(57)【要約】【課題】取扱い性が良好であり、陰イオン特に砒酸イオンや亜砒酸イオン等の砒素イオンを除去することができるカートリッジフィルターを提供する。【解決手段】本発明のカートリッジフィルター１は、陰イオン吸着層３を含むカートリッジフィルターであり、陰イオン吸着層３は、不織布の全体質量に対して陰イオン吸着繊維を２０質量％以上含有する陰イオン吸着不織布５を含み、上記陰イオン吸着繊維は、第４級アンモニウムイオンを含む再生セルロース繊維であり、セルロースと第４級アンモニウムイオンが化学結合している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰イオン吸着層を含むカートリッジフィルターであり、
前記陰イオン吸着層は、不織布の全体質量に対して陰イオン吸着繊維を２０質量％以上含有する陰イオン吸着不織布を含み、前記陰イオン吸着繊維は、第４級アンモニウムイオンを含む再生セルロース繊維であり、セルロースと第４級アンモニウムイオンが化学結合していることを特徴とするカートリッジフィルター。
【請求項２】
前記カートリッジフィルターは、さらに筒状の芯材を含み、前記陰イオン吸着層が前記芯材の外側に配置されている請求項１に記載のカートリッジフィルター。
【請求項３】
前記陰イオン吸着繊維は、カチオン化度が０．００３〜０．１ｍｍｏｌ/ｇである請求項１又は２に記載のカートリッジフィルター。
【請求項４】
前記陰イオン吸着繊維は、窒素含有率が０．００５〜０．１質量％である請求項１〜３のいずれか１項に記載のカートリッジフィルター。
【請求項５】
前記陰イオン吸着不織布は、不織布の全体質量に対して陰イオン吸着繊維を４０質量％以上１００質量％以下含み、熱接着性繊維を６０質量％以下含む請求項１〜４のいずれか１項に記載のカートリッジフィルター。
【請求項６】
前記陰イオン吸着層は、陰イオン吸着層の全体質量に対して陰イオン吸着不織布を５０質量％以上含む請求項１〜５のいずれか１項に記載のカートリッジフィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料水等の液体から砒素イオン等の陰イオンを除去するカートリッジフィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
砒酸、クロム酸、ほう酸等の無機性陰イオンは人体に対して有害であり、酸化された金属酸化物の陰イオンは、単独でも毒性が強く、除去する技術が必要とされている。中でも砒酸は、銀鉱石等の鉱脈がある土地の水から見られる有毒化合物であり、場所によってはトンネル工事等により地下水から湧水となって出てくるために、砒酸（五価砒素）や亜砒酸（３価砒素）を除去する対策が必要となる。
【０００３】
従来、砒素等の有毒物質を含有する水溶液にアルカリ剤を添加して有毒物質を水酸化物として沈殿・除去させる方法が報告されている。例えば、特許文献１には、砒酸イオン等の有害な無機性イオンを含有する水に、少なくともセリウムの塩を主成分として含有する希土類元素の塩溶液及び水酸化マグネシウムを添加し、ＰＨ８から１１にて沈澱を生成させ、固液分離することにより、砒酸イオンを除去することが記載されている。しかし、このような方法は、ある程度有毒物質の濃度が高い場合は有効であるが、低濃度の場合は凝集物が生成し難いため有毒物質が沈殿せずに流出してしまう恐れがある。また、排水がアルカリ性であり、もう一度中和する必要があった。
【０００４】
一方、特許文献２には、有機高分子樹脂と、ゼオライト、複合金属酸化物等の無機イオン吸着体を含んでなるフィブリルが三次元網目構造を形成してなり、外表面に開口する連通孔を有する多孔性成形体により砒素を吸着して除去することが記載されている。特許文献３には、陰イオン吸着ゲルとして、架橋による三次元網目構造を有するとともに、網目を形成する主鎖が、末端に正の電荷を有するイオン性の官能基をもつ側鎖を派生した構造を有する有機高分子ゲルが記載されている。
【０００５】
特許文献４には、Ｎ−カルボキシメチル化ポリアミン系高分子をビスコースに混合し、湿式紡糸して得られたＮ−カルボキシメチル化ポリアミン系高分子を含有したセルロース繊維を砒素等の重金属の吸着材として用いることが記載されている。特許文献５には、アミノ基、或いは環状イミノ基、及びカルボキシル基を分子内に有する水溶性の両性イオン性高分子が繊維母材に混合された繊維状吸着材を溶液中の極性化合物や金属の吸着除去に用いることが記載されている。
【０００６】
特許文献６には、砒酸イオン等の酸素酸イオンを吸着するカチオン性基を有し、３次元網目構造を有する高分子物からなるアニオン収着部と、このアニオン収着部を支持基材に固定支持させている水処理に使用されるリン酸イオン等の酸素酸イオンを収着する酸素酸イオン収着材が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３４１１３９号公報
【特許文献２】特許第４６７１４１９号
【特許文献３】特開２００５−１７７５５７号公報
【特許文献４】特開２０１１−９２８６４号公報
【特許文献５】特開２０１２−３０１９７号公報
【特許文献６】特開２０１０−２５３４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献２に記載の多孔性成形体は、平均粒径が１００〜２５００μｍの球状粒子として用いられており、取扱いが煩雑であるという問題がある。同様に、特許文献３に記載の有機高分子ゲルも、取扱いが煩雑であるという問題がある。また、特許文献４及び５に記載の金属の吸着材は、両性官能基が共存しているため、処理対象中の共存イオンの影響を受け易く、結果として砒素イオン（砒酸イオンや亜砒酸イオン）等の陰イオンに対する吸着性能が劣る恐れがある。
