JP7538638B2 - Method for producing layered double hydroxide - Google Patents
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Description
本発明は層状複水酸化物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing layered double hydroxides.
層状複水酸化物は、陰イオン交換作用を有していることが知られている。そして、この陰イオン交換作用によって、ヒ素、フッ素、ホウ素、セレン、六価クロム、亜硝酸イオン、その他の陰イオン系の有害物質を固定化すれば、廃棄物の安全性向上技術、無害化環境改善技術において、汚染水の水質改善、有害物質の溶出防止、土壌改良、廃棄物処分場での有害物質の安定化促進等に寄与できるものと期待されている。そして、層状複水酸化物の製造方法に関してはいくつかの提案がなされている(例えば特許文献1)。 Layered double hydroxides are known to have an anion exchange function. If this anion exchange function can be used to immobilize arsenic, fluorine, boron, selenium, hexavalent chromium, nitrite ions, and other anionic hazardous substances, it is expected that this will contribute to improving the quality of contaminated water, preventing the elution of hazardous substances, improving soil, and promoting the stabilization of hazardous substances at waste disposal sites in waste safety improvement technology and harmless environmental improvement technology. Several proposals have been made regarding methods for producing layered double hydroxides (for example, Patent Document 1).
しかしながら、層状複水酸化物の製造に関してはまだまだ改善の余地があり、顆粒状の層状複水酸化物が崩れてしまうという課題もある。また、層状複水酸化物により有害物質を取り除いた液体を飲料水にするという課題もある。 However, there is still room for improvement in the production of layered double hydroxides, and there is an issue with the granular layered double hydroxides crumbling. There is also an issue with turning liquids from which harmful substances have been removed using layered double hydroxides into drinking water.
そこで、本第1発明では、崩れにくい顆粒状の層状複水酸化物の製造方法を提供することを目的とする。
また、本第2発明では、有害物質を取り除いた液体を飲料水にできる層状複水酸化物の製造方法を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the first invention is to provide a method for producing a granular layered double hydroxide that is not easily crumbled.
Another object of the second invention is to provide a method for producing a layered double hydroxide which can turn the liquid from which harmful substances have been removed into drinking water.
本第1発明に係る層状複水酸化物の製造方法は、酸性溶液とアルカリ性溶液とを混合して層状複水酸化物を製造する層状複水酸化物の製造方法であって、前記層状複水酸化物の圧縮気体を用いた圧搾工程に先立って、前記層状複水酸化物を圧力が0.2MPaから1.5MPaの液体を用いて洗浄する洗浄工程を含み、前記洗浄工程の後に、前記層状複水酸化物の含水率が5%から30%になるように、前記層状複水酸化物を乾燥させる乾燥工程と、を含んでいる。 The method for producing a layered double hydroxide according to the first invention is a method for producing a layered double hydroxide by mixing an acidic solution and an alkaline solution, and includes a washing step of washing the layered double hydroxide with a liquid having a pressure of 0.2 MPa to 1.5 MPa prior to a compressing step of the layered double hydroxide using a compressed gas, and a drying step of drying the layered double hydroxide after the washing step so that the moisture content of the layered double hydroxide is 5% to 30%.
本第1発明によれば、崩れにくい顆粒状の層状複水酸化物の製造方法を実現することができる。
本第2発明によれば、有害物質を取り除いた液体を飲料水にできる層状複水酸化物の製造方法を提供することができる。
According to the first invention, a method for producing a granular layered double hydroxide that is resistant to crumbling can be realized.
According to the second invention, it is possible to provide a method for producing a layered double hydroxide which can turn a liquid from which harmful substances have been removed into drinking water.
(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態により、本発明が限定されるものではない。
First Embodiment
A first embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiment described below.
本実施形態の層状複水酸化物を製造する製造ライン1は、層状複水酸化物を生成する生成部10と、生成された層状複水酸化物を洗浄するための液体を供給する液体供給部30と、生成された層状複水酸化物に各種処理を施す処理部50と、を有している。
The
製造ライン1は、顆粒状の層状複水酸化物を製造するものである。製造ライン1で製造された顆粒状の層状複水酸化物は容器に充填される。この容器に汚染水が供給され、顆粒状の層状複水酸化物により汚染水の有害物質が除去され、工業用水や飲料水として利用される。本願出願人は、国際出願番号PCT/JP2017/046943(国際公開第2018/124190号)にて、層状複水酸化物などによりヒ素、鉄、マンガンなどの有害物質を飲用基準まで除去できることを開示した。本実施形態では、これらの有害物質の除去に加え、塩分も飲料に適する濃度まで除去するものであり、詳細は後述するものの、電気伝導率を5.7mS/cm以下にすることが好ましい。言い換えると、塩化物イオン濃度を200mg/L以下にすることが望ましい。
The
また、本願出願人は、容器に充填された顆粒状の層状複水酸化物が汚染水の通水により、崩れてしまって粉状になり、容器内の通水を詰まらせてしまうという現象を確認した。詳細は後述するものの、本願出願人は、乾燥工程終了時の顆粒状の層状複水酸化物の含水率を5%から30%にすることにより、好ましくは乾燥工程終了時の顆粒状の層状複水酸化物の含水率を8%から20%にすることにより、より好ましくは乾燥工程終了時の顆粒状の層状複水酸化物の含水率を10%から20%にすることにより、通水による顆粒状の層状複水酸化物の崩れを使用上問題のないレベルまで抑制できることを見出した。 The applicant has also confirmed the phenomenon that the granular layered double hydroxide filled in the container crumbles into powder when contaminated water is passed through it, clogging the water passage in the container. Although details will be described later, the applicant has found that by setting the moisture content of the granular layered double hydroxide at the end of the drying process to 5% to 30%, preferably by setting the moisture content of the granular layered double hydroxide at the end of the drying process to 8% to 20%, and more preferably by setting the moisture content of the granular layered double hydroxide at the end of the drying process to 10% to 20%, the collapse of the granular layered double hydroxide due to the passage of water can be suppressed to a level that does not cause problems in use.
(生成部)
本実施形態の生成部10は、2価の金属イオンと3価の金属イオンを含有する酸性溶液とアルカリ性溶液とを混合して、層状複水酸化物を製造するためのものであって、酸性溶液を供給する第1供給部11と、アルカリ性溶液を供給する第2供給部12と、回転軸13と羽根14とを有し、酸性溶液とアルカリ性溶液を撹拌して混合液とする回転攪拌部15と、回転攪拌部15の下方において、製造された層状複水酸化物の熟成を止めるために混合液の水素イオン指数を調節するpH調節部16と、で主に構成される。
(Generation section)
The
ここで、層状複水酸化物とは、一般式がM2+
1-xM3+
x(OH)2(An-)x/n・mH2O(ここで、M2+は2価の金属、M3+は3価の金属、An-はn価の陰イオン、0<x<1、m>0)で表されるものを意味する。層状複水酸化物は、ハイドロタルサイト様化合物と呼ばれることもある。
2価の金属としては、例えば、Mg2+、Fe2+、Zn2+、Ca2+、Li2+、Ni2+、Co2+、Cu2+等が挙げられる。
3価の金属としては、例えば、Al3+、Fe3+、Mn3+等が挙げられる。
陰イオンとしては、例えば、HCO3
-、PO4
3-、SO4
2-、Cl-、NO2
-、NO3
-等が挙げられる。
Here, layered double hydroxide means a compound represented by the general formula M2 + 1- xM3+ x (OH) 2 ( An- ) x/ n.mH2O (where M2 + is a divalent metal, M3 + is a trivalent metal, An- is an n-valent anion, 0<x<1, m>0). Layered double hydroxides are also called hydrotalcite-like compounds.
Examples of divalent metals include Mg 2+ , Fe 2+ , Zn 2+ , Ca 2+ , Li 2+ , Ni 2+ , Co 2+ , and Cu 2+ .
Examples of trivalent metals include Al 3+ , Fe 3+ , and Mn 3+ .
Examples of anions include HCO 3 − , PO 4 3− , SO 4 2− , Cl − , NO 2 − , and NO 3 − .
