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JP4872073B2 - Adsorbent with selective adsorptivity to silver and lead ions - Google Patents
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JP4872073B2 - Adsorbent with selective adsorptivity to silver and lead ions - Google Patents

Adsorbent with selective adsorptivity to silver and lead ions Download PDF

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Description

この発明は、銀イオンおよび鉛イオンに対し選択的吸着性を示す吸着剤に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、有機第4アンモニウムイオンが層状マンガン酸化物にインターカレートされた構造を有する銀イオンおよび鉛イオンに対し選択的吸着性を示す吸着剤に関するものである。   The present invention relates to an adsorbent exhibiting selective adsorptivity to silver ions and lead ions. More specifically, the present invention relates to an adsorbent that selectively adsorbs silver ions and lead ions having a structure in which organic quaternary ammonium ions are intercalated into layered manganese oxide.

産業活動の結果排出される金属類を回収することは、環境保全および資源の有効利用の観点から重要である。   It is important to collect metals discharged as a result of industrial activities from the viewpoint of environmental conservation and effective use of resources.

例えば、写真工業、メッキ工業をはじめとする工業分野から排出される廃水中に含まれる銀は、その規制が近年ますます厳しくなってきており、廃水からの銀を効率よく回収する技術が希求されている。   For example, the regulation of silver contained in wastewater discharged from industrial fields such as the photographic industry and the plating industry has become increasingly stringent in recent years, and a technology for efficiently recovering silver from wastewater is desired. ing.

鉛は、脳や神経を始め人体に各種の障害を引き起こす重金属であって、工業廃水や環境水に加え、上水道の鉛配管から溶出される鉛による飲料水汚染が問題になっている。   Lead is a heavy metal that causes various damages to the human body including the brain and nerves, and in addition to industrial wastewater and environmental water, contamination of drinking water by lead eluted from the lead pipe of waterworks has become a problem.

銀の回収に関しては、従来より種々の技術が開発されている。例えば、特許文献1には、ケイ素を含有する化合物を銀イオンまたはナトリウムイオンの吸着剤とすることが、特許文献2には、銀に配位可能なイオウ原子を有するポリマーを使用することが、特許文献3には、写真現像液を電解処理することが記載されている。   Various techniques have been developed for silver recovery. For example, Patent Document 1 uses a compound containing silicon as a silver ion or sodium ion adsorbent, and Patent Document 2 uses a polymer having a sulfur atom that can coordinate with silver. Patent Document 3 describes electrolytic treatment of a photographic developer.

鉛の回収に関しても、従来より種々の技術が開発されている。例えば、特許文献4および特許文献5には、油水相分離現象を利用して鉛を水相側に沈殿分離することが、特許文献6には、鉛イオンを含む溶液をリン酸基、ホスフィン基および/またはホスホン基を有するキレート性イオン交換樹脂と接触させ、鉛イオンを樹脂に吸着させることが記載されている。
特開2001−205080号公報 特開平7−60243号公報 特開平7−97696号公報 特開平10−175915号公報 特開平10−347302号公報 特開平8−10763号公報
Various techniques have also been developed for the recovery of lead. For example, Patent Document 4 and Patent Document 5 disclose that the lead is precipitated and separated on the water phase side using an oil / water phase separation phenomenon, and Patent Document 6 discloses that a solution containing lead ions is a phosphate group, a phosphine group. And / or contacting with a chelating ion exchange resin having a phosphonic group to adsorb lead ions to the resin.
JP 2001-205080 A Japanese Patent Laid-Open No. 7-60243 Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-97696 JP-A-10-175915 Japanese Patent Laid-Open No. 10-347302 Japanese Patent Laid-Open No. 8-10863

特許文献1に記載の吸着剤では、水道水等の通常の水に含まれているナトリウムイオンを同時に吸着してしまうことになり、銀イオンの吸着効率を高めることに難点がある。特許文献2に記載の吸着剤も同様であり、イオウ原子と親和性のある金属が同時に吸着されることになる。特許文献3に記載の電解処理は、装置が大がかりとなる上、電位等によって回収条件を制御しなければならない。   In the adsorbent described in Patent Document 1, sodium ions contained in normal water such as tap water are adsorbed at the same time, and there is a difficulty in increasing the adsorption efficiency of silver ions. The same applies to the adsorbent described in Patent Document 2, and a metal having an affinity for sulfur atoms is adsorbed simultaneously. In the electrolytic treatment described in Patent Document 3, the apparatus becomes large, and the recovery conditions must be controlled by the potential or the like.

特許文献4および特許文献5に記載の方法では、油相と水相を分離し、さらに遠心分離等によって鉛を固形分として取り出す必要がある。特許文献6に記載の方法では、高価なキレート性イオン交換樹脂が必要とされる。   In the methods described in Patent Document 4 and Patent Document 5, it is necessary to separate the oil phase and the water phase, and to further remove lead as a solid content by centrifugation or the like. In the method described in Patent Document 6, an expensive chelating ion exchange resin is required.