【０００９】
一方、特許文献６に記載の酸素酸イオン収着材は、カチオン性基を有する三次元網目構造を有する高分子物（具体的にはポリアリルアミンが網状化されたジエポキシ化合物）を介して繊維等の支持基材に固定した収着材であるため、三次元網目構造を有する高分子の状態では、強度が十分ではない可能性がある。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題を鑑み、取扱い性が良好であり、陰イオン特に砒酸イオンや亜砒酸イオン等の砒素イオンを除去することができるカートリッジフィルターを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、陰イオン吸着層を含むカートリッジフィルターであり、前記陰イオン吸着層は、不織布の全体質量に対して陰イオン吸着繊維を２０質量％以上含有する陰イオン吸着不織布を含み、前記陰イオン吸着繊維は、第４級アンモニウムイオンを含む再生セルロース繊維であり、セルロースと第４級アンモニウムイオンが化学結合していることを特徴とするカートリッジフィルターに関する。
【００１２】
上記カートリッジフィルターは、さらに筒状の芯材を含み、上記陰イオン吸着層が上記芯材の外側に配置されていることが好ましい。
【００１３】
上記陰イオン吸着繊維は、カチオン化度が０．００３〜０．１ｍｍｏｌ/ｇであることが好ましい。また、上記陰イオン吸着繊維は、窒素含有率が０．００５〜０．１質量％であることが好ましい。
【００１４】
上記陰イオン吸着不織布は、不織布の全体質量に対して陰イオン吸着繊維を４０質量％以上１００質量％以下含み、熱接着性繊維を６０質量％以下含むことが好ましい。上記熱接着性繊維は、芯成分がポリプロピレン樹脂、鞘成分がポリエチレン樹脂の芯鞘型複合繊維であることが好ましい。上記陰イオン吸着層は、陰イオン吸着層の全体質量に対して陰イオン吸着不織布を５０質量％以上含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、カートリッジフィルターにおいて、セルロースに第４級アンモニウムイオン（第４級アンモニウム基）が化学結合した再生セルロース繊維を２０質量％以上含む不織布を陰イオン吸着層に用いることで、取扱い性よく、飲料水等の液体中の陰イオン特に砒酸イオンや亜砒酸イオン等の砒素イオンを除去するカートリッジフィルターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明の一実施形態のカートリッジフィルターの部分破断斜視図である。
【図２】図２は本発明の他の一実施形態のカートリッジフィルターの部分破断斜視図である。
【図３】図３は本発明の他の一実施形態のカートリッジフィルターの部分破断斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のカートリッジフィルターは、陰イオン吸着層を含む。本発明のカートリッジフィルターにおいて、濾過対象物（濾過対象液）は、カートリッジフィルターの外周側から流入し、内周側から流出する。
【００１８】
上記陰イオン吸着層は、陰イオン吸着不織布を含み、上記陰イオン吸着不織布は、不織布の全体質量に対して陰イオン吸着繊維を２０質量％以上含む。砒素イオン等の陰イオン除去効果が高くなるという観点から、上記陰イオン吸着不織布は、不織布の全体質量に対して陰イオン吸着繊維を３０質量％以上含むことが好ましく、４０質量％以上含むことがより好ましい。また、砒素イオン等の陰イオン除去効果が高くなるという観点から、上記陰イオン吸着層は、陰イオン吸着層の全体質量に対して陰イオン吸着不織布を５０質量％以上含むことが好ましく、より好ましくは７０質量％以上含み、さらに好ましくは８０質量％以上含み、特に好ましくは陰イオン吸着不織布１００質量％で構成されていることが好ましい。
【００１９】
上記陰イオン吸着繊維は、第４級アンモニウムイオンを含む再生セルロース繊維であり、セルロースと第４級アンモニウムイオンは化学結合している。本発明において、セルロースに第４級アンモニウムイオンが化学結合するということは、当然ながら、セルロースに第４級アンモニウムイオンが直接化学結合していることを意味する。すなわち、本発明において、第４級アンモニウムイオンは、再生セルロース繊維の表面及び/又は内部においてセルロースと結合する。
【００２０】
上記再生セルロース繊維は、ビスコース法、銅アンモニア法、溶剤紡糸法等のいずれかの方法で、セルロースを凝固再生させて得ることができる。セルロース内部（成形体内部）に第４級アンモニウムイオンを化学結合させやすい観点から、セルロースは半透膜性が高い非晶質構造を採ることが好ましい。セルロースの非晶質性を示す指標として、一次膨潤度が挙げられる。一次膨潤度は、７０％以上であることが好ましく、８０〜１２０％であることがより好ましい。特に、ビスコース法又は銅アンモニア法によって得られるレーヨン繊維は、一次膨潤度が上記範囲を満たし、好ましい。なお、一次膨潤度は、湿式紡糸法で製造した再生セルロース繊維において、乾燥工程を経ない状態で測定した膨潤度をいい、乾燥工程を経たのちに測定される二次膨潤度とは区別される。一次膨潤度は、ＪＩＳ  Ｌ  １０１５  ８．２６（水膨潤度）に準じて求められる。後述するように、上記再生セルロース繊維を第４級アンモニウム塩で処理し、セルロースに第４級アンモニウムイオンを化学結合、具体的には共有結合させる。
【００２１】
