JP6417183B2 - Metal ion collector - Google Patents
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Description
本発明は金属イオン捕集材に関するものである。 The present invention relates to a metal ion collector.
水溶液から金属イオンを捕集するには、主にアンバーライトなどのポリスチレン系材料が使用されている。しかしながら、ポリスチレンは化学合成品であり、地球温暖化や化石燃料の枯渇などを考えると、より地球環境に優しい天然材料などへの置き換えが望まれている。近年、天然繊維又は再生繊維の繊維分子中に、反応性二重結合とグリシジル基を分子中に有する架橋反応性化合物を介して、グリシジル基との反応性を有するアミノジカルボン酸、アミノカルボン酸、チオカルボン酸およびリン酸よりなる群から選択される少なくとも1種の金属キレート形成性化合物が結合されている金属キレート形成性繊維が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to collect metal ions from an aqueous solution, polystyrene-based materials such as amberlite are mainly used. However, polystyrene is a chemically synthesized product. Considering global warming and depletion of fossil fuels, replacement with natural materials that are more environmentally friendly is desired. In recent years, in a fiber molecule of natural fiber or regenerated fiber, via a crosslinking reactive compound having a reactive double bond and a glycidyl group in the molecule, aminodicarboxylic acid, aminocarboxylic acid having reactivity with glycidyl group, There has been proposed a metal chelate-forming fiber to which at least one metal chelate-forming compound selected from the group consisting of thiocarboxylic acid and phosphoric acid is bound (for example, see Patent Document 1).
特許文献1の金属キレート形成性繊維は、焼却処理が容易である等の利点を有するが、捕集可能な金属イオンの選択性についてはさらなる向上が望まれている。 The metal chelate-forming fiber of Patent Document 1 has advantages such as easy incineration, but further improvement in the selectivity of metal ions that can be collected is desired.
本発明は、以上のとおりの背景から、金属イオンを捕集することができ、金属イオンによっては選択的に捕集することができる地球環境に優しい金属イオン捕集材を提供することを課題としている。 From the background as described above, an object of the present invention is to provide a global environment-friendly metal ion collector that can collect metal ions and can selectively collect metal ions. Yes.
上記課題を解決するため、本発明の金属イオン捕集材は、バナナ繊維からなり、このバナナ繊維の分子中の反応性官能基に、架橋剤からなるグラフト鎖が導入されており、このグラフト鎖を介して下記式(I)で表わされるシッフ塩基型配位子が導入されていることを特徴とする。
この金属イオン捕集材においては、前記バナナ繊維は、当該バナナ繊維に含まれるリグニン成分の一部が除去されているバナナ繊維であってよい。 In the metal ion trapping material, the banana fibers may be banana fiber portion of the lignin components contained in the banana fibers are removed.
また、この金属イオン捕集材においては、前記架橋剤は、分子中にビニル基及びエポキシ基を有する化合物であってよい。 In this metal ion scavenger, the cross-linking agent may be a compound having a vinyl group and an epoxy group in the molecule.
本発明によれば、金属イオンを捕集することができ、金属イオンによっては選択的に捕集することができる地球環境に優しい金属イオン捕集材を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the metal ion collection material which can collect a metal ion and can collect selectively depending on a metal ion can be provided to a global environment.
以下、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
本発明の実施形態に係る金属イオン捕集材は、水溶液等の溶液中の金属イオンを捕集する捕集材である。この捕集材は、天然繊維からなる。ここで、天然繊維からなる捕集材とは、天然繊維のみからなるものであってもよいし、金属イオンとキレートを形成するキレート形成基が天然繊維の分子中の反応性官能基に直接結合されているものであってもよい。また、天然繊維の分子中の反応性官能基に架橋剤からなるグラフト鎖が導入されたものや、前記キレート形成基が天然繊維の分子中の反応性官能基に架橋剤からなるグラフト鎖を介して導入されたものであってもよい。 The metal ion collection material which concerns on embodiment of this invention is a collection material which collects the metal ion in solutions, such as aqueous solution. This collection material consists of natural fibers. Here, the trapping material made of natural fibers may be made only of natural fibers, or chelate-forming groups that form chelates with metal ions are directly bonded to reactive functional groups in the molecules of natural fibers. It may be what has been done. In addition, a graft chain composed of a crosslinking agent is introduced into a reactive functional group in the molecule of the natural fiber, or the chelate-forming group passes through a graft chain composed of a crosslinking agent in the reactive functional group in the molecule of the natural fiber. May be introduced.
本実施形態に係る金属イオン捕集材に用いられる天然繊維としては、バナナ繊維、ケナフ繊維、竹繊維、さとうきび繊維、とうもろこし繊維、麻繊維等が挙げられる。なかでも金属選択性の観点からバナナ繊維を用いることが好ましい。 Examples of natural fibers used in the metal ion collecting material according to this embodiment include banana fibers, kenaf fibers, bamboo fibers, sugarcane fibers, corn fibers, hemp fibers, and the like. Among these, banana fibers are preferably used from the viewpoint of metal selectivity.
