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JP6965117B2 - Metal ion adsorbent and composite adsorbent using it - Google Patents
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JP6965117B2 - Metal ion adsorbent and composite adsorbent using it - Google Patents

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Description

本発明は金属イオン吸着材及びこれを用いた複合吸着材に関し、特に、チタン酸アルカリ金属塩を用いて金属イオンの吸着性能を高めた金属イオン吸着材であり、さらにこれを用いた複合吸着材に関する。 The present invention relates to a metal ion adsorbent and a composite adsorbent using the same, and more particularly, a metal ion adsorbent having improved metal ion adsorption performance by using an alkali metal titanate, and further, a composite adsorbent using the same. Regarding.

活性炭は発達した多孔質により様々な分子を吸着可能である。また、原料自体も安価であることから、産業用もしくは家庭用と問わず広汎に使用されている。活性炭の吸着対象は主に活性炭表面の細孔径や容積、細孔の分布等に依存する。そのため、目的に合わせて原料となる炭素源、焼成や賦活の条件が適切に選択される。 Activated carbon can adsorb various molecules due to its developed porosity. Moreover, since the raw material itself is inexpensive, it is widely used regardless of whether it is for industrial use or household use. The target of adsorption of activated carbon mainly depends on the pore diameter and volume of the surface of activated carbon, the distribution of pores, and the like. Therefore, the carbon source as a raw material and the conditions for firing and activation are appropriately selected according to the purpose.

しかしながら、一般的に活性炭は金属イオンの吸着に適してはいないため、活性炭と他の吸着剤を組み合わせて使用することは一般的である。具体的には、活性炭とイオン交換樹脂等の有機系吸着剤、ヒドロキシアパタイト、又はゼオライト等の無機吸着剤との組み合わせが提案されている。無機吸着剤はイオン交換作用を有するため、水中からの重金属イオンを除去する際に有効である。特に人口増加に伴う水の需要増大と環境悪化から、重金属の除去は安全な飲料用水の確保において喫緊の課題である。 However, since activated carbon is generally not suitable for adsorbing metal ions, it is common to use activated carbon in combination with other adsorbents. Specifically, a combination of activated carbon with an organic adsorbent such as an ion exchange resin, or an inorganic adsorbent such as hydroxyapatite or zeolite has been proposed. Since the inorganic adsorbent has an ion exchange action, it is effective in removing heavy metal ions from water. In particular, the removal of heavy metals is an urgent issue in securing safe drinking water due to the increasing demand for water and the deterioration of the environment due to the increase in population.

金属イオンの吸着にイオン交換樹脂を使用する場合、イオン交換樹脂が高価であるとともに嵩高である。このため、製品原価を引き下げることができず、小型化も難しい。ヒドロキシアパタイトの場合、イオン交換能力が十分ではない。そこで、金属イオン吸着率に優れたゼオライトの利用が検討されてきた。 When an ion exchange resin is used for adsorbing metal ions, the ion exchange resin is expensive and bulky. Therefore, the product cost cannot be reduced and miniaturization is difficult. In the case of hydroxyapatite, the ion exchange capacity is insufficient. Therefore, the use of zeolite having an excellent metal ion adsorption rate has been studied.

例えば、交換可能な全陽イオン量の60モル%以上がカルシウムイオン及び/又はマグネシウムイオンで置換されたゼオライトを活性炭の表面にバインダーを用いて付着させた重金属イオン吸着剤が提案されている(特許文献1参照)。また、非結晶チタノシリケート系化合物又はA型もしくはX型ゼオライトからなる微粒子化合物にプラスチック粉末を3〜20重量%になるように付着させた複合粉末と、粉末状、粒状物及び繊維状物から選ばれた少なくとも1種のプラスチック粉末が未付着の吸着性物質とからなる複合吸着材が提案されている(特許文献2参照)。 For example, a heavy metal ion adsorbent in which a zeolite in which 60 mol% or more of the exchangeable total cation amount is replaced with calcium ions and / or magnesium ions is attached to the surface of activated carbon using a binder has been proposed (Patented). Reference 1). Further, from a composite powder obtained by adhering a plastic powder to a non-crystalline titanosilicate-based compound or a fine particle compound composed of A-type or X-type zeolite so as to be 3 to 20% by weight, and a powdery, granular or fibrous material. A composite adsorbent composed of an adsorptive substance to which at least one selected plastic powder has not adhered has been proposed (see Patent Document 2).

前記のゼオライトを使用した吸着材は、良好な金属イオンの吸着性能を有する。しかし、吸着材に含まれるゼオライトからのアルミニウムの溶出のおそれも指摘されている。そのため、さらに別の吸着材を必要とする。また、ゼオライト等の吸着材が樹脂バインダーを用いて凝集されるため、吸着性能が十分に発揮されない。 The adsorbent using the zeolite has good metal ion adsorption performance. However, it has been pointed out that aluminum may be eluted from the zeolite contained in the adsorbent. Therefore, another adsorbent is required. Further, since the adsorbent such as zeolite is aggregated by using the resin binder, the adsorption performance is not sufficiently exhibited.

一連の経緯から、前述のイオン交換樹脂、ヒドロキシアパタイト、ゼオライトの吸着材によると、吸着装置の小型化を実現することは難しい。例えば、家庭用の浄水器のように、少ない設置場所で効率良く各種の対象物を吸着することを勘案すると更なる性能向上が求められる。そこで、既存のイオン交換樹脂、ヒドロキシアパタイト、ゼオライトのいずれとも異なる新たな金属イオン、特には重金属イオンの吸着に効果を発揮する吸着材が求められていた。 From a series of circumstances, it is difficult to realize miniaturization of the adsorbent according to the above-mentioned ion exchange resin, hydroxyapatite, and zeolite adsorbent. For example, considering that various objects can be efficiently adsorbed in a small number of installation places such as a water purifier for home use, further improvement in performance is required. Therefore, there has been a demand for an adsorbent that is effective in adsorbing new metal ions, particularly heavy metal ions, which are different from existing ion exchange resins, hydroxyapatite, and zeolite.

このような経緯を踏まえ、発明者らは新たな吸着材を模索したところ、チタン酸アルカリ金属塩が金属イオンの吸着に良好であることを見出し、チタン酸アルカリ金属塩の金属イオン吸着能力を低下させることなくバインダーにより凝集可能とした新たな吸着材を完成するに至った(特許文献3参照)。 Based on this background, the inventors searched for a new adsorbent and found that the alkali metal titanate was good at adsorbing metal ions, and reduced the metal ion adsorption capacity of the alkali metal titanate. We have completed a new adsorbent that can be aggregated with a binder without causing it (see Patent Document 3).

国際公開WO2005/009610International release WO2005 / 909610 特許第4361489号公報Japanese Patent No. 4361489 特開2015−229122号公報JP-A-2015-229122

本発明は、上記状況に鑑み提案されたものであり、既存のイオン交換樹脂、ヒドロキシアパタイト、ゼオライトとは異なる吸着材としてチタン酸アルカリ金属塩をバインダーにより凝集した金属イオン吸着剤であって、特定のバインダーを使用することによって吸着性能や強度を向上させた新たな金属イオン吸着材とともに、これを用いた複合吸着材及び濾過部材を提供する。 The present invention has been proposed in view of the above circumstances, and is a metal ion adsorbent in which an alkali metal titanate is aggregated with a binder as an adsorbent different from existing ion exchange resins, hydroxyapatite, and zeolite. A new metal ion adsorbent whose adsorption performance and strength have been improved by using the binder of No. 1 and a composite adsorbent and a filtration member using the same are provided.

すなわち、第1の発明は、フラックス法を用いて結晶育成したチタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子と、前記結晶性微粒子の6〜20重量%に相当する重量のポリエチレン系樹脂バインダーとの混合、加熱により前記結晶性微粒子同士が結着されて造粒されてなる結晶性微粒子混合物であることを特徴とする金属イオン吸着材に係る。 That is, the first invention comprises mixing crystalline fine particles of an alkali metal titanoate crystal-grown by the flux method with a polyethylene resin binder having a weight corresponding to 6 to 20% by weight of the crystalline fine particles . The present invention relates to a metal ion adsorbent, which is a mixture of crystalline fine particles formed by binding the crystalline fine particles to each other by heating.

