(57)【要約】【課題】除去の難しい溶解物を、より効率的に除去することのできる溶解物除去装置及びこれに用いられるろ過助剤並びに溶解物除去方法を提供する。【解決手段】本発明の溶解物除去装置１は、バネ状フィルター２と、バネ状フィルター２の周囲に配置される、ろ過助剤３と、を備えたものであって、ろ過助剤３は、キレート基及びイオン交換基の少なくともいずれかを結合したグラフト鎖を備えた高分子材料を含み、高分子材料における前記グラフト鎖のグラフト率が１０％以上１５０％未満である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バネ状フィルターと、
前記バネ状フィルターの周囲に配置される、ろ過助剤と、を備えた溶解物除去装置であって、
前記ろ過助剤は、キレート基及びイオン交換基の少なくともいずれかを結合したグラフト鎖を備えた高分子材料を含み、前記高分子材料における前記グラフト鎖のグラフト率が１０％以上１５０％未満である溶解物除去装置。
【請求項２】
前記高分子材料は、アスペクト比が１以上５０００以下である請求項１記載の溶解物除去装置。
【請求項３】
前記バネ状フィルターの平均間隙長は５μｍ以上２００μｍ以下の範囲にあり、
前記高分子材料は、平均短軸長は０．１μｍ以上５００μｍ以下である請求項１記載の溶解物除去装置。
【請求項４】
バネ状フィルターの周囲に、キレート基及びイオン交換基の少なくともいずれかを結合したグラフト鎖を備えた高分子材料を含み前記高分子材料における前記グラフト鎖のグラフト率が１０％以上１５０％未満であるろ過助剤を配置し、
除去対象溶解物を含む処理対象液体に浸し、前記バネ状フィルターに前記処理対象液体を通すことにより前記処理対象液体から前記除去対象溶解物を除去する溶解物除去方法。
【請求項５】
前記高分子材料は、アスペクト比が１以上５０００以下である請求項４記載の溶解物除去方法。
【請求項６】
前記バネ状フィルターの平均間隙長は５μｍ以上２００μｍ以下の範囲にあり、
前記高分子材料の平均短軸長は０．１μｍ以上５００μｍ以下である、請求項４記載の溶解物除去方法。
【請求項７】
キレート基及びイオン交換基の少なくともいずれかを結合したグラフト鎖を備えた高分子材料を含み、前記高分子材料における前記グラフト鎖のグラフト率が１０％以上１５０％未満である、バネ状フィルター用ろ過助剤。
【請求項８】
前記高分子材料は、アスペクト比が１以上５０００以下である請求項７記載のバネ状フィルター用ろ過助剤。
【請求項９】
前記高分子材料は、平均短軸長は０．１μｍ以上５００μｍ以下である請求項７記載のバネ状フィルター用ろ過助剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶解物除去装置及びこれに用いられるろ過助剤並びに溶解物除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホウ素は、耐熱ガラス、ガラス繊維、ニューセラミックス、アモルファス合金、うわ薬、肥料、原子力分野、パソコンＴＦＴディスプレイなどさまざまな用途で利用されており、広く環境中に存在している。
【０００３】
またホウ素は人間にとって必須の元素であるが、一日あたり数ｍｇ以上の過剰量のホウ素を継続的に摂取することにより、生殖機能の低下などの健康障害が生じる可能性が指摘されている。そのため、ホウ素排水に対する規制として、排水基準は水質汚濁防止法により１０ｍｇ／Ｌに、環境基準値ではその１０分の１の値である１ｍｇ／Ｌ以下に制定されている。
【０００４】
また、ホウ素に限らず、カドミウム、鉛、六価クロム、ヒ素、水銀、セレン、フッ素等も腎臓障害等の甚大な健康障害を発生させうる有害元素（金属や半金属）である。
【０００５】
ところで、上記有害元素の一般的な処理としては凝集沈殿法や樹脂による吸着法が知られている。しかしながら、これらの方法は処理速度が遅く、また凝集沈殿法は処理過程でスラッジが出るなどの問題点があり、新しい排水処理技術の開発が強く求められている。
【０００６】
しかしながら、凝集沈殿法は上記の通り、処理後に投入した凝集剤がそのまま産業廃棄物になるといった課題がある。
【０００７】
上記の問題に対し、例えば、下記特許文献１には、溶解した物質を除去すべくグラフト重合を用いた機能性高分子が開示されている。
【０００８】
一方、バネ状のフィルターを用い、水等の流体に混在している物質を除去しようとする技術が、例えば下記特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−２１４９６６号公報
【特許文献１】特開２０１３−１８４１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、機能性高分子について開示するものであり、これをどのような装置に用いるのか、更にはその材料にどのような加工を施すのか、については検討の余地が残る。しかもグラフト率は１５０％以上と高く、その耐久性や比表面積低減等の性能において検討すべき課題が残る。
