JP6651982B2 - Iron supply material, iron supply material manufacturing method, and iron supply method - Google Patents
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Description
本発明は、鉄分の供給材、鉄分の供給材の製造方法、及び鉄分の供給方法に関する。 The present invention relates to an iron supply material, a method for producing an iron supply material, and an iron supply method.
近年、水域では、生物の生育に必要な鉄分の不足による生物生産量の低下が生じている。例えば、沿岸の海域では、海藻の群落である藻場が消失、いわゆる磯焼けが生じ、海藻だけでなく、そこに生育するウニ、アワビ、オキアミなど多くの水産資源の減少につながっている。 In recent years, in water bodies, biological production has been reduced due to a shortage of iron necessary for the growth of living organisms. For example, in the coastal sea area, seaweed beds, which are a community of seaweeds, disappear, causing so-called scorching, leading to a decrease in not only seaweeds but also many marine resources such as sea urchins, abalones, and krill.
磯焼けの原因の一つとして、海水中の鉄分の減少が挙げられる。沿岸域の鉄分は、元来河川を通じて海に供給されてきたと考えられており、近年の森林の伐採や荒廃によってその供給量が減少したと示唆されている(松永克彦著、森が消えれば海も死ぬ、講談社、1993年7月20日、参照)。 One of the causes of shore burning is a decrease in iron content in seawater. It is believed that iron in coastal areas was originally supplied to the sea through rivers, and it has been suggested that the amount of iron supplied has decreased due to deforestation and deforestation in recent years (Katsuhiko Matsunaga, Dies, see Kodansha, July 20, 1993).
このような沿岸環境が抱える課題に対し、含鉄物質である製鋼スラグまたは石炭溶融灰にキレーターとなる腐植酸含有物質を混合した水域環境用の施肥材が提案された(特許文献1)。ここで、特許文献1では、廃木材チップを腐葉土化したものを腐植酸含有物質として使用する。また、水産加工残さを発酵させた魚かすを腐植酸含有物質として含鉄物質に混ぜる方法も提案されている(特許文献2)
In response to such a problem of the coastal environment, a fertilizer for an aquatic environment in which a humic acid-containing substance serving as a chelator is mixed with steelmaking slag or coal molten ash that is an iron-containing substance has been proposed (Patent Document 1). Here, in
さらに、同じく含鉄物質からの鉄の溶出を促進するべく、グルコン酸、グルタミン酸のいずれか一つを含む有機酸を含鉄物質に混合する方法が提案された(特許文献3)。 Furthermore, a method has been proposed in which an organic acid containing either gluconic acid or glutamic acid is mixed with the iron-containing substance to promote the elution of iron from the iron-containing substance (Patent Document 3).
海水のpHは、8.0〜8.3で維持されており、含鉄物質から鉄イオンの溶出は困難な環境である。また、鉄イオンが溶出したとしても、水酸化物イオン(OH−)と結合し、コロイド状の水酸化鉄として沈殿してしまう。そこで、特許文献1〜3では、含鉄物質を弱酸性の腐植酸含有物質などと混合する。これにより、含鉄物質から鉄イオンを溶出させる。溶出した鉄イオンは、配位子と錯体を形成する。すなわち、特許文献1〜3では、溶存態として鉄分を供給する。
The pH of seawater is maintained at 8.0 to 8.3, and it is an environment in which elution of iron ions from iron-containing substances is difficult. Even if the iron ions are eluted, they bind to hydroxide ions (OH − ) and precipitate as colloidal iron hydroxide. Therefore, in
実際、(特許文献1、2)では、海水中に鉄分を供給し、海藻を繁茂させることができたが、鉄分を供給できる期間や濃度の安定性に課題を有していた。
In fact, in
また、(特許文献3)にあるように、含鉄物質にアミノ酸だけを添加することで得られる鉄の溶出促進効果は極めて低いことが発明者らの実験的な検討によって明らかにされている。 Further, as described in (Patent Document 3), it has been clarified by experimental studies by the inventors that the effect of promoting the elution of iron obtained by adding only an amino acid to an iron-containing substance is extremely low.
そこで、本発明の目的とするところは、含鉄物質からの鉄の供給を促進し、かつ安定的に持続させることのできる、新規かつ改良された鉄分の供給材、鉄分の供給材の製造方法、及び鉄分の供給方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to promote the supply of iron from an iron-containing substance, and can stably maintain, a new and improved iron supply material, a method for producing an iron supply material, And a method of supplying iron.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、含鉄物質と、針葉樹を主原料として含む原料が微生物により分解されてなる腐植酸含有物質との混合物を含有することを特徴とする鉄分の供給材が提供される。
In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, characterized in that it contains a ferruginous material, the mixture of raw materials containing softwood as the main raw material and humic acid-containing substance formed by decomposition by microorganisms Is provided.
ここで、プロトカテキュ酸をさらに含んでいてもよい。 Here, protocatechuic acid may be further included.
また、アミノ酸をさらに含んでいてもよい。 It may further contain an amino acid.
また、アミノ酸は、グルタミン酸及びグリシンのうち、少なくとも1種を含んでいてもよい。 The amino acid may include at least one of glutamic acid and glycine.
また、含鉄物質は、鉄鋼スラグ、スケール、鉄粉、酸化鉄粉、砂鉄、及び石炭溶融灰のうち、少なくとも1種を含んでいてもよい。 In addition, the iron-containing substance may include at least one of steel slag, scale, iron powder, iron oxide powder, iron sand, and coal molten ash.
本発明の他の観点によれば、含鉄物質と、針葉樹を主原料として含む原料が微生物により分解されてなる腐植酸含有物質とを混合する混合工程を含むことを特徴とする、鉄分の供給材の製造方法が提供される。
According to another aspect of the present invention, characterized in that it comprises a ferruginous material, the mixing step of the raw material containing softwood as the main raw material is mixed with humic acid-containing substance formed by decomposition by microorganisms, iron A method of manufacturing a supply is provided.
ここで、混合工程では、含鉄物質及び腐植酸含有物質にプロトカテキュ酸をさらに混合してもよい。 Here, in the mixing step, protocatechuic acid may be further mixed with the iron-containing substance and the humic acid-containing substance.
また、混合工程では、含鉄物質及び腐植酸含有物質にアミノ酸をさらに混合してもよい。 In the mixing step, an amino acid may be further mixed with the iron-containing substance and the humic acid-containing substance.
また、アミノ酸は、グルタミン酸及びグリシンのうち、少なくとも1種を含んでいてもよい。 The amino acid may include at least one of glutamic acid and glycine.
また、含鉄物質は、鉄鋼スラグ、スケール、鉄粉、酸化鉄粉、砂鉄、及び石炭溶融灰のうち、少なくとも1種を含んでいてもよい。 In addition, the iron-containing substance may include at least one of steel slag, scale, iron powder, iron oxide powder, iron sand, and coal molten ash.
本発明の他の観点によれば、上記の鉄分の供給材を、水中に設置することを特徴とする鉄分の供給方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for supplying iron, wherein the above-described iron supply material is installed in water.