第2の発明は、前記チタン酸アルカリ金属塩がチタン酸ナトリウム塩である第1の発明に記載の金属イオン吸着材に係る。 The second invention relates to the metal ion adsorbent according to the first invention, wherein the alkali metal titanate salt is a sodium titanate salt.

第3の発明は、前記チタン酸ナトリウム塩の結晶育成に際し、フラックス剤が硝酸ナトリウムである第2の発明に記載の金属イオン吸着材に係る。 The third invention relates to the metal ion adsorbent according to the second invention, wherein the flux agent is sodium nitrate in the crystal growth of the sodium titanate salt.

第4の発明は、前記結晶性微粒子の平均粒子径が1〜100μmである第1ないし3の発明のいずれかに記載の金属イオン吸着材に係る。 The fourth invention relates to the metal ion adsorbent according to any one of the first to third inventions, wherein the average particle size of the crystalline fine particles is 1 to 100 μm.

第5の発明は、前記ポリエチレン系樹脂バインダーがエマルジョンの形態である第1ないし4の発明のいずれかに記載の金属イオン吸着材に係る。 A fifth invention relates to the metal ion adsorbent according to any one of the first to fourth inventions, wherein the polyethylene-based resin binder is in the form of an emulsion.

第6の発明は、前記ポリエチレン系樹脂バインダーが、ポリエチレン、エチレン−αオレフィン共重合体、又はエチレン酢酸ビニル共重合体である第1ないし5の発明のいずれかに記載の金属イオン吸着材に係る。 The sixth invention relates to the metal ion adsorbent according to any one of the first to fifth inventions, wherein the polyethylene-based resin binder is a polyethylene, an ethylene-α-olefin copolymer, or an ethylene-vinyl acetate copolymer. ..

第7の発明は、第1ないし6の発明のいずれかに記載の結晶性微粒子混合物と、活性炭とを含有することを特徴とする複合吸着材に係る。 A seventh invention relates to a composite adsorbent containing the crystalline fine particle mixture according to any one of the first to sixth inventions and activated carbon.

第8の発明は、第7の発明に記載の複合吸着材を有してなることを特徴とする濾過部材に係る。 The eighth invention relates to a filtration member comprising the composite adsorbent according to the seventh invention.

第1の発明に係る金属イオン吸着材によると、フラックス法を用いて結晶育成したチタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子と、前記結晶性微粒子の6〜20重量%に相当する重量のポリエチレン系樹脂バインダーとの混合、加熱により前記結晶性微粒子同士が結着されて造粒されてなる結晶性微粒子混合物であるため、金属イオンの吸着性能や強度を向上させることができる。 According to the metal ion adsorbent according to the first invention, crystalline fine particles of an alkali metal titanoate crystal-grown by the flux method and a polyethylene-based resin having a weight corresponding to 6 to 20% by weight of the crystalline fine particles. Since it is a crystalline fine particle mixture obtained by binding and granulating the crystalline fine particles by mixing with a binder and heating , it is possible to improve the adsorption performance and strength of metal ions.

第2の発明に係る金属イオン吸着材によると、第1の発明において、前記チタン酸アルカリ金属塩がチタン酸ナトリウム塩であるため、安価に製造することができる。 According to the metal ion adsorbent according to the second invention, in the first invention, since the alkali metal titanate salt is a sodium titanate salt, it can be produced at low cost.

第3の発明に係る金属イオン吸着材によると、第2の発明において、前記チタン酸ナトリウム塩の結晶育成に際し、フラックス剤が硝酸ナトリウムであるため、金属成分が不純物とならず、水洗により洗浄除去が可能である。また、硝酸分は加熱により揮発可能であり不純物となりにくい。 According to the metal ion adsorbent according to the third invention, in the second invention, since the flux agent is sodium nitrate during crystal growth of the sodium titanate, the metal component does not become an impurity and is washed and removed by washing with water. Is possible. In addition, nitric acid can be volatilized by heating and is unlikely to become an impurity.

第4の発明に係る金属イオン吸着材によると、第1ないし3の発明のいずれかにおいて、前記結晶性微粒子の平均粒子径が1〜100μmであるため、結晶育成に要する時間は短い。 According to the metal ion adsorbent according to the fourth invention, in any one of the first to third inventions, since the average particle size of the crystalline fine particles is 1 to 100 μm, the time required for crystal growth is short.

第5の発明に係る金属イオン吸着材によると、第1ないし4の発明のいずれかにおいて、前記ポリエチレン系樹脂バインダーがエマルジョンの形態であるため、造粒が容易となりつつ、微粉の流出を抑えることができる。 According to the metal ion adsorbent according to the fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, since the polyethylene-based resin binder is in the form of an emulsion, granulation is facilitated and the outflow of fine powder is suppressed. Can be done.

第6の発明に係る金属イオン吸着材によると、第1ないし5の発明のいずれかにおいて、前記ポリエチレン系樹脂バインダーが、ポリエチレン、エチレン−αオレフィン共重合体、又はエチレン酢酸ビニル共重合体であるため、吸着性能に優れつつ、機械的強度を高めることができる。 According to the metal ion adsorbent according to the sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, the polyethylene-based resin binder is a polyethylene, an ethylene-α-olefin copolymer, or an ethylene-vinyl acetate copolymer. Therefore, the mechanical strength can be increased while having excellent adsorption performance.

第7の発明に係る複合吸着剤によると、第1ないし6の発明のいずれかに記載の結晶性微粒子混合物と、活性炭とを含有するため、より多様な吸着対象に対応することができる。 According to the composite adsorbent according to the seventh invention, since it contains the crystalline fine particle mixture according to any one of the first to sixth inventions and activated carbon, it is possible to cope with a wider variety of adsorption targets.

第8の発明に係る濾過部材は、第7の発明に記載の複合吸着材を有してなるため、浄水器への適用が簡便となる。 Since the filtration member according to the eighth invention has the composite adsorbent according to the seventh invention, it can be easily applied to a water purifier.

本発明の金属イオン吸着材の製造を説明する概略工程図である。It is a schematic process diagram explaining the production of the metal ion adsorbent of this invention. 本発明の複合吸着材の使用例を示す概略図である。It is the schematic which shows the use example of the composite adsorbent of this invention. 本発明の濾過部材の使用例を示す概略図である。It is the schematic which shows the use example of the filtration member of this invention.

本発明の金属イオン吸着材は、チタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子とポリエチレン系樹脂バインダーが混合され凝集して、造粒により適度な粒状物として形成される。チタン酸アルカリ金属塩の結晶格子内には金属イオンが捕捉される。この金属イオンは、主に鉛、鉄、マンガン、亜鉛、銅、カドミウム等の重金属イオンである。そして、当該チタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子の造粒物に別種の吸着材が組み合わされることにより、さらに吸着対象を広げた複合吸着材に仕上げられる。 The metal ion adsorbent of the present invention is formed as an appropriate granular material by granulation by mixing crystalline fine particles of alkali metal titanate and a polyethylene resin binder and aggregating them. Metal ions are trapped in the crystal lattice of the alkali metal titanate. This metal ion is mainly a heavy metal ion such as lead, iron, manganese, zinc, copper and cadmium. Then, by combining another type of adsorbent with the granulated product of the crystalline fine particles of the alkali metal titanate, the composite adsorbent can be finished in a wider range of adsorption targets.

チタン酸アルカリ金属塩は、炭酸ナトリウム等のアルカリ金属塩と酸化チタンの混合加熱により生じる。この場合、特に、フラックス法により結晶育成が行われる。フラックス法の利点は、後述のフラックス剤を一緒に添加することで原料化合物の溶融時の融点を低下させることができる。このため、生産に必要なエネルギー効率が良くなる。また、原料化合物から最終生成物に至る過程、時間を短縮することができる。金属イオン吸着材は、いわば濾過材となるため、大量に求められる。このことからも、生産効率良く量産化可能なフラックス法は極めて有効である。 The alkali metal titanoate salt is produced by mixing and heating an alkali metal salt such as sodium carbonate and titanium oxide. In this case, in particular, crystal growth is performed by the flux method. The advantage of the flux method is that the melting point of the raw material compound at the time of melting can be lowered by adding the flux agent described later together. Therefore, the energy efficiency required for production is improved. In addition, the process and time from the raw material compound to the final product can be shortened. Since the metal ion adsorbent is, so to speak, a filter material, it is required in a large amount. From this, the flux method that can be mass-produced with high production efficiency is extremely effective.

