JP7776126B2 - Method for producing Zn-Al layered double oxide - Google Patents
Method for producing Zn-Al layered double oxideInfo
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Description
特許法第30条第2項適用 (1)化学工学会第86年会、講演要旨集、令和3年3月8日、(2)化学工学会第86年会、Web会議システムを用いたオンライン開催、http://www3.scej.org/meeting/86a/、令和3年3月21日10時20分~11時20分Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies. (1) The 86th Annual Meeting of the Society of Chemical Engineers, Abstracts, March 8, 2021. (2) The 86th Annual Meeting of the Society of Chemical Engineers, held online using a web conferencing system, http://www3.scej.org/meeting/86a/, March 21, 2021, 10:20-11:20.
本発明は、Zn-Al系層状複酸化物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a Zn-Al-based layered double oxide.
近年、環境保全や資源の有効利用の観点から、廃棄処分されていた廃棄物を再資源化したり再利用したりする取り組みが進められている。 In recent years, efforts have been made to recycle and reuse waste that would otherwise be disposed of, with a view to environmental conservation and the effective use of resources.
めっき工場や金属精錬所などから排出される金属を含む排水は、一般的に、工場内で排水処理をしているが、この排水処理工程で多量の金属スラッジが発生する。この金属スラッジは、排水に薬剤を添加して金属を不溶性の固体としたものであり、通常は、金属の水酸化物や硫化物である。 Wastewater containing metals discharged from plating factories, metal refineries, and other facilities is generally treated within the plant, but this wastewater treatment process generates large amounts of metal sludge. This metal sludge is formed when chemicals are added to the wastewater to turn the metals into an insoluble solid, and is usually metal hydroxides or sulfides.
貴金属やニッケルなどの高価な金属を含むスラッジについては、それらの金属の純度を高めてリサイクルする方法が開発されている(例えば、特許文献1)。一方、亜鉛などの安価な金属を含むスラッジについては、そのほとんどがリサイクルされることなく埋め立て処理されている。 For sludge containing expensive metals such as precious metals and nickel, methods have been developed to increase the purity of these metals and recycle them (see, for example, Patent Document 1). On the other hand, most sludge containing inexpensive metals such as zinc is landfilled without being recycled.
しかしながら、近年は、スラッジを埋め立てる処分場が不足していることもあり、その処理費用が高騰している。また、金属スラッジを埋め立て処理することにより、土壌の金属汚染に繋がる可能性もあり、地球環境保全の観点から、埋め立て処理を継続していくことは望ましくない。 However, in recent years, disposal costs have risen sharply due to a shortage of landfill sites for sludge. Furthermore, landfilling metal sludge could lead to metal contamination of the soil, making it undesirable to continue landfilling from the perspective of protecting the global environment.
このような観点から、工場から排出される排水に含まれる亜鉛を有用な物質に変換して、再資源化したり再利用したりする方法が求められている。 From this perspective, there is a need for a method to convert the zinc contained in wastewater discharged from factories into useful substances and recycle or reuse it.
本発明は、排水に含まれる亜鉛を原料として、陰イオン吸着剤として利用可能なZn-Al系層状複酸化物を製造する方法を提供することを目的とする。 The objective of the present invention is to provide a method for producing Zn-Al layered double oxides that can be used as anion adsorbents, using zinc contained in wastewater as a raw material.
本発明の要旨は以下のとおりである。
[1]亜鉛イオンを含む亜鉛排水にアルミニウム源と炭酸イオン源を添加してZn-Al系層状複水酸化物(LDH)を析出させる析出工程と、前記Zn-Al系層状複水酸化物(LDH)をか焼するか焼工程と、を有することを特徴とするZn-Al系層状複酸化物(LDO)の製造方法。
[2]前記亜鉛排水に前記アルミニウム源と前記炭酸イオン源を添加する工程は、前記亜鉛排水に対して前記アルミニウム源を添加する第1添加工程と、前記アルミニウム源が添加された前記亜鉛排水に対して前記炭酸イオン源を添加する第2添加工程と、からなることを特徴とする[1]に記載の製造方法。
[3]前記炭酸イオン源が、アルカリ金属炭酸塩及び/又は二酸化炭素ガスであることを特徴とする[1]又は[2]に記載の製造方法。
[4]前記アルミニウム源が、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、及び硫酸ばんどからなる群から選択される1種以上の化合物であることを特徴とする[1]から[3]のいずれか1つに記載の製造方法。
[5]前記アルミニウム源と前記炭酸イオン源を添加した亜鉛排水における硫酸イオンに対する炭酸イオンのモル比が20以上であることを特徴とする[1]から[4]のいずれか1つに記載の製造方法。
[6]前記Zn-Al系層状複酸化物(LDO)に含まれるアルミニウムに対する、前記Zn-Al系層状複酸化物(LDO)に含まれる亜鉛のモル比が1.9以上2.5以下であることを特徴とする[1]から[5]のいずれか1つに記載の製造方法。
[7]前記Zn-Al系層状複酸化物(LDO)における硫酸イオンの含有量が2質量%以下であることを特徴とする[1]から[6]のいずれか1つに記載の製造方法。
[8] 前記Zn-Al系層状複酸化物(LDO)が陰イオン吸着剤であることを特徴とする[1]から[7]のいずれか1つに記載の製造方法。
The gist of the present invention is as follows.
[1] A method for producing a Zn-Al-based layered double hydroxide (LDO), comprising: a precipitation step of adding an aluminum source and a carbonate ion source to zinc wastewater containing zinc ions to precipitate a Zn-Al-based layered double hydroxide (LDH); and a calcination step of calcining the Zn-Al-based layered double hydroxide (LDH).
[2] The manufacturing method described in [1], characterized in that the step of adding the aluminum source and the carbonate ion source to the zinc wastewater comprises a first addition step of adding the aluminum source to the zinc wastewater, and a second addition step of adding the carbonate ion source to the zinc wastewater to which the aluminum source has been added.
[3] The method according to [1] or [2], wherein the carbonate ion source is an alkali metal carbonate and/or carbon dioxide gas.
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the aluminum source is one or more compounds selected from the group consisting of aluminum nitrate, aluminum chloride, polyaluminum chloride, and aluminum sulfate.
[5] The manufacturing method according to any one of [1] to [4], characterized in that the molar ratio of carbonate ions to sulfate ions in the zinc wastewater to which the aluminum source and the carbonate ion source have been added is 20 or more.
[6] The method according to any one of [1] to [5], wherein the molar ratio of zinc contained in the Zn—Al-based layered double oxide (LDO) to aluminum contained in the Zn—Al-based layered double oxide (LDO) is 1.9 or more and 2.5 or less.
[7] The method according to any one of [1] to [6], wherein the content of sulfate ions in the Zn—Al-based layered double oxide (LDO) is 2 mass% or less.
[8] The method according to any one of [1] to [7], wherein the Zn—Al-based layered double oxide (LDO) is an anion adsorbent.
本発明によれば、排水に含まれる亜鉛を原料として、陰イオン吸着剤として利用可能なZn-Al系層状複酸化物を製造する方法を提供することができる。 The present invention provides a method for producing a Zn-Al layered double oxide that can be used as an anion adsorbent, using zinc contained in wastewater as a raw material.
以下、本発明の一実施形態について説明する。 One embodiment of the present invention is described below.
本実施形態は、Zn-Al系層状複酸化物(LDO:Layered Double oxide)の製造方法に関する。本実施形態のZn-Al系層状複酸化物の製造方法は、図1に示すように、析出工程S101とか焼工程S102を含む。 This embodiment relates to a method for producing a Zn-Al-based layered double oxide (LDO). As shown in Figure 1, the method for producing a Zn-Al-based layered double oxide of this embodiment includes a precipitation step S101 and a calcination step S102.
析出工程S101は、亜鉛イオンを含む亜鉛排水にアルミニウム源と炭酸イオン源を添加してZn-Al系層状複水酸化物(LDH:Layered double hydroxides)を析出させる工程である。 The precipitation step S101 is a step in which an aluminum source and a carbonate ion source are added to zinc wastewater containing zinc ions to precipitate Zn-Al layered double hydroxides (LDH).
析出工程S101において、アルミニウム源と炭酸イオン源を添加する亜鉛排水は、少なくとも亜鉛イオンを含む排水であり、例えば、めっき工場、金属精錬所、亜鉛鉱山から排出される亜鉛排水を用いることができる。亜鉛排水に含まれる亜鉛イオンの由来は、特に限定されるものではないが、ZnCl2、ZnSO4、Zn(NO3)2などの水溶性の亜鉛塩が水(排水)に溶解されることで生成される亜鉛イオンなどを例示することができる。 In the precipitation step S101, the zinc wastewater to which the aluminum source and carbonate ion source are added is wastewater containing at least zinc ions, and may be, for example, zinc wastewater discharged from a plating factory, a metal refinery, or a zinc mine. The source of the zinc ions contained in the zinc wastewater is not particularly limited, but examples include zinc ions generated by dissolving water-soluble zinc salts such as ZnCl 2 , ZnSO 4 , and Zn(NO 3 ) 2 in water (wastewater).
析出工程S101で用いられる亜鉛排水は、亜鉛イオンの他に、亜鉛イオン以外の物質が含有されていてもよい。亜鉛イオン以外の物質は、排水の排出元によっても異なるが、亜鉛イオン以外の金属イオン(以下、「他の金属イオン」ともいう)、非金属イオン、有機物などの物質を例示することができる。他の金属イオンとしては、例えば、鉄イオン、マンガンイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、クロム酸イオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオンが挙げられる。非金属イオンとしては、例えばアンモニウムイオン、シアン化物イオン、硫酸イオンが挙げられる。有機物としては、クエン酸、コハク酸、アルデヒド、ベンザルアセトン、PEGが挙げられる。 The zinc wastewater used in the precipitation step S101 may contain zinc ions as well as other substances. The substances other than zinc ions vary depending on the source of the wastewater, but examples include metal ions other than zinc ions (hereinafter also referred to as "other metal ions"), non-metal ions, and organic substances. Examples of other metal ions include iron ions, manganese ions, sodium ions, potassium ions, chromate ions, magnesium ions, and calcium ions. Examples of non-metal ions include ammonium ions, cyanide ions, and sulfate ions. Examples of organic substances include citric acid, succinic acid, aldehydes, benzalacetone, and PEG.