上記陰イオン吸着繊維は、特に限定されないが、窒素含有率が、０．００５〜０．１質量％であることが好ましく、０．０１〜０．０９質量％であることがより好ましく、０．０２〜０．０８質量％であることがさらに好ましい。上記陰イオン吸着繊維における窒素含有率は、第４級アンモニウムイオンを構成する窒素成分が陰イオン吸着繊維に占める質量割合を示すものである。窒素含有率が０．００５質量％未満であると、陰イオン吸着性が低くなりすぎる恐れがあり、０．１質量％を超えると、繊維が脆化する恐れがある。上記陰イオン吸着繊維の窒素含有率は、以下のようにして測定・算出することができる。
【００２２】
＜陰イオン吸着繊維の窒素含有率の測定＞
（１）繊維（原綿）を０．５ｇ（絶乾量）精秤し、１００ｍＬのケルダールフラスコに入れ、硫酸８ｍL、過塩素酸１ｍＬを加え電熱器上で加熱し、繊維を分解する。
（２）繊維の分解液を４Ｎ−水酸化ナトリウムで中和する。
（３）中和後の繊維の分解液を蒸留フラスコ５００ｍＬに入れ、純水を加え３５０ｍＬにし、酸化マグネシウム０．２５ｇを加え、アンモニア測定用蒸留装置（ＪＩＳ）により蒸留する。
（４）蒸留液を純水で２００ｍＬとしたものを検水とし、検水を適量（検水分取量）とり、ＥＤＴＡ１ｍＬ、ナトリウムフェノラート１０ｍＬ及び次亜塩素酸ナトリウム５ｍＬを加え撹拌し、波長６３０ｎｍの吸光度を吸光光度計（Ｕ−３９００型分光光度計；株式会社日立ハイテクノロジーズ製）を用いて測定する。
（４）空試験を行い必要な補正をする。
（５）計算式は下記のとおりである。
窒素含有率（質量％）＝（Ａ−Ｂ）×０．７６２×１０-3×（２００／Ｖ）×（１００／Ｓ）
Ａ：検量線から求めたＮＨ4の質量（ｍｇ）
Ｂ：空試験値（ｍｇ）
Ｖ：検水の分取量（ｍＬ）
Ｓ：採取試料の絶乾量（ｇ）
【００２３】
上記陰イオン吸着繊維は、特に限定されないが、陰イオン吸着繊維の全体質量に対して第４級アンモニウムイオンを０．０１〜０．１質量％含むことが好ましく、０．０５〜０．０８質量％含むことがより好ましい。本発明において、陰イオン吸着繊維の全体質量に対する第４級アンモニウムイオンの含有率は、陰イオン吸着繊維の窒素含有率に基づいて換算するものである。第４級アンモニウムイオンの含有率が０．０１質量％未満であると、陰イオン吸着性が低くなりすぎる恐れがあり、０．１質量％を超えると、繊維が脆化する恐れがある。
【００２４】
上記陰イオン吸着繊維は、特に限定されないが、カチオン化度が０．００３〜０．１ｍｍｏｌ/ｇであることが好ましく、より好ましくは０．０１〜０．０５ｍｍｏｌ/ｇである。カチオン化度が０．００３ｍｍｏｌ/ｇ未満であると、陰イオン吸着性が低くなりすぎる恐れがあり、０．１ｍｍｏｌ/ｇを超えると、繊維が脆化する恐れがある。上記陰イオン吸着繊維のカチオン化度は、以下のように測定・算出することができる。
【００２５】
＜陰イオン吸着繊維のカチオン化度の測定＞
（１）繊維（原綿）を１．０ｇ精秤し、２００ｍＬのメスフラスコに入れ、水４０ｍＬ及び緩衝液（酢酸ナトリウム２５ｇと酢酸２２ｍＬに純水を加え１００ｍＬとしたもの）８ｍＬを加える。
（２）フラスコを振り混ぜながら、Ｍ／２０（０．０５Ｍ）フェリシアン化カリウム５０ｍＬをピペットで加えた後、水を加えて２００ｍＬとし１時間放置する。
（３）これを乾燥したガラスフィルターを用いて吸引濾過し最初のろ液約２０ｍＬを捨てて、次のろ液１００ｍＬを正確にはかり、１０％ヨウ化カリウム溶液１０ｍＬ、１０％硫酸亜鉛を１０ｍＬ加え、遊離したヨウ素を指示薬としてデンプン溶液を用いＮ／１０（０．１Ｎ）チオ硫酸ナトリウム（Ｎａ2Ｓ2Ｏ3）溶液で測定する。
（４）空試験を行い必要な補正をする。
（５）計算式は下記のとおりである。下記計算式において、カチオン化活性剤有効成分が、カチオン化度（ｍｍｏｌ／ｇ）になる。
【数１】
2016059903.tif 000003
【００２６】
上記第４級アンモニウムイオンは、特に限定されないが、例えば、第４級アンモニウム塩型クロルヒドリン誘導体、第４級アンモニウム塩型高分子等の第４級アンモニウム塩由来であることが好ましく、より好ましくは第４級アンモニウム塩型クロルヒドリン誘導体由来である。上記第４級アンモニウム塩型クロルヒドリン誘導体としては、例えば、Ｎ−Ｎ’−ジ−（３−クロロ−２−ヒドロキシ−プロピル）−Ｎ−Ｎ’−テトラメチル−ｎ−ヘキサン−１，６−ジアンモニウムジクロライド（テトラメチルヘキサメチレンジアミン４級塩ともいう。）等が挙げられる。具体的には、カチオノンＫＣＮ（一方社油脂工業社製商品名）等の市販のものを用いることができる。
【００２７】
上記陰イオン吸着繊維は、再生セルロース繊維を第４級アンモニウム塩で処理することで、セルロースと第４級アンモニウム塩を反応させて、セルロースに第４級アンモニウムイオンを化学結合、具体的には共有結合させることで得ることができる。例えば、原料ビスコースを湿式紡糸して得られたビスコースレーヨン繊維を第４級アンモニウム塩で処理することで製造することができる。第４級アンモニウム塩による処理は、精練工程中で行ってもよく、精練工程後に後加工として行ってもよい。例えば、精練処理時に、レーヨン繊維を連続した糸状のまま第４級アンモニウム塩の浴中を通過させて第４級アンモニウム塩を付着させてもよいし、精練工程でレーヨン繊維に第４級アンモニウム塩の水溶液をシャワーして付着させてもよい。或いは、乾燥後のレーヨン繊維を第４級アンモニウム塩の浴中に浸漬し、その後絞ることにより第４級アンモニウム塩を付着させてもよい。第４級アンモニウム塩による処理は、アルカリ雰囲気中、第４級アンモニウム塩の水溶液を用いて行うことができる。
【００２８】
