(57)【要約】【課題】  重金属イオンの除去能力に優れた浄水用吸着剤を提供する。【解決手段】  浄水用吸着剤は、リン酸マグネシウム塩を主成分として含有する成形体又は粉体から構成される。さらに、リン酸カルシウム塩や活性炭などの副成分を含有しているのが好ましい。前記リン酸マグネシウム塩としては、第２リン酸マグネシウム塩又は第３リン酸マグネシウム塩が好適に用いられる。この浄水用吸着剤は、前記主成分と、バインダーと、必要に応じて副成分とを混合した後、転動造粒法、噴霧乾燥法、押出成形法又はプレス成形法により所定形状に成形して乾燥させ、さらに焼成することによって製造されるのが好ましい。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸マグネシウム塩を含有する成形体又は粉体からなる浄水用吸着剤。
【請求項２】
リン酸マグネシウム塩、リン酸カルシウム塩及び活性炭を含有する成形体又は粉体からなる浄水用吸着剤。
【請求項３】
リン酸マグネシウム塩を含有する成形体からなる浄水用吸着剤であって、
リン酸マグネシウム塩の粉末とバインダーとを混合した後、転動造粒法、噴霧乾燥法、押出成形法又はプレス成形法により所定形状に成形して乾燥させ、さらに焼成することによって得られることを特徴とする浄水用吸着剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水道水などに溶存する重金属イオンを除去する能力を高めた浄水用吸着剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の浄水用吸着剤としては、活性炭素繊維とリン酸カルシウム化合物の粉末とを成形してなり、リン酸カルシウム化合物の含有量が約５〜５５重量％である浄水器用吸着エレメントが知られている（特許文献１参照）。この吸着エレメントでは、リン酸カルシウム化合物が水道水に溶存する鉛イオンを除去するようになっている。
【特許文献１】特開平９−７５９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、前記従来のリン酸カルシウム化合物を主成分とする浄水器用吸着エレメントでは、鉛イオンの除去能力において十分に高いとは言えない。
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、重金属イオンの除去能力に優れた浄水用吸着剤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の浄水用吸着剤は、リン酸マグネシウム塩を含有する成形体又は粉体からなるものである。
請求項２に記載の発明の浄水用吸着剤は、リン酸マグネシウム塩、リン酸カルシウム塩及び活性炭を含有する成形体又は粉体からなるものである。
【０００５】
請求項３に記載の発明の浄水用吸着剤は、リン酸マグネシウム塩を含有する成形体からなる浄水用吸着剤であって、リン酸マグネシウム塩の粉末とバインダーとを混合した後、転動造粒法、噴霧乾燥法、押出成形法又はプレス成形法により所定形状に成形して乾燥させ、さらに焼成することによって得られることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、重金属イオンの除去能力に優れた浄水用吸着剤を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を具体化した実施形態を詳細に説明する。
実施形態の浄水用吸着剤は、リン酸マグネシウム塩を主成分として含有する成形体又は粉体（粉末）から構成されている。この浄水用吸着剤は、前記リン酸マグネシウム塩が鉛、カドミウム、六価クロム、砒素、水銀、セレンなどの重金属のイオンに対する吸着能力に優れていることから、水道水などに溶存する重金属イオンを除去して水を浄化するための浄水器に好適に用いられる。前記浄水器としては、上記浄水用吸着剤をそのまま或いは結合剤などで固めて容器（カートリッジ）内に充填した浄水器用カートリッジが設けられており、該カートリッジ内に水道水を通水させて重金属イオンを吸着することによって、水が浄化されるようになっている。
