(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルター素材の少なくとも一部として、天然繊維または再生繊維の分子中に、アミノ基と、炭素に結合した少なくとも２個のヒドロキシル基を持った基が導入されたキレート形成性繊維が配置されていることを特徴とするフィルター装置。
【請求項２】
アミノ基と、炭素に結合した少なくとも２個のヒドロキシル基を持った基が、下記式［Ｉ］で示される基である請求項１に記載のフィルター装置。
【化１】
0003887484.tif 000007
［式中、Ｇは糖アルコール残基または多価アルコール残基、Ｒは水素原子、（低級）アルキル基または−Ｇ（Ｇは上記と同じ意味を表わし、上記Ｇと同一もしくは異なる基であってもよい）を表わす］
【請求項３】
前記式［Ｉ］中のＧが、Ｄ−グルカミンからアミノ基を除いた残基、Ｒが水素原子または低級アルキル基である請求項２に記載のフィルター装置。
【請求項４】
前記式［Ｉ］中のＧがジヒドロキシプロピル基であり、Ｒが水素または低級アルキル基である請求項２に記載のフィルター装置。
【請求項５】
アミノ基と、炭素に結合した少なくとも２個のヒドロキシル基とを持った基が、天然繊維または再生繊維の分子中の反応性官能基に直接結合している請求項１〜４のいずれかに記載のフィルター装置。
【請求項６】
アミノ基と、炭素に結合した少なくとも２個のヒドロキシル基とを持った基が、天然繊維または再生繊維の分子中の反応性官能基に架橋結合を介して導入されている請求項１〜４のいずれかに記載のフィルター装置。
【請求項７】
キレート形成性繊維が、類金属元素またはその化合物をキレート捕捉する性能を備えたものである請求項１〜６のいずれかに記載のフィルター装置。
【請求項８】
類金属元素またはその化合物が、硼素または硼素化合物である請求項７に記載のフィルター装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載されたフィルター装置に液体を通し、該液体中のイオン性物質と不溶性夾雑物を除去することを特徴とする液体の清浄化法。
【請求項１０】
液体が水性液である請求項９に記載の清浄化法。
【請求項１１】
液体が油性液である請求項９に記載の清浄化法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非処理液体中の特に類金属イオンと不溶性夾雑物を効率よく除去して清浄化することのできる新規なフィルター装置と、該フィルター装置を用いた液体の清浄化法に関するものであり、このフィルター装置は、水性液や油性液中に含まれる類金属（硼素、ゲルマニウム、ひ素、アンチモン、セレン、テルル等）を効率よく除去すると共に、それら被処理液体中に含まれる不溶性夾雑物も同時に除去することができるので、例えば飲料水や食品加工用水等の浄化（特に類金属を含む有害イオン性物質と不溶性夾雑物の同時除去）、ポリエステル製造時に未反応物として留去されるエチレングリコール中に重合触媒として混入してくるゲルマニウム、食用油脂などに含まれることのあるひ素などと共に不溶性夾雑物を除去して清浄化する際に有効利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
類金属元素の１種である硼素や硼素化合物は自然界に広く分布しており、人体にとって必須の元素であるが、反面、摂取量が多くなり過ぎると逆に悪影響を及ぼすことも確認されている。そして、河川や地下水中に含まれる硼素成分による人為的汚染と思われる事例が報告される様になり、水の再利用などへの悪影響が懸念される。再利用に当たっては、硼素成分等の汚染除去の他に不溶性夾雑物の除去も必要となるが、これら２つを同時に行なうことのできる装置は提案されていない。
【０００３】
また硼素以外にも例えばひ素やひ素化合物は人体に有害であり、その混入が懸念される飲料水等から該化合物と共に不溶性介在物も可及的に除去する必要があるが、これらを同時に除去することもできない。
【０００４】
本発明は、これら類金属元素やその化合物を水あるいは食用油等の被処理液体から効率よく吸着除去すると共に、該被処理液体中に含まれる不溶性夾雑物を同時に効率よく除去し清浄化することのできるフィルター装置を提供し、更には、該フィルター装置を用いて水や油などの被処理液体を清浄化することのできる技術を提供するものである。
