JP3595911B2 - Adsorption ceramic - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、汚れた空気や水等の流体に含まれている臭い成分や有害成分、その他の不純物を吸着して濾過するのに優れた吸着セラミックに関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、水源地の汚染による飲料水の品質低下が問題にされており、水道水に有毒物質、微生物、かび、ウイルス、農薬、重金属などの汚染物質が混入することが心配されている。
しかし、水道水には殺菌材として塩素が投入されており、これにより雑菌等は消毒されている。水道水にこのような塩素を混合することは義務付けられており、水道管末端の蛇口からでる水の中には塩素が0.1PPM以上混ざってなければならないと決められている。このため、蛇口から出る水には塩素が残留しており、これにより雑菌に対する安全性が保たれている。
ところが、塩素を混合した場合、塩素とアンモニアが結合してカルキ臭が発生する。水源の汚染がひどくなればなるほど、アンモニアが発生し塩素の使用量が多くなり、カルキ臭が強く感じられるようになる。
また、残留塩素はフミンという物質と結び付いてトリハロメタンを発生し、このトリハロメタンは発ガン物質であることが知られている。
さらに、水源の汚染がひどくなると、水道水にかび臭さが残る場合もある。
【0003】
このような水道水の品質対策として、活性炭による濾過が有効であるといわれている。活性炭は、組織の中に多数の微細な空孔が形成されており、よって多孔質構造をなしているため優れた吸着作用があり、この空孔内に塩素、農薬、ウィルス、洗剤、かび臭、カルキ臭、鉄や銅、亜鉛、鉛、マンガンなどの重金属などを捕獲して水を濾過する作用がある。よって、一般家庭では活性炭入り浄水器や活水器などを設置するなどの対策がなされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、活性炭は残留塩素を除去するには有効であるが、トリハロメタンを取るには万全でないといわれている。これはトリハロメタンの分子径および水溶解度が活性炭の細孔径よりも小さいことが原因と考えられている。
すなわち、トリハロメタンは、ハロゲン元素が3元素置換されたメタンを意味するが、水質分野では、クロロホルム(CHCl3 )、ジクロロブロモメタン(CHBrCl2 )、クロロジブロモメタン(CHBr2 Cl)、ブロモホルム(CHBr3 )の4物質に対する総称として使用されており、わが国の水道水にはクロロホルムの混合濃度が最も多く、臭素の使用が少ないことからブロモホルムはほとんど検出されない。そして、分子径および水溶解度は、クロロホルムが最も小さく、以下ジクロロブロモメタン、クロロジブロモメタン、ブロモホルムの順である。このため、クロロホルムに代表されるトリハロメタンは、活性炭では除去し切れないと考えられている。
したがって、トリハロメタンの除去が課題となっている。
【0005】
また、活性炭はアンモニアを吸着できない性質があり、残留塩素とアンモニアとの結合を阻止できず、よってカルキ臭の発生を防止できないという問題もある。
【0006】
一方、活性炭は、前記したように種々の物質を効果的に吸着する性質があり、このような吸着性能は捨て難い。しかし、活性炭の他の問題として、吸着した物質、とくに微生物やかび、バクテリアなどが空孔内にとどまって雑菌が繁殖する原因になる。つまり、例えば活性炭入り浄水器は不使用時間が長くなると、雑菌が繁殖し、不衛生であることが指摘されている。
これに対し、抗菌活性炭が開発されている。抗菌活性炭は活性炭に銀、銅または亜鉛からなる抗菌金属を混ぜたもので、これら抗菌金属の殺菌、滅菌作用により雑菌の繁殖を阻止したものである。
しかし、従来の抗菌活性炭は、活性炭に銀や銅を塗布したり、銀や亜鉛の粒を混合したものであり、このような構造の場合、水に基準値以上の抗菌金属が溶出するという問題がある。
【0007】
さらに、活性炭はそのほとんどが粒や粉末形状であり、所定の形に成形することができない。所定の形にするにはその形の容器に入れて用いる必要があり、このことは使用範囲が限られるという不便さを残す。
【0008】
本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、その目的とするのは、活性炭のもつ高い吸着性能を有効に利用し、かつアンモニアやトリハロメタンの吸着性に優れ、しかも取り込んだ雑菌の繁殖を防ぎ、任意形状に成形可能な吸着セラミックを提供しようとするものである。
【0009】
なお、本発明の吸着セラミックは水道水の濾過による浄化の目的に使用されることには限らず、その他、プール、浴場等の水の循環浄化、工場の排水処理などの液体を対象とるばかりでなく、冷蔵庫やトイレ下駄箱などの脱臭、消臭のように、気体を対象とした濾過材などにも使用することができる。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、酸化珪素および酸化アルミニウムを主成分とし、その他少なくともアルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物が5重量%以上、30重量%以下の割合で混合されている鉱石粒からなる多孔質セラミック構造物に、全体に対し10重量%以上、65重量%以下の割合の活性炭と、全体に対し0.1重量%以上、5重量%以下の割合の抗菌金属と、が混合されて焼結されていることを特徴とする吸着セラミックである。
【0012】
請求項2の発明は、上記多孔質セラミックの構造物となる鉱石粒と、活性炭粒と、抗菌金属と、これらを接合する粘土またはフリットガラスからなるバインダと、を混ぜ、これを所定の形状に成形して焼成してなることを特徴とする請求項1に記載の吸着セラミックである。
【0016】
【作用および効果】
