(57)【要約】【課題】有効なイオン交換容量が高く、イオン交換速度も速く、実用的な処理流量が確保できてショートパスの発生のない高粘性液体中の金属除去用モジュールを提供すること。【解決手段】繊維基材の表面にイオン交換能又は金属キレート形成能を有する官能基が固定化された機能性繊維基材を、繊維間を密接させて多数集束、固定してろ液部材を構成する。ろ液部材の外周には、被処理液流入口、処理液流出口及び被処理液流入口から前記ろ液部材を通過して前記処理液流出口に至る流路を備えた液密性の殻体を設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維基材の少なくとも表面にイオン交換能又は金属キレート形成能を有する官能基が固定化された機能性繊維基材を、繊維間を密接させて多数集束、固定してろ液部材を構成するとともに、前記ろ液部材の外周に、被処理液流入口、処理液流出口及び被処理液流入口から前記ろ液部材を通過して前記処理液流出口に至る流路を備えた液密性の殻体を設けたことを特徴とする高粘性液体中の金属除去用モジュール。
【請求項２】
前記ろ液部材は、機能性繊維基材を多数集束し、繊維間を固定してなる不織布からなることを特徴とする請求項１記載の高粘性液体中の金属除去用モジュール。
【請求項３】
前記ろ液部材は、前記不織布を、通液性のコアに密に巻回してなることを特徴とする請求項２記載の高粘性液体中の金属除去用モジュール。
【請求項４】
前記ろ液部材は、前記不織布を平膜フィルターに成形し、円筒状カラム内の被処理液の流路にろ過面を直交させて複数枚を積層してなることを特徴とする請求項２記載の高粘性液体中の金属除去用モジュール。
【請求項５】
前記ろ液部材は、長い繊維長の機能性繊維基材を、多数密に平行的に集束、固定するとともに、円筒状カラム内の被処理液の流路に平行に配置してなることを特徴とする請求項１記載の高粘性液体中の金属除去用モジュール。
【請求項６】
前記ろ液部材は、長い繊維長の機能性繊維基材を、通液性のコアに密に平行的に巻回するとともに、巻回層が被処理液の流路を遮るように配置してなることを特徴とする請求項１記載の高粘性液体中の金属除去用モジュール。
【請求項７】
前記ろ液部材の機能性繊維基材内又は前記液密性の殻体内に、イオン交換樹脂を保持していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の高粘性液体中の金属除去用モジュール。
【請求項８】
前記ろ液部材は、複数の区画に区分され、直列の流路で接続されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の高粘性液体中の金属除去用モジュール。
【請求項９】
高粘性液体が、高濃度アルカリ水溶液又は糖液であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の高粘性液体中の金属除去用モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属不純物を含む高濃度のアルカリや糖液のような高粘性液体中から金属分を除去する金属除去用モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から高濃度のアルカリや糖液のような高粘性液体中に不純物として含まれる金属イオンは、イオン交換樹脂やキレート短繊維によって除去することが行われている。
【０００３】
しかし、イオン交換樹脂維は、樹脂中に水を多く含み、この水が、被処理液体が脱水性の強い液体の場合には、抽出されて脱水収縮し、ショートパスが発生するという問題があった。特に、イオン交換樹脂やキレート樹脂の場合には、イオン交換基やキレート基が樹脂内部に存在するため、金属イオンの拡散係数が影響し、有効なイオン交換容量が低く、イオン交換速度も遅く実用的な処理流量を確保できないという問題があった。このため、実用的な処理流量を得るためには粒径を小さくする必要があるが、この場合には、圧損が大きくなってしまうという問題があった。
【０００４】
キレート短繊維の場合には、樹脂に比べ表面積が大きいため、イオン交換容量、イオン交換速度が大きいが、圧損が大きく、実用的な処理流量が確保できないという問題がある。
【０００５】
また、高粘性液体を通液した場合、短繊維は、カラム内で自由に動いてしまうため、局所的に固まってショートパスが発生するという問題があった。
【０００６】
