JP2017164698A - Adsorbent with enhanced ratio of polymer brush and method for removing useful or harmful material using the adsorbent - Google Patents

Adsorbent with enhanced ratio of polymer brush and method for removing useful or harmful material using the adsorbent Download PDF

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須郷 高信
Takanobu Sugo
高信 須郷
鈴木 晃一
Koichi Suzuki
晃一 鈴木
藤原 邦夫
Kunio Fujiwara
邦夫 藤原
斎藤 恭一
Kyoichi Saito
恭一 斎藤
大樹 工藤
Daiki Kudo
大樹 工藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fibrous adsorbent capable of exhibiting stable performance even in a high speed treatment for overcoming a situation that a separation conventional function fibers using a radiation graft polymerization, especially an ion exchange fiber or a chelate fiber cannot exhibit stable adsorption performance when absorbing ion existing at trace quantity or large sized molecule at high speed and satisfying requirements for enhancement of adsorption performance in a carrying type adsorption material, a manufacturing method and an application method thereof.SOLUTION: A fibrous adsorbent with enhanced ratio of a polymer brush is manufactured by emulsion graft polymerization or gas phase graft polymerization. Adsorption performance is enhanced by enhancing ratio of the polymer brush.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

放射線グラフト重合法はさまざまな分野で利用が進んでおり、その有用性が実証されている。既存の膜や繊維など高分子材料にイオン交換基やキレート基を導入できるため、その高分子材料の形状など物理的特性を生かした利用方法が進んでいる。高分子製品の中でも繊維は吸着速度が大きいことや成型加工性が良いために、放射線グラフト重合用基材としては、最も多く利用される素材である。放射線グラフト重合用基材として繊維を選択した場合、表面積が大きいことによる吸着速度の大きさ、成型加工が容易、通水抵抗が小さいなどの特長を生かした使用方法が提案されている。本発明は放射線グラフト重合法を利用した分離機能性材料、特に分離機能性繊維材料に関する。   The radiation graft polymerization method has been used in various fields, and its usefulness has been demonstrated. Since ion exchange groups and chelate groups can be introduced into polymer materials such as existing membranes and fibers, utilization methods are taking advantage of physical properties such as the shape of the polymer materials. Among polymer products, fiber is the most frequently used material for radiation graft polymerization because of its high adsorption rate and good moldability. When a fiber is selected as the base material for radiation graft polymerization, a method of use has been proposed that takes advantage of such features as a high adsorption rate due to a large surface area, easy molding, and low water resistance. The present invention relates to a separation functional material using a radiation graft polymerization method, and particularly to a separation functional fiber material.

本発明において、イオン交換基及び/又はキレート基を有するグラフト鎖を導入する方法である放射線グラフト重合法とは、ガンマ線や電子線等の電離性放射線を基材に照射し 、基材表面あるいは基材内部に生成したラジカルを利用して重合性単量体(以下、「モノマー」と称する)を重合させ、基材からグラフト鎖を成長させる方法である。放射線グラフト重合法の特徴として、放射線の照射により、基材の表面のみならず基材の内部にまでラジカルを容易に生成可能なことが挙げられる。よって、基材表面だけではなく基材内部にまでモノマーを重合できるので、基材に導入されるグラフト鎖の数が多くなり、したがって基材に導入される官能基の数も多くなる。   In the present invention, the radiation graft polymerization method, which is a method of introducing a graft chain having an ion exchange group and / or a chelate group, irradiates a substrate with ionizing radiation such as gamma rays or electron beams, and the substrate surface or group. This is a method of growing a graft chain from a substrate by polymerizing a polymerizable monomer (hereinafter referred to as “monomer”) using radicals generated in the material. A characteristic of the radiation graft polymerization method is that radicals can be easily generated not only on the surface of the substrate but also inside the substrate by irradiation with radiation. Therefore, since the monomer can be polymerized not only on the surface of the base material but also inside the base material, the number of graft chains introduced into the base material increases, and thus the number of functional groups introduced into the base material also increases.

グラフト(graft)とは「接ぎ木」という意味であり、グラフト鎖の一端が基材に固定されていて、他端が固定されていない自由端である状態を表す。グラフト鎖がこのような形態的特徴を有するので、グラフト鎖間にはサイズの小さなイオンから大きな分子まで容易に侵入することができる。この点は、架橋構造を有するイオン交換樹脂と比較して、大きく異なる特徴である。特にグラフト鎖中にイオン交換基やキレート基のような固定電荷が存在すると、固定電荷同士が静電的に反発するため、グラフト鎖が伸長し、グラフト鎖同士も反発しあう。このため、グラフト鎖間に広いスペースが形成される。基材表面付近のグラフト鎖は基材内に留まっているもの(ポリマールーツと呼ぶ)もあるが、基材表面から外にでるものがあり、これをポリマーブラシと呼ぶ。   Graft means “grafting” and represents a state where one end of the graft chain is fixed to the base material and the other end is a free end that is not fixed. Since the graft chains have such morphological characteristics, small ions to large molecules can easily enter between the graft chains. This is a feature that is greatly different from that of an ion exchange resin having a crosslinked structure. In particular, when a fixed charge such as an ion exchange group or a chelate group is present in the graft chain, the fixed charges repel each other electrostatically, so that the graft chain elongates and the graft chains repel each other. For this reason, a wide space is formed between the graft chains. Some graft chains in the vicinity of the substrate surface remain in the substrate (referred to as polymer roots), but there are those that exit from the substrate surface, which are referred to as polymer brushes.

放射線グラフト重合法は基材として既存の有機高分子材料を自由に使用できるが、繊維基材には、表面積が大きいため、吸着速度が大きいという特長がある。さらに、成型加工が容易、通水抵抗が小さいなど実用上極めて優れた特長を有し、分離機能性材料として好適な素材である。   The radiation graft polymerization method can freely use an existing organic polymer material as a base material, but the fiber base material has a feature that the adsorption rate is high because of its large surface area. Furthermore, it has extremely excellent features such as easy molding and low water resistance, and is a material suitable as a separation functional material.

以下、繊維を例にとり、放射線グラフト重合法による繊維状吸着材、特にイオン交換基を有する繊維状吸着材を例にとり、製造工程を説明する。先ず、放射線グラフト重合用の基材繊維を市販の繊維の中から選択後、放射線照射を行う。この工程では、繊維を窒素のような不活性ガス雰囲気中で冷却しながら放射線照射を行う。次いで、イオン交換基を有するモノマーをグラフト重合するか、又はこれら官能基に転換可能なモノマーを液相でグラフト重合するグラフト重合工程がある。ここで、モノマー自体に官能基を有しておらず、グラフト重合後に二次反応によってこれら官能基を導入可能なモノマーにあっては、さらに官能基導入のための化学反応を行い官能基導入工程が追加される。   Hereinafter, the manufacturing process will be described by taking a fiber as an example and taking a fibrous adsorbent by a radiation graft polymerization method, particularly a fibrous adsorbent having an ion exchange group as an example. First, the substrate fiber for radiation graft polymerization is selected from commercially available fibers, and then irradiated with radiation. In this step, irradiation with radiation is performed while cooling the fiber in an inert gas atmosphere such as nitrogen. Next, there is a graft polymerization step in which a monomer having an ion exchange group is graft-polymerized, or a monomer that can be converted into these functional groups is graft-polymerized in a liquid phase. Here, if the monomer itself has no functional group and can be introduced by a secondary reaction after graft polymerization, a functional reaction for introducing a functional group is performed by further performing a chemical reaction for introducing the functional group. Is added.

利用可能な繊維としては、ラジカル生成効率がよく放射線劣化や環境劣化の少ないことが好ましく、市販の繊維の中から選択することができる。これらは一般的に耐久性を持たせるため、疎水性である。ポリエチレンに代表されるポリオレフィン、ナイロン及びポリエステルなど既存の汎用高分子も程度の差はあるが疎水性であり、本発明の繊維材料として好適に利用できる。   As the usable fiber, it is preferable that the radical generation efficiency is high and the radiation degradation and the environmental degradation are small, and it can be selected from commercially available fibers. These are generally hydrophobic for durability. Existing general-purpose polymers such as polyolefin represented by polyethylene, nylon and polyester are also hydrophobic to some extent, and can be suitably used as the fiber material of the present invention.

放射線照射工程において工業的に使用する放射線として、ガンマ線や電子線があるが、これら放射線のエネルギーは通常数百keV以上であるため、ラジカルは繊維内部にまで均一に生成する。   As radiation used industrially in the radiation irradiation process, there are gamma rays and electron beams. Since the energy of these radiations is usually several hundred keV or more, radicals are uniformly generated even inside the fibers.

照射済みの繊維基材に対して、二重結合を有するモノマーを接触させることでグラフト重合を行う。通常はモノマー溶液に照射済み基材繊維を浸漬させたままで重合を行う前照射液相グラフトが一般的に行われる。   Graft polymerization is performed by bringing a monomer having a double bond into contact with the irradiated fiber base material. Usually, pre-irradiation liquid phase grafting in which polymerization is performed while the irradiated base fiber is immersed in the monomer solution is generally performed.

ここで、イオン交換基を有するモノマーの多くは水溶性である。これらモノマーを疎水性の汎用高分子繊維に対しグラフト重合を行っても、まったくグラフト重合しないか非常に小さいグラフト率しか得られない。特に、イオン交換的に重要な強酸性カチオン交換基や強塩基性アニオン交換基を有するモノマーは非常に親水性が大きいため、モノマー単独でグラフト重合させることが難しい。グラフト率はグラフト重合前後の重量増加率で定義される値である。   Here, many of the monomers having an ion exchange group are water-soluble. Even if these monomers are graft-polymerized to a hydrophobic general-purpose polymer fiber, no graft polymerization is performed at all or only a very low graft ratio is obtained. In particular, a monomer having a strongly acidic cation exchange group or a strongly basic anion exchange group that is important for ion exchange has a very high hydrophilicity, so that it is difficult to perform graft polymerization with the monomer alone. The graft ratio is a value defined by the weight increase rate before and after graft polymerization.

このような場合、通常親水性モノマーと補助モノマーとの混合モノマーをグラフト重合することが行われている。例えば、4級アンモニウム基を有するビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド(VBTAC)を単独でグラフト重合することは難しいが、非イオン性の親水性モノマーでありかつ単独でもグラフト重合が可能なヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)とを組み合わせた混合モノマーを用いてグラフト重合することが提案されている(特許文献1)。この場合、グラフト重合が可能であるが、補助モノマーも同時にグラフト重合してしまうために、目的の4級アンモニウム基導入量が小さくなるという問題点があった。例えば、VBTACとHEMAの混合モノマーを用いた共グラフト重合では、グラフト率40〜50%が容易に得られる。グラフト率が50%という値はVBTAC単独であれば、計算上1.5mmol/gという大きな数値になり、イオン交換処理にも利用しやすい。しかしながら、実際は補助モノマーが存在するため、イオン交換容量は約0.5meq/gにしか達しない。この結果、イオン交換容量が小さくとも使用できる技術分野にしか適用できなかった。   In such a case, usually a graft polymerization of a mixed monomer of a hydrophilic monomer and an auxiliary monomer is performed. For example, it is difficult to graft-polymerize vinylbenzyltrimethylammonium chloride (VBTAC) having a quaternary ammonium group alone, but it is a nonionic hydrophilic monomer and can be graft-polymerized alone. It has been proposed to perform graft polymerization using a mixed monomer in combination with (Patent Document 1). In this case, although graft polymerization is possible, since the auxiliary monomer is also graft polymerized at the same time, there has been a problem that the target quaternary ammonium group introduction amount becomes small. For example, in the case of co-graft polymerization using a mixed monomer of VBTAC and HEMA, a graft ratio of 40 to 50% can be easily obtained. A value of 50% for the graft ratio is calculated as a large value of 1.5 mmol / g if VBTAC alone is used, and is easily used for ion exchange treatment. However, in practice, the ion exchange capacity reaches only about 0.5 meq / g due to the presence of auxiliary monomers. As a result, it can be applied only to a technical field that can be used even if the ion exchange capacity is small.

放射線照射後にモノマーとして、それ自体ではイオン交換基を有しないが、イオン交換基に転換可能なモノマーをグラフト重合する場合は、一般的にモノマーが疎水性を有し、疎水性の基材繊維に対してはグラフト重合しやすく、100%以上の高いグラフト率が容易に得られる。そのため、その後の官能基導入反応によって、高いイオン交換容量が得られる。このようなモノマーとして代表的なものにメタクリル酸グリシジル(GMA)が挙げられる。GMAをグラフト重合し、グラフト率100%が得られ、次いで導入率の高いスルホン酸基を導入したと仮定すると、計算上イオン交換容量が2.5meq/gという大きい値が得られる(特許文献2)。   When a monomer that does not have an ion exchange group per se as a monomer after radiation irradiation but can be converted to an ion exchange group is graft-polymerized, the monomer generally has a hydrophobic property, and the hydrophobic base fiber is On the other hand, graft polymerization is easy, and a high graft ratio of 100% or more can be easily obtained. Therefore, a high ion exchange capacity can be obtained by the subsequent functional group introduction reaction. A typical example of such a monomer is glycidyl methacrylate (GMA). Assuming that graft polymerization of GMA is performed and a graft ratio of 100% is obtained and then a sulfonic acid group having a high introduction ratio is introduced, a large ion exchange capacity of 2.5 meq / g is obtained in calculation (Patent Document 2). ).

このように、放射線グラフト重合法では、使用するガンマ線や電子線のエネルギーが高いため、繊維基材内部にまでラジカル生成が可能で、他の表面改質法と異なり、基材内部にまで官能基を導入でき、それ自体では官能基を有しないが二次反応で官能基を導入することにより、大きな官能基濃度が得られるという特長がある。   In this way, in the radiation graft polymerization method, the energy of the gamma rays and electron beams used is high, so radicals can be generated even inside the fiber substrate. Unlike other surface modification methods, functional groups can be incorporated into the substrate. Although it does not have a functional group by itself, it has a feature that a large functional group concentration can be obtained by introducing a functional group in a secondary reaction.

放射線グラフト重合法で製造したイオン交換繊維を用いた水中のイオン除去は被吸着イオンの繊維表面での捕捉と捕捉したイオンの繊維内部への拡散移動で達成される。被吸着イオンの繊維による捕捉は、繊維の周縁部から液中に向かって形成される荷電層と被吸着金属イオンとの静電引力が支配的であり、この層が大きいほど被吸着イオンの捕捉に有利である。捕捉されたイオンはイオン交換基を有するグラフト鎖に沿って繊維内部に拡散する。イオン交換容量が大きいほど、捕捉されたイオンが繊維内部に速やかに拡散し、イオンの吸着速度が維持される。また、荷電層は通水抵抗には影響を与えないため、圧力損失が小さく維持される。   Removal of ions in water using ion-exchange fibers produced by radiation graft polymerization is achieved by trapping the adsorbed ions on the fiber surface and diffusing and moving the trapped ions into the fiber. The trapping of the adsorbed ions by the fiber is dominated by the electrostatic attractive force between the charged layer and the adsorbed metal ion formed from the peripheral edge of the fiber toward the liquid. The larger the layer, the more the adsorbed ion is captured. Is advantageous. The trapped ions diffuse into the fiber along the graft chains having ion exchange groups. The larger the ion exchange capacity, the faster the trapped ions diffuse into the fiber and the ion adsorption rate is maintained. In addition, since the charged layer does not affect the water flow resistance, the pressure loss is kept small.

したがって、放射線グラフト重合法による繊維状吸着材の特長を十分に生かすためには、繊維周縁部に形成する荷電層の厚みを大きくすることによって、水中のイオンを速やかに吸着でき、さらに吸着したイオンを繊維内部へ拡散移動させるために大きなイオン交換容量が必要である。   Therefore, in order to make full use of the features of the fibrous adsorbent by the radiation graft polymerization method, by increasing the thickness of the charged layer formed on the peripheral edge of the fiber, ions in the water can be adsorbed quickly, and the adsorbed ions A large ion exchange capacity is required to diffuse and move the particles into the fiber.

大きなイオン交換容量はグラフト率を大きくすることで得られる。大きなグラフト率においては、グラフト鎖は繊維外部にも一部成長するが、大半は繊維内部に成長する。繊維径が増加し空隙も大きくなるが、イオンの捕捉に重要な荷電層の割合は大きく増加せず、繊維間の空隙を通過し処理液中に漏出するイオンが大きく減るわけではない。   A large ion exchange capacity can be obtained by increasing the graft ratio. At a large graft ratio, the graft chain partially grows outside the fiber, but most grows inside the fiber. Although the fiber diameter increases and the voids also increase, the proportion of the charged layer that is important for trapping ions does not increase significantly, and the ions that pass through the voids between the fibers and leak into the treatment liquid are not greatly reduced.

イオン交換樹脂は通常カラムに充填して使用される。そこで、イオン交換繊維をカットしカラムに充填してイオン交換樹脂と同様のイオン交換処理を行う場合を検討することによって問題点が明確になる。   The ion exchange resin is usually used in a packed column. Therefore, the problem is clarified by examining the case where the ion exchange fiber is cut and packed in a column and subjected to the same ion exchange treatment as that of the ion exchange resin.

カラムにイオン交換体を充填する場合、充填材がイオン交換樹脂とイオン交換繊維とでは充填率が全く異なる。イオン交換繊維はせいぜい充填率30%と小さく空隙が60%以上を占める。イオン交換樹脂では充填率が60%を上回るため、両者の重量当たりのイオン交換容量がほぼ同一と仮定すると、カラム単位体積当たりのイオン交換容量がイオン交換繊維では樹脂と比べ1/2以下と小さくなる。繊維は空隙率が大きい分、通水抵抗が非常に小さく、表面積が大きいため、流速をイオン交換樹脂の何倍にも上げる傾向があるが、高速で通液処理を行うと処理水質が安定しないという傾向が認められる。   When the column is filled with an ion exchanger, the packing rate is completely different between the ion exchange resin and the ion exchange fiber. The ion-exchange fiber is at most a filling rate of 30% and the voids occupy 60% or more. Since the packing rate of ion exchange resins exceeds 60%, assuming that the ion exchange capacities per weight of both are almost the same, the ion exchange capacities per column unit volume of the ion exchange fibers are less than 1/2 of the resin. Become. Since the fiber has a large porosity, the water flow resistance is very small and the surface area is large, so there is a tendency to increase the flow rate several times that of the ion exchange resin. However, when the liquid flow treatment is performed at high speed, the treated water quality is not stable. This tendency is recognized.

イオン交換繊維はカラム方式で使用する場合、イオン交換容量の点でイオン交換樹脂を上回ることは難しい。そのため、同一の使用方法ではなく、その特長を生かした使用方法が検討されることが多かった。例えば、繊維を穴開きコアに巻き回しワインドフィルターに成型加工し、フィルターが有する粒子除去性能と繊維自体が持つイオン交換機能を生かそうとする考えはそのような使用方法の代表的なものである。しかしながら、ワインドフィルターの流量では、繊維に対してSV2000以上になり、イオン交換速度としては早すぎ、ほとんどイオンを除去することを期待できない。   When ion exchange fibers are used in a column system, it is difficult to exceed ion exchange resins in terms of ion exchange capacity. For this reason, in many cases, not the same usage method, but a usage method that takes advantage of its features has been studied. For example, the idea of winding a fiber around a perforated core and molding it into a wind filter, and taking advantage of the particle removal performance of the filter and the ion exchange function of the fiber itself is a typical example of such use. . However, the flow rate of the wind filter is SV2000 or more with respect to the fiber, and the ion exchange rate is too fast, and it is hardly expected to remove ions.

このような状況から、繊維自体のイオン交換容量はできる限り大きいほうが好ましく、グラフト重合の段階で疎水性モノマーを利用し、大きなグラフト率を得た後、官能基導入のための化学反応を行う製造プロセスを採用している。そして、除去性能については、適用条件、例えば充填層高、通液速度(SV)などを加味したラボ実験を行うことによって、最適条件を求め実施に移していた。その結果、現在は超純水製造における、ごく微量のイオンを除去する際に使用されるにとどまっている。   Under such circumstances, it is preferable that the ion exchange capacity of the fiber itself is as large as possible. In the graft polymerization, a hydrophobic monomer is used to obtain a large graft ratio, and then a chemical reaction for introducing a functional group is performed. The process is adopted. And about the removal performance, the optimal condition was calculated | required and carried out by performing the laboratory experiment which considered application conditions, for example, the height of a packed bed, a liquid flow rate (SV), etc. As a result, it is currently only used to remove very small amounts of ions in ultrapure water production.

近年、繊維状吸着材はその表面積の大きさと成型加工が容易なことを生かし、有機又は無機化合物が担持された繊維状吸着材が提案されている。代表的な例として、福島第1原子力発電所の事故に際し、環境中に放出された放射性物質を除去するために除染材料が開発された。環境中に放出された放射性物質として主要なものは、放射性セシウム、放射性ストロンチウム、および放射性ヨウ素である。これらを除去するために、放射線グラフト重合法を利用して無機化合物を担持した繊維状吸着材が提案されている。   In recent years, fibrous adsorbents that carry organic or inorganic compounds have been proposed taking advantage of the size of the surface area and the ease of molding. As a typical example, a decontamination material was developed to remove radioactive materials released into the environment in the event of the accident at the Fukushima Daiichi nuclear power plant. The main radioactive substances released into the environment are radioactive cesium, radioactive strontium, and radioactive iodine. In order to remove these, a fibrous adsorbent supporting an inorganic compound using a radiation graft polymerization method has been proposed.

放射性セシウムはアルカリ金属に属し、環境中に多量に存在するナトリウムイオンの中から放射性セシウムを選択的に除去せねばならず、従来のイオン交換基やキレート基を有する吸着材では除去するのが困難である。また、放射性ストロンチウムは2価の金属であるが、セシウム同様に環境中に多量に存在するカルシウムイオンやマグネシウムイオンの中から、選択的に除去せねばならず、従来の官能基を利用した吸着材では除去が難しい。そのため、それぞれ放射性物質ごとに選択性の高い無機化合物を他の担体に担持した吸着材が提案されている。   Radioactive cesium belongs to an alkali metal, and it is necessary to selectively remove radioactive cesium from a large amount of sodium ions present in the environment, which is difficult to remove with conventional adsorbents having ion exchange groups or chelate groups. It is. In addition, radioactive strontium is a divalent metal, but like cesium, it must be selectively removed from calcium ions and magnesium ions present in large amounts in the environment, and adsorbents using conventional functional groups Then removal is difficult. Therefore, an adsorbent in which an inorganic compound having high selectivity for each radioactive substance is supported on another carrier has been proposed.

放射線グラフト重合法により、繊維にイオン交換基を導入し、さらに無機化合物を担持した吸着材が本発明者らによって提案されている。例えば、放射性セシウムに対しては不溶性フェロシアン化金属をグラフト鎖間に担持した材料が提案されている(特許文献3)。また、放射性ストロンチウムに対しては、チタン酸ナトリウムを担持したものが提案されている(特許文献4)。放射性ヨウ素に対しては塩化銀を担持したものが提案され(特許文献5)、いずれも繊維状であるため、吸着速度の大きい点や成型加工がよい点などが特長であり、実際に使用されている。   The present inventors have proposed an adsorbent in which an ion exchange group is introduced into a fiber and further an inorganic compound is supported by a radiation graft polymerization method. For example, for radioactive cesium, a material in which an insoluble metal ferrocyanide is supported between graft chains has been proposed (Patent Document 3). Moreover, what carried | supported sodium titanate is proposed with respect to radioactive strontium (patent document 4). For radioactive iodine, those carrying silver chloride have been proposed (Patent Document 5), both of which are fibrous, and are characterized by a high adsorption rate and a good molding process. ing.

しかしながら、これら担持型吸着材料の性能は担持物が多ければよいという訳ではなく、担持率を大きくしても性能が改善されない場合がある。特に、放射性物質の化学形態が単なるイオンとしてではなく、微粒子状又はコロイド粒子の場合の方が多く、イオンと固形物の両方の形態を除去しないと除染の効果が上がらない。   However, the performance of these supported adsorbing materials is not limited as long as the number of supported materials is increased, and even if the supporting rate is increased, the performance may not be improved. In particular, the chemical form of the radioactive material is not simply as ions, but is more often in the form of fine particles or colloidal particles, and the decontamination effect cannot be improved unless both the forms of ions and solids are removed.

放射性ストロンチウムや放射性ヨウ素を除去する場合についても同様で、これら放射性物質がイオン状でのみ存在している場合はまれである。放射性セシウムの場合と同様に、コロイド状やエアロゾル又は微粒子に付着して存在している放射性物質が多い。したがって、放射性物質を効果的に除去するには、イオン状及び非イオン状の形態の放射性物質を同時に除去しなくてはならない。その両方の機能を具備した除染材料が少なく、汚染水処理が適切に進まない一因ともなっている。   The same applies to the removal of radioactive strontium and radioactive iodine, and it is rare that these radioactive substances exist only in ionic form. As in the case of radioactive cesium, there are many radioactive substances that are present in a colloidal state, in an aerosol or in fine particles. Therefore, in order to effectively remove the radioactive material, the ionic and non-ionic forms of the radioactive material must be removed simultaneously. There are few decontamination materials having both functions, and this is one of the reasons why the contaminated water treatment does not proceed appropriately.

希土類元素などに代表される希少金属は、我が国には算出せず、中国やアフリカなど偏った地域で算出するため、絶えず供給不安がある。そのため、これら金属の回収をするために、高度な分離技術が開発されている。重要な要素技術として、溶媒抽出があるが、有機薬品を多量に使用するなど、環境上の問題点が指摘されている。   Rare metals such as rare earth elements are not calculated in Japan, but are calculated in biased regions such as China and Africa. Therefore, advanced separation techniques have been developed to recover these metals. Solvent extraction is an important elemental technology, but environmental problems such as the use of large amounts of organic chemicals have been pointed out.

その課題を解決する手段として、固相抽出法が提案されている。固相抽出法は、抽出試薬を担持した吸着材料に希少金属を含有する液体を通液することによって、金属を吸着し、酸やアルカリを通液することによって再生し、希少金属を濃縮回収するとともに、吸着プロセスに移るサイクルから構成される。固体吸着材を利用した分離回収プロセスが構築できるため、操作の煩雑性を解消できる点や有機溶媒等の環境汚染が少ない点が特長とされている。   As a means for solving the problem, a solid phase extraction method has been proposed. In the solid-phase extraction method, a liquid containing a rare metal is passed through an adsorbing material carrying an extraction reagent to adsorb the metal, and it is regenerated by passing an acid or an alkali to concentrate and recover the rare metal. In addition, it consists of a cycle that moves to the adsorption process. Since a separation / recovery process using a solid adsorbent can be constructed, it is characterized by the fact that it is possible to eliminate the complexity of operation and that there is little environmental pollution such as organic solvents.

