(57)【要約】残留塩素やトリハロメタン等の除去のほか、水道水中に含まれる金属イオンを効果的に除去することができ、しかも高強度で安価な浄水器用フィルター、その製造方法、並びに浄水器用フィルターを用いた浄水器に関し、無機繊維と無機粉末とを主体とする成形体を７００〜１３００℃の温度で焼成することで得られる平均気孔径が０．２〜２０μｍの焼成体からなることを特徴とする。
2007129380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機繊維と無機粉末とを主体とする成形体を７００〜１３００℃の温度で焼成することで得られる平均気孔径が０．２〜２０μｍの焼成体からなることを特徴とする浄水器用フィルター。
【請求項２】
無機繊維が、セラミック繊維、ガラス繊維、或いはロックウール繊維の中から選ばれるいずれか１種若しくは２種以上であることを特徴とする請求項１記載の浄水器用フィルター。
【請求項３】
無機繊維の繊維径が２．０〜１０．０μｍ、繊維長が１００〜５００μｍであることを特徴とする請求項１記載の浄水器用フィルター。
【請求項４】
無機粉末が、珪藻土、パーライト、或いはゼオライトの中から選ばれるいずれか１種若しくは２種以上であることを特徴とする請求項１記載の浄水器用フィルター。
【請求項５】
無機粉末の平均粒子径が０．１〜３５０μｍであることであることを特徴とする請求項１記載の浄水器用フィルター。
【請求項６】
無機繊維と無機粉末が１００：０〜５０：５０の重量比で混合されていることを特徴とする請求項１記載の浄水器用フィルター。
【請求項７】
円筒形状をなすことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の浄水器用フィルター。
【請求項８】
主体となる無機繊維及び無機粉末に、無機バインダーと凝集剤と水とを加えてスラリー状の成形材料を作製し、次いで、前記成形材料を成形型内に投入し吸引脱水することで成形体を作製し、この後、前記成形体を７００〜１３００℃の温度で焼成することを特徴とする浄水器用フィルターの製造方法。
【請求項９】
無機繊維が、セラミック繊維、ガラス繊維、或いはロックウール繊維の中から選ばれるいずれか１種若しくは２種以上であることを特徴とする請求項８記載の浄水器用フィルターの製造方法。
【請求項１０】
無機繊維の繊維径が２．０〜１０．０μｍ、繊維長が１００〜５００μｍであることを特徴とする請求項８記載の浄水器用フィルターの製造方法。
【請求項１１】
無機粉末が、珪藻土、パーライト、或いはゼオライトの中から選ばれるいずれか１種若しくは２種以上であることを特徴とする請求項８記載の浄水器用フィルターの製造方法。
【請求項１２】
無機粉末の平均粒子径が０．１〜３５０μｍであることであることを特徴とする請求項８記載の浄水器用フィルターの製造方法。
【請求項１３】
無機繊維と無機粉末が１００：０〜５０：５０の重量比で混合されていることを特徴とする請求項８記載の浄水器用フィルターの製造方法。
【請求項１４】
成形型が多孔性中空円筒状の金型であることを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載の浄水器用フィルターの製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜６のいずれかに記載の浄水器用フィルターを備えたことを特徴とする濾過装置。
【請求項１６】
浄水器用フィルターが円筒状形状をなしており、該浄水器用フィルター内には機能性材料が充填されていることを特徴とする請求項１５記載の濾過装置。
【請求項１７】
浄水器用フィルター内に充填される機能性材料が、ゼオライト、珪藻土、麦飯石、トルマリン、アルシル、及びアドセラといった機能性無機物質、粉状、粒状または繊維状のイオン交換樹脂、キレート繊維の中から選ばれる１種若しくは２種以上であることを特徴とする請求項１５記載の濾過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、優れた浄水性能、特には金属イオンの除去性能に優れており、しかも高強度で安価な浄水器用フィルター、その製造方法、並びに浄水器用フィルターを用いた浄水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、浄水器としては、粒状、粉末状、或いは繊維状の活性炭を容器に封入したものや、中空糸を束ねてフィルターカートリッジを形成したものが知られている。これらの浄水器においてフィルターとして使用されている活性炭や中空糸膜は、水道水中の残留塩素やトリハロメタン等の除去には優れた効果を発揮するものの、配管材料などから溶出する鉛などの金属イオンの除去には殆ど効果が無かった。【０００３】