亜鉛排水に他の金属イオンが含まれる場合、亜鉛イオンのモル量は、アルカリ金属イオンを除いた金属イオンの総モル量(亜鉛イオンを含む)に対して90%以上であることが好ましい。アルカリ金属イオンを除いた金属イオンの総モル量に対し、亜鉛イオンのモル量が90%以上であると、90%未満である場合と比較して、Zn-Al系層状複水酸化物(LDH)が析出されやすくなる。 When zinc wastewater contains other metal ions, the molar amount of zinc ions is preferably 90% or more of the total molar amount of metal ions (including zinc ions) excluding alkali metal ions. When the molar amount of zinc ions is 90% or more of the total molar amount of metal ions excluding alkali metal ions, Zn-Al layered double hydroxide (LDH) is more likely to precipitate than when the molar amount is less than 90%.
なお、亜鉛排水に含まれ得る亜鉛イオン以外の物質は、亜鉛排水中に溶解していてもよいが、亜鉛排水中で固形物(不溶物)として存在していてもよい。Zn-Al系層状複水酸化物(LDH)を析出しやすくする観点から、固形物は、アルミニウム源と炭酸イオン源を添加する前に、固液分離して取り除いておくことが好ましい。また、亜鉛排水に含まれ得る固形物が、水酸化亜鉛や塩基性炭酸亜鉛などの無機酸で溶解可能な亜鉛塩である場合、亜鉛排水に無機酸を添加して亜鉛塩を溶解してから、アルミニウム源と炭酸イオン源を添加してもよい。 Substances other than zinc ions that may be contained in zinc wastewater may be dissolved in the zinc wastewater, or may exist as solids (insoluble matter) in the zinc wastewater. To facilitate precipitation of Zn-Al layered double hydroxide (LDH), it is preferable to remove the solids by solid-liquid separation before adding the aluminum source and carbonate ion source. Furthermore, if the solids that may be contained in zinc wastewater are zinc salts that can be dissolved in inorganic acids, such as zinc hydroxide or basic zinc carbonate, inorganic acid may be added to the zinc wastewater to dissolve the zinc salt, and then the aluminum source and carbonate ion source may be added.
亜鉛排水における亜鉛イオンの濃度は、特に限定されるものではなく、例えば、500gm/L以上とすることができ、1000mg/L以上とすることもできる。亜鉛排水における亜鉛イオンの濃度の上限値も、特に限定されるものではないが、例えば、10000mg/L以下とすることができる。なお、亜鉛排水における亜鉛イオンの濃度は、ICP発光分光分析装置(例えば、株式会社島津製作所 島津シーケンシャル形 高周波プラズマ発光分析装置 ICPS-7510)により求めることができる。 The zinc ion concentration in zinc wastewater is not particularly limited and can be, for example, 500 gm/L or more, or 1,000 mg/L or more. The upper limit of the zinc ion concentration in zinc wastewater is also not particularly limited and can be, for example, 10,000 mg/L or less. The zinc ion concentration in zinc wastewater can be determined using an ICP optical emission spectrometer (for example, Shimadzu Corporation's Shimadzu Sequential Type High-Frequency Plasma Optical Emission Spectrometer ICPS-7510).
また、アルミニウム源と炭酸イオン源を添加する亜鉛排水(添加前の亜鉛排水)のpHは、特に限定されるものではないが、Zn-Al系層状複水酸化物(LDH)を析出しやすくする観点からは、7未満であることが好ましく、4未満であることがより好ましい。アルミニウム源と炭酸イオン源を添加する亜鉛排水のpHが7以上であるときは、それをそのまま用いてもよいが、硫酸、塩酸、硝酸などの無機酸を使用してpH7未満に調整することが好ましい。ただし、亜鉛排水のpHが12以上の高アルカリ性である場合において、亜鉛排水における固形物中の亜鉛が排水中の溶解している亜鉛イオンに対して5%未満(モル量換算で)であると、それをそのまま用いたとしても、pHを7未満に調整したとしても、Zn-Al系層状複水酸化物(LDH)の析出しやすさに大きく影響しない。 The pH of the zinc wastewater to which the aluminum source and carbonate ion source are added (zinc wastewater before addition) is not particularly limited, but from the perspective of facilitating precipitation of Zn-Al layered double hydroxides (LDHs) is preferably less than 7, and more preferably less than 4. When the pH of the zinc wastewater to which the aluminum source and carbonate ion source are added is 7 or higher, it may be used as is, but it is preferable to adjust the pH to less than 7 using an inorganic acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, or nitric acid. However, when the pH of the zinc wastewater is highly alkaline, at 12 or higher, and the zinc in the solids in the zinc wastewater is less than 5% (in terms of molar amount) of the zinc ions dissolved in the wastewater, using it as is or adjusting the pH to less than 7 will not significantly affect the ease of precipitation of Zn-Al layered double hydroxides (LDHs).
亜鉛排水に添加するアルミニウム源は、添加後にアルミニウムイオンを亜鉛排水に含ませることができる物質であり、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸ばんど(硫酸アルミニウムの水和物)などの水溶性のアルミニウム塩を挙げることができる。Zn-Al系層状複水酸化物(LDH)が析出されやすくなる観点からは、アルミニウム源は、ポリ塩化アルミニウムであることが好ましい。なお、ポリ塩化アルミニウムは、〔Al2(OH)nCl6-n〕m(但し、1≦n≦5、m≦10)で表される物質である。 The aluminum source added to the zinc wastewater is a substance that can cause aluminum ions to be contained in the zinc wastewater after addition, and examples thereof include water-soluble aluminum salts such as aluminum nitrate, aluminum chloride, polyaluminum chloride, and aluminum sulfate (aluminum sulfate hydrate). From the viewpoint of facilitating the precipitation of Zn-Al layered double hydroxide (LDH), the aluminum source is preferably polyaluminum chloride. Polyaluminum chloride is a substance expressed as [Al 2 (OH) n Cl 6-n ] m (where 1≦n≦5, m≦10).
亜鉛排水に添加するアルミニウム源の添加量は、特に限定されるものではないが、例えば、アルミニウム源と炭酸イオン源が添加された亜鉛排水(以下、「添加後の亜鉛排水」ともいう)におけるアルミニウムイオンに対する亜鉛イオンのモル比(以下、「Zn2+/Al3+」ともいう)が1.5以上3.5以下となるような添加量とすることができる。本実施形態の製造方法で得られるZn-Al系層状複酸化物(LDO)の陰イオン吸着性能を向上させる観点からは、Zn2+/Al3+は、1.8以上2.5以下であることが好ましく、1.9以上2.2以下であることがより好ましい。なお、亜鉛排水におけるアルミニウムイオンの濃度は、ICP発光分光分析装置(例えば、株式会社島津製作所 島津シーケンシャル形 高周波プラズマ発光分析装置 ICPS-7510)により求めてもよいが、添加前の亜鉛排水にアルミニウムイオンが含まれていない場合や、添加前の亜鉛排水におけるアルミニウムイオンがZn2+/Al3+に影響を及ぼさないような量である場合には、亜鉛排水に添加したアルミニウム源の溶解度を考慮の上、アルミニウム源中のアルミニウム量から計算により求めてよい。 The amount of aluminum source added to zinc wastewater is not particularly limited, but can be, for example, an amount such that the molar ratio of zinc ions to aluminum ions (hereinafter also referred to as "Zn 2+ /Al 3+ ") in zinc wastewater to which the aluminum source and carbonate ion source have been added (hereinafter also referred to as "zinc wastewater after addition") is 1.5 to 3.5. From the viewpoint of improving the anion adsorption performance of the Zn-Al-based layered double oxide (LDO) obtained by the production method of this embodiment, Zn 2+ /Al 3+ is preferably 1.8 to 2.5, and more preferably 1.9 to 2.2. The concentration of aluminum ions in zinc wastewater may be determined using an ICP optical emission spectrometer (for example, Shimadzu Corporation's Shimadzu sequential high-frequency plasma optical emission spectrometer ICPS-7510). However, if the zinc wastewater does not contain aluminum ions before addition, or if the amount of aluminum ions in the zinc wastewater before addition is such that it does not affect the Zn 2+ /Al 3+ ratio, the concentration may be determined by calculation from the amount of aluminum in the aluminum source, taking into account the solubility of the aluminum source added to the zinc wastewater.
亜鉛排水に添加されるアルミニウム源は、アルミニウムイオンを生成していない状態で亜鉛排水に添加し、亜鉛排水中でアルミニウムイオンを生成するものであってもよいが、予め溶媒(例えば、水)に溶解するなどしてアルミニウムイオンを生成させて、アルミニウムイオンが存在している状態で亜鉛排水に添加されるものであってもよい。 The aluminum source added to the zinc wastewater may be one that has not yet generated aluminum ions, generating aluminum ions in the zinc wastewater, or one that has been dissolved in a solvent (e.g., water) to generate aluminum ions beforehand, and then added to the zinc wastewater with aluminum ions still present.
亜鉛排水に添加する炭酸イオン源は、添加後に炭酸イオン(CO3 2-)を亜鉛排水に含ませることができる物質であり、例えば、アルカリ金属炭酸塩、二酸化炭素ガス、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウムを挙げることができる。亜鉛排水に含まれる炭酸イオン濃度を調整しやすくする観点からは、これらの炭酸イオン源のうち、アルカリ金属炭酸塩及び/又は二酸化炭素ガスを用いることが好ましい。 The carbonate ion source to be added to the zinc wastewater is a substance that can cause the zinc wastewater to contain carbonate ions (CO 3 2− ) after addition, and examples thereof include alkali metal carbonates, carbon dioxide gas, ammonium carbonate, and ammonium hydrogen carbonate. From the viewpoint of making it easier to adjust the carbonate ion concentration contained in the zinc wastewater, it is preferable to use alkali metal carbonates and/or carbon dioxide gas among these carbonate ion sources.
亜鉛排水に添加する炭酸イオン源の添加量は、特に限定されるものではないが、本実施形態の製造方法で得られるZn-Al系層状複酸化物(LDO)の陰イオン吸着性能を向上させる観点からは、添加後の亜鉛排水における亜鉛イオンに対する炭酸イオンのモル比(以下、「CO3 2-/Zn2+」ともいう)が2.8以上となるような添加量であることが好ましく、2.8以上9以下となるような添加量であることがより好ましく、4.5以上6.5以下であることがよりさらに好ましい。なお、亜鉛排水における炭酸イオンの濃度は、Warder法に準じた滴定により求めてもよいが、添加前の亜鉛排水に炭酸イオンが含まれていない場合や、添加前の亜鉛排水における炭酸イオンがCO3 2-/Zn2+に影響を及ぼさないような量である場合には、亜鉛排水に添加した炭酸イオン源の溶解度を考慮の上、炭酸イオン源中の炭酸量から計算により求めてよい。 The amount of carbonate ion source added to zinc wastewater is not particularly limited, but from the viewpoint of improving the anion adsorption performance of the Zn—Al-based layered double oxide (LDO) obtained by the production method of this embodiment, the amount added is preferably such that the molar ratio of carbonate ions to zinc ions in the zinc wastewater after addition (hereinafter also referred to as "CO 3 2− /Zn 2+ ") is 2.8 or more, more preferably 2.8 to 9, and even more preferably 4.5 to 6.5. The concentration of carbonate ions in zinc wastewater may be determined by titration in accordance with the Warder method, but if the zinc wastewater before addition does not contain carbonate ions or if the amount of carbonate ions in the zinc wastewater before addition does not affect CO 3 2− /Zn 2+ , the concentration may be determined by calculation from the amount of carbonate in the carbonate ion source, taking into account the solubility of the carbonate ion source added to the zinc wastewater.
