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JP4863712B2 - Film for producing hydrogen carbonate ion and method for producing the same, porous laminate for producing hydrogen carbonate ion, and method for producing hydrogen carbonate ion - Google Patents
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JP4863712B2 - Film for producing hydrogen carbonate ion and method for producing the same, porous laminate for producing hydrogen carbonate ion, and method for producing hydrogen carbonate ion - Google Patents

Film for producing hydrogen carbonate ion and method for producing the same, porous laminate for producing hydrogen carbonate ion, and method for producing hydrogen carbonate ion Download PDF

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Description

本発明は、有機ポリマーの側鎖基において亜鉛錯体が形成されている複合材フィルムに関する。また、本発明は、この複合材フィルムを備える多孔質積層体及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a composite film in which a zinc complex is formed in a side chain group of an organic polymer. Moreover, this invention relates to a porous laminated body provided with this composite material film, and its manufacturing method.

従来、天然又は人工の有機物の表面を反応場として炭酸塩(特には炭酸カルシウム)等の鉱物を析出させる方法について検討されている。このような方法の場合、一般に、二酸化炭素の過飽和水溶液中に有機物を長時間(通常数日間以上)静置することにより、鉱物を有機物表面に析出させる。   Conventionally, methods for depositing minerals such as carbonates (particularly calcium carbonate) using the surface of natural or artificial organic substances as a reaction field have been studied. In the case of such a method, generally, an organic substance is allowed to stand in a supersaturated aqueous solution of carbon dioxide for a long period of time (usually several days or more) to precipitate a mineral on the surface of the organic substance.

この方法に用いられる有機物としては、金属と水素結合する水酸基、イオン交換能を有するカルボキシル基やスルホ基、金属に配位してキレート錯体を形成するアミノ基やチオール基等の官能基を有するものがある。代表的な研究例として、ステアリン酸(CH(CH16COOH)の単分子層上へ炭酸カルシウムを析出させる方法が挙げられる(非特許文献1)。この方法では、ステアリン酸が有するカルボキシル基がカルシウムイオンを捕捉することによって、炭酸カルシウム生成が促進されると考えられる。また、silane法技術によって作製した亜鉛基板を用いる方法も報告されている(非特許文献2)。
B. R. Heywood他、アドバンスド・マテリアルズ(AdvancedMaterials)、1994年、第6巻、p.9−20 市川他、ヨーロピアン・ジャーナル・オブ・ケミストリー(European Journal of Chemistry)、2003年、第9巻、p.3235−3241
Organic substances used in this method include functional groups such as hydroxyl groups that form hydrogen bonds with metals, carboxyl groups and sulfo groups that have ion exchange capabilities, and amino groups and thiol groups that coordinate with metals to form chelate complexes. There is. As a typical research example, there is a method of depositing calcium carbonate on a monomolecular layer of stearic acid (CH 3 (CH 2 ) 16 COOH) (Non-patent Document 1). In this method, it is considered that the production of calcium carbonate is promoted by capturing the calcium ions by the carboxyl group of stearic acid. In addition, a method using a zinc substrate produced by the silane method technique has been reported (Non-patent Document 2).
BR Heywood et al., Advanced Materials, 1994, Vol. 6, p. 9-20 Ichikawa et al., European Journal of Chemistry, 2003, Vol. 9, p. 3235-3241

ところで、カルシウムイオンを含む水溶液中で効率的に炭酸カルシウムを生成させるためには、炭酸水素イオン(HCO )をできるだけ高い濃度で供給することが望まれる。したがって、二酸化炭素を取り込んで炭酸カルシウムを生成させる場合には、二酸化炭素から炭酸水素イオンを生成する二酸化炭素の水和反応の活性を十分に高めることが重要である。 By the way, in order to efficiently produce calcium carbonate in an aqueous solution containing calcium ions, it is desired to supply hydrogen carbonate ions (HCO 3 ) at as high a concentration as possible. Therefore, when carbon dioxide is taken in to produce calcium carbonate, it is important to sufficiently enhance the activity of the hydration reaction of carbon dioxide that generates hydrogen carbonate ions from carbon dioxide.