天然繊維は、通常、リグニン成分を有している。リグニン成分を除去せずに天然繊維を使用することができるが、リグニン成分の一部、例えば繊維の表面に含まれるリグニン成分を除去したものを使用するができる。リグニン成分を除去しない天然繊維を用いた金属イオン捕集材とリグニン成分の一部を除去した天然繊維を用いた金属イオン捕集材とでは、金属イオン捕集能について、理由は不明であるが異なる挙動を示す。例えば、リグニン成分の一部を除去した天然繊維を用いた金属イオン捕集材は、リグニン成分を除去しない天然繊維を用いた金属イオン捕集材と比べて、金属イオン捕集能が高い傾向にある。リグニン成分除去の処理コストや金属イオン捕集の用途に応じていずれの天然繊維を適宜選択して使用すればよい。
リグニン成分の除去は、1〜20wt%水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ性水溶液中で天然繊維を所定時間浸漬すればよい。なお、天然繊維に含まれるリグニンの一部を除去するのは、リグニン成分を全て除去すると、捕集材としての強度が低下するためである。
Natural fibers usually have a lignin component. Although natural fiber can be used without removing the lignin component, a part of the lignin component, for example, one from which the lignin component contained on the surface of the fiber has been removed can be used. For metal ion collectors using natural fibers that do not remove lignin components and metal ion collectors using natural fibers from which some of the lignin components have been removed, the reason for the metal ion collection ability is unknown. Behave differently. For example, metal ion collectors using natural fibers from which some of the lignin components have been removed tend to have higher metal ion collection capacity than metal ion collectors using natural fibers that do not remove lignin components. is there. Any natural fiber may be appropriately selected and used in accordance with the processing cost for removing the lignin component and the use for collecting the metal ions.
The lignin component can be removed by immersing the natural fiber for a predetermined time in an alkaline aqueous solution such as 1 to 20 wt% sodium hydroxide aqueous solution. The reason why a part of the lignin contained in the natural fiber is removed is that when the lignin component is completely removed, the strength as a collecting material is lowered.
天然繊維は、一般的には、分子中にヒドロキシル基やアミノ基等の反応性官能基を有している。天然繊維自体にこのような反応性官能基を有していない場合には酸化等の処理を施して分子中に反応性官能基を導入することができる。なお、反応性官能基としては、イミノ基、アルデヒド基、カルボキシル基、チオール基等の官能基であってもよい。
天然繊維の分子中に有する反応性官能基を利用してキレート形成基や架橋剤からなるグラフト鎖をこの反応性官能基に容易に導入することができる。
Natural fibers generally have reactive functional groups such as hydroxyl groups and amino groups in the molecule. When the natural fiber itself does not have such a reactive functional group, the reactive functional group can be introduced into the molecule by performing a treatment such as oxidation. In addition, as a reactive functional group, functional groups, such as an imino group, an aldehyde group, a carboxyl group, and a thiol group, may be sufficient.
A graft chain composed of a chelate-forming group or a crosslinking agent can be easily introduced into the reactive functional group by using the reactive functional group contained in the molecule of the natural fiber.
天然繊維の分子中の反応性官能基に導入されるグラフト鎖を形成する架橋剤としては、例えば、分子中にビニル基及びエポキシ基を有する化合物(例えば、エポキシ基を有するビニルモノマー等)を挙げることができる。具体例として、メタクリル酸グリシジル、アクリル酸グリシジル、アリルグリシジルエーテル、グリシジルビニルエーテル、2−ビニルオキシラン、(メタ)アクリル酸2−メチルオキシラニルメチル、イタコン酸ジグリシジル、ペンテン酸グリシジル、ヘキセン酸グリシジル、ヘプテン酸グリシジル等が挙げられる。 Examples of the crosslinking agent that forms a graft chain introduced into a reactive functional group in a natural fiber molecule include a compound having a vinyl group and an epoxy group in the molecule (for example, a vinyl monomer having an epoxy group). be able to. Specific examples include glycidyl methacrylate, glycidyl acrylate, allyl glycidyl ether, glycidyl vinyl ether, 2-vinyloxirane, 2-methyloxylanylmethyl (meth) acrylate, diglycidyl itaconate, glycidyl pentenoate, glycidyl hexenoate, heptene Examples include glycidyl acid.
このような架橋剤を用いて天然繊維の分子中の反応性官能基にグラフト鎖を導入するには、例えば、後述する実施例のように、硝酸二アンモニウムセリウム塩、イオン交換水、硝酸、アセトン、及び架橋剤の混合溶液中に天然繊維を浸し、室温にて所定時間反応(グラフト重合反応)させてグラフト付加させればよい。 In order to introduce a graft chain into a reactive functional group in a natural fiber molecule using such a cross-linking agent, for example, diammonium cerium nitrate salt, ion-exchanged water, nitric acid, acetone as in the examples described later And a natural fiber is immersed in a mixed solution of a crosslinking agent and allowed to react for a predetermined time (graft polymerization reaction) at room temperature for graft addition.