そこで、鉛などの金属の除去能力を高めるため、浄水器のフィルター材料としてイオン交換樹脂を用いたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。この浄水器にあっては、活性炭とイオン交換樹脂が独立した層を形成するように充填されていて、これら活性炭とイオン交換樹脂によるフィルター機能により、塩素等の除去のほか、鉛などの金属イオンの除去にも効果を発揮していた。【０００４】
ところが、この浄水器の場合、非常に高価であり、しかもフィルターの交換時には活性炭とイオン交換樹脂を容器から排除して再度活性炭とイオン交換樹脂をそれぞれ別個に充填して活性炭部及びイオン交換樹脂部を形成しなければならないという煩雑さがあった。【０００５】
一方、イオン交換樹脂の代わりにリン酸カルシウム化合物を使用した浄水器も提案されている（例えば特許文献２参照）。この浄水器の場合、リン酸カルシウム化合物が、水道水中の金属イオンを効率よく除去することができる反面、高価であり、しかも金属イオンを除去した後にカルシウムイオンが遊離して、浄化水の硬度を上昇させ、飲料水としての味を低下させたりする問題があった。【０００６】
また、鉛イオンの除去を目的とするキレート形成繊維または金属キレート繊維も提案されている（例えば特許文献３参照）。ところが、これらのキレート繊維の場合、鉛以外の金属イオンの除去には十分な効果が無かった。
【特許文献１】特開２０００−１５２５３号公報
【特許文献２】特開平９−７５９２４号
【特許文献３】特開２００４−２２５１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような技術的課題に鑑みなされたものであり、残留塩素やトリハロメタン等の除去のほか、水道水中に含まれる金属イオンを効果的に除去することができ、しかも高強度で安価な浄水器用フィルター、その製造方法、並びに浄水器用フィルターを用いた浄水器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１〜７記載の発明は、無機繊維と無機粉末とを主体とする成形体を７００〜１３００℃の温度で焼成することで得られる平均気孔径が０．２〜２０μｍの焼成体からなることを特徴とする浄水器用フィルターをその要旨とした。【０００９】
また、請求項８〜１４記載の発明は、主体となる無機繊維及び無機粉末に、無機バインダーと凝集剤と水とを加えてスラリー状の成形材料を作製し、次いで、前記成形材料を成形型内に投入し吸引脱水することで成形体を作製し、この後、前記成形体を７００〜１３００℃の温度で焼成することを特徴とする浄水器用フィルターの製造方法をその要旨とした。【００１０】
さらに、請求項１５〜１７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の浄水器用フィルターを備えたことを特徴とする濾過装置をその要旨とした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による浄水器用フィルターにあっては、従来のフィルター（ポリプロピレン繊維及びコットン繊維を主体とするフィルター）では、不可能であった２０μm以下の粒子が捕獲でき、安全な水を供給できる。また本発明のフィルターは７００℃以上という高温にて熱処理する為、非常に安全なフィルターである。【００１２】
本発明の浄水器にあっては、従来、水に含まれるＣａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｚｎ２＋等の金属イオンが除去できなかったが、選択的に金属イオンおよび酸化物イオン（ＮＯ３、ＳＯ３-等）の有害物質も除去できる。【００１３】
またこの浄水器は安価であり、一般家庭においても使用可能となり、人類に多大なる貢献ができ、環境汚染の防止にもなる。【００１４】
さらに、このフィルターを様々なフィルターを組み合わせることにより、現在問題となっている、中空糸膜の目詰まりによる断水、及び非金属イオンである、Ｐｂ、Ａｓ、Ｃｄ等の有害物質を効果的に除去できる浄水システムを提供することができる。【００１５】