しかしながら、上記非特許文献1に記載の方法をはじめとする従来の方法の場合、ステアリン酸等の有機物はカルシウムイオンを捕捉する機能は有しているものの、二酸化炭素の水和反応の活性を高める機能は有しておらず、二酸化炭素から十分に効率的に炭酸カルシウムを生成させることができなかった。そのため、炭酸水素イオンからなる塩や二酸化炭素を含む高圧ガスの使用等の大きなエネルギーの消費を伴う工程が必要とされていた。   However, in the case of conventional methods including the method described in Non-Patent Document 1, organic substances such as stearic acid have a function of capturing calcium ions, but increase the activity of carbon dioxide hydration. There was no function, and calcium carbonate could not be produced from carbon dioxide sufficiently efficiently. Therefore, a process involving a large energy consumption such as the use of a salt composed of hydrogen carbonate ions or a high-pressure gas containing carbon dioxide has been required.

そこで、本発明は、二酸化炭素の水和反応の活性を十分に高めることが可能な材料を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the material which can fully raise the activity of the hydration reaction of a carbon dioxide.

本発明は、下記構造式(1):

Figure 0004863712

[式中、Rは窒素原子及び硫黄原子のうち少なくとも一方を有する複素環からなる側鎖基を示す。]
で表されるモノマー単位を含むポリマーと、当該ポリマー中の複素環が配位して亜鉛錯体を形成している亜鉛イオンと、を含有する多孔質状の複合材フィルムである。 The present invention provides the following structural formula (1):
Figure 0004863712

[In formula, R shows the side chain group which consists of a heterocyclic ring which has at least one among a nitrogen atom and a sulfur atom. ]
A porous composite film containing a polymer including a monomer unit represented by formula (I) and a zinc ion in which a heterocyclic ring in the polymer is coordinated to form a zinc complex.

この複合材フィルムは、ポリマーの側鎖において亜鉛錯体を導入したことにより多孔質化され、二酸化炭素の水和反応の活性を十分に高めることが可能となった。二酸化炭素の水和反応を促進する天然酵素においては亜鉛錯体がその活性発現に関与していると考えられるが、複合材フィルム中の亜鉛錯体の部分は、天然酵素中の亜鉛錯体と同様の作用により水和反応促進の活性を発現していると本発明者らは推察している。   This composite film was made porous by introducing a zinc complex in the side chain of the polymer, and the activity of the carbon dioxide hydration reaction could be sufficiently increased. In the natural enzyme that promotes the hydration reaction of carbon dioxide, it is considered that the zinc complex is involved in the expression of its activity, but the zinc complex part in the composite film has the same action as the zinc complex in the natural enzyme. The present inventors speculate that the activity of promoting hydration reaction is expressed by the above.

複合材フィルム中の複素環は、イミダゾール、イミダゾリン、ピラゾール、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、チオフェン及びチアゾールからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。これら複素環が亜鉛イオンを配位させることにより、二酸化炭素の水和反応促進の活性が特に高められる。   The heterocyclic ring in the composite film is preferably at least one selected from the group consisting of imidazole, imidazoline, pyrazole, pyridine, pyrimidine, pyrazine, thiophene and thiazole. These heterocycles coordinate zinc ions, so that the activity of promoting the hydration reaction of carbon dioxide is particularly enhanced.

本発明の多孔質積層体は、基板と、当該基板上に形成された上記本発明に係る多孔質状の複合材フィルムと、を備えるものである。この積層体を水溶液中に浸漬すること等により、簡易かつ十分効率的に二酸化炭素の水和反応を促進することができる。   The porous laminate of the present invention comprises a substrate and the porous composite film according to the present invention formed on the substrate. By immersing this laminate in an aqueous solution, the hydration reaction of carbon dioxide can be promoted easily and sufficiently efficiently.

本発明はまた、上記一般式(1)で表されるモノマー単位を含むポリマーを含有するポリマーフィルムを形成させる工程と、当該ポリマーフィルムを亜鉛イオンの溶液と接触させることにより、ポリマーと当該ポリマー中の複素環が配位して亜鉛錯体を形成している亜鉛イオンとを含有する多孔質状の複合材フィルムを生成させる工程と、を備える複合材フィルムの製造方法である。   The present invention also includes a step of forming a polymer film containing a polymer containing the monomer unit represented by the general formula (1), and bringing the polymer film into contact with a solution of zinc ions. And a step of producing a porous composite film containing zinc ions in which the heterocycle is coordinated to form a zinc complex.

この製造方法によれば、比表面積の大きいカードハウス様の形態を有し、二酸化炭素の水和反応促進を特に効率的に促進させることが可能な多孔質状の複合材フィルムが得られる。   According to this production method, a porous composite film having a card house-like form with a large specific surface area and capable of promoting the hydration reaction of carbon dioxide particularly efficiently can be obtained.

