(57)【要約】【課題】陽イオンと陰イオンの両方をより効率的に除去可能な新規の材料、浄水カートリッジ、及び、浄水器を提供する。【解決手段】新規の複合材料１は、オキシ塩化ビスマス、及び、該オキシ塩化ビスマスに担持された酸化マグネシウムを含み、リン酸イオン、及び、金属イオンをより効率的に除去可能である。複合材料１の製造方法は、ビスマス源１１とマグネシウム源１２を含む材料１０を混合する混合工程Ｓ１と、塩素源が存在する状態で前記混合された材料２０を１００〜８００℃で加熱する加熱工程Ｓ２と、該加熱された材料２１を冷却する冷却工程Ｓ３と、を含む。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オキシ塩化ビスマス、及び、該オキシ塩化ビスマスに担持された酸化マグネシウムを含む複合材料。
【請求項２】
粉末Ｘ線回折パターンにおいて、２θ＝１１．０°〜１３．０°に強度のピークがあり、２θ＝２５．０°〜２７．０°に強度のピークがあり、且つ、２θ＝３３．０°〜３４．０°に強度のピークがある、請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
ビスマスに対するマグネシウムのモル比が３／７以上、且つ、９以下である、請求項１又は請求項２に記載の複合材料。
【請求項４】
ビスマス源とマグネシウム源を含む材料を混合する混合工程と、
塩素源が存在する状態で前記混合された材料を１００〜８００℃で加熱する加熱工程と、
該加熱された材料を冷却する冷却工程と、
を含む、オキシ塩化ビスマス、及び、該オキシ塩化ビスマスに担持された酸化マグネシウムを含む複合材料の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の複合材料と、
水が出入り可能であり、前記複合材料を収容した収容部と、
を備える浄水カートリッジ。
【請求項６】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の複合材料と、
該複合材料を収容した収容部と、
水入口と、
水出口と、
を備え、前記水入口から処理対象の水が前記収容部に流入し、該収容部内の前記複合材料で処理された水が前記水出口から流出する、浄水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン吸着能を有する材料、及び、その製造方法、浄水カートリッジ、並びに、浄水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
原水に含まれるイオンを除去するため、イオン交換体を有する浄水器が用いられている。イオン交換体には、金属イオンを除去するための陽イオン交換樹脂、硝酸性窒素を除去するための陰イオン交換樹脂、等がある。特許文献１には、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂との混合物が充填された浄水器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−６０２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した浄水器では、イオン交換体として陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の両方を用意する必要がある。
【０００５】
本発明は、陽イオンと陰イオンの両方をより効率的に除去可能な新規の材料、浄水カートリッジ、及び、浄水器を提供する目的を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、オキシ塩化ビスマス、及び、該オキシ塩化ビスマスに担持された酸化マグネシウムを含む複合材料の態様を有する。
また、本発明は、ビスマス源とマグネシウム源を含む材料を混合する混合工程と、塩素源が存在する状態で前記混合された材料を１００〜８００℃で加熱する加熱工程と、該加熱された材料を冷却する冷却工程と、を含む、オキシ塩化ビスマス、及び、該オキシ塩化ビスマスに担持された酸化マグネシウムを含む複合材料の製造方法の態様を有する。
【０００７】
さらに、本発明は、前記複合材料と、水が出入り可能であり前記複合材料を収容した収容部と、を備える浄水カートリッジの態様を有する。
さらに、本発明は、前記複合材料と、該複合材料を収容した収容部と、水入口と、水出口と、を備え、前記水入口から処理対象の水が前記収容部に流入し、該収容部内の前記複合材料で処理された水が前記水出口から流出する浄水器の態様を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、リン酸イオン、及び、金属イオンをより効率的に除去可能な新規の複合材料、浄水カートリッジ、及び、浄水器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】オキシ塩化ビスマス、及び、該オキシ塩化ビスマスに担持された酸化マグネシウムを含む複合材料の製造方法の例を模式的に示す流れ図。