本観点によれば、針葉樹を主原料とする腐植酸含有物質を使用する。このような腐植酸含有物質はより多くのプロトカテキュ酸を含む。また、腐植酸含有物質は、アミノ酸の供給源としても機能する。したがって、腐植酸含有物質から溶出したプロトカテキュ酸及びアミノ酸が重合してアミノ酸−プロトカテキュ酸重合体となる。このアミノ酸−プロトカテキュ酸重合体は、含鉄物質中の鉄分を還元して水中に溶出させる。そして、アミノ酸−プロトカテキュ酸重合体は、水中の鉄分に対してキレーターとして機能する。したがって、針葉樹を主原料とする腐植酸含有物質を使用することで、より多くの鉄分を安定的に水中に溶存させることができる。 According to this aspect, a humic acid-containing substance mainly containing softwood is used. Such humic acid-containing substances contain more protocatechuic acid. The humic acid-containing substance also functions as a source of amino acids. Therefore, the protocatechuic acid and the amino acid eluted from the humic acid-containing substance polymerize to form an amino acid-protocatechuic acid polymer. This amino acid-protocatechuic acid polymer reduces iron in the iron-containing substance and elutes it in water. And the amino acid-protocatechuic acid polymer functions as a chelator for iron in water. Therefore, more iron can be stably dissolved in water by using a humic acid-containing substance whose main material is softwood.
以上説明したように本発明によれば、含鉄物質からの鉄の供給(溶出)を促進し、かつ安定的に持続させることができる。 As described above, according to the present invention, the supply (elution) of iron from an iron-containing substance can be promoted and stably maintained.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<1.本発明者による検討>
本発明者は、含鉄物質からの鉄の供給を促進し、かつ安定的に持続させることのできる、鉄分の供給材を鋭意検討した結果、本実施形態に係る鉄分の供給材等に想到した。そこで、まず、本発明者が行った検討について説明する。
<1. Study by the Inventor>
The inventor of the present invention has intensively studied iron supply materials capable of promoting the supply of iron from an iron-containing substance and stably maintaining the iron supply, and as a result, came to the iron supply material and the like according to the present embodiment. Therefore, first, a study performed by the present inventors will be described.
含鉄物質中の鉄イオンは、水域環境、特にpH8.0〜8.3の海域では、溶出しにくい。そのため、含鉄物質から鉄を溶出させるためには、含鉄物質周囲の環境を弱酸性環境にするか、含鉄物質に還元剤を添加する必要がある。酸性物質である腐植酸含有物質を含鉄物質に混合することで弱酸性環境を創出することはできるが、含鉄物質の周囲には常にpH8.0〜8.3の海水が存在するため、長期にわたって弱酸性環境を維持し、溶出を安定化させることは困難である。 Iron ions in the iron-containing substance hardly elute in a water environment, particularly in a sea area having a pH of 8.0 to 8.3. Therefore, in order to elute iron from the iron-containing substance, it is necessary to make the environment around the iron-containing substance weakly acidic or to add a reducing agent to the iron-containing substance. By mixing a humic acid-containing substance, which is an acidic substance, with a ferrous substance, a weakly acidic environment can be created, but seawater with a pH of 8.0 to 8.3 always exists around the ferrous substance. It is difficult to maintain a weakly acidic environment and stabilize elution.
一方、含鉄物質に還元剤を添加する方法では、含鉄物質に必要量の還元剤を加えることで、溶出させる鉄の濃度や期間を調整することが容易となる。しかし、含鉄物質から鉄イオンが溶出しても、pH8.0〜8.3の海域では、二価鉄は三価鉄となり、三価鉄はOH基と結合することでコロイド鉄となり、沈殿してしまう(Fe3++3OH−→Fe(OH)3)。そこで、水域環境中で鉄が溶存態として存在しうるには、鉄イオンがキレーターと結合し、錯体を形成する必要がある。 On the other hand, in the method of adding a reducing agent to an iron-containing substance, by adding a necessary amount of the reducing agent to the iron-containing substance, it becomes easy to adjust the concentration and period of iron to be eluted. However, even if iron ions are eluted from the iron-containing substance, in the pH 8.0 to 8.3 sea area, ferrous iron becomes trivalent iron, and trivalent iron becomes colloidal iron by binding to an OH group and precipitates. (Fe 3+ + 3OH − → Fe (OH) 3 ). Therefore, in order for iron to be present as a dissolved state in the water environment, it is necessary for iron ions to bind to the chelator and form a complex.
そこで、本発明者は、還元作用を有し、且つキレーターとしての機能を有する物質を検討した。キレーターを選択する際には、錯形成能を考慮しなくてはならない。錯形成能が高いキレーターを用いた錯体は安定であるが、Fe2+をかい離しにくい。このため、藻類は鉄分を取り込みにくい。一方、錯形成能が低いキレーターを用いた錯体はFe2+をすぐにかい離してしまうため、海水中での鉄の溶存性を高めることができない。そのため、本発明者は、溶出液中である程度鉄濃度を維持できるキレーターを検討した。すなわち、本発明者は、Fe2+を水中に安定して保持しつつ、藻類が錯体中のFe2+を取り込み可能な程度の錯形成能を有するキレーターを検討した。その結果、還元剤と鉄錯体形成サイトであるCOOH基を有する物質とを混合することで重合体(例えばオリゴマー)を形成し、この重合体を鉄イオンに反応させることに思い至った。その組み合わせとしては、土壌環境におけるグリシンとカテコールの重合化が知られていることから(非特許文献1)、アミノ酸とベンゼン環に互いに隣り合って結合する2つの水酸基を有する物質を手掛かりに検討を行った。その結果、本発明者は、プロトカテキュ酸(PCA)とアミノ酸との重合体が還元作用を有し、かつ、キレーターとして機能することを見出した。具体的には、重合体は、プロトカテキュ酸由来のOH基の還元反応によって含鉄物質からFe2+を溶出させ、フェノール酸物質及びアミノ酸が有するCOOH基によってキレーターとして機能する。なお、プロトカテキュ酸は以下の化学式1で示される構造を有する。
Therefore, the present inventors have studied substances having a reducing action and also having a function as a chelator. When selecting a chelator, the complexing ability must be considered. A complex using a chelator having a high complexing ability is stable, but is less likely to release Fe 2+ . For this reason, it is difficult for algae to take in iron. On the other hand, a complex using a chelator having a low complexing ability immediately separates Fe 2+ , and thus cannot increase the solubility of iron in seawater. Therefore, the present inventor studied a chelator capable of maintaining a certain iron concentration in the eluate. That is, the present inventor has studied a chelator having a complex forming ability that enables algae to take in Fe 2+ in a complex while stably retaining Fe 2+ in water. As a result, they came to think that a polymer (for example, an oligomer) was formed by mixing a reducing agent and a substance having a COOH group that is an iron complex formation site, and the polymer was reacted with iron ions. As the combination, it is known that glycine and catechol are polymerized in the soil environment (Non-patent Document 1). Therefore, a study is conducted using a substance having two hydroxyl groups that are adjacently bonded to an amino acid and a benzene ring. went. As a result, the present inventors have found that a polymer of protocatechuic acid (PCA) and an amino acid has a reducing action and functions as a chelator. Specifically, the polymer elutes Fe 2+ from the iron-containing substance by a reduction reaction of the OH group derived from protocatechuic acid, and functions as a chelator by the COOH group of the phenolic substance and the amino acid. Protocatechuic acid has a structure represented by the following
具体的には、本発明者は、含鉄物質、プロトカテキュ酸、及びアミノ酸を混合することで第1の試料を作製し、人工海水中での溶出実験を実施した。この結果、溶液が黒色化し、溶液中の鉄濃度が上昇した。このことから、溶液中に上述した重合体が形成されていることが確認できた。また、溶液の波長400nmと波長600nmの吸光度Eの比、E400/E600は、分子量の増加によって低下することが知られている(Wang,Z.D.,Pant,B.C.,Langford,C.H.,1990.Spectroscopic and structural characterization of a Laurentian fulvic acid:notes on origin of color. Anal. Chim. Acta 232,43−49.)。そこで、時間経過に伴う吸光度Eの比の変化を測定した。この結果、時間経過に伴って、吸光度の比E400/E600が低下することが確認できた。この点においても、溶液中に上述した重合体が形成されていることが確認できた。 Specifically, the present inventor prepared a first sample by mixing an iron-containing substance, protocatechuic acid, and an amino acid, and performed an elution experiment in artificial seawater. As a result, the solution turned black and the iron concentration in the solution increased. From this, it was confirmed that the above-mentioned polymer was formed in the solution. It is known that the ratio of the absorbance E of the solution at a wavelength of 400 nm to the absorbance E at a wavelength of 600 nm, E 400 / E 600 , decreases as the molecular weight increases (Wang, ZD, Pant, BC, Langford). , CH, 1990. Spectroscopic and structural charactrization of a Laurentian fulvic acid: notes on origin of color. Anal. Chim. Therefore, the change in the ratio of the absorbance E with the passage of time was measured. As a result, it was confirmed that the absorbance ratio E 400 / E 600 decreased with time. Also in this respect, it was confirmed that the above-described polymer was formed in the solution.