亜鉛排水に添加される炭酸イオン源は、炭酸イオンを生成していない状態で亜鉛排水に添加し、亜鉛排水中で炭酸イオンを生成するものであってもよいが、予め溶媒(例えば、水)に溶解するなどして炭酸イオンを生成させて、炭酸イオンが存在している状態で亜鉛排水に添加されるものであってもよい。 The carbonate ion source to be added to the zinc wastewater may be one that has not yet generated carbonate ions, generating carbonate ions in the zinc wastewater, or one that has been dissolved in a solvent (e.g., water) to generate carbonate ions beforehand, and then added to the zinc wastewater with carbonate ions still present.
析出工程S101において、アルミニウム源や炭酸イオン源を亜鉛排水に添加する順序は、特に限定されるものではなく、アルミニウム源と炭酸イオン源を順番に添加してもよく(順不同)、アルミニウム源と炭酸イオン源を同時に添加してもよい。Zn-Al系層状複水酸化物(LDH)が析出されやすくなる観点からは、アルミニウム源を亜鉛排水に添加した後に、炭酸イオン源を亜鉛排水に添加することが好ましい。言い換えれば、アルミニウム源や炭酸イオン源を亜鉛排水に添加する工程は、亜鉛排水に対してアルミニウム源を添加する第1添加工程と、アルミニウム源が添加された亜鉛排水に対して炭酸イオン源を添加する第2添加工程からなることが好ましい。 In the precipitation step S101, the order in which the aluminum source and carbonate ion source are added to the zinc wastewater is not particularly limited; the aluminum source and carbonate ion source may be added in any order, or the aluminum source and carbonate ion source may be added simultaneously. From the perspective of facilitating the precipitation of Zn-Al-based layered double hydroxides (LDHs), it is preferable to add the aluminum source to the zinc wastewater and then the carbonate ion source to the zinc wastewater. In other words, the step of adding the aluminum source and carbonate ion source to the zinc wastewater preferably comprises a first addition step in which the aluminum source is added to the zinc wastewater, and a second addition step in which the carbonate ion source is added to the zinc wastewater to which the aluminum source has been added.
アルミニウム源と炭酸イオン源が添加された亜鉛排水(以下、「添加後の亜鉛排水」ともいう)のpHは、特に限定されるものではなく、例えば、6.5以上10.5未満にすることができ、7.0以上8.7未満とすることもできる。本実施形態の製造方法で得られるZn-Al系層状複酸化物(LDO)の陰イオン吸着性能を向上させる観点からは、添加後の亜鉛排水のpHは、7.0以上8.0未満であることが好ましく、7.0以上7.3未満であることがより好ましい。 The pH of the zinc wastewater to which the aluminum source and carbonate ion source have been added (hereinafter also referred to as "zinc wastewater after addition") is not particularly limited and can be, for example, 6.5 or higher and lower than 10.5, or 7.0 or higher and lower than 8.7. From the perspective of improving the anion adsorption performance of the Zn-Al-based layered double oxide (LDO) obtained by the manufacturing method of this embodiment, the pH of the zinc wastewater after addition is preferably 7.0 or higher and lower than 8.0, and more preferably 7.0 or higher and lower than 7.3.
添加後の亜鉛排水のpHは、亜鉛排水に添加する炭酸イオン源の種類や添加量を変化することで調整することができる。例えば、炭酸ガス(炭酸イオン源)の添加量を増やせばpHを下降させることができ、炭酸ナトリウム(炭酸イオン源)の添加量を増やせばpHを上昇させることができる。なお、添加後の亜鉛排水のpHは、亜鉛排水に添加する炭酸イオン源の種類や添加量を変化させることで調整してもよいが、亜鉛排水に対してpH調整剤を別途添加することで調整してもよい。亜鉛排水に添加し得るpH調整剤としては、硫酸、塩酸、硝酸などの無機酸や、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの水酸化物を例示することができる。亜鉛排水に対するpH調整剤の添加順序は、特に限定されるものではない。例えば、pH調整剤は、第1添加工程と第2添加工程の間に添加してもよく、第1添加工程と第2添加工程の後に添加してもよい。 The pH of the zinc wastewater after addition can be adjusted by changing the type and amount of carbonate ion source added to the zinc wastewater. For example, increasing the amount of carbon dioxide gas (carbonate ion source) added can lower the pH, while increasing the amount of sodium carbonate (carbonate ion source) added can raise the pH. The pH of the zinc wastewater after addition can be adjusted by changing the type and amount of carbonate ion source added to the zinc wastewater, or by separately adding a pH adjuster to the zinc wastewater. Examples of pH adjusters that can be added to zinc wastewater include inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid, and hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. The order in which the pH adjuster is added to the zinc wastewater is not particularly limited. For example, the pH adjuster may be added between the first and second addition steps, or after the first and second addition steps.
析出工程S101において、亜鉛排水にアルミニウム源と炭酸イオン源が添加されることで、アルミニウムイオンと亜鉛イオンが炭酸イオンの存在下で共沈し、Zn-Al系層状複水酸化物(LDH)が析出する。 In the precipitation step S101, an aluminum source and a carbonate ion source are added to the zinc wastewater, causing aluminum ions and zinc ions to co-precipitate in the presence of carbonate ions, resulting in the precipitation of Zn-Al layered double hydroxide (LDH).
アルミニウムイオンと亜鉛イオンの共沈は、亜鉛排水にアルミニウム源と炭酸イオン源を添加することで進行するが、共沈をより進行しやすくするために、添加後の亜鉛排水を攪拌してもよい。共沈させる時間(攪拌時間)は、特に限定するものではないが、例えば、30分以上とすることができる。本実施形態の製造方法で得られるZn-Al系層状複酸化物(LDO)の陰イオン吸着性能を向上させる観点からは、添加後の亜鉛排水の攪拌時間は、10時間以上であることが好ましく、20時間以上であることがより好ましく、24時間以上であることが特に好ましい。 Coprecipitation of aluminum ions and zinc ions proceeds by adding an aluminum source and a carbonate ion source to zinc wastewater. To facilitate the coprecipitation, the zinc wastewater may be stirred after the addition. The coprecipitation time (stirring time) is not particularly limited, but can be, for example, 30 minutes or more. From the perspective of improving the anion adsorption performance of the Zn-Al-based layered double oxide (LDO) obtained by the manufacturing method of this embodiment, the stirring time of the zinc wastewater after the addition is preferably 10 hours or more, more preferably 20 hours or more, and particularly preferably 24 hours or more.
アルミニウムと亜鉛を共沈する際の亜鉛排水の温度は、特に限定されるものではなく、例えば、室温(1~30℃)とすることができる。 The temperature of the zinc wastewater during co-precipitation of aluminum and zinc is not particularly limited and can be, for example, room temperature (1 to 30°C).
ここで、析出工程S101で析出するZn-Al系層状複水酸化物について説明する。 Here, we will explain the Zn-Al-based layered double hydroxide precipitated in the precipitation step S101.
層状複水酸化物(LDH)は、下記一般式(1)で示される結晶性(又は微結晶性)の物質(下記一般式(1)を繰り返し単位とする結晶性物質)であり、金属水酸化物であるM(OH)2におけるM2+の一部がM3+に置換されることで正電荷を帯びた八面体層のホスト層と、ホスト層の正電荷を補償するアニオンおよび層間水からなるゲスト層と、で構成されていることが知られている。
[M2+
1-xM3+
x(OH)2][(An-)x/n・yH2O]・・・(1)
(上記化学式(1)中、M2+は2価の金属イオンであり、M3+は3価の金属イオンであり、An-はn価の陰イオンであり、xは0超1未満の値であり、nは1~3であり、yは0よりも大きい値である。なお、xは0.22~0.3であることが好ましい。)
Layered double hydroxides (LDHs) are crystalline (or microcrystalline) substances represented by the following general formula (1) (crystalline substances having the following general formula (1) as a repeating unit), and are known to be composed of a host layer of octahedral layers that are positively charged by substituting some of the M 2+ in the metal hydroxide M(OH) 2 with M 3+ , and a guest layer that consists of anions that compensate for the positive charge of the host layer and interlayer water.
[M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2 ] [(A n- ) x/n・yH 2 O]...(1)
(In the above chemical formula (1), M 2+ is a divalent metal ion, M 3+ is a trivalent metal ion, A n- is an n-valent anion, x is a value greater than 0 and less than 1, n is 1 to 3, and y is a value greater than 0. It is preferable that x is 0.22 to 0.3.)
これに対し、本実施形態の析出工程S101で析出するZn-Al系層状複水酸化物は、上記化学式(1)中のM2+として亜鉛イオン(Zn2+)を含み、上記化学式(1)中のM3+としてアルミニウムイオン(Al3+)を含む物質である。 In contrast, the Zn—Al-based layered double hydroxide precipitated in the precipitation step S101 of this embodiment is a substance that contains zinc ions (Zn 2+ ) as M 2+ in the above chemical formula (1) and aluminum ions (Al 3+ ) as M 3+ in the above chemical formula (1).
本実施形態の析出工程S101で析出するZn-Al系層状複水酸化物は、好ましくは、下記一般式(2)で示される炭酸型のZn-Al系層状複水酸化物であり、より好ましくはZn6Al2(OH)16CO3・4H2Oで示される物質である。
[Zn2+
1-xAl3+
x(OH)2][CO3
2-
x/2・yH2O]・・・(2)
(上記式(2)中、xは0超1未満の値であり、yは0よりも大きい値である。なお、xは0.22~0.3であることが好ましい。)
The Zn—Al-based layered double hydroxide precipitated in the precipitation step S101 of this embodiment is preferably a carbonate-type Zn—Al-based layered double hydroxide represented by the following general formula (2), more preferably a substance represented by Zn 6 Al 2 (OH) 16 CO 3.4H 2 O.
[Zn 2+ 1-x Al 3+ x (OH) 2 ] [CO 3 2- x/2・yH 2 O]...(2)
(In the above formula (2), x is a value greater than 0 and less than 1, and y is a value greater than 0. It is preferable that x is 0.22 to 0.3.)
