イオン交換フィルタ
【課題】極低濃度イオンを除去する能力と、高い透水性と長寿命を有するイオン交換フィルタを提供する。
【解決手段】イオン交換フィルタ１は、芯材２と、この芯材２の外周に巻回された、流路材シート４とイオン交換シート５との積層シート３とを備えている。イオン交換シート５は、イオン交換繊維の不織布６，６間にイオン交換キャスト膜７を介在させたものである。流路材シート４とイオン交換シート５との間にイオン交換樹脂が配材されている。
【解決手段】イオン交換フィルタ１は、芯材２と、この芯材２の外周に巻回された、流路材シート４とイオン交換シート５との積層シート３とを備えている。イオン交換シート５は、イオン交換繊維の不織布６，６間にイオン交換キャスト膜７を介在させたものである。流路材シート４とイオン交換シート５との間にイオン交換樹脂が配材されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン交換フィルタに係り、特にロール状に巻回されたイオン交換シート及び流路材シートを有するイオン交換フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水中のイオン成分等を除去するためのイオン交換フィルタとして、不織布あるいは多孔質膜といった平膜をプリーツ型にしたもの（例えば特許文献１）がある。
【０００３】
イオン交換膜として、イオン交換樹脂を溶媒中に溶解または分散させてキャスト原液とし、該キャスト原液を基材フィルム上にキャストさせた後、乾燥させて、次いで該基材フィルムから剥離させたキャスト膜が公知である（例えば特許文献２，３）。この特許文献３には、相分離法を利用して製造した多孔質のイオン交換膜が記載されている。
【０００４】
繊維径がナノメーターオーダーである極細のナノファイバの製造方法として電界紡糸法（静電紡糸法）が公知である（下記特許文献４，５等）。この電界紡糸法では、ノズルとターゲットとの間に電界を形成しておき、該ノズルから液状原料を細繊維状に吐出させて紡糸が行われる。細繊維は、ターゲット上に集積されて繊維体となる。なお、本発明者は、イオン交換基を有する極細の繊維（ナノファイバ）を用いたイオン交換フィルタを提案している（特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２０６５０９
【特許文献２】特開２０００−３２７８０９
【特許文献３】特開２００６−１９３７０９
【特許文献４】特開２００７−９２２３７
【特許文献５】特開２００６−１４４１３８
【特許文献６】特開２００９−２１９９５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
プリーツ型イオン交換フィルタは、プリーツの折り込み部分に流れが偏りやすく、上述の超純水のような極低濃度域では十分な除去率を得ることはできない。また、膜厚が薄いために破過が早く寿命が短い。また、イオン除去率を向上させるため、膜厚を厚くしたり、膜の細孔を小さくすると、透水性が犠牲となる。
【０００７】
イオン交換基を有するナノファイバを用いたイオン交換フィルタは、イオン除去性能に優れるが、形成される細孔が小さくなり、膜厚が厚くなると圧力損失が大きくなるという課題がある。
【０００８】
本発明は、イオン交換能が高く、しかも、高い透水性と長寿命を有するイオン交換フィルタを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１のイオン交換フィルタは、イオン交換シートと流路材シートとの積層シートが芯材の外周にスパイラル状に巻回されたイオン交換フィルタにおいて、該流路材シートとイオン交換シートとの間に粒状体を配材したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２のイオン交換フィルタは、請求項１において、前記粒状体がイオン交換樹脂であることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３のイオン交換フィルタは、請求項１又は２において、粒状体の容積が流路材シートの目開き部分の容積の５〜５０％であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４のイオン交換フィルタは、請求項１ないし３のいずれか１項において、粒状体の平均粒径が前記流路材シートの平均厚さの５０〜１５０％であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５のイオン交換フィルタは、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記イオン交換シートが、イオン交換繊維からなるイオン交換繊維布とイオン交換キャスト膜の一方、又は両方を重ねたものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のイオン交換フィルタは、芯材の外周に流路材シートとイオン交換シートとの積層シートをスパイラル状に巻回したものである。このイオン交換フィルタの一端面から他端面に向って被処理液が通液されるか、又は、芯材から放射方向に、もしくは逆に芯材に向って求心方向に被処理液が通液される。このように積層シートが流路材シートを有するので、圧損が小さい。また、一端面から他端面まで通液する場合には、両端面の間のイオン交換シートの全体が吸着帯となり、吸着帯長さが大きいので、イオンの破過までの時間が長くなり、イオン交換の寿命が長いものとなる。
【００１５】
本発明では、この流路材シートとイオン交換シートとの間に粒状体を配材しているので、流路材シートが巻回時の圧迫力によって押し潰されたり、イオン交換シートが流路材シートの目開き部分に押し込まれたりすることが防止され、通液圧損が小さい。粒状体としてイオン交換樹脂を用いた場合には、イオン交換フィルタのイオン交換容量も増大する。
【００１６】
なお、本発明においては、イオン交換シートの少なくとも一部をイオン交換繊維布で構成してもよい。このように構成した場合、被処理液とイオン交換繊維布との接触面積が大きいので、十分に脱イオン処理される。
【００１７】
本発明では、イオン交換シートの少なくとも一部をイオン交換キャスト膜で構成してもよい。この場合、イオン交換フィルタのイオン交換容量が大きくなる。
【００１８】
イオン交換シートを、イオン交換繊維布と、これに接するイオン交換キャスト膜とで構成した場合、イオン交換繊維布で吸着したイオンをイオン交換キャスト膜に移動させて保持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態に係るイオン交換フィルタを示す構成図である。
【図２】実施の形態に係るイオン交換フィルタユニットの断面図である。
【図３】イオン交換フィルタシステムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。なお、以下の説明では被処理液として水が通水されるが、水以外の液体であってもよい。
【００２１】
