造粒用纤维状粘合剂

技术领域

本发明涉及造粒用纤维状粘合剂。更详细而言，本发明涉及用于净化水的活性炭造粒用纤维状粘合剂。

背景技术

以往，利用净水器净化的自来水作为饮用水、烹饪用的水使用。一般而言，净水器中与过滤器等一起组入活性炭、活性炭粒子的成型体作为过滤材使用。例如提出了组入棕榈壳活性炭粉末等活性炭粒子的成型体的净水器。

然而，为了使活性炭容易处理，研究了造粒活性炭的使用。制作造粒活性炭使用造粒用的粘合剂。特别是在使用纤维状粘合剂的情况下，活性炭粒子与纤维交缠，除此之外，存在于活性炭粒子的表面的氧原子与粘合剂纤维具有的羟基氢键合等，粒状活性炭与粘合剂键合而形成有造粒活性炭(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017－178697号公报。

发明内容

在使用上述的纤维状粘合剂的造粒活性炭的制造中，在粘合剂纤维直径大、纤维长度长的情况下很难造粒，不易造粒成二次粒子状，除此之外，在制成的造粒体中，强度也低，利用净水器在造粒体中通水时造粒体容易崩坏。

本发明鉴于上述情况而进行，目的在于，在使用纤维状粘合剂的造粒活性炭的制造中，确定粘合剂纤维的适当的粒度范围，更可靠或高强度地进行造粒活性炭的造粒。

(1)本发明的造粒用纤维状粘合剂是由利用激光衍射法测定的中值径D

(2)在(1)的发明中，更优选D

(3)在(1)或(2)的发明中，更优选D

(4)在(1)～(3)中任一项的发明中，进一步更优选D

(5)在(1)～(4)任一项的发明中，上述造粒用纤维状粘合剂可以是丙烯酸或者纤维素。

(6)另外，本发明提供一种水处理用造粒滤材，具有(1)～(5)中任一项所述的造粒用纤维状粘合剂。

(7)在(6)的发明中，上述水处理用造粒滤材可以包含活性炭或离子交换体构成。

根据本发明，在使用纤维状粘合剂的造粒活性炭的制造中，确定粘合剂纤维的适当的粒度范围，更可靠或高强度地进行造粒活性炭的造粒。

附图说明

图1是将以往的粒状活性炭的表面附近的截面放大的示意图。

图2是将本实施方式所涉及的粒状活性炭的表面附近的截面放大的示意图。

图3是表示某纤维状粘合剂的粒度分布的图。

图4是表示以往的粒状活性炭的SEM照片。

图5是表示本实施方式所涉及的造粒活性炭的SEM照片。

图6是表示本实施方式所涉及的造粒活性炭的SEM照片。

图7是表示本实施方式所涉及的纤维状粘合剂的粒度分布的图。

图8是表示本实施方式所涉及的纤维状粘合剂的粒度分布的图。

具体实施方式

本实施方式所涉及的造粒活性炭例如在净化自来水等被处理水的净水装置的净水盒中使用。这样的造粒活性炭对被处理水中含有的除去对象物进行氧化分解、吸附而除去。作为除去对象物，例如可举出自来水中含有的游离残留氯等臭味物质、三卤甲烷等有机化合物等。

＜造粒活性炭＞

本实施方式所涉及的造粒活性炭包含粒状活性炭、造粒用纤维状粘合剂而构成。

作为粒状活性炭，可以使用由任意的起始原料得到的活性炭。具体而言，可以使用在高温下使棕榈壳、煤、酚醛树脂等碳化后进行活化而形成的活性炭。活化是使碳质原料的微细孔发达而变为多孔质的反应，利用二氧化碳、水蒸气等气体、化学药品等进行。这样的粒状活性炭几乎由碳构成，一部分成为碳与氧或氢的化合物。

本实施方式的粒状活性炭的中心粒径D

应予说明，粒状活性炭的中心粒径D

应予说明，本实施方式中粒状活性炭的中心粒径D

本实施方式所涉及的包含上述粒状活性炭的造粒活性炭对除去对象物具有大的吸附速度。

用于净水器的净水盒中要求极大的吸附速度。例如一般的净水盒的容量为35cc左右，对此使作为被处理水的例如流量2500cc/min的自来水透过时，计算约在0.8秒更换盒中的水的总量。因此，在活性炭的吸附速度不充分的情况下，根据被处理水的流量，除去对象物的除去变得不充分。

这里，本实施方式所涉及的粒状活性炭与以往的粒状活性炭相比粒径更小。基于活性炭的吸附速度与粒径的关系，参照以下附图进行说明。

图1是将以往的净水器中使用的粒状活性炭(粒径80μm)的表面附近的截面放大的示意图。另外，图2是同样地将本实施方式所涉及的直径比较小的粒状活性炭(例如，粒径10μm左右)的表面附近的截面放大的示意图。