この発明の発明者等は、有機第4アンモニウムイオンの存在下で2価のマンガン化合物を電気化学的に酸化することにより、前記有機第4アンモニウムイオンをインターカレートした層状マンガン酸化物薄膜の製造方法の発明をなし、特願2004−265681号として特許出願をしているところである。この特願2004−265681号の発明によれば、有機第4アンモニウムイオンをインターカレートした層状マンガン酸化物薄膜を、複雑なプロセスを要することなく、簡便に製造することができることになる。   The inventors of the present invention manufactured a layered manganese oxide thin film intercalated with the organic quaternary ammonium ion by electrochemically oxidizing a divalent manganese compound in the presence of the organic quaternary ammonium ion. The invention of the method has been made and a patent application has been filed as Japanese Patent Application No. 2004-265681. According to the invention of Japanese Patent Application No. 2004-265681, a layered manganese oxide thin film intercalated with organic quaternary ammonium ions can be easily produced without requiring a complicated process.

この発明の発明者等は、更に研究を続けたところ、有機第4アンモニウムイオンをインターカレートした層状マンガン酸化物は、特定の金属イオンに対する選択的吸着性のあるとの知見を得るとともに、銀や鉛の回収に関する上記した実情を踏まえ、鋭意研究の結果、この発明を創案したものであって、貴金属であり有用物である銀を含む廃水、人体に有害な鉛を含む廃水や水道水等から、銀、鉛を含む廃水等中に通常混在しているナトリウムやカルシウム等は吸着しないで、銀および鉛を選択的に吸着することのできる吸着剤を提供することを目的としている。 The inventors of the present invention, was further continued research, layered manganese oxide quaternary ammonium ion intercalated organic, as well as obtaining the knowledge that a selective adsorption for a particular metal ion, Based on the above-mentioned actual situation regarding the recovery of silver and lead, the present invention was devised as a result of earnest research. Waste water containing silver, which is a precious metal and useful, waste water and tap water containing lead harmful to the human body From the above, it is an object to provide an adsorbent capable of selectively adsorbing silver and lead without adsorbing sodium, calcium and the like usually mixed in waste water containing silver and lead.

上記課題を解決するために、この発明の銀イオンおよび鉛イオンに対し選択的吸着性を示す吸着剤は、以下の(1)〜()の構成よりなるIn order to solve the above problem, an adsorbent exhibiting selective adsorption property to silver ions and lead ions of the present invention, the constitution of the following (1) to (4).

(1)2価のマンガン化合物とポリジアリルジメチルアンモニウムカチオンを含む電解液を用い、電気化学的酸化により、陽極上にポリジアリルジメチルアンモニウムをインターカレートして得られた層状マンガン酸化物からなることを特徴とする銀イオンおよび鉛イオンに対し選択的吸着性を示す吸着剤である。 (1) A layered manganese oxide obtained by intercalating polydiallyldimethylammonium on the anode by electrochemical oxidation using an electrolytic solution containing a divalent manganese compound and polydiallyldimethylammonium cation. Is an adsorbent exhibiting selective adsorptivity to silver ions and lead ions.

(2)上記(1)において、ポリジアリルジメチルアンモニウムカチオンは、分子量が400,000〜500,000である銀イオンおよび鉛イオンに対し選択吸着性を示す吸着剤である。 (2) In the above (1), the polydiallyldimethylammonium cation is an adsorbent that exhibits selective adsorptivity to silver ions and lead ions having a molecular weight of 400,000 to 500,000.

(3)前記電解液に存在する2価のマンガン化合物の濃度は0.1mモル乃至1モル濃度であり、ポリジアリルジメチルアンモニウムカチオンは窒素原子濃度として0.1mモル乃至1モル濃度である上記(1)または(2)記載の銀イオンおよび鉛イオンに対し選択的吸着性を示す吸着剤である。 (3) The concentration of the divalent manganese compound present in the electrolytic solution is 0.1 mmol to 1 mol, and the polydiallyldimethylammonium cation is 0.1 mmol to 1 mol as the nitrogen atom concentration. It is an adsorbent exhibiting selective adsorptivity to silver ions and lead ions described in 1) or (2).

(4)前記電気化学的酸化は、銀/塩化銀参照電極に対して0.8乃至1.2ボルトの電圧で行うことを特徴とする上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の銀イオンおよび鉛イオンに対し選択的吸着性を示す吸着剤である。 (4) The electrochemical oxidation is performed at a voltage of 0.8 to 1.2 volts with respect to the silver / silver chloride reference electrode, according to any one of (1) to (3) above It is an adsorbent that exhibits selective adsorptivity to silver ions and lead ions.