本実施形態に係る金属イオン捕集材は、天然繊維の分子中に、3つの窒素原子及び2つのフェノール残基を1分子中に持つシッフ塩基型配位子をキレート形成基として有していてもよい。シッフ塩基型配位子は、天然繊維の分子中の反応性官能基に直接結合されていてもよいし、天然繊維の分子中の反応性官能基に架橋剤からなるグラフト鎖を介して導入されていてもよい。シッフ塩基型配位子を天然繊維の分子中の反応性官能基に直接結合する場合には天然繊維の分子中の反応性官能基と反応させればよく、グラフト鎖を介して導入する場合には架橋剤の反応性官能基(例えばエポキシ基)と反応させればよい。 The metal ion scavenger according to this embodiment has a Schiff base type ligand having three nitrogen atoms and two phenol residues in one molecule as a chelate-forming group in the natural fiber molecule. Also good. The Schiff base type ligand may be directly bonded to the reactive functional group in the natural fiber molecule, or introduced into the reactive functional group in the natural fiber molecule through a graft chain composed of a crosslinking agent. It may be. When the Schiff base type ligand is directly bonded to the reactive functional group in the natural fiber molecule, it may be reacted with the reactive functional group in the natural fiber molecule, and when introduced through the graft chain. May be reacted with a reactive functional group (for example, an epoxy group) of the crosslinking agent.
シッフ塩基型配位子としては、金属イオン捕集能や金属選択性の観点から、上記式(I)で表されるものが好適である。R1が水素原子、R2が臭素原子である式(I)で表されるシッフ塩基型配位子を用いた場合、R1が水素原子、R2が水素原子である式(I)で表されるシッフ塩基型配位子やR1が水素原子、R2が塩素原子である式(I)で表されるシッフ塩基型配位子を用いた場合と比べて、金属イオン捕集材の金属吸着率が高くなる傾向にある。特にコバルトイオンについて高い吸着率を示す。 As the Schiff base type ligand, those represented by the above formula (I) are preferable from the viewpoint of metal ion collection ability and metal selectivity. When a Schiff base ligand represented by the formula (I) in which R 1 is a hydrogen atom and R 2 is a bromine atom is used, the formula (I) in which R 1 is a hydrogen atom and R 2 is a hydrogen atom Compared to the case where the Schiff base ligand represented by the formula (I) in which the Schiff base ligand represented by R 1 is a hydrogen atom and R 2 is a chlorine atom is used, the metal ion collector The metal adsorption rate tends to increase. In particular, it exhibits a high adsorption rate for cobalt ions.
式(I)で表されるシッフ塩基型配位子は、例えば、サリチルアルデヒド類2等量とジエチレントリアミン1等量をエタノール溶媒下、室温で反応させ、次いで溶媒を減圧留去することで得ることができる。 The Schiff base type ligand represented by the formula (I) can be obtained, for example, by reacting 2 equivalents of salicylaldehyde with 1 equivalent of diethylenetriamine at room temperature in an ethanol solvent and then distilling off the solvent under reduced pressure. Can do.
また、本実施形態に係る金属イオン捕集材は、天然繊維の分子中に、環状ポリエーテル構造を持つ環状配位子をキレート形成基として有していてもよい。環状配位子は、天然繊維の分子中の反応性官能基に直接結合されていてもよいし、天然繊維の分子中の反応性官能基に架橋剤からなるグラフト鎖を介して導入されていてもよい。環状配位子を天然繊維の分子中の反応性官能基に直接結合する場合には天然繊維の分子中の反応性官能基と反応させればよく、グラフト鎖を介して導入する場合には架橋剤の反応性官能基(例えばエポキシ基)と反応させればよい。 Moreover, the metal ion trapping material according to the present embodiment may have a cyclic ligand having a cyclic polyether structure as a chelate-forming group in the natural fiber molecule. The cyclic ligand may be directly bonded to a reactive functional group in the molecule of the natural fiber, or may be introduced to the reactive functional group in the molecule of the natural fiber via a graft chain made of a crosslinking agent. Also good. When the cyclic ligand is directly bonded to the reactive functional group in the natural fiber molecule, it may be reacted with the reactive functional group in the natural fiber molecule. What is necessary is just to make it react with the reactive functional group (for example, epoxy group) of an agent.
環状配位子としては、クラウンエーテル、アザクラウンエーテル、チアクラウンエーテル、アザチアクラウンエーテルなどのクラウンエーテル類を有する化合物が挙げられる。金属イオン捕集能や金属選択性の観点から、環状配位子は、上記式(II)で表される化合物が好適である。 Examples of the cyclic ligand include compounds having crown ethers such as crown ether, azacrown ether, thiacrown ether, and azathiacrown ether. From the viewpoint of metal ion collection ability and metal selectivity, the cyclic ligand is preferably a compound represented by the above formula (II).