この技術の一環として、放射線グラフト重合法により高分子基材にグラフト鎖を導入し、さらに抽出試薬を担持した固相抽出材料が提案されている(特許文献6)。ここでは、グラフト鎖に抽出試薬を担持させるための疎水性基であるオクタデシルアミノ基又はドデシルアミノ基などを導入した後、抽出試薬であるビス(2, 4, 4-トリメチルペンチル)ホスフィン酸やトリオクチルメチルアンモニウムクロライドのような抽出試薬を担持し、新規な固相抽出材料が作製できたとしている。   As part of this technique, a solid-phase extraction material in which a graft chain is introduced into a polymer substrate by radiation graft polymerization and an extraction reagent is supported has been proposed (Patent Document 6). Here, after introducing an octadecylamino group or dodecylamino group which is a hydrophobic group for supporting an extraction reagent on the graft chain, an extraction reagent such as bis (2,4,4-trimethylpentyl) phosphinic acid or It is said that a novel solid phase extraction material can be produced by carrying an extraction reagent such as octylmethylammonium chloride.

抽出試薬を担持した固相抽出材料による、金属吸着性能は繊維表面に担持された抽出試薬量に大きく依存している。現状は担持量が大きくないため、吸着容量が小さく、頻繁な再生操作を必要としコスト高を招いている。そのため、抽出試薬の担持量を大きくするための検討がなされている。   The metal adsorption performance by the solid-phase extraction material carrying the extraction reagent greatly depends on the amount of the extraction reagent carried on the fiber surface. At present, since the carrying amount is not large, the adsorption capacity is small, and frequent regeneration operations are required, resulting in high costs. Therefore, studies have been made to increase the amount of extraction reagent supported.

半導体工場など精密関連産業では、水ばかりでなく空気の清浄化が必要である。クリーンルームなどの清浄空間において、化学汚染物質を除去する空気浄化フィルターが提案されている(特許文献7)。ここでは、繊維の集合体である不織布を基材として、放射線を照射しGMAをグラフト重合した後、スルホン酸基を導入し強酸性カチオン交換不織布を得ている。この材料によって、空気中に存在する化学汚染物質、例えばアンモニアを除去する技術が開示されている。アニオン交換基を導入した材料では有機酸や塩化水素など酸性ガスが除去を除去できる。空気浄化用フィルターでは、流通速度がSV50000を超える高速で処理される場合が多く、接触時間1秒以下で1ppm程度のアンモニアをppbレベルにできる性能が要求される。   In precision industries such as semiconductor factories, it is necessary to clean not only water but also air. An air purification filter that removes chemical contaminants in a clean space such as a clean room has been proposed (Patent Document 7). Here, a non-woven fabric that is an aggregate of fibers is used as a base material, and after irradiation with radiation and GMA is graft-polymerized, a sulfonic acid group is introduced to obtain a strongly acidic cation-exchange non-woven fabric. This material discloses a technique for removing chemical contaminants, such as ammonia, present in the air. In the material in which the anion exchange group is introduced, removal of acidic gas such as organic acid and hydrogen chloride can be removed. The air purification filter is often processed at a high flow rate exceeding SV50000, and is required to have a performance capable of bringing about 1 ppm of ammonia to a ppb level with a contact time of 1 second or less.

空気清浄用フィルターが常に安定した除去性能を発揮するために、不織布シートを積層させ吸着容量を大きくする方法や、圧力損失を高くしないためにプリーツ折の折り数を増加させ、不織布面の通過速度を下げるなど安全側の設計をしながら実機に適用している。
しかしながら、フィルター個数の増加や送風機容量の過大化などコスト高の問題がある。 したがって、吸着容量を維持しつつ、圧力損失が小さく除去率の大きな不織布材料の出現が期待されている。
In order for the air cleaning filter to always exhibit stable removal performance, the nonwoven fabric sheet is laminated to increase the adsorption capacity, the pleat fold number is increased to prevent pressure loss, and the nonwoven fabric surface passing speed is increased. It is applied to the actual machine while designing the safety side, such as lowering.
However, there are high cost problems such as an increase in the number of filters and an increase in the capacity of the blower. Therefore, it is expected that a nonwoven material having a small pressure loss and a large removal rate will be maintained while maintaining the adsorption capacity.

PM2.5などによる健康被害、花粉症、鳥インフルエンザウィルスの感染など空気環境に対する安全意識が高まっている。汚染の拡大を防ぐ予防対策として機能化されたマスクが開発されている。現在市販されているマスクの多くは、阻止効果の高い孔径の小さな不織布をマスクに組み込むことで対応している。   Safety awareness of air environment such as health hazards due to PM2.5, hay fever and avian influenza virus is increasing. Functionalized masks have been developed as preventive measures to prevent the spread of contamination. Many of the masks currently on the market respond by incorporating a non-woven fabric having a high blocking effect and a small pore diameter into the mask.

これら微粒子はろ過作用で除去されているため、除去効率を上げるには、孔径を小さくしなければならず、呼吸が苦しくなるという大きな問題点がある。不織布をプリーツ折りすることによって、ろ過面積を大きくし、流通速度を小さくする工夫もなされているが、プリーツ数を増やすとコスト高になることや装着感が悪いために実用的でなくなる。   Since these fine particles are removed by a filtering action, in order to increase the removal efficiency, there is a big problem that the pore diameter must be reduced and breathing becomes difficult. Although the invention has been devised to increase the filtration area and decrease the flow rate by folding the nonwoven fabric in pleats, increasing the number of pleats increases the cost and impairs the mounting feeling, making it impractical.

このような課題を解決するために、放射線グラフト重合法により繊維にアニオン交換基を有するグラフト側鎖を導入した花粉吸着材が提案されている(特許文献8)。ここでは、繊維にアニオン交換基由来の正の電荷を保持させ、花粉やMRSAなどの微生物が除去できること、さらにカチオン交換基を導入した繊維でアンモニアなどの悪臭も除去できることが示されている。ウィルスを不活化することも開示されている。   In order to solve such a problem, a pollen adsorbent in which a graft side chain having an anion exchange group is introduced into a fiber by a radiation graft polymerization method has been proposed (Patent Document 8). Here, it is shown that a positive charge derived from an anion exchange group can be retained in a fiber, and microorganisms such as pollen and MRSA can be removed, and furthermore, a bad odor such as ammonia can be removed by a fiber into which a cation exchange group is introduced. Inactivating viruses is also disclosed.

この機能化した繊維を使用したマスクは高性能であるがコストが非常に高いため、汎用品であるにもかかわらず広範囲に利用されるに至っていない。したがって、息苦しさを感じさせず、粒子の除去性能の高い素材の開発に対する要求が高い。そして、なるべくコストをかけない素材が期待されている。   A mask using this functionalized fiber has high performance but is very expensive, so it has not been widely used despite being a general-purpose product. Therefore, there is a high demand for the development of a material with high particle removal performance that does not make you feel stuffy. And materials that do not cost as much as possible are expected.

また、放射線グラフト重合法による繊維材料を、空気中の水分の吸脱着に利用する技術が提案されている(特許文献9)。デシカント空調機は水分吸脱着可能なデシカントロータ―を回転させ、ローターの一部で空気を吸込み吸湿を行い、他の部分で加熱空気を送って脱湿する形式の空調機であり、デシカント材によって回転速度や加温条件など性能が大きく変わる。デシカント材は水分の吸脱着速度が大きい方が、ローターの大きさを小さくでき、回転速度をあげることができる。ここに、使用する材料としては、無機系材料の他、イオン交換基、キレート基及び非イオン性親水基など官能基を付与した有機系材料も提案されており、脱臭機能との複合化、軽量化、廃棄物処理の容易さなど性能向上に対する期待が大きい。   Moreover, the technique which utilizes the fiber material by a radiation graft polymerization method for the adsorption / desorption of the water | moisture content in the air is proposed (patent document 9). A desiccant air conditioner is a type of air conditioner that rotates a desiccant rotor that can absorb and desorb moisture, absorbs moisture by absorbing part of the rotor, and sends dehumidified air by sending heated air to the other part. Performance such as rotation speed and heating conditions changes greatly. As the desiccant material has a higher moisture absorption / desorption rate, the size of the rotor can be reduced and the rotation speed can be increased. In addition to inorganic materials, organic materials with functional groups such as ion exchange groups, chelate groups, and nonionic hydrophilic groups have been proposed as materials to be used. There are great expectations for improved performance, such as ease of use and waste disposal.

放射線グラフト重合法を高分子基材に適用すると、ラジカルが基材の表面だけでなく内部にも生成し、グラフト鎖が基材の内外に成長する。基材の外に成長したグラフト鎖であるポリマーブラシにタンパク質吸着を吸着させる技術が提案されている。   When the radiation graft polymerization method is applied to a polymer substrate, radicals are generated not only on the surface of the substrate but also on the inside, and graft chains grow inside and outside the substrate. A technique for adsorbing protein adsorption to a polymer brush, which is a graft chain grown outside a substrate, has been proposed.

多孔性中空糸膜を基材として、放射線グラフト重合によりGMAをグラフト重合後、ジエチルアミンを反応させ、牛血清アルブミン(BSA)を吸着させる技術が開示されている(非特許文献1)。ここで、BSAは5ナノメーター程度のサイズを有し、材料の内部に侵入できないため、もっぱらポリマーブラシに吸着している。そして、BSAがグラフト鎖に多層吸着し、この層数よりポリマーブラシの長さを推定できるとしている。   A technique is disclosed in which GMA is graft-polymerized by radiation graft polymerization using a porous hollow fiber membrane as a base material and then reacted with diethylamine to adsorb bovine serum albumin (BSA) (Non-patent Document 1). Here, since BSA has a size of about 5 nanometers and cannot enter the material, it is adsorbed exclusively on the polymer brush. BSA is adsorbed in multiple layers on the graft chain, and the length of the polymer brush can be estimated from the number of layers.

この技術を利用して、さまざまな技術開発がなされてきた。例えば、放射線グラフト重合法を利用して、ポリオレフィン系多孔性基材膜の膜孔表面に中性ヒドロキシル基と疎水性基を導入し、牛血清アルブミンのようなタンパクを吸着する材料が提案されている(特許文献10)。さらに、放射線グラフト重合法により、多孔膜にGMAをグラフト重合後、中性ヒドロキシル基とジエチルアミノ基を導入し、卵白蛋白質を分離できる吸着材料が提案されている(特許文献11)。また、多孔性シートに放射線グラフト重合法によりGMAをグラフト重合後、イミノジ酢酸基を導入し、その後ニッケルイオン型に変換することによって、当該金属イオンと親和性のあるシステイン、ヒスチジン又はトリプトファンなどタンパク質を吸着させる技術が開示されている(特許文献12)。   Various technologies have been developed using this technology. For example, materials that adsorb proteins such as bovine serum albumin by introducing neutral hydroxyl groups and hydrophobic groups into the surface of the pores of polyolefin-based porous substrate membranes using a radiation graft polymerization method have been proposed. (Patent Document 10). Furthermore, an adsorbent material that can separate egg white proteins by introducing neutral hydroxyl groups and diethylamino groups after graft polymerization of GMA onto the porous membrane by a radiation graft polymerization method has been proposed (Patent Document 11). In addition, after graft polymerization of GMA to the porous sheet by radiation graft polymerization, iminodiacetic acid groups are introduced, and then converted to nickel ion type, so that proteins such as cysteine, histidine or tryptophan having affinity for the metal ions can be obtained. A technique for adsorbing is disclosed (Patent Document 12).

このように、放射線グラフト重合法によるタンパク吸着材の製造技術については先行研究がある。しかしながら、特定の高分子基材に対しグラフト鎖を導入し、このグラフト鎖に導入された官能基の種類を変え、タンパクとの相互作用を研究開発するような先行例が多く、ポリマーブラシの数と長さを大きくすることで、タンパク吸着量の向上を目指した研究はなかった。ポリマーブラシの比率を高めることによって、タンパクのみならず、酵素、ウィルス、遺伝子、抗原、抗体など生化学分野のサイズの大きな特定物質を効率よく吸着分離できると思われる。   Thus, there is a prior study on the production technique of the protein adsorbent by the radiation graft polymerization method. However, there are many precedent examples in which graft chains are introduced into a specific polymer substrate, the types of functional groups introduced into the graft chains are changed, and the interaction with proteins is researched and developed. There was no research aimed at improving the amount of protein adsorption by increasing the length. By increasing the ratio of the polymer brushes, it seems that not only proteins but also large specific substances in the biochemical field such as enzymes, viruses, genes, antigens and antibodies can be adsorbed and separated efficiently.

以上、説明したように、放射線グラフト重合法により製造されたイオン交換繊維やキレート繊維など機能性繊維は大きな吸着速度と低圧力損失という特長を生かし、フィルター形状に成型し、高速に液体を通過させる処理が行われてきた。また、モール(組みひも)に加工し、大量の滞留水中に係留するなどさまざま環境に対応した使用方法が可能となった。空気浄化においても、精密産業用ケミカルフィルターやマスク材料などに応用されるようになった。従来のイオン交換樹脂の場合は、カラム方式でしか利用できなかった点を鑑みると、利用形態の大幅な拡大が達成できたといえる。   As explained above, functional fibers such as ion-exchange fibers and chelate fibers manufactured by radiation graft polymerization have the advantage of high adsorption speed and low pressure loss, and are molded into a filter shape to allow liquid to pass at high speed. Processing has been done. In addition, it has become possible to use it in various environments, such as by processing it into a mall and braiding it in a large amount of accumulated water. In air purification, it has come to be applied to precision industrial chemical filters and mask materials. In the case of a conventional ion exchange resin, it can be said that a significant expansion of the usage mode has been achieved in view of the fact that it can be used only in the column system.

また、放射線グラフト重合法によって高分子基材に導入される機能は、イオン交換基やキレート基の他、グラフト鎖間に無機化合物や抽出試薬を担持し、これまで困難であった環境でのイオンの除去や静電吸着による固形物の除去にまで及んでいる。また、ポリマーブラシによるタンパク、ウィルスの吸着や触媒担持材料による酸化還元性物質の除去も可能になってきた。   The function introduced into the polymer substrate by the radiation graft polymerization method is that ion exchange groups and chelate groups, and inorganic compounds and extraction reagents are supported between the graft chains. And removal of solids by electrostatic adsorption. In addition, it has become possible to adsorb proteins and viruses with a polymer brush and remove redox substances with a catalyst support material.

しかしながら、放射線グラフト重合法は高分子基材の選定が自由にできる点や成型加工が容易である点が強調されすぎ、放射線グラフト重合のもう一つの重要な特長、片端が基材に固定されているが、他端が自由端であるという独特の高分子構造を積極的に利用しようとする試みが少なかった。特に、ポリマーブラシは基材の外側にグラフト鎖が伸長するため、このブラシの長さや数を大きくした材料は分離機能性材料として大きな可能性を有している。   However, the radiation graft polymerization method emphasizes the point that the polymer base material can be freely selected and the molding process is easy, and another important feature of the radiation graft polymerization is that one end is fixed to the base material. However, there have been few attempts to actively utilize the unique polymer structure in which the other end is a free end. In particular, since a polymer chain has a graft chain extending outside the substrate, a material having a large brush length or number has great potential as a separation functional material.

特開平6−49236号公報JP-A-6-49236 特開2002−20959号公報JP 2002-20959 A 特開2013−011599号公報JP 2013-011599 A 特開2013−212484号公報JP 2013-212484 A 特開2016−024183号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-024183 特開2005―331510号公報JP 2005-331510 A 特公平6−20554号公報Japanese Patent Publication No. 6-20554 特許第504467号公報Japanese Patent No. 504467 特許第4176932号公報Japanese Patent No. 4176932 特開平5−209071号公報JP-A-5-209071 特開平11−12300号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-12300 特開2009−101289号公報JP 2009-101289 A

“High−throughput processing of proteins using a porous and tentacle anion−exchange membrane” Satoshi Tsuneda, Journal of Chromatography A, 689 (1995) 211−218“High-throughput processing of proteins using a porous and tenuous anion-exchange membrane” Satoshi Tsuneda, Journal of Chromatography A2 (68)

放射線グラフト重合法により繊維外に伸長したグラフト鎖であるポリマーブラシの比率を高めることによって、次に示す繊維状吸着材の機能を向上させることが課題である。イオン交換繊維やキレート繊維の吸着性能を向上させ、イオンと粒子を高速除去できる吸着性能を有する吸着材、そしてその製造法及び利用方法を提案することが本発明の第1の課題である。また、イオン交換繊維、キレート繊維、疎水性基を利用した担持型吸着材料において、担持物の強固な固定及び担持量の増大を図り、イオン交換基やキレート基の機能を維持しながら、担持物の機能を発現させる機能の複合化した繊維状吸着材とその利用方法を提供することが第2の課題である。さらに、空気浄化においても、イオン性ガスと浮遊微粒子状物質とを同時に効率よく除去できる吸着材とその製造法及び利用方法を提案することが本発明の第3の課題である。タンパクやウィルスなどサイズの大きな分子を吸着できるグラフト鎖、即ちポリマーブラシの比率を高めた繊維状吸着材を提供することが第4の課題である。   It is a problem to improve the function of the fibrous adsorbent shown below by increasing the ratio of the polymer brush which is a graft chain extended outside the fiber by the radiation graft polymerization method. It is a first object of the present invention to propose an adsorbent having an adsorption performance capable of improving the adsorption performance of ion exchange fibers and chelate fibers and removing ions and particles at high speed, and a method for producing and using the same. In supported adsorbent materials using ion-exchange fibers, chelate fibers, and hydrophobic groups, the support can be firmly fixed and the amount supported can be increased, while maintaining the functions of ion-exchange groups and chelate groups. It is a second problem to provide a composite fibrous adsorbent having a function of developing the function and a method of using the same. Furthermore, in air purification, it is a third object of the present invention to propose an adsorbent that can efficiently remove ionic gas and suspended particulate matter simultaneously, and a method for producing and using the same. A fourth problem is to provide a fibrous adsorbent having an increased ratio of graft chains, that is, polymer brushes, capable of adsorbing large molecules such as proteins and viruses.

本発明は次の特徴を有する繊維状吸着材と製造方法及びその使用方法を提供し、先に述べた課題を解決しようとするものである。   The present invention provides a fibrous adsorbent having the following characteristics, a production method and a method for using the same, and intends to solve the above-described problems.

(1)グラフト鎖に機能性官能基が導入された分離機能性繊維であって、ポリマーブラシの比率が液相グラフト重合法で得られる吸着材のポリマーブラシの比率よりも牛血清アルブミン吸着量ベースで5mg/g―繊維以上500mg/g−繊維以下の吸着容量となるようにポリマーブラシの比率が高められた吸着材。   (1) Separation functional fiber in which a functional functional group is introduced into the graft chain, wherein the ratio of the polymer brush is based on the amount of bovine serum albumin adsorbed than the ratio of the polymer brush of the adsorbent obtained by the liquid phase graft polymerization method An adsorbent in which the ratio of the polymer brush is increased so that the adsorption capacity is 5 mg / g-fiber or more and 500 mg / g-fiber or less.

(2)前記、機能性官能基がイオン交換基、キレート基、非イオン性親水基及び疎水性基の少なくともいずれかより選択された(1)のポリマーブラシの比率が高められた吸着材。 (2) The adsorbent having an increased ratio of the polymer brush according to (1), wherein the functional functional group is selected from at least one of an ion exchange group, a chelate group, a nonionic hydrophilic group, and a hydrophobic group.

(3)前記、分離機能性繊維の形状は繊維、単繊維、繊維の集合体である撚糸、織布、不織布、カット繊維、中空繊維及びそれらの加工品の少なくともいずれかより選択される(1)乃至(2)記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材。 (3) The shape of the separation functional fiber is selected from at least one of a fiber, a single fiber, a twisted yarn that is an aggregate of fibers, a woven fabric, a nonwoven fabric, a cut fiber, a hollow fiber, and a processed product thereof (1) ) To (2) are adsorbents having an increased ratio of the polymer brush.

(4)前記、グラフト鎖は前照射気相グラフト重合法及び前照射エマルショングラフト重合法から選択された方法により付与されたものである(1)乃至(3)記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材。 (4) The ratio of the polymer brush according to (1) to (3) is increased, wherein the graft chain is provided by a method selected from a pre-irradiation gas phase graft polymerization method and a pre-irradiation emulsion graft polymerization method. Adsorbent.

(5)前記、前照射エマルショングラフト重合法は非親水性モノマー、界面活性剤及び水を含む水中油滴型エマルション溶液を使用し、グラフト率は20〜200%である(1)乃至(4)記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材。 (5) The pre-irradiation emulsion graft polymerization method uses an oil-in-water emulsion solution containing a non-hydrophilic monomer, a surfactant and water, and the graft ratio is 20 to 200% (1) to (4) Adsorbent with increased ratio of the described polymer brush.

(6)前記、エマルショングラフト重合法に利用する非親水性モノマーがメタクリル酸グリシジルである(1)乃至(5)記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材。 (6) The adsorbent having an increased ratio of the polymer brush according to any one of (1) to (5), wherein the non-hydrophilic monomer used in the emulsion graft polymerization method is glycidyl methacrylate.

(7)前記、ポリマーブラシの比率が高められた吸着材のポリマーブラシ間に担持物が担持された(1)乃至(6)記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材。 (7) The adsorbent with an increased ratio of the polymer brush according to (1) to (6), wherein a support is supported between the polymer brushes of the adsorbent with the increased ratio of the polymer brush.

(8)前記、担持物はフェロシアン酸金属塩不溶化物、含水酸化チタン、チタン酸金属塩、銀及び銀化合物の少なくともいずれか、白金族元素及び白金族元素化合物の少なくともいずれか、遷移金属元素及び遷移金属元素化合物の少なくともいずれか、抽出試薬、酵素を含むものである(1)乃至(7)記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材。 (8) The support is a ferrocyanate metal salt insolubilized product, hydrous titanium oxide, metal titanate, at least one of silver and a silver compound, at least one of a platinum group element and a platinum group element compound, a transition metal element And an adsorbent with an increased ratio of the polymer brush according to any one of (1) to (7), which contains an extraction reagent and an enzyme.

(9)前記、(1)乃至(8)記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材と有用物質又は有害物質を含有する流体とを接触させる流体の処理方法。 (9) A method for treating a fluid, wherein the adsorbent having an increased ratio of the polymer brush according to (1) to (8) is contacted with a fluid containing a useful substance or a harmful substance.

(10)前記、(1)乃至(8)記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材により、液体中のイオン及びコロイド粒子を同時に除去する(9)に記載の有用物質又は有害物質を含有する流体とを接触させる流体の処理方法。 (10) The useful material or harmful substance according to (9) is removed by simultaneously removing ions and colloidal particles in the liquid by the adsorbent with the increased ratio of the polymer brush according to (1) to (8). A method of treating a fluid in contact with a fluid to be treated.

(11)前記、(1)乃至(8)記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材により、液体中から除去される物質は金属イオン、ハロゲン化物イオン、イオン状及び/又はコロイド状の放射性セシウム、イオン状及び/又はコロイド状の放射性ストロンチウム、イオン状及び/又はコロイド状の放射性ヨウ素、腐植質を含む着色物質、ウィルス、微生物から選択されたものである(10)記載の有用物質又は有害物質を含有する流体とを接触させる流体の処理方法。 (11) The substance removed from the liquid by the adsorbent in which the ratio of the polymer brush described in (1) to (8) is increased is a metal ion, halide ion, ionic and / or colloidal radioactive material. Useful substances or harmful substances according to (10) selected from cesium, ionic and / or colloidal radioactive strontium, ionic and / or colloidal radioactive iodine, colored substances including humic substances, viruses and microorganisms A method for treating a fluid, which is brought into contact with a fluid containing a substance.

(12)前記、(1)乃至(8)記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材により、空気中の悪臭物質と浮遊粒子状物質を同時除去する(9)に記載の有用物質又は有害物質を含有する流体とを接触させる流体の処理方法。 (12) The useful substance or harmful substance according to (9), wherein malodorous substances and suspended particulate matter in the air are simultaneously removed by the adsorbent having an increased ratio of the polymer brush according to (1) to (8). A method for treating a fluid, which is brought into contact with a fluid containing a substance.

(13)前記、(1)乃至(8)記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材により、空気中から除去される物質は、塩基性ガス、酸性ガス、ウィルス、花粉、エアロゾルから選択されたものである(12)に記載の有用物質又は有害物質を含有する流体とを接触させる流体の処理方法。 (13) The substance removed from the air by the adsorbent with the increased ratio of the polymer brush described in (1) to (8) above is selected from basic gas, acid gas, virus, pollen, and aerosol. (12) is a method for treating a fluid that is brought into contact with a fluid containing a useful substance or a harmful substance.

(14)前記、(1)乃至(8)記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材により、吸着又は精製される物質はタンパク質、酵素、ウィルス、抗原、抗体、生化学関連物質から選択されたものである(9)に記載の有用物質又は有害物質を含有する流体とを接触させる流体の処理方法。 (14) The substance adsorbed or purified by the adsorbent with the increased ratio of the polymer brush described in (1) to (8) above is selected from proteins, enzymes, viruses, antigens, antibodies, and biochemical related substances. (9) is a method for treating a fluid that is brought into contact with a fluid containing a useful substance or a harmful substance.

(15)前記、(1)乃至(8)記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材により、処理される物質が酸化・還元性物質である(9)に記載の有用物質又は有害物質を含有する流体とを接触させる流体の処理方法。 (15) The useful substance or harmful substance according to (9), wherein the substance to be treated is an oxidizing / reducing substance by the adsorbent having an increased ratio of the polymer brush according to (1) to (8). A method for treating a fluid in contact with a contained fluid.

本発明者らは鋭意検討の結果、基材の表面から内部にわたりグラフト鎖が分布しているよりも、基材表面から基材外側に向かって伸長するグラフト鎖であるポリマーブラシの比率が高いほど被吸着物質の吸着速度が大きくなることを見出し、本発明に想到した。特に、有害又は有用金属イオンと同時にコロイド粒子のような微粒子も同時に除去できることやタンパクなどのサイズの大きな生化学関連物質を本発明の材料が効果的に吸着できることを見出した。さらに、ポリマーブラシの比率を高くすることにより、担持型吸着材料の担持物が強固に固定化できることや担持物による吸着機能とコロイド粒子の吸着機能をより効果的に発現させることができることを見出した。さらに、このポリマーブラシの効果は液体処理ばかりでなく、空気浄化に効果があることを見出した。本発明の結果として、基材中心部付近にはグラフト重合しない部分が多く存在し、物理的強度の低下が小さく、吸着材の機械的特性が改善することも分かった。   As a result of intensive studies, the inventors have found that the higher the ratio of the polymer brush that is a graft chain extending from the substrate surface toward the outside of the substrate, the higher the proportion of the graft chain distributed from the substrate surface to the inside. The present inventors have found that the adsorption rate of the substance to be adsorbed is increased and arrived at the present invention. In particular, it has been found that fine particles such as colloidal particles can be removed simultaneously with harmful or useful metal ions, and that the material of the present invention can effectively adsorb large biochemical related substances such as proteins. Furthermore, it has been found that by increasing the ratio of the polymer brush, the support of the support-type adsorption material can be firmly fixed, and the adsorption function by the support and the adsorption function of the colloidal particles can be expressed more effectively. . Furthermore, it has been found that the effect of this polymer brush is effective not only for liquid treatment but also for air purification. As a result of the present invention, it was also found that there are many portions that are not graft-polymerized in the vicinity of the center of the substrate, the decrease in physical strength is small, and the mechanical properties of the adsorbent are improved.

