JP5924656B2 - Mesoporous silica supporting lead ion adsorbing compound, lead ion sensor and lead recovery method using the same - Google Patents
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Description
本発明は、目標金属として鉛イオンを選択的に吸着可能な鉛イオン吸着性化合物を担持した規則的な配列を持って多孔質化されているメソポーラスシリカに関するものであり、メソポーラスシリカに担持された鉛イオン吸着性化合物を用いて、鉛イオンを含む金属溶解溶液に含まれる鉛イオンを効率的かつ選択的に回収する方法に関する。さらに、メソポーラスシリカに担持された鉛イオン吸着性化合物を用いた金属溶解溶液に含まれる鉛イオン濃度を検出するセンサーに関する。 The present invention relates to mesoporous silica having a regular arrangement carrying a lead ion-adsorbing compound capable of selectively adsorbing lead ions as a target metal, and is supported on mesoporous silica. The present invention relates to a method for efficiently and selectively recovering lead ions contained in a metal solution containing lead ions using a lead ion adsorbing compound. Furthermore, it is related with the sensor which detects the lead ion concentration contained in the metal solution using the lead ion adsorption compound carry | supported by the mesoporous silica.
鉛は自動車や各種機械に用いられる蓄電池、顔料やガソリン添加剤等の無機薬品、電線や配管等に使用されているが、鉛中毒として知られているように鉛の毒性が問題となっている。ヨーロッパではローズ(RoHS)指令により、電気・電子製品への鉛の使用が原則として禁止されている。また、従来はガソリンのオクタン価を高める目的や吸排気バルブと周辺部品の保護にテトラエチル鉛等が添加されていたが、排気ガス中に鉛が含まれてしまうことから汚染源となるので、日本を含めて先進諸国では法的規制により有鉛ガソリンは使われなくなっている。このように、鉛の使用は制限されてきているが、散弾銃等の銃弾には依然として鉛が使用されており、かつて地中に埋められた鉛製水道管は今も使用されており交換が進んでいない。さらに、鉛蓄電池は、良好な性能と電気自動車の要求が強いために生産増大の傾向にある。 Lead is used in storage batteries used in automobiles and various machines, inorganic chemicals such as pigments and gasoline additives, electric wires and piping, etc. However, as known as lead poisoning, lead toxicity is a problem. . In Europe, the use of lead in electrical and electronic products is prohibited in principle by the Rose (RoHS) directive. Conventionally, tetraethyl lead has been added for the purpose of increasing the octane number of gasoline and protecting intake and exhaust valves and peripheral components. However, since lead is contained in the exhaust gas, it is a source of pollution. In developed countries, leaded gasoline is no longer used due to legal restrictions. In this way, the use of lead has been restricted, but lead is still used in bullets such as shotguns, and lead water pipes buried in the ground are still used and can be replaced. Not progressing. Furthermore, lead-acid batteries tend to increase production due to strong performance and strong demand for electric vehicles.
人間の健康に害を与える鉛を当分は使用せざるを得ない状況を考えると、人間の体内に鉛が入らないようにする必要があり、種々の検討が行なわれてきた。たとえば、人間の健康や環境に与える鉛のような重金属の周知の影響を低減するには、特に環境科学や環境技術において充分な改善や浄化プロセスを行なう必要がある。(非特許文献1、2)選択吸着剤を用いた鉄凝集や生物学的除去および吸着作用のような上水や下水からの毒性金属を除去する方法や測定手段に関して、多くの技術が提案されてきた。様々な環境においてほとんどの汚染物質は、普通に使用されている処理法の検出限界よりもはるかに低い濃度で存在する。(非特許文献3)これらの文献に記載された方法では、Pb(II)イオンを含む複数イオン混合物または鉛以外の活性金属が存在する場合は、微量濃度レベルのPb(II)イオンを測定したり抽出したりすることはできない。さらに、微量Pb(II)イオンの測定および抽出に関して、迅速で、費用効率が高く、使いやすく、信頼性のある技術が求められている。 Considering the situation in which lead that harms human health must be used for the time being, it is necessary to prevent lead from entering the human body, and various studies have been conducted. For example, in order to reduce the well-known effects of heavy metals such as lead on human health and the environment, it is necessary to implement sufficient improvements and purification processes, especially in environmental science and environmental technology. (Non-Patent Documents 1 and 2) Many techniques have been proposed for methods and measuring means for removing toxic metals from drinking water and sewage, such as iron agglomeration, biological removal and adsorption using selective adsorbents I came. In various environments, most pollutants are present at concentrations well below the detection limits of commonly used processing methods. (Non-patent document 3) In the methods described in these documents, when there is a mixture of plural ions containing Pb (II) ions or an active metal other than lead, Pb (II) ions at a trace concentration level are measured. Cannot be extracted. Furthermore, there is a need for rapid, cost-effective, easy-to-use and reliable techniques for measuring and extracting trace amounts of Pb (II) ions.
そこで、近年、精度が良く迅速な検出法および汚染物質の選択性良好な測定方法として、光化学センサー材料を発展させようとする世界的な要求が強まっている。(非特許文献4)汚染物質を検出するために使われる多くの検知技術の中で、特に視覚的検査方法は、複雑な装置や充分にコントロールした環境を必要としない簡単な技術であるから、有用な方法であるが、鉛イオンの検出に関しては簡便で迅速な精度の良い方法が見つかっていない。 In recent years, therefore, there has been an increasing global demand for developing photochemical sensor materials as accurate and rapid detection methods and measuring methods with good selectivity of contaminants. (Non-Patent Document 4) Among many detection techniques used to detect contaminants, the visual inspection method in particular is a simple technique that does not require complex equipment or a well-controlled environment. Although it is a useful method, no simple, quick and accurate method has been found for detecting lead ions.
一方、メソポーラスシリカを用いた金属イオン検出方法は種々研究されている。たとえば、特許文献1および2においては、メソポーラスシリカにアミノポルフィリン、ジチゾン、ポルフィリンスルホン等の色素分子を保持して複合センサーを作り、Cdイオン、水銀イオン、Crイオンなどを色素分子に吸着させて、そのスペクトル変化を利用してイオン濃度を検出することが記載されている。しかしながら、これまでのどの先行特許文献や非特許文献においても、メソポーラスシリカに吸着させた金属、特に鉛の回収について簡便で迅速で精度の良い方法の開示はない。 On the other hand, various methods for detecting metal ions using mesoporous silica have been studied. For example, in Patent Documents 1 and 2, a composite sensor is formed by holding dye molecules such as aminoporphyrin, dithizone, porphyrin sulfone, etc. on mesoporous silica, and Cd ions, mercury ions, Cr ions, etc. are adsorbed on the dye molecules, It is described that the ion concentration is detected using the spectral change. However, none of the previous patent documents and non-patent documents so far discloses a simple, rapid and accurate method for recovering metals adsorbed on mesoporous silica, particularly lead.
上記説明した様に鉛は広範囲な分野で使用されているが鉛中毒等に見られるように毒性が強く人間の健康に影響を与えるので、人間の体内や動植物に極力取り込まれないようにすることが必要である。そのためには、生活用水や廃水等の溶液にどの程度の濃度の鉛が含まれているのか知る必要がある。しかし、ppbオーダーの微量な鉛濃度を迅速に正確に測定する鉛濃度センサーは少なく、あっても繰り返し使用することができないという問題がある。また鉛を選択的に検出するセンサーは殆どないため、複数の金属イオンが含まれる溶液では鉛以外の金属に影響されて精度良く鉛濃度を測定することができない。さらに、生活用水や廃水等の溶液に有毒な鉛が存在した場合にその鉛を除去することが必要であるが、ppbオーダーレベルまで鉛を除去する方法は少ない。また、回収剤で鉛を除去した後、その鉛を分離する手段が困難なため、回収した鉛を有効に活用することが難しいという問題がある。生活用水や廃水等の溶液の鉛を回収しリサイクルするためのコストが高いという問題もある。有害な鉛の環境における濃度検出や環境からの除去、鉛を回収し有用な鉛をリサイクルする方法等に関して、簡単でコストが低く選択性良く、かつ精度良好で高速に行なうことができる方法が要求されている。 As explained above, lead is used in a wide range of fields, but it is highly toxic, as seen in lead poisoning, etc., and affects human health, so it should not be taken into the human body, animals and plants as much as possible. is necessary. For that purpose, it is necessary to know what level of lead is contained in solutions such as domestic water and wastewater. However, there are few lead concentration sensors that quickly and accurately measure a very small amount of lead on the order of ppb, and there is a problem that even if there are, it cannot be used repeatedly. In addition, since there are few sensors that selectively detect lead, a solution containing a plurality of metal ions is affected by a metal other than lead and cannot accurately measure the lead concentration. Furthermore, when toxic lead is present in a solution such as domestic water or wastewater, it is necessary to remove the lead, but there are few methods for removing lead to the ppb order level. In addition, after removing lead with a recovery agent, there is a problem that it is difficult to effectively use the recovered lead because the means for separating the lead is difficult. There is also a problem that the cost for collecting and recycling lead in solutions such as domestic water and wastewater is high. Concerning the concentration detection of harmful lead in the environment, removal from the environment, and a method for recovering lead and recycling useful lead, a method that is simple, low in cost, good in selectivity, high in accuracy and high speed is required. Has been.
我々は最近、表面が官能基を有する材料によって担持された広範囲ケージ状メソ構造上に発色分子プローブを構成する方法や金属イオンの広い濃度範囲を検出でき簡単で信頼性の良い方法、さらに、低濃度レベルの毒性金属を検出する光化学ナノセンサーを提案してきた。(非特許文献5、6、7)本発明はその延長技術として発展させたものである。
本発明の目的は、高度に秩序化した構造を有するメソポーラスシリカに鉛イオンを選択的に吸着することができる化合物(以下、鉛イオン吸着性化合物という)を担持させて、担持された鉛イオン吸着性化合物に鉛イオンを吸着させ、この吸着された鉛を回収する効率的な方法およびそれに使用される鉛イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカを提供する。さらに、この鉛イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカを用いて鉛イオン濃度検出を精度良くしかもppbオーダーの微量な測定が可能な鉛イオンセンサーを提供する。
We recently developed a method for constructing chromogenic molecular probes on a wide range of cage-shaped mesostructures supported by materials having functional groups on the surface, a simple and reliable method that can detect a wide concentration range of metal ions, and a low Photochemical nanosensors that detect toxic metals at concentration levels have been proposed. (Non-Patent Documents 5, 6, and 7) The present invention has been developed as an extension technique thereof.
An object of the present invention is to support a lead ion adsorbed by supporting a compound capable of selectively adsorbing lead ions (hereinafter referred to as a lead ion adsorbing compound) on mesoporous silica having a highly ordered structure. The present invention provides an efficient method for adsorbing lead ions on an active compound and recovering the adsorbed lead, and mesoporous silica supporting a lead ion adsorbing compound used therefor. Furthermore, the present invention provides a lead ion sensor capable of accurately detecting a lead ion concentration and using a mesoporous silica supporting the lead ion adsorbing compound with a minute amount of ppb.
シリカ源と界面活性剤を混合した後、酸性水溶液を添加して、これを焼成すると、メソポーラスシリカが生成される。このメソポーラスシリカに鉛イオン吸着性化合物(鉛イオンはまだ吸着されていない)を担持する。鉛イオン吸着性化合物は、鉛イオン{Pb(II)}を選択的に吸着することができる化合物である。たとえば、キレート化合物のような金属錯体である。(特定の金属を選択的に吸着しやすい化合物を本出願では金属吸着性化合物と呼ぶ。ここで、金属吸着性化合物が選択的に吸着可能な特定金属を回収するという意味で、この特定金属を目標金属と称する。本発明においては、目標金属は鉛である。) After mixing the silica source and the surfactant, an acidic aqueous solution is added and baked to produce mesoporous silica. This mesoporous silica carries a lead ion adsorbing compound (lead ions are not yet adsorbed). The lead ion adsorbing compound is a compound that can selectively adsorb lead ions {Pb (II)}. For example, a metal complex such as a chelate compound. (A compound that easily adsorbs a specific metal is referred to as a metal-adsorbing compound in this application. Here, the specific metal is used in the sense that the metal-adsorbing compound recovers a specific metal that can be selectively adsorbed. (In this invention, the target metal is lead.)
鉛を含む種々の金属が溶解された金属溶解溶液に前記鉛イオン吸着性化合物を担持(または修飾)したメソポーラスシリカを接触させ、メソポーラスシリカに担持した鉛イオン吸着性化合物に目標金属である鉛を吸着させる。このとき、金属溶解溶液のpH値、溶液濃度や溶液温度等の環境要因を調節すれば、効率的に目標金属を吸着させることができる。(たとえば、都市鉱石等を王水等の酸性溶液に溶かして固形物を除去した溶液は、目標金属である鉛を含む種々の金属が溶解された金属溶解溶液となる。) The mesoporous silica carrying (or modifying) the lead ion-adsorbing compound is brought into contact with a metal-dissolved solution in which various metals including lead are dissolved, and the target metal lead is added to the lead-ion adsorbing compound carried on the mesoporous silica. Adsorb. At this time, the target metal can be efficiently adsorbed by adjusting environmental factors such as the pH value, solution concentration, and solution temperature of the metal solution. (For example, a solution obtained by dissolving urban ore or the like in an acidic solution such as aqua regia to remove solid matter becomes a metal-dissolved solution in which various metals including lead as a target metal are dissolved.)
次に、鉛イオンが吸着された鉛イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカを鉛イオンが遊離可能な溶液(鉛イオン遊離溶液)に接触させて、吸着された鉛イオンを鉛イオン遊離溶液に溶解させる。この溶液をろ過して固形物と液体に分離する。分離された液体は鉛イオンだけを溶解しているので、目標金属である鉛の回収が可能となる。溶液の濃度、pH、反応温度等をコントロールすることで、鉛の回収効率を上げることができる。また、分離された固形物は、鉛イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカであり、メソポーラスシリカに担持された鉛イオン吸着性化合物は鉛を吸着していない。すなわち、固形物は鉛イオン吸着性化合物(鉛イオンを吸着していない)を担持したメソポーラスシリカに戻る。しかも本体(鉛イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカ)は変化していないので、再度目標金属である鉛イオン吸着材として利用できる。 Next, the mesoporous silica supporting the lead ion adsorbing compound on which lead ions are adsorbed is brought into contact with a solution capable of liberating lead ions (lead ion free solution), and the adsorbed lead ions are dissolved in the lead ion free solution. Let The solution is filtered to separate it into a solid and a liquid. Since the separated liquid dissolves only lead ions, it is possible to recover lead as a target metal. By controlling the concentration, pH, reaction temperature, etc. of the solution, the lead recovery efficiency can be increased. The separated solid is mesoporous silica supporting a lead ion adsorbing compound, and the lead ion adsorbing compound supported on the mesoporous silica does not adsorb lead. That is, the solid material returns to mesoporous silica carrying a lead ion adsorbing compound (not adsorbing lead ions). In addition, since the main body (mesoporous silica supporting a lead ion adsorbing compound) has not changed, it can be used again as a lead ion adsorbent as a target metal.
本発明において、鉛イオン吸着性化合物が広い表面積や高秩序化した構造を持つメソポーラスシリカの表面およびポア(細孔)内壁に担持(修飾)されているので、鉛イオン吸着性化合物の反応基に鉛イオンが容易にしかも速く吸着する。従って、吸着の応答速度が速いだけでなく、鉛イオン吸着性化合物への吸着効率が、単独の鉛イオン吸着性化合物への吸着効率よりも非常に大きくなるとともに、鉛イオン吸着量も多くなる。また、鉛イオン吸着性化合物に吸着された鉛イオンも整然と配列し密に吸着されているので、吸着した鉛イオンを容易に速く遊離することができる。従って鉛イオンの遊離効率も非常に大きい。また、鉛イオン吸着性化合物は鉛イオン溶解溶液のpH値等を調整することにより鉛イオンを選択的に多量に吸着することができる。従って、鉛だけを効率良く回収できる。またppbオーダーの微量な鉛イオンも吸着除去することができるので、生活用水や廃水等の溶液に含まれる鉛の濃度を極めて微量なレベルまで低減できる。 In the present invention, since the lead ion adsorbing compound is supported (modified) on the surface of the mesoporous silica having a large surface area or highly ordered structure and the inner wall of the pore (pore), the reactive group of the lead ion adsorbing compound is used. Lead ions are easily and quickly adsorbed. Therefore, not only the adsorption response speed is high, but also the adsorption efficiency to the lead ion adsorbing compound is much higher than the adsorption efficiency to the single lead ion adsorbing compound, and the lead ion adsorption amount is also increased. In addition, since the lead ions adsorbed on the lead ion adsorbing compound are arranged in order and densely adsorbed, the adsorbed lead ions can be easily and quickly released. Therefore, the liberation efficiency of lead ions is very large. The lead ion adsorbing compound can selectively adsorb a large amount of lead ions by adjusting the pH value of the lead ion solution. Therefore, only lead can be recovered efficiently. Moreover, since a very small amount of lead ions on the order of ppb can be adsorbed and removed, the concentration of lead contained in a solution such as domestic water or waste water can be reduced to a very small level.
さらに、鉛イオン吸着性化合物を担持しているメソポーラスシリカはその骨格が強固であり、鉛イオン吸着性化合物の担持や鉛イオンの吸着によってもメソポーラスシリカの骨格には変化が殆どない。吸着した鉛イオンもほぼ完全に遊離できるので、もとの状態(鉛イオンを吸着していない鉛イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカ)に戻るので、鉛イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカを繰り返し使用することができる。
従って、トータル(全体)の鉛の回収費用を小さくすることができる。また、本発明の鉛イオンが吸着された鉛イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカは、比色法または紫外可視分光法を用いてppbオーダーの非常に低濃度の鉛イオン濃度も検出することができるので、鉛イオン濃度センサーとしても使用することができる。
Further, the mesoporous silica supporting the lead ion adsorbing compound has a strong skeleton, and the skeleton of the mesoporous silica hardly changes even when the lead ion adsorbing compound is supported or lead ions are adsorbed. Since the adsorbed lead ions can be almost completely released, it returns to the original state (mesoporous silica supporting a lead ion adsorbing compound that does not adsorb lead ions), so the mesoporous silica supporting the lead ion adsorbing compound can be changed. Can be used repeatedly.
Accordingly, the total (total) lead recovery cost can be reduced. In addition, the mesoporous silica supporting the lead ion-adsorbing compound on which the lead ion of the present invention is adsorbed can detect a very low concentration of lead ions on the order of ppb using a colorimetric method or ultraviolet-visible spectroscopy. Therefore, it can be used as a lead ion concentration sensor.
本発明は、高い選択性と光学的検出機能を有する種々のキレート等を用いた鉛イオン検出技術および鉛回収技術を提供するものである。この技術の特徴は異種原子から構成されるメソポーラス材料の原子レベルで配列したナノサイズの表面状態を利用していることである。本発明は、活性金属および貴金属を含む廃棄物から鉛を抽出する方法として非常に優れている。 The present invention provides a lead ion detection technique and a lead recovery technique using various chelates having high selectivity and an optical detection function. A feature of this technology is that it utilizes nano-sized surface states arranged at the atomic level of mesoporous materials composed of different atoms. The present invention is very excellent as a method for extracting lead from waste containing active metals and noble metals.
