(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレスフィルター及びそれを設置するための容器からなる濾過装置において、貴金属が該濾過装置に接触しており、かつ、濾過面積に対する貴金属の表面積の比が１／１０００〜１０００／１であることを特徴とする濾過装置を用いて、硫酸を主成分とする溶液を濾過する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレスフィルターを組み込んだ濾過装置、及びその装置を用いて硫酸を主成分とする溶液を濾過する方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
ステンレスフィルターはその耐食性からフィルターとして汎用的に用いられ、特に高粘度流体のフィルターとしてもよく用いられている。このような高粘度流体のフィルターとして使用する例は、特開平８−１４７６６４号公報、WO９６／０６１２８号公報、特開平９−１９４６０７号公報、特開平１０−１３９８９５号公報、特開平９−１６９８５９号公報などに記載されている。
【０００３】
しかしながら、流体の腐食性が強い場合、ステンレスでは腐食が生じ、濾過後の溶液中に腐食生成物が混入するという問題があった。特に硫酸系の溶液では、高濃度の硫酸でもステンレス鋼に対して腐食の生じることがBoshoku  Gijyutsu、vol３６、５７８−５８５（１９８７）にも記載されている。低粘度流体の濾過においてはフィルターでの圧力損失が小さいため、フィルターとしてテフロンなどの他の耐食性材料を用いることができるが、高粘度流体の場合は、特に１０μ以下の高精度濾過に対しては、材質として工業的にはステンレスを用いざるを得ないのが実状である。特に５μ以下の高精度濾過に対しては工業的にはステンレス３１６Ｌが入手可能な材質である。
我々の検討においても腐食性の強い溶液では、ステンレスの間欠的な腐食挙動が生じ、従来のステンレスフィルターを用いた場合には品質の優れた安定な濾過ができないことが分かった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、腐食性の高い溶液の濾過においても耐食性に優れたステンレスフィルター装置（濾過装置）を提供することであり、その装置を用いて硫酸を主成分とする溶液を安定して濾過し、品質の優れた溶液を得る方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ステンレスフィルターを用いた硫酸系の溶液の濾過について鋭意検討した結果、濾過装置に貴金属を特定量接触させることにより品質の安定した溶液を得られることを突きとめ、本発明を完成するに至った。即ち、本願は、以下の発明を提供する。
（１）ステンレスフィルター及びそれを設置するための容器からなる濾過装置において、貴金属が該濾過装置に接触しており、かつ、濾過面積に対する貴金属の表面積の比が１／１０００〜１０００／１であることを特徴とする濾過装置を用いて、硫酸を主成分とする溶液を濾過する方法。ここで、用いられる貴金属がＡｕ（金）またはＰｔ（白金）またはこれらの合金である場合は、本発明の好ましい実施態様である。また、濾過面積に対する貴金属の表面積の比が１／２０〜２／１である場合は、本発明の好ましい実施態様である。
【０００６】
本発明に用いられるステンレスフィルターとは、ステンレスを主構成要素とするフィルターエレメントであり、具体的には、ステンレス３１６、３１６Ｌ、３０４等が挙げられ、その中でステンレス３１６Ｌが主として用いられる。フィルターの微細形状としては、ステンレス微細繊維の不織布を焼結したタイプ、金網状に編んだものを焼結したタイプ、パウダーを焼結したタイプのものが用いられる。これらの内特に高精度濾過には不織布を焼結したタイプのものが用いられる。
【０００７】
本発明に用いられるステンレスフィルターの全体形状としては、上記フィルターエレメントをリーフディスク形状に成形・加工したもの、キャンドルタイプ（円筒形）に成形・加工したもの、プリーツ状に成形・加工したもの、板状に成形・加工したものなどがあり、特に制約はされない。
本発明の濾過装置は、上記ステンレスフィルターとそれを設置する容器からなり、フィルターの形状によってその容器の形状は適宜選択される。
【０００８】
