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JP2934763B2 - Oxygen adsorbent - Google Patents
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JP2934763B2 - Oxygen adsorbent - Google Patents

Oxygen adsorbent

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JP2934763B2
JP2934763B2 JP1010288A JP1028889A JP2934763B2 JP 2934763 B2 JP2934763 B2 JP 2934763B2 JP 1010288 A JP1010288 A JP 1010288A JP 1028889 A JP1028889 A JP 1028889A JP 2934763 B2 JP2934763 B2 JP 2934763B2
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resin
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は酸素吸脱着剤に関し、特に空気中の酸素を圧
力又は温度変動式等の吸着法により分離する際の吸着剤
として好適な酸素吸脱着剤に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an oxygen adsorbing / desorbing agent, and particularly to an oxygen adsorbing agent suitable as an adsorbent when separating oxygen in air by an adsorption method such as a pressure or temperature fluctuation type. It relates to a desorbing agent.

〔従来の技術〕 空気中の酸素を分離採取する際に、酸素あるいは窒素
を優先的に吸着する吸脱着剤を用い、圧力あるいは温度
を変動させて酸素を分離する圧力変動式空気分離方法
(PSA)あるいは温度変動式空気分離方法(TSA)が知ら
れている。上記吸脱着剤としては、窒素を優先的に吸着
する天然又は合成ゼオライト、あるいは窒素より酸素の
方が吸着速度が速いカーボンモレキュラーシーブス及び
これらを改良したものが用いられている。
[Prior art] A pressure fluctuation type air separation method (PSA) that separates oxygen by varying the pressure or temperature using an adsorbent that preferentially adsorbs oxygen or nitrogen when separating and sampling oxygen in the air. ) Or a temperature-varying air separation method (TSA) is known. As the adsorbent, a natural or synthetic zeolite that preferentially adsorbs nitrogen, carbon molecular sieves in which oxygen adsorbs faster than nitrogen, and improved ones thereof are used.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら上述のものでは、いずれも酸素及び窒素
を共に吸着するため、高純度の酸素を得ることが困難で
あり、高純度酸素を得るためには収率を犠牲にしなけれ
ばならなかった。
However, in each of the above, it is difficult to obtain high-purity oxygen because both of them adsorb both oxygen and nitrogen, and to obtain high-purity oxygen, the yield must be sacrificed.

また酸素吸着能を有するものとして、各種の錯体が知
られているが、これらは通常室温以下の温度でないと酸
素と反応しない他、溶液状態では劣化するという問題が
あった。
In addition, various complexes are known to have oxygen adsorbing ability. However, they usually have a problem that they do not react with oxygen unless the temperature is lower than room temperature or deteriorate in a solution state.

そこで本発明は、常温で酸素とのみ可逆的に反応し、
繰り返し使用しても劣化せず、高純度の酸素を高収率
で、かつ低動力原単位で得ることのできる酸素吸脱着剤
を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention reacts only reversibly with oxygen at room temperature,
An object of the present invention is to provide an oxygen adsorbing / desorbing agent which does not deteriorate even when repeatedly used and can obtain high-purity oxygen in a high yield and with a low power consumption.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記した目的を達成するために、本発明の酸素吸着剤
は、イオン交換樹脂中に軸配位子がイオン結合又は共有
結合により分散固定され、該軸配位子に酸素吸着能を有
する錯体が配位結合により固定されていることを特徴と
し、特に前記軸配位子は、酸素吸着能を有する錯体に配
位することにより、該錯体の酸素吸着能力が増加する軸
配位子であることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the oxygen adsorbent of the present invention is characterized in that an axis ligand is dispersed and fixed in an ion exchange resin by ionic or covalent bond, and the axis ligand has a complex having an oxygen adsorption ability. It is characterized by being fixed by a coordination bond, and in particular, the axial ligand is an axial ligand in which the oxygen adsorbing ability of the complex is increased by coordinating to a complex having an oxygen adsorbing ability. It is characterized by the following.

上記イオン交換樹脂は、酸素を選択的に吸脱着する錯
体を固定するための担体として用いられるものである。
また、上記軸配位子は、錯体の酸素吸着能を高めるため
に用いられるものであるが、同時に錯体を前記イオン交
換樹脂に固定するための鎖としての役割も担っている。
これらは、上記イオン交換樹脂と軸配位子との間の結合
構造により各種のものを用いることができる。なお、軸
配位子とは、例えば6配位構造の錯体にあっては、第5
番目又は第6番目の配位座に配位される配位子のことで
あり、英語では、axial base又はaxial ligandと言わ
れている。
The ion exchange resin is used as a carrier for fixing a complex that selectively adsorbs and desorbs oxygen.
The axial ligand is used to increase the oxygen adsorbing ability of the complex, but also plays a role as a chain for fixing the complex to the ion exchange resin.
Various types of these can be used depending on the bonding structure between the ion exchange resin and the axial ligand. The axial ligand is, for example, a complex having a 6-coordinate structure,
A ligand coordinated to the sixth or sixth coordination locus, which is referred to as axial base or axial ligand in English.

まず、上記軸配位子としては、ピリジン,イミダゾー
ル,アルキルアミン又はそれらの誘導体であり、これら
はイオン結合あるいはビニル基等の官能基を有するもの
が用いられる。
First, the above-mentioned axial ligand is pyridine, imidazole, alkylamine or a derivative thereof, and those having an ionic bond or a functional group such as a vinyl group are used.