【００１１】
また、上記特許文献２に記載の技術は、線材の間隙による物理的なろ過であり、流体に溶解せず混在している物質（不溶化物）を除去しようとするものが主であって、上記特許文献２に記載の技術で溶解物を除去しようとするためには検討の余地が残る。
【００１２】
ところで、除去の対象となる溶解物（以下「除去対象溶解物」ともいう。）を除去する場合、これに要するコストは低いことが好ましい。特に、除去対象溶解物と不溶化物が混在するような液体（以下「処理対象液体」）を大量に同時に扱う場合、その装置システムの設置や運用に必要な費用が嵩むことが懸念される。これに見合うコストにするためには、処理する速度を速めること、大量に連続的に処理できること、つまりは処理施設の省スペース化が要求される。更には効率良く溶解物を取り除くためには、比表面積の高い、微細な吸着材（本発明では助剤とする）が必要である。しかしながら、上記特許文献１、２にはこの点について課題が残る。
【００１３】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、除去の難しい除去対象溶解物をより効率的に除去することのできる溶解物除去装置及びこれに用いられるろ過助剤並びに溶解物除去方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】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を進めた結果、バネ状フィルターで扱う助剤では不溶化物を対象にすることが前提として検討されており、溶解物を対象とすることについてまで検討に至っていなかった。そこでさらに検討を進めたところ、ろ過助剤に高分子化合物を用いてこれにグラフト鎖を結合させることで、不溶化物だけでなく溶解物の除去に対しても除去性能を持たせることができることを発見し、本発明を完成させるに至った。
【００１５】
すなわち、上記課題を解決する本発明の一観点に係る溶解物除去装置は、バネ状フィルターと、バネ状フィルターの周囲に配置される、ろ過助剤と、を備えたものであって、ろ過助剤は、キレート基及びイオン交換基の少なくともいずれかを結合したグラフト鎖を備えた高分子材料を含み、高分子材料におけるグラフト鎖のグラフト率が１０％以上１５０％未満であるものである。
【００１６】
また、本発明の他の一観点に係る溶解物除去方法は、バネ状フィルターの周囲に、キレート基及びイオン交換基の少なくともいずれかを結合したグラフト鎖を備えた高分子材料を含み高分子材料におけるグラフト鎖のグラフト率が１０％以上１５０％未満であるろ過助剤を配置し、除去対象溶解物を含む処理対象液体に浸し、バネ状フィルターに処理対象液体を通すことにより処理対象液体から除去対象溶解物を除去するものである。
【００１７】
また、本発明の他の一観点に係るバネ状フィルター用ろ過助剤は、キレート基及びイオン交換基の少なくともいずれかを結合したグラフト鎖を備えた高分子材料を含み、高分子材料におけるグラフト鎖のグラフト率が１０％以上１５０％未満である。
【発明の効果】
【００１８】
以上、本発明によって、除去の難しい溶解物をより効率的に除去することのできる溶解物除去装置及びこれに用いられるろ過助剤並びに溶解物除去方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る溶解物除去装置の概略図である。
【図２】実施形態に係るバネ状フィルターの概略図である。
【図３】実施形態に係るバネ状フィルターの部分断面図である。
【図４】実施形態に係るバネ状フィルターのろ過助剤が配置された場合の部分拡大図である。
【図５】高分子材料の形態のイメージについて示す図である。
【図６】実施形態に係るバネ状フィルターの洗浄時におけるイメージ図である。
【図７】実施形態に係るバネ状フィルターの逆洗浄時におけるイメージ図である。
【図８】実施例により作製された高分子材料の形状の写真図である。
【図９】実施例において形成した簡易型の溶解物除去装置のイメージを示す図である。
【図１０】実施例におけるホウ素除去特性の結果を示す図である。
【図１１】実施例におけるヒ素のろ過助剤添加量とバネ状フィルターへの付着の状況を示す図である。
【図１２】実施例におけるヒ素の吸着性能を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態及び実施例の具体的な例示にのみ限定的に解釈されるものではない。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る溶解物除去装置（以下「本装置」という。）１の概略を示す図である。本図で示すように、本装置は、バネ状フィルター２と、このバネ状フィルター２の周囲に配置されるろ過助剤３を備えており、更に、本装置１において、バネ状フィルター２及びろ過助剤３は溶解物除去時において筐体４内に配置されている。また、本装置１において、バネ状フィルター２は、経路部材５１を経由して処理液タンク６１に接続されている。また、筐体４内の空間４１は、経路部材５２を経由して原液タンク６２、プリコートタンク６３に接続されている。また、筐体４の空間４１は、また経路部材５３を介して廃液タンク６４にも接続されている。