【図２】図２Ａは浄水器を有する水栓を組み込んだシステムキッチンの例を模式的に示す図、図２Ｂは浄水カートリッジを組み込んだ浄水器の例を示す垂直断面図。
【図３】加熱温度を変えた各複合材料サンプルのリン酸イオン除去能を測定した結果を示すグラフ。
【図４】ビスマスとマグネシウムのモル比を変えた各複合材料サンプルのリン酸イオン除去能を測定した結果を示すグラフ。
【図５】ビスマスとマグネシウムのモル比を変えた各複合材料サンプルの金属イオン除去能を測定した結果を示すグラフ。
【図６】ビスマスとマグネシウムのモル比を変えた各複合材料サンプルの金属イオン除去能を測定した結果を示すグラフ。
【図７】複合材料サンプルの粉末Ｘ線回折パターンの例を示すグラフ。
【図８】加熱温度を変えたときの複合材料サンプルの粉末Ｘ線回折パターンの例を示すグラフ。
【図９】ビスマスとマグネシウムのモル比を変えたときの複合材料サンプルの粉末Ｘ線回折パターンの例を示すグラフ。
【図１０】複合材料サンプルのＳＥＭ写真の例。
【図１１】複合材料サンプルのＳＥＭ写真の例。
【図１２】複合材料サンプルのＳＥＭ写真の例。
【図１３】複合材料サンプルのＳＥＭ写真の例。
【図１４】複合材料サンプルをＥＤＸにより分析したグレー画像の例。
【図１５】複合材料サンプルのマグネシウムの分布を示すＥＤＸ画像の例。
【図１６】複合材料サンプルの酸素の分布を示すＥＤＸ画像の例。
【図１７】複合材料サンプルのビスマスの分布を示すＥＤＸ画像の例。
【図１８】複合材料サンプルの塩素の分布を示すＥＤＸ画像の例。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を説明する。むろん、以下の実施形態は本発明を例示するものに過ぎず、実施形態に示す特徴の全てが発明の解決手段に必須になるとは限らない。
【００１１】
（１）本発明に含まれる技術の概要：
まず、本願の図に示される例を参照して本発明に含まれる技術の概要を説明する。尚、本願の図は模式的に例を示す図であり、これらの図に示される各方向の拡大率は異なることがあり、各図は整合していないことがある。
【００１２】
［態様１］
本技術は、図１０等に支持されるように、オキシ塩化ビスマス、及び、該オキシ塩化ビスマスに担持された酸化マグネシウムを含む複合材料１の態様を有する。この複合材料１を用いて試験を行ったところ、液体からリン酸イオンと金属イオンの両方をより効率的に除去する新規の性質があることが分かった。従って、本態様は、リン酸イオン、及び、金属イオンをより効率的に除去可能な新規の複合材料を提供することができる。
【００１３】
ここで、本願において、「担持」とはある物質Ａが別の物質Ｂを支持する（support）ことを意味する。
態様１の複合材料は、オキシ塩化ビスマス及び酸化マグネシウムとは異なる材料を含んでも良い。
【００１４】
［態様２］
ところで、図７等に例示するように、前記複合材料１は、粉末Ｘ線回折パターンにおいて、２θ＝１１．０°〜１３．０°に強度のピークがあり、２θ＝２５．０°〜２７．０°に強度のピークがあり、且つ、２θ＝３３．０°〜３４．０°に強度のピークがあってもよい。この態様は、リン酸イオン、及び、金属イオンを除去する好適な複合材料を提供することができる。
ここで、本願において、「Min〜Max」は、最小値Min以上、且つ、最大値Max以下を意味する。
【００１５】
［態様３］
図４，５等に支持されるように、前記複合材料１は、ビスマスに対するマグネシウムのモル比が３／７以上、且つ、９以下でもよい。この態様も、リン酸イオン、及び、金属イオンを除去する好適な複合材料を提供することができる。
【００１６】
［態様４］
また、本技術は、図１等に例示されるように、ビスマス源１１とマグネシウム源１２を含む材料１０を混合する混合工程Ｓ１と、塩素源が存在する状態で前記混合された材料２０を１００〜８００℃で加熱する加熱工程Ｓ２と、該加熱された材料２１を冷却する冷却工程Ｓ３と、を含む、オキシ塩化ビスマス、及び、該オキシ塩化ビスマスに担持された酸化マグネシウムを含む複合材料１の製造方法の態様を有する。この態様は、リン酸イオン、及び、金属イオンをより効率的に除去可能な新規の複合材料の製造方法を提供することができる。
【００１７】
［態様５］