この官能基は、軸配位子をイオン交換樹脂中に分散固
定させるために必要なもので、官能基としてイオン結合
を有する軸配位子としては、例えば、3−メチル−1,
1′−ドデシルジイミダゾリウムアイオダイド; 1−(3−アミノプロピル)イミダゾール塩酸塩; 4−ピリジンエタンスルホン酸ナトリウム; 4−ピコリルアミン塩酸塩; 等を挙げることができる。
This functional group is necessary to disperse and fix the axial ligand in the ion exchange resin. Examples of the axial ligand having an ionic bond as a functional group include 3-methyl-1,
1'-dodecyldiimidazolium iodide; 1- (3-aminopropyl) imidazole hydrochloride; Sodium 4-pyridineethanesulfonic acid; 4-picolylamine hydrochloride; And the like.

これらのイオン結合を有する軸配位子は、イミダゾー
ル又はピリジン基の窒素原子の孤立電子対が、錯体の中
心金属し供与されることにより錯体が配位するが、イオ
ン結合を有する部分が上記窒素原子に近い場合、上記窒
素原子の電子対供与性が弱められる。この結果、錯体の
酸素吸着能力もまた弱くなることがあるので、イミダゾ
ール又はピリジンのイオン結合部分との間に、少なくと
も1つのアルキル炭素を有する構造のものが好ましく、
より好ましくはアルキル炭素が3つ以上、最も好ましい
構造のものはアルキル炭素数が10以上のものである。
These axial ligands having an ionic bond are coordinated by the lone electron pair of the nitrogen atom of the imidazole or pyridine group being donated as the central metal of the complex, but the moiety having the ionic bond has the nitrogen atom described above. When it is close to an atom, the electron pair donating property of the nitrogen atom is weakened. As a result, the oxygen-adsorbing ability of the complex may also be weakened. Therefore, a structure having at least one alkyl carbon between the complex and the ion-binding portion of imidazole or pyridine is preferable.
More preferably, it has three or more alkyl carbons, and the most preferred structure has 10 or more alkyl carbons.

官能基としてビニル基を有する軸配位子としては、例
えば、 4−ビニルピリジン; 1−ビニルイミダゾール; 等を挙げることができる。
Examples of the axial ligand having a vinyl group as a functional group include 4-vinylpyridine; 1-vinylimidazole; And the like.

官能基として水酸基を有する軸配位子としては、例え
ば、 4−(イミダゾール−1−イル)フェノール; 3−ピリジンプロパノール; 8−(イミダゾール−1−イル)オクタノール; 等を挙げることができる。
Examples of the axial ligand having a hydroxyl group as a functional group include 4- (imidazol-1-yl) phenol; 3-pyridinepropanol; 8- (imidazol-1-yl) octanol; And the like.

官能基としてアミンを有する軸配位子としては、例え
ば、 1−(3−アミノプロピル)イミダゾール; 4−アミノピリジン; 等を挙げることができる。
Examples of the axial ligand having an amine as a functional group include 1- (3-aminopropyl) imidazole; 4-aminopyridine; And the like.

次に官能基としてイオン結合を有する軸配位子を分散
固定するものとしては、各種のイオン交換樹脂を利用す
ることができる。
Next, various types of ion exchange resins can be used for dispersing and fixing the axial ligand having an ionic bond as a functional group.

例えば、前記1−(3−アミノプロピル)イミダゾー
ル塩酸塩のように、イミダゾール基又はピリジン基がカ
チオン部にある場合には陽イオン交換樹脂を用い、前記
4−ピリジンエタンスルホン酸ナトリウムのように、ピ
リジン基又はイミダゾール基がアニオン部にある場合に
は陰イオン交換樹脂を用いる。
For example, when an imidazole group or a pyridine group is present in the cation portion, as in the case of 1- (3-aminopropyl) imidazole hydrochloride, a cation exchange resin is used, and as in the case of the sodium 4-pyridineethanesulfonate, When a pyridine group or an imidazole group is present in the anion part, an anion exchange resin is used.

なお、陽イオン交換樹脂を用いる際には、該陽イオン
交換樹脂の官能基がナトリウム型のものを用いることが
望ましい。この時、該樹脂の官能基がプロトン型の陽イ
オン交換樹脂を用いると、反応後に樹脂中に残るプロト
ンが錯体と反応して錯体を劣化させる虞がある。従って
プロトン型の陽イオン交換樹脂を用いる場合は、予め、
Na+などの陽イオンとイオン交換を行ってプロトン以外
の陽イオン型に変換することが望ましい。
When using a cation exchange resin, it is desirable to use a cation exchange resin having a sodium-type functional group. At this time, if a cation exchange resin having a proton functional group is used, protons remaining in the resin after the reaction may react with the complex to deteriorate the complex. Therefore, when using a proton type cation exchange resin,
It is desirable to perform ion exchange with a cation such as Na + to convert to a cation type other than proton.