この製造方法においても、複素環がイミダゾール、イミダゾリン、ピラゾール、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、チオフェン及びチアゾールからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。   Also in this production method, the heterocyclic ring is preferably at least one selected from the group consisting of imidazole, imidazoline, pyrazole, pyridine, pyrimidine, pyrazine, thiophene and thiazole.

本発明はまた、上記本発明の複合材フィルムの存在下で二酸化炭素の水和反応により炭酸水素イオンを生成させる、炭化水素イオンの生成方法である。この方法によれば、十分に高い効率で二酸化炭素から炭酸水素イオンを生成させることができる。この方法においてはカルボニックアンヒドラーゼ酵素類似反応により炭酸水素イオンが生成すると推測される。   The present invention is also a method for producing hydrocarbon ions, wherein hydrogen carbonate ions are produced by a hydration reaction of carbon dioxide in the presence of the composite film of the present invention. According to this method, hydrogen carbonate ions can be generated from carbon dioxide with sufficiently high efficiency. In this method, it is presumed that bicarbonate ions are generated by a carbonic anhydrase enzyme-like reaction.

本発明の複合材フィルムによれば、二酸化炭素の水和反応の活性が十分に高く、炭酸カルシウム生成のための大きな駆動力が得られる。本発明の複合材フィルムの二酸化炭素水和反応を促進する活性やその安定性は、例えば上述の非特許文献2に記載の亜鉛基板と比較しても向上した。その理由は複合材フィルムの多孔質化による二酸化炭素水和反応を促進する部位の増加及び高密度化によるものと考えられる。決定的な理由は、設計・合成段階で繰返し構造単位にそのような部位を保有するポリマーを標的にした事にある。合成法は比較的容易であるし、多孔質積層体作製においてより大きなスケールへの展開も容易である。そのため、本発明の複合材フィルムを用いた省エネルギー、クリーン・グリーンプロセスによって二酸化炭素の吸収・固定や炭酸カルシウム合成用装置の実現が期待される。   According to the composite film of the present invention, the activity of hydration reaction of carbon dioxide is sufficiently high, and a large driving force for producing calcium carbonate can be obtained. The activity of promoting the carbon dioxide hydration reaction of the composite film of the present invention and its stability were improved as compared with, for example, the zinc substrate described in Non-Patent Document 2 described above. The reason is considered to be due to the increase in the number of sites that promote the carbon dioxide hydration reaction and the increase in density due to the porous structure of the composite film. The decisive reason is that the polymer having such a site in the repeating structural unit was targeted at the design and synthesis stage. The synthesis method is relatively easy, and the development to a larger scale is easy in the production of the porous laminate. Therefore, it is expected that carbon dioxide absorption / fixation and calcium carbonate synthesis apparatus will be realized by energy saving and clean green process using the composite film of the present invention.

炭酸水素イオンの水への溶解度は、二酸化炭素と比べて二桁程大きく、本発明の複合材フィルムを用いて二酸化炭素を水和反応により炭酸水素イオンに効率的に転換すれば、水中への二酸化炭素吸収量を増大させることが可能となる。従来、工業的プロセスにおいては、高圧の二酸化炭素ガスや炭酸水素ナトリウムを用いて炭酸水素イオンが供給されているが、本発明の複合材フィルムを用いることにより、高圧ガスの製造や炭酸水素ナトリウム合成のために要していたエネルギーを必要とせずに大気中や廃棄ガス中の二酸化炭素を原料とすることが可能となる。   The solubility of hydrogen carbonate ions in water is about two orders of magnitude greater than that of carbon dioxide, and if the composite film of the present invention is used to efficiently convert carbon dioxide into hydrogen carbonate ions by a hydration reaction, It becomes possible to increase carbon dioxide absorption. Conventionally, in industrial processes, hydrogen carbonate ions are supplied using high-pressure carbon dioxide gas or sodium hydrogen carbonate, but by using the composite film of the present invention, high-pressure gas production or sodium hydrogen carbonate synthesis is performed. This makes it possible to use carbon dioxide in the atmosphere or waste gas as a raw material without requiring the energy required for this.

本発明の複合材フィルムは、さらには、二酸化炭素吸収促進の効果を利用して、密室環境等での二酸化炭素を高収率で除去する空気浄化装置への応用も可能である。二酸化炭素濃度が1000ppm(0.1%v/v)以上になると呼吸器、循環器、大脳の機能に影響があるとされているが、本発明の複合材フィルムを用いた空気浄化装置によって、二酸化炭素濃度をこれ以下の濃度に制御することができると考えられる。   Further, the composite film of the present invention can be applied to an air purification device that removes carbon dioxide in a closed room environment or the like in a high yield by utilizing the effect of promoting carbon dioxide absorption. When the carbon dioxide concentration is 1000 ppm (0.1% v / v) or more, it is said that the function of the respiratory organs, circulatory organs, and cerebrum is affected. It is considered that the carbon dioxide concentration can be controlled to a concentration lower than this.