【０００５】
水中の硼素などの類金属を除去する方法として、塩基性イオン交換樹脂を使用する方法が考えられるが、本発明者等が確認したところによると、塩基性イオン交換樹脂の硼素などの類金属に対する選択吸着性は極めて低く、処理系に他のアニオンが共存すると、類金属成分の捕捉性能は極端に低下する。
【０００６】
一方、硼素成分を捕捉する性能を備えたキレート樹脂があり、該キレート樹脂を用いて灌漑用水等に含まれる硼素成分を除去する方法も知られているが、これらはイオン化した硼素成分のキレート捕捉を意図するだけであって、不溶性夾雑物も積極的に同時除去しようとする考え方はない。このキレート樹脂は、スチレン−ジビニルベンゼン型やフェノールアルデヒド型等の剛直な三次元架橋構造の重合体にアミノポリオール基を導入したビーズ状あるいは粒状のものであり、硼素成分に対する捕捉量や捕捉速度が小さく、かつ硼素成分を捕捉したキレート樹脂を再生する場合の再生速度も非常に遅いという問題が指摘される。
【０００７】
そこで、上記類金属イオンや再生剤の拡散侵入速度を高めることによって類金属イオンの捕捉速度や再生速度を高めるため、キレート樹脂の粒径を小さくして表面積を拡大し、被処理液体との接触有効面積を大きくする方法も考えられる。ところが、そのためにはキレート樹脂の粒径を小さくしなければならないため、キレート樹脂が飛散し易くなって取扱いが面倒になるばかりでなく、水処理等を行なう際にキレート樹脂充填層の通液抵抗が増大し、処理効率を却って悪くするといった問題が生じてくる。
【０００８】
また再生能を失ったキレート樹脂を廃棄処理する場合にも、ビーズ状や粒状のキレート樹脂では、焼却処理が困難であるとか減容化処理が複雑であるといった問題が指摘される。
【０００９】
更に従来のキレート樹脂では、前述の如く低効率であるとはいうもののある程度の類金属イオン捕捉能を発揮するが、被処理液体中に少なからず混入している不溶性の浮遊夾雑物に対する除去効果は殆んどない。そのため、それら浮遊夾雑物を除去して被処理液体を十分に清浄化するには、キレート樹脂による類金属イオン除去の前あるいは後で被処理液体中の浮遊夾雑物を除去しなければならず、確実な清浄化効果を得るには少なくとも２工程の処理が必要となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その第１の目的は、硼素やゲルマニウム等を始めとする類金属元素やその化合物に対して優れた捕捉性能を有している他、焼却処理などが容易でしかも簡単かつ安全な方法で安価に製造し得る様なキレート形成性繊維を提供し、該キレート繊維の特殊性をうまく活用して、被処理液体中の類金属イオンと不溶性夾雑物を同時に効率よく除去することのできるフィルター装置を開発し、更には該フィルター装置を用いて液体を効率よく清浄化することのできる方法を確立することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することのできた本発明に係るフィルター装置は、繊維分子中にアミノ基と、２個以上のヒドロキシル基、とりわけ隣接する炭素に結合した少なくとも２個のヒドロキシル基とを持った基を有し、類金属元素やその化合物に対して優れたキレート形成能を有しているキレート形成性繊維を、フィルター素材の少なくとも一部として配置したところに要旨があり、このフィルター装置であれば、被処理液体中に混入している不溶性夾雑物の大きさに応じて、キレート形成性繊維の繊維間隙間を調整することにより、類金属イオンと共に不溶性夾雑物を同時に除去することができ、被処理液体を簡単な処理で効率よく清浄化できる。
【００１２】
上記フィルターの主たる構成素材となるキレート形成性繊維に、類金属元素やその化合物とのキレート形成能を与えるため繊維分子中に導入される好ましい基を一般式で示すと、下記一般式［Ｉ］で表わすことができ、
【００１３】
【化２】
0003887484.tif 000002
【００１４】
［式中、Ｇは糖アルコール残基または多価アルコール残基、
Ｒは水素原子、（低級）アルキル基または−Ｇ（Ｇは上記と同じ意味を表わし、上記Ｇと同一もしくは異なる基であってもよい）を表わす］