請求項1の発明によれば、鉱石粒からなる多孔質セラミック構造物に、活性炭および抗菌金属が混合されて焼結されているから、活性炭が本来備える細孔により吸着作用を奏し、活性炭が得意とする残留塩素や農薬、ウイルス、洗剤、かび臭、カルキ臭、その他の臭い成分、鉄や銅、亜鉛、鉛、マンガンなどの重金属などを捕獲するとともに、これに加えて、多孔質セラミック構造体も空隙を有し、この空隙内に上記活性炭が不得手とするアンモニアなどを吸着する。よって活性炭のもつ吸着作用と多孔質セラミックの吸着作用が共に働いて、種々の臭い成分や有害物質その他の不純物を良好に吸着する。
特に、多孔質セラミック構造物は、少なくともアルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物を5重量%以上、30重量%以下含有しているから、トリハロメタンの吸着に有効である。この原因は定かでないが、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を含むことがトリハロメタンの発生を抑止することが実験により確認されている。この場合、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物が5重量%未満であるとトリハロメタンの吸着に効果がなく、また30重量%を超えると、多孔質セラミック構造物の主体をなすシリカやアルミナの割合が少なくなるので強度が低下する。
また、活性炭を10重量%以上、65重量%以下の割合で混合したので、活性炭本来が持つ細孔による物理的吸着作用を保ち、残留塩素、農薬、ウイルス、洗剤、かび臭、カルキ臭、その他の臭い成分、鉄や銅、亜鉛、鉛、マンガンなどの重金属などに対する吸着性能を維持する。
さらにまた、この吸着セラミックは、抗菌金属が混合されているので多孔質セラミック構造物や活性炭の細孔内に吸着したバクテリアなどを殺菌または滅菌して雑菌の繁殖を防止する。この場合、抗菌金属は、全体に対し0.1重量%以上混合されていないとその殺菌効果が期待できず、逆に5重量%を超えると、多孔質セラミックおよび活性炭の混合割合が低下して本来の吸着作用が低下し、また5重量%を超えると溶出が心配され、飲料水や食物への使用が不可能になる。
【0018】
請求項2の発明によれば、多孔質セラミックの構造物となる鉱石粒と、活性炭粒と、抗菌金属と、これらを接合する粘土またはフリットガラスからなるバインダと、を混ぜ、これを所定の形状に成形して焼成したから、バインダが鉱石粒と活性炭粒および抗菌金属とを相互に結合し、よってこれらの粒が強固に結合されるので、活性炭や抗菌金属などがこぼれ落ちることがなくなり、特に液体中で使用する場合、抗菌金属の溶出を確実に防止することができる。
【0023】
【実施例】
以下本発明について、図1および図2に示す一実施例にもとづき説明する。 図1は各種の形状に成形した吸着セラミックの例を示し、図1の(A)図は球形の小粒および中粒に形成した本発明の吸着セラミック10、図1の(B)図は円柱形に形成した本発明の吸着セラミック20、図1の(C)図は偏平板形に形成した本発明の吸着セラミック30をそれぞれ示す。これら吸着セラミック10、20、30は、組成が同じものであり、製造方法もほとんど同じであり、その性能、機能も同じである。
図2はこれら吸着セラミック10、20、30の焼結結晶構造を模式的に示す構造図である。図2において、符号1はセラミック構造物となる鉱石の粒子、2は例えばヤシ殻から形成された活性炭の粉末、3は抗菌金属としての銀粉末、4はバインダであり、粘土およびフリットガラスの混合状態である。鉱石粒1…は粘土やフリットガラスからなるバインダ4によって結合されて多孔質セラミック構造物を作るものであり、各鉱石粒1…間に活性炭の粉末2が結合されており、これらの間にジャングルジムのように入り込んだ連続気孔からなる空隙5が形成される。この連続気孔からなる空隙5内に抗菌金属としての銀粉末3…が分散して保有されている。なお、活性炭の粉末2…には図示しないが連続細孔が形成されている。
【0024】
上記セラミック構造物となる鉱石は、以下の組成比をもっている。すなわち、セラミックの一般的な組成物は、酸化ケイ素SiO2 と酸化アルミニウムAl2 O3 であるが、本発明のセラミック構造物はこれら主組成物に加えて、その他少なくともアルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物を5重量%以上30重量%以下混合している。アルカリ金属の酸化物は酸化ナトリウムNa2 Oおよび酸化カリウムK2 Oであり、アルカリ土類金属の酸化物は酸化カルシウムCaOである。
【0025】
ちなみに、使用可能な多孔性セラミックの組成比の例を下記表1に示す。
【0026】
【表1】
表1の使用例1および使用例2に示すセラミック構造物は、いずれもアルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物を5重量%以上35重量%以下混合している。なお、酸化珪素SiO2 および酸化アルミニウムAl2 O3 はセラミック構造物の主体となるもので、これらの存在は不可欠である。
このようなセラミック構造物の原料となる鉱石1…は、平均粒径が5μm以上、1000μm以下とし、好ましくは150〜500μmの範囲がよい。
【0027】
上記鉱石1に対し、活性炭の粉末2…は安価で入手の容易なヤシ殻活性炭が用いられており、ヤシ殻活性炭はヤシ殻繊維の中に含まれている水分が飛散されることにより、この水分の抜けた跡に多数の気孔が生じた多孔質構造をなしているものである。本例では空隙率が30〜70%、比表面積が800〜1500m2 /gの範囲にある活性炭粉末が用いられており、非常に優れた吸着性を有している。上記活性炭粉末の平均粒径は5μm以上、1000μm以下とし、好ましくはセラミック構造物を構成する鉱石1の平均粒径と同等がよいが、10倍以内でセラミック構造物を構成する鉱石1の平均粒径よりも大きくてもよい。
【0028】
抗菌金属は、銀、銅、亜鉛のいずれであってもよいが、性能、その他の理由から銀粉末が用いられている。なお、銀は硝酸銀から得ることができる。
【0029】
バインダ4として使用される粘土は、例えば蛙目粘土が使用される。蛙目粘土を使用すれば、焼成された後に蛙目粘土が多孔質構造をもち、吸着作用を奏することができる。