【００２２】
本装置１において、バネ状フィルター２は、文字通りバネ状のフィルターであり、例えば図２にその概略を、図３にその部分断面図を、更に図４にはろ過助剤が配置された場合のその部分拡大図を示す。
【００２３】
これらの図で示すように、バネ状フィルター２は、線材２２が環状に巻き回されかつ所定の間隙をもって重なりあうことによりバネ形状となっているフィルターである。また、限定されるわけではないが、本装置１におけるバネ状フィルター２の線材の周囲には、隣接する線材部分と上記所定の間隔を確保するための突起２１が付されていることが好ましい。このようにしておくことで、バネ状フィルターの平均間隙長、より具体的には線材間の距離を安定的に確保することができる。
【００２４】
また、本装置１におけるバネ状フィルターの平均間隙長（線材間の間隔の平均）は、適宜調整可能であるが、５μｍ以上２００μｍ以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは１０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲である。この範囲とすることで液体中の除去対象となる不溶化物についても効率的に除去しつつ、液体中の除去対象となる溶解物（除去対象溶解物）も効率的に除去することができる。
【００２５】
また、本装置１におけるバネ状フィルター２の素材は、形状を維持し本装置１が所望の効果を達成することができる限りにおいて限定されず、例えば銅、鉄、クロム、ニッケル等の単体金属やステンレス等の合金等の金属材料、また、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル等の樹脂材料をバネ状フィルターの素材として例示することができる。
【００２６】
なお、本装置１におけるバネ状フィルター２は、一本の線材２２を環状の螺旋を描くよう巻き回すことで容易に実現することができるが、例えば、突起が付された環状の線材を、複数積層させた環状積層体とすることで同様の構造を実現することができる。この場合においても、本装置１ではバネ状フィルターに含まれるものとする。すなわち、本装置１において、バネ状フィルターは巻回体、または積層体の何れの構造も包含する。
【００２７】
また、バネ状フィルター２は、上記の図で示すように、線材２２の中心に芯棒２３を備え、この芯棒２３の両端近傍に一対の抑えるための金具２４を設ける構成としておくことが好ましい。このようにすることで、線材をより安定的に保持することができる。
【００２８】
また、本装置１におけるバネ状フィルター２の周囲には、上記の通り、溶解物及び不溶化物の除去時において、バネ状フィルター用のろ過助剤３が配置されており、このろ過助剤３は、キレート基及びイオン交換基の少なくともいずれかを結合したグラフト鎖を備えた高分子材料を含み、高分子材料におけるグラフト鎖のグラフト率が１０％以上１５０％未満となっている。
【００２９】
また本装置１におけるろ過助剤３は、上記の通り高分子材料を含むものであり、バネ状フィルター２が液体を吸引する力によってバネ状フィルター２の周囲に層状に積層される。これにより、高分子材料は溶解物除去のためのフィルター層として機能することができる。
【００３０】
ここで高分子材料とは、高分子化合物を基材として含む材料であり、この基材は限定されるわけではないが、ポリエチレン、ポリプロピレン等及びこれらの誘導体といったポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレンテトラフルオロエチレン等及びこれらの誘導体といったハロゲン化ポリオレフィン、エチレン・ビニルアルコール等及びこれらの誘導体といったハロゲン化オレフィン共重合体、セルロース等及びセルロース骨格を有するセルロース誘導体等を例示することができる。
【００３１】
また、ここで高分子材料の形態としては、限定されるわけではないが粉末状であることが好ましい。より具体的には、例えば図５で示すような細長い繊維状（典型的には短繊維）や粉体（パウダー状）のものの集まりであることが好ましい。
【００３２】