第１図の（ａ）図は実施の形態で用いられるイオン交換フィルタ１の製作方法を示す断面図、（ｂ）図は積層シートの断面図、（ｃ）図はイオン交換フィルタの斜視図である。
【００２２】
このイオン交換フィルタ１は、芯材２と、この芯材２の外周に巻回された積層シート３とを有する。この積層シート３は、流路材シート４とイオン交換シート５とを積層したものである。芯材２は中実の棒状であってもよいが、重量軽減のために中空パイプ状であってもよい。ただし、水がパイプ内を長手方向に流れないようにパイプの端部を閉止する。また、パイプの外周面にも孔を設けない。芯材の直径は１〜５０ｍｍ特に３〜２０ｍｍ程度が好適である。芯材の材質はポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンのほか、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂が好適であるが、これに限定されない。
【００２３】
流路材シート４は、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン）、ポリエステル、ポリスルホンなどの合成樹脂よりなる不織布、織布、格子状ネットなど通水用空隙を有するものを用いることができるが、格子状ネット（メッシュ）が好適である。流路材シートの厚さは０．１ｍｍ〜３ｍｍ、特に０．２〜２ｍｍ程度が好適であり、細孔径は０．１〜６ｍｍ（目開き：３０％〜９０％）程度が好適である。
【００２４】
この実施の形態では、この流路材シート４とイオン交換シート５との間に、粒状体としてイオン交換樹脂を充填し、イオン交換フィルタのイオン交換容量を大きくすると共に、巻回時の圧迫力による流路材シート４の潰れや、流路材シート４の目開き部分にイオン交換シート５が押し込まれることを防止する。このイオン交換樹脂は、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂のいずれでもよく、両者を併用してもよい。
【００２５】
イオン交換樹脂の平均粒径は流路材シート４の平均厚さの５０〜１５０％特に６０〜１２０％程度が好適である。
【００２６】
このイオン交換樹脂の配材量は、流路材シートの目開き部分の体積（空隙容積）の５０％以下、例えば５〜３０％程度とするのが好ましい。イオン交換樹脂量が多過ぎると、イオン交換フィルタの通水圧損が大きくなる。
【００２７】
イオン交換樹脂を流路材シートとイオン交換シート５との間に配材するには、イオン交換フィルタの製作時にイオン交換樹脂を流路材シート上に散布したり、イオン交換樹脂の分散水を流路材シート上に注ぎかけたり、水溶性のペーストに分散させたイオン交換樹脂を流路材シートの間隙に塗布したりすればよい。
【００２８】
イオン交換シート５は、イオン交換繊維の織布、イオン交換繊維の不織布、イオン交換キャスト膜などのみからなってもよく、これらの２種以上を組み合わせたものであってもよい。また、イオン交換シート５は、第１図（ｂ）のように、イオン交換繊維の不織布６，６間にイオン交換キャスト膜７を介在させた３層構造のものであってもよい。このイオン交換シート５の好適例については後に詳述する。
【００２９】
この積層シート３を芯材２の外周にロール状（渦巻状）に巻回してイオン交換フィルタ１とする。この巻き付けによる層の数（芯材２を回転させる場合は、合計の回転数）は１０〜２００特に３０〜１００程度が好適である。積層シート３を巻き付けるとロール状巻回体となる。
【００３０】
第１図（ｃ）の通り、このロール状巻回体よりなるイオン交換フィルタ１の一端面から他端面に向って被処理水が通水される。
【００３１】
第２図は、第１図（ｃ）のイオン交換フィルタ１を組み込んだイオン交換フィルタユニット１０を示す平面図である。
【００３２】
このイオン交換フィルタユニット１０は、被処理水の流入口１１と濾過水の流出口１２とを有した円筒状のハウジング１３内にイオン交換フィルタ１を同軸状に配置したものである。流出口１２には、ノズル１４ａを有したエンドプレート１４が取り付けられている。図示は省略するが、イオン交換フィルタ１の外周面とハウジング１３の内周面との間にはリング状シール部材が設けられる。
【００３３】
第３図のように、このイオン交換フィルタユニット１０を耐圧容器１７内に配置し、流出ノズルを容器出口部１８に接続する。そして、耐圧容器１７の供給口１６からこの耐圧容器１７内に被処理水を供給してイオン交換フィルタユニット１０内に流入させ、濾過水（処理水）を出口部１８から取り出す。
【００３４】
なお、図示は省略するが、第２図のイオン交換フィルタユニット１０において、右端面にもノズル１４ａ付きのエンドプレート１４を取り付け、一方の端面のノズル１４ａから被処理水をハウジング１３内に供給し、他方の端面のノズル１４ａから処理水を取り出すようにしてもよい。
【００３５】
上記説明では、イオン交換フィルタ１の一端面から他端面に通水する方式としているが、求心方向又は放射方向の通水方式としてもよい。即ち、芯材２を有孔とし、ロール状巻回体よりなるイオン交換フィルタの外周面から求心方向に通水して芯材２から処理水を取り出したり、逆に芯材２内から放射方向に通水してロール状巻回体よりなるイオン交換フィルタの外周面から処理水を取り出すようにしてもよい。このように求心方向又は放射方向の通水方式とする場合、イオン交換シート５に切れ目や小孔を設けて通水圧損を小さくするようにしてもよい。
【００３６】
求心方向に通水する場合、イオン交換フィルタは、例えば第３図のように、耐圧容器１７内に配置し、イオン交換フィルタ１の外周面から被処理水を流入させ、濾過水を出口部１８から取り出すように用いられる。当然ながら、芯材２の出口部１８と反対側の端面はブラインドプレート等によって閉鎖される。
【００３７】
［イオン交換シート及びこれを芯材に巻回したイオン交換フィルタの詳細な説明］
イオン交換シートには、前述の通り、イオン交換キャスト膜や、イオン交換繊維の織布又は不織布などが用いられる。以下に、これらについて詳細に説明する。
【００３８】
（１） イオン交換繊維シート
イオン交換繊維としては以下の（ａ）〜（ｄ）の材料を電界紡糸法又は溶融紡糸法で紡糸したものが好適である。イオン交換繊維シートは、これらを単独又は複合で用いて不織布または織布としたものである。
【００３９】
（ａ）荷電性高分子繊維としてパーフルオロカーボンスルホン酸重合体（ナフィオン（登録商標）、フミオン（ＦｕＭＡ−Ｔｅｃｈ社製）
（ｂ）非荷電性高分子繊維からなる基材にイオン交換基が化学的に付与されたもの
（ｃ）荷電性高分子繊維としてパーフルオロカーボンスルホン酸重合体（ナフィオン（登録商標）、フミオン）を骨格材に担持して骨格材と一体化したもの
（ｄ）非荷電性高分子繊維からなる基材にイオン交換基が化学的に付与されたものを骨格材と一体化したもの
【００４０】
イオン交換繊維シートの厚さは０．０１〜１ｍｍ程度が好適であり、細孔径は０．１〜１００μｍ（エアーフロー法により測定、以下同様）程度が好適であり、イオン交換容量は０．０５〜３ｍｅｑ／ｇ、０．０３〜１．５ｍｅｑ／ｃｍ３程度が好適である。イオン交換基のない繊維を紡糸して繊維シートを作成した後に、グラフト重合法や他の化学反応法（求電子置換反応、付加反応など）によりイオン交換基を繊維シートに付与することもできる。