図1は繊維断面の表層部の様子を、左から順に繊維基材、通常の液相グラフト重合、本発明のポリマーブラシの比率が高められた繊維材料の順に示したものである。繊維基材ではポリマーの非晶部1及び結晶部2から繊維が構成されている。グラフト重合する前の状態であるため、ポリマーブラシ4に相当するものがない。通常の液相グラフト重合法で得られるグラフト繊維は中央の図にあるように、ポリマーブラシ4が少なく、グラフト鎖3のほとんどは繊維内部に形成される。この部分をポリマールーツとよぶ。本発明のポリマーブラシ4の比率が高められた吸着材は、通常の液相グラフト重合法で得られるものと比べグラフト鎖が繊維中心部で少なく、繊維の外側に多数存在している。この比較図は、同一の放射線照射量及び同一グラフト率で比較した場合のイメージ図であり、視覚的に理解しやすいように作成したものである。   FIG. 1 shows the appearance of the surface layer part of the fiber cross section in order of the fiber base material, the usual liquid phase graft polymerization, and the fiber material in which the ratio of the polymer brush of the present invention is increased in order from the left. In the fiber base material, fibers are composed of the amorphous part 1 and the crystalline part 2 of the polymer. Since this is a state before graft polymerization, there is no equivalent to the polymer brush 4. As shown in the center figure, the graft fiber obtained by a normal liquid phase graft polymerization method has few polymer brushes 4 and most of the graft chains 3 are formed inside the fiber. This part is called polymer roots. The adsorbent in which the ratio of the polymer brush 4 of the present invention is increased has fewer graft chains at the center of the fiber than the one obtained by a normal liquid phase graft polymerization method, and many exist on the outside of the fiber. This comparison diagram is an image diagram when compared with the same radiation dose and the same graft ratio, and is created so that it can be easily understood visually.

ポリマーブラシの比率を高くするには、基材繊維の外側に伸長するグラフト鎖の数と長さを大きくすることによって達成できる。ポリマーブラシを基材から分離することが極めて難しいため、ポリマーブラシの数や長さを定量することが不可能であるが、本発明者らの研究により、牛血清アルブミン(BSA)のようなサイズの大きな分子は繊維の内部には進入せず、グラフト鎖に多層吸着することが分かっている(非特許文献1)。BSAの吸着容量を測定することにより、ポリマーブラシの数と長さを間接的に推定することができ、実用上は十分である。   Increasing the ratio of the polymer brush can be achieved by increasing the number and length of graft chains extending to the outside of the base fiber. Since it is extremely difficult to separate the polymer brush from the base material, it is impossible to quantify the number and length of the polymer brush. It is known that large molecules of do not penetrate into the inside of the fiber and are adsorbed in multiple layers on the graft chain (Non-patent Document 1). By measuring the adsorption capacity of BSA, the number and length of polymer brushes can be estimated indirectly, which is sufficient for practical use.

ポリマーブラシの比率を高めた繊維状吸着材によって得られる効果は次の通りである。荷電層を厚くし、イオンの除去だけではなくコロイド粒子除去効率を向上させる。また、空気浄化において、イオン性ガスの除去とエアロゾルの除去効率を上げる。さらに、担持型吸着材料における担持物の担持率の向上と強固な固定。そして、タンパクなどブラシに多層吸着していたサイズの大きな生化学関連物質のさらなる多層化の実現。以下、さらに詳細に説明する。   The effects obtained by the fibrous adsorbent with an increased polymer brush ratio are as follows. The thickness of the charged layer is increased to improve colloidal particle removal efficiency as well as ion removal. Also, in air purification, the removal efficiency of ionic gas and aerosol is increased. In addition, the support rate of the support in the support-type adsorbent material is improved and it is firmly fixed. Realization of further multi-layering of large biochemical substances such as protein adsorbed on the brush. This will be described in more detail below.

発明者らは図2に示すシリンジ型カラム6とシリンジポンプ5による実験装置を用い、BSAの流通試験を行うことによって、ポリマーブラシの比率の目安を得ている。吸着材7を充填したシリンジに所定濃度のBSA溶液をSV10程度で通液し、処理液8のBSA濃度を測定することにより図3に示すような破過曲線を作成する。その破過曲線から原液のBSA濃度の10%が漏出する時点までの原液BSA濃度と通液倍量(充填体積の何倍量を通液したかを表す)との積を動的吸着容量としている。図3において影で示した部分のことである。通常の液相グラフト重合法で得られる吸着材と比べ、動的吸着容量が5倍以上となる材料をポリマーブラシの比率が高められた吸着材料と呼ぶ。ここで、比較のための製造条件は同一の基材、同一の放射線源、照射量、官能基種類及びグラフト率であることが必要である。   The inventors have obtained a measure of the ratio of the polymer brush by conducting a BSA flow test using an experimental apparatus using the syringe type column 6 and the syringe pump 5 shown in FIG. A breakthrough curve as shown in FIG. 3 is created by passing a BSA solution of a predetermined concentration through the syringe filled with the adsorbent 7 at about SV10 and measuring the BSA concentration of the treatment liquid 8. From the breakthrough curve, the product of the stock solution BSA concentration up to the point at which 10% of the stock solution BSA leaks out and the fluid passage volume (representing how many times the filling volume was passed through) is taken as the dynamic adsorption capacity. Yes. This is a portion indicated by a shadow in FIG. Compared to an adsorbent obtained by a normal liquid phase graft polymerization method, a material having a dynamic adsorption capacity of 5 times or more is referred to as an adsorbent with an increased polymer brush ratio. Here, the manufacturing conditions for comparison need to be the same substrate, the same radiation source, the irradiation amount, the functional group type, and the graft ratio.

前照射液相グラフト重合法で得られる繊維状吸着材の動的吸着容量は5mg/g−繊維以下であり、極微量の金属イオンの除去率やBSA吸着容量が不安定となる。従って、BSAの動的吸着容量は5mg/g−繊維以上が好ましい。動的吸着容量が500mg/g−繊維を超えると、イオンの吸着容量は大きくなるが、BSAの吸着容量がさほど増加しなくなる。動的吸着容量は基材の種類や化学構造によって異なり、例えばポリエチレンのように疎水性の大きな繊維に対してはポリマーブラシの比率が大きくなる。また、吸着容量以外の問題点として、繊維の物理的強度の劣化、グラフト鎖の擦れによる欠損、洗浄水量の増大などの製造工程や使用上における問題点があるため、500mg/g−繊維以下が好ましい。従って、BSAの動的吸着容量は5〜500mg/g−繊維の範囲であり、好ましくは10〜400mg/g−繊維、さらに好ましくは15〜350mg/g−繊維の範囲が好ましい。BSAの動的吸着容量が5〜500mg/g−繊維の範囲にある繊維状吸着材をポリマーブラシの比率が高められた吸着材と呼ぶ。   The dynamic adsorption capacity of the fibrous adsorbent obtained by the pre-irradiation liquid phase graft polymerization method is 5 mg / g-fiber or less, and the removal rate of a trace amount of metal ions and the BSA adsorption capacity become unstable. Therefore, the dynamic adsorption capacity of BSA is preferably 5 mg / g-fiber or more. When the dynamic adsorption capacity exceeds 500 mg / g-fiber, the ion adsorption capacity increases, but the BSA adsorption capacity does not increase much. The dynamic adsorption capacity varies depending on the type and chemical structure of the base material, and the ratio of the polymer brush is increased for fibers having a large hydrophobicity such as polyethylene. Further, as problems other than the adsorption capacity, there are problems in the production process and use such as deterioration of physical strength of fibers, abrasion due to graft chain rubbing, and increase in the amount of washing water. preferable. Therefore, the dynamic adsorption capacity of BSA is in the range of 5 to 500 mg / g-fiber, preferably 10 to 400 mg / g-fiber, more preferably 15 to 350 mg / g-fiber. A fibrous adsorbent having a BSA dynamic adsorption capacity in the range of 5 to 500 mg / g-fiber is referred to as an adsorbent with an increased polymer brush ratio.

また、ポリマーブラシの比率が高められた吸着材はブラシが収縮していては十分大きな吸着分離性能が得られない。ポリマーブラシを膨潤させるため、グラフト鎖にイオン交換基やキレート基のようなイオン性解離基又は非イオン性親水基を導入すると、荷電反発や水分子の配位によりグラフト鎖が膨潤する。スルホン酸基やカルボキシル基のようなカチオン交換基は負に帯電し、4級アンモニウム基や3級アミノ基などアニオン交換基は正に帯電するため、グラフト鎖の荷電反発が起こり、ポリマーブラシが伸長する。   Also, an adsorbent with an increased ratio of polymer brush cannot obtain a sufficiently large adsorptive separation performance if the brush is contracted. In order to swell the polymer brush, when an ionic dissociation group such as an ion exchange group or a chelate group or a nonionic hydrophilic group is introduced into the graft chain, the graft chain swells due to charge repulsion or coordination of water molecules. Since cation exchange groups such as sulfonic acid groups and carboxyl groups are negatively charged, and anion exchange groups such as quaternary ammonium groups and tertiary amino groups are positively charged, the charge repulsion of the graft chain occurs and the polymer brush extends. To do.

アミド基や水酸基のような非イオン性親水基も水分子を官能基の周囲に配位させるため、グラフト鎖が膨潤する。また、キレート基として代表的なイミノジ酢酸基、エチレンジアミン基やアミドキシム基なども親水基やイオン性解離基を有するため、グラフト鎖を膨潤させ、ポリマーブラシを伸長させる。カルボキシル基は隣接する水酸基と水素結合するため、ナトリウム塩型に変換するなど、使用条件等によって塩型調整が必要である。3級アミンを有する弱塩基性アニオン交換基の場合も同様に、使用前に酸処理するなど注意する必要がある。グラフト鎖にはグラフト鎖を膨潤させる官能基が導入されていることが重要である。   Since nonionic hydrophilic groups such as amide groups and hydroxyl groups also coordinate water molecules around the functional group, the graft chain swells. In addition, since iminodiacetic acid group, ethylenediamine group, amidoxime group and the like, which are typical chelate groups, have a hydrophilic group or an ionic dissociation group, the graft chain is swollen and the polymer brush is elongated. Since the carboxyl group forms a hydrogen bond with the adjacent hydroxyl group, it is necessary to adjust the salt type depending on the use conditions such as conversion to a sodium salt type. Similarly, in the case of a weakly basic anion exchange group having a tertiary amine, it is necessary to pay attention to acid treatment before use. It is important that a functional group that swells the graft chain is introduced into the graft chain.

疎水性基は抽出試薬などの担持のための足場として使用される。例えば、ドデシルアミンやオクタデシルアミンのような直鎖アルキルアミンは末端にアミノ基を有し、GMAのエポキシ基との反応する。グラフト鎖に近い方にアミノ基、グラフト鎖から離れた外側に直鎖アルキルが伸長し、抽出試薬のリン酸水素ビス 2-エチルヘキシル(HDEHP)などを担持しやすい構造をとっている。抽出試薬担持工程ではイソプロピルアルコールのような有機溶媒を使用するため、疎水性基を有するポリマーブラシの比率が高いと抽出試薬を多く担持できる。   The hydrophobic group is used as a scaffold for supporting an extraction reagent or the like. For example, linear alkylamines such as dodecylamine and octadecylamine have an amino group at the terminal and react with the epoxy group of GMA. The amino group is closer to the graft chain, and the straight chain alkyl is extended to the outer side away from the graft chain, so that the extraction reagent bis 2-ethylhexyl hydrogen phosphate (HDEHP) is easily supported. Since an organic solvent such as isopropyl alcohol is used in the extraction reagent loading step, a large amount of extraction reagent can be loaded when the ratio of the polymer brush having a hydrophobic group is high.

放射線グラフト重合法を適用できる高分子素材としては既存の様々な高分子成型体を利用することができるが、繊維は利用できる製品の形態が多く、また放射線グラフト重合法を適用し繊維状吸着材を製造した後、適用個所に応じて成型加工が容易であるため、好適な素材である。特に、吸着速度が大きい点に加え、充填密度が小さいため、カラムで使用する場合においても、高流速にもかかわらず低圧力損失であるなど特長を生かすことができる。本発明のポリマーブラシの比率が高められた吸着材の提案により、高流速でもより安定した処理を行うことができる。   Although various existing polymer moldings can be used as the polymer material to which the radiation graft polymerization method can be applied, there are many types of products that can be used for the fiber, and the fibrous graft adsorbent is applied by applying the radiation graft polymerization method. After being manufactured, it is a suitable material because it can be easily molded according to the application location. In particular, since the packing density is small in addition to the high adsorption rate, the characteristics such as low pressure loss despite the high flow rate can be utilized even when used in a column. By the proposal of the adsorbent with the increased ratio of the polymer brush of the present invention, more stable treatment can be performed even at a high flow rate.

放射線グラフト重合法における吸着材の製造方法を図4に示す。グラフト重合の前にあらかじめ基材に放射線照射を行うことを前照射と呼ぶ。放射線グラフト重合法で分離機能性材料を製造する場合、一般的に、照射済み基材をモノマー溶液に浸漬させたままグラフト重合反応を行う前照射液相グラフト重合を採用している。この方法で得られる材料は、基材の内部までモノマーが浸透すること及び単独重合物の生成量が少ないため、本発明の吸着材料と比べポリマーブラシの比率が小さいが、通常のイオン交換やキレート吸着には十分な性能を有している。図4には、グラフト重合の後に官能基導入反応を行う工程が記載されているが、官能基を予め有するモノマーを単独でグラフト重合する場合は、官能基導入工程が不要である。本発明の目的の達成には、エマルショングラフト重合法を適用できる非水溶性モノマーを使用した図4のフローが好ましい。   FIG. 4 shows a method for producing an adsorbent in the radiation graft polymerization method. Performing radiation irradiation on the substrate in advance before graft polymerization is called pre-irradiation. In the case of producing a separation functional material by a radiation graft polymerization method, generally, pre-irradiation liquid phase graft polymerization in which a graft polymerization reaction is performed while an irradiated base material is immersed in a monomer solution is employed. The material obtained by this method has a small ratio of polymer brushes compared to the adsorbent material of the present invention because the monomer penetrates into the base material and the amount of homopolymers is small. It has sufficient performance for adsorption. FIG. 4 shows a step of performing a functional group introduction reaction after the graft polymerization. However, when a monomer having a functional group in advance is grafted alone, the functional group introduction step is unnecessary. To achieve the object of the present invention, the flow of FIG. 4 using a water-insoluble monomer to which the emulsion graft polymerization method can be applied is preferable.

本発明のポリマーブラシの比率が高められた材料では、放射線グラフト重合の際、モノマーの基材内部への浸透速度が小さく、基材表面付近でグラフト重合が起こることが好ましい。そのようなグラフト重合が起こる放射線グラフト重合法として、モノマー溶液をエマルション溶液で調製するエマルショングラフト重合法がある。エマルショングラフト重合法は公知のグラフト重合法であり、モノマー濃度や放射照射線量が小さくとも大きなグラフト率が得られるため、コスト削減や環境負荷低減の観点から注目されている。   In the material in which the ratio of the polymer brush of the present invention is increased, it is preferable that the rate of penetration of the monomer into the substrate is small during the radiation graft polymerization, and the graft polymerization occurs near the substrate surface. As a radiation graft polymerization method in which such graft polymerization occurs, there is an emulsion graft polymerization method in which a monomer solution is prepared as an emulsion solution. The emulsion graft polymerization method is a known graft polymerization method, and a large graft ratio can be obtained even if the monomer concentration and the radiation irradiation dose are small. Therefore, the emulsion graft polymerization method is attracting attention from the viewpoint of cost reduction and environmental load reduction.

非親水性モノマーによる水中油滴型のエマルションモノマー溶液を使用して前照射エマルショングラフト重合を行うと、重合の初期は基材表面でのミセルの破壊が起こり、モノマーの基材表面への吸着と重合が起こる。基材内部へのモノマー供給速度が小さいため、モノマーが基材内部にまで浸透する速度は小さい。重合が進むと、基材表面はグラフト鎖に覆われ、ミセルの破壊とモノマー供給速度が大きくなると考えられる。従って、グラフト率の経時変化を調べると、重合初期にはグラフト重合速度が小さい誘導期間があり、この期間を過ぎると、グラフト重合速度が大きくなり、グラフト重合後半ではグラフト率が平衡値となる。いわゆる、S字型のカーブを描く。誘導期間の長さ、グラフト重合速度が急に大きくなる時点やその重合速度、平衡値に達する時点やその値は、基材の種類、放射線照射量、モノマーの種類や濃度、界面活性剤の種類や量、グラフト重合温度、液/基材比などによって変化し、予め予備実験等によって確認する必要がある。   When pre-irradiation emulsion graft polymerization is performed using an oil-in-water emulsion monomer solution with a non-hydrophilic monomer, micelles break down on the substrate surface at the initial stage of polymerization, and the monomer adsorbs on the substrate surface. Polymerization occurs. Since the monomer supply rate into the substrate is small, the rate at which the monomer penetrates into the substrate is small. As the polymerization proceeds, the surface of the substrate is covered with graft chains, and it is considered that the micelle breakage and the monomer supply rate increase. Therefore, when the time-dependent change of the graft rate is examined, there is an induction period in which the graft polymerization rate is low at the initial stage of polymerization, and after this period, the graft polymerization rate increases, and the graft rate becomes an equilibrium value in the latter half of the graft polymerization. Draw a so-called S-shaped curve. The length of the induction period, the point at which the graft polymerization rate suddenly increases, the polymerization rate, the point at which the equilibrium value is reached, and the value are the substrate type, radiation dose, monomer type and concentration, and surfactant type. It varies depending on the amount, graft polymerization temperature, liquid / base material ratio, etc., and needs to be confirmed in advance by preliminary experiments.

エマルショングラフト重合法で得られるグラフト率は大きければよいのではなく、適正範囲がある。グラフト率が20%以下では、ポリマーブラシの長さが十分でなく、除去率や動的吸着容量が不安定となり吸着性能を発揮できない。また、200%以上であれば架橋、ホモポリマー生成、繊維内部へのグラフト重合の進行が起こり、ポリマーブラシの比率が増加しなくなる。また、繊維内部へのグラフト重合が進行すると、強度劣化を起こす。そのため、好ましいグラフト率は20%〜200%、さらに好ましくは20%〜150%、最も好ましい範囲は30〜130%である。通常、エマルション溶液はモノマー濃度数%、界面活性剤濃度1%以下、水90%以上という組成で調製する。   The graft ratio obtained by the emulsion graft polymerization method does not have to be large, but has an appropriate range. When the graft ratio is 20% or less, the length of the polymer brush is not sufficient, the removal rate and the dynamic adsorption capacity become unstable, and the adsorption performance cannot be exhibited. On the other hand, if it is 200% or more, crosslinking, homopolymer generation, and graft polymerization progress to the inside of the fiber, and the ratio of the polymer brush does not increase. Further, when graft polymerization into the fiber proceeds, strength deterioration occurs. Therefore, the preferable graft ratio is 20% to 200%, more preferably 20% to 150%, and the most preferable range is 30 to 130%. Usually, an emulsion solution is prepared with a composition of a monomer concentration of several percent, a surfactant concentration of 1% or less, and water of 90% or more.

エマルショングラフト重合法以外にポリマーブラシの比率を高めるグラフト重合方法として気相グラフト重合法がある。モノマー蒸気を利用する気相グラフト重合法は、まず基材表面へのモノマーの吸着により重合が開始するため、ポリマーブラシの伸長に有利である。気相グラフト重合法は揮発性のモノマーにしか適用できない。モノマーの種類により、蒸気圧が異なるため、予備実験によって重合条件を決定することが良い。均一なグラフト物を得るには、少なくとも基材かモノマー蒸気のどちらかが動いている必要がある。   In addition to the emulsion graft polymerization method, there is a gas phase graft polymerization method as a graft polymerization method for increasing the ratio of the polymer brush. The gas phase graft polymerization method using monomer vapor is advantageous in extending the polymer brush because the polymerization starts by the adsorption of the monomer to the substrate surface. The gas phase graft polymerization method can only be applied to volatile monomers. Since the vapor pressure varies depending on the type of monomer, the polymerization conditions are preferably determined by preliminary experiments. In order to obtain a uniform graft, at least either the substrate or the monomer vapor must be moving.

また、液相グラフト重合法と気相グラフト重合法の中間に位置づけられる含浸グラフト重合法がある。この方法は、予め所定のグラフト率が得られるようモノマー量を計算し、必要量のモノマーを予め有機高分子成形体に浸み込ませておくグラフト重合法である。基材が繊維状であれば、モノマー溶液を保持しやすく、この方法にもエマルショングラフト重合を適用することも可能である。   There is also an impregnation graft polymerization method positioned between the liquid phase graft polymerization method and the gas phase graft polymerization method. This method is a graft polymerization method in which a monomer amount is calculated in advance so that a predetermined graft ratio is obtained, and a necessary amount of monomer is immersed in an organic polymer molded body in advance. If the substrate is fibrous, it is easy to hold the monomer solution, and emulsion graft polymerization can also be applied to this method.

イオン交換基を有するポリマーブラシは繊維の外周に沿って伸長し荷電層を形成している。荷電層はポリマーブラシよりも外側に形成される電荷の及ぶ領域である。ポリマーブラシの比率が高められたイオン交換繊維を使用して、液体中のイオンを吸着する場合、水中のイオンは図5に示すように荷電層10に引き寄せられ捕捉される。例えば、代表的なカチオン交換基であるスルホン酸基を有する繊維状吸着材9を使用して純水中から微量の金属イオン11を吸着除去する場合、荷電層の効果が顕著である。数ppmの金属イオンをppbレベルにする場合などに効果がある。共存塩類濃度が数千mg/L以上の高塩類濃度になると、浸透圧が高くなるため、グラフト鎖間の水分子が少なくなり、ポリマーブラシが収縮するのに加え、電荷の及ぶ距離も短くなる結果、荷電層の厚みが小さくなる。そのため、低塩類濃度の方がポリマーブラシの効果を発揮できる。ポリマーブラシの比率を高めた繊維を流通方式で使用する場合、実質的に繊維の通水抵抗を大きく増加させないで、表面積を増加させる効果があり、実用的に重要である。   A polymer brush having an ion exchange group extends along the outer periphery of the fiber to form a charged layer. The charged layer is a region where charges are formed outside the polymer brush. When ion exchange fibers with an increased ratio of polymer brush are used to adsorb ions in the liquid, the ions in the water are attracted and captured by the charged layer 10 as shown in FIG. For example, when the fibrous adsorbent 9 having a sulfonic acid group which is a typical cation exchange group is used to adsorb and remove a trace amount of metal ions 11 from pure water, the effect of the charged layer is remarkable. This is effective when, for example, several ppm of metal ions are brought to the ppb level. When the coexisting salt concentration reaches a high salt concentration of several thousand mg / L or more, the osmotic pressure increases, so water molecules between the graft chains decrease, the polymer brush contracts, and the distance covered by the charge also decreases. As a result, the thickness of the charged layer is reduced. Therefore, the low salt concentration can exhibit the effect of the polymer brush. In the case of using a fiber with a high ratio of polymer brush in a distribution system, there is an effect of increasing the surface area without substantially increasing the water flow resistance of the fiber, which is practically important.

同様にアニオン交換基を有するポリマーブラシの場合は、ポリマーブラシ層が正の荷電層を形成するため、アニオンが引き寄せられ捕捉される。ここで、ポリマーブラシはアニオンをイオン交換吸着できることも重要であるが、負に帯電したコロイド粒子やエアロゾルを静電吸着できることが特に重要である。   Similarly, in the case of a polymer brush having an anion exchange group, the anion is attracted and trapped because the polymer brush layer forms a positively charged layer. Here, it is important that the polymer brush can ion-exchange adsorb anions, but it is particularly important that the negatively charged colloidal particles and aerosol can be electrostatically adsorbed.

液体中のコロイド粒子や微細な固形物は負に帯電している場合が多い。これらは通常微細な孔を有する多孔膜で除去できる。しかしながら、多孔膜での除去においては、すぐに目詰まりを起こすため、頻繁な洗浄操作が必要になるという問題点がある。また、凝集沈殿処理でも除去できるが、凝集沈殿処理は薬注設備、攪拌槽、沈殿槽や汚泥処理が必要となり、処理システムが大掛かりになる。   Colloidal particles and fine solids in a liquid are often negatively charged. These can usually be removed with a porous membrane having fine pores. However, the removal with the porous film has a problem that frequent cleaning operation is required because clogging occurs immediately. Further, although it can be removed by coagulation sedimentation treatment, the coagulation sedimentation treatment requires chemical injection equipment, a stirring tank, a sedimentation tank and sludge treatment, and the treatment system becomes large.

コロイド粒子や微細な固形物は環境中においては通常負に帯電しており、正に帯電したポリマーブラシを有するイオン交換繊維で除去することができる。アニオン交換基は正に帯電しているため、負のコロイド粒子を静電吸着で除去するのに適しており、通水抵抗を上昇させないで除去が可能である。特に4級アンモニウム基を有するポリマーブラシは精密ろ過膜を通過するほど微細なコロイド粒子を捕捉する能力がある。コロイド粒子のサイズは5nmから100nmと定義されており、イオンのサイズに比べはるかに大きい。したがって、コロイド粒子の除去に当たっては、繊維内部のグラフト鎖は利用されず、繊維の外側に伸長したポリマーブラシが利用される。ここでも、コロイド粒子を捕捉する荷電層が大きい方が好ましい。したがって、ポリマーブラシの比率が高められた繊維状吸着材はコロイド粒子のような微小な固形物の除去に有効である。   Colloidal particles and fine solids are usually negatively charged in the environment and can be removed with ion exchange fibers having a positively charged polymer brush. Since the anion exchange group is positively charged, it is suitable for removing the negative colloidal particles by electrostatic adsorption, and can be removed without increasing the water flow resistance. In particular, a polymer brush having a quaternary ammonium group is capable of capturing colloidal particles that are fine enough to pass through a microfiltration membrane. The size of colloidal particles is defined as 5 to 100 nm, which is much larger than the size of ions. Therefore, in removing the colloidal particles, the polymer chain extending outside the fiber is used instead of the graft chain inside the fiber. Again, it is preferable that the charged layer capturing the colloidal particles is large. Therefore, the fibrous adsorbent having an increased ratio of the polymer brush is effective for removing minute solids such as colloidal particles.