【0030】
またバインダ4として使用されるフリットガラスは、溶融温度が650〜950℃のフリットが使用される。
【0031】
これら鉱石粒1、活性炭の粉末2、銀粉末3、粘土およびフリットガラスの混合割合を下記表2に示す。
【0032】
【表2】
サンプル1は活性炭の割合が少なくフリットガラスを使用しない場合であり、サンプル2は活性炭の割合が多く、かつフリットガラスを使用した場合である。
【0033】
このような混合比の材料を用いて吸着セラミック10、20、30を製造する方法を説明する。
サンプル1およびサンプル2のような混合比の材料に水を加えてこれを練り、所定の形を作り易くしかもこの形を維持できる程度の固さを保つ粘土状態にする。この粘土状混合物を、延ばす、切断する、型にはめる、または押し出すなどの成形方法により、図1に示すような造形物10、20、30を成形する。この成形物を焼成炉で焼く。この焼成温度は、セラミック原料の粒子が結晶化し、しかしながら活性炭が灰化しない程度の温度であり、かつ粘土やフリットガラスが焼成され、しかも鉱石粒1、活性炭2および銀粉末3が焼結により相互に付着する温度で焼き上げるものである。具体的には900〜1000℃の範囲がよく、特に940〜950℃が好ましい。
【0034】
このような方法により製造されたセラミック成形品は、混合したときに用いた水分が焼成工程により飛散されて除去され、粒子間に気孔、すなわち連続気孔の空隙5が形成されることになる。このような焼成により得られた吸着セラミックの諸特性を前記した表2に示す。これら特性は、充填密度、JIS法硬度、MS法硬度、細孔表面積、細孔容積、平均細孔直径である。
【0035】
このようなサンプル1およびサンプル2の吸着セラミックは以下の作用を奏する。
サンプル1およびサンプル2の諸特性をもつ吸着セラミックは、多孔質セラミック構造物自身が連続気孔の空隙5を備えるから、水などの液体、空気等のガス中に含まれる不純物質、例えば有毒物質、微生物、かび、ウイルス、農薬、重金属などの汚染物質を吸着する。特に、多孔質セラミック構造物に付着されている活性炭が微細な連続細孔を有するので、この活性炭が優れた吸着作用を奏する。この結果、例えば水道水に浸漬する、または水道水を通すと、水道水に含まれる有毒物質、微生物、かび、ウイルス、農薬、重金属などの汚染物質を良好に吸着する。また、かび臭さやカルキ臭さを除去することができる。
【0036】
そして、活性炭はアンモニアを吸着できないが、多孔性セラミックがアンモニアを吸着するから、塩素とアンモニアとの反応を抑制し、カルキ臭の発生を防止することができる。
【0037】
さらにこの吸着セラミックは、トリハロメタンおよび残留塩素を取り除く作用がある。
表3はトリハロメタンの測定結果を示す。この試験は、淀川から汲み上げた河川水のトリハロメタン吸着性能を試験したものである。採集した淀川の水はトリハロメタンの濃度が0.021mg/lであり、この採集水200mlの中に50gのサンプル1の吸着セラミックを浸漬し、1分、5分、10分後のトリハロメタンの量を測定した。
【0038】
【表3】
上記試験結果から、本例の吸着セラミックは採集水に浸漬して1分後には14%、5分後には0.5%、10分後には0.04%まで減少することが測定され、トリハロメタンの吸着性能がきわめて優れていることを確認することができる。トリハロメタンは活性炭でもある程度まで取り除くことができるが、活性炭でトリハロメタンを取り除く能力は充分でない。本例の吸着セラミックがトリハロメタンの吸着性能に優れている理由は定かでないが以下の点が推測される。
【0039】
すなわち、上記多孔質セラミック構造物は、NaやKなどのアルカリ金属の酸化物、およびCaなどのアルカリ土類金属の酸化物を5重量%以上30重量%以下含有しているから、これらアルカリ金属の酸化物やアルカリ土類金属の酸化物の存在がトリハロメタンの発生を抑止しているものと考えられる。
【0040】
アルカリ金属の酸化物およびアルカリ土類金属の酸化物の混合割合が5重量%未満の場合はトリハロメタンの吸着作用が小さく、その効果が低いので5重量%以上の混合が必要である。また35重量%を越えると、多孔質セラミック構造物の主成分であるシリカやアルミナが少なくなり、セラミック強度が低くなる。
【0041】
そして、本例の吸着セラミックは、抗菌金属として銀を混合しているから、この銀がハロゲンと結びついてハロゲン化銀を生成し、このこともトリハロメタンを少なくするものと考えられる。
【0042】
表4は残留塩素の測定結果を示す。この試験は、水道水に次亜塩素ナトリウム溶液を加えて残留塩素濃度を2mg/lに調整し、この試験水200mlの中に50gのサンプル1の吸着セラミックを浸漬し、1分、5分、10分後の残留塩素の量を測定した。
【0043】
【表4】
上記試験結果より、残留塩素は吸着セラミックに吸着されてほとんど検出されない。これは主として活性炭が残留塩素を吸着する性質に優れているので、活性炭に吸着されたものと考えられる。
【0044】
表5は吸着セラミックを水に浸漬した場合、この吸着セラミックから有害といわれている不純物が溶出しないか否かを測定したものである。水道水2リットルの中に50gのサンプル1の吸着セラミックを浸漬し、これを常温で72時間静置し、得られ浸漬水について、カドミウム、鉛、ヒ素の検出を測定した。
【0045】
【表5】
上記試験結果から、本例の吸着セラミックは水に浸漬して使用しても、不純物の溶け出しが認められず、安全に使用できることが確認される。
【0046】
そして、上記吸着セラミックは、多孔質セラミック構造体に抗菌金属としての銀3が付着されているから、銀の殺菌、滅菌、減菌作用により、孔質セラミック構造体の空隙5内および活性炭2の細孔内に吸着した物質より雑菌が繁殖するのを防止する。この場合、銀粉末3が全体に対して0.1重量%未満であると殺菌、滅菌、減菌作用が低く抗菌金属としての役目を果たさず、また5重量%を越えると、溶出が心配され、飲料水や食物への使用が懸念される。
【0047】
