JP2016019967A - 金属イオン捕集材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属イオン捕集材が天然繊維からなり、当該天然繊維の分子中に、3つの窒素原子及び2つのフェノール残基を1分子中に持つシッフ塩基型配位子または環状ポリエーテル構造を持つ環状配位子を有し、前記シッフ塩基型配位子および前記環状配位子は、前記天然繊維の分子中の反応性官能基に、架橋剤からなるグラフト鎖を介して導入されている金属イオン補集材。
【選択図】なし
Description
また、この金属イオン捕集材においては、前記環状配位子は、下記式(II)で表わされていてもよい。
リグニン成分の除去は、1〜20wt%水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ性水溶液中で天然繊維を所定時間浸漬すればよい。なお、天然繊維に含まれるリグニンの一部を除去するのは、リグニン成分を全て除去すると、捕集材としての強度が低下するためである。
天然繊維の分子中に有する反応性官能基を利用してキレート形成基や架橋剤からなるグラフト鎖をこの反応性官能基に容易に導入することができる。
バナナ繊維の表面に含まれるリグニン成分を除去するために、バナナ繊維を10〜20wt%水酸化ナトリウム水溶液中で2時間浸漬させた。浸漬後、イオン交換水を用いてpHが7になるまでバナナ繊維を洗浄した。その後70℃で1日乾燥させた。こうしてバナナ繊維に含まれるリグニン成分の一部が除去されたアルカリ処理バナナ繊維を得た。このアルカリ処理バナナ繊維を捕集材1とした。
硝酸二アンモニウムセリウム塩0.5g、イオン交換水10mL、硝酸2g、アセトン10mL、メタクリル酸グリシジル(GMA)10gの混合溶液中に上記アルカリ処理バナナ繊維10gを浸し、密封した後、室温にて24時間反応させた。反応後、精製のためにイオン交換水、エタノールの順で洗浄した後、70℃で乾燥させてバナナ繊維−g−GMAを得た。このバナナ繊維−g−GMAを捕集材2とした。図1にバナナ繊維−g−GMAの合成の概略を示す。図1のアルカリ処理バナナ繊維を表す化学式中のn、バナナ繊維−g−GMAを表す化学式中のn及びmはそれぞれ、正の整数である。
サリチルアルデヒド類2等量とジエチレントリアミン1等量をエタノール溶媒下、室温で反応させた。その後、溶媒を減圧留去し、目的物である(2,2’-iminobis[etane-2,1-diylnitrilo(E) methylidine]) bis phenol誘導体(上記式(I)で表されるシッフ塩基型配位子)を得た。図2に(2,2’-iminobis[etane-2,1-diylnitrilo(E) methylidine]) bis phenol誘導体の合成の概略を示す。
次いで、上記バナナ繊維−g−GMA10gに対して(2,2’-iminobis[etane-2,1-diylnitrilo(E) methylidine]) bis phenol誘導体5gを添加し、24時間反応させた。反応後、アセトン、エタノールにてバナナ繊維表面を洗浄し、乾燥機にて70℃で1日乾燥させ、捕集材3を得た。図3にバナナ繊維−g−GMAにシッフ塩基型配位子が導入された捕集材の合成の概略を示す。
水相を金属イオン(Co2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+)1.0×10−4mol/L、塩素酸ナトリウム1.0×10−1mol/L、MES(2-Morpholinoethanesulfonic acid)1.0×10−2mol/L、酢酸1.0×10−2mol/L、酢酸ナトリウム1.0×10−2mol/Lに調整した。水相30cm3に対して0.3gの上記捕集材1を遠心沈殿管に加えて5日間振とうさせた。5日後、捕集材1をろ過し、水相のpHを測定し、ICP−AESを用いて金属イオンの吸着量を測定した。pHを変えた水相の金属イオンの吸着量も同様にして測定した。
水相を金属イオン(Yb2+、Tm2+)1.0×10−4mol/L、過塩素酸ナトリウム1.0×10−1mol/L、酢酸5.0×10−3mol/L、MES(2-Morpholinoethanesulfonic acid)5.0×10−3mol/Lに調整した。水相30cm3に対して0.3gの捕集材(シッフ塩基型配位子(官能基Rが臭素原子)が導入されている捕集材3)を遠心沈殿管に加えて5日間振とうさせた。5日後、捕集材3をろ過し、水相のpHを測定し、ICP−AESを用いて金属イオンの吸着量を測定した。pHを変えた水相の金属イオンの吸着量も同様にして測定した。
図9の結果は、捕集材3がイッテルビウムイオン、ツリウムイオンを良好に捕集することができることを示している。この結果は、他の希土類元素のイオンについても良好に捕集できることを示唆するものである。