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments.

本発明の複合材フィルムにおいては、構造式(1)で表されるモノマー単位の複素環が亜鉛イオンに配位することにより亜鉛錯体が形成されている。ただし、ポリマー中の全ての複素環が亜鉛イオンと錯形成している必要は必ずしもない。   In the composite film of the present invention, a zinc complex is formed by coordination of the heterocyclic ring of the monomer unit represented by the structural formula (1) to zinc ions. However, it is not always necessary that all the heterocyclic rings in the polymer are complexed with zinc ions.

構造式(1)において、Rは窒素原子及び硫黄原子のうち少なくとも一方を有する複素環からなる側鎖基を示す。ポリマー中のRは互いに同一でも異なっていてもよい。   In the structural formula (1), R represents a side chain group composed of a heterocyclic ring having at least one of a nitrogen atom and a sulfur atom. R in the polymer may be the same as or different from each other.

Rとしての複素環は、亜鉛イオンと亜鉛錯体を形成可能なものであれば特に制限されないが、イミダゾール、イミダゾリン、ピラゾール、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、チオフェン及びチアゾールからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。これらの中でも、イミダゾール又はイミダゾリンが特に好ましい。すなわち、複合材フィルムを構成するポリマーは、下記構造式(1a)又は(1b)で表されるモノマー単位を含むことが特に好ましい。   The heterocyclic ring as R is not particularly limited as long as it can form a zinc complex with a zinc ion, but is at least one selected from the group consisting of imidazole, imidazoline, pyrazole, pyridine, pyrimidine, pyrazine, thiophene and thiazole. Preferably there is. Among these, imidazole or imidazoline is particularly preferable. That is, the polymer constituting the composite film particularly preferably includes a monomer unit represented by the following structural formula (1a) or (1b).

Figure 0004863712
Figure 0004863712

式(1)のモノマー単位を含むポリマーは、例えば、下記構造式(2)で表されるビニルモノマーの重合により合成することができる。ビニルモノマーの重合は、当業者には明らかなように、従来公知のラジカル重合等の方法により行うことができる。   The polymer containing the monomer unit of the formula (1) can be synthesized, for example, by polymerization of a vinyl monomer represented by the following structural formula (2). As is apparent to those skilled in the art, the polymerization of the vinyl monomer can be performed by a conventionally known method such as radical polymerization.

Figure 0004863712
Figure 0004863712

ポリマーが吸着している基板は板状である必要は必ずしもなく、球状等の他の形状を有するものであってもよい。基板を構成する材料としては、ガラス、マイカ等がある。また、所望により、式(1)で表されるモノマー単位を含むポリマーと、当該ポリマー中の複素環が配位して亜鉛錯体を形成している亜鉛イオンと、を含有する多孔質状の複合材を、フィルム以外の形態で用いることもできる。   The substrate on which the polymer is adsorbed does not necessarily have a plate shape, and may have another shape such as a spherical shape. Examples of the material constituting the substrate include glass and mica. Further, if desired, a porous composite containing a polymer containing the monomer unit represented by the formula (1) and a zinc ion in which a heterocyclic ring in the polymer is coordinated to form a zinc complex. The material can also be used in a form other than a film.

複合材フィルムは、例えば、上記構造式(1)で表されるモノマー単位を含むポリマーを含有するポリマーフィルムを形成させる工程と、当該ポリマーフィルムを亜鉛イオンの溶液と接触させることにより、上記ポリマーと当該ポリマー中の複素環が配位して亜鉛錯体を形成している亜鉛イオンとを含有する多孔質状の複合材フィルムを生成させる工程と、を備える製造方法により、製造することができる。図1は、基板上に形成された複合材フィルムにおける亜鉛イオンの配位形態を模式的に示す斜視図である。図1に示すように、基板1に吸着しているポリマーのイミダゾール基と亜鉛イオンとで亜鉛錯体が形成されており、これらポリマー及び亜鉛イオンから複合材フィルム2が形成されている。   The composite film includes, for example, a step of forming a polymer film containing a polymer containing the monomer unit represented by the structural formula (1), and the polymer film by contacting the polymer film with a solution of zinc ions. And a step of producing a porous composite film containing a zinc ion in which a heterocycle in the polymer is coordinated to form a zinc complex. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a coordination form of zinc ions in a composite film formed on a substrate. As shown in FIG. 1, a zinc complex is formed by an imidazole group of a polymer adsorbed on a substrate 1 and zinc ions, and a composite film 2 is formed from these polymers and zinc ions.