また、このフィルターはセラミックスである為、使用後の廃棄についても高温７００℃以上で処理し、再利用することも、また土壌にもどして土壌改良剤としても利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の浄水器用フィルター、その製造方法、並びに浄水器用フィルターを用いた浄水器をさらに詳しく説明する。まず、本発明の浄水器用フィルターについて説明する。このフィルターは無機繊維と無機粉末とを主体としている。【００１７】
無機繊維としては、７００℃以上の温度に耐え得るものであるならば特に限定されないが、アルミナ繊維、ムライト繊維、ガラス繊維、或いはロックウール繊維の中から選ばれるいずれか１種若しくは２種以上が好ましい。【００１８】
使用する無機繊維の繊維径としては、２．０〜１０．０μｍが好ましい。無機繊維の繊維径が２．０μｍよりも細い場合、折れやすく、取り扱い性が難しくなり、１０．０μｍよりも太い場合には、後述の無機粉末と均一に混合することが困難となる。【００１９】
また、無機繊維の繊維長としては１００〜５００μｍが好ましい。無機繊維の繊維長が１００μｍよりも短い場合、該無機繊維を含む成形体を焼成したときに十分な強度が得られず、
繊維長が５００μｍよりも長くなると、焼成体の平均気孔径を０．２〜２０μｍとすることが困難となるからである。【００２０】
この無機繊維には、銀添着ゼオライトやイオン交換樹脂などの機能性物質を繊維表面に付着させたものを用いることもできる。この場合、繊維表面の銀添着ゼオライトやイオン交換樹脂などの機能性物質が、抗菌効果や金属イオンの吸着効果を発揮するようになる。機能性物質の付着量としては、無機繊維１００重量部に対して２０〜５０重量部が好ましい。【００２１】
無機粉末としては、珪藻土、パーライト、或いはゼオライトの中から選ばれるいずれか１種若しくは２種以上が好ましい。使用する無機粉末の平均粒子径としては０．１〜３５０μｍが好ましく、より好ましくは１〜１００μｍ、最適には５〜２５μｍである。無機粉末の平均粒子径が上記範囲外の場合、取り扱い性が悪くなる上、無機繊維との均一な混合が困難となるからである。【００２２】
上記無機繊維と無機粉末の混合比率としては、重量比で１００：０〜５０：５０の範囲が好ましい。というのは、無機繊維と無機粉末の混合比率が上記範囲外の場合、均一な混合が可能となるからである。【００２３】
本発明のフィルターは、上記無機繊維と無機粉末とを主体とする成形体を焼成することで得られる焼成体からなる。焼成体は、７００〜１３００℃の焼成温度で熱処理されているため、得られる焼成体は陶器状の構造となり、使用時などに無機粉末が脱落し難く、耐水性及び耐薬品性に優れると共に強度に優れたものとなる。焼成温度が７００℃を下回る場合、十分な強度が得られず、無機粉末などが脱落するという恐れがある。一方、焼成温度が１３００℃を上回ると、例えば無機繊維が焼成時の温度で破壊され、繊維としての形態、性質を維持できなくなる。【００２４】
また、本発明のフィルターは、焼成体の平均気孔径が０．２〜２０μｍとなっている。平均気孔径が０．２〜２０μｍとなっていることで、被処理流体の十分な流通量と金属イオンの除去性能が確保されているのである。【００２５】
本発明のフィルターの形態としては特に限定されないが、好ましくは円筒形状である。【００２６】
次に、本発明の浄水器用フィルターの製造方法について説明する。尚、無機繊維と無機粉末については、本発明の浄水器用フィルターの箇所で説明したので、ここでの説明は割愛する。本発明の浄水器用フィルターの製造方法における特徴部分は、成形材料の作製工程と、成形体の作製工程と、成形体の焼成工程とにある。【００２７】
まず、成形材料について説明する。成形材料は、上述下主体となる無機繊維及び無機粉末に、シリカゾル、アルミナゾル、クニピアG、リチウムシリケートなどの無機バインダーと凝集剤と水とを加えて、スラリー状としたものである。【００２８】
無機バインダーの量は、無機繊維及び無機粉末の１００重量部に対して、１〜２０重量部の範囲、凝集剤量は０．１〜３．０重量部の範囲が好ましい。無機バインダーは水との接触によりゲル化し、凝集剤により凝集して無機繊維及び無機粉末と共に均一に分散した状態となる。【００２９】
