(57)【要約】【課題】イオン除去効率を向上し、また省スペース化を図り、さらに不純物イオンの溶出を可成的に解消し得るイオン除去用カートリッジフィルタを提供することを課題とする。【解決手段】円筒形のコアの外周にプリーツ型濾過体を備えたカートリッジフィルタであって、上記プリーツ型濾過体の濾過部が、異なるイオン交換能を付与した二種類の濾過シートを備えて成り、具体的には、一方の濾過シートに陰イオン交換樹脂を、他方の濾過シートに陽イオン交換樹脂又はキレート樹脂を含んで成る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの外周にプリーツ型濾過体を備えたカートリッジフィルタであって、上記プリーツ型濾過体の濾過部が、異なるイオン交換能を付与した二種類の濾過シートを備えて成ることを特徴とするイオン除去用カートリッジフィルタ。
【請求項２】
一方の濾過シートが陰イオン交換樹脂を、他方の濾過シートが陽イオン交換樹脂を含んで成る請求項１に記載のイオン除去用カートリッジフィルタ。
【請求項３】
一方の濾過シートが陰イオン交換樹脂を、他方の濾過シートがキレート樹脂を含んで成る請求項１に記載のイオン除去用カートリッジフィルタ。
【請求項４】
各濾過シートのイオン交換樹脂が再生処理されている請求項１、２又は３に記載のイオン除去用カートリッジフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種液体の精密濾過に使用されるプリーツ型濾過体を備えたカートリッジフィルタに係り、特に電子工業用分野や半導体製造関連分野などの高純度材料を取り扱う分野に適したイオン除去用カートリッジフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、カートリッジフィルタは、図３に示すように、多数の孔を有する円筒形のコア１０と、このコア１０の外周に配したプリーツ型濾過体１１と、これらを収納した多孔性の外周カバー１２と、外周カバー１２の上下端に液密に封着した上、下エンドプレート１３、１４を備えて成る。上記プリーツ型濾過体１１は、その濾過部をメルトブロー不織布、スパンボンド不織布、多孔質膜等からなる１枚の濾過シート１１ａで構成し、その両面に内面サポート材１１ｂと外面サポート材１１ｃとを貼り合わせて長さ方向にひだ折り加工して円筒形に丸めてコアの外周に配したものである。また、懸濁物質の濾過機能を有する濾過部にイオン除去機能を付与するために、濾過シートの構成繊維に、イオンを除去する機能性粒子をバインダー樹脂で固着したものやイオン交換繊維等を用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−９９３０７号公報（第２頁第１欄−第２欄）
【０００４】
また、液中の金属イオンの除去効率を上げるため、陰イオン交換樹脂固着カートリッジフィルタを、陽イオン交換樹脂固着カートリッジフィルタの上流に直列に配置して使用することもある。しかし、この場合、二個のカートリッジフィルタを設置するためのスペースが必要になり、液体の処理ラインを改造しなければならなかった。
【０００５】
イオン交換樹脂としては、陰陽両イオンを同時に交換する両性イオン交換樹脂もある。しかし、両性イオン交換樹脂は、そのイオン形を再生形にできないため、不純物イオンの混入をきらう電子工業用分野や半導体製造関連分野などの高純度材料を取り扱う分野のカートリッジフィルタには使用することができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、イオン除去効率を向上し、また省スペース化を図り、さらに不純物イオンの溶出を可成的に解消し得るイオン除去用カートリッジフィルタを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るイオン除去用カートリッジフィルタは、コアの外周にプリーツ型濾過体を備えたカートリッジフィルタであって、上記プリーツ型濾過体の濾過部が、異なるイオン交換能を付与した二種類の濾過シートを備えて成ることを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