析出工程S101で析出する析出物がZn-Al系層状複水酸化物であることは、亜鉛排水に析出する析出物のXRDパターン(以下、「析出物のXRDパターン」ともいう)を、既知のZn-Al系層状複水酸化物のXRDパターン(以下、「既知LDHのXRDパターン」ともいう)と比較することで特定できる。例えば、析出物のXRDパターンと既知LDHのXRDパターンとを比較したときに、FOM(Figure of merit)が10以下であるときに、析出物が当該Zn-Al系層状複水酸化物であると判断することができる。また、例えば、析出物のXRDパターンに含まれるピークから強度が高い3つのピークを選択し(強度が高い順に3つのピークを選択)、そのピークトップ位置(回折角度)と強度が既知LDHのXRDパターンに含まれる3つのピークと類似し、尚且つ、その既知LDHのXRDパターンと析出物のXRDパターンと比較したときにFOMが10以下であるときに、析出物が当該Zn-Al系層状複水酸化物であると判断することができる。なお、FOMとは、比較するXRDパターンの差を定量的に示す値であり、FOMが小さいほど一致性が高くなる。 The fact that the precipitate deposited in the precipitation step S101 is a Zn-Al-based layered double hydroxide can be identified by comparing the XRD pattern of the precipitate deposited in the zinc wastewater (hereinafter also referred to as the "XRD pattern of the precipitate") with the XRD pattern of a known Zn-Al-based layered double hydroxide (hereinafter also referred to as the "XRD pattern of a known LDH"). For example, when comparing the XRD pattern of the precipitate with the XRD pattern of a known LDH, if the FOM (Figure of Merit) is 10 or less, the precipitate can be determined to be the Zn-Al-based layered double hydroxide. Furthermore, for example, the three peaks with the highest intensities can be selected from the XRD pattern of the precipitate (selecting the three peaks in descending order of intensity), and if the peak top positions (diffraction angles) and intensities are similar to the three peaks in the XRD pattern of a known LDH, and if the FOM when comparing the XRD pattern of the known LDH with the XRD pattern of the precipitate is 10 or less, the precipitate can be determined to be the Zn-Al-based layered double hydroxide. The FOM is a value that quantitatively indicates the difference between the compared XRD patterns; the smaller the FOM, the greater the match.
析出物のXRDパターンを測定する条件は、例えば、以下の測定条件を例示することができる。また、析出物のXRDパターンの比較対象である既知LDHのXRDパターンとしては、例えば、ICDD(International Centre for Diffraction Data)のDBカード番号00-038-0486として開示されているZn6Al2(OH)16CO3・4H2Oを用いることができる。
[XRDの測定条件]
線源 :CuKα線
電圧 :40kV
電流値 :30mA
測定範囲 :2θ=5°~90°
The conditions for measuring the XRD pattern of the precipitate may be, for example, the following: As the XRD pattern of a known LDH with which the XRD pattern of the precipitate can be compared, for example, that of Zn 6 Al 2 (OH) 16 CO 3.4H 2 O disclosed as DB card number 00-038-0486 of the ICDD ( International Centre for Diffraction Data) can be used.
[XRD measurement conditions]
Radiation source: CuKα ray Voltage: 40 kV
Current value: 30mA
Measurement range: 2θ = 5° to 90°
次に、か焼工程S102について説明する。か焼工程S102は、Zn-Al系層状複水酸化物(LDH)をか焼する工程である。 Next, the calcination step S102 will be described. Calcination step S102 is a step in which the Zn-Al-based layered double hydroxide (LDH) is calcined.
本実施形態のか焼工程S102において、Zn-Al系層状複水酸化物をか焼する条件には、層状複水酸化物(LDH)から層状複酸化物(LDO)を得るために使用される公知のか焼条件を使用することができ、特に限定されるものではない。 In the calcination step S102 of this embodiment, the conditions for calcining the Zn-Al-based layered double hydroxide can be any known calcination conditions used to obtain a layered double oxide (LDO) from a layered double hydroxide (LDH), and are not particularly limited.
例えば、Zn-Al系層状複水酸化物をか焼する温度は、300℃以上600℃未満とすることができる。好ましくは、か焼温度は380℃以上520℃未満であり、より好ましくは、か焼温度は420℃以上510℃未満である。 For example, the temperature at which the Zn-Al-based layered double hydroxide is calcined can be 300°C or higher and lower than 600°C. Preferably, the calcination temperature is 380°C or higher and lower than 520°C, and more preferably, the calcination temperature is 420°C or higher and lower than 510°C.
また、例えば、Zn-Al系層状複水酸化物(LDH)をか焼するときの雰囲気は、空気雰囲気や窒素雰囲気とすることができる。好ましい雰囲気は、窒素雰囲気である。 Furthermore, for example, the atmosphere in which Zn-Al-based layered double hydroxide (LDH) is calcined can be an air atmosphere or a nitrogen atmosphere. A nitrogen atmosphere is preferred.
また、例えば、Zn-Al系層状複水酸化物(LDH)をか焼する時間は、1時間以上とすることができる。好ましくは、か焼時間は2時間以上であり、より好ましくは、か焼時間は3時間以上である。か焼する時間の上限値も、特に限定されるものではないが、例えば、8時間以下とすることができる。 Furthermore, for example, the calcination time for Zn-Al-based layered double hydroxide (LDH) can be 1 hour or more. Preferably, the calcination time is 2 hours or more, and more preferably, 3 hours or more. The upper limit of the calcination time is not particularly limited, but can be, for example, 8 hours or less.
本実施形態のか焼工程S102において、Zn-Al系層状複水酸化物(LDH)をか焼することで、上記式(1)中のAn-で表されるn価の陰イオンが取り除かれ、Zn-Al系層状複酸化物(LDO)が製造される。 In the calcination step S102 of this embodiment, the Zn—Al-based layered double hydroxide (LDH) is calcined to remove the n-valent anion represented by A n- in the above formula (1), thereby producing the Zn—Al-based layered double oxide (LDO).
ここで、本実施形態の製造方法で製造されるZn-Al系層状複酸化物について説明する。 Here, we will explain the Zn-Al-based layered double oxide produced by the manufacturing method of this embodiment.
層状複酸化物(LDO)は、下記化学式(3)で示される結晶性(又は微結晶性)の物質であり、層状複水酸化物(LDH)におけるゲスト層が取り除かれた構成であることが知られている。
M2+
2(1-x)/(2+x)M3+
2x/(2+x)O・・・(3)
(上記化学式(3)中、M2+は2価の金属イオンであり、M3+は3価の金属イオンであり、xは0超1未満の値である。なお、xは0.2~0.35であることが好ましい。)
Layered double oxides (LDOs) are crystalline (or microcrystalline) substances represented by the following chemical formula (3), and are known to have a structure in which the guest layer in layered double hydroxides (LDHs) has been removed.
M 2+ 2(1-x)/(2+x) M 3+ 2x/(2+x) O...(3)
(In the above chemical formula (3), M 2+ is a divalent metal ion, M 3+ is a trivalent metal ion, and x is a value greater than 0 and less than 1. Note that x is preferably 0.2 to 0.35.)
本実施形態の製造方法で製造されるZn-Al系層状複酸化物は、上記化学式(3)中のM2+として亜鉛イオン(Zn2+)を含み、上記化学式(3)中のM3+としてアルミニウムイオン(Al3+)を含む物質である。 The Zn—Al-based layered double oxide produced by the production method of this embodiment is a substance that contains zinc ions (Zn 2+ ) as M 2+ in the above chemical formula (3) and aluminum ions (Al 3+ ) as M 3+ in the above chemical formula (3).
本実施形態の製造方法で製造されるZn-Al系層状複酸化物は、好ましくは、下記化学式(4)で示される化合物である。下記化学式(4)で示される具体的なZn-Al系層状複酸化物としては、例えば、Zn6Al2O9を挙げることができる。
Zn2+
2(1-x)/(2+x)Al3+
2x/(2+x)O・・・(4)
(上記式(4)中、xは0超1未満の値である。なお、xは0.2~0.35であることが好ましい。)
The Zn—Al-based layered double oxide produced by the production method of this embodiment is preferably a compound represented by the following chemical formula (4): Specific examples of the Zn—Al-based layered double oxide represented by the following chemical formula (4) include Zn 6 Al 2 O 9 .
Zn 2+ 2(1-x)/(2+x) Al 3+ 2x/(2+x) O...(4)
(In the above formula (4), x is a value greater than 0 and less than 1. It is preferable that x is 0.2 to 0.35.)
本実施形態の製造方法で製造された物質がZn-Al系層状複酸化物であることは、製造された物質のXRDパターン(以下、「製造物のXRDパターン」ともいう)を、既知のZn-Al系層状複酸化物のXRDパターン(以下、「既知LDOのXRDパターン」ともいう)と比較することで特定できる。具体的には、例えば、製造物のXRDパターンと既知LDOのXRDパターンとを比較したときに、FOMが10以下であるときに、製造物が当該Zn-Al系層状複酸化物であると判断することができる。また、例えば、製造物のXRDパターンに含まれるピークから強度が高い3つのピークを選択し(強度が高い順に3つのピークを選択)、そのピークトップ位置(回折角度)と強度が既知LDOのXRDパターンに含まれる3つのピークと類似し、尚且つ、その既知LDOのXRDパターンと製造物のXRDパターンと比較したときにFOMが10以下であるときに、製造物が当該Zn-Al系層状複酸化物であると判断することができる。 The substance produced by the production method of this embodiment can be identified as a Zn-Al-based layered double oxide by comparing the XRD pattern of the produced substance (hereinafter also referred to as the "XRD pattern of the product") with the XRD pattern of a known Zn-Al-based layered double oxide (hereinafter also referred to as the "XRD pattern of a known LDO"). Specifically, for example, when the XRD pattern of the product is compared with the XRD pattern of a known LDO, if the FOM is 10 or less, the product can be determined to be the Zn-Al-based layered double oxide. Furthermore, for example, when three peaks with the highest intensities are selected from the XRD pattern of the product (selecting the three peaks in descending order of intensity), and the peak top positions (diffraction angles) and intensities are similar to the three peaks in the XRD pattern of a known LDO, and further, when the FOM is 10 or less when the XRD pattern of the known LDO is compared with the XRD pattern of the product, the product can be determined to be the Zn-Al-based layered double oxide.