この場合において、高分子材料のアスペクト比（平均短軸長に対する平均長軸長の比）は、１以上５０００以下であることが好ましく、より好ましくは１０００以下、更に好ましくは５００以下、更に好ましくは１００以下、更に好ましくは５０以下、更に好ましくは２０以下である。一方、細長い繊維状のものとする場合は、１．５以上とすることが好ましく、より好ましくは２以上、更に好ましくは３以上である。この範囲とすることで、バネ状フィルターの間隙よりも小さい場合でもそれぞれが絡み合いやすくブリッジ効果を得やすくなり、しかも表面積を多く確保してろ過助剤としての機能を十分に達成することが可能となる。
【００３３】
また、上記繊維状のものである場合において、高分子材料の平均短軸長は０．１μｍ以上５００μｍ以下の範囲にあることが好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上、更に好ましくは２．５μｍ以上であることが好ましい。上記のように、バネ状フィルターの平均間隙長が５μｍ以上２００μｍ以下となっている場合、この平均間隙長の８分の１以上程度の範囲となっていることがブリッジ効果を得るために好ましいためである。また、上限としては特に制限されるわけではないがバネ状フィルターにおける不溶化物の除去を行うろ過助剤としての機能を十分に実現する観点から５００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３００μｍ以下、更に好ましくは２００μｍである。なおここで「平均短軸長」は、電子顕微鏡により撮影した写真から明確に測定できる任意の１０個の対象物を観察してそれぞれの短軸長を求め、さらに撮影した写真１０枚について観察してもとめた短軸長の平均値を表す。
【００３４】
また、本装置１におけるろ過助剤においては、キレート基及びイオン交換基の少なくともいずれかを含むグラフト鎖が基材に結合しており、このグラフト率が１０％以上１５０％未満である。
【００３５】
ここでキレート基とは、複数の配位座を備え、この複数の配位座によって金属イオン（半金属を含む）を捕捉することができる官能基をいう。キレート基としては、所望のイオン（例えば金属イオン及び半金属イオン）を捕捉することができる限りにおいて特に限定されるわけではないが、例えばエチレンジアミン（ＥＤＡ）、ジエチレントリアミン（ＤＥＴＡ）、トリエチレンテトラミン（ＴＥＴＡ）、テトラエチレンペンタミン（ＴＥＰＡ）、ペンタエチレンヘキサミン（ＰＥＨＡ）等のポリエチレンアミン、ビピリジン、フェナントロリン、エチレンジアミン四酢酸、ポリフィリン、クラウンエーテル等を例示することができるがこれに限定されない。除去対象の溶解物（典型的に金属イオン）を捕捉可能なキレート基を適宜選択すればよい。特に、後の実施例から明らかとなるが、グルカミン基であればホウ素を、アミノ基であれば水銀、ジルコニウム基であればヒ素をより効率的に捕捉することができる。
【００３６】
またイオン交換基とは、予め内部に保持したイオンを放出し、他のイオンを取り込むすなわちイオン交換を行うことのできる官能基をいう。イオン交換基としてはイオン交換を行うことができる限りにおいて限定されるわけではないが、例えばスルホン基、カルボキシル基、リン酸基、アミノ基等を例示することができる。除去対象溶解物としてのイオンを交換可能なイオン交換基を適宜選択すればよい。
【００３７】
また、本装置１の官能基の例示からも明らかなように、除去対象となる溶解物としては、特に限定されず様々なものを対象とすることができる。例えばホウ素、フッ素、ヒ素等、及びそのオキソニウムイオン等のイオンであるか、水銀、鉛、クロム、カドミウム、などのカチオン種で人体に有害か環境で規制対象となっている金属種であれば非常に有効なものとなる。また、銀、金、白金等の貴金属、モリブデン、バナジウム、ウラン等の希土類元素等資源となりうる有価な金属についても適用可能であり、非常に有効なものとなる。特に、水に溶解したイオン（典型的には金属イオン又は半金属イオン）の除去に好適に適用可能である。
【００３８】
また、本高分子材料において、グラフト率は１０％以上１５０％未満である。ここでグラフト率とは、基材のセルロースに対してどの程度のグラフト鎖が導入されているのかを示す率であり、グラフト反応前後の重量差により算出することが可能な値であり、以下の式により算出することができる。
【００３９】
グラフト率［％］＝（Ｗ１−Ｗ０）／Ｗ０×１００
（上記式において、Ｗ０はグラフト重合前の基材の重量を、Ｗ１はグラフト重合後のグラフト物の重量を意味する。）
【００４０】
本高分子材料において、グラフト率は１０％以上であることが重要である。グラフト率を１０％以上とすることで酸やアルカリに対する耐久性を確保することができる。一方、グラフト率は１５０％を超えない範囲とすることが重要である。グラフト率を１５０％未満とすることで、グラフト鎖が破断すること等に対する耐久性を確保し、繰り返し特性を確保することができる（繰り返し使用による性能低下を抑制しうる）。換言すると、グラフト率が１５０％以上の場合、グラフト高分子材料中に占めるグラフト鎖の割合が過大であり、グラフト鎖の脱落が顕著となる。このため使用（典型的には繰り返し使用）に耐えうる所望の機械強度を得ることが困難となりがちである。また、グラフト率が１５０％以上のように高いと、助剤（グラフト高分子材料）径が大きく、比表面積が低くなり、良好な効果が得られない。なお、この効果は、グラフト率が３０％以上１２０％以下の範囲とするとより顕著となる。