さらに、本技術は、図２Ｂ等に例示されるように、前記複合材料１と、水が出入り可能であり前記複合材料１を収容した収容部（例えばケース４０）と、を備える浄水カートリッジ３０の態様を有する。この態様は、リン酸イオン、及び、金属イオンをより効率的に除去可能な新規の浄水カートリッジを提供することができる。
【００１８】
［態様６］
さらに、本技術は、前記複合材料１と、該複合材料１を収容した収容部（４０）と、水入口１１１と、水出口１１２と、を備え、前記水入口１１１から処理対象の水が前記収容部（４０）に流入し、該収容部（４０）内の前記複合材料１で処理された水が前記水出口１１２から流出する、浄水器１００の態様を有する。この態様は、リン酸イオン、及び、金属イオンをより効率的に除去可能な新規の浄水器を提供することができる。
【００１９】
（２）酸化マグネシウム担持オキシ塩化ビスマス複合材料の製造方法の例：
図１は、オキシ塩化ビスマス（化学量論比でＢｉＯＣｌ）、及び、該オキシ塩化ビスマスに担持された酸化マグネシウム（化学量論比でＭｇＯ）を含む酸化マグネシウム担持オキシ塩化ビスマス複合材料の製造方法の例を模式的に示している。本製造方法は、ビスマス源１１とマグネシウム源１２を含む材料１０を混合する混合工程Ｓ１と、塩素源が存在する状態で混合後の材料２０を酸素の存在下で１００〜８００℃で加熱する加熱工程Ｓ２と、該加熱された材料２１を冷却する冷却工程Ｓ３と、を含む。
【００２０】
ビスマス源１１には、塩化ビスマス（化学量論比でＢｉＣｌ3）や臭化ビスマスといったハロゲン化ビスマス、水酸化ビスマス、次炭酸ビスマス、硝酸ビスマス、硫化ビスマス、等を用いることができる。
【００２１】
マグネシウム源１２には、水酸化マグネシウム（化学量論比でＭｇ（ＯＨ）2）、塩化マグネシウム（化学量論比でＭｇＣｌ2）や臭化マグネシウムといったハロゲン化マグネシウム、炭酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、等を用いることができる。
【００２２】
ここで、ビスマス源１１に含まれるビスマスのモル数をＭBiとし、マグネシウム源１２に含まれるマグネシウムのモル数をＭMgとする。試験を行ったところ、ビスマスのモル数ＭBiに対するマグネシウムのモル数ＭMgの比ＲMg/Bi＝ＭMg／ＭBiを３／７以上、且つ、９以下にすると、複合材料１がリン酸イオンＰＯ43-と金属イオンの両方を飛躍的に除去することが分かった。
【００２３】
複合材料１に含まれるオキシ塩化ビスマスの結晶は、層状構造であり、層間に含まれる塩素イオンＣｌ-がリン酸イオンと置換されることによりリン酸イオン除去能を発揮すると推測される。
複合材料１に含まれる酸化マグネシウムは、表面に微小な細孔やマグネシウムなどの欠損などにより生じた電荷の不安定な部分があり、この電荷の不安定な部分が金属イオンを吸着することにより金属イオン除去能を発揮すると推測される。
【００２４】
マグネシウム源を用いない場合、上述した酸化マグネシウムによる金属イオン除去能が得られない。また、加熱により融解したビスマス源（例えば塩化ビスマスの融点は230℃程度）が蒸散し易くてオキシ塩化ビスマスの結晶成長が抑制され、上述したオキシ塩化ビスマスの結晶によるリン酸イオン除去能も抑制されると推測される。マグネシウム源を用いると、加熱により融解したビスマス源にマグネシウム源やその誘導体が溶解してビスマス源の蒸散が抑制され、オキシ塩化ビスマスの結晶が成長し易くなると推測される。マグネシウム源１２を用いてＲMg/Bi≧３／７にすると、複合材料中の酸化マグネシウムが電荷の不安定な部分で金属イオンを十分に吸着し、また、酸化マグネシウムから生成される水酸化マグネシウムが水酸化物イオンＯＨ-の解離によりリン酸イオンを吸着すると推測される。
【００２５】
ビスマス源を用いない場合、上述したオキシ塩化ビスマスの結晶によるリン酸イオン除去能が得られない。また、酸化マグネシウムの表面に形成される電荷の不安定な部分が抑制され、上述した酸化マグネシウムによる金属イオン除去能も抑制されると推測される。ビスマス源１１を用いてＲMg/Bi≦９にすると、オキシ塩化ビスマスの結晶の層間に含まれる塩素イオンがリン酸イオンと十分に置換され、また、酸化マグネシウムの表面に形成される電荷の不安定な部分が金属イオンを十分に吸着すると推測される。
【００２６】
以上より、モル数比ＲMg/Biは、３／７以上、且つ、９以下が好ましい。
【００２７】
混合する材料１０は、ビスマス源１１とマグネシウム源１２の組合せのみでも良いが、ビスマス源及びマグネシウム源を含まない添加剤１３を添加しても良い。例えば、ビスマス源１１とマグネシウム源１２の組合せ１００重量部に対して０．１以上、且つ、１００重量部以下の添加剤１３を添加しても良い。添加剤１３には、鉄源、カルシウム源、といった陽イオン源を用いても良い。この場合、ビスマスとマグネシウムの合計モル数（ＭBi＋ＭMg）に対する陽イオンのモル数の比を０．００１以上、且つ、１以下としてもよい。