【００４１】
上記の非荷電性高分子としては、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエステル、ポリビニリデンフロライドなどが例示される。
【００４２】
イオン交換基としては、種々のカチオン交換基又はアニオン交換基等を用いることができる。例えば、カチオン交換基としては、スルホン基などの強酸性カチオン交換基、リン酸基などの中酸性カチオン交換基、カルボキシル基などの弱酸性カチオン交換基、アニオン交換基としては、第１級〜第３級アミノ基などの弱塩基性アニオン交換基、第４級アンモニウム基などの強塩基性アニオン交換基を用いることができ、或いは、上記カチオン交換基及びアニオン交換基の両方を併有するイオン交換体を用いることもできる。
【００４３】
骨格材としては、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエステル、ポリビニリデンフロライドなどからなる不織布、織布などが例示される。
【００４４】
イオン交換繊維としては、相当直径が１〜１０００ｎｍ、特に１０〜７００ｎｍ程度の著しく細い繊維が好適である。ここで「相当直径」とは、１本の繊維（ファイバ）の断面積と断面積の外周長さとから、（相当直径）＝４×（断面積）／（断面の外周長さ）によって算出される値である。
【００４５】
イオン交換繊維の長さは、１μｍ以上が好適である。なお、電解紡糸で作製した場合、数ｃｍの長さにすることができ、また連続的に紡糸することもできるため、さらに数倍以上に長くすることができる。
【００４６】
なお、イオン交換繊維を紡糸する際、荷電性高分子は、単独で紡糸することが難しい場合があり、紡糸出来ても繊維同士の荷電反発により、かさ（嵩）が高くなって収まりが悪くなり（即ち、嵩密度が低くなり）、フィルタ化に適さないことがある。一方、非電解質高分子は、単独で紡糸することが容易なものを選定することが可能で、紡糸後、繊維同士の反発がないため、フィルタ化し易い。そのため、電解質ポリマーと非電解質ポリマーを混合して紡糸することにより、両者の優れた特徴を有する繊維を得ることができる。電界紡糸においては、紡糸時の紡糸性も向上する。
【００４７】
（２） イオン交換キャスト膜
イオン交換キャスト膜としては以下の（ｅ）〜（ｈ）の１種又は２種以上を用いて相分離法などにより製造した多孔質膜（フィルム）が好適である。このフィルムをさらに延伸してもよい。
【００４８】
（ｅ）パーフルオロカーボンスルホン酸重合体（ナフィオン（登録商標）、フミオン）をガラスなどの基板上に塗布した後に基板を取り除いたフィルム状のもの
（ｆ）非荷電性高分子からなる基材にイオン交換基が化学的に付与されたものをガラスなどの基板上に塗布した後に基板を取り除いたフィルム状のもの
（ｇ）パーフルオロカーボンスルホン酸重合体（ナフィオン（登録商標）、フミオン）を骨格材に塗布して骨格材と一体化したもの
（ｈ）非荷電性高分子からなる基材にイオン交換基が化学的に付与されたものを骨格材に塗布して骨格材と一体化したもの
【００４９】
このキャスト膜の厚さは０．０１〜１ｍｍ程度が好適であり、細孔径は１０μｍ以下が好適であり、イオン交換容量は０．２〜４ｍｅｑ／ｇ、０．１〜３ｍｅｑ／ｃｍ３程度が好適である。非荷電性の高分子を成膜してキャスト膜を作成した後にグラフト重合法や、他の化学反応法（求電子置換反応、付加反応など）によりイオン交換基をキャスト膜に付与することもできる。
【００５０】
非荷電性高分子、イオン交換基、骨格材としては上記のイオン交換繊維シートの場合と同様のものを用いることができる。
【００５１】
（３） イオン交換繊維シートとイオン交換キャスト膜とを積層したイオン交換シートの長所
イオン交換繊維シートの繊維表面をイオン交換の場とすることにより、繊維周辺における流体の接触効率が向上するため、イオンの吸着速度が高まる。ただし、イオン交換繊維シートのみでは、吸着したイオンの保持容量に限界がある。
【００５２】
一方、イオン交換キャスト膜の場合、イオンを除去するための官能基を高密度に保持させることができ、イオン除去容量を確保することができる。そこで、イオン交換繊維シートにイオン交換キャスト膜を接触させることで、イオン交換繊維に吸着させたイオンをイオン交換キャスト膜に移動させて高密度に保持させることができる。また、イオン交換シートをロール状に巻回したイオン交換フィルタに対し一端面から他端面に向って通水した場合、該イオン交換フィルタの巻回軸心方向の長さが吸着帯の長さとなり、吸着帯長さが大きくなる。これにより、破過時間が長くなり、フィルタの寿命が長くなる。
【００５３】
イオン交換繊維シートの場合は、イオン交換繊維を細くして比表面積を大きくすることにより、イオン交換容量を高めることができる。一方、イオン交換キャスト膜はイオン交換繊維シートよりも緻密であり、透過抵抗は高くなる。
【００５４】
そこで、これら、イオン交換繊維シートとイオン交換キャスト膜とを積層させたイオン交換シートと、流路材シートとを積層すると共に、ロール状イオン交換フィルタに対し一端面から他端面に向って通水すること、即ち芯材と平行に通水することにより、圧力損失が小さくなる。
【００５５】
［粒状体の材料］
粒状体の材料として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、フッ素系樹脂、ポリスチレン・ジビニルベンゼン架橋物、およびこれらから誘導されるイオン交換樹脂、キレート樹脂を挙げることができる。
【００５６】
イオン交換樹脂として、カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂を用いることができる。カチオン交換樹脂としては、強酸性スルホン基を有するＳＫ１Ｂ、弱酸性カルボキシル基を有するＷＫ２０、アニオン交換樹脂としては、強塩基性トリメチルアンモニウム基を有するＳＡ１０Ａ、強塩基性ジメチルエタノールアンモニウム基を有するＳＡ２０Ａ、弱塩基性１、２級アンモニウム基を有するＷＡ２０などを挙げることができる（以上の商品はいずれも三菱化学株式会社製）。
【００５７】
キレート樹脂としては、ホウ素選択吸着性を有するＣＲＢＯ２、２価カチオン選択吸着性を有するＣＲ１０、ＣＲ１１などを挙げることができる。合成吸着材として、有機物吸着性を有するＳＰ８００、ＳＰ２０５などを挙げることができる（以上の商品はいずれも三菱化学株式会社製）。
【００５８】
粒状体の平均粒径は、流路材の厚さの５０〜１５０％、特に６０〜１２０％が望ましく、形状として、球形、立方体、直方体のものを用いることができる。
【００５９】
［被処理水］
本発明のイオン交換フィルタは、水中に溶解しているイオン性物質、コロイド、粒子の除去に好適に使用することができ、対象としては、市水、井水、河川水、湖水、工水を始め、生物処理、凝集処理、沈殿処理、加圧浮上処理、ろ過、活性炭処理、イオン交換樹脂処理、精密ろ過、限外ろ過、逆浸透処理、電気再生式脱イオン処理、脱炭酸処理、ＵＶ処理などのいずれかの処理を施した水が例示される。