この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。   Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.

すなわち、この発明の吸着剤は、銀イオンおよび鉛イオンに対し高い選択的吸着性を示すことから、貴金属であり有用物である銀を含む廃水、人体に有害な鉛を含む廃水や水道水等から、銀イオン、鉛イオンを含む廃水等の中に通常混在しているナトリウムイオンやカルシウムイオン等は吸着しないで、銀イオンおよび鉛イオンを吸着することができる。   That is, since the adsorbent of the present invention exhibits high selective adsorptivity to silver ions and lead ions, waste water containing silver, which is a noble metal and useful, waste water containing tap water harmful to human bodies, tap water, etc. Therefore, silver ions and lead ions can be adsorbed without adsorbing sodium ions, calcium ions, etc. normally mixed in waste water containing silver ions and lead ions.

マンガンは、自然界に多量に存在し、毒性が低く安全であり、また、原料となる2価のマンガン化合物も豊富で毒性が低く安価であり、この発明の吸着剤の製造に関与する人、その周囲の環境を害する恐れが少ない。また、この発明の吸着剤は、有機第4アンモニウムイオンの存在下で2価のマンガン化合物を電気化学的に酸化することで製造できるものであって、電気化学的酸化は、常温で簡単に行うことができ、製造コストが低く、吸着剤の単価をおさえることができる。   Manganese is abundant in nature, has low toxicity and is safe, is rich in divalent manganese compounds as raw materials, has low toxicity and is inexpensive, and is involved in the production of the adsorbent of the present invention. There is little risk of harming the surrounding environment. The adsorbent of the present invention can be produced by electrochemically oxidizing a divalent manganese compound in the presence of organic quaternary ammonium ions, and the electrochemical oxidation is easily performed at room temperature. The manufacturing cost is low and the unit price of the adsorbent can be reduced.

この発明の吸着剤は、薄膜の形態であることから、嵩張らずコンパクトであって、電極上に薄膜として形成でき、電極のサイズを選択することにより、所望するサイズの薄膜状の吸着剤を得ることができる。   Since the adsorbent of the present invention is in the form of a thin film, it is compact and not bulky, and can be formed as a thin film on the electrode. By selecting the size of the electrode, a thin-film adsorbent having a desired size is obtained. be able to.

また、電極上に薄膜として形成されたこの発明の吸着剤により回収された銀イオン、鉛イオンは、電極に通電することで電気化学的に銀粒子、鉛粒子として還元でき、回収後の処理が容易でもある。そして、銀イオンや鉛イオンが回収された廃水はそのまま、または、適宜の処理を施すことにより放流できることになる。   In addition, silver ions and lead ions recovered by the adsorbent of the present invention formed as a thin film on the electrode can be electrochemically reduced as silver particles and lead particles by energizing the electrode. It is also easy. And the waste water from which silver ions and lead ions are recovered can be discharged as it is or by applying an appropriate treatment.

以上のように、この発明の吸着剤によれば、産業活動の結果排出される廃水等の中から銀イオン、鉛イオンの回収を容易に効率よく安価に行うことができ、銀イオンや鉛イオンが回収された廃水は放流できることなり、環境保全および資源の再利用にとって有用である。   As described above, according to the adsorbent of the present invention, silver ions and lead ions can be easily and efficiently recovered from waste water discharged as a result of industrial activities. The collected wastewater can be discharged, which is useful for environmental conservation and resource reuse.

また、この発明の吸着剤によれば、環境水の中に含まれる銀イオン、鉛イオンの選択的な回収についても同様なことがいえる。   Further, according to the adsorbent of the present invention, the same can be said for selective recovery of silver ions and lead ions contained in environmental water.

そして、この発明の吸着剤を水道水に接触させることで、毎日人が飲料する水道水から、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム等のミネラル分は吸着しないで、鉛イオンを容易に効率よくしかも安価に回収することができ、鉛の人体への蓄積による有害作用を除去することができることになる。   And, by bringing the adsorbent of the present invention into contact with tap water, minerals such as sodium, potassium, magnesium and calcium are not adsorbed from tap water that people drink every day, and lead ions can be easily and efficiently produced at low cost. It is possible to remove the harmful effects caused by the accumulation of lead in the human body.

以下、発明を実施するための最良の形態を示し、さらに詳しくこの発明について説明する。もちろんこの発明は以下の実施の形態によって限定されるものではない。   The best mode for carrying out the invention will be described below, and the present invention will be described in more detail. Of course, the present invention is not limited to the following embodiments.

