(57)【要約】【課題】        強度及び吸着性能に優れ、特に浄水器用途に適した吸着剤及びその製造方法と、これを用いた浄水器を提供する。【解決手段】    熱可塑性樹脂からなる母粒子の表面に、吸着性能を有する子粒子が固定化された吸着剤は、吸着剤が高温の熱履歴を受けていないため、高い吸着性能を維持しつつ、強度にも優れている。また、本発明の吸着剤の製造方法は、高い温度をかける必要が無いため簡便な設備で効率よく吸着剤を製造することができる。また、本発明の吸着剤を濾材として用いた浄水器は、重金属等の有害物が除去された安全な水を長期に亘って得ることができる。【選択図】            なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂からなる母粒子の表面に、吸着性能を有する子粒子が固定化されてなる吸
着剤。
【請求項２】
前記子粒子が、アルミノケイ酸塩系無機イオン交換体、ケイ酸チタニウム系化合物、リ
ン酸カルシウム系化合物の少なくとも１種類を含む請求項１に記載の吸着剤。
【請求項３】
平均粒径が３０〜１５００μｍである請求項１又は２に記載の吸着剤。
【請求項４】
前記母粒子の平均粒径が２０〜１３００μｍである請求項１〜３のいずれか一項に記載
の吸着剤。
【請求項５】
前記子粒子の平均粒径が５〜１００μｍである請求項１〜４のいずれか一項に記載の吸
着剤。
【請求項６】
前記母粒子の体積をＡ、前記子粒子の体積をＢとしたとき、０．２５≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）
≦０．９５である請求項１〜５のいずれか一項に記載の吸着剤。
【請求項７】
熱可塑性樹脂からなる母粒子の表面に、吸着性能を有する子粒子を、溶融接着又は圧着
により固定化する吸着剤の製造方法。
【請求項８】
前記母粒子の融点又はＴｇより１０〜５０℃高い温度に加熱して前記母粒子の表面を溶
融する請求項７に記載の吸着剤の製造方法。
【請求項９】
熱風気流中に、前記母粒子と前記子粒子とを分散させながら加熱する請求項８に記載の
吸着剤の製造方法。
【請求項１０】
容器の内部にロータを配し、該容器と該ロータの間に前記母粒子と前記子粒子とを分散
させて、該容器と該ロータとをそれぞれ反対方向に回転させて、圧縮力を繰り返し加える
請求項７に記載の吸着剤の製造方法。
【請求項１１】
前記ロータを、前記容器より高速で回転させる請求項１０に記載の吸着剤の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の吸着剤を濾材に用いた浄水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強度及び吸着性能に優れ、特に浄水器用途に適した吸着剤及びその製造方法
と、これを用いた浄水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛、鉄、銅、ニッケル、亜鉛、クロム、カドミウムなどの重金属類は、地中、配水管な
どから溶出し、井戸水、水道水中にイオンの形態として含まれている可能性がある。これ
らを除去する方法については様々な検討がなされている。
【０００３】
これら重金属類の吸着剤としては、例えば合成ゼオライト、非晶質のチタンケイ酸塩等
が知られている（例えば特許文献１、特許文献２）。
【０００４】
一般に合成ゼオライト等の吸着剤は数十μｍ以下の微小結晶で合成されており、そのま
まの状態では通水時に圧力損失の増大を招くので、浄水器の吸着剤としての使用は難しい
。従って、適度な粒径範囲に吸着剤を造粒することが行われている。
【０００５】
造粒方法としては、バインダー、結合剤を用いて微粒子同士を結合し、粒径を増大させ
る方法が知られており、バインダーの例としてはベントナイト、ケイソウ土、コロイダル
シリカ、セルロース類、アルギン酸塩等が用いられている（例えば特許文献３）。
【０００６】
ベントナイトやカオリン等の粘土鉱物と、合成ゼオライト微粒子と水を適当な配合割合
で混合し、６００〜８００℃の高温で焼成すると、ベントナイトなどの粘土鉱物は７００
℃付近で焼結するので、合成ゼオライト微粒子の結合剤の役割を果たす。
【０００７】
しかしながら、吸着剤を粘土鉱物と共に高い温度で加熱する方法は、吸着剤の構造の崩
壊等により、吸着性能の低下が生じる可能性があった。
【０００８】
また、Ｃａ型及び／またはＮａ型のＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）を使用する