本発明において、貴金属とは原子番号４４〜４７のRu（ルテニウム）、Rh（ロジウム）、Pd（パラジウム）、Ag（銀）、および原子番号７６〜７９のOs（オスミウム）、Ir（イリジウム）、Pt（白金）、Au（金）であり、さらに、これらの合金であってもよい。これらの貴金属は濾過する溶液の性質に応じて適宜選択されるが、硫酸系溶液においては特にPt、Auおよびこれらの合金が耐食性に優れている。ここで用いられる合金としては、PtまたはAuの合計の含有量が５０％以上のものが特に好ましい。
【０００９】
本発明の濾過装置において、貴金属が該濾過装置に接触しており、かつ、濾過面積に対する貴金属の表面積の比が１／１０００〜１０００／１であることが必要である。ここで、濾過面積とはステンレスフィルターの溶液接触表面積ではなく、ステンレスフィルターの形状（リーフディスク、キャンドル、板状など）から計算される濾過表面積をいう。また貴金属の表面積とは、濾過する溶液に接する面積をいう。この濾過面積に対して貴金属の表面積の比が１／１０００以下だと腐食の防止が十分でなく、安定した品質の溶液を得ることができない。一方、濾過面積に対する貴金属の表面積の比が１０００／１以上であると貴金属を装置に配置することが実質的に不可能であり、実用的ではない。これらの範囲の内、１／２０〜２０／１が特に好ましい。
【００１０】
該貴金属は濾過装置に接触していることが必要であるが、ここで、「接触」とは、電気的に導通していることを意味する。貴金属が濾過装置に接触していないと本発明の効果、すなわち、腐食の防止を達成することができない。
貴金属の濾過装置への接触方法については特に制約されないが、容器の内面などに貴金属をメッキ、クラッド、蒸着、溶射、スパッタリング、イオンプレーティングなどにより接触させることができ、またフィルターとは金属製のパッキン、ガスケットなどにより電気的に導通していることが必要である。容器の材質としては、電気的に導通させるため電気伝導性の材質を用いる必要がある。一般的な材質としては、金属材料を用いることができ、ステンレスは好ましく用いられる。
【００１１】
貴金属を濾過装置に接触させる場合、ステンレスフィルターとの位置関係としては、できるだけ貴金属表面をフィルター表面に近いところに設けることが本発明の好ましい実施態様である。腐食防止の観点から、貴金属表面とフィルター表面との距離が５０ｃｍ以下であることが好ましく、２０ｃｍ以下であることが特に好ましい。
貴金属の厚みとしては特に制約はないが、０．０１μｍ〜１０ｍｍが実用的である。０．０１μｍ以下であると使用中に剥がれることもあり、また、この厚みが１０ｍｍ以上だと非常に高価であるため実用上実施しがたい。
【００１２】
本発明のもう一つは、濾過装置を用いて、硫酸を主成分とする溶液を濾過する方法である。ここで、硫酸を主成分とする溶液とは、硫酸分５０ｗｔ％以上の溶液であり、樹脂成分が溶解されてなる溶液でもよく、硫酸そのものでもよい。樹脂成分としては、例えば、特開平１１−２２２５２９号公報に記載されている樹脂等が挙げられるが特に限定されない。溶液中の硫酸分と水分から計算される硫酸濃度としては、腐食の観点から９０ｗｔ％以上、特に９５ｗｔ％以上を対象とすることが好ましい。
【００１３】
濾過面積としては、用いる濾過装置にもよるが、フィルターでの初期圧力損失が０．００１MPa以上２０MPa以下となるように濾過面積を設定することが好ましく、０．０１MPa〜１０MPa、特に０．０５〜５MPaの範囲となるように設定することが好ましい。ここで、初期圧力損失とは溶液を濾過し始めた初期状態の濾過前と濾過後の溶液の圧力差をいう。この初期圧力損失が大きいと濾過精度が悪くなる傾向があり、またフィルターの使用できる期間も短くなる傾向がある。逆に、この初期圧力損失が小さいと装置のサイズが大きくなり実用的でない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に図および実施例により発明の実施態様の例、効果を示す。
図１にリーフディスクフィルターを用いた一例を示した。３は外径７インチ、濾過精度３μｍのリーフディスクフィルター（SUS316L製不織布焼結タイプ)で、このフィルターの濾過面積に対する比表面積は１５０ｍ2／ｍ2のものを用いた。リーフディスクフィルター３は外径１７８mm、内径６０mmであり、８枚用いているため、その濾過面積は、
（（外径÷２）2−（内径÷２）2）×円周率×２×８
で計算し、３５２９ｃｍ2である。
【００１５】