その中でも特に好ましいのは、前記式［Ｉ］中のＧが、Ｄ−グルカミンからアミノ基を除いた残基またはジヒドロキシプロピル基であり、Ｒが水素または低級アルキル基である。
【００１５】
これら類金属元素やその化合物とのキレート形成性能（以下、類金属キレート形能と言うことがある）を与えるために繊維分子中に導入される好ましい基は、繊維分子中の反応性官能基（ヒドロキシル基、アミノ基、イミノ基、アルデヒド基、カルボキシル基、チオール基など）等に直接結合していてもよく、あるいは架橋結合によって間接的に結合していても構わない。またベースとなる繊維としては、天然繊維、再生繊維、合成繊維のいずれも使用可能であるが、上記の様なキレート形成能を有する基を効率よく導入するうえで特に好ましいのは天然繊維もしくは再生繊維である。
【００１６】
なお、上記類金属キレート形成性繊維の製法は特に制限されないが、好ましいのは、繊維分子中の反応性官能基に、下記一般式［II］で示されるアミン化合物を直接反応させ、
【００１７】
【化３】
0003887484.tif 000003
【００１８】
［式中、Ｇ，Ｒは前記と同じ意味］
あるいは、繊維分子中の反応性官能基に、分子中にエポキシ基、反応性二重結合、ハロゲン基、アルデヒド基、カルボキシル基、イソシアネート基などから選ばれる２個以上の基を有する化合物を反応させた後、前記式［２］で示されるアミン化合物を反応させるところに特徴を有している。ここで用いられるアミン化合物としては、類金属キレート形成能、繊維分子との反応性、コスト等を総合的に考えて最も実用的なのはＤ−グルカミンやＮ−メチル−Ｄ−グルカミンあるいはジヒドロキシプロピルアミンである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るフィルター装置の構成素材となる類金属キレート形成性繊維は、
上記の様に、繊維の分子中にアミノ基と、ヒドロキシル基、好ましくは２個以上のヒドロキシル基を持った基、更に好ましくは、２個以上のヒドロキシル基が隣接する炭素原子に結合している基とを導入することによって、類金属キレート形成能を与えたところに特徴を有しており、例えば、Ｎ−メチル−Ｄ−グルカミン残基の導入された繊維による類金属キレート捕捉反応を、硼素を例にとって示すと下記式[III] に示す通りである。
【００２０】
【化４】
0003887484.tif 000004
【００２１】
即ちこのキレート形成性繊維は、繊維分子中にアミノ基と２個以上のヒドロキシル基とを持った基、とりわけ隣接する炭素に結合した少なくとも２個のヒドロキシル基とを持った基が導入されており、硼素などの類金属元素に対して優れたキレート形成能を示し、それにより、類金属を効果的に捕捉することが可能となる。
【００２２】
類金属キレート形成能が付与されるベース繊維の種類は特に制限されず、例えば綿、麻などを始めとする種々の植物繊維；絹、羊毛などを始めとする種々の動物性繊維；ビスコースレーヨンなどを始めとする種々の再生繊維；ポリアミド、アクリル、ポリエステルなどを始めとする様々の合成繊維を使用することができ、これらの繊維は必要に応じて各種の変性を加えたものであっても構わない。
【００２３】
これらベース繊維の中でも特に好ましいのは、繊維分子中にヒドロキシル基やアミノ基等の反応性官能基を有する植物性繊維や動物性繊維、再生繊維であり、これらの繊維であれば、該繊維分子中の反応性官能基を利用して前述の様な類金属キレート形成能を持った基を容易に導入することができるので好ましい。もっとも、原料繊維自体が反応性官能基を有していない場合であっても、これを酸化など任意の手段で変性して反応性官能基を導入し、この官能基を利用して前述の様な基を導入することも可能である。
【００２４】
上記ベース繊維の形状にも格別の制限はなく、長繊維のモノフィラメント、マルチフィラメント、短繊維の紡績糸あるいはこれらを織物状もしくは編物状に製織もしくは製編した布帛や紐、更には不織布や紙であってもよい。また、２種以上の繊維を複合もしくは混紡した繊維や織・編物を使用することもできる。
【００２５】
上記ベース繊維に導入される基としては、前記式[III] からも明らかである様に、類金属とのキレートを形成することの必要上、アミノ基と、２個以上のヒドロキシル基、とりわけ隣接する炭素に結合した２個以上のヒドロキシル基を有することが必要となる。