先ず、この発明において使用される有機第4アンモニウムイオン特にポリジアリルジメチルアンモニウムカチオンおよび2価のマンガン化合物を含む電解液を用いて、電気化学的に酸化され、前記有機第4アンモニウムイオンがインターカレートされた層状マンガン酸化物の形成原理について説明する。 First, an organic quaternary ammonium ion used in the present invention, in particular , an electrolytic solution containing a polydiallyldimethylammonium cation and a divalent manganese compound is electrochemically oxidized, and the organic quaternary ammonium ion is intercalated. The principle of forming the layered manganese oxide will be described.

電気化学的手段により、有機第4アンモニウムの存在下でMn2+イオンの陽極酸化により、サブミクロン乃至ミクロンオーダーのマンガン酸化物を電極基板上に析出させると、析出したマンガンはマンガン酸の形態となり負に帯電するので、共存する有機第4アンモニウムイオンが薄層状に付着する。次いで、有機第4アンモニウムイオンで表面を覆われたマンガン酸化物上に再度マンガン酸化物の析出が生じ、マンガン酸化物で覆われ、有機第4アンモニウムイオンがインターカレートされた層状マンガン酸化物が形成される。なお、層状マンガン酸化物の厚さは、通過電気量によってコントロールすることができる。 When electrochemically deposited manganese oxide of submicron to micron order is deposited on the electrode substrate by anodic oxidation of Mn 2+ ions in the presence of organic quaternary ammonium, the deposited manganese is in the form of manganic acid and is negative. The organic quaternary ammonium ions coexist in a thin layer. Next, precipitation of manganese oxide occurs again on the manganese oxide whose surface is covered with organic quaternary ammonium ions, and a layered manganese oxide covered with manganese oxide and intercalated with organic quaternary ammonium ions is formed. It is formed. The thickness of the layered manganese oxide can be controlled by the amount of electricity passing through.

均一なマンガン酸化物の析出を得るためには、銀/塩化銀参照電極に対して、0.8〜1.2ボルト、好ましくは、0.95〜1.05ボルトの電圧を保つように定電圧制御を行うことが必要である。これにより、陽極では主として次に示す反応により2価のマンガンが酸化され3価及び4価のマンガンとして析出すると予想される。   In order to obtain uniform manganese oxide precipitation, a voltage of 0.8 to 1.2 volts, preferably 0.95 to 1.05 volts, is maintained with respect to the silver / silver chloride reference electrode. It is necessary to perform voltage control. As a result, it is expected that divalent manganese is oxidized and precipitated as trivalent and tetravalent manganese mainly by the following reaction at the anode.

Figure 0004872073



(但し、Aは有機第4アンモニウムイオン)
マンガン酸化物薄層と有機第4アンモニウムイオンの薄層の交互の形成が繰り返されることにより、マンガン酸化物薄層と有機第4アンモニウムイオン薄層との繰り返し構造物、すなわち、積層物を得ることができる。
Figure 0004872073



(However, A + is an organic quaternary ammonium ion)
By repeating the alternate formation of the manganese oxide thin layer and the organic quaternary ammonium ion thin layer, a repetitive structure of the manganese oxide thin layer and the organic quaternary ammonium ion thin layer, that is, a laminate is obtained. Can do.

得られた有機第4アンモニウムイオンがインターカレートされた層状マンガン酸化物の各層は、一般に形成される有機第4アンモニウムイオンの薄層は実質的に単分子層となるため、サブミクロン乃至ミクロンオーダーの厚さを有し、有機第4アンモニウムイオンのサイズにより層間距離をコントロールすることができる。層状マンガン酸化物の間に有機第4アンモニウムイオンはサブナノメーター乃至ナノメーターオーダーでインターカレートされており、有機第4アンモニウムの陽イオンは、マンガン酸化物との間でイオン結合により固定された状態である。以上一般論として有機第4アモンニウムイオンとして、説明したが、勿論ポリジアリルジメチルアンモニウムについても同様である。 Each layer of the layered manganese oxide intercalated with the obtained organic quaternary ammonium ions is generally submicron to micron order because the thin layer of organic quaternary ammonium ions generally formed is a monomolecular layer. The interlayer distance can be controlled by the size of the organic quaternary ammonium ions. Organic quaternary ammonium ions are intercalated between the layered manganese oxides in the order of sub-nanometers to nanometers, and the organic quaternary ammonium cations are fixed by ionic bonds with the manganese oxides. It is. The general explanation has been given as the organic quaternary ammonium ion, but the same applies to polydiallyldimethylammonium.

電解酸化に用いる電解槽の形態は、特に限定されるものではなく、従来から種々の電解酸化に用いられる型の電解槽が使用される。   The form of the electrolytic cell used for electrolytic oxidation is not particularly limited, and various types of electrolytic cells conventionally used for electrolytic oxidation are used.