さらに、溶液のTOC(全有機態炭素)をTOC計で測定した。この結果、溶出試験開始後から時間が経過してもTOCはある一定の値を維持することが確認できた。この点においても、溶液中に上述した重合体が形成されていることを確認できた。 Further, the TOC (total organic carbon) of the solution was measured with a TOC meter. As a result, it was confirmed that the TOC maintained a certain value even after a lapse of time from the start of the dissolution test. Also in this regard, it was confirmed that the above-mentioned polymer was formed in the solution.
さらに、溶液の紫外・可視部(200−400nm)の吸光度を測定した。その結果、溶出開始から10日目以降から吸光度が減少し、炭素分の酸化が起こっていることが分かった。したがって、上述した重合体は、酸化によって二価鉄の溶出を促進していることがわかった。 Furthermore, the absorbance of the ultraviolet / visible part (200-400 nm) of the solution was measured. As a result, it was found that the absorbance decreased from the 10th day onward after the start of elution, and that the oxidation of carbon content occurred. Therefore, it was found that the above-mentioned polymer promoted the elution of divalent iron by oxidation.
以上の結果から、含鉄物質、プロトカテキュ酸、及びアミノ酸が含まれた系では、プロトカテキュ酸とアミノ酸との重合体が形成され、また、この重合体の炭素分の酸化に伴って、含鉄物質中の鉄分が還元溶出することが推察された。その鉄イオンは、プロトカテキュ酸‐アミノ酸重合体と錯体を形成することで液中に安定して溶存することが推察された。 From the above results, in a system containing an iron-containing substance, protocatechuic acid, and an amino acid, a polymer of protocatechuic acid and an amino acid was formed, and with the oxidation of the carbon content of the polymer, It was presumed that iron content was reduced and eluted. It was presumed that the iron ions stably dissolved in the liquid by forming a complex with the protocatechuic acid-amino acid polymer.
一方、OH基の還元作用が鉄分の溶出を促進させる効果のあることを基に、上述したプロトカテキュ酸を、OH基の一つ多い没食子酸に置き換えて同様の溶出試験を行った。没食子酸は、以下の化学式2に示すように、ベンゼン環に互いに隣り合って結合する3つの水酸基を有するフェノール酸物質である。この結果、溶液の色の変化はほとんど見られず、溶液中の鉄濃度は上昇しなかった。また、吸光度の比E400/E600もほとんど変化しなかった。一方、TOCは、溶出試験開始時に有意な値を示したが、その直後から著しく減少した。このため、何らかの形態で炭素分が溶存しなくなることが推察された。その原因としては、一旦溶液中に溶出した没食子酸が製鋼スラグ表面に吸着、もしくは溶液中に溶出した没食子酸中の炭素分の酸化が進み、CO2として系外に排出されたことが考えられた。そこで、溶出液の紫外・可視部(200−400nm)の吸光度を測定した。その結果、吸光度の変化はほとんど見られなかった。このことから、上記のTOCの低下は、没食子酸の製鋼スラグ表面への吸着によるものと推察された。 On the other hand, based on the fact that the reducing action of the OH group has the effect of promoting the elution of iron, a similar elution test was performed by replacing the above-mentioned protocatechuic acid with gallic acid having one more OH group. Gallic acid is a phenolic acid substance having three hydroxyl groups adjacent to each other and bonded to a benzene ring as shown in the following chemical formula 2. As a result, little change in the color of the solution was observed, and the iron concentration in the solution did not increase. Also, the ratio E 400 / E 600 of the absorbance hardly changed. On the other hand, TOC showed a significant value at the start of the dissolution test, but decreased significantly immediately thereafter. Therefore, it was presumed that the carbon content was not dissolved in any form. As the reason, once the solution adsorbed eluted gallate steelmaking slag surface during or advances the carbon content of the oxide in the gallic acid eluted in the solution, it is believed that is discharged from the system as CO 2 Was. Thus, the absorbance of the eluate in the ultraviolet / visible region (200-400 nm) was measured. As a result, almost no change in absorbance was observed. From this, it was inferred that the decrease in TOC was due to the adsorption of gallic acid to the steelmaking slag surface.
この結果、没食子酸が含まれた系では、TOCの顕著な低下が見受けられ、かつ紫外・可視部(200−400nm)の吸光度に変化が見られなかったことから、溶液中に溶出した没食子酸は製鋼スラグの表面に直ちに吸着してしまうと推察された。このため、没食子酸は、アミノ酸との重合体を形成せず、鉄の溶出も促進しないと推察された。 As a result, in the system containing gallic acid, a remarkable decrease in TOC was observed, and no change was observed in the absorbance in the ultraviolet / visible region (200-400 nm). It was presumed that the steel immediately adsorbed on the surface of the steelmaking slag. Therefore, it was presumed that gallic acid did not form a polymer with the amino acid and did not promote the elution of iron.
上記の知見によれば、アミノ酸とプロトカテキュ酸とが重合体を形成すること、このような重合体は、含鉄物質から鉄の溶出を促進し、かつ鉄を安定的に溶存させることができることが明らかとなった。 According to the above findings, it is clear that an amino acid and protocatechuic acid form a polymer, and that such a polymer can promote the elution of iron from an iron-containing substance and stably dissolve iron. It became.
次に、本発明者は、プロトカテキュ酸及びアミノ酸の供給源として腐植酸含有物質に着目した。ここで、腐植酸含有物質は、落ち葉、倒木、魚介残渣などの動植物リターが、それをエネルギー源とする微生物によって分解されてゆく過程で生成される有機物の総称である。これらの原料(すなわち、動植物リター)の分解の過程でプロトカテキュ酸及びアミノ酸が生成されるので、腐植酸含有物質はプロトカテキュ酸及びアミノ酸を含む。さらに、本発明者は、プロトカテキュ酸をより多く含む腐植酸含有物質について鋭意検討した。具体的には、本発明者は、針葉樹を原料とした腐植酸含有物質と、広葉樹を原料とした腐植酸含有物質とを準備した。さらに、本発明者は、含鉄物質を準備し、これらの含鉄物質及び腐植酸含有物質を用いて鉄分の溶出試験を実施した。溶出試験の詳細な内容は後述する実施例で説明する。 Next, the present inventors focused on humic acid-containing substances as a source of protocatechuic acid and amino acids. Here, the humic acid-containing substance is a general term for organic matter generated in the process of decomposing animal and plant litter such as fallen leaves, fallen trees, and seafood residues by microorganisms using the same as an energy source. Humic acid-containing substances include protocatechuic acid and amino acids because protocatechuic acid and amino acids are produced during the decomposition of these raw materials (ie, animal and plant litter). Furthermore, the present inventors have intensively studied a humic acid-containing substance containing more protocatechuic acid. Specifically, the present inventor prepared a humic acid-containing substance using softwood as a raw material and a humic acid-containing substance using hardwood as a raw material. Furthermore, the present inventor prepared iron-containing substances, and performed an elution test of iron using these iron-containing substances and humic acid-containing substances. The details of the dissolution test will be described in Examples described later.