メソポーラスシリカのナノレベルで配列した内表面は、pHなどの環境条件を制御して固着・解離状態を可変することによって鉛イオン検出センサーを作る。隣接原子と電子軌道構造の異なる表面原子とキレートとの結合によって、鉛イオンを確実に吸着できる。さらに、ナノレベルの内側配列は電荷移動を増大させるので、ppbレベルの非常に微量の鉛吸着でも肉眼で観察可能な変化が起こる。 The inner surface of mesoporous silica arranged at the nano level controls the environmental conditions such as pH to change the state of fixation / dissociation to make a lead ion detection sensor. Lead ions can be reliably adsorbed by bonding between adjacent atoms and surface atoms having different electron orbital structures and chelates. In addition, nano-level inner arrays increase charge transfer, so changes that are observable with the naked eye can occur even with very small amounts of lead adsorption at the ppb level.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の鉛回収システムを示す図である。まず、第1段階で高度に秩序化したメソポーラスシリカ(HOMシリカ(HOMS):High Ordered Mesoporous Silica、尚通常、HOMと言った場合、シリカ(Silica)は含まないが、本明細書においてはHOMと記載した場合も、特に明記しない限りシリカ(Silica)も含むものとする。)を合成する。ここで、メソポーラスシリカとは、多孔質シリカの1種であり、メソポア領域と呼ばれる、2から50nmの領域の大きさのほぼ均一で規則的な直径の細孔(メソ孔)を有し、細孔の作るネットワークの様式(空間対称性)や製造方法等によって、様々な特性を有することが知られている多孔質物質群である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a diagram showing a lead recovery system of the present invention. First of all, highly ordered mesoporous silica (HOM silica (HOMS): High Ordered Mesoporous Silica, usually referred to as HOM does not include silica, but in this specification HOM In this case, silica is also included unless otherwise specified.) Here, mesoporous silica is a kind of porous silica, called mesopore region, having pores (mesopores) having a substantially uniform and regular diameter in the range of 2 to 50 nm. It is a group of porous materials that are known to have various properties depending on the type of network (spatial symmetry) created by the pores, the manufacturing method, and the like.
本発明に用いられるHOMの形態は、薄膜状形態やモノリス形態を含む。モノリス形態とは、通常薄膜以外の各種の形態、たとえば微粒子、粒子、ブロック状のもの等の形態を言う。高度に秩序化したとは、立方晶や六方晶系メソポーラス構造が3次元的に表面や内壁表面に規則正しく配列した状態を言い、たとえば立方晶Ia3d、Pm3n、Fm3mや六方晶P6m構造を言う。これらの構造が広範囲に存在すると、鉛イオン吸着性化合物を大量に担持することができ、全体の鉛イオン吸着量を大きくすることができる。また、HOMのBET比表面積は大きいほど良いが、通常300m2/g以上であり、好適には400m2/g以上である。 The form of HOM used in the present invention includes a thin film form and a monolith form. The monolith form usually refers to various forms other than a thin film, such as fine particles, particles, block-like forms and the like. Highly ordered means a state in which cubic and hexagonal mesoporous structures are regularly arranged on the surface and inner wall surface in three dimensions, for example, cubic Ia3d, Pm3n, Fm3m and hexagonal P6m structures. When these structures are present in a wide range, a large amount of lead ion adsorbing compounds can be supported, and the total amount of lead ion adsorption can be increased. Moreover, the larger the BET specific surface area of HOM, the better, but it is usually 300 m 2 / g or more, and preferably 400 m 2 / g or more.
HOMシリカは種々の方法により合成できる。たとえば、界面活性剤を鋳型としたゾルゲル法においては、水溶液中に臨界ミセル濃度以上の濃度で界面活性剤を溶解させると、界面活性剤の種類に応じて一定の大きさと構造をもつミセル粒子が形成される。しばらく静置するとミセル粒子が充填構造をとり、コロイド結晶となる。ここで溶液中にシリカ源となる有機シリコン化合物などを加え、微量の酸あるいは塩基を触媒として加えると、コロイド粒子の隙間でゾルゲル反応が進行しシリカゲル骨格が形成される。最後に高温で焼成すると、鋳型とした界面活性剤が分解・除去されて純粋な高度に秩序化したメソポーラスシリカ(HOMシリカ)が得られる。また、たとえば、好適には、有機シリコン化合物と界面活性剤を混合してリオトロピック型液晶相を形成し、さらに、酸水溶液を加えることによって、短時間に有機シリコン化合物の加水分解反応を起こし、メソポーラスシリカと界面活性剤の複合生成物を得た後、界面活性剤を除去して、HOMシリカを得る方法が利用される。 HOM silica can be synthesized by various methods. For example, in the sol-gel method using a surfactant as a template, when a surfactant is dissolved in an aqueous solution at a concentration equal to or higher than the critical micelle concentration, micelle particles having a certain size and structure are obtained depending on the type of the surfactant. It is formed. When left standing for a while, the micelle particles take a packed structure and become a colloidal crystal. When an organic silicon compound or the like serving as a silica source is added to the solution and a trace amount of acid or base is added as a catalyst, the sol-gel reaction proceeds in the gaps between the colloidal particles to form a silica gel skeleton. Finally, when fired at a high temperature, the surfactant used as a template is decomposed and removed to obtain pure highly ordered mesoporous silica (HOM silica). Further, for example, preferably, an organosilicon compound and a surfactant are mixed to form a lyotropic liquid crystal phase, and further, an aqueous acid solution is added to cause a hydrolysis reaction of the organosilicon compound in a short time, resulting in mesoporous After obtaining a composite product of silica and surfactant, a method is used in which the surfactant is removed to obtain HOM silica.
有機シリコン化合物として、たとえば、TEOS(テトラエトキシシラン)、TMOS(テトラメトキシシラン)、テトラメチルオルトケイ酸(C4H12O4Si)やテトラエチルオルトケイ酸(C8H20O4Si)などのシリコンアルコキシドを用いる。(生成物から加熱や真空引き等でエタノールよりメタノールを除去する方が容易であるから、生産性はTEOSよりTMOSの方が好適である。)尚、HOMの形成には、有機シリコン化合物の他に無機シリコン化合物を用いることもできる。たとえば、カネマイト(NaHSi2O5・3H2O)、ジ珪酸ナトリウム結晶(Na2Si2O5)、マカタイト(NaHSi4O9・5H2O)、アイラアイト(NaHSi8O17・XH2O)、マガディアイト(Na2HSi14O29・XH2O)、ケニヤアイト(Na2HSi20O41・XH2O)、水ガラス(珪酸ソーダ)、ガラス、無定形珪酸ナトリウムを用いることもできる。これらは、2種以上を混合して用いてもよい。 For example, silicon alkoxides such as TEOS (tetraethoxysilane), TMOS (tetramethoxysilane), tetramethylorthosilicate (C4H12O4Si), and tetraethylorthosilicate (C8H20O4Si) are used as the organic silicon compound. (Because it is easier to remove methanol from ethanol by heating, vacuuming, etc. from the product, TMOS is preferable to TEOS rather than TEOS.) For the formation of HOM, in addition to organic silicon compounds, An inorganic silicon compound can also be used. For example, kanemite (NaHSi2O5 · 3H2O), sodium disilicate crystal (Na2Si2O5), macatite (NaHSi4O9 · 5H2O), eyeraite (NaHSi8O17 · XH2O), magadiite (Na2HSi14O29 · XH2O), KenyaO2 glass (Na2H2Si2O) Soda), glass, and amorphous sodium silicate can also be used. You may use these in mixture of 2 or more types.
また、テンプレート(鋳型)となる界面活性剤も、種々のものを使用できる。たとえば、カチオン性やアニオン性や両性や非イオン性の界面活性剤を使用できる。鋳型となる陽イオン性界面活性剤としては、たとえば、第1級アミン塩、第2級アミン塩、第3級アミン塩、第4級アンモニウム塩が挙げられる。また、鋳型となる陰イオン性界面活性剤としては、たとえば、カルボン酸塩、硫酸エステル塩、スルホン酸塩、リン酸エステル塩などが挙げられ、セッケン、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルキルエーテル硫酸エステル塩、硫酸化油、硫酸化脂肪酸エステル、硫酸化オレフィン、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、パラフィンスルホン酸塩および高級アルコールリン酸エステル塩が挙げられる。 Various surfactants can be used as templates. For example, a cationic, anionic, amphoteric or nonionic surfactant can be used. Examples of the cationic surfactant used as a template include primary amine salts, secondary amine salts, tertiary amine salts, and quaternary ammonium salts. Examples of the anionic surfactant used as a template include carboxylate, sulfate ester salt, sulfonate salt, phosphate ester salt, soap, higher alcohol sulfate ester salt, higher alkyl ether sulfate ester. Salts, sulfated oils, sulfated fatty acid esters, sulfated olefins, alkyl benzene sulfonates, alkyl naphthalene sulfonates, paraffin sulfonates and higher alcohol phosphate ester salts.
鋳型となる両性界面活性剤としては、たとえば、ラウリルアミノプロピオン酸ナトリウム、ステアリルジメチルベタイン、ラウリルジヒドロキシエチルベタインが挙げられる。鋳型となる非イオン界面活性剤としては、たとえば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン2級アルコールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステロールエーテル、ポリオキシエチレンラノリン酸誘導体、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールなどのエーテル型のものや、ポリオキシエチレンアルキルアミンなどの含窒素型が挙げられる。これらは、2種以上混合して用いても良い。 Examples of the amphoteric surfactant used as a template include sodium laurylaminopropionate, stearyldimethylbetaine, and lauryldihydroxyethylbetaine. Examples of the nonionic surfactant used as a template include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene secondary alcohol ether, polyoxyethylene alkylphenyl ether, polyoxyethylene sterol ether, polyoxyethylene lanolin acid derivative, polyoxyethylene Examples include ether type compounds such as polyoxypropylene alkyl ether, polypropylene glycol, and polyethylene glycol, and nitrogen-containing types such as polyoxyethylene alkylamine. You may use these in mixture of 2 or more types.
界面活性剤の種類を変更することによりHOMの構造(細孔の大きさや形、結晶構造など)を制御することができるので、結晶構造の秩序性が高くBET比表面積が大きい細孔密度の大きなHOMを形成できる界面活性剤が好適である。たとえば、ポリオキシエチレン(10)セチルエーテル(Brij56:C16H33(OCH2CH2)10OH、C16EO10)、トリブロック共重合体界面活性剤(たとえば、pluronic(登録商標)P123:EO20PO70EO20、Pluronic(登録商標)F108:EO141PO44O141)を用いることができる。Brij56:TMOS=0.5の重量比の混合により、立方晶構造Pm3nが得られ、P123:TMOS=0.75の重量比の混合により、立方晶構造Ia3dが得られ、F108:TMOS=0.7の重量比の混合により、立方晶構造Im3mケージ状シリカ構造が得られる。 The HOM structure (pore size, shape, crystal structure, etc.) can be controlled by changing the type of surfactant, so the crystal structure is highly ordered, the BET specific surface area is large, and the pore density is large. A surfactant capable of forming HOM is preferred. For example, polyoxyethylene (10) cetyl ether (Brij56: C16H33 (OCH2CH2) 10OH, C16EO10), triblock copolymer surfactant (eg, pluronic® P123: EO20PO70EO20, Pluronic® F108: EO141PO44O141) ) Can be used. Mixing with a weight ratio of Brij56: TMOS = 0.5 gives a cubic structure Pm3n, mixing with a weight ratio of P123: TMOS = 0.75 gives a cubic structure Ia3d, mixing with a weight ratio of F108: TMOS = 0.7 Thus, a cubic structure Im3m cage silica structure is obtained.
図2はケージ状或いはシリンダー状の立方晶モノリス(以下、HOM-Cageと記す)の生成方法を示す図である。丸形フラスコに8.0gのTetramethylorthosilicate (TMOS)を入れ、その中に5.6gの界面活性剤(EO141PO44EO141)F108を添加する。界面活性剤を完全に溶解させるためにフラスコは約60℃の温水に保持された。その後、4gのpH1.3の酸性水溶液(H2O-HCl)が添加され、ロータリーエバポレータにより溶液を10分間蒸発させると、固体材料が形成された。この固体材料は水分を含み塊状なので、さらにオーブン中において40℃で1日保持し、その後さらに450℃で8時間焼成することにより粉末状のHOM-Cage (ケージ状メソポーラスシリカ)が形成される。 FIG. 2 is a diagram showing a method for generating a cage-like or cylinder-like cubic monolith (hereinafter referred to as HOM-Cage). Place 8.0 g of Tetramethylorthosilicate (TMOS) in a round flask and add 5.6 g of surfactant (EO141PO44EO141) F108. The flask was kept in hot water at about 60 ° C. to completely dissolve the surfactant. Thereafter, 4 g of pH 1.3 acidic aqueous solution (H2O-HCl) was added and the solution was evaporated on a rotary evaporator for 10 minutes to form a solid material. Since this solid material contains water and is in the form of a mass, it is further kept in an oven at 40 ° C. for 1 day, and then further calcined at 450 ° C. for 8 hours to form powdered HOM-Cage (cage-like mesoporous silica).
次に、第2段階で、鉛イオン吸着性化合物をHOMに担持させる。この段階では、鉛イオン吸着性化合物には鉛イオンは(他の金属イオンも)吸着されていない。(鉛イオンを吸着していないことを示す用語として「鉛イオン吸着性化合物」と称する。本発明に用いられる鉛イオン吸着性化合物として、金属錯体、無機金属化合物や有機金属化合物がある。セルロース、タンパク質などの鉛イオン吸着性化合物も含まれる。金属錯体として、無機および有機の金属錯体や金属カルボニル化合物、金属クラスターや有機金属化合物が挙げられる。また、キレート化合物も含まれる。基本的には、金属の中で鉛(イオン)を吸着できる化合物であって、HOMに担持でき、化学処理により、目標金属である鉛以外の金属イオンを遊離でき、その後に他の化学処理により目標金属である鉛を遊離できる化合物である。鉛イオン吸着性化合物は、化学的にはたとえばOH基を介してHOMシリカに強固に結合している。 Next, in the second stage, the lead ion adsorbing compound is supported on the HOM. At this stage, lead ions (and other metal ions) are not adsorbed to the lead ion adsorbing compound. (The term "lead ion adsorbing compound" is used as a term indicating that lead ions are not adsorbed. Examples of the lead ion adsorbing compound used in the present invention include metal complexes, inorganic metal compounds, and organic metal compounds such as cellulose, Also included are lead ion-adsorbing compounds such as proteins, etc. Metal complexes include inorganic and organic metal complexes, metal carbonyl compounds, metal clusters and organometallic compounds, and chelate compounds. A compound that can adsorb lead (ion) in metal, can be supported on HOM, and can release metal ions other than lead, which is the target metal, by chemical treatment, and then lead, which is the target metal, by other chemical treatment The lead ion-adsorbing compound is chemically bonded to HOM silica chemically through, for example, an OH group.
鉛イオン吸着性化合物は、回収しようとする目標金属である鉛イオンを選択的にしかも多量に吸着する化合物が望ましい。たとえば、鉛イオンに対して選択的に結合するキレート化合物が挙げられる。鉛を含む各種の金属が溶解した金属溶解溶液のpH値や温度や濃度などを調整すれば、鉛イオン吸着性化合物に目標金属である鉛イオンを選択的に吸着できる。また、キレート化合物は、非常に微量の(たとえば、ppbオーダー)鉛を選択的に吸着することができるので、金属溶解溶液中に含まれる鉛イオンの量が少なくても、効率的に選択的に鉛イオンを吸着する。 The lead ion-adsorptive compound is desirably a compound that selectively adsorbs a large amount of lead ions, which are target metals to be recovered. For example, the chelate compound which selectively couple | bonds with respect to lead ion is mentioned. By adjusting the pH value, temperature, concentration, and the like of a metal solution in which various metals including lead are dissolved, lead ions that are target metals can be selectively adsorbed to the lead ion adsorbing compound. In addition, the chelate compound can selectively adsorb a very small amount of lead (for example, on the order of ppb), so that even if the amount of lead ions contained in the metal solution is small, it can be efficiently and selectively used. Adsorbs lead ions.
たとえば、我々は、4-(2-ジアゼニル-1,3,4-チアジアゾール)-6-ドデシルレゾルシノール{4-(2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole)-6-dodecylresorcinol} (略称DTDR)(以下レセプターDTDRとも称する)、2-ドデシル-4-((フェニル)ジアゼニル)レゾルシノール{2-dodecyl-4-((phenyl)diazenyl)resorcinol} (略称DPAR)(以下レセプターDPARとも称する)、あるいはアンモニウム・メチル・2-メルカプトフェニルカルバモジチオエ−ト{ammonium methyl 2-mercaptophenylcarbamodithioate} (略称AMPC)(以下レセプターAMPCとも称する)のキレート錯体が鉛イオン{Pb(II)}を選択的に優先的に吸着することを見出した。本出願では、上記の鉛イオン吸着性化合物をレセプター(DTDR、DPAR、AMPC)とも称する。(レセプター(receptor)とは本来「受容体」という生物学的用語であるが、本出願では特定金属(鉛イオン)を吸着する金属イオン吸着性化合物という意味でレセプターという用語を用いることもある。) For example, we have 4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol} (abbreviation DTDR) (Hereinafter also referred to as receptor DTDR), 2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol {2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol} (abbreviation DPAR) (hereinafter also referred to as receptor DPAR), or ammonium・ Methyl 2-mercaptophenylcarbamodithioate {ammonium methyl 2-mercaptophenylcarbamodithioate} (abbreviation AMPC) (hereinafter also referred to as receptor AMPC) chelate complexes selectively lead ions {Pb (II)} It was found to adsorb. In the present application, the lead ion adsorbing compound is also referred to as a receptor (DTDR, DPAR, AMPC). (Receptor is originally a biological term “receptor”, but in this application, the term “receptor” is sometimes used to mean a metal ion-adsorbing compound that adsorbs a specific metal (lead ion). )
これらのレセプターは後述するように、溶液を特定のpH値に調節した鉛イオン{Pb(II)イオン}を含有した溶液にレセプターを担持したHOMシリカを浸漬すると、レセプターは他のpH値の溶液における場合よりも大量にしかも選択的にPb(II)イオンを吸着する。Pb(II)イオンの吸着量が増していくとレセプターを担持したHOMシリカの色が変化していく。色調と吸着されたPb(II)イオン濃度とは相関関係にあるので、色調からPb(II)イオン濃度を知ることができる。すなわち比色分析が可能である。選択的にという意味は、鉛イオン{Pb(II)イオン}およびその他の種々の金属イオンを含む溶液にこれらのレセプターを担持したHOMシリカを浸漬すると、鉛イオン{Pb(II)イオン}だけを吸着し、他の種々の金属イオンは殆ど吸着しないということを意味している。すなわち、これらのレセプターを担持したHOMシリカは、Pb(II)イオン吸着の選択性が極めて優れている。これらのレセプターの1つまたは複数をHOMシリカに担持させても良い。それぞれのレセプターの特性を併せ持つHOMシリカを得ることができる。 As described later, when these receptors are immersed in a solution containing lead ions {Pb (II) ions} in which the solution is adjusted to a specific pH value, HOM silica carrying the receptor is immersed in the solution at other pH values. Pb (II) ions are selectively adsorbed in a larger amount than in the case of. As the adsorption amount of Pb (II) ions increases, the color of HOM silica carrying the receptor changes. Since the color tone and the adsorbed Pb (II) ion concentration are correlated, the Pb (II) ion concentration can be known from the color tone. That is, colorimetric analysis is possible. The meaning of selectively means that when HOM silica supporting these receptors is immersed in a solution containing lead ions {Pb (II) ions} and various other metal ions, only lead ions {Pb (II) ions} are absorbed. It means adsorbing and hardly adsorbing other various metal ions. That is, HOM silica carrying these receptors is extremely excellent in Pb (II) ion adsorption selectivity. One or more of these receptors may be supported on HOM silica. HOM silica having the characteristics of each receptor can be obtained.