また、軸配位子の官能基がビニル基である前記4−ビ
ニルピリジン等の場合には、共有結合によりこれを固定
する。例えば、ビニル基を有する軸配位子とスチレン等
のモノマー等とを反応させて共重合体を合成することに
より、軸配位子が分散固定した多孔質高分子樹脂を得る
ことができる。この合成は、常法に従って容易に行うこ
とができるが、ジビニルベンゼン等の架橋剤やアゾビス
イソブチロニトリル等の重合開始剤の他、ポリビニルア
ルコール等の分散・懸濁安定化剤,アミルアルコール等
の重合体沈殿剤を加える必要がある。
In the case where the functional group of the axial ligand is 4-vinylpyridine or the like in which the functional group is a vinyl group, this is fixed by a covalent bond. For example, by reacting an axial ligand having a vinyl group with a monomer such as styrene to synthesize a copolymer, a porous polymer resin in which the axial ligand is dispersed and fixed can be obtained. This synthesis can be easily carried out according to a conventional method. In addition to a crosslinking agent such as divinylbenzene, a polymerization initiator such as azobisisobutyronitrile, a dispersion / suspension stabilizer such as polyvinyl alcohol, and amyl alcohol It is necessary to add a polymer precipitant such as

官能基として水産基又はアミンを有する軸配位子を分
散固定するイオン交換樹脂としては、スルフォン基を有
する陽イオン交換樹脂を利用することができる。この種
の樹脂を、例えば5塩化リンと処理すると、次式に従っ
て上記スルフォン基が塩化スルフォニルに変換される。
A cation exchange resin having a sulfone group can be used as the ion exchange resin for dispersing and fixing an axial ligand having a marine group or an amine as a functional group. When this type of resin is treated with, for example, phosphorus pentachloride, the above sulfone group is converted to sulfonyl chloride according to the following formula.

(上記式中、Rは樹脂を表す。) この塩化スルフォニルは、水酸基又はアミンと容易に
反応するので、この反応により該軸配位子を上記陽イオ
ン交換樹脂中に分散固定することができる。例えば前記
8−(イミダゾール−1−イル)オクタノールの場合は
次式の反応により固定される。
(In the above formula, R represents a resin.) Since this sulfonyl chloride easily reacts with a hydroxyl group or an amine, the axial ligand can be dispersed and fixed in the cation exchange resin by this reaction. For example, in the case of 8- (imidazol-1-yl) octanol, it is fixed by the following reaction.

(上記式中、Rは樹脂を表す。) また、前記1−(3−アミノプロピル)イミダゾール
の場合は、次式の反応により固定される。
(In the above formula, R represents a resin.) In the case of the 1- (3-aminopropyl) imidazole, the immobilization is carried out by the reaction of the following formula.

(上記式中、Rは樹脂を表す。) イオン交換樹脂としては他に、一般に軸配位子に含ま
れる官能基と反応できる官能基を有するイオン交換樹脂
であれば、どのような種類のものでも利用することがで
きる。
(In the above formula, R represents a resin.) In addition to the ion exchange resin, any type of ion exchange resin having a functional group capable of reacting with the functional group contained in the axial ligand is generally used. But you can use it.

このように、予め軸配位子を分散固定した軸配位子含
有イオン交換樹脂の軸配位子に、酸素吸着能を有する錯
体を配位結合させて、樹脂内に分散固定させる。
In this way, the complex having oxygen adsorption ability is coordinated to the axis ligand of the ion exchange resin containing the axis ligand in which the axis ligand is dispersed and fixed in advance, and the axis ligand is dispersed and fixed in the resin.

この酸素吸着能を有する錯体としては、一般に酸素担
体等として知られているものを使用することができ、上
記軸配位子含有イオン交換樹脂の軸配位子と配位結合を
行うことにより、常温,常圧近傍で酸素を可逆的に吸脱
着するものを選択する。この種の酸素吸着能を有する錯
体としては、例えば、一般式; (上記式中、R1,R2,R3はそれぞれ水素又はOCH3などのア
ルコキシ基又はCH3などのアルキル基又はフェニル基を
示し、R4は水素又はメチル基又はフェニル基を示し、
R5,R6,R7,R8はそれぞれ水素又はCH3などのアルキル基又
はフェニル基を示す。) で表される錯体、あるいは一般式; (上記式中、R1,R2はそれぞれ水素又はメチル基又はフ
ェニル基を示す。) で表される錯体、さらに一般式; (上記式中、R1は水素又はフェニル基を示し、R2は水素
又はCH3などのアルキル基を示す。) で表される錯体等を挙げることができる。
As the complex having the oxygen adsorption ability, those generally known as oxygen carriers and the like can be used, and by performing a coordination bond with the axial ligand of the axial ligand-containing ion exchange resin, One that reversibly adsorbs and desorbs oxygen at room temperature and near normal pressure is selected. Examples of such a complex having an oxygen adsorption ability include a general formula; (In the above formula, R 1 , R 2 , and R 3 each represent hydrogen or an alkoxy group such as OCH 3 or an alkyl group such as CH 3 or a phenyl group; R 4 represents hydrogen or a methyl group or a phenyl group;
R 5 , R 6 , R 7 and R 8 each represent hydrogen, an alkyl group such as CH 3 or a phenyl group. A) a complex represented by the formula or a general formula; (Wherein, R 1 and R 2 each represent hydrogen, a methyl group or a phenyl group.) A complex represented by the following general formula: (In the above formula, R 1 represents hydrogen or a phenyl group, and R 2 represents hydrogen or an alkyl group such as CH 3. ).

これらの錯体は、いずれも4配位構造のもので、通常
6配位構造で安定な形となるものである。したがって、
この錯体の第5番目の配位座に前記軸配位子を配位させ
ると、第6番目の配位座の酸素吸着能が大きくなってこ
こに酸素が吸着する。
Each of these complexes has a four-coordinate structure, and usually has a six-coordinate structure and is stable. Therefore,
When the axial ligand is coordinated to the fifth coordination site of this complex, the oxygen adsorbing ability of the sixth coordination site increases, and oxygen is adsorbed here.