電解酸化して得られたマンガン酸化物を電解槽の陽極から剥がして用いる場合、陽極は導電性物質であれば特に問題はないが、一般には白金またはニッケルが好ましい。   When the manganese oxide obtained by electrolytic oxidation is peeled off from the anode of the electrolytic cell and used, there is no particular problem as long as the anode is a conductive substance, but platinum or nickel is generally preferable.

また、対極(陰極)も導電性物質であれば特に問題はないが、一般には鉄、銅、ニッケル、白金等が用いられる。   Further, there is no particular problem if the counter electrode (cathode) is also a conductive material, but generally iron, copper, nickel, platinum or the like is used.

陽極等のサイズは、必要に応じて決定される。   The size of the anode or the like is determined as necessary.

電解は、一般に室温乃至40℃程度で行うことが好ましい。電解温度を60〜80℃とすることで析出速度を上げることができるが、余り高くするとマンガン酸化物の析出面が粗面化することから好ましくはない。また、電解温度を維持するのに熱エネルギーを要することにもなる。   In general, electrolysis is preferably performed at room temperature to about 40 ° C. By setting the electrolysis temperature to 60 to 80 ° C., the deposition rate can be increased, but if it is too high, the precipitation surface of the manganese oxide becomes rough, which is not preferable. In addition, heat energy is required to maintain the electrolysis temperature.

また、電解時間を長くすることで積層数を増やすことができるが、余り長時間では、マンガン酸化物の肉厚が大きくなり、しかも積層状態が乱れる傾向を示す。   In addition, the number of stacks can be increased by increasing the electrolysis time. However, if the electrolysis time is too long, the thickness of the manganese oxide increases and the stacked state tends to be disturbed.

この発明において使用される2価のマンガン化合物としては、電解液に可溶で電解酸化される2価のマンガン化合物であれば特に限定されるものではないが、一般的には、無機酸の塩、例えば、硫酸マンガン、塩化マンガン、硝酸マンガン、炭酸マンガン等である。蓚酸マンガンアンモニウム、蓚酸マンガンカリウム等の有機マンガン化合物も用いることができる。硫酸マンガンが入手の容易性等から好ましい。   The divalent manganese compound used in the present invention is not particularly limited as long as it is a divalent manganese compound that is soluble in the electrolytic solution and is electrolytically oxidized, but generally, a salt of an inorganic acid. For example, manganese sulfate, manganese chloride, manganese nitrate, manganese carbonate and the like. Organic manganese compounds such as manganese ammonium oxalate and potassium manganese oxalate can also be used. Manganese sulfate is preferred because of its availability.

電解液中の2価のマンガンの濃度は、特に限定されないが、一般に0.1mモル乃至1モル濃度、好ましくは、1mモル乃至100mモル濃度が好ましい。0.1mモル未満では、希薄なことから、電解液の電気抵抗の増大を来たし、他の成分、例えば水の電解を生ずるなど好ましくない現象が増大する。また、1モルを超えると、陽極上へのマンガン酸化物の析出が均一性を欠くことになる。   The concentration of divalent manganese in the electrolytic solution is not particularly limited, but is generally 0.1 to 1 mol, preferably 1 to 100 mmol. If it is less than 0.1 mmol, the electric resistance of the electrolytic solution is increased due to its dilution, and undesirable phenomena such as electrolysis of other components such as water increase. On the other hand, when the amount exceeds 1 mol, the precipitation of manganese oxide on the anode is lacking in uniformity.

この発明におけるポリジアリルジメチルアンモニウムカチオンは、化2に示す構造である。 Lupo lysine diallyldimethylammonium cation put to the present invention is a structure shown in Chemical Formula 2.

Figure 0004872073
ポリジアリルジメチルアンモニウムカチオンの対イオンは、水酸化物であってもよいが、塩化物、硝酸塩、硫酸塩等の可溶性化合物として用いられる。
Figure 0004872073
The counter ion of the polydiallyldimethylammonium cation may be a hydroxide, but is used as a soluble compound such as chloride, nitrate, sulfate.

ポリジアリルジメチルアンモニウムカチオンの分子量としては、400,000〜500,000が好ましいが、これに限られるものではない。   The molecular weight of the polydiallyldimethylammonium cation is preferably 400,000 to 500,000, but is not limited thereto.

この発明で用いられるポリジアリルジメチルアンモニウムカチオンは電解液中に窒素原子濃度として、一般に0.1m乃至1モル、好ましくは1mモル乃至100mモル濃度の範囲で用いられるが、これに限られるものではない。
(実施例)
次に、この発明の実施例を比較例とともに示しさらに詳しく説明する。
The polydiallyldimethylammonium cation used in the present invention is generally used in a range of 0.1 to 1 mol, preferably 1 to 100 mmol, as a nitrogen atom concentration in the electrolyte, but is not limited thereto. .
(Example)
Next, examples of the present invention will be described together with comparative examples to explain in more detail.