製造物のXRDパターンを測定する条件は、上述した析出物のXRDパターンを測定する方法と同じであるため、説明を省略する。また、製造物のXRDパターンの比較対象である既知LDOのXRDパターンとしては、例えば、ICDD(International Centre for Diffraction Data)のDBカード番号00-051-0037として開示されているZn6Al2O9を用いることができる。 The conditions for measuring the XRD pattern of the product are the same as those for measuring the XRD pattern of the precipitate described above, and therefore the explanation will be omitted. As the XRD pattern of a known LDO to be compared with the XRD pattern of the product, for example, Zn 6 Al 2 O 9 disclosed as DB card number 00-051-0037 of the ICDD (International Centre for Diffraction Data) can be used.
また、Zn-Al系層状複酸化物(LDO)の一形態には、酸化亜鉛(ZnO)を少なくとも含む2価の金属酸化物に、少なくともアルミニウムを含む3価の金属(3価の金属イオンとなり得る金属)が固溶した形態(以下、「固溶形態」ともいう)が含まれている。この固溶形態であるときには、製造物のXRDパターンにアルミニウムに起因するピークが現れないことがある。このような場合には、Zn-Al系層状複酸化物(LDO)がホウ酸塩水溶液(ホウ酸イオン)やフッ化物塩水溶液(フッ化物イオン)、リン酸塩水溶液(リン酸イオン)などの陰イオンを含む水溶液中でZn-Al系層状複水酸化物(LDH)に変化する(再構築される)という性質を利用することで、製造物がZn-Al系層状複酸化物(LDO)であるか否か判断することができる。具体的には、製造物のXRDパターンと、酸化亜鉛(ZnO)を少なくとも含む既知の2価金属酸化物のXRDパターン(以下、「既知2価金属酸化物のXRDパターン」)とが、上述した既知LDOのXRDパターンと比較するときと同様の一致性を示し、尚且つ、製造物を陰イオンを含む水溶液に浸漬して得られる物質のXRDパターンと、既知LDHのXRDパターンとが、上述した既知LDHのXRDパターンと比較するときと同様の一致性を示すときに、その製造物がZn-Al系層状複酸化物(具体的には、固溶形態のZn-Al系層状複酸化物)であると判断することができる。 One form of Zn-Al-based layered double oxide (LDO) includes a divalent metal oxide containing at least zinc oxide (ZnO) in which a trivalent metal (metal capable of forming a trivalent metal ion) containing at least aluminum is dissolved (hereinafter also referred to as a "solid solution form"). When this solid solution form is present, peaks due to aluminum may not appear in the XRD pattern of the product. In such cases, it is possible to determine whether a product is a Zn-Al-based layered double oxide (LDO) by utilizing the property that Zn-Al-based layered double oxide (LDO) changes (reconstructs) into a Zn-Al-based layered double hydroxide (LDH) in an aqueous solution containing anions, such as a borate solution (borate ion), a fluoride solution (fluoride ion), or a phosphate solution (phosphate ion). Specifically, when the XRD pattern of the product and the XRD pattern of a known divalent metal oxide containing at least zinc oxide (ZnO) (hereinafter referred to as the "XRD pattern of the known divalent metal oxide") show a similar agreement when compared with the XRD pattern of the known LDH described above, and when the XRD pattern of a substance obtained by immersing the product in an aqueous solution containing anions shows a similar agreement when compared with the XRD pattern of the known LDH described above, the product can be determined to be a Zn-Al-based layered double oxide (specifically, a Zn-Al-based layered double oxide in solid solution form).
製造物のXRDパターンの比較対象である既知2価金属酸化物のXRDパターンとしては、例えば、ICDD(International Centre for Diffraction Data,PDF-2 Release 2020 RDB)のDBカード番号00-005-0664として開示されているZnOを用いることができる。既知LDHのXRDパターンについては、上述しているため、詳細な説明は省略する。 As an example of the XRD pattern of a known divalent metal oxide to compare with the XRD pattern of the product, ZnO, disclosed as DB card number 00-005-0664 in the ICDD (International Centre for Diffraction Data, PDF-2 Release 2020 RDB), can be used. The XRD patterns of known LDHs have been described above, so a detailed explanation is omitted here.
層状複酸化物(LDO:Layered Double oxide)は、上記式(3)や(4)からも理解できるように、正電荷を帯びており、通常、その正電荷を補償するカウンターアニオンを含んでいる。本実施形態の製造方法で製造されるZn-Al系層状複酸化物において、正電荷を補償するカウンターアニオンは、特に限定されるものではなく、例えば、硫酸イオン、塩化物イオン、リン酸イオンを例示することができるが、カウンターアニオンとして硫酸イオンが含まれる場合、硫酸イオンの含有量は、Zn-Al系層状複酸化物100質量%に対し、2質量%以下にすることが好ましい。硫酸イオンは、電荷数が二価の陰イオンであるため電荷密度が高く層間内に強固に結びついているため、本実施形態の製造方法で製造されるZn-Al系層状複酸化物を陰イオン吸着材として使用するときに、他の陰イオンと交換しにくく陰イオン吸着能が低下することがある。このため、Zn-Al系層状複酸化物における硫酸イオンの含有量は2質量%以下とすることが好ましい。Zn-Al系層状複酸化物における硫酸イオンの含有量は、ICP発光分光分析装置(例えば、株式会社島津製作所 島津シーケンシャル形 高周波プラズマ発光分析装置 ICPS-7510)により求めることができる。なお、本明細書において、硫酸イオンの含有量が0質量%であるとは、硫酸イオンを含まないことを意味する。 As can be seen from the above formulas (3) and (4), layered double oxides (LDOs) are positively charged and typically contain counter anions that compensate for this positive charge. In the Zn-Al-based layered double oxides produced by the production method of this embodiment, the counter anions that compensate for the positive charge are not particularly limited and include, for example, sulfate ions, chloride ions, and phosphate ions. However, when sulfate ions are included as counter anions, the sulfate ion content is preferably 2% by mass or less relative to 100% by mass of the Zn-Al-based layered double oxide. Because sulfate ions are divalent anions, they have a high charge density and are strongly bound between layers. Therefore, when the Zn-Al-based layered double oxide produced by the production method of this embodiment is used as an anion adsorbent, they are difficult to exchange with other anions, which can result in reduced anion adsorption capacity. For this reason, the sulfate ion content in the Zn-Al-based layered double oxide is preferably 2% by mass or less. The sulfate ion content in the Zn-Al-based layered double oxide can be determined using an ICP optical emission spectrometer (for example, Shimadzu Corporation's Shimadzu Sequential High-Frequency Plasma Optical Emission Spectrometer ICPS-7510). Note that, in this specification, a sulfate ion content of 0% by mass means that no sulfate ions are contained.
Zn-Al系層状複酸化物における硫酸イオンの含有量は、添加後の亜鉛排水に含まれるアニオン(金属イオンを除く)の種類や含有量に依存して変化するが、例えば、添加後の亜鉛排水における硫酸イオンに対する炭酸イオンのモル比(以下、「CO3 2-/SO4 2-」ともいう)を変化させることで調整することができる。CO3 2-/SO4 2-は、特に限定されるものではないが、Zn-Al系層状複酸化物に含まれる硫酸イオンの含有量をより低く抑える観点からは、20以上であることが好ましく、22以上であることがより好ましく、22以上50以下であることが特に好ましい。添加後の亜鉛排水における硫酸イオンの含有量は、ICP発光分光分析装置(例えば、株式会社島津製作所 島津シーケンシャル形 高周波プラズマ発光分析装置 ICPS-7510)により求めることができる。なお、亜鉛排水やアルミニウム源には、硫酸イオンが含まれていないこともあり、この場合、亜鉛排水中の硫酸イオンとアルミニウム源中の硫酸イオンの総量は0となる。 The sulfate ion content in the Zn—Al-based layered double oxide varies depending on the type and content of anions (excluding metal ions) contained in the zinc wastewater after addition. It can be adjusted, for example, by changing the molar ratio of carbonate ions to sulfate ions in the zinc wastewater after addition (hereinafter also referred to as "CO 3 2− /SO 4 2− "). While CO 3 2− /SO 4 2− is not particularly limited, from the viewpoint of further reducing the sulfate ion content in the Zn—Al-based layered double oxide, it is preferably 20 or more, more preferably 22 or more, and particularly preferably 22 to 50. The sulfate ion content in the zinc wastewater after addition can be determined using an ICP optical emission spectrometer (e.g., Shimadzu Corporation, Shimadzu Sequential High-Frequency Plasma Optical Emission Spectrometer ICPS-7510). Note that the zinc wastewater and the aluminum source may not contain sulfate ions. In such cases, the total amount of sulfate ions in the zinc wastewater and the aluminum source will be zero.
また、Zn-Al系層状複酸化物における硫酸イオンの含有量は、析出工程S101におけるCO3 2-/Zn2+(添加後の亜鉛排水における亜鉛イオンに対する炭酸イオンのモル比)を変化させることで調整することもできる。CO3 2-/Zn2+は、特に限定されるものではないが、Zn-Al系層状複酸化物に含まれる硫酸イオンの含有量をより低く抑える観点からは、2.8以上であることが好ましい。 The sulfate ion content in the Zn—Al-based layered double oxide can also be adjusted by changing the CO 3 2− /Zn 2+ (molar ratio of carbonate ions to zinc ions in the zinc wastewater after addition) in the precipitation step S101. There are no particular limitations on the CO 3 2− /Zn 2+ ratio, but from the perspective of further reducing the sulfate ion content in the Zn—Al-based layered double oxide, it is preferably 2.8 or higher.
本実施形態の製造方法で製造されるZn-Al系層状複酸化物において、Zn-Al系層状複酸化物に含まれるアルミニウムに対する、Zn-Al系層状複酸化物に含まれる亜鉛のモル比(以下、「Zn/Al」ともいう)は、特に限定されるものではなく、例えば、1.9以上3.5以下とすることができる。Zn-Al系層状複酸化物の陰イオン吸着性能を向上する観点からは、Zn/Alは、1.9以上2.5以下であることが好ましく、1.9以上2.2以下であることがより好ましい。なお、Zn-Al系層状複酸化物におけるアルミニウムや亜鉛の含有量は、ICP発光分光分析装置(例えば、株式会社島津製作所 島津シーケンシャル形 高周波プラズマ発光分析装置 ICPS-7510)により求めることができる。 In the Zn-Al-based layered double oxide produced by the production method of this embodiment, the molar ratio of zinc contained in the Zn-Al-based layered double oxide to aluminum contained in the Zn-Al-based layered double oxide (hereinafter also referred to as "Zn/Al") is not particularly limited and can be, for example, 1.9 or more and 3.5 or less. From the perspective of improving the anion adsorption performance of the Zn-Al-based layered double oxide, Zn/Al is preferably 1.9 or more and 2.5 or less, and more preferably 1.9 or more and 2.2 or less. The aluminum and zinc contents in the Zn-Al-based layered double oxide can be determined using an ICP optical emission spectrometer (for example, Shimadzu Corporation's Shimadzu Sequential High-Frequency Plasma Optical Emission Spectrometer ICPS-7510).