また、Pb(II)イオン吸着後の光吸収スペクトルからもPb(II)イオン濃度を測定できる。すなわち、レセプターを担持したHOMシリカはPb(II)イオン濃度検出センサーでもある。たとえば、これらのレセプターを担持したメソポーラスシリカ(HOMS−DTDR、DPAR、AMPC)は、鉛イオン{Pb(II)}を吸着すると紫外可視分光法において400nm〜600nmの波長を持つ可視光に吸収ピークを示し、この波長域の吸収率と鉛イオン濃度とは相関関係があるので、キャリブレーションカーブを事前に作っておくことにより、鉛イオン{Pb(II)}を吸着したHOMS−DTDR、DPAR、AMPC の紫外可視分光法における当該波長の吸収率データからこのHOMS−DTDR、DPAR、AMPCの鉛イオン濃度を知ることができる。しかもこのHOMS−DTDR、DPAR、AMPCは溶液中の鉛イオンを選択的にほとんど全部の鉛イオンを吸着するとともに、他の含有金属イオンはほとんど吸着しないので、非常に感度の良い鉛イオン濃度センサーとなる。特にppbレベルの微量な鉛でも正確な濃度を検出できる。 Further, the Pb (II) ion concentration can also be measured from the light absorption spectrum after Pb (II) ion adsorption. That is, HOM silica carrying a receptor is also a Pb (II) ion concentration detection sensor. For example, mesoporous silica carrying these receptors (HOMS-DTDR, DPAR, AMPC) absorbs lead ions {Pb (II)} and has an absorption peak in visible light having a wavelength of 400 nm to 600 nm in UV-visible spectroscopy. Since there is a correlation between the absorptivity in this wavelength region and the lead ion concentration, HOMS-DTDR, DPAR, and AMPC adsorbing lead ions {Pb (II)} can be created by creating a calibration curve in advance. The lead ion concentration of this HOMS-DTDR, DPAR, and AMPC can be known from the absorptance data at the wavelength in the UV-Vis spectroscopy. Moreover, this HOMS-DTDR, DPAR, and AMPC selectively adsorb almost all lead ions in the solution and hardly adsorb other contained metal ions. Become. In particular, accurate concentrations can be detected even with trace amounts of lead at the ppb level.
このような鉛イオン吸着性化合物をHOMに担持(修飾)させる方法(複合化法とも呼ぶ)として種々の方法が挙げられる。たとえば、HOMに保持されるべき鉛イオン吸着性化合物が中性である場合には、試薬含浸法(REACTIVE & FUNCTIONAL POLYMERS,49,189(2001)など)が用いられ、陰イオン性である場合には、陽イオン交換法が用いられ、陽イオン性である場合には陰イオン交換法が用いられる。これらの複合化法は、特別の条件や操作ではなく、既知の一般的な技術分野に属するものである。したがって、これらの一般的な技術分野の詳細については、当該固体吸着分野に関する総説、文献などを参照することができる。 There are various methods as a method (also referred to as a composite method) for supporting (modifying) such a lead ion adsorbing compound on the HOM. For example, when the lead ion adsorbing compound to be held in the HOM is neutral, a reagent impregnation method (REACTIVE & FUNCTION POLYMERS, 49, 189 (2001), etc.) is used, and the lead ion adsorbing compound is anionic. The cation exchange method is used, and if it is cationic, the anion exchange method is used. These compounding methods belong to known general technical fields, not special conditions and operations. Therefore, for the details of these general technical fields, it is possible to refer to reviews, literatures and the like regarding the solid adsorption field.
たとえば、メソポーラスシリカを陽イオン性有機試薬(たとえば、陽イオン性シリル化剤)を用いて表面処理し、そのメソポーラスシリカに陽イオン性官能基を付与し、次いで、この陽イオン性メソポーラスシリカと陰イオン性鉛イオン吸着性化合物の水溶液やアルコール溶液とを接触させ、鉛イオン吸着性化合物をメソポーラスシリカ内に吸着させる方法、メソポーラスシリカと鉛イオン吸着性化合物の有機溶媒溶液とを接触させ、有機溶媒だけをろ過あるいは蒸留などにより取り除くことで、鉛イオン吸着性化合物をメソポーラスシリカ内に物理的に吸着させて担持する方法、メソポーラスシリカをチオール基を持つシリル化剤を用いて表面処理し、次いで、生成する表面のチオール基を酸化処理することで、そのメソポーラスシリカに陰イオン性官能基を付与し、この陰イオン性メソポーラスシリカと陽イオン性金属吸着性化合物の水溶液とを接触させ、鉛イオン吸着性化合物をメソポーラスシリカ内に吸着させる方法、あらかじめ鉛イオン吸着性化合物を細孔内および表面に充填した後に、これを陽イオン性有機試薬の有機溶媒溶液で処理して、鉛イオン吸着性化合物を細孔内および表面に固定する方法、鉛イオン吸着性化合物と陽イオン性有機試薬をあらかじめ混合し、得られた試薬複合体の有機溶媒溶液と該シリカとを接触させ、有機溶媒だけをろ過あるいは蒸留などにより取り除くことで、鉛イオン吸着性化合物を該シリカ内に担持する方法が使用される。 For example, mesoporous silica is surface-treated with a cationic organic reagent (for example, a cationic silylating agent) to impart a cationic functional group to the mesoporous silica, and then the cationic mesoporous silica and an anion are added. A method in which an aqueous solution or an alcohol solution of an ionic lead ion adsorbing compound is contacted to adsorb the lead ion adsorbing compound in mesoporous silica, an organic solvent solution in which the mesoporous silica and the lead ion adsorbing compound are contacted, and an organic solvent Is removed by filtration or distillation, and the lead ion-adsorbing compound is physically adsorbed and supported in mesoporous silica, the mesoporous silica is surface-treated using a silylating agent having a thiol group, By oxidizing the thiol group on the generated surface, the mesoporous silica A method of attaching an ionic functional group, bringing the anionic mesoporous silica and an aqueous solution of a cationic metal adsorbing compound into contact with each other, and adsorbing the lead ion adsorbing compound in the mesoporous silica. A method of fixing a lead ion-adsorbing compound in a pore and a surface by treating the inside of the pore and the surface with an organic solvent solution of a cationic organic reagent, a lead ion-adsorbing compound and a cation The organic solvent reagent of the obtained reagent complex is brought into contact with the silica, and the organic solvent solution is removed by filtration or distillation to carry the lead ion adsorbing compound in the silica. The method to be used is used.
また、前述のレセプター(DTDR、DPAR、AMPC)をHOMに担持させるには、レセプターをN,N-ジメチルフォルムアミド{N,N-Dimethylformamide (DMF)}またはエタノールに溶解し、この溶液とHOMを接触させて、HOMへレセプター(DTDR、DPAR、AMPC)を含浸させる。このようにしてレセプター(DTDR、DPAR、AMPC)を高密度に整然と担持したHOMシリカが完成する。尚エタノールや水分等の液分を蒸発(加熱や真空引き等)させてさらに乾燥することによりレセプター(DTDR、DPAR、AMPC)を担持したHOMシリカを高純度の固体状態(粉末)で効率良く作製できる。
また、結晶構造の秩序性が高くBET比表面積が大きいポーラス(細孔)密度の大きなHOMシリカほど、多くのレセプターが規則的にHOMシリカの表面および細孔内壁に担持される。たとえば、好適には、立方晶構造Pm3n、Fm3m、Ia3d、六方晶構造P6mなどの構造が広範囲に形成されたHOMシリカにレセプター(鉛イオン)吸着性化合物を吸着させる。
In addition, in order to support the aforementioned receptors (DTDR, DPAR, AMPC) on the HOM, the receptor is dissolved in N, N-dimethylformamide (N, N-Dimethylformamide (DMF)) or ethanol, and this solution and the HOM are mixed. Contact to impregnate HOM with receptors (DTDR, DPAR, AMPC). In this way, HOM silica carrying the receptors (DTDR, DPAR, AMPC) in an orderly manner is completed. Evaporation of liquids such as ethanol and water (heating, vacuuming, etc.) and further drying to efficiently produce HOM silica supporting receptors (DTDR, DPAR, AMPC) in a high purity solid state (powder) it can.
In addition, the larger the porous (pore) density of the HOM silica, the higher the order of the crystal structure and the higher the BET specific surface area, the more receptors are regularly supported on the surface of the HOM silica and the inner walls of the pores. For example, a receptor (lead ion) -adsorbing compound is preferably adsorbed on HOM silica in which structures such as cubic structures Pm3n, Fm3m, Ia3d, and hexagonal structure P6m are formed in a wide range.
鉛イオン吸着性化合物単独でも当然選択的に目標金属である鉛イオンを吸着できるが、鉛イオン吸着性化合物は凝集等するため、鉛イオン吸着が可能な官能基を有効に利用することができない。すなわち、凝集された(たとえば、粒子状の)鉛イオン吸着性化合物物質の表面に存在する官能基に目標金属である鉛イオンが吸着しても、拡散または浸透により鉛イオン吸着性化合物内部の鉛イオン濃度は距離(の2乗)に対して指数関数的に減少するから、その粒子状物質の内部にある鉛イオン吸着性化合物の官能基全部に鉛イオンが吸着することは困難である。また、仮にその粒子状物質の内部にある鉛イオン吸着性化合物の官能基に鉛イオンが吸着したとしても、その吸着した鉛イオンを取り出す(遊離するまたは逆抽出する)ことが難しいという問題がある。かなりの時間をかければ粒子状物質の内部に鉛イオンを拡散させ、さらに取り出すことも可能であるが、長時間をかけて鉛イオンを粒子状物質の内部を移動させることは生産性が悪く工業的には利用できない。 Naturally, the lead ion adsorbing compound alone can selectively adsorb lead ions as the target metal, but the lead ion adsorbing compound agglomerates and the like, so that a functional group capable of adsorbing lead ions cannot be used effectively. That is, even if lead ions, which are target metals, are adsorbed to the functional groups present on the surface of the aggregated (eg, particulate) lead ion adsorbing compound substance, the lead inside the lead ion adsorbing compound is diffused or permeated. Since the ion concentration decreases exponentially with respect to the distance (square), it is difficult for lead ions to be adsorbed to all the functional groups of the lead ion-adsorbing compound inside the particulate matter. In addition, even if lead ions are adsorbed to the functional group of the lead ion adsorbing compound inside the particulate matter, there is a problem that it is difficult to take out (free or back extract) the adsorbed lead ions. . It is possible to diffuse lead ions inside the particulate matter and take it out if a considerable amount of time is taken, but moving lead ions inside the particulate matter over a long period of time results in poor productivity and Cannot be used.
これに対して、メソポーラスシリカは、細孔表面積が非常に大きく高度に秩序化した配向構造を持つので、メソポーラスシリカの表面および細孔内壁に鉛イオン吸着性化合物を担持したものは、鉛イオン吸着性化合物が整然と配列して結合しているので、鉛イオン吸着性化合物の鉛イオン吸着率が非常に高くなる。すなわち、鉛イオン吸着性化合物の1分子ずつが鉛イオン吸着に利用できる。鉛イオン溶解溶液や遊離(逆抽出)溶液は、メソポーラスシリカの表面や細孔へ容易に速やかに侵入していくので、HOMに担持された鉛イオン吸着性化合物(の反応基)と容易に、しかも速やかに接触する。このことは、HOMに担持された鉛イオン吸着性化合物が鉛イオン溶解溶液と接触すると速やかに吸着される。また、吸着された鉛イオンを遊離するときも遊離溶液と接触すれば吸着された鉛イオンが速やかに遊離されるということも意味するので、生産性が飛躍的に向上する。 On the other hand, mesoporous silica has a very large pore surface area and a highly ordered orientation structure. Therefore, a mesoporous silica with a lead ion adsorbing compound supported on the surface and the inner wall of the pore is adsorbed with lead ions. Since the active compounds are arranged in order and bonded, the lead ion adsorption rate of the lead ion adsorbing compound becomes very high. That is, each molecule of the lead ion adsorbing compound can be used for lead ion adsorption. Since the lead ion solution and free (back extraction) solution easily and quickly penetrate the surface and pores of mesoporous silica, the lead ion adsorbing compound (reactive group) supported by the HOM In addition, contact quickly. This is quickly adsorbed when the lead ion adsorbing compound supported on the HOM comes into contact with the lead ion dissolving solution. Further, when the adsorbed lead ions are liberated, it means that the adsorbed lead ions are rapidly liberated if they come into contact with the liberated solution, so that productivity is dramatically improved.
たとえば、キレート樹脂単独の場合には、キレート樹脂の表面において、表面原子がすべて有効にキレート(官能基)を持った状態にはならず、原子的には離散的にキレートの反応端がある状態となっている。キレート樹脂単独で鉛イオンを吸着する時も、キレート樹脂のどの部分につくか制御できない。また、鉛イオン溶解溶液と接触した部分のキレート官能基には鉛イオンが吸着(抽出とも言う)されると予想されるが、鉛イオン溶解溶液が浸透しにくいキレート樹脂内部では鉛イオンは殆ど吸着されないと考えられる。すなわち、鉛イオン吸着効率が非常に悪い。さらにキレート樹脂に吸着した鉛イオンを遊離するとき(逆抽出とも言う)も、キレート樹脂内部に吸着した鉛イオンを取り出すことも困難となる。 For example, in the case of a chelate resin alone, the surface atoms do not all have a chelate (functional group) effectively on the surface of the chelate resin, and the chelate reaction ends are discrete in atoms. It has become. Even when the chelate resin alone adsorbs lead ions, it cannot be controlled to which part of the chelate resin. In addition, lead ions are expected to be adsorbed (also referred to as extraction) to the chelate functional group in contact with the lead ion solution, but most of the lead ions are adsorbed inside the chelate resin that does not easily penetrate the lead ion solution. It is thought that it is not done. That is, the lead ion adsorption efficiency is very poor. Further, when the lead ions adsorbed on the chelate resin are released (also referred to as back extraction), it is difficult to take out the lead ions adsorbed inside the chelate resin.
このキレート樹脂を繰り返し利用するときも、キレート樹脂中の残存物等の影響により、鉛イオンの抽出・逆抽出の効率がどんどん悪くなり、繰り返し使用でキレート樹脂の性能が大幅に劣化してしまう。これに対して、キレート樹脂をHOMに担持したものは、HOMの大きな比表面積と整列した原子配列を使って、キレート官能基をHOMの表面上に広範囲に形成することができる。言い換えれば、HOMではキレートの反応端はほぼ同一の性状になる。しかも、従来のキレート樹脂単独では実現できないほどに、HOM表面および細孔内壁に多量にキレートの反応端を有する。そのキレート官能基が鉛イオンもしくは鉛イオンを含む錯体イオンを選択的に捕獲するので、鉛イオンの吸着効率が非常に高くなる。また、その捕獲された鉛イオンもしくは鉛イオンを含む錯体イオンを逆抽出で取り出すことも容易に可能となる。さらに、キレート樹脂単独で使用した場合には樹脂そのものの物理的および/または化学的強度が不十分であるため、キレート樹脂の繰り返し使用による劣化が大きいが、キレート樹脂をHOMに担持したものは、その骨格たるHOMの物理的および/または化学的強度が十分であるため、繰り返し使用による劣化が小さい。 Even when this chelate resin is repeatedly used, the efficiency of extraction and back-extraction of lead ions becomes worse due to the influence of the residue in the chelate resin, and the performance of the chelate resin is greatly deteriorated by repeated use. On the other hand, those in which a chelate resin is supported on a HOM can form a chelate functional group on the surface of the HOM in a wide range using an atomic arrangement aligned with the large specific surface area of the HOM. In other words, the reaction end of the chelate is almost the same in HOM. In addition, the reaction end of the chelate is so large on the HOM surface and the inner wall of the pore that the conventional chelate resin alone cannot be realized. Since the chelate functional group selectively captures lead ions or complex ions containing lead ions, the adsorption efficiency of lead ions becomes very high. In addition, the trapped lead ions or complex ions containing lead ions can be easily extracted by back extraction. Furthermore, when the chelate resin is used alone, the physical and / or chemical strength of the resin itself is insufficient, so the deterioration due to repeated use of the chelate resin is large. Since the physical and / or chemical strength of the HOM as the skeleton is sufficient, deterioration due to repeated use is small.
第3段階では、事前に都市鉱石や自然鉱石中の各種金属を溶解した酸性溶液またはアルカリ溶液(金属溶解溶液)或いは鉛イオンを含む各種金属が溶けた廃液(金属溶解溶液)などを準備しておく。この金属溶解溶液は、たとえば以下のようにして作製する。携帯電話やパソコンなどから得られたPb等の重金属を含む材料を王水溶液中に浸漬すると、Pb、Fe、Cu、Coなどの多数の金属(これらも都市鉱石等に含まれる)が溶解される。この溶液から固形分を除いた溶液が金属溶解溶液である。金属溶解溶液中に鉛イオン吸着性化合物(これをMCとする)を高密度に担持したHOM(以下、HOM−MC)に浸漬等して金属溶解溶液とHOM−MCと接触させる。この接触により、HOM−MCに金属イオンが吸着される。(これをHOM−MC−Pb−M(Pb:目標金属である鉛(Pb)、M:Pb以外の吸着された金属とする。)金属吸着性化合物は、一定の条件(pH値、温度、濃度等)下で目標金属である鉛を選択的にかつ優先的に吸着するので、その条件下の金属溶解溶液中に鉛イオン吸着性化合物を浸漬すれば、目標金属である鉛だけを吸着したHOM(すなわち、HOM−MC−Pb)を得ることができる。 In the third stage, an acid solution or alkali solution (metal solution) in which various metals in city ore or natural ore are dissolved in advance or a waste solution (metal solution) in which various metals including lead ions are dissolved are prepared. deep. This metal dissolving solution is produced as follows, for example. When a material containing heavy metals such as Pb obtained from a mobile phone or personal computer is immersed in the aqueous solution, a large number of metals such as Pb, Fe, Cu, and Co (these are also included in city ores) are dissolved. . A solution obtained by removing solids from this solution is a metal dissolving solution. The metal dissolution solution and the HOM-MC are brought into contact with each other by immersing in a HOM (hereinafter referred to as HOM-MC) carrying a lead ion adsorbing compound (hereinafter referred to as MC) in the metal dissolution solution at a high density. By this contact, metal ions are adsorbed on the HOM-MC. (This is HOM-MC-Pb-M (Pb: lead (Pb) which is the target metal, and M: an adsorbed metal other than Pb).) The metal-adsorbing compound has a certain condition (pH value, temperature, The lead, which is the target metal, is selectively and preferentially adsorbed under the concentration, etc., so if the lead ion-adsorbing compound is immersed in the metal solution under the conditions, only the lead, the target metal, is adsorbed. HOM (ie, HOM-MC-Pb) can be obtained.