【００２６】
この様な要件を満たす好ましい基は、前記式［Ｉ］として示した通りであり、該式［Ｉ］中、Ｇは糖アルコール残基または多価アルコール残基を示し、Ｒは水素原子、（低級）アルキル基または−Ｇ（Ｇは上記と同じ意味を表わし、前記−Ｇと同一もしくは異なるものであってもよい）を表わし、Ｒの中でも実用性の高いのは水素または（低級）アルキル基である。上記において（低級）アルキル基としてはＣ1〜Ｃ6のアルキル基が挙げられるが、中でも特に好ましいのはメチル基またはエチル基である。
【００２７】
上記一般式［Ｉ］で示される基の中でも特に好ましいのは、Ｇが糖アルコール残基または多価アルコール残基、Ｒが水素原子または（低級）アルキル基である基であり、具体例としては、Ｄ−グルカミン、Ｄ−ガラクタミン、Ｄ−マンノサミン、Ｄ−アラビチルアミン、Ｎ−メチル−Ｄ−グルカミン、Ｎ−エチル−Ｄ−グルカミン、Ｎ−メチル−Ｄ−ガラクタミン、Ｎ−エチル−Ｄ−ガラクタミン、Ｎ−メチル−Ｄ−マンノサミン、Ｎ−エチル−Ｄ−アラビチルアミンなどからアミノ基を除いた糖アルコール残基、あるいはジヒドロキシアルキル基が例示されるが、繊維分子への導入の容易性や原料の入手容易性等を考慮して最も好ましいのは、Ｄ−グルカミンやＮ−メチル−Ｄ−グルカミンのアミノ基を除いた残基あるいはジヒドロキシプロピル基である。
【００２８】
これら類金属キレート形成能を与えるため繊維分子中に導入される基は、繊維分子中の反応性官能基（例えば、ヒドロキシル基、アミノ基、イミノ基、カルボキシル基、アルデヒド基、チオール基など）等に直接結合していてもよく、あるいは架橋結合を介して間接的に結合していても構わないが、繊維分子への導入の容易性を考えると、後述する様な架橋結合を介して間接的に導入したものが、実用性の高いものとして推奨される。
【００２９】
また上記類金属キレート形成性繊維を製造する方法は特に制限されず、繊維分子が元々有している前述の様な反応性官能基もしくは変性によって導入した反応性官能基に、たとえば前記一般式［II］で示されるアミン化合物を直接反応させ、あるいは、該反応性官能基に、分子中にエポキシ基、反応性二重結合、ハロゲン基、アルデヒド基、カルボキシル基、イソシアネート基の如き官能基を２個以上有する化合物を反応させた後、前記式［II］で示されるアミン化合物を反応させる方法が採用される。
【００３０】
即ち、繊維分子が水酸基やカルボキシル基等を有している場合は、これらの基に前記一般式［II］で示されるアミン化合物を直接反応させ、これを繊維分子にペンダント状に導入することができ、この場合の代表的な反応を例示すると下記の通りである。
【００３１】
【化５】
0003887484.tif 000005
【００３２】
また繊維分子中の反応性官能基とアミン化合物との反応性が乏しい場合は、繊維に先ず架橋剤を反応させることによって、前記アミン化合物との反応性の高い官能基をペンダント状に導入し、次いでこの官能基に前記アミン化合物を反応させることによって、類金属キレート形成能を有する基をペンダント状に導入することができる。特に後者の方法を採用すれば、繊維に対する架橋剤やアミン化合物の使用量を調整することによって、使用目的に応じた類金属捕捉能（即ち、類金属キレート形成能を有する基の導入量）を任意に制御することができるので好ましい。
【００３３】
ここで用いられる好ましい架橋剤としては、エポキシ基、反応性二重結合、ハロゲン基、アルデヒド基、カルボキシル基、イソシアネート基などを２個以上、好ましくは２個有する化合物が挙げられ、好ましい架橋剤の具体例としては、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート、アリルグリシジルエーテル、グリシジルソルベート、エピクロルヒドリン、エピブロモヒドリン、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、マレイン酸、こはく酸、アジピン酸、グリオキザール、グリオキシル酸、トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートなどが例示され、中でも特に好ましいのはグリシジルメタクリレート、エピクロルヒドリン、エチレングリコールジグリシジルエーテル等である。