この結果、針葉樹を原料とした腐植酸含有物質を用いた試験では、広葉樹を原料とした腐植酸含有物質を用いた試験よりも多くの鉄分が溶出した。このため、針葉樹を原料とした腐植酸含有物質は、より多くのプロトカテキュ酸を含んでいることが明らかになった。プロトカテキュ酸はコニフェリルアルコールから生成されることが知られている。コニフェリルアルコールは、針葉樹の細胞壁成分リグニンの前駆体である。このため、針葉樹を原料とした腐植酸含有物質には、より多くのプロトカテキュ酸が含まれていると推察される。また、広葉樹を原料とした腐植酸含有物質を用いた試験では、鉄分の溶出量が十分でなかった。この結果により、広葉樹を原料とした腐植酸含有物質には、プロトカテキュ酸だけでなく、多くの没食子酸も含まれると推察される。没食子酸は、上述したように、製鋼スラグ表面へ吸着し、鉄分の溶出を阻害する。当該試験の結果、本発明者は、針葉樹を主原料とする腐植酸含有物質をプロトカテキュ酸及びアミノ酸の供給源として用いることに想到した。本発明者は、以上の知見に基づいて、本実施形態に係る鉄分の供給材等に想到した。 As a result, in the test using the humic acid-containing material using softwood as a raw material, more iron was eluted than in the test using the humic acid-containing material using hardwood as a raw material. For this reason, it became clear that the humic acid-containing substance made from conifers contained more protocatechuic acid. Protocatechuic acid is known to be produced from coniferyl alcohol. Coniferyl alcohol is a precursor to lignin, a cell wall component of conifers. For this reason, it is inferred that the humic acid-containing substance made from softwood contains a larger amount of protocatechuic acid. Further, in a test using a humic acid-containing substance using hardwood as a raw material, the elution amount of iron was not sufficient. From these results, it is inferred that the humic acid-containing substance made from hardwood contains not only protocatechuic acid but also a lot of gallic acid. As described above, gallic acid is adsorbed on the steelmaking slag surface and inhibits elution of iron. As a result of the test, the inventor of the present invention has conceived of using a humic acid-containing substance mainly containing softwood as a source of protocatechuic acid and amino acids. The present inventor has arrived at the iron supply material and the like according to the present embodiment based on the above findings.
<2.鉄分の供給材>
つぎに、本実施形態に係る鉄分の供給材について説明する。本実施形態の鉄分の供給材は、含鉄物質と、針葉樹を主原料とする腐植酸含有物質とを含有することを特徴とするものである。
<2. Iron Supply Materials>
Next, the iron supply material according to the present embodiment will be described. The iron supply material of the present embodiment is characterized by containing an iron-containing substance and a humic acid-containing substance whose main material is softwood.
含鉄物質は、鉄鋼スラグ、スケール、鉄粉、酸化鉄粉、砂鉄、及び石炭溶融灰のうち、少なくとも1種を用いることができる。 As the iron-containing substance, at least one of iron slag, scale, iron powder, iron oxide powder, iron sand, and coal molten ash can be used.
鉄を供給する含鉄物質としては、穏効性の固形であればよく、鉄鋼スラグを用いることができる。鉄鋼スラグには、製鐵所から生成される鉄鋼スラグと、電炉メーカーから生成される電炉スラグ(電気炉系製鋼スラグ)とが含まれる。製鐵所から生成する鉄鋼スラグは、鉄鋼製造工程において副産物として発生する。鉄鋼スラグは大別して、高炉スラグと製鋼スラグに分けられる。本発明に使用するスラグは、これらのうち、製鋼スラグが好ましい。鉄分含有量が高炉スラグ(約0.4質量%)は製鋼スラグ(約20質量%)に比べて低い。したがって、より効率的な鉄分供給を行う場合には、製鋼スラグを使用することが好ましい。もちろん、本発明に使用するスラグは、製鋼スラグに限定されない。 The iron-containing substance that supplies iron may be a solid that has a moderate effect, and a steel slag can be used. The steel slag includes steel slag generated from a steelworks and electric furnace slag (electric furnace steel slag) generated from an electric furnace maker. Steel slag generated from steel works is generated as a by-product in the steel manufacturing process. Steel slag is roughly classified into blast furnace slag and steelmaking slag. The slag used in the present invention is preferably a steelmaking slag. Blast furnace slag (about 0.4% by mass) having a lower iron content is lower than steelmaking slag (about 20% by mass). Therefore, when performing more efficient iron supply, it is preferable to use steelmaking slag. Of course, the slag used in the present invention is not limited to steelmaking slag.
製鋼スラグは、製鋼炉(転炉、電気炉等)において、銑鉄やスクラップから鋼を製造する際に生成するスラグの総称であるが、本発明に用いる製鋼スラグは、転炉系の製鋼スラグであることが望ましい。転炉系の製鋼スラグは電気炉系製鋼スラグと比較し、成分組成が安定しており、品質管理が容易である。また、近年、鋼品質の高度化に対応するため、転炉による精錬のみでは不純物の除去が不十分となり、転炉前後の工程(溶銑予備処理、2次精錬)を付加された高級鋼製造工程から生成する溶銑予備処理スラグや2次精錬スラグも、転炉スラグと同様に転炉系の製鋼スラグに含まれる。本発明において使用する製鋼スラグは、粗鋼生産量に対して質量比で約10%相当量が生成することからも、安価で且つ安定的な供給が可能であり、鉄の供給材として非常に有望である。 Steelmaking slag is a general term for slag generated when steel is manufactured from pig iron or scrap in a steelmaking furnace (a converter, an electric furnace, etc.), but the steelmaking slag used in the present invention is a converter-based steelmaking slag. Desirably. Converter steel slag has a stable composition and easy quality control compared to electric furnace steel slag. In recent years, in order to cope with the sophistication of steel quality, removal of impurities has become insufficient only by refining using a converter, and a high-grade steel manufacturing process to which processes (hot metal pretreatment, secondary refining) before and after the converter have been added. The molten iron pretreatment slag and secondary smelting slag generated from slag are also included in the converter steelmaking slag like the converter slag. The steelmaking slag used in the present invention can be supplied inexpensively and stably because it generates about 10% of the mass of crude steel in a mass ratio with respect to the amount of crude steel, and is very promising as an iron supply material. It is.