上述したS101~S102の工程を含む本実施形態の製造方法によれば、排水に含まれる亜鉛を原料として、Zn-Al系層状複酸化物を製造することができる。また、本実施形態の製造方法で製造されるZn-Al系層状複酸化物は、陰イオンを吸着する陰イオン吸着剤として利用することができる。 The manufacturing method of this embodiment, which includes steps S101 and S102 described above, allows for the production of a Zn-Al-based layered double oxide using zinc contained in wastewater as a raw material. Furthermore, the Zn-Al-based layered double oxide produced by this manufacturing method of this embodiment can be used as an anion adsorbent that adsorbs anions.
本実施形態に係るZn-Al系層状複酸化物により陰イオンを吸着する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、陰イオンを含む流体をZn-Al系層状複酸化物に接触させることにより陰イオンを吸着することができる。陰イオンを含む流体は、液体(例えば、水)であってもよいが、気体(例えば、空気)であってもよい。また、Zn-Al系層状複酸化物により吸着される陰イオンは、例えば、ホウ酸イオン、リン酸イオン、硝酸イオン、硫酸イオンを例示することができる。 The method for adsorbing anions by the Zn-Al-based layered double oxide according to this embodiment is not particularly limited, but for example, anions can be adsorbed by bringing a fluid containing anions into contact with the Zn-Al-based layered double oxide. The fluid containing anions may be a liquid (e.g., water) or a gas (e.g., air). Examples of anions adsorbed by the Zn-Al-based layered double oxide include borate ions, phosphate ions, nitrate ions, and sulfate ions.
なお、上述した本実施形態の製造方法では、上述した析出工程S101とか焼工程S102のみからなる製造方法について説明しているが、本実施形態の製造方法は、上述した析出工程S101とか焼工程S102に加えて、さらに別の工程を含んでいてもよい。例えば、本実施形態の製造方法は、図2に示すように、析出工程S101とか焼工程S102の間に、ろ過工程S103や乾燥工程S104を含むものであってもよい。 Note that the manufacturing method of this embodiment described above is a manufacturing method consisting only of the precipitation step S101 and calcination step S102, but the manufacturing method of this embodiment may include other steps in addition to the precipitation step S101 and calcination step S102. For example, as shown in FIG. 2, the manufacturing method of this embodiment may include a filtration step S103 and a drying step S104 between the precipitation step S101 and the calcination step S102.
ろ過工程S103は、析出工程S101で析出するZn-Al系層状複水酸化物(LDH)を、亜鉛排水からろ過する工程である。ろ過工程S103におけるろ過処理は、従来公知の方法で行うことができ、特に限定されるものではないが、例えば、メンブレンフィルターを用いて行うことができる。 The filtration step S103 is a step in which the Zn-Al-based layered double hydroxide (LDH) precipitated in the precipitation step S101 is filtered from the zinc wastewater. The filtration process in the filtration step S103 can be performed using a conventionally known method and is not particularly limited, but can be performed using a membrane filter, for example.
乾燥工程S104は、析出工程S101で析出するZn-Al系層状複水酸化物(又は、ろ過工程S103でろ過されたZn-Al系層状複水酸化物)を乾燥する工程である。乾燥工程S104における乾燥条件は、従来公知の乾燥条件を用いることができ、特に限定されるものではないが、例えば、空気雰囲気下において1~60℃で1時間~24時間とすることができる。 The drying step S104 is a step in which the Zn-Al-based layered double hydroxide precipitated in the precipitation step S101 (or the Zn-Al-based layered double hydroxide filtered in the filtration step S103) is dried. The drying conditions in the drying step S104 can be conventionally known drying conditions and are not particularly limited. For example, the drying conditions can be in an air atmosphere at 1 to 60°C for 1 to 24 hours.
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。 The present invention will be explained in more detail below using examples, but the present invention is not limited to these.
後述する実施例1~9に示す製造方法でか焼体を取得し、後述する評価1~4を実施した。なお、実施例1~9に示す製造方法において、実排水1は、塩化アンモニウム浴亜鉛めっき排水であり、亜鉛濃度(亜鉛イオン濃度)は1200mg/Lであり、pHは2.2であり、塩化アンモニウム濃度は窒素として約500mg/Lであり、硫酸イオンが250mg/Lであり、重金属類は鉄およびマンガンがそれぞれ10mg/L未満含まれていることが確認できた。また、実排水2は、塩化アンモニウム浴亜鉛めっき排水であり、亜鉛濃度(亜鉛イオン濃度)は1000mg/Lであり、pHは4.4であり、硫酸イオンが110mg/Lであり、重金属類は鉄およびマンガンが10mg/L未満含まれていることが確認できた。実排水1及び実排水2において、アルミニウムイオン及び炭酸イオンはほとんど含まれていないことを確認した。 Calcined bodies were obtained using the manufacturing methods described in Examples 1 to 9, and evaluations 1 to 4, described below, were performed. In the manufacturing methods described in Examples 1 to 9, actual wastewater 1 was wastewater from zinc plating using an ammonium chloride bath. It was confirmed that the zinc concentration (zinc ion concentration) was 1,200 mg/L, the pH was 2.2, the ammonium chloride concentration was approximately 500 mg/L as nitrogen, the sulfate ion concentration was 250 mg/L, and the heavy metals iron and manganese contained less than 10 mg/L each. Actual wastewater 2 was wastewater from zinc plating using an ammonium chloride bath. It was confirmed that the zinc concentration (zinc ion concentration) was 1,000 mg/L, the pH was 4.4, the sulfate ion concentration was 110 mg/L, and the heavy metals iron and manganese contained less than 10 mg/L each. Actual wastewater 1 and actual wastewater 2 were confirmed to contain almost no aluminum ions or carbonate ions.
実排水1及び実排水2に含まれる各成分の含有量は、ICP発光分光分析装置(株式会社島津製作所 島津シーケンシャル形 高周波プラズマ発光分析装置 ICPS-7510)および全窒素分析装置(Analytik Jena AG TOC/TN分析装置 multi N/C 3100)等により測定した。 The content of each component in Actual Wastewater 1 and Actual Wastewater 2 was measured using an ICP optical emission spectrometer (Shimadzu Corporation, Shimadzu Sequential High-Frequency Plasma Optical Emission Spectrometer ICPS-7510) and a total nitrogen analyzer (Analytik Jena AG TOC/TN Analyzer Multi N/C 3100).
[実施例1]
200mLの実排水1をビーカーに取り、ここに0.312gのポリ塩化アルミニウム(キシダ化学社製、酸化アルミニウム30.0%以上、溶解度:71g/100ml)を加えた。その後、炭酸ナトリウム水溶液(100g/L、関東化学社製、特級、溶解度:17.4g/100mL)を11mL滴下してpHを7.1に調整した。マグネチックスターラーを用いて室温(23℃)にて24時間攪拌した後、吸引ろ過して得られた白色沈殿(析出物)を60℃の乾燥庫内で乾燥させた。その後、電気炉を用いて窒素雰囲気下(流量:1L/分)にて450℃で4時間か焼し、実施例1のか焼体を得た。
[Example 1]
200 mL of actual wastewater 1 was placed in a beaker, and 0.312 g of polyaluminum chloride (Kishida Chemical Co., Ltd., aluminum oxide 30.0% or more, solubility: 71 g/100 mL) was added. Then, 11 mL of sodium carbonate aqueous solution (100 g/L, Kanto Chemical Co., Ltd., special grade, solubility: 17.4 g/100 mL) was added dropwise to adjust the pH to 7.1. After stirring for 24 hours at room temperature (23 ° C) using a magnetic stirrer, the white precipitate obtained by suction filtration was dried in a drying oven at 60 ° C. The mixture was then calcined for 4 hours at 450 ° C. under a nitrogen atmosphere (flow rate: 1 L/min) using an electric furnace to obtain the calcined body of Example 1.
[実施例2]
200mLの実排水2をビーカーに取り、ここに0.266gのポリ塩化アルミニウム(キシダ化学社製、酸化アルミニウム30.0%以上、溶解度:71g/100ml)を加えた。その後、塩酸(関東化学特級)を添加してpHを1.9とした。この溶液に炭酸ナトリウム水溶液(100g/L、関東化学社製、特級、溶解度:17.4g/100mL)を11mL滴下してpHを7.1に調整した。マグネチックスターラーを用いて室温(23℃)にて24時間攪拌した後、吸引ろ過して得られた白色沈殿(析出物)を60℃の乾燥庫内で乾燥させた。その後、電気炉を用いて窒素雰囲気下(流量:1L/分)にて450℃で4時間か焼し、実施例2のか焼体を得た。
[Example 2]
200 mL of actual wastewater 2 was placed in a beaker, and 0.266 g of polyaluminum chloride (Kishida Chemical Co., Ltd., aluminum oxide 30.0% or more, solubility: 71 g/100 mL) was added. Then, hydrochloric acid (Kanto Chemical Special Grade) was added to adjust the pH to 1.9. 11 mL of aqueous sodium carbonate solution (100 g/L, Kanto Chemical Co., Ltd., Special Grade, solubility: 17.4 g/100 mL) was added dropwise to this solution to adjust the pH to 7.1. After stirring for 24 hours at room temperature (23 ° C) using a magnetic stirrer, the white precipitate obtained by suction filtration was dried in a drying oven at 60 ° C. The mixture was then calcined for 4 hours at 450 ° C in a nitrogen atmosphere (flow rate: 1 L/min) using an electric furnace to obtain the calcined body of Example 2.
[実施例3]
実施例1においてpHを7.1に調整した実排水に対し、さらに水酸化ナトリウム水溶液(200g/L、関東化学社製、特級)を加えてpH8.0に調整したこと以外は、実施例1と同様の条件で、実施例3のか焼体を得た。
[Example 3]
The calcined body of Example 3 was obtained under the same conditions as in Example 1, except that an aqueous sodium hydroxide solution (200 g/L, Kanto Chemical Co., Inc., special grade) was further added to the actual wastewater, the pH of which had been adjusted to 7.1 in Example 1, to adjust the pH to 8.0.
[実施例4]
実施例1においてpHを7.1に調整した実排水に対し、さらに水酸化ナトリウム水溶液(200g/L、関東化学社製、特級)を加えてpH9.0に調整したこと以外は、実施例1と同様の条件で、実施例4のか焼体を得た。
[Example 4]
The calcined body of Example 4 was obtained under the same conditions as in Example 1, except that an aqueous sodium hydroxide solution (200 g/L, Kanto Chemical Co., Inc., special grade) was further added to the actual wastewater, the pH of which had been adjusted to 7.1 in Example 1, to adjust the pH to 9.0.