チタン酸アルカリ金属塩は、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩等のいずれとすることができる。この場合、後述の金属イオン吸着の試作例の結果と原料費等を勘案して安価に製造できるチタン酸ナトリウム塩が好ましい。当該チタン酸アルカリ金属塩は三チタン酸塩であり、主に三チタン酸ナトリウム塩である。他に二チタン酸塩、四チタン酸塩等の結晶形態も含まれる。フラックス法の場合、低融点下で短時間の反応であるため、複数の結晶種類が生じやすいと考えられる。 The alkali metal titanate salt can be any of sodium salt, potassium salt, lithium salt and the like. In this case, a sodium titanate salt that can be produced at low cost is preferable in consideration of the results of the trial production example of metal ion adsorption described later and the raw material cost. The alkali metal titanate salt is a trititanate, mainly a sodium trititanate salt. In addition, crystal forms such as dititanate and tetratitanate are also included. In the case of the flux method, since the reaction takes a short time at a low melting point, it is considered that a plurality of crystal types are likely to occur.

チタン酸アルカリ金属塩の結晶育成に際し、原料となるアルカリ金属塩には炭酸ナトリウム、塩化ナトリウム、炭酸カリウム、塩化カリウム等が使用される。そして、酸化チタンが添加される。酸化チタンはアナターゼ型が好ましい。酸化チタンは作業性の点から粉末状が好ましく用いられる。 Sodium carbonate, sodium chloride, potassium carbonate, potassium chloride and the like are used as the raw material alkali metal salt for growing crystals of the alkali metal titanoate. Then, titanium oxide is added. Titanium oxide is preferably anatase type. Titanium oxide is preferably in powder form from the viewpoint of workability.

そして、アルカリ金属塩及び酸化チタンに、フラックス剤として、硝酸ナトリウムが用いられる。硝酸ナトリウムは、前出のアルカリ金属塩の炭酸ナトリウムと同一の金属成分であり不純物とならず、水洗により洗浄除去が可能である。また、硝酸ナトリウムの硝酸分は加熱により揮発可能であり不純物となりにくい。なお、いずれの化合物をフラックス剤に採用するのかは、原料化合物の種類、溶融温度の制御等の条件を勘案して選択される。 Then, sodium nitrate is used as a flux agent for the alkali metal salt and titanium oxide. Sodium nitrate is the same metal component as the above-mentioned alkali metal salt sodium carbonate, does not become an impurity, and can be washed and removed by washing with water. In addition, the nitric acid content of sodium nitrate is volatile by heating and is unlikely to become an impurity. Which compound is used as the flux agent is selected in consideration of conditions such as the type of the raw material compound and the control of the melting temperature.

フラックス法を用いて結晶育成されたチタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子は、通常の結晶育成により生じた粒子よりも細かな粒子となる。この場合、結晶性微粒子の平均粒子径は1ないし100μmである。これは、フラックス法において多く生じる現象である。フラックス法は低融点、短時間の利点を備えるものの、その分、結晶育成に要する時間は短くなり、大きな結晶を育成することは容易ではない。 The crystalline fine particles of the alkali metal titanoate crystal-grown by the flux method become finer particles than the particles produced by normal crystal growth. In this case, the average particle size of the crystalline fine particles is 1 to 100 μm. This is a phenomenon that often occurs in the flux method. Although the flux method has the advantages of low melting point and short time, the time required for crystal growth is shortened by that amount, and it is not easy to grow large crystals.

このように、結晶性微粒子のままでは、沈殿に時間を要したり濾過部材に組み込んだ場合に流水中に流出したりするおそれがある。そこで、チタン酸アルカリ金属塩の金属イオンの吸着能力の低下を抑えつつ、結晶性微粒子を凝集させてより大きな粒状物に加工できれば都合よいといえる。そのため、結晶性微粒子同士を結着させて造粒するために、チタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子の6〜20重量%に相当する重量のポリエチレン系樹脂バインダーが配合される。 As described above, if the crystalline fine particles are left as they are, they may take a long time to precipitate or may flow out into running water when incorporated into the filtration member. Therefore, it would be convenient if the crystalline fine particles could be agglomerated into larger particles while suppressing a decrease in the metal ion adsorption capacity of the alkali metal titanate. Therefore, in order to bind the crystalline fine particles together for granulation, a polyethylene resin binder having a weight corresponding to 6 to 20% by weight of the crystalline fine particles of the alkali metal titanate is blended.

ポリエチレン系樹脂バインダーは、安価であり、大量に使用される点から好都合である。ポリエチレン系樹脂(熱可塑性樹脂)は、熱硬化性樹脂よりも靱性に優れ、熱加工が容易である。ポリエチレン系樹脂をバインダーとして用いることによって、材料強度、特に弾性や延性が高くなり、水圧による材料の崩壊や脱離が生じにくくなり、微粒子の流出を防ぐことができる。特に、ポリエチレン系樹脂バインダーとして好適に用いられるのは、ポリエチレン、エチレン−αオレフィン共重合体、又はエチレン酢酸ビニル共重合体である。 Polyethylene-based resin binders are convenient because they are inexpensive and are used in large quantities. Polyethylene-based resins (thermoplastic resins) have better toughness than thermosetting resins and are easy to heat-process. By using a polyethylene-based resin as a binder, the material strength, particularly elasticity and ductility, is increased, the material is less likely to collapse or detach due to water pressure, and the outflow of fine particles can be prevented. In particular, polyethylene, an ethylene-α-olefin copolymer, or an ethylene-vinyl acetate copolymer is preferably used as the polyethylene-based resin binder.

続いて図1の概略工程図を用いながら金属イオン吸着材の製造工程について説明する。はじめに原材料となるアルカリ金属塩(Na2CO3等)と酸化チタン(TiO2等)が所定量ずつ計量され用意される。ここにフラックス剤(NaNO3等)も所定の計量後に添加される。これら3種類の化合物は約500℃ないし600℃に加熱されて結晶育成が進む。こうして、まず、チタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子を得ることができる。フラックス剤を添加することなくチタン酸アルカリ金属塩の結晶育成をする場合、通常1000℃以上の加熱が必要となる。 Subsequently, the manufacturing process of the metal ion adsorbent will be described with reference to the schematic process diagram of FIG. First, alkali metal salts (Na 2 CO 3 etc.) and titanium oxide (TiO 2 etc.), which are raw materials, are weighed and prepared in predetermined amounts. A flux agent (NaNO 3, etc.) is also added here after a predetermined measurement. These three types of compounds are heated to about 500 ° C. to 600 ° C. to promote crystal growth. In this way, first, crystalline fine particles of the alkali metal titanate can be obtained. When growing crystals of an alkali metal titanate without adding a flux agent, heating at 1000 ° C. or higher is usually required.

チタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子は適宜水洗され、ポリエチレン系樹脂バインダーが添加される。ポリエチレン系樹脂バインダーを、エマルジョンの形態とすると、結晶性微粒子となじみやすくなってムラが生じにくくなるため、容易に造粒が可能となり好ましい。ここで加熱乾燥を通じて結晶性微粒子は凝集して造粒物となる。その後、サイクロンや所望の目開きの篩による篩別を経て、粒径別に分級される。こうして、チタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子の造粒物である金属イオン吸着材が出来上がる。ポリエチレン系樹脂バインダーを、ポリエチレン、エチレン−αオレフィン共重合体、又はエチレン酢酸ビニル共重合体とすると、適度の柔軟性を有し、衝撃等によっても破損しにくく微粉が流出しにくくなるため好ましい。 The crystalline fine particles of the alkali metal titanate salt are appropriately washed with water, and a polyethylene resin binder is added. It is preferable that the polyethylene-based resin binder is in the form of an emulsion because it easily blends with the crystalline fine particles and is less likely to cause unevenness, so that granulation can be easily performed. Here, the crystalline fine particles aggregate to form granulated products through heat drying. Then, it is classified according to the particle size through sieving with a cyclone or a sieve having a desired opening. In this way, a metal ion adsorbent which is a granulated product of crystalline fine particles of an alkali metal titanate is completed. When the polyethylene-based resin binder is made of polyethylene, an ethylene-α-olefin copolymer, or an ethylene-vinyl acetate copolymer, it is preferable because it has appropriate flexibility, is not easily damaged by impact or the like, and is less likely to cause fine powder to flow out.