本実施形態に係る金属イオン捕集材は、天然繊維を使用しているので地球環境に優しい。これまで廃棄されてきた未利用の天然繊維を金属イオン捕集材の天然繊維として使用可能であるので、この観点からも地球環境に優しいといえる。本実施形態に係る金属イオン捕集材は、銅や亜鉛をはじめ、またツリウム、イッテルビウム、スカンジウム、イットリウム等のレアアース、さらにはセシウムやコバルト、ニッケル、リチウム、バナジウム、クロム、マンガン、セレン、ルビジウム、ストロンチウム、ジルコニウム、ニオブ、ロジウム、パラジウム、インジウム、アンチモン、テルル、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、白金等のレアメタルをも含めた各種金属のイオンを捕集できる。しかも、これら各種金属のイオンを選択的に捕集することもできる。 Since the metal ion trapping material according to the present embodiment uses natural fibers, it is friendly to the global environment. Since unused natural fibers that have been discarded so far can be used as the natural fibers of the metal ion collector, it can be said that this is also friendly to the global environment. The metal ion collector according to the present embodiment includes copper and zinc, rare earth such as thulium, ytterbium, scandium, yttrium, and further cesium, cobalt, nickel, lithium, vanadium, chromium, manganese, selenium, rubidium, Ions of various metals including rare metals such as strontium, zirconium, niobium, rhodium, palladium, indium, antimony, tellurium, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium and platinum can be collected. In addition, these various metal ions can be selectively collected.
以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん以下の例によって本発明が限定されることはない。 Hereinafter, examples will be shown and described in more detail. Of course, the present invention is not limited to the following examples.
<捕集材1の製造>
バナナ繊維の表面に含まれるリグニン成分を除去するために、バナナ繊維を10〜20wt%水酸化ナトリウム水溶液中で2時間浸漬させた。浸漬後、イオン交換水を用いてpHが7になるまでバナナ繊維を洗浄した。その後70℃で1日乾燥させた。こうしてバナナ繊維に含まれるリグニン成分の一部が除去されたアルカリ処理バナナ繊維を得た。このアルカリ処理バナナ繊維を捕集材1とした。
<Manufacture of collection material 1>
In order to remove the lignin component contained on the surface of the banana fiber, the banana fiber was immersed in a 10-20 wt% sodium hydroxide aqueous solution for 2 hours. After immersion, the banana fibers were washed with ion exchanged water until the pH reached 7. Then, it was dried at 70 ° C. for 1 day. Thus, an alkali-treated banana fiber from which a part of the lignin component contained in the banana fiber was removed was obtained. This alkali-treated banana fiber was used as the collection material 1.
<捕集材2の製造>
硝酸二アンモニウムセリウム塩0.5g、イオン交換水10mL、硝酸2g、アセトン10mL、メタクリル酸グリシジル(GMA)10gの混合溶液中に上記アルカリ処理バナナ繊維10gを浸し、密封した後、室温にて24時間反応させた。反応後、精製のためにイオン交換水、エタノールの順で洗浄した後、70℃で乾燥させてバナナ繊維−g−GMAを得た。このバナナ繊維−g−GMAを捕集材2とした。図1にバナナ繊維−g−GMAの合成の概略を示す。図1のアルカリ処理バナナ繊維を表す化学式中のn、バナナ繊維−g−GMAを表す化学式中のn及びmはそれぞれ、正の整数である。
<Manufacture of collection material 2>
After immersing 10 g of the alkali-treated banana fiber in a mixed solution of 0.5 g of diammonium cerium nitrate, 10 mL of ion-exchanged water, 2 g of nitric acid, 10 mL of acetone, and 10 g of glycidyl methacrylate (GMA) for 24 hours at room temperature. Reacted. After the reaction, for purification, ion-exchanged water and ethanol were washed in this order, and then dried at 70 ° C. to obtain banana fiber-g-GMA. This banana fiber-g-GMA was used as the collection material 2. FIG. 1 shows an outline of synthesis of banana fiber-g-GMA. In the chemical formula representing the alkali-treated banana fiber in FIG. 1, n and m in the chemical formula representing the banana fiber-g-GMA are each a positive integer.
<捕集材3の製造>
サリチルアルデヒド類2等量とジエチレントリアミン1等量をエタノール溶媒下、室温で反応させた。その後、溶媒を減圧留去し、目的物である(2,2’-iminobis[etane-2,1-diylnitrilo(E) methylidine]) bis phenol誘導体(上記式(I)で表されるシッフ塩基型配位子)を得た。図2に(2,2’-iminobis[etane-2,1-diylnitrilo(E) methylidine]) bis phenol誘導体の合成の概略を示す。
次いで、上記バナナ繊維−g−GMA10gに対して(2,2’-iminobis[etane-2,1-diylnitrilo(E) methylidine]) bis phenol誘導体5gを添加し、24時間反応させた。反応後、アセトン、エタノールにてバナナ繊維表面を洗浄し、乾燥機にて70℃で1日乾燥させ、捕集材3を得た。図3にバナナ繊維−g−GMAにシッフ塩基型配位子が導入された捕集材の合成の概略を示す。
<Manufacture of collection material 3>
2 equivalents of salicylaldehyde and 1 equivalent of diethylenetriamine were reacted at room temperature in an ethanol solvent. Thereafter, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the desired product (2,2′-iminobis [etane-2,1-diylnitrilo (E) methylidine]) bisphenol derivative (Schiff base type represented by the above formula (I)) Ligand) was obtained. FIG. 2 shows an outline of the synthesis of (2,2′-iminobis [etane-2,1-diylnitrilo (E) methylidine]) bisphenol derivative.
