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JP7589482B2 - Adsorbent particles, packed column, and method for recovering rare earth elements - Google Patents
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JP7589482B2 - Adsorbent particles, packed column, and method for recovering rare earth elements - Google Patents

Adsorbent particles, packed column, and method for recovering rare earth elements Download PDF

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Description

本発明は、吸着材粒子、充填カラム、及び希土類元素を回収する方法に関する。 The present invention relates to adsorbent particles, a packed column, and a method for recovering rare earth elements.

希土類元素を選択的に吸着及び脱離する吸着材として、各種の粒子の表面にジグリコール酸を導入したものが提案されている(特許文献1、非特許文献1、2)。 As an adsorbent that selectively adsorbs and desorbs rare earth elements, various particles have been proposed that have diglycolic acid introduced onto their surfaces (Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2).

特許第6103611号公報Patent No. 6103611

Takeshi Ogata,Hydrometallurgy,152 (2015) 178-182Takeshi Ogata,Hydrometallurgy,152 (2015) 178-182 Tomohiro Shinozaki, Ind. Eng.Chem. Res., 57 (2018) 11424-11430Tomohiro Shinozaki, Ind. Eng.Chem. Res., 57 (2018) 11424-11430

本発明の一側面は、希土類元素の吸着量が大きい吸着材粒子を提供する。 One aspect of the present invention provides adsorbent particles that have a high adsorption capacity for rare earth elements.

本発明の一側面は、スチレン系モノマーに由来するモノマー単位を含む有機ポリマーを含有する担体粒子と、前記担体粒子の表面に付着した、硫黄原子を含む官能基及びアミノ基を有する有機化合物と、前記アミノ基に結合したジグリコール酸残基と、を含む吸着材粒子に関する。当該吸着材粒子における硫黄原子の含有量が、当該吸着材粒子の質量を基準として0.5質量%以上である。 One aspect of the present invention relates to an adsorbent particle comprising a carrier particle containing an organic polymer containing a monomer unit derived from a styrene-based monomer, an organic compound having a functional group containing a sulfur atom and an amino group attached to the surface of the carrier particle, and a diglycolic acid residue bonded to the amino group. The content of sulfur atoms in the adsorbent particle is 0.5% by mass or more based on the mass of the adsorbent particle.

本発明の別の一側面は、カラム本体部と、前記カラム本体部に充填された上記の吸着材粒子と、を備える、充填カラムに関する。 Another aspect of the present invention relates to a packed column comprising a column body and the above-mentioned adsorbent particles packed in the column body.

本発明の更に別の一側面は、上記の吸着材粒子に、希土類元素を含む溶液を接触させ、それにより前記希土類元素を前記吸着材粒子に吸着させることと、酸を含む酸性溶液との接触によって、前記吸着材粒子から前記希土類元素を脱離させることと、を含む、希土類元素を回収する方法に関する。 Yet another aspect of the present invention relates to a method for recovering rare earth elements, comprising contacting the adsorbent particles with a solution containing a rare earth element, thereby adsorbing the rare earth element onto the adsorbent particles, and contacting the adsorbent particles with an acidic solution containing an acid, thereby desorbing the rare earth element from the adsorbent particles.

本発明の一側面によれば、希土類元素の吸着量が大きい吸着材粒子を提供できる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide adsorbent particles that can adsorb a large amount of rare earth elements.

充填カラムの一実施形態を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating one embodiment of a packed column.

以下、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Several embodiments of the present invention are described in detail below. However, the present invention is not limited to the following embodiments.

一実施形態に係る吸着材粒子は、有機ポリマーを含有する担体粒子と、担体粒子の表面に付着した、硫黄原子を含む官能基及びアミノ基を有する有機化合物と、アミノ基に結合したジグリコール酸残基とを含む。 The adsorbent particles according to one embodiment include carrier particles containing an organic polymer, an organic compound having a functional group containing a sulfur atom and an amino group attached to the surface of the carrier particles, and a diglycolic acid residue bonded to the amino group.

担体粒子は、有機ポリマーを主成分として含有するポリマー粒子である。有機ポリマーは架橋されていてもよい。担体粒子における有機ポリマーの割合は、50~100質量%、60~100質量%、70~100質量%、80~100質量%、又は90~100質量%であってもよい。 The carrier particles are polymer particles containing an organic polymer as a main component. The organic polymer may be crosslinked. The proportion of the organic polymer in the carrier particles may be 50 to 100% by mass, 60 to 100% by mass, 70 to 100% by mass, 80 to 100% by mass, or 90 to 100% by mass.

一実施形態に係る担体粒子を形成する有機ポリマーは、スチレン系モノマーに由来するモノマー単位を含むポリマー(以下「スチレン系ポリマー」ということがある。)である。スチレン系モノマーは、スチレン又はスチレン誘導体であり、後述の架橋性モノマー、単官能性モノマー、又はこれらの組み合わせであることができる。スチレン系ポリマーにおけるスチレン系モノマーの割合は、スチレン系ポリマーを構成するモノマー単位の全量に対して、20~85モル%、又は35~70モル%であってもよい。 The organic polymer forming the carrier particles according to one embodiment is a polymer containing monomer units derived from a styrene-based monomer (hereinafter sometimes referred to as a "styrene-based polymer"). The styrene-based monomer is styrene or a styrene derivative, and can be a crosslinkable monomer, a monofunctional monomer, or a combination thereof, as described below. The proportion of the styrene-based monomer in the styrene-based polymer can be 20 to 85 mol %, or 35 to 70 mol %, based on the total amount of monomer units constituting the styrene-based polymer.

有機ポリマーは、架橋性モノマーをモノマー単位として含む重合体であることができる。架橋性モノマーは、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルビフェニル、ジビニルナフタレン、及びジビニルフェナントレン等のジビニル化合物であってもよい。これらの架橋性モノマーは、1種単独で使用しても2種類以上を併用してもよい。耐久性、耐酸性、及び耐アルカリ性の観点から、架橋性モノマーが、スチレン系モノマーであるジビニルベンゼンであってもよい。有機ポリマーにおける架橋性モノマーに由来するモノマー単位の割合は、有機ポリマーを構成するモノマー単位の全量に対して、1~80モル%、1~60モル%、又は1~40モル%であってよい。 The organic polymer may be a polymer containing a crosslinkable monomer as a monomer unit. The crosslinkable monomer may be, for example, a divinyl compound such as divinylbenzene, divinylbiphenyl, divinylnaphthalene, and divinylphenanthrene. These crosslinkable monomers may be used alone or in combination of two or more types. From the viewpoint of durability, acid resistance, and alkali resistance, the crosslinkable monomer may be divinylbenzene, which is a styrene-based monomer. The proportion of monomer units derived from the crosslinkable monomer in the organic polymer may be 1 to 80 mol%, 1 to 60 mol%, or 1 to 40 mol% based on the total amount of monomer units constituting the organic polymer.

有機ポリマーは、架橋性モノマーと、単官能性モノマーとの共重合体であってもよい。単官能性モノマーの例としては、スチレン、o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、α-メチルスチレン、o-エチルスチレン、m-エチルスチレン、p-エチルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、p-n-ブチルスチレン、p-t-ブチルスチレン、p-n-ヘキシルスチレン、p-n-オクチルスチレン、p-n-ノニルスチレン、p-n-デシルスチレン、p-n-ドデシルスチレン、p-メトキシスチレン、p-フェニルスチレン、p-クロロスチレン、及び3,4-ジクロロスチレン等のスチレン系モノマーが挙げられる。これらは1種単独で使用しても2種以上を併用してもよい。耐酸性及び耐アルカリ性の観点から、単官能性モノマーがスチレンであってもよい。 The organic polymer may be a copolymer of a crosslinkable monomer and a monofunctional monomer. Examples of monofunctional monomers include styrene, o-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, α-methylstyrene, o-ethylstyrene, m-ethylstyrene, p-ethylstyrene, 2,4-dimethylstyrene, p-n-butylstyrene, p-t-butylstyrene, p-n-hexylstyrene, p-n-octylstyrene, p-n-nonylstyrene, p-n-decylstyrene, p-n-dodecylstyrene, p-methoxystyrene, p-phenylstyrene, p-chlorostyrene, and 3,4-dichlorostyrene. These may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of acid resistance and alkali resistance, the monofunctional monomer may be styrene.

