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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine neue Metallchelat-bildende Faser, ein Verfahren zur Herstellung derselben
und ein Metallionenkomplexbildungsverfahren unter Verwendung der
Faser. Die Metallchelat-bildende Faser kann mit hoher Effizienz
selbst bei einem geringen pH-Wert selektiv Metallionen adsorbieren,
die in einer geringen Menge in Wasser vorliegen, wie z. B. Kupfer,
Zink, Nickel und Cobalt. Die Metallchelat-bildende Faser ist in
vielen Anwendungen einsetzbar, einschließlich der Reinigung von Abwasser,
das von Fabriken abgegeben wird, und der Reinigung von Trinkwasser.
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Es gibt einige Fälle, bei denen industrielles
Abwasser verschiedene schädliche
Metallionen enthält. Um
eine Umweltverschmutzung zu vermeiden, ist es erforderlich, solche
schädlichen
Metallionen in ausreichendem Maß aus
dem industriellen Abwasser zu entfernen. Andererseits können viele
der schädlichen
Metallionen effektiv als Schwermetalle verwendet werden. Wenn daher
solche schädlichen
Metallionen zum Wiederaufbereiten als sekundäre Rohstoffe getrennt und gesammelt
werden können,
werden gleichzeitig die beiden Vorteile der Entfernung schädlicher
Metallionen und deren Wiederaufbereitung erreicht.
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Herkömmlich wurden Ionenaustauscherharze
verbreitet zur Entfernung schädlicher
Metallionen oder zum Einfangen wertvoller Metallionen aus industriellem
Abwasser verwendet. Herkömmliche
Ionenaustauscherharze haben jedoch kein ausreichendes Vermögen zur
selektiven Adsorption niedriger Metallionenkonzentrationen.
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Chelatisierende Harze wurden ebenfalls
zur Entfernung oder zum Einfangen von Schwermetallen bei der Wasserbehandlung
verwendet. Chelatisierende Harze bilden mit Metallionen ein Chelat,
so dass diese selektiv eingefangen werden. Deren Vermögen zum
Einfangen von Metallionen und insbesondere von Schwermetallionen
ist hoch. Viele chelatisierende Harze weisen jedoch ein darin eingeführtes Iminodiessigsäure-Grundgerüst auf.
Dieses Grundgerüst
neigt dazu, das Chelatbildungsvermögen der chelatisierenden Harze zu
vermindern, insbesondere deren selektives Adsorptionsvermögen bei
einem niedrigen pH-Wert.
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Normalerweise liegen Ionenaustauscherharze
und chelatisierende Harze in Form von Kügelchen mit einer starren dreidimensionalen
Struktur vor, die durch Vernetzen unter Verwendung eines Vernetzungsmittels wie
z. B. Divinylbenzol und dergleichen gebildet worden ist. Diese Struktur
senkt die Diffusionsgeschwindigkeit von Metallionen und von Regenerie rungsmitteln
in die Ionenaustauscherharze und die chelatisierenden Harze und
als Folge davon wird die Verarbeitungseffizienz vermindert. Wenn
diese Harze vom Einmal-Typ sind, die nach einer Verwendung ohne
Wiederaufbereitung weggeworfen werden, ist es ferner schwierig,
sie zu verbrennen und zu entsorgen. In diesem Fall besteht ein Problem
dahingehend, das Volumen der gebrauchten Harze zu vermindern.
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In einem Versuch zur Lösung der
Probleme der Kügelchen-artigen
chelatisierenden Harze wurde ein faserartiges oder blattartiges
chelatisierendes Harz vorgeschlagen (vgl. die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung
Nr. 7-10925). Das faserartige oder blattartige chelatisierende Harz
weist eine große
spezifische Oberfläche
auf und enthält
auf seiner Oberfläche
eine funktionelle Chelatgruppe, bei der es sich um die Stelle der
Adsorption und der Desorption von Metallionen handelt. Aufgrund
dieser Eigenschaften hat das Harz viele Vorteile, wie z. B. eine
hohe Effizienz beim Adsobieren und Desorbieren von Metallionen,
und es kann einfach verbrannt und entsorgt werden. Es bestehen jedoch
auch Nachteile dahingehend, dass das Verfahren zu seiner Herstellung
kompliziert ist und dass bei seiner Herstellung die Verwendung einer
ionisierenden Strahlung erforderlich ist. Als Folge davon bestehen
viele Probleme bezüglich
der Ausrüstung,
der Sicherheit und der Herstellungskosten.
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Die vorliegende Erfindung wurde im
Hinblick auf die vorstehend beschriebene Situation gemacht und eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer
Metallchelatbildenden Faser, die mit einem einfachen und sicheren
Verfahren mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann, eines Verfahrens
zur Herstellung derselben und einer Metallionenkomplexbildung unter
Verwendung der Faser.
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Erfindungsgemäß enthält eine Metallchelat-bildende
Faser eine Acylgruppe, dargestellt durch die folgende Formel [1],
als eine Substituentengruppe in mindestens einem Molekül in der
Oberfläche
der Faser:
wobei R
1,
R
2 bzw. R
3 eine
Niederalkylengruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen und n eine ganze
Zahl von 1 bis 4 ist und die Acylgruppe ein Rest aus mindestens
einem, ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Nitrilotriessigsäure, Ethylendiamintetraessigsäure und
Diethylentriaminpentaessigsäure,
ist.