酸性溶液に含まれる酸としては、水溶液を酸性とするものであれば良く、例えば、硝酸や塩酸等を用いることができる。
また、アルカリ性溶液に含まれるアルカリとしては、水溶液をアルカリ性とするものであれば良く、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどを用いることができる。また、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウム、アンモニア水、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウムなども用いることができる。これらアルカリはいずれかを単独で用いても、2種類以上を組み合わせて用いても良い。
The acid contained in the acidic solution may be any acid that makes the aqueous solution acidic, and examples of the acid that can be used include nitric acid and hydrochloric acid.
The alkali contained in the alkaline solution may be any alkali that makes the aqueous solution alkaline, and may be, for example, sodium hydroxide, calcium hydroxide, etc. Sodium carbonate, potassium carbonate, ammonium carbonate, aqueous ammonia, sodium borate, potassium borate, etc. These alkalis may be used alone or in combination of two or more.
具体的には、一般式がMg2+ 1-xAl3+ x(OH)2(An-)x/n・mH2Oで表される層状複水酸化物や、一般式Zn2+ 1-xAl3+ x(OH)2(An-)x/n・mH2O(An-はn価の陰イオン、m>0)で表される層状複水酸化物が挙げられる。 Specifically, examples of such layered double hydroxides include those having the general formula Mg2 + 1- xAl3+ x (OH) 2 ( An- ) x/ n.mH2O and those having the general formula Zn2 + 1- xAl3+ x (OH) 2 ( An- ) x/ n.mH2O ( An- is an n-valent anion, m>0).
第1供給部11は、別途調製された3価の金属イオンと2価の金属イオンを含有する酸性溶液を供給するものである。酸性溶液は、例えば酸性溶液調製槽で必要となる材料から2価の金属イオンと3価の金属イオンを調製および混合し、第1供給部11を介して回転攪拌部15に供給すれば良い。
The
第2供給部12は、アルカリ性溶液を回転攪拌部15に供給するためのものである。アルカリ性溶液は、例えばアルカリ性溶液調製槽で必要となる材料から調製すればよい。
The
第1供給部11および第2供給部122は、適宜酸性溶液およびアルカリ性溶液の流量を調節する流量調節装置を具備しても良い。流量調節装置としては、従来から知られている一般的なものを用いれば良く、例えば、流量調節弁等を用いることができる。
The
回転攪拌部15は、回転軸13の下方に複数の羽根14を有し、所定速度で回転して、酸性溶液とアルカリ性溶液を速やかに撹拌し混合液とするものである。回転攪拌部15の回転軸13には、生成された層状複水酸化物が堆積し易い。そこで、回転軸13に層状複水酸化物が堆積するのを防止するために回転軸13の上方から水等の液体を供給して流し、回転軸13の表面を当該液体で覆うようにすれば良い。これにより、回転軸13の表面に層状複水酸化物が堆積するのを防止することができる。
The
例えば、一般式が、Mg2+ 1-xAl3+ x(OH)2(An-)x/n・mH2O(An-はn価の陰イオン、m>0)である層状複水酸化物を製造する場合には、まず、アルミニウムイオンとマグネシウムイオンを含む酸性溶液を調製する。 For example, when producing a layered double hydroxide having the general formula Mg2 + 1- xAl3 + x (OH) 2 ( An- ) x/ n.mH2O ( An- is an n-valent anion, m>0), first, an acidic solution containing aluminum ions and magnesium ions is prepared.
アルミニウムイオンのアルミニウム源としては、水中でアルミニウムイオンを生成するものであれば良く、特定の物質に限定されるものではない。例えば、アルミナ、アルミン酸ソーダ、水酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、ボーキサイト、ボーキサイトからのアルミナ製造残渣、アルミスラッジ等を用いることができる。また、これらアルミニウム源は、いずれかを単独で用いても、2種類以上を組み合わせて用いても良い。 The aluminum source for the aluminum ions is not limited to any particular substance, as long as it generates aluminum ions in water. For example, alumina, sodium aluminate, aluminum hydroxide, aluminum chloride, aluminum nitrate, bauxite, alumina production residue from bauxite, aluminum sludge, etc. can be used. Furthermore, any of these aluminum sources may be used alone, or two or more types may be used in combination.
また、マグネシウムイオンのマグネシウム源としては、水中でマグネシウムイオンを生成する物であれば良く、特定の物質に限定されるものではない。例えば、ブルーサイト、水酸化マグネシウム、マグネサイト、マグネサイトの焼成物等を用いることができる。これらマグネシウム源は、いずれかを単独で用いても、2種類以上を組み合わせて用いても良い。 The magnesium source of magnesium ions is not limited to any specific substance, as long as it generates magnesium ions in water. For example, brucite, magnesium hydroxide, magnesite, baked magnesite, etc. can be used. These magnesium sources can be used alone or in combination of two or more types.
なお、前記アルミニウム源としてのアルミニウム化合物、マグネシウム源としてのマグネシウム化合物は、前記酸性溶液にアルミニウムイオン、マグネシウムイオンが存在していれば完全に溶解している必要はない。したがって、酸性溶液中に溶解していないアルミニウム化合物やマグネシウム化合物を含んでいても問題なく層状複水酸化物を製造することができる。 The aluminum compound as the aluminum source and the magnesium compound as the magnesium source do not need to be completely dissolved as long as aluminum ions and magnesium ions are present in the acidic solution. Therefore, even if the acidic solution contains aluminum compounds or magnesium compounds that are not dissolved, layered double hydroxides can be produced without any problems.
また、Mg2+ 1-xAl3+ x(OH)2(An-)x/n・mH2Oで表わされる高結晶質の層状複水酸化物は、アルミニウムイオンとマグネシウムイオンのモル比が1:3(x=0.25)となっていることが知られている。したがって、酸性溶液中のアルミニウムイオンとマグネシウムイオンのモル比は、1:5から1:2の範囲とするのが好ましい。この範囲とすることによって、アルミニウム源とマグネシウム源を無駄にすることなく、物質収支的に有利に層状複水酸化物を製造することができる。なお、酸性溶液を酸性に調整するには、硝酸又は塩酸を用いるのが好ましい。 It is also known that the highly crystalline layered double hydroxide represented by Mg2 + 1- xAl3+ x (OH) 2 ( An- ) x/n.mH2O has a molar ratio of aluminum ions to magnesium ions of 1:3 (x=0.25). Therefore, the molar ratio of aluminum ions to magnesium ions in the acidic solution is preferably in the range of 1:5 to 1:2. By setting the ratio in this range, the layered double hydroxide can be produced advantageously in terms of material balance without wasting the aluminum source and the magnesium source. It is preferable to use nitric acid or hydrochloric acid to adjust the acidic solution to an acidic state.
アルカリ性溶液は、pHが8から14のものを調製するのが好ましい。ここで、アルカリ性溶液に含まれるアルカリとしては、水溶液をアルカリ性とするものであれば良く、特定の物質に限定されるものではない。例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどを用いることができる。また、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウム、アンモニア水、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウムなども用いることができる。これらアルカリはいずれかを単独で用いても、2種類以上を組み合わせて用いても良い。
この酸性溶液とアルカリ性溶液を所定の割合で混合することにより、層状複水酸化物が生成する。
The alkaline solution is preferably prepared to have a pH of 8 to 14. The alkali contained in the alkaline solution is not limited to a specific substance as long as it can make the aqueous solution alkaline. For example, sodium hydroxide, calcium hydroxide, etc. can be used. In addition, sodium carbonate, potassium carbonate, ammonium carbonate, aqueous ammonia, sodium borate, potassium borate, etc. can also be used. Any of these alkalis may be used alone, or two or more types may be used in combination.