【００３４】
上記の様な架橋剤を用いてアミン化合物を導入する際の具体的な反応を例示すると、次の通りである。
【００３５】
【化６】
0003887484.tif 000006
【００３６】
これらの架橋剤を用いて類金属キレート形成能を有する基を繊維に導入する際の反応は特に制限されないが、好ましい方法を挙げると、ベース繊維と前記架橋剤を水あるいはＮ，Ｎ’−ジメチルホルムアミドやジメチルスルホキシド等の極性溶媒中で、必要により反応触媒、乳化剤等を併用して、６０〜１００℃程度で３０分〜数十時間程度反応させる方法であり、この反応により、架橋剤が繊維分子中の反応性官能基（例えば、ヒドロキシル基やアミノ基など）と反応して繊維と結合し、前記式［II］で示した様なアミン化合物と容易に反応する官能基を繊維分子中に導入することができる。次いで、該官能基を導入した繊維と前記アミン化合物を、水やＮ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の極性溶媒中で、必要により反応触媒を用いて６０〜１００℃で３０分〜数十時間程度反応させると、上記アミン化合物のアミノ基が架橋剤の反応性官能基（例えばエポキシ基やハロゲン基など）と反応し、前記式［Ｉ］で示される類金属キレート形成能を有する基が繊維分子中にペンダント状に導入される。
【００３７】
この反応は、上記の様に通常は逐次的に行なわれるが、反応系によっては架橋剤とアミン化合物を同時に共存させ、繊維に対して同時並行的に反応させることも可能である。この反応に使用するベース繊維としては、長繊維のモノフィラメント、マルチフィラメント、短繊維の紡績糸あるいはこれらを織物状もしくは編物状に製織もしくは製編した布帛、更には不織布や紙等を任意に選択して使用することができ、また、２種以上の繊維を複合もしくは混紡した繊維や織・編物を使用し得ることは、先に説明した通りである。
【００３８】
ベース繊維に対する前記類金属キレート形成能を有する基の導入量は、ベース繊維分子中の反応性官能基の量を考慮し、その導入反応に用いるアミン化合物の量、あるいは架橋剤とアミン化合物の量や反応条件などによって任意に調整できるが、繊維に十分な類金属捕捉能を与えるには、下記式によって計算される置換率が１０重量％程度以上、より好ましくは２０重量％程度以上となる様に調整することが望ましい。
置換率（重量％）＝［（置換基導入後の繊維重量−置換基導入前の繊維重量）／置換基導入前の繊維重量］×１００
（ただし置換基とは、前記式［１］で示される基を表わす）
【００３９】
類金属捕捉能を高めるうえでは、上記置換率は高い程好ましく、従って置換率の上限は特に規定されないが、置換率が高くなり過ぎると置換基導入繊維の結晶性が高くなって繊維が脆弱になる傾向があるので、類金属捕捉材としての実用性や経済性などを総合的に考慮すると、置換率は１３０重量％程度以下、より好ましくは８０重量％程度以下に抑えることが望ましい。ただし、繊維分子中の官能基やアミン化合物、架橋剤の種類、あるいは用途等によっては、１５０〜２００重量％といった高レベルの置換率とすることにより、類金属捕捉能を高めることも可能である。
【００４０】
上記の様にして得られる類金属キレート形成性繊維は、用いるベース繊維の性状に応じてモノフィラメント状、マルチフィラメント状、紡績糸状、不織布状、繊維織・編物状、紐状、更には紙など任意の性状のものとして得ることができるが、いずれにしても細径の繊維の分子表面に導入された前述の類金属キレート形成性を有する基の実質的に全てが、類金属捕捉性能を有効に発揮するので、従来の粒状形態のものに比べて格段に優れた類金属捕捉能を発揮する。
【００４１】
この様に本発明で使用するキレート形成性繊維は、類金属イオンに対して優れたキレート捕捉能を有しているので、このキレート繊維をフィルター素材の一部もしくは全部として用いて必要に応じた繊維間隙間のフィルター装置を作製し、これに液体を通すと、該液体に含まれる類金属イオンがキレート捕捉されて除去されると共に、固体状態で混入している不溶性夾雑物も同時に除去され、被処理液体を一回の処理で高度に清浄化することが可能となる。