【０００８】
前記リン酸マグネシウム塩としては、第１リン酸マグネシウム Ｍｇ（Ｈ2ＰＯ4）2、第２リン酸マグネシウム ＭｇＨＰＯ4・３Ｈ2Ｏ、第３リン酸マグネシウム Ｍｇ3（ＰＯ4）2・８Ｈ2Ｏ、ピロリン酸マグネシウム Ｍｇ2Ｐ2Ｏ7などが好適に用いられる。さらに、これらリン酸マグネシウム塩のうち、単位重量あたりの重金属イオンの交換容量が大きく、重金属イオンに対する吸着能力が顕著に優れていることから、第２リン酸マグネシウム又は第３リン酸マグネシウムが特に好適に用いられる。この浄水用吸着剤中のリン酸マグネシウム塩の含有量としては、好ましくは３０重量％以上、より好ましくは５０〜９５重量％である。なお、このリン酸マグネシウム塩は、重金属イオンの除去を目的とする浄水用吸着剤にあってはその主成分であることから、該浄水用吸着剤を構成する成分のうち最も高い含有量で含有されているのが好ましく、５０重量％以上の含有量であるのが特に好ましい。
【０００９】
さらに、この浄水用吸着剤には、リン酸カルシウム塩や活性炭などの副成分が含有されているのが好ましい。
リン酸カルシウム塩は、市販の浄水器に広く汎用されており、イオン交換能に優れるとともに重金属イオンに対する吸着能力が優れている。このリン酸カルシウム塩としては、前記市販の浄水器などに利用されているものが使用可能であり、Ｃａ3（ＰＯ4）2、ＣａＨＰＯ4・２Ｈ2Ｏ、Ｃａ8（ＰＯ4）2、Ｃａ（Ｈ2ＰＯ4）2、Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）、Ｃａ2Ｐ2Ｏ7などが好適に用いられ、ハイドロキシアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ））が特に好適に用いられる。この浄水用吸着剤中のリン酸カルシウム塩の含有量としては、上述の作用を適切に発揮させるために、好ましくは５〜５０重量％、より好ましくは１０〜３０重量％である。また、簡便には、前記リン酸マグネシウム塩２０〜９０重量部に対してリン酸カルシウム塩を、好ましくは５〜５０重量部、より好ましくは１０〜３０重量部含有させるとよい。さらに、このリン酸カルシウム塩は、浄水用吸着剤中におけるリン酸マグネシウム塩の含有量以下で含有されているのが好ましい。
【００１０】
活性炭は、市販の浄水器に広く汎用されており、水道水中の悪臭物質、残留塩素、トリハロメタンなどの吸着能力に優れている。この活性炭は、浄水用吸着剤の粉体においてはリン酸マグネシウム塩と水との接触を良好にする作用を発揮し、同成形体においては表面の多孔質化に役立ち得る。この活性炭としては、前記市販の浄水器などに利用されているものが使用可能であるが、中性（ｐＨ５〜８）に調整された粉末活性炭が特に好適に用いられる。この浄水用吸着剤中の活性炭の含有量としては、上述の作用を適切に発揮させるために、好ましくは５〜５０重量％、より好ましくは１０〜３０重量％である。また、簡便には、前記リン酸マグネシウム塩２０〜９０重量部に対して活性炭を、好ましくは５〜５０重量部、より好ましくは１０〜３０重量部含有させるとよい。さらに、この活性炭は、浄水用吸着剤中におけるリン酸マグネシウム塩の含有量以下で含有されているのが好ましい。
【００１１】
浄水用吸着剤の成形体は、球形、破砕状、顆粒状などの粒状に形成されているのが好ましく、この場合には、該成形体の比表面積が大きいことから重金属イオンの吸着能力を容易に高めることができる。この成形体は、上記主成分（リン酸マグネシウム塩）と、バインダーと、必要に応じて副成分（リン酸カルシウム塩及び／又は活性炭）とを混合した後、所定の成形方法に従って成形して乾燥させ、さらに焼成することによって製造される。前記バインダーとしては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）やポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの有機系バインダーが好適に用いられる。