By mixing the acidic solution and the alkaline solution in a predetermined ratio, a layered double hydroxide is produced.
pH調節部16は、回転攪拌部15の下方に配置され、製造された層状複水酸化物の熟成を止めるために混合液の水素イオン指数を調節するためのものである。層状複水酸化物は、生成後の熟成時間を短くする程、結晶子サイズ(結晶子の大きさ)の小さいものを製造することができる。結晶子サイズが20nm以下、好ましくは10nm以下になるように、熟成を止めるのが好ましい。熟成を行わないようにするには、酸性溶液とアルカリ性溶液の混合が完了した後、当該混合液のpHを層状複水酸化物の結晶成長が止まる値まで下げれば良い。
The
例えば、一般式がMg2+ 1-xAl3+ x(OH)2(An-)x/n・mH2Oで表される層状複水酸化物は、pHを9以下とすれば熟成を止めることができる。また、一般式Zn2+ 1-xAl3+ x(OH)2(An-)x/n・mH2Oで表される層状複水酸化物は、pHを5以下とすれば熟成を止めることができる。 For example, the aging of a layered double hydroxide represented by the general formula Mg2 + 1- xAl3+ x (OH) 2 ( An- ) x/n.mH2O can be stopped by adjusting the pH to 9 or less. Also, the aging of a layered double hydroxide represented by the general formula Zn2 + 1- xAl3+ x (OH) 2 ( An- ) x/ n.mH2O can be stopped by adjusting the pH to 5 or less.
pH調節部16としては、例えば、水素イオン指数を調節可能な液体(pH調節液)を、製造された層状複水酸化物を含む混合液に供給するpH調節液供給流路を設ければ良い。pH調節液としては、熟成を止めるのに必要なpH以下の液体であればどのようなものでも良く、例えば、水や酸性溶液を用いれば良い。また、混合液のpHを下げることができる気体(pH調節気体)や、固体(pH調節固体)を用いることも可能である。また、pH調節液の流量を調節する量調節装置を適宜設けても良い。
The
撹拌槽17は、内部に羽根14を収容し、酸性溶液とアルカリ性溶液を混合して層状複水酸化物を生成する。
pH調節槽18は、下部にpH調節部16が連接されるとともに、排出流路19とが連接されており、生成された層状複水酸化物のpHを下げることにより熟成を止めている。熟成を速やかに止めることにより、結晶子サイズの小さい層状複水酸化物を効率良く大量生産することができる。
The stirring
The
酸性溶液とアルカリ性溶液との混合液のオーバーフローによって製造されたスラリー状の層状複水酸化物はpH調節液とともに排出流路19からスラリー槽20に流入する。スラリー槽20に流入したスラリー状の層状複水酸化物はポンプ25により処理部50に搬送される。処理部50による処理の説明に先立って、液体供給部30につき説明を続ける。
The layered double hydroxide in slurry form produced by overflowing the mixed solution of the acidic solution and the alkaline solution flows into the
(液体供給部)
液体供給部30は、層状複水酸化物を洗浄するための液体を処理部50に供給するものであり、本実施形態においては液体として水を用いている。液体供給部30は、水を蓄えているタンク31と、タンク31に蓄えられた水を処理部50に搬送するポンプ32とを有しており、1分間あたり20リットルから100リットル、好ましくは1分間あたり30リットルから80リットル、より好ましくは40リットルから60リットルの水を処理部50に供給している。これは、液体供給部30が供給する水の流量が上述の下限値を下回ると層状複水酸化物の洗浄に時間がかかり、液体供給部30が供給する水の流量が上述の上限値を上回ると層状複水酸化物の洗浄コストが高くなるからである。
(Liquid supply unit)
The
液体供給部30が処理部50に水を供給する際の圧力は、0.2MPaから1.5MPa、好ましくは0.4MPaから1.0MPa、より好ましくは0.5MPaから0.8MPaである。水圧が上述の下限値を下回ると凝集している層状複水酸化物が顆粒状にならず、水圧が上述の上限値を上回ると後述のフィルタに水が通りにくく層状複水酸化物を洗浄できないからである。なお、液体供給部30が供給する水は水道水でもよく、精製水などでもよい。なお、自然水の電気伝導率が100μS/cmであるので、電気伝導率が200μS/cm以下、好ましくは100μS/cm以下、より好ましくは50μS/cm以下の水を用いることが好ましい。なお、水の電気伝導率の下限値をしては純水の電気伝導率である0.01μS/cmとすればよい。
The pressure at which the
(処理部)
処理部50は、層状複水酸化物に濾過処理や、水洗処理や、圧搾処理や、乾燥処理などの各種処理を行うものである。処理部50は、流路を切り替える切替弁51と、処理本体52と、ろ布53と、開口部54と、排出部55と、圧縮気体供給部56と、などを有している。
(Processing section)
The
切替弁51は、本実施形態においては三方切替弁であり、処理部50からの層状複水酸化物と、液体供給部30からの水と、を切り替えて処理部50に供給するものである。
処理本体52は、ろ布53を内側に収容し、ろ布53に層状複水酸化物や水を供給するための開口部54を上部に備え、層状複水酸化物とともに供給されるpH調節液や、水を排出する排出部55と、圧搾処理のために圧縮気体を供給する圧縮気体供給部56を備えている。
In this embodiment, the switching
The
ろ布53は、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレンなどの化学繊維を用いることができ、通気性が0.1から1cm3/cm2・secのものを用いることができる。
開口部54は、切替弁51に接続されており、層状複水酸化物と水とを選択的にろ布53に供給している。
排出部55は、処理本体52の下方に設けられ、ろ布53を通過した液体を処理本体52の外部に排出するものである。図1では2つの排出部55を図示しているが、排出部の数は1つでもよく、3つ以上でもよい。
圧縮気体供給部56は、処理本体52の上方に形成され、不図示の圧縮気体供給源に接続されている。本実施形態では圧縮気体供給部56は、空気を供給するものとするが、他の気体を用いても構わない。また、図1では2つの圧縮気体供給部56を図示しているが、圧縮気体供給部56の数は1つでもよく、3つ以上でもよい。
以上のように構成された本実施形態の製造ライン1の処理部50の処理につき説明を続ける。
The
The
The
The compressed
The processing of the
(フローチャートの説明)
図2は、本実施形態の処理部50の処理のフローチャートであり、このフローチャートは、処理部50の不図示の制御部の制御により実施されるものである。
制御部は、スラリー槽20に蓄えられたスラリー状の層状複水酸化物をろ布53に供給するように、切替弁51を切替る(ステップS1)。なお、切替弁51の切替操作はマニュアルにより行うようにしてもよい。
(Flowchart explanation)
FIG. 2 is a flowchart of the processing of the
The control unit switches the switching
ろ布53はpH調節液などの液体を通過させ、ろ布53を通過した液体は排出部55から排出される。このように、ろ布53を用いたフィルタープレスによる濾過が行われる(ステップS2)。ろ布53から層状複水酸化物が流出しないように、通気性が0.1から1cm3/cm2・secのろ布53を用いることが好ましい。
The
濾過工程に引き続き、制御部は、液体供給部30からの水をろ布53に供給するように、切替弁51を切替えて、層状複水酸化物の洗浄(水洗)を行う(ステップS3)。なお、切替弁51の切替操作はマニュアルにより行うようにしてもよい。酸性溶液とアルカリ性溶液との混合により、層状複水酸化物が生成されるとともに、NaClも生成される。ステップS3の洗浄(水洗)工程では、NaClの除去が行われる。このとき、層状複水酸化物に付着したNaClも除去されるため、層状複水酸化物の陰イオン交換作用性が向上し、ヒ素、フッ素、ホウ素、セレン、六価クロム、亜硝酸イオン、その他の陰イオン系の有害物質を吸着する吸着性能を向上することができる。
Following the filtration process, the control unit switches the switching
なお、本実施形態で製造された顆粒状の層状複水酸化物により有害物質が除去された液体を飲料水とする場合には、この液体のNaCl濃度を0.3%以下とする必要がある。このため、本実施形態で製造された顆粒状の層状複水酸化物を洗浄した液体のNaCl濃度を少なくとも0.3%以下とする必要がある。また、汚染水にもNaClが含まれている場合もあるので、顆粒状の層状複水酸化物を洗浄した液体のNaCl濃度を0.1%以下とするのが好ましい。顆粒状の層状複水酸化物を洗浄した液体のNaCl濃度を電気伝導率で表す場合は、NaCl濃度0.3%が電気伝導率を5.7mS/cmにほぼ対応するので、顆粒状の層状複水酸化物を洗浄した液体の電気伝導率は少なくとも5.7mS/cm以下にする必要があり、自然水とほぼ同等の電気伝導率が100μS/cm以下が好ましく、電気伝導率が50μS/cm以下となることがより好ましい。 In addition, if the liquid from which harmful substances have been removed by the granular layered double hydroxide produced in this embodiment is to be used as drinking water, the NaCl concentration of this liquid must be 0.3% or less. Therefore, the NaCl concentration of the liquid used to wash the granular layered double hydroxide produced in this embodiment must be at least 0.3% or less. Since NaCl may also be contained in contaminated water, it is preferable to set the NaCl concentration of the liquid used to wash the granular layered double hydroxide to 0.1% or less. When the NaCl concentration of the liquid used to wash the granular layered double hydroxide is expressed in terms of electrical conductivity, a NaCl concentration of 0.3% approximately corresponds to an electrical conductivity of 5.7 mS/cm, so the electrical conductivity of the liquid used to wash the granular layered double hydroxide must be at least 5.7 mS/cm or less, and an electrical conductivity of 100 μS/cm or less, which is approximately the same as that of natural water, is preferable, and an electrical conductivity of 50 μS/cm or less is even more preferable.