[実施例5]
実施例1においてpHを7.1に調整した実排水に対し、さらに水酸化ナトリウム水溶液(200g/L、関東化学社製、特級)を加えてpH10.0に調整したこと以外は、実施例1と同様の条件で、実施例5のか焼体を得た。
[Example 5]
The calcined body of Example 5 was obtained under the same conditions as in Example 1, except that an aqueous sodium hydroxide solution (200 g/L, Kanto Chemical Co., Inc., special grade) was further added to the actual wastewater, the pH of which had been adjusted to 7.1 in Example 1, to adjust the pH to 10.0.
[実施例6]
200mLの実排水1をビーカーに取り、ここにポリ塩化アルミニウム0.312g(キシダ化学社製、酸化アルミニウム30.0%以上、溶解度:71g/100ml)を加えた。その後、塩酸(関東化学特級)を添加してpHを1.4とした。この溶液に炭酸ナトリウム水溶液(100g/L、関東化学社製、特級、溶解度:17.4g/100mL)を20mL滴下してpHを7.1に調整した。マグネチックスターラーを用いて室温(23℃)にて24時間攪拌した後、吸引ろ過して得られた白色沈殿(析出物)を60℃の乾燥庫内で乾燥させた。その後、電気炉を用いて窒素雰囲気下(流量:1L/分)にて450℃で4時間か焼し、実施例6のか焼体を得た。
[Example 6]
200 mL of actual wastewater 1 was placed in a beaker, and 0.312 g of polyaluminum chloride (Kishida Chemical Co., Ltd., aluminum oxide 30.0% or more, solubility: 71 g/100 mL) was added. Then, hydrochloric acid (Kanto Chemical Special Grade) was added to adjust the pH to 1.4. 20 mL of aqueous sodium carbonate solution (100 g/L, Kanto Chemical Co., Ltd., Special Grade, solubility: 17.4 g/100 mL) was added dropwise to this solution to adjust the pH to 7.1. After stirring for 24 hours at room temperature (23 ° C) using a magnetic stirrer, the white precipitate obtained by suction filtration was dried in a drying oven at 60 ° C. The mixture was then calcined for 4 hours at 450 ° C in a nitrogen atmosphere (flow rate: 1 L/min) using an electric furnace to obtain the calcined body of Example 6.
[実施例7]
実排水1に対して添加する炭酸ナトリウム水溶液(100g/L)の量を12mLにしたことと、ポリ塩化アルミニウムと炭酸ナトリウムを添加した実排水1の攪拌時間を30分間としたこと以外は、実施例1と同様の条件で、実施例7のか焼体を得た。
[Example 7]
The calcined body of Example 7 was obtained under the same conditions as in Example 1, except that the amount of aqueous sodium carbonate solution (100 g/L) added to actual wastewater 1 was changed to 12 mL and the stirring time for actual wastewater 1 to which polyaluminum chloride and sodium carbonate had been added was changed to 30 minutes.
[実施例8]
200mLの実排水1をビーカーに取り、ここに0.312gのポリ塩化アルミニウム(キシダ化学社製、酸化アルミニウム30.0%以上、溶解度:71g/100ml)を加えた。その後、炭酸ナトリウム水溶液(100g/L、関東化学特級、溶解度:17.4g/100mL)を5mL滴下し、さらに水酸化ナトリウム水溶液(200g/L、関東化学社製、特級)を滴下してpHを7.1に調整した。マグネチックスターラーを用いて室温(23℃)にて24時間攪拌した後、吸引ろ過して得られた白色沈殿(析出物)を60℃の乾燥庫内で乾燥させた。その後、電気炉を用いて窒素雰囲気下(流量:1L/分)にて450℃で4時間か焼し、実施例8のか焼体を得た。
[Example 8]
200 mL of actual wastewater 1 was placed in a beaker, and 0.312 g of polyaluminum chloride (Kishida Chemical Co., Ltd., aluminum oxide 30.0% or more, solubility: 71 g/100 mL) was added. Then, 5 mL of sodium carbonate aqueous solution (100 g/L, Kanto Chemical special grade, solubility: 17.4 g/100 mL) was added dropwise, and then sodium hydroxide aqueous solution (200 g/L, Kanto Chemical Co., Ltd., special grade) was added dropwise to adjust the pH to 7.1. After stirring for 24 hours at room temperature (23 ° C) using a magnetic stirrer, the white precipitate obtained by suction filtration was dried in a drying oven at 60 ° C. Then, the calcined body of Example 8 was obtained by calcining for 4 hours at 450 ° C. under a nitrogen atmosphere (flow rate: 1 L/min) using an electric furnace.
[実施例9]
200mLの実排水2をビーカーに取り、ここに0.266gのポリ塩化アルミニウム(キシダ化学社製、酸化アルミニウム30.0%以上、溶解度:71g/100ml)を加えた。その後、炭酸ナトリウム水溶液(100g/L、関東化学特級、溶解度:17.4g/100mL)を5mL滴下してpHを7.0に調整した。マグネチックスターラーを用いて室温(23℃)にて24時間攪拌した後、吸引ろ過して得られた白色沈殿(析出物)を60℃の乾燥庫内で乾燥させた。その後、電気炉を用いて窒素雰囲気下(流量:1L/分)にて450℃で4時間か焼し、実施例9のか焼体を得た。
[Example 9]
200 mL of actual wastewater 2 was placed in a beaker, and 0.266 g of polyaluminum chloride (Kishida Chemical Co., Ltd., aluminum oxide 30.0% or more, solubility: 71 g/100 mL) was added. Then, 5 mL of aqueous sodium carbonate solution (100 g/L, Kanto Chemical Special Grade, solubility: 17.4 g/100 mL) was added dropwise to adjust the pH to 7.0. After stirring for 24 hours at room temperature (23 ° C) using a magnetic stirrer, the white precipitate obtained by suction filtration was dried in a drying oven at 60 ° C. The calcined body of Example 9 was then obtained by calcining for 4 hours at 450 ° C. under a nitrogen atmosphere (flow rate: 1 L/min) using an electric furnace.
下記表1に、実施例1~9に用いた亜鉛排水の物性を示す。なお、下記表1に示す添加後の亜鉛排水は、アルミニウム源(ポリ塩化アルミニウム)及び炭酸イオン源(炭酸ナトリウム)と、必要に応じて含有させたpH調整剤(塩酸や水酸化ナトリウム)を添加した後の亜鉛排水を指す。 Table 1 below shows the physical properties of the zinc wastewater used in Examples 1 to 9. Note that the zinc wastewater after addition shown in Table 1 below refers to the zinc wastewater after the addition of an aluminum source (polyaluminum chloride), a carbonate ion source (sodium carbonate), and, if necessary, a pH adjuster (hydrochloric acid or sodium hydroxide).
実施例1~9で得られたか焼体を用いて、下記評価1~4を実施した。 The calcined bodies obtained in Examples 1 to 9 were used to carry out the following evaluations 1 to 4.
<評価1:結晶相の同定>
粉末X線回折装置(株式会社リガク社製 Smart lab)を用いて、下記測定条件により、実施例1~9の白色沈殿(析出物)及びか焼体のXRDパターンを得た。
[XRDの測定条件]
線源 :CuKα線
電圧 :40kV
電流値 :30mA
測定範囲 :2θ=5°~90°
<Evaluation 1: Identification of crystalline phase>
Using a powder X-ray diffractometer (Smart Lab, manufactured by Rigaku Corporation), XRD patterns of the white precipitates (precipitates) and calcined bodies of Examples 1 to 9 were obtained under the following measurement conditions.
[XRD measurement conditions]
Radiation source: CuKα ray Voltage: 40 kV
Current value: 30mA
Measurement range: 2θ = 5° to 90°
得られた白色沈殿(析出物)のXRDパターンを、ICDD(International Centre for Diffraction Data)のDBカード番号00-038-0486として開示されているZn6Al2(OH)16CO3・4H2OのXRDパターンと比較したところ、FOMはいずれも2以下であった。XRDパターンの一致性から、実施例1~9で得られた白色沈殿(析出物)は、Zn-Al系層状複水酸化物(より具体的には、Zn6Al2(OH)16CO3・4H2O)であることが理解できた。 When the XRD patterns of the obtained white precipitates (precipitates) were compared with the XRD patterns of Zn 6 Al 2 (OH) 16 CO 3.4H 2 O disclosed as DB card number 00-038-0486 of the ICDD (International Centre for Diffraction Data), the FOMs were all found to be 2 or less. From the agreement of the XRD patterns, it was understood that the white precipitates (precipitates) obtained in Examples 1 to 9 were Zn—Al-based layered double hydroxides (more specifically, Zn 6 Al 2 (OH) 16 CO 3.4H 2 O).
また、得られたか焼体のXRDパターンを、ICDD(PDF-2 Release 2020 RDB)のDBカード番号00-005-0664として開示されているZnOのXRDパターンと比較したところ、FOMはいずれも2以下であった。 Furthermore, when the XRD patterns of the obtained calcined bodies were compared with the XRD patterns of ZnO disclosed as DB card number 00-005-0664 in ICDD (PDF-2 Release 2020 RDB), the FOMs were all found to be 2 or less.
また、ほう酸塩pH標準液(第2種)pH9.18(関東化学社製)を10倍希釈したほう酸水溶液(ほう素濃度:43.1mg/L)を50mL取り、ここに実施例1~9で得られたか焼体を、それぞれ100mgずつ加えて室温にて16時間振とう(200回/分)した。振とう後、孔径が0.45μmメンブレンフィルターでろ過して濾物(以下、「ほう酸水溶液処理後のか焼体」ともいう。)を得た。これら実施例1~9のほう酸水溶液処理後のか焼体を乾燥後、上述した測定条件で、か焼体のXRDパターンを得た。 50 mL of a boric acid aqueous solution (boron concentration: 43.1 mg/L) prepared by diluting borate pH standard solution (type 2) pH 9.18 (Kanto Chemical Co., Inc.) 10 times was taken, and 100 mg of each of the calcined bodies obtained in Examples 1 to 9 was added thereto and shaken (200 times/min) at room temperature for 16 hours. After shaking, the mixture was filtered through a membrane filter with a pore size of 0.45 μm to obtain a residue (hereinafter also referred to as "calcined body after treatment with boric acid aqueous solution"). After drying these calcined bodies after treatment with boric acid aqueous solution in Examples 1 to 9, XRD patterns of the calcined bodies were obtained under the measurement conditions described above.