【００１２】
この成形体は、前記焼成による焼結によって高い強度が付与されるとともに、有機系バインダーなどが消失することによって多数の細孔が形成されて比表面積が容易に増大され得る。前記成形方法としては、転動造粒法、噴霧乾燥法、押出成形法又はプレス成形法が好適に採用されるが、成形体の比表面積を高めて重金属イオンの吸着能力を容易に向上させることができることから転動造粒法、噴霧乾燥法又は押出成形法が特に好適に採用される。また、前記転動造粒法を採用したときには成形体が適切な硬さになりやすく、前記噴霧乾燥法を採用したときには前記細孔の形成が促進されやすくなる。
【００１３】
前記焼成を行う際の焼成温度としては、好ましくは２００〜８００℃、より好ましくは４００〜７００℃であるとよい。この焼成温度が２００℃未満の場合には焼結による強度上昇効果が十分に発揮されず、逆に８００℃を越える場合にはリン酸マグネシウム塩やリン酸カルシウム塩が結晶化したり、活性炭が燃焼してしまったりするおそれがある。また、この焼成は、不活性ガス雰囲気下などの非酸化的雰囲気下で行われるのが好ましい。
【００１４】
この成形体の平均粒径は５０μｍ〜３０ｍｍであるのが好ましく、球状の成形体の場合の平均粒径は０．５〜２ｍｍであるのが好ましく、顆粒状の成形体の場合には０．１〜０．５ｍｍであるのが好ましい。前記平均粒径が５０μｍ未満の場合には、成形体が充填された浄水器用カートリッジ内に水道水などを通水させる際に目詰まりしやすいことから、実用的な通水速度（流速）が得られにくくなる。逆に３０ｍｍを越える場合には、各成形体の比表面積が低いことから、成形体への重金属イオンの吸着効率が著しく低下するおそれが高い。またこのとき、この成形体の比表面積としては、好ましくは１〜３００ｍ2／ｇ、より好ましくは１５０〜３００ｍ2／ｇであるとよい。
【００１５】
上記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・  実施形態の浄水用吸着剤は、リン酸マグネシウム塩を高含有している。このリン酸マグネシウム塩は、リン酸カルシウム塩と比べて重金属イオンに対する吸着能力が格段に高いことから、前記従来の浄水器用吸着エレメントと比べて、重金属イオンの除去能力が格段に優れている。さらに、前記リン酸カルシウム塩（特にハイドロキシアパタイト）は、１ミクロン程度の微粒子が生成されやすいことがよく知られているが、微粒子なので浄水器用の充填剤に相応しい粒状物を成形することが困難であるうえ、汎用的な造粒法では十分に満足できる成形体が得られにくいという欠点もある。
【００１６】
また、この浄水用吸着剤を成形体に成形したときには、粉体の場合と比べて、高い通水速度が容易に得られることから、カートリッジ式の浄水器に適用する場合には極めて実用的である。またこのとき、カルシウムよりもマグネシウムの方が成形体表面の多孔質化を引き起こしやすいことから、比表面積を容易に高めることができて重金属イオンの除去能力の向上を図りやすくなるという利点もある。また、この浄水用吸着剤は、陽イオン交換樹脂と比べると、単位重量あたりの重金属イオンに対する交換容量が顕著に高いことから、陽イオン交換樹脂を用いた吸着剤よりも格段に優れた重金属イオンの除去能力を発揮する。
【００１７】
・  リン酸マグネシウム塩と活性炭とを同時に含有する浄水用吸着剤は、水道管などから溶出される重金属イオンに加えて、水道水中の残留塩素イオン類やトリハロメタンをも同時に除去することが可能である。さらにこのとき、成形が容易であるうえ、活性炭の粒子がリン酸マグネシウム塩の粒子同士の間の間隙を物理的に押し広げて重金属イオンとリン酸マグネシウム塩との接触を良好にする作用も発揮し得ることから、重金属イオンに対する吸着能力を相乗的に向上させることが容易である。