モノマー基準で5.6mMのポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド(PDDACl:(C8H16NCl)n;分子量約400,000〜500,000)と硫酸マンガン(MnSO4)2mMを含む水溶液50mLをビーカー型セルに入れて電解液とした。電解液は窒素ガスをバブリングすることによって窒素雰囲気とした。また、液温度は25℃であった。白金板(1cm×1cm×0.5mm厚さ)を動作電極とし、白金板に+1.0V(銀/塩化銀電極に対する電位で表される)の電位を印加した。電解時間は60分であった。なお、対極には白金板を用いた。 50 mL of an aqueous solution containing 5.6 mM polydiallyldimethylammonium chloride (PDDACl: (C8H16N + Cl ) n; molecular weight of about 400,000 to 500,000) and manganese sulfate (MnSO 4) 2 mM is placed in a beaker-type cell. The electrolyte was used. The electrolytic solution was made a nitrogen atmosphere by bubbling nitrogen gas. The liquid temperature was 25 ° C. A platinum plate (1 cm × 1 cm × 0.5 mm thickness) was used as a working electrode, and a potential of +1.0 V (expressed as a potential with respect to a silver / silver chloride electrode) was applied to the platinum plate. The electrolysis time was 60 minutes. A platinum plate was used for the counter electrode.

この操作により、白金板上に茶色の薄膜が形成された。茶色の薄膜によって被覆された白金板を電解液から取り出し、蒸留水で洗浄した後、真空乾燥した。図1は、白金板上に形成された薄膜のX線光電子分光(XPS)スペクトルである。650、530、400、280eV付近にそれぞれMn2p、O1s、N1s、C1sの電子遷移によるピークが観察された。ここで、C1sピークはXPS装置内の炭化水素コンタミネーションの寄与があるため、通常、考慮しない。Mn2pとO1sピークは酸化マンガンに由来する。N1sピークはPDDA(ポリジアリルジメチルアンモニウム)のアンモニウム基によるものであり、得られた薄膜が酸化マンガンとPDDAの複合体であることが分かった。なお、XPSより薄膜中のマンガンは3価と4価の混合原子価状態であった。また、XPSスペクトルにおいて塩素は検出されず、PDDAが塩化物ではなく、カチオンとして存在することが判明した。つまり、3価マンガンの存在により負に帯電したマンガン酸化物層と正電荷をもつPDDAイオンが静電的な相互作用によりイオン対を形成している。   By this operation, a brown thin film was formed on the platinum plate. The platinum plate covered with the brown thin film was taken out of the electrolytic solution, washed with distilled water, and then vacuum-dried. FIG. 1 is an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum of a thin film formed on a platinum plate. Peaks due to electronic transitions of Mn2p, O1s, N1s, and C1s were observed near 650, 530, 400, and 280 eV, respectively. Here, the C1s peak is usually not considered because of the contribution of hydrocarbon contamination in the XPS apparatus. The Mn2p and O1s peaks are derived from manganese oxide. The N1s peak was attributed to the ammonium group of PDDA (polydiallyldimethylammonium), and it was found that the obtained thin film was a complex of manganese oxide and PDDA. Note that manganese in the thin film from XPS was in a trivalent and tetravalent mixed valence state. Further, no chlorine was detected in the XPS spectrum, and it was found that PDDA exists as a cation, not a chloride. In other words, a negatively charged manganese oxide layer due to the presence of trivalent manganese and a positively charged PDDA ion form an ion pair by electrostatic interaction.

図2は、白金板上に形成されたPDDA/マンガン酸化物薄膜のX線回折(XRD)パターンである。基板である白金による回折ピークに加えて、2θ=9.1、18.2、27.3゜に層構造に特有な回折ピークが現れ、001面からの回折ピーク2θ=9.1より、Braggの式(nλ=2dsinθ)を用い、層間隔は0.97nmと計算された。   FIG. 2 is an X-ray diffraction (XRD) pattern of a PDDA / manganese oxide thin film formed on a platinum plate. In addition to the diffraction peak due to platinum as a substrate, diffraction peaks peculiar to the layer structure appear at 2θ = 9.1, 18.2, and 27.3 °, and from the diffraction peak 2θ = 9.1 from the 001 plane, Bragg Using the equation (nλ = 2dsinθ), the layer spacing was calculated to be 0.97 nm.

観察された層間隔は、PDDAのポリマー鎖がマンガン酸化物シート面に対して平行になるようにインターカレートした構造に相当する。   The observed layer spacing corresponds to a structure intercalated so that the polymer chain of PDDA is parallel to the surface of the manganese oxide sheet.