本発明に使用する製鋼スラグとしては、炭酸化処理した製鋼スラグを用いることが特に望ましい。製鋼スラグはf−CaO(遊離石灰)を1〜2質量%前後含んでいるため、水中のpHを一時的に上昇させやすいという性質がある。このため、炭酸化処理を施し、f−CaOをCaCO3とした炭酸化製鋼スラグとする。製鋼スラグを炭酸化製鋼スラグとすることで、溶出水のpH上昇の程度を抑制することができ、ひいては、より製鋼スラグからの鉄分の溶出を促進することができる。製鋼スラグの炭酸化処理は、製鋼スラグを二酸化炭素又は炭酸含有水と接触させることにより実施することができる。この操作により、CaOはCaCO3となり、また、CaCO3は製鋼スラグの表面上に形成されるため、残存するCa2+の急激な溶出を抑制することができる。このような炭酸化処理を製鋼スラグに施すことにより、水域での一時的なpHの上昇を防ぐことができ、それによって、本発明の溶出効果(すなわち、プロトカテキュ酸とアミノ酸との重合体による製鋼スラグからの鉄分の溶出効果)がより積極的に発揮される。 As the steelmaking slag used in the present invention, it is particularly desirable to use a steelmaking slag subjected to a carbonation treatment. Since steelmaking slag contains f-CaO (free lime) of about 1 to 2% by mass, it has a property of easily increasing the pH in water temporarily. For this reason, a carbonation treatment is performed to obtain a carbonized steelmaking slag in which f-CaO is CaCO 3 . By making the steelmaking slag a carbonated steelmaking slag, the degree of pH rise of the elution water can be suppressed, and thus the elution of iron from the steelmaking slag can be further promoted. The carbonation treatment of steelmaking slag can be performed by bringing steelmaking slag into contact with carbon dioxide or carbonic acid-containing water. By this operation, CaO becomes CaCO 3 , and CaCO 3 is formed on the surface of the steelmaking slag, so that rapid elution of the remaining Ca 2+ can be suppressed. By performing such a carbonation treatment on the steelmaking slag, it is possible to prevent a temporary increase in pH in the water area, and thereby the dissolution effect of the present invention (that is, steelmaking by a polymer of protocatechuic acid and an amino acid) can be prevented. The effect of elution of iron from slag) is more positively exhibited.
また、電炉スラグは、鉄以外に、海藻の育成環境には好ましくない重金属を含むことがあり、使用の際は十分な注意が必要である。このことから、転炉系の製鋼スラグ又は高炉スラグを使用することが望ましい。より好ましくは転炉系の製鋼スラグを用いる。 In addition, electric furnace slag may contain heavy metals other than iron that are unfavorable in a seaweed cultivation environment. For this reason, it is desirable to use steelmaking slag or blast furnace slag of the converter system. More preferably, converter steel slag is used.
鉄鋼スラグのほか、酸化鉄、金属鉄を含むスケール、鉄粉、酸化鉄粉、砂鉄、石炭溶融灰を含鉄物質として使用してもよい。 In addition to iron and steel slag, iron oxide, scales containing metallic iron, iron powder, iron oxide powder, iron sand, and coal molten ash may be used as the iron-containing substance.
スケールとしては、鉄鋼製造プロセスで発生するスケール(例えば、ミルスケールなど)が代表的なものとして挙げられる。 A typical example of the scale is a scale (eg, a mill scale) generated in a steel manufacturing process.
鉄粉、酸化鉄粉、砂鉄も含鉄物質として好ましい。ただし、スラグのように酸化鉄や金属鉄を複合的に含むものの方が、キレーターとの反応性が高く、鉄イオンの溶出能が高いので、より望ましい。 Iron powder, iron oxide powder and iron sand are also preferable as the iron-containing substance. However, those containing iron oxide or metallic iron in a complex manner, such as slag, are more preferable because of their high reactivity with the chelator and high elution ability of iron ions.
石炭溶融灰は、微粉炊ボイラー灰(フライアッシュ)と噴流床石炭ガス化炉からの溶融灰(スラグ)がある。フライアッシュ中には鉄分が酸化鉄(Fe2O3)として0.6〜23質量%程度含まれているが、石炭ガス化複合発電(IGCC)における還元雰囲気中で生成した溶融灰では、酸化鉄の80質量%程度が二価鉄として存在する。 Coal molten ash includes fine-powder boiler ash (fly ash) and molten ash (slag) from a spouted bed coal gasifier. The fly ash contains about 0.6 to 23% by mass of iron as iron oxide (Fe 2 O 3 ), but the molten ash generated in a reducing atmosphere in the integrated coal gasification combined cycle (IGCC) has an About 80% by mass of iron is present as ferrous iron.
本実施形態に係る腐植酸含有物質は、プロトカテキュ酸及びアミノ酸の供給源となるものである。上述したように、プロトカテキュ酸は、アミノ酸と重合して重合体(以下、このような重合体を「アミノ酸−プロトカテキュ酸重合体」とも称する)を形成する。アミノ酸−プロトカテキュ酸重合体のうち、プロトカテキュ酸由来のOH基による還元作用により含鉄物質から鉄分(すなわち、Fe2+イオン)が水中に溶出する。さらに、アミノ酸−プロトカテキュ酸重合体は、アミノ酸由来のCOOH基及びプロトカテキュ酸由来のCOOH基を有するので、溶出したFe2+のキレーターとして機能する。すなわち、アミノ酸−プロトカテキュ酸重合体は、Fe2+に配位することで、錯体を生成する。アミノ酸−プロトカテキュ酸重合体内では、還元サイトであるOH基と錯体形成サイトCOOH基とが構造的に近傍に存在する。したがって、アミノ酸−プロトカテキュ酸重合体によって形成される鉄の錯体は、水中に安定して存在することができる。 The humic acid-containing substance according to the present embodiment is a source of protocatechuic acid and amino acids. As described above, protocatechuic acid polymerizes with amino acids to form a polymer (hereinafter, such a polymer is also referred to as “amino acid-protocatechuic acid polymer”). Of the amino acid-protocatechuic acid polymer, iron (i.e., Fe2 + ions) elutes into water from the iron-containing substance due to the reducing action of the OH group derived from protocatechuic acid. Further, since the amino acid-protocatechuic acid polymer has a COOH group derived from an amino acid and a COOH group derived from protocatechuic acid, it functions as a chelator of eluted Fe 2+ . That is, the amino acid-protocatechuic acid polymer forms a complex by coordinating to Fe 2+ . In the amino acid-protocatechuic acid polymer, an OH group as a reducing site and a COOH group as a complex forming site are structurally close to each other. Therefore, the iron complex formed by the amino acid-protocatechuic acid polymer can be stably present in water.
なお、プロトカテキュ酸を構成するOH基及びCOOH基は互いに近接していないので、プロトカテキュ酸単独では海水中に安定して存在することができない。具体的には、プロトカテキュ酸を単独で含鉄物質に添加した場合、プロトカテキュ酸はFe2+と一旦結合するが、Fe2+を解離させてしまう。プロトカテキュ酸から解離したFe2+は、容易にFe3+に酸化される。酸化したFe3+は、上記の通り水酸化物コロイドとなり、沈殿してしまう。そのため、プロトカテキュ酸単独では、キレーターとしての効果が低くなってしまう。そこで、本実施形態では、プロトカテキュ酸をアミノ酸と重合させてアミノ酸−プロトカテキュ酸重合体とし、この重合体を鉄分の還元成分及びキレーターとして機能させる。アミノ酸−プロトカテキュ酸重合体をキレーターとして用いた錯体は、水中に鉄分(すなわち、Fe2+)を安定して溶存させることができる。さらに、藻類は錯体中の鉄分を容易に取り込むことができる。 Since the OH group and the COOH group constituting protocatechuic acid are not close to each other, protocatechuic acid alone cannot stably exist in seawater. Specifically, when added to ferrous material protocatechuic acid alone, protocatechuic acid is temporarily bound to Fe 2+, thereby dissociating Fe 2+. Fe 2+ dissociated from protocatechuic acid is easily oxidized to Fe 3+ . The oxidized Fe 3+ becomes a hydroxide colloid as described above and precipitates. Therefore, the use of protocatechuic acid alone lowers the effect as a chelator. Therefore, in the present embodiment, protocatechuic acid is polymerized with an amino acid to form an amino acid-protocatechuic acid polymer, and this polymer functions as a reducing component of iron and a chelator. A complex using an amino acid-protocatechuic acid polymer as a chelator can stably dissolve iron (that is, Fe 2+ ) in water. In addition, algae can easily take up iron in the complex.