たとえば、鉛イオンを最も良く吸着するpH値に調整された金属溶解溶液にHOM−MCを接触(浸漬を含む)させ、HOM-MCに鉛イオンを選択的に大量に吸着することができる。しかし、条件などの多少の変動によりわずかの他の金属Mが吸着される可能性もあるので、金属溶解溶液中の目標金属である鉛以外の金属をあらかじめ少なくしておくことにより、鉛以外の金属Mの吸着量が非常に少ないHOM−MC−Pb−Mが得られる。たとえば、金属溶解溶液中のpH調整や化学処理等を行い鉛以外の金属を析出沈殿させ除去しておくなどの方法がある。上述のレセプター(DTDR、DPAR)の場合、金属溶解溶液をpH=11.5〜13.0、好適にはpH=12.0〜13.0に調節することにより、レセプターAMPCの場合は、金属溶解溶液をpH=5.5〜9.0、好適にはpH=6.0〜8.0に調節することにより、鉛{Pb(II)}イオンをHOM-MC(HOM−DTDR、DPAR、AMPC)に効率的に吸着させることができる。尚、エタノールや水分等の液分を蒸発(加熱や真空引き等)させてさらに乾燥することにより鉛イオンを吸着したHOMシリカを高純度の固体状態(粉末)で効率良く収集できる。 For example, HOM-MC can be brought into contact (including immersion) with a metal solution adjusted to a pH value that best adsorbs lead ions, and lead ions can be selectively adsorbed in large quantities on HOM-MC. However, some other metals M may be adsorbed due to slight fluctuations in conditions, etc., so by reducing the amount of metals other than lead, which is the target metal, in the metal solution beforehand, HOM-MC-Pb-M with very little metal M adsorption is obtained. For example, there is a method in which a metal other than lead is deposited and removed by adjusting pH in a metal solution or chemical treatment. In the case of the above-mentioned receptors (DTDR, DPAR), the metal dissolution solution is adjusted to pH = 11.5 to 13.0, preferably pH = 12.0 to 13.0, and in the case of receptor AMPC, the metal dissolution solution is adjusted to pH = 5.5 to 9.0. The lead {Pb (II)} ion can be efficiently adsorbed to HOM-MC (HOM-DTDR, DPAR, AMPC) by adjusting the pH to preferably 6.0 to 8.0. It should be noted that HOM silica adsorbed with lead ions can be efficiently collected in a high-purity solid state (powder) by evaporating liquids such as ethanol and moisture (heating, vacuuming, etc.) and further drying.
第4段階では、目標金属である鉛を含む金属を吸着したHOM−MC−Pb−Mを、目標金属である鉛以外の金属を遊離できる溶液中に浸漬して、目標金属である鉛以外の金属を除去してほぼ目標金属である鉛だけを吸着したHOM−MC−Pbとする。或いは、pH値や温度や溶液濃度などの条件調整により目標金属である鉛以外の金属を除去してHOM−MC−Pbにできる場合もある。尚、目標金属である鉛以外の金属の吸着が非常に少ない場合(このときは、最初からHOM−MC−Pbである)や、目標金属である鉛だけを遊離できる方法があれば、第4段階は省略することもできる。たとえば、上述したレセプター(DTDR、DPAR、AMPC)を担持したHOM−(DTDR、DPAR、AMPC)の場合には、Mが殆どないので、すなわち、HOM−(DTDR、DPAR、AMPC)−Pbの状態になっているので、第4段階は省略することが可能となる。 In the fourth stage, HOM-MC-Pb-M adsorbing a metal containing lead, which is the target metal, is immersed in a solution capable of releasing metals other than lead, which is the target metal, and other than lead, which is the target metal. The HOM-MC-Pb is formed by removing only the metal and adsorbing only the target metal lead. Alternatively, HOM-MC-Pb may be obtained by removing metals other than lead, which is the target metal, by adjusting conditions such as pH value, temperature, and solution concentration. If there is very little adsorption of metal other than lead, which is the target metal (in this case, HOM-MC-Pb from the beginning), or if there is a method that can release only lead, which is the target metal, the fourth The stage can be omitted. For example, in the case of HOM- (DTDR, DPAR, AMPC) carrying the above-mentioned receptors (DTDR, DPAR, AMPC), there is almost no M, that is, the state of HOM- (DTDR, DPAR, AMPC) -Pb Therefore, the fourth stage can be omitted.
第5段階では、ほぼ目標金属である鉛だけを吸着したHOM−MC−Pbを、目標金属である鉛を溶解可能な溶液に浸漬して、目標金属である鉛イオンを溶解する。(溶出処理)或いは、pH値や温度や溶液濃度などの条件調整により目標金属である鉛イオンだけを遊離できる場合もある。或いは、目標金属である鉛イオンだけを遊離できる溶液に浸漬することにより、目標金属である鉛イオンを溶解できる。このような場合には、必ずしも目標金属である鉛イオンだけを吸着したHOM−MC−Pbにする必要がない。この溶解液から目標金属である鉛イオンが遊離されたHOM−MCは固形物であるから、ろ過して取り除く。固形物として取り除かれたHOM−MCは再度使用可能である。たとえば、HOM−(DTDR、DPAR、AMPC)−Pbの場合にはHCl溶液に浸漬することにより、Pbがほぼ完全に溶出する。 In the fifth stage, HOM-MC-Pb, which has adsorbed only lead as the target metal, is immersed in a solution capable of dissolving lead as the target metal to dissolve lead ions as the target metal. In some cases, only lead ions, which are target metals, can be liberated by adjusting conditions such as pH value, temperature, and solution concentration. Or the lead ion which is a target metal can be melt | dissolved by immersing in the solution which can release | release only the lead ion which is a target metal. In such a case, it is not always necessary to use HOM-MC-Pb that adsorbs only the lead metal that is the target metal. Since HOM-MC from which lead ions, which are the target metal, are released from this solution, is a solid, it is removed by filtration. The HOM-MC removed as a solid can be used again. For example, in the case of HOM- (DTDR, DPAR, AMPC) -Pb, Pb is almost completely eluted by being immersed in an HCl solution.
また、目標金属である鉛の溶解液から種々の方法(たとえば、電気分解法)により、目標金属を分離すると目標金属である鉛を回収できる。すなわち、都市鉱石等から目標金属である鉛を回収できた。たとえば、HOM−(DTDR、DPAR、AMPC)−Pbを塩酸水溶液に浸漬することにより、Pb(II)イオンを遊離できる。この結果、固形物HOM−(R1〜R4)はろ過して再利用でき、第3段階において再び使用できる。Pb(II)イオンは溶離(溶出)液に溶けているので、メッキ等によりPb単体として回収できる。尚、HOM−MCに目標金属である鉛を吸着してHOM−MC−Pbにすることを目標金属である鉛の抽出と考えた場合に、この工程はHOM−MC−PbからPbを遊離してHOM−MCにするので逆抽出工程と言うこともできる。 Further, when the target metal is separated from a solution of lead as the target metal by various methods (for example, electrolysis), the lead as the target metal can be recovered. That is, the target metal lead could be recovered from urban ore. For example, Pb (II) ions can be liberated by immersing HOM- (DTDR, DPAR, AMPC) -Pb in an aqueous hydrochloric acid solution. As a result, the solid HOM- (R1-R4) can be filtered and reused and can be used again in the third stage. Since Pb (II) ions are dissolved in the elution (elution) solution, they can be recovered as Pb alone by plating or the like. In addition, this process releases Pb from HOM-MC-Pb when HOM-MC adsorbs lead, which is the target metal, to form HOM-MC-Pb. Since it is HOM-MC, it can also be called a back extraction process.
以上述べた第1段階〜第5段階の工程を経ることにより、都市鉱石等から得られた目標金属である鉛を溶解した金属溶解溶液から、鉛イオン吸着性化合物を担持した高度に秩序化したHOMシリカ(HOMS)を用いて、目標金属である鉛を回収することができる。 Through the processes of the first stage to the fifth stage described above, a highly ordered material carrying a lead ion-adsorbing compound was obtained from a metal solution obtained by dissolving lead as a target metal obtained from urban ore. HOM silica (HOMS) can be used to recover the target metal lead.
<レセプターDTDR[4-(2-ジアゼニル-1,3,4-チアジアゾール)-6-ドデシルレゾルシノール{4-(2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole)-6-dodecylresorcinol}]の生成>
図3は、レセプターDTDRの生成に関する合成方法を示す図である。約0.05モルの2-アミノ-1,3,4-チアジアゾール(2-amino-1,3,4-thiadiazol)を40mlのHClに溶解する。この溶液を0℃に冷却し、水に溶かした3.5gのNaNO2をこの溶液にゆっくりと添加した。反応の進行は、ヨウ化デンプン紙により制御された。最終的に、このジアゾニウム塩溶液は、4NのHCl溶液60mlに3.4gの6-ドデシルレゾルシノール(6-dodecylresorcinol)を溶解し充分に冷却した溶液に、ゆっくりと注がれた。この結果得られた溶液を0℃で30分冷却し、その後で、180mlの水に60gの酢酸ナトリウムを溶解した水溶液を加えた。このカップリング反応は0℃で2時間かけて行なわれ、生成した析出物は水洗された。この析出物がDTDRである。
<Generation of receptor DTDR [4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol}]>
FIG. 3 is a diagram showing a synthesis method relating to the generation of receptor DTDR. About 0.05 mol of 2-amino-1,3,4-thiadiazol is dissolved in 40 ml of HCl. The solution was cooled to 0 ° C. and 3.5 g NaNO 2 dissolved in water was slowly added to the solution. The progress of the reaction was controlled by iodinated starch paper. Finally, the diazonium salt solution was slowly poured into a well-cooled solution of 3.4 g 6-dodecylresorcinol in 60 ml 4N HCl solution. The resulting solution was cooled at 0 ° C. for 30 minutes, after which an aqueous solution of 60 g sodium acetate in 180 ml water was added. This coupling reaction was carried out at 0 ° C. for 2 hours, and the produced precipitate was washed with water. This precipitate is DTDR.
<レセプターDPAR[2-ドデシル-4-((フェニル)ジアゼニル)レゾルシノール{2-dodecyl-4-((phenyl)diazenyl)resorcinol}]の生成>
図4は、レセプターDPARの生成に関する合成方法を示す図である。約0.05モルのアニリンを40mlのHClに溶解する。この溶液を0℃に冷却し、水に溶かした3.5gのNaNO2をこの溶液にゆっくりと添加した。反応の進行は、ヨウ化デンプン紙により制御された。最終的に、このジアゾニウム塩溶液は、4NのHCl溶液60mlに3.4gの6-ドデシルレゾルシノール(6-dodecylresorcinol)を溶解し充分に冷却した溶液に、ゆっくりと注がれた。この結果得られた溶液を0℃で30分冷却し、その後で、180mlの水に60gの酢酸ナトリウムを溶解した水溶液を加えた。このカップリング反応は0℃で2時間かけて行なわれ、生成した析出物は水洗された。この析出物がDPARである。
<Production of Receptor DPAR [2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol {2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol}]>
FIG. 4 is a diagram showing a synthesis method relating to the generation of receptor DPAR. About 0.05 mol of aniline is dissolved in 40 ml of HCl. The solution was cooled to 0 ° C. and 3.5 g NaNO 2 dissolved in water was slowly added to the solution. The progress of the reaction was controlled by iodinated starch paper. Finally, the diazonium salt solution was slowly poured into a well-cooled solution of 3.4 g 6-dodecylresorcinol in 60 ml 4N HCl solution. The resulting solution was cooled at 0 ° C. for 30 minutes, after which an aqueous solution of 60 g sodium acetate in 180 ml water was added. This coupling reaction was carried out at 0 ° C. for 2 hours, and the produced precipitate was washed with water. This precipitate is DPAR.
<レセプターAMPC[アンモニウム・メチル・2-メルカプトフェニルカルバモジチオエ−ト{ammonium methyl 2-mercaptophenylcarbamodithioate}]の生成>
図5は、レセプターAMPCの生成に関する合成方法を示す図である。28%アンモニア水溶液10mlを3mlの2-アミノベンゼンチオールへ氷浴中で10分間攪拌しながら添加し、その後、10mlの二流化炭素を30分以内に滴状に加え、この混合液を2時間攪拌した。その後、ろ過し水洗し、AMPCを生成した。
<Generation of receptor AMPC [ammonium methyl 2-mercaptophenylcarbamodithioate}]
FIG. 5 is a diagram showing a synthetic method relating to the production of receptor AMPC. 10 ml of 28% aqueous ammonia solution was added to 3 ml of 2-aminobenzenethiol in an ice bath with stirring for 10 minutes, and then 10 ml of second stream carbon was added dropwise within 30 minutes, and the mixture was stirred for 2 hours. did. Thereafter, it was filtered and washed with water to produce AMPC.
<HOM材料の合成>
図2は、ケージ状あるいはシリンダー状の立方晶モノリス(以下、HOM-Cage1と記す)の生成方法を示す図である。丸形フラスコに8.0gの テトラメチルオルトシリケート{Tetramethylorthosilicate (TMOS)}を入れ、その中に5.6gの界面活性剤(EO141PO44EO141)F108を添加する。界面活性剤を完全に溶解させるためにフラスコは約60℃の温水に保持された。この後、4gのpH1.3の酸性水溶液(H2O-HCl)を添加し、ロータリーエバポレータにより溶液を10分間蒸発させると、固体材料が形成された。この固体材料は水分を含み塊状なので、さらにオーブン中において40℃で1日保持し、その後450℃で8時間焼成することにより粉末状のHOM-Cage(ケージ状メソポーラスシリカ)を形成した。(以下HOM−Cage1とも称する。)
<Synthesis of HOM materials>
FIG. 2 is a diagram showing a method for generating a cage-like or cylinder-like cubic monolith (hereinafter referred to as HOM-Cage1). Place 8.0 g of tetramethylorthosilicate (TMOS) into a round flask and add 5.6 g of surfactant (EO141PO44EO141) F108. The flask was kept in hot water at about 60 ° C. to completely dissolve the surfactant. After this, 4 g of acidic aqueous solution with pH 1.3 (H2O-HCl) was added and the solution was evaporated on a rotary evaporator for 10 minutes to form a solid material. Since this solid material contained water and was agglomerated, it was further kept in an oven at 40 ° C. for 1 day and then calcined at 450 ° C. for 8 hours to form powdered HOM-Cage (cage-like mesoporous silica). (Hereinafter also referred to as HOM-Cage1.)
<HOM−センサー材料(HOM−DPAR)の合成>
HOM−センサー材料すなわち、HOMにレセプターDPAR、DTDRおよびAMPCを担持し、HOM−DPAR、DTDR、AMPCを作製する方法はほとんど同じであるので、HOM−DPARを合成する方法について以下に示す。図6は、レセプターDPARを担持したHOM−DPARの製造方法を示す図である。丸形フラスコに入ったエタノール液中に0.05gの2-ドデシル-4-((フェニル)ジアゼニル)レゾルシノール(DPAR)を入れ、実施例4で生成したHOM−Cageを1g添加した。丸形フラスコ中のエタノールは、フラスコをロータリーエバポレータへ連結し、45〜50℃でゆっくりと真空引きして取り除かれた。フラスコ中の粘性液体は、2時間以内に有色のゲル状材料(固体生成物)へ変化した。この材料を65〜70℃で5時間乾燥した後温水洗浄し、再度65〜70℃で乾燥した。乾燥した塊状粉末をすりつぶして細かい粉末状にして、この粉末状材料(HOM−DPAR)は鉛イオン{Pb(II)}抽出に使用された。
<Synthesis of HOM-sensor material (HOM-DPAR)>
HOM-sensor material, that is, HOM is loaded with receptors DPAR, DTDR and AMPC, and the methods for preparing HOM-DPAR, DTDR and AMPC are almost the same, so the method for synthesizing HOM-DPAR will be described below. FIG. 6 is a diagram showing a method for producing HOM-DPAR carrying receptor DPAR. 0.05 g of 2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol (DPAR) was placed in an ethanol solution in a round flask, and 1 g of HOM-Cage produced in Example 4 was added. The ethanol in the round flask was removed by connecting the flask to a rotary evaporator and slowly evacuating at 45-50 ° C. The viscous liquid in the flask changed to a colored gel material (solid product) within 2 hours. This material was dried at 65-70 ° C. for 5 hours, washed with warm water, and dried again at 65-70 ° C. The dried bulk powder was ground into a fine powder and this powdered material (HOM-DPAR) was used for lead ion {Pb (II)} extraction.
<HOM−センサー材料(DPAR)の特性>
図7は、HOM―センサー材料(DPAR)の窒素(N2)吸着・脱着等温線を示す図である。縦軸に吸着量、横軸に相対圧力(P0=1atm)を示す。4つの試料{(1)HOM-Cage1、(2)HOM―DPAR、(3)HOM−DPAR−Pb(II)、(4)HOM−DPAR(after Elution)}ともIUPACのIV型の曲線であり、メソポーラス(細孔直径2〜50nm)の存在を示している。また、4つの試料すなわちHOMモノリスのN2吸着・脱着等温線は、吸着/脱着ブランチの周知の急峻な屈曲パターンを有する顕著なヒステリシスループを示している。これらはHOMサンプルの特徴であり、ケージ状ポア(細孔)が均一性良く形成され規則的に配列されていることを示し、またセンサー材料であるDPARが均一にかつ規則的にHOMに担持されていることを示している。さらに、等温線形状およびP/P0(0.5-0.55レンジ)の毛管蒸発はこの4つの試料全てに関して類似している。
<Characteristics of HOM-sensor material (DPAR)>
FIG. 7 is a graph showing nitrogen (N 2 ) adsorption / desorption isotherms of the HOM-sensor material (DPAR). The vertical axis represents the amount of adsorption, and the horizontal axis represents the relative pressure (P0 = 1 atm). The four samples {(1) HOM-Cage1, (2) HOM-DPAR, (3) HOM-DPAR-Pb (II), (4) HOM-DPAR (after Elution)} are IUPAC type IV curves. , Indicating the presence of mesoporous (pore diameter 2-50 nm). Also, the N 2 adsorption / desorption isotherm of the four samples, the HOM monolith, shows a pronounced hysteresis loop with a well-known steep bend pattern of the adsorption / desorption branch. These are characteristics of the HOM sample, indicating that the cage pores (pores) are well formed and regularly arranged, and the sensor material DPAR is uniformly and regularly supported on the HOM. It shows that. Furthermore, the isotherm shape and capillary evaporation of P / P0 (0.5-0.55 range) are similar for all four samples.