ポリマーフィルムは、例えば、ポリマーをエタノール等の溶剤に分散又は溶解した液状物を基板上に塗布し、溶剤を除去する方法により形成させることができる。この場合の塗布の方法は特に制限されないが、例えばスピンコート法により塗布を行うことができる。溶剤の除去は、凍結乾燥等の通常の乾燥方法で行うことができる。乾燥後のポリマーフィルムにおいて、通常、亜鉛錯体を含まないポリマーは層状に堆積した形態を有する。   The polymer film can be formed, for example, by a method in which a liquid material in which a polymer is dispersed or dissolved in a solvent such as ethanol is applied on a substrate and the solvent is removed. The method of application in this case is not particularly limited, but can be applied by, for example, a spin coat method. The removal of the solvent can be performed by an ordinary drying method such as freeze drying. In the polymer film after drying, the polymer which does not contain a zinc complex usually has a layered form.

多孔質状の複合材フィルムを生成させる工程は、例えば、基板上に形成されたポリマーフィルムを亜鉛イオンの溶液中に浸漬することにより行うことができる。亜鉛イオンの溶液としては、亜鉛の塩の水溶液が好適に用いられる。亜鉛の塩としては、例えば硝酸亜鉛が用いられる。亜鉛錯体を安定して形成させるため、亜鉛イオンの溶液はpHが7〜7.5程度に調整されていることが好ましい。通常、室温で一晩程度の浸漬により、ポリマーフィルムにおける亜鉛錯体の形成が十分に進行する。   The step of generating a porous composite film can be performed, for example, by immersing a polymer film formed on a substrate in a zinc ion solution. As the zinc ion solution, an aqueous solution of zinc salt is preferably used. As the zinc salt, for example, zinc nitrate is used. In order to stably form the zinc complex, it is preferable that the pH of the zinc ion solution is adjusted to about 7 to 7.5. Usually, the formation of the zinc complex in the polymer film sufficiently proceeds by immersion at room temperature overnight.

浸漬後の積層体の複合材フィルムにおいて亜鉛錯体が形成されていることは、その表面の元素分析等によって確認することができる。元素分析は、例えば、エネルギー分散型X線分析装置(EDAX)を用いて行うことができる。   It can be confirmed by elemental analysis or the like on the surface that a zinc complex is formed in the composite film of the laminate after immersion. Elemental analysis can be performed using, for example, an energy dispersive X-ray analyzer (EDAX).

上記複合材フィルムの存在下で二酸化炭素のカルボニックアンヒドラーゼ酵素類似の水和反応により炭酸水素イオンを生成させることにより、溶液中に炭化水素イオンを十分に高い効率で生成させることができる。この場合、例えば、積層体を反応液中に浸漬しておくことにより二酸化炭素の水和反応が進行して、反応液中に炭化水素イオンが生成する。反応液は、緩衝液等によりpHを8.5〜9程度に調整しておくことが好ましい。また、活性継続のため、反応液中に亜鉛イオンを溶解しておくことが好ましい。   By generating hydrogen carbonate ions in a carbon dioxide carbonic anhydrase enzyme-like hydration reaction in the presence of the composite film, hydrocarbon ions can be generated in the solution with sufficiently high efficiency. In this case, for example, by immersing the laminate in the reaction solution, the hydration reaction of carbon dioxide proceeds, and hydrocarbon ions are generated in the reaction solution. The reaction solution is preferably adjusted to a pH of about 8.5 to 9 with a buffer solution or the like. In order to continue the activity, it is preferable to dissolve zinc ions in the reaction solution.

上記反応液中にカルシウムイオンが存在していれば、生成した炭化水素イオンとの反応により炭酸カルシウムが生成する。カルシウムイオンを捕捉する機能を持つ基板を用いることにより、当基板上に結晶系が制御された炭酸カルシウムを効率的に析出させることも可能である。   If calcium ions are present in the reaction solution, calcium carbonate is generated by reaction with the generated hydrocarbon ions. By using a substrate having a function of capturing calcium ions, calcium carbonate having a controlled crystal system can be efficiently deposited on the substrate.