第４級アンモニウム塩は、カチオン化度が１．０〜８．０ｍｍｏｌ／ｇであることが好ましく、より好ましくは２．５〜６．０ｍｍｏｌ／ｇである。カチオン化度が上記範囲であると、再生セルロース繊維のセルロースに化学結合した後、陰イオンに対する吸着効果を発揮できる。本発明において、第４級アンモニウムのカチオン化度は、フェリシアンカリ法によって評価測定する。原理は、第４級アンモニウム塩水溶液をＫ3｛Ｆｅ（ＣＮ）6｝と反応させて黄色反応物（沈澱）を生成させ、黄色沈澱を濾別し過剰のフェリシアンカリをＫＩ（ヨウ化カリウム）により還元して遊離したヨードをチオ硫酸で逆滴定してカチオン量に換算する。
【００２９】
上記第４級アンモニウム塩の水溶液は、ｐＨが９〜１４であることが好ましく、より好ましくはｐＨが１１〜１４である。上記第４級アンモニウム塩の水溶液のｐＨは、水酸化アルカリ化合物、例えば水酸化ナトリウムを添加することで調整できる。上記第４級アンモニウム塩の水溶液中の水酸化ナトリウム等の水酸化アルカリ化合物の濃度は０．１〜４０ｇ／Ｌであることが望ましい。第４級アンモニウム塩の水溶液中の水酸化アルカリ化合物の濃度が低すぎると、セルロースと第４級アンモニウム塩の反応が進まない恐れがあり、水酸化アルカリ化合物の濃度が高すぎると、セルロースが膨潤し、再生セルロース繊維が溶着した状態になる恐れがある。第４級アンモニウム塩の水溶液は、特に限定されないが、第４級アンモニウム塩の濃度が０．１〜５０ｇ/Ｌであることが好ましく、より好ましくは１．０〜４０ｇ/Ｌである。処理温度については、セルロースに第４級アンモニウムイオンが化学結合できればよく、特に限定されないが、１０〜１００℃程度の温度範囲で行うことが好ましい。なお、室温（２０±５℃）において、浸漬等により再生セルロース繊維を第４級アンモニウム塩の水溶液と接触させた後、７０〜１００℃程度の温度範囲で熱処理することで、セルロースと第４級アンモニウム塩を反応させて、セルロースに第４級アンモニウムイオンを化学結合してもよい。
【００３０】
上記陰イオン吸着性繊維は、繊度が０．３〜１７ｄｔｅｘであることが好ましい。より好ましくは１．１〜８ｄｔｅｘであり、さらに好ましくは１．７〜６ｄｔｅｘである。さらにより好ましくは２．２〜６ｄｔｅｘである。繊度を上記範囲とすることで繊維の強度を保つことができる。
【００３１】
上記カートリッジフィルターは、さらに筒状の芯材を含み、上記陰イオン吸着層が上記芯材の外側に配置されていることが好ましい。上記陰イオン吸着層の内側に芯材を配置することにより、カートリッジフィルターの濾過精度が高められたり、濾過流量が増加したりする傾向がある。
【００３２】
以下、図面等を用いて本発明のカートリッジフィルターを詳細に説明する。しかし、本発明は、下記の図面で示した実施形態のカートリッジフィルターに限定されない。
【００３３】
図１は、本発明の一実施形態（以下において、実施形態１と記す。）のカートリッジフィルターの部分破断斜視図である。図１に示しているように、実施形態１のカートリッジフィルター１は、筒状の芯材２と、芯材２の外側に配置されている陰イオン吸着層３を含む。陰イオン吸着層３は、陰イオン吸着不織布５を芯材２に巻回して形成されている。
【００３４】
陰イオン吸着層３は、陰イオン吸着層の全体質量に対して、陰イオン吸着不織布５を５０質量％以上含むことが好ましく、より好ましくは７０質量％以上含み、さらに好ましくは８０質量％以上含む。砒素イオン等の陰イオンを吸着して除去する性能が高くなる。
【００３５】
陰イオン吸着不織布５は、不織布の全体質量に対して、上記陰イオン吸着繊維を２０質量％以上含み、好ましくは３０質量％以上含み、より好ましくは４０質量％以上含み、さらに好ましくは５０質量％以上含み、特に好ましくは６０質量％以上含む。砒素イオン等の陰イオンを吸着して除去する性能が高くなる。陰イオン吸着不織布５は、上記陰イオン吸着繊維に加えて、他の繊維を含んでもよい。他の繊維としては、特に限定されないが、熱接着性繊維を用いることが好ましい。使用中に陰イオン吸着繊維が脱落することを防止することができ、また、寸法安定性を高めることができる。陰イオン吸着不織布５は、不織布の全体質量に対して、熱接着性繊維を８０質量％以下含むことができ、６０質量％以下含んでもよく、４０質量％以下含んでもよい。
【００３６】
上記熱接着性繊維は、単一繊維、複合繊維のいずれであってもよい。また、複合繊維の場合、その繊維断面形状は特に限定はされず、芯鞘型、偏心芯鞘型、分割型、並列型（サイドバイサイド型）、海島型等のいずれであってもよい。上記熱接着性繊維が芯鞘型複合繊維の場合、鞘成分は芯成分よりもその融点が少なくとも２０℃低い樹脂を選ぶと熱接着加工上都合がよい。鞘成分と芯成分の好ましい組み合わせとしては、例えば、ポリエチレン樹脂とポリプロピレン樹脂、エチレン−プロピレン共重合樹脂とポリプロピレン樹脂、ポリブテン−１樹脂とポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂とポリメチルペンテン樹脂、ポリプロピレン樹脂とポリメチルペンテン樹脂、エチレン−プロピレン共重合樹脂とポリメチルペンテン樹脂、ポリエチレン樹脂とポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン樹脂とポリエチレンテレフタレート、エチレン−プロピレン共重合樹脂とポリエチレンテレフタレート、低融点ポリエステルと高融点ポリエステル、ポリエチレンテレフタレートとナイロン６，６、ポリエチレンテレフタレートとナイロン６、ポリエチレン樹脂とナイロン６等が挙げられる。更に、エンジニアプラスチック等の組合せも使用できる。例えば、ポリカーボネート樹脂と混合する他の樹脂として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ナイロン６等のポリアミド等のホモポリマーや共重合体が挙げられ、ポリアセタール樹脂と混合する他の樹脂としてオレフィン系ポリマー等が挙げられる。繊維強力、生産性及び耐薬品性の面から、上記熱接着性繊維は、少なくともその一成分にポリオレフィン系樹脂成分を有する芯鞘型複合繊維であることが好ましく、より好ましくは芯成分、鞘成分共にポリオレフィン系樹脂の芯鞘型複合繊維であり、さらに好ましくは芯成分がポリプロピレン樹脂、鞘成分がポリエチレン樹脂の芯鞘型複合繊維である。
