茨城県工業技術センター研究報告第 37 号

カーボンナノチューブによる水浄化繊維の開発
篠塚 雅子* 中野 睦子**
１．はじめに近年，カーボンナノチューブ（以下 CNT）の分散液が開発されたことによって，繊維への CNT 加工の可能性が広がっている。CNT には様々な機能性が期待されおり，水浄化についても期待される機能の一つであるが，現在のところ浄化効果の有無については確認されていない。
CNT を一般的な繊維に加工して高い水浄化性能が確認されれば，水浄化に効果があるとして研究されているが難燃のため廃棄処分やリサイクルが難しいなどの問題点のあるカーボン繊維などに代わる，燃焼処理廃棄やリサイクルが可能な新たな素材としての期待できる。
そこで本研究では,まず繊維への CNT 加工方法について検討を行い,CNT 加工繊維の水浄化繊維としての機能の有無についての検証を行った。

北村仁***

試験用汚水 1Ｌに対し表２の各 CNT 加工繊維，各未加工繊維をそれぞれ 10ｇ投入した。実験中は市販の鑑賞
魚用エアーポンプ（日本動物薬品株式会社製）で曝気を行い，水流を発生させた。なお実験室内は２５℃に調整した。浄化試験開始から７日間後，霞ヶ浦環境科学センターに依頼し水質分析を行った。
(2)醤油添加水による水浄化実験
農業用水路（結城市内）から採取した試験水 1Ｌに市販醤油（キッコーマン株式会社）を 10ml 加えたもの試験用汚水とした。
実験に用いる CNT 試作繊維は A-1，W/N-1，S-1（表２）及び各未加工繊維とし，2.2.2(1)の実験条件と同様に浄化実験を行った。実験開始から14 日後に比色評価を行った。
(3)染料液による浄化実験
水浄化における微生物の作用を確認するために，活性汚泥を用いた実験を行った。
蒸留水 1Ｌあたり 0.01ｇの酸性染料（カヤノール M
グリーン 5GW）を溶解した染料液を作成し，さらに染料液１Ｌに対し，それぞれ活性汚泥 100ml，蒸留水100ml を加えたものをモデル排水とした。
実験に用いる CNT 試作繊維は，繊維自体に染料の吸着性が少ない A-1，A-2（表２）及びアクリル未加工繊維とし，2.2.2(1)の実験条件と同様に浄化実験を行い，24 時間後に比色評価を実施した。

２．方法
2.1 各繊維への CNT 加工技術の検討
各繊維への CNT の加工性の確認及び加工性の向上を図るため，多織交織布を試験布とし，表１の条件により加工を行った。なお加工手順は，前処理→水洗→CNT加工→水洗→乾燥とした。
2.2 水浄化実験
2.2.1 実験用 CNT 加工繊維の作製
水浄化実験の試料として，下記条件（表２）により３．結果試作の作製を行った。
3.1 各繊維への CNT 加工結果
なお，試作に使用した繊維はアクリル（糸），ウール加工試験の結果を図 1，2 に示す。前処理を行わなか/ナイロン（糸），シルク（真綿）の３種とした。
った試料は，繊維によっては CNT が僅かに付着してい2.2.2 水浄化実験るのが認められたが，水での洗浄により殆どが脱落す(1)下水道水による水浄化実験
るため，CNT 加工は難しいことがわかった。また CNT実験は１Ｌビーカー中で行った。試験用汚水は下水濃度を高くした場合でも，同様の結果であった。
（図１）
道流排水（那珂久慈流域下水道事務所採取）を用い，しかし，前処理を行うことで，いずれの種類の繊表１ 加工条件
前処理

①②③④

加工剤

処理方法（%o.w.f，浴比，温度，時間）

未加工
未加工－－

前処理剤 A
前処理剤 B

10％o.w.f，1:25，70℃，20min
10％o.w.f，1:20，50℃～放冷，20min

CNT 加工（試験液浴比，温度，時間）
CNT(2%)分散液 50%水溶液
CNT(2%) 分 散 液 20% 水 溶 液(1:20 60℃～放冷，20min)