Next, 5 g of (2,2′-iminobis [etane-2,1-diylnitrilo (E) methylidine]) bisphenol derivative was added to 10 g of the banana fiber-g-GMA and reacted for 24 hours. After the reaction, the surface of the banana fiber was washed with acetone and ethanol, and dried at 70 ° C. for 1 day with a drier to obtain the collection material 3. FIG. 3 shows an outline of the synthesis of a trapping material in which a Schiff base ligand is introduced into banana fiber-g-GMA.
<捕集材の金属イオン捕集能1>
水相を金属イオン(Co2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+)1.0×10−4mol/L、塩素酸ナトリウム1.0×10−1mol/L、MES(2-Morpholinoethanesulfonic acid)1.0×10−2mol/L、酢酸1.0×10−2mol/L、酢酸ナトリウム1.0×10−2mol/Lに調整した。水相30cm3に対して0.3gの上記捕集材1を遠心沈殿管に加えて5日間振とうさせた。5日後、捕集材1をろ過し、水相のpHを測定し、ICP−AESを用いて金属イオンの吸着量を測定した。pHを変えた水相の金属イオンの吸着量も同様にして測定した。
<Metal ion collection ability 1 of collection material>
The aqueous phase is metal ions (Co 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Cu 2+ ) 1.0 × 10 −4 mol / L, sodium chlorate 1.0 × 10 −1 mol / L, MES (2-Morpholinoethanesulfonic acid) The concentration was adjusted to 1.0 × 10 −2 mol / L, acetic acid 1.0 × 10 −2 mol / L, and sodium acetate 1.0 × 10 −2 mol / L. 0.3 g of the collection material 1 was added to a centrifugal sedimentation tube for 30 cm 3 of the aqueous phase, and shaken for 5 days. After 5 days, the collection material 1 was filtered, the pH of the aqueous phase was measured, and the adsorption amount of metal ions was measured using ICP-AES. The adsorption amount of metal ions in the aqueous phase with different pH was measured in the same manner.
捕集材2及び捕集材3についても捕集材1と同様にして金属イオンの吸着量を測定した。さらにまた、捕集材3においてバナナ繊維に代えて市販のセルロースを用いた以外は捕集材3と同様にして製造した捕集材4、及び市販の捕集材5(アンバーライト)についても捕集材1と同様にして金属イオンの吸着量を測定した。 For the collection material 2 and the collection material 3, the adsorption amount of metal ions was measured in the same manner as the collection material 1. Furthermore, the trapping material 4 manufactured in the same manner as the trapping material 3 and the commercially available trapping material 5 (amberlite) except that a commercial cellulose was used in place of the banana fiber in the trapping material 3. The amount of adsorbed metal ions was measured in the same manner as in the collector 1.
この結果を図4−図8に示す。図4−図8は各種金属イオンの吸着率と水相のpHの関係を示したグラフである。グラフの縦軸は金属イオンの吸着率を示し、横軸は水相のpHを示す。 The results are shown in FIGS. 4 to 8 are graphs showing the relationship between the adsorption rate of various metal ions and the pH of the aqueous phase. The vertical axis of the graph represents the adsorption rate of metal ions, and the horizontal axis represents the pH of the aqueous phase.
図4及び図5は捕集材3の金属イオンの吸着量を示している。図4(a)は、図3に示すシッフ塩基型配位子(官能基Rが水素原子)が導入されている捕集材3についての結果である。図4(b)は、図3に示すシッフ塩基型配位子(官能基Rが塩素原子)が導入されている捕集材3についての結果である。図5は、図3に示すシッフ塩基型配位子(官能基Rが臭素原子)が導入されている捕集材3についての結果である。 4 and 5 show the amount of metal ions adsorbed on the collection material 3. FIG. 4A shows the result of the trapping material 3 into which the Schiff base ligand (the functional group R is a hydrogen atom) shown in FIG. 3 is introduced. FIG. 4B shows the result of the trapping material 3 into which the Schiff base ligand (the functional group R is a chlorine atom) shown in FIG. 3 is introduced. FIG. 5 shows the results for the trapping material 3 into which the Schiff base ligand (the functional group R is a bromine atom) shown in FIG. 3 is introduced.