次に、得られた成形材料である水性スラリーを成形型を入れる。使用する成形型としては特に限定されず、予定する成形体の形状や大きさに応じて自由に設計することができる。図に示す浄水器用フィルターは、円筒形状をなす成形体を焼成した焼結体からなるものであり、そのような成形体を得るため、例えば多孔性中空円筒状の金型の上に６５M〜２００Ｍ（メッシュ）のステンレス金網を装着した型を用いることができる。【００３０】
水性スラリーを成形型を入れた後、成形型の内側から水を吸引することにより脱水して成形体を作製する。その後加熱処理をすることにより脱水とバインダーによる接着処理を行い、成形体を得る。このようにして無機繊維と機能性無機粉末の機能を阻害することなく均一性の高い成形体を得ることができる。【００３１】
次いで、得られた成形体を７００℃〜１３００℃の焼成温度で熱処理する。この熱処理により、陶器状の構造となり、耐水性及び耐薬品性に優れた強度のあるフィルターとなる。また、上記焼成温度で焼成することにより、機能性無機物質の効果は失われないし、強度に優れたフィルターを提供することができる。【００３２】
次に、本発明の濾過装置について説明する。本発明の濾過装置は、請求項１〜６のいずれかに記載の浄水器用フィルターを備えたことで特徴づけられたものである。本発明の濾過装置の好ましい形態を図１〜図５に示す。以下、各図に従って説明する。【００３３】
図１に示す浄水器１１は、円筒形状をなす本発明のフィルターを該浄水器１１の第１のフィルター１２として用いた例である。第１のフィルター１２は、被処理水が下から注水されて該フィルター１２を厚み方向に透過し、鉛などの金属イオンが除去された濾過処理水がフィルター側面から排水されるようになっている。そして、このフィルター１２によって処理された処理水は、これに繋がる活性炭からなる第２のフィルター１３へと注水され、さらに浄化されるようになっている。【００３４】
また図１に示す浄水器１１における第１のフィルター１２あっては、内側に機能性材料が充填されている。図１の例では、銀添着ゼオライトと繊維状のイオン交換樹脂が充填されており、これにより第１のフィルター１２の濾過処理に先立って、抗菌、金属及び非金属イオンの吸着除去がなされるようになっている。【００３５】
尚、浄水器用フィルター内に充填される機能性材料としては、上記ゼオライトやイオン交換樹脂のほかに、ビタミン、グルタミン酸など機能性樹脂、珪藻土、麦飯石、トルマリン、アルシル、及びアドセラといった機能性無機物質、粉状または粒状のイオン交換樹脂、キレート繊維、活性炭（椰子殻活性炭、繊維状活性炭、石炭系など）の中から選ばれる１種若しくは２種以上を用いることができる。これらの材料を充填することで、金属イオン（Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋など）及び半金属イオン（Ｃｄ、Ａｓ、Ｐｂなど）を除去する共に、新たに栄養素を付与することができる。【００３６】
図２に示す浄水器１１は、浄水器用フィルター内に陽イオン交換樹脂とＡｇＣとトルマリンを充填したものであり、図３に示す浄水器１１は、浄水器用フィルター内に陰イオン交換樹脂を充填したものである。
【実施例】
【００３７】
実施例１
アルミナ繊維（デンカ株式会社製、平均繊維径３．５μｍ）７０重量部とアドセラ（日本硝子株式会社製、３０μｍ）２５重量部、無機バインダー（シリカゾル、日産化学株式会社製）５重量部とを５０００重量部の水に分散させ、凝集剤（ポリストロン７０５、荒川化学株式会社製）を０．５重量部添加して水性スラリーを得た。【００３８】
次に、得られた水性スラリーを、内径φ３０mm、外径φ５０mmの円筒状で多孔質な成形型に投入して吸引成形及び脱水成形を行い、内径φ３０mm、外径φ５０mm、長さ２５０mmの成形体を得た。【００３９】
これを１２００℃の焼成温度で加熱処理し、強度のあるフィルターを得た（平均気孔径１２μｍ）。得られたフィルターの内部にイオン交換樹脂を充填して両サイドを２０μmの気孔径の不織布において密閉し、その上より３mmの厚みのキャップを装着して通水可能なフィルターとした。【００４０】
このフィルターを市販の浄水器に装着し（図１参照）、通水テストを行った。その結果は表１に示す通り。Ｃａ２＋イオンが最大８０％まで除去できた。また、イオン交換樹脂のフィルターの充填量によりＣａ２＋イオンの除去流量が大きく出来ることが判明した。また水の全硬度についても安定的な除去データが得られた。  【００４１】
【表１】
2007129380.tif 000003
【００４２】
実施例２