なお、前記したように、銀を使用した場合は、銀がハロゲンと結びついてハロゲン化銀を生成し、トリハロメタンの析出を抑止する。
【0048】
そして、実施例の多孔質セラミックは、鉱石の粒1と、活性炭の粉末2と、抗菌金属3と、これらを接合するバインダ4としての粘土およびフリットガラスとを混ぜ、これを所定の形に成形して焼成したから、粘土およびフリットガラスがバインダとなって鉱石の粒と活性炭の粒と抗菌金属を結合する。
【0049】
このため、吸着セラミックが破損したり、活性炭がこぼれ落ちたり、湿潤により剥がれたり、抗菌金属が溶出することがない。
【0050】
特に、銀3が溶出することは避けなければならないが、この点を実験したところ、表6の結果を得た。表6は水道水1リットルに50gのサンプル1の吸着セラミックを浸漬し、これを常温で24時間静置した。得られた浸漬水についての銀およびpH値を測定した。
【0051】
【表6】
表6から、銀の溶出は24時間後に0.05mg/lが認められたが、これは安全基準内であることが確認されている。
【0052】
バインダ4として粘土およびフリットガラスを使用することにより、鉱石の粒と活性炭の粒と抗菌金属の異種物質を結合することができるばかりでなく、セラミック構造物を作ることができ、任意形状の吸着セラミックを形成することができる。特に、フリットガラスを混ぜると、MS法硬度が向上し、破損、欠損、磨耗などに対する機械的強度が向上する。但し、フリットガラスを過剰に使用すると空隙5や活性炭2の目詰まりを起こすのでフリットガラスは20重量%を越えない分量がよい。
【0053】
さらに、活性炭粉末の平均粒径とセラミック鉱石の粒径は同等であることが両者を結合するには好都合であるが、活性炭粉末が大きくてもよい。セラミック粒子が活性炭粉末より大きくなると、セラミック粒子が活性炭粉末を掴まえておく機能が低下して焼結形態を保つことができなくなり、破損し易くなる。
【0054】
活性炭粉末3の平均粒径は、5μm未満であると、活性炭粉末が細かくなり過ぎ、セラミック粒子が活性炭粉末の間に形成される気孔を埋めて空隙を無くし、これにより吸着能が低下する。また、活性炭粉末の平均粒径が1000μmを越えると、水を吸ったときに湿潤してふやけ、セラミック粒子から外れて崩れる心配がある。
【0055】
上記実施例の場合、水道水の処理に関して説明したが、本発明の吸着セラミックは水道水の処理に制約されるものではなく、その吸着性能の優秀さから、プールや浴場の水処理、上下水処理、工場の排水処理などを始めとして各種液体処理などの工業的用途、濾過材としての適用、また臭い取りとして気体分野などへの利用も可能であり、広範囲には、食品工業、化学工業、電子工業、環境浄化、医療、農業、林業、水産業その他生活環境への展開が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の異なる形状の吸着セラミックを示し、(A)図は球形吸着セラミック、(B)図は円柱形吸着セラミック、(C)図は平板形吸着セラミックのそれぞれ斜視図。
【図2】吸着セラミックの結晶構造を模式的に示す構造図。
【符号の説明】
1…セラミック材料の鉱石
2…活性炭粉末
3…銀粉末
4…バインダ
10、20、30…吸着セラミック。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an adsorption ceramic excellent in adsorbing and filtering odorous and harmful components and other impurities contained in a fluid such as dirty air and water.
[0002]
[Prior art]
Recently, deterioration of drinking water quality due to contamination of water sources has been raised as a problem, and there is a concern that contaminants such as toxic substances, microorganisms, molds, viruses, pesticides, and heavy metals may be mixed into tap water.
However, tap water is supplied with chlorine as a germicide, thereby disinfecting various germs and the like. It is obligatory to mix such chlorine with tap water, and it has been determined that chlorine must be mixed in the water coming out of the faucet at the end of the water pipe with 0.1 PPM or more. For this reason, chlorine remains in the water discharged from the faucet, thereby maintaining safety against various germs.
However, when chlorine is mixed, chlorine and ammonia combine to generate chlorine odor. The more severe the pollution of the water source, the more ammonia is generated, the more chlorine is used, and the stronger the smell of chlorine.