実施例1で白金板電極上に形成された茶色の薄膜を0.1M硝酸銀水溶液に12時間浸漬した。その後、白金板を液から取り出し、蒸留水で洗浄した後、真空乾燥し、XPSスペクトルを測定した。結果を図3に示す。図3において、銀に由来するピークが現れ、一方、PDDAのアンモニウム基に由来するN1sピークは完全に消失している。これは、水溶液中の銀イオンが層内のPDDAイオンと置換し、薄膜内に捕集されたことを示している。   The brown thin film formed on the platinum plate electrode in Example 1 was immersed in a 0.1 M silver nitrate aqueous solution for 12 hours. Thereafter, the platinum plate was taken out from the solution, washed with distilled water, dried in vacuum, and the XPS spectrum was measured. The results are shown in FIG. In FIG. 3, the peak derived from silver appears, while the N1s peak derived from the ammonium group of PDDA has completely disappeared. This indicates that the silver ions in the aqueous solution are replaced with the PDDA ions in the layer and are collected in the thin film.

実施例1で白金板電極上に形成された茶色の薄膜を0.1M硝酸鉛水溶液に12時間浸漬した。その後、白金板を液から取り出し、蒸留水で洗浄した後、真空乾燥し、XPSスペクトルを測定した。結果を図4に示す。図4において、鉛に由来するピークが現れ、一方、PDDAのアンモニウム基に由来するN1sピークは完全に消失している。これは、水溶液中の鉛イオンが層内のPDDAイオンと置換し、薄膜内に捕集されたことを示している。
〔比較例1〕
The brown thin film formed on the platinum plate electrode in Example 1 was immersed in a 0.1 M lead nitrate aqueous solution for 12 hours. Thereafter, the platinum plate was taken out from the solution, washed with distilled water, dried in vacuum, and the XPS spectrum was measured. The results are shown in FIG. In FIG. 4, a peak derived from lead appears, while an N1s peak derived from the ammonium group of PDDA has completely disappeared. This indicates that the lead ions in the aqueous solution are replaced with the PDDA ions in the layer and are collected in the thin film.
[Comparative Example 1]

実施例1で白金板電極上に形成された茶色の薄膜を、0.1M硝酸水溶液に12時間浸漬した。その後、白金板を液から取り出し、蒸留水で洗浄した後、真空乾燥し、XPSスペクトルを測定した。結果を図5に示す。
〔比較例2〕
The brown thin film formed on the platinum plate electrode in Example 1 was immersed in a 0.1 M nitric acid aqueous solution for 12 hours. Thereafter, the platinum plate was taken out from the solution, washed with distilled water, dried in vacuum, and the XPS spectrum was measured. The results are shown in FIG.
[Comparative Example 2]

実施例1で白金板電極上に形成された茶色の薄膜を、0.1M塩化カリウム水溶液に12時間浸漬した。その後、白金板を液から取り出し、蒸留水で洗浄した後、真空乾燥し、XPSスペクトルを測定した。結果を図5に示す。
〔比較例3〕
The brown thin film formed on the platinum plate electrode in Example 1 was immersed in a 0.1 M aqueous potassium chloride solution for 12 hours. Thereafter, the platinum plate was taken out from the solution, washed with distilled water, dried in vacuum, and the XPS spectrum was measured. The results are shown in FIG.
[Comparative Example 3]

実施例1で白金板電極上に形成された茶色の薄膜を、0.1M硝酸コバルト水溶液に12時間浸漬した。その後、白金板を液から取り出し、蒸留水で洗浄した後、真空乾燥し、XPSスペクトルを測定した。結果を図5に示す。
〔比較例4〕
The brown thin film formed on the platinum plate electrode in Example 1 was immersed in a 0.1 M cobalt nitrate aqueous solution for 12 hours. Thereafter, the platinum plate was taken out from the solution, washed with distilled water, dried in vacuum, and the XPS spectrum was measured. The results are shown in FIG.
[Comparative Example 4]

実施例1で白金板電極上に形成された茶色の薄膜を、0.1M硝酸マグネシウム水溶液に12時間浸漬した。その後、白金板を液から取り出し、蒸留水で洗浄した後、真空乾燥し、XPSスペクトルを測定した。結果を図5に示す。   The brown thin film formed on the platinum plate electrode in Example 1 was immersed in a 0.1 M magnesium nitrate aqueous solution for 12 hours. Thereafter, the platinum plate was taken out from the solution, washed with distilled water, dried in vacuum, and the XPS spectrum was measured. The results are shown in FIG.