【００６０】
被処理水のイオン濃度が高いと、フィルタの寿命が短くなり、交換頻度も多くなるため、イオン交換樹脂処理や逆浸透処理、電気再生式脱イオン処理等による前処理を実施する方が効率的になる。本発明のフィルタは、イオン濃度が低い水や、ある程度イオンが除去された水に対して、さらにイオンを除去する場合に有効である。例えば、比抵抗１ＭΩ・ｃｍ以上の超純水からさらにイオンを除去するために使用する場合を挙げることができる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例及び比較例について説明する。
【００６２】
下記のイオン交換キャスト膜Ａ、流路材シートＢ、芯材Ｃ、イオン交換樹脂Ｄ，Ｅ、及びイオン交換不織布Ｆを用いてイオン交換フィルタを製造し、ハウジングに収容し、通水した。
【００６３】
＜材料＞
・イオン交換キャスト膜Ａ
カチオン交換膜Ｆｕｍａｐｅｎ Ｆ９４０（Ｆｕｍａｔｅｃ社製）を使用した。
・流路材シートＢ
ポリプロピレン製メッシュ、厚さ０．６ｍｍ、繊維太さ０．３ｍｍ、目開き７５％を使用した。
・芯材Ｃ
フッ素樹脂製、直径３ｍｍ
・イオン交換樹脂Ｄ
カチオン交換樹脂ＳＫ１Ｂ（三菱化学株式会社製、含水率４０％、平均粒径０．６ｍｍ）を用いた。
・イオン交換樹脂Ｅ
アニオン交換樹脂ＳＡ１０Ａ（三菱化学株式会社製、含水率４０％、平均粒径０．６ｍｍ）を用いた。
・イオン交換不織布Ｆ
シリンジ径３０Ｇのシリンジに、非電解質ポリマーと電解質ポリマーとを含む溶液としてナフィオン１４重量％、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）９重量％、ＤＭＡｃ（ジメチルアセトアミド）７７重量％の溶液を入れ、シリンジ側をプラス、繊維を捕集するターゲット側にマイナス５０ｋＶの電圧（４ｋＶ／ｃｍの電位勾配）をかけることにより、カチオン交換繊維を紡糸し、それを積層させて直径３００ｎｍの繊維からなる厚さ３０μｍのカチオン交換繊維の不織布を製造した。
【００６４】
＜比較例１＞
幅を５．６ｃｍに揃えたイオン交換キャスト膜Ａと流路材シートＢとを積層し、芯材Ｃに巻き回してイオン交換フィルタを製作した。これをそのまま内径２ｃｍ、長さ９ｃｍの円筒容器（ハウジング）に挿入した。
【００６５】
＜実施例１＞
流路材シートＢの上にイオン交換樹脂Ｄを流路材シート１ｃｍ２当り６ｍｇの割合で散布した。この散布はイオン交換樹脂Ｄの分散水（体積分率として５０％）を流路材シート上に注ぎかけることにより行った。
【００６６】
幅５．６ｃｍのイオン交換キャスト膜Ａと、幅６．５ｃｍのイオン交換樹脂Ｄ含有流路材シートＢとを積層し、芯材Ｃに巻回してイオン交換フィルタとし、内径２ｃｍ、長さ９ｃｍの円筒容器の中央部に挿入した。
【００６７】
比較例１、実施例１ともに、円筒容器に５％塩酸を２４時間、３回通水し、イオン交換シート及びイオン交換樹脂のＨ型への置換を行い、超純水洗浄を４８時間行った。
【００６８】
＜比較例２＞
幅を５．６ｃｍに揃えた、イオン交換不織布Ｆ、イオン交換キャスト膜Ａ、イオン交換不織布Ｆ、及び、幅６．５ｃｍの流路材シートＢをこの順に重ねた積層シートを芯材Ｃに巻回してイオン交換不織布とし、内径２ｃｍ、長さ９ｃｍの円筒容器に挿入した。
【００６９】
＜実施例２＞
流路材シートＢの上にイオン交換樹脂Ｄを流路材シート１ｃｍ２当り６ｍｇの割合で散布した。この散布は実施例１と同様にして行った。
【００７０】
幅５．６ｃｍのイオン交換不織布Ｆ、イオン交換キャスト膜Ａ、イオン交換不織布Ｆと、幅６．５ｃｍのイオン交換樹脂Ｄ含有流路材シートＢとを積層し、芯材Ｃに巻回してイオン交換フィルタとし、内径２ｃｍ、長さ９ｃｍの円筒容器の中央部に挿入した。
【００７１】
比較例２、実施例２ともに、円筒容器に５％塩酸を２４時間、３回通水し、イオン交換シート、あるいは樹脂のＨ型への置換を行い、超純水洗浄を４８時間行った。
【００７２】
＜実施例３＞
流路材シートＢの目開き部分に、５％ＮａＯＨによってＯＨ型とし、純水洗浄を行ったイオン交換樹脂Ｅを流路材シート１ｃｍ２当り６ｍｇの割合で散布した。この散布は実施例１と同様にして行った。
【００７３】
５％塩酸によってＨ型とし、純水洗浄を行った、幅５．６ｃｍのイオン交換キャスト膜Ａと、幅６．５ｃｍのイオン交換樹脂Ｅ含有流路材シートＢとを積層し、芯材Ｃに巻回してイオン交換フィルタとし、内径２ｃｍ、長さ９ｃｍの円筒容器の中央部に挿入した。
【００７４】
＜評価試験＞
８０ｐｐｂのＮａＣｌを添加した超純水を被処理水とし、これを流量１Ｌ／ｍｉｎで通水し、圧力損失と処理水Ｎａ濃度及びＣｌ濃度を測定した。Ｎａ除去率は以下の式で算出した。Ｃｌ除去率の算出式も同様である。結果を表１に示す。
【００７５】
Ｎａ除去率[％]＝(１−［処理水Ｎａ濃度］／［被処理水Ｎａ濃度］)×１００
【００７６】
【表１】
【００７７】
＜考察＞
実施例１は、比較例１と比較して、圧力損失を増大させず、しかも処理水質が向上している。
【００７８】
比較例２は、複数のイオン交換シートを使用したため、比較例１よりも圧力損失が若干高くなっているが、実施例２で示される通り、イオン交換樹脂を使用したことにより、圧力損失が低下し、Ｎａ除去率が向上している。
【００７９】
実施例３では、圧力損失が低下し、アニオン交換樹脂によるＣｌ除去が行われているとともに、比較例１よりもＮａ除去率が向上している。これは、対となるＣｌイオンを除去した効果と考えられる。
【００８０】
いずれの実施例でも、圧力損失の増加を抑えることができており、イオン交換樹脂を流路材シートに挿入することによる流路抵抗の増加よりも、流路の両側のイオン交換シートが流路を圧迫し、流路を狭くすることを防止することによる流路抵抗増加防止効果の方が大きいことが認められる。
【符号の説明】
【００８１】
１ イオン交換フィルタ
２ 芯材
３ 積層シート
４ 流路材シート
５ イオン交換シート
６ イオン交換繊維の不織布
７ イオン交換キャスト膜
１０ 液濾過用フィルタ
１３ ハウジング
１４ エンドプレート
１８ 取出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン交換フィルタに係り、特にロール状に巻回されたイオン交換シート及び流路材シートを有するイオン交換フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水中のイオン成分等を除去するためのイオン交換フィルタとして、不織布あるいは多孔質膜といった平膜をプリーツ型にしたもの（例えば特許文献１）がある。
【０００３】
イオン交換膜として、イオン交換樹脂を溶媒中に溶解または分散させてキャスト原液とし、該キャスト原液を基材フィルム上にキャストさせた後、乾燥させて、次いで該基材フィルムから剥離させたキャスト膜が公知である（例えば特許文献２，３）。この特許文献３には、相分離法を利用して製造した多孔質のイオン交換膜が記載されている。
【０００４】