この錯体としては、一般に、第5番目の配位座に前記
軸配位子が配位した時に、酸素吸着能を示す錯体であれ
ば、どのような種類のものでも用いることが可能である
が、後述の極性溶媒への溶解度が0.1M以上のものを使用
することが好ましい。具体的には、 (N,N′−ビス(4−メトキシサリチルアルデヒド)ジ
メチルエチレンジアミン)コバルト; または(N,N′−ビス(4−メトキシサリチルアルデヒ
ド)テトラメチルエチレンジアミン)コバルト; 等を上げることができる。
As the complex, generally, any complex can be used as long as it has an oxygen adsorption ability when the axial ligand is coordinated to the fifth coordination site. It is preferable to use one having a solubility in a polar solvent described later of 0.1 M or more. Specifically, (N, N'-bis (4-methoxysalicylaldehyde) dimethylethylenediamine) cobalt; Or (N, N'-bis (4-methoxysalicylaldehyde) tetramethylethylenediamine) cobalt; Etc. can be raised.

上記錯体と軸配位子とを配位結合させるには、前記イ
オン交換樹脂中に分散固定されている軸配位子と錯体と
を接近させる必要がある。即ち、錯体をイオン交換樹脂
中で移動可能として樹脂内の軸配位子に接触させる必要
がある。
In order to coordinate the complex with the axial ligand, it is necessary to bring the axial ligand dispersed and fixed in the ion-exchange resin close to the complex. That is, it is necessary to make the complex movable in the ion-exchange resin and contact the axial ligand in the resin.

この両者の接触は、上記錯体を極性溶媒中に溶解させ
て錯体溶液を調整し、該錯体溶液中に前記軸配位子含有
イオン交換樹脂を浸漬すると共に、該錯体溶液を50〜15
0℃、好ましくは70〜130℃の温度に加熱して前記イオン
交換樹脂を膨潤させることにより行うことができる。こ
れにより、錯体が樹脂内を移動可能となり、樹脂内部に
固定された軸配位子と錯体との配位結合が可能となる。
The contact between the two is carried out by dissolving the complex in a polar solvent to prepare a complex solution, immersing the axial ligand-containing ion-exchange resin in the complex solution, and dissolving the complex solution in 50 to 15 times.
It can be carried out by swelling the ion exchange resin by heating to a temperature of 0 ° C, preferably 70 to 130 ° C. Thereby, the complex can move in the resin, and the coordination bond between the axial ligand fixed inside the resin and the complex becomes possible.

上記極性溶媒としては、例えば γ−ブチロラクトン; ジメチルスルホオキシド; ジメチルホルムアミド; (CH32NCHO 1−メチル−2−ピロリジノン(N−メチルピロリジノ
ン); スルホラン; 等を挙げることができるが、加熱中の極性溶媒の蒸発ロ
スを少なくするためには、沸点の高いものを用いること
が好ましい。
Examples of the polar solvent include γ-butyrolactone; Dimethyl sulfoxide; Dimethylformamide; (CH 3 ) 2 NCHO 1-methyl-2-pyrrolidinone (N-methylpyrrolidinone); Sulfolane; However, in order to reduce evaporation loss of the polar solvent during heating, it is preferable to use one having a high boiling point.

また、錯体溶液を加熱するため、該錯体溶液中に溶剤
する酸素により錯体の二量化反応が生じ、錯体の酸素吸
着能を失活させる虞がある。そこで軸配位子含有イオン
交換樹脂を錯体溶液に浸漬して加熱する際には、アルゴ
ンガス等の不活性ガスのバブリング等により溶液中を無
酸素状態とすることが好ましい。
Further, since the complex solution is heated, a dimerization reaction of the complex occurs due to oxygen that is a solvent in the complex solution, and the oxygen adsorbing ability of the complex may be deactivated. Therefore, when the axial ligand-containing ion exchange resin is immersed in the complex solution and heated, it is preferable to make the solution oxygen-free by bubbling an inert gas such as an argon gas.

この時、錯体溶液の加熱温度が70℃未満の場合は、イ
オン交換樹脂の膨潤が不十分で軸配位子と錯体との配位
結合を十分に行うことが困難であり、また加熱温度が13
0℃を超えると、錯体の分解が起きたり、極性溶媒の蒸
発ロスが多くなり、さらに加熱減のエネルギーの無駄と
なる。
At this time, if the heating temperature of the complex solution is less than 70 ° C., the swelling of the ion exchange resin is insufficient, and it is difficult to sufficiently coordinate the axial ligand and the complex. 13
When the temperature exceeds 0 ° C., the decomposition of the complex occurs, the loss of evaporation of the polar solvent increases, and the energy for heating is wasted.

このように、錯体溶液を加熱してイオン交換樹脂中の
軸配位子と錯体とを配位結合させることにより、本発明
の酸素吸脱着剤を得ることができるが、このままの状態
では、軸配位子に配位しなかった錯体が物理吸着により
イオン交換樹脂内に残存している。この配位結合できな
かった錯体は、酸素吸着能が弱いばかりでなく、酸素の
吸着分離を行う際に酸素が酸素吸着剤内で移動拡散する
のを阻害し、酸素吸脱着剤の性能を低下させる虞があ
る。
As described above, by heating the complex solution to coordinate the axial ligand in the ion exchange resin with the complex, the oxygen adsorbing / desorbing agent of the present invention can be obtained. The complex not coordinated with the ligand remains in the ion exchange resin due to physical adsorption. This complex that could not coordinate has not only weak oxygen adsorption capacity, but also inhibits the movement and diffusion of oxygen in the oxygen adsorbent during oxygen adsorption separation, deteriorating the performance of the oxygen adsorbent. There is a possibility that it will be done.