【００４２】
この場合、本発明で使用する類金属キレート形成性繊維は通常のフィルター素材に比べて高価であるので、好ましくは被処理液体中の不溶性夾雑物の大部分を適当な手段で予め除去しておき、その後で類金属キレート形成性繊維層を通すことによって、残りの不溶性夾雑物と類金属イオンを同時に除去することが望ましい。
【００４３】
尚フィルター装置の構成自体は格別特殊なものではなく、その用途に応じて前記キレート形成性繊維を一部もしくは全構成素材として使用し、任意の繊維間隙間を有する織・編物もしくは不織布からなる単層もしくは複層構造のマット状に成形して適当な支持体に組み付けた構造、あるいは通液性支持筒の外周側にキレート形成繊維からなる紐状物を綾巻状に複数層巻回した構造、または同繊維からなる織・編物もしくは不織布シートをプリーツ状に折り曲げて支持部材に装着した構造、同繊維を用いて作製した織・編物や不織布を袋状に成形したバグフィルタータイプなど、公知の全てのフィルター装置と同様に成形できる。
【００４４】
このとき、使用するキレート形成性繊維の太さや織・編密度、積層数や積層密度などを調整し、また紐状のキレート形成性繊維を複数層に巻回してフィルター装置とする場合は、巻回の密度や層厚、巻回張力などを調整することによって、繊維間隙間を任意に調整できるので、被処理液体中に混入している不溶性夾雑物の粒径に応じて該繊維間隙間を調整すれば、必要に応じた清浄化性能のフィルター装置を得ることができる。
【００４５】
なお本発明のフィルター装置は、フィルター素材の全てを前記キレート形成性繊維で構成し、フィルター層全体に類金属イオンと不溶性夾雑物に対する除去性能を与えることができるが、本発明のキレート形成性繊維は通常のフィルター素材に比べて高価であるので、被処理液体中に含まれる類金属イオンと不溶性夾雑物の含有比率に応じて、キレート形成性繊維と通常の濾過用フィルター素材を適当な比率で組み合わせ（混紡、混織・混編、積層など）、比較的低コストで高い清浄化効果が得られる様にすることも可能である。
【００４６】
また該フィルター装置の作製に当たっては、前述した様な方法によって作製した類金属キレート形成性繊維よりなる不織布、織・編物、紐などをフィルター装置内に組み込むことも勿論可能であるが、類金属キレート形成性化合物との反応性官能基を有する基を有し（あるいは導入された）繊維をフィルター素材とするフィルター装置に、類金属キレート形成性化合物含有液を循環させ、該フィルター素材に類金属キレート形成性官能基を事後的に導入することによって、キレート捕捉能を与えることも可能である。従って、例えばセルロース等をフィルター構成素材とする通常のフィルター装置を使用し、これに類金属キレート形成性官能基を導入することによって、類金属イオン除去性能を兼ね備えた本発明のフィルター装置とすることもできる。
【００４７】
本発明は以上の様に構成されており、フィルター素材としてキレート形成性繊維を使用することにより、次の様な利点を享受できる。
【００４８】
▲１▼従来の粒状キレート樹脂には、キレート捕捉に機能する部位として外周面と細孔部があるが、細孔部は拡散が遅くて実質的に全官能基がキレート捕捉に寄与し得ないので、キレート樹脂全体としては有効活用率が極めて低く、且つ捕捉し得る元素の絶対量も不十分とならざるを得ず、また不溶性夾雑物に対する除去性能は殆んど期待できないが、本発明のフィルターでは、繊維表面に導入されたキレート形成性官能基の全てが類金属成分のキレート捕捉に有効に活用されると共に有効比表面積も大きいので、少量の使用で極めて高いキレート捕捉能が得られると共に、繊維間隙間を調整することによって、被処理液体中の不溶性夾雑物を同時に除去することができ、一回の処理で高い清浄化効果が得られる。
【００４９】
▲２▼キレート形成性官能基がフィルター素材を構成する繊維表面に露出しているので、吸着速度が高い。
【００５０】
▲３▼粒状キレート樹脂は一般に乾燥すると脆弱になって微粉化し、実用できなくなるが、本発明で使用するキレート繊維は、繊維素材にキレート形成性官能基を導入したものであるから、乾燥しても脆化することがなく、再生による繰り返し使用も容易である。
【００５１】