【００１８】
一方、リン酸マグネシウム塩とリン酸カルシウム塩とを同時に含有する浄水用吸着剤は、作用機序は不明であるが、リン酸マグネシウム塩又はリン酸カルシウム塩のいずれか一方を含有しない浄水用吸着剤よりも重金属イオンに対する吸着能力が容易に高められ得る（例えば下記試験例１１参照）。さらに、リン酸マグネシウム塩、リン酸カルシウム塩及び活性炭を同時に含有する浄水用吸着剤は、上述の利点全てを同時に発揮し得ることから極めて実用的である。
【実施例１】
【００１９】
（試験例１〜１１及び比較例１，２の調製）
第３リン酸マグネシウム５０重量部、活性炭１０重量部、リン酸カルシウム塩としてハイドロキシアパタイト４０重量部及びバインダーとしてＣＭＣ水溶液を混合後、押出し成形機にて造粒、乾燥後に６００℃で３時間焼成することによって成形体を製造した。そして、得られた成形体を粉砕機にて粉砕したものを試験例１とした。試験例１のバインダーとしてＰＶＡ水溶液を用いて成形体を製造した後に粉砕したものを試験例２とした。試験例１の第３リン酸マグネシウムに代えて第２リン酸マグネシウムを用いて成形体を製造した後に粉砕したものを試験例３とした。
【００２０】
試験例１における押出し成形機による成形方法に代えて、パン型造粒機を用い、ＣＭＣ水溶液を噴霧しながら、第３リン酸マグネシウム、活性炭及びハイドロキシアパタイトの混合物を加えて回転させて転動造粒する成形方法を採用することによって製造された成形体を粉砕したものを試験例４とした。試験例３における押出し成形機による成形方法に代えて、パン型造粒機を用い、ＣＭＣ水溶液を噴霧しながら、第３リン酸マグネシウム、活性炭及びハイドロキシアパタイトの混合物を加えて回転させて転動造粒する成形方法を採用することによって製造された成形体を粉砕したものを試験例５とした。
【００２１】
試験例１の各成分をイオン交換水に加え、撹拌機で十分に攪拌することにより約１０％のスラリーを調製した後、該スラリーをノズル式噴霧乾燥機にて乾燥後に焼成した成形体を粉砕したものを試験例６とした。試験例３の各成分をイオン交換水に加え、撹拌機で十分に攪拌することにより約１０％のスラリーを調製した後、該スラリーをノズル式噴霧乾燥機にて乾燥後に焼成した成形体を粉砕したものを試験例７とした。
【００２２】
試験例１における押出し成形機による成形方法に代えて、プレス成形機にて造粒する成形方法を採用することによって製造された成形体を粉砕したものを試験例８とした。試験例３における押出し成形機による成形方法に代えて、プレス成形機にて造粒する成形方法を採用することによって製造された成形体を粉砕したものを試験例９とした。
【００２３】
各試験例の成形体の製造に用いた原料である第３リン酸マグネシウム塩の粉末（未成形品）を試験例１０とした。試験例１０の第３リン酸マグネシウム塩の粉末５０重量部と、各試験例の成形体の製造に用いた原料であるハイドロキシアパタイトの粉末５０重量部とを混合したものを試験例１１とした。ハイドロキシアパタイトの押出し成形品を粉砕したものを比較例１とした。強酸性陽イオン交換樹脂（三菱化成社製のダイアイオンＳＫ１０２）を比較例２とした。
【００２４】
（鉛イオン除去効果の検証）
上記試験例１〜１１及び比較例１，２の各サンプルを用いて、振盪法による除去鉛イオン濃度の測定試験を行った。この振盪法による測定試験は、５０００ｐｐｍ濃度に調整した硝酸鉛水溶液１００ｍｌに対して各サンプル１ｇを投入し、振盪機にて１時間振盪（攪拌）した後の硝酸鉛水溶液中の鉛イオン濃度をＩＣＰ発光分析法にて定量し、その定量値を用いて除去された鉛イオン濃度（除去濃度）を求めた。結果を表１に示す。
【００２５】