【００４１】
ところで、本高分子化合物に対するグラフト鎖の結合は、安定的に行うことができる限りにおいて特に限定されるわけではないが、いわゆるグラフト重合によって実現することが好ましい。グラフト重合は、高分子化合物の表面に活性点を形成し、これに上記キレート基及びイオン交換基の少なくともいずれか、又は、これらに転化可能な官能基を有するモノマーをグラフト重合反応によりグラフト鎖として結合させることで実現可能である。なおこの場合において活性点の形成は触媒法、プラズマ法、加熱法、放射線法のいずれの方法で製造してもよい。製造の容易性、溶剤使用量の軽減の点で、電子線やガンマ線等を照射する放射線法（いわゆる放射線グラフト重合法）で製造する方法が好適である。すなわち、ここで開示するろ過助剤として、放射線グラフト高分子材料を好適に使用しうる。
【００４２】
また、グラフト鎖は、上記の通り、高分子化合物に結合させた後、更に必要な機能を有する官能基に転化する処理を行ってもよい。このようにすることで、好ましい条件によりグラフト鎖を結合させた後、更に目的に応じて最適な官能基とすることができる。例えば下記表に、吸着官能基の例について示しておく。
【表１】
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【００４３】
なお、本装置１において高分子材料は、粉末状のものであることが好ましいが、この粉末状とする方法としては、長繊維状又はペレット状の高分子化合物（基材）を粉砕して粉末状にし、粉末状にした後にグラフト鎖を結合させてもよく、また、長繊維状又はペレット状の基材に対してグラフト鎖を結合させた後、このグラフト重合物を粉砕して粉末状にしたものであってもよい。
【００４４】
また、本装置１では、上記の通り、バネ状フィルター２及びろ過助剤３は溶解物除去時において筐体４内に配置されている。
【００４５】
本装置１において、筐体４は、上記の通り、中に空洞４１を備えており、その内部にバネ状フィルター２を固定配置し、溶解物除去時においては、バネ状フィルター２の周囲にろ過助剤３を配置する。この配置方法については溶解物除去方法の説明の際に改めて説明する。
【００４６】
また本装置１において、筐体４の内部の空洞４１は、上記の通り、経路部材５２を介して原液タンク６２に接続されている。ここで原液タンク６２とは、処理対象となる溶解物及び不溶化物を含む液体（処理対象液体）を収納するタンクである。なお、経路部材５１乃至５３の少なくともいずれかにはポンプが、経路部材５１乃至５３の各々には弁が備えられており、必要に応じ弁を開閉、ポンプを作動させることによって液体を送ることができる。
【００４７】
また、本装置１において、筐体４の内部の空洞４１は、上記の通り、経路部材５２を介してプリコートタンク６３に接続されている。ここでプリコートタンク６３とは、上記ろ過助剤を混合させた液体を収納することのできるタンクであり、溶解物除去時にろ過助剤を筐体内に導入する供給源となるものである。
【００４８】
ただし、プリコートタンク６３については、省略することが可能である。この場合、処理液タンク６２に収納された液体に対し直接ろ過助剤を添加することで可能である。
【００４９】
また、本装置１において、筐体４内に配置されたバネ状フィルター２の内部空間に、経路部材５１が接続されており、更にこの経路部材５１が処理液タンク６１に接続されている。
【００５０】
ここで処理液タンク６１とは、バネ状フィルター２及びろ過助剤３を介してろ過処理された液体（処理液）を収容することができるタンクである。なお、この処理液は、そのまま装置外部に排出させることもできるが、後述の記載からも明らかなとおり、逆洗浄の際の洗浄液として用いることができる。なお、処理液を直接装置外部に排出させる構成とする場合において、処理液タンク６１を省略することが可能である。ただしこの場合、逆洗浄を行うための液体の供給源は設けておく必要がある。
【００５１】
また、本装置１において、排水タンク６４が筐体４内に配置された経路部材５３により接続されている。排水タンク６４は、具体的には、逆洗浄によって筐体４から排出される使用済みのろ過助剤３を収容するためのタンクである。排水タンク６４を設けることで、効率的にろ過助剤３を回収し、必要に応じて廃棄又は再利用を行うことができるようになる。なお、経路部材５３については、弁等を介して接続することにより上記経路部材５２と共通化することも可能である。
【００５２】
（溶解物除去方法）