純水製造プロセスは複数の水処理装置から構成されている。一般的には、塩類濃度が数百mg/Lの原水をイオン交換樹脂塔や逆浸透膜装置で塩類濃度数mg/Lになるまで粗い脱塩を行い、残留したイオンを混床式イオン交換樹脂塔や電気式脱塩装置によって塩類濃度がμg/Lのオーダーになるまで脱塩している。さらに高純度の超純水が必要な場合、膜処理装置、酸素除去装置やTOC除去装置などから構成される超純水処理装置による処理を行っている。   The pure water production process is composed of a plurality of water treatment apparatuses. Generally, raw water with a salt concentration of several hundred mg / L is coarsely desalted with an ion exchange resin tower or reverse osmosis membrane device until the salt concentration reaches several mg / L, and the remaining ions are mixed-bed type ion exchange. Desalination is performed by a resin tower or an electric desalination apparatus until the salt concentration reaches the order of μg / L. Further, when high purity ultrapure water is required, the treatment is performed by an ultrapure water treatment apparatus including a membrane treatment apparatus, an oxygen removal apparatus, a TOC removal apparatus, and the like.

ポリマーブラシの比率を高めたイオン交換繊維を純水製造装置の上流に設置することにより、逆浸透膜装置の膜面汚染やアニオン交換樹脂の不可逆汚染を起こすフミン酸など腐植質コロイドを除去することが可能となり、純水製造装置の健全性を高めることができる。   To remove humic colloids such as humic acid that cause membrane surface contamination of the reverse osmosis membrane device and irreversible contamination of the anion exchange resin by installing ion exchange fibers with increased polymer brush ratio upstream of the pure water production equipment It becomes possible, and the soundness of a pure water manufacturing apparatus can be improved.

ポリマーブラシの比率を高めたイオン交換繊維を純水製造装置の内部又は下流に設置することにより、図5で説明したように、微量のイオンをさらに除去できるようになり、処理水質をよくすることができる。また、純水装置の後段にさらに超純水処理装置が設置されている場合は超純水処理装置への負荷を低減することができる。イオン交換繊維の設置個所は、カット繊維を既存のイオン交換樹脂塔などに充填しても良いし、別の吸着塔を設置してもよい。別に設置する場合は、カートリッジフィルターに加工したものをハウジング収納したもの又はボンベ式の容器にカット繊維を充填したものを配管で接続すれば簡単に設置することができる。   By installing ion exchange fibers with an increased ratio of polymer brush inside or downstream of the pure water production apparatus, it becomes possible to further remove a small amount of ions as shown in FIG. Can do. Moreover, when the ultrapure water treatment apparatus is further installed in the back | latter stage of a pure water apparatus, the load to an ultrapure water treatment apparatus can be reduced. The ion exchange fiber may be installed at a place where the cut fiber is filled in an existing ion exchange resin tower, or another adsorption tower may be installed. When installing separately, what was processed into the cartridge filter was stored in the housing, or a cylinder type container filled with cut fibers was connected by piping, so that it could be installed easily.

図6に示すワインドフィルターやプリーツフィルターなど従来のろ過フィルターはハウジングに収納して一般水処理装置の前置フィルターとして比較的粗い粒子のろ過に用いられる。ろ過フィルターはフィルター長25cmフィルターの場合、10L/分(600L/h)程度以上の流量範囲で使用される。繊維の使用量は300ml前後であるため、SV2000となり、イオン交換樹脂の流速として一般的なSV10〜30と比較し、二桁も大きい。ポリマーブラシの比率を高めた繊維をこのフィルターに利用することで、本来ワインドフィルターが有していた比較的大きな微粒子の除去機能に加え、さらに微細なコロイド粒子及びイオンなども除去できるようになり、格段に性能が向上する。   A conventional filtration filter such as a wind filter or a pleat filter shown in FIG. 6 is housed in a housing and used as a pre-filter for a general water treatment apparatus for filtering relatively coarse particles. In the case of a filter having a filter length of 25 cm, the filtration filter is used in a flow rate range of about 10 L / min (600 L / h) or more. Since the amount of fiber used is around 300 ml, it becomes SV2000, and the flow rate of the ion exchange resin is twice as large as that of general SV10-30. By using fibers with increased polymer brush ratio for this filter, in addition to the removal function of relatively large particles originally possessed by the wind filter, it becomes possible to remove even finer colloidal particles and ions, The performance is significantly improved.

このように、イオン交換容量的には装置全体の容量アップに対して寄与せずとも、汚染物質を除去できるため、装置の健全性の維持に極めて大きな効果を発揮できる。精密産業で必要とされる超純水中のごく微量の不純物イオンの除去、あるいは排水中に残留する有害物質や環境中に放出された有害物質の除去にも有効である。   Thus, since the contaminants can be removed without contributing to the capacity increase of the entire apparatus in terms of ion exchange capacity, it is possible to exert an extremely great effect on maintaining the soundness of the apparatus. It is also effective for removing a very small amount of impurity ions in ultrapure water, which is required in the precision industry, or for removing harmful substances remaining in wastewater or released into the environment.

福島第1原子力発電所の事故において、放射性物質が環境中に放出された。代表的な放射性物質は放射性ヨウ素、放射性セシウム及び放射性ストロンチウムであるが、放射性物質の多くがイオン状ではなく、コロイド状や微粒子に付着したものが多い。例えば、放射性セシウムの化学形態はイオン状が10%以下で、残り90%以上がコロイド状か微粒子に付着していることが明らかとなっている。コロイド状のセシウムは負に帯電している場合が多い。放射性ストロンチウム、放射性ヨウ素についても放射性セシウムほどの比率ではないが非イオン性のものが多く存在している。   In the accident at Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, radioactive materials were released into the environment. Typical radioactive substances are radioactive iodine, radioactive cesium, and radioactive strontium, but most of the radioactive substances are not ionic, but often adhere to colloidal or fine particles. For example, it is clear that the chemical form of radioactive cesium is 10% or less in ionic form and the remaining 90% or more is colloidal or attached to fine particles. Colloidal cesium is often negatively charged. There are many non-ionic radioactive strontiums and radioactive iodines, though not as much as radioactive cesium.

放射性物質除去において重要なことは、担持型吸着材料において、担持した無機化合物結晶でイオンを除去し、正に帯電したポリマーブラシでコロイド状の放射性物質を除去できる点である。以下、放射性物質除去材料についてさらに詳しく説明する。   What is important in the removal of radioactive substances is that ions can be removed with a supported inorganic compound crystal in a supported adsorption material, and colloidal radioactive substances can be removed with a positively charged polymer brush. Hereinafter, the radioactive substance removing material will be described in more detail.

放射性セシウム除去材料については、本発明者らが繊維状吸着材をすでに提案している。特許文献3によれば、先ず基材となる繊維に放射線グラフト重合法によりアニオン交換基を導入したものを担体とする。次にフェロシアン化カリウム水溶液と接触させてフェロシアン化物イオンをイオン交換吸着させる。その後、塩化コバルトや塩化ニッケル水溶液と接触させることにより、不溶性のフェロシアン化コバルトやフェロシアン化ニッケルの無機結晶を繊維周縁部に析出担持している。生成したフェロシアン化コバルト沈殿はー数mVと弱く帯電しているため、+20〜40mVと正に帯電したグラフト鎖に静電吸着する。ポリマーブラシの比率を高めることにより、担持された沈殿物を強固に保持できる。同時に繊維外に伸長したポリマーブラシは負のコロイド粒子をより多く除去できるようになった。   Regarding the radioactive cesium removal material, the present inventors have already proposed a fibrous adsorbent. According to Patent Document 3, first, a support is made by introducing an anion exchange group into a base fiber by a radiation graft polymerization method. Next, it is brought into contact with an aqueous potassium ferrocyanide solution to adsorb ferrocyanide ions by ion exchange. Thereafter, insoluble inorganic crystals of cobalt ferrocyanide and nickel ferrocyanide are deposited and supported on the periphery of the fiber by contacting with an aqueous solution of cobalt chloride or nickel chloride. The produced cobalt ferrocyanide precipitate is weakly charged at a few mV, and is thus electrostatically adsorbed to a positively charged graft chain of +20 to 40 mV. By increasing the ratio of the polymer brush, the supported precipitate can be firmly held. At the same time, the polymer brush extending out of the fiber can remove more negative colloidal particles.

フェロシアン化コバルトやフェロシアン化ニッケルなどの無機結晶は結晶内にセシウムイオンを選択的に取り込めるため、海水のように塩類濃度が高い汚染水の中からセシウムイオンを選択的に吸着できる。そして、ポリマーブラシによってコロイド状の放射性セシウムが除去される。放射性セシウムイオンとコロイド状のセシウムが同時に除去できる。   Inorganic crystals such as cobalt ferrocyanide and nickel ferrocyanide can selectively adsorb cesium ions from the contaminated water having a high salt concentration, such as seawater, because cesium ions are selectively taken into the crystal. Then, colloidal radioactive cesium is removed by the polymer brush. Radiocesium ions and colloidal cesium can be removed simultaneously.

ゼオライトやゼオライト上にフェロシアン化鉄を担持した放射性セシウム吸着材が提案されている。しかし、これらはイオン状の放射性セシウムのみを除去対象としたものである。コロイド状物質を除去できてこそ、放射性セシウムを完全に除去できたと言える。本発明によって、放射性セシウムを完全に除去できる。   Zeolite and radioactive cesium adsorbents carrying ferric ferrocyanide on zeolite have been proposed. However, these are intended to remove only ionic radioactive cesium. It can be said that radioactive cesium could be completely removed only by removing the colloidal substance. According to the present invention, radioactive cesium can be completely removed.

放射性ストロンチウムの化学形態は、放射性セシウムの割合ほどではないがコロイド状や粒子状が多いと言われている。放射性ストロンチウム吸着材料においては、先ずアニオン交換基を導入したグラフト鎖にチタン酸をイオン交換吸着させ、次いで水酸化ナトリウムなどのアルカリ処理を経て、チタン酸ナトリウム結晶をグラフト鎖間に担持している(特許文献4)。本発明のポリマーブラシの比率を高めた繊維状吸着材によれば、チタン酸金属塩不溶化物の担持量を増加させ、ストロンチウムイオンの吸着容量を高くできるだけでなく、放射性セシウムの場合と同様、ストロンチウムを含有するコロイド粒子をも同時に吸着できる。   The chemical form of radioactive strontium is said to be colloidal or particulate, although not as much as the proportion of radioactive cesium. In the radioactive strontium adsorbing material, first, titanic acid is ion-exchanged and adsorbed on a graft chain into which an anion exchange group has been introduced, and then sodium titanate crystals are supported between the graft chains through an alkali treatment such as sodium hydroxide. Patent Document 4). According to the fibrous adsorbent with an increased ratio of the polymer brush of the present invention, not only can the amount of the titanate metal salt insolubilized material supported be increased and the adsorption capacity of strontium ions can be increased, but as in the case of radioactive cesium, At the same time, colloidal particles containing can be adsorbed.

放射性ヨウ素については化学形態が非常に複雑であり、大気中に放出されるものも多い。水中の放射性ヨウ素は基本的にアニオン交換基を有するグラフト鎖を利用して繊維周縁部に塩化銀化合物を担持する技術が開示されている(特許文献5)。   Radioactive iodine has a very complex chemical form and is often released into the atmosphere. For radioactive iodine in water, a technique is disclosed in which a silver chloride compound is supported on the periphery of a fiber basically using a graft chain having an anion exchange group (Patent Document 5).

放射性ヨウ素吸着材料の製造方法は、放射性セシウム吸着材料の製造方法と同様、先ず基材となる繊維に放射線グラフト重合法によりアニオン交換基を導入したものを担体とし、塩化物イオンを吸着させた後、硝酸銀水溶液と接触させることにより、繊維上に塩化銀を担持している。ヨウ化物イオンは繊維上の塩化銀と反応し、ヨウ化銀となって析出除去される。コロイド状ヨウ素はポリマーブラシで除去される。   The production method of the radioactive iodine adsorbing material is the same as the production method of the radioactive cesium adsorbing material. First, after anion-exchange groups are introduced into the base fiber by a radiation graft polymerization method, the carrier is used to adsorb chloride ions. The silver chloride is supported on the fiber by contacting with an aqueous silver nitrate solution. Iodide ions react with silver chloride on the fiber to form silver iodide, which is deposited and removed. Colloidal iodine is removed with a polymer brush.

放射性ヨウ素は空気中に放出され、呼吸により人体に取り込まれ、甲状腺に深刻な被害を与える。したがって、シビアアクシデント発生の折には、空気中の放射性ヨウ素を迅速に除去し、吸入しないことが被ばく低減に重要である。空気中の放射性ヨウ素の化学形態はヨウ素(I2)、次亜ヨウ素酸(HIO)、ヨウ化メチル(CH3I)、エアロゾルが主と言われている。   Radioactive iodine is released into the air and taken into the human body by breathing, causing serious damage to the thyroid gland. Therefore, when severe accidents occur, it is important to reduce exposure by quickly removing radioactive iodine in the air and not inhaling it. The chemical form of radioactive iodine in the air is said to be mainly iodine (I2), hypoiodous acid (HIO), methyl iodide (CH3I), and aerosol.

ヨウ素、次亜ヨウ素酸、エアロゾルはアニオン交換基をグラフト鎖に導入した繊維によりイオン交換および静電吸着で除去される。したがって、ポリマーブラシの比率を高めた繊維状吸着材によれば、さらに除去性能を高めることができる。ヨウ化メチルはグラフト鎖にトリエチレンジアミン(TEDA)を導入した吸着材料で除去できる。ポリマーブラシの比率を高めることで、イオン性及びエアロゾル状の放射性ヨウ素の除去効果を高めることができる。エアロゾルの荷電状態によっては強酸性カチオン交換繊維を併用することができる。   Iodine, hypoiodous acid, and aerosol are removed by ion exchange and electrostatic adsorption by a fiber having an anion exchange group introduced into the graft chain. Therefore, according to the fibrous adsorbent in which the ratio of the polymer brush is increased, the removal performance can be further improved. Methyl iodide can be removed with an adsorbent material in which triethylenediamine (TEDA) is introduced into the graft chain. By increasing the ratio of the polymer brush, the effect of removing ionic and aerosol-like radioactive iodine can be enhanced. Depending on the charged state of the aerosol, a strongly acidic cation exchange fiber can be used in combination.

以上説明した、3種類の放射性物質の除去材料はいずれも放射線グラフト重合法によりアニオン交換繊維を製造し、次いで選択性の高い無機化合物を担持した吸着材であり、担持型吸着材料といえる。担持型吸着材料はいずれも放射線グラフト重合法によって、グラフト済み繊維にアニオン交換基を導入し、イオン交換反応と沈殿反応を利用して繊維内部に無機化合物を析出させたものである。これら無機化合物の多くは負の電荷を有する結晶であり、アニオン交換基を有するグラフト鎖と多点吸着している。単なる浸み込ませで無機化合物を担持している訳ではなく、摩擦やpH、塩類濃度などの環境の変化に対し耐久性が大きく、欠落は認められない。   All of the three types of radioactive substance removing materials described above are adsorbents produced by producing anion exchange fibers by a radiation graft polymerization method and then carrying an inorganic compound with high selectivity, and can be said to be supported adsorbent materials. In each of the supported adsorbing materials, an anion exchange group is introduced into the grafted fiber by the radiation graft polymerization method, and an inorganic compound is precipitated inside the fiber using an ion exchange reaction and a precipitation reaction. Many of these inorganic compounds are crystals having a negative charge, and are adsorbed at multiple points with a graft chain having an anion exchange group. It does not mean that the inorganic compound is supported simply by soaking, and is highly resistant to environmental changes such as friction, pH, and salt concentration, and no omission is observed.

本発明のポリマーブラシの比率が高められた繊維状吸着材においては、アニオン交換基を有するポリマーブラシを利用することで、コロイド除去性能を維持しながら、担持物の安定化に寄与できる。また、担持物は繊維の周縁部に偏在し、イオン状の放射性物質の除去にも有利である。   In the fibrous adsorbent in which the ratio of the polymer brush of the present invention is increased, the use of a polymer brush having an anion exchange group can contribute to the stabilization of the supported material while maintaining the colloid removal performance. In addition, the support is unevenly distributed at the peripheral edge of the fiber, which is advantageous for removing ionic radioactive substances.

放射性セシウムをはじめとする放射性物質は、事故により原子力発電所内外に拡散したため、汚染は河川、山林、田畑、港湾、湖沼、井戸、側溝、建屋、またはこれらを除染した際に発生する汚染水を貯留するタンクなどさまざまな箇所に及んでいる。また、原子力発電所の定常運転時と違い、放射性物質はイオン状、コロイド状又は微粒子に付着して存在している。そのような汚染現場では、既存の汚染除去技術を適用することがむつかしい。大量の汚染水がタンクや槽に存在し、かつ設置スペースが存在する場合は、汚染水の取り扱いを管理できるため、汚染水処理のための原水タンク、凝集沈殿装置、吸着塔が設置可能である。また、先に説明したカートリッジフィルター(図6)も利用可能である。   Radioactive materials such as radioactive cesium diffused into and out of nuclear power plants due to accidents, so pollution was caused by decontamination of rivers, forests, fields, ports, lakes, wells, gutters, buildings, or decontaminated water. It extends to various places such as tanks that store water. In addition, unlike during the steady operation of nuclear power plants, radioactive materials are present in the form of ions, colloids or fine particles. In such pollution sites, it is difficult to apply existing decontamination techniques. If there is a large amount of contaminated water in the tank or tank and there is an installation space, the handling of the contaminated water can be managed, so a raw water tank, a coagulation sedimentation device, and an adsorption tower can be installed. . The cartridge filter described above (FIG. 6) can also be used.

それ以外の汚染現場では、図7に示す繊維状吸着材の撚糸13を芯14の周りにモール状(組みひも状)に成型加工したモール状吸着材などが、滞留水や流水中に懸架又は係留するだけで放射性セシウムをイオン状及びコロイド状の両方を吸着除去するのに利用でき好ましい。また、中間貯蔵場の土壌中にマットやネットに加工して敷きつめこともできる。吸着した後、材料を回収するだけで放射性物質の濃縮分離ができる。燃焼させることでさらなる減容化が可能である。このように、放射線グラフト重合法を利用して製造した繊維状吸着材は、さまざまな環境に応じた加工を施し使用できる。また、使用済みの繊維を回収するには繊維構造物を巻き取ればよい。   At other contaminated sites, the fibrous adsorbent twisted yarn 13 shown in FIG. 7 is molded around the core 14 in the form of a molding (braid), etc. Radioactive cesium can be used to adsorb and remove both ionic and colloidal forms by simply mooring. It can also be laid by matting or netting in the soil of the intermediate storage. After adsorption, the radioactive material can be concentrated and separated simply by collecting the material. Further volume reduction is possible by burning. Thus, the fibrous adsorbent produced using the radiation graft polymerization method can be used after being processed according to various environments. Moreover, what is necessary is just to wind up a fiber structure in order to collect | recover used fibers.

代表的な遷移金属である鉄やマンガンについても、イオン交換基を有するグラフト鎖に遷移金属イオンを吸着させた後、酸化又は還元処理を経て、金属又は金属酸化物を担持できる。例えば、放射線グラフト重合法を利用して繊維にイオン交換基を導入し、マンガン酸化物を担持している技術が開示されている(WO02/005960)。このマンガン酸化物担持材料は空気中のオゾンを酸素に還元する触媒作用がある。本発明によるポリマーブラシの比率を高めた繊維状吸着材を使用すれば、担持量を増加させることができ、還元反応を効果的に機能させることができる、しかも物理強度の劣化が小さい。鉄やコバルトなどの遷移金属についても、同様である。   As for typical transition metals such as iron and manganese, a metal or a metal oxide can be supported through an oxidation or reduction treatment after adsorbing a transition metal ion to a graft chain having an ion exchange group. For example, a technique in which an ion exchange group is introduced into a fiber using a radiation graft polymerization method to carry a manganese oxide is disclosed (WO02 / 005960). This manganese oxide supporting material has a catalytic action to reduce ozone in the air to oxygen. If the fibrous adsorbent with the increased ratio of the polymer brush according to the present invention is used, the loading amount can be increased, the reduction reaction can be effectively functioned, and the physical strength is hardly deteriorated. The same applies to transition metals such as iron and cobalt.

白金族の金属元素も触媒金属としてよく知られている。放射線グラフト重合法により、繊維にGMAなどのモノマーをグラフト重合し、アニオン交換基を有するグラフト鎖を得た後、このグラフト鎖に塩化パラジウムを吸着させ、次いでヒドラジンなどの還元剤を接触させてパラジウム金属を繊維に担持する技術が提案されている。この触媒金属担持繊維を水中の過酸化水素を除去するための触媒として用いている。ポリマーブラシの比率が高められた吸着材を触媒の担体として利用し、触媒金属担持量の増加により性能を向上させることができる。しかも、物理的な劣化は少ない。   Platinum group metal elements are also well known as catalytic metals. After graft polymerization of a monomer such as GMA onto the fiber by a radiation graft polymerization method to obtain a graft chain having an anion exchange group, palladium chloride is adsorbed on the graft chain, and then a reducing agent such as hydrazine is contacted with palladium. A technique for supporting a metal on a fiber has been proposed. This catalyst metal-supporting fiber is used as a catalyst for removing hydrogen peroxide in water. By using an adsorbent in which the ratio of the polymer brush is increased as a catalyst carrier, the performance can be improved by increasing the amount of catalyst metal supported. Moreover, there is little physical degradation.

担持型吸着材料には、無機化合物を担持したもの以外に有機化合物を担持したものもある。発明者らはグラフト鎖、特にポリマーブラシに抽出試薬を担持した吸着材を提案している(特許文献6)。この吸着材の製造において、ポリマーブラシの比率を高めた繊維状吸着材は抽出試薬担持量増加のための担体として有効である。   Some supported adsorbing materials carry organic compounds in addition to those carrying inorganic compounds. The inventors have proposed an adsorbent in which an extraction reagent is supported on a graft chain, particularly a polymer brush (Patent Document 6). In the production of this adsorbent, a fibrous adsorbent with an increased ratio of polymer brush is effective as a carrier for increasing the amount of extraction reagent supported.

抽出試薬担持吸着材料は放射線グラフト重合法により高分子基材にグラフト重合でGMAをグラフト重合した後、オクタデシルアミノ基又はドデシルアミノ基、アルキル基、アルキルチオール基のような疎水性基を導入し、その疎水性基にビス(2, 4, 4-トリメチルペンチル)ホスフィン酸やトリオクチルメチルアンモニウムクロライドのような抽出試薬を担持し、固相抽出材料を製造している。これまでの繊維状吸着材料とは異なり、抽出試薬を担持するために、グラフト鎖のエポキシ基にアミノ基を有するアルキルアミンを導入している。吸着容量を大きくするためには、担持する抽出試薬量を大きくする必要がある。ポリマーブラシの比率を高めたグラフト鎖に直鎖アルキルアミンを導入することによって、次の有機溶媒中での抽出試薬担持工程で疎水性のポリマーブラシと直鎖アルキルアミンが膨潤し、担持量を多くすることができ、吸着容量を上げることができる。   The extraction reagent-carrying adsorbent material is obtained by grafting GMA by graft polymerization to a polymer substrate by radiation graft polymerization, and then introducing a hydrophobic group such as octadecylamino group or dodecylamino group, alkyl group, alkylthiol group, The hydrophobic group carries an extraction reagent such as bis (2,4,4-trimethylpentyl) phosphinic acid or trioctylmethylammonium chloride to produce a solid phase extraction material. Unlike the conventional fibrous adsorbing materials, an alkylamine having an amino group in the epoxy group of the graft chain is introduced to support the extraction reagent. In order to increase the adsorption capacity, it is necessary to increase the amount of the extraction reagent carried. By introducing linear alkylamine into the graft chain with an increased polymer brush ratio, the hydrophobic polymer brush and linear alkylamine swell in the subsequent extraction reagent loading step in an organic solvent, increasing the loading amount. And the adsorption capacity can be increased.

ポリマーブラシはタンパクを多層吸着できる(非特許文献1)。ポリマーブラシの比率を高めた吸着材により、さらに多くのタンパクを多層吸着できる。発明者らは放射線グラフト重合法を中空糸に適用し、3級アミノ基を有するポリマーブラシに牛血清アルブミン(BSA)を多層吸着できることを初めて見出し発表している(非特許文献1)。図8には、ポリマーブラシに沿ってBSAが多層吸着している様子を示している。この図から明らかなように、ポリマーブラシの数や長さを大きくすることによって、BSAに代表される生化学関連物質をより多く吸着できる。   Polymer brushes can adsorb proteins in multiple layers (Non-patent Document 1). More proteins can be adsorbed in multiple layers by the adsorbent with a higher polymer brush ratio. The inventors found and announced for the first time that bovine serum albumin (BSA) can be adsorbed in a multilayer manner to a polymer brush having a tertiary amino group by applying a radiation graft polymerization method to a hollow fiber (Non-patent Document 1). FIG. 8 shows a state in which BSA is adsorbed in multiple layers along the polymer brush. As can be seen from this figure, by increasing the number and length of the polymer brushes, more biochemical substances represented by BSA can be adsorbed.

被吸着物質のサイズがイオンより大きくコロイド粒子程度までの生化学関連物質はたんぱくと同様に多層吸着することができる。生化学関連物質として酵素、ウィルス、遺伝子、抗原、抗体などを挙げることができる。ノロウィルスやインフルエンザウィルスのような感染性ウィルスは負に帯電しており、アニオン交換基を導入したポリマーブラシの比率を高めることでより除去できるようになる。また、酵素を吸着させるための固定化酵素用担体としても利用できる。生化学関連物質への利用においては、目的物質の吸着分離あるいは不純物の吸着除去などに応用できる。   Biochemical-related substances whose adsorbed substance size is larger than ions and up to about colloidal particles can be adsorbed in multiple layers in the same way as proteins. Examples of biochemical substances include enzymes, viruses, genes, antigens, and antibodies. Infectious viruses such as Norovirus and Influenza virus are negatively charged and can be removed by increasing the proportion of polymer brushes with anion exchange groups. It can also be used as a carrier for immobilized enzyme for adsorbing an enzyme. In the application to biochemical-related substances, it can be applied to adsorption separation of target substances or adsorption removal of impurities.