本発明において、二種類の濾過シートとして、具体的には、一方の濾過シートに陰イオン交換樹脂を、他方の濾過シートに陽イオン交換樹脂を含んだ構成（請求項２）が好適である。
また、特定の重金属イオン（例えば銅イオン）を選択的に強く吸着する用途には、一方の濾過シートに陰イオン交換樹脂を、他方の濾過シートにキレート樹脂を含んだ構成（請求項３）が好適である。
【０００９】
さらに、処理する液体中への不純物イオンの溶出をきらう用途には、各濾過シートのイオン交換樹脂が、そのイオン形をＨ形又はＯＨ形に再生処理された構成（請求項４）が好適である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１において、プリーツ型濾過体の濾過部Ａは、異なるイオン交換能を付与した第一濾過シート１（流入側）と第二濾過シート２（流出側）とを中間サポート材３を介して重ね合わせて構成したものである。この濾過部Ａは、図示省略したが、外面サポート材と内面サポート材との間に挟んで所定寸法のひだ幅のプリーツ加工を施しコアの外径に合わせて必要山数を裁断して、ひだをコアの径方向にして外周に配して合わせ部分を液密に接着して成る。そして、これらを多孔性の外周カバーに収納し、外周カバーの上下端に上、下エンドプレートを液密に封着して所望のイオン除去用カートリッジフィルタを構成する。ところで、上記内、外面サポート材を設けると、プリーツの密着によるフィルタ特性の低下（液の効果的な流れの阻害や圧力損失の上昇）を防止することができる。
【００１２】
流入側の第一濾過シート１と流出側の第二濾過シート２には、異なるイオン交換能を付与するため、次の組み合わせでイオン交換樹脂粉体をバインダー樹脂で固着して成る。
（１）流入側：陰イオン交換樹脂、流出側：陽イオン交換樹脂
（２）流入側：陽イオン交換樹脂、流出側：陰イオン交換樹脂
（３）流入側：陰イオン交換樹脂、流出側：キレート樹脂
また、不純物イオンの溶出をきらう用途には、イオン交換樹脂の再生処理を行った次の組み合わせが好適である。
（４）流入側：再生陰イオン交換樹脂（イオン形ＯＨ形）、流出側：再生陽イオン交換樹脂（イオン形Ｈ形）
（５）流入側：再生陽イオン交換樹脂（イオン形Ｈ形）、流出側：再生陰イオン交換樹脂（イオン形ＯＨ形）
（６）流入側：再生陰イオン交換樹脂（イオン形ＯＨ形）、流出側：再生キレート樹脂（イオン形Ｈ形又はＯＨ形）
ところで、キレート樹脂は、一般的に、酸性域でキレート結合がはずれ、アルカリ域で吸着効率が向上する性質を有しているが、酸性域でもキレート結合しやすい（吸着効率が低下しない）キレート樹脂を使用すると、一方に陽イオン交歓樹脂、他方にキレート樹脂という組合せも可能である。なお、上記吸着効率の向上の度合いは、キレート樹脂のタイプや吸着する金属イオンの種類などによって異なってくる。
【００１３】
イオン交換樹脂の再生処理は、次の方法によって行うことができる。
陽イオン交換樹脂の場合、濾過シートを塩酸や硫酸などの酸液で洗浄してイオン形をＨ形にした後、また陰イオン交換樹脂の場合、濾過シートを水酸化ナトリウムなどのアルカリ液で洗浄してイオン形をＯＨ形にした後、純水で十分に洗浄を行う。また、キレート樹脂の場合、濾過シートを塩酸や硫酸などの酸液でキレート結合を解除して純水で十分に洗浄を行うか、ポリアミン型キレート樹脂などの場合には、さらに水酸化ナトリウムなどのアルカリ液でイオン形をＯＨ形にした後、純水で十分に洗浄を行う。
【００１４】