本実施形態に係る腐植酸含有物質は、針葉樹を主原料として作製されたものである。すなわち、腐植酸含有物質は、針葉樹を主原料として含む原料を微生物により分解することで作製される。ここで、「主原料」とは、例えば、全原料の30質量%以上を占める原料を意味する。全原料中の針葉樹の割合は、好ましくは40質量%以上、より好ましくは50質量%以上である。また、微生物は、腐植酸含有物質の原料をエネルギー源とするものである。腐植酸含有物質の具体的な製造方法は特に問われず、従来の製造方法を任意に適用可能である。 The humic acid-containing substance according to the present embodiment is produced using softwood as a main raw material. That is, the humic acid-containing substance is produced by decomposing a raw material containing softwood as a main raw material with a microorganism. Here, the “main raw material” means, for example, a raw material that accounts for 30% by mass or more of all the raw materials. The proportion of softwood in all the raw materials is preferably at least 40% by mass, more preferably at least 50% by mass. Microorganisms use humic acid-containing materials as energy sources. The specific method for producing the humic acid-containing substance is not particularly limited, and a conventional production method can be arbitrarily applied.
本実施形態に係る腐植酸含有物質は、針葉樹を主原料として作製されたものなので、プロトカテキュ酸を特に多く含む。プロトカテキュ酸の原料の一種であるコニフェリルアルコールは、針葉樹の細胞壁成分リグニンの前駆体である。このため、本実施形態に係る腐植酸含有物質は、多くのプロトカテキュ酸を含むと推察される。このため、含鉄物質からより多くの鉄分を海水中に溶出させることができる。 The humic acid-containing substance according to the present embodiment is produced using softwood as a main raw material, and therefore contains a particularly large amount of protocatechuic acid. Coniferyl alcohol, one of the raw materials of protocatechuic acid, is a precursor of lignin, a cell wall component of conifers. For this reason, it is presumed that the humic acid-containing substance according to the present embodiment contains many protocatechuic acids. Therefore, more iron can be eluted from the iron-containing substance into seawater.
さらに、針葉樹は、腐食が進みにくいという特徴を有する。このため、従来では、針葉樹を主原料として用いられることはなかった。具体的には、広葉樹を主原料として腐植酸含有物質を作製することが多かった。しかし、針葉樹の腐植が進みにくい(言い換えれば、腐食に時間を要する)ことは、見方を変えると、海水中で腐植酸含有物質の腐食が緩やかに進行することを意味する。すなわち、針葉樹を主原料として作製される腐植酸含有物質は、海水中でも緩やかに腐食され、当該腐食によって生成されたプロトカテキュ酸及びアミノ酸を海水中に溶出すると推察される。したがって、海水中で腐植酸含有物質のさらなる腐食と、鉄の錯体の生成とが同時進行し、鉄分を海水中に安定的かつ長期的に供給することができる。すなわち、鉄分の供給材の長寿命化が期待できる。鉄分の供給材のさらなる長寿命化を望む場合には、腐植化が進んだ腐植酸含有物質と腐食化がほとんど進んでいない腐植酸含有物質を混合すればよい。 Further, softwood has a feature that corrosion hardly proceeds. For this reason, conventionally, conifers have not been used as a main raw material. Specifically, humic acid-containing substances were often produced using hardwood as a main raw material. However, the fact that the humus of conifers does not easily progress (in other words, the time required for corrosion) means that the corrosion of the humic acid-containing substance progresses slowly in seawater from a different viewpoint. That is, it is presumed that the humic acid-containing substance produced using softwood as a main raw material is slowly corroded in seawater, and elutes protocatechuic acid and amino acids generated by the corrosion into seawater. Therefore, further corrosion of the humic acid-containing substance and formation of the iron complex proceed simultaneously in seawater, and iron can be supplied to seawater stably and for a long time. That is, it is possible to expect a longer life of the iron supply material. If a longer life of the iron supply material is desired, a humic acid-containing substance that has undergone humification and a humic acid-containing substance that has undergone little corrosion may be mixed.
また、本実施形態に係る腐植酸含有物質は、原料の分解過程で生じた無機態の窒素(硝酸態窒素、アンモニア態窒素)やリン(リン酸態リン)を多く含む。したがって、海藻類の成長に必須である窒素、リンを同時に供給することができる。 Further, the humic acid-containing substance according to the present embodiment contains a large amount of inorganic nitrogen (nitrate nitrogen, ammonia nitrogen) and phosphorus (phosphate phosphorus) generated in the process of decomposing the raw material. Therefore, nitrogen and phosphorus essential for the growth of seaweed can be simultaneously supplied.
ところで、腐植酸含有物質の原料は、針葉樹を主原料として含んでいればよく、他の原料をさらに含んでいても良い。他の原料としては、広葉樹の落ち葉、倒木等の植物リター、魚介残渣などの動物リター等が挙げられる。なお、原料となる針葉樹及び広葉樹は、廃木材チップであってもよく、間伐材などであってもよい。 By the way, the raw material of the humic acid-containing substance only needs to contain softwood as a main raw material, and may further contain other raw materials. Other raw materials include plant litter such as fallen leaves of broadleaf trees and fallen trees, and animal litter such as seafood residues. In addition, the softwood and the hardwood as raw materials may be waste wood chips or thinned wood.
ここで、鉄分の供給材には、本実施形態の効果を損なわない範囲で他の材料を添加してもよい。例えば、鉄分の供給材には、プロトカテキュ酸及びアミノ酸のうち、少なくとも1種をさらに添加してもよい。特に、本実施形態に係る腐植酸含有物質は、針葉樹を主原料として作製されたものなので、海水中に投入される際に腐食が十分に進んでいない可能性がある。したがって、投入初期では、プロトカテキュ酸及びアミノ酸が不足し、鉄分が十分に海水中に溶出しない可能性がある。そこで、プロトカテキュ酸及びアミノ酸の不足分を補うために、プロトカテキュ酸及びアミノ酸のうち、少なくとも1種を鉄分の供給材に添加してもよい。ここで、鉄分の供給材に添加されるアミノ酸は、鉄分の供給材を海水中に投入する場合、中性および酸性アミノ酸であることが好ましい。アミノ酸がプロトカテキュ酸と重合体を形成するためには、結合サイトであるアミン基の水素が他の元素と結合していない状態でなければならない。そのため、海水のpH(8.0〜8.3)よりも添加するアミノ酸の等電点が低くなければならない。したがって、等電点が8よりも低い、中性および酸性アミノ酸を添加することが好ましい。アミノ酸の特に好ましい例は、グルタミン酸、グリシンである。なお、このようなアミノ酸は、本実施形態に係る腐植酸含有物質にも当然に含まれている。また、針葉樹以外の原料を主原料とした腐植酸含有物質をさらに添加してもよい。ただし、針葉樹を原料とした腐植酸含有物質(つまり、針葉樹の腐葉土)の含有量が全腐植酸含有物質中30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがより好ましい。 Here, other materials may be added to the iron supply material as long as the effects of the present embodiment are not impaired. For example, at least one of protocatechuic acid and an amino acid may be further added to the iron supply material. In particular, since the humic acid-containing substance according to the present embodiment is produced using softwood as a main raw material, there is a possibility that corrosion has not sufficiently progressed when it is put into seawater. Therefore, in the initial stage of the introduction, there is a possibility that protocatechuic acid and amino acids are deficient, and iron is not sufficiently eluted into seawater. Therefore, in order to compensate for the shortage of protocatechuic acid and amino acids, at least one of protocatechuic acid and amino acids may be added to the iron supply material. Here, the amino acids added to the iron supply material are preferably neutral and acidic amino acids when the iron supply material is introduced into seawater. In order for an amino acid to form a polymer with protocatechuic acid, the hydrogen of the amine group as a binding site must be in a state where it is not bound to another element. Therefore, the isoelectric point of the amino acid to be added must be lower than the pH of seawater (8.0 to 8.3). Therefore, it is preferable to add neutral and acidic amino acids having an isoelectric point lower than 8. Particularly preferred examples of amino acids are glutamic acid and glycine. Such amino acids are naturally contained in the humic acid-containing substance according to the present embodiment. Further, a humic acid-containing substance mainly composed of a material other than softwood may be further added. However, the content of the humic acid-containing substance from softwood as a raw material (that is, the humus of the conifer) is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, of the total humic acid-containing material. It is more preferred that the content be at least mass%.