そのため、上記配位結合を行った後に、イオン交換樹
脂内に物理吸着により残存している錯体を除去すること
が好ましい。この錯体の除去は、得られた酸素吸脱着剤
を錯体溶液から分離し、アセトン等の適宜な溶媒で洗浄
することにより行うことができる。
Therefore, it is preferable to remove the complex remaining in the ion exchange resin by physical adsorption after performing the above-mentioned coordination bond. The removal of the complex can be carried out by separating the obtained oxygen adsorbing / desorbing agent from the complex solution and washing with an appropriate solvent such as acetone.

そして洗浄後の酸素吸脱着剤を真空乾燥等で乾燥させ
ることにより、得られる酸素吸脱着剤中に含まれる極性
溶媒や上記洗浄用溶媒が除去され、膨潤していた樹脂が
元の状態にまで収縮し、酸素吸着能を有する錯体がイオ
ン交換樹脂中に分散固定された酸素吸脱着剤を得ること
ができる。
Then, by drying the oxygen adsorbing / desorbing agent after washing by vacuum drying or the like, the polar solvent or the above-mentioned cleaning solvent contained in the obtained oxygen adsorbing / desorbing agent is removed, and the swollen resin returns to its original state. It is possible to obtain an oxygen adsorbing / desorbing agent in which a complex which contracts and has an oxygen adsorbing ability is dispersed and fixed in an ion exchange resin.

尚、これらの官能基を含む軸配位子,イオン交換樹脂
樹脂,錯体は、例として挙げたもので本発明の範囲を限
定するものではなく、条件により様々なものを用いるこ
とができる。
The axial ligands, ion exchange resin resins and complexes containing these functional groups are given as examples and do not limit the scope of the present invention, and various ones can be used depending on the conditions.

〔作 用〕(Operation)

前記例示した錯体が単独で溶液中にある場合は、25℃
前後の常温付近では、通常、酸素分離ができる程の酸素
吸着能を示さない。さらに、二量化反応として知られる
劣化が生じる。
When the above-mentioned complex alone is in a solution, 25 ° C.
In the vicinity of room temperature before and after, usually, it does not show oxygen adsorption ability enough to separate oxygen. In addition, a degradation known as the dimerization reaction occurs.

しかし、本発明の酸素吸脱着剤では、錯体がイオン交
換樹脂中に分散固定されているため、錯体の熱振動が抑
制され、その結果、錯体が低温下に置かれた状態とな
り、常温でも酸素分離できる程の十分な酸素吸着能を示
す。更に、分散固定されているため二量化反応が防止さ
れ、錯体の劣化がなくなる。
However, in the oxygen adsorbing / desorbing agent of the present invention, since the complex is dispersed and fixed in the ion exchange resin, thermal vibration of the complex is suppressed, and as a result, the complex is put at a low temperature, and the Shows sufficient oxygen adsorption capacity to allow separation. Furthermore, since it is dispersed and fixed, a dimerization reaction is prevented, and deterioration of the complex is eliminated.

この酸素吸脱着剤は、酸素を吸着後に加熱あるいは減
圧することにより、容易に酸素を脱着・放出し、繰返し
酸素を吸着・脱着させることができる。
The oxygen adsorbing / desorbing agent can easily desorb and release oxygen by heating or reducing the pressure after adsorbing oxygen, and can repeatedly adsorb and desorb oxygen.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を、実施例及び比較例に基づいてさらに
詳細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples.

比較例1 1,2−ジアミノ−2−メチルプロパン; (CH32C(NH2)CH2NH2 4.41g(0.05モル)をエタノール20mlに溶解した温度90
℃の溶液に、 4−メトキシサリチルアルデヒド; 15.22g(0.05モル)を加えて反応させ、 ビス(4−メトキシサリチルアルデヒド)ジメチルエチ
レンジアミン; の黄色溶液を得た。
Comparative Example 1 1,2-diamino-2-methylpropane; (CH 3 ) 2 C (NH 2 ) CH 2 NH 2 4.41 g (0.05 mol) dissolved in 20 ml of ethanol at a temperature of 90
C. in a solution of 4-methoxysalicylaldehyde; 15.22 g (0.05 mol) was added and reacted, bis (4-methoxysalicylaldehyde) dimethylethylenediamine; Was obtained as a yellow solution.

これに酢酸コバルト四水和物12.45g(0.05モル)の水
溶液を投入して暗燈色の沈澱物を得た。これを放冷して
吸引濾過後に真空乾燥を行い、酸素吸着能を有する錯
体; (N,N′−ビス(4−メトキシサリチルアルデヒド)ジ
メチルエチレンジアミン)コバルト(以下、Co(4−Me
OSal)Dmenという)23gを得た(収率約85%)。
An aqueous solution of 12.45 g (0.05 mol) of cobalt acetate tetrahydrate was added thereto to obtain a dark-lit precipitate. This is allowed to cool, vacuum-dried after suction filtration, and a complex having oxygen adsorbing ability; (N, N'-bis (4-methoxysalicylaldehyde) dimethylethylenediamine) cobalt (hereinafter referred to as Co (4-Me
23 g of OSal) Dmen) were obtained (about 85% yield).