上記構成のイオン除去用カートリッジフィルタによるときは、例えば、上記（１）（４）の組み合わせの場合、まず液中の陰イオンが流入側の第一濾過シートの陰イオン交換樹脂によりイオン交換されて捕捉されると同時に、陰イオン交換樹脂のＯＨイオンが液中に放出される。放出されたＯＨイオンは液体のｐＨ（水素イオン濃度）を大きくする作用を生じて、流出側の第二濾過シートに流れていく。すると、一般に知られているように、陽イオン交換樹脂の交換反応は強酸域（低ｐＨ）では遅く、ｐＨが大きくなる程活発になるから、第一濾過シートから第二濾過シートに流入にする液体中のＯＨイオンによって、第二濾過シートの陽イオン交換樹脂の交換反応は促進されて活発になる。ところで、第二濾過シートの陽イオン交換樹脂は交換反応によってＨイオンを放出するが、第一濾過シートから次々と供給されるＯＨイオンによって、第二濾過シートのｐＨは下がりすぎず最初のｐＨからあまり変わらない状態で維持される。したがって、第二濾過シートの陽イオン交換樹脂は高い交換反応を維持し、液体中の金属イオンが高効率で除去される。
【００１５】
また、上記（３）（６）の組み合わせの場合にも、上述と同様の作用によって、キレート樹脂の交換反応が高められ、液体中の金属イオンが高効率で除去される。というのは、例えば、イミノジ酢酸型キレート樹脂（商品名ＣＲ１０、三菱化学製）の場合、カドミウムイオンの吸着率は、ｐＨ＝６では９７％であるが、ｐＨ＝５で８８％に低下し、ｐＨ＝４で６９％、ｐＨ＝３で３９％まで低下することが知られているように、キレート樹脂の交換反応は、陽イオン交換樹脂と同様に、ｐＨが高い程活発になり強酸域になると急速に遅くなるからである。
【００１６】
上記第一、第二濾過シート１、２は、メルトブロー不織布、スパンボンド不織布、多孔質膜などの基材シートに、所定平均粒子径に粉砕したイオン交換樹脂粉体をバインダー樹脂に所定混合重量比で混合した溶媒分散スラリーをスプレー散布法、含浸法、コーティング法、サーマルボンディングなどから適宜選択した手段で以てそれぞれ固着して作製することができる。
【００１７】
ところで、これらの場合において、第一及び第二濾過シートは、その基材シートの材質としては特に限定されるものではないが、バインダー樹脂の接着性を考慮して、ＰＰ，ＰＥ，ＰＴＦＥ，ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン），セルロースアセテートなどが好適である。また、その細孔径は、０．５μｍ〜５０μｍの範囲が好適であり、より好ましくは２μｍ〜１５μｍの範囲が好適である。というのは、０．５μｍ未満になるとイオン交換樹脂粉体をバインダー樹脂で固着による初期圧力損失が大きくなりすぎて実用に不適となり、５０μｍを越えると液体がイオン交換樹脂粉体に接触せずに流れ易くなって、イオン除去効率が低下する傾向になるからである。
【００１８】
イオン交換樹脂としては、スチレン系やアクリル系などの有機系イオン交換樹脂や、ジルコニウム系、アニチモン系、ビスマス系などの無機系イオン交換樹脂がある。特に清浄度が要求される用途には、無機系イオン交換樹脂は骨格となるジルコニウム、アニチモン、ビスマスなどの金属成分が溶出するので相応しくなく、有機系イオン交換樹脂を用いると、金属成分の溶出もなく好都合である。
有機系陽イオン交換樹脂としては、スチレン系のスルホン酸基（−ＳＯ３  ）を交換基とする強酸性陽イオン交換樹脂や、カルボン酸基（−ＣＯＯＨ）を交換基とする弱酸性陽イオン交換樹脂が好適である。
有機系強塩基性陰イオン交換樹脂としては、４級アンモニウム基を交換基とする強塩基性陰イオン交換樹脂や、アミノ基を交換基とする弱塩基性陰イオン交換樹脂がある。強塩基性陰イオン交換樹脂には、トリメチルアニモニウム基をもつ第四アルキルアンモニウム型樹脂や、ジメチルエタノールアンモニウム基をもつ第四アルカノールアンモニウム型樹脂などがある。