▲４▼粒状キレート樹脂では、充填容器の形状によって使用形態が制限されるが、本発明はキレート形成性繊維をフィルター素材とするものであるから、不織布状や織編物状、紐状などとすることにより、使用目的に応じた任意の形状のフィルターに成形できる。
【００５２】
▲５▼粒状キレート樹脂では、粒径によって空隙率が自動的に決まってくるが、キレート繊維であれば、形態を変えることによって充填密度や繊維間空隙を任意に変更できるので、被処理液体中に含まれる不溶性夾雑物の粒径に応じた高い清浄化効果を確保できる。
【００５３】
▲６▼本発明のフィルターを使用すれば、キレート形成性繊維で類金属成分と不溶性夾雑物を捕捉した後、例えば塩酸や硫酸等の強酸水溶液で処理することにより、キレートを形成して捕捉された類金属元素のみを簡単に離脱させることができ、それにより再生液から類金属成分を有価成分として回収することも可能となる。
【００５４】
尚、本発明で使用する前記のキレート形成性繊維は、上記の様に繊維状とすることによってもたらされる利点に加えて、他の金属イオン、例えばＭｇ，Ｃａ，Ｚｎ，Ｎａ，Ｋ等の金属、あるいはその他の陰イオン、たとえばフッ素、塩素、沃素等のハロゲンイオン等が共存する場合でも類金属成分と選択的にキレートを形成するという特性を有しており、類金属の選択的捕捉材としても極めて有効に活用することができる。従って、様々の製造工程において、Ｍｇ，Ｃａ，Ｎａ，Ｋなどが含まれる工程液から有害な類金属だけを除去し、あるいは、例えば飲料水や食品加工用水中に含まれることのあるＭｇ，Ｃａ，Ｎａ，Ｋ等を残して有害な類金属のみを除去することも可能である。
【００５５】
かくして本発明のフィルター装置であれば、構成素材として使用するキレート形成性繊維独自の類金属キレート形成能によって類金属を効率よく除去できると共に、不溶性夾雑物を同時に除去することができ、例えば次に示す様な被処理液体の清浄化に有効に活用できる。
【００５６】
ａ．飲料水や食品加工用水の浄化（特に類金属を含む有害イオン性物質と不溶性夾雑物の同時除去）。
ｂ．ポリエステル製造時に未反応物として留去されるエチレングリコール中に重合触媒として混入してくるゲルマニウムの除去。
【００５７】
ｃ．食用油脂などに含まれることのあるひ素と共に不溶性夾雑物の除去。
ｄ．エンジンオイルやモータオイル等の廃油中に防錆成分として含まれることのある硼素の除去（廃油処理）。
【００５８】
ｅ．超純水製造時における硼素や珪素と共に不溶性夾雑物の除去。
ｆ．石炭を燃料とする火力発電設備から排出される排水中に混入してくるセレン等と共に不溶性夾雑物の除去清浄化。
【００５９】
ｇ．原子力発電設備や天然ガス利用設備から排出される排水中に混入してくる硼素と共に不溶性夾雑物の除去清浄化。
ｈ．石炭塵灰洗浄排水から硼素と共に不溶性介在物の除去清浄化。
【００６０】
【実施例】
次に本発明の実施例を示すが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６１】
実施例
綿製の紡績糸をステンレス製のコア材に綾巻き状に巻回した市販のカートリッジフィルター（アドバンテック東洋社製、商品名「ＴＣＷ−１−ＣＳＳ」：公称孔径１μｍ）を、ポリプロピレン製ハウジング（アドバンテック東洋社製、商品名「１ＰＰ−１−ＦＳ−０００」）に装着し、これに、グリシジルメタクリレート５３．６ｇ、非イオン界面活性剤（第一工業製薬社製、商品名「ノイゲンＥＡ１２６」）２．７ｇ、非イオン界面活性剤（日本油脂社製、商品名「ノニオンＯＴ−２２１」）２．７ｇ、３１％Ｈ2 Ｏ2 水５．８ｇ、０．５％二酸化チオ尿素水溶液４７１．２ｇを、蒸留水７０００ｍｌに溶解した溶液を、循環ポンプを用いて１５リットル／分の流速で６０℃×１時間循環させ、綿紡績糸分子中にグリシジルメタクリレートをグラフトさせ、次いで反応液を排出した後、蒸留水３０００ｍｌを循環させて洗浄した。
【００６２】
次に、蒸留水３０００ｍｌにＮ−メチル−Ｄ−グルカミン１５００ｇを溶解させた溶液を、グリシジルメタクリレートをグラフトさせた前記フィルターに８０℃で２時間循環させ、フィルターを構成する綿紡績糸に類金属キレート形成性官能基を導入し、その後蒸留水を用いて洗浄液が中性になるまで循環・廃液を繰り返して類金属キレート形成性フィルターを得た。
【００６３】