このように合成したCc(4−MeOSal)Dmen0.3gをγ−
ブチロラクトン10mlに溶解させ、0.072M錯体溶液とし
た。この錯体溶液に、4−ビニルリジンとスチレンとを
常法により共重合させた径約1mmの多孔質共重合体粒状
樹脂2g(乾燥重量)を無酸素下で浸漬し、90℃に加熱し
てアルゴンガス気流下で4時間還流した。
0.3 g of Cc (4-MeOSal) Dmen synthesized in this way was γ-
It was dissolved in 10 ml of butyrolactone to obtain a 0.072M complex solution. Into this complex solution, 2 g (dry weight) of a porous copolymer granular resin having a diameter of about 1 mm obtained by copolymerizing 4-vinyl lysine and styrene by an ordinary method is immersed in an oxygen-free atmosphere, and heated to 90 ° C. to obtain an argon gas. The mixture was refluxed for 4 hours under a gas stream.

放冷後、錯体溶液と樹脂とを分離し、樹脂をアセトン
で洗浄して物理吸着している錯体を除去し、最後に80℃
で15時間真空乾燥を行い、多孔質共重合体粒状樹脂中に
Co(4−MeOSal)Dmenを分散固定した酸素吸脱着剤1.7g
を得た。
After cooling, the complex solution and the resin were separated, and the resin was washed with acetone to remove the physically adsorbed complex.
Vacuum drying for 15 hours in the porous copolymer granular resin
1.7g of oxygen adsorbent with Co (4-MeOSal) Dmen dispersed and fixed
I got

得られた酸素吸脱着剤における酸素及び窒素ガスの吸
着量の電子天秤で重量法により測定した。その結果、窒
素ガスの吸着量は測定不可能な程少なかったが、酸素ガ
スの吸着能は、図に示す如く、酸素分圧500Torr,吸着温
度−20℃の時、粒状樹脂1g当たり1.9mgであった。な
お、4−ビニルピリジンとスチレンとからなる多孔質共
重合体粒状樹脂は、酸素及び窒素ガスの吸着能を有して
いない。
The adsorption amounts of oxygen and nitrogen gas in the obtained oxygen adsorbing / desorbing agent were measured by an electronic balance by a gravimetric method. As a result, the nitrogen gas adsorption amount was so small that it could not be measured, but the oxygen gas adsorption capacity was 1.9 mg / g of granular resin at an oxygen partial pressure of 500 Torr and an adsorption temperature of -20 ° C, as shown in the figure. there were. Note that the porous copolymer granular resin composed of 4-vinylpyridine and styrene has no ability to adsorb oxygen and nitrogen gas.

比較例2 常法ん従いスズ(300g)を触媒として、 2,3−ジメチル−2,3−ジニトロブタン; (CH32C(NO2)C(CH32NO230gを37%塩酸水溶液で
処理してテトラメチルエチレンジアミン; (CH32C(NH2)C(CH32NH210.9gを得た(収率55
%)。
Comparative Example 2 30 g of 2,3-dimethyl-2,3-dinitrobutane; (CH 3 ) 2 C (NO 2 ) C (CH 3 ) 2 NO 2 was used as a catalyst, using tin (300 g) as a catalyst in a usual manner. Treatment with an aqueous hydrochloric acid solution provided 10.9 g of tetramethylethylenediamine; (CH 3 ) 2 C (NH 2 ) C (CH 3 ) 2 NH 2 (yield 55).
%).

これを、比較例1と同様の手前で、4−メトキシサリ
チルアルデヒド15.22g、及び酢酸コバルト四水和物12.4
5gと反応させて、酸素吸着能を有する錯体(N,N′−ビ
ス(4−メトキシサリチルアルデヒド)テトラメチルエ
チレンジアミン)コバルト(以下、Co(4−MeOSal)Tm
enという)17.6gを得た(収率)80%)。
This was mixed with 15.22 g of 4-methoxysalicylaldehyde and 12.4 g of cobalt acetate tetrahydrate in the same manner as in Comparative Example 1.
5 g and a complex having oxygen adsorption capacity (N, N'-bis (4-methoxysalicylaldehyde) tetramethylethylenediamine) cobalt (hereinafter referred to as Co (4-MeOSal) Tm
en) (17.6 g, 80% yield).

このように合成したCo(4−MeOSal)Tmen0.88gを1
−メチル−2−ピロリジン5.0mlに溶解させ、0.40M錯体
溶液とした。
0.88 g of Co (4-MeOSal) Tmen synthesized in this way
-Methyl-2-pyrrolidine was dissolved in 5.0 ml to obtain a 0.40 M complex solution.

以下、比較例1と同様の手順で4−ビニルピリジンと
スチレン多孔質共重合体の粒子樹脂1g(乾燥重量)中に
Co(4−MeOSal)Tmenを分散固定し、酸素吸脱着剤0.8g
を得た。
The same procedure as in Comparative Example 1 was followed to prepare 4-vinylpyridine / styrene porous copolymer particle resin in 1 g (dry weight).
Co (4-MeOSal) Tmen is dispersed and fixed, and oxygen adsorbing and desorbing agent 0.8g
I got

得られた酸素吸脱着剤の酸素ガス吸脱着量を電子天秤
を用いて測定した。この測定では温度は−20℃から+50
℃の間で交換させ、温度変化に基づく酸素吸脱量を測定
した。
The oxygen gas adsorption / desorption amount of the obtained oxygen adsorption / desorption agent was measured using an electronic balance. In this measurement, the temperature is between -20 ° C and +50
The temperature was changed between ° C and the amount of oxygen absorbed / desorbed based on the temperature change was measured.