キレート樹脂とは、キレート形成基を交換基としてもつ樹脂で、イミノジ酢酸型｛−Ｎ（ＣＨ２  ＣＯＯ２  ）｝や、ポリアミン型｛−ＮＨ（ＣＨ２  ＣＨ２  ＮＨ）ｎ  ・Ｈ｝などのほかホウ素を吸着するキレート樹脂などがある。このうち、クロムＣｒ３  ＋、インジウムＩｎ３  ＋、鉄Ｆｅ３  ＋、セリウムＣｅ３  ＋、アルミナＡｌ３  ＋など特に３価のイオンを除去する用途にはイミノジ酢酸型が好適である。
【００１９】
また、イオン交換樹脂粉体の平均粒子径としては、衝撃式粉砕機、ジェットミル、ポットミルなどにより粉砕した１００μｍ以下であればよく、好ましくは１μｍ〜５０μｍの範囲であり、より好ましくは５μｍ〜３０μｍの範囲である。
【００２０】
バインダー樹脂としては、熱可塑性樹脂であるエチレン系樹脂（エチレン・ブテン共重合体、エチレン・ヘキセン共重合体、エチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸３元共重合体、エチレン・グリシジルメタクリレートコポリマー、エチレン・グリシジルメタクリレートターポリマー）やポリプロピレン系樹脂、フッソ系樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン系樹脂｛スチレン・エチレン・ブチレン・スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）、スチレン・ブタジエン・ブチレン・スチレン（ＳＢＢＳ）｝、ウレタン樹脂、シリコン樹脂（脱オキシムタイプ、脱アルコールタイプ、付加タイプ）を必要に応じて単独又は２種類以上を混合した状態で用いるのが好適である。
【００２１】
これらの樹脂の中でも、オレフィン系樹脂が好適であり、特にポリエチレン樹脂が有利である。というのは、ポリエチレン樹脂は、濾過シートの柔軟性の点で優れるとともに、カートリッジフィルタの洗浄工程などで使用する極性溶媒や電子工業用原料の希釈などに用いる有機溶媒｛例えばＮＭＰ（Ｎメチル２ピロリドン）、ＭＥＡ（モノエタノールアミン）、ハイドロフルオルエーテル（住友スリーエム社製）、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）及びＧＢＬ（γ−ブチロラクトン）｝などに対して、溶解や膨潤などの物理変化が殆どなく、安定した性能を発揮することができるからである。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。各実施例のカートリッジフィルタ（径２５４ｍｍ）は、次の各部材を流入側から、外面サポート材、第一濾過シート、中間サポート材、第二濾過シート及び内面サポート材を順次重ねてプリーツ加工を施して、多孔性コア（径３２ｍｍ×高さ２４０ｍｍ）の外周に周着したプリーツ型濾過体（ひだ幅１０ｍｍ、山数１２５山、濾過面積５４００ｍｍ２  ）を作製して、外周カバー（径７０ｍｍ×高さ２３０ｍｍ）に収納して、上、下エンドプレートを液密に封着して組み立てた。また、比較例は外面サポートー材、第二濾過シート及び内面サポート材を用いて同様に組み立てた。
・各濾過シートの基材シート：目付５０ｇ／ｍ２  、厚さ０．３０ｍｍのＰＰ製メルトブロー不織布（細孔径分布１０〜２４μｍ）
・外面サポート材：ＰＰ製ネット（目開き縦１．８ｍｍ×横１．０ｍｍ、目付４５ｇ／ｍ２  ）
・中間サポート材：ＰＰ製スパンボンド不織布（目付２０ｇ／ｍ２  ）
・内面サポート材：ＰＰ製スパンボンド不織布（目付２０ｇ／ｍ２  ）
【００２３】
（実施例１）
まず、第一濾過シートを、イオン交換樹脂としてトリメチルアンモニウム型強塩基性陰イオン交換樹脂（商品名ＴＳＡ１２００、三菱化学製）を衝撃式粉砕機で粉砕して得た平均粒子径２７μｍの粉体を用いて、次のように作製した。
