック、（Ｂ）図は円柱形吸着セラミック、（Ｃ）図は平板形吸着セラミックのそれぞれ斜視図。
【図２】吸着セラミックの結晶構造を模式的に示す構造図。
【符号の説明】
１…セラミック材料の鉱石
２…活性炭粉末
３…銀粉末
４…バインダ
１０、２０、３０…吸着セラミック。
【図１】
0003595911.tif 000008
【図２】
0003595911.tif 000009