THF(テトラヒドロフラン)が300ml入った二股フラスコに水素化ナトリウムを6.4g入れ、窒素雰囲気下で還流した。その後、N-フェニルジエタノールアミン14.5gとテトラエチレンアルコールジトシレート40.2gの混合溶液を5時間かけて滴下し、その後3時間還流した。冷却後、残留物をTHFで洗浄しながらろ過した。得られたTHFのろ液を減圧留去し、目的物を得た。得られた目的物に10mlのメタノールを加え、更に過塩素酸ナトリウム11.3gを15mlのメタノールに溶解した溶液を加え、10分間還流した。メタノールを減圧留去した後、酢酸エチルで再結晶し、12.2gのN-フェニルアザ-18-クラウン-6過塩素酸ナトリウム塩を得た。その後、塩化メチレン:水(1:1)溶液中で分解処理を行い、塩化メチレンを回収後、減圧留去して7.49gの N-フェニルアザ-18-クラウン-6を得た。
N-(4-アミノフェニル)アザ-18-クラウン-6エーテルを溶解したアセトニトリル中に上記バナナ繊維−g−GMAを1.5g入れて、一日整置した。その後、アセトニトリルとアセトンで洗浄し、捕集材6を得た。図11にバナナ繊維−g−GMAに環状配位子が導入された捕集材の合成の概略を示す。
1.0×10−4Mのセシウム溶液30mlと0.3gの捕集材6を遠沈管に入れ、5日間振とうした。次いで、振とう実験で回収した溶液を10倍に薄め、原子吸光を用いて溶液中のセシウムイオンの定量を行った。この結果から捕集材6のセシウムイオンの吸着率を求めた。捕集材2についても捕集材6と同様にしてセシウムイオンの吸着率を求めた。
その結果を図12に示す。図12の結果は、捕集材2および捕集材6がセシウムイオンを捕集することができることを示している。また、この結果から、捕集材6のセシウムイオンの吸着能は捕集材2よりも良好であることが確認された。
上記捕集材1におけるバナナ繊維を、リグニン成分を除去するアルカリ処理を行わずにそのまま使用し、これを捕集材7とした。
この捕集材7について、上記捕集材1からの捕集材2の製造と同様の処理を行い、バナナ繊維−g−GMAを得た。これを捕集材8とした。
捕集材9として天然繊維の麻を、捕集材10として市販の結晶セルロースを、捕集材11としてゼオライトを用いた。
セシウム濃度10〜1000ppbに調整した水相30cm3中に各捕集材0.3gを入れ、1時間振とうした。その後、原子吸光光度計を用いて水相中の残存セシウム濃度を測定し、吸着率を求めた。
その結果を図13〜図19に示す。図13は捕集材7(アルカリ未処理バナナ繊維)、図14は捕集材8(アルカリ未処理バナナ繊維−g−GMA)、図15は捕集材1(アルカリ処理バナナ繊維)、図16は捕集材2(アルカリ処理バナナ繊維−g−GMA)、図17は捕集材9(麻)、図18は捕集材10(結晶セルロース)、図19は捕集材11(ゼオライト)の結果である。
ストロンチウム濃度25〜300ppbに調整した水相30cm3中に捕集材7(アルカリ未処理バナナ繊維)0.3gを入れ、1時間振とうした。その後、原子吸光光度計を用いて水相中の残存ストロンチウム濃度を測定し、吸着率を求めた。
その結果を図20に示す。
Claims (9)
- 天然繊維からなることを特徴とする金属イオン捕集材。
- 前記天然繊維は、当該天然繊維に含まれるリグニン成分の一部が除去されている天然繊維であることを特徴とする請求項1に記載の金属イオン捕集材。
- 前記天然繊維の分子中の反応性官能基に、架橋剤からなるグラフト鎖が導入されていることを特徴とする請求項1または2に記載の金属イオン捕集材。
- 前記天然繊維の分子中に、3つの窒素原子及び2つのフェノール残基を1分子中に持つシッフ塩基型配位子または環状ポリエーテル構造を持つ環状配位子を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の金属イオン捕集材。
- 前記シッフ塩基型配位子および前記環状配位子は、前記天然繊維の分子中の反応性官能基に、架橋剤からなるグラフト鎖を介して導入されていることを特徴とする請求項4に記載の金属イオン捕集材。
- 前記シッフ塩基型配位子は、下記式(I)で表わされることを特徴とする請求項4または5に記載の金属イオン捕集材。
(式中、R1及びR2は、各々同一又は別異に、水素原子、臭素原子、又は塩素原子を示す。) - 前記環状配位子は、下記式(II)で表わされることを特徴とする請求項4または5に記載の金属イオン捕集材。
- 前記架橋剤は、分子中にビニル基及びエポキシ基を有する化合物であることを特徴とする請求項3または5に記載の金属イオン捕集材。
- 前記天然繊維は、バナナ繊維であることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の金属イオン捕集材。
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