図8は、窒素(N2)吸着・脱着等温線から求めたHOM−センサー材料(DPAR)の特性を示す表である。上記材料{(1)HOM-Cage1、(2)HOM―DPAR、(3)HOM−DPAR−Pb(II)、(4)HOM−DPAR(after Elution)}のBET比表面積(Surface area)は、それぞれ、473.96m2g−1、347.01m2g−1、349.81m2g−1、362.49m2g−1である。また、上記材料{(1)HOM-Cage1、(2)HOM―DPAR、(3)HOM−DPAR−Pb(II)、(4)HOM−DPAR(after Elution)}の全細孔体積(Pore volume)は、それぞれ、0.72cm3g−1、0.41 cm3g−1、0.43 cm3g−1、0.47 cm3g−1であり、細孔サイズ(Pore size)は、それぞれ、8.6nm、5.4nm、5.83nm、6.29nmである。BET比表面積は大きく、細孔サイズも小さく、HOM−DTDRは良好な吸着サイトを持つことが分かる。さらに、HOM−DPARに鉛イオンを吸着させ、その鉛イオンを溶出させても窒素吸着・離脱等温線には大きな差はなく、HOM−DPARは鉛イオン吸着に繰り返し利用できることが分かる。 FIG. 8 is a table showing the characteristics of the HOM-sensor material (DPAR) determined from the nitrogen (N 2 ) adsorption / desorption isotherm. The BET specific surface area (Surface area) of the above materials {(1) HOM-Cage1, (2) HOM-DPAR, (3) HOM-DPAR-Pb (II), (4) HOM-DPAR (after Elution)} They are 473.96 m 2 g −1 , 347.01 m 2 g −1 , 349.81 m 2 g −1 , and 362.49 m 2 g −1 , respectively. In addition, the total pore volume (Pore volume) of the above materials {(1) HOM-Cage1, (2) HOM-DPAR, (3) HOM-DPAR-Pb (II), (4) HOM-DPAR (after Elution)} ) Are 0.72 cm 3 g −1 , 0.41 cm 3 g −1 , 0.43 cm 3 g −1 , 0.47 cm 3 g −1 , respectively, and the pore sizes are 8.6 nm and 5.4 respectively. nm, 5.83 nm, and 6.29 nm. It can be seen that the BET specific surface area is large and the pore size is small, and HOM-DTDR has a good adsorption site. Furthermore, even if lead ions are adsorbed on HOM-DPAR and the lead ions are eluted, there is no significant difference in the nitrogen adsorption / desorption isotherm, indicating that HOM-DPAR can be repeatedly used for lead ion adsorption.
<HOM−センサー材料(DTDR)の特性>
図9は、HOM―センサー材料(DTDR)の窒素(N2)吸着・脱着等温線を示す図である。縦軸に吸着量、横軸に相対圧力(P0=1atm)を示す。4つの試料{(1)HOM−Cage1、(2)HOM−DTDR、(3)HOM−DTDR−Pb(II)、(4)HOM−DTDR(after Elution)}ともIUPACのIV型の曲線であり、メソポーラス(細孔直径2〜50nm)の存在を示している。また、4つの試料すなわちHOMモノリスのN2吸着・脱着等温線は、吸着/脱着ブランチの周知の急峻な屈曲パターンを有する顕著なヒステリシスループを示している。これらはHOMサンプルの特徴であり、ケージ状ポア(細孔)が均一性良く形成され規則的に配列されていることを示し、またセンサー材料であるDTDRが均一にかつ規則的にHOMに担持されていることを示している。さらに、等温線形状およびP/P0(0.45-0.5レンジ)の毛管蒸発はこの4つの試料全てに関して類似している。
<Characteristics of HOM-sensor material (DTDR)>
FIG. 9 is a graph showing nitrogen (N 2 ) adsorption / desorption isotherms of HOM-sensor material (DTDR). The vertical axis represents the amount of adsorption, and the horizontal axis represents the relative pressure (P0 = 1 atm). The four samples {(1) HOM-Cage1, (2) HOM-DTDR, (3) HOM-DTDR-Pb (II), (4) HOM-DTDR (after Elution)} are IUPAC type IV curves. , Indicating the presence of mesoporous (pore diameter 2-50 nm). Also, the N 2 adsorption / desorption isotherm of the four samples, the HOM monolith, shows a pronounced hysteresis loop with a well-known steep bend pattern of the adsorption / desorption branch. These are characteristics of the HOM sample, indicating that the cage pores (pores) are well formed and regularly arranged, and the sensor material DTDR is uniformly and regularly supported on the HOM. It shows that. Furthermore, the isotherm shape and capillary evaporation of P / P0 (0.45-0.5 range) are similar for all four samples.
図10は、窒素(N2)吸着・脱着等温線から求めたHOM−センサー材料(DTDR)の特性を示す表である。上記材料{HOM−Cage1、HOM−DTDR、HOM−DTDR−Pb(II)、HOM−DTDR(after Elution)}のBET比表面積(Surface area)は、それぞれ、473.96m2g−1、422.26m2g−1、430.03m2g−1、463.43m2g−1である。また、上記材料{HOM−Cage1、HOM−DTDR、HOM−DTDR−Pb(II)、HOM−DTDR(after Elution)}の全細孔体積(Pore volume)は、それぞれ、0.72cm3g−1、0.48cm3g−1、0.51cm3g−1、0.57cm3g−1であり、細孔サイズ(Pore size)は、それぞれ、8.6nm、4.63nm、4.99nm、4.99nmである。BET比表面積は大きく、細孔サイズも小さく、HOM−DTDRは良好な吸着サイトを持つことが分かる。さらに、HOM−DTDRに鉛イオンを吸着させ、その鉛イオンを溶出させても窒素吸着・離脱等温線には大きな差はなく、HOM−DTDRは鉛イオン吸着に繰り返し利用できることが分かる。 FIG. 10 is a table showing the characteristics of the HOM-sensor material (DTDR) obtained from the nitrogen (N 2 ) adsorption / desorption isotherm. The material BET specific surface area of {HOM-Cage1, HOM-DTDR , HOM-DTDR-Pb (II), HOM-DTDR (after Elution)} (Surface area) , respectively, 473.96m 2 g -1, 422.26m 2 g -1, 430.03m 2 g -1, which is 463.43m 2 g -1. In addition, the total pore volume of the materials {HOM-Cage1, HOM-DTDR, HOM-DTDR-Pb (II), HOM-DTDR (after Elution)} is 0.72 cm 3 g −1 , respectively. 0.48 cm 3 g −1 , 0.51 cm 3 g −1 , 0.57 cm 3 g −1 , and the pore sizes are 8.6 nm, 4.63 nm, 4.99 nm, and 4.99 nm, respectively. It can be seen that the BET specific surface area is large and the pore size is small, and HOM-DTDR has a good adsorption site. Furthermore, even if lead ions are adsorbed on HOM-DTDR and the lead ions are eluted, there is no significant difference in the nitrogen adsorption / desorption isotherm, indicating that HOM-DTDR can be repeatedly used for lead ion adsorption.
<HOM−DTDR、HOM−DPAR、およびHOM−AMPCに関するpHの調査>
8種類のpH水溶液(2.0、3.5、5.2、7.0、9.5、11.0、12.5および13.5)を使用し、鉛{Pb(II)}イオンがどのpHで最も吸着されるか、各センサーHOM−DTDR、 HOM−DPAR、およびHOM−AMPCに関して調査した。pH2.0およびpH3.5に関しては0.01M硫酸または0.2M KCl−HClのどちらかのpH調整溶液を使い、pH5.2に関してはCH3COOH− CH3COONaのpH溶液を使用した。PH7.0、9.5、11.0、12.5および13.5に関しては、3-モルホルノプロパン・スルホン酸{3-morpholinopropane sulfonic acid (MOPS)}、N-シクロヘキシル-3-アミノプロパン・スルホン酸{N-cyclohexyl-3-aminopropane sulfonic
acid (CAPS)}、2-(シクロヘキシルアミノ)エタン・スルホン酸{2-(cyclohexylamino) ethane sulfonic acid (CHES)}、およびKClの混合液を使用し、さらに、0.2MのNaOHを使ってpH調整を行なった。各pH溶液4mlに2ppmのPb(II)を添加し、必要量の水を加えて20ml水溶液にした。この水溶液に各センサーHOM−DTDR、DPAR、AMPCを添加し、25分間攪拌してからろ過し固体材料を得た。
<Investigation of pH for HOM-DTDR, HOM-DPAR, and HOM-AMPC>
Using 8 types of pH aqueous solutions (2.0, 3.5, 5.2, 7.0, 9.5, 11.0, 12.5 and 13.5), at which pH the lead {Pb (II)} ion is most adsorbed, each sensor HOM-DTDR, We investigated HOM-DPAR and HOM-AMPC. For pH 2.0 and pH 3.5, a pH adjusting solution of either 0.01 M sulfuric acid or 0.2 M KCl—HCl was used, and for pH 5.2, a pH solution of CH 3 COOH—CH 3 COONa was used. For PH 7.0, 9.5, 11.0, 12.5 and 13.5, 3-morpholinopropane sulfonic acid (MOPS), N-cyclohexyl-3-aminopropane sulfonic acid {N-cyclohexyl- 3-aminopropane sulfonic
acid (CAPS)}, 2- (cyclohexylamino) ethane sulfonic acid {2- (cyclohexylamino) ethane sulfonic acid (CHES)}, and KCl, and then pH adjustment using 0.2M NaOH Was done. 2 ppm of Pb (II) was added to 4 ml of each pH solution, and a required amount of water was added to make a 20 ml aqueous solution. Each sensor HOM-DTDR, DPAR, and AMPC was added to this aqueous solution, stirred for 25 minutes, and then filtered to obtain a solid material.
この固体材料を紫外可視分光光度計(UV-VIS-NIR Spectroscopy)により、吸収スペクトルを測定した。図11は、波長が531nmにおけるHOM−DPARの種々のpH条件での吸収分光強度(室温測定)を示す。縦軸はpH=12.5のときの信号強度に対する相対強度(%)を示し、横軸にpH値をプロットしている。この図から、pH=12.5の場合が最も高い信号強度を示し、水溶液をこのpH値に保持すると、センサーHOM−DPARは鉛イオンPb(II)を最も良く吸着することが分かる。 The absorption spectrum of this solid material was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer (UV-VIS-NIR Spectroscopy). FIG. 11 shows absorption spectral intensities (measured at room temperature) under various pH conditions for HOM-DPAR at a wavelength of 531 nm. The vertical axis shows the relative intensity (%) with respect to the signal intensity when pH = 12.5, and the horizontal axis plots the pH value. From this figure, it can be seen that pH = 12.5 shows the highest signal intensity, and that the sensor HOM-DPAR best adsorbs lead ions Pb (II) when the aqueous solution is kept at this pH value.
図12は、波長が501nmにおけるHOM−DTDRの種々のpH条件での吸収分光強度(室温測定)を示す。縦軸はpH=12.5のときの信号強度に対する相対強度(%)を示し、横軸にpH値をプロットしている。この図から、pH=12.5の場合が最も高い信号強度を示し、水溶液をこのpH値に保持すると、センサーHOM−DTDRは鉛イオン{Pb(II)}を最も良く吸着することが分かる。 FIG. 12 shows absorption spectral intensities (measured at room temperature) under various pH conditions for HOM-DTDR at a wavelength of 501 nm. The vertical axis shows the relative intensity (%) with respect to the signal intensity when pH = 12.5, and the horizontal axis plots the pH value. From this figure, it can be seen that pH = 12.5 shows the highest signal intensity, and that the sensor HOM-DTDR best adsorbs the lead ions {Pb (II)} when the aqueous solution is kept at this pH value.
また、HOM−AMPCに関しては、波長が411nmにおけるHOM−DPARの種々のpH条件での吸収分光強度(室温測定)を測定することにより、図11および図12と同様の図を作成できる。この結果から、HOM−AMPCに関しては、最高応答信号はpH7.0で見出された。すなわち、pH=7.0の場合が最も高い信号強度を示し、水溶液をこのpH値に保持すると、センサーHOM−AMPCは鉛イオン{Pb(II)}を最も良く吸着する。 Moreover, regarding HOM-AMPC, the same figure as FIG. 11 and FIG. 12 can be created by measuring the absorption spectral intensity (room temperature measurement) of HOM-DPAR at various pH conditions at a wavelength of 411 nm. From this result, the highest response signal was found at pH 7.0 for HOM-AMPC. That is, pH = 7.0 shows the highest signal intensity, and when the aqueous solution is kept at this pH value, the sensor HOM-AMPC best adsorbs lead ions {Pb (II)}.
以上から、pH値のばらつきも考慮すると、HOM−DPARおよびHOM−DTDRに関しては鉛イオン{Pb(II)}を最も吸着するpH値は11.5〜13.0の間、好適には12.0〜13.0の間であり、HOM−AMPCに関しては鉛イオン{Pb(II)}を最も吸着するpH値は5.5〜9.0の間、好適には6.0〜8.0の間である。 From the above, considering the variation in pH value, the pH value that most adsorbs the lead ion {Pb (II)} is between 11.5 and 13.0, preferably between 12.0 and 13.0 for HOM-DPAR and HOM-DTDR. Yes, for HOM-AMPC, the pH value that most adsorbs the lead ion {Pb (II)} is between 5.5 and 9.0, preferably between 6.0 and 8.0.
<種々の鉛{Pb(II)}イオン濃度におけるHOM−DPARによる鉛{Pb(II)}イオンの抽出>
鉛{Pb(II)}イオンを最も良く吸着するpH12.5溶液を4ml取り、種々の濃度(0.2ppb〜2ppm)の鉛{Pb(II)}イオンを加えた後、所定量の水を加えて20ml水溶液を作った。これにHOM−DPARを20mg加え、30分間攪拌して、ろ過した。得られた固体材料を紫外可視分光光度計(UV−VIS−NIRスペクトロメーター)を使って紫外可視分光法による吸収スペクトルを測定した。
<Extraction of lead {Pb (II)} ions by HOM-DPAR at various lead {Pb (II)} ion concentrations>
Take 4ml of pH 12.5 solution that best adsorbs lead {Pb (II)} ions, add various concentrations (0.2ppb ~ 2ppm) of lead {Pb (II)} ions, then add predetermined amount of water To make a 20 ml aqueous solution. 20 mg of HOM-DPAR was added to this, and it stirred for 30 minutes, and filtered. The absorption spectrum by ultraviolet visible spectroscopy was measured for the obtained solid material using an ultraviolet visible spectrophotometer (UV-VIS-NIR spectrometer).
図13は、この固体材料、すなわち鉛{Pb(II)}イオンを吸着したHOM−DPAR{HOM−DPAR−Pb(II)}の紫外可視分光光度曲線および固体材料の色調を示す図である。得られた固体材料の色調は、鉛{Pb(II)}イオンが吸着していないときの色(0ppb試料は薄い褐色で、これはHOM−DPARの色である)に対して、鉛{Pb(II)}イオン濃度が増加するにつれてだんだん濃い褐色(2ppm)に遷移していく。従って、この色調を見ることによって固体材料中に取り込まれた鉛{Pb(II)}イオン濃度を知ることができ、HOM−DPARは比色分析法による鉛{Pb(II)}イオン濃度センサーとして使用できる。 FIG. 13 is a diagram showing an ultraviolet-visible spectrophotometric curve of this solid material, that is, HOM-DPAR {HOM-DPAR-Pb (II)} adsorbing lead {Pb (II)} ions and the color tone of the solid material. The color of the obtained solid material is the color when lead {Pb (II)} ions are not adsorbed (0ppb sample is light brown, which is the color of HOM-DPAR). (II)} As the ion concentration increases, it gradually shifts to dark brown (2 ppm). Therefore, by looking at this color tone, the concentration of lead {Pb (II)} ions taken into the solid material can be known, and HOM-DPAR is used as a lead {Pb (II)} ion concentration sensor by colorimetry. Can be used.
図13に示す分光曲線のグラフにおいて、横軸は測定波長、縦軸は吸収率を示す。分光光度曲線は下の方から、Pb(II)濃度が0ppb(曲線1)、0.2ppb(曲線2)、0.5ppb(曲線3)、1.0ppb(曲線4)、5ppb(曲線5)、50ppb(曲線6)、100ppb(曲線7)、500ppb(曲線8)、および2ppm(曲線9)である場合を示す。このように、分光光度はすべての測定波長(300nm〜900nm)において、鉛{Pb(II)}イオン濃度が増加するに従い吸収率が連続的に増加する。特に鉛{Pb(II)}イオン吸着の効果は波長が531nmの可視光におけるスペクトルデータに表れる。 In the graph of the spectral curve shown in FIG. 13, the horizontal axis indicates the measurement wavelength, and the vertical axis indicates the absorption rate. From the bottom of the spectrophotometric curve, the Pb (II) concentration is 0 ppb (curve 1), 0.2 ppb (curve 2), 0.5 ppb (curve 3), 1.0 ppb (curve 4), 5 ppb (curve 5), 50 ppb ( Curve 6), 100 ppb (curve 7), 500 ppb (curve 8), and 2 ppm (curve 9) are shown. As described above, the spectrophotometry has an absorptivity continuously increasing as the lead {Pb (II)} ion concentration increases at all measurement wavelengths (300 nm to 900 nm). In particular, the effect of lead {Pb (II)} ion adsorption appears in spectral data in visible light having a wavelength of 531 nm.
図14は、図13に示す分光曲線を使って求めた、波長が531nmの可視光における吸光度と鉛{Pb(II)}イオン濃度との関係を示す図である。横軸に鉛{Pb(II)}イオン濃度{マイクロモル(μM)}、縦軸に吸光度の相対強度を示す。Pb(II)濃度が0のときにおける吸光度をA0とし、種々のPb(II)濃度のときにおける吸光度をAとし、吸光度の相対強度を、(A−A0)で示す。従って、A=A0のとき吸光度の相対強度は0である。 FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the absorbance of visible light having a wavelength of 531 nm and the concentration of lead {Pb (II)} ions, obtained using the spectral curve shown in FIG. The horizontal axis represents lead {Pb (II)} ion concentration {micromol (μM)}, and the vertical axis represents relative intensity of absorbance. The absorbance when the Pb (II) concentration is 0 is A0, the absorbance at various Pb (II) concentrations is A, and the relative intensity of the absorbance is represented by (A-A0). Therefore, when A = A0, the relative intensity of absorbance is zero.
図14からも(波長が531nmにおいて)吸収スペクトル強度は鉛{Pb(II)}イオン濃度が増加するに従い大きくなる。この曲線を使えば、HOM−DPARに吸着された鉛{Pb(II)}イオン濃度を知ることができる。すなわち、HOM−DPARは良好な鉛{Pb(II)}イオン濃度センサーである。特に、0.05μM以下の鉛{Pb(II)}イオン濃度の場合、内グラフから分かるように吸収率の相対強度と鉛{Pb(II)}イオン濃度との関係は直線性があるので、吸収率が分かれば即座に鉛{Pb(II)}イオン濃度を求めることができる。従って、図8はHOM−DPARの鉛{Pb(II)}イオン濃度センサーのキャリブレーションカーブと言える。 Also from FIG. 14 (at a wavelength of 531 nm), the absorption spectrum intensity increases as the lead {Pb (II)} ion concentration increases. By using this curve, the concentration of lead {Pb (II)} ions adsorbed on HOM-DPAR can be known. That is, HOM-DPAR is a good lead {Pb (II)} ion concentration sensor. In particular, in the case of lead {Pb (II)} ion concentration of 0.05μM or less, the relationship between the relative intensity of the absorptance and the lead {Pb (II)} ion concentration is linear, as can be seen from the inner graph. If the rate is known, the lead {Pb (II)} ion concentration can be obtained immediately. Therefore, FIG. 8 can be said to be a calibration curve of the HOM-DPAR lead {Pb (II)} ion concentration sensor.