さらに、イオン交換樹脂の場合もキレート短繊維の場合も、従来はこれらの機能材料を単にカラムにつめるだけであるため、モジュール構造が制約されるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、従来の高粘性液体中の金属除去方法では、イオン交換樹脂やキレート短繊維をカラムにつめたものが使用されているため、上述したような種々の問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる従来の難点を解決すべくなされたもので、上記問題のない高粘性液体中の金属除去用モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の高粘性液体中の金属除去用モジュールは、繊維基材の少なくとも表面にイオン交換能又は金属キレート形成能を有する官能基が固定化された機能性繊維基材を、繊維間を密接させて多数集束、固定してろ液部材を構成するとともに、前記ろ液部材の外周に、被処理液流入口、処理液流出口及び被処理液流入口から前記ろ液部材を通過して前記処理液流出口に至る流路を備えた液密性の殻体を設けたことを特徴とする。
【００１０】
前記ろ液部材は、機能性繊維基材を多数集束し、繊維間を固定してなる不織布により構成することができる。
【００１１】
この不織布は、通液性のコアに密に巻回して用いたり、前記不織布を平膜フィルターに成形し、円筒状カラム内の被処理液の流路にろ過面を直交させて複数枚を積層して用いられる。
【００１２】
また、本発明における前記ろ液部材は、長い繊維長の機能性繊維基材を、多数密に平行的に集束、固定するとともに、円筒状カラム内の被処理液の流路に平行に配置して構成することができる。
【００１３】
また、長い繊維長の機能性繊維基材を、通液性のコアに密に平行的に巻回するとともに、巻回層が被処理液の流路を遮るように配置して構成することができる。
【００１４】
さらに、本発明の高粘性液体中の金属除去用モジュールは、前記ろ液部材の機能性繊維基材内又は前記液密性の殻体内に、イオン交換樹脂を保持させることができる。
【００１５】
また、本発明における前記液密性の前記液密性の殻体は、複数の区画に区分され、直列の流路で接続させて構成することができる。
【００１６】
本発明の適用される高粘性液体としては、粘度が、３０〜４００ｍＰａ・ｓ、好ましくは５０〜２００ｍＰａ・ｓ高濃度アルカリ水溶液又は糖液が例示される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００１８】
（１）前記繊維を不織布化したり、長繊維で束ねることで繊維間同士を固定しているので、表面積が大きくなり、イオン交換容量、イオン交換速度が増大する。
【００１９】
（２）前記繊維を不織布化したり、長繊維で束ねることで圧密化が防止され、圧損の増大が抑制されて、ショートパスがなくなり、実用的な処理流量が確保される。
【００２０】
（３）前記繊維とイオン交換樹脂を組み合わせた場合には、高粘性液の拡散が促進され、圧密化も防止される。
【００２１】
（４）前記繊維をカラムに詰める場合に複数の部屋に分けるようにすれば、圧密化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施形態について説明する。  
なお、以下の実施例及び比較例で使用した被処理液、測定方法、処理装置、使用素材等は、次のとおりである。
【００２３】
［被処理液］
旭硝子社製、４８％水酸化ナトリウム水溶液、［粘度：２０℃で１２５ｍPa・s］を用いた。
［金属不純物の測定］
ＩＣＰ−ＭＳ（パーキンエルマー社製  ＥＬＡＮＤＲＣ−II）により行った。
［処理装置］
図１に示した装置を用いた。タンク１に収容した被処理液を、ポンプ（（株）イワキ社製  ベローズポンプ  ＦＳ−１５ＨＴ）２により、モジュール３に圧送し、流量計４を経て、タンク５に収容し、タンク５の処理液について金属不純物を測定した。図中、符号Ｖ1〜Ｖ４は開閉弁、Ｖ５、Ｖ６はドレン弁、Ｐ１は圧力計である。なお、ろ液部材は１／２インチＰＦＡ製（ＰＦＡ：テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）カラムに充填して用いた。
［機能性繊維基材等］
（Ａ）強塩基性陰イオン交換繊維：
メーカー：（株）ニチビ
商品名：ＩＥＦ−ＳＡ
母材：ポリビニルアルコール
官能基：第４級アミン基
形状：直径１００μｍ
（Ｂ）弱塩基性イオン交換繊維：
メーカー：（株）ニチビ
商品名：ＩＥＦ−ＷＡ
母材：ポリビニルアルコール
官能基：第１級〜第３級アミン基