【００２８】
加熱工程Ｓ２でオキシ塩化ビスマスを生成するため、上述した材料１１，１２，１３の少なくとも一つに塩素源があると、好ましい。塩素源には、塩化ビスマス、塩化マグネシウム、塩化鉄、塩化カルシウム、等を用いることができる。
【００２９】
ビスマス源１１、マグネシウム源１２、及び、任意の添加剤１３の性状は、粉末状が好ましいものの、これらの材料１１，１２，１３を混合工程Ｓ１で粉末状にすることができれば塊状等でも良い。これらの材料１１，１２，１３が粉末状である場合、材料１１，１２，１３の粒度は、目開き５００μｍの金属製網ふるいを通過する粒度が好ましく、目開き７５μｍの金属製網ふるいを通過する粒度がより好ましい。これらの材料１１，１２，１３が粒状である場合、材料１１，１２，１３の平均粒径は、１〜５００μｍが好ましく、１〜７５μｍがより好ましい。ここで、粒状の概念は、粉末状の概念を含む。平均粒径は、５０μｍ以上の粒子についてはJIS K1474：2007（活性炭試験方法）に規定される５０％粒径（Ｄ５０、メジアン径）とし、５０μｍ未満の粒子についてはJIS K5600-9-3：2006（塗料一般試験方法−第９部：粉体塗料−第３節：レーザ回折による粒度分布の測定方法）に準拠した粒子径分布からJIS Z8819-2（粒子径測定結果の表現―第２部：粒子径分布からの平均粒子径又は平均粒子直径及びモーメントの計算）に従って求められる重み付き体積平均粒子径とする。
【００３０】
混合工程Ｓ１では、ビスマス源１１、マグネシウム源１２、及び、必要に応じて添加剤１３を含む材料１０を混合する。この混合には、ミキサー、ブレンダー、水平円筒型、Ｖ型、二重円錐型、正方立体型、Ｓ型、連続Ｖ型、ボールミル型、ロッキング型、クロスロータリー型、リボン型、スクリュー型、ロター型、パグミル型、遊星型、タービン型、高速流動型、回転円板型、等の混合装置を用いることができる。混合工程Ｓ１では、材料１０を粉砕してもよい。この粉砕には、ボールミル、ビーズミル、ロッドミル、ディスクミル、リングミル、高圧ホモジナイザー、せん断型ミキサー、ニーダー、遊星回転型ミキサー、ジェットミル、アトリションミル、高速ミキサー、等の粉砕装置を用いることができる。また、材料１０を乳鉢等ですり潰すことも粉砕することに含まれる。
【００３１】
加熱工程Ｓ２では、塩素源が存在する状態で混合後の材料２０（ビスマス源１１、マグネシウム源１２、及び、任意の添加剤１３を含む。）を酸素が存在する環境（例えば大気下）で１００〜８００℃で加熱する。これにより、酸素の存在下でビスマス源と塩素源とからオキシ塩化ビスマス（化学量論比でＢｉＯＣｌ）の結晶が生成し、酸素の存在下でマグネシウム源から酸化マグネシウム（化学量論比でＭｇＯ）が生成し、オキシ塩化ビスマスの結晶が担体となって酸化マグネシウムがオキシ塩化ビスマスに担持される。加熱工程Ｓ２の加熱には、各種焼成装置、各種アニール装置、ホットプレート、オーブン、等の加熱装置を用いることができる。加熱装置には、温度制御機能、及び、昇温速度制御機能があると、好ましい。
【００３２】
加熱温度の低温側は、リン酸イオン除去能を発揮するオキシ塩化ビスマスの結晶を成長させる点で１００℃以上必要であり、オキシ塩化ビスマスの結晶を十分に大きくする点から、１５０℃以上が好ましく、２００℃以上がより好ましく、２５０℃以上がさらに好ましい。加熱温度の高温側は、オキシ塩化ビスマスの結晶の分解を抑制するため８００℃以下にする必要があり、オキシ塩化ビスマスの結晶の大きさを十分に確保する点から、５５０℃以下が好ましく、５００℃以下がより好ましく、４５０℃以下がさらに好ましい。
【００３３】
冷却工程Ｓ３では、加熱工程Ｓ２で加熱された材料２１（ビスマス源１１、マグネシウム源１２、及び、任意の添加剤１３を含む。）を冷却する。この冷却は、自然放冷でもよいし、強制空冷といった強制的な冷却でも良い。
上述した工程Ｓ１〜Ｓ３により、オキシ塩化ビスマス、及び、該オキシ塩化ビスマスに担持された酸化マグネシウムを含む複合材料１が生成される。
【００３４】
冷却工程Ｓ３で得られた複合材料１は、必要に応じて粉砕工程Ｓ４で粉砕されても良い。この粉砕には、ボールミル、ビーズミル、ロッドミル、ディスクミル、リングミル、高圧ホモジナイザー、せん断型ミキサー、ニーダー、遊星回転型ミキサー、ジェットミル、アトリションミル、高速ミキサー、等の粉砕装置を用いることができる。
【００３５】