このHOM−DPARを用いた鉛{Pb(II)}イオン濃度センサーの紫外可視分光光度計(UV−VIS−NIRスペクトロメーター)による測定時間は約2分、検出限界は4.3x10−8mol/dm3、検出範囲は0.0002〜10.0ppmであり、センサーの必要量は10gで約1gのPbとなる。HOM−DPARは繰り返し使用できるので、鉛{Pb(II)}の回収剤としても使用できる。 The lead {Pb (II)} ion concentration sensor using this HOM-DPAR has a measurement time of about 2 minutes with an ultraviolet-visible spectrophotometer (UV-VIS-NIR spectrometer) and a detection limit of 4.3 × 10 −8 mol / dm 3 The detection range is 0.0002 to 10.0 ppm, and the required amount of the sensor is about 1 g of Pb at 10 g. Since HOM-DPAR can be used repeatedly, it can also be used as a recovery agent for lead {Pb (II)}.
<種々の鉛{Pb(II)}イオン濃度におけるHOM−DTDRによる鉛{Pb(II)}イオンの抽出>
鉛{Pb(II)}イオンを最も良く吸着するpH12.5溶液を4ml取り、種々の濃度(0.2ppb〜2ppm)の鉛{Pb(II)}イオンを加えた後、所定量の水を加えて20ml水溶液を作った。これにHOM−DTDRを20mg加え、30分間攪拌して、ろ過した。得られた固体材料を紫外可視分光光度計(UV−VIS−NIRスペクトロメーター)を使って紫外可視分光法による吸光度を測定した。
<Extraction of lead {Pb (II)} ions by HOM-DTDR at various lead {Pb (II)} ion concentrations>
Take 4ml of pH 12.5 solution that best adsorbs lead {Pb (II)} ions, add various concentrations (0.2ppb ~ 2ppm) of lead {Pb (II)} ions, then add predetermined amount of water To make a 20 ml aqueous solution. 20 mg of HOM-DTDR was added to this, and it stirred for 30 minutes, and filtered. The obtained solid material was measured for absorbance by UV-visible spectroscopy using an UV-VIS spectrophotometer (UV-VIS-NIR spectrometer).
図15は、この固体材料、すなわち鉛{Pb(II)}イオンを吸着したHOM−DTDR{HOM−DTDR−Pb(II)}の紫外可視分光光度曲線および固体材料の色調を示す図である。得られた固体材料の色調は、鉛{Pb(II)}イオンが吸着していないときの色(0ppb試料は薄い褐色で、これはHOM−DTDRの色である)に対して、鉛{Pb(II)}イオン濃度が増加するにつれてだんだん濃くなり、濃い褐色(2ppm)に遷移していく。従って、この色調を見ることによって固体材料中に取り込まれた鉛{Pb(II)}イオン濃度を知ることができ、HOM−DTDRは比色分析法による鉛{Pb(II)}イオン濃度センサーとして使用できる。 FIG. 15 is a diagram showing an ultraviolet-visible spectrophotometric curve of this solid material, that is, HOM-DTDR {HOM-DTDR-Pb (II)} adsorbing lead {Pb (II)} ions and the color tone of the solid material. The color tone of the obtained solid material is the color when lead {Pb (II)} ions are not adsorbed (0ppb sample is light brown, which is the color of HOM-DTDR). (II)} As the ion concentration increases, it gradually increases and transitions to dark brown (2 ppm). Therefore, by looking at this color tone, the concentration of lead {Pb (II)} ions taken into the solid material can be known, and HOM-DTDR is a lead {Pb (II)} ion concentration sensor by colorimetric analysis. Can be used.
図15に示す分光曲線のグラフにおいて、横軸は測定波長、縦軸は吸収率を示す。分光光度曲線は下の方から、Pb(II)濃度が0ppb(曲線1)、0.2ppb(曲線2)、0.5ppb(曲線3)、1.0ppb(曲線4)、5ppb(曲線5)、50ppb(曲線6)、100ppb(曲線7)、500ppb(曲線8)、および2ppm(曲線9)である場合を示す。このように、分光光度はすべての測定波長(300nm〜900nm)において、鉛{Pb(II)}イオン濃度が増加するに従い吸光度が連続的に増加する。特に鉛{Pb(II)}イオン吸着の効果は波長が501nmの可視光におけるスペクトルデータに表れる。 In the graph of the spectral curve shown in FIG. 15, the horizontal axis indicates the measurement wavelength, and the vertical axis indicates the absorption rate. From the bottom of the spectrophotometric curve, the Pb (II) concentration is 0 ppb (curve 1), 0.2 ppb (curve 2), 0.5 ppb (curve 3), 1.0 ppb (curve 4), 5 ppb (curve 5), 50 ppb ( Curve 6), 100 ppb (curve 7), 500 ppb (curve 8), and 2 ppm (curve 9) are shown. In this way, the spectrophotometric intensity increases continuously as the lead {Pb (II)} ion concentration increases at all measurement wavelengths (300 nm to 900 nm). In particular, the effect of lead {Pb (II)} ion adsorption appears in spectral data in visible light having a wavelength of 501 nm.
図16は、図15に示す分光光度曲線を使って求めた、波長が501nmの可視光における吸光度と鉛{Pb(II)}イオン濃度との関係を示す図である。横軸に鉛{Pb(II)}イオン濃度{マイクロモル(μM)}、縦軸に吸光度の相対強度を示す。Pb(II)濃度が0のときにおける吸光度をA0とし、種々のPb(II)濃度のときにおける吸光度をAとし、吸光度の相対強度を、(A−A0)で示す。従って、A=A0のとき吸光度の相対強度は0である。 FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the absorbance of visible light having a wavelength of 501 nm and the concentration of lead {Pb (II)} ions, obtained using the spectrophotometric curve shown in FIG. The horizontal axis represents lead {Pb (II)} ion concentration {micromol (μM)}, and the vertical axis represents relative intensity of absorbance. The absorbance when the Pb (II) concentration is 0 is A0, the absorbance at various Pb (II) concentrations is A, and the relative intensity of the absorbance is represented by (A-A0). Therefore, when A = A0, the relative intensity of absorbance is zero.
図16からも(波長が501nmにおいて)吸光度は鉛{Pb(II)}イオン濃度が増加するに従い大きくなることが分かる。この曲線を使えば、HOM−DTDRに吸着された鉛{Pb(II)}イオン濃度を知ることができる。すなわち、HOM−DTDRは良好な鉛{Pb(II)}イオン濃度センサーである。特に、0.05μM以下の鉛{Pb(II)}イオン濃度の場合、内グラフから分かるように吸光度の相対強度と鉛{Pb(II)}イオン濃度との関係は直線性があるので、吸光度が分かれば即座に鉛{Pb(II)}イオン濃度を求めることができる。従って、図10はHOM−DTDRの鉛{Pb(II)}イオン濃度センサーのキャリブレーションカーブと言える。 FIG. 16 also shows that the absorbance increases as the lead {Pb (II)} ion concentration increases (at a wavelength of 501 nm). Using this curve, the concentration of lead {Pb (II)} ions adsorbed on HOM-DTDR can be known. That is, HOM-DTDR is a good lead {Pb (II)} ion concentration sensor. In particular, in the case of a lead {Pb (II)} ion concentration of 0.05 μM or less, since the relationship between the relative intensity of the absorbance and the lead {Pb (II)} ion concentration is linear as can be seen from the inner graph, the absorbance is If it is known, the lead {Pb (II)} ion concentration can be obtained immediately. Therefore, FIG. 10 can be said to be a calibration curve of the HOM-DTDR lead {Pb (II)} ion concentration sensor.
このHOM−DTDRを用いた鉛{Pb(II)}イオン濃度センサーの紫外可視分光光度計(UV−VIS−NIRスペクトロメーター)による測定時間は約2分、検出限界は3.0x10−8mol/dm3、検出範囲は0.0002〜15.0ppmであり、センサーの必要量はセンサー10gで約1gのPbとなる。HOM−DTDRは繰り返し使用できるので、鉛{Pb(II)}の良好な回収剤としても使用できる。 The lead {Pb (II)} ion concentration sensor using this HOM-DTDR has a measurement time of about 2 minutes with an ultraviolet-visible spectrophotometer (UV-VIS-NIR spectrometer) and a detection limit of 3.0 × 10 −8 mol / dm 3 The detection range is 0.0002 to 15.0 ppm, and the required amount of sensor is about 1 g of Pb with 10 g of sensor. Since HOM-DTDR can be used repeatedly, it can also be used as a good recovery agent for lead {Pb (II)}.
<種々の鉛{Pb(II)}イオン濃度におけるHOM−AMPCによる鉛{Pb(II)}イオンの抽出>
鉛{Pb(II)}イオンを最も良く吸着するpH7.0溶液を4ml取り、種々の濃度(500ppb〜10ppm)の鉛{Pb(II)}イオンを加えた後、所定量の水を加えて20ml水溶液を作った。これにHOM−AMPCを20mg加え、30分間攪拌して、ろ過した。得られた固体材料を紫外可視分光光度計(UV−VIS−NIRスペクトロメーター)を使って紫外可視分光法による吸光度を測定した。
<Extraction of lead {Pb (II)} ions by HOM-AMPC at various lead {Pb (II)} ion concentrations>
Take 4ml of pH7.0 solution that best adsorbs lead {Pb (II)} ions, add various concentrations (500ppb ~ 10ppm) of lead {Pb (II)} ions, then add a certain amount of water A 20 ml aqueous solution was made. To this, 20 mg of HOM-AMPC was added, stirred for 30 minutes and filtered. The obtained solid material was measured for absorbance by UV-visible spectroscopy using an UV-VIS spectrophotometer (UV-VIS-NIR spectrometer).
図17は、この固体材料、すなわち鉛{Pb(II)}イオンを吸着したHOM−AMPC{HOM−AMPC−Pb(II)}の紫外可視分光光度曲線および固体材料の色調を示す図である。得られた固体材料の色調は、鉛{Pb(II)}イオンが吸着していないときの色(0ppb試料は白色で、これはHOM−AMPCの色である)に対して、鉛{Pb(II)}イオン濃度が増加するにつれてだんだん黄色が着いていき、黄白色(10ppm)に遷移していく。従って、この色調を見ることによって固体材料中に取り込まれた鉛{Pb(II)}イオン濃度を知ることができ、HOM−AMPCは比色分析法による鉛{Pb(II)}イオン濃度センサーとして使用できる。 FIG. 17 is a diagram showing an ultraviolet-visible spectrophotometric curve of this solid material, that is, HOM-AMPC {HOM-AMPC-Pb (II)} adsorbing lead {Pb (II)} ions and the color tone of the solid material. The color tone of the obtained solid material is the color when lead {Pb (II)} ions are not adsorbed (0ppb sample is white, which is the color of HOM-AMPC), and lead {Pb ( II)} As the ion concentration increases, it gradually becomes yellow and transitions to yellowish white (10 ppm). Therefore, by looking at this color tone, it is possible to know the concentration of lead {Pb (II)} ions incorporated into the solid material, and HOM-AMPC is a lead {Pb (II)} ion concentration sensor by colorimetric analysis. Can be used.
図17に示す分光曲線のグラフにおいて、横軸は測定波長、縦軸は吸光度を示す。分光光度曲線は下の方から、Pb(II)濃度が0ppb(曲線1)、500ppb(曲線2)、1ppm(曲線3)、2ppm(曲線4)、5ppm(曲線5)、および10ppm(曲線6)である場合を示す。このように、分光光度は曲線6を除いたすべての測定波長(300nm〜900nm)において、鉛{Pb(II)}イオン濃度が増加するに従い吸光度が連続的に増加する。特に鉛{Pb(II)}イオン吸着の効果は波長が411nmの可視光におけるスペクトルデータに表れる。 In the graph of the spectral curve shown in FIG. 17, the horizontal axis indicates the measurement wavelength, and the vertical axis indicates the absorbance. From the bottom of the spectrophotometric curve, the Pb (II) concentration is 0 ppb (curve 1), 500 ppb (curve 2), 1 ppm (curve 3), 2 ppm (curve 4), 5 ppm (curve 5), and 10 ppm (curve 6). ). As described above, the spectrophotometric absorbance continuously increases as the lead {Pb (II)} ion concentration increases at all measurement wavelengths (300 nm to 900 nm) excluding the curve 6. In particular, the effect of lead {Pb (II)} ion adsorption appears in spectral data in visible light having a wavelength of 411 nm.
図17に示す分光光度曲線を使って求めた、波長が411nmの可視光における吸収率と鉛{Pb(II)}イオン濃度との関係において、吸光度は鉛{Pb(II)}イオン濃度が増加するに従い大きくなる。この関係を使えば、HOM−AMPCに吸着された鉛{Pb(II)}イオン濃度を知ることができる。すなわち、HOM−AMPCは良好な鉛{Pb(II)}イオン濃度センサーである。 In the relationship between the absorptivity of visible light having a wavelength of 411 nm and the concentration of lead {Pb (II)} ions obtained using the spectrophotometric curve shown in FIG. 17, the absorbance increases with the concentration of lead {Pb (II)} ions. It grows as you go. By using this relationship, it is possible to know the concentration of lead {Pb (II)} ions adsorbed on HOM-AMPC. That is, HOM-AMPC is a good lead {Pb (II)} ion concentration sensor.
<DPARによる種々の金属を含む溶液からの鉛イオンの抽出>
鉛{Pb(II)}イオンを最も良く吸着するpH12.5溶液を4mlビーカーに取り、ビーカーへ0.4Mの混合液(クエン酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム)溶液4mlを添加し、種々の金属イオンおよび2ppmのPb(II)を添加し、それから、必要量の水を加えて20ml水溶液にした。この水溶液へNaOHを加えて、pH 12.5に調整した。複数混合物水溶液において、Pb(II)の濃度は2ppmであり、他の金属イオン(Al3+、Co2+、Cr3+、Bi3+、Pd2+、Mn2+、Se4+、Li+、Fe3+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Mg2+、Sn2+、Ca2+、Cd2+、Hg2+)濃度は、それぞれ4ppmであった。その後、HOM−DPARを20mg添加し30分間攪拌した。その水溶液をろ過し、固体材料を得、固体材料について紫外可視分光(UV-VIS-NIR)分析を行なった。ろ過溶液中の金属イオン濃度はICP-OES(ICP発光分光分析)により解析された。ろ過溶液にはPb(II)イオンは含まれず、Pb(II)イオン以外のすべての金属イオンが存在した。固体材料中のPb(II)は、UV-VIS-NIR スペクトルによって測定された。
<Extraction of lead ions from solutions containing various metals by DPAR>
Take a pH 12.5 solution that best adsorbs lead {Pb (II)} ions in a 4 ml beaker, add 4 ml of a 0.4 M mixed solution (sodium citrate, sodium thiosulfate, sodium tartrate) to the beaker. Metal ions and 2 ppm of Pb (II) were added, then the required amount of water was added to make a 20 ml aqueous solution. NaOH was added to this aqueous solution to adjust to pH 12.5. In the multiple mixture aqueous solution, the concentration of Pb (II) is 2 ppm, and other metal ions (Al 3+ , Co 2+ , Cr 3+ , Bi 3+ , Pd 2+ , Mn 2+ , Se 4+ , Li + , Fe 3+ , Cu 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Mg 2+ , Sn 2+ , Ca 2+ , Cd 2+ , and Hg 2+ ) concentrations were 4 ppm, respectively. Thereafter, 20 mg of HOM-DPAR was added and stirred for 30 minutes. The aqueous solution was filtered to obtain a solid material, and the solid material was subjected to UV-VIS-NIR analysis. The metal ion concentration in the filtered solution was analyzed by ICP-OES (ICP emission spectroscopy). The filtered solution did not contain Pb (II) ions, and all metal ions other than Pb (II) ions were present. Pb (II) in the solid material was measured by UV-VIS-NIR spectrum.
図18は、この固体材料、すなわち鉛イオンを吸着したHOM−DPAR{HOM−DPAR−Pb(II)}の紫外可視分光光度曲線および固体材料の色調を示す図である。鉛イオンを含む溶液(2ppm
Pb(II)のみを含む溶液{曲線2:2ppmPb}、2ppm Pb(II)と複数イオンを含む溶液{曲線3:2−4ppm{Pb+Ions}、)に浸漬したHOM−DPARはλ=531nmのピークを示すが、鉛イオンを含まない溶液{曲線1:0ppb、曲線4:2ppm Ions}に浸漬したHOM−DPARはλ=531nmのPb(II)のピークを示さない。このことにより、HOM−DPARは鉛イオン以外の金属イオンは吸着しないことが分かる。
FIG. 18 is a diagram showing an ultraviolet-visible spectrophotometric curve and a color tone of the solid material, that is, HOM-DPAR {HOM-DPAR-Pb (II)} adsorbing lead ions. Solutions containing lead ions (2ppm
HOM-DPAR soaked in a solution containing only Pb (II) {curve 2: 2 ppm Pb}, a solution containing 2 ppm Pb (II) and multiple ions {curve 3: 2-4 ppm {Pb + Ions},) has a peak at λ = 531 nm However, HOM-DPAR immersed in a solution containing no lead ions {curve 1: 0 ppb, curve 4: 2 ppm Ions} does not show a Pb (II) peak at λ = 531 nm. This shows that HOM-DPAR does not adsorb metal ions other than lead ions.
図18に示された色調から、鉛{Pb(II)}イオンを含む複数イオンが含まれた混合液から得られたHOM−DPAR−Pb(II)の色調は、鉛{Pb(II)}イオンだけを含む溶液から得られたHOM−DPAR−Pb(II)の色調と殆ど同じであり、複数イオンが含まれた混合液から得られたHOM−DPAR−Pb(II)は鉛{Pb(II)}以外の金属は含まないことが示唆される。 From the color tone shown in FIG. 18, the color tone of HOM-DPAR-Pb (II) obtained from a mixed solution containing a plurality of ions including lead {Pb (II)} ion is lead {Pb (II)}. The color tone of HOM-DPAR-Pb (II) obtained from a solution containing only ions is almost the same, and HOM-DPAR-Pb (II) obtained from a mixed solution containing multiple ions contains lead {Pb ( It is suggested that metals other than II)} are not included.