在图1和图2中，a表示直径50nm以上的大孔，b表示直径2～50nm的中孔，c表示直径2nm以下的微孔。另外，黑点部表示吸附除去对象物的反应位点。活性炭表面的细孔吸附与孔的大小匹配的物质，但如图1和图2所示，反应位点主要存在于微孔c中。这是由于水处理的除去对象物主要是例如游离氯、作为三卤甲烷的CHCl

图1中，从活性炭表面侵入的CHCl

本实施方式所涉及的造粒活性炭中包含的纤维状粘合剂例如是称为超细纤维、纳米纤维的微细的纤维，与粒状活性炭交缠而形成造粒体。作为这样的超细纤维、纳米纤维，例如可举出纤维素超细纤维、纤维素纳米纤维。

已知纤维素由树木、植物、一部分的动物、菌类等产生。该纤维素具有聚集成纤维状的结构，并且纤维直径为微米尺寸的纤维称为纤维素超细纤维、纤维直径小于微米尺寸的纤维称为纤维素纳米纤维。

天然中纤维素纳米纤维因纤维间的氢键等的相互作用而以牢固地聚集的状态存在，几乎不以单纤维的形式存在。另外，例如作为纸的原料使用的纸浆是将木材解纤而成，但是具有10～80μm左右的微米尺寸的纤维直径，因上述氢键等相互作用而成为纤维素纳米纤维牢固地聚集的纤维状的形态。通过使这样的纸浆的解纤进一步进行，得到纤维素纳米纤维。作为解纤方法，可举出酸水解法等化学处理、磨床法等机械处理。

本实施方式的造粒活性炭是上述粒状活性炭与作为上述纤维的纤维素纳米纤维等键合而成的。

粒状活性炭与作为纤维状粘合剂的纤维素纳米纤维等键合而形成造粒体的机理尚不明确，例如考虑以下的原因。首先，纤维状粘合剂与粒状活性炭交缠而显示机械强度。本实施方式所涉及的造粒活性炭可以通过后述的造粒活性炭的制造方法，以纤维状粘合剂与粒状活性炭交缠的状态制成造粒体。

另外，粒状活性炭的表面并不是完全的疏水性，几％的氧以羟基、或羟基的形态存在于活性炭表面。同样地，在纤维素纳米纤维等的表面存在有由纤维素得到的羟基。因此，认为在活性炭表面与纤维素纳米纤维之间形成氢键，牢固地形成了造粒体。

应予说明，本发明中“键”是包括由上述纤维状粘合剂与粒状活性炭交缠而形成的机械键和氢键这样的化学键的概念。

本实施方式所涉及的造粒活性炭中包含的纤维状粘合剂的利用激光衍射法测定的粒径D

在纤维状粘合剂的粒径大且高强度的情况下，造粒时碳粒子被纤维状粘合剂的弹力推回等，纤维中碳粒子难以交缠，不易形成造粒活性炭。另一方面，在纤维状粘合剂的粒径小的情况下，由于纤维短且细，所以保持交缠的碳粒子的力很弱，造粒活性炭容易崩坏。只要纤维状粘合剂的粒径为上述的范围内，就能够可靠且高强度地形成造粒活性炭。

图3是表示某粘合剂纤维的粒度分布的图。市售的纤维状粘合剂化合物中，考虑到大量存在纤维直径、纤维长度同等的粒子，实线图推断为形成于粒径50～1000μm附近的凸部中，左肩表示纤维直径、右肩表示纤维长度。

＜净水盒＞

本实施方式所涉及的净水盒用于净化自来水等被处理水的净水器，包含上述造粒活性炭。作为本实施方式所涉及的净水盒，没有特别限定。

净水盒中包含的造粒活性炭例如分散在水中而浆料化后抽吸成型，作为活性炭成型体使用。活性炭成型体可以进一步包含原纤维、交换性材料。

另外，本实施方式所涉及的净水盒可以包含作为上述活性炭成型体的支承部件的陶瓷过滤器等、中空丝膜等过滤器或者用于保护上述活性炭成型体表面的无纺布等。

＜造粒活性炭的制造方法＞

本实施方式的造粒活性炭的制造方法包含搅拌工序、造粒工序、脱水工序。

首先，搅拌工序中，通过将经公知的方法粉碎和分级的任意的粒径的粒状活性炭、纳米纤维等纤维状粘合剂和水混合，进行搅拌，从而得到浆料状的原料混合物。

接下来，造粒工序中，将原料混合物造粒。作为造粒方法，没有特别限定，例如可以使用喷雾干燥法进行造粒。喷雾干燥法中，通过将原料混合物投入到喷雾干燥器进行喷雾干燥，得到原料混合物的粒子。通过适当地调整喷雾干燥器的喷出压力、喷嘴直径、循环风量、温度等的参数，能够形成任意的大小的粒子。通过使用上述喷雾干燥法，能够以粒状活性炭与纤维状粘合剂交缠的状态制造造粒体(干燥状态)。

