JP5736563B2 - 無機高分子系モリブデン吸着剤及びその製造方法 - Google Patents
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従来のMo吸着剤であるPZCと同等のMo吸着能を有する、塩素フリーのチタン系Mo吸着剤(PTC)の開発を行った。PTC系Mo吸着剤では、Moの吸着は、PZCではZr-Cl結合部分が吸着サイトと推定されているように、Ti-有機基が吸着サイトと考えられる。つまり、Mo吸着量は用いる有機物の性質に依存し、また、Ti-有機基の量に比例して質量当りの吸着部位が増加すると予想される。そこで、分子構造の異なる4種類の有機基を分子内に有する吸着剤を合成することとした。
Mo吸着条件は、Mo吸着剤0.5gを用い、これにMo溶液(pH4、Mo溶液濃度15g/l)を10ml加え、90℃、3hで行った。PTCβ:Prは、チタニウムテトライソプロポキシドのイソプロポキシ基を部分的に加水分解縮合して合成した。PTCβ:Etは、側鎖をエトキシ基に置換し、残りを加水分解することで合成した。PTCβ:Buは、側鎖をブトキシ基に置換し、残りを加水分解することで合成した。PTCβ:Bu1とPTCβ:Bu5は、側鎖に置換するブトキシ基の量の影響を確認する為に合成した。PTCβ:Bu3とPTCβ:Bu4は、最終合成温度の異なる条件下で、側鎖に置換するブトキシ基の量の影響を確認する為に合成した。PTCβ:Bu2とPTCβ:Bu3は、加水分解に使用する水量の影響を確認する為に合成した。PTC β:Bu5とPTCβ:Bu6とPTCβ:Bu7は、最終合成温度の異なる条件下で、使用する水量の影響を確認する為に合成した。PTCβ:Hexは、側鎖の一部をヘキソキシ基に置換し、残っているイソプロポキシ基から加水分解縮合することで合成した。PTCβ:Lは、側鎖を3-オキソブタン酸エチルの配位に置換し、残りを加水分解することで合成した。PTCβ:L1の合成に用いたH2O量は、0.4molの側鎖を置換した際に、加水分解で吸着剤化する為に使用した水の量を示している。PTCβ:L2の合成に用いたH2O量は、2molの側鎖を置換した際に、加水分解で吸着剤化する為に使用した水の量を示している。PTCβ:L+Buは、側鎖を3-オキソブタン酸エチルの配位とブトキシ基に置換し、残りを加水分解することで合成した。表中のmolは、Tiに対するmol比である。以下同様とする。
・側鎖に付加させる有機物量、最終合成温度の組み合わせが重要である。
・側鎖として導入した有機置換基の量を考慮してMo吸着性能を評価した場合、すなわち、Mo吸着剤から完全に有機物をはずしたMo吸着剤に対してMo吸着量を推定した場合、吸着性能は、同様にClを完全にはずしたPZCの2倍程度であることが分かった。
・側鎖として残す有機物の種類によって、加水分解速度が制御できる。
・側鎖に付加させた有機物は、最終合成温度により、付加量が変化する。
・有機物置換に使用する有機物量は、炭素数が2-10個の範囲が最適である。
ここで、3-オキソブタン酸エチルの炭素数は6個であり、実験結果から、アルコール系でもヘキシルアルコールより大きいものは疎水性が大きくなり、水溶液中に浸漬、あるいは粒子内にMo水溶液の浸透が困難になる、及び、アルコールの除去が困難になるため、現実的には6個までが好ましい。
・加水分解に使用する水量は、1-3molの範囲が最適である。
・付加させる有機物の種類は2種類以上でも良い。
生体内で利用するTc99mを生成することが目的あるMo吸着剤において、有機物が混入することは好ましくない。そこで、PTCβの第3工程後にMo吸着剤から有機物を除去することで、有機物を含まないMo吸着剤とすることができる。Mo吸着剤を大量の水と反応させ、30℃から90℃の間で加熱する。その後、篩い分けしてPTC系Mo吸着剤とした(第4工程)。有機物除去において、吸着性能の低下を防ぐために、30℃から90℃、好ましくは出来るだけ室温に近い低温で処理し、有機物が外れて生成されたOHを残すようにすることが好ましい(後述の表2を参照)。