<0.05MHClによるHOM−DPARに吸着したPb(II)イオンの溶出/抽出操作>
実施例12において示した複数イオン混合液からPb(II)を抽出した固体材料を溶出液(0.05MHCl)20mlが入ったビーカー中に入れて、30分間攪拌した。この溶液をろ過し、ろ過液と固体材料に分離した。図19は、この固体材料、すなわち鉛{Pb(II)}イオンを吸着したHOM−DPAR{HOM−DPAR−Pb(II)}を0.05MHClによってPb(II)イオンを溶出した後の固体材料の紫外可視分光光度曲線および固体材料の色調を示す図である。比較のために、鉛{Pb(II)}イオンを吸着する前のHOM−DPARの紫外可視分光光度曲線(曲線1)および色調(0ppm)、鉛{Pb(II)}イオンを吸着したHOM−DPAR{HOM−DPAR−Pb(II)}の紫外可視分光光度曲線(曲線2)および色調(2ppm Pb)を一緒に載せている。0.05MHClによってPb(II)イオンを溶出した後の固体材料の紫外可視分光光度曲線が曲線3で色調が「Elution by 0.05MHCl」である。これらの3つの紫外可視分光光度曲線を比較すると、Pb(II)イオンを吸着すると吸光度が大きくなるが、0.05MHCl処理を行なうと元の状態(HOM−DPAR)に戻ることが分かる。特に波長531nmにおけるPb2+の典型的ピークが変化していることからも理解できる。このことは、0.05MHCl処理によってHOM−DPAR−Pb(II)のPb(II)イオンがほとんど溶出してHOM−DPARに変化したことを示しているとともに、HOM−DPARを繰り返しPb(II)イオンを吸着するために使用することが可能であることを示している。
<Elution / extraction operation of Pb (II) ions adsorbed on HOM-DPAR with 0.05M HCl>
The solid material obtained by extracting Pb (II) from the multiple ion mixture shown in Example 12 was placed in a beaker containing 20 ml of an eluent (0.05M HCl) and stirred for 30 minutes. This solution was filtered and separated into a filtrate and a solid material. FIG. 19 shows the solid material after elution of Pb (II) ions with 0.05 M HCl from HOM-DPAR {HOM-DPAR-Pb (II)} adsorbing lead {Pb (II)} ions. It is a figure which shows the ultraviolet-visible spectrophotometric curve and the color tone of a solid material. For comparison, HOM-DPAR UV-visible spectrophotometric curve (curve 1) and color tone (0 ppm) before adsorbing lead {Pb (II)} ion, HOM- adsorbed lead {Pb (II)} ion The UV-visible spectrophotometric curve (curve 2) and color tone (2 ppm Pb) of DPAR {HOM-DPAR-Pb (II)} are listed together. The UV-visible spectrophotometric curve of the solid material after elution of Pb (II) ions with 0.05M HCl is curve 3, and the color tone is “Elution by 0.05M HCl”. Comparing these three UV-visible spectrophotometric curves, it can be seen that the absorbance increases when Pb (II) ions are adsorbed, but returns to the original state (HOM-DPAR) when treated with 0.05M HCl. In particular, it can be understood from the fact that the typical peak of Pb 2+ at the wavelength of 531 nm changes. This shows that the Pb (II) ion of HOM-DPAR-Pb (II) was almost eluted and changed to HOM-DPAR by 0.05M HCl treatment, and Hb-DPAR was repeated to repeat Pb (II) ion. It can be used to adsorb.
図19に示された色調から、鉛{Pb(II)}イオンを含まないHOM−DPARの色調(0ppm)は薄い黄褐色であり、鉛{Pb(II)}イオンを含むHOM−DPAR−Pb(II)の色調{2ppm Pb(II)}は褐色へと変化するが、鉛{Pb(II)}イオンを溶出後のHOM−DPARの色調(Elution by 0.05MHCl)は元に戻ることが分かる。このことからも0.05MHCl処理によってHOM−DPAR−Pb(II)のPb(II)イオンがほとんど溶出してHOM−DPARに変化したことを示している。 From the color tone shown in FIG. 19, the color tone (0 ppm) of HOM-DPAR not containing lead {Pb (II)} ions is light tan, and HOM-DPAR-Pb containing lead {Pb (II)} ions. The color tone of (II) {2ppm Pb (II)} turns brown, but the color tone of HOM-DPAR (Elution by 0.05M HCl) after elution of lead {Pb (II)} ions is restored. . This also indicates that the Pb (II) ion of HOM-DPAR-Pb (II) was almost eluted and changed to HOM-DPAR by 0.05M HCl treatment.
図20は、実施例12に示したHOM−DPARを添加する前の鉛{Pb(II)}イオンを含む複数イオンが入った溶液のICP-OESによる各金属イオンの含有量を示す表である。単位はppmである。鉛{Pb(II)}イオン(Pb2+)の含有量は2.3ppmで、他の金属イン含有量は3.6〜5.3ppmであった。図21は、実施例12に示したHOM−DTDR添加後のろ過液のICP-OESによる各金属イオンの含有量を示す表である。このろ過液の鉛{Pb(II)}イオン濃度は0.021ppmであり、ろ過液には鉛{Pb(II)}イオンが殆ど含まれていないことが分かる。すなわち、HOM−DPARに鉛{Pb(II)}イオンがほぼ100%(約99.1%)吸着された。鉛{Pb(II)}以外の金属イオンはHOM−DPARには殆ど吸着されていない。従って、HOM−DPARの鉛{Pb(II)}イオンの吸着性の選択性は非常に高いことが分かる。図22は、0.05MHClによるHOM−DPARに吸着したPb(II)イオンを溶出した後のろ過液のICP-OESによる各金属イオンの含有量を示す表である。ろ過液中にはPb(II)イオンが2.18ppm含有しているが、他の金属イオンは全く含まれていない。このことからもHOM−DPARに吸着した金属イオンはPb(II)イオンだけであることが分かる。また、当初溶液中に含まれていた鉛{Pb(II)}イオンの95%が回収できたことが分かる。分析の誤差も考えるとほぼ100%の回収率と言える。しかもHOM−DPARは ppb〜ppmオーダーの非常に微量なPb(II)イオンを溶液中から除去できるので、Pb(II)による問題も解決することができる。たとえば、微量なPb(II)が生活用水に含まれると人間の健康に影響を与えるが、本発明のHOM−DPARを用いて微量なPb(II)を除去して健康に影響を与えないレベルまで低減することができる。さらに、N2吸着・脱着等温線によるデータからも、ろ過後の固体材料の特性は本来のHOM−DPARとほとんど同じ特性を有している。従って、Pb(II)イオンを吸着したHOM−DPAR−Pb(II)がHOM−DPARに戻ったことが示され、HOM−DPARは鉛イオン吸着に繰り返し利用できることが分かった。 FIG. 20 is a table showing the content of each metal ion by ICP-OES of a solution containing a plurality of ions including lead {Pb (II)} ions before adding HOM-DPAR shown in Example 12. . The unit is ppm. The content of lead {Pb (II)} ions (Pb 2+ ) was 2.3 ppm, and the content of other metal ions was 3.6 to 5.3 ppm. FIG. 21 is a table showing the content of each metal ion by ICP-OES of the filtrate after addition of HOM-DTDR shown in Example 12. The lead {Pb (II)} ion concentration of this filtrate is 0.021 ppm, and it can be seen that the filtrate contains almost no lead {Pb (II)} ions. That is, almost 100% (about 99.1%) of lead {Pb (II)} ions were adsorbed on HOM-DPAR. Metal ions other than lead {Pb (II)} are hardly adsorbed by HOM-DPAR. Therefore, it can be seen that the selectivity of HOM-DPAR lead {Pb (II)} ion adsorption is very high. FIG. 22 is a table showing the content of each metal ion by ICP-OES in the filtrate after elution of Pb (II) ions adsorbed on HOM-DPAR by 0.05M HCl. The filtrate contains 2.18 ppm of Pb (II) ions, but no other metal ions. This also shows that the metal ion adsorbed on HOM-DPAR is only Pb (II) ion. It can also be seen that 95% of the lead {Pb (II)} ions originally contained in the solution were recovered. Considering analysis errors, it can be said that the recovery rate is almost 100%. Moreover, since HOM-DPAR can remove very small amounts of Pb (II) ions in the order of ppb to ppm from the solution, the problem caused by Pb (II) can also be solved. For example, if a small amount of Pb (II) is contained in water for daily use, it affects human health, but the HOM-DPAR of the present invention removes a small amount of Pb (II) and does not affect health. Can be reduced. Furthermore, from the data based on the N 2 adsorption / desorption isotherm, the characteristics of the solid material after filtration have almost the same characteristics as the original HOM-DPAR. Therefore, it was shown that HOM-DPAR-Pb (II) adsorbing Pb (II) ions returned to HOM-DPAR, and it was found that HOM-DPAR can be repeatedly used for lead ion adsorption.
<DTDRによる種々の金属を含む活性金属混合溶液からの鉛の除去および選択性>
鉛{Pb(II)}イオンを最も良く吸着するpH12.5溶液を4mlをビーカーに取り、ビーカーへ0.3Mの混合液(クエン酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム)溶液4mlを添加し、さらに種々の金属イオンおよび2ppmのPb(II)を添加し、それから、必要量の水を加えて20ml水溶液にした。この水溶液へNaOHを加えて、pH 12.5に調整した。複数混合物水溶液において、Pb(II)の濃度は2ppmであり、他の金属イオン(Al3+、Co2+、Cr3+、Bi3+、Pd2+、Mn2+、Se4+、Li+、Fe3+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Mg2+、Sn2+、Ca2+、Cd2+、Hg2+)濃度は、それぞれ4ppmであった。その後、HOM−DTDRを20mg添加し30分間攪拌した。その水溶液をろ過し、固体材料を得、固体材料について紫外可視分光(UV-VIS-NIR)分析を行なった。ろ過溶液中の金属イオン濃度はICP-OES(ICP発光分光分析)により解析された。ろ過溶液にはPb(II)イオンは含まれず、Pb(II)イオン以外のすべての金属イオンが存在した。また、固体材料中のPb(II)は、UV-VIS-NIR スペクトルによって測定された。
<Removal and selectivity of lead from active metal mixed solution containing various metals by DTDR>
Take 4 ml of pH 12.5 solution that best adsorbs lead {Pb (II)} ion in a beaker, add 4 ml of 0.3M mixed solution (sodium citrate, sodium thiosulfate, sodium tartrate) to the beaker, and Various metal ions and 2 ppm of Pb (II) were added, then the required amount of water was added to make a 20 ml aqueous solution. NaOH was added to this aqueous solution to adjust to pH 12.5. In the multiple mixture aqueous solution, the concentration of Pb (II) is 2 ppm, and other metal ions (Al 3+ , Co 2+ , Cr 3+ , Bi 3+ , Pd 2+ , Mn 2+ , Se 4+ , Li + , Fe 3+ , Cu 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Mg 2+ , Sn 2+ , Ca 2+ , Cd 2+ , and Hg 2+ ) concentrations were 4 ppm, respectively. Thereafter, 20 mg of HOM-DTDR was added and stirred for 30 minutes. The aqueous solution was filtered to obtain a solid material, and the solid material was subjected to UV-VIS-NIR analysis. The metal ion concentration in the filtered solution was analyzed by ICP-OES (ICP emission spectroscopy). The filtered solution did not contain Pb (II) ions, and all metal ions other than Pb (II) ions were present. Pb (II) in the solid material was measured by UV-VIS-NIR spectrum.
図23は、この固体材料、すなわち鉛イオンを吸着したHOM−DTDR{HOM−DTDR−Pb(II)}の紫外可視分光光度曲線および固体材料の色調を示す図である。鉛イオンを含む溶液(2ppm Pb(II)のみを含む溶液{曲線2:2ppmPb}、2ppm Pb(II)と複数イオンを含む溶液{曲線3:2−4ppm{Pb+Ions})に浸漬したHOM−DTDRはλ=501nmのピークを示すが、鉛イオンを含まない溶液{曲線1:0ppb、曲線4:2ppm each Ions}に浸漬したはλ=501nmのPb(II)のピークを示さない。このことにより、HOM−DTDRは鉛イオン以外の金属イオンは吸着しないことが分かる。 FIG. 23 is a diagram showing the ultraviolet-visible spectrophotometric curve of this solid material, that is, HOM-DTDR {HOM-DTDR-Pb (II)} adsorbing lead ions and the color tone of the solid material. HOM-DTDR immersed in a solution containing lead ions (solution containing only 2 ppm Pb (II) {curve 2: 2 ppmPb}, solution containing 2 ppm Pb (II) and multiple ions {curve 3: 2-4 ppm {Pb + Ions}) Shows a peak at λ = 501 nm, but it does not show a Pb (II) peak at λ = 501 nm when immersed in a solution containing no lead ions {curve 1: 0 ppb, curve 4: 2 ppm each Ions}. This shows that HOM-DTDR does not adsorb metal ions other than lead ions.
図23に示された色調から、鉛{Pb(II)}イオンを含む複数イオンが含まれた混合液から得られたHOM−DTDR−Pb(II)の色調は、鉛{Pb(II)}イオンだけを含む溶液から得られたHOM−DTDR−Pb(II)の色調と殆ど同じであり、複数イオンが含まれた混合液から得られたHOM−DTDR−Pb(II)は鉛{Pb(II)}以外の金属は含まないことが示唆される。 From the color tone shown in FIG. 23, the color tone of HOM-DTDR-Pb (II) obtained from a mixed solution containing a plurality of ions including lead {Pb (II)} ions is lead {Pb (II)}. The color tone of HOM-DTDR-Pb (II) obtained from a solution containing only ions is almost the same, and HOM-DTDR-Pb (II) obtained from a mixed solution containing multiple ions contains lead {Pb ( It is suggested that metals other than II)} are not included.
<0.05MHClによるHOM−DTDRに吸着したPb(II)イオンの溶出/抽出操作>
実施例14において示した複数イオン混合液からPb(II)を抽出した固体材料を溶出液(0.05MHCl)20mlが入ったビーカー中に入れて、30分間攪拌した。この溶液をろ過し、ろ過液と固体材料に分離した。図24は、この固体材料、すなわち鉛{Pb(II)}イオンを吸着したHOM−DTDR{HOM−DTDR−Pb(II)}を0.05MHClによってPb(II)イオンを溶出した後の固体材料の紫外可視分光光度曲線および固体材料の色調を示す図である。比較のために、鉛{Pb(II)}イオンを吸着する前のHOM−DTDRの紫外可視分光光度曲線(曲線1)および色調(0ppm)、鉛{Pb(II)}イオンを吸着したHOM−DTDR{HOM−DTDR−Pb(II)}の紫外可視分光光度曲線(曲線2)および色調{2ppm Pb(II)}を一緒に載せている。0.05MHClによってPb(II)イオンを溶出した後の固体材料の紫外可視分光光度曲線が曲線3で色調が(Elution by 0.05MHCl)である。これらの3つの紫外可視分光光度曲線を比較すると、Pb(II)イオンを吸着すると吸光度が大きくなるが、0.05MHCl処理を行なうと元の状態(HOM−DTDR)に戻ることが分かる。特に波長501nmにおけるPb2+の典型的ピークが変化していることからも理解できる。このことは、0.05MHCl処理によってHOM−DTDR−Pb(II)のPb(II)イオンがほとんど溶出してHOM−DTDRに変化したことを示しているとともに、HOM−DTDRを繰り返しPb(II)イオンを吸着するために使用することが可能であることを示している。
<Elution / extraction operation of Pb (II) ions adsorbed on HOM-DTDR with 0.05M HCl>
The solid material obtained by extracting Pb (II) from the multiple ion mixture shown in Example 14 was placed in a beaker containing 20 ml of an eluent (0.05M HCl) and stirred for 30 minutes. This solution was filtered and separated into a filtrate and a solid material. FIG. 24 shows the solid material after the Pb (II) ions were eluted with 0.05M HCl from this solid material, that is, HOM-DTDR {HOM-DTDR-Pb (II)} adsorbing lead {Pb (II)} ions. It is a figure which shows the ultraviolet-visible spectrophotometric curve and the color tone of a solid material. For comparison, HOM-DTDR UV-visible spectrophotometric curve (curve 1) and color tone (0 ppm) before adsorbing lead {Pb (II)} ion, HOM- adsorbed lead {Pb (II)} ion The UV-visible spectrophotometric curve (curve 2) and color tone {2 ppm Pb (II)} of DTDR {HOM-DTDR-Pb (II)} are listed together. The UV-visible spectrophotometric curve of the solid material after eluting Pb (II) ions with 0.05M HCl is curve 3, and the color tone is (Elution by 0.05M HCl). Comparing these three UV-visible spectrophotometric curves, it can be seen that when Pb (II) ions are adsorbed, the absorbance increases, but when 0.05M HCl treatment is performed, the original state (HOM-DTDR) is restored. In particular, it can be understood from the fact that the typical peak of Pb 2+ at the wavelength of 501 nm changes. This indicates that the Pb (II) ion of HOM-DTDR-Pb (II) was almost eluted and changed to HOM-DTDR by 0.05M HCl treatment, and Hb-DTDR was repeated repeatedly for Pb (II) ion. It can be used to adsorb.
図24に示された色調から、鉛{Pb(II)}イオンを含まないHOM−DTDRの色調(0ppm)は薄い黄褐色であり、鉛{Pb(II)}イオンを含むHOM−DTDR−Pb(II)の色調{2ppm Pb(II)}は褐色へと変化するが、鉛{Pb(II)}イオンを溶出後のHOM−DTDRの色調(Elution by 0.05MHCl)は元に戻ることが分かる。このことからも0.05MHCl処理によってHOM−DTDR−Pb(II)のPb(II)イオンがほとんど溶出してHOM−DTDRに変化したことを示している。 From the color tone shown in FIG. 24, the color tone (0 ppm) of HOM-DTDR not containing lead {Pb (II)} ions is light tan, and HOM-DTDR-Pb containing lead {Pb (II)} ions. The color tone of (II) {2ppm Pb (II)} turns brown, but the color tone of HOM-DTDR (Elution by 0.05MHCl) after elution of lead {Pb (II)} ions is restored. . This also indicates that the Pb (II) ion of HOM-DTDR-Pb (II) was almost eluted and changed to HOM-DTDR by 0.05M HCl treatment.