应予说明，作为调整本发明的纤维状粘合剂的粒径的方法，以高压均质机等强剪切力解纤的方式中，在适当地调整压力条件·处理次数等的同时处理纤维状粘合剂，能够得到所希望的粒径的纤维状粘合剂。

之后，在脱水工序中，将所形成的原料混合物的粒子载置在加热炉进行脱水。加热温度没有特别限制，例如可以为130℃左右。通过脱水工序脱水，从而粒状活性炭与纤维状粘合剂成为牢固的造粒体，即使投入到水中，造粒体结构也不崩坏。

通过以上的工序，能够制造本实施方式所涉及的造粒活性炭。

上述说明的本实施方式所涉及的造粒活性炭与以往的粒状活性炭相比，净化性能更优异。

图4和图5是将以往的粒状活性炭和本实施方式所涉及的造粒活性炭用63μm/90μm(170mesh/230mesh)的筛，使粒度分布同样地一致，分别利用扫描式电子显微镜拍摄得到的照片。

图4表示以往的粒状活性炭1，图5表示本实施方式所涉及的包含粒状活性炭21的造粒活性炭2。另外，图5是将本实施方式所涉及的造粒活性炭2进一步放大而利用扫描式电子显微镜拍摄得到的照片。由图6可知，因粒状活性炭21和纤维22交缠而不在使用粘合剂树脂的情况下形成了造粒体。

另外，由图4和图5可知，本实施方式所涉及的造粒活性炭2是将与以往的粒状活性炭1相比粒径更小的粒状活性炭21造粒而形成的，比表面积优异。

此外，本实施方式中，作为造粒体能否形成的判定手法，没有特别限制，例如可以通过使用电子显微镜等观察有无造粒体进行判定。

本实施方式中，作为造粒活性炭的中心粒径D

应予说明，中心粒径D

以上，根据本实施方式所涉及的造粒活性炭，起到以下的效果。

(1)使造粒用纤维状粘合剂的粒径D

由此，能够使纤维状粘合剂充分地交缠碳粒子，能够形成可靠且高强度的造粒活性炭。

(2)上述纤维状粘合剂的D

(3)并且，将(1)和(2)的纤维状粘合剂的D

(4)并且，将(1)～(3)的纤维状粘合剂的D

(5)并且，使(1)～(4)的纤维状粘合剂为丙烯酸或者纤维素。由此，更可靠地发挥上述的效果。

(6)使用(1)～(5)的造粒用纤维状粘合剂，制成水处理用造粒滤材。利用造粒滤材，滤材成型体的被表面积增加，能够形成净化性能高的水处理用造粒滤材。

(7)使(6)的水处理用造粒滤材包含活性炭或离子交换体。根据活性炭的吸附性和离子交换体的离子交换性，能够形成净化性能高的水处理用造粒滤材。

应予说明，本发明并不限于上述实施方式，能够实现本发明的目的的范围的变形、改进都包含于本发明。

作为本发明的纤维状粘合剂，以纤维素纳米纤维等为例进行了说明，但作为纤维状粘合剂，只要能够形成造粒体，并不限于纤维素纳米纤维等。

实施例

以下，基于实施例，更详细地说明本发明，本发明不受该实施例限定。

＜实施例和比较例＞

根据以下的方法，制造实施例所涉及的造粒活性炭。

首先，将活性炭粉碎、分级，得到粒子状活性炭。向其中加入利用激光衍射法测定的D

应予说明，纤维素纳米纤维以表1所记载的条件进行高压均质机处理，调整粒径。粒径的测定使用MicrotracBEL公司制MT3000II，利用激光衍射法，进行粒度分布测定，鉴定D

并且，将各实施例和比较例所涉及的造粒活性炭成型为φ24.7×φ8.3×长度90mm，实施通水试验。通水试验是以给水压力0.75MPa通水进行。测定从通水开始1分钟后和10分钟后的流量，10分钟后流量没有降低的情况评价为具有高的造粒强度。将通水试验的结果示于表1。(表1A：高强度B：能够通水―：因不能造粒而未实施)

根据图7，D

根据图8，D

D

符号说明

1…粒状活性炭

2…造粒活性炭

21…粒状活性炭

22…纤维状粘合剂