有機ポリマーは、後述する有機化合物と反応する反応性基を有するモノマーをモノマー単位として含んでいてもよく、架橋性モノマー及び反応性基を有するモノマーをモノマー単位として含む共重合体であってもよい。反応性基は、例えば、エポキシ基、クロロ基又はこれらの組み合わせであってもよい。エポキシ基を有するモノマーの例としては、グリシジルメタクリレートが挙げられる。クロロ基を有するモノマーの例として、4-クロロメチルスチレンが挙げられる。有機ポリマーにおける反応性基を有するモノマーに由来するモノマー単位の割合は、有機ポリマーを構成するモノマー単位の全量に対して、15~80モル%、又は30~65モル%であってもよい。 The organic polymer may contain, as a monomer unit, a monomer having a reactive group that reacts with an organic compound described below, or may be a copolymer containing, as a monomer unit, a crosslinkable monomer and a monomer having a reactive group. The reactive group may be, for example, an epoxy group, a chloro group, or a combination thereof. An example of a monomer having an epoxy group is glycidyl methacrylate. An example of a monomer having a chloro group is 4-chloromethylstyrene. The proportion of monomer units derived from monomers having a reactive group in the organic polymer may be 15 to 80 mol %, or 30 to 65 mol %, based on the total amount of monomer units constituting the organic polymer.

担体粒子の平均粒径は、50~1000μm、又は200~1000μmであってもよい。担体粒子の平均粒径が小さくなると、吸着材粒子が充填された充填カラムの圧力が増加する可能性がある。ここで、担体粒子の平均粒径は、以下の測定法により求めることができる。
1)粒子を、水(界面活性剤等の分散剤を含む)に分散させ、1質量%の粒子を含む分散液を調製する。
2)フロー式粒子像分析装置を用いて、分散液中の粒子約1万個の画像により平均粒径を測定する。
The average particle size of the carrier particles may be 50 to 1000 μm, or 200 to 1000 μm. If the average particle size of the carrier particles is small, the pressure of the packed column packed with the adsorbent particles may increase. Here, the average particle size of the carrier particles can be determined by the following measurement method.
1) Particles are dispersed in water (containing a dispersant such as a surfactant) to prepare a dispersion containing 1% by mass of particles.
2) Using a flow-type particle image analyzer, the average particle size is measured from images of approximately 10,000 particles in the dispersion.

担体粒子は、多孔質ポリマー粒子であってもよい。多孔質ポリマー粒子の場合、多孔内部の表面も「担体粒子の表面」に含まれる。担体粒子が多孔質ポリマー粒子である場合、その比表面積が50m/g以上であってもよく、1000m/g以下であってもよい。比表面積が大きいと、物質の吸着量がより大きくなる傾向がある。ここでの比表面積は、窒素ガスの吸着によるBET比表面積を意味する。 The carrier particles may be porous polymer particles. In the case of porous polymer particles, the surface inside the pores is also included in the "surface of the carrier particles". In the case of porous polymer particles, the specific surface area may be 50 m 2 /g or more and 1000 m 2 /g or less. The larger the specific surface area, the larger the amount of substance adsorbed tends to be. The specific surface area here means the BET specific surface area by adsorption of nitrogen gas.

本実施形態に係る有機化合物は、硫黄原子を含む官能基を有する。吸着材粒子中の有機化合物が硫黄原子を含む官能基が希土類元素と相互作用することにより、希土類元素の吸着量が更に向上すると考えられる。硫黄原子を含む官能基の例としては、スルホニル基(-S(=O)-)、及びスルフィニル基(-S(=O)-)が挙げられる。 The organic compound according to this embodiment has a functional group containing a sulfur atom. It is believed that the functional group containing a sulfur atom of the organic compound in the adsorbent particle interacts with the rare earth element, thereby further improving the adsorption amount of the rare earth element. Examples of the functional group containing a sulfur atom include a sulfonyl group (-S(=O) 2- ) and a sulfinyl group (-S(=O)-).

硫黄原子を含む官能基を有する有機化合物を導入することにより、硫黄原子を含む吸着材粒子が形成される。特に、吸着材粒子における硫黄原子の含有量が、吸着材粒子の質量を基準として0.5質量%以上であってもよく、20質量%以下であってもよい。硫黄原子の含有量が大きいと、希土類元素の吸着量向上の効果がより大きくなる傾向がある。硫黄原子の含有量が小さいと、吸着材粒子が膨潤し難い傾向がある。膨潤し難い吸着材粒子は、より効率的にカラムに充填され得る。同様の観点から、硫黄原子の含有量は、吸着材粒子の質量を基準として、1.0質量%以上、2.0質量%以上、3.0質量%以上又は3.5質量%以上であってもよく、20質量%以下、19質量%以下、18質量%以下、17質量%以下、16質量%以下、15質量%以下、14質量%以下、13質量%以下、12質量%以下、11質量%以下、10質量%以下、9.0質量%以下、8.0質量%以下、7.0質量%以下、6.0質量%以下、5.0質量%以下、又は4.0質量%以下であってもよい。ここで、吸着材粒子における硫黄原子の含有量は、吸着材粒子の燃焼イオンクロマトグラフィーによる分析によって測定される値であることができる。 By introducing an organic compound having a functional group containing a sulfur atom, adsorbent particles containing sulfur atoms are formed. In particular, the content of sulfur atoms in the adsorbent particles may be 0.5 mass% or more, based on the mass of the adsorbent particles, and may be 20 mass% or less. If the content of sulfur atoms is large, the effect of improving the adsorption amount of rare earth elements tends to be greater. If the content of sulfur atoms is small, the adsorbent particles tend to be less likely to swell. Adsorbent particles that are less likely to swell can be packed into a column more efficiently. From the same viewpoint, the content of sulfur atoms may be 1.0 mass% or more, 2.0 mass% or more, 3.0 mass% or more, or 3.5 mass% or more based on the mass of the adsorbent particles, and may be 20 mass% or less, 19 mass% or less, 18 mass% or less, 17 mass% or less, 16 mass% or less, 15 mass% or less, 14 mass% or less, 13 mass% or less, 12 mass% or less, 11 mass% or less, 10 mass% or less, 9.0 mass% or less, 8.0 mass% or less, 7.0 mass% or less, 6.0 mass% or less, 5.0 mass% or less, or 4.0 mass% or less. Here, the content of sulfur atoms in the adsorbent particles may be a value measured by analysis of the adsorbent particles by combustion ion chromatography.

有機化合物は、アミノ基を更に有する。有機化合物中のアミノ基のうち一部又は全部が、塩酸塩、酢酸塩等の塩を形成していてもよい。有機化合物がアミノ基にグリコール酸残基が結合している。アミノ基と硫黄原子を含む官能基との組み合わせにより、希土類元素の吸着量がより一層大きい吸着材粒子を得ることができる。また、吸着材粒子においては、希土類元素以外の金属の吸着量を抑制することも求められる、希土類元素以外の金属の例としては、鉄等が挙げられる。本実施形態に係る吸着材粒子においては、アミノ基と硫黄原子を含む官能基とを有する有機化合物を含むことにより、希土類元素の吸着量を大きくしつつ、鉄等の他の金属の吸着を抑制することもできる。 The organic compound further has an amino group. Some or all of the amino groups in the organic compound may form salts such as hydrochlorides and acetates. In the organic compound, a glycolic acid residue is bonded to the amino group. By combining an amino group with a functional group containing a sulfur atom, it is possible to obtain adsorbent particles with a larger adsorption amount of rare earth elements. In addition, in the adsorbent particles, it is also required to suppress the adsorption amount of metals other than rare earth elements. Examples of metals other than rare earth elements include iron. In the adsorbent particles according to this embodiment, by including an organic compound having an amino group and a functional group containing a sulfur atom, it is possible to increase the adsorption amount of rare earth elements while suppressing the adsorption of other metals such as iron.