図4及び図5の結果から、シッフ塩基型配位子(官能基Rが臭素原子)が導入されている捕集材3は、シッフ塩基型配位子(官能基Rが水素原子)が導入されている捕集材3やシッフ塩基型配位子(官能基Rが塩素原子)が導入されている捕集材3よりも金属イオンの吸着率が高く、特にコバルトイオンの吸着率が高いことが確認された。また、図4及び図5の結果は、捕集材3が金属イオンを選択的に捕集することができることを示している。 From the results of FIGS. 4 and 5, the scavenger 3 into which the Schiff base type ligand (functional group R is a bromine atom) is introduced with the Schiff base type ligand (functional group R is a hydrogen atom). The adsorption rate of metal ions is higher than that of the collection material 3 and the collection material 3 into which the Schiff base type ligand (the functional group R is a chlorine atom) is introduced, and in particular, the adsorption rate of cobalt ions is high. Was confirmed. Moreover, the result of FIG.4 and FIG.5 has shown that the collection material 3 can selectively collect a metal ion.
図6(a)は捕集材1の金属イオンの吸着量を示している。図6(b)は捕集材2の金属イオンの吸着量を示している。図6の結果は、シッフ塩基型配位子を有していなくても金属イオンを選択的に捕集することができることを示している。 FIG. 6A shows the amount of metal ions adsorbed on the collection material 1. FIG. 6B shows the amount of metal ions adsorbed on the collection material 2. The results in FIG. 6 indicate that metal ions can be selectively collected without having a Schiff base type ligand.
また、アルカリ処理バナナ繊維の原料となるバナナ繊維(アルカリ処理前のバナナ繊維:リグニン成分を除去していないバナナ繊維)について捕集材1と同様にして金属イオンの吸着量を測定したところ、金属イオンを選択的に捕集することができることを確認した。 Moreover, when the adsorption amount of a metal ion was measured similarly to the collection material 1 about the banana fiber (banana fiber before alkali treatment: banana fiber which has not removed the lignin component) used as the raw material of alkali treatment banana fiber, It was confirmed that ions can be selectively collected.
図7は捕集材4の金属イオンの吸着量を示している。図7の結果は、各種金属イオンの吸着率の挙動が図4や図5と異なっていることを示す。 FIG. 7 shows the amount of metal ions adsorbed on the collector 4. The result of FIG. 7 shows that the behavior of the adsorption rate of various metal ions is different from that of FIGS.
図8は市販の捕集材5(アンバーライト)の金属イオンの吸着量を示している。図8の結果は、各種金属イオンが捕集材5に100%吸着されており、金属イオンの捕集について選択性がないことを示している。 FIG. 8 shows the amount of metal ions adsorbed on a commercially available collection material 5 (amberlite). The result of FIG. 8 shows that various metal ions are adsorbed 100% on the collection material 5 and there is no selectivity for collection of metal ions.
<捕集材の金属イオン捕集能2>
水相を金属イオン(Yb2+、Tm2+)1.0×10−4mol/L、過塩素酸ナトリウム1.0×10−1mol/L、酢酸5.0×10−3mol/L、MES(2-Morpholinoethanesulfonic acid)5.0×10−3mol/Lに調整した。水相30cm3に対して0.3gの捕集材(シッフ塩基型配位子(官能基Rが臭素原子)が導入されている捕集材3)を遠心沈殿管に加えて5日間振とうさせた。5日後、捕集材3をろ過し、水相のpHを測定し、ICP−AESを用いて金属イオンの吸着量を測定した。pHを変えた水相の金属イオンの吸着量も同様にして測定した。
<Metal ion collection ability 2 of collection material>
The aqueous phase was metal ions (Yb 2+ , Tm 2+ ) 1.0 × 10 −4 mol / L, sodium perchlorate 1.0 × 10 −1 mol / L, acetic acid 5.0 × 10 −3 mol / L, MES (2-Morpholinoethanesulfonic acid) was adjusted to 5.0 × 10 −3 mol / L. Add 0.3 g of collection material (collection material 3 into which a Schiff base ligand (functional group R is a bromine atom)) is added to 30 cm 3 of the aqueous phase to the centrifugal settling tube and shake for 5 days. I let you. After 5 days, the collection material 3 was filtered, the pH of the aqueous phase was measured, and the adsorption amount of metal ions was measured using ICP-AES. The adsorption amount of metal ions in the aqueous phase with different pH was measured in the same manner.
この結果を図9に示す。図9は各種金属イオンの吸着率と水相のpHの関係を示したグラフである。グラフの縦軸は金属イオンの吸着率を示し、横軸は水相のpHを示す。
図9の結果は、捕集材3がイッテルビウムイオン、ツリウムイオンを良好に捕集することができることを示している。この結果は、他の希土類元素のイオンについても良好に捕集できることを示唆するものである。
The result is shown in FIG. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the adsorption rate of various metal ions and the pH of the aqueous phase. The vertical axis of the graph represents the adsorption rate of metal ions, and the horizontal axis represents the pH of the aqueous phase.
The result of FIG. 9 has shown that the collection material 3 can collect a ytterbium ion and a thulium ion favorably. This result suggests that other rare earth ions can be well collected.