顆粒状の層状複水酸化物を洗浄した液体のNaCl濃度を塩化物イオン濃度で表す場合は、NaCl濃度0.3%が塩化物イオン濃度を200mg/Lにほぼ対応するので、顆粒状の層状複水酸化物を洗浄した液体の塩化物イオン濃度を200mg/L以下にする必要があり、自然水とほぼ同等の50mg/L~100mg/L以下が好ましく、0.1mg/L以下がより好ましい。 When the NaCl concentration of the liquid used to wash the granular layered double hydroxide is expressed as chloride ion concentration, a NaCl concentration of 0.3% roughly corresponds to a chloride ion concentration of 200 mg/L, so the chloride ion concentration of the liquid used to wash the granular layered double hydroxide needs to be 200 mg/L or less, preferably 50 mg/L to 100 mg/L or less, which is roughly the same as natural water, and more preferably 0.1 mg/L or less.
ステップS3の洗浄工程は、ステップS2の濾過工程の後に行うことが水の量を減らすために好ましいが、濾過工程中に液体供給部30からの水をろ布53に供給してもよい。ステップS3の洗浄工程は、圧搾工程の前に行うことにより、効率的にNaClの除去および層状複水酸化物の吸着性能を向上することができる。なお、ろ布53に供給される層状複水酸化物の乾燥重量を100Kgとすると、1分間あたり20リットルから100リットルの水を数時間供給している。このため、洗浄工程で供給される水の重量は、層状複水酸化物の乾燥重量よりも多く、本実施形態においては、水の重量は、層状複水酸化物の乾燥重量の10倍以上であり100倍以下が好ましい。
The washing step in step S3 is preferably performed after the filtering step in step S2 in order to reduce the amount of water, but water from the
排出部55に電気の通りやすさを計測する電気伝導率計を設けて、洗浄工程で排出された水の電気伝導率を測定し、この測定値が50μS/cmから5.7mS/cmの範囲になるまで洗浄工程を行う。本実施形態においては、第1の所定値である200μS/cm以下、好ましくは150μS/cm以下、より好ましくは自然水の電気伝導率である100μS/cm以下になったら洗浄工程を終了するようにしている。
An electrical conductivity meter that measures the ease with which electricity passes is provided in the
また、電気伝導率計の測定値が第2の所定値である400μS/cm以下、好ましくは300μS/cm以下、より好ましくは200μS/cm以下になったら、不図示の切替弁を切替て、排出部55から排出される水をタンク31に循環させるようにしてもよい。この場合、不図示の切替弁とタンク31との間にフィルタや浄水器を設けるようにしてもよい。排出部55から排出される水をタンク31に循環させることにより、洗浄に用いる水の有効活用をすることができる。なお、本実施形態において、第2の所定値は第1の所定値よりも大きく設定されている。
When the measured value of the electrical conductivity meter becomes equal to or less than 400 μS/cm, preferably equal to or less than 300 μS/cm, more preferably equal to or less than 200 μS/cm, which is a second predetermined value, a switching valve (not shown) may be switched to circulate the water discharged from the
洗浄工程において、上述した流量や水圧などを用いることにより、本実施形態の洗浄工程を追加しても顆粒状の層状複水酸化物を提供することができる。 By using the flow rate and water pressure described above in the washing step, it is possible to provide granular layered double hydroxide even if the washing step of this embodiment is added.
制御部は、スラリー状の層状複水酸化物および液体供給部30からの水の供給が停止するように切替弁51を切り替えた後に、不図示の圧縮気体供給源からの圧縮空気を圧縮気体供給部56から導入する。圧縮気体供給部56からろ布53に圧縮空気が供給されることにより、ろ布53に収容された層状複水酸化物が圧搾される(ステップS4)。なお、本実施形態では、圧搾工程を処理本体52内で行ったが、処理本体52とは別の容器に層状複水酸化物を収容して、圧搾工程を行ってもよい。
After switching the switching
制御部は、圧搾工程に引き続き層状複水酸化物を乾燥する乾燥工程を実施する(ステップS5)。乾燥工程は、処理本体52内で行ってもよく、処理本体52外で行ってもよいが、本実施形態では処理本体52内で行うものとして説明を続ける。
処理本体52に不図示の真空吸着機構により、ろ布53内の蒸気を真空吸着するとともに、80℃から100℃の液体が処理本体52に循環する流路を設けることにより、層状複水酸化物を真空乾燥することができる。不図示の真空吸着機構により処理本体52内の気圧を下げることにより、低い温度で水分が蒸気となるので、効率的な乾燥を行うことができる。なお、不図示の真空吸着機構の駆動時には処理本体52の外部との連通を防ぐように開口部54などを蓋などにより覆うことが好ましい。
層状複水酸化物の乾燥は、80℃から150℃好ましくは100℃から120℃の熱風を吹きかけることにより行ってもよく、電磁波により行ってもよい。
The control unit performs a drying step of drying the layered double hydroxide following the squeezing step (step S5). The drying step may be performed inside the
The layered double hydroxide can be vacuum-dried by vacuum adsorbing the steam in the
The layered double hydroxide may be dried by blowing hot air at 80° C. to 150° C., preferably 100° C. to 120° C., onto the layered double hydroxide, or by using electromagnetic waves.
本実施形態において、乾燥工程に引き続き、層状複水酸化物を破砕する破砕工程や、層状複水酸化物を篩にかける篩工程などの工程を適宜加えることも可能である。 In this embodiment, following the drying process, it is also possible to appropriately add processes such as a crushing process for crushing the layered double hydroxide and a sieving process for sieving the layered double hydroxide.
前述したように、本願出願人は、乾燥工程終了時の顆粒状の層状複水酸化物の含水率を5%から30%にすることにより、通水による顆粒状の層状複水酸化物の崩れを使用上問題のないレベルまで抑制できることを見出した。以下、これにつき説明を続ける。 As mentioned above, the applicant has found that by increasing the moisture content of the granular layered double hydroxide at the end of the drying process to between 5% and 30%, it is possible to suppress the collapse of the granular layered double hydroxide due to the passage of water to a level that does not pose a problem in use. The explanation of this will be continued below.
図3は、含水率6.4%の顆粒状の層状複水酸化物の通水前後の粒子径分布を示す図であり、(a)通水前の粒子径分布であり、(b)通水後の粒子径分布である。ここで、縦軸が相対粒子量(%)であり、横軸が粒子径(μm)である。
なお、含水率6.4%の顆粒状の層状複水酸化物は、篩工程により篩分けされたものである。
図3(a)に示すように、通水前の粒子径分布は、370μmから1380μm程度であり、中央値(D50)は680μm程度である。この含水率6.4%の顆粒状の層状複水酸化物750gを不図示の容器に充填し、通水速度を3.0L/hrとし、総通水量を5.25m3(通水倍率7000倍)にて通水実験を行った。なお、本実施形態においては水道水を用いて通水実験を行ったが、これに限定されるものではない。
3 is a graph showing the particle size distribution of a granular layered double hydroxide having a water content of 6.4% before and after passing water, (a) showing the particle size distribution before passing water, and (b) showing the particle size distribution after passing water, where the vertical axis shows the relative particle amount (%) and the horizontal axis shows the particle size (μm).
The granular layered double hydroxide having a water content of 6.4% was sieved in a sieving process.