吸着材粒子における窒素原子の含有量は、吸着材粒子の質量を基準として0.2質量%以上であってもよい。窒素原子の含有量が大きいと、希土類元素の吸着量がより一層向上する傾向がある。同様の観点から、窒素原子の含有量が、吸着材粒子の質量を基準として、0.5質量%以上、1.0質量%以上、1.5質量%以上、2.0質量%以上、又は2.3質量%以上であってもよい。窒素原子の含有量の上限は特に限定されないが、窒素原子の含有量が、吸着材粒子の質量を基準として、例えば8.0質量%以下、7.0質量%以下、6.0質量%以下、5.0質量%以下、4.0質量%以下、又は3.0質量%以下であってもよい。ここで、吸着材粒子における硫黄原子の含有量は、吸着材粒子の燃焼法による元素分析によって測定される値であることができる。 The content of nitrogen atoms in the adsorbent particles may be 0.2% by mass or more based on the mass of the adsorbent particles. When the content of nitrogen atoms is large, the amount of adsorption of rare earth elements tends to be further improved. From the same viewpoint, the content of nitrogen atoms may be 0.5% by mass or more, 1.0% by mass or more, 1.5% by mass or more, 2.0% by mass or more, or 2.3% by mass or more based on the mass of the adsorbent particles. The upper limit of the content of nitrogen atoms is not particularly limited, but the content of nitrogen atoms may be, for example, 8.0% by mass or less, 7.0% by mass or less, 6.0% by mass or less, 5.0% by mass or less, 4.0% by mass or less, or 3.0% by mass or less based on the mass of the adsorbent particles. Here, the content of sulfur atoms in the adsorbent particles can be a value measured by elemental analysis using a combustion method for the adsorbent particles.

硫黄原子を含む官能基及びアミノ基を有する有機化合物は、一実施形態において、下記式(1)で表される構成単位、及び下記式(2)で表される構成単位を含む主鎖を有するポリマーであってもよい。

Figure 0007589482000001

式(1)中、Rはアルキレン基又は単結合を表し、Rはアルキル基又は水素原子を表す。
Figure 0007589482000002
In one embodiment, the organic compound having a functional group containing a sulfur atom and an amino group may be a polymer having a main chain containing a constitutional unit represented by the following formula (1) and a constitutional unit represented by the following formula (2).
Figure 0007589482000001

In formula (1), R 1 represents an alkylene group or a single bond, and R 2 represents an alkyl group or a hydrogen atom.
Figure 0007589482000002

式(1)において、Rがアルキレン基である場合、アルキレン基の炭素数は、1以上又は2以上であってよく、希土類元素の吸着量をより大きくし、希土類元素以外の金属の吸着量をより抑制する観点からは、4以下、3以下、又は2以下であってもよい。Rがアルキル基である場合、アルキル基の炭素数は、1以上又は2以上であってよく、希土類元素の吸着量をより大きくし、希土類元素以外の金属の吸着量をより抑制する観点からは、4以下又は3以下であってもよい。 In formula (1), when R 1 is an alkylene group, the number of carbon atoms of the alkylene group may be 1 or more or 2 or more, and from the viewpoint of increasing the amount of adsorption of rare earth elements and further suppressing the amount of adsorption of metals other than rare earth elements, may be 4 or less, 3 or less, or 2 or less. When R 2 is an alkyl group, the number of carbon atoms of the alkyl group may be 1 or more or 2 or more, and from the viewpoint of increasing the amount of adsorption of rare earth elements and further suppressing the amount of adsorption of metals other than rare earth elements, may be 4 or less or 3 or less.

有機化合物が上記のポリマーである場合、式(1)で表される構成単位、及び式(2)で表される構成単位の含有量の合計は、ポリマーを構成する構成単位全量を基準として、20質量%以上、40質量%以上、又は80質量%以上であってよく、100質量%以下、80質量%以下、又は40質量%以下であってよい。 When the organic compound is the above-mentioned polymer, the total content of the structural unit represented by formula (1) and the structural unit represented by formula (2) may be 20% by mass or more, 40% by mass or more, or 80% by mass or more, based on the total amount of structural units constituting the polymer, and may be 100% by mass or less, 80% by mass or less, or 40% by mass or less.

このような有機化合物は、例えば、下記式(11)で表される構成単位を含む主鎖を有するポリマーであってもよい。

Figure 0007589482000003

式(11)中、R及びRは、前記式(1)におけるR及びRと同義である。 Such an organic compound may be, for example, a polymer having a main chain containing a constitutional unit represented by the following formula (11).
Figure 0007589482000003

In formula (11), R 1 and R 2 have the same meanings as R 1 and R 2 in formula (1).

有機化合物が式(11)で表される構成単位を含む主鎖を有するポリマーである場合、式(11)で表される構成単位の含有量は、ポリマーを構成する構成単位全量を基準として、20質量%以上、40質量%以上、又は80質量%以上であってよく、100質量%以下、80質量%以下、又は40質量%以下であってよい。 When the organic compound is a polymer having a main chain containing a structural unit represented by formula (11), the content of the structural unit represented by formula (11) may be 20% by mass or more, 40% by mass or more, or 80% by mass or more, based on the total amount of structural units constituting the polymer, and may be 100% by mass or less, 80% by mass or less, or 40% by mass or less.

有機化合物は、他の一実施形態において、下記式(3)で表される構成単位、及び上述した式(2)で表される構成単位を含む主鎖を有するポリマーであってもよい。式(2)で表される構成単位の態様は上述したとおりである。

Figure 0007589482000004

式(3)中、m及びnはそれぞれ独立に正の整数を表す。 In another embodiment, the organic compound may be a polymer having a main chain including a constitutional unit represented by the following formula (3) and a constitutional unit represented by the above formula (2). The embodiment of the constitutional unit represented by formula (2) is as described above.
Figure 0007589482000004

In formula (3), m and n each independently represent a positive integer.

式(3)におけるmは、1以上、2以上、又は3以上であってよく、3以下又は2以下であってよい。式(3)におけるnは、1以上、2以上、又は3以上であってよく、3以下又は2以下であってよい。 In formula (3), m may be 1 or more, 2 or more, or 3 or more, and may be 3 or less, or 2 or less. In formula (3), n may be 1 or more, 2 or more, or 3 or more, and may be 3 or less, or 2 or less.

有機化合物が上記のポリマーである場合、式(3)で表される構成単位、及び式(2)で表される構成単位の含有量の合計は、ポリマーを構成する構成単位全量を基準として、20質量%以上、40質量%以上、又は80質量%以上であってよく、100質量%以下、80質量%以下、又は40質量%以下であってよい。 When the organic compound is the above-mentioned polymer, the total content of the structural unit represented by formula (3) and the structural unit represented by formula (2) may be 20% by mass or more, 40% by mass or more, or 80% by mass or more, based on the total amount of structural units constituting the polymer, and may be 100% by mass or less, 80% by mass or less, or 40% by mass or less.

