珪藻土濾過助剤の動作原理
ろ過助剤の機能は、粒子の凝集状態を変化させ、それによってろ液中の粒子のサイズ分布を変えることです。珪藻土ろ過助剤は、化学的に安定したSiO2を主成分とし、内部に微細孔が豊富に存在し、様々な硬質骨格を形成しています。ろ過プロセス中、珪藻土はまずろ板上に多孔質ろ過助剤（プレコート）を形成します。ろ液がろ過助剤を通過すると、懸濁液中の固体粒子が凝集状態を形成し、サイズ分布が変わります。大きな粒子の不純物はろ材の表面に捕捉され、保持され、狭いサイズ分布層を形成します。それらは同様のサイズの粒子をブロックして捕捉し続け、徐々に特定の孔を持つろ過ケーキを形成します。ろ過が進むにつれて、粒子サイズの小さい不純物が徐々に多孔質珪藻土ろ過助剤に入り込み、遮断されます。珪藻土は多孔度が約90%で比表面積が大きいため、小さな粒子やバクテリアが濾過助剤の内外の細孔に入り込むと、吸着などの作用で捕捉されやすく、0.1μm以下の微粒子やバクテリアを除去することで良好な濾過効果が得られます。濾過助剤の添加量は、一般的に捕捉する固形物の質量の1～10%です。添加量が多すぎると、濾過速度の向上に悪影響を及ぼします。
フィルタリング効果
珪藻土濾過助剤の濾過効果は、主に以下の3つの作用によって実現されます。
1. スクリーニング効果
これは表面濾過効果であり、流体が珪藻土を通過する際、珪藻土の細孔が不純物粒子の粒子径よりも小さいため、不純物粒子は通過できずに捕捉されます。この効果は篩い分けと呼ばれます。実際、濾過ケーキの表面は、同等の平均細孔径を持つ篩面とみなすことができます。固体粒子の直径が珪藻土の細孔径以上（またはわずかに小さい）の場合、固体粒子は懸濁液から「ふるい分け」され、表面濾過の役割を果たします。
2. 奥行き効果
深層効果とは、深層濾過の保持効果です。深層濾過では、分離プロセスは媒体内部でのみ発生します。濾過ケーキの表面を通過する小さな不純物粒子の一部は、珪藻土内部の曲がりくねった微多孔チャネルと濾過ケーキ内部の小さな細孔によって遮断されます。これらの粒子は、珪藻土の微細孔よりも小さいことがよくあります。粒子がチャネルの壁に衝突すると、液体の流れから分離される可能性があります。ただし、これが達成できるかどうかは、粒子の慣性力と抵抗のバランスに依存します。この遮断とスクリーニングの作用は性質が似ており、機械的な作用に属します。固体粒子を濾過する能力は、基本的に固体粒子と細孔の相対的なサイズと形状にのみ関係します。
3. 吸着効果
吸着効果は、前述の2つの濾過機構とは全く異なり、実際には電気動電学的引力として捉えられ、主に固体粒子と珪藻土自体の表面特性に依存します。小さな内部細孔を持つ粒子が多孔質珪藻土の表面に衝突すると、反対の電荷によって引き寄せられたり、粒子間の相互引力によって連鎖クラスターを形成して珪藻土に付着したりしますが、これらはすべて吸着作用に属します。吸着効果は最初の2つよりも複雑であり、より小さな細孔径を持つ固体粒子が捕捉される主な理由は、一般的に以下の通りと考えられています。
（１）分子間力（ファンデルワールス力とも呼ばれる）、これには永久双極子相互作用、誘導双極子相互作用、瞬間双極子相互作用が含まれる。
（２）ゼータ電位の存在
（３）イオン交換プロセス
投稿日時: 2024年4月1日