As shown in Fig. 3(a), the particle size distribution before passing water is about 370 μm to 1380 μm, and the median (D50) is about 680 μm. 750 g of this granular layered double hydroxide with a water content of 6.4% was filled into a container (not shown), and a water passing experiment was performed at a water passing rate of 3.0 L/hr and a total water passing amount of 5.25 m3 (water passing ratio 7000 times). In this embodiment, the water passing experiment was performed using tap water, but this is not limited to this.
図3(b)に示すように、通水後の粒子径分布は、主に25μmから1080μm程度であり、中央値(D50)は180μm程度である。通水後の粒子径分布は、通水前に比べて小さくなっているものの、数μmから数十μmの粉状の層状複水酸化物は、あまり確認されず、不図示の容器内の通水を詰まらせてしまうことはなかった。このため、本願出願人は、含水率の下限値が5%までの顆粒状の層状複水酸化物であれば、顆粒状の層状複水酸化物の吸着性能(吸着可能時間)からして使用上問題ないことを見出した。なお、今後、顆粒状の層状複水酸化物の吸着性能が向上し、有害物質の吸着可能時間が延びることも予想される。このため、含水率の下限値は、8%もしくは10%とすることがより好ましい。
なお、通水前後の粒子径分布は、粒子径分布測定装置により測定することができる。この粒子径分布測定装置としては、レーザ回折式を適用することができる。
As shown in FIG. 3(b), the particle size distribution after passing water is mainly about 25 μm to about 1080 μm, and the median (D50) is about 180 μm. Although the particle size distribution after passing water is smaller than that before passing water, powdery layered double hydroxides of several μm to several tens of μm were not observed very much, and did not clog the water in the container (not shown). For this reason, the applicant of the present application found that if the lower limit of the moisture content is a granular layered double hydroxide of up to 5%, there is no problem in use in terms of the adsorption performance (adsorption time) of the granular layered double hydroxide. It is expected that the adsorption performance of the granular layered double hydroxide will improve in the future, and the adsorption time of harmful substances will be extended. For this reason, it is more preferable to set the lower limit of the moisture content to 8% or 10%.
The particle size distribution before and after the water flow can be measured by a particle size distribution measuring device, which may be of the laser diffraction type.
次いで、含水率が11%および26.4%の顆粒状の層状複水酸化物の通水前後の粒子径分布について説明するが、含水率6.4%の顆粒状の層状複水酸化物と重複する説明および実質的に重複する説明については、省略もしくは簡略化して説明する。
図4は、含水率11%の顆粒状の層状複水酸化物の通水前後の粒子径分布を示す図であり、図4(a)に示すように、通水前の粒子径分布は、370μmから1380μm程度であり、中央値(D50)は680μm程度である。
図4(b)に示すように、通水後の粒子径分布は、主に35μmから1300μm程度であり、中央値(D50)は260μm程度である。通水後の粒子径分布は、通水前に比べて小さくなっているものの、数μmから数十μmの粉状の層状複水酸化物は、ほとんど確認されず、不図示の容器内の通水を詰まらせてしまうことはなかった。
Next, the particle size distributions of the granular layered double hydroxides having moisture contents of 11% and 26.4% before and after passing water will be described, but explanations that overlap or substantially overlap with those of the granular layered double hydroxide having a moisture content of 6.4% will be omitted or simplified.
FIG. 4 is a diagram showing the particle size distribution of a granular layered double hydroxide having a water content of 11% before and after passing water through it. As shown in FIG. 4(a), the particle size distribution before passing water through it is about 370 μm to 1,380 μm, and the median (D50) is about 680 μm.
As shown in Fig. 4(b), the particle size distribution after passing water was mainly from about 35 µm to about 1300 µm, with a median (D50) of about 260 µm. Although the particle size distribution after passing water was smaller than before passing water, powder-like layered double hydroxides of several µm to several tens of µm were hardly observed, and did not clog the water in a container (not shown).
図5は、含水率26.4%の顆粒状の層状複水酸化物の通水前後の粒子径分布を示す図であり、図5(a)に示すように、通水前の粒子径分布は、370μmから1380μm程度であり、中央値(D50)は680μm程度である。この含水率26.4%の顆粒状の層状複水酸化物700gを不図示の容器に充填し、通水速度を2.8L/hrとし、総通水量を4.90m3(通水倍率7000倍)にて通水実験を行った。
図5(b)に示すように、通水後の粒子径分布は、主に55μmから1300μm程度であり、中央値(D50)は480μm程度である。通水後の粒子径分布は、通水前に比べて小さくなっているものの、数μmから数十μmの粉状の層状複水酸化物は、ほとんど確認されず、不図示の容器内の通水を詰まらせてしまうことはなかった。このため、本願出願人は、含水率の上限値が30%までの顆粒状の層状複水酸化物であれば、顆粒状の層状複水酸化物の吸着性能(吸着可能時間)からして使用上問題ないことを見出した。
As shown in Fig. 5(a), the particle size distribution before passing water is about 370 μm to 1380 μm, with a median (D50) of about 680 μm. A container (not shown) was filled with 700 g of this granular layered double hydroxide with a water content of 26.4%, and a water passing experiment was carried out with a water passing rate of 2.8 L/hr and a total water passing volume of 4.90 m3 (water passing magnification 7000 times).
As shown in Fig. 5(b), the particle size distribution after passing water is mainly from about 55 µm to about 1300 µm, with a median (D50) of about 480 µm. Although the particle size distribution after passing water is smaller than that before passing water, powdery layered double hydroxides of several µm to several tens of µm were hardly observed, and did not clog the water in a container (not shown). For this reason, the applicant of the present application found that if the granular layered double hydroxide has an upper limit of moisture content of 30%, there is no problem in use in terms of the adsorption performance (adsorption time) of the granular layered double hydroxide.
なお、含水率が30%超となると、顆粒状の層状複水酸化物の乾燥が十分ではなく、顆粒状の層状複水酸化物がべとついた様になり好ましくない。量産時の安定性を考慮すると、含水率の上限値は、20%とすることがより好ましい。
上述したように、通水後の粒子径分布の中央値が180μmからは480μm程度であれば、顆粒状の層状複水酸化物が粉状になって通水を妨げることがない。しかしながら、量産時の安定性を考慮すると、通水後の粒子径分布の中央値が250μmからは400μm程度であることがより好ましい。
If the moisture content exceeds 30%, the granular layered double hydroxide is not dried sufficiently and becomes sticky, which is undesirable. Considering the stability during mass production, the upper limit of the moisture content is more preferably 20%.
As described above, if the median value of the particle size distribution after water passage is about 180 μm to 480 μm, the granular layered double hydroxide does not become powdery and prevent water passage. However, in consideration of stability during mass production, it is more preferable that the median value of the particle size distribution after water passage is about 250 μm to 400 μm.
なお、乾燥工程において、真空乾燥時間と、顆粒状の層状複水酸化物の含水率との関係をテーブルとして持つことにより、顆粒状の層状複水酸化物の含水率を5%から30%にすることも可能である。テーブルの一例を挙げると、5時間乾燥が含水率30%となり、8時間乾燥が含水率10%となり、10時間乾燥が含水率8%となる。このテーブルは、所定時間真空乾燥した後の顆粒状の層状複水酸化物の含水率を例えば赤外線水分計により測定することにより作成することができる。このテーブルは不図示のメモリに記憶すればよい。 In addition, in the drying process, by having a table showing the relationship between the vacuum drying time and the moisture content of the granular layered double hydroxide, it is possible to change the moisture content of the granular layered double hydroxide from 5% to 30%. As an example of the table, 5 hours of drying will result in a moisture content of 30%, 8 hours of drying will result in a moisture content of 10%, and 10 hours of drying will result in a moisture content of 8%. This table can be created by measuring the moisture content of the granular layered double hydroxide after vacuum drying for a predetermined time using, for example, an infrared moisture meter. This table can be stored in a memory (not shown).