混合重量比をエチレン系バインダー樹脂１００部、イオン交換樹脂粉体１５０部に調整したキシレン分散スラリー（固形分濃度４０％）を、基材シートにコーティングした後、熱風乾燥により溶剤を蒸発して１２３ｇ／ｍ２  を付着し、１０％水酸化ナトリウム液で処理後、純水で十分に洗浄してイオン形を９９．７％以上ＯＨ形に再生した。なお、上記ＴＳＡ１２００は再生タイプであるが、加工工程でコンタミが入ることも考えられ、ＮａＯＨ洗浄を行った。
次に、第二濾過シートを、イオン交換樹脂としてスルホン酸形強酸性陽イオン交換樹脂（商品名ＳＫ１ＢＨ、三菱化学製）を同様に粉砕して得た平均粒子径２５μｍの粉体を用いて、上記と同様に調整したキシレン分散スラリー（固形分濃度４０％）を、基材シートにコーティングした後、熱風乾燥により溶剤を蒸発して１２３ｇ／ｍ２  を付着し、１０％塩酸液で処理後、純水で十分に洗浄してイオン形を９９．７％以上Ｈ形に再生した。なお、上記ＳＫ１ＢＨは再生タイプであるが、加工工程でコンタミが入ることも考えられ、ＨＣｌ洗浄を行った。
【００２４】
（実施例２）
実施例１の第一濾過シートと第二濾過シートを流出側と流入側に、その配置を逆にして構成した。
【００２５】
（実施例３）
実施例１の第二濾過シートに代えて、イオン交換樹脂としてイミノジ酢酸型キレート樹脂（商品名ＣＲ１１、三菱化学製）を同様に粉砕して得た平均粒子径２１μｍの粉体を用いて、実施例１と同様に調整したキシレン分散スラリーを基材シートにコーティングした後、熱風乾燥により溶剤を蒸発して１２３ｇ／ｍ２  を付着し、１０％塩酸液で処理後、純水で十分に洗浄し、イオン形を９９．７％以上Ｈ形に再生した第二濾過シートを用いた。
【００２６】
（比較例１）
プリーツ型濾過体として、流入側から、外面サポート材、実施例１の第二濾過シート、内面サポートを順に重ねて作製した。
【００２７】
（比較例２）
プリーツ型濾過体として、流入側から、外面サポート材、実施例３の第二濾過シート、内面サポートを順に重ねて作製した。
【００２８】
次に、実施例１と比較例１のカートリッジフィルタを用いて、被処理液の銅イオン濃度の変化について比較試験を行ったところ、図２の結果を得た。
【００２９】
（比較試験）
被処理液：銅イオンを含有したＮメチル２ピロリドン液
初期銅イオン濃度：３０ｐｐｍ
条件：被処理液（８．５リットル）を６００ｍｌ／分を繰り返し通液
【００３０】
図２から明らかなように、実施例１は、比較例１に比べて銅イオン濃度が最大で約１／３程度まで減少し、金属イオンの除去効率が向上することが判明した。また、実施例２及び３と比較例１、２とについても同一の試験を行ったが、略同様の結果が得られた。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、プリーツ型濾過体の濾過部が異なるイオン交換能を有する二種類の濾過シートを備えているから、液体中のイオン特に金属イオンの除去効率を大幅に向上することができ、省スペース化を図ることができる。
また、濾過シートに固着したイオン交換樹脂を再生処理すると、処理する液体中への不純物イオンの溶出をきらう用途に適したカートリッジフィルタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態を示す概略模式図である。
【図２】比較試験の結果を示す銅イオン濃度の変化の比較グラフである。
【図３】従来の一般的なカートリッジフィルタの一部破断斜視図である。
【符号の説明】
Ａ・・・プリーツ型濾過体の濾過部
１・・・第一濾過シート
２・・・第二濾過シート
３・・・中間サポート材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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