たんぱく吸着用の官能基としては、多孔膜に放射線グラフト重合法を利用しGMAをグラフト重合した後、スルホン酸基を導入しリゾチームを吸着している例が開示されている(特開平11−266862)。また、多孔性シートに放射線グラフト重合法によりGMAをグラフト重合後、代表的なキレート基であるイミノジ酢酸基を導入し、金属イオン型にしている。この官能基と親和性のあるシステインやトリプトファンを除去する技術が開示されている(特許文献12)。本発明のポリマーブラシの比率を高めた吸着材はこれらたんぱくの除去にも利用できる。これら官能基を導入するためのグラフト鎖が本発明によりポリマーブラシの比率が高められているため、吸着容量が大きくなる。   As a functional group for protein adsorption, an example is disclosed in which GMA is graft polymerized on a porous membrane using a radiation graft polymerization method, and then a sulfonic acid group is introduced to adsorb lysozyme (Japanese Patent Laid-Open No. 11-266862). ). Further, after GMA is graft-polymerized to the porous sheet by a radiation graft polymerization method, an iminodiacetic acid group, which is a typical chelate group, is introduced into a metal ion type. A technique for removing cysteine or tryptophan having affinity for this functional group has been disclosed (Patent Document 12). The adsorbent having an increased ratio of the polymer brush of the present invention can also be used to remove these proteins. Since the ratio of the polymer brush to the graft chain for introducing these functional groups is increased according to the present invention, the adsorption capacity is increased.

微生物はグラム陰性菌(例、大腸菌)とグラム陽性菌(例、黄色ブドウ状球菌)がある。表面は負の電荷を有しているため、正の電荷を有するポリマーブラシと多点吸着する。したがって、ポリマーブラシの比率を高めた材料で微生物をさらによく吸着できるようになる。   Microorganisms include Gram negative bacteria (eg, E. coli) and Gram positive bacteria (eg, Staphylococcus aureus). Since the surface has a negative charge, it is adsorbed at multiple points with a polymer brush having a positive charge. Therefore, microorganisms can be better adsorbed with a material having a higher polymer brush ratio.

大腸菌やクリプトスポリジウムなど微生物もアニオン交換基を有するポリマーブラシで多点吸着し、効率的に除去される。アニオン交換基をヨウ化物イオン型に変換することでさらに微生物の増殖等を抑えることができ、抗菌性が増す。そのため、塩素消毒が困難な緊急時に飲料水の安全性を確保することができる。また、生物処理装置を採用した水処理プロセスにおいて、生物膜処理用の微生物担体としても利用できる。   Microorganisms such as Escherichia coli and Cryptosporidium are also efficiently removed by multipoint adsorption with a polymer brush having an anion exchange group. By converting the anion exchange group to the iodide ion type, it is possible to further suppress the growth of microorganisms and the like, and the antibacterial property increases. Therefore, the safety of drinking water can be ensured in an emergency where chlorination is difficult. Further, it can be used as a microbial carrier for biofilm treatment in a water treatment process employing a biological treatment apparatus.

水中のイオンは図5に示すように荷電したポリマーブラシ層10に引き寄せられ捕捉されることを説明した。この現象は空気中のイオン性ガスについても同様である。例えば、悪臭物質として代表的なアンモニアやトリメチルアミンなどの塩基性ガスは、強酸性カチオン交換基(H型)を有するポリマーブラシで除去できる。イソ吉草酸などの酸性ガスは強塩基性アニオン交換基(再生型)を有するポリマーブラシで除去できる。   It has been described that ions in water are attracted and trapped by the charged polymer brush layer 10 as shown in FIG. This phenomenon is the same for ionic gas in the air. For example, basic gases such as ammonia and trimethylamine, which are typical malodorous substances, can be removed with a polymer brush having a strongly acidic cation exchange group (H type). An acidic gas such as isovaleric acid can be removed with a polymer brush having a strongly basic anion exchange group (regenerative type).

空気中においても、環境中の湿度に応じた水分子がイオン交換基の周りに配位し、ポリマーブラシが伸長している。例えば、強酸性カチオン交換基であるスルホン酸基の場合、2meq/gの中性塩分解容量を有する繊維では、湿度の影響を受けるが通常は再生型(H型)で含水率20%前後の水分を含む。この水分量は水分子がスルホン酸基のまわりに約10個配位していると計算される。また、隣接するグラフト鎖同士の荷電反発もあるため、ポリマーブラシは伸長し、水処理における荷電層に相当する層が形成される。塩基性ガスは荷電層に引き寄せられ、ポリマーブラシとの中和反応で捕捉される。したがって、ポリマーブラシの比率を高められた繊維状吸着材においては、さらに吸着性能を向上させることができる。   Even in the air, water molecules according to the humidity in the environment are coordinated around the ion exchange group, and the polymer brush is extended. For example, in the case of a sulfonic acid group which is a strongly acidic cation exchange group, a fiber having a neutral salt decomposition capacity of 2 meq / g is affected by humidity but is usually regenerated (H type) and has a water content of around 20%. Contains moisture. This amount of water is calculated as about 10 water molecules coordinated around the sulfonic acid group. Moreover, since there is also a charge repulsion between adjacent graft chains, the polymer brush extends, and a layer corresponding to the charged layer in the water treatment is formed. The basic gas is attracted to the charged layer and captured by a neutralization reaction with the polymer brush. Therefore, the adsorption performance can be further improved in the fibrous adsorbent with an increased ratio of the polymer brush.

酸性ガスの場合も、塩基性ガスの場合と同様に強塩基性アニオン交換基である4級アンモニウム基を導入した繊維で除去される。4級アンモニウム基をアルカリで再生型(OH型)に変換すると、通常スルホン酸基と同様の含水率20%近くが得られる。正の電荷を有するポリマーブラシが荷電反発しながら繊維外側に向かって伸長しているため、酸性ガスを除去できる。また、負に帯電したエアロゾルなども同時に除去できる。   In the case of acid gas, it is removed by a fiber into which a quaternary ammonium group which is a strongly basic anion exchange group is introduced, as in the case of basic gas. When a quaternary ammonium group is converted to a regenerative type (OH type) with an alkali, a water content of nearly 20%, which is the same as that of a sulfonic acid group, is usually obtained. Since the polymer brush having a positive charge extends toward the outside of the fiber while being repelled, the acid gas can be removed. Also, negatively charged aerosols can be removed at the same time.

PM2.5による深刻な大気汚染が問題となっているが、これら大気中に存在する浮遊微粒子状物質も帯電しており、本発明のポリマーブラシの比率が高められ、イオン交換基等による電荷を有する繊維状吸着材によって除去できる。インフルエンザやノロウィルスなども負に帯電しているため、アニオン交換基を導入したポリマーブラシで吸着できる。花粉はウィルスと比べサイズが大きいが、ポリマーブラシの比率を高くすることにより、多点吸着しやすくなり性能向上が図れる。   Although serious air pollution due to PM2.5 has become a problem, the suspended particulate matter present in the atmosphere is also charged, the ratio of the polymer brush of the present invention is increased, and charges due to ion exchange groups and the like are increased. It can be removed by the fibrous adsorbent. Influenza and noroviruses are also negatively charged and can be adsorbed with polymer brushes with anion exchange groups. Pollen is larger in size than viruses, but by increasing the ratio of the polymer brush, it can be easily adsorbed at multiple points to improve performance.

ウィルスを吸着しかつウィルス感染価の低減可能なマスク材料やふき取りペーパーなども提案できる。マスクは常に呼気に曝されており、湿度が高いが、物理的な手段で荷電させたものに比べ、ポリマーブラシの膨潤及びイオン交換機能の発現に好ましい。感染性ウィルスなどに対しては、抗菌性のイオンを付与することによって、吸着と殺菌(又は不活化)が可能となり、汚染の拡大を防止することができる。例えば、ヨウ化物イオンや三ヨウ化物イオンを吸着させた繊維状吸着材は、ウィルスや微生物を吸着した後、確実に不活化又は殺菌され、汚染を拡大させることがない。非常時やインフラの整わない地域で、抗菌性の繊維状吸着材を蛇口の末端に取付けることにより、飲料水の安全確保にも役立つ。   Mask materials and wiping paper that can absorb viruses and reduce the virus infectivity can be proposed. The mask is always exposed to exhalation and has high humidity, but it is preferable for the swelling of the polymer brush and the expression of the ion exchange function as compared with those charged by physical means. By applying antibacterial ions to infectious viruses, etc., adsorption and sterilization (or inactivation) can be achieved, and the spread of contamination can be prevented. For example, a fibrous adsorbent adsorbed with iodide ions or triiodide ions is reliably inactivated or sterilized after adsorbing viruses and microorganisms, and does not expand contamination. Antibacterial fibrous adsorbents can be attached to the end of the faucet in emergency and areas where infrastructure is not available, helping to ensure the safety of drinking water.

非イオン性親水基にはアミド基や水酸基がある。これら官能基を有するポリマーブラシも官能基に水が配位するため、ポリマーブラシの機能、例えば水のような親水性物質の捕捉や疎水性物質の排除などの機能を本発明によって向上させることができる。   Nonionic hydrophilic groups include amide groups and hydroxyl groups. Since the polymer brush having these functional groups also coordinates water to the functional group, the present invention can improve the function of the polymer brush, for example, the function of trapping hydrophilic substances such as water and the exclusion of hydrophobic substances. it can.

GMAグラフト済み繊維を1%程度の希硫酸に浸漬し、70℃で加温することで、GMAのエポキシ基が開環し、水酸基2個のジオールとなる。水酸基は非イオン性の親水基であるため、水分の吸脱着に使用できる。   By immersing the GMA-grafted fiber in about 1% dilute sulfuric acid and heating at 70 ° C., the epoxy group of GMA is ring-opened to form a diol having two hydroxyl groups. Since the hydroxyl group is a nonionic hydrophilic group, it can be used for moisture adsorption / desorption.

非イオン性親水基は疎水性物質を排除する場合や水分吸収材料などにも使用される。非イオン性親水基を有し、ポリマーブラシの比率が高められた繊維材料をおむつ材料として使用することにより、水分を迅速に吸収でき、不快感を除くことができる。またこの繊維材料を空調機のデシカント材に利用することにより、空気中の水分の吸・脱着が迅速に実施でき、デシカントロータの効率設計に生かすことができる。イオン交換基は親水性が強く、水分の吸脱着に利用できると同時に脱臭も可能である。   Nonionic hydrophilic groups are also used for eliminating hydrophobic substances and moisture-absorbing materials. By using a fiber material having a nonionic hydrophilic group and an increased ratio of the polymer brush as a diaper material, moisture can be quickly absorbed and uncomfortable feeling can be eliminated. Moreover, by using this fiber material as a desiccant material for an air conditioner, moisture in the air can be quickly absorbed and desorbed, and can be utilized for the efficiency design of the desiccant rotor. The ion exchange group has a strong hydrophilicity and can be used for moisture absorption and desorption, and at the same time, can be deodorized.

イオン交換基やキレート基又は非イオン性親水基を有するグラフト鎖が繊維に導入されると、引張強度や伸度が小さくなる。通常の液相グラフト重合法で得られる繊維は繊維の中心方向までグラフト重合が進行するため、イオン交換基などの機能を導入すると物理的強度が低下する。本発明のポリマーブラシの比率を高めた吸着材は、相対的に基材内部のグラフト鎖の密度は小さくなり、基材繊維の物理的強度の低下を小さく抑えることができる。繊維の内部で強度を維持し、繊維周縁部ではポリマーブラシによる吸着機能を付与した機能繊維が創出できる。   When a graft chain having an ion exchange group, a chelate group or a nonionic hydrophilic group is introduced into the fiber, the tensile strength and the elongation are reduced. Since the fiber obtained by a normal liquid phase graft polymerization process proceeds to the center of the fiber, the physical strength is lowered when a function such as an ion exchange group is introduced. The adsorbent having an increased ratio of the polymer brush of the present invention has a relatively low density of graft chains inside the base material, and can suppress a decrease in physical strength of the base fiber. It is possible to create a functional fiber that maintains the strength inside the fiber and is provided with an adsorption function by a polymer brush at the periphery of the fiber.

本発明により、放射線グラフト重合法を適用した分離機能性繊維において、既に具備されていた機能のさらなる向上、また新規機能の付与が可能となった。高流速でのイオン交換処理とコロイド状物質の同時除去、高流速でのガスとエアロゾルの同時除去、担持型吸着材料の性能向上、さらにはタンパクなどサイズの大きな分子に対する吸着容量の向上により、繊維の特長を十分に生かしたさまざまな応用が可能となった。   According to the present invention, in the separation functional fiber to which the radiation graft polymerization method is applied, it is possible to further improve the functions already provided and to add new functions. Fiber removal is achieved by ion exchange treatment at high flow rates and simultaneous removal of colloidal substances, simultaneous removal of gas and aerosol at high flow rates, improved performance of supported adsorbent materials, and improved adsorption capacity for large molecules such as proteins. Various applications that make full use of the features of the

また、官能基を基材内部にまで導入すると、強度が弱く成型加工品の形状保持が困難になるなど問題点が存在したが、ポリマーブラシの比率を高めることで、結果的にグラフト重合を基材繊維の周縁部に集中させることが可能となり、物理的強度が増し、成型加工にも優れた効果があった。   In addition, when functional groups are introduced even inside the base material, there are problems such as weakness and difficulty in maintaining the shape of the molded product. However, increasing the ratio of the polymer brush results in a graft polymerization. It was possible to concentrate on the peripheral edge of the material fiber, the physical strength increased, and the molding process had an excellent effect.

繊維断面表層におけるポリマーブラシの状態を示すイメージ図Image diagram showing the state of the polymer brush on the fiber cross-section surface layer BSA吸着試験を行うためのシリンジ型カラム試験装置Syringe type column test equipment for BSA adsorption test BSA破過曲線BSA breakthrough curve 放射線グラフト重合法によるイオン交換繊維の作製経路Fabrication route of ion exchange fiber by radiation graft polymerization イオン吸着のイラストIllustration of ion adsorption ワインドフィルターWind filter モール状吸着材Mall-shaped adsorbent グラフト鎖に多層吸着したBSABSA multilayer adsorbed on graft chain 繊維を撚った撚糸を穴開きコアに巻いたボビンBobbins with twisted fibers twisted around a core グラフト率とBSA動的吸着容量の関係を表す図Diagram showing the relationship between graft rate and BSA dynamic adsorption capacity 脱臭及びタバコ煙除去性能評価用試験装置Test device for evaluation of deodorization and tobacco smoke removal performance

放射線グラフト重合法による吸着材料の製造方法は図4のフローシートで示されるように、放射線照射、グラフト重合及びグラフト物への官能基導入の3段階から成り立っている。有機高分子成形体に電離性放射線を照射すると、有機高分子成形体表面及び内部にラジカルが発生する。ここに、イオン交換基又はキレート基を有するモノマー又は該官能基に転換可能なモノマーを接触させると、発生したラジカルを基点としてモノマーが重合し、グラフト鎖を形成する。図4においてはそれ自体ではイオン交換基やキレート基を有しないが、二次反応でイオン交換基又はキレート基に転換する例を示している。   As shown in the flow sheet of FIG. 4, the production method of the adsorbent material by the radiation graft polymerization method comprises three stages of radiation irradiation, graft polymerization, and functional group introduction into the graft product. When ionizing radiation is irradiated to the organic polymer molded body, radicals are generated on the surface and inside of the organic polymer molded body. When a monomer having an ion exchange group or a chelate group or a monomer that can be converted to the functional group is brought into contact therewith, the monomer is polymerized from the generated radical as a base point to form a graft chain. FIG. 4 shows an example in which it does not have an ion exchange group or a chelate group by itself, but is converted into an ion exchange group or a chelate group by a secondary reaction.

基材となる有機高分子成形体は、市販品のものを自由に選択できる。例えば、繊維、不織布、織布、撚糸、膜、多孔性膜、粉末など用途に応じて自由に選択することができる。これらの中でも繊維は表面積が大きいため、吸着材料として利用した場合に、大きな吸着速度を見込むことができる。また、繊維は繊維集合体である撚糸の他、不織布、織布などのシート状にも容易に成形加工することができるので、本発明の用途には好適である。例えば、繊維の集合体である撚糸はモール(組みひも)に加工できる。また、織布や不織布はフィルター化が容易でフィルター機能と吸着機能の複合化も可能である。また、カット繊維はカラムに充填し流通方式で使用する場合にも低圧力損失であるため通水速度を上げることができる。   A commercially available product can be freely selected as the organic polymer molded body serving as the substrate. For example, fibers, nonwoven fabrics, woven fabrics, twisted yarns, membranes, porous membranes, powders, and the like can be freely selected according to applications. Among these, since the fiber has a large surface area, a large adsorption rate can be expected when used as an adsorbing material. Further, since the fiber can be easily formed into a sheet shape such as a nonwoven fabric or a woven fabric in addition to the twisted yarn that is a fiber assembly, it is suitable for the use of the present invention. For example, a twisted yarn that is an aggregate of fibers can be processed into a molding (braid). In addition, woven fabric and non-woven fabric can be easily filtered, and the filter function and the adsorption function can be combined. Further, even when the cut fiber is packed in a column and used in a flow system, the water flow rate can be increased because of low pressure loss.

本発明の基材として有用な繊維素材として、 合成繊維の他、綿などのセルロース系繊維、動物性繊維、鉱物系繊維、若しくは再生繊維 、またはそれらの混合繊維が挙げられる。合成繊維にはポリエステル系、ポリアミド系、アクリル系、ポリ塩化ビニル系、ポリ塩化ビニリデン系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリウレタン系、ポリビニルアルコール系、フッ素系等が含まれる。セルロース系繊維には、綿、麻等の天然セルロース系繊維、ビスコースレーヨン、銅アンモニア法レーヨン、ポリノジック等の再生セルロース繊維、テンセル等の精製セルロース繊維、アセテート、ジアセテート等の半合成繊維が含まれる。動物性繊維には、羊毛等の獣毛繊維、絹等が含まれる。再生繊維には、キチン・キトサン繊維、コラーゲン繊維などが含まれる。この中でも、疎水性モノマーによる水中油滴型エマルション溶液のグラフト重合が容易なポリエチレン、ポリエステル、ポリアミドなど疎水性の合成高分子が特に好ましい。   Examples of the fiber material useful as the substrate of the present invention include synthetic fibers, cellulosic fibers such as cotton, animal fibers, mineral fibers, regenerated fibers, or mixed fibers thereof. Synthetic fibers include polyester, polyamide, acrylic, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyvinyl alcohol, fluorine, and the like. Cellulosic fibers include natural cellulose fibers such as cotton and hemp, viscose rayon, copper ammonia rayon, regenerated cellulose fibers such as polynosic, purified cellulose fibers such as tencel, and semi-synthetic fibers such as acetate and diacetate. It is. Animal fibers include animal hair fibers such as wool, silk and the like. The recycled fiber includes chitin / chitosan fiber, collagen fiber and the like. Among these, hydrophobic synthetic polymers such as polyethylene, polyester, and polyamide, which are easy to graft polymerize an oil-in-water emulsion solution with a hydrophobic monomer, are particularly preferable.

有機高分子成型体、特に繊維に照射する電離性放射線は、α線、β線、 ガンマ線、電子線、中性子線などが含まれるが、基材である有機高分子成形体の表面から深い部分まで透過する能力を有するガンマ線および電子線を用いることが工業的に好ましい。放射線の照射条件は、特に限定はないが、次の工程において充分なグラフト効率を得るためには、脱酸素状態で、5〜200kGy、特に30〜100kGyとすることが好ましい。この際、酸素濃度は、必要とされる重合率でのグラフト重合が達成される濃度であればよく、好ましくは、酸素濃度1%以下、より好ましくは、酸素濃度100ppm以下である。   Organic polymer moldings, especially ionizing radiations that irradiate fibers, include α rays, β rays, gamma rays, electron beams, neutron rays, etc., but from the surface of organic polymer moldings that are base materials to deep parts. It is industrially preferable to use gamma rays and electron beams having the ability to transmit. Radiation irradiation conditions are not particularly limited, but in order to obtain sufficient grafting efficiency in the next step, it is preferably 5 to 200 kGy, particularly 30 to 100 kGy in a deoxygenated state. At this time, the oxygen concentration may be a concentration at which graft polymerization can be achieved at a required polymerization rate, and is preferably 1% or less, more preferably 100 ppm or less.

従来、一般的に行われる放射線グラフト重合法として、照射済み基材をモノマー溶液に浸漬し、そのまま重合を行う前照射液相グラフト重合方法がある。この方法はモノマーの供給が十分であるため、非晶部へのモノマーの溶解・浸透により、基材内部までグラフト重合が速やかに進行する。   Conventionally, as a radiation graft polymerization method generally performed, there is a pre-irradiation liquid phase graft polymerization method in which an irradiated substrate is immersed in a monomer solution and polymerization is performed as it is. In this method, since the monomer is sufficiently supplied, the graft polymerization proceeds rapidly to the inside of the base material due to dissolution and permeation of the monomer into the amorphous part.

ポリマーブラシの比率を高くするには、繊維とモノマー溶液との接触時において、モノマーの繊維内部への浸透速度を小さくすることが必要であり、このような放射線グラフト重合法として、エマルショングラフト重合法及び気相グラフト重合法がある。   In order to increase the ratio of the polymer brush, it is necessary to reduce the penetration rate of the monomer into the fiber at the time of contact between the fiber and the monomer solution. As such a radiation graft polymerization method, an emulsion graft polymerization method is used. And gas phase graft polymerization.

エマルショングラフト重合法はモノマー、水及び界面活性剤からなる混合溶液によりエマルション溶液を調製した後、繊維と接触させる重合方法であり、グラフト重合速度が比較的大きく、またモノマーの繊維への浸透速度が小さいために、ポリマーブラシの比率を高くすることができる。特に、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアミドなど疎水性の繊維に対して、疎水性のモノマー、例えばメタクリル酸グリシジル、スチレン、クロロメチルスチレンなど2重結合を有するモノマーと界面活性剤及び水を用いて水中油滴型エマルション溶液を使用してグラフト重合することにより好適に得られる。これらは蒸気圧が比較的高めで気相グラフト重合しやすい。先に挙げたモノマーの他にアクリロニトリル、アクロレイン、ビニルピリジン、アクリル酸グリシジルなどが好適に利用できる。   The emulsion graft polymerization method is a polymerization method in which an emulsion solution is prepared with a mixed solution composed of a monomer, water and a surfactant, and then brought into contact with the fiber. The graft polymerization rate is relatively high, and the penetration rate of the monomer into the fiber is high. Since it is small, the ratio of the polymer brush can be increased. In particular, for hydrophobic fibers such as polyethylene, polyester, and polyamide, oil-in-water droplets using a hydrophobic monomer, such as a monomer having a double bond such as glycidyl methacrylate, styrene, or chloromethylstyrene, a surfactant, and water. It can be suitably obtained by graft polymerization using a mold emulsion solution. These have a relatively high vapor pressure and are liable to vapor phase graft polymerization. In addition to the monomers listed above, acrylonitrile, acrolein, vinylpyridine, glycidyl acrylate, and the like can be suitably used.

モノマー自体にはイオン交換基やキレート基を有しないモノマーは疎水性の場合が多く、水中油滴型エマルション溶液を調製するのに適している。界面活性剤としては、陰イオン系界面活性剤、陽イオン系界面活性剤、両性イオン系界面活性剤、非イオン系界面活性剤など適宜選んで使用できる。また、これらのうち複数種を組み合わせて使用してもよい。陰イオン系界面活性剤は、特に限定はないが、アルキルベンゼン系、アルコール系、オレフィン系、リン酸系、アミド系の界面活性剤などであり、例えば、ドデシル硫酸ナトリウムが挙げられる。陽イオン系界面活性剤は、特に限定はないが、オクタデシルアミン酢酸塩、トリメチルアンモニウムクロライドが挙げられる。   Monomers that do not have ion exchange groups or chelate groups are often hydrophobic and are suitable for preparing oil-in-water emulsion solutions. As the surfactant, an anionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, a nonionic surfactant and the like can be appropriately selected and used. Moreover, you may use in combination of multiple types among these. The anionic surfactant is not particularly limited, and examples thereof include alkylbenzene-based, alcohol-based, olefin-based, phosphoric acid-based, and amide-based surfactants, and examples thereof include sodium dodecyl sulfate. The cationic surfactant is not particularly limited, and examples thereof include octadecylamine acetate and trimethylammonium chloride.

本発明のポリマーブラシの比率を高めた吸着材が機能できるためには、疎水性のグラフト鎖に対してイオン交換基やキレート基、又は非イオン性親水基を導入し、水溶液中で水和や荷電反発によりグラフト鎖に斥力を働かせ膨潤させる必要がある。また、疎水性基の場合は有機溶媒中で膨潤させる必要がある。官能基導入反応は一般的な化学反応を利用することもできるが、グラフト鎖を膨潤させる観点から、予備実験等により経験的に決定することができる。   In order for the adsorbent having an increased ratio of the polymer brush of the present invention to function, an ion exchange group, a chelate group, or a nonionic hydrophilic group is introduced into the hydrophobic graft chain, and hydration can be performed in an aqueous solution. It is necessary to swell by applying repulsion to the graft chain by charge repulsion. In the case of a hydrophobic group, it is necessary to swell in an organic solvent. Although a general chemical reaction can be used for the functional group introduction reaction, it can be determined empirically by a preliminary experiment or the like from the viewpoint of swelling the graft chain.

先に挙げたモノマーの中では、GMAが重合に必要な2重結合と官能基導入のためのエポキシ基を有するため最適なモノマーである。例えば、GMAグラフト物を亜硫酸ナトリウム、水及びイソプロピルアルコールの混合液中で加温することにより、スルホン酸基が導入できる。また、GMAグラフト物をトリエチレンジアミン水溶液中で80℃程度に加温することで4級アンモニウム基を導入できる。これらスルホン酸基を導入した強酸性カチオン交換体や4級アンモニウム基を導入した強塩基性アニオン交換体は広いpH範囲で解離するため、グラフト鎖が膨潤し、ポリマーブラシを効果的に機能させることができる。   Among the monomers listed above, GMA is an optimal monomer because it has a double bond necessary for polymerization and an epoxy group for introducing a functional group. For example, a sulfonic acid group can be introduced by heating the GMA graft product in a mixed solution of sodium sulfite, water and isopropyl alcohol. Moreover, a quaternary ammonium group can be introduce | transduced by heating a GMA graft | grafting thing to about 80 degreeC in triethylenediamine aqueous solution. These strongly acidic cation exchangers introduced with sulfonic acid groups and strongly basic anion exchangers introduced with quaternary ammonium groups dissociate over a wide pH range, so that the graft chains swell and the polymer brush functions effectively. Can do.