図７〜９は、Ｘ線源にＣｕＫαを使用したＸ線回折広角法（ＸＲＤ）により複合材料サンプルの粉末Ｘ線回折測定を行った結果の例を示すグラフである。図７に粉末Ｘ線回折パターンを示した複合材料サンプルは、塩化ビスマスと水酸化マグネシウムとをモル比ＲMg/Bi＝４で混合して４５０℃で加熱し、自然冷却して得られたサンプルである。図８に粉末Ｘ線回折パターンを示した複合材料サンプルは、加熱時の到達温度を250℃、350℃、及び、450℃に変えて得られたサンプルである。図９に粉末Ｘ線回折パターンを示した複合材料サンプルは、モル比ＲMg/Biを１／９、１／４、３／７、及び、１に変えて得られたサンプルである。尚、図７〜９の横軸は２θ（°）、縦軸は回折強度である。図７〜９には、酸化マグネシウム（化学量論比でＭｇＯ）の結晶、及び、オキシ塩化ビスマス（化学量論比でＢｉＯＣｌ）の結晶の回折強度も示している。
【００３６】
図７〜９に示す粉末Ｘ線回折パターンの例では、オキシ塩化ビスマスの結晶に２θ＝１２°付近、２θ＝２６°付近、及び、２θ＝３３〜３４°に強度のピークがあり、複合材料サンプルにも２θ＝１２°付近、２θ＝２６°付近、及び、２θ＝３３〜３４°に強度のピークが見られる。いずれも複合材料サンプルも、粉末Ｘ線回折パターンにおいて、２θ＝１１．０°〜１３．０°に強度のピークがあり、２θ＝２５．０°〜２７．０°に強度のピークがあり、且つ、２θ＝３３．０°〜３４．０°に強度のピークがある。従って、上述した製造方法で得られる複合材料は、オキシ塩化ビスマスの結晶を有し、粉末Ｘ線回折パターンにおいて、２θ＝１１．０°〜１３．０°に強度のピークがあり、２θ＝２５．０°〜２７．０°に強度のピークがあり、且つ、２θ＝３３．０°〜３４．０°に強度のピークがある。
【００３７】
一方、酸化マグネシウムの結晶に対応する強度のピークは、複合材料サンプルに見られない。このことから、複合材料サンプルに含まれる酸化マグネシウムは、結晶のような長距離秩序が無く、短距離秩序があるアモルファス（非晶質）状態であると推測される。従って、上述した製造方法で得られる複合材料１は、主に、オキシ塩化ビスマスの結晶、及び、該結晶に担持されたアモルファスの酸化マグネシウムを含むと推測される。
【００３８】
図１０は、複合材料サンプルの表面をＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で撮影した写真の例を示している。図１０に示す複合材料サンプルは、塩化ビスマスと塩化マグネシウムとをモル比ＲMg/Bi＝１で混合して４５０℃で加熱し、自然冷却して得られたサンプルである。
図１０に示す写真の中央及びその周辺の粉末状部には、粉末状の酸化マグネシウムが示されている。この粉末状部の周囲の結晶部には、オキシ塩化ビスマスの結晶が示されている。
【００３９】
ここで、ＥＤＸ（エネルギー分散Ｘ線分光法；energy dispersive X-ray spectrometry）による分析により、結晶部にビスマスと塩素が偏って存在し、粉末状部にマグネシウムが偏って存在していることを確認している。また、マグネシウムが存在する部分に酸素が存在していることを確認している。さらに、水酸化マグネシウムの固体を加熱すると分解が始まり、３５０℃で水蒸気の解離圧が１気圧となり、赤熱すると酸化マグネシウムとなる。
Ｍｇ（ＯＨ）2 → ＭｇＯ ＋ Ｈ2Ｏ
複合材料サンプルに含まれている元素はビスマス、マグネシウム、塩素、及び、酸素であるので、粉末状部は酸化マグネシウムといえる。
【００４０】
以上より、上述した製造方法で得られる複合材料１は、オキシ塩化ビスマス、及び、該オキシ塩化ビスマスに担持された酸化マグネシウムを含む新規の複合材料であり、リン酸イオン、及び、金属イオンを除去する材料である。
【００４１】
（３）浄水器の例：
上述した複合材料１は、浄水カートリッジ、及び、浄水器に用いることができる。
図２Ａは、浄水器を有する水栓を組み込んだシステムキッチンの例を模式的に示している。むろん、浄水器の適用場所は、システムキッチンに限定されない。図２Ａに示すシステムキッチン２００は、水平に延びるカウンター２０１に凹状のシンク２１０や水栓３００が組み込まれている。水栓３００は、浄水器１００を取り付けた吐水ヘッド３０１を有し、浄水を出す操作が操作部３１２で行われた時に吐水ヘッド３０１の先端にある吐水口３０３から浄水を出す。浄水器１００の下部は、接続管３１４を介して給水管２０３が接続されている。吐水ヘッド３０１は、図２Ｂに示すように、収容ケース１０１の水出口１１２に繋がった吐水管３０２を有している。
【００４２】