繊維径がナノメーターオーダーである極細のナノファイバの製造方法として電界紡糸法（静電紡糸法）が公知である（下記特許文献４，５等）。この電界紡糸法では、ノズルとターゲットとの間に電界を形成しておき、該ノズルから液状原料を細繊維状に吐出させて紡糸が行われる。細繊維は、ターゲット上に集積されて繊維体となる。なお、本発明者は、イオン交換基を有する極細の繊維（ナノファイバ）を用いたイオン交換フィルタを提案している（特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２０６５０９
【特許文献２】特開２０００−３２７８０９
【特許文献３】特開２００６−１９３７０９
【特許文献４】特開２００７−９２２３７
【特許文献５】特開２００６−１４４１３８
【特許文献６】特開２００９−２１９９５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
プリーツ型イオン交換フィルタは、プリーツの折り込み部分に流れが偏りやすく、上述の超純水のような極低濃度域では十分な除去率を得ることはできない。また、膜厚が薄いために破過が早く寿命が短い。また、イオン除去率を向上させるため、膜厚を厚くしたり、膜の細孔を小さくすると、透水性が犠牲となる。
【０００７】
イオン交換基を有するナノファイバを用いたイオン交換フィルタは、イオン除去性能に優れるが、形成される細孔が小さくなり、膜厚が厚くなると圧力損失が大きくなるという課題がある。
【０００８】
本発明は、イオン交換能が高く、しかも、高い透水性と長寿命を有するイオン交換フィルタを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１のイオン交換フィルタは、イオン交換シートと流路材シートとの積層シートが芯材の外周にスパイラル状に巻回されたイオン交換フィルタにおいて、該流路材シートとイオン交換シートとの間に粒状体を配材したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２のイオン交換フィルタは、請求項１において、前記粒状体がイオン交換樹脂であることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３のイオン交換フィルタは、請求項１又は２において、粒状体の容積が流路材シートの目開き部分の容積の５〜５０％であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４のイオン交換フィルタは、請求項１ないし３のいずれか１項において、粒状体の平均粒径が前記流路材シートの平均厚さの５０〜１５０％であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５のイオン交換フィルタは、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記イオン交換シートが、イオン交換繊維からなるイオン交換繊維布とイオン交換キャスト膜の一方、又は両方を重ねたものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のイオン交換フィルタは、芯材の外周に流路材シートとイオン交換シートとの積層シートをスパイラル状に巻回したものである。このイオン交換フィルタの一端面から他端面に向って被処理液が通液されるか、又は、芯材から放射方向に、もしくは逆に芯材に向って求心方向に被処理液が通液される。このように積層シートが流路材シートを有するので、圧損が小さい。また、一端面から他端面まで通液する場合には、両端面の間のイオン交換シートの全体が吸着帯となり、吸着帯長さが大きいので、イオンの破過までの時間が長くなり、イオン交換の寿命が長いものとなる。
【００１５】
本発明では、この流路材シートとイオン交換シートとの間に粒状体を配材しているので、流路材シートが巻回時の圧迫力によって押し潰されたり、イオン交換シートが流路材シートの目開き部分に押し込まれたりすることが防止され、通液圧損が小さい。粒状体としてイオン交換樹脂を用いた場合には、イオン交換フィルタのイオン交換容量も増大する。
【００１６】
なお、本発明においては、イオン交換シートの少なくとも一部をイオン交換繊維布で構成してもよい。このように構成した場合、被処理液とイオン交換繊維布との接触面積が大きいので、十分に脱イオン処理される。
【００１７】
本発明では、イオン交換シートの少なくとも一部をイオン交換キャスト膜で構成してもよい。この場合、イオン交換フィルタのイオン交換容量が大きくなる。
【００１８】
イオン交換シートを、イオン交換繊維布と、これに接するイオン交換キャスト膜とで構成した場合、イオン交換繊維布で吸着したイオンをイオン交換キャスト膜に移動させて保持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態に係るイオン交換フィルタを示す構成図である。
【図２】実施の形態に係るイオン交換フィルタユニットの断面図である。
【図３】イオン交換フィルタシステムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。なお、以下の説明では被処理液として水が通水されるが、水以外の液体であってもよい。
【００２１】
第１図の（ａ）図は実施の形態で用いられるイオン交換フィルタ１の製作方法を示す断面図、（ｂ）図は積層シートの断面図、（ｃ）図はイオン交換フィルタの斜視図である。
【００２２】
このイオン交換フィルタ１は、芯材２と、この芯材２の外周に巻回された積層シート３とを有する。この積層シート３は、流路材シート４とイオン交換シート５とを積層したものである。芯材２は中実の棒状であってもよいが、重量軽減のために中空パイプ状であってもよい。ただし、水がパイプ内を長手方向に流れないようにパイプの端部を閉止する。また、パイプの外周面にも孔を設けない。芯材の直径は１〜５０ｍｍ特に３〜２０ｍｍ程度が好適である。芯材の材質はポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンのほか、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂が好適であるが、これに限定されない。
【００２３】
流路材シート４は、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン）、ポリエステル、ポリスルホンなどの合成樹脂よりなる不織布、織布、格子状ネットなど通水用空隙を有するものを用いることができるが、格子状ネット（メッシュ）が好適である。流路材シートの厚さは０．１ｍｍ〜３ｍｍ、特に０．２〜２ｍｍ程度が好適であり、細孔径は０．１〜６ｍｍ（目開き：３０％〜９０％）程度が好適である。
【００２４】
この実施の形態では、この流路材シート４とイオン交換シート５との間に、粒状体としてイオン交換樹脂を充填し、イオン交換フィルタのイオン交換容量を大きくすると共に、巻回時の圧迫力による流路材シート４の潰れや、流路材シート４の目開き部分にイオン交換シート５が押し込まれることを防止する。このイオン交換樹脂は、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂のいずれでもよく、両者を併用してもよい。