Mo吸着剤の吸着性能は、Mo溶液の濃度に依存するため、合成したMo吸着剤の中でも特に吸着性能の高いものを選択し、Mo吸着剤の限界Mo吸着量を確認した(後述の表4を参照)。
Mo吸着条件は、Mo吸着剤0.5gを用い、これにMo溶液(pH4、Mo溶液濃度15g/l)を10ml加え、90℃、3hで行った。PTCβ:Bu3とPTCβ:Etは表1のものを使用した。PTCβ:BuH25は、室温で24-72時間水中に静置して有機物を取り除いた。PTCβ:BuH90aは、PTCβ:Bu3を大量の水の中に入れて、90℃で3時間加熱し、90℃で乾燥させた。PTCβ:BuH90bは、PTCβ:Bu3を大量の水の中に入れて、90℃で3時間加熱し、Mo吸着を行う寸前まで水中で保存した。PTCβ:BuH50は、PTCβ:Bu3を大量の水の中に入れて、50℃で3時間加熱し、Mo吸着を行う寸前まで水中で保存した。PTCβ:EtH90aは、PTCβ:Bu3を大量の水の中に入れて、90℃で3時間加熱し、90℃で乾燥させた。PTCβ:EtH25は、室温で24-72時間静置して有機物を取り除いた。PTCβ:EtH90bは、PTCβ:Bu3を大量の水の中に入れて、90℃で3時間加熱し、Mo吸着を行う寸前まで水中で保存した。PTCβ:EtH50は、PTCβ:Bu3を大量の水の中に入れて、50℃で3時間加熱し、Mo吸着を行う寸前まで水中で保存した。
・有機物を外す為の水処理温度、乾燥と保存条件が重要である。
・有機物を外したMo吸着剤は、水中保存が最適である。
Mo吸着条件は、Mo吸着剤0.5gを用い、これにMo溶液(pH4、Mo溶液濃度15g/l)を10ml加え、90℃、3hで行った。PTCγ:Bu1は、側鎖をブトキシ基に置換し、残りを加水分解することで合成した。PTCγ:Bu1とPTCγ:Bu2は、側鎖に置換するブトキシ基の量の影響を確認する為に合成した。PTCγ:BuH90は、PTCγ:Bu1を大量の水の中に入れて、90℃で3時間加熱し、90℃で乾燥させた。PTCγ:BuH50は、PTCγ:Bu1を大量の水の中に入れて、50℃で3時間加熱し、Mo吸着を行う寸前まで水中で保存した。ここで、PTCγとは、塩酸を使用しない系のPTCである。そのようなMo吸着剤の性能試験結果を表3に示す。
・塩酸を使用しないことで、Mo吸着剤の高性能化できる。
フーリエ変換型赤外分光(FT-IR)を用いて、残存有機物量の違いから、PTC系Mo吸着剤に付加した有機物が外れていることを確認した。測定条件は、400-4000cm-1、積算回数300、透過測定で行った。その結果を図1に示す。図1の結果から、有機物が外れていることが確認できた。つまり、今回採用した方法によって、有機物がすべて外れることが確認で図1の測定では、PTCβ:Bu3とPTCβ:BuH90bが用いられた。1650-1750cm-3と3000-3500cm-3において確認できるピークは、O-Hを示す。400-800cm-3において確認できるピークはO-Tiを示す。2600-2800cm-3において確認できるピークは、C-Hを示す。また、1050-1250cm-3において確認できるピークは、C-O、C-Hを示す。
PTCの元素比を確認する為に、即発γ線分析を用いてPTCの元素比(Ti、Mo)を確認した。即発γ線分析の検出ピークは、778keV、787keV、849keVを選択した。比較の為に、PZCの元素比(Zr、Mo)も確認した(後述の表6を参照)。
ピークの判定基準は、積算回数の高さと誤差の少なさを使用した。Moは778keVのピークを使用した。Tiは1382keVのピークを使用した。Zrは934keVのピークを使用した。サンプルは、Mo吸着試験により、Mo吸着量が判明しているものを使用した。