得られたほう酸水溶液処理後のか焼体のXRDパターンを、ICDDのDBカード番号00-038-0486として開示されているZn6Al2(OH)16CO3・4H2OのXRDパターンと比較したところ、FOMはいずれも10以下であった。なお、実施例1~9のか焼体を浸漬したほう酸水溶液には、炭酸イオンが含まれていないため、実施例1~9のか焼体をほう酸水溶液に浸漬しても、Zn6Al2(OH)16CO3・4H2Oのような炭酸型のZn-Al系層状複水酸化物(LDH)にはなり得ないが、Zn-Al系層状複水酸化物(LDH)中の炭酸は、そのXRDパターンに表れてこないことから、本評価では、Zn6Al2(OH)16CO3・4H2OのXRDパターンを比較対象とした。 When the XRD patterns of the calcined bodies obtained after the boric acid aqueous solution treatment were compared with the XRD patterns of Zn 6 Al 2 (OH) 16 CO 3.4H 2 O disclosed in ICDD DB Card No. 00-038-0486, the FOMs were all 10 or less. Note that the boric acid aqueous solutions in which the calcined bodies of Examples 1 to 9 were immersed did not contain carbonate ions, and therefore immersion of the calcined bodies of Examples 1 to 9 in boric acid aqueous solutions did not result in the formation of carbonate-type Zn-Al-based layered double hydroxides (LDHs) such as Zn 6 Al 2 (OH) 16 CO 3.4H 2 O. However, since the carbonate in the Zn-Al-based layered double hydroxides (LDHs) does not appear in the XRD patterns, the XRD patterns of Zn 6 Al 2 (OH) 16 CO 3.4H 2 O were used for comparison in this evaluation.
上述したXRDパターンの一致性から、実施例1~9で得られたか焼体は、Zn-Al系層状複酸化物(より具体的には、ZnOにAlが固溶した六方晶系の陽イオン欠損型の固溶形態)であることが理解できた。 The consistency of the XRD patterns described above indicates that the calcined bodies obtained in Examples 1 to 9 are Zn-Al layered double oxides (more specifically, hexagonal cation-deficient solid solution forms in which Al is dissolved in ZnO).
実施例1で得られたか焼体(LDO)のXRDパターンを、図3に示す。なお、図3では、ZnOのXRDパターンに含まれる代表的(特徴的)な強度を棒グラフで示している。また、実施例5で得られた白色沈殿(LDH)及びか焼体(LDO)のXRDパターンを図4に示す。なお、図4では、白色沈殿(LDH)及びか焼体(LDO)のXRDパターンに加えて、ほう酸水溶液処理後のか焼体(LDO)のXRDパターンについても示している。 Figure 3 shows the XRD pattern of the calcined body (LDO) obtained in Example 1. In Figure 3, representative (characteristic) intensities contained in the XRD pattern of ZnO are shown as a bar graph. Figure 4 shows the XRD patterns of the white precipitate (LDH) and calcined body (LDO) obtained in Example 5. In addition to the XRD patterns of the white precipitate (LDH) and calcined body (LDO), Figure 4 also shows the XRD pattern of the calcined body (LDO) after treatment with an aqueous boric acid solution.
<評価2:か焼体のZn/Alおよび硫酸イオン含有量>
実施例1~9で得られたZn-Al系層状複酸化物(か焼体)10mgを、それぞれ、希硝酸水溶液(関東化学社製、有害金属測定用)に投入し、超純水を用いて全量を50mLとした。この溶液を適宜希釈して高周波プラズマ発光分析装置(株式会社島津製作所製 島津シーケンシャル形 ICPS-7510)に導入し、亜鉛、アルミニウムおよび硫黄の濃度を測定した。測定結果から、実施例1~9のZn-Al系層状複酸化物におけるZn/Alおよび硫酸イオンの含有量を算出した。結果を後述する表2に示す。
<Evaluation 2: Zn/Al and sulfate ion contents of calcined body>
Ten mg of each of the Zn—Al-based layered double oxides (calcined bodies) obtained in Examples 1 to 9 was placed in a dilute aqueous nitric acid solution (Kanto Chemical Co., Inc., for measuring hazardous metals), and the total volume was adjusted to 50 mL with ultrapure water. This solution was appropriately diluted and introduced into a high-frequency plasma emission spectrometer (Shimadzu Sequential ICPS-7510, Shimadzu Corporation), and the concentrations of zinc, aluminum, and sulfur were measured. From the measurement results, the Zn/Al and sulfate ion contents in the Zn—Al-based layered double oxides of Examples 1 to 9 were calculated. The results are shown in Table 2 below.
<評価3:陰イオン吸着性能の評価>
ほう酸塩pH標準液(第2種)pH9.18(関東化学社製)を10倍希釈したほう酸溶液(ほう素濃度:43.1mg/L)を50mL取り、ここに実施例1~9で得られたZn-Al系層状複酸化物(か焼体)を、それぞれ100mgずつ加えて室温にて16時間振とう(200回/分)した。振とう後、孔径が0.45μmメンブレンフィルターでろ過してZn-Al系層状複酸化物(か焼体)を取り除き、得られたろ液中のほう素濃度と亜鉛濃度を、高周波プラズマ発光分析装置(株式会社島津製作所製 島津シーケンシャル形 ICPS-7510)にて測定した。
<Evaluation 3: Evaluation of anion adsorption performance>
A boric acid solution (boron concentration: 43.1 mg/L) prepared by diluting a borate pH standard solution (type 2) pH 9.18 (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) 10 times was taken in 50 mL, to which 100 mg of each of the Zn—Al-based layered double oxides (calcined bodies) obtained in Examples 1 to 9 was added, followed by shaking (200 rpm) at room temperature for 16 hours. After shaking, the Zn—Al-based layered double oxide (calcined body) was removed by filtration through a membrane filter with a pore size of 0.45 μm, and the boron and zinc concentrations in the resulting filtrate were measured using a high-frequency plasma emission spectrometer (Shimadzu sequential type ICPS-7510, manufactured by Shimadzu Corporation).
ほう素濃度に係る測定結果を、Zn-Al系層状複酸化物(か焼体)を加える前の溶液中のほう素濃度と比較し、ほう素1gあたりのほう素の吸着量(以下、「B吸着量」ともいう)を求めた。また、亜鉛濃度に係る測定結果を、亜鉛の溶出量(以下、「Zn溶出量」ともいう)とした。結果を後述する表2に示す。なお、表2におけるNDは、不検出を表す。 The measurement results for boron concentration were compared with the boron concentration in the solution before the Zn-Al layered double oxide (calcined body) was added to determine the amount of boron adsorbed per gram of boron (hereinafter also referred to as "B adsorption amount"). Furthermore, the measurement results for zinc concentration were used as the amount of zinc eluted (hereinafter also referred to as "Zn elution amount"). The results are shown in Table 2 below. Note that ND in Table 2 stands for not detected.
<評価4:吸着処理前後のpH変化の測定>
評価3で行った吸着処理操作の前後で、ほう酸溶液のpHをガラス電極式水素イオン濃度指示計(東亜ディーケーケー株式会社制 MM-43X)およびpH複合電極(東亜ディーケーケー株式会社製 GST-5841C)にて測定した。測定結果から、吸着処理操作の前後におけるほう酸溶液のpHの変化値を求めた。結果を後述する表2に示す。なお、表2において、(+)は吸着処理前よりも吸着処理後のpHが高いこと指し、(-)は吸着処理前よりも吸着処理後のpHが低いことを指す。
<Evaluation 4: Measurement of pH change before and after adsorption treatment>
Before and after the adsorption treatment performed in Evaluation 3, the pH of the boric acid solution was measured using a glass electrode hydrogen ion concentration indicator (MM-43X, manufactured by DKK-TOA Corporation) and a pH combination electrode (GST-5841C, manufactured by DKK-TOA Corporation). From the measurement results, the change in pH of the boric acid solution before and after the adsorption treatment was determined. The results are shown in Table 2 below. In Table 2, (+) indicates that the pH after the adsorption treatment was higher than that before the adsorption treatment, and (-) indicates that the pH after the adsorption treatment was lower than that before the adsorption treatment.
評価1の結果から明らかなとおり、実施例1~9の製造方法によれば、排水に含まれる亜鉛を原料として、Zn-Al系層状複酸化物を製造できた。また、評価3のB吸着量から明らかなとおり、実施例1~9の製造方法で製造されるZn-Al系層状複酸化物は、ほう酸溶液中のホウ酸イオンを吸着することができた。 As is clear from the results of Evaluation 1, the manufacturing methods of Examples 1 to 9 were able to produce Zn-Al layered double oxides using zinc contained in wastewater as a raw material. Furthermore, as is clear from the B adsorption amount in Evaluation 3, the Zn-Al layered double oxides produced by the manufacturing methods of Examples 1 to 9 were able to adsorb borate ions in a boric acid solution.
そして、実施例1~9の製造方法で製造されるZn-Al系層状複酸化物は、吸着処理を行っても、亜鉛が溶出することもなく、pHの変化値も-1~+1に抑えられていた。この結果から、実施例1~9の製造方法で製造されるZn-Al系層状複酸化物は、吸着材として使用しても、環境汚染を引き起こしにくい有用な物質であることが理解することができた。
Furthermore, even when the Zn—Al-based layered double oxides produced by the production methods of Examples 1 to 9 were subjected to adsorption treatment, zinc did not elute and the change in pH was limited to −1 to +1. From these results, it was understood that the Zn—Al-based layered double oxides produced by the production methods of Examples 1 to 9 are useful substances that are unlikely to cause environmental pollution even when used as adsorbents.
Claims (6)
亜鉛イオンを含む亜鉛排水にアルミニウム源と炭酸イオン源を添加してZn-Al系層状複水酸化物(LDH)を析出させる析出工程と、
前記Zn-Al系層状複水酸化物(LDH)をか焼するか焼工程と、を有し、
前記アルミニウム源及び前記炭酸イオン源を添加した前記亜鉛排水は、CO 3 2- /Zn 2+ が2.8~9.1であり、CO 3 2- /SО 4 2- が22~50であることを特徴とするZn-Al系層状複酸化物(LDO)の製造方法。 A method for producing a Zn-Al-based layered double oxide (LDO) that is an anion adsorbent, comprising the steps of:
a precipitation step of adding an aluminum source and a carbonate ion source to zinc wastewater containing zinc ions to precipitate a Zn—Al-based layered double hydroxide (LDH);
and a calcination step of calcining the Zn—Al-based layered double hydroxide (LDH) ,
The zinc wastewater to which the aluminum source and the carbonate ion source have been added has a CO 3 2− /Zn 2+ ratio of 2.8 to 9.1 and a CO 3 2− /SO 4 2− ratio of 22 to 50 .
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