このような有機化合物は、例えば、下記式(12)で表される構成単位を含む主鎖を有するポリマーであってもよい。式(12)で表される構成単位を含む主鎖を有するポリマーは、ジアリルアミンと二酸化硫黄との共重合体であってもよい。

Figure 0007589482000005
Such an organic compound may be, for example, a polymer having a main chain containing a constitutional unit represented by the following formula (12): The polymer having a main chain containing a constitutional unit represented by the formula (12) may be a copolymer of diallylamine and sulfur dioxide.
Figure 0007589482000005

有機化合物が式(12)で表される構成単位を含む主鎖を有するポリマーである場合、式(12)で表される構成単位の含有量は、ポリマーを構成する構成単位全量を基準として、20質量%以上、40質量%以上、又は80質量%以上であってよく、100質量%以下、80質量%以下、又は40質量%以下であってよい。 When the organic compound is a polymer having a main chain containing a structural unit represented by formula (12), the content of the structural unit represented by formula (12) may be 20% by mass or more, 40% by mass or more, or 80% by mass or more, based on the total amount of structural units constituting the polymer, and may be 100% by mass or less, 80% by mass or less, or 40% by mass or less.

上述したポリマーは、式(1)で表される構成単位及び式(2)で表される構成単位以外の他の構成単位を更に含んでいてもよい。ポリマーが式(11)で表される構成単位又はポリマーが式(12)で表される構成単位を含む場合、ポリマーは式(11)で表される構成単位及びポリマーが式(12)で表される構成単位以外の他の構成単位を更に含んでいてもよい。 The above-mentioned polymer may further contain other structural units other than the structural unit represented by formula (1) and the structural unit represented by formula (2). When the polymer contains a structural unit represented by formula (11) or a structural unit represented by formula (12), the polymer may further contain other structural units other than the structural unit represented by formula (11) and the structural unit represented by formula (12).

硫黄原子を含む官能基を有する有機化合物がポリマーである場合、ポリマーの分子量(重量平均分子量)は、200以上、又は250以上であってもよい。ポリマーの分子量(重量平均分子量)は、100000以下、70000以下、10000以下、又は7000以下であってもよい。ポリマーの分子量は、200以上で100000以下、70000以下、10000以下、又は7000以下であってもよく、250以上で100000以下、70000以下、10000以下、又は7000以下であってもよい。重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)で標準ポリスチレンによる検量線を用いたポリスチレン換算値である。 When the organic compound having a functional group containing a sulfur atom is a polymer, the molecular weight (weight average molecular weight) of the polymer may be 200 or more, or 250 or more. The molecular weight (weight average molecular weight) of the polymer may be 100,000 or less, 70,000 or less, 10,000 or less, or 7,000 or less. The molecular weight of the polymer may be 200 or more and 100,000 or less, 70,000 or less, 10,000 or less, or 7,000 or less, or 250 or more and 100,000 or less, 70,000 or less, 10,000 or less, or 7,000 or less. The weight average molecular weight is a polystyrene-equivalent value using a calibration curve with standard polystyrene in gel permeation chromatography (GPC).

担体粒子の表面に付着した有機化合物(又はポリマー)のうち少なくとも一部が、担体粒子としての有機ポリマーとの共有結合によって結合していてもよい。例えば、有機ポリマーが反応性基(例えばエポキシ基)を有する場合、その反応性基と例えばアミノ基との反応により、有機化合物が有機ポリマーと共有結合によって結合することができる。 At least a portion of the organic compound (or polymer) attached to the surface of the carrier particle may be covalently bonded to the organic polymer serving as the carrier particle. For example, if the organic polymer has a reactive group (e.g., an epoxy group), the organic compound can be covalently bonded to the organic polymer by reaction of the reactive group with, for example, an amino group.

担体粒子の質量に対する有機化合物の量の比は、例えば5~50質量%、又は10~40質量%であってもよい。吸着材粒子におけるアミノ基の量は、吸着材粒子1gあたり0.1~100mmol、0.5~100mmol、0.1~20mmol、又は0.5~20mmolであってもよい。 The ratio of the amount of organic compound to the mass of the carrier particles may be, for example, 5 to 50% by mass, or 10 to 40% by mass. The amount of amino groups in the adsorbent particles may be 0.1 to 100 mmol, 0.5 to 100 mmol, 0.1 to 20 mmol, or 0.5 to 20 mmol per 1 g of adsorbent particles.

吸着材粒子、又は後述の基材粒子におけるアミノ基の量は、アミノ基との反応により消費される硫酸の量を、水酸化ナトリウムを用いた滴定によって測定する方法によって求めることができる。基材粒子におけるアミノ基の量を測定する方法は、以下の操作を含む。
1)基材粒子(A)gにメタノールを加え、得られた分散液を75℃で30分間加熱する。
2)分散液から、吸引濾過により基材粒子を濾過器上に回収する。吸引を継続しながら、濾過器上の基材粒子に純水を加えることにより、メタノールを純水に置換し、次いで少量の0.1M水酸化ナトリウム水溶液を用いて基材粒子をコンディショニングする。その後、濾液が中性になるまで純水で基材粒子を洗浄する。
3)洗浄後の基材粒子を、少量の純水を用いてガラス製の容器に移し替える。容器中の純水の総量が(B)gとなるように調整する。
4)容器内の分散液に0.05M硫酸を(C)g加え、その後、室温で30分、150rpmで容器内の分散液を撹拌する。
5)分散液の上澄みを(D)g分取し、そこに純水を加えて液量を調整する。
6)希釈後の上澄みを、0.01M水酸化ナトリウム水溶液を用いて滴定し、中和に要した水酸化ナトリウム水溶液の量(E)mLを記録する。
7)アミノ基の量を、以下の式によって算出する。
アミノ基の量(mmol/g)=[{0.1×C×D/(B+C)-0.01×E}×(B+C)/D]/A
The amount of amino groups in the adsorbent particles or in the base particles described below can be determined by measuring the amount of sulfuric acid consumed by reaction with the amino groups by titration with sodium hydroxide. The method for measuring the amount of amino groups in the base particles includes the following operations.
1) Methanol is added to the base particles (A) (g), and the resulting dispersion is heated at 75° C. for 30 minutes.
2) The base particles are collected from the dispersion by suction filtration on a filter. While continuing suction, pure water is added to the base particles on the filter to replace the methanol with pure water, and then the base particles are conditioned using a small amount of 0.1 M aqueous sodium hydroxide solution. The base particles are then washed with pure water until the filtrate becomes neutral.
3) The washed base particles are transferred to a glass container using a small amount of pure water, and the total amount of pure water in the container is adjusted to (B) g.
4) (C) g of 0.05 M sulfuric acid is added to the dispersion in the container, and then the dispersion in the container is stirred at room temperature for 30 minutes at 150 rpm.
5) (D) g of the supernatant of the dispersion is taken, and purified water is added thereto to adjust the liquid volume.
6) The diluted supernatant is titrated with 0.01 M aqueous sodium hydroxide solution, and the amount (E) mL of aqueous sodium hydroxide solution required for neutralization is recorded.
7) The amount of amino groups is calculated according to the following formula.
Amount of amino groups (mmol/g)=[{0.1×C×D/(B+C)−0.01×E}×(B+C)/D]/A

ジグリコール酸残基は、例えば下記式(21)又は(22)で表されるように、硫黄原子を含む官能基及びアミノ基を有する有機化合物におけるアミノ基に結合した1価の基であってもよい。式中のアミノ基は、有機化合物のアミノ基であり、アミノ基を除く部分がジグリコール酸残基である。ジグリコール酸残基が希土類錯体と相互作用することによって、吸着材粒子が希土類元素を吸着することができる。

Figure 0007589482000006
The diglycolic acid residue may be a monovalent group bonded to an amino group in an organic compound having an amino group and a functional group containing a sulfur atom, for example, as represented by the following formula (21) or (22). The amino group in the formula is the amino group of the organic compound, and the portion excluding the amino group is the diglycolic acid residue. The diglycolic acid residue interacts with the rare earth complex, allowing the adsorbent particles to adsorb the rare earth element.
Figure 0007589482000006

吸着材粒子は、例えば、担体粒子と担体粒子の表面に付着した上記の有機化合物とを含む、ジグリコール酸残基を有しない基材粒子を準備することと、有機化合物にジグリコール酸又はその無水物を結合させ、それにより吸着材粒子を形成することとを含む方法によって、製造することができる。より具体的には、有機化合物のアミノ基に、ジグリコール酸又はその酸無水物を結合させることができる。 The adsorbent particles can be produced, for example, by a method that includes preparing a base particle that does not have diglycolic acid residues and that includes a carrier particle and the above-mentioned organic compound attached to the surface of the carrier particle, and binding diglycolic acid or its anhydride to the organic compound, thereby forming the adsorbent particles. More specifically, diglycolic acid or its anhydride can be bound to the amino group of the organic compound.