Also, residual chlorine is combined with a substance called humin to generate trihalomethane, which is known to be a carcinogen.
Furthermore, if the water source becomes heavily contaminated, tap water may have a musty odor.
[0003]
It is said that filtration with activated carbon is effective as such a quality control of tap water. Activated carbon has a large number of fine pores formed in its tissue, and therefore has a porous structure, and therefore has an excellent adsorption action.In these pores, chlorine, pesticides, viruses, detergents, musty odor, It has the effect of capturing water odor, heavy metals such as iron, copper, zinc, lead and manganese and filtering water. Therefore, measures such as installing activated carbon water purifiers and water purifiers have been taken in ordinary households.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, although activated carbon is effective in removing residual chlorine, it is said that activated carbon is not perfect for removing trihalomethane. This is thought to be due to the fact that the molecular diameter and water solubility of trihalomethane are smaller than the pore diameter of activated carbon.
That is, trihalomethane means methane in which three halogen elements have been substituted. In the field of water quality, chloroform (CHCl 3 ), dichlorobromomethane (CHBrCl 2 ), chlorodibromomethane (CHBr 2 Cl), and bromoform (CHBr 3 ) ) Is used as a generic term for the four substances, and since tap water in Japan contains the highest concentration of chloroform and uses little bromine, bromoform is hardly detected. Then, the molecular diameter and the water solubility of chloroform are the smallest, followed by dichlorobromomethane, chlorodibromomethane, and bromoform in this order. For this reason, it is thought that trihalomethane represented by chloroform cannot be completely removed by activated carbon.
Therefore, removal of trihalomethane has been an issue.
[0005]
Activated carbon also has the property of not being able to adsorb ammonia, and cannot prevent the bond between residual chlorine and ammonia, and thus has the problem of not being able to prevent the generation of odor.
[0006]
On the other hand, activated carbon has the property of effectively adsorbing various substances as described above, and such adsorption performance is difficult to dispose of. However, as another problem of activated carbon, adsorbed substances, particularly microorganisms, molds, bacteria, etc., remain in the pores and cause germs to propagate. In other words, it has been pointed out that, for example, when the unused time of a water purifier containing activated carbon is prolonged, various bacteria grow and are unsanitary.