GMAグラフト物には代表的なキレート基であるイミノジ酢酸基も容易に導入できる。この場合、カルボキシル基がナトリウム塩型やカリウム塩型であれば、キレート基が解離してグラフト鎖に斥力が働く。しかし、酸処理してH型に再生すると、水素結合が働きグラフト鎖が収縮する。また、GMAグラフト物に対してジメチルアミンを反応し、弱塩基性アニオン交換基のアミノ基を導入した場合、塩酸や硫酸のような酸を吸着させることで、グラフト鎖に十分な斥力が働くようになる。これら官能基の後処理は処理対象物質や処理方法等により適宜選択することができる。   An iminodiacetic acid group, which is a typical chelate group, can be easily introduced into the GMA graft product. In this case, if the carboxyl group is a sodium salt type or a potassium salt type, the chelate group is dissociated and a repulsive force acts on the graft chain. However, when the acid treatment is performed to regenerate the H type, the hydrogen bond works and the graft chain shrinks. In addition, when dimethylamine is reacted with the GMA grafted product and an amino group of a weakly basic anion exchange group is introduced, by adsorbing an acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid, a sufficient repulsive force acts on the graft chain. become. The post-treatment of these functional groups can be appropriately selected depending on the substance to be treated and the treatment method.

スチレンやクロロメチルスチレンのようなスチレン系モノマーも好適に利用できるモノマーである。スチレングラフト物に対しては、クロロスルホン酸/ジクロロメタン溶液中に浸漬することでスルホン酸基を導入できる。また、クロロメチル化後にクロロメチル基を利用してトリメチルアミンなどを反応させ、4級アンモニウム基を導入できる。また、すでにクロロメチル基を有するモノマーであるクロロメチルスチレンも好適に利用できる。クロロメチルスチレングラフト物に対してはトリメチルアミン水溶液中で4級アンモニウム基を導入できる。   Styrene monomers such as styrene and chloromethylstyrene are also suitable monomers. For the styrene graft product, a sulfonic acid group can be introduced by dipping in a chlorosulfonic acid / dichloromethane solution. Further, after chloromethylation, a quaternary ammonium group can be introduced by reacting trimethylamine or the like using a chloromethyl group. Further, chloromethylstyrene, which is a monomer already having a chloromethyl group, can also be suitably used. A quaternary ammonium group can be introduced into the chloromethylstyrene graft product in an aqueous trimethylamine solution.

ポリマーブラシを膨潤させるために必要な官能基には、イオン交換基としてスルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基、4級アンモニウム基、1〜3級アミノ基が挙げられる。また、代表的なキレート基としてアミノ酸基、アミノリン酸基、イミノジ酢酸基、アミドキシム基、ヒドロキサム酸基などが挙げられる。非イオン性親水基をとしてはアミド基や水酸基があり、これらの中から選択されたものを単独又は複数利用してもよい。また、例えば、直鎖アルキルアミン導入物のように疎水性基も有機溶媒中ではポリマーブラシを膨潤させ、抽出試薬の担持に効果がある。   Functional groups necessary for swelling the polymer brush include sulfonic acid groups, carboxyl groups, phosphoric acid groups, quaternary ammonium groups, and primary to tertiary amino groups as ion exchange groups. Representative chelate groups include amino acid groups, aminophosphate groups, iminodiacetic acid groups, amidoxime groups, and hydroxamic acid groups. Nonionic hydrophilic groups include amide groups and hydroxyl groups, and those selected from these may be used alone or in combination. Further, for example, a hydrophobic group such as a linear alkylamine introduced product swells a polymer brush in an organic solvent, and is effective in supporting an extraction reagent.

水溶性モノマーの場合は、水中油滴型エマルション溶液を調製することがむつかしいが、エマルション溶液を調製できれば、疎水性モノマーの場合と同様のエマルショングラフト重合法を適用することが可能と考えられる。水溶性のモノマーは非水溶性のモノマーとは逆に油中水滴型のエマルションを生成できるが、選択した基材繊維自体の親水性又は疎水性、必要とする官能基を導入するに最適なモノマーの種類などを考慮し、予備実験によりグラフト重合条件を決定することができる。   In the case of a water-soluble monomer, it is difficult to prepare an oil-in-water emulsion solution, but if an emulsion solution can be prepared, it is considered possible to apply the same emulsion graft polymerization method as in the case of a hydrophobic monomer. Water-soluble monomers can form water-in-oil emulsions in contrast to non-water-soluble monomers, but they are the most suitable monomers for introducing the hydrophilic or hydrophobic properties of the selected substrate fiber itself and the necessary functional groups. The graft polymerization conditions can be determined by preliminary experiments in consideration of the type of the above.

ポリマーブラシの長さを直接測定するには、ブラシを基材である繊維から単離する必要があるが非常に難しい。しかしながら、ポリマーブラシに多層吸着する牛血清アルブミン(BSA)の吸着量を測定することによって間接的にポリマーブラシの長さの情報を得ることができる。本発明ではBSAの動的吸着容量をもってポリマーブラシの比率を評価する。   In order to directly measure the length of a polymer brush, it is necessary to isolate the brush from the base fiber, but it is very difficult. However, the length information of the polymer brush can be indirectly obtained by measuring the amount of bovine serum albumin (BSA) adsorbed on the polymer brush. In the present invention, the ratio of the polymer brush is evaluated based on the dynamic adsorption capacity of BSA.

図2に示すシリンジ型カラム6とシリンジポンプ5による実験装置を用い、BSAの流通試験を行うことによって、ポリマーブラシの比率の割合についての評価を行うことができる。吸着材7を充填したシリンジにBSAを1g/L、Tris―塩酸緩衝液20mM(pH8.0)に調整した所定濃度のBSA溶液をSV10〜60程度で通液し、処理液8を連続的に採取する。採取した処理液中のBSA濃度を波長280nmの吸光度を測定することにより測定し、破過曲線を作成する。その破過曲線から原液のBSA濃度の10%が漏出する時点までの原液BSA濃度と通液倍量(充填体積の何倍量を通液したかを表す)との積を動的吸着容量としている。一例を図3に示した。ここで、比較のための製造条件は同一の基材、同一の放射線源、照射量、官能基種類及びグラフト率であることが必要である。   The ratio of the polymer brush can be evaluated by conducting a BSA flow test using an experimental apparatus using the syringe type column 6 and the syringe pump 5 shown in FIG. A BSA solution with a predetermined concentration adjusted to 1 g / L of BSA and Tris-hydrochloric acid buffer 20 mM (pH 8.0) was passed through the syringe filled with the adsorbent 7 at about SV10 to 60, and the treatment liquid 8 was continuously supplied. Collect. The BSA concentration in the collected processing solution is measured by measuring the absorbance at a wavelength of 280 nm, and a breakthrough curve is created. From the breakthrough curve, the product of the stock solution BSA concentration up to the point at which 10% of the stock solution BSA leaks out and the fluid passage volume (representing how many times the filling volume was passed through) is taken as the dynamic adsorption capacity. Yes. An example is shown in FIG. Here, the manufacturing conditions for comparison need to be the same substrate, the same radiation source, the irradiation amount, the functional group type, and the graft ratio.

使用する繊維基材として、撚糸、不織布、織布、綿塊状など様々の形状が利用できる。適用箇所にふさわしい使用方法を考慮し、最適な形状を選択できる。撚糸は単繊維を数十本〜数百本撚り合わせたものである。この撚糸17を図9に示すように穴開きコア12に巻いたボビンとして取り扱うことが一般的である。放射線グラフト重合もボビン形状で行い、その後、放射線照射からグラフト重合や二次反応などもボビン形状で行う。ポリマーブラシの比率を高めた官能基導入済み繊維もボビン形状で製造される。   As the fiber base to be used, various shapes such as twisted yarn, non-woven fabric, woven fabric, and cotton lump shape can be used. The optimum shape can be selected in consideration of the usage method suitable for the application location. The twisted yarn is a single fiber twisted from several tens to several hundreds. The twisted yarn 17 is generally handled as a bobbin wound around the perforated core 12 as shown in FIG. Radiation graft polymerization is also carried out in the form of a bobbin, and thereafter, from irradiation to graft polymerization and secondary reactions are carried out in the form of a bobbin. Functional group-introduced fibers with an increased polymer brush ratio are also produced in a bobbin shape.

ボビン状の撚糸を用い、専用の成型加工装置を用いて加工し製品化する。撚糸をカットしてカット繊維、ワインドフィルターまたは組みひもなどに加工できる。不織布や織布のようにシート状の場合は、ボビンと同じように巻いたまま反応することも可能であるがロールに巻いたシートをロールからロールへと移動させて反応するロール・トゥ・ロール方式も可能であり、どちらも利用できる。不織布や織布はシート状であるため、プリーツ折りして穴開きコアに巻いたプリーツフィルターへ加工できる。また、シートを穴開きコアにのり巻状に巻いた積層フィルターへも加工できる。   Bobbin-shaped twisted yarn is used and processed using a dedicated molding device. The twisted yarn can be cut and processed into cut fiber, wind filter or braid. In the case of a sheet like non-woven fabric or woven fabric, it is possible to react while being wound like a bobbin, but the roll-to-roll reacts by moving the sheet wound around the roll from roll to roll. A scheme is also possible and either can be used. Nonwoven fabrics and woven fabrics are in sheet form and can be processed into pleated filters that are pleated and wound around a perforated core. It can also be processed into a laminated filter in which a sheet is wound around a perforated core.

また、図7に示すようなモール状繊維構造物へも成型加工できる。モール状構造物とは芯14の外側に放射状に繊維状吸着材である撚糸13を突出させた構造の一種の組みひもである。使用状況によって、モール全長を所定の長さに切断加工し利用できる。モールを使用する場合、本モールを吊下げることで液体又は気体中の有害物質を除去できる。福島第1原子力発電所から放出された放射性セシウムはさまざまな形態で存在するが、多くはコロイド状や微粒子に付着した状態であると言われており、滞留水、土壌、建屋、港湾、沢、排水路、側溝など様々な環境に存在する。池や溝に敷設しておくだけで放射性セシウムを捕捉し、拡散を抑えることができるためモール状繊維構造物が最適である。不織布シートや織布などシート状に加工し、ふき取りペーパーとして利用できる。また、マット、やネットなども床や道路に敷き、汚染の拡大を防止できる。放射性ヨウ素のように空気中に拡散するものは、カーテンやのれんのような使用方法も可能であり、避難所や待機場所に利用できる。もちろんマスクなどにも利用できる。その場の状況に応じて利用できる。使用後のモールを適当な手段で巻き取ることにより容易に廃棄処分でき廃棄物発生量も少ない。   Further, it can be molded into a molding fiber structure as shown in FIG. The molding-like structure is a kind of braid having a structure in which twisted yarns 13 that are fibrous adsorbents are radially projected outside the core 14. Depending on the usage situation, the entire length of the molding can be cut into a predetermined length and used. When a mall is used, harmful substances in liquid or gas can be removed by hanging the mall. The radioactive cesium released from the Fukushima Daiichi nuclear power plant exists in various forms, but many are said to be in a colloidal state or attached to fine particles, such as stagnant water, soil, buildings, harbors, rivers, It exists in various environments such as drainage channels and gutters. A mall-like fiber structure is optimal because it can capture radioactive cesium and suppress diffusion by simply laying it in a pond or ditch. It can be processed into a sheet such as a non-woven sheet or woven cloth and used as wiping paper. In addition, mats and nets can be placed on the floor and road to prevent the spread of contamination. Those that diffuse into the air, such as radioactive iodine, can be used like curtains and goodwill, and can be used in shelters and waiting areas. Of course, it can also be used for masks. It can be used according to the situation on the spot. The used molding can be easily disposed of by winding it up by an appropriate means, and the amount of waste generated is small.

カット繊維は通常のイオン交換樹脂と同様に充填塔方式で使用できる。イオン交換樹脂では充填率が約60%と大きく、圧力損失が高くなるため、通常SV5〜50程度の流速で通液処理または通気処理される。カット繊維は充填率がせいぜい30%と小さいため、圧力損失が小さくSV100以上の高速処理も可能である。また、カット繊維は固定床以外にも流動床でも使用できる。さらに、カット繊維を滞留水や流水に投入し、所定時間ポンプ循環することにより吸着を行ったのち、所定の目開きを有するメッシュや金網でろ過分離するスラリー方式での使用も可能である。   The cut fiber can be used in a packed tower system in the same manner as a normal ion exchange resin. Since the ion-exchange resin has a large filling rate of about 60% and a high pressure loss, the liquid passing treatment or the aeration treatment is usually performed at a flow rate of about SV5 to 50. Since cut fibers have a filling rate as small as 30%, pressure loss is small and high-speed processing of SV100 or higher is possible. The cut fibers can be used in a fluidized bed as well as a fixed bed. Furthermore, it is also possible to use in a slurry system in which cut fibers are put into stagnant water or running water, adsorbed by pump circulation for a predetermined time, and then filtered and separated with a mesh or wire mesh having a predetermined opening.

以上のべたように、放射線グラフト重合法を利用した繊維状吸着材は使用環境に応じさまざまな使用方法が考えられる。ポリマーブラシの比率が高められた繊維状吸着材においては、その機能を大幅に向上できる。   As described above, the fibrous adsorbent using the radiation graft polymerization method can be used in various ways depending on the use environment. The function of the fibrous adsorbent with an increased polymer brush ratio can be greatly improved.

以下、実施例にて具体的に説明するが、本発明の態様は以下の実施例に限られるものではない。   Hereinafter, although an Example demonstrates concretely, the aspect of this invention is not restricted to a following example.

[実施例1]
BSA吸着試験
(エマルショングラフト重合法による繊維状吸着材A1の製造)
直径約45μmのナイロン繊維にガンマ線を40kGy照射した。次に予め窒素バブリングにより脱酸素したメタクリル酸グリシジル(GMA)/界面活性剤TWEEN20/水(=体積比5/0.5/94.5)のエマルションモノマー溶液に浸漬し、45℃で6時間反応した。反応終了後の繊維をジメチルホルムアミド溶液及びメタノールに浸漬して洗浄した。乾燥後の重量を測定することにより、重量増加率(グラフト率)116%が得られた。次に、GMAグラフト繊維をジエチルアミン(DEA)50%/水50%溶液に浸漬し、40℃で6時間加温し、DEA基を導入した。この繊維をメタノール洗浄後、乾燥重量を測定し、重量増加率から1.5mmol/gのDEA導入繊維が得られた。
[Example 1]
BSA adsorption test (production of fibrous adsorbent A1 by emulsion graft polymerization method)
A nylon fiber having a diameter of about 45 μm was irradiated with 40 kGy of gamma rays. Next, it is immersed in an emulsion monomer solution of glycidyl methacrylate (GMA) / surfactant TWEEN 20 / water (= volume ratio 5 / 0.5 / 94.5) previously deoxygenated by nitrogen bubbling and reacted at 45 ° C. for 6 hours. did. After completion of the reaction, the fiber was immersed in a dimethylformamide solution and methanol and washed. A weight increase rate (graft rate) of 116% was obtained by measuring the weight after drying. Next, the GMA graft fiber was immersed in a 50% diethylamine (DEA) / 50% water solution and heated at 40 ° C. for 6 hours to introduce DEA groups. The fiber was washed with methanol, and then the dry weight was measured. From the weight increase rate, a DEA-introduced fiber of 1.5 mmol / g was obtained.

(BSA吸着試験)
繊維状吸着材A1を0.3g採取し長さ約1cmに切断後、図2のシリンジに層高10mmとなるよう充填した。次に、前処理として20mM Tris−HCl緩衝溶液(pH8.0)をSV30で1時間通液した。その後、BSA1g/Lとなるよう20mM Tris−HCl緩衝溶液(pH8.0)で調製したBSA原液をSV10で通液し、処理液を採取した。処理液中のBSA濃度を280nmの吸光度を測定することにより測定し、破過曲線を作成した。破過曲線より原液BSA濃度の10%が漏出する時点までの通液倍量と原液BSA濃度の積より、20g―BSA/L―充填体積(66mg/g−繊維)というBSAの動的吸着容量を得た。
(BSA adsorption test)
0.3 g of fibrous adsorbent A1 was sampled and cut to a length of about 1 cm, and then filled into the syringe of FIG. 2 so that the layer height was 10 mm. Next, as a pretreatment, a 20 mM Tris-HCl buffer solution (pH 8.0) was passed through SV30 for 1 hour. Thereafter, a BSA stock solution prepared with a 20 mM Tris-HCl buffer solution (pH 8.0) so as to be 1 g / L of BSA was passed through SV10, and a treatment solution was collected. The BSA concentration in the treatment liquid was measured by measuring the absorbance at 280 nm, and a breakthrough curve was created. The dynamic adsorption capacity of BSA of 20 g-BSA / L-filled volume (66 mg / g-fiber) from the product of the flow-through volume up to the point when 10% of the stock BSA concentration leaks from the breakthrough curve. Got.

[比較例1]
(液相グラフト重合法による繊維状吸着材B1の製造)
実施例1の繊維状吸着材A1の製造法において、照射済みナイロン繊維を10%GMA/メタノール溶液に浸漬させたまま、45℃で5時間液相グラフト重合を行った。反応後のGMAグラフト繊維を同様の洗浄・乾燥処理し、実施例1とほぼ同様のグラフト率124%を得た。次に、同様にDEA基を導入し、1.6mmol/gのDEA導入繊維を得た。
[Comparative Example 1]
(Production of fibrous adsorbent B1 by liquid phase graft polymerization)
In the method for producing the fibrous adsorbent A1 of Example 1, liquid phase graft polymerization was performed at 45 ° C. for 5 hours while the irradiated nylon fibers were immersed in a 10% GMA / methanol solution. The GMA graft fiber after the reaction was washed and dried in the same manner, and a graft rate of 124% almost the same as in Example 1 was obtained. Next, DEA groups were similarly introduced to obtain 1.6 mmol / g DEA-introduced fiber.

(BSA吸着試験)
繊維状吸着材B1を使用して、同様のBSA吸着試験を行ったところ、通液初期からBSAが漏出し、動的吸着容量は1.5g―BSA/L―充填体積(5mg/g−繊維)と小さな値であった。
(BSA adsorption test)
When the same BSA adsorption test was performed using the fibrous adsorbent B1, BSA leaked from the beginning of the liquid flow, and the dynamic adsorption capacity was 1.5 g-BSA / L-filled volume (5 mg / g-fiber ) And a small value.

実施例1と比較例1により、同一グラフト率及び同一のイオン交換容量においても、液相グラフト重合法に比べエマルションググラフト重合法で得られた繊維状吸着材A1のBSA吸着量が約倍以上大きく、ポリマーブラシの比率が10倍以上であることが分かった。   According to Example 1 and Comparative Example 1, the BSA adsorption amount of the fibrous adsorbent A1 obtained by the emulsion graft polymerization method is about twice or more compared with the liquid phase graft polymerization method even at the same graft ratio and the same ion exchange capacity. It was found that the ratio of the polymer brush was 10 times or more.

[実施例2]
グラフト率とBSAの動的吸着容量の関係
繊維状吸着材A1の製造法と同様のエマルショングラフト重合法を利用し、グラフト重合時間のみを変え、グラフト率が10%から250%まで異なる10サンプルを作製し、次いで、実施例1と同様の方法でDEA基導入した。この繊維のBSA通液試験を行い、BSA原液濃度の10%漏出までの動的吸着容量を測定した。
[Example 2]
Relationship between Graft Rate and Dynamic Adsorption Capacity of BSA Using the same emulsion graft polymerization method as the production method of fibrous adsorbent A1, changing only the graft polymerization time, 10 samples with different graft rates from 10% to 250% Then, a DEA group was introduced in the same manner as in Example 1. This fiber was subjected to a BSA flow test and the dynamic adsorption capacity up to 10% leakage of the BSA stock solution concentration was measured.

グラフト率とBSAの動的吸着容量の関係は図10の通りであり、グラフト率20%以下ではBSA動的吸着容量が小さくポリマーブラシの比率が高くなかった。150%以上では、200%までは牛血清アルブミンの吸着容量が大きいが、物理強度劣化が認められた。エマルショングラフト重合法においてグラフト率が20〜200%の範囲で液相グラフト重合法で得られるよりも牛血清アルブミン吸着量ベースで20g/L-繊維(60mg/g-繊維)以上を示した。したがって、エマルショングラフト重合法によって得られるグラフト率は20%〜200%が好ましい。より好ましくは20%〜150%、最も好ましくは30%〜130%である。   The relationship between the graft ratio and the BSA dynamic adsorption capacity is as shown in FIG. 10. When the graft ratio was 20% or less, the BSA dynamic adsorption capacity was small and the ratio of the polymer brush was not high. Above 150%, the adsorption capacity of bovine serum albumin was large up to 200%, but physical strength deterioration was observed. In the emulsion graft polymerization method, 20 g / L-fiber (60 mg / g-fiber) or more was shown on a bovine serum albumin adsorbed basis in comparison with the liquid phase graft polymerization method when the graft ratio was in the range of 20 to 200%. Therefore, the graft ratio obtained by the emulsion graft polymerization method is preferably 20% to 200%. More preferably, it is 20% to 150%, and most preferably 30% to 130%.

[実施例3]
ナトリウムイオン除去試験
(エマルショングラフト重合法による繊維状吸着材A2の製造)
実施例1のGMAグラフト繊維を亜硫酸ナトリウム10%、イソプロピルアルコール13%、水77%の溶液に浸漬し、80℃で16時間スルホン化反応を行った。得られたスルホン化繊維を1規定塩酸に1時間浸漬することによってH型に再生し、純水で十分洗浄した。その後、1規定塩化ナトリウム水溶液に1時間浸漬し、繊維を取り除いた。純水で繊維を洗浄し、洗浄液も浸漬液に加えた。この液全量を0.1規定の塩酸で中和することにより、イオン交換容量を測定した。その結果、2.3meq/gの中性塩分解容量を有する強酸性カチオン交換繊維が得られた。
[Example 3]
Sodium ion removal test (production of fibrous adsorbent A2 by emulsion graft polymerization method)
The GMA graft fiber of Example 1 was immersed in a solution of 10% sodium sulfite, 13% isopropyl alcohol and 77% water, and a sulfonation reaction was performed at 80 ° C. for 16 hours. The obtained sulfonated fiber was dipped in 1N hydrochloric acid for 1 hour to regenerate to H type and thoroughly washed with pure water. Then, it was immersed in 1N sodium chloride aqueous solution for 1 hour, and the fiber was removed. The fiber was washed with pure water, and the washing liquid was also added to the immersion liquid. The total amount of this solution was neutralized with 0.1 N hydrochloric acid to measure the ion exchange capacity. As a result, a strongly acidic cation exchange fiber having a neutral salt decomposition capacity of 2.3 meq / g was obtained.

(イオン交換試験)
繊維状吸着材A2の強酸性カチオン交換繊維5gを繊維長0.5〜1cmになるよう切断し、H型に再生した。この繊維を内径15mmのアクリル製カラムに層高10cmとなるよう充填した。ミリポア社の超純水(比抵抗18MΩ・cm以上)5Lを使用して、カラムを洗浄した。この超純水に塩化ナトリウムを溶解し、Na濃度1mg/Lのイオン交換試験用原水を作製した。この原水をカラムに流量10L/h(SV400)で通液し、出口のNa濃度をICP―AESを用いて測定したところ、0.048mg/Lであった。
(Ion exchange test)
5 g of the strongly acidic cation exchange fiber of the fibrous adsorbent A2 was cut to a fiber length of 0.5 to 1 cm and regenerated into an H shape. This fiber was packed in an acrylic column having an inner diameter of 15 mm so that the layer height was 10 cm. The column was washed with 5 L of ultrapure water (specific resistance: 18 MΩ · cm or more) manufactured by Millipore. Sodium chloride was dissolved in this ultrapure water to prepare raw water for ion exchange test with a Na concentration of 1 mg / L. This raw water was passed through the column at a flow rate of 10 L / h (SV400), and the Na concentration at the outlet was measured using ICP-AES and found to be 0.048 mg / L.

[比較例2]
(液相グラフト重合法による繊維状吸着材B2の製造)
比較例1のGMA液相グラフト重合品を実施例3に従いスルホン化し、イオン交換容量を測定したところ、その結果、2.2meq/gの中性塩分解容量を有する強酸性カチオン交換繊維が得られた。
[Comparative Example 2]
(Production of fibrous adsorbent B2 by liquid phase graft polymerization)
The GMA liquid phase graft polymer of Comparative Example 1 was sulfonated according to Example 3 and the ion exchange capacity was measured. As a result, a strongly acidic cation exchange fiber having a neutral salt decomposition capacity of 2.2 meq / g was obtained. It was.

(イオン交換試験)
この繊維を用いて、実施例3と同様のイオン交換試験を行った。カラム出口のNa濃度は0.12mg/Lと実施例と比べやや高い値を示した。
(Ion exchange test)
Using this fiber, the same ion exchange test as in Example 3 was performed. The Na concentration at the column outlet was 0.12 mg / L, which was slightly higher than that of the example.

実施例3と比較例2より、エマルショングラフト重合法で得られた強酸性カチオン交換繊維も液相グラフト重合法で得られた強酸性カチオン交換繊維も中性塩分解容量がほぼ同一にもかかわらず、イオン交換試験においてはエマルショングラフト重合で得られた繊維状吸着材3の処理水質の方が良く、SV400以上のような高速の通液試験においては、ポリマーブラシの比率の高い方がイオン交換性能も良いことが分かった。通常の液相グラフト重合法で得られるものよりナトリウムイオンに対する除去性能が高く、ポリマーブラシの比率を高めた効果が認められた。   From Example 3 and Comparative Example 2, both the strongly acidic cation exchange fiber obtained by the emulsion graft polymerization method and the strongly acidic cation exchange fiber obtained by the liquid phase graft polymerization method have almost the same neutral salt decomposition capacity. In the ion exchange test, the treated water quality of the fibrous adsorbent 3 obtained by emulsion graft polymerization is better. In the high-speed liquid passing test such as SV400 or higher, the higher the ratio of the polymer brush, the higher the ion exchange performance. I also found it good. The removal performance with respect to sodium ions was higher than that obtained by the usual liquid phase graft polymerization method, and the effect of increasing the ratio of the polymer brush was recognized.