<捕集材6の製造>
THF(テトラヒドロフラン)が300ml入った二股フラスコに水素化ナトリウムを6.4g入れ、窒素雰囲気下で還流した。その後、N-フェニルジエタノールアミン14.5gとテトラエチレンアルコールジトシレート40.2gの混合溶液を5時間かけて滴下し、その後3時間還流した。冷却後、残留物をTHFで洗浄しながらろ過した。得られたTHFのろ液を減圧留去し、目的物を得た。得られた目的物に10mlのメタノールを加え、更に過塩素酸ナトリウム11.3gを15mlのメタノールに溶解した溶液を加え、10分間還流した。メタノールを減圧留去した後、酢酸エチルで再結晶し、12.2gのN-フェニルアザ-18-クラウン-6過塩素酸ナトリウム塩を得た。その後、塩化メチレン:水(1:1)溶液中で分解処理を行い、塩化メチレンを回収後、減圧留去して7.49gの N-フェニルアザ-18-クラウン-6を得た。
<Manufacture of collection material 6>
6.4 g of sodium hydride was placed in a bifurcated flask containing 300 ml of THF (tetrahydrofuran) and refluxed in a nitrogen atmosphere. Thereafter, a mixed solution of 14.5 g of N-phenyldiethanolamine and 40.2 g of tetraethylene alcohol ditosylate was dropped over 5 hours, and then refluxed for 3 hours. After cooling, the residue was filtered while washing with THF. The obtained THF filtrate was distilled off under reduced pressure to obtain the desired product. 10 ml of methanol was added to the obtained object, and a solution obtained by dissolving 11.3 g of sodium perchlorate in 15 ml of methanol was added and refluxed for 10 minutes. Methanol was distilled off under reduced pressure and then recrystallized with ethyl acetate to obtain 12.2 g of N-phenylaza-18-crown-6 perchloric acid sodium salt. Thereafter, decomposition treatment was carried out in a methylene chloride: water (1: 1) solution, and methylene chloride was recovered and distilled under reduced pressure to obtain 7.49 g of N-phenylaza-18-crown-6.
N-フェニルアザ-18-クラウン-6(3.39g)を5mlの温37%塩酸に溶解し、氷水で5℃まで冷却した。2mlの水に0.7gのNaNO2を溶解した溶液をゆっくり加え、20分撹拌した。30mlの氷水と20mlの塩化メチレンを加えて撹拌した。次に飽和炭酸ナトリウムを入れると有機層が緑色になった。得られた有機相を減圧留去し、目的物であるN-(ニトロソフェニル)アザ-18-クラウン-6を得た。 N-phenylaza-18-crown-6 (3.39 g) was dissolved in 5 ml of warm 37% hydrochloric acid and cooled to 5 ° C. with ice water. A solution of 0.7 g NaNO 2 dissolved in 2 ml water was slowly added and stirred for 20 minutes. 30 ml of ice water and 20 ml of methylene chloride were added and stirred. Next, when saturated sodium carbonate was added, the organic layer became green. The obtained organic phase was distilled off under reduced pressure to obtain N- (nitrosophenyl) aza-18-crown-6 which was the target product.
N-(ニトロソフェニル)アザ-18-クラウン-6を3mlの37%塩酸に溶解し、塩化スズ1.85gを1.6mlの水に溶解した溶液を40℃で撹拌しながら加えた。20分撹拌した後、水を加え、さらに30分撹拌した。その後、40%の水酸化ナトリウムを加えると茶色い油状の物質が析出した。析出物を塩化メチレンで抽出し、溶媒を減圧蒸留し、N-(4-アミノフェニル)アザ-18-クラウン-6エーテル(上記式(II)で表される環状配位子)を得た。図10にN-(4-アミノフェニル)アザ-18-クラウン-6エーテルの合成の概略を示す。
N-(4-アミノフェニル)アザ-18-クラウン-6エーテルを溶解したアセトニトリル中に上記バナナ繊維−g−GMAを1.5g入れて、一日整置した。その後、アセトニトリルとアセトンで洗浄し、捕集材6を得た。図11にバナナ繊維−g−GMAに環状配位子が導入された捕集材の合成の概略を示す。
N- (nitrosophenyl) aza-18-crown-6 was dissolved in 3 ml of 37% hydrochloric acid, and a solution of 1.85 g of tin chloride in 1.6 ml of water was added at 40 ° C. with stirring. After stirring for 20 minutes, water was added and the mixture was further stirred for 30 minutes. Thereafter, when 40% sodium hydroxide was added, a brown oily substance was precipitated. The precipitate was extracted with methylene chloride, and the solvent was distilled under reduced pressure to obtain N- (4-aminophenyl) aza-18-crown-6 ether (cyclic ligand represented by the above formula (II)). FIG. 10 shows an outline of the synthesis of N- (4-aminophenyl) aza-18-crown-6 ether.