【００２５】
イオン交換樹脂の平均粒径は流路材シート４の平均厚さの５０〜１５０％特に６０〜１２０％程度が好適である。
【００２６】
このイオン交換樹脂の配材量は、流路材シートの目開き部分の体積（空隙容積）の５０％以下、例えば５〜３０％程度とするのが好ましい。イオン交換樹脂量が多過ぎると、イオン交換フィルタの通水圧損が大きくなる。
【００２７】
イオン交換樹脂を流路材シートとイオン交換シート５との間に配材するには、イオン交換フィルタの製作時にイオン交換樹脂を流路材シート上に散布したり、イオン交換樹脂の分散水を流路材シート上に注ぎかけたり、水溶性のペーストに分散させたイオン交換樹脂を流路材シートの間隙に塗布したりすればよい。
【００２８】
イオン交換シート５は、イオン交換繊維の織布、イオン交換繊維の不織布、イオン交換キャスト膜などのみからなってもよく、これらの２種以上を組み合わせたものであってもよい。また、イオン交換シート５は、第１図（ｂ）のように、イオン交換繊維の不織布６，６間にイオン交換キャスト膜７を介在させた３層構造のものであってもよい。このイオン交換シート５の好適例については後に詳述する。
【００２９】
この積層シート３を芯材２の外周にロール状（渦巻状）に巻回してイオン交換フィルタ１とする。この巻き付けによる層の数（芯材２を回転させる場合は、合計の回転数）は１０〜２００特に３０〜１００程度が好適である。積層シート３を巻き付けるとロール状巻回体となる。
【００３０】
第１図（ｃ）の通り、このロール状巻回体よりなるイオン交換フィルタ１の一端面から他端面に向って被処理水が通水される。
【００３１】
第２図は、第１図（ｃ）のイオン交換フィルタ１を組み込んだイオン交換フィルタユニット１０を示す平面図である。
【００３２】
このイオン交換フィルタユニット１０は、被処理水の流入口１１と濾過水の流出口１２とを有した円筒状のハウジング１３内にイオン交換フィルタ１を同軸状に配置したものである。流出口１２には、ノズル１４ａを有したエンドプレート１４が取り付けられている。図示は省略するが、イオン交換フィルタ１の外周面とハウジング１３の内周面との間にはリング状シール部材が設けられる。
【００３３】
第３図のように、このイオン交換フィルタユニット１０を耐圧容器１７内に配置し、流出ノズルを容器出口部１８に接続する。そして、耐圧容器１７の供給口１６からこの耐圧容器１７内に被処理水を供給してイオン交換フィルタユニット１０内に流入させ、濾過水（処理水）を出口部１８から取り出す。
【００３４】
なお、図示は省略するが、第２図のイオン交換フィルタユニット１０において、右端面にもノズル１４ａ付きのエンドプレート１４を取り付け、一方の端面のノズル１４ａから被処理水をハウジング１３内に供給し、他方の端面のノズル１４ａから処理水を取り出すようにしてもよい。
【００３５】
上記説明では、イオン交換フィルタ１の一端面から他端面に通水する方式としているが、求心方向又は放射方向の通水方式としてもよい。即ち、芯材２を有孔とし、ロール状巻回体よりなるイオン交換フィルタの外周面から求心方向に通水して芯材２から処理水を取り出したり、逆に芯材２内から放射方向に通水してロール状巻回体よりなるイオン交換フィルタの外周面から処理水を取り出すようにしてもよい。このように求心方向又は放射方向の通水方式とする場合、イオン交換シート５に切れ目や小孔を設けて通水圧損を小さくするようにしてもよい。
【００３６】
求心方向に通水する場合、イオン交換フィルタは、例えば第３図のように、耐圧容器１７内に配置し、イオン交換フィルタ１の外周面から被処理水を流入させ、濾過水を出口部１８から取り出すように用いられる。当然ながら、芯材２の出口部１８と反対側の端面はブラインドプレート等によって閉鎖される。
【００３７】
［イオン交換シート及びこれを芯材に巻回したイオン交換フィルタの詳細な説明］
イオン交換シートには、前述の通り、イオン交換キャスト膜や、イオン交換繊維の織布又は不織布などが用いられる。以下に、これらについて詳細に説明する。
【００３８】
（１） イオン交換繊維シート
イオン交換繊維としては以下の（ａ）〜（ｄ）の材料を電界紡糸法又は溶融紡糸法で紡糸したものが好適である。イオン交換繊維シートは、これらを単独又は複合で用いて不織布または織布としたものである。
【００３９】
（ａ）荷電性高分子繊維としてパーフルオロカーボンスルホン酸重合体（ナフィオン（登録商標）、フミオン（ＦｕＭＡ−Ｔｅｃｈ社製）
（ｂ）非荷電性高分子繊維からなる基材にイオン交換基が化学的に付与されたもの
（ｃ）荷電性高分子繊維としてパーフルオロカーボンスルホン酸重合体（ナフィオン（登録商標）、フミオン）を骨格材に担持して骨格材と一体化したもの
（ｄ）非荷電性高分子繊維からなる基材にイオン交換基が化学的に付与されたものを骨格材と一体化したもの
【００４０】
イオン交換繊維シートの厚さは０．０１〜１ｍｍ程度が好適であり、細孔径は０．１〜１００μｍ（エアーフロー法により測定、以下同様）程度が好適であり、イオン交換容量は０．０５〜３ｍｅｑ／ｇ、０．０３〜１．５ｍｅｑ／ｃｍ３程度が好適である。イオン交換基のない繊維を紡糸して繊維シートを作成した後に、グラフト重合法や他の化学反応法（求電子置換反応、付加反応など）によりイオン交換基を繊維シートに付与することもできる。
【００４１】
上記の非荷電性高分子としては、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエステル、ポリビニリデンフロライドなどが例示される。
【００４２】
イオン交換基としては、種々のカチオン交換基又はアニオン交換基等を用いることができる。例えば、カチオン交換基としては、スルホン基などの強酸性カチオン交換基、リン酸基などの中酸性カチオン交換基、カルボキシル基などの弱酸性カチオン交換基、アニオン交換基としては、第１級〜第３級アミノ基などの弱塩基性アニオン交換基、第４級アンモニウム基などの強塩基性アニオン交換基を用いることができ、或いは、上記カチオン交換基及びアニオン交換基の両方を併有するイオン交換体を用いることもできる。
【００４３】
骨格材としては、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエステル、ポリビニリデンフロライドなどからなる不織布、織布などが例示される。
【００４４】
イオン交換繊維としては、相当直径が１〜１０００ｎｍ、特に１０〜７００ｎｍ程度の著しく細い繊維が好適である。ここで「相当直径」とは、１本の繊維（ファイバ）の断面積と断面積の外周長さとから、（相当直径）＝４×（断面積）／（断面の外周長さ）によって算出される値である。
【００４５】
イオン交換繊維の長さは、１μｍ以上が好適である。なお、電解紡糸で作製した場合、数ｃｍの長さにすることができ、また連続的に紡糸することもできるため、さらに数倍以上に長くすることができる。
【００４６】