[実施例4]
土壌からのコロイド粒子除去試験
(エマルショングラフト重合法による繊維状吸着材A3の製造)
実施例1のGMAグラフト重合済み繊維を、重量%でトリエチレンジアミン(TEDA)10%、イソプロピルアルコール20%、水70%の溶液に浸漬し、70℃で6時間加温し、トリエチレンジアミンを導入した。TEDA導入前後の重量変化から1.6mmol/gのTEDAが導入されていた。また、5%の水酸化ナトリウム水溶液に30分間浸漬した後、純水を用いて十分に水洗し、イオン交換容量を測定したところ、1.5meq/gの中性塩分解容量を有する強塩基性アニオン交換繊維であった。
[Example 4]
Colloidal particle removal test from soil (production of fibrous adsorbent A3 by emulsion graft polymerization)
The GMA graft-polymerized fiber of Example 1 was immersed in a solution of 10% by weight of triethylenediamine (TEDA), 20% of isopropyl alcohol and 70% of water and heated at 70 ° C. for 6 hours to introduce triethylenediamine. . 1.6 mmol / g of TEDA was introduced from the weight change before and after the introduction of TEDA. Further, after being immersed in a 5% aqueous sodium hydroxide solution for 30 minutes, it was thoroughly washed with pure water and the ion exchange capacity was measured. As a result, a strong basicity having a neutral salt decomposition capacity of 1.5 meq / g was obtained. It was an anion exchange fiber.

(土壌由来の色度成分の除去)
千葉大学工学部棟の前の土壌を50g採取し、水道水200Lを入れたドラム缶に入れ、1時間撹拌した。24時間放置後、上澄液を孔径0.45μmのミリポア社製のフィルターでろ過し、通過した液を評価用原水として供試した。原水の濁度及び色度を上水試験法により測定したところ、濁度2度、色度30度であった。繊維状吸着材A3を5mm〜10mmにカットし、1.5gを直径15mmのカラムに充填した。層高は30mmとなった。このカラムに評価用原水を2.7ml/分の流量で通液し、処理液の色度を測定した。その結果、通液初期から通液量3Lまで濁度は2度以下、色度3度であった。3Lをこえた時点で色度が上昇し始め5度になった。濁度2度以下を継続していた。
(Removal of chromaticity components derived from soil)
50 g of soil in front of the Chiba University Faculty of Engineering was collected, put into a drum can containing 200 L of tap water, and stirred for 1 hour. After standing for 24 hours, the supernatant was filtered through a filter manufactured by Millipore having a pore size of 0.45 μm, and the passed liquid was used as raw water for evaluation. When the turbidity and chromaticity of the raw water were measured by the water test method, the turbidity was 2 ° and the chromaticity was 30 °. The fibrous adsorbent A3 was cut to 5 mm to 10 mm, and 1.5 g was packed in a column having a diameter of 15 mm. The layer height was 30 mm. Raw water for evaluation was passed through this column at a flow rate of 2.7 ml / min, and the chromaticity of the treatment liquid was measured. As a result, the turbidity was 2 degrees or less and the chromaticity was 3 degrees from the initial stage of passing the liquid to 3 L. The chromaticity started to increase when it exceeded 3 L and reached 5 degrees. The turbidity was kept below 2 degrees.

[比較例3]
(液相グラフト重合法による繊維状吸着材B3の製造)
比較例1に用いた繊維状吸着材11のGMAグラフト繊維を使用し、実施例4と同様の条件でTEDAを導入した。重量変化から算出したTEDA導入量は1.5mmol/g、中性塩分解容量1.4meq/gであった。
[Comparative Example 3]
(Production of fibrous adsorbent B3 by liquid phase graft polymerization)
Using the GMA graft fiber of the fibrous adsorbent 11 used in Comparative Example 1, TEDA was introduced under the same conditions as in Example 4. The TEDA introduction amount calculated from the change in weight was 1.5 mmol / g, and the neutral salt decomposition capacity was 1.4 meq / g.

(土壌由来の色度成分の除去)
繊維状吸着材B3を使用して、実施例4と同様の条件で色度除去試験を行ったところ、通液初期は濁度は2度以下、色度3度であったが、通液量1.3Lの時点で色度が5度を超えた。濁度は2度以下を維持していた。
(Removal of chromaticity components derived from soil)
When the chromaticity removal test was conducted under the same conditions as in Example 4 using the fibrous adsorbent B3, the turbidity was 2 degrees or less and the chromaticity was 3 degrees at the beginning of the liquid passage. The chromaticity exceeded 5 degrees at the time of 1.3 L. Turbidity was maintained at 2 degrees or less.

0.45μのフィルターを通過した土壌由来の着色成分は腐植質と微細な粘土鉱物が主のコロイド粒子である。ポリマーブラシの長い繊維状吸着材A3は通常の液相グラフト重合から製造した繊維状吸着材B3と比較し、色素成分を良く除去でき、コロイド粒子の除去効果が高いことが確認できた。   The colored components derived from the soil that passed through the 0.45 μ filter are mainly colloidal particles composed of humic substances and fine clay minerals. It was confirmed that the fibrous adsorbent A3 having a long polymer brush can remove the pigment component well and has a high effect of removing colloidal particles as compared with the fibrous adsorbent B3 produced from ordinary liquid phase graft polymerization.

[実施例5]
セシウム除去試験
(エマルショングラフト重合法による繊維状吸着材A4の製造)
実施例4の繊維状吸着材A3を5%のフェロシアン化カリウム水溶液に室温で1時間浸漬し、フェロシアン化物イオンを吸着させた。次に塩化コバルト1%水溶液に1時間浸漬し、繊維状吸着材A3上に不溶性のフェロシアン化コバルトを析出担持させた。乾燥後重量を測定し、元の繊維状吸着材A3採取時との重量差を担持後の重量で除し、担持率10.3%を得た。
[Example 5]
Cesium removal test (production of fibrous adsorbent A4 by emulsion graft polymerization)
The fibrous adsorbent A3 of Example 4 was immersed in a 5% aqueous potassium ferrocyanide solution at room temperature for 1 hour to adsorb ferrocyanide ions. Next, it was immersed in a 1% aqueous solution of cobalt chloride for 1 hour, and insoluble cobalt ferrocyanide was deposited and supported on the fibrous adsorbent A3. After drying, the weight was measured, and the weight difference from when the original fibrous adsorbent A3 was collected was divided by the weight after loading to obtain a loading rate of 10.3%.

(セシウム除去試験)
人工海水に塩化セシウムを溶解し、セシウム濃度9.3mg/Lの放射性セシウム吸着実験用の原水を作製した。繊維5gを評価用原水500mlに加え、液中のセシウム濃度をICP−MSで測定した。液中のセシウム濃度は5分、10分及び15分経過後、それぞれ1.1mg/L、0.3mg/L及び0.1mg/L以下を示した。
(Cesium removal test)
Cesium chloride was dissolved in artificial seawater to prepare raw water for a radioactive cesium adsorption experiment with a cesium concentration of 9.3 mg / L. 5 g of fiber was added to 500 ml of raw water for evaluation, and the cesium concentration in the liquid was measured by ICP-MS. The cesium concentration in the liquid was 1.1 mg / L, 0.3 mg / L and 0.1 mg / L or less after 5 minutes, 10 minutes and 15 minutes, respectively.

[比較例4]
(液相グラフト重合法による繊維状吸着材B4の製造)
比較例の繊維状吸着材B3に、実施例5と同様のフェロシアン化コバルト担持操作を行った。フェロシアン化コバルトの担持量は7.3%であった。
[Comparative Example 4]
(Production of fibrous adsorbent B4 by liquid phase graft polymerization)
The same procedure for carrying cobalt ferrocyanide as in Example 5 was performed on the fibrous adsorbent B3 of the comparative example. The amount of cobalt ferrocyanide supported was 7.3%.

(放射性セシウム除去試験)
実施例5と同様にセシウムの実験を行ったところ、液中のセシウム濃度は5分、10分及び15分経過後、それぞれ2.0mg/L、1.1mg/L及び0.5mg/Lを示した。
(Radiocesium removal test)
When an experiment of cesium was performed in the same manner as in Example 5, the cesium concentration in the liquid was 2.0 mg / L, 1.1 mg / L, and 0.5 mg / L after 5 minutes, 10 minutes, and 15 minutes, respectively. Indicated.

放射性セシウムに選択性の高いフェロシアン化コバルト結晶を強塩基性アニオン交換繊維に担持した。ポリマーブラシの長いほうに担持した繊維には担持率が10.3%と短い方の7.3%と比較し、担持率が高く、海水をからのセシウムの除去速度が大きかった。   Cobalt ferrocyanide crystals with high selectivity to radioactive cesium were supported on strongly basic anion exchange fibers. The fiber supported on the longer side of the polymer brush had a higher loading rate compared to 10.3% on the shorter side, which was 7.3%, and the removal rate of cesium from seawater was higher.

[実施例6]
(イオン状とコロイド状セシウムの同時除去試験)
実施例4における千葉大学工学部棟の前の土壌を孔径0.45μmのミリポア社製のフィルターでろ過したろ液にセシウムを2mg/Lとなるよう添加した。この溶液を繊維状吸着材A3にSV30で通液し、色度漏れのない通液初期の処理液中のセシウム濃度を測定したところ、セシウム濃度は0.6mg/Lであった。繊維状吸着材A3は正に帯電したポリマーブラシを有するため、コロイド状のセシウムは除去可能である。この結果、2mg/L添加したセシウムの70%がコロイド状、30%がイオン状であることが分かった。実施例5と同様の繊維状吸着材A4(放射性セシウム除去繊維)を充填したカラムに同様の条件で通液し、処理液中のセシウム濃度を測定した。通液初期は処理液中のセシウム濃度が0.1mg/L以下を示し、色度の漏れ始める2.1Lで0.3mg/Lと徐々に高くなった。
[Example 6]
(Simultaneous removal test of ionic and colloidal cesium)
Cesium was added to a filtrate of 2 mg / L to the filtrate obtained by filtering the soil in front of the engineering building of Chiba University in Example 4 with a filter made by Millipore having a pore diameter of 0.45 μm. This solution was passed through the fibrous adsorbent A3 at SV30, and the cesium concentration in the treatment liquid in the initial stage of passing without causing chromaticity leakage was measured. The cesium concentration was 0.6 mg / L. Since the fibrous adsorbent A3 has a positively charged polymer brush, colloidal cesium can be removed. As a result, it was found that 70% of cesium added at 2 mg / L was colloidal and 30% was ionic. A column packed with the same fibrous adsorbent A4 (radioactive cesium removal fiber) as in Example 5 was passed under the same conditions, and the cesium concentration in the treatment liquid was measured. At the beginning of the liquid flow, the cesium concentration in the treatment liquid was 0.1 mg / L or less, and gradually increased to 0.3 mg / L at 2.1 L where chromaticity began to leak.

[比較例5]
繊維状吸着材B4を用いて、実施例6と同様の試験を行った。初期はセシウム濃度0.1mg/Lであったが、1.0Lで0.3mg/Lに上昇し始め、色も漏れ始めた。
[Comparative Example 5]
A test similar to Example 6 was performed using the fibrous adsorbent B4. Initially, the concentration of cesium was 0.1 mg / L, but at 1.0 L, the concentration began to rise to 0.3 mg / L, and the color began to leak.

実施例6と比較例5を比較すると、セシウム濃度の上昇は色度の漏れと一致することが分かった。この時点では、実施例5及び比較例4から、イオン状セシウムの吸着容量に達していないため、色度が漏れ始める時点まではイオン状及びコロイド状の両方のセシウムが除去されることが確認できた。したがって、ポリマーブラシの比率が高い方がセシウムイオン及びセシウムコロイド共に除去率が高いことが分かった。また、フェロシアン化コバルトを多く担持した方が担持しない場合に比べ、コロイド除去率が小さくなっており、担持率によりコロイド除去性能が影響を受けることも分かった。   When Example 6 and Comparative Example 5 were compared, it was found that the increase in cesium concentration coincided with the leakage of chromaticity. At this time, since the adsorption capacity of ionic cesium has not been reached from Example 5 and Comparative Example 4, it can be confirmed that both ionic and colloidal cesium are removed until the chromaticity starts to leak. It was. Therefore, it was found that the higher the polymer brush ratio, the higher the removal rate of both cesium ions and cesium colloids. In addition, it was found that the colloid removal rate was smaller when the larger amount of cobalt ferrocyanide was loaded than when it was not loaded, and the colloid removal performance was affected by the loading rate.

[実施例7]
ヨウ化物イオンの除去試験
(エマルショングラフト重合法による繊維状吸着材A5の製造)
繊維状吸着材A3のTEDA導入繊維に塩化ナトリウム5%液に30分間浸漬し、TEDA導入部位の4級アンモニウム基を塩化物イオン型に変換した。次に、硝酸銀3%を接触させ、担持率20%の塩化銀担持型繊維状吸着材が得られた。
[Example 7]
Iodide ion removal test (production of fibrous adsorbent A5 by emulsion graft polymerization)
The TEDA introduction fiber of the fibrous adsorbent A3 was immersed in a 5% sodium chloride solution for 30 minutes to convert the quaternary ammonium group at the TEDA introduction site into a chloride ion type. Next, 3% of silver nitrate was brought into contact to obtain a silver chloride-supporting fibrous adsorbent having a support rate of 20%.

[比較例6]
(液相グラフト重合法による繊維状吸着材B5の製造)
比較例3で用いたで用いたTEDA導入繊維に実施例7と同様の処理を行い塩化銀担持繊維を作成した。塩化銀担持率は12%であった。
[Comparative Example 6]
(Production of fibrous adsorbent B5 by liquid phase graft polymerization)
The TEDA-introduced fiber used in Comparative Example 3 was treated in the same manner as in Example 7 to produce a silver chloride-carrying fiber. The silver chloride loading was 12%.

塩化銀担持型繊維状吸着材による液中のヨウ化物イオンは、塩化銀の塩化物イオンがヨウ素イオンと置換することで除去される。したがって、塩化銀担持量の大きいポリマーブラシの比率の高い繊維状吸着材の方がヨウ素イオン除去に優れていることが分かった。   The iodide ions in the liquid by the silver chloride-supporting fibrous adsorbent are removed by replacing the chloride ions of silver chloride with iodine ions. Therefore, it was found that the fibrous adsorbent having a high ratio of the polymer brush having a large silver chloride loading amount is superior in removing iodine ions.

[実施例8]
抽出試薬担持材料
(エマルショングラフト重合法による繊維状吸着材A6の製造)
実施例1のGMAグラフト繊維にドデシルアミン40v/v%%/イソプロピルアルコール(IPA)90v/v%%に浸漬し、70℃、8時間反応させた後、アセトンで洗浄し、乾燥後の重量変化から1.7mmol/gのドデシルアミン導入繊維を得た。ドデシルアミンは炭素数12の直鎖アルキル基を有するアミンである。GMAのエポキシ基とアミンが反応するため、反応後の構造はグラフト鎖のエチレン単位1個に1個の割合で炭素数12の側鎖が小枝のように伸長している構造である。抽出試薬であるリン酸水素ビス 2-エチルヘキシル(略称 HDEHP)を体積比でHDEHP10/IPA90の液に40℃で2時間浸漬した。水洗いした後、乾燥重量を測定し担持量を測定したところ、34%であった。
[Example 8]
Extraction reagent support material (production of fibrous adsorbent A6 by emulsion graft polymerization)
The GMA graft fiber of Example 1 was immersed in dodecylamine 40 v / v% / isopropyl alcohol (IPA) 90 v / v%, reacted at 70 ° C. for 8 hours, washed with acetone, and weight change after drying. To 1.7 mmol / g of dodecylamine-introduced fiber. Dodecylamine is an amine having a linear alkyl group having 12 carbon atoms. Since the epoxy group of GMA reacts with the amine, the structure after the reaction is a structure in which the side chain having 12 carbon atoms extends like a branch at a ratio of one ethylene unit of the graft chain. Extraction reagent bis 2-ethylhexyl hydrogen phosphate (abbreviation HDEHP) was immersed in a solution of HDEHP10 / IPA90 at a volume ratio of 2 hours at 40 ° C. After washing with water, the dry weight was measured and the amount supported was 34%.

(ネオジム吸着試験)
塩化ネオジムを0.01M塩酸に溶解し、ネオジム濃度103mg/Lのネオジム吸着評価用原液を作成した。繊維状吸着材0.5gを繊維長0.5〜1cmにカットし内径10mmアクリル製カラムに層高20mmになるよう充填した。ネオジム吸着評価用原液をこのカラムにSV20で通液し、処理液中のネオジム濃度を測定した。ネオジム濃度が原液の10%である10mg/Lに至るまでの通液量より、動的吸着容量を求めたところ、67mg/gであった。
(Neodymium adsorption test)
Neodymium chloride was dissolved in 0.01M hydrochloric acid to prepare a neodymium adsorption evaluation stock solution having a neodymium concentration of 103 mg / L. A fibrous adsorbent 0.5 g was cut to a fiber length of 0.5 to 1 cm and packed into an acrylic column having an inner diameter of 10 mm so that the layer height was 20 mm. The neodymium adsorption evaluation stock solution was passed through this column with SV20, and the neodymium concentration in the treatment liquid was measured. When the dynamic adsorption capacity was determined from the flow rate until the neodymium concentration reached 10 mg / L, which was 10% of the stock solution, it was 67 mg / g.

[比較例7]
(液相グラフト重合法による繊維状吸着材B6の製造)
比較例1のGMAグラフト済み繊維に実施例8と同様のドデシルアミンを導入し、1.5mmol/gのドデシルアミン導入繊維を得た。さらに、同様の条件でHDEHPを担持したところ、HDEHP担持量は9.6%であった。
[Comparative Example 7]
(Production of fibrous adsorbent B6 by liquid phase graft polymerization)
The same dodecylamine as in Example 8 was introduced into the GMA-grafted fiber of Comparative Example 1 to obtain 1.5 mmol / g of dodecylamine-introduced fiber. Furthermore, when HDEHP was supported under the same conditions, the amount of HDEHP supported was 9.6%.

(ネオジム吸着試験)
実施例8のネオジム吸着試験と同様の吸着試験を行った。ネオジム吸着容量は18.5mg/gと実施例と比べ約1/3と小さかった。
(Neodymium adsorption test)
An adsorption test similar to the neodymium adsorption test of Example 8 was performed. The neodymium adsorption capacity was 18.5 mg / g, which was about 1/3 smaller than that of the example.

抽出試薬担持材料の吸着容量は抽出試薬の担持量に依存する。ドデシルアミン導入後のグラフト鎖及び疎水性基はHDEHP10%/IPA溶液による抽出試薬担持条件で膨潤系であり、担持量を大きくできた。そして、ネオジムは担持した抽出試薬3分子に1個のネオジムイオンを吸着する。したがって、ポリマーブラシの比率を高めた繊維状吸着材の方が抽出試薬担持量が多く、有利であることが明らかであった。   The adsorption capacity of the extraction reagent-carrying material depends on the amount of extraction reagent carried. The graft chain and hydrophobic group after introduction of dodecylamine was a swelling system under the extraction reagent loading condition with HDEHP 10% / IPA solution, and the loading amount could be increased. Neodymium adsorbs one neodymium ion to three molecules of the extracted extraction reagent. Therefore, it was clear that the fibrous adsorbent with a higher ratio of the polymer brush is more advantageous because it has a larger amount of extraction reagent.

[実施例9]
パラジウム担持繊維による過酸化水素の除去
実施例1に記載の繊維状吸着材A1を塩化パラジウム(PdCl42−)2%水溶液に室温で、1時間浸漬し塩化パラジウム錯イオンを吸着させた。0.2%塩酸溶液で3回バッチ洗浄を行った後、ヒドラジン10%水溶液に1時間浸漬した。純水洗浄を5回行った後、
乾燥重量よりパラジウムの固定化量を測定したところ、70mg/gであった。
[Example 9]
Removal of Hydrogen Peroxide with Palladium-Supported Fiber The fibrous adsorbent A1 described in Example 1 was immersed in a 2% aqueous solution of palladium chloride (PdCl4 2− ) at room temperature for 1 hour to adsorb palladium chloride complex ions. After performing batch washing three times with a 0.2% hydrochloric acid solution, it was immersed in a 10% aqueous solution of hydrazine for 1 hour. After performing pure water washing 5 times,
The amount of palladium immobilized measured from the dry weight was 70 mg / g.

(過酸化水素除去試験)
繊維状吸着材A7を0.5〜1cmにカットし2gを実施例2のカラムに充填した。層高は30mmであった。過酸化水素100μg/Lを流速を変えてカラムに通液し、処理液中の過酸化水素濃度をフェノールフタリン法で測定したところ、SV4500まで過酸化水素の除去率は100%であった。
(Hydrogen peroxide removal test)
The fibrous adsorbent A7 was cut to 0.5 to 1 cm, and 2 g was packed in the column of Example 2. The layer height was 30 mm. Hydrogen peroxide 100 μg / L was passed through the column at different flow rates, and the hydrogen peroxide concentration in the treatment liquid was measured by the phenol phthaline method. The removal rate of hydrogen peroxide was 100% until SV4500.

[比較例8]
(液相グラフト重合法による繊維状吸着材B7の製造)
比較例1に記載の繊維状吸着材11を実施例9と同様の方法により、パラジウムを固定化した。パラジウム固定化量は58mg/gであった。
[Comparative Example 8]
(Production of fibrous adsorbent B7 by liquid phase graft polymerization)
Palladium was immobilized on the fibrous adsorbent 11 described in Comparative Example 1 in the same manner as in Example 9. The amount of palladium immobilized was 58 mg / g.

(過酸化水素除去試験)
繊維状吸着材B7を0.5〜1cmにカットし、実施例9の方法と同様に方法で過酸化水素除去試験を行った。SV3000まで過酸化水素の除去率は100%であったが、SV3000以降は徐々に除去率が低下した。
(Hydrogen peroxide removal test)
The fibrous adsorbent B7 was cut to 0.5 to 1 cm, and a hydrogen peroxide removal test was performed in the same manner as in Example 9. The removal rate of hydrogen peroxide was 100% until SV3000, but the removal rate gradually decreased after SV3000.

白金属触媒を代表する金属元素のパラジウムを繊維状吸着材に固定化した。ポリマーブラシの比率を高めることによって、パラジウム固定化量が増え、過酸化水素の還元性能も高くなることが分かった。酸化・還元触媒の機能の向上はパラジウム以外の他の触媒金属についてもいえる。   Palladium, a metal element representing a white metal catalyst, was immobilized on a fibrous adsorbent. It was found that by increasing the ratio of the polymer brush, the amount of palladium immobilized was increased and the reduction performance of hydrogen peroxide was improved. The improvement in the function of the oxidation / reduction catalyst can be said for other catalytic metals other than palladium.

[実施例10]
強酸性カチオン交換繊維による気体中のアンモニアの除去
繊維状吸着材A2を用い気相中のアンモニア除去試験を行った。10Lテドラバッグにこの強酸性カチオン交換繊維1gを挿入し、ポリシーラーで封をした。次いで、バッグ内にポンプを用い、10Lの空気を入れ、さらにアンモニアをバッグ内濃度が100ppmとなるようガスサンプリング口からシリンジで注入した。注入開始直後からバッグ内アンモニア濃度をガス検知管で測定したところ、30分で1ppm以下に下がっていた。
[Example 10]
Removal of Ammonia in Gas Using Strong Acid Cation Exchange Fiber An ammonia removal test in the gas phase was conducted using the fibrous adsorbent A2. 1 g of this strongly acidic cation exchange fiber was inserted into a 10 L tedra bag and sealed with a policyler. Next, 10 L of air was introduced into the bag using a pump, and ammonia was further injected from the gas sampling port with a syringe so that the concentration in the bag was 100 ppm. Immediately after the start of injection, the ammonia concentration in the bag was measured with a gas detector tube, and it decreased to 1 ppm or less in 30 minutes.

[比較例9]
繊維状吸着材B2を用い実施例と同様の気相中のアンモニア除去試験を行った。30分後のアンモニア濃度は2.5ppmであった。
[Comparative Example 9]
Using the fibrous adsorbent B2, the same ammonia removal test in the gas phase as in the example was performed. The ammonia concentration after 30 minutes was 2.5 ppm.

実施例4及び比較例3より、ポリマーブラシの比率を高めた繊維状吸着材は液相のみならず気相中のアンモニアガスの吸着性能向上にも効果的であると分かった。   From Example 4 and Comparative Example 3, it was found that the fibrous adsorbent with an increased polymer brush ratio is effective not only in the liquid phase but also in improving the adsorption performance of ammonia gas in the gas phase.

[実施例11]
強酸及び強塩基性アニオン交換繊維による脱臭及びタバコ煙の除去
50mmφのフィルタ装着部を有する脱臭試験用評価装置に繊維状吸着材を上流から繊維状吸着材A2及び繊維状吸着材A3の順に装着し、図11に示す流通法により脱臭試験行った。フィルタ装着部には繊維状吸着材A2及びA3それぞれ6gを0.5〜1cmにカットしそれぞれ層厚1cmとなるよう充填した。被験ガスはアンモニア(塩基性ガス)及び酢酸(酸性ガス)として、ガス発生用のパーミエータを用いて行った。タバコ煙については、実際にタバコを燃焼させ、二次側(出口)で臭いをかぐ官能試験で評価した。ガス濃度の分析は、フィルタ装着部の前後に取り付けたサンプリング口より北川式ガス検知管(光明理化学工業社製)の先端を挿入して吸引し、検知管の着色程度により判定した。結果を表1に示す。
[Example 11]
Deodorization and removal of cigarette smoke with strong acid and strongly basic anion exchange fibers A fibrous adsorbent is installed in the order of fibrous adsorbent A2 and fibrous adsorbent A3 from the upstream in a deodorizing test evaluation apparatus having a filter mounting part of 50 mmφ. The deodorization test was conducted by the flow method shown in FIG. In the filter mounting part, 6 g of each of the fibrous adsorbents A2 and A3 was cut to 0.5 to 1 cm and filled so as to have a layer thickness of 1 cm. The test gas was ammonia (basic gas) and acetic acid (acid gas) using a permeator for gas generation. Tobacco smoke was evaluated by a sensory test in which tobacco was actually burned and smelled on the secondary side (exit). The analysis of the gas concentration was performed by inserting the tip of a Kitagawa type gas detector tube (manufactured by Komyo Chemical Co., Ltd.) from the sampling ports attached before and after the filter mounting portion and sucking it, and judging it by the degree of coloring of the detector tube. The results are shown in Table 1.

[比較例10]
繊維状吸着材B2及びB3を用いて実施例11と同様の実験を行った。結果を表1に併記する。
[Comparative Example 10]
An experiment similar to Example 11 was performed using the fibrous adsorbents B2 and B3. The results are also shown in Table 1.