図２Ｂは、浄水カートリッジを組み込んだ浄水器の例を示す断面図である。図２Ｂに示す浄水器１００は、収容ケース１０１内に浄水カートリッジ３０が着脱可能に固定されている。収容ケース１０１は、例えば、上ケース１０２と下ケース１０３と内壁部材１０４を有する。上ケース１０２の上端部には、吐水管３０２が挿入されている。内壁部材１０４は、下ケース１０３内に嵌合され、カウンター２０１を貫通して下方へ突出している。内壁部材１０４の下端部には、接続管３１４が接続されている。上ケース１０２は、下ケース１０３及び内壁部材１０４の上端部に対して着脱可能である。下ケース１０３及び内壁部材１０４から上ケース１０２を取り外すと、収容ケース１０１に対して浄水カートリッジ３０を着脱することができる。浄水カートリッジ３０のケース４０内には、複合材料１が収容されている。浄水器１００は、透水性の流入部４２を介して水入口１１１から流入した原水を複合材料１で浄化して水出口１１２から出す。これにより、原水からリン酸イオンと金属イオンが除去される。
【００４３】
（４）実施例：
以下、実施例を示して具体的に本発明を説明するが、本発明は以下の例により限定されるものではない。
【００４４】
［実施例１］
マグネシウム源には、水酸化マグネシウム（和光純薬工業株式会社製、含量９５重量％）を用いた。ビスマス源には、塩化ビスマス（和光純薬工業株式会社、含量９７重量％）を用いた。
モル比Mg/Biを１とし、水酸化マグネシウム0.7802g（マグネシウム12.7mmol）と塩化ビスマス4.1320g（ビスマス12.7mmol）を乳鉢で１時間混合し、混合物をるつぼに移し、大気下、以下の各試験区の到達温度まで昇温速度450℃／hrで昇温させ、到達温度で５時間加熱した。その後、自然放冷させ、試験区毎の複合材料サンプルを得た。
（試験区１−１）到達温度150℃
（試験区１−２）到達温度250℃
（試験区１−３）到達温度350℃
（試験区１−４）到達温度450℃
（試験区１−５）到達温度550℃
【００４５】
［実施例２］
マグネシウム源には、塩化マグネシウム六水和物（和光純薬工業株式会社製、含量９７重量％）を用いた。ビスマス源には、実施例１と同じ塩化ビスマスを用いた。
モル比Mg/Biを１とし、塩化マグネシウム六水和物2.1003g（マグネシウム10.0mmol）と塩化ビスマス3.2527g（ビスマス10.0mmol）を乳鉢で１時間混合し、混合物をるつぼに移し、大気下、以下の各試験区の到達温度まで昇温速度450℃／hrで昇温させ、到達温度で５時間加熱した。その後、自然放冷させ、試験区毎の複合材料サンプルを得た。
（試験区２−１）到達温度150℃
（試験区２−２）到達温度250℃
（試験区２−３）到達温度350℃
（試験区２−４）到達温度450℃
（試験区２−５）到達温度550℃
【００４６】
（リン酸イオン吸着量の測定）
イオンクロマトグラフには、Thermo Fisher Scientific Inc.製のICS-2100を用いた。
リン酸水素二ナトリウムを蒸留水で100mg／Lに調製し、この100mg／Lリン酸水素二ナトリウム水溶液100mLに1.00gの複合材料サンプルを添加し、24時間攪拌した。その後、ろ液を取り出し、イオンクロマトグラフでリン酸イオンのモル濃度を測定し、1.00gの複合材料サンプルが吸着したリン酸イオンのモル数を求めた。その結果を図３に示す。
【００４７】
図３に示すように、全試験区で水溶液からリン酸イオンが除去されることが確認された。尚、図示していないが、到達温度600℃でも水溶液からリン酸イオンが除去されることが確認された。また、到達温度を250〜450℃にすると、より好ましいリン酸イオン除去能が得られることが分かった。さらに好ましい到達温度は350〜450℃であり、特に好ましい到達温度は450℃である。
【００４８】
（粉末Ｘ線回折測定）
図８は、試験区１−２，１−３，１−４について、Ｘ線源にＣｕＫαを使用したＸ線回折広角法（ＸＲＤ）により複合材料サンプルの粉末Ｘ線回折測定を行った結果を示すグラフである。図８に示すように、２θ＝１２°付近、２θ＝２６°付近、及び、２θ＝３３〜３４°に強度のピークが見られることが確認された。試験区１−５（到達温度550℃）でも２θ＝１２°付近、２θ＝２６°付近、及び、２θ＝３３〜３４°に強度のピークが見られるが、２θ＝３３〜３４°の強度のピークが弱かった。この傾向は、実施例２（塩化マグネシウム使用）も同様である。
【００４９】
（複合材料サンプルの表面の撮影）
図１０は、試験区２−４（実施例２の到達温度450℃）の複合材料サンプルの表面をＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で撮影した写真を示している。図１０に示す写真の中央及びその周辺の粉末状部には、粉末状の酸化マグネシウムが示されている。この粉末状部の周囲の結晶部には、オキシ塩化ビスマスの層状結晶が示されている。従って、オキシ塩化ビスマスの層状構造の結晶がアモルファスの酸化マグネシウムを担持している。残りの試験区でも、類似する構造が見られた。試験区１−１，２−１（到達温度150℃）と試験区１−５，２−５（到達温度550℃）では、残りの試験区と比べてオキシ塩化ビスマスの結晶が小さかった。