方法や、有機系重合体エマルジョンまたはラテックスを使用して造粒する方法も知られて
いる（例えば特許文献４、特許文献５）。
【０００９】
しかしながら、ＣＭＣ等の有機物を用いた場合、高温での熱処理が要らない反面、有機
化合物やその添加剤の溶出の可能性があり、浄水器用充填材としては適当でない場合があ
る。また、少量の有機系バインダーにより造粒した粉末ゼオライトは、浄水器に使用した
場合、十分な強度が得られず微粒子に崩壊する場合もある。
【特許文献１】特開平７−２０４６３０号公報
【特許文献２】特表平６−５０４７１４号公報
【特許文献３】特開昭６０−１４９３６号公報
【特許文献４】特許第２７５６５６７号公報
【特許文献５】特開平７−１４４９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、強度及び吸着性能に優れ、特に浄水器用途に適した吸着剤及びその製造方法
と、これを用いた浄水器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】
【００１１】
即ち本発明の第一の要旨は、熱可塑性樹脂からなる母粒子の表面に、吸着性能を有する
子粒子が固定化されてなる吸着剤である。
【００１２】
また、本発明の第二の要旨は、熱可塑性樹脂からなる母粒子の表面に、吸着性能を有す
る子粒子を、溶融接着又は圧着により固定化する吸着剤の製造方法である。
【００１３】
また、本発明の第三の要旨は、上記吸着剤を濾材に用いた浄水器である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の吸着剤は、熱可塑性樹脂からなる母粒子の表面に、吸着性能を有する子粒子が
固定化されていることから、高い吸着性能を維持しつつ、強度にも優れている。
また、本発明の吸着剤の製造方法は、極度に高い温度で造粒する必要が無いため、より
簡便な設備で効率よく吸着剤を製造することができる。
また、本発明の吸着剤を濾材として用いた浄水器は、重金属等の有害物が除去された安
全な水を長期に亘って得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の吸着剤は、熱可塑性樹脂からなる母粒子の表面に、吸着性能を有する子粒子が
固定化されてなる。ここで、熱可塑性樹脂の種類は特に限定はされず、ポリエチレン樹脂
、ポリプロピレン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアクリロニトリル
樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン
共重合体、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブタ
ジエンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ナイロン樹脂
等が例として挙げられる。
中でも、ポリエチレン樹脂は融点が低く、従って低い加熱温度で造粒できるため好まし
い。
【００１６】
本発明に使用する吸着性能を有する子粒子としては、重金属、中でも鉛の吸着性能が優
れているアルミノケイ酸塩系無機イオン交換体、ケイ酸チタニウム系化合物、リン酸カル
シウム系化合物の少なくとも１種類を含むことが好ましい。
本発明の吸着剤は、一つの母粒子に１種類の子粒子を固定化しても、複数種類の子粒子
を固定化しても構わない。
【００１７】
アルミノケイ酸塩系無機イオン交換体としては、合成ゼオライトであるモレキュラーシ
ーブ３Ａ、モレキュラーシーブ４Ａ、モレキュラーシーブ５Ａ、モレキュラーシーブ１３
Ｘ、フォージャサイト型ゼオライト、モルデナイト型ゼオライトが挙げられる。これら合
成ゼオライトは重金属イオンの吸着能力が高く、特にモレキュラーシーブ５Ａは、溶解性
鉛イオンの吸着性に優れている。
【００１８】
吸着性能を有する子粒子は、比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であることが好ましい。特
に比表面積が３００ｍ２／ｇ以上のものは、カルシウム、マグネシウム等の競合イオンの
存在下においても、重金属の選択的吸着性能に優れているためより好ましい。
【００１９】
リン酸カルシウム系化合物としては、ヒドロキシアパタイト、リン酸三カルシウム、リ
ン酸四カルシウム等が挙げられる。これらリン酸カルシウム系化合物は、リン酸塩水溶液