スペーサ４としては厚さ２mmのSUS３１６製円板（外径７インチ）の表層に、厚さ２〜３μｍのAuを均一に電解メッキしたものを設置した。貴金属は容器６の内面には設置していない。リーフディスクフィルター３とスペーサー４の間には、溶液の流路を確保するため、SUS304製の放射状に配置したΦ１mm棒状のディスタンスバー（図示せず）を設置した。濾過する溶液は、N1から容器内に入り、リーフディスクフィルター３で濾過した後、センターポール２を通ってN2から濾過溶液が得られる。リーフディスクフィルター３とAuメッキしたスペーサー４は金属製ガスケット（図示せず）でシールされ、電気的に導通している。また、濾過面積に対する貴金属の表面積（Auメッキ面積）の比は約７／８である。リーフディスクフィルター表面とAuメッキ表面との最大距離は１０mmである。
【００１６】
図２にキャンドルタイプのフィルターを用いた一例を示した。１０はSUS304製の金網焼結タイプのキャンドル型フィルターであり、９はキャンドルフィルター内に設置している流量均一化のためのSUS３１６製円錐状物である。
また、キャンドルフィルター９の濾過精度は１０μｍのものを用いた。このフィルターの外径は３５mmであり高さは１５０mmのものを用いたので、その濾過面積は、（外径×円周率×高さ）で計算でき、１６５ｃｍ2と計算できる。容器６の内面を電解メッキで表層１〜２μｍにPtを設置した。容器６とキャンドルフィルター９とは金属製パッキンを用いているので電気的に導通している。濾過面積に対するＰｔメッキ表面積（貴金属の表面積）の比は約５／１である。キャンドルフィルター１０の濾過面積に対する比表面積は２０ｍ2／ｍ2のものを用いた。キャンドルフィルター表面とPtの表面との最大距離は１５mmである。
【００１７】
図３に円筒形のフィルターを複数本用いた一例を示した。円筒形フィルター１２は外径６０mm、長さ５００mmであり、プリーツ状に加工したものを用いた。濾過面積はプリーツ状のものを平面に延ばした面積として求め、７本で２．８ｍ2であった。１３はSUS３０４製の棒の表面に0.1μのAuを蒸着したものである。容器６としてはSUS３０４製のものを用い、貴金属は容器６の内面には設置していない。円筒形フィルター１２とSUS棒１３とは、仕切り板上下２枚の間に設置し、それぞれ仕切り板を通して電気的に導通している。円筒形フィルター１２の濾過面積に対する比表面積は約２０ｍ2／ｍ2で、円筒形フィルター１２の濾過面積に対する１３のAuの蒸着面積（貴金属の表面積）の比は約１／７．４である。Au蒸着面と円筒形フィルター１２の表面との最大距離は７０mmである。
【００１８】
（特性の測定法）
本発明の特性値の測定法は次の通りである。
（１）濾過精度
水分散ISOミディアムダスト１０ｍｇ／Ｌを濾過し、濾過前後の粒子を粒子カウンターで測定して、９９％の捕捉効率を有する粒子径を濾過精度とした。
（２）溶液の元素分析
溶液１０ｇを精密秤量し、６００℃以上の温度で灰化した。その後これを酸に溶解してICP-MASSにて金属成分を１ppbの精度で分析した。
（３）フィルターの比表面積
フィルターのガス吸着面積をBET法により求め、濾過面積に対する表面積を比表面積とした。（単位：ｍ2／ｍ2）
【００１９】
【実施例１】
水中に平均粒径８０nmの球状シリカを４０ｗｔ％含有するコロイド状シリカ分散液を、蒸留水にて７ｗｔ％の濃度に希釈した後、１０１．５％硫酸に撹拌・冷却しつつ添加して、硫酸濃度９９．８％の濃硫酸溶液を得た。この濃硫酸を図３に示した濾過装置で繰り返し循環濾過を行った。循環量はフィルター初期圧力損失が０．０２MPaになるように調整した。循環中の硫酸を時々抜き取り、元素分析（ICP-MASS）を実施した。その結果を表１に要約した。表１には最も成分として量の多かったＦｅの量を記載した。
【００２０】
【比較例１】
実施例１と同様にシリカを分散させた９９．８％の濃硫酸溶液を調製した。フィルター装置としては図３の装置において、SUS棒１３にAuを蒸着していないものを用いた以外は、実施例１と同様に行った。その結果を表１に要約した。表１には最も成分として量の多かったＦｅの量を記載した。なお同様の傾向でＣｒ、Ｎｉの量も変化していた。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
比較例１から明らかなように、ステンレスフィルターだけのものを用いると硫酸溶液中のＦｅの量が安定しなかった。一方、実施例１のようにAuを濾過装置に接触させると安定した品質の濾過した溶液を得ることができた。
【００２３】
【実施例２】