【００３７】
陰イオン吸着不織布５は、単層不織布であってもよく、２層以上の積層不織布であってもよい。陰イオン吸着不織布５は、積層不織布の場合、寸法安定性の観点から、長繊維不織布を一層含んでもよい。長繊維不織布としては、例えば、ポリエステル長繊維不織布、ポリオレフィン系長繊維を交絡させた積層不織布等が挙げられる。また、陰イオン吸着不織布５は、積層不織布の場合、寸法安定性の観点から、二軸延伸ネット、織編物等を一層含んでもよい。陰イオン吸着不織布５が、長繊維不織布を含む場合、陰イオン吸着不織布の全体質量に対して長繊維不織布を５０質量％以下含むことが好ましく、３０質量％以下含むことがより好ましい。陰イオン吸着不織布５は、特に限定されず、例えば、乾式不織布のサーマルボンド不織布、ケミカルボンド不織布、ステッチボンド不織布、スチームジェット不織布、エアーレイド不織布、スパンレース（水流交絡）不織布、ニードルパンチ不織布、湿式不織布のいずれであってもよく、構成繊維間の空隙が多い観点から、水流交絡不織布であることが好ましい。
【００３８】
陰イオン吸着不織布５は、特に限定されないが、目付が１０〜２４０ｇ/ｍ2であればよい。生産性の観点から、目付が２０〜２００ｇ/ｍ2であることが好ましく、より好ましくは２０〜１２０ｇ/ｍ2であり、さらに好ましくは２０〜１００ｇ/ｍ2である。上記長繊維不織布は、目付が２〜１００ｇ/ｍ2であることが好ましく、５〜４０ｇ/ｍ2であることがより好ましい。
【００３９】
陰イオン吸着層３は、支持不織布６で巻回されていることが好ましい。支持不織布６は陰イオン吸着層３の外側に巻回されてサポート層４を形成している。使用中に陰イオン吸着層３を構成する陰イオン吸着不織布の損傷及び/又は繊維脱落を防止することができる。支持不織布６は、特に限定されないが、強度の観点から、熱接着性繊維を含む熱接着不織布を用いることが好ましい。熱接着性繊維としては、上述した陰イオン吸着層３に用いられる熱接着性繊維と同一のものを用いることができる。支持不織布６で構成されているサポート層４も濾過機構の一つとして働き、カートリッジフィルターの濾過寿命が高められる。上記熱接着不織布は、鞘成分がポリエチレン樹脂であり、芯成分がポリプロピレン樹脂の芯鞘型複合繊維を含み、繊維同士がポリエチレン樹脂によって熱接着している熱接着不織布であることが好ましい。
【００４０】
支持不織布６の目付は、特に限定されないが、５〜１００ｇ／ｍ2であることが好ましい。支持不織布の目付が上記範囲を満たすことで、支持不織布６で構成されているサポート層４が陰イオン吸着層の前濾過層として働き、カートリッジフィルターの濾過寿命が高められる。支持不織布６の目付は１０〜７０ｇ／ｍ2であると好ましく、２０〜６０ｇ／ｍ2であるとより好ましい。
【００４１】
芯材２としては、筒状であり、その外周側から内周側に向かって流れる液体の通過を実質的に妨げないものであればよく、特に限定されない。例えば、熱可塑性樹脂製の孔あき筒状体、金属製の孔あき筒状体、セラミックス製の孔あき筒状体、円筒状の繊維成形体を用いることができる。芯材２としては、耐薬品性や製造コストの面から、熱可塑性樹脂製の孔あき筒状体、円筒状の繊維成形体を用いることが好ましい。上記熱可塑性樹脂製の孔あき筒状体は、溶融した熱可塑性樹脂を押出成形すること又は射出成形することにより得られる。
【００４２】
上記円筒状の繊維成形体としては、熱接着性繊維を含む繊維成形体を用いることができる。上記熱接着性繊維としては、上述した陰イオン吸着不織布で用いる熱接着性繊維と同様のものを用いることができる。芯材２として繊維成形体を用いると、濾過対象物の拡散効果にも優れ、厚さがあることから深層濾過機構としての効果も発揮しうる。これらの作用・効果により、芯材２が繊維成形体のカートリッジフィルターは、濾過精度が高められたり、濾過流量が増加したりする傾向がある。上記繊維成形体は、繊維成形体の全体質量に対して熱接着性繊維を５０質量％以上含有することが好ましく、より好ましくは８０質量％以上含有し、さらに好ましくは熱接着性繊維１００質量％からなる。熱接着性繊維の含有量が５０質量％以上であると、カートリッジフィルターの耐圧強度が高くなるうえ、使用中に繊維が脱落するおそれもない。また、熱接着性繊維以外の他の繊維としては特に限定はなく、例えば、レーヨン等の再生繊維、アセテート等の半合成繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、アクリル系繊維等の合成繊維等を使用することができる。上記繊維成形体は、密度が０．０５〜０．５０ｇ／ｃｍ3であることが好ましい。繊維成形体の密度が上記範囲を満たすことで、芯材に対して充分な強度が付与され、濾過処理時にカートリッジフィルターに変形、歪みが生じることや、カートリッジフィルターが破損することがない。上記繊維成形体の密度は０．１０〜０．４０ｇ／ｃｍ3であることがより好ましく、０．１５〜０．３０ｇ／ｃｍ3であることがさらに好ましい。
【００４３】
図２は、本発明の他の一実施形態（以下において、実施形態２と記す。）のカートリッジフィルターの部分破断斜視図である。図２に示しているように、実施形態２のカートリッジフィルター１１は、筒状の芯材１２と、芯材１２の外側に配置されている陰イオン吸着層１３を含む。芯材１２は、実施形態１の芯材２と同様のものを用いることができる。