とカルシウム塩水溶液を反応させることにより合成することができる。
【００２０】
浄水器は通常、１〜５Ｌ／分程度の流量が要求される。このため、吸着剤を浄水器に使
用する場合、この流量を配慮した大きさが必要であり、平均粒径３０〜１５００μｍの顆
粒状のものが好ましく用いられる。平均粒径が３０μｍより小さいと、濾過抵抗が上昇し
通水性が低下する傾向にある。一方、平均粒径が１５００μｍより大きいと、粒子間の空
隙が大きくなり、除去性能が低くなる傾向が見られる。吸着剤の平均粒径は５０〜７５０
μｍの範囲がより好ましい。
なお、ここでいう吸着剤の平均粒径とは、母粒子に子粒子が固定化された状態での吸着
剤全体の粒径をいうものであり、標準ふるいを用いて篩い分けを行うことによって求める
ことができる。
【００２１】
母粒子の平均粒径は、大きすぎると吸着剤の粒径が大きくなりすぎるため、１３００μ
ｍ以下が好ましく、７５０μm以下がより好ましい。一方、小さすぎると表面に子粒子を
固定化し難くなるため、２０μm以上が好ましく、５０μm以上がより好ましい。
【００２２】
子粒子の平均粒径が大きすぎると、母粒子表面への固定化し難くなり、かつ吸着性能が
低下する傾向にある。従って、子粒子の平均粒径は１００μm以下が好ましく、５０μm以
下がより好ましい。一方、子粒子の平均粒径が小さすぎると、母粒子に対して固定化でき
る子粒子の量が減り、吸着剤の体積あたりの性能が低下する傾向にある。従って子粒子の
平均粒径は５μm以上が好ましく、２０μm以上がより好ましい。
【００２３】
吸着剤全体の体積に対する母粒子の体積の割合は、少なすぎると子粒子を表面に固定化
する結合力が弱くなる傾向にある。従って、母粒子の体積をＡ、子粒子の体積をＢとした
とき、Ａ／（Ａ＋Ｂ）が０．２５以上であることが好ましく、０．４０以上であることが
より好ましい。
【００２４】
一方母粒子の体積の割合が多すぎると、母粒子に対して固定化できる子粒子の量が減り
、吸着剤の体積あたりの性能が低下する傾向にある。従って、Ａ／（Ａ＋Ｂ）が０．９５
以下であることが好ましく、０．９０以下であることがより好ましい。
【００２５】
なお、母粒子及び子粒子の体積は、例えば以下の手順により求めることができる。
１．吸着剤の質量を測定する。
２．母粒子が燃焼し揮発する温度以上の強熱により吸着剤を加熱し、残った質量を測定し
て子粒子の質量とする。
３．加熱前の吸着剤の質量から子粒子の質量を差し引いて母粒子の質量とする。
４．母粒子及び子粒子それぞれについて、密度と質量から体積を算出する。
【００２６】
吸着剤の微粒子同士を結合させる接着剤としてバインダーを使用していた従来技術では
、吸着性能を有さないバインダーの配合割合をできるだけ少なくしていたため、造粒後の
強度が不十分となりがちであった。これに対し本発明では、熱可塑性樹脂を母粒子として
使用し、母粒子表面に、強度の低下を招くことなく吸着剤の子粒子を緻密に固定化させる
ことが可能になる。従って、本発明の吸着剤は、十分な吸着性能を保ちつつ、十分な強度
をも有している。
【００２７】
本発明の吸着剤の製造方法は、熱可塑性樹脂からなる母粒子の表面に吸着性能を有する
子粒子を固定化するにあたって、溶融接着又は圧着により子粒子を固定化させるものであ
る。
溶融接着を行う場合の方法としては、例えば熱風気流中に、母粒子と子粒子とを分散さ
せながら加熱する方法が挙げられる。この方法は、母粒子表面に均一に子粒子を固定化で
きるため好ましい。この方法の製造装置としては、日本ニューマチック工業株式会社の型
式ＳＦＳ−３を例として挙げることができる。
【００２８】
加熱温度は、母粒子として使用する熱可塑性樹脂が結晶性の場合、その融点よりも１０
〜５０℃高い温度で加熱すると、接着性が向上するため好ましい。一方、熱可塑性樹脂が
非晶性の場合、Ｔｇよりも１０〜５０℃高い温度で加熱するのが好ましい。
【００２９】
圧着により子粒子を固定化させる場合の方法としては、例えば容器内に母粒子と子粒子
を入れて、容器を回転させることによって遠心力を発生させる方法が挙げられる。具体的
には、容器の内部にロータを配し、容器とロータの間に母粒子と子粒子とを分散させて、
容器とロータとをそれぞれ反対方向に回転させる。このとき、容器及びロータの断面形状
は共に楕円形が好ましい。
【００３０】
この際の回転速度は、容器よりも楕円ロータを高速で回転させることが好ましい。容器
の回転は、母粒子と子粒子を適度に分散させるために行うものであり、その回転速度は２