ここで、本装置を用いた溶解物除去方法（以下「本方法」という。）について説明する。本方法は、（１）バネ状フィルターの周囲に、キレート基及びイオン交換基の少なくともいずれかを結合したグラフト鎖を備えた高分子材料を含み高分子材料におけるグラフト鎖のグラフト率が１０％以上１５０％未満であるろ過助剤を配置し、（２）除去対象溶解物を含む処理対象液体に浸し、バネ状フィルターに処理対象液体を通すことにより処理対象液体から前記除去対象溶解物を除去するものである。以下具体的に説明する。
【００５３】
まず、本方法では、（１）バネ状フィルターの周囲に、キレート基及びイオン交換基の少なくともいずれかを結合したグラフト鎖を備えた高分子材料を含み高分子材料におけるグラフト鎖のグラフト率が１０％以上１５０％未満であるろ過助剤を配置する。ろ過助剤の具体的な構成については既に上記で述べたとおりである。
【００５４】
本段階においては、まず、筐体内にバネ状フィルターを固定配置する一方、処理対象液体を原液タンク６２内に投入する。また、プリコートタンク６３内に液体にろ過助剤を分散させて収納させる。
【００５５】
そして、ポンプなどの送液手段を用い、経路部材５２を介して筐体４内に上記プリコートタンク６３内の液体及びろ過助剤を供給するとともに、バネ状フィルター２内を吸引し、バネ状フィルターの線材間に液体を通してこの通った液体を筐体外に排出する。この過程により、ろ過助剤３はバネ状フィルター２の周囲に層として形成されていく。なおこの場合、液体は他の経路部材を設けて原液タンク又はプリコートタンクに排出させてもよい。
【００５６】
そして、十分にバネ状フィルターの周囲にろ過助剤が層として形成された後、（２）除去対象溶解物を含む処理対象液体に浸し、バネ状フィルターに処理対象液体を通すことにより処理対象液体から除去対象溶解物を除去する。具体的には、供給源を上記プリコートタンク６３から原液タンク６２に切り替え、原液タンク６２から筐体４内に処理対象液体を供給するとともに、バネ状フィルター２を経由した液体を処理液タンク６１に排出させる。この際もポンプなどの送液手段を用いることが好ましい。
【００５７】
この結果、原液タンクに収容された液体はバネ状フィルター及びろ過助剤を経由し、溶解物が除去された後、筐体外に排出されることになる。この場合のバネ状フィルター近傍のイメージを図６に示しておく。なお、本段階においては、不溶化物についても、ろ過助剤の物理的な間隙により除去可能であることは言うまでもない。
【００５８】
そして、十分に高分子材料が溶解物を除去し付着させた後は、バネ状フィルター２について逆洗浄を行うことが好ましい。具体的には、バネ状フィルター２内部側に接続された処理液タンクに収容された処理液を経路部材を介して供給する。すると、今度はバネ状フィルターの内側から外側に液体が供給されることとなるため、バネ状フィルターの周囲に配置されていたろ過助剤３はバネ状フィルター２の線材から剥離することとなる。この場合のイメージを図７に示しておく。そしてこの高分子材料は上記の通り、筐体４下部に設けられた排出口から経路部材５３を介して排出されることで容易に回収可能である。回収した高分子材料はそのまま廃棄することもでき、また、所定の処理を行うことで再生利用が可能である。なおここで処理液は、逆洗浄をすることができる限りにおいて限定されるわけではないが、除去対象となる溶解物を含まない液体であることが好ましく、より具体的には水であることが好ましい。
【００５９】
ところで、本方法において用いる液体の流量、流速については本方法の目的及び効果を達成することができる限りにおいて限定されず、具体的には、液体に溶解している溶解物、これとともに除去される不溶化物の濃度、バネ状フィルターの本数やその間隙長やバネ状フィルターの数やろ過助剤の量等により適宜調整可能であるが、例えば０．１Ｌ／分以上３０．０Ｌ／分以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは０．６Ｌ／分以上２０．０Ｌ／分以下の範囲であり、更に好ましくは１．０Ｌ／分以上１０．０Ｌ／分以下の範囲である。
【００６０】
以上、本装置及び方法は、除去の難しい溶解物をより効率的に除去することのできる溶解物除去装置及びこれに用いられるろ過助剤並びに溶解物除去方法となる。より具体的に説明すると、本装置によると、上記所定の構造の高分子材料をろ過助剤として用いることで、通常のバネ状フィルターとして水中に混在している不溶の不純物をろ過することができるだけでなく、高分子材料の表面にグラフト鎖を備えているため、溶解した不純物自体もこのグラフト鎖（典型的には、当該グラフト鎖が有する官能基）によって捕捉することが可能となる。特に、グラフト率を上記範囲に抑えることで耐久性等を安定的に維持することができる。更に、高分子材料（典型的には基材としての高分子化合物）としてセルロースを用いた場合は、セルロース自体は無害であって、流体に接触させたとしても流体を汚染することがなく、飲料水の処理に用いることさえ可能である。また高分子材料（典型的には基材としての高分子化合物）は一般に安価である場合が多く、コストの観点からも有利である。また、ろ過処理した後の高分子材料については、化学的処理を施し捕捉したイオンのみを取り出すこととしてもよく、またそのまま燃焼させて捕捉した物質を取り出すこととしてもよい。セルロース自体は自然にも存在するものであり、燃焼させたとしても二酸化炭素及び水を排出するだけであるため、環境に対する負荷は小さい。この結果、除去対象物を少なくとも環境規制値まで、さらには対象溶解物をｐｐｔ（１兆分の１の濃度）まで低減することが可能となる。