これまでに詳述の金属イオン吸着材は、後記の試作例に開示するように、鉛、鉄、マンガン、亜鉛、銅、カドミウム等の重金属イオンの吸着に効果を発揮する。そこで、さらに金属イオン吸着材と、各種有機化合物の吸着に効果的な活性炭とが混合されて複合吸着材が形成される。活性炭はその細孔の制御により多様な吸着対象に対応することができる。例えば、トリハロメタン類の吸着用途としては、特開2013−220413号公報等に開示の活性炭が好適である。 The metal ion adsorbents described in detail so far are effective in adsorbing heavy metal ions such as lead, iron, manganese, zinc, copper and cadmium, as disclosed in the prototype examples described later. Therefore, the metal ion adsorbent and activated carbon effective for adsorbing various organic compounds are further mixed to form a composite adsorbent. Activated carbon can respond to various adsorption targets by controlling its pores. For example, activated carbon disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-220413 is suitable for adsorbing trihalomethanes.

図2の概略図からも把握されるように、金属イオン吸着材Amと活性炭Cが適量ずつ混合され複合吸着材Mを得ることができる。例えば、複合吸着材Mは、図2(a)の濾過部材10内に収容される。濾過部材10の容器本体11の表面部15には細かな透過孔16が形成されている。容器本体11の内部に導水部14が備えられる。図2(b)のとおり、容器本体11に蓋部12が被せられ完全に複合吸着材Mが収容された状態となる。 As can be seen from the schematic view of FIG. 2, the metal ion adsorbent Am and the activated carbon C are mixed in appropriate amounts to obtain the composite adsorbent M. For example, the composite adsorbent M is housed in the filtration member 10 of FIG. 2A. Fine permeation holes 16 are formed on the surface portion 15 of the container body 11 of the filtration member 10. A water guide portion 14 is provided inside the container body 11. As shown in FIG. 2B, the container body 11 is covered with the lid portion 12 and the composite adsorbent M is completely contained.

こうして、複合吸着材Mを有してなる濾過部材10が出来上がる。被処理水(処理前の水)は濾過部材10の表面部15の透過孔16からその内部に侵入する。そして、被処理水は複合吸着材Mと接触することにより吸着、濾過が進む。そして、濾過後の被処理水(処理後の水)は導水部14から濾過部材10の外部に流出する。 In this way, the filtration member 10 having the composite adsorbent M is completed. The water to be treated (water before treatment) penetrates into the inside of the filtration member 10 through the through hole 16 of the surface portion 15. Then, the water to be treated is adsorbed and filtered by coming into contact with the composite adsorbent M. Then, the water to be treated (water after treatment) after filtration flows out from the water guiding portion 14 to the outside of the filtration member 10.

当該濾過部材の主な用途として浄水器が挙げられる。図3の概略図に示すとおり、浄水器20は上水道の蛇口25の先端に装着される。水の切換部21の側部に濾過チャンバー23が備えられる。濾過部材10はこの濾過チャンバー23内に収容される。図中、符号22は切換レバー、24は固定蓋である。浄水器20には、中空糸フィルター、流量計等の各種部材も必要により取り付けられる。むろん、図示は濾過部材の一例であるため、これ以外の形態とすることも自在である。さらに、据え置き型や工場等での使用を想定して大規模処理装置とすることも可能である。特に、上水(水道水)等の飲料用水の水処理に有効である。 A water purifier is mentioned as a main use of the filtration member. As shown in the schematic view of FIG. 3, the water purifier 20 is attached to the tip of the faucet 25 of the water supply. A filtration chamber 23 is provided on the side of the water switching portion 21. The filtration member 10 is housed in the filtration chamber 23. In the figure, reference numeral 22 is a switching lever, and 24 is a fixed lid. Various members such as a hollow fiber filter and a flow meter are also attached to the water purifier 20 as needed. Of course, since the illustration is an example of the filtration member, other forms can be freely used. Furthermore, it is also possible to make a large-scale processing device assuming use in a stationary type or a factory. In particular, it is effective for water treatment of drinking water such as tap water.

[使用原料]
チタン酸アルカリ金属塩としてチタン酸ナトリウム塩を使用した。チタン酸ナトリウム塩は、炭酸ナトリウム(大東化学株式会社製)及び酸化チタン(テイカ株式会社製)、フラックス剤となる硝酸ナトリウム(宇部興産株式会社製)を混合後、匣鉢に充填して蓋をして密封し、600℃で加熱し結晶育成した。その後、適宜の水洗を経てチタン酸ナトリウム塩の結晶性微粒子を調製した(当該調製物がフラックス法により結晶育成したチタン酸ナトリウム塩である。)。結晶性微粒子については、レーザー回折・散乱式 粒子径・粒度分布測定装置(株式会社島津製作所製:SALD−3000S)により測定した。平均粒径は、同測定装置を用いてレーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値50%での粒径とした。
[Raw materials used]
Sodium titanate was used as the alkali metal titanate. The sodium titanate salt is prepared by mixing sodium carbonate (manufactured by Daito Chemical Co., Ltd.), titanium oxide (manufactured by Teika Co., Ltd.), and sodium nitrate (manufactured by Ube Kosan Co., Ltd.) as a flux agent, and then filling the bowl with the lid. The mixture was sealed and heated at 600 ° C. to grow crystals. Then, crystalline fine particles of sodium titanate were prepared through appropriate washing with water (the preparation is sodium titanate crystallized by the flux method). The crystalline fine particles were measured by a laser diffraction / scattering type particle size / particle size distribution measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation: SALD-3000S). The average particle size was defined as the particle size at an integrated value of 50% in the particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method using the same measuring device.

ポリエチレン系樹脂バインダーは下記の種類を使用した。
三井化学株式会社製:ケミパール(登録商標)M200(濃度40%)(低密度ポリエチレン)
{以降、E1と表記する。}
三井化学株式会社製:ケミパールA100(エチレン−αオレフィン共重合体)
{以降、E2と表記する。}
三井化学株式会社製:ケミパールV200(エチレン酢酸ビニル共重合体)
{以降、E3と表記する。}
三井化学株式会社製:ミベロン(登録商標)(高分子量ポリエチレン)
{以降、E4と表記する。}
住友精化株式会社製:フローセン(登録商標)UF−1.5(微粉末ポリエチレン)
{以降、E5と表記する。}
続いて、他のバインダーとして下記の種類を使用した。
和光純薬工業株式会社製:水ガラス(溶質濃度52%)
{以降、C1と表記する。}
日産化学工業株式会社製:スノーテックO(粒子径10〜20nm,pH2〜4)(コロイダルシリカ)
{以降、C2と表記する。}
旭硝子株式会社製:FLUON(登録商標)(ポリテトラフルオロエチレン)
{以降、C3と表記する。}
多木化学株式会社製:第一リン酸アルミニウム
{以降、C4と表記する。}
日本合成化学工業株式会社製:ゴーセノール(登録商標)N−300(ポリビニルアルコール)
{以降、C5と表記する。}
The following types of polyethylene resin binders were used.
Made by Mitsui Chemicals, Inc .: Chemipearl (registered trademark) M200 (concentration 40%) (low density polyethylene)
{Hereafter, it will be referred to as E1. }
Mitsui Chemicals, Inc .: Chemipal A100 (ethylene-α-olefin copolymer)
{Hereafter, it will be referred to as E2. }
Mitsui Chemicals, Inc .: Chemipal V200 (ethylene vinyl acetate copolymer)
{Hereafter, it will be referred to as E3. }
Mitsui Chemicals, Inc .: Miberon (registered trademark) (high molecular weight polyethylene)
{Hereafter, it will be referred to as E4. }
Sumitomo Seika Chemical Co., Ltd .: Frosen (registered trademark) UF-1.5 (fine powdered polyethylene)
{Hereafter, it will be referred to as E5. }
Subsequently, the following types were used as other binders.
Wako Pure Chemical Industries, Ltd .: Water glass (solute concentration 52%)
{Hereafter, it is referred to as C1. }
Made by Nissan Chemical Industries, Ltd .: Snowtech O (particle size 10 to 20 nm, pH 2 to 4) (coloidal silica)
{Hereafter, it will be referred to as C2. }
Made by Asahi Glass Co., Ltd .: FLUON (registered trademark) (polytetrafluoroethylene)
{Hereafter, it will be referred to as C3. }
Made by TAKI CHEMICAL CO., LTD .: First aluminum phosphate
{Hereafter, it will be referred to as C4. }
Made by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd .: Gosenol (registered trademark) N-300 (polyvinyl alcohol)
{Hereafter, it will be referred to as C5. }

複合吸着材の調製に際し、各試作例の金属イオン吸着材と活性炭を組み合わせた。この活性炭は、フタムラ化学株式会社製:粒状活性炭,CN5100S(粒径0.15〜0.30μm)を使用した。 In preparing the composite adsorbent, the metal ion adsorbent and activated carbon of each prototype were combined. As this activated carbon, CN5100S (particle size 0.15 to 0.30 μm) manufactured by Futamura Chemical Co., Ltd .: granular activated carbon was used.