【００４４】
陰イオン吸着層１３は、陰イオン吸着不織布１４と支持不織布１５を含み、芯材２の外側に陰イオン吸着不織布１４と隣接している支持不織布１５が同時に巻き付けられている。
陰イオン吸着不織布１４としては、実施形態１の陰イオン吸着不織布５と同様のものを用いることができる。支持不織布１５としては、実施形態１の支持不織布６と同様のものを用いることができる。陰イオン吸着層１３は、陰イオン吸着層の全体質量に対して、陰イオン吸着不織布１４を５０質量％以上含むことが好ましく、より好ましくは７０質量％以上含み、さらに好ましくは８０質量％以上含む。砒素イオン等の陰イオンを吸着して除去する性能が高くなる。
【００４５】
図３は、本発明の他の一実施形態（以下において、実施形態３と記す。）のカートリッジフィルターの部分破断斜視図である。図３に示しているように、実施形態３のカートリッジフィルター２１は、筒状の芯材２２と、芯材２２の外側に配置されている陰イオン吸着層２３を含む。芯材２２は、実施形態１の芯材２と同様のものを用いることができる。芯材２２としては、熱可塑性樹脂製の孔あき筒状体を用いることが好ましい。
【００４６】
実施形態３のカートリッジフィルター２１は、プリーツタイプのカートリッジフィルターである。陰イオン吸着不織布２５を陰イオン吸着不織布２５の両側に配置されているサポートシート２４とともにプリーツ加工機にてひだ状にし、所定の長さでカットして、陰イオン吸着不織布２５とサポートシート２４の端面同士をヒートシールにてシールドすることで陰イオン吸着層２３が得られる。得られた陰イオン吸着層２３の中空部に芯材２２を挿入しカートリッジフィルター２１を形成する。陰イオン吸着不織布２５としては、実施形態１の陰イオン吸着不織布５と同様のものを用いることができる。陰イオン吸着層２３は、陰イオン吸着層の全体質量に対して、陰イオン吸着不織布２５を５０質量％以上含むことが好ましく、より好ましくは７０質量％以上含み、さらに好ましくは８０質量％以上含む。砒素イオン等の陰イオンを吸着して除去する性能が高くなる。
【００４７】
サポートシート２４としては、特に限定されないが、例えば、合成樹脂製ネットを用いることができる。上記合成樹脂製ネットしては、ポリオレフィン系樹脂からなる線条で構成されたポリオレフィン系樹脂製ネットを使用することが好ましい、ポリプロピレン樹脂からなる線条で構成されたポリプロピレン樹脂製ネットを使用することがより好ましい。ポリオレフィン系樹脂、特にポリプロピレンは耐薬品性が高いため、様々な液体の濾過に使用できる。
【００４８】
本発明のカートリッジフィルターにおいて、陰イオン吸着層やサポート層は、濾過機構として機能している。本発明の効果を阻害しない範囲内で、本発明のカートリッジフィルターは、陰イオン吸着層、サポート層に加えて、濾過機構として機能する他の部材を含んでもよい。他の部材は、例えば、不織布、微多孔膜等を用いて構成することができる。砒素イオン等の陰イオンを吸着して除去する性能を高める観点から、上記カートリッジフィルターは、カートリッジフィルターの全体質量に対して、陰イオン吸着不織布を５質量％以上含むことが好ましく、より好ましくは１０質量％以上含み、さらに好ましくは１５質量％以上含む。また、砒素イオン等の陰イオンを吸着して除去する性能を高める観点から、上記カートリッジフィルターは、カートリッジフィルターの全体質量に対して、陰イオン吸着繊維を３質量％以上含むことが好ましく、より好ましくは７質量％以上含み、さらに好ましくは１０質量％以上含む。
【００４９】
本発明のカートリッジフィルターは、陰イオンを除去する性能が高く、砒素除去率が６０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、８０％以上であることがさらに好ましく、９０％以上であることが特に好ましい。本発明において、砒素除去率は、後述するように測定・算出する。
【００５０】
本発明のカートリッジフィルターは、陰イオン除去用カートリッジフィルターとして、飲料水、河川水、地下水、下水、工業用水、工業用排水、汚染土壌の溶出液等の液体中の陰イオン、特に砒酸イオン、亜砒酸イオン等の砒素イオンを除去するのに用いることができる。本発明のカートリッジフィルターは、特に、飲料水や地下水から陰イオン、特に砒酸イオン、亜砒酸イオン等の砒素イオンを除去するのに好適である。本発明のカートリッジフィルターは、陰イオン除去用カートリッジフィルターとして使用することができ、特に、砒素除去用カートリッジフィルターとしての使用に好適である。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００５２】
＜芯材＞
熱接着性繊維として鞘成分が高密度ポリエチレン、芯成分がポリプロピレン樹脂であり、繊度が２．２ｄｔｅｘ、繊維長が５１ｍｍである芯鞘型複合繊維（商品名「ＮＢＦ（Ｈ）」、ダイワボウポリテック社製）を用い、上記芯鞘型複合繊維１００質量％からなる目付４０ｇ／ｍ2のパラレルカードウェブを作製した。このウェブを、温度１３５℃に設定した熱風吹き付け装置で約３０秒間加熱し、高密度ポリエチレンを溶融又は軟化させ、高密度ポリエチレンが溶融又は軟化した状態で、外径３０ｍｍの鉄棒の周囲に巻回させた。巻回の間、鉄棒及び巻回したウェブの自重による圧力を加え続けた。巻回を外径が５５ｍｍになるまで行って、長さ４０ｃｍの繊維成形体を得た。得られた繊維成形体は、外径が５５ｍｍ、内径が３０ｍｍの円筒状であり、質量は１９０ｇ、密度が０．１５ｇ／ｃｍ3であった。該繊維成形体を芯材として用いた。
【００５３】