【００６１】
また、本装置１に用いられる高分子材料には、対象とする除去対象となる溶解物に応じて任意で官能基（キレート基、イオン交換基等）を選択、導入することができる。さらにはグラフト率または官能基（キレート基、イオン交換基など）の転化率をコントロールすることで官能基の導入量 （官能基密度）を調整することができる。グラフト高分子材料が有する官能基の導入量（ｍｍｏｌ／ｇ）を増大することで、グラフト高分子材料の単位重量あたりの溶解物の除去効率が増大する。さらに詳しくは、不溶化物を対象にしたバネ状フィルターの素材に、グラフト高分子材料に官能基（キレート基、イオン交換基等）を導入する同じ手段で、同じ官能基または種類の異なる官能基を導入することができる。これにより、除去対象物の処理速度が格段に向上することになる。特に、本装置では処理対象流体を扱う処理速度が格段に速いので、処理の短時間化、低コスト化を図ることができるようになる。
【００６２】
（応用例）
ところで、本装置１では、バネ状フィルター２にろ過助剤３を配置することで溶解物についても除去を行うことができる構成となっているが、グラフト鎖が結合されたろ過助剤３の使用の有無にかかわらず、例えば、バネ状フィルター２に樹脂材料を用い、この樹脂材料に直接上記グラフト鎖を結合させる構成も考えられうる。このようにすることで、バネ状フィルター２の線材の間を液体が通過する際、このグラフト鎖により溶解物が除去でき、本装置の性能をより向上させることが可能となる。
【実施例】
【００６３】
ここで実際に、ろ過助剤及び溶解物除去装置について作製しその効果を確認した。以下具体的に説明する。
【００６４】
（実施例１）
（１）電子線を用いた高分子材料の作製
まず、グラフト高分子材料の基材となる高分子化合物であるセルロースパウダーに電子線を２ＭｅＶ、２ｍＡで総吸収線量が２０ｋＧｙとなるように照射した後、メタクリル酸グリシジル（ＧＭＡ）を用いるグラフト重合反応によりグラフト鎖を導入した。なお、グラフト重合反応前後の重量差により導出したグラフト率は６０％であった。
【００６５】
次いで、グラフト鎖として導入したＧＭＡの分子中に有するエポキシ基への開環反応により、Ｎ−メチル−Ｄ−グルカミン（ＮＭＤＧ）を導入し、キレート形成基（官能基）としてＮＭＤＧを有する高分子材料を得た。高分子材料に導入されたＮＭＤＧの密度（転化率）、即ち、高分子材料中のＮＭＤＧの割合は１．９ｍｍｏｌ／ｇであった。
グラフト重合反応前の基材、及び、上記作製した高分子材料の形状写真を図８に示す。
【００６６】
本写真によると、高分子材料の形状は細長い形状であることが確認でき、その平均短軸長は６μｍであり、平均長軸長は１０μｍであった。この結果、アスペクト比は１．７であることが確認できた。
【００６７】
（２）ホウ素除去
そして、既に作製してあるバネ状フィルターを中空の耐圧容器（筐体）内に設置し、経路部材を介して処理液タンクと循環経路を形成し、簡易型の溶解物除去装置を作製した。このイメージを図９に示しておく。
【００６８】
まず、上記作製した高分子材料２０ｇを処理液タンクに添加し、耐圧容器内に導入する一方、バネ状フィルター内部からは吸引を行い循環させることで、バネ状フィルターの周囲を高分子材料で覆わせた。
【００６９】
その後、処理液タンクを５０ｍｇ／Ｌのホウ素溶液４Ｌに取り換え、１．６Ｌ／ｍｉｎの通液速度で循環させた。一定時間毎、システム出口の溶液及び対象流体液が貯水される容器内の対象流体液を分取した後、ホウ素濃度を定量し、ホウ素除去特性を評価した。この結果を図１０に示す。
【００７０】
この結果、ホウ素除去試験において、通液開始から５分までに採取した試料のシステム出口のホウ素濃度は０（ゼロ）であり、高分子材料を通過したホウ素を全て除去できたことを確認した。また、採取した全ての試料においてホウ素濃度は４ｍｇ／Ｌ以下まで低減できた。特に、この結果から、高分子材料による処理速度は、空間速度１０ｈ−1以上であることも分かった。
【００７１】
また、同処理方法として、予め５０ｍｇ／Ｌのホウ素溶液4Ｌが入った処理液タンクに上記作製したセルロースパウダーを基材とする高分子材料２０ｇを添加し、ホウ素溶液中に分散させた後、１．６Ｌ／分の速度でバネ状フィルターに吸引させ、一定時間毎にシステム出口の溶液を採取した後、ホウ素濃度を定量し、ホウ素除去特性を確認した。