なお、イオン交換繊維を紡糸する際、荷電性高分子は、単独で紡糸することが難しい場合があり、紡糸出来ても繊維同士の荷電反発により、かさ（嵩）が高くなって収まりが悪くなり（即ち、嵩密度が低くなり）、フィルタ化に適さないことがある。一方、非電解質高分子は、単独で紡糸することが容易なものを選定することが可能で、紡糸後、繊維同士の反発がないため、フィルタ化し易い。そのため、電解質ポリマーと非電解質ポリマーを混合して紡糸することにより、両者の優れた特徴を有する繊維を得ることができる。電界紡糸においては、紡糸時の紡糸性も向上する。
【００４７】
（２） イオン交換キャスト膜
イオン交換キャスト膜としては以下の（ｅ）〜（ｈ）の１種又は２種以上を用いて相分離法などにより製造した多孔質膜（フィルム）が好適である。このフィルムをさらに延伸してもよい。
【００４８】
（ｅ）パーフルオロカーボンスルホン酸重合体（ナフィオン（登録商標）、フミオン）をガラスなどの基板上に塗布した後に基板を取り除いたフィルム状のもの
（ｆ）非荷電性高分子からなる基材にイオン交換基が化学的に付与されたものをガラスなどの基板上に塗布した後に基板を取り除いたフィルム状のもの
（ｇ）パーフルオロカーボンスルホン酸重合体（ナフィオン（登録商標）、フミオン）を骨格材に塗布して骨格材と一体化したもの
（ｈ）非荷電性高分子からなる基材にイオン交換基が化学的に付与されたものを骨格材に塗布して骨格材と一体化したもの
【００４９】
このキャスト膜の厚さは０．０１〜１ｍｍ程度が好適であり、細孔径は１０μｍ以下が好適であり、イオン交換容量は０．２〜４ｍｅｑ／ｇ、０．１〜３ｍｅｑ／ｃｍ３程度が好適である。非荷電性の高分子を成膜してキャスト膜を作成した後にグラフト重合法や、他の化学反応法（求電子置換反応、付加反応など）によりイオン交換基をキャスト膜に付与することもできる。
【００５０】
非荷電性高分子、イオン交換基、骨格材としては上記のイオン交換繊維シートの場合と同様のものを用いることができる。
【００５１】
（３） イオン交換繊維シートとイオン交換キャスト膜とを積層したイオン交換シートの長所
イオン交換繊維シートの繊維表面をイオン交換の場とすることにより、繊維周辺における流体の接触効率が向上するため、イオンの吸着速度が高まる。ただし、イオン交換繊維シートのみでは、吸着したイオンの保持容量に限界がある。
【００５２】
一方、イオン交換キャスト膜の場合、イオンを除去するための官能基を高密度に保持させることができ、イオン除去容量を確保することができる。そこで、イオン交換繊維シートにイオン交換キャスト膜を接触させることで、イオン交換繊維に吸着させたイオンをイオン交換キャスト膜に移動させて高密度に保持させることができる。また、イオン交換シートをロール状に巻回したイオン交換フィルタに対し一端面から他端面に向って通水した場合、該イオン交換フィルタの巻回軸心方向の長さが吸着帯の長さとなり、吸着帯長さが大きくなる。これにより、破過時間が長くなり、フィルタの寿命が長くなる。
【００５３】
イオン交換繊維シートの場合は、イオン交換繊維を細くして比表面積を大きくすることにより、イオン交換容量を高めることができる。一方、イオン交換キャスト膜はイオン交換繊維シートよりも緻密であり、透過抵抗は高くなる。
【００５４】
そこで、これら、イオン交換繊維シートとイオン交換キャスト膜とを積層させたイオン交換シートと、流路材シートとを積層すると共に、ロール状イオン交換フィルタに対し一端面から他端面に向って通水すること、即ち芯材と平行に通水することにより、圧力損失が小さくなる。
【００５５】
［粒状体の材料］
粒状体の材料として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、フッ素系樹脂、ポリスチレン・ジビニルベンゼン架橋物、およびこれらから誘導されるイオン交換樹脂、キレート樹脂を挙げることができる。
【００５６】
イオン交換樹脂として、カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂を用いることができる。カチオン交換樹脂としては、強酸性スルホン基を有するＳＫ１Ｂ、弱酸性カルボキシル基を有するＷＫ２０、アニオン交換樹脂としては、強塩基性トリメチルアンモニウム基を有するＳＡ１０Ａ、強塩基性ジメチルエタノールアンモニウム基を有するＳＡ２０Ａ、弱塩基性１、２級アンモニウム基を有するＷＡ２０などを挙げることができる（以上の商品はいずれも三菱化学株式会社製）。
【００５７】
キレート樹脂としては、ホウ素選択吸着性を有するＣＲＢＯ２、２価カチオン選択吸着性を有するＣＲ１０、ＣＲ１１などを挙げることができる。合成吸着材として、有機物吸着性を有するＳＰ８００、ＳＰ２０５などを挙げることができる（以上の商品はいずれも三菱化学株式会社製）。
【００５８】
粒状体の平均粒径は、流路材の厚さの５０〜１５０％、特に６０〜１２０％が望ましく、形状として、球形、立方体、直方体のものを用いることができる。
【００５９】
［被処理水］
本発明のイオン交換フィルタは、水中に溶解しているイオン性物質、コロイド、粒子の除去に好適に使用することができ、対象としては、市水、井水、河川水、湖水、工水を始め、生物処理、凝集処理、沈殿処理、加圧浮上処理、ろ過、活性炭処理、イオン交換樹脂処理、精密ろ過、限外ろ過、逆浸透処理、電気再生式脱イオン処理、脱炭酸処理、ＵＶ処理などのいずれかの処理を施した水が例示される。
【００６０】
被処理水のイオン濃度が高いと、フィルタの寿命が短くなり、交換頻度も多くなるため、イオン交換樹脂処理や逆浸透処理、電気再生式脱イオン処理等による前処理を実施する方が効率的になる。本発明のフィルタは、イオン濃度が低い水や、ある程度イオンが除去された水に対して、さらにイオンを除去する場合に有効である。例えば、比抵抗１ＭΩ・ｃｍ以上の超純水からさらにイオンを除去するために使用する場合を挙げることができる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例及び比較例について説明する。
【００６２】
下記のイオン交換キャスト膜Ａ、流路材シートＢ、芯材Ｃ、イオン交換樹脂Ｄ，Ｅ、及びイオン交換不織布Ｆを用いてイオン交換フィルタを製造し、ハウジングに収容し、通水した。
【００６３】
＜材料＞
・イオン交換キャスト膜Ａ
カチオン交換膜Ｆｕｍａｐｅｎ Ｆ９４０（Ｆｕｍａｔｅｃ社製）を使用した。
・流路材シートＢ
ポリプロピレン製メッシュ、厚さ０．６ｍｍ、繊維太さ０．３ｍｍ、目開き７５％を使用した。
・芯材Ｃ
フッ素樹脂製、直径３ｍｍ
・イオン交換樹脂Ｄ
カチオン交換樹脂ＳＫ１Ｂ（三菱化学株式会社製、含水率４０％、平均粒径０．６ｍｍ）を用いた。
・イオン交換樹脂Ｅ
アニオン交換樹脂ＳＡ１０Ａ（三菱化学株式会社製、含水率４０％、平均粒径０．６ｍｍ）を用いた。
・イオン交換不織布Ｆ