アンモニア、酢酸は実施例及び比較例ともに除去されていた。タバコ臭も官能試験では差が認められなかった。しかしながら、試験開始後3分が経過した時点で、比較例にわずかな臭いが感じられた。試験終了後、フィルター部を解体すると、実施例11では繊維状吸着材A2に茶色のニコチン、タールの色が濃く繊維状吸着材A3には変色は認められなかった。一方、比較例は繊維状吸着材B2の変色は実施例と比べ薄く、繊維状吸着材B3にまで色移りが認められた。このことから、ポリマーブラシの比率が高い繊維状吸着材がタバコ臭及びニコチン、タールなど粒子径が非常に細かいタバコ煙粒子の吸着に優れていることが分かった。他の空気中の微粒子、ウィルスやエアロゾルはほとんどが帯電しており、ポリマーブラシの比率が高められた繊維状吸着材によって、空気中も水中におけるコロイド除去の場合と同様に除去されることが分かった。   Ammonia and acetic acid were removed in both Examples and Comparative Examples. There was no difference in tobacco odor in the sensory test. However, when 3 minutes passed from the start of the test, a slight odor was felt in the comparative example. When the filter part was disassembled after the test was completed, in Example 11, the fibrous adsorbent A2 had a brown nicotine and a dark tar color and no discoloration was observed in the fibrous adsorbent A3. On the other hand, in the comparative example, the discoloration of the fibrous adsorbent B2 was thinner than that of the example, and color transfer was recognized up to the fibrous adsorbent B3. From this, it was found that the fibrous adsorbent having a high polymer brush ratio is excellent in adsorbing tobacco smoke particles such as tobacco odor, nicotine, and tar with very fine particle diameter. Most other airborne particulates, viruses and aerosols are charged, and it is found that the fibrous adsorbent with an increased polymer brush ratio removes air in the same way as in the case of colloid removal in water. It was.

[実施例12]
気相グラフト重合法により製造した繊維状吸着材のBSA吸着
(気相グラフト重合法による繊維状吸着材A8の製造)
実施例1の照射済み繊維を3Lのフランジ付きガラスアンプル(内径120mm、胴長250mm)に装填し、真空ポンプで10−5torrまで排気した。このガラスアンプルには針金でアンプル底部から50mmの高さにプラスチックのメッシュ架台を照射済み繊維が落下しないように設置してある。架台の下にGMA30mLを加えたシャーレを設置し、蒸発したGMAがメッシュを通り抜け照射済み繊維と接触できる配置とした。真空排気したアンプルを50℃の恒温槽に4時間放置して気相グラフト重合を行った。4時間後、恒温槽からアンプルを取り出し、真空解除によって気相グラフト重合を停止した。グラフト済み繊維を50℃のジメチルホルムアミド300mLに浸漬し、ホモポリマーを洗浄除去した後、メタノール置換し乾燥重量を測定することにより、グラフト率36%を得た。次いで、実施例1と同様の方法により、DEAを導入し、重量増加率から1.1mmol/gの弱塩基性アニオン交換繊維を得た。
[Example 12]
BSA adsorption of fibrous adsorbent produced by vapor phase graft polymerization (production of fibrous adsorbent A8 by vapor phase graft polymerization)
The irradiated fiber of Example 1 was loaded into a 3 L flanged glass ampule (inner diameter: 120 mm, trunk length: 250 mm) and evacuated to 10 −5 torr with a vacuum pump. In this glass ampule, a plastic mesh frame is installed at a height of 50 mm from the bottom of the ampule with a wire so that irradiated fibers do not fall. A petri dish to which 30 mL of GMA was added was placed under the gantry, and the evaporated GMA passed through the mesh so that it could contact the irradiated fibers. The evacuated ampule was left in a thermostatic bath at 50 ° C. for 4 hours to perform gas phase graft polymerization. After 4 hours, the ampoule was taken out from the thermostat and the gas phase graft polymerization was stopped by releasing the vacuum. The grafted fiber was immersed in 300 mL of dimethylformamide at 50 ° C., and the homopolymer was washed and removed, followed by replacement with methanol and measurement of the dry weight to obtain a graft ratio of 36%. Next, DEA was introduced by the same method as in Example 1 to obtain 1.1 mmol / g of weakly basic anion exchange fiber from the weight increase rate.

(BSA吸着試験)
実施例1と同様にBSA吸着試験を実施し、動的吸着容量21g/L−充填体積(70mg/g―繊維)を得た。
(BSA adsorption test)
A BSA adsorption test was conducted in the same manner as in Example 1 to obtain a dynamic adsorption capacity of 21 g / L-filled volume (70 mg / g-fiber).

[比較例11]
(液相グラフト重合法による繊維状吸着材B8の製造)
比較例1の繊維状吸着材B2の製造法において、照射済みナイロン繊維を5%GMA/メタノール溶液に浸漬させたまま、45℃で1時間液相グラフト重合を行った。反応後のGMAグラフト繊維を同様の洗浄・乾燥処理し、グラフト率39%を得た。次に、同様にDEA基を導入し、1.0mmol/gのDEA導入繊維を得た。
[Comparative Example 11]
(Production of fibrous adsorbent B8 by liquid phase graft polymerization)
In the method for producing the fibrous adsorbent B2 of Comparative Example 1, liquid phase graft polymerization was performed at 45 ° C. for 1 hour while the irradiated nylon fibers were immersed in a 5% GMA / methanol solution. The GMA graft fiber after the reaction was washed and dried in the same manner to obtain a graft rate of 39%. Next, DEA groups were similarly introduced to obtain 1.0 mmol / g DEA-introduced fiber.

(BSA吸着試験)
この繊維状吸着材B8を使用して、実施例1と同様のBSA吸着試験を行ったところ、通液初期からBSAが漏出し、動的吸着容量は1.5g―BSA/L−充填体積(5mg/g−繊維)と小さな値であった。
(BSA adsorption test)
Using this fibrous adsorbent B8, the same BSA adsorption test as in Example 1 was conducted. As a result, BSA leaked from the beginning of the liquid passage, and the dynamic adsorption capacity was 1.5 g-BSA / L-filled volume ( 5 mg / g-fiber) and a small value.

実施例と比較例を比較すると、同一グラフト率にもかかわらず、実施例のBSA吸着容量が大きいことから、気相グラフト重合法で得られる繊維状吸着材のポリマーブラシは、同一のグラフト率の液相グラフト重合法で得られる繊維状吸着材のポリマーブラシの比率よりも高いことが分かった。   Comparing the example and the comparative example, the polymer brush of the fibrous adsorbent obtained by the gas phase graft polymerization method has the same graft ratio because the BSA adsorption capacity of the example is large despite the same graft ratio. It was found that the ratio was higher than the polymer brush ratio of the fibrous adsorbent obtained by the liquid phase graft polymerization method.

[実施例13]
強塩基性アニオン交換繊維によるウィルス除去
(エマルショングラフト重合法による繊維状吸着材A9の製造)
実施例4における繊維状吸着材A3をヨウ化カリウム1%水溶液に浸漬し、ヨウ化物イオン型に変換した。
[Example 13]
Virus removal with strong basic anion exchange fiber (production of fibrous adsorbent A9 by emulsion graft polymerization)
The fibrous adsorbent A3 in Example 4 was immersed in a 1% aqueous solution of potassium iodide and converted to the iodide ion type.

(抗ウィルス試験)
インフルエンザウィルスに対する抗ウィルス試験を50% 組織培養感染量(TCID50)測定法により実施した。10分後のウイルス感染価(TCID50)は10であった。
(Antiviral test)
Antiviral test against influenza virus was performed by 50% tissue culture infectious dose (TCID 50 ) measurement method. Viral infectivity after 10 minutes (TCID 50) was 10 2.

[比較例12]
(液相グラフト重合法による繊維状吸着材B9の製造)
繊維状吸着材B3を実施例12と同様にヨウ化物イオン型に変換した。
[Comparative Example 12]
(Production of fibrous adsorbent B9 by liquid phase graft polymerization)
The fibrous adsorbent B3 was converted to the iodide ion type in the same manner as in Example 12.

(抗ウィルス試験)
実施例13と同様のインフルエンザウィルスに対する抗ウィルス試験を実施したところ、10分後のウイルス感染価(TCID50)は10であった。
(Antiviral test)
Was carried antiviral testing for similar influenza virus as in Example 13, viral infectivity after 10 minutes (TCID 50) was 10 4.

抗ウィルス試験は試験ウィルスを繊維に接種した後、所定時間作用させる。その後、洗い出し液によって繊維からウィルスを洗い出し、宿主細胞に感染させてウィルス感染価を測定することによって行う。ウィルス感染価はウィルス液を10倍、100倍、1000倍、10000倍と10倍ずつ順に希釈し、この液が50%の細胞に感染した場合の希釈率を意味している。したがって、ウィルス感染価が10TCID50は10の2乗まで希釈したウイルスが50%の細胞に感染したことを意味している。実施例と比較例をのウィルス感染価を見ると、比較例の方が二桁大きく、実施例より100倍希釈しているにかかわらず50%の細胞への感染力を有していることが分かる。逆に、実施例13の繊維状吸着材A9に接種したウィルス液は比較例5と同一の希釈率10の4乗では感染が起こらず、100倍の濃度において感染が起こり、抗ウィルス効果が確認された。 The antiviral test is performed for a predetermined time after the test virus is inoculated into the fiber. Thereafter, the virus is washed out from the fiber with a washing solution, and the host cells are infected to measure the virus infectivity. The virus infectivity value means the dilution rate when the virus solution is diluted 10-fold, 100-fold, 1000-fold, 10000-fold and 10-fold in order, and this solution infects 50% of cells. Therefore, a virus infectivity titer of 10 2 TCID50 means that 50% of cells were infected with a virus diluted to the square of 10. Looking at the virus infectivity values of the examples and comparative examples, the comparative examples are two orders of magnitude larger and have 50% of infectivity to cells despite being diluted 100 times than the examples. I understand. On the contrary, the virus solution inoculated into the fibrous adsorbent A9 of Example 13 did not infect at the same dilution factor of 10 4 as in Comparative Example 5, but infection occurred at a concentration of 100 times, confirming the antiviral effect. It was done.

[実施例14]
水分吸脱着試験
(エマルショングラフト重合法による繊維状吸着材A10の製造)
実施例1におけるGMAグラフト重合済み繊維を1%硫酸に浸漬し、70℃で1時間加熱した。この反応では、エポキシ基の開環により水酸基が2個導入され、ジオールとなる。重量増加を測定することにより、2.1mmol/gの非イオン性親水基の水酸基が導入された。
[Example 14]
Moisture absorption / desorption test (production of fibrous adsorbent A10 by emulsion graft polymerization)
The GMA graft-polymerized fiber in Example 1 was immersed in 1% sulfuric acid and heated at 70 ° C. for 1 hour. In this reaction, two hydroxyl groups are introduced by ring opening of the epoxy group to form a diol. By measuring the weight increase, 2.1 mmol / g of hydroxyl groups of nonionic hydrophilic groups were introduced.

(空気中の水分吸脱着試験)
繊維状吸着材A10を80℃の温風乾燥機に入れ、水分を除去した。乾燥機から取り出し、温度25℃、湿度75%の室内に放置し、重量増加率を測定した。1分で6%、2分で10%であり、10分経過後に12%であった。その後、80℃の乾燥機に5分入れ、重量測定したところ、重量増加率は0%に戻った。
(Moisture absorption / desorption test in air)
The fibrous adsorbent A10 was placed in a hot air dryer at 80 ° C. to remove moisture. It was taken out from the dryer and left in a room at a temperature of 25 ° C. and a humidity of 75%, and the rate of weight increase was measured. It was 6% at 1 minute, 10% at 2 minutes, and 12% after 10 minutes. Then, when put into an 80 degreeC drying machine for 5 minutes and the weight measurement, the weight increase rate returned to 0%.

[比較例13]
(液相グラフト重合法による繊維状吸着材B10の製造)
比較例1におけるGMAグラフト重合済み繊維を実施例13と同様にエポキシ基を開環し、水酸基導入反応を行った。その結果、2.2mmol/gの水酸基導入量であった。
[Comparative Example 13]
(Production of fibrous adsorbent B10 by liquid phase graft polymerization)
The GMA graft-polymerized fiber in Comparative Example 1 was subjected to hydroxyl group introduction reaction by opening an epoxy group in the same manner as in Example 13. As a result, the amount of hydroxyl group introduced was 2.2 mmol / g.

(空気中の水分吸脱着試験)
実施例13と同様の試験を行った。乾燥機から取り出した後の重量増加率は1分で3%、2分で6%、10分で8%を示した。また、80℃の乾燥機に5分間入れたところ、重量増加率は0%に戻っていた。
(Moisture absorption / desorption test in air)
The same test as in Example 13 was performed. The weight increase after removal from the dryer was 3% in 1 minute, 6% in 2 minutes, and 8% in 10 minutes. Moreover, when it put into the 80 degreeC drying machine for 5 minutes, the weight increase rate returned to 0%.

水分吸脱着試験の結果、空気中の水分を吸着する速度はポリマーブラシの比率が高い方が早いことが分かった。   As a result of the moisture adsorption / desorption test, it was found that the rate of adsorbing moisture in the air was higher when the ratio of the polymer brush was higher.

[実施例15]
ポリエチレン繊維への適用
(エマルショングラフト重合法による繊維状吸着材A11の製造)
実施例1において、繊維基材を直径約20μmのポリエチレンに変えた以外は同様の条件でグラフト重合を行い、GMAグラフト率133%のグラフト繊維を得た。次にDEAを導入し、重量増加率から1.7mmol/gのDEA導入繊維が得られた。
[Example 15]
Application to polyethylene fiber
(Production of fibrous adsorbent A11 by emulsion graft polymerization method)
In Example 1, except that the fiber base material was changed to polyethylene having a diameter of about 20 μm, graft polymerization was performed under the same conditions to obtain a graft fiber having a GMA graft ratio of 133%. Next, DEA was introduced, and a 1.7 mmol / g DEA-introduced fiber was obtained from the weight increase rate.

(BSA吸着試験)
実施例1と同様のBSA吸着試験を行い、BSAの動的吸着容量63g―BSA/L−充填体積(220mg/g−繊維)を得た。
(BSA adsorption test)
The same BSA adsorption test as in Example 1 was performed to obtain a dynamic adsorption capacity of 63 g-BSA / L-filled volume (220 mg / g-fiber) of BSA.

[比較例14]
(液相グラフト重合法による繊維状吸着材B11の製造)
比較例1において、繊維基材を直径約20μmのポリエチレンに変えた以外は同様の条件でグラフト重合を行い、GMAグラフト率140%のグラフト繊維を得た。次にDEAを導入し、重量増加率から1.8mmol/gのDEA導入繊維が得られた。
[Comparative Example 14]
(Production of fibrous adsorbent B11 by liquid phase graft polymerization)
In Comparative Example 1, graft polymerization was performed under the same conditions except that the fiber base material was changed to polyethylene having a diameter of about 20 μm to obtain a graft fiber having a GMA graft ratio of 140%. Next, DEA was introduced to obtain 1.8 mmol / g of DEA-introduced fiber based on the weight increase rate.

(BSA吸着試験)
実施例1と同様のBSA吸着試験を行い、BSAの動的吸着容量4g―BSA/L−充填体積を得た。
(BSA adsorption test)
The same BSA adsorption test as in Example 1 was performed to obtain a BSA dynamic adsorption capacity of 4 g-BSA / L-filled volume.

繊維基材をポリエチレンに変更してBSA吸着試験を行ったところ、エマルショングラフト重合法では63、液相グラフト重合法では1g−BSA/L−充填体積(3mg/g−繊維)とエマルショングラフト重合法で得られるポリマーブラシの比率は液相グラフト重合法の70倍と大きな数値であった。基材のポリエチレンはナイロンに比べより疎水性が大きく、疎水性モノマーを利用した水中油滴型のエマルショングラフト重合法においては、よりポリマーブラシの比率が高くなることを示唆する結果であった。   When the fiber substrate was changed to polyethylene and a BSA adsorption test was performed, 63 was obtained for the emulsion graft polymerization method, and 1 g-BSA / L-filled volume (3 mg / g-fiber) and the emulsion graft polymerization method were used for the liquid phase graft polymerization method. The ratio of the polymer brush obtained in (1) was 70 times larger than that of the liquid phase graft polymerization method. The base polyethylene was more hydrophobic than nylon, and the results suggested that the ratio of polymer brushes would be higher in the oil-in-water emulsion graft polymerization method using hydrophobic monomers.

[実施例15]
(実施例及び比較例で使用した繊維の引張強度測定)
実施例で使用した繊維状吸着材A1及びA3の引張強度を撚糸の状態で測定したところ、7kgf/撚糸1本であった。比較例で使用した繊維状吸着材B1及びB3の4kgf/撚糸1本と比べ引張強度が50%以上大きかった。したがって、ポリマーブラシの比率が高められた吸着材の引張強度は、繊維の中央部まで均一にグラフト重合する通常の液相グラフト重合法と比較し、引張強度が大きいことが分かった。
[Example 15]
(Measurement of tensile strength of fibers used in Examples and Comparative Examples)
When the tensile strength of the fibrous adsorbents A1 and A3 used in the examples was measured in the state of twisted yarn, it was 7 kgf / one twisted yarn. The tensile strength was 50% or more larger than the 4 kgf / one twisted yarn of the fibrous adsorbents B1 and B3 used in the comparative example. Therefore, it was found that the tensile strength of the adsorbent with the increased ratio of the polymer brush was higher than that of a normal liquid phase graft polymerization method in which graft polymerization was performed uniformly to the center of the fiber.

本発明により、放射線グラフト重合法を利用した繊維状吸着材の分離機能性を大幅に向上させることが可能となり、吸着速度の大きさ、成型加工が容易さ、通水時の圧力損失が小さいなど繊維の特長を生かしたさまざまな応用が可能となり、その処理が安定化した。例えば、高流速処理時の水質安定性の向上、フィルターでろ過が困難であった微小なコロイド状物質の除去、さらにはタンパクやウィルスなどサイズの大きな分子に対する除去など様々な産業分野で利用できるようになった。また、ポリマーブラシの比率を高めることで、結果的にグラフト重合を基材繊維の周縁部に集中させることが可能となり、物理的強度が増し、成型加工にも優れた効果を持たせることができた。   According to the present invention, it becomes possible to greatly improve the separation functionality of the fibrous adsorbent using the radiation graft polymerization method, the size of the adsorption speed, the ease of molding processing, the pressure loss when passing water is small, etc. Various applications that take advantage of the characteristics of the fiber are possible, and the processing is stabilized. For example, it can be used in various industrial fields such as improving water quality stability during high flow rate processing, removing fine colloidal substances that were difficult to filter with filters, and removing large molecules such as proteins and viruses. Became. In addition, by increasing the ratio of the polymer brush, it is possible to concentrate the graft polymerization on the peripheral edge of the base fiber as a result, increasing the physical strength and having an excellent effect on the molding process. It was.

1…非晶部
2…結晶部
3…ポリマールーツ
4…ポリマーブラシ
5…シリンジポンプ
6…シリンジ
7…吸着材充填層
8…流出液
9…繊維断面
10…繊維断面の荷電層
11…ナトリウムイオン
12…穴開きコア
13…吸着繊維
14…芯
15…牛血清アルブミン
16…繊維表面
17…基材繊維
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Amorphous part 2 ... Crystal part 3 ... Polymer root 4 ... Polymer brush 5 ... Syringe pump 6 ... Syringe 7 ... Adsorbent filling layer 8 ... Outflow liquid 9 ... Fiber cross section 10 ... Charge layer 11 of fiber cross section ... Sodium ion 12 ... perforated core 13 ... adsorption fiber 14 ... core 15 ... bovine serum albumin 16 ... fiber surface 17 ... substrate fiber

Claims (15)

グラフト鎖に機能性官能基が導入された分離機能性繊維であって、ポリマーブラシの比率が液相グラフト重合法で得られる吸着材のポリマーブラシの比率よりも牛血清アルブミン吸着量ベースで5mg/g―繊維以上、500mg/g−繊維以下の吸着容量となるようにポリマーブラシの比率が高められた吸着材。   A separation functional fiber having a functional functional group introduced into a graft chain, wherein the ratio of the polymer brush is 5 mg / bottle on the basis of the bovine serum albumin adsorption amount than the ratio of the polymer brush of the adsorbent obtained by the liquid phase graft polymerization method. An adsorbent in which the ratio of the polymer brush is increased so that the adsorption capacity is not less than g-fiber and not more than 500 mg / g-fiber. 前記機能性官能基がイオン交換基、キレート基、非イオン性親水基及び疎水性基の少なくともいずれかより選択された請求項1記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材。   The adsorbent with an increased ratio of a polymer brush according to claim 1, wherein the functional functional group is selected from at least one of an ion exchange group, a chelate group, a nonionic hydrophilic group, and a hydrophobic group. 前記分離機能性繊維の形状は繊維、単繊維、繊維の集合体である撚糸、織布、不織布、カット繊維、中空繊維又はそれらの加工品より選択される請求項1乃至2記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材。   3. The polymer brush according to claim 1, wherein the shape of the separation functional fiber is selected from fiber, single fiber, twisted yarn that is an aggregate of fibers, woven fabric, non-woven fabric, cut fiber, hollow fiber, or a processed product thereof. Adsorbent with increased ratio. 前記グラフト鎖は前照射気相グラフト重合法又は前照射エマルショングラフト重合法から選択された方法により付与されたものである請求項1乃至3記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材。   4. The adsorbent with an increased ratio of polymer brush according to claim 1, wherein the graft chain is provided by a method selected from a pre-irradiation gas phase graft polymerization method or a pre-irradiation emulsion graft polymerization method. 前記前照射エマルショングラフト重合法は非親水性モノマー、界面活性剤及び水を含む水中油滴型エマルション溶液を使用し、グラフト率は20〜200%である請求項1乃至4記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材。   The ratio of the polymer brush according to any one of claims 1 to 4, wherein the pre-irradiation emulsion graft polymerization method uses an oil-in-water emulsion solution containing a non-hydrophilic monomer, a surfactant and water, and the graft ratio is 20 to 200%. Adsorbent with increased resistance. 前記、エマルショングラフト重合法に利用する非親水性モノマーがメタクリル酸グリシジルを含む請求項1乃至5記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材。   The adsorbent with an increased ratio of the polymer brush according to claim 1, wherein the non-hydrophilic monomer used in the emulsion graft polymerization method includes glycidyl methacrylate. 前記、ポリマーブラシの比率が高められた吸着材のポリマーブラシ間に担持物が担持された請求項1乃至6記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材。   The adsorbent with an increased ratio of a polymer brush according to claim 1, wherein a support is supported between the polymer brushes of the adsorbent with an increased ratio of the polymer brush. 前記、担持物はフェロシアン酸金属塩不溶化物、含水酸化チタン、チタン酸金属塩、銀及び銀化合物の少なくともいずれか、白金族元素及び白金族元素化合物の少なくともいずれか、遷移金属元素及び遷移金属元素化合物の少なくともいずれか、抽出試薬、酵素を含むものである請求項1乃至7記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材。   The supported material is a ferrocyanate metal salt insolubilized material, hydrous titanium oxide, a titanate metal salt, at least one of silver and a silver compound, at least one of a platinum group element and a platinum group element compound, a transition metal element and a transition metal The adsorbent with an increased ratio of the polymer brush according to claim 1, wherein the adsorbent contains at least one of elemental compounds, an extraction reagent, and an enzyme. 前記、請求項1乃至8記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材と有用物質又は有害物質を含有する流体とを接触させる流体の処理方法   A method for treating a fluid, wherein the adsorbent having an increased ratio of the polymer brush according to claim 1 and a fluid containing a useful substance or a harmful substance are brought into contact with each other. 前記、請求項1乃至8記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材により、液体中のイオン及びコロイド粒子を同時に除去する請求項9に記載の有用物質又は有害物質を含有する流体とを接触させる流体の処理方法   The contact material is brought into contact with a fluid containing useful substances or harmful substances according to claim 9, wherein ions and colloidal particles in the liquid are simultaneously removed by the adsorbent having an increased ratio of the polymer brush according to claim 1. Processing method 前記、請求項1乃至8記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材により、液体中から除去される物質は金属イオン、ハロゲン化物イオン、イオン状又はコロイド状の放射性セシウム、放射性ストロンチウム、放射性ヨウ素、腐植質を含む着色物質、ウィルス、微生物を含むものである請求項10記載の有用物質又は有害物質を含有する流体とを接触させる流体の処理方法。   The material removed from the liquid by the adsorbent with the increased ratio of the polymer brush according to claim 1 is a metal ion, halide ion, ionic or colloidal radioactive cesium, radioactive strontium, radioactive iodine The method for treating a fluid in contact with a fluid containing a useful substance or a harmful substance according to claim 10, comprising a colored substance containing humic substances, a virus, or a microorganism. 前記、請求項1乃至8記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材により、空気中の悪臭物質と浮遊粒子状物質を同時除去する請求項9に記載の有用物質又は有害物質を含有する流体とを接触させる流体の処理方法。   The fluid containing the useful substance or harmful substance according to claim 9, wherein malodorous substances and suspended particulate substances in the air are simultaneously removed by the adsorbent having an increased ratio of the polymer brush according to claims 1 to 8. Treatment method for fluid contact. 前記、請求項1乃至8記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材により、空気中から除去される物質は、塩基性ガス酸性ガス、感染性ウィルス、花粉、エアロゾルから選択されたものである請求項12に記載の有用物質又は有害物質を含有する流体とを接触させる流体の処理方法   The substance removed from the air by the adsorbent with the increased ratio of the polymer brush according to any one of claims 1 to 8 is selected from basic gas acidic gas, infectious virus, pollen, and aerosol. A method for treating a fluid, which is brought into contact with a fluid containing the useful substance or harmful substance according to claim 12. 前記、請求項1乃至8記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材により、吸着又は精製される物質はタンパク質、酵素、ウィルス、抗原、抗体、生化学関連物質から選択されたものである請求項9に記載の有用物質又は有害物質を含有する流体とを接触させる流体の処理方法   The substance adsorbed or purified by the adsorbent having an increased ratio of the polymer brush according to any one of claims 1 to 8 is selected from proteins, enzymes, viruses, antigens, antibodies, and biochemical related substances. Item 10. A method for treating a fluid, wherein the fluid is brought into contact with a fluid containing the useful or harmful substance according to Item 9. 前記、請求項1乃至8記載のポリマーブラシの比率が高められた吸着材により、処理される物質が酸化・還元性物質である請求項9に記載の有用物質又は有害物質を含有する流体とを接触させる流体の処理方法。   The fluid containing the useful substance or harmful substance according to claim 9, wherein the substance to be treated is an oxidizing / reducing substance by the adsorbent in which the ratio of the polymer brush according to claim 1 is increased. Processing method of fluid to be contacted.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018040772A (en) * 2016-09-09 2018-03-15 旭化成メディカル株式会社 Ion exchange chromatography carrier

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