<3.鉄分の供給材の製造方法>
本発明による鉄分の供給材の製造方法(作製方法)としては、以下の方法が挙げられる。すなわち、含鉄物質に含鉄物質から溶出する鉄分が所望の量となるように腐植酸含有物質を添加する。ここで、上述したように、腐植酸含有物質は、針葉樹を主原料として作製されるものである。また、含鉄物質には、アミノ酸及びプロトカテキュ酸をさらに添加してもよい。アミノ酸は、中性および酸性アミノ酸であり、好ましくはグルタミン酸、グリシンである。また、含鉄物質には、針葉樹以外の原料を主原料とした腐植酸含有物質をさらに添加してもよい。ただし、針葉樹を原料とした腐植酸含有物質(つまり、針葉樹の腐葉土)の含有量が全腐植酸含有物質中30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがより好ましい。ついで、これらの材料を十分に混合する。なお、混合方法は特に限定されず、従来の製造方法と同様の方法であってもよい。これにより、鉄分の供給材を作製する。ついで、鉄分の供給材を、施用する場所に合わせて、透水性の袋や容器に充填すればよい。
<3. Manufacturing method of iron supply material>
The method for producing (supplying method) the iron supply material according to the present invention includes the following method. That is, the humic acid-containing substance is added to the iron-containing substance such that the iron content eluted from the iron-containing substance becomes a desired amount. Here, as described above, the humic acid-containing substance is produced using softwood as a main raw material. Further, an amino acid and protocatechuic acid may be further added to the iron-containing substance. The amino acids are neutral and acidic amino acids, preferably glutamic acid and glycine. Further, a humic acid-containing substance mainly composed of a material other than softwood may be added to the iron-containing substance. However, the content of the humic acid-containing substance from softwood as a raw material (that is, the humus of the conifer) is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more in the total humic acid-containing material. It is more preferred that the content be at least mass%. The materials are then mixed well. The mixing method is not particularly limited, and may be the same as the conventional manufacturing method. Thereby, a supply material of iron is produced. Then, the iron supply material may be filled in a water-permeable bag or container in accordance with the place to be applied.
<4.鉄分の供給材を用いた鉄分供給方法>
本実施形態による鉄分の供給材を用いて鉄分を供給する方法は特に問われないが、鉄分の供給材を鉄分の供給対象となる水中に設置すればよい。ここで、鉄分の供給材の設置方法(施用方法)も特に問われないが、例えば、鉄分の供給材を有機分解性で透水性の袋(例えば、麻袋、ココナッツ繊維製の袋)に入れ、水底に沈める、水底や汀線部に埋設する、また、鋼製の箱に詰めて、それを敷設する方法が挙げられる。それによって、鉄分の供給材の中に水が浸潤し、鉄分が溶出した栄養成分が外部に供給され、施用した周辺で海藻をはじめとした生物の生育効果が期待される。
<4. Iron supply method using iron supply material>
The method of supplying iron using the iron supply material according to the present embodiment is not particularly limited, but the iron supply material may be installed in the water to be supplied with iron. Here, the setting method (application method) of the iron supply material is not particularly limited. For example, the iron supply material is placed in an organically decomposable and water-permeable bag (for example, a hemp bag or a coconut fiber bag). Submerged in the water bottom, buried in the water bottom or shoreline, or packed in a steel box and laid. As a result, the water infiltrates the iron supply material, and the nutrients from which the iron content eluted are supplied to the outside, and the growth effect of seaweeds and other organisms around the application is expected.
鉄分の供給材が使用可能な場所は特に問われない。例えば、本実施形態の鉄分の供給材は、主に海、汽水域、さらに陸域での藻類の養殖場などにおいて使用可能であり、本実施形態による効果は、主に藻類や微細藻類の増殖、育成に及ぼすものである。 The location where the iron supply material can be used is not particularly limited. For example, the iron supply material of the present embodiment can be used mainly in algae farms in the sea, brackish water, and land, and the effect of the present embodiment is mainly due to the growth of algae and microalgae. , It has an effect on breeding.
本実施形態の鉄分の供給材が効果を及ぼす場としては、藻場が挙げられる。藻場とは、水底で大型海藻が群落を形成する場所を意味する。藻場としては、例えば、コンブの群落から成るコンブ藻場、ノコギリモクやオオバモクなどのホンダワラ類から成るガラモ場、この他、アラメ・カジメ場等がある。海藻類の生育には、鉄が必須であることが知られており、鉄分の供給による藻場再生の実例は、日本各地で報告されている。 The place where the iron supply material of the present embodiment exerts an effect includes a seaweed bed. A seaweed bed means a place where large seaweeds form communities on the water floor. The seaweed beds include, for example, a kelp seaweed bed composed of a kelp community, a galamo bed composed of Honda straws such as saw-toothed moku and oobamoku, and also an alame / kajime ground. It is known that iron is essential for the growth of seaweed, and examples of seaweed bed regeneration by supplying iron have been reported in various parts of Japan.
<1.鉄分の供給材の作製>
鉄分の供給材の原料として、製鋼スラグ、2種類の腐植酸含有物質、及びプロトカテキュ酸を準備した。ここで、製鋼スラグは、粒径0〜25mm(0より大きく25mm以下)の製鋼スラグを0.5mm以下に粉砕したものとした。腐植酸含有物質は、広葉樹を原料として作製した腐植酸含有物質(以下、「Lb」とも称する)、針葉樹を原料として作製した腐植酸含有物質(以下、「Lc」とも称する)とした。
<1. Production of iron supply material>
Steelmaking slag, two kinds of humic acid-containing substances, and protocatechuic acid were prepared as raw materials for iron supply materials. Here, the steelmaking slag was obtained by grinding steelmaking slag having a particle size of 0 to 25 mm (greater than 0 and 25 mm or less) to 0.5 mm or less. The humic acid-containing substance was a humic acid-containing substance (hereinafter, also referred to as “Lb”) produced from hardwood, and a humic acid-containing substance (hereinafter, also “Lc”) produced from softwood.