基材粒子は、担体粒子の表面に上記の有機化合物を付着させることにより、作製される。担体粒子が反応性基を有する有機ポリマーを含有する場合の基材粒子を準備する方法の一例は、反応性基を有するモノマーを含むモノマー成分と多孔化剤と水性媒体とを含有する反応液中での懸濁重合により、多孔質粒子である担体粒子を生成させることと、反応性基と上記の有機化合物との反応により有機化合物を有機ポリマーと結合させることとを含む。 The base particles are produced by attaching the organic compound to the surface of the carrier particles. One example of a method for preparing base particles when the carrier particles contain an organic polymer having a reactive group includes generating carrier particles, which are porous particles, by suspension polymerization in a reaction liquid containing a monomer component including a monomer having a reactive group, a porosifying agent, and an aqueous medium, and bonding the organic compound to the organic polymer by reaction between the reactive group and the organic compound.

多孔質粒子を形成するために用いられる多孔化剤は、重合時に粒子の相分離を促し、それにより多孔質ポリマー粒子を形成させる成分である。多孔化剤の一例は有機溶媒である。多孔化剤として用いられ得る有機溶媒の例としては、脂肪族又は芳香族の炭化水素、エステル、ケトン、エーテル、及びアルコールが挙げられる。多孔化剤は、例えば、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、オクタン、酢酸ブチル、フタル酸ジブチル、メチルエチルケトン、ジブチルエーテル、1-ヘキサノール、2-オクタノール、デカノール、ラウリルアルコール、及びシクロヘキサノールからなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことができる。 The porogen used to form the porous particles is a component that promotes phase separation of the particles during polymerization, thereby forming the porous polymer particles. One example of a porogen is an organic solvent. Examples of organic solvents that can be used as porogens include aliphatic or aromatic hydrocarbons, esters, ketones, ethers, and alcohols. The porogen can include, for example, at least one selected from the group consisting of toluene, xylene, cyclohexane, octane, butyl acetate, dibutyl phthalate, methyl ethyl ketone, dibutyl ether, 1-hexanol, 2-octanol, decanol, lauryl alcohol, and cyclohexanol.

多孔化剤の量は、モノマー成分の合計量に対して0~300質量%であってもよい。多孔化剤の量によって、多孔質ポリマー粒子の空孔率をコントロールできる。多孔化剤の種類によって、多孔質ポリマー粒子の細孔の大きさ及び形状をコントロールすることができる。 The amount of the porosifying agent may be 0 to 300% by mass based on the total amount of the monomer components. The porosity of the porous polymer particles can be controlled by the amount of the porosifying agent. The size and shape of the pores in the porous polymer particles can be controlled by the type of porosifying agent.

水性媒体が水を含んでいてもよい。この水を多孔化剤として機能させてもよい。例えば、反応液に油溶性界面活性剤を加えると、モノマー及び油溶性界面活性剤を含む粒子が形成され、この粒子が水を吸収することにより粒子内の相分離を促すことが可能である。相分離した粒子から一方の相を除去することにより、粒子が多孔質化される。 The aqueous medium may contain water. This water may function as a porosifying agent. For example, when an oil-soluble surfactant is added to the reaction solution, particles containing the monomer and the oil-soluble surfactant are formed, and the particles can absorb water to promote phase separation within the particles. By removing one of the phases from the phase-separated particles, the particles are made porous.

水性媒体は、水、又は、水と水溶性溶媒(例えば、低級アルコール)との混合溶媒を含む。水性媒体は、界面活性剤を含んでもよい。界面活性剤は、アニオン系、カチオン系、ノニオン系又は両性イオン系の界面活性剤であってもよい。 The aqueous medium includes water or a mixed solvent of water and a water-soluble solvent (e.g., a lower alcohol). The aqueous medium may include a surfactant. The surfactant may be an anionic, cationic, nonionic, or zwitterionic surfactant.

懸濁重合のための反応液は、重合開始剤を含んでもよい。重合開始剤としては、例えば、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、オルソクロロ過酸化ベンゾイル、オルソメトキシ過酸化ベンゾイル、3,5,5-トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、tert-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、ジ-tert-ブチルパーオキサイド等の有機過酸化物;2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、1,1’-アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)等のアゾ系化合物が挙げられる。重合開始剤の量は、モノマー成分100質量部に対して、0.1~7.0質量部であってもよい。 The reaction liquid for suspension polymerization may contain a polymerization initiator. Examples of the polymerization initiator include organic peroxides such as benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, orthochlorobenzoyl peroxide, orthomethoxybenzoyl peroxide, 3,5,5-trimethylhexanoyl peroxide, tert-butylperoxy-2-ethylhexanoate, and di-tert-butyl peroxide; and azo compounds such as 2,2'-azobisisobutyronitrile, 1,1'-azobiscyclohexanecarbonitrile, and 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile). The amount of the polymerization initiator may be 0.1 to 7.0 parts by mass relative to 100 parts by mass of the monomer component.

モノマー成分を含む粒子の分散安定性を向上させるために、反応液が分散安定剤を含んでいてもよい。分散安定剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリカルボン酸、セルロース類(ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース等)、ポリビニルピロリドンが挙げられる。これらとトリポリリン酸ナトリウム等の無機系水溶性高分子化合物とを併用してもよい。分散安定剤がポリビニルアルコール又はポリビニルピロリドンであってもよい。分散安定剤の量は、モノマー100質量部に対して1~10質量部であってもよい。 The reaction liquid may contain a dispersion stabilizer to improve the dispersion stability of particles containing monomer components. Examples of dispersion stabilizers include polyvinyl alcohol, polycarboxylic acid, celluloses (hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, etc.), and polyvinylpyrrolidone. These may be used in combination with inorganic water-soluble polymer compounds such as sodium tripolyphosphate. The dispersion stabilizer may be polyvinyl alcohol or polyvinylpyrrolidone. The amount of dispersion stabilizer may be 1 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of monomer.

懸濁重合のための反応液は、亜硝酸塩類、亜硫酸塩類、ハイドロキノン類、アスコルビン酸類、水溶性ビタミンB類、クエン酸、ポリフェノール類等の水溶性の重合禁止剤を含んでもよい。 The reaction liquid for suspension polymerization may contain water-soluble polymerization inhibitors such as nitrites, sulfites, hydroquinones, ascorbic acids, water-soluble B vitamins, citric acid, and polyphenols.

懸濁重合のための重合温度は、モノマー及び重合開始剤の種類に応じて、適宜選択することができる。重合温度は、25~110℃、又は50~100℃であってもよい。 The polymerization temperature for suspension polymerization can be appropriately selected depending on the types of monomer and polymerization initiator. The polymerization temperature may be 25 to 110°C, or 50 to 100°C.