この類金属キレート形成性フィルターを、前記ポリプロピレン製ハウジングに装着し、硼酸を蒸留水に溶解して硼素濃度を１０ｐｐｍに調整した溶液１０リットルに、不溶性夾雑物として平均粒径１０μｍの二酸化珪素微粉末２．０１ｇを分散させた試験液を１５リットル／分の流速で２５℃で３０分間循環させた。
【００６４】
その後、試験液の硼素濃度を定量したところ、１ｐｐｍ以下に低減していることが確認された。また該試験液１リットルを孔径０．１μｍのメンブランフィルターに通し残存する二酸化珪素量を測定することによってその除去率を求めたところ、９６％であることが確認された。
【００６５】
実施例２
上記実施例１と同様にして得た類金属キレート形成性フィルターを、前記ポリプロピレン製ハウジングに装着し、酸化ゲルマニウムをアルカリ溶解させた後中性にしてゲルマニウム濃度を１０ｐｐｍに調整した溶液１０リットルに、不溶性夾雑物として平均粒径１０μｍの二酸化珪素微粉末１．９８ｇを分散させた試験液を、１５リットル／分の流速で２５℃で３０分間循環させた。
【００６６】
その後、試験液のゲルマニウム濃度を定量したところ、１ｐｐｍ以下に低減していることが確認された。また該試験液１リットルを孔径０．１μｍのメンブランフィルターに通し残存する二酸化珪素量を測定することによってその除去率を求めたところ、９７％であることが確認された。
【００６７】
実施例３
上記実施例１と同様にして得た類金属キレート形成性フィルターを、前記ポリプロピレン製ハウジングに装着し、三酸化ひ素をアルカリ溶解させてひ素濃度を１０ｐｐｍに調整溶液５リットルに、不溶性夾雑物として平均粒径１０μｍの二酸化珪素微粉末１．０４ｇを分散させた試験液を、１５リットル／分の流速で２５℃で３０分間循環させた。
【００６８】
その後、試験液のひ素濃度を定量したところ、１ｐｐｍ以下に低減していることが確認された。また該試験液１リットルを孔径０．１μｍのメンブランフィルターに通し残存する二酸化珪素量を測定することによってその除去率を求めたところ、９７％であることが確認された。
【００６９】
実施例４
上記実施例１において、綿製の紡績糸をステンレス製のコア材に綾巻き状に巻回したカートリッジフィルターに代えて、セルロース繊維ろ紙をプリーツ状に成型したカートリッジフィルター（アドバンテック東洋社製、商品名「ＴＣ−１」：公称孔径１μｍ）を使用した以外は実施例１と同様にして類金属キレート形成性フィルターを得た。
【００７０】
得られた類金属キレート形成性フィルター素材を、前記と同じポリプロピレン製ハウジングに装着し、硼酸を蒸留水に溶解して硼素濃度を１０ｐｐｍに調整した溶液１０リットルに、不溶性夾雑物として平均粒径１０μｍの二酸化珪素微粉末１．８９ｇを分散させた試験液を１５リットル／分の流速で２５℃で３０分間循環させた。
【００７１】
その後、試験液の硼素濃度を定量したところ、１ｐｐｍ以下に低減していることが確認された。また該試験液１リットルを孔径０．１μｍのメンブランフィルターに通し残存する二酸化珪素量を測定することによってその除去率を求めたところ、９７％であることが確認された。
【００７２】
実施例５
上記実施例１と同様にして得た類金属キレート形成性フィルターを、ステンレス製ハウジング（アドバンテック東洋社製、商品名「１ＴＳ」）に装着し、これに、硼素濃度３５ｐｐｍのエンジンオイル２リットルに、不溶性夾雑物として平均粒径１０μｍの二酸化珪素微粉末０．４６ｇを分散させた試験液を、１リットル／分の流速で２５℃で３０分間循環させた。
【００７３】
その後、試験液の硼素濃度を定量したところ、１ｐｐｍ以下に低減していることが確認された。また該試験液１リットルをミネラルスピレットで希釈した後、孔径０．１μｍのメンブランフィルターに通し残存する二酸化珪素量を測定することによってその除去率を求めたところ、９５％であることが確認された。
【００７４】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、フィルター素材として類金属成分に対して高い捕捉能を有し且つ不溶夾雑物除去性能を兼ね備えた類金属キレート捕捉性繊維を使用することによって、被処理液体中の類金属成分と不溶性夾雑物を同時に除去することができ、それらの清浄化を極めて効率よく行なうことができる。