以下、実施例を挙げて本発明についてより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(合成例)
ポリ(4−ビニルイミダゾール)(以下「P4−VI」という。)の合成
4−ビニルイミダゾール85mg(0.6mmol)及び2,2−アゾビス(イソブチルニトリル)1.5mg(4−ビニルイミダゾールに対して1.0mol%)を、ベンゼン/エタノールを1:1の比で混合した混合溶媒5mLに加えて反応液を調製した。この反応液を20mLのサンプル管に入れ、ベンゼンを5mL程度入れた真空蒸留容器内に置き、液体窒素で反応液を凍結させた。反応液を凍結した混合物を、ロータリーポンプを用いて真空蒸留容器内を脱気することにより乾燥した。そして、室温に戻して混合物を融解し、脱気された反応液を得た。
(Synthesis example)
Synthesis of poly (4-vinylimidazole) (hereinafter referred to as “P4-VI”) 4-vinylimidazole 85 mg (0.6 mmol) and 2,2-azobis (isobutylnitrile) 1.5 mg (based on 4-vinylimidazole) 1.0 mol%) was added to 5 mL of a mixed solvent in which benzene / ethanol was mixed at a ratio of 1: 1 to prepare a reaction solution. This reaction solution was placed in a 20 mL sample tube, placed in a vacuum distillation vessel containing about 5 mL of benzene, and the reaction solution was frozen with liquid nitrogen. The mixture obtained by freezing the reaction solution was dried by degassing the inside of the vacuum distillation vessel using a rotary pump. And it returned to room temperature, the mixture was melt | dissolved, and the deaerated reaction liquid was obtained.

続いて、65℃に加熱して反応液を真空蒸留容器内で還流させた。13時間後、薄黄色の析出物をろ別し、乾燥して、P4−VIを含む生成物(固体、薄ベージュ色)を得た(収率62%)。
1H NMR(C6D6/C2D5OH(1:1v/v)) δ(ppm):1.6 (broad, 主鎖中のCH2, 2.0-2.5(broad, 主鎖中のCH),6.2-6.4(broad, イミダゾール環H-5), 7.3-7.6 (broad, イミダゾール環H-2)
Subsequently, the reaction solution was heated to 65 ° C. and refluxed in a vacuum distillation vessel. After 13 hours, a pale yellow precipitate was filtered off and dried to obtain a product (solid, light beige) containing P4-VI (yield 62%).
1 H NMR (C 6 D 6 / C 2 D 5 OH (1: 1 v / v)) δ (ppm): 1.6 (broad, CH 2 in the main chain, 2.0-2.5 (broad, CH in the main chain) 6.2-6.4 (broad, imidazole ring H-5), 7.3-7.6 (broad, imidazole ring H-2)

(1)積層体の作製
上記で得たP4−VIのエタノール溶液(0.5wt%)7×10−5Lを、マイクロシリンジ(10−4L用)を用いてカバーガラス(25×25mm)上に供給し、スピンコート法により展開させた。スピンコートは、回転数900rpm、SLsec.10秒、回転時間300秒の条件で行った。スピンコートの後、ダイアフラムポンプで減圧したデシケータ中で2時間乾燥させて、基板としてのカバーガラス上にP4−VIを含むポリマーフィルムが形成された積層体を得た。
(1) Production of Laminate Cover Glass (25 × 25 mm) of P4-VI ethanol solution (0.5 wt%) 7 × 10 −5 L obtained above using a microsyringe (for 10 −4 L) It was supplied to the top and developed by the spin coat method. Spin coating is performed at a rotational speed of 900 rpm, SLsec. The test was performed under conditions of 10 seconds and a rotation time of 300 seconds. After spin coating, the film was dried in a desiccator reduced in pressure with a diaphragm pump for 2 hours to obtain a laminate in which a polymer film containing P4-VI was formed on a cover glass as a substrate.

この積層体を、Zn(NO・6HOの水溶液(5×10−3M、NaOH水溶液によってpH7に調製)中に一晩浸漬することにより、P4−VI中のイミダゾール環を亜鉛イオンに配位させた。その後、積層体を水溶液から取り出し、表面に付着していた水溶液を蒸留水で洗い流した。次いで、ダイアフラムポンプで減圧したデシケータ中で3時間乾燥させて、カバーガラス上に多孔質状の複合材フィルムが形成された多孔質積層体を得た。 This laminate was immersed in an aqueous solution of Zn (NO 3 ) 2 .6H 2 O (5 × 10 −3 M, adjusted to pH 7 with an aqueous NaOH solution) overnight, thereby converting the imidazole ring in P4-VI to zinc. Coordinated to ions. Thereafter, the laminate was taken out from the aqueous solution, and the aqueous solution adhering to the surface was washed away with distilled water. Subsequently, it was dried in a desiccator whose pressure was reduced by a diaphragm pump for 3 hours to obtain a porous laminate in which a porous composite film was formed on a cover glass.