【００５０】
粉末Ｘ線回折パターンとＳＥＭ写真から、オキシ塩化ビスマスの層状結晶の層間に含まれる塩素イオンがリン酸イオンと置換されることによりリン酸イオン除去能が発揮されたと推測される。また、到達温度250〜450℃の場合と比べて到達温度150℃の場合と到達温度550℃の場合とでリン酸イオン吸着量が下がったのは、オキシ塩化ビスマスの結晶が小さかったためと推測される。到達温度150℃の場合には、到達温度250℃以上の場合と比べてオキシ塩化ビスマスの結晶成長が遅くなるためと推測される。到達温度550℃の場合には、オキシ塩化ビスマスの結晶が一部分解するためと推測される。
【００５１】
［実施例３］
マグネシウム源に実施例１と同じ水酸化マグネシウムを用い、ビスマス源に実施例１と同じ塩化ビスマスを用い、マグネシウム（Mg）とビスマス（Bi）の比Mg：Biを以下のように変えて、水酸化マグネシウムと塩化ビスマスを乳鉢で１時間混合し、混合物をるつぼに移し、大気下、450℃まで昇温速度450℃／hrで昇温させ、到達温度450℃で５時間加熱した。
（比較試験区３−１）０：１０、
（試験区３−２）１：９（ＲMg/Bi＝１／９）、
（試験区３−３）２：８（ＲMg/Bi＝１／４）、
（試験区３−４）３：７（ＲMg/Bi＝３／７）、
（試験区３−５）５：５（ＲMg/Bi＝１）、
（試験区３−６）８：２（ＲMg/Bi＝４）、
（試験区３−７）９：１（ＲMg/Bi＝９）、
（比較試験区３−８）１０：０。
その後、自然放冷させ、試験区毎の複合材料サンプルを得た。
【００５２】
［実施例４］
マグネシウム源に実施例２と同じ塩化マグネシウム六水和物を用い、ビスマス源に実施例１と同じ塩化ビスマスを用い、マグネシウム（Mg）とビスマス（Bi）の比Mg：Biを以下のように変えて、塩化マグネシウム六水和物と塩化ビスマスを乳鉢で１時間混合し、混合物をるつぼに移し、大気下、450℃まで昇温速度450℃／hrで昇温させ、到達温度450℃で５時間加熱した。
（比較試験区４−１）０：１０、
（試験区４−２）１：９（ＲMg/Bi＝１／９）、
（試験区４−３）２：８（ＲMg/Bi＝１／４）、
（試験区４−４）５：５（ＲMg/Bi＝１）、
（試験区４−５）８：２（ＲMg/Bi＝４）、
（試験区４−６）９：１（ＲMg/Bi＝９）、
（比較試験区４−７）１０：０。
その後、自然放冷させ、試験区毎の複合材料サンプルを得た。
【００５３】
（リン酸イオン吸着量の測定）
実施例３，４の複合材料サンプルについて、実施例１，２の場合と同様に、1.00gの複合材料サンプルが吸着したリン酸イオンのモル数を求めた。その結果を図４に示す。図４に示すように、マグネシウム源の無いMg：Bi＝０：１０と比べてＲMg/Bi≧１／９の試験区３−２〜３−７，４−２〜４−６はリン酸イオン吸着量が多かった。また、ビスマス源の無いMg：Bi＝１０：０と比べて３／７≦ＲMg/Bi≦９の試験区３−４〜３−７，４−４〜４−６はリン酸イオン吸着量が多かった。
【００５４】
（金属イオン吸着量の測定）
イオンクロマトグラフには、Thermo Fisher Scientific Inc.製のICS-2100を用いた。
実施例３，４の複合材料サンプル（試験区３−２，４−２を除く。）について、各金属イオンが100μg／Lの混合標準液（和光純薬工業株式会社製、多元素混合標準液W-V）に0.10gの複合材料サンプルを添加し、24時間攪拌した。その後、ろ液を取り出し、イオンクロマトグラフでリン酸イオンのモル濃度を測定し、複合材料サンプル１ｇ当たりの吸着した金属イオンのモル数を求めた。実施例３の金属イオン吸着量の結果を図５に示し、実施例４の金属イオン吸着量の結果を図６に示す。
【００５５】
図５，６に示すように、マグネシウム源の無いMg：Bi＝０：１０と比べてＲMg/Bi≧３／７の試験区３−３〜３−７，４−３〜４−６は金属イオン吸着量が多かった。また、ビスマス源の無いMg：Bi＝１０：０と比べて３／７≦ＲMg/Bi≦９の試験区３−４〜３−７，４−４〜４−６は金属イオン吸着量が多かった。
【００５６】
（粉末Ｘ線回折測定）
図７は、試験区３−６（ＲMg/Bi＝４）について、Ｘ線源にＣｕＫαを使用したＸＲＤにより複合材料サンプルの粉末Ｘ線回折測定を行った結果を示すグラフである。図９は、試験区３−２，３−３，３−４，３−５について、Ｘ線源にＣｕＫαを使用したＸＲＤにより複合材料サンプルの粉末Ｘ線回折測定を行った結果を示すグラフである。図７，９に示すように、２θ＝１２°付近、２θ＝２６°付近、及び、２θ＝３３〜３４°に強度のピークが見られることが確認された。試験区３−２（ＲMg/Bi＝１／９）でも２θ＝１２°付近、２θ＝２６°付近、及び、２θ＝３３〜３４°に強度のピークが見られるが、２θ＝１２°の強度のピークが弱かった。