On the other hand, antibacterial activated carbon has been developed. The antibacterial activated carbon is a mixture of activated carbon and an antibacterial metal made of silver, copper or zinc, and the germicidal and sterilizing action of the antibacterial metal prevents the propagation of various germs.
However, conventional antibacterial activated carbon is obtained by applying silver or copper to activated carbon or mixing silver or zinc particles.In such a structure, the problem is that antibacterial metals exceeding the standard value elute into water. There is.
[0007]
Further, most of activated carbon is in the form of granules or powder, and cannot be formed into a predetermined shape. The desired shape requires use in a container of that shape, which leaves the inconvenience of limited use.
[0008]
The present invention has been made based on such circumstances, and the object is to effectively utilize the high adsorption performance of activated carbon, and to excel in the adsorption of ammonia and trihalomethane, and to propagate the germs taken up. It is an object of the present invention to provide an adsorbing ceramic that can be prevented and formed into an arbitrary shape.
[0009]
The adsorptive ceramic of the present invention is not limited to being used for purification of tap water by filtration, but is also intended for liquids such as circulating purification of pools and baths, and wastewater treatment of factories. It can also be used as a filter for gas, such as deodorizing and deodorizing refrigerators and toilet shoeboxes.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 comprises an ore particle containing silicon oxide and aluminum oxide as main components, and at least 5% by weight or more and 30% by weight or less of an oxide of an alkali metal and an alkaline earth metal. The porous ceramic structure is mixed with activated carbon in a proportion of 10% by weight or more and 65% by weight or less and antibacterial metal in a proportion of 0.1% by weight or more and 5% by weight or less based on the whole. An adsorption ceramic characterized by being sintered.
[0012]
According to a second aspect of the present invention , an ore grain serving as a structure of the porous ceramic, an activated carbon grain, an antibacterial metal, and a binder made of clay or frit glass for joining these are mixed and formed into a predetermined shape. The adsorptive ceramic according to claim 1, which is formed and fired.
[0016]
[Action and effect]
According to the present invention, a porous ceramic structure consisting of ore particles, because activated carbon and antibacterial metal is sintered been mixed, it exhibits the adsorption by the pore provided activated carbon inherently good at activated carbon In addition to capturing residual chlorine, pesticides, viruses, detergents, musty odors, moldy odors, other odor components, and heavy metals such as iron, copper, zinc, lead, and manganese, in addition to these, porous ceramic structures It has a void and adsorbs ammonia and the like that the activated carbon is not good at in the void. Therefore, the adsorption action of the activated carbon and the adsorption action of the porous ceramic work together, so that various odor components, harmful substances, and other impurities are satisfactorily adsorbed.
In particular, since the porous ceramic structure contains at least 5% by weight to 30% by weight of an oxide of an alkali metal and an alkaline earth metal, it is effective for trihalomethane adsorption. Although the cause is not clear, it has been experimentally confirmed that the inclusion of an alkali metal and an alkaline earth metal suppresses the generation of trihalomethane. In this case, if the content of the alkali metal and alkaline earth metal oxides is less than 5% by weight, there is no effect on the adsorption of trihalomethane, and if it exceeds 30% by weight, silica or alumina which is the main component of the porous ceramic structure is used. Since the ratio is reduced, the strength is reduced.
In addition, since activated carbon was mixed at a ratio of 10% by weight or more and 65% by weight or less, the physical adsorption effect of the pores inherent in activated carbon was maintained, and residual chlorine, pesticides, viruses, detergents, musty odors, odors, etc. Maintains adsorption performance for odor components, heavy metals such as iron, copper, zinc, lead, and manganese.
Furthermore, since the adsorbed ceramic contains an antibacterial metal, bacteria adsorbed in pores of the porous ceramic structure or the activated carbon are sterilized or sterilized to prevent the propagation of various bacteria. In this case, the antibacterial effect cannot be expected unless the antibacterial metal is mixed with 0.1% by weight or more with respect to the whole. Conversely, if it exceeds 5% by weight, the mixing ratio of the porous ceramic and the activated carbon decreases. If the original adsorptive action is reduced, and if it exceeds 5% by weight, elution is concerned, and it becomes impossible to use it for drinking water or food.
[0018]
According to the invention of claim 2, the ore grains serving as the structure of the porous ceramic, the activated carbon grains, the antibacterial metal, and the binder made of clay or frit glass for joining them are mixed and formed into a predetermined shape. because molded to firing, the binder is bonded to each other and ore particles and activated carbon particle and antimicrobial metal, thus since these grains are firmly bound, there is no Rukoto activated carbon and antibacterial metal is spilled, especially When used in a liquid, elution of the antimicrobial metal can be reliably prevented.