その結果、酸素分圧が500Torrの時、酸素吸脱着量
は、粒状樹脂1g当り0.8mgであった。
As a result, when the oxygen partial pressure was 500 Torr, the amount of adsorbed and desorbed oxygen was 0.8 mg per 1 g of the granular resin.

この温度変動式酸素吸脱着テストを200回繰り返した
が、酸素吸脱着量は変らなかった。
This temperature fluctuation type oxygen adsorption / desorption test was repeated 200 times, but the oxygen adsorption / desorption amount did not change.

実施例1 まず、常法により1,1′−ドデカメチレンジイミダゾ
ール; を合成し、この1,1′−ドデカメチレンジイミダソゾー
ル22.7g(7.50×10-3モル)のトルエン溶液(200ml)に
ヨードメタン5.38g(3.75×10-3モル)のトルエン溶液5
0mlを滴下し、50℃で一晩反応させた後、白茶の固体を
濾別し、トルエンで洗浄した。次いで100℃で真空乾燥
して、軸配位子となる3−メチル−1,1′−ドデシルジ
イミダゾリウムアイオダイド15.0gを得た(収率90
%)。
Example 1 First, 1,1'-dodecamethylenediimidazole was prepared by a conventional method; And a toluene solution of 5.38 g (3.75 × 10 −3 mol) of iodomethane in a toluene solution (200 ml) of 22.7 g (7.50 × 10 −3 mol) of 1,1′-dodecamethylenediimidazosol
After 0 ml was added dropwise and reacted overnight at 50 ° C., a white tea solid was separated by filtration and washed with toluene. Then, it was vacuum-dried at 100 ° C. to obtain 15.0 g of 3-methyl-1,1′-dodecyldiimidazolium iodide as an axial ligand (yield: 90).
%).

一方、プロトン型の陽イオン交換樹脂、商品名アンバ
ーリスト〔15〕(東京有機化学工業(株)製)10gを、1
00当量(176g)の水酸化ナトリウムと蒸留水下でイオン
交換させてナトリウム型の陽イオン交換樹脂を得た。次
いでこのナトリウム型の陽イオン交換樹脂0.5gを、2.5
当量(3.47g)の前記3−メチル−1,1′−ドデシルジイ
ミダゾリウムアイオダイドと蒸留水下でイオン交換させ
た。濾液のNaイオン濃度測定から、イオン交換率は48%
であった。
On the other hand, 10 g of a proton-type cation exchange resin, trade name Amberlyst [15] (manufactured by Tokyo Organic Chemical Industry Co., Ltd.)
Ion exchange was performed with 00 equivalents (176 g) of sodium hydroxide under distilled water to obtain a sodium-type cation exchange resin. Then, 0.5 g of this sodium-type cation exchange resin was added to 2.5
An equivalent amount (3.47 g) of the 3-methyl-1,1'-dodecyldiimidazolium iodide was ion-exchanged under distilled water. From the sodium ion concentration measurement of the filtrate, the ion exchange rate is 48%
Met.

そして、前記比較例2で合成した(Co(4−MeOSal)
Tmen1.324gを1−メチル−2−ピロリジノン10mlに溶解
し、0.30M錯体溶液を調整した。この錯体溶液に、上記
軸配位子を導入したイオン交換樹脂0.5gをアルゴンガス
下で浸漬し、100℃で3日間還流した。
Then, it was synthesized in Comparative Example 2 (Co (4-MeOSal)
1.324 g of Tmen was dissolved in 10 ml of 1-methyl-2-pyrrolidinone to prepare a 0.30 M complex solution. In this complex solution, 0.5 g of the ion exchange resin introduced with the above-mentioned axial ligand was immersed under argon gas, and refluxed at 100 ° C. for 3 days.

以下比較例1と同様の手順でイオン交換樹脂にCo(4
−MeOSal)Tmenを包埋した酸素吸脱着剤を得た。
Thereafter, Co (4) was added to the ion exchange resin in the same procedure as in Comparative Example 1.
-MeOSal) An oxygen storage / desorption agent having Tmen embedded therein was obtained.

得られた酸素吸脱着剤における酸素ガス吸着量を測定
した結果、酸素分圧300Torr,吸着温度25℃の時、樹脂1g
当り15.3mgの酸素吸着を示した。
As a result of measuring the oxygen gas adsorption amount in the obtained oxygen adsorbing and desorbing agent, when the oxygen partial pressure was 300 Torr and the adsorption temperature was 25 ° C., 1 g of the resin was
It showed 15.3 mg oxygen adsorption per sample.

実施例2 実施例1で用いた陽イオン交換樹脂20gを乾燥後、五
塩化リン125g/オキシ塩化リン250gの混合溶媒中に投入
し、窒素下100〜110℃で48時間反応させ、塩化スルフォ
ニル型の陽イオン交換樹脂に変換した。
Example 2 After drying 20 g of the cation exchange resin used in Example 1, it was put into a mixed solvent of 125 g of phosphorus pentachloride / 250 g of phosphorus oxychloride and reacted under nitrogen at 100 to 110 ° C. for 48 hours to obtain a sulfonyl chloride type. Was converted to a cation exchange resin.