０〜２５０回転／分程度が好ましい。楕円ロータの回転は、容器と楕円ロータとの間に存
在するそれぞれの粒子に圧縮力を加えるために行うものであり、その回転速度は１０００
〜５０００回転／分程度が好ましい。
この方法は圧縮力を繰り返し加えることができるため、母粒子表面に均一に子粒子を固
定化できる。この方法の製造装置としては、例えば株式会社徳寿工作所のシータ・コンポ
ーザを挙げることができる。
【００３１】
この他に、例えば母粒子と子粒子とを容器に入れ、撹拌しながら加熱する方法、容器を
振盪させながら加熱する方法等によって製造することもできる。
【００３２】
本発明の吸着剤は、鉛吸着量が１５０ｍｇ／ｇ以上とすること、圧縮強度が１．０Ｎ／
ｍｍ２以上とすることによって、浄水器に用いた際に十分な強度を備え、従って通水によ
り破壊されたりすることなく、かつ良好な鉛吸着性能を付与できるため好ましい。なお、
鉛の吸着量（ｍｇ／ｇ）とは、鉛を含む水溶液に、吸着剤を２４時間浸漬させた際に、吸
着剤が１ｇ当たり吸着する鉛の量をいう。
具体的には、例えば硝酸鉛水溶液を鉛濃度２００ｍｇ／Ｌとなるように調製して三角フ
ラスコに２００ｍｌ分取し、吸着剤１００ｍｇを添加し、振とうさせた後、２４時間後に
フィルターで濾過し、濾液水中の残留鉛濃度を測定することによって鉛吸着量を求めるこ
とが出来る。
【００３３】
また、圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）とは、平松、岡、木山：日本鉱業会誌、８１、１０２４
（１９６５）の方法を参考に、吸着剤を平板で圧縮する際に、吸着剤にかかる荷重から求
めるものであり、圧縮強度；Ｓｔ（Ｎ／ｍｍ２）、Ｐ；荷重（Ｎ）、ｄ；粒子径（ｍｍ）
としたとき、Ｓｔ＝２．８Ｐ／πｄ２の式から算出する。
吸着剤の圧縮強度は、１．３Ｎ／ｍｍ２以上がより好ましく、１．５Ｎ／ｍｍ２以上が
更に好ましい。
【００３４】
本発明の吸着剤を濾材として用いた浄水器は、重金属類を効率的に除去することが出来
る。図１は、本発明の浄水器の一例を示す断面図である。図１の浄水器は、吸着剤を配し
た第一の浄化槽２と、多孔質中空糸膜を配した第二の浄化槽７を有する。また、第一の浄
化槽２と第二の浄化槽７との間には、流量センサー９が配されている。水道水等の原水は
、入口６から入って吸着剤や多孔質中空糸膜によって浄化された後、吐水口１１から浄水
として取り出される。
本発明の吸着剤を濾材として用いた浄水器は、併せて残留塩素、トリハロメタン、一般
有機化学物質、消毒副生成物、農薬などを効率よく除去するためには、本発明の吸着剤に
加えて、活性炭を用いるのが好ましい。活性炭は、除去能力は低いものの、重金属類も吸
着し、吸着剤の吸着性能の長寿命化に寄与するため、活性炭と本発明の吸着剤を併用する
ことがより好ましい。
【００３５】
活性炭としては、残留塩素、トリハロメタン、一般有機化学物質、消毒副生成物、農薬
などの除去する目的に合致する性能を有しているものであれば特に限定されず、その形状
は、粉末状、繊維状、或いは粒状のものなどを用いることができる。
【００３６】
また、活性炭の種類は必ずしも限定されず、ヤシ殻活性炭、骨炭、木炭等天然系活性炭
、ピッチ系、石油コークス系、樹脂やゴム等の焼成賦活物或いは化学的賦活物等を用いる
ことが出来るが、除去すべき物質はトリハロメタンなど比較的分子量の小さなものが多い
ため、経済性をも含めて考慮すると、水蒸気賦活ヤシ殻活性炭が実用的に最も好ましい。
さらに、抗菌性を付与するために、銀等を添着しても構わない。
【００３７】
本発明の浄水器としては、吸着剤と共に、多孔質膜を用いると鉄錆や、病原生物（一般
細菌、大腸菌、大腸菌群）等の固形物を除去出来るためより好ましい。多孔質膜としては
、平膜、中空糸膜、チューブラー膜等を用いることができるが、容積効率が高い中空糸膜
を用いることがより好ましい。
【００３８】
中空糸膜としては、例えば、セルロース系、ポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプ
ロピレン）、ポリビニルアルコール系、エチレン・ビニルアルコール共重合体、ポリエー
テル系、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）系、ポリスルフォン系、ポリアクリロニト
リル系、ポリ弗化エチレン（テフロン（登録商標））系、ポリカーボネート系、ポリエス
テル系、ポリアミド系、芳香族ポリアミド系等の各種材料からなるものを好適に使用でき