＜支持不織布＞
熱接着性繊維として鞘成分が高密度ポリエチレン、芯成分がポリプロピレン樹脂であり、繊度が２．２ｄｔｅｘ、繊維長が５１ｍｍである芯鞘型複合繊維（商品名「ＮＢＦ（Ｈ）」、ダイワボウポリテック社製）を用い、上記芯鞘型複合繊維からなる目付４０ｇ／ｍ2のパラレルカードウェブを作製した。このウェブを、温度１３０℃に設定した熱風吹き付け装置で約３０秒間加熱し、繊維同士を鞘成分により熱接着させて上記芯鞘型複合繊維からなる熱接着不織布を得た。この熱接着不織布を支持不織布として用いた。
【００５４】
（実施例１）
（１）陰イオン吸着繊維の作製
［紡糸用ビスコース液の調製］
紡糸用ビスコース液として、セルロース８．５質量％、水酸化ナトリウム５．７質量％、二硫化炭素２．８質量％を含むビスコース原液を用いた。紡糸用ビスコース液の温度は２０℃に保った。
［紡糸条件］
上記紡糸用ビスコース液を、２浴緊張紡糸法により、紡糸速度５０ｍ／分、延伸率４５％で紡糸して、繊度３．３ｄｔｅｘのレギュラーレーヨン繊維の糸条を得た。第１浴（紡糸浴）としては、硫酸１００ｇ／Ｌ、硫酸亜鉛１５ｇ／Ｌ、硫酸ナトリウム３５０ｇ／Ｌを含むミューラー浴（５０℃）を用いた。また、ビスコースを吐出する紡糸口金には、孔径０．０９ｍｍのホールを４０００個有する円形ノズルを用いた。
［精練条件］
上記で得られたレギュラーレーヨン繊維の糸条を、繊維長５１ｍｍにカットし、精練処理を行った。精練工程では、熱水処理後に水洗を行い、水硫化ソーダをシャワーして脱硫を実施した。次いで、十分水洗し、油剤を付与した後、圧縮ローラーで余分な水分と油剤を繊維から落とし、乾燥処理（６０℃、７時間）を施した。
［処理条件］
第４級アンモニウム塩（「カチオノンＫＣＮ」、一方社油脂工業社製）を４０ｇ／Ｌ、水酸化ナトリウムを１０ｇ／Ｌ含む第４級アンモニウム塩の水溶液を調製した。精練処理後のレギュラーレーヨン繊維を、第４級アンモニウム塩の水溶液の浴中に、浴比が１：２０となるように浸漬し、８０℃で４０分間処理した。その後、イオン交換水で水洗を４回行い、次いで硫酸（ｐＨ３．０）で２回洗浄し、さらにイオン交換水で水洗を２回行い、水洗液のｐＨ５．９となったところで、２槽式洗濯機による脱水を１分間行い、その後乾燥処理（６０℃、７時間）を施し繊維Ａを得た。なお、上記第４級アンモニウム塩は、上述したように評価測定したカチオン化度が、２．２７ｍｍｏｌ／ｇであった。
【００５５】
繊維Ａのカチオン化度を上述したとおりに評価測定したところ、０．０３ｍｍｏｌ／ｇであった。また、繊維Ａにおける窒素含有率を上述したとおりに測定したところ、０．０６質量％であった。また、実施例の繊維における窒素含有率に基づいて換算した第４級アンモニウムイオンの含有率は、０．０７質量％であった。
【００５６】
（２）陰イオン吸着不織布の作製
上記で得られた繊維Ａを用い、１００質量％の繊維Ａからなる目付４０ｇ／ｍ2のパラレルカードウェブを作製した。上記カードウェブを通水性支持体に載置し、カードウェブの表面から水圧２ＭＰａで、裏面から水圧３ＭＰａで、それぞれ一回ずつ、高圧水流を噴射した。次いで、１００℃で乾燥後、１３５℃で熱処理し、繊維Ａ（陰イオン吸着繊維）１００質量％からなる水流交絡不織布（目付４０ｇ/ｍ2）を得た。該水流交絡不織布を陰イオン吸着不織布として用いた。
【００５７】
（３）カートリッジフィルターの作製
上記で得られた芯材、支持不織布、陰イオン吸着不織布を用いて図１に示す実施形態１のカートリッジフィルターを作製した。具体的には、陰イオン吸着不織布５を幅４０ｃｍ、長さ３ｍに切断し、芯材２（長さ４０ｃｍ）の周囲に巻き付けた。陰イオン吸着不織布５の巻回が終わった後、連続して、幅４０ｃｍに切断した支持不織布６を巻き径が約６５ｍｍになるまで巻き付けた。得られた筒状体の表面を軽く熱接着させた後、筒状体（長さ４０ｃｍ）の両端部をそれぞれ５ｃｍ切除した後、２５ｃｍに切断してカートリッジフィルターを得た。
【００５８】
（実施例２〜４）
熱接着性繊維として鞘成分が高密度ポリエチレン、芯成分がポリプロピレン樹脂であり、繊度が２．２ｄｔｅｘ、繊維長が５１ｍｍである芯鞘型複合繊維（商品名「ＮＢＦ（Ｈ）」、ダイワボウポリテック社製）を用い、繊維Ａと、上記芯鞘型複合繊維を下記表１に示す質量比で配合してパラレルカードウェブを作製した。得られたパラレルカードウェブを用い、実施例１と同様にして水流交絡不織布を得た。得られた水流交絡不織布を陰イオン吸着不織布として用いた以外は、実施例１と同様にして、カートリッジフィルターを作製した。
【００５９】
（実施例５）
熱接着性繊維として鞘成分が高密度ポリエチレン、芯成分がポリプロピレン樹脂であり、繊度が２．２ｄｔｅｘ、繊維長が５１ｍｍである芯鞘型複合繊維（商品名「ＮＢＦ（Ｈ）」、ダイワボウポリテック社製）を用い、繊維Ａを６０質量％と、上記芯鞘型複合繊維４０質量％混綿して目付２０ｇ／ｍ2のパラレルカードウェブを二つ作製した。得られた二つのカードウェブと、ポリエステル長繊維不織布（ＪＸ日鉱日石エネルギー社製、ミライフ（登録商標）、目付５ｇ/ｍ2）を、カードウェブ、ポリエステル長繊維不織布、カードウェブの順番で厚さ方向に積層し、積層体を得た。上記積層体を通水性支持体に載置し、積層体の表面から水圧２ＭＰａで、裏面から水圧３ＭＰａで、それぞれ一回ずつ、高圧水流を噴射した。次いで、１００℃で乾燥後、１３５℃で熱処理し、水流交絡着不織布（目付４５ｇ/ｍ2）を得た。得られた水流交絡不織布を陰イオン吸着不織布として用いた以外は、実施例１と同様にして、カートリッジフィルターを得た。実施例５において、陰イオン吸着不織布は、陰イオン吸着不織布の全体質量に対して陰イオン吸着繊維を５３．３質量％含み、熱接着性繊維を３５．６質量％含み、ポリエステル繊維（ポリエステル長繊維不織布由来）を１１．１質量％含んでいた。