図6は、本第1の実施形態の汚染水浄化システム100を表す概要図である。この汚染水浄化システム100には、製造ライン1で製造された顆粒状の層状複水酸化物が用いられている(詳細後述)。以下、図6を用いて、本実施形態の汚染水浄化について説明を続ける。汚染水浄化システム100は、汚染水タンク101と、ポンプ102と、前処理部103と、汚染物質除去部104と、後処理部105と、を有している。
Figure 6 is a schematic diagram showing the contaminated
汚染水タンク101は、汚染水が蓄えられたタンクである。ポンプ102は汚染水タンク101に蓄えられた汚染水を前処理部103に向けて吐出する液体用ポンプである。なお、ポンプ102は、汚染水タンク101からではなく、汚染された地下水を汲み上げるようにしてもよい。
汚染水によっては、鉄やマンガン等の析出物であるスラッジを含有することがある。このスラッジが汚染物質除去部104内に溜まると汚染物質除去部104における汚染物質の除去機能が低下するという問題がある。そこで、本実施形態では、前処理部103に濾過フィルタを設けて、鉄やマンガン等の析出物であるスラッジが汚染物質除去部104に流入しないようにしている。濾過フィルタとしては、セラミックフィルタ等の無機性フィルタや、ポリプロピレンフィルタ、紙フィルタ等が挙げられる。この場合、フィルタの構造としては、糸巻きフィルタや樹脂成型フィルタ等のデプスフィルタ(深層濾過型)や、プリーツフィルタやメンブレンフィルタ等のサーフェスフィルタ(表面濾過型)を用いることができる。なお、前処理部103に活性炭を設けて、活性炭により汚染水の脱臭や、スラッジの吸着や、浄水を行うようにしてもよい。
The contaminated
Some contaminated water may contain sludge, which is a precipitate of iron, manganese, etc. If this sludge accumulates in the
汚染物質除去部104は、製造ライン1で製造された顆粒状の層状複水酸化物が充填された容器を有している。この容器は、前処理部103を通過した汚染水を流入する流入口と、顆粒状の層状複水酸化物にて有害物質が除去された液体を後処理部105に向けて流出する流出口と、を有している。顆粒状の層状複水酸化物は、ヒ素、フッ素、ホウ素、セレン、六価クロム、亜硝酸イオンなどの陰イオン系の有害物質を吸着する。また、顆粒状の層状複水酸化物は、その生成過程で生じたNaClが飲料水レベルまで除去されている。このため、汚染物質除去部104で有害物質が除去された液体を飲料用とすることが可能となる。
The
後処理部105は、前処理部103で使用されている濾過フィルタよりもサイズの小さい浮遊固形物を除去する濾過フィルタを有している。なお、後処理部105に活性炭を設けて、活性炭により液体の脱臭や、浄水を行うようにしてもよい。
なお、汚染水にNaClが含まれていた場合には、汚染物質除去部104を通過した液体が飲料水として適さない場合がある。このような場合、後処理部105に脱塩処理部を設けるようにしてもよい。脱塩処理部としては、電気透析や、ナノ濾過膜(NF膜)や逆浸透膜(RO膜)などを用いることができるが、これに限定されるものではない。このように、本実施形態の汚染水浄化システム100を通過した液体は、飲料水として用いることができる。
なお、汚染水の汚染状態が良好な場合には、後処理部105を省略してもよい。
The
In addition, if the contaminated water contains NaCl, the liquid that has passed through the
If the contaminated water is in a good contaminated state, the
以上説明した実施形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。例えば、上述の実施形態では、は切替弁51の切替てタンク31からの水をろ布53に供給する直接洗浄としたが、処理本体52の上方に設けられた別の流路からろ布53に水を供給する間接洗浄としてもよい。
また、上述の実施形態では、排出部55から排出される水の電気伝導率を測定したが、塩化物イオン濃度を検出してタンク31への水の循環可否を判断したりするようにしてもよい。これに代えて、洗浄時間と電気伝導率(もしくは塩化物イオン濃度)との関係をテーブルとして持つことにより、洗浄時間により顆粒状の層状複水酸化物を洗浄した液体のNaCl濃度を管理するようにしてもよい。
The above-described embodiment is merely an example for explaining the present invention, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, direct washing is performed by supplying water from the
In the above embodiment, the electrical conductivity of the water discharged from the
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、説明する。本第2の実施形態においては、第1の実施形態の図3~図5の実験例と同様、乾燥工程終了時の顆粒状の層状複水酸化物の含水率を5%から30%にすることにより、通水による顆粒状の層状複水酸化物の崩れを使用上問題のないレベルまで抑制できることを裏付けるための実験例について説明する。
Second Embodiment
3 to 5 of the first embodiment, an experimental example will be described to demonstrate that by increasing the moisture content of the granular layered double hydroxide at the end of the drying step from 5% to 30%, collapse of the granular layered double hydroxide due to water flow can be suppressed to a level that does not pose a problem in use.
本実験では、図7に示すような5種類のサンプル(サンプル1~サンプル5)を用いた。図7に示すように、サンプル1は、乾燥時間(93KPa、90℃での真空乾燥時間)が10時間であり、含水率が8.17%、通水前の粒子径の中央値(メジアン径:D50)は670.34μmであった。サンプル2は、乾燥時間が6時間であり、含水率が9.66%、通水前の粒子径の中央値(D50)は613.09μmであった。サンプル3は、乾燥時間が5時間であり、含水率が11.73%、通水前の粒子径の中央値(D50)は632.37μmであった。サンプル4は、乾燥時間が4時間であり、含水率が17.81%、通水前の粒子径の中央値(D50)は666.97μmであった。サンプル5は、乾燥時間が3時間であり、含水率が24.22%、通水前の粒子径の中央値(D50)は1264.37μmであった。
In this experiment, five types of samples (
これらのサンプル(層状複水酸化物)を濾過用の容器に入れ、上方から試験水を通水し、処理水を下方から排水する実験を行った。図8には、10通りの実験の条件が示されている。例えば、実験1-1においては、試験水をイオン交換水(イオンが含まれていない水)とし、容器には、吸着材として上記サンプル1を15g入れた。そして、試験水の流量を0.18/L、空間速度を12SVとし、36時間通水した。実験2-1、3-1、4-1、5-1は、サンプルが異なる以外は、実験1-1と同様の条件とした。一方、実験1-2は、試験水が硫酸イオンを200mg/L含む水溶液である以外は、実験1-1と同様の条件とした。また、実験2-2、3-2、4-2、5-2は、サンプルが異なる以外は、実験1-2と同様の条件とした。
These samples (layered double hydroxides) were placed in a filtration container, test water was passed through from above, and treated water was discharged from below. Ten experimental conditions are shown in Figure 8. For example, in experiment 1-1, ion-exchanged water (water that does not contain ions) was used as the test water, and 15 g of the
(1)実験1-1、1-2について
図9(a)は、含水率8.17%の顆粒状の層状複水酸化物(サンプル1)の通水前の粒子径分布を示す図であり、左図が容器の上部のサンプル1の粒子径分布、右図が容器の下部のサンプル1の粒子径分布である。図9(b)は、実験1-1を行った後のサンプル1の粒子径分布を示す図であり、図9(c)は、実験1-2を行った後のサンプル1の粒子径分布を示す図である。ここで、縦軸が相対粒子量(%)であり、横軸が粒子径(μm)である。
(1) Experiments 1-1 and 1-2 Figure 9(a) is a diagram showing the particle size distribution of granular layered double hydroxide (sample 1) with a water content of 8.17% before passing water through it, the left diagram is the particle size distribution of
図14に実験結果を纏めて示すように、実験1-1では、通水前の容器上部の粒子径分布は、670.34μmであったのに対し(図9(a))、通水後の容器上部の粒子径の中央値(D50)は577.11μmであり、通水後の容器下部の粒子径の中央値(D50)は575.55μmであった(図9(b))。一方、実験1-2では、通水前の容器上部の粒子径分布は、670.34μmであったのに対し(図9(a))、通水後の容器上部の粒子径の中央値(D50)は186.12μmであり、通水後の容器下部の粒子径の中央値(D50)は598.97μmであった(図9(c))。なお、通水前後の粒子径分布は、粒子径分布測定装置により測定することができる。この粒子径分布測定装置としては、レーザ回折式を適用することができる。 As shown in Figure 14, the particle size distribution in the upper part of the container before passing water was 670.34 μm (Figure 9(a)), whereas the median particle size (D50) in the upper part of the container after passing water was 577.11 μm, and the median particle size (D50) in the lower part of the container after passing water was 575.55 μm (Figure 9(b)). On the other hand, in experiment 1-2, the particle size distribution in the upper part of the container before passing water was 670.34 μm (Figure 9(a)), whereas the median particle size (D50) in the upper part of the container after passing water was 186.12 μm, and the median particle size (D50) in the lower part of the container after passing water was 598.97 μm (Figure 9(c)). The particle size distribution before and after passing water can be measured by a particle size distribution measuring device. A laser diffraction type can be used as this particle size distribution measuring device.