[金属イオン吸着材の調製]
表1〜4に開示の各試作例のとおり、チタン酸ナトリウム塩結晶と各種のバインダーとの混合により、金属イオン吸着材を調製した。そして、各試作例の吸着剤の強度指数及び金属イオンごとの吸着率を測定した。
[Preparation of metal ion adsorbent]
As shown in each of the prototypes disclosed in Tables 1 to 4, a metal ion adsorbent was prepared by mixing sodium titanate crystals with various binders. Then, the strength index of the adsorbent of each prototype and the adsorption rate for each metal ion were measured.

[複合吸着剤の作成]
また、表5〜8に示す通り、各試作例の吸着剤10部と活性炭90部とを混合して複合吸着剤とし、各試作例の初期微粉量及び溶解性鉛の除去性能を測定した。
[Creation of composite adsorbent]
Further, as shown in Tables 5 to 8, 10 parts of the adsorbent of each prototype and 90 parts of activated carbon were mixed to form a composite adsorbent, and the initial amount of fine powder and the removal performance of soluble lead of each prototype were measured.

〔試作例1〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム3.0kgに、低密度ポリエチレン(E1)のエマルジョン0.5kgを加え、均一に混合した。当該混合物を120℃で4時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例1)とした。試作例1では、チタン酸ナトリウム塩重量の6.7重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype example 1]
0.5 kg of an emulsion of low-density polyethylene (E1) was added to 3.0 kg of sodium titanate for growing crystals by the flux method, and the mixture was uniformly mixed. The mixture was heat dried at 120 ° C. for 4 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 1). In Prototype Example 1, 6.7% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔試作例2〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム3.0kgに、エチレン−αオレフィン共重合体(E2)のエマルジョン0.5kgを加え、均一に混合した。当該混合物を120℃で4時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例2)とした。試作例2では、チタン酸ナトリウム塩重量の6.7重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype example 2]
To 3.0 kg of sodium titanate grown by the flux method, 0.5 kg of an emulsion of an ethylene-α-olefin copolymer (E2) was added and mixed uniformly. The mixture was heat dried at 120 ° C. for 4 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 2). In Prototype Example 2, 6.7% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔試作例3〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム3.0kgに、エチレン酢酸ビニル共重合体(E3)のエマルジョン0.5kgを加え、均一に混合した。当該混合物を120℃で4時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例3)とした。試作例3では、チタン酸ナトリウム塩重量の6.7重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype example 3]
0.5 kg of an emulsion of ethylene-vinyl acetate copolymer (E3) was added to 3.0 kg of sodium titanate for growing crystals by the flux method, and the mixture was uniformly mixed. The mixture was heat dried at 120 ° C. for 4 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 3). In Prototype Example 3, 6.7% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔試作例4〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム3.0kgに、エチレン酢酸ビニル共重合体(E3)のエマルジョン0.6kgを加え、均一に混合した。当該混合物を120℃で4時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例4)とした。試作例4では、チタン酸ナトリウム塩重量の8.0重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype example 4]
0.6 kg of an emulsion of ethylene-vinyl acetate copolymer (E3) was added to 3.0 kg of sodium titanate for growing crystals by the flux method, and the mixture was uniformly mixed. The mixture was heat dried at 120 ° C. for 4 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 4). In Prototype Example 4, 8.0% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔試作例5〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム3.0kgに、エチレン酢酸ビニル共重合体(E3)のエマルジョン0.8kgを加え、均一に混合した。当該混合物を120℃で4時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例5)とした。試作例5では、チタン酸ナトリウム塩重量の10.6重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype Example 5]
0.8 kg of an emulsion of ethylene-vinyl acetate copolymer (E3) was added to 3.0 kg of sodium titanate for growing crystals by the flux method, and the mixture was uniformly mixed. The mixture was heat dried at 120 ° C. for 4 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 5). In Prototype Example 5, 10.6% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔試作例6〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム3.0kgに、高分子量ポリエチレン(E4)の粉末0.5kgを加え、均一に混合した。当該混合物を120℃で4時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例6)とした。試作例6では、チタン酸ナトリウム塩重量の16.7重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype example 6]
0.5 kg of high molecular weight polyethylene (E4) powder was added to 3.0 kg of sodium titanate for growing crystals by the flux method, and the mixture was uniformly mixed. The mixture was heat dried at 120 ° C. for 4 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 6). In Prototype Example 6, 16.7% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔試作例7〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム3.0kgに、微粉末ポリエチレン(E5)の粉末0.5kgを加え、均一に混合した。当該混合物を120℃で4時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例7)とした。試作例7では、チタン酸ナトリウム塩重量の16.7重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype example 7]
To 3.0 kg of sodium titanate for growing crystals by the flux method, 0.5 kg of fine powdered polyethylene (E5) powder was added and mixed uniformly. The mixture was heat dried at 120 ° C. for 4 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 7). In Prototype Example 7, 16.7% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔試作例8〕
水ガラス(C1)20gをイオン交換水100mLに溶解して水ガラス液とした。フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、この水ガラス液100mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例8)とした。試作例8では、チタン酸ナトリウム塩重量の18.5重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype Example 8]
20 g of water glass (C1) was dissolved in 100 mL of ion-exchanged water to prepare a water glass solution. 100 mL of this water glass solution was sprayed onto 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method and mixed uniformly. The mixture was heat dried at 150 ° C. for 2 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 8). In Prototype Example 8, 18.5% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔試作例9〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、コロイダルシリカ(C2)(溶質20%に希釈)のエマルジョン100mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例9)とした。試作例9では、チタン酸ナトリウム塩重量の20.0重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype example 9]
60 g of sodium titanate salt grown by the flux method was sprayed with 100 mL of an emulsion of colloidal silica (C2) (diluted to 20% solute) and mixed uniformly. The mixture was heat dried at 150 ° C. for 2 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 9). In Prototype 9, 20.0% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔試作例10〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、ポリテトラフルオロエチレン(C3)(溶質濃度60%)のエマルジョン12.5mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例10)とした。試作例10では、チタン酸ナトリウム塩重量の12.5重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype Example 10]
12.5 mL of an emulsion of polytetrafluoroethylene (C3) (solute concentration 60%) was sprayed onto 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method and mixed uniformly. The mixture was heat dried at 150 ° C. for 2 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 10). In Prototype Example 10, 12.5% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔試作例11〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム塩60gに、第一リン酸アルミニウム(C4)(溶質濃度41.5%)の溶液50mLを噴霧して均一に混合した。当該混合物を150℃で2時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例11)とした。試作例11では、チタン酸ナトリウム塩重量の25.0重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype Example 11]
50 mL of a solution of primary aluminum phosphate (C4) (solute concentration 41.5%) was sprayed onto 60 g of sodium titanate salt grown by the flux method and mixed uniformly. The mixture was heat dried at 150 ° C. for 2 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 11). In Prototype Example 11, 25.0% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔試作例12〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム3.0kgに、ポリビニルアルコール(C5)の粉末0.4kgを加え、均一に混合した。当該混合物を120℃で4時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例12)とした。試作例12では、チタン酸ナトリウム塩重量の13.0重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype Example 12]
To 3.0 kg of sodium titanate for growing crystals by the flux method, 0.4 kg of polyvinyl alcohol (C5) powder was added and mixed uniformly. The mixture was heat dried at 120 ° C. for 4 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 12). In Prototype 12, 13.0% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔試作例13〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム3.0kgに、エチレン酢酸ビニル共重合体(E3)のエマルジョン0.3kgを加え、均一に混合した。当該混合物を120℃で4時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例13)とした。試作例13では、チタン酸ナトリウム塩重量の4.0重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype Example 13]
To 3.0 kg of sodium titanate grown by the flux method, 0.3 kg of an emulsion of ethylene-vinyl acetate copolymer (E3) was added and mixed uniformly. The mixture was heat dried at 120 ° C. for 4 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 13). In Prototype Example 13, 4.0% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔試作例14〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム3.0kgに、エチレン酢酸ビニル共重合体(E3)のエマルジョン0.4kgを加え、均一に混合した。当該混合物を120℃で4時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例14)とした。試作例14では、チタン酸ナトリウム塩重量の5.0重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype Example 14]
To 3.0 kg of sodium titanate grown by the flux method, 0.4 kg of an emulsion of ethylene-vinyl acetate copolymer (E3) was added and mixed uniformly. The mixture was heat dried at 120 ° C. for 4 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 14). In Prototype 14, 5.0% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔試作例15〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム3.0kgに、エチレン酢酸ビニル共重合体(E3)のエマルジョン1.6kgを加え、均一に混合した。当該混合物を120℃で4時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例15)とした。試作例15では、チタン酸ナトリウム塩重量の21.6重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype Example 15]
To 3.0 kg of sodium titanate grown by the flux method, 1.6 kg of an emulsion of ethylene-vinyl acetate copolymer (E3) was added and mixed uniformly. The mixture was heat dried at 120 ° C. for 4 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 15). In Prototype Example 15, 21.6% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔試作例16〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム3.0kgに、微粉末ポリエチレン(E5)の粉末0.15kgを加え、均一に混合した。当該混合物を120℃で4時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例16)とした。試作例16では、チタン酸ナトリウム塩重量の5.0重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype Example 16]
To 3.0 kg of sodium titanate for growing crystals by the flux method, 0.15 kg of fine powdered polyethylene (E5) powder was added and mixed uniformly. The mixture was heat dried at 120 ° C. for 4 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 16). In Prototype Example 16, 5.0% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