また、上記試験例１〜９及び比較例１，２の各サンプルを用いて通水法による残留鉛イオン濃度の測定試験を行った。この残留鉛イオン濃度の測定試験は、容積４８０ｃｍ3のカラムに各サンプル５０ｇ及び活性炭１５０ｇを充填した後、２４０Ｌ／ｈの通水速度で５０ｐｐｂ濃度に調整された硝酸鉛水溶液を通水した。硝酸鉛水溶液が２ｍ3通水された時点で、カラムから排水された水を採取し、その排水中の残留鉛イオン濃度（残留濃度）をＩＣＰ発光分析法にて定量した。結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
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表１より、試験例１〜１１は、比較例１，２と比べて、鉛イオンの除去効果が著しく高いことが示された。なお、試験例１〜９は、粉砕された成形体を用いていることから、未成形の粉末からなる試験例１０，１１よりも比表面積の点で若干劣ることに起因して除去濃度が若干低くなったものと考えられる。また、試験例８，９は、プレス成形によって高密度となるように成形されていることから、粉砕による比表面積の増大効果が試験例１〜７よりも若干低減され、結果として鉛イオンの除去効果が有意に低くなっているものと推測され得る。なお、試験例１〜９の成形体を粉砕する際の粉砕はいずれも同じ条件にて行われた。
【００２７】
一方、同表より、第３リン酸マグネシウムと第２リン酸マグネシウムとは、鉛イオンの除去効果においてはほぼ等しいことが示された。さらに、用いるバインダーの種類による鉛イオン除去効果における影響はほとんどないことも示された。また、試験例１０と試験例１１とを比較した結果より、リン酸マグネシウム塩単独からなる浄水用吸着剤よりも、副成分（リン酸カルシウム塩）との複合成形体からなる浄水用吸着剤の方が重金属の除去能力がより一層高められることも容易に推測され得る。
【００２８】
なお、データは示さないが、第１リン酸マグネシウムの粉末を用いて試験例１０と同様に試験を行った結果、振盪法による除去濃度は試験例１〜１１よりも有意に低かったことが確認された。また、データは示さないが、上記硝酸鉛水溶液の代わりに硝酸カドミウムを用いて振盪法による除去カドミウムイオン濃度の測定試験を行ったところ、鉛の場合とほぼ同様にカドミウムイオンが除去されていたことも確認した。
【００２９】
なお、上記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・  上記浄水用吸着剤は、水道水以外にも、湧水、井戸水、天然水などの主として飲食用の水を浄化するために用いてもよい。
【００３０】
・  上記成形体を製造する際に、上記焼成を行う工程を省略しても構わない。
・  上記浄水用吸着剤は、カートリッジ内に充填された状態で水道水などを通水して使用する以外にも、例えば、そのまま又はメッシュ状の袋や籠内に充填した状態で、水を張った水槽内などに浸漬させて使用してもよい。
【００３１】
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・  請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の浄水用吸着剤を備えた浄水器。このように構成した場合、重金属イオンの除去能力に優れた浄水器を提供することができる。
【００３２】
・  請求項１に記載の浄水用吸着剤を製造する方法であって、リン酸マグネシウム塩の粉末とバインダーとを混合した後、転動造粒法、噴霧乾燥法、押出成形法又はプレス成形法により所定形状に成形して乾燥させ、さらに焼成することを特徴とする浄水用吸着剤の製造方法。請求項２に記載の浄水用吸着剤を製造する方法であって、リン酸マグネシウム塩の粉末、バインダー、リン酸カルシウム塩及び活性炭を混合した後、転動造粒法、噴霧乾燥法、押出成形法又はプレス成形法により所定形状に成形して乾燥させ、さらに焼成することを特徴とする浄水用吸着剤の製造方法。これらのように構成した場合、重金属イオンの除去能力に優れた浄水用吸着剤を容易に製造することができる。