シリンジ径３０Ｇのシリンジに、非電解質ポリマーと電解質ポリマーとを含む溶液としてナフィオン１４重量％、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）９重量％、ＤＭＡｃ（ジメチルアセトアミド）７７重量％の溶液を入れ、シリンジ側をプラス、繊維を捕集するターゲット側にマイナス５０ｋＶの電圧（４ｋＶ／ｃｍの電位勾配）をかけることにより、カチオン交換繊維を紡糸し、それを積層させて直径３００ｎｍの繊維からなる厚さ３０μｍのカチオン交換繊維の不織布を製造した。
【００６４】
＜比較例１＞
幅を５．６ｃｍに揃えたイオン交換キャスト膜Ａと流路材シートＢとを積層し、芯材Ｃに巻き回してイオン交換フィルタを製作した。これをそのまま内径２ｃｍ、長さ９ｃｍの円筒容器（ハウジング）に挿入した。
【００６５】
＜実施例１＞
流路材シートＢの上にイオン交換樹脂Ｄを流路材シート１ｃｍ２当り６ｍｇの割合で散布した。この散布はイオン交換樹脂Ｄの分散水（体積分率として５０％）を流路材シート上に注ぎかけることにより行った。
【００６６】
幅５．６ｃｍのイオン交換キャスト膜Ａと、幅６．５ｃｍのイオン交換樹脂Ｄ含有流路材シートＢとを積層し、芯材Ｃに巻回してイオン交換フィルタとし、内径２ｃｍ、長さ９ｃｍの円筒容器の中央部に挿入した。
【００６７】
比較例１、実施例１ともに、円筒容器に５％塩酸を２４時間、３回通水し、イオン交換シート及びイオン交換樹脂のＨ型への置換を行い、超純水洗浄を４８時間行った。
【００６８】
＜比較例２＞
幅を５．６ｃｍに揃えた、イオン交換不織布Ｆ、イオン交換キャスト膜Ａ、イオン交換不織布Ｆ、及び、幅６．５ｃｍの流路材シートＢをこの順に重ねた積層シートを芯材Ｃに巻回してイオン交換不織布とし、内径２ｃｍ、長さ９ｃｍの円筒容器に挿入した。
【００６９】
＜実施例２＞
流路材シートＢの上にイオン交換樹脂Ｄを流路材シート１ｃｍ２当り６ｍｇの割合で散布した。この散布は実施例１と同様にして行った。
【００７０】
幅５．６ｃｍのイオン交換不織布Ｆ、イオン交換キャスト膜Ａ、イオン交換不織布Ｆと、幅６．５ｃｍのイオン交換樹脂Ｄ含有流路材シートＢとを積層し、芯材Ｃに巻回してイオン交換フィルタとし、内径２ｃｍ、長さ９ｃｍの円筒容器の中央部に挿入した。
【００７１】
比較例２、実施例２ともに、円筒容器に５％塩酸を２４時間、３回通水し、イオン交換シート、あるいは樹脂のＨ型への置換を行い、超純水洗浄を４８時間行った。
【００７２】
＜実施例３＞
流路材シートＢの目開き部分に、５％ＮａＯＨによってＯＨ型とし、純水洗浄を行ったイオン交換樹脂Ｅを流路材シート１ｃｍ２当り６ｍｇの割合で散布した。この散布は実施例１と同様にして行った。
【００７３】
５％塩酸によってＨ型とし、純水洗浄を行った、幅５．６ｃｍのイオン交換キャスト膜Ａと、幅６．５ｃｍのイオン交換樹脂Ｅ含有流路材シートＢとを積層し、芯材Ｃに巻回してイオン交換フィルタとし、内径２ｃｍ、長さ９ｃｍの円筒容器の中央部に挿入した。
【００７４】
＜評価試験＞
８０ｐｐｂのＮａＣｌを添加した超純水を被処理水とし、これを流量１Ｌ／ｍｉｎで通水し、圧力損失と処理水Ｎａ濃度及びＣｌ濃度を測定した。Ｎａ除去率は以下の式で算出した。Ｃｌ除去率の算出式も同様である。結果を表１に示す。
【００７５】
Ｎａ除去率[％]＝(１−［処理水Ｎａ濃度］／［被処理水Ｎａ濃度］)×１００
【００７６】
【表１】
【００７７】
＜考察＞
実施例１は、比較例１と比較して、圧力損失を増大させず、しかも処理水質が向上している。
【００７８】
比較例２は、複数のイオン交換シートを使用したため、比較例１よりも圧力損失が若干高くなっているが、実施例２で示される通り、イオン交換樹脂を使用したことにより、圧力損失が低下し、Ｎａ除去率が向上している。
【００７９】
実施例３では、圧力損失が低下し、アニオン交換樹脂によるＣｌ除去が行われているとともに、比較例１よりもＮａ除去率が向上している。これは、対となるＣｌイオンを除去した効果と考えられる。
【００８０】
いずれの実施例でも、圧力損失の増加を抑えることができており、イオン交換樹脂を流路材シートに挿入することによる流路抵抗の増加よりも、流路の両側のイオン交換シートが流路を圧迫し、流路を狭くすることを防止することによる流路抵抗増加防止効果の方が大きいことが認められる。
【符号の説明】
【００８１】
１ イオン交換フィルタ
２ 芯材
３ 積層シート
４ 流路材シート
５ イオン交換シート
６ イオン交換繊維の不織布
７ イオン交換キャスト膜
１０ 液濾過用フィルタ
１３ ハウジング
１４ エンドプレート
１８ 取出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換シートと流路材シートとの積層シートが芯材の外周にスパイラル状に巻回されたイオン交換フィルタにおいて、
該流路材シートとイオン交換シートとの間に粒状体を配材したことを特徴とするイオン交換フィルタ。
【請求項２】
請求項１において、前記粒状体がイオン交換樹脂であることを特徴とするイオン交換フィルタ。
【請求項３】
請求項１又は２において、粒状体の容積が流路材シートの目開き部分の容積の５〜５０％であることを特徴とするイオン交換フィルタ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、粒状体の平均粒径が前記流路材シートの平均厚さの５０〜１５０％であることを特徴とするイオン交換フィルタ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記イオン交換シートが、イオン交換繊維からなるイオン交換繊維布とイオン交換キャスト膜の一方、又は両方を重ねたものであることを特徴とするイオン交換フィルタ。
【請求項１】
イオン交換シートと流路材シートとの積層シートが芯材の外周にスパイラル状に巻回されたイオン交換フィルタにおいて、
該流路材シートとイオン交換シートとの間に粒状体を配材したことを特徴とするイオン交換フィルタ。
【請求項２】
請求項１において、前記粒状体がイオン交換樹脂であることを特徴とするイオン交換フィルタ。
【請求項３】
請求項１又は２において、粒状体の容積が流路材シートの目開き部分の容積の５〜５０％であることを特徴とするイオン交換フィルタ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、粒状体の平均粒径が前記流路材シートの平均厚さの５０〜１５０％であることを特徴とするイオン交換フィルタ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記イオン交換シートが、イオン交換繊維からなるイオン交換繊維布とイオン交換キャスト膜の一方、又は両方を重ねたものであることを特徴とするイオン交換フィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１９６６２５（Ｐ２０１２−１９６６２５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６２８０３（Ｐ２０１１−６２８０３）
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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