〔試作例17〕
フラックス法結晶育成のチタン酸ナトリウム3.0kgに、微粉末ポリエチレン(E5)の粉末0.66kgを加え、均一に混合した。当該混合物を120℃で4時間かけて加熱乾燥した。その後、80/300メッシュ(上網目開き0.180mm、下網目開き0.045mm)の篩に通し、篩に残った混合物を金属イオン吸着材(試作例17)とした。試作例17では、チタン酸ナトリウム塩重量の22.0重量%がバインダー重量に相当する。
[Prototype example 17]
0.66 kg of fine powdered polyethylene (E5) powder was added to 3.0 kg of sodium titanate for growing crystals by the flux method, and the mixture was uniformly mixed. The mixture was heat dried at 120 ° C. for 4 hours. Then, it was passed through a sieve of 80/300 mesh (upper mesh opening 0.180 mm, lower mesh opening 0.045 mm), and the mixture remaining on the sieve was used as a metal ion adsorbent (Prototype Example 17). In Prototype Example 17, 22.0% by weight of the sodium titanate salt weight corresponds to the binder weight.

[強度指数の測定]
100ccのステンレス製ポットに直径5mmの鉄球5つと各試作例を5.0gを充填し、微粉粉砕機で4分間振動させた。粉砕したサンプルを取り出し、330メッシュ(目開き0.045mm)の網で篩い、試料全量当たりの篩上の残量の割合から、強度指数を算出した。
強度指数(%)=篩上残量(g)/篩った試料全量(g)×100
[Measurement of intensity index]
A 100 cc stainless steel pot was filled with five iron balls having a diameter of 5 mm and 5.0 g of each prototype, and vibrated in a fine powder crusher for 4 minutes. The crushed sample was taken out, sieved with a mesh of 330 mesh (opening 0.045 mm), and the strength index was calculated from the ratio of the remaining amount on the sieve to the total amount of the sample.
Intensity index (%) = remaining amount on sieve (g) / total amount of sieved sample (g) x 100

[金属イオン吸着試験]
測定対象として、Pb、Fe、Mn、Zn、Cu、及びCdの6種類の金属塩を用意した。各金属イオン濃度を100μg/Lとしてイオン交換水中に溶解して、6種の金属イオンを含有する試験原液を調製した。水中の金属イオン量の測定に際し、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社,原子吸光光度計(iCE3000シリーズ)を使用した。
[Metal ion adsorption test]
Six kinds of metal salts of Pb, Fe, Mn, Zn, Cu, and Cd were prepared as measurement targets. Each metal ion concentration was set to 100 μg / L and dissolved in ion-exchanged water to prepare a test stock solution containing 6 kinds of metal ions. Thermo Fisher Scientific Co., Ltd., atomic absorption spectrophotometer (iCE3000 series) was used to measure the amount of metal ions in water.

300mLの三角フラスコに試験原液100mLを分取して、試作例の金属イオン吸着材を0.1gずつ添加した。三角フラスコごと24時間振とうして吸着した。振とう停止後、1時間静置して上清(上澄み)を分取し、東洋濾紙株式会社製,ディスポーザブルフィルターユニットDISMIC(孔径0.2μm)により濾過した。当該濾液を前記の原子吸光光度計により測定した。 100 mL of the test stock solution was dispensed into a 300 mL Erlenmeyer flask, and 0.1 g of the metal ion adsorbent of the prototype was added. The whole Erlenmeyer flask was shaken for 24 hours and adsorbed. After the shaking was stopped, the mixture was allowed to stand for 1 hour, and the supernatant (supernatant) was separated and filtered through a disposable filter unit DISMIC (pore diameter 0.2 μm) manufactured by Toyo Filter Paper Co., Ltd. The filtrate was measured by the atomic absorption spectrophotometer.

金属イオンの吸着率(Ads)(%)は下記のとおりとして、ひとつの試作例及び比較例について6種の金属イオン毎に算出した。
吸着率Ads(%)=〔1−{(試験原液濃度Ds−吸着後濃度Da)/試験原液濃度Ds}〕×100
The metal ion adsorption rate (Ads) (%) was calculated for each of the six metal ions in one prototype example and a comparative example as follows.
Adsorption rate Adds (%) = [1-{(test stock solution concentration Ds-post-adsorption concentration Da) / test stock solution concentration Ds}] x 100

各試作例について、バインダーの種類と形態、チタン酸ナトリウム塩重量に対するバインダー重量の割合(重量%)と、強度指数、金属イオン吸着材の各金属イオンの吸着率(%)を表1〜4に示した。 For each prototype, Tables 1 to 4 show the type and form of the binder, the ratio of the binder weight to the sodium titanate weight (% by weight), the strength index, and the adsorption rate (%) of each metal ion of the metal ion adsorbent. Indicated.

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[濾過部材の作成]
発明者は、前述のとおり試作例に開示の金属イオン吸着材が各種金属イオンの良好な吸着能力を示すことを明らかにした。この結果を踏まえ、金属イオン吸着に有効なチタン酸ナトリウム塩と、既存の吸着材として多用されている活性炭とを組み合わせて複合吸着材を作成した。当該複合吸着材について実際の浄水器における使用を想定し、通水に伴う微粉末の発生、水道水(上水)の評価項目であるPb(鉛イオン)の吸着性能により、複合吸着材の良否を検討した。各試作例の調製により得た金属イオン吸着材10gと、前出の粒状活性炭(CN5100S)90gを均一に混合して複合吸着材を作成した。直径40mmのステンレス製のカラムに該複合吸着材を54cc充填して濾過部材を作成した。
[Creation of filtration member]
As described above, the inventor has clarified that the metal ion adsorbent disclosed in the prototype example exhibits good adsorption ability of various metal ions. Based on this result, a composite adsorbent was prepared by combining sodium titanate, which is effective for adsorbing metal ions, and activated carbon, which is often used as an existing adsorbent. Assuming that the composite adsorbent will be used in an actual water purifier, the quality of the composite adsorbent is determined by the generation of fine powder due to water flow and the adsorption performance of Pb (lead ion), which is an evaluation item for tap water (tap water). It was investigated. A composite adsorbent was prepared by uniformly mixing 10 g of the metal ion adsorbent obtained by preparing each prototype and 90 g of the above-mentioned granular activated carbon (CN5100S). A stainless steel column having a diameter of 40 mm was filled with 54 cc of the composite adsorbent to prepare a filtration member.