[0023]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on one embodiment shown in FIGS. 1A and 1B show examples of adsorption ceramics formed into various shapes. FIG. 1A shows an
FIG. 2 is a structural diagram schematically showing a sintered crystal structure of the
[0024]
The ore serving as the ceramic structure has the following composition ratio. That is, the general composition of the ceramic is silicon oxide SiO 2 and aluminum oxide Al 2 O 3 , but the ceramic structure of the present invention has at least an alkali metal and an alkaline earth metal in addition to the main composition. Is mixed in an amount of 5% by weight or more and 30% by weight or less. The alkali metal oxide is sodium oxide Na 2 O and potassium oxide K 2 O, and the alkaline earth metal oxide is calcium oxide CaO.
[0025]
Incidentally, the following Table 1 shows an example of the composition ratio of the porous ceramic that can be used.
[0026]
[Table 1]
Each of the ceramic structures shown in Use Example 1 and Use Example 2 in Table 1 contains 5% by weight or more and 35% by weight or less of an oxide of an alkali metal and an alkaline earth metal. Note that silicon oxide SiO 2 and aluminum oxide Al 2 O 3 are the main components of the ceramic structure, and their presence is indispensable.
The ore 1 as a raw material of such a ceramic structure has an average particle size of 5 μm or more and 1000 μm or less, and preferably in the range of 150 to 500 μm.
[0027]
For the ore 1, activated carbon powder 2 is made of inexpensive and easily available coconut shell activated carbon, and the coconut shell activated carbon emits water contained in coconut shell fibers, and this is used as the activated carbon powder. It has a porous structure in which a large number of pores are formed in the trace of moisture. In this example, activated carbon powder having a porosity in the range of 30 to 70% and a specific surface area in the range of 800 to 1500 m 2 / g is used, and has extremely excellent adsorptivity. The average particle size of the activated carbon powder is 5 μm or more and 1000 μm or less, preferably the same as the average particle size of the ore 1 constituting the ceramic structure, but within 10 times the average particle size of the ore 1 constituting the ceramic structure. It may be larger than the diameter.
[0028]
The antimicrobial metal may be any of silver, copper, and zinc, but silver powder is used for performance and other reasons. In addition, silver can be obtained from silver nitrate.
[0029]
As the clay used as the binder 4, for example, Frog-eyed clay is used. The use of the frog eye clay allows the frog eye clay to have a porous structure after being fired and exhibit an adsorption action.
[0030]
As the frit glass used as the binder 4, a frit having a melting temperature of 650 to 950 ° C is used.
[0031]
Table 2 below shows the mixing ratio of these ore grains 1, activated carbon powder 2,
[0032]
[Table 2]
Sample 1 is a case where the ratio of activated carbon is small and no frit glass is used, and Sample 2 is a case where the ratio of activated carbon is large and frit glass is used.
[0033]
A method for manufacturing the adsorbing
Water is added to a material having a mixing ratio such as Sample 1 and Sample 2, and the mixture is kneaded to obtain a clay state which is easy to form a predetermined shape and which has a hardness sufficient to maintain the shape. The
[0034]
In the ceramic molded article manufactured by such a method, the water used at the time of mixing is scattered and removed in the firing step, and pores, that is, voids 5 of continuous pores are formed between the particles. Table 2 shows various characteristics of the adsorption ceramic obtained by such firing. These characteristics are packing density, JIS hardness, MS hardness, pore surface area, pore volume, and average pore diameter.
[0035]
The adsorption ceramics of Sample 1 and Sample 2 have the following effects.
Since the porous ceramic structure itself has the pores 5 of continuous pores, the adsorptive ceramic having the properties of the samples 1 and 2 has impurities 5 contained in a liquid such as water and a gas such as air, for example, a toxic substance. Adsorb contaminants such as microorganisms, molds, viruses, pesticides, heavy metals, etc. In particular, since the activated carbon attached to the porous ceramic structure has fine continuous pores, the activated carbon exhibits an excellent adsorption action. As a result, for example, when immersed in or passed through tap water, contaminants such as toxic substances, microorganisms, fungi, viruses, pesticides, and heavy metals contained in the tap water are satisfactorily adsorbed. In addition, it is possible to remove moldy odor and odor of mold.
[0036]
Activated carbon cannot adsorb ammonia, but porous ceramics adsorb ammonia. Therefore, it is possible to suppress the reaction between chlorine and ammonia and prevent the generation of odor.
[0037]
Further, the adsorbed ceramic has an action of removing trihalomethane and residual chlorine.
Table 3 shows the measurement results of trihalomethane. In this test, the trihalomethane adsorption performance of river water pumped from the Yodo River was tested. The collected Yodogawa water had a trihalomethane concentration of 0.021 mg / l, and 50 g of the sample 1 adsorption ceramic was immersed in 200 ml of the collected water, and the amount of trihalomethane after 1 minute, 5 minutes, and 10 minutes was measured. It was measured.