これら実験1-1、1-2から、イオン交換水を通水した場合には、容器の上部及び下部のいずれにおいてもサンプル1の層状複水酸化物は崩れず、硫酸イオン水溶液を通水した場合には、容器の上部において層状複水酸化物が崩れたことがわかった。その一方で、含水率が8.17%であれば、通水後の粒子径分布は、通水前に比べて小さくなっているものの、数μmから数十μmの粉状の層状複水酸化物は、あまり確認されず、容器内の通水を詰まらせてしまうことはないことがわかった。
From these experiments 1-1 and 1-2, it was found that when ion-exchanged water was passed through the container, the layered double hydroxide of
(2)実験2-1、2-2について
図10(a)は、含水率9.66%の顆粒状の層状複水酸化物(サンプル2)の通水前の粒子径分布を示す図であり、左図が容器の上部のサンプル2の粒子径分布、右図が容器の下部のサンプル2の粒子径分布である。図10(b)は、実験2-1を行った後のサンプル2の粒子径分布を示す図であり、図10(c)は、実験2-2を行った後のサンプル2の粒子径分布を示す図である。
(2) Experiments 2-1 and 2-2 Figure 10(a) is a diagram showing the particle size distribution of granular layered double hydroxide (sample 2) with a water content of 9.66% before passing water through it, the left diagram is the particle size distribution of
図14に示すように、実験2-1では、通水前の容器上部の粒子径分布は、613.09μmであったのに対し(図10(a))、通水後の容器上部の粒子径の中央値(D50)は572.15μmであり、通水後の容器下部の粒子径の中央値(D50)は546.62μmであった(図10(b))。一方、実験2-2では、通水前の容器上部の粒子径分布は、613.09μmであったのに対し(図10(a))、通水後の容器上部の粒子径の中央値(D50)は130.75μmであり、通水後の容器下部の粒子径の中央値(D50)は537.18μmであった(図10(c))。 As shown in Figure 14, in experiment 2-1, the particle size distribution in the upper part of the container before passing water was 613.09 μm (Figure 10(a)), whereas the median particle size (D50) in the upper part of the container after passing water was 572.15 μm, and the median particle size (D50) in the lower part of the container after passing water was 546.62 μm (Figure 10(b)). On the other hand, in experiment 2-2, the particle size distribution in the upper part of the container before passing water was 613.09 μm (Figure 10(a)), whereas the median particle size (D50) in the upper part of the container after passing water was 130.75 μm, and the median particle size (D50) in the lower part of the container after passing water was 537.18 μm (Figure 10(c)).
これら実験2-1、2-2からも、硫酸イオン水溶液を通水した場合に、容器の上部において層状複水酸化物が崩れることがわかった。また、含水率が9.66%であれば、通水後の粒子径分布は、通水前に比べて小さくなっているものの、数μmから数十μmの粉状の層状複水酸化物は、あまり確認されず、容器内の通水を詰まらせてしまうことはないことがわかった。 From Experiments 2-1 and 2-2, it was found that when an aqueous sulfate ion solution was passed through the container, the layered double hydroxide collapsed at the top of the container. Furthermore, when the moisture content was 9.66%, the particle size distribution after the water was passed through was smaller than before the water was passed through, but powder-like layered double hydroxide with sizes ranging from several μm to several tens of μm was not observed very often, and it was found that the water passing through the container did not clog.
(3)実験3-1、3-2について
図11(a)は、含水率11.73%の顆粒状の層状複水酸化物(サンプル3)の通水前の粒子径分布を示す図であり、左図が容器の上部のサンプル3の粒子径分布、右図が容器の下部のサンプル3の粒子径分布である。図11(b)は、実験3-1を行った後のサンプル3の粒子径分布を示す図であり、図11(c)は、実験3-2を行った後のサンプル3の粒子径分布を示す図である。
(3) Experiments 3-1 and 3-2 Figure 11(a) is a diagram showing the particle size distribution of granular layered double hydroxide (sample 3) with a water content of 11.73% before passing water through it, the left diagram is the particle size distribution of
図14に示すように、実験3-1では、通水前の容器上部の粒子径分布は、632.37μmであったのに対し(図11(a))、通水後の容器上部の粒子径の中央値(D50)は668.21μmであり、通水後の容器下部の粒子径の中央値(D50)は679.27μmであった(図11(b))。一方、実験3-2では、通水前の容器上部の粒子径分布は、632.37μmであったのに対し(図11(a))、通水後の容器上部の粒子径の中央値(D50)は185.53μmであり、通水後の容器下部の粒子径の中央値(D50)は649.16μmであった(図11(c))。 As shown in Figure 14, in experiment 3-1, the particle size distribution in the upper part of the container before passing water was 632.37 μm (Figure 11(a)), whereas the median particle size (D50) in the upper part of the container after passing water was 668.21 μm, and the median particle size (D50) in the lower part of the container after passing water was 679.27 μm (Figure 11(b)). On the other hand, in experiment 3-2, the particle size distribution in the upper part of the container before passing water was 632.37 μm (Figure 11(a)), whereas the median particle size (D50) in the upper part of the container after passing water was 185.53 μm, and the median particle size (D50) in the lower part of the container after passing water was 649.16 μm (Figure 11(c)).
これら実験3-1、3-2からも、硫酸イオン水溶液を通水した場合には、容器の上部において層状複水酸化物が崩れることがわかった。また、含水率11.73%であれば、通水後の粒子径分布は、通水前に比べて小さくなっているものの、数μmから数十μmの粉状の層状複水酸化物は、あまり確認されず、容器内の通水を詰まらせてしまうことはないことがわかった。 From Experiments 3-1 and 3-2, it was found that when an aqueous sulfate ion solution was passed through the container, the layered double hydroxide collapsed at the top. Furthermore, when the moisture content was 11.73%, the particle size distribution after passing the water was smaller than before passing the water, but powder-like layered double hydroxide with sizes ranging from several μm to several tens of μm was not observed very often, and it was found that the water passing through the container did not clog.
(4)実験4-1、4-2について
図12(a)は、含水率17.81%の顆粒状の層状複水酸化物(サンプル4)の通水前の粒子径分布を示す図であり、左図が容器の上部のサンプル4の粒子径分布、右図が容器の下部のサンプル4の粒子径分布である。図12(b)は、実験4-1を行った後のサンプル4の粒子径分布を示す図であり、図12(c)は、実験4-2を行った後のサンプル4の粒子径分布を示す図である。
(4) Experiments 4-1 and 4-2 Figure 12(a) is a diagram showing the particle size distribution of granular layered double hydroxide with a water content of 17.81% (sample 4) before passing water through it, the left diagram is the particle size distribution of
図14に示すように、実験4-1では、通水前の容器上部の粒子径分布は、666.97μmであったのに対し(図12(a))、通水後の容器上部の粒子径の中央値(D50)は697.08μmであり、通水後の容器下部の粒子径の中央値(D50)は664.84μmであった(図12(b))。一方、実験4-2では、通水前の容器上部の粒子径分布は、666.97μmであったのに対し(図12(a))、通水後の容器上部の粒子径の中央値(D50)は507.01μmであり、通水後の容器下部の粒子径の中央値(D50)は665.42μmであった(図12(c))。 As shown in Figure 14, in experiment 4-1, the particle size distribution in the upper part of the container before passing water was 666.97 μm (Figure 12 (a)), whereas the median particle size (D50) in the upper part of the container after passing water was 697.08 μm, and the median particle size (D50) in the lower part of the container after passing water was 664.84 μm (Figure 12 (b)). On the other hand, in experiment 4-2, the particle size distribution in the upper part of the container before passing water was 666.97 μm (Figure 12 (a)), whereas the median particle size (D50) in the upper part of the container after passing water was 507.01 μm, and the median particle size (D50) in the lower part of the container after passing water was 665.42 μm (Figure 12 (c)).