(2)二酸化炭素水和活性の評価(CO−Veronal法)
2×10−2MのTAPS緩衝液(約pH9)を用いて調製した5×10−4MのZn2+水溶液9×10−3Lを氷冷下で攪拌し、そこに上記で作製した多孔質積層体を浸漬した。そして、Zn2+水溶液にCO飽和水溶液(pH5)6×10−3Lを加えた後におけるpHの経時変化をpHメータにより測定した。CO飽和水溶液は、氷冷下の蒸留水にCOガスを流量50mL/分で1時間通気することにより調製したものを用いた。同様にして作製した複数の多孔質積層体について、二酸化炭素水和活性を評価した。また、空試験(ブランク)として、カバーガラスのみを浸漬させた場合についても同様にしてpHの経時変化を測定した。
(2) Evaluation of carbon dioxide hydration activity (CO 2 -Veronal method)
5 × 10 −4 M Zn 2+ aqueous solution 9 × 10 −3 L prepared using 2 × 10 −2 M TAPS buffer (about pH 9) was stirred under ice-cooling, and the porous material prepared above was stirred there. The porous laminate was immersed. Then, the time course of the pH definitive after addition of CO 2 saturated aqueous solution (pH5) 6 × 10 -3 L to Zn 2+ aqueous solution was measured by pH meter. As the CO 2 saturated aqueous solution, one prepared by aeration of CO 2 gas in distilled water under ice cooling at a flow rate of 50 mL / min for 1 hour was used. A plurality of porous laminates produced in the same manner were evaluated for carbon dioxide hydration activity. Further, as a blank test (blank), the change with time of pH was measured in the same manner when only the cover glass was immersed.

図2は、二酸化炭素水和活性の試験におけるpHの経時変化を示すグラフである。図2に示されるように、多孔質積層体を浸漬することによって、ブランクと比較して明らかにpHの低下が速く進行した。このことから、本発明の複合材フィルムが大きな二酸化炭素水和活性を発現することが確かめられた。   FIG. 2 is a graph showing the change with time of pH in the carbon dioxide hydration activity test. As shown in FIG. 2, by immersing the porous laminate, the pH decrease clearly progressed faster than the blank. From this, it was confirmed that the composite film of the present invention exhibited a large carbon dioxide hydration activity.

(3)複合材フィルムのSEM観察及び元素分析
図3にZn2+を作用させる前のポリマーフィルム、図4にZn2+を配位させた後の複合材フィルムのSEM像をそれぞれ示す。図3に示すように、Zn2+に配位させる前のポリマーフィルムは層状に堆積した形態を有している。これに対して、図4に示すように、Zn2+に配位させることによってポリマーフィルムから複合材フィルムが形成されるとともに、その形態がカードハウス様の構造体に変化し、多孔質積層体になった。層状に堆積しているP4−VIポリマー自身やポリマー間でZn2+を介して形態変化したと考えられる。このように複合材フィルムが多孔質なものとなることにより比表面積が増大したことが、高い二酸化炭素水和活性の発現に寄与していると考えられる。
(3) SEM Observation and Elemental Analysis of Composite Film FIG. 3 shows a polymer film before Zn 2+ is acted on, and FIG. 4 shows an SEM image of the composite film after Zn 2+ is coordinated. As shown in FIG. 3, the polymer film before being coordinated to Zn 2+ has a form of being deposited in layers. On the other hand, as shown in FIG. 4, by coordinating with Zn 2+ , a composite film is formed from the polymer film, and the form changes to a card house-like structure, and the porous laminate is formed. became. It is thought that the P4-VI polymer itself and the polymer deposited in layers changed in shape through Zn 2+ . Thus, it is thought that the increase in the specific surface area due to the porous composite film contributes to the development of high carbon dioxide hydration activity.