ついで、対照例として、製鋼スラグのみからなる鉄分の供給材を準備した。また、比較例として、製鋼スラグ及びLbを混合した鉄分の供給材を準備した。また、実施例1として、製鋼スラグ及びLcを混合した鉄分の供給材を準備した。また、実施例2として、製鋼スラグ、Lc、及びプロトカテキュ酸を混合した鉄分の供給材を準備した。ここで、製鋼スラグと各腐植酸含有物質との混合比は、特許文献1に開示されている混合比(製鋼スラグ:廃木材チップを腐葉土化したもの=6:5質量比)を参考にして決定した。また、プロトカテキュ酸の添加量は、製鋼スラグ中に含まれる鉄(約20質量%以下)と十分に錯形成ができるように設定した。鉄分の供給材の組成を表1にまとめて示す。なお、表1中、PCAの濃度は、後述する人工海水中の濃度を示す。 Next, as a control example, an iron supply material consisting only of steelmaking slag was prepared. Further, as a comparative example, a supply material of iron mixed with steelmaking slag and Lb was prepared. Further, as Example 1, a supply material of iron mixed with steelmaking slag and Lc was prepared. Further, as Example 2, a supply material of iron mixed with steelmaking slag, Lc, and protocatechuic acid was prepared. Here, the mixing ratio between the steelmaking slag and each humic acid-containing substance is based on the mixing ratio disclosed in Patent Document 1 (steelmaking slag: waste wood chips converted to humus = 6: 5 mass ratio). Were determined. The addition amount of protocatechuic acid was set so that it could sufficiently form a complex with iron (about 20% by mass or less) contained in the steelmaking slag. Table 1 summarizes the composition of the iron supply material. In Table 1, the concentration of PCA indicates the concentration in artificial seawater described later.
ついで、予め100mlの人工海水が投入された三角フラスコを4つ準備し、各三角フラスコに上記で作製された鉄分の供給材を投入した。ついで、25℃で430時間、125rpmで振とう溶出を行った。 Then, four Erlenmeyer flasks previously filled with 100 ml of artificial seawater were prepared, and the iron supply material prepared above was charged into each Erlenmeyer flask. Subsequently, elution with shaking at 125 rpm was performed at 25 ° C. for 430 hours.
振とう溶出の期間中、溶出液を定期的に1.2mlずつ採取し、採取した溶出液を遠心分離して懸濁物を除いた。そして、上澄み液を1ml採取し、採取した上澄み液に10mlの純水を加えた。さらに、上澄み液を塩酸で酸処理することで、上澄み液のpHを2未満とした。これにより、上澄み液中の鉄分を安定化させた。そして、ルミノール発光法を利用した鉄分析計(紀本電子工業社製FEA−07)を用いて、鉄分の濃度を酸可溶鉄の濃度として測定した。測定結果を溶出液中の鉄濃度とした。 During the period of shaking elution, 1.2 ml of the eluate was periodically collected, and the collected eluate was centrifuged to remove the suspension. Then, 1 ml of the supernatant was collected, and 10 ml of pure water was added to the collected supernatant. Further, the pH of the supernatant was adjusted to less than 2 by subjecting the supernatant to acid treatment with hydrochloric acid. Thereby, the iron content in the supernatant was stabilized. Then, the concentration of iron was measured as the concentration of acid-soluble iron using an iron analyzer (FEA-07 manufactured by Kimoto Denshi Kogyo Co., Ltd.) using the luminol emission method. The measurement result was taken as the iron concentration in the eluate.
430時間(約18日間)の溶出挙動を図1に示す。図1の横軸は試験開始からの経過時間(単位:時間)を示し、縦軸(単位:μg/L、対数軸)は鉄分の濃度を示す。対照例(製鋼スラグ単独)と比較して、実施例1、2、比較例ともに鉄の溶出が促進されていた。さらに、比較例の実験最終日における鉄濃度が44μg/Lであったのに対し、実施例1では62μg/L、実施例2では76.1μg/Lとなっていた。したがって、実施例1、2では、比較例よりもさらに鉄分の溶出が促進されていた。比較例では、Lbから溶出した没食子酸が含鉄物質の表面に付着し、鉄分の溶出を阻害したと推察される。したがって、腐植酸含有物質の主原料として針葉樹を用いることで含鉄物質からの鉄分の溶出を促進できることが明らかとなった。 The elution behavior for 430 hours (about 18 days) is shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 1 shows the elapsed time (unit: time) from the start of the test, and the vertical axis (unit: μg / L, logarithmic axis) shows the iron concentration. As compared with the control example (steel slag alone), the elution of iron was promoted in Examples 1, 2 and Comparative Example. Further, the iron concentration on the last day of the experiment in the comparative example was 44 μg / L, whereas the iron concentration in Example 1 was 62 μg / L and that in Example 2 was 76.1 μg / L. Therefore, in Examples 1 and 2, the elution of iron was further promoted than in Comparative Examples. In the comparative example, it is presumed that gallic acid eluted from Lb adhered to the surface of the iron-containing substance and inhibited elution of iron. Therefore, it was clarified that the elution of iron from the iron-containing substance can be promoted by using softwood as the main raw material of the humic acid-containing substance.
また、実施例2では、実施例1よりも鉄分の溶出が促進されていた。これにより、鉄分の供給材にPCAを加えることで、より溶出促進効果が高まることが示された。実施例2では、実施例1よりも多くのアミノ酸−プロトカテキュ酸が生成されたため、鉄分の溶出が促進されたと考えられる。 Further, in Example 2, the elution of iron was promoted more than in Example 1. This indicates that adding PCA to the iron supply material further enhances the elution promoting effect. In Example 2, since more amino acid-protocatechuic acid was generated than in Example 1, it is considered that the elution of iron was promoted.
ところで、実施例2では、溶出の初期(具体的には、試験開始から30時間程度経過した時点)に鉄分の濃度が770μg/Lに達したが、その後低下した。本発明者は、この理由を以下のように考えている。すなわち、実施例2では、鉄分の供給材にプロトカテキュ酸を添加しているため、プロトカテキュ酸が腐植酸含有物質から供給されるアミノ酸よりも過剰に存在すると推察される。過剰分のプロトカテキュ酸は、含鉄物質中の鉄分を還元し、海水中に溶出させる。このため、鉄分の濃度が急激に向上する。そして、アミノ酸−プロトカテキュ酸重合体は、溶出した鉄分(すなわち、Fe2+)と錯体を形成する。しかし、溶出したFe2+は、水中に存在するアミノ酸−プロトカテキュ酸重合体よりも過剰に存在する。このため、一部のFe2+は、アミノ酸−プロトカテキュ酸と錯体を形成することができず、容易にFe3+に酸化される。そして、Fe3+は、水酸化鉄となり、沈殿してしまう。このため、上述した現象が発生したと推察される。 By the way, in Example 2, the concentration of iron reached 770 μg / L in the early stage of elution (specifically, at the time when about 30 hours had elapsed from the start of the test), but then decreased. The present inventor considers the reason as follows. That is, in Example 2, since protocatechuic acid was added to the iron supply material, it is presumed that protocatechuic acid was present in excess of the amino acid supplied from the humic acid-containing substance. Excess protocatechuic acid reduces the iron content in the iron-containing substance and elutes it into seawater. For this reason, the concentration of iron rapidly increases. Then, the amino acid-protocatechuic acid polymer forms a complex with the eluted iron (that is, Fe 2+ ). However, the eluted Fe 2+ is present in excess of the amino acid-protocatechuic acid polymer present in water. For this reason, some Fe 2+ cannot form a complex with the amino acid-protocatechuic acid, and is easily oxidized to Fe 3+ . Then, Fe 3+ becomes iron hydroxide and precipitates. Therefore, it is inferred that the above-described phenomenon has occurred.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that those skilled in the art to which the present invention pertains can conceive various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
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