これら実験4-1、4-2からも、硫酸イオン水溶液を通水した場合には、容器の上部において層状複水酸化物が崩れたことがわかった。また、含水率が17.81%であれば、通水後の粒子径分布は、通水前に比べて小さくなっているものの、数μmから数十μmの粉状の層状複水酸化物は、あまり確認されず、容器内の通水を詰まらせてしまうことはないことがわかった。 From Experiments 4-1 and 4-2, it was found that when an aqueous sulfate ion solution was passed through the container, the layered double hydroxide collapsed at the top. Furthermore, when the moisture content was 17.81%, the particle size distribution after passing the water was smaller than before passing the water, but powder-like layered double hydroxide with sizes ranging from several μm to several tens of μm was not observed very often, and it was found that it did not clog the water passing through the container.
(5)実験5-1、5-2について
図13(a)は、含水率24.22%の顆粒状の層状複水酸化物(サンプル5)の通水前の粒子径分布を示す図であり、左図が容器の上部のサンプル5の粒子径分布、右図が容器の下部のサンプル5の粒子径分布である。図13(b)は、実験5-1を行った後のサンプル5の粒子径分布を示す図であり、図13(c)は、実験5-2を行った後のサンプル5の粒子径分布を示す図である。
(5) Experiments 5-1 and 5-2 Figure 13(a) is a diagram showing the particle size distribution of granular layered double hydroxide (sample 5) with a water content of 24.22% before passing water through it, the left diagram is the particle size distribution of
図14に示すように、実験5-1では、通水前の容器上部の粒子径分布は、1264.37μmであったのに対し(図13(a))、通水後の容器上部の粒子径の中央値(D50)は1426.40μmであり、通水後の容器下部の粒子径の中央値(D50)は1367.44μmであった(図13(b))。一方、実験5-2では、通水前の容器上部の粒子径分布は、1264.37μmであったのに対し(図13(a))、通水後の容器上部の粒子径の中央値(D50)は557.40μmであり、通水後の容器下部の粒子径の中央値(D50)は1330.38μmであった(図13(c))。 As shown in Figure 14, in experiment 5-1, the particle size distribution in the upper part of the container before passing water was 1264.37 μm (Figure 13(a)), whereas the median particle size (D50) in the upper part of the container after passing water was 1426.40 μm, and the median particle size (D50) in the lower part of the container after passing water was 1367.44 μm (Figure 13(b)). On the other hand, in experiment 5-2, the particle size distribution in the upper part of the container before passing water was 1264.37 μm (Figure 13(a)), whereas the median particle size (D50) in the upper part of the container after passing water was 557.40 μm, and the median particle size (D50) in the lower part of the container after passing water was 1330.38 μm (Figure 13(c)).
これら実験5-1、5-2からも、硫酸イオンの水溶液を通水した場合には、容器の上部において層状複水酸化物が崩れたことがわかった。また、含水率が24.22%であれば、通水後の粒子径分布は、通水前に比べて小さくなっているものの、数μmから数十μmの粉状の層状複水酸化物は、あまり確認されず、容器内の通水を詰まらせてしまうことはないことがわかった。 From Experiments 5-1 and 5-2, it was found that when an aqueous solution of sulfate ions was passed through the container, the layered double hydroxide collapsed at the top. Furthermore, when the moisture content was 24.22%, the particle size distribution after passing the water was smaller than before passing the water, but powder-like layered double hydroxide with sizes ranging from several μm to several tens of μm was not observed very often, and it was found that it did not clog the water passing through the container.
以上の実験1-1~5-2からは、層状複水酸化物の崩れは、イオン交換反応に起因しており、含水率が高い方がイオン交換反応が起こっても崩れにくいことがわかった。 From the above experiments 1-1 to 5-2, it was found that the collapse of layered double hydroxides is caused by ion exchange reactions, and that the higher the water content, the less likely they are to collapse even when an ion exchange reaction occurs.
また、これらの結果から、本願出願人は、含水率が5%から30%までの顆粒状の層状複水酸化物、好ましくは8%から25%までの顆粒状の層状複水酸化物であれば、顆粒状の層状複水酸化物の吸着性能(吸着可能時間)からして使用上問題ないことを見出した。なお、含水率が30%超となると、上記第1の実施形態でも説明したように、顆粒状の層状複水酸化物の乾燥が十分ではなく、顆粒状の層状複水酸化物がべとついたようになり好ましくない。量産時の安定性を考慮すると、含水率の上限値は、20%とすることがより好ましい。 From these results, the applicant has found that a granular layered double hydroxide with a moisture content of 5% to 30%, preferably 8% to 25%, is acceptable in terms of the adsorption performance (adsorption time) of the granular layered double hydroxide. If the moisture content exceeds 30%, as explained in the first embodiment above, the granular layered double hydroxide is not dried sufficiently and becomes sticky, which is undesirable. Considering stability during mass production, it is more preferable to set the upper limit of the moisture content at 20%.
(第3の実施形態)
第1の実施形態において説明したように、液体供給部30は、層状複水酸化物を洗浄するための液体を処理部50に供給しているが、本願出願人の実験によると、洗浄後の層状複水酸化物は、洗浄しない層状複水酸化物よりも、水に含まれるヒ素を吸着する量が多いことがわかった。以下、本実験について説明する。
Third Embodiment
As explained in the first embodiment, the
本実験においては、水道水にヒ素濃度が100μg/Lとなるように亜ヒ酸(ヒ素標準液1000mg/L:富士フィルム和光純薬株式会社製)を溶解したものを原水として用いた。また、比較例として、洗浄しない層状複水酸化物の顆粒75gを濾過用の容器に入れ、0.3L/hr、空間速度4SVで、原水を通水した。一方、実施例として、水で洗浄した層状複水酸化物の顆粒50gを濾過用の容器に入れ、0.2L/hr、空間速度4SVで、原水を通水した。なお、比較例と実施例では、用いた層状複水酸化物の量が異なるため、これに合わせて、原水の通水量を調整した。この実験の結果が、図15に示されている。
In this experiment, tap water with arsenic trioxide dissolved therein (arsenic
図15に示すように、比較例(洗浄していない層状複水酸化物)の場合、通水倍率7324L/Kgで、処理水ヒ素濃度が飲料水基準値を超えた。一方、実施例(洗浄した層状複水酸化物)の場合、通水倍率13901L/Kgで、処理水ヒ素濃度が飲料水基準値を超えた。なお、通水倍率は、換算値である。 As shown in Figure 15, in the case of the comparative example (unwashed layered double hydroxide), the arsenic concentration in the treated water exceeded the drinking water standard value at a water flow rate of 7,324 L/Kg. On the other hand, in the case of the example (washed layered double hydroxide), the arsenic concentration in the treated water exceeded the drinking water standard value at a water flow rate of 13,901 L/Kg. Note that the water flow rate is a converted value.
このように、実施例のように層状複水酸化物を洗浄した方が、原水を処理できる量(ヒ素を吸着できる量)が多くなることがわかった。 In this way, it was found that washing the layered double hydroxide as in the example resulted in a greater amount of raw water that could be treated (amount of arsenic that could be adsorbed).
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。 The above-described embodiment is a preferred example of the present invention. However, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.
1 製造ライン
10 生成部
30 液体供給部
50 処理部
52 処理本体
53 ろ布
100 汚染水浄化システム
104 汚染物質除去部
Claims (6)
前記層状複水酸化物の圧縮気体を用いた圧搾工程に先立って、前記層状複水酸化物を圧力が0.2MPaから1.5MPaの液体を用いて洗浄する洗浄工程を含み、
前記洗浄工程の後に、前記層状複水酸化物の含水率が5%から30%になるように、前記層状複水酸化物を乾燥させる乾燥工程と、を含む層状複水酸化物の製造方法。 A method for producing a layered double hydroxide by mixing an acidic solution and an alkaline solution,
a washing step of washing the layered double hydroxide with a liquid having a pressure of 0.2 MPa to 1.5 MPa prior to the compressing step of the layered double hydroxide with a compressed gas,
a drying step, after the washing step, of drying the layered double hydroxide so that the moisture content of the layered double hydroxide is 5% to 30%.
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