【００６０】
（実施例６）
陰イオン吸着不織布の目付を２０ｇ/ｍ2にし、長さを６ｍにした以外は、実施例３と同様にして、カートリッジフィルターを作製した。
【００６１】
（実施例７）
陰イオン吸着不織布の目付を６０ｇ/ｍ2にし、長さを２ｍにした以外は、実施例３と同様にして、カートリッジフィルターを作製した。
【００６２】
（実施例８）
陰イオン吸着不織布の目付を８０ｇ/ｍ2にし、長さを１．５ｍにした以外は、実施例３と同様にして、カートリッジフィルターを作製した。
【００６３】
（実施例９）
陰イオン吸着不織布の目付を１００ｇ/ｍ2にし、長さを１．２ｍにした以外は、実施例３と同様にして、カートリッジフィルターを作製した。
【００６４】
（実施例１０）
陰イオン吸着不織布の目付を２００ｇ/ｍ2にし、長さを０．６ｍにした以外は、実施例３と同様にして、カートリッジフィルターを作製した。
【００６５】
（実施例１１）
陰イオン吸着不織布の長さを５ｍにした以外は、実施例３と同様にして、カートリッジフィルターを作製した。
【００６６】
（比較例１）
熱接着性繊維として鞘成分が高密度ポリエチレン、芯成分がポリプロピレン樹脂であり、繊度が２．２ｄｔｅｘ、繊維長が５１ｍｍである芯鞘型複合繊維（商品名「ＮＢＦ（Ｈ）」、ダイワボウポリテック社製）を用い、上記芯鞘型複合繊維（商品名「ＮＢＦ（Ｈ）」、ダイワボウポリテック社製）１００質量％からなる目付４０ｇ／ｍ2のパラレルカードウェブを作製した。上記カードウェブを通水性支持体に載置し、カードウェブの表面から水圧２ＭＰａで、裏面から水圧３ＭＰａで、それぞれ一回ずつ、高圧水流を噴射した。次いで、１００℃で乾燥後、１３５℃で熱処理し、熱接着性繊維１００質量％からなる水流交絡不織布（目付４０ｇ/ｍ2）を得た。次に、得られた水交絡不織布を幅４０ｃｍ、長さ３ｍに切断し、芯材の周囲に巻回した。水交絡不織布の巻回が終わった後、連続して、幅４０ｃｍに切断した支持不織布を巻き径が約６５ｍｍになるまで巻き回した。得られた筒状体の表面を軽く熱接着させた後、筒状体（長さ４０ｃｍ）の両端部をそれぞれ５ｃｍ切除した後、２５ｃｍに切断してカートリッジフィルターを得た。
【００６７】
（比較例２）
レギュラーレーヨン繊維（繊度３．３ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ、ダイワボウレーヨン社製、商品名「コロナ」）１００質量％からなる目付４０ｇ／ｍ2のパラレルカードウェブを作製した。得られたパラレルカードウェブを用いて水流交絡不織布を作製した以外は、比較例１と同様にして、カートリッジフィルターを得た。
【００６８】
実施例及び比較例のカートリッジフィルターの砒素除去率を下記のように測定・算出し、その結果を下記表１に示した。下記表１には、カートリッジフィルターの外径、内径、長さ及び質量も記載した。
【００６９】
＜砒素の除去試験＞
砒素として換算した濃度が１ｍｇ/Ｌの砒酸イオン水溶液を濾過対象液とし、濾過対象液をカートリッジフィルターの外周側から内周側（筒状の芯材の中空部）に向かって１０Ｌ／分の流量で流し、総通水量１０００Ｌのろ液を採取した。誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ、島津製作所社製、「ＩＣＰＭ−８５００」）を使用して濾過液中の砒素（砒素イオン）濃度を測定した。次に、下記式により、砒素除去率を算出した。濾過対象液の砒素濃度は１ｍｇ/Ｌであった。
砒素除去率（％）＝１００−［濾過液中の砒素濃度（ｍｇ/Ｌ）/濾過対象液の砒素濃度（ｍｇ/Ｌ）］×１００
【００７０】
【表１】
2016059903.tif 000004
【００７１】
上記表１の結果から分かるように、不織布の全体質量に対して陰イオン吸着繊維（第４級アンモニウムイオンを含む再生セルロース繊維）を２０質量％以上含む不織布からなる陰イオン吸着層を含む実施例１〜１１のカートリッジフィルターは、砒素除去率が８０％以上であり、砒素（砒素イオン）を含む水中から砒素を効果的に除去することができた。一方、陰イオン吸着繊維（第４級アンモニウムイオンを含む再生セルロース繊維）を含んでいない比較例１及び比較例２のカートリッジフィルターは、砒素（砒素イオン）を含む水中から砒素を除去することができなかった。
【００７２】
実施例１〜１１の対比から分かるように、陰イオン吸着層における陰イオン吸着繊維（第４級アンモニウムイオンを含む再生セルロース繊維）の含有量が高いほど、砒素除去率が高かった。また、実施例４と実施例５を対比したところ、陰イオン吸着層が長繊維不織布を含む実施例４が寸法安定性により優れることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明のカートリッジフィルターは、飲料水、河川水、地下水、下水、工業用水、工業用排水、汚染土壌の溶出液等の液体の陰イオン、特に砒酸イオン、亜砒酸イオン等の砒素イオンを除去するのに用いることができる。本発明のカートリッジフィルターは、特に、飲料水や地下水から陰イオン、特に砒酸イオン、亜砒酸イオン等の砒素イオンを除去するのに好適である。
【符号の説明】
【００７４】
１、１１、２１  カートリッジフィルター
２、１２、２２  芯材
３、１３、２３  陰イオン吸着層
４  サポート層
５、１４、２５  陰イオン吸着不織布
６、１５  支持不織布
２４  サポートシート
【図１】
2016059903.tif 000005
【図２】
2016059903.tif 000006
【図３】
2016059903.tif 000007