【００５７】
（複合材料サンプルの表面の撮影）
図１１は、試験区３−２（実施例３のＲMg/Bi＝１／９）の複合材料サンプルに含まれるオキシ塩化ビスマスの結晶をＳＥＭで撮影した写真を示している。図１２は、試験区３−４（実施例３のＲMg/Bi＝３／７）の複合材料サンプルに含まれるオキシ塩化ビスマスの結晶をＳＥＭで撮影した写真を示している。図１３は、試験区３−５（実施例３のＲMg/Bi＝１）の複合材料サンプルに含まれるオキシ塩化ビスマスの結晶をＳＥＭで撮影した写真を示している。図１１〜１３に示すように、モル比ＲMg/Biが小さいほど、すなわち、マグネシウム源の配合比が少ないほどオキシ塩化ビスマスの層状結晶が小さくなっている。
【００５８】
粉末Ｘ線回折パターンとＳＥＭ写真から、オキシ塩化ビスマスの層状結晶の層間に含まれる塩素イオンがリン酸イオンと置換されることによりリン酸イオン除去能が発揮されたと推測される。また、３／７≦ＲMg/Bi≦９の場合と比べてＲMg/Bi≦１／４の場合にリン酸イオン吸着量が下がったのは、加熱により融解した塩化ビスマスが蒸散し易くてオキシ塩化ビスマスの結晶成長が抑制され、オキシ塩化ビスマスの結晶が小さかったためと推測される。ＲMg/Bi≧３／７にすると、加熱により融解した塩化ビスマスに水酸化マグネシウムが溶解して塩化ビスマスの蒸散が抑制され、大きく成長したオキシ塩化ビスマスの結晶によりリン酸イオン除去能が発揮され、また、複合材料中の酸化マグネシウムから生成される水酸化マグネシウムが水酸化物イオンの解離によりリン酸イオンを吸着し、さらに、酸化マグネシウムの表面に形成される電荷の不安定な部分で金属イオンを十分に吸着すると推測される。
【００５９】
さらに、ビスマス源を用いない場合、オキシ塩化ビスマスの層状結晶によるリン酸イオン除去能が得られず、また、酸化マグネシウムの表面に形成される電荷の不安定な部分が抑制されて金属イオン除去能も抑制されると推測される。ＲMg/Bi≦９にすると、オキシ塩化ビスマスの結晶の層間に含まれる塩素イオンがリン酸イオンと十分に置換され、また、酸化マグネシウムが電荷の不安定な部分で金属イオンを十分に吸着すると推測される。
【００６０】
（ＥＤＸ分析）
図１４〜１８は、試験区３−４（実施例３のＲMg/Bi＝３／７）の複合材料サンプルの表面をＥＤＸにより分析した画像を示している。図１４はサンプル表面のグレー画像であり、図１５はマグネシウムの分布を示す画像であり、図１６は酸素の分布を示す画像であり、図１７はビスマスの分布を示す画像であり、図１８は塩素の分布を示す画像である。図１６に示す酸素の閾値は残りの元素の閾値よりも低くしたので、酸素は全体にわたって分布している。図１５，１６に示すように、マグネシウムの分布に酸素の分布の明るい部分が重なっている。また、図１７，１８に示すように、ビスマスと塩素は広く分布し、ビスマスの分布に塩素の分布が重なっている。マグネシウム源は酸素の存在下で加熱すると酸化マグネシウムになるので、マグネシウムが分布している部分に酸化マグネシウムが存在する。
【００６１】
粉末Ｘ線回折パターンとＳＥＭ写真とＥＤＸ分析から、複合材料サンプルはオキシ塩化ビスマス、及び、該オキシ塩化ビスマスに担持された酸化マグネシウムを含むことが確認された。このサンプルは、リン酸イオン、及び、金属イオンをより効率的に除去可能な新規の複合材料である。
【００６２】
（５）結び：
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、リン酸イオン、及び、金属イオンをより効率的に除去可能な新規の酸化マグネシウム担持オキシ塩化ビスマス複合材料等の技術を提供することができる。むろん、独立請求項に係る構成要件のみからなる技術でも、上述した基本的な作用、効果が得られる。
また、上述した例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術及び上述した例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。本発明は、これらの構成等も含まれる。
【符号の説明】
【００６３】
１…複合材料、
１１…ビスマス源、１２…マグネシウム源、１３…添加剤、
３０…浄水カートリッジ、４０…ケース（収容部）、４２…流入部、
１００…浄水器、１１１…水入口、１１２…水出口、３００…水栓、
Ｓ１…混合工程、Ｓ２…加熱工程、Ｓ３…冷却工程、Ｓ４…粉砕工程。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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