生成した多孔質粒子(担体粒子)を、必要により洗浄及び乾燥してから、有機化合物のアミノ基等の反応性基を有機ポリマーの反応性基と反応させてもよい。この反応は、例えば、担体粒子と、有機化合物と、溶媒とを含有する反応液中で、必要により加熱しながら行うことができる。溶媒は特に制限されないが、例えば水であってもよい。 The resulting porous particles (carrier particles) may be washed and dried as necessary, and then the reactive groups of the organic compound, such as amino groups, may be reacted with the reactive groups of the organic polymer. This reaction may be carried out, for example, in a reaction liquid containing the carrier particles, the organic compound, and a solvent, with heating as necessary. The solvent is not particularly limited, and may be, for example, water.

基材粒子を必要により洗浄及び乾燥してから、担体粒子に付着した有機化合物におけるアミノ基等の反応性基に、ジグリコール酸又はその無水物を結合させる。この反応は、例えば、基材粒子と、ジグリコール酸又はその無水物と、溶媒とを含有する反応液中で、必要により加熱しながら行うことができる。溶媒は特に制限されないが、例えばテトラヒドロフランであってもよい。この反応により、ジグリコール酸残基が導入された吸着材粒子が形成される。形成された吸着材粒子は、必要により洗浄及び乾燥される。 After washing and drying the base particles as necessary, diglycolic acid or its anhydride is bonded to a reactive group such as an amino group in the organic compound attached to the carrier particles. This reaction can be carried out, for example, in a reaction liquid containing the base particles, diglycolic acid or its anhydride, and a solvent, with heating as necessary. The solvent is not particularly limited, but may be, for example, tetrahydrofuran. This reaction forms adsorbent particles into which diglycolic acid residues have been introduced. The formed adsorbent particles are washed and dried as necessary.

担体粒子と担体粒子の表面に付着した有機化合物とを含む基材粒子を、ジグリコール酸残基以外のリガンドが導入された吸着材粒子又は分離材粒子を得るために用いてもよい。基材粒子の平均粒径は、通常、吸着材粒子の平均粒径と実質的に同じである。 Substrate particles containing carrier particles and an organic compound attached to the surface of the carrier particles may be used to obtain adsorbent particles or separation particles to which ligands other than diglycolic acid residues have been introduced. The average particle size of the substrate particles is usually substantially the same as the average particle size of the adsorbent particles.

吸着材粒子に、希土類元素を含む溶液を接触させ、それにより希土類元素を吸着材粒子に吸着させることと、酸を含む酸性溶液との接触によって、吸着材粒子から希土類元素を脱離させることとを含む方法によって、希土類元素を効率的に回収することができる。 Rare earth elements can be efficiently recovered by a method that includes contacting the adsorbent particles with a solution containing rare earth elements, thereby adsorbing the rare earth elements onto the adsorbent particles, and then contacting the adsorbent particles with an acidic solution containing an acid, thereby desorbing the rare earth elements from the adsorbent particles.

吸着のための溶液、及び脱離のための酸性溶液の温度は、特に限定されないが、例えば15~35℃であってもよい。吸着のための溶液と吸着材粒子との接触時間は、例えば20秒以上、又は40秒以上であってもよく、48時間以下であってもよい。脱離のための酸性溶液と吸着材粒子との接触時間は、例えば5秒以上、又は10秒以上であってもよく、6時間以下であってもよい。 The temperatures of the solution for adsorption and the acidic solution for desorption are not particularly limited, but may be, for example, 15 to 35°C. The contact time between the solution for adsorption and the adsorbent particles may be, for example, 20 seconds or more, or 40 seconds or more, and may be 48 hours or less. The contact time between the acidic solution for desorption and the adsorbent particles may be, for example, 5 seconds or more, or 10 seconds or more, and may be 6 hours or less.

本実施形態に係る吸着材粒子を用いた回収方法は、吸着材粒子による大きな吸着量に基づいて、希土類元素の効率的な回収を可能にする。また、本実施形態に係る吸着材粒子は、シリカ粒子を担体粒子として含む吸着材と比較して、酸に対する耐性が高いため、繰り返し使用されたときの劣化が小さい点でも有利である。 The recovery method using the adsorbent particles according to this embodiment enables efficient recovery of rare earth elements based on the large amount of adsorption by the adsorbent particles. In addition, the adsorbent particles according to this embodiment are more resistant to acid than adsorbents that contain silica particles as carrier particles, and therefore have the advantage of being less prone to deterioration when used repeatedly.

吸着材粒子に希土類元素を吸着させるときの溶液のpHは、1.0~2.0程度であってもよい。希土類元素を脱離させるための酸性溶液の酸濃度は、希土類元素が適切に脱離する程度の強さに調整される。例えば、酸性溶液の酸濃度は、2規定以下、1規定以下、又は0.5規定以下であってもよい。本実施形態に係る吸着材粒子は、比較的弱い酸性の酸性溶液を用いた場合であっても、希土類元素を高い効率で脱離することができる。弱い酸性の酸性溶液を用いることは、吸着材の劣化抑制だけでなく、環境負荷の低減の点からも有益である。酸性溶液は、例えば塩酸であってもよい。 The pH of the solution when adsorbing the rare earth elements to the adsorbent particles may be about 1.0 to 2.0. The acid concentration of the acidic solution for desorbing the rare earth elements is adjusted to a strength strong enough to adequately desorb the rare earth elements. For example, the acid concentration of the acidic solution may be 2N or less, 1N or less, or 0.5N or less. The adsorbent particles according to this embodiment can desorb rare earth elements with high efficiency even when a relatively weak acidic solution is used. Using a weak acidic solution is beneficial not only in terms of suppressing deterioration of the adsorbent but also in terms of reducing the environmental load. The acidic solution may be, for example, hydrochloric acid.

回収される希土類元素は、スカンジウム、イットリウム、及びランタノイドのうちいずれであってもよく、ジスプロシウム、ネオジム等のランタノイドであってもよい。回収される希土類元素が含まれる溶液は、水溶液であってもよい。溶液中の希土類元素は、通常、陽イオンとして溶媒(例えば水)に溶解している。 The rare earth element to be recovered may be any of scandium, yttrium, and lanthanides, or may be a lanthanide such as dysprosium or neodymium. The solution containing the rare earth element to be recovered may be an aqueous solution. The rare earth element in the solution is usually dissolved in a solvent (e.g., water) as a cation.

吸着材粒子を、カラム充填剤として用いてもよい。図1は、充填カラムの一実施形態を示す模式図である。図1に示される充填カラム10は、カラム本体部11(カラム管)と、接続部12と、上述した実施形態に係る吸着材粒子を含むカラム充填剤13とを備えている。接続部12は、カラム本体部11をカラムクロマトグラフィー装置に接続するために、カラム本体部11の両端に配置される。カラム充填剤13は、筒状のカラム本体部11に充填されている。カラム本体部11及び接続部12の材質は、特に制限されず、ステンレスであってもよく、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等の樹脂であってもよい。 The adsorbent particles may be used as a column packing material. FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of a packed column. The packed column 10 shown in FIG. 1 includes a column body 11 (column tube), a connection part 12, and a column packing material 13 containing the adsorbent particles according to the embodiment described above. The connection parts 12 are arranged at both ends of the column body 11 to connect the column body 11 to a column chromatography device. The column packing material 13 is packed in the cylindrical column body 11. The material of the column body 11 and the connection part 12 is not particularly limited, and may be stainless steel or a resin such as polyether ether ketone (PEEK).

吸着材粒子を含むカラム充填剤13は、通常、溶媒とともにカラム本体部11に充填される。溶媒としては、吸着材粒子が分散する溶媒であれば特に制限されないが、例えば水であってもよい。 The column packing material 13 containing the adsorbent particles is usually packed into the column body 11 together with a solvent. The solvent is not particularly limited as long as it is a solvent in which the adsorbent particles can be dispersed, but it may be water, for example.

充填カラムを用いて希土類元素を回収する場合、例えば、充填カラムに希土類元素を含む溶液を通過させ、続いて充填カラムに酸性溶液を通過させる。 When recovering rare earth elements using a packed column, for example, a solution containing the rare earth elements is passed through the packed column, and then an acidic solution is passed through the packed column.