図25は、実施例15に示したHOM−DTDRを添加する前の鉛{Pb(II)}イオンを含む複数イオンが入った溶液のICP-OESによる各金属イオンの含有量を示す表である。単位はppmである。鉛{Pb(II)}イオン(Pb2+)の含有量は2.2ppmで、他の金属イン含有量は3.6〜5.3ppmであった。図26は、実施例15に示したHOM−DTDR添加後のろ過液のICP-OESによる各金属イオンの含有量を示す表である。このろ過液の鉛{Pb(II)}イオン濃度は0.031ppmであり、ろ過液には鉛{Pb(II)}イオンが殆ど含まれていないことが分かる。すなわち、HOM−DTDRに鉛{Pb(II)}イオンがほぼ100%(約98.6%)吸着された。鉛{Pb(II)}以外の金属イオンはHOM−DTDRには殆ど吸着されていない。従って、HOM−DTDRの鉛{Pb(II)}イオンの吸着性の選択性は非常に高いことが分かる。図27は、0.05MHClによりHOM−DTDRに吸着したPb(II)イオンを溶出した後のろ過液のICP-OESによる各金属イオンの含有量を示す表である。ろ過液中にはPb(II)イオンが2.11ppm含有しているが、他の金属イオンは全く含まれていない。このことからもHOM−DTDRに吸着した金属イオンはPb(II)イオンだけであることが分かる。また、当初溶液中に含まれていた鉛{Pb(II)}イオンの96%が回収できたことが分かる。分析の誤差も考えるとほぼ100%の回収率と言える。しかもHOM−DTDRは ppb〜ppmオーダーの非常に微量なPb(II)イオンを溶液中から除去できるので、Pb(II)による種々の問題も解決することができる。たとえば、微量なPb(II)が生活用水に含まれると人間の健康に影響を与えるが、本発明のHOM−DPARを用いて微量なPb(II)を除去して健康に影響を与えないレベルまで低減することができる。さらに、N2吸着・脱着等温線によるデータからも、ろ過後の固体材料の特性は本来のHOM−DPARとほとんど同じ特性を有している。従って、Pb(II)イオンを吸着したHOM−DTDR−Pb(II)がHOM−DTDRに戻ったことが示され、HOM−DTDRは鉛イオン吸着に繰り返し利用できることが分かった。 FIG. 25 is a table showing the content of each metal ion by ICP-OES of a solution containing a plurality of ions including lead {Pb (II)} ions before adding HOM-DTDR shown in Example 15. . The unit is ppm. The content of lead {Pb (II)} ions (Pb 2+ ) was 2.2 ppm, and the content of other metal ions was 3.6 to 5.3 ppm. FIG. 26 is a table showing the content of each metal ion by ICP-OES of the filtrate after addition of HOM-DTDR shown in Example 15. The lead {Pb (II)} ion concentration of this filtrate is 0.031 ppm, and it can be seen that the filtrate contains almost no lead {Pb (II)} ions. That is, almost 100% (about 98.6%) of lead {Pb (II)} ions were adsorbed on the HOM-DTDR. Metal ions other than lead {Pb (II)} are hardly adsorbed by HOM-DTDR. Therefore, it can be seen that the selectivity of the adsorptivity of lead {Pb (II)} ions in HOM-DTDR is very high. FIG. 27 is a table showing the content of each metal ion by ICP-OES in the filtrate after elution of Pb (II) ions adsorbed on HOM-DTDR with 0.05M HCl. The filtrate contains 2.11 ppm of Pb (II) ions, but no other metal ions. This also shows that the metal ion adsorbed on HOM-DTDR is only Pb (II) ion. It can also be seen that 96% of the lead {Pb (II)} ions originally contained in the solution were recovered. Considering analysis errors, it can be said that the recovery rate is almost 100%. Moreover, since HOM-DTDR can remove very small amounts of Pb (II) ions in the order of ppb to ppm from the solution, various problems caused by Pb (II) can be solved. For example, if a small amount of Pb (II) is contained in water for daily use, it affects human health, but the HOM-DPAR of the present invention removes a small amount of Pb (II) and does not affect health. Can be reduced. Furthermore, from the data based on the N 2 adsorption / desorption isotherm, the characteristics of the solid material after filtration have almost the same characteristics as the original HOM-DPAR. Therefore, it was shown that HOM-DTDR-Pb (II) adsorbing Pb (II) ions returned to HOM-DTDR, and it was found that HOM-DTDR can be repeatedly used for lead ion adsorption.
<AMPCによる種々の金属を含む活性金属混合溶液からの鉛の除去および選択性>
鉛{Pb(II)}イオンを最も良く吸着するpH7.0溶液4mlをビーカーに取り、ビーカーへ1.0Mの混合液(クエン酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム)溶液4mlを添加し、さらに種々の金属イオンおよび2ppmのPb(II)を添加し、それから、必要量の水を加えて20ml水溶液を作った。この複数混合物水溶液において、Pb(II)の濃度は2ppmであり、他の金属イオン(Al3+、Co2+、Cr3+、Bi3+、Mn2+、Se4+、Li+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Mg2+、Sn2+、Ca2+、Cd2+、Hg2+)濃度は、それぞれ4ppmであった。その後、HOM−AMPCを20mg添加し30分間攪拌した。その水溶液をろ過し、固体材料を得、固体材料について紫外可視分光(UV-VIS-NIR)分析を行なった。ろ過溶液中の金属イオン濃度はICP-OES(ICP発光分光分析)により解析された。ろ過溶液にはPb(II)イオンは含まれず、Pb(II)イオン以外のすべての金属イオンが存在した。また、固体材料中のPb(II)は、UV-VIS-NIR スペクトルによって調査された。
<Removal and selectivity of lead from active metal mixed solution containing various metals by AMPC>
Take 4 ml of a pH 7.0 solution that best adsorbs lead {Pb (II)} ions in a beaker, add 4 ml of a 1.0 M solution (sodium citrate, sodium tartrate) to the beaker, and add various metal ions and 2 ppm of Pb (II) was added and then the required amount of water was added to make a 20 ml aqueous solution. In this multiple mixture aqueous solution, the concentration of Pb (II) is 2 ppm, and other metal ions (Al 3+ , Co 2+ , Cr 3+ , Bi 3+ , Mn 2+ , Se 4+ , Li + , Cu 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Mg 2+ , Sn 2+ , Ca 2+ , Cd 2+ , Hg 2+ ) concentrations were 4 ppm each. Thereafter, 20 mg of HOM-AMPC was added and stirred for 30 minutes. The aqueous solution was filtered to obtain a solid material, and the solid material was subjected to UV-VIS-NIR analysis. The metal ion concentration in the filtered solution was analyzed by ICP-OES (ICP emission spectroscopy). The filtered solution did not contain Pb (II) ions, and all metal ions other than Pb (II) ions were present. Pb (II) in the solid material was investigated by UV-VIS-NIR spectrum.
図28は、この固体材料、すなわち鉛イオンを吸着したHOM−AMPC の紫外可視分光光度曲線および固体材料の色調を示す図である。鉛イオンを含む溶液(2ppm Pb(II)のみを含む溶液{曲線2:2ppmPb}、2ppm Pb(II)と複数イオンを含む溶液{曲線3:2−4ppm{Pb+Ions}、)に浸漬したHOM−DTDRはλ=411nmのピークを示すが、鉛イオンを含まない溶液{曲線1:0ppb、}に浸漬したはλ=501nmのPb(II)のピークを示さない。このことにより、HOM−AMPCは鉛イオン以外の金属イオンは吸着しないことが分かる。 FIG. 28 is a diagram showing the UV-visible spectrophotometric curve of this solid material, that is, HOM-AMPC adsorbing lead ions, and the color tone of the solid material. HOM- dipped in a solution containing lead ions (solution containing only 2 ppm Pb (II) {curve 2: 2 ppmPb}, solution containing 2 ppm Pb (II) and multiple ions {curve 3: 2-4 ppm {Pb + Ions},) DTDR shows a peak at λ = 411 nm, but it does not show a Pb (II) peak at λ = 501 nm when immersed in a solution {curve 1: 0 ppb,} not containing lead ions. This shows that HOM-AMPC does not adsorb metal ions other than lead ions.
図28に示された色調から、鉛{Pb(II)}イオンを含む複数イオンが含まれた混合液から得られたHOM−DTDR−Pb(II)の色調は、鉛{Pb(II)}イオンだけを含む溶液から得られたHOM−DTDR−Pb(II)の色調と類似色調であり、複数イオンが含まれた混合液から得られたHOM−DTDR−Pb(II)は鉛{Pb(II)}以外の金属は含まないことが示唆される。 From the color tone shown in FIG. 28, the color tone of HOM-DTDR-Pb (II) obtained from the mixed solution containing a plurality of ions including lead {Pb (II)} ion is lead {Pb (II)}. The color tone of HOM-DTDR-Pb (II) obtained from a solution containing only ions is similar to that of HOM-DTDR-Pb (II), and HOM-DTDR-Pb (II) obtained from a mixed solution containing multiple ions contains lead {Pb ( It is suggested that metals other than II)} are not included.
<0.05MHClによるHOM−AMPCに吸着したPb(II)イオンの溶出/抽出操作>
実施例16において示した複数イオン混合液からPb(II)を抽出した固体材料を溶出液(0.05MHCl)20mlが入ったビーカー中に入れて、30分間攪拌した。この溶液をろ過し、ろ過液と固体材料に分離した。図29は、この固体材料、すなわち鉛{Pb(II)}イオンを吸着したHOM−AMPC{HOM−AMPC−Pb(II)}を0.05MHClによってPb(II)イオンを溶出した後の固体材料の紫外可視分光光度曲線および固体材料の色調を示す図である。比較のために、鉛{Pb(II)}イオンを吸着する前のHOM−AMPCの紫外可視分光光度曲線(曲線1)および色調(0ppb)、鉛{Pb(II)}イオンを吸着したHOM−AMPC{HOM−AMPC−Pb(II)}の紫外可視分光光度曲線(曲線2)および色調{2ppm Pb}を一緒に載せている。0.05MHClによってPb(II)イオンを溶出した後の固体材料の紫外可視分光光度曲線が曲線3で色調が(After elution by 0.05MHCl)である。これらの3つの紫外可視分光光度曲線を比較すると、Pb(II)イオンを吸着すると吸光度が大きくなるが、0.05MHCl処理を行なうと元の状態(HOM−AMPC)に戻ることが分かる。特に波長411nmにおけるPb2+の典型的ピークが変化していることからも理解できる。このことは、0.05MHCl処理によってHOM−AMPC−Pb(II)のPb(II)イオンがほとんど溶出してHOM−AMPCに変化したことを示しているとともに、HOM−AMPCを繰り返しPb(II)イオンを吸着するために使用することが可能であることを示している。
<Elution / extraction procedure of Pb (II) ions adsorbed on HOM-AMPC with 0.05M HCl>
The solid material obtained by extracting Pb (II) from the multiple ion mixture shown in Example 16 was placed in a beaker containing 20 ml of an eluent (0.05M HCl) and stirred for 30 minutes. This solution was filtered and separated into a filtrate and a solid material. FIG. 29 shows the solid material after the Pb (II) ions were eluted with 0.05M HCl from this solid material, that is, HOM-AMPC {HOM-AMPC-Pb (II)} adsorbing lead {Pb (II)} ions. It is a figure which shows the ultraviolet-visible spectrophotometric curve and the color tone of a solid material. For comparison, HOM-AMPC UV-visible spectrophotometric curve (curve 1) and color tone (0 ppb) before adsorbing lead {Pb (II)} ion, HOM- adsorbed lead {Pb (II)} ion AMPC {HOM-AMPC-Pb (II)} UV-visible spectrophotometric curve (curve 2) and color tone {2 ppm Pb} are listed together. The UV-visible spectrophotometric curve of the solid material after elution of Pb (II) ions with 0.05M HCl is curve 3 and the color tone is (After elution by 0.05M HCl). Comparing these three UV-visible spectrophotometric curves, it can be seen that the absorbance increases when Pb (II) ions are adsorbed, but returns to the original state (HOM-AMPC) when treated with 0.05M HCl. In particular, it can be understood from the fact that the typical peak of Pb 2+ at the wavelength of 411 nm changes. This indicates that the Pb (II) ion of HOM-AMPC-Pb (II) was almost eluted and changed to HOM-AMPC by 0.05M HCl treatment, and Hb-AMPC was repeated to form Pb (II) ion. It can be used to adsorb.
図29に示された色調から、鉛{Pb(II)}イオンを含まないHOM−AMPCの色調(0ppm)は白色であり、鉛{Pb(II)}イオンを含むHOM−AMPC−Pb(II)の色調{2ppm Pb(II)}は薄い黄白色へと変化するが、鉛{Pb(II)}イオンを溶出後のHOM−AMPCの色調(After elution by 0.05MHCl)は元に戻ることが分かる。このことからも0.05MHCl処理によってHOM−AMPC−Pb(II)のPb(II)イオンがほとんど溶出してHOM−AMPCに変化した(元に戻った)ことを示している。 From the color tone shown in FIG. 29, the color tone (0 ppm) of HOM-AMPC not containing lead {Pb (II)} ions is white and HOM-AMPC-Pb (II) containing lead {Pb (II)} ions. ) Color tone {2ppm Pb (II)} turns pale yellowish white, but HOM-AMPC color tone (After elution by 0.05MHCl) after elution of lead {Pb (II)} ions may return I understand. This also indicates that the Pb (II) ion of HOM-AMPC-Pb (II) was almost eluted and changed to HOM-AMPC (returned to the original) by 0.05M HCl treatment.
上述したように、本発明は、有機シリコン化合物および界面活性剤から作製した高秩序化メソポーラスシリカに目標金属である鉛{Pb(II)}イオンを選択的に吸着するキレート化合物のような鉛イオン吸着性化合物を担持させ、その鉛イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカを目標金属である鉛イオンが溶解された溶液と接触させ、目標金属である鉛イオンを選択的にメソポーラスシリカに担持された鉛イオン吸着性化合物に吸着させる。その後で、目標金属である鉛イオンを吸着した鉛イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカを化学的処理し、目標金属である鉛イオンをメソポーラスシリカに担持された鉛イオン吸着性化合物から遊離させ、目標金属である鉛を回収する。目標金属である鉛イオンが遊離された鉛イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカは、再使用できる。また、この鉛イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカは鉛(イオン)濃度検出センサーとして使用することもできる。 As described above, the present invention provides a lead ion such as a chelate compound that selectively adsorbs the target metal lead {Pb (II)} ion to highly ordered mesoporous silica prepared from an organosilicon compound and a surfactant. An adsorbent compound was supported, and the mesoporous silica supporting the lead ion adsorbent compound was brought into contact with a solution in which the target metal lead ion was dissolved, and the target metal lead ion was selectively supported on the mesoporous silica. Adsorbed to lead ion adsorbing compounds. Thereafter, the mesoporous silica supporting the lead ion adsorbing compound that adsorbs the target metal lead ion is chemically treated to release the target metal lead ion from the lead ion adsorbing compound supported on the mesoporous silica, Collect the target metal lead. The mesoporous silica supporting a lead ion adsorbing compound from which lead ions as target metals are liberated can be reused. The mesoporous silica supporting the lead ion adsorbing compound can also be used as a lead (ion) concentration detection sensor.
本発明は都市鉱石等に含まれる鉛を効率よく安価に取り出す材料およびその方法さらには鉛イオンセンサーを提供するものであるが、上記の説明からも分かるように、都市鉱石ばかりではなく、各種金属を含む通常の鉱石からの鉛イオンの抽出・吸着・逆抽出にも適用できるし、鉛イオンが溶け込んだ溶液、たとえばメッキや冶金等の工程から排出される廃液からの鉛の抽出・吸着・逆抽出して、鉛を回収できる。また、生活用水や廃液等に有害な鉛が溶け込んでいるかどうかを検査することができるし、その濃度がppb〜ppmオーダーという微量な濃度でも検出することができる。さらに生活用水や廃液等に溶け込んだ鉛を吸着して非常に微量な濃度まで鉛濃度を低減することができる。従って鉛除去フィルターとしても使用することができる。たとえば、水道管として使用していた鉛水道配管からの鉛の水道水への混入が人体に影響を与えることが指摘されているが、本発明の鉛イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカを水道水のフィルターに用いると鉛を非常に低いレベルまで低減することができる。特にpH=7.0付近で最も良く鉛イオンを吸着するHOM−AMPCは最適である。
尚、明細書のある部分に記載し説明した内容を記載しなかった他の部分においても矛盾なく適用できることに関しては、当該他の部分に当該内容を適用できることも言うまでもない。
The present invention provides a material and method for efficiently and inexpensively extracting lead contained in urban ore and the like, as well as a lead ion sensor. As can be seen from the above description, not only urban ore but also various metals are provided. Extraction, adsorption and reverse extraction of lead ions from ordinary ores containing iron, and extraction, adsorption and reverse extraction of lead from solutions containing lead ions, for example, waste liquid discharged from processes such as plating and metallurgical processes Extract to recover lead. Further, it is possible to inspect whether harmful lead is dissolved in domestic water, waste liquid, etc., and it is possible to detect even a minute concentration of the order of ppb to ppm. Furthermore, the lead concentration can be reduced to a very small concentration by adsorbing lead dissolved in domestic water or waste liquid. Therefore, it can also be used as a lead removal filter. For example, it has been pointed out that mixing of lead into tap water from lead water pipes used as water pipes affects the human body. When used in water filters, lead can be reduced to very low levels. In particular, HOM-AMPC that adsorbs lead ions best around pH = 7.0 is optimal.
In addition, it cannot be overemphasized that the said content can be applied to the said other part regarding that it can apply without contradiction also to the other part which did not describe the content described and demonstrated in a certain part of the specification.
本発明は、鉛センサーに関する産業分野、種々の金属を含む物質や材料から鉛を除去する産業分野、および鉛を回収する産業分野において利用することができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in the industrial field related to lead sensors, the industrial field for removing lead from substances and materials containing various metals, and the industrial field for recovering lead.
Claims (10)
前記鉛イオン吸着性化合物は、
4-(2-ジアゼニル-1,3,4-チアジアゾール)-6-ドデシルレゾルシノール{4-(2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole)-6-dodecylresorcinol}(DTDR)、
2-ドデシル-4-((フェニル)ジアゼニル)レゾルシノール{2-dodecyl-4-((phenyl)diazenyl)resorcinol} (DPAR)、または
アンモニウム・メチル・2-メルカプトフェニルカルバモジチオエ−ト{ammonium methyl 2-mercaptophenylcarbamodithioate}(AMPC)
から選択された1または2以上の化合物であることを特徴とする、メソポーラスシリカ。 Lead ion-adsorbing compound that adsorbs lead ions and can release the adsorbed lead ions from a solution in which various metals including lead ions , which are the target metal, are dissolved (metal solution). Mesoporous silica carrying
The lead ion adsorbing compound is:
4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol} (DTDR),
2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol {2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol} (DPAR), or ammonium methyl 2-mercaptophenylcarbamodithioate {ammonium methyl 2-mercaptophenylcarbamodithioate} (AMPC)
Mesoporous silica, which is one or more compounds selected from the group consisting of
目標金属である鉛イオンを最も良く吸着するpH値に調整された目標金属である鉛イオンを含む金属溶解溶液に鉛イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスシリカを接触させ、前記鉛イオン吸着性化合物に目標金属である鉛イオンを選択的に吸着する工程と、
目標金属である鉛イオンを吸着した前記鉛イオン吸着性化合物から目標金属である鉛イオンを遊離する工程とを
含むことを特徴とする鉛回収方法であって、
前記鉛イオン吸着性化合物は、
4-(2-ジアゼニル-1,3,4-チアジアゾール)-6-ドデシルレゾルシノール{4-(2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole)-6-dodecylresorcinol}(DTDR)、
2-ドデシル-4-((フェニル)ジアゼニル)レゾルシノール{2-dodecyl-4-((phenyl)diazenyl)resorcinol} (DPAR)、または
アンモニウム・メチル・2-メルカプトフェニルカルバモジチオエ−ト{ammonium methyl 2-mercaptophenylcarbamodithioate}(AMPC)
から選択された1または2以上の化合物であることを特徴とする、
鉛回収方法。 A step of supporting a lead ion adsorbing compound on mesoporous silica;
A mesoporous silica carrying a lead ion-adsorbing compound is brought into contact with a metal solution containing lead ions, which is a target metal, adjusted to a pH value that best adsorbs the target metal lead ions, and the lead ion-adsorbing compound is brought into contact with the lead ion-adsorbing compound. A process of selectively adsorbing lead ions as a target metal;
A lead recovery method comprising: liberating lead ions as target metals from the lead ion-adsorbing compound that adsorbs lead ions as target metals,
The lead ion adsorbing compound is:
4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol {4- (2-diazenyl-1,3,4-thiadiazole) -6-dodecylresorcinol} (DTDR),
2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol {2-dodecyl-4-((phenyl) diazenyl) resorcinol} (DPAR), or ammonium methyl 2-mercaptophenylcarbamodithioate {ammonium methyl 2-mercaptophenylcarbamodithioate} (AMPC)
One or more compounds selected from:
Lead recovery method.
The lead ion detection sensor according to claim 9, wherein the lead ion concentration by ultraviolet visible spectroscopy is detected using a wavelength of 400 nm to 600 nm.
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