図5におけるN1sピークの強度は、比較例1〜4の水溶液に浸漬する前と実質的に同じであった。また、対応するカチオン(H、K、Co2+、Mg2+)に由来するピークは観察されなかった。このことは、比較例1〜4では、水溶液中の各カチオンが層内のPDDAイオンと置換せず、薄膜内に吸着されないことを示している。 The intensity of the N1s peak in FIG. 5 was substantially the same as that before dipping in the aqueous solutions of Comparative Examples 1 to 4. In addition, no peak derived from the corresponding cation (H + , K + , Co 2+ , Mg 2+ ) was observed. This indicates that in Comparative Examples 1 to 4, each cation in the aqueous solution is not substituted with the PDDA ions in the layer and is not adsorbed in the thin film.

実施例2、3と比較例1〜4から、実施例1で作製されたPDDA/マンガン酸化物薄膜が水溶液中のH、K、Co2+、Mg2+等は吸着せず、銀イオンまたは鉛イオンを高い選択性で回収できることを示しており、銀イオンおよび鉛イオンに対し選択的吸着性を示す吸着剤として有効であると判断される。 From Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 to 4, the PDDA / manganese oxide thin film prepared in Example 1 does not adsorb H + , K + , Co 2+ , Mg 2+, etc. in the aqueous solution, This indicates that lead ions can be recovered with high selectivity, and is judged to be effective as an adsorbent exhibiting selective adsorptivity to silver ions and lead ions.

実施例1で白金板上に形成された薄膜のX線光電子分光(XPS)スペクトルである。2 is an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum of a thin film formed on a platinum plate in Example 1. FIG. 実施例1で白金板上に形成された薄膜のX線回折(XRD)パターンである。2 is an X-ray diffraction (XRD) pattern of a thin film formed on a platinum plate in Example 1. FIG. 実施例1で白金板上に形成された薄膜を0.1M硝酸銀水溶液に浸漬処理した後のX線光電子分光(XPS)スペクトルである。It is an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum after the thin film formed on the platinum plate in Example 1 was immersed in a 0.1 M silver nitrate aqueous solution. 実施例1で白金板上に形成された薄膜を0.1M硝酸鉛水溶液に浸漬処理した後のX線光電子分光(XPS)スペクトルである。It is an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum after the thin film formed on the platinum plate in Example 1 was immersed in a 0.1M lead nitrate aqueous solution. 実施例1で白金板上に形成された薄膜を(a)0.1M硝酸水溶液、(b)0.1M塩化カリウム水溶液、(c)0.1M硝酸コバルト水溶液、(d)0.1M硝酸マグネシウム水溶液に浸漬処理した後の各薄膜のX線光電子分光(XPS)スペクトルである。The thin film formed on the platinum plate in Example 1 was (a) 0.1 M nitric acid aqueous solution, (b) 0.1 M potassium chloride aqueous solution, (c) 0.1 M cobalt nitrate aqueous solution, (d) 0.1 M magnesium nitrate. It is a X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum of each thin film after being immersed in an aqueous solution.

Claims (4)

2価のマンガン化合物とポリジアリルジメチルアンモニウムカチオンを含む電解液を用い、電気化学的酸化により、陽極上にポリジアリルジメチルアンモニウムをインターカレートして得られた層状マンガン酸化物からなることを特徴とする銀イオンおよび鉛イオンに対し選択的吸着性を示す吸着剤。 It is characterized by comprising a layered manganese oxide obtained by intercalating polydiallyldimethylammonium on an anode by electrochemical oxidation using an electrolytic solution containing a divalent manganese compound and polydiallyldimethylammonium cation. Adsorbent that selectively absorbs silver and lead ions. 前記ポリジアリルジメチルアンモニウムカチオンは、分子量が400,000〜500,000である請求項1記載の銀イオンおよび鉛イオンに対し選択吸着性を示す吸着剤。 The adsorbent having a selective adsorptivity to silver ions and lead ions according to claim 1 , wherein the polydiallyldimethylammonium cation has a molecular weight of 400,000 to 500,000 . 電解液に存在する2価のマンガン化合物の濃度は0.1mモル乃至1モル濃度であり、ポリジアリルジメチルアンモニウムカチオンは窒素原子濃度として0.1mモル乃至1モル濃度である請求項1または2記載の銀イオンおよび鉛イオンに対し選択的吸着性を示す吸着剤。 The concentration of the divalent manganese compound present in the electrolyte is 0.1 mmol to 1 mol, and the polydiallyldimethylammonium cation is 0.1 mmol to 1 mol as the nitrogen atom concentration. Adsorbent that selectively adsorbs silver and lead ions. 前記電気化学的酸化は、銀/塩化銀参照電極に対して0.8乃至1.2ボルトの電圧で行うことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の銀イオンおよび鉛イオンに対し選択的吸着性を示す吸着剤。 4. The silver ion and lead ion according to claim 1, wherein the electrochemical oxidation is performed at a voltage of 0.8 to 1.2 volts with respect to a silver / silver chloride reference electrode. 5. An adsorbent that exhibits selective adsorption properties.
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