[0038]
[Table 3]
From the above test results, it was measured that the adsorbed ceramic of this example decreased to 14% after 1 minute of immersion in the collected water, to 0.5% after 5 minutes, and to 0.04% after 10 minutes. It can be confirmed that the adsorption performance is extremely excellent. Activated carbon can remove trihalomethane to some extent, but activated carbon does not have sufficient ability to remove trihalomethane. The reason why the adsorption ceramic of this example is excellent in trihalomethane adsorption performance is not clear, but the following points are presumed.
[0039]
That is, the porous ceramic structure contains 5% by weight to 30% by weight of an oxide of an alkali metal such as Na or K and an oxide of an alkaline earth metal such as Ca. It is considered that the presence of an oxide of, or an oxide of an alkaline earth metal suppresses the generation of trihalomethane.
[0040]
When the mixing ratio of the alkali metal oxide and the alkaline earth metal oxide is less than 5% by weight, the adsorbing action of trihalomethane is small, and the effect is low. Therefore, the mixing of 5% by weight or more is necessary. If it exceeds 35% by weight, silica and alumina, which are the main components of the porous ceramic structure, decrease, and the ceramic strength decreases.
[0041]
And since the adsorption ceramic of this example mixes silver as an antibacterial metal, this silver combines with halogen to generate silver halide, which is also considered to reduce trihalomethane.
[0042]
Table 4 shows the measurement results of residual chlorine. In this test, the residual chlorine concentration was adjusted to 2 mg / l by adding sodium hypochlorite solution to tap water, and 50 g of the adsorption ceramic of Sample 1 was immersed in 200 ml of the test water, and the test was performed for 1 minute, 5 minutes, After 10 minutes, the amount of residual chlorine was measured.
[0043]
[Table 4]
From the above test results, the residual chlorine is hardly detected by being adsorbed by the adsorbed ceramic. This is probably because activated carbon is excellent in the property of adsorbing residual chlorine, and thus is adsorbed on activated carbon.
[0044]
Table 5 shows whether the harmful impurities do not elute from the adsorbed ceramic when the adsorbed ceramic is immersed in water. 50 g of the adsorption ceramic of sample 1 was immersed in 2 liters of tap water, allowed to stand at room temperature for 72 hours, and the immersion water was measured for the detection of cadmium, lead and arsenic.
[0045]
[Table 5]
From the above test results, it is confirmed that even when the adsorbed ceramic of this example is immersed in water and used, no leaching of impurities is observed, and it can be used safely.
[0046]
Since the adsorption ceramic has
[0047]
As described above, when silver is used, silver is combined with halogen to form silver halide, thereby suppressing the precipitation of trihalomethane.
[0048]
The porous ceramic of the embodiment is obtained by mixing ore grains 1, activated carbon powder 2,
[0049]
Therefore, the adsorbed ceramic is not damaged, the activated carbon is not spilled, peeled off by wetting, and the antibacterial metal is not eluted.
[0050]
In particular, elution of
[0051]
[Table 6]
From Table 6, it was confirmed that the elution of silver was 0.05 mg / l after 24 hours, but this was within the safety standards.
[0052]
By using clay and frit glass as the binder 4, it is possible to combine not only the ore grains, the activated carbon grains and the dissimilar substances of the antibacterial metal, but also to form a ceramic structure, and to form an adsorbed ceramic of any shape. Can be formed. In particular, when frit glass is mixed, the MS method hardness is improved, and the mechanical strength against breakage, chipping, abrasion, and the like is improved. However, if the frit glass is excessively used, the voids 5 and the activated carbon 2 are clogged. Therefore, the amount of the frit glass should not exceed 20% by weight.
[0053]
Furthermore, it is convenient to combine the activated carbon powder with the average particle diameter of the activated carbon powder and the particle diameter of the ceramic ore, but the activated carbon powder may be large. When the ceramic particles are larger than the activated carbon powder, the function of the ceramic particles to hold the activated carbon powder is reduced, so that the sintered particles cannot be maintained in a sintered form and are easily damaged.
[0054]
If the average particle size of the activated
[0055]
In the case of the above embodiment, the description has been made with respect to the treatment of tap water. However, the adsorption ceramic of the present invention is not limited to the treatment of tap water, and because of its excellent adsorption performance, water treatment of pools and baths, water supply and sewage. It can be used for industrial applications such as various liquid treatments, such as water treatment, factory wastewater treatment, etc., as a filter material, and as a odor remover for gaseous fields. It can be applied to the electronics industry, environmental purification, medical care, agriculture, forestry, fisheries and other living environments.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are perspective views of adsorption ceramics having different shapes according to the present invention, wherein FIG. 1A is a spherical adsorption ceramic, FIG. 1B is a columnar adsorption ceramic, and FIG.
FIG. 2 is a structural diagram schematically showing a crystal structure of an adsorption ceramic.
[Explanation of symbols]
1 ore of ceramic material 2 ... activated
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