形状：直径１００μｍ
（Ｃ）弱塩基性陰イオン交換樹脂：
メーカー：ロームアンドハースジャパン（株）
商品名：DUOLITE Ａ３７８Ｄ
母材：スチレン・ジビニルベンゼン共重合体
官能基：第１級〜第３級アミン基
形状：直径４００〜６５０μｍのビーズ状
【００２４】
実施例１
強塩基性陰イオン交換繊維（Ａ）を３５ｗｔ％及び弱塩基性イオン交換繊維（Ｂ）を３５ｗｔ％、繊維間のバインダーとしてダイワボウポリテック（株）製のＮＢＦ繊維（ＰＰ／ＰＥ製）を３０ｗｔ％混合したものを用いて目付け量２００ｇ／ｍ２となるよう作成した不織布６ａを用いて、図２、図３に示すモジュール７を作成した。
【００２５】
このモジュール７は、通液可能な円筒状のコア８上に、イオン交換樹脂を介在させながら、不織布６ａを複数層巻回し、この巻回体の一端に、通液性の円筒状のコア８の端面の中空部に開口する穴９を有するエンドキャップ１０、他端に穴のないエンドキャップ１１を固定して構成されている。
【００２６】
実施例２
実施例１で使用した不織布６ｂを用いて図４、図５に示すモジュール１２を作成した。
【００２７】
この実施例のモジュールは、不織布６ｂをひだ付け加工してプリーツ状に通液性の円筒状のコア８の外周に複数層となるよう巻きつけ、各不織布６ｂの間隙に弱塩基性陰イオン交換樹脂（Ｃ）１３を保持させて構成されている。符号１４は、通液性の円筒状のプロテクターである。
なお、以下の図において、同一部分には、同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２８】
実施例３
実施例１で使用した不織布６ｃを用いて図６、図７に示すモジュール１５を作成した。
【００２９】
この実施例のモジュール１５は、不織布６ｃを円板状に打ち抜き、サポートリング１６に保持させたフィルター単体１７を、円筒形カラム１８内に、間隙に弱塩基性陰イオン交換樹脂（Ｃ）を充填しながら、円筒形カラム１８の軸と直交させて多数枚積層させて構成されている。同図において、符号１９，２０は、被処理液流入口１９ａ、被処理液流出口２０ａを備えたエンドキャップである。
【００３０】
実施例４
強塩基性陰イオン交換繊維（Ａ）を３５ｗｔ％及び弱塩基性イオン交換繊維（Ｂ）を３５ｗｔ％、繊維間のバインダーとしてダイワボウポリテック（株）製のＮＢＦ繊維（ＰＰ／ＰＥ製）を３０ｗｔ％混合し長繊維状とした混合イオン交換繊維を集束、固定して、図８に示すモジュールを作成した。
【００３１】
この実施例のモジュール２１は、上部に被処理液の流入口、下部に被処理液の流出口を有する直立円筒形カラム２２の上部から、多数の上記混合イオン交換繊維をイオン交換樹脂２３を繊維間に保持させながら束ねた混合イオン交換繊維束２４を垂下させるとともに、このモジュール２１の保持部の周囲に被処理液を流下させるシャワーノズル２５を配置して構成されている。
【００３２】
この実施例では、シャワーノズルから流下した被処理液が個々の混合イオン交換繊維の表面を伝って流下する過程で被処理液中の不純物金属イオンが混合イオン交換繊維に吸着除去される。
【００３３】
実施例５
イオン交換繊維（Ａ）及び（Ｂ）を２〜５ｍｍに切り短繊維状にしたものＡをイオン交換樹脂（Ｃ）とともに混合したイオン交換体２６を、図９に示す円柱形のカラム状に加工して使用した。
【００３４】
この実施例では、複数の円板状の多孔質体２７の間に、支柱２８を介在させて短円筒状のカラムに加工したイオン交換体２６を配置し、下部に無穴のエンドキャップ２９、上部に、被処理液流出管２８ａを貫通させたエンドキャップ２９を配置して構成されている。
【００３５】
なお、以上の実施例では、機能性繊維基材としてイオン交換繊維を用いた例について説明下が、キレート繊維についても同様の効果が得られた。
【００３６】
比較例１
比較例２では弱塩基性陰イオン交換樹脂（C）のみを充填して、図面１１のようなカラム状に加工して使用した。
【００３７】
比較例１、２
イオン交換繊維（Ａ）及び（Ｂ）を２〜５ｍｍに切り短繊維状にしたものを混合して、図９に示すカラム状に加工して使用した。
【００３８】
比較例２では弱塩基性陰イオン交換樹脂（Ｃ）のみを充填して、図面１１のようなカラム状に加工して使用した。
【００３９】
比較例３〜７
実施例１〜５で使用したモジュールにおける繊維の圧密化を防止するスペーサーかつ金属イオン吸着体としての弱塩基性陰イオン交換樹脂（Ｃ）を除いたモジュールを作成し、この弱塩基性陰イオン交換樹脂（Ｃ）を使用しないモジュールを、それぞれ比較例３〜７とした。