る。中でも、膜の強伸度や耐屈曲性、洗浄性、取扱性や耐薬品性の高さ等を考慮すると、
ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系中空糸膜が好ましい。
【００３９】
また、特に限定されるものではないが、中空糸の外径は２０〜２０００μｍ、孔径は０
．０１〜２μｍ、空孔率は２０〜９０％、膜厚は５〜３００μｍのものが好ましい。
【００４０】
浄水器に多孔質膜を使用する際には、他の濾材を水が通過した後の最終段に設けると、
浄水出口からの菌逆汚染の懸念を最小限と出来るため好ましい。
【００４１】
吸着剤、活性炭については、どのような順序で配置してもよい。また、二者を混合して
用いても差し支えない。また、活性炭に加えて、例えばイオン交換樹脂、亜硫酸カルシウ
ム、コーラルサンド、麦飯石、医王石、トルマリン等他の成分を併用させても構わない。
【００４２】
吸着剤、活性炭、並びに多孔質膜は、一つの容器内に収められていても、複数個の容器
に収められこれらを組み合わせた形のものでも構わない。また、上記の組み合わせに更に
一次フィルターを用いて粗ゴミを予め除去出来るようにすると好ましい。
【００４３】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。
【実施例１】
【００４４】
子粒子として粒径１０〜３０μｍ、平均粒径２０μｍのケイ酸チタニウム（エンゲルハ
ード社製、ＡＴＳ  powder  standard）の微粒子を、母粒子として粒径１００〜７５０μ
ｍ、平均粒径４２０μｍの熱可塑性樹脂ポリエチレン（日本ユニカー製、ＰＥＳ−２０、
添加剤フリー）を用いて、株式会社徳寿工作所製のシータ・コンポーザ装置を使用して、
１５分間、遠心力による加圧を行って母粒子の表面に子粒子を固定化させ、ケイ酸チタニ
ウム６０体積％、ポリエチレン４０体積％の吸着剤を造粒した。得られた吸着剤の粒径は
１５０〜８００μｍであり、平均粒径は５００μｍであった。
【００４５】
＜鉛吸着試験＞
得られた吸着剤を用いて、鉛吸着試験を以下のように実施した。
硝酸鉛水溶液を鉛濃度２００ｍｇ／Ｌとなるようにを調製し、三角フラスコに２００ｍ
ｌ分取した。次に浄水器用吸着剤１００ｍｇを添加し、振とうさせた後、２４時間後にポ
アサイズ０.２２μｍのセルロース製フィルターで濾過し、濾液水中の残留鉛濃度を測定
した。結果を表１に示す。
【００４６】
＜浄水器通水試験＞
図１に示した構成の浄水器において、第１の浄水槽２に、作成した吸着剤１０ｇと活性
炭４０ｇとを混合した吸着剤積層物４を配置し、１５０メッシュのナイロン網を貼付した
樹脂枠３及び５を設置して吸着剤積層物４が流出しないようにした。
【００４７】
第２の浄水槽７には、親水化処理を施したポリエチレン製多孔質中空糸膜８を２液型ポ
リウレタン樹脂で固定し、一端を切断開放したものを配置し、第１の浄水槽２と第２の浄
水槽７をつなぐ配水管１２の途中に、流量センサー９を設置した。
【００４８】
そして、水道水に硝酸鉛を添加し、鉛濃度として５０μｇ／Ｌに調整した水を通水速度
２Ｌ／分で入口６より通水した。通水した水のｐＨは６．６〜７．４の範囲とした。
通水開始から２ｍ３通水した時の流出水中の鉛濃度を測定した。結果を表１に示す。
【００４９】
＜比較例１＞
粒径１５０〜８００μｍ、平均粒径５００μｍのケイ酸チタニウム（エンゲルハード社
製、ＡＴＳ  granules）の顆粒品について、実施例１と同様の条件にて鉛吸着試験、及び
浄水器通水試験を行った。それぞれの結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
2005125199.tif 000002
【００５１】
以上の結果のように、本発明の吸着剤は、鉛など重金属が除去された安全な水を長期に
亘って得ることができる点で優れていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の浄水器の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５３】
１      外容器
２      第１の浄水槽
３、５  樹脂枠（ナイロン網）
４      吸着剤積層物
６      入口
７      第２の浄水槽
８      多孔質中空糸膜
９      流量センサー
１１    吐水口
１２    配水管
【図１】
2005125199.tif 000003