[微粉量発生の評価]
各試作例を含む各濾過部材に、RO水を2.0L/min(SV:2222hr-1)の流速で通水した。通水初期(通水開始から)の濾過部材を通過した水を100mL採取し、採取した水の吸光度を分光光度計(株式会社島津製作所製:UVmini−1240、波長660nm、100mmセル使用)により吸光度を求めた。当該吸光度が低いほど透明であり、高くなると濁りが増す。
[Evaluation of fine powder generation]
RO water was passed through each filtration member including each prototype at a flow rate of 2.0 L / min (SV: 2222 hr -1). 100 mL of water that passed through the filtration member at the initial stage of water flow (from the start of water flow) was collected, and the absorbance of the collected water was measured by a spectrophotometer (manufactured by Shimadzu Corporation: UVmini-1240, wavelength 660 nm, using a 100 mm cell). Asked. The lower the absorbance, the more transparent it is, and the higher the absorbance, the more turbid it becomes.

[溶解性鉛の除去性能の測定]
各試作例を含む各濾過部材に、50ppbの溶解性鉛を含む原水を調製し、2.0L/min(SV:2222hr-1)の流速で通水した。濾過部材による溶解性鉛(鉛イオン)の除去率を測定し、除去率が80%となった時点の通水量を複合吸着材の充填量(54cc)で割った値を性能値(L/cc)として測定した。
溶解性鉛の除去性能(L/cc)=除去率が80%となった時点の通水量(L)/複合吸着材の充填量(54cc)
[Measurement of soluble lead removal performance]
Raw water containing 50 ppb of soluble lead was prepared for each filtration member including each prototype, and water was passed through at a flow rate of 2.0 L / min (SV: 2222 hr -1). The removal rate of soluble lead (lead ions) by the filtration member is measured, and the value obtained by dividing the amount of water flow when the removal rate reaches 80% by the filling amount (54 cc) of the composite adsorbent is the performance value (L / cc). ).
Soluble lead removal performance (L / cc) = Water flow rate (L) when the removal rate reaches 80% / Filling amount of composite adsorbent (54 cc)

各試作例と活性炭を用いた複合吸着剤よりなる濾過部材の初期微粉値(ABS)と溶解性鉛の除去性能(L/cc)を表5〜8に示した。 Tables 5 to 8 show the initial fine powder value (ABS) and the removal performance of soluble lead (L / cc) of each prototype and a filtration member made of a composite adsorbent using activated carbon.

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上記表1〜8をもとに、それぞれの試験結果についての評価及び総合評価を表9〜12にまとめた。
強度指数(%)が、86.0以上を「A」とし、80.0〜85.9を「B」とし、79.9以下を「C」とした。
金属イオン吸着率(%)が、全て90%以上のものを「A」とし、1〜3種類が90%未満のものを「B」とし、4種全て90%未満のものを「C」とした。
初期微粉値(ABS)が、0.230以下のものを「A」とし、0.231〜0.300のものを「B」とし、0.301以上のものを「C」とした。
溶解性鉛の除去性能(L/cc)が、34.0以上のものを「A」とし、22.0〜33,9のものを「B」とし、21.9以下のものを「C」とした。
総合評価は、上記の4項目すべてが「A」のものを最良品として「◎」とし、「◎」以外のもののうち「C」がないものをを良品として「○」とし、「C」が1でもあれば「△」とし、4項目すべてが「C」のものを「×」とした。
Based on Tables 1 to 8 above, the evaluations and comprehensive evaluations of each test result are summarized in Tables 9 to 12.
When the intensity index (%) was 86.0 or more, it was set as "A", when it was 80.0 to 85.9, it was set as "B", and when it was 79.9 or less, it was set as "C".
Those having a metal ion adsorption rate (%) of 90% or more are all designated as "A", those of 1 to 3 types having a metal ion adsorption rate of less than 90% are designated as "B", and those of all 4 types having a metal ion adsorption rate of less than 90% are designated as "C". bottom.
Those having an initial fine powder value (ABS) of 0.230 or less were designated as "A", those having an initial fine powder value (ABS) of 0.231 to 0.300 were designated as "B", and those having an initial fine powder value (ABS) of 0.301 or more were designated as "C".
Those with a soluble lead removal performance (L / cc) of 34.0 or more are designated as "A", those with 22.0 to 33.9 are designated as "B", and those with a solubility of 21.9 or less are designated as "C". And said.
In the overall evaluation, those with all four items above "A" are rated as "◎", those other than "◎" without "C" are rated as "○", and "C" is If it is 1, it is regarded as "Δ", and if all four items are "C", it is regarded as "x".

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[金属イオン吸着材の強度指数の結果と考察]
バインダーとしてポリエチレン系樹脂バインダーを使用していない試作例8〜12のいずれも強度指数が「C」であり満足できる水準に達していない。このことから、チタン酸ナトリウム塩同士と結着して壊れにくい造粒物となる部材は、試作例1〜7に開示のとおり、ポリエチレン系樹脂バインダーである。
[Results and discussion of strength index of metal ion adsorbent]
All of Prototype Examples 8 to 12 in which a polyethylene-based resin binder is not used as the binder have a strength index of "C" and have not reached a satisfactory level. From this, as disclosed in Prototype Examples 1 to 7, the member that binds to the sodium titanate salts to form a granulated product that is hard to break is a polyethylene-based resin binder.

また、バインダー量を多くした試作例15,17では結着力の向上により強度指数は向上する。逆に、バインダー量を少なくした試作例13,16では、強度指数が低下した。特に、ポリエチレン系樹脂バインダーであるエチレン酢酸ビニル重合体の配合量がチタン酸ナトリウム塩100重量部に対して4.0重量%である試作例13の結果及び、ポリエチレン系樹脂バインダーである微粉末ポリエチレンの配合量が5.0重量%である試作例16の結果から、その下限は6.0重量%以上であることが望ましいことが明らかとなった。 Further, in the prototype examples 15 and 17 in which the amount of the binder is increased, the strength index is improved by improving the binding force. On the contrary, in the prototype examples 13 and 16 in which the amount of the binder was reduced, the strength index decreased. In particular, the results of Prototype Example 13 in which the blending amount of the ethylene-vinyl acetate polymer, which is a polyethylene-based resin binder, is 4.0% by weight with respect to 100 parts by weight of the sodium titanate salt, and fine powder polyethylene, which is a polyethylene-based resin binder. From the results of Prototype Example 16 in which the blending amount of the above was 5.0% by weight, it was clarified that the lower limit thereof is preferably 6.0% by weight or more.

[金属イオン吸着材の吸着結果と考察]
試作例10〜12のいずれも金属イオンの吸着性能を示しつつも、満足できる水準に達しない。また、バインダー量を多くした試作例15及び17の結果も同様であることから、試作例3〜5及び14の吸着性能を鑑み、一定の吸着性能を確保する観点から、ポリエチレン系樹脂バインダーの配合量の上限が20.0重量%であると考えられる。
[Adsorption results and discussion of metal ion adsorbent]
Although all of Prototype Examples 10 to 12 show the adsorption performance of metal ions, they do not reach a satisfactory level. Further, since the results of the prototype examples 15 and 17 in which the amount of the binder is increased are the same, the polyethylene-based resin binder is blended from the viewpoint of ensuring a certain adsorption performance in view of the adsorption performance of the prototype examples 3 to 5 and 14. The upper limit of the amount is considered to be 20.0% by weight.