アルミナ繊維７０重量部と珪藻土（昭和化学株式会社製、ラジオライト♯１００）２５重量部及び無機バインダー（シリカゾル）５重量部とを５０００重量部の水に分散させ、凝集剤０．５重量部添加して、水性スラリーを得た。得られた水性スラリーを、内径φ１０、外径φ４０の円筒状の多孔質の成形型に投入し、吸引成形及び脱水成形を行い、内径φ１０、外径φ４０、長さ１４０mmの成形体を得た。これを１２００℃の焼成温度で加熱処理し、強度のあるフィルターを得た（平均気孔径５μｍ）。このフィルターの内部に陽イオン交換樹脂とＡｇＣとトルマリンを充填して両サイドを２０μmの気孔径の不織布において密閉し、その上より３mmの厚みのキャップを装着して市販の浄水器に装着し（図２参照）、通水テストを行った。その結果を表２に示した。【００４３】
【表２】
2007129380.tif 000004
表２に示すように、市販プレフィルターでは除去できない粉末が完全に除去されたことが確認された。【００４４】
実施例３
アルミナ繊維８０重量部とパーライト（昭和化学株式会社製、トプコ♯３０）１５重量部及び無機バインダー（シリカゾル）５重量部とを５０００重量部の水に分散させ、凝集剤を０．５重量部添加して水性スラリーを得た。【００４５】
得られた水性スラリーを、内径φ１０、外径φ４０の円筒状の多孔質の成形型に投入し、吸引成形及び脱水成形を行い、内径φ１０、外径φ４０、長さ１４０mmの成形体を得た。これを１２００℃の焼成温度で加熱処理し、強度のあるフィルターを得た（平均気孔径１７μｍ）。このフィルターの内部に陰イオン交換樹脂を充填し、キャップを装着して市販の浄水器に装着し（図３参照）、通水テストを行った。その結果を表３に示す。【００４６】
【表３】
2007129380.tif 000005
表３に示すように窒素イオン及び油についても良好に除去されていることが確認された。【００４７】
比較例１
繊維長が２５００μm以上のアルミナ繊維を使用して成形体を得た。この成形体の密度は０．２５ｇ／ｃｃであった（平均気孔径３５μｍ）。これについて実施例２と同様にして通水テストを行った結果、表４に示すとおり、十分な粒子の除去ができなかった。【００４８】
【表４】
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【００４９】
比較例２
実施例２において作製した円筒状成形体を６５０℃の焼成温度で２時間焼成した以外は実施例２と同様にして通水テストを行ったところ、通水初期において該フィルターが崩壊してしまった。【００５０】
比較例３
実施例１において使用した第１のフィルターを用いて、図４に示すように水の流れを外から内側にて試験を行った。その結果は表５に示す通りであった。【００５１】
【表５】
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表５に示すように水との接触が少なく満足な除去はされなかった。また、４００Ｌ通水後、フィルターは崩壊してしまった。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の浄水器用フィルター、その製造方法、並びに浄水器用フィルターを用いた浄水器は、優れた浄水性能、特には金属イオンの除去性能に優れており、しかも高強度で安価であることから、家庭用或いは業務用として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の浄水器用フィルターを備えた浄水器の一例を示す模式図。
【図２】本発明の浄水器用フィルターを備えた浄水器の別例を示す模式図。
【図３】本発明の浄水器用フィルターを備えた浄水器のさらに別の例を示す模式図。
【図４】浄水器用フィルターへの水の流れを逆にした浄水器の例を示す模式図。
【符号の説明】
【００５４】
１１・・・浄水器
１２・・・第１のフィルター
１３・・・第２のフィルター
【図１】
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【図２】
2007129380.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2007129380.tif 000012
2007129380.tif 000013
2007129380.tif 000014
2007129380.tif 000015
2007129380.tif 000016