実施例１と同様にしてシリカを分散させた９９．８％の濃硫酸溶液を調製した。これにPPTA（ポリｐ-フェニレンテレフタルアミド）をポリマー濃度が１１％になるように溶解して、ポリマーの硫酸溶液を得た。（以後、このポリマーの硫酸溶液をドープと呼ぶ。）このドープを図１の濾過装置を用いて、初期圧力損失が０．８MPaとなるよう濾過流速を調整して濾過を行った。濾過後のドープの元素分析（ICP-MASS）を実施し、その結果を表２に要約した。表２には最も成分として量の多かったＦｅの量を記載した。
【００２４】
【比較例２】
実施例２と同様にしてドープを得た。濾過装置としては、図１の装置の内、Auメッキしたスペーサー４を取り付けていない濾過装置を用いた以外は実施例２と同様に濾過を行い、元素分析を実施した。その結果を表２に要約した。表２には最も成分として量の多かったＦｅの量を記載した。なお同様の傾向でＣｒ、Ｎｉの量も変化していた。また、０．２MPaくらいの圧力変動が濾過開始から２週間程頻繁に生じた。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２からも明らかなように、比較例ではステンレス成分が多量に流出していた。
一方、Auメッキしたスペーサーを接触させた濾過装置を用いた場合は、品質の安定した濾過溶液を得ることができた。
【００２７】
【実施例３】
実施例２では、Auメッキしたスペーサーをステンレスフィルターと交互に配置させた濾過装置を用いたが、実施例３では、ステンレスフィルター８枚に対して、Auメッキしたスペーサーを３枚にして配置した濾過装置を用いた以外は、実施例２と同様に行った。フィルターの濾過面積に対する、Auメッキしたスペーサーの面積すなわち貴金属の表面積の比は、約３／８である。Auメッキ表面とフィルター表面との最大距離は、約２０mmである。その結果を表３に要約した。
【００２８】
【実施例４】
図１の濾過装置において、Auメッキしたスペーサーを用いず、容器６の内面にAuを電解メッキした濾過装置を用い、他は実施例２と同様にしてドープの濾過を行った。この時、容器内面のAuメッキ面積すなわち貴金属の表面積は、フィルターの濾過面積に対する比率で約１／３である。Auメッキ表面とフィルター表面との最大距離は、約６０mmである。その結果を表３に要約した。
【００２９】
【表３】
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【００３０】
【発明の効果】
本発明の濾過装置は、耐腐食性に優れているため、様々な用途の濾過装置として優れた性能を示す。すなわち、ステンレスフィルターの腐食による生成物が非常に少なく、品質の良い濾過生成物を得ることができる。工業的には高粘度流体の高精度濾過において、ステンレスフィルターが実質上使用可能なエレメントであるが、本発明により腐食性流体、特に硫酸を主体とする溶液を安定に品質よく濾過することが可能になる。硫酸を主体とする溶液を処理する装置は、例えば、硫酸製造設備、硫酸精製設備、アラミド繊維製造設備、アラミドフィルム製造設備、各ポリマー回収設備など多岐に渡っており、特に繊維やフィルムの製造設備における高精度濾過には欠かせない設備である。このような高精度濾過を品質良く、安定に実施することにより製品の品質向上と、稼働率の向上を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リーフディスクフィルターを用いた本発明の濾過装置の一例を示す断面図である。
【図２】キャンドルタイプのフィルターを用いた本発明の濾過装置の一例を示す断面図である。
【図３】円筒形のフィルターを複数本用いた本発明の濾過装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  仕切り板
２  センターポール
３  リーフディスクフィルター
４  スペーサー
５  エンドプレート
６  容器
７  容器保温のためのジャケット
８  蓋（ジャケット付き）
９  SUS３１６製円錐状物
１０  キャンドルフィルター
１１  フィルターをセットするフランジ
１２  円筒形フィルター
１３  SUS３０４製の棒
Ｎ１  溶液入り口
Ｎ２  濾過した溶液の出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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