【００７２】
この結果、通液開始から、全てのホウ素溶液がシステムを通過し排出されるまでの間（２分３０秒）、採取した全ての試料においてホウ素濃度は初期濃度の３０分の１に相当する１．６ｍｇ／Ｌであった。
【００７３】
以上実施例より効果を確認することができた。
【００７４】
（実施例２）
（１）高分子材料の作製
目付３０ｇ／ｍ２のセルロース不織布繊維をグラフト高分子材料の基材とし、これに５００ｋｅＶ、１０ｍＡの条件で電子線を２０ｋＧｙ照射した後、脱酸素化した５％ジエステルリン酸モノマー水溶液中に浸漬させ、グラフト重合反応を進行させた。得られたリン酸基を導入したグラフトセルロース繊維のグラフト率は１２０％で、リン酸基の密度は４．０ｍｍｏｌ／ｇであった。
【００７５】
そして、上記得たセルロース不織布繊維グラフト高分子材料を硫酸ジルコニウム水溶液で５時間浸漬させ、リン酸基の末端にジルコニウム残基を担持させた。そして、得られたジルコニウム型不織布繊維を数十ミクロンまで凍結粉砕し、バネ状フィルター用助剤形状に加工した。
【００７６】
また、上記実施例１と同様、セルロース不織布繊維グラフト高分子材料の電子顕微鏡写真を確認したところ、それぞれ平均短軸長は１０μｍ、２０μｍであり、平均の長軸長は１００μｍ、１１０μｍであることを確認した。
【００７７】
（２）ヒ素除去
そして、上記実施例１と同様の装置を用い、加工したグラフト高分子材料をヒ素が溶存する対象流体液に投入し、ろ過助剤添加量とバネ状フィルターへの付着の状況を調べた。この結果を図１１に示す。
【００７８】
この結果、ろ過助剤の添加量が多くなるにつれ、ろ過助剤のバネ状フィルターへの助剤の付着量が多くなり、流通速度は低下する傾向が確認された。しかしながら、ヒ素の吸着性能は、図１２に示すとおり、通液速度によらず一定の吸着容量を示すことを確認した。この結果は、一般的な数百ミクロン径で構成される市販架橋樹脂（三菱ケミカル社製リン酸型樹脂に同様にジルコニウムを担持させてもの）と比較しても１０倍程度高い容量を示している。
【００７９】
以上本実施例により効果を確認することができた。
【００８０】
（実施例３）
（１）高分子材料の作製
繊維径３０μｍのセルロース不織布基材に実施例２と同様な操作によって、ＧＭＡを用いるグラフト反応によりグラフト鎖を導入した。なおこのグラフト率は１２０％であった。ＧＭＡグラフト鎖のエポキシ基には、エチレンジアミン又はジエチレントリアミンをそれぞれ２．１ｍｍｏｌ／ｇ又は２．２ｍｍｏｌ／ｇ導入した。
【００８１】
また、上記実施例１と同様、高分子材料の電子顕微鏡写真を確認したところ、それぞれ、エチレンジアミンを導入したグラフト高分子材料は平均短軸長が２０μｍ、平均長軸長が１００μｍであり、ジエチレントリアミンを導入したグラフト高分子材料は平均短軸長が２５μｍであり、平均長軸長が９０μｍであることを確認した。
【００８２】
（２）水銀除去
その後、上記作製した高分子材料を上記と同様の装置に用い、約３０ｐｐｂ（μｇ／Ｌ）の水銀と接触させ、一定時間後に残水銀量を定量した。この結果を表に示す。この結果によると、僅か３０分で９５％以上の吸着率（除去率）を示した。分配比（残水銀濃度と助剤中に捕捉された水銀濃度との比）は、３万以上であった。この値は市販樹脂能（三菱ケミカル社製、ダイヤイオン）に比較して、最大で８００倍の能力向上を示していることを確認した。
【表２】
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【００８３】
以上本実施例により効果を確認することができた。
【００８４】
（実施例４）
（ポリエチレン樹脂パウダーの合成）
また、ポリエチレン樹脂ペレットをグラフト重合物（グラフト高分子材料）の基材とし、これに１０ＭＨｚの高周波を５時間照射した。次いで、照射したペレットを脱酸素化した２０％メタクリル酸グリシジル（ＧＭＡ）のメタノール溶液中でグラフト重合反応を行い、グラフト鎖を導入した。得られたＧＭＡペレットのグラフト率は９０％であった。ここで、ＧＭＡをグラフト重合したペレット状のグラフト物（グラフト高分子材料）を粉砕し、平均長軸長が１０μｍになるように調整した。さらに、１０μｍのパウダー状ＧＭＡペレットをジエチレントリアミン−イソプロパノール溶液中で転化した。アミン基密度は、２．８ｍｍｏｌ／ｇであった。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、溶解物除去装置及びこれに用いられるろ過助剤並びに溶解物除去方法として産業上の利用可能性がある。
【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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