次に常法により、8−(イミダゾール−1−イル)オ
クタノールを合成し、得られた8−(イミダゾール−1
−イル)オクタノール7gを1−メチル−2−ピロリジノ
ン中に溶解し、前記の塩化スルフォニル型樹脂2.0gに窒
素下0℃で滴下後、80℃で3時間反応させ、8−(イミ
ダゾール−1−イル)オクタノールを共有結合により、
樹脂中に分散固定させた。
Next, 8- (imidazole-1-yl) octanol was synthesized by a conventional method, and the obtained 8- (imidazole-1-yl) was obtained.
-Yl) octanol (7 g) was dissolved in 1-methyl-2-pyrrolidinone and added dropwise to the above-mentioned sulfonyl chloride-type resin (2.0 g) at 0 ° C under nitrogen, followed by reaction at 80 ° C for 3 hours to give 8- (imidazole-1- Il) Octanol by covalent bond,
It was dispersed and fixed in the resin.

そして、前記比較例2で合成した錯体Co(4−MeOSa
l)Tmenを1−メチル−2−ピロリジノンに溶解し、錯
体の0.3M溶液を調整した。この溶液中に、前記配位子を
分散固定させたイオンを交換樹脂2gを浸漬し、アルゴン
ガス雰囲気下、100℃で24時間還流を行った。
Then, the complex Co (4-MeOSa) synthesized in Comparative Example 2 was used.
l) Tmen was dissolved in 1-methyl-2-pyrrolidinone to prepare a 0.3 M solution of the complex. In the solution, 2 g of an exchange resin in which the ligands were dispersed and fixed were immersed, and refluxed at 100 ° C. for 24 hours in an argon gas atmosphere.

以下、比較例1と同様の手順でイオン交換樹脂にCo
(4−MeOSal)Tmenを包埋した酸素吸脱着剤を得た。
Hereinafter, Co was added to the ion exchange resin in the same procedure as in Comparative Example 1.
An oxygen adsorption / desorption agent having (4-MeOSal) Tmen embedded therein was obtained.

得られた酸素吸脱着剤における酸素ガスの吸着量を測
定した結果、酸素分圧300Torr,吸着温度25℃の時、脂肪
1g当たり7.62mgの酸素吸着量を示した。
As a result of measuring the amount of oxygen gas adsorbed on the obtained oxygen adsorbent, when the oxygen partial pressure was 300 Torr and the adsorption temperature was 25 ° C, fat
The amount of adsorbed oxygen was 7.62 mg / g.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明の酸素吸脱着剤は、酸素
を可逆的に吸脱着する錯体が、イオン交換樹脂中に大量
に分散固定された軸配位子に配位結合により固定されて
いるので、イオン交換樹脂中に大量の錯体が保持された
状態になっており、しかも、イオン交換樹脂は多孔質で
あるから、錯体部分にガスが素早く出入りするので、酸
素吸着能を向上させることができる。また、錯体がそれ
ぞれ軸配位子に固定されているため、錯体の二量化反応
による劣化を受けず、長期に亘って優れた酸素吸着能を
維持することができる。さらに、酸素のみを吸脱着する
ものであるからPSAあるいはTSAの吸着剤として用いるこ
とにより、高純度の酸素を高収率で得ることが可能とな
り、動力原単位を低減させることができる。
As described above, in the oxygen adsorbing / desorbing agent of the present invention, the complex that resorbs and desorbs oxygen reversibly is fixed by coordination bonding to the axial ligand dispersed and fixed in a large amount in the ion exchange resin. Therefore, a large amount of complex is held in the ion-exchange resin, and since the ion-exchange resin is porous, gas enters and exits the complex portion quickly, so that the oxygen adsorption capacity can be improved. it can. In addition, since each of the complexes is fixed to the axial ligand, the complex is not deteriorated by a dimerization reaction, and excellent oxygen adsorption ability can be maintained for a long time. Furthermore, since it absorbs and desorbs only oxygen, by using it as an adsorbent for PSA or TSA, high-purity oxygen can be obtained in a high yield, and power consumption can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

図は比較例1において製造した酸素吸脱着剤の酸素吸着
能を示すものである。
The figure shows the oxygen adsorption capacity of the oxygen adsorbing / desorbing agent produced in Comparative Example 1.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−123392(JP,A) 特開 昭54−38287(JP,A) 特開 昭55−27028(JP,A) 特開 昭63−93789(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01J 20/26 Continuation of front page (56) References JP-A-53-123392 (JP, A) JP-A-54-38287 (JP, A) JP-A-55-27028 (JP, A) JP-A-63-93789 (JP) , A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) B01J 20/26

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】イオン交換樹脂中に軸配位子がイオン結合
又は共有結合により分散固定され、該軸配位子に酸素吸
着能を有する錯体が配位結合により固定されていること
を特徴とする酸素吸脱着剤。
An axial ligand is dispersed and fixed in an ion exchange resin by an ionic bond or a covalent bond, and a complex having an oxygen adsorption ability is fixed to the axial ligand by a coordinate bond. Oxygen adsorbent.
【請求項2】前記軸配位子は、酸素吸着能を有する錯体
に配位することにより、該錯体の酸素吸着能力が増加す
る軸配位子であることを特徴とする請求項1記載の酸素
吸脱着剤。
2. The axial ligand according to claim 1, wherein the axial ligand is an axial ligand which, when coordinated with a complex having an oxygen adsorbing ability, increases the oxygen adsorbing ability of the complex. Oxygen adsorbent.
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