[濾過部材の初期微粉量の結果と考察]
試作例8〜14及び16のいずれも初期微粉量が満足できる水準に達しない。試作例1〜7,15及び17の結果から、ポリエチレン系樹脂バインダーは微粉末の発生を抑制して良好であることを示した。濾過部材(複合吸着材)を構成する金属イオン吸着材に使用されるバインダーの種類はポリエチレン系樹脂バインダーが望ましく、その配合量の下限が6.0重量%以上であることが望ましいことが確認された。このことから、従来から浄水器に多く使用されている活性炭に、金属イオン吸着性能を備えた金属イオン吸着材(チタン酸アルカリ金属塩の粒状物)が組み合わされることによって吸着(濾集、捕集)対象を容易に広げることができる。
[Results and consideration of the initial amount of fine powder in the filtration member]
In all of Prototype Examples 8 to 14 and 16, the initial amount of fine powder does not reach a satisfactory level. From the results of Prototype Examples 1 to 7, 15 and 17, it was shown that the polyethylene-based resin binder was good in suppressing the generation of fine powder. It was confirmed that the type of binder used for the metal ion adsorbent constituting the filtration member (composite adsorbent) is preferably a polyethylene-based resin binder, and the lower limit of the blending amount is preferably 6.0% by weight or more. rice field. For this reason, activated carbon, which has been widely used in water purifiers, is adsorbed (filtered and collected) by combining a metal ion adsorbent (granular substance of alkali metal titanate) with metal ion adsorption performance. ) The target can be easily expanded.

[濾過部材の溶解性鉛の除去性能の結果と考察]
試作例10〜12及び15〜17のいずれも溶解性鉛(鉛イオン)の吸着(除去)性能を示しつつも、満足できる水準に達しない。また、試作例1〜4のいずれも良好な結果を示していることから、濾過部材(複合吸着材)を構成する金属イオン吸着材に使用されるポリエチレン系樹脂バインダーの中でも、特にポリエチレン、エチレン−αオレフィン共重合体、又はエチレン酢酸ビニル共重合体とすると良好な結果が得られることが明らかとなった。バインダー量を多くした試作例15,17では結着力の向上により微粉末の発生は抑制される。しかし、その分、吸着性能は低下する。逆に、バインダー量を少なくした試作例13,14では、微粉末の発生が増加した。
[Results and discussion of soluble lead removal performance of filtration members]
Although all of Prototype Examples 10 to 12 and 15 to 17 show the adsorption (removal) performance of soluble lead (lead ion), they do not reach a satisfactory level. In addition, since all of Prototype Examples 1 to 4 showed good results, among the polyethylene-based resin binders used for the metal ion adsorbent constituting the filtering member (composite adsorbent), polyethylene and ethylene- It was clarified that good results were obtained when an α-olefin copolymer or an ethylene-vinyl acetate copolymer was used. In Prototype Examples 15 and 17 in which the amount of the binder is increased, the generation of fine powder is suppressed by improving the binding force. However, the adsorption performance is lowered by that amount. On the contrary, in the prototype examples 13 and 14 in which the amount of the binder was reduced, the generation of fine powder increased.

[総合評価の結果と考察]
各試作例の比較から、金属イオン吸着材に使用されるバインダーの種類において、ポリエチレン系樹脂バインダーの有効性が示され、特には、ポリエチレン、エチレン−αオレフィン共重合体、又はエチレン酢酸ビニル共重合体が使用されると、より良い結果となる。また、試作例1〜5と試作例6及び7とを比較すると、バインダーがエマルジョンの形態であると、強度指数、金属イオンの吸着性能、微粉量及び溶解性鉛の除去性能のいずれにおいても良好な結果を示した。これは、バインダーがエマルジョンの形態であることによって、金属イオン吸着材の結晶性微粒子とバインダーがなじみやすく、ムラなく混合されるためであると考えられる。
[Results and consideration of comprehensive evaluation]
From the comparison of each prototype, the effectiveness of the polyethylene-based resin binder was shown in the type of binder used for the metal ion adsorbent, and in particular, polyethylene, ethylene-α-olefin copolymer, or ethylene-vinyl acetate copolymer. Better results are obtained when coalescence is used. Further, comparing Prototype Examples 1 to 5 with Prototype Examples 6 and 7, when the binder is in the form of an emulsion, the strength index, the adsorption performance of metal ions, the amount of fine powder and the removal performance of soluble lead are all good. The result was shown. It is considered that this is because the binder is in the form of an emulsion, so that the crystalline fine particles of the metal ion adsorbent and the binder are easily blended and mixed evenly.

本発明はフラックス法を用いて結晶育成したチタン酸アルカリ金属塩とポリエチレン系樹脂バインダーと混合して造粒化したため、取り回しが容易で良好な金属イオン吸着材となる。そして、金属イオン吸着材に活性炭を組み合わせることにより双方の吸着能力を生かした複合吸着材を得ることができる。さらに、複合吸着材を用いて作成することにより効率的な濾過部材を得ることができる。 Since the present invention is granulated by mixing a titanoic acid alkali metal salt crystal-grown by the flux method with a polyethylene-based resin binder, the metal ion adsorbent is easy to handle and is good. Then, by combining the metal ion adsorbent with activated carbon, a composite adsorbent that makes the best use of the adsorption abilities of both can be obtained. Further, an efficient filtration member can be obtained by using the composite adsorbent.

C 活性炭
Am 金属イオン吸着材
M 複合吸着材
10 濾過部材
11 容器本体
12 蓋部
14 導水部
16 透過孔
20 浄水器
21 切換部
23 濾過チャンバー
25 蛇口
C Activated carbon Am Metal ion adsorbent M Composite adsorbent 10 Filtration member 11 Container body 12 Lid 14 Water guide 16 Permeation hole 20 Water purifier 21 Switching part 23 Filtration chamber 25 Faucet

Claims (8)

フラックス法を用いて結晶育成したチタン酸アルカリ金属塩の結晶性微粒子と、
前記結晶性微粒子の6〜20重量%に相当する重量のポリエチレン系樹脂バインダーとの混合、加熱により前記結晶性微粒子同士が結着されて造粒されてなる結晶性微粒子混合物である
ことを特徴とする金属イオン吸着材。
Crystalline fine particles of an alkali metal titanate crystal grown using the flux method,
It is characterized in that it is a crystalline fine particle mixture obtained by binding and granulating the crystalline fine particles by mixing and heating with a polyethylene resin binder having a weight corresponding to 6 to 20% by weight of the crystalline fine particles. Metal ion adsorbent.
前記チタン酸アルカリ金属塩がチタン酸ナトリウム塩である請求項1に記載の金属イオン吸着材。 The metal ion adsorbent according to claim 1, wherein the alkali metal titanate is a sodium titanate salt. 前記チタン酸ナトリウム塩の結晶育成に際し、フラックス剤が硝酸ナトリウムである請求項2に記載の金属イオン吸着材。 The metal ion adsorbent according to claim 2, wherein the flux agent is sodium nitrate in growing crystals of the sodium titanate. 前記結晶性微粒子の平均粒子径が1〜100μmである請求項1ないし3のいずれか1項の金属イオン吸着材。 The metal ion adsorbent according to any one of claims 1 to 3, wherein the crystalline fine particles have an average particle size of 1 to 100 μm. 前記ポリエチレン系樹脂バインダーがエマルジョンの形態である請求項1ないし4のいずれか1項の金属イオン吸着材。 The metal ion adsorbent according to any one of claims 1 to 4, wherein the polyethylene-based resin binder is in the form of an emulsion. 前記ポリエチレン系樹脂バインダーが、ポリエチレン、エチレン−αオレフィン共重合体、又はエチレン酢酸ビニル共重合体である請求項1ないし5のいずれか1項の金属イオン吸着材。 The metal ion adsorbent according to any one of claims 1 to 5, wherein the polyethylene-based resin binder is a polyethylene, an ethylene-α-olefin copolymer, or an ethylene-vinyl acetate copolymer. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の結晶性微粒子混合物と、活性炭とを含有することを特徴とする複合吸着材。 A composite adsorbent containing the crystalline fine particle mixture according to any one of claims 1 to 6 and activated carbon. 請求項7に記載の複合吸着材を有してなることを特徴とする濾過部材。 A filtration member comprising the composite adsorbent according to claim 7.
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