以下、実施例を挙げて本発明について更に具体的に説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

1.吸着材粒子の作製
<実施例1>
[基材粒子]
スチレン系ポリマーであるジビニルベンゼン-グリシジルメタクリレート共重合体からなる多孔質ポリマー粒子を担体粒子として準備した。この多孔質ポリマー粒子1.0gをメタノールに加え、懸濁液を揺動撹拌することで多孔質ポリマー粒子をメタノールで湿潤した。その後、懸濁液を、純水を用いて湿潤状態を維持しながらろ過することにより、メタノールを純水に置換した。続いて、懸濁液の純水を、同様の方法で、スルホニル基及びアミノ基を有する化合物(ポリマー)であるジアリルアミン塩酸塩二酸化硫黄共重合体(、重量平均分子量5000、「PAS-92」、ニットーボーメディカル社製)の水溶液(濃度20質量%)12gに置換し、更に50質量%水酸化ナトリウム水溶液1.3gを加えた。得られた懸濁液を50℃で3時間加熱することにより、多孔質ポリマー粒子のエポキシ基とジアリルアミン二酸化硫黄共重合体との反応を進行させた。ろ過により取り出した多孔質ポリマー粒子を、水で十分洗浄してから、50℃で15時間乾燥させることで、ジアリルアミン二酸化硫黄共重合体が導入された基材粒子を得た。得られた基材粒子の平均粒径は220μm、基材粒子1gあたりのアミノ基の量は1.8mmolであった。
1. Preparation of adsorbent particles <Example 1>
[Base particle]
Porous polymer particles made of a divinylbenzene-glycidyl methacrylate copolymer, a styrene-based polymer, were prepared as carrier particles. 1.0 g of these porous polymer particles were added to methanol, and the suspension was agitated to wet the porous polymer particles with methanol. The suspension was then filtered while maintaining a wet state using pure water, thereby replacing the methanol with pure water. Next, the pure water in the suspension was replaced by 12 g of an aqueous solution (concentration 20% by mass) of diallylamine hydrochloride sulfur dioxide copolymer (weight average molecular weight 5000, "PAS-92", manufactured by Nittobo Medical Co., Ltd.), which is a compound (polymer) having a sulfonyl group and an amino group, in the same manner, and 1.3 g of a 50% by mass aqueous solution of sodium hydroxide was further added. The obtained suspension was heated at 50°C for 3 hours to promote the reaction between the epoxy group of the porous polymer particles and the diallylamine sulfur dioxide copolymer. The porous polymer particles taken out by filtration were thoroughly washed with water and then dried at 50°C for 15 hours to obtain base particles into which the diallylamine sulfur dioxide copolymer was introduced. The average particle size of the obtained base particles was 220 μm, and the amount of amino groups per 1 g of the base particles was 1.8 mmol.

[吸着材粒子]
基材粒子1.0gとジグリコール酸無水物4.7gとを、テトラヒドロフラン中、50℃で8時間反応させた。ろ過により取り出した粒子を、水で十分洗浄してから、50℃で15時間乾燥させることで、ジグリコール酸残基が導入された吸着材粒子を得た。
[Adsorbent particles]
1.0 g of the base particles and 4.7 g of diglycolic anhydride were reacted in tetrahydrofuran for 8 hours at 50° C. The particles were filtered out, thoroughly washed with water, and then dried at 50° C. for 15 hours to obtain adsorbent particles having diglycolic acid residues introduced therein.

<実施例2>
ジアリルアミン塩酸塩二酸化硫黄共重合体の水溶液(濃度20質量%)12gを、ジアリルアミン塩酸塩二酸化硫黄共重合体の水溶液(濃度20質量%)12g及び純水12gの混合液に変更したこと以外は実施例1と同様にして、基材粒子を得た。得られた基材粒子の平均粒径は220μm、基材粒子1gあたりのアミノ基の量は1.8mmolであった。得られた基材粒子を用いたこと以外は実施例1と同様の操作により、ジグリコール酸残基が導入された吸着材粒子を得た。
Example 2
Base particles were obtained in the same manner as in Example 1, except that 12 g of the aqueous solution of diallylamine hydrochloride sulfur dioxide copolymer (concentration 20% by mass) was replaced with a mixture of 12 g of the aqueous solution of diallylamine hydrochloride sulfur dioxide copolymer (concentration 20% by mass) and 12 g of pure water. The average particle size of the obtained base particles was 220 μm, and the amount of amino groups per 1 g of base particles was 1.8 mmol. Adsorbent particles having diglycolic acid residues introduced therein were obtained by the same operation as in Example 1, except that the obtained base particles were used.

<実施例3>
ジアリルアミン塩酸塩二酸化硫黄共重合体の水溶液(濃度20質量%)12gを、ジアリルアミン塩酸塩二酸化硫黄共重合体の水溶液(濃度30質量%)12gに変更したこと以外は実施例1と同様にして、基材粒子を得た。得られた基材粒子の平均粒径は220μm、基材粒子1gあたりのアミノ基の量は2.1mmolであった。得られた基材粒子を用いたこと以外は実施例1と同様の操作により、ジグリコール酸残基が導入された吸着材粒子を得た。
Example 3
Base particles were obtained in the same manner as in Example 1, except that 12 g of an aqueous solution of diallylamine hydrochloride sulfur dioxide copolymer (concentration 20% by mass) was changed to 12 g of an aqueous solution of diallylamine hydrochloride sulfur dioxide copolymer (concentration 30% by mass). The average particle size of the obtained base particles was 220 μm, and the amount of amino groups per 1 g of base particles was 2.1 mmol. Adsorbent particles having diglycolic acid residues introduced therein were obtained by the same operation as in Example 1, except that the obtained base particles were used.

<比較例1>
実施例1と同じジビニルベンゼン-グリシジルメタクリレート共重合体からなる多孔質ポリマー粒子を担体粒子として準備した。この多孔質ポリマー粒子をメタノールに加え、懸濁液を揺動撹拌することで多孔質ポリマー粒子をメタノールで湿潤した。その後、懸濁液を純水を用いて湿潤状態を維持しながらろ過することにより、メタノールを純水に置換した。続いて、懸濁液の純水を、同様の方法でエチレンジアミンに置換した。懸濁液を50℃で3時間加熱することにより、多孔質ポリマー粒子のエポキシ基とエチレンジアミンとの反応を進行させた。ろ過により取り出した多孔質ポリマー粒子を、エタノール及び水で十分洗浄してから、80℃で15時間乾燥させることで、エチレンジアミンが導入された基材粒子を得た。得られた基材粒子の平均粒径は220μm、基材粒子1gあたりのアミノ基の量は2.0mmolであった。得られた基材粒子を用いたこと以外は実施例1と同様の操作により、ジグリコール酸残基が導入された吸着材粒子を得た。
<Comparative Example 1>
Porous polymer particles made of the same divinylbenzene-glycidyl methacrylate copolymer as in Example 1 were prepared as carrier particles. The porous polymer particles were added to methanol, and the suspension was stirred by rocking to wet the porous polymer particles with methanol. Thereafter, the suspension was filtered while maintaining a wet state using pure water, thereby replacing the methanol with pure water. Subsequently, the pure water in the suspension was replaced with ethylenediamine in the same manner. The suspension was heated at 50°C for 3 hours to promote the reaction between the epoxy groups of the porous polymer particles and ethylenediamine. The porous polymer particles taken out by filtration were thoroughly washed with ethanol and water, and then dried at 80°C for 15 hours to obtain base particles into which ethylenediamine had been introduced. The average particle size of the obtained base particles was 220 μm, and the amount of amino groups per 1 g of base particles was 2.0 mmol. Except for using the obtained base particles, the same operation as in Example 1 was performed to obtain adsorbent particles into which diglycolic acid residues had been introduced.