Mo吸着メカニズムを解明する為に、pH変化に注目した。方法としては、pH変化からどのような化学反応によってMoが吸着しているのかを推定した。メカニズム解明にあたり、PTCβ:Buを使用した。まずは、原料であるチタンテトライソプロポキシド 0.5gを10mlの水(pH5.56)の中に添加して、pHを測定した。
Mo吸着性能を向上させたPTC:γ系は、PTC:β系に比べてやや粉化しやくす、耐久度が低いと言う問題点がある。そこで、他のメタル系とのハイブリット吸着剤を作製し、それぞれのハイブリッド吸着剤の性能を確認した(後述の表8を参照)。その際、Tiの側鎖には1-ブタノールを付加させた。
PTCε:Alに用いたAlの原料アルミニウムエチルアセトアセテート・ジイソプロピレートは、3価の側鎖の2つにイソプロポキシ基をもち、1つにエチルアセトアセテート(3-オキソブタン酸エチル)をもつ。Alのプロポキシド基とTiのプロポキシ基が鎖状構造を形成する形で分子設計を行い、残ったエチルアセトアセテートをMo吸着サイトとした。PTCε:Siに用いたSiの原料であるシリコンテトラエトキシドは、4価の側鎖のそれぞれにエトキシ基をもつ。Siのエトキシ基とTiのプロポキシ基が鎖状構造を形成する形で加水分解縮合させ、残りをMo吸着サイトとした。PTCε:Zrに用いたZrの原料であるジルコニウムテトライソブトキシドは、4価の側鎖のそれぞれにブトキシ基をもつ。Zrのブトキシ基とTiのプロポキシ基を鎖状構造に形成する形で加水分解縮合させ、残りをMo吸着サイトとした。このMo吸着剤を合成する際の加水分解では、塩酸を0.01mol混合した水を使用した。
・他のメタル系と組み合わせても、それぞれのメタルに吸着するMo量はほとんど変化しない。
・AlやSiと組み合わせたMo吸着剤は、PTC:γ系に比べて粉化し難い。
・Zrと組み合わせたMo吸着剤は、PTC:γ系に比べて粉化しやすくなった。
今回の実験にあたっての予備検討として、PTCβ系の合成方法を用いた他のメタル系Mo吸着剤を合成し、性能試験を行った(後述の表9を参照)。
Mo吸着条件は、Mo吸着剤0.5gを用い、これにMo溶液(pH4、Mo溶液濃度15g/l)を10ml加え、90℃、3hで行った。PTCβ:Prは、側鎖にイソプロポキシ基を残し、残りを加水分解することで合成した。PZCβ:Buは、側鎖にブトキシ基を残し、残りを加水分解することで合成した。PACβ:Kは、側鎖にエチルアセトアセテートを残し、残りを加水分解することで合成した。PSiCβ:Etは、側鎖にエトキシ基を残し、残りを加水分解することで合成した。
今回の実験にあたっての予備検討として、PTCβ系を使用してpH変化(図3)、時間変化(図4)、濃度変化(図5)に示した。合成しやすいという理由から、PTCβ:Bu を使って検討した。
Claims (6)
- チタン、ジルコニウム、アルミニウムの少なくとも1つのアルコキシドとアルコールまたは有機配位子のいずれかを反応させる第1の工程、
加水分解縮合させる第2の工程、及び
上記第2の工程で生成した前駆体を架橋させる第3の工程、
から成る 99 Mo- 99m Tcジェネレータ用無機高分子系モリブデン吸着剤の製造方法。 - 請求項3に記載の製造方法において、上記加水分解をさらに行い、実質的に有機物の全部を水酸基に置換する第4の工程を有することを特徴とする 99 Mo- 99m Tcジェネレータ用無機高分子系モリブデン吸着剤の製造方法。
- チタニウムテトライソプロポキシドを原料とし、そのイソプロポキシ基の少なくとも一つを3-オキソブタン酸エチルの配位、1-ヘキソキシ基、1-ペントキシ基、1-ブトキシ基、エトキシ基の少なくとも一つで置換した後、急激な加水分解が生じない程度に制御しながら、加水分解縮合させることを特徴とする 99 Mo- 99m Tcジェネレータ用無機高分子系モリブデン吸着剤の製造方法。
- 請求項1に記載の化学構造体と、請求項2に記載の化学構造体を持つハイブリッド型の 99 Mo- 99m Tcジェネレータ用無機高分子系モリブデン吸着剤。
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