さらに、エネルギー分散型X線分析装置(EDAX)によって複合材フィルムに形成された上記構造体を分析した。図5は、複合材フィルム表面のEDAX元素分析スペクトルである。図5に示されるように、複合材フィルムにZn2+が存在していることが確認された。なお、SEM観察及びEDAXによる分析は、実験操作の都合上、マイカ基板上に形成させた複合材フィルムについて行った。 Further, the structure formed on the composite film was analyzed by an energy dispersive X-ray analyzer (EDAX). FIG. 5 is an EDAX elemental analysis spectrum of the composite film surface. As shown in FIG. 5, it was confirmed that Zn 2+ was present in the composite film. Note that the SEM observation and analysis by EDAX were performed on the composite material film formed on the mica substrate for the convenience of the experimental operation.

本発明に係る複合材フィルムにおける亜鉛の配位形態を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the coordination form of zinc in the composite material film which concerns on this invention. 二酸化炭素水和活性の試験におけるpHの経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of pH in the test of a carbon dioxide hydration activity. 亜鉛イオンを作用させる前のポリマー層のSEM像である。It is a SEM image of the polymer layer before making a zinc ion act. 亜鉛イオンを作用させて形成された複合材フィルムのSEM像である。It is a SEM image of the composite film formed by making zinc ion act. 複合材フィルム表面のEDAX分析スペクトルである。It is an EDAX analysis spectrum of the composite film surface.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板、2…複合材フィルム。

1 ... substrate, 2 ... composite film.

Claims (6)

下記構造式(1):
Figure 0004863712
[式中、Rは窒素原子及び硫黄原子のうち少なくとも一方を有する複素環からなる側鎖基を示す。]
で表されるモノマー単位を含むポリマーと、
当該ポリマー中の複素環が配位して亜鉛錯体を形成している亜鉛イオンと、
を含有する多孔質状の炭酸水素イオン生成用フィルム。
The following structural formula (1):
Figure 0004863712
[In formula, R shows the side chain group which consists of a heterocyclic ring which has at least one among a nitrogen atom and a sulfur atom. ]
A polymer containing a monomer unit represented by:
A zinc ion in which a heterocycle in the polymer is coordinated to form a zinc complex;
The porous bicarbonate ion generation off Irumu containing.
前記複素環がイミダゾール、イミダゾリン、ピラゾール、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、チオフェン及びチアゾールからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1記載の炭酸水素イオン生成用フィルム。 It said heterocycle imidazole, imidazoline, pyrazole, pyridine, pyrimidine, pyrazine, is at least one selected from the group consisting of thiophene and thiazole, claim 1 bicarbonate ion generation off Irumu according. 基板と、当該基板上に形成された請求項1又は2記載の炭酸水素イオン生成用フィルムと、を備える炭酸水素イオン生成用多孔質積層体。 Substrate and, bicarbonate ion generation porous laminate and a bicarbonate ion-generating off Irumu of formed claim 1 or 2, wherein on the substrate. 下記構造式(1):
Figure 0004863712
[式中、Rは窒素原子及び硫黄原子のうち少なくとも一方を有する複素環からなる側鎖基を示す。]
で表されるモノマー単位を含むポリマーを含有するポリマーフィルムを形成させる工程と、
当該ポリマーフィルムを亜鉛イオンの溶液と接触させることにより、前記ポリマーと当該ポリマー中の複素環が配位して亜鉛錯体を形成している亜鉛イオンとを含有する多孔質状のフィルムを生成させる工程と、
を備える炭酸水素イオン生成用フィルムの製造方法。
The following structural formula (1):
Figure 0004863712
[In formula, R shows the side chain group which consists of a heterocyclic ring which has at least one among a nitrogen atom and a sulfur atom. ]
Forming a polymer film containing a polymer containing a monomer unit represented by:
By contacting the polymer film with a solution of zinc ions, to produce a porous off Irumu containing zinc ions heterocyclic of the polymer and the polymer form a zinc complex coordinated Process,
Method for producing a hydrogen carbonate ion generation off Irumu comprising.
前記複素環がイミダゾール、イミダゾリン、ピラゾール、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、チオフェン及びチアゾールからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項4記載の製造方法。   The production method according to claim 4, wherein the heterocyclic ring is at least one selected from the group consisting of imidazole, imidazoline, pyrazole, pyridine, pyrimidine, pyrazine, thiophene, and thiazole. 請求項1又は2記載の炭酸水素イオン生成用複合材フィルムの存在下で二酸化炭素の水和反応により炭酸水素イオンを生成させる、炭化水素イオンの生成方法。   A method for producing hydrocarbon ions, wherein hydrogen carbonate ions are produced by a hydration reaction of carbon dioxide in the presence of the composite film for producing hydrogen carbonate ions according to claim 1 or 2.
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