<定量分析>
実施例1~3又は比較例1で得た吸着材粒子を燃焼イオンクロマトグラフィーによって分析して、吸着材粒子の質量を基準とする硫黄原子の含有量(S含有量)を定量した。また、吸着材粒子の燃焼法による元素分析により、吸着材粒子の質量を基準とする窒素の含有量(N含有量)を定量した。結果を表1に示す。
Quantitative analysis
The adsorbent particles obtained in Examples 1 to 3 or Comparative Example 1 were analyzed by combustion ion chromatography to quantify the content of sulfur atoms (S content) based on the mass of the adsorbent particles. In addition, the adsorbent particles were subjected to elemental analysis by a combustion method to quantify the content of nitrogen (N content) based on the mass of the adsorbent particles. The results are shown in Table 1.

<通液試験>
実施例及び比較例で得た、ジグリコール酸残基が導入された吸着材粒子を、内径5.0mmの耐圧カラム管に担体高さが50mmとなるように充填した(ゲル体積=0.98ml)。次に、pH=1.5に調整した硫酸水溶液を流速1.64mL/分で5分間通液した。その後、5ppmのジスプロシウム(Dy)、及び1000ppmのFeを含む、pH=1.5の硫酸溶液(元溶液ともいう)を流速1.64mL/分で1時間通液し、通過後の液を回収し、通過液とした。ICP発光分析装置を用いて通過液のDyの濃度及びFeの濃度を測定し、Dy吸着率及びFe吸着率を以下の式を用いて算出した。
Dy吸着率(%)=(元溶液のDy濃度(5ppm)-通過液のDy濃度)×100
Fe吸着率(%)=(元溶液のFe濃度(1000ppm)-通過液のFe濃度)×100
<Liquid flow test>
The adsorbent particles obtained in the examples and comparative examples into which diglycolic acid residues were introduced were packed in a pressure-resistant column tube with an inner diameter of 5.0 mm so that the carrier height was 50 mm (gel volume = 0.98 ml). Next, an aqueous sulfuric acid solution adjusted to pH = 1.5 was passed through at a flow rate of 1.64 mL / min for 5 minutes. Then, a sulfuric acid solution (also called the original solution) containing 5 ppm of dysprosium (Dy) and 1000 ppm of Fe and having a pH = 1.5 was passed through at a flow rate of 1.64 mL / min for 1 hour, and the liquid after passing through was collected and used as the passing liquid. The Dy concentration and Fe concentration of the passing liquid were measured using an ICP emission spectrometer, and the Dy adsorption rate and Fe adsorption rate were calculated using the following formula.
Dy adsorption rate (%)=(Dy concentration of original solution (5 ppm)−Dy concentration of passed solution)×100
Fe adsorption rate (%)=(Fe concentration in original solution (1000 ppm)−Fe concentration in passed solution)×100

Figure 0007589482000007
Figure 0007589482000007

表1に示されるように、実施例1~3の吸着材粒子を用いた場合、Dy吸着率が38%以上、Fe吸着率が11.3%以下であったのに対して、比較例1の吸着材粒子を用いた場合、Dy吸着率が11%、Fe吸着率が20%であった。このように、実施例の吸着材粒子は、希土類元素を十分に大きな吸着量で吸着することが確認された。また、実施例の吸着材粒子による希土類元素の吸着率は、比較例の吸着材粒子による希土類元素の吸着率と比較して明らかに大きく、更に、Feの吸着を抑制できることが分かる。 As shown in Table 1, when the adsorbent particles of Examples 1 to 3 were used, the Dy adsorption rate was 38% or more and the Fe adsorption rate was 11.3% or less, whereas when the adsorbent particles of Comparative Example 1 were used, the Dy adsorption rate was 11% and the Fe adsorption rate was 20%. Thus, it was confirmed that the adsorbent particles of the Examples adsorb a sufficiently large amount of rare earth elements. Furthermore, the adsorption rate of rare earth elements by the adsorbent particles of the Examples is clearly greater than that by the adsorbent particles of the Comparative Example, and it can be seen that the adsorption of Fe can be suppressed.

10…充填カラム、11…カラム本体部、12…接続部、13…カラム充填剤。 10...packed column, 11...column body, 12...connection, 13...column packing material.

Claims (8)

スチレン系モノマーに由来するモノマー単位を含む有機ポリマーを含有する担体粒子と、
前記担体粒子の表面に付着した、スルホニル基及びアミノ基を有する有機化合物と、
前記アミノ基に結合したジグリコール酸残基と、を含む吸着材粒子であって、
当該吸着材粒子における硫黄原子の含有量が、当該吸着材粒子の質量を基準として0.5質量%以上である、吸着材粒子。
A carrier particle containing an organic polymer including a monomer unit derived from a styrene-based monomer;
an organic compound having a sulfonyl group and an amino group attached to the surface of the carrier particle;
and a diglycolic acid residue bonded to said amino group,
The adsorbent particles have a sulfur atom content of at least 0.5 mass % based on the mass of the adsorbent particles.
当該吸着材粒子における硫黄原子の含有量が、当該吸着材粒子の質量を基準として20質量%以下である、請求項1に記載の吸着材粒子。 The adsorbent particles according to claim 1, wherein the content of sulfur atoms in the adsorbent particles is 20% by mass or less based on the mass of the adsorbent particles. 前記有機化合物が、下記式(1)で表される構成単位、又は下記式(3)で表される構成単位と、下記式(2)で表される構成単位とを含む主鎖を有するポリマーであり、
Figure 0007589482000008

Figure 0007589482000009

Figure 0007589482000010

式(1)中、R は炭素数1以上4以下のアルキレン基又は単結合を表し、R は炭素数1以上4以下のアルキル基又は水素原子を表し、
式(3)中、m及びnはそれぞれ独立に1以上3以下の整数を表す、請求項1又は2に記載の吸着材粒子。
The organic compound is a polymer having a main chain including a constitutional unit represented by the following formula (1) or a constitutional unit represented by the following formula (3) and a constitutional unit represented by the following formula (2),
Figure 0007589482000008

Figure 0007589482000009

Figure 0007589482000010

In formula (1), R 1 represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a single bond, R 2 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a hydrogen atom,
3. The adsorbent particle according to claim 1 or 2, wherein in formula (3), m and n each independently represent an integer of 1 or more and 3 or less .
当該吸着材粒子における窒素原子の含有量が、当該吸着材粒子の質量を基準として0.2質量%以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の吸着材粒子。 The adsorbent particles according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of nitrogen atoms in the adsorbent particles is 0.2 mass% or more based on the mass of the adsorbent particles. 前記担体粒子が多孔質ポリマー粒子である、請求項1~4のいずれか一項に記載の吸着材粒子。 The adsorbent particles according to any one of claims 1 to 4, wherein the carrier particles are porous polymer particles. 希土類元素を回収するために用いられる、請求項1~5のいずれか一項に記載の吸着材粒子。 The adsorbent particles according to any one of claims 1 to 5 are used to recover rare earth elements. カラム本体部と、前記カラム本体部に充填された請求項1~6のいずれか一項に記載の吸着材粒子と、を備える、充填カラム。 A packed column comprising a column body and the adsorbent particles according to any one of claims 1 to 6 packed in the column body. 請求項1~5のいずれか一項に記載の吸着材粒子に、希土類元素を含む溶液を接触させ、それにより前記希土類元素を前記吸着材粒子に吸着させることと、
酸を含む酸性溶液との接触によって、前記吸着材粒子から前記希土類元素を脱離させることと、を含む、希土類元素を回収する方法。
contacting the adsorbent particles according to any one of claims 1 to 5 with a solution containing a rare earth element, thereby adsorbing the rare earth element onto the adsorbent particles;
and desorbing the rare earth elements from the adsorbent particles by contact with an acidic solution comprising an acid.
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