1.5 g of the banana fiber-g-GMA was put in acetonitrile in which N- (4-aminophenyl) aza-18-crown-6 ether was dissolved, and the mixture was placed for one day. Then, it wash | cleaned with acetonitrile and acetone and the collection material 6 was obtained. FIG. 11 shows an outline of synthesis of a trapping material in which a cyclic ligand is introduced into banana fiber-g-GMA.
<捕集材の金属イオン捕集能3>
1.0×10−4Mのセシウム溶液30mlと0.3gの捕集材6を遠沈管に入れ、5日間振とうした。次いで、振とう実験で回収した溶液を10倍に薄め、原子吸光を用いて溶液中のセシウムイオンの定量を行った。この結果から捕集材6のセシウムイオンの吸着率を求めた。捕集材2についても捕集材6と同様にしてセシウムイオンの吸着率を求めた。
その結果を図12に示す。図12の結果は、捕集材2および捕集材6がセシウムイオンを捕集することができることを示している。また、この結果から、捕集材6のセシウムイオンの吸着能は捕集材2よりも良好であることが確認された。
<Metal ion collection ability 3 of collection material>
30 ml of 1.0 × 10 −4 M cesium solution and 0.3 g of the collecting material 6 were placed in a centrifuge tube and shaken for 5 days. Next, the solution collected in the shaking experiment was diluted 10 times, and cesium ions in the solution were quantified using atomic absorption. From this result, the adsorption rate of the cesium ions of the trapping material 6 was determined. For the collection material 2, the adsorption rate of cesium ions was determined in the same manner as the collection material 6.
The result is shown in FIG. The result of FIG. 12 has shown that the collection material 2 and the collection material 6 can collect a cesium ion. Moreover, from this result, it was confirmed that the adsorption capacity of the cesium ions of the collection material 6 is better than that of the collection material 2.
<捕集材7〜11>
上記捕集材1におけるバナナ繊維を、リグニン成分を除去するアルカリ処理を行わずにそのまま使用し、これを捕集材7とした。
この捕集材7について、上記捕集材1からの捕集材2の製造と同様の処理を行い、バナナ繊維−g−GMAを得た。これを捕集材8とした。
捕集材9として天然繊維の麻を、捕集材10として市販の結晶セルロースを、捕集材11としてゼオライトを用いた。
<Collector 7-11>
The banana fiber in the collection material 1 was used as it was without performing the alkali treatment for removing the lignin component, and this was used as the collection material 7.
About this collection material 7, the process similar to manufacture of the collection material 2 from the said collection material 1 was performed, and the banana fiber-g-GMA was obtained. This was designated as collection material 8.
Natural fiber hemp was used as the collection material 9, commercially available crystalline cellulose was used as the collection material 10, and zeolite was used as the collection material 11.
<捕集材の金属イオン捕集能4>
セシウム濃度10〜1000ppbに調整した水相30cm3中に各捕集材0.3gを入れ、1時間振とうした。その後、原子吸光光度計を用いて水相中の残存セシウム濃度を測定し、吸着率を求めた。
その結果を図13〜図19に示す。図13は捕集材7(アルカリ未処理バナナ繊維)、図14は捕集材8(アルカリ未処理バナナ繊維−g−GMA)、図15は捕集材1(アルカリ処理バナナ繊維)、図16は捕集材2(アルカリ処理バナナ繊維−g−GMA)、図17は捕集材9(麻)、図18は捕集材10(結晶セルロース)、図19は捕集材11(ゼオライト)の結果である。
<Metal ion collection ability 4 of collection material>
0.3 g of each collection material was put into 30 cm 3 of an aqueous phase adjusted to a cesium concentration of 10 to 1000 ppb and shaken for 1 hour. Thereafter, the residual cesium concentration in the aqueous phase was measured using an atomic absorption photometer, and the adsorption rate was determined.
The results are shown in FIGS. FIG. 13 is a collection material 7 (alkali untreated banana fiber), FIG. 14 is a collection material 8 (alkali untreated banana fiber-g-GMA), FIG. 15 is a collection material 1 (alkali treated banana fiber), and FIG. Is the collection material 2 (alkali-treated banana fiber-g-GMA), FIG. 17 is the collection material 9 (hemp), FIG. 18 is the collection material 10 (crystalline cellulose), and FIG. 19 is the collection material 11 (zeolite). It is a result.
<捕集材の金属イオン捕集能5>
ストロンチウム濃度25〜300ppbに調整した水相30cm3中に捕集材7(アルカリ未処理バナナ繊維)0.3gを入れ、1時間振とうした。その後、原子吸光光度計を用いて水相中の残存ストロンチウム濃度を測定し、吸着率を求めた。
その結果を図20に示す。
<Metal ion collection ability 5 of collection material>
In 30 cm 3 of the aqueous phase adjusted to a strontium concentration of 25 to 300 ppb, 0.3 g of the collection material 7 (alkali untreated banana fiber) was added and shaken for 1 hour. Thereafter, the residual strontium concentration in the aqueous phase was measured using an atomic absorption photometer to determine the adsorption rate.
The result is shown in FIG.
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