表２ 試作条件
A-1W/N-1S-1A-2W/N-2S-2

繊 維

アクリル

ウールナイロン

シルクアクリルウールナイロン

シルク形 状
前処理

糸

糸

真綿

糸
糸
浴比 1:20 温度 50℃～放冷 時間 20min

真綿前処理剤 A 20%o.w.f

CNT 加工後処理

CNT(2%)分散液 20%水溶液 浴比 1:20 温度 60℃～法令 時間 20min――*素材開発部門 **紬技術部門 ***北村製布株式会社―

処理液 １：３

第 37 号茨城県工業技術センター研究報告

維にも CNT 加工が可能であることがわかった。
なお前処理剤については，前処理剤 B の効果が高いことを確認した。
（図２）

図１ 未加工布（左 CNT20%，右 50%水溶液加工）（多織交織布繊維名：左から 木綿 ナイロン ビニロン アセテー
ト ウール レーヨン アクリル シルク ポリエステル ）②前処理剤 A

①前処理なしPO4-P については，W/N 未加工，W/N-1，W/N-2，S-1
で PO4-P 濃度が減少され，特に W/N-1，S-1 では著しく減少する結果となった。
この結果から，SS，PO4-P の項目等において CNT
未加工繊維よりも CNT 加工繊維に水浄化の効果がみられることが確認できた。
(2)醤油水浄化実験
実験の結果を図５に示す。３種類の CNT 加工繊
維と未加工繊維ともに色味に大きな差はなかった。
しかし，未加工繊維には澱の沈殿があったが，CNT加工繊維にはほとんど見られなかった。このことか
ら抗菌性などの何らかの作用が影響している可能性があると考えられる。

③前処理剤 B

図２ 前処理剤比較

3.2 水浄化実験結果(1)下水道水による水浄化実験
実験後の SS（浮遊物質），PO4-P（リン酸態リン）の測定結果を図３，４に示す。
なお今回の実験では，各試料を比較して測定数値が低いものについて水浄化効果があると判断した。
SS については，A-1，S-2 の数値が減少した。W/N
未加工，W/N-1 の測定値は他と比較して高い結果となったが，これは W/N の維長が短いため，水中で毛羽等が脱落したためではないかと考えられる。また
5

左から 原液 曝気なしブランク 曝気ありブランク
A 未加工 S 未加工 W/N 未加工 A-1 S-1 W/N-1

図５ 醤油水による水浄化試験結果(3)染料液による浄化実験
実験開始から２４時間後の比色試験では，CNT加工繊維を投入した染料液は活性汚泥あり，活性汚泥なし（図６）とも透明度が向上し，高い水浄化効果を確認できた。
一般に水浄化に効果があるとされている炭素繊維は，微生物を活性化させることで浄化力を高めるとされていることから，CNT 加工繊維にも同様の作用があるか検討したが，今回の実験では微生物活性の影響を確認することはできなかった。

4.5
4SS(mg/L)

3.5
32.5
21.5
10.5

S2S12ンクSブラ

1W/N-工W/N-A2W/N

未加

工A1

加A未ブラン
ク024h 後 活性汚泥あり
24h 後 活性汚泥なし
左から A-2 A-1 ブランク 原液
図６ 染料液による浄化試験結果

図３ SS 測定結果
0.45
0.4

0.3
0.25
0.20.15
0.10.05

図４ PO4-P 測定結果

S2S1W/N-2Sブラン
ク工加

W/N-1

A2

未W
/N

工

A1

加A未ン
ク0

ブラPO4-P(mg/L)

0.35

４．今後の課題
今回の実験では，各繊維への CNT 加工性の向上を図ることができ，また水浄化実験においても，水浄化繊維としての可能性を確認することができた。
しかし，実用化に向けては更なる水浄化実験が必要であることから，今後，製品仕様も含めて企業側で検討していく予定となっている。また当所も継続して実用化支援を行っていく予定である。