【００４０】
（実験例）
以上の実施例１〜５、比較例１〜７について、図１の装置を用いて性能を評価した。
【００４１】
（操作）
図１のように装置を組み立て、４８％水酸化ナトリウム水溶液をタンク１からポンプ２を用いて送液し、モジュール３内部を通過させた後に、水溶液をタンク５で回収した。
【００４２】
また、通液中に備え付けの圧力計Ｐ1、Ｐ1間で圧力損失が０．１ＭＰa となるように調整し、流量計によってモジュールを通過した水溶液の流量を確認した。
【００４３】
それぞれの実施例、比較例でタンク１の原液及びタンク５で回収した４８％水酸化ナトリウム水溶液は、ＩＣＰ−ＭＳでＮｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ａｌの定量を行い、金属除去性能を評価した。
【００４４】
各モジュールの圧力損失の比較として、０．１ＭＰaの圧力損失時の流量が２Ｌ以上の時は○、１〜２Ｌの時は△、１Ｌ以下の時は×と表現した。
【００４５】
（実験結果）
表１〜２に示したように、実施例１〜５及び比較例１、３〜７においてＮｉ、Ｃｕは共に０．１ｐｐｂ以下となったが、比較例２で金属除去能力が低かった。比較例２で金属除去能力が低かった理由としては、４８％水酸化ナトリウム水溶液の脱水作用により、イオン交換樹脂が収縮して空隙が発生し、水溶液がカラム内部をショートパスすることでイオン交換樹脂と十分に接触しなかったことが考えられる。またＦｅ及びＡｌは実施例１〜３及び比較例３〜５示されるようにフィルター形状では１０ｐｐｂ以下まで減少していた。その理由としては、ＦｅやＡｌはコロイド状態で存在しているため、ろ過効果により除去されたものと考えられる。
【表１】
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【表２】
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【００４６】
実施例１〜５においては、イオン交換樹脂（Ｃ）の充填により、圧力損失が０．１ＭＰaで十分な流量が得られることが確認された。また比較例１、３、４、７では、短繊維が４８％水酸化ナトリウム水溶液の脱水作用や通液による圧密化によって、圧力損失が増大したことが考えられる。比較例２では、水溶液のショートパスが原因で圧力損失が小さいと考えられ、比較例６の場合は長繊維上を流下するため、圧力損失が非常に小さいことがわかる。
【表３】
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【表４】
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【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例及び比較例の評価に用いた装置の構成を示す図。
【図２】本発明の実施例１を模式的に示す縦断面図。
【図３】本発明の実施例１模式的に示す横断面図。
【図４】本発明の実施例２を模式的に示す側面図。
【図５】本発明の実施例２を模式的に示す横断面図。
【図６】本発明の実施例３を模式的に示側面図。
【図７】本発明の実施例３を模式的に示す横断面図。
【図８】本発明の実施例４の構成を模式的に示す縦断面図。
【図９】本発明の実施例５を模式的に示す縦断面図。
【図１０】比較例１を模式的に示縦断面図。
【図１１】比較例２を模式的に示す縦断面図。
【符号の説明】
【００４８】
１，５……タンク、２……ポンプ、３，１２，１５，２１……モジュール、４……流量、６ａ，６ｂ，６ｃ……不織布、８……コア、９……穴、１０，１１，１９，２０，２９……エンドキャップ、１３，２３……弱塩基性陰イオン交換樹脂（Ｃ）、１４……プロテクター、１６……サポートリング、１７……フィルター単体、１８，２２……円筒形カラム、２４……混合イオン交換繊維束、２５……シャワーノズル、２６……イオン交換体、２７……多孔質体、２８……支柱、４……Ｖ1〜Ｖ４……開閉弁、Ｖ５，Ｖ６……ドレン弁、Ｐ１……圧力計。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009050761.tif 000012
【図７】
2009050761.tif 000013
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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