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Erfindungsgemäß sind eine Hydroxylgruppe
und eine Aminogruppe typische Beispiele der reaktiven funktionellen
Gruppe, die in dem Molekül
enthalten sind, welches die Faser aufbaut. Bei der Durchführung der vorliegenden
Erfindung kann der Metallchelat-bildenden Faser durch Steuern der
Substitutionsrate der Acylgruppe, die aus dem folgenden mathematischen
Ausdruck erhalten wird, auf 10 Gew.-% oder mehr, ein höheres Vermögen zum
Einfangen von Metallionen verliehen werden: Substitutionsrate
(Gew.-%) = [(Gewicht der Faser nach der Umsetzung – Gewicht
der Faser vor der Umsetzung)/Gewicht der Faser vor der Umsetzung] × 100.
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Entsprechend der erfindungsgemäßen Metallionenkomplexbildung
werden Metallionen (d. h. schädliche
Schwermetallionen und wertvolle Metallionen), die in Wasser enthalten
sind, durch die Verwendung der vorstehend beschriebenen Metallchelat-bildenden
Faser eingefangen. Entsprechend des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
kann die vorstehend beschriebene Chelat-bildende Faser in einfacher
Weise mit hoher Effizienz hergestellt werden. In diesem Verfahren
wird ein Polycarbonsäureanhydrid,
dargestellt durch die folgende Formel [2], direkt mit einer reaktiven
funktionellen Gruppe des Moleküls,
das die Faser aufbaut, oder einer anderen reaktiven funktionellen
Gruppe umgesetzt, die in das Molekül eingeführt worden ist, das die Faser
aufbaut:
wobei das Polycarbonsäureanhydrid
mindestens eines, ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Nitrilotriessigsäureanhydrid, Ethylendiamintetraessigsäuredianhydrid
und Diethylentriaminpentaessigsäuredianhydrid,
ist, R
1, R
2 bzw.
R
3 eine Niederalkylengruppe mit 1 bis 3
Kohlenstoffatomen und n eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist.
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1 ist
ein Graph, der die Ergebnisse eines Adsorptionstests unter Verwendung
einer Metallchelat-bildenden Faser gemäß eines Beispiels der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht. 2 ist
ein Graph, der die Ergebnisse eines Adsorptionstests unter Verwendung
eines Metallchelat-bildenden Harzes gemäß eines anderen Beispiels der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 3 ist ein Graph, der einen Adsorptionstest
unter Verwendung eines herkömmlichen
Kügelchen-artigen
Metallchelat-bildenden Harzes veranschaulicht.
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4 ist
ein Graph, der die Durchbruchkurven der Kupferionenadsorption im
Fall der Verwendung der erfindungsgemäßen Chelat-bildenden Faser
bzw. im Fall der Verwendung eines herkömmlichen Kügelchen-artigen Metallchelat-bildenden
Harzes für
Vergleichszwecke veranschaulicht.
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Erfindungsgemäß enthält die Metallchelat-bildende
Faser eine Acylgruppe, wie sie vorstehend beschrieben worden ist,
als Substituentengruppe in dem Molekül, das in der Oberfläche der
Faser vorliegt. Die Acylgruppe enthält Stickstoff und eine Carbonsäure, die
ein hervorragendes Vermögen
zum selektiven Adsorbieren von Schwermetallionen wie z. B. Kupfer,
Zink, Nickel und Kobalt aufweisen. Die Acylgruppe mit einem selektiven
Adsorptionsvermögen
ist auf der Oberfläche
der Faser freigelegt. Aufgrund der Gegenwart der Acylgruppe zeigt
die Faser ein hohes Vermögen
zum selektiven Adsorbieren von Metallionen.
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Als reaktive funktionelle Gruppe,
in welche die Acylgruppe eingeführt
wird, wird eine funktionelle Gruppe verwendet, die eine Reaktivität mit dem
Polycarbonsäureanhydrid
der vorstehend genannten Formel [2] aufweist. Beispiele für die reaktive
funktionelle Gruppe umfassen Hydroxylgruppen, Aminogruppen, Iminogruppen,
Thiolgruppen, Glycidylgruppen, Isocyanatgruppen und Aziridinylgruppen.
Bezüglich
des Materials der Faser, welche die reaktive funktionelle Gruppe
aufweist, gibt es keine spezielle Beschränkung und es können verschiedene
Fasern verwendet werden. Beispiele für die Faser umfassen: verschiedene
Pflanzenfasern, einschließlich
Baumwolle und Hanf; verschiedene tierische Fasern, einschließlich Seide
und Wolle; verschiedene synthetische Fasern, einschließlich Polyamid-,
Acryl- und Polyesterfasern; und regenerierte Fasern, einschließlich Viskose-
und Acetatfasern. In vielen Fällen
weisen diese Fasern eine reaktive funktionelle Gruppe wie z. B.
eine Hydroxylgruppe und eine Aminogruppe in ihren Molekülen auf
und die reaktive funktionelle Gruppe kann als solche verwendet werden.
In dem Fall, bei dem eine Faser verwendet wird, die in ihrem Molekül keine
der vorstehend beschriebenen reaktiven funktionellen Gruppen aufweist,
wird mit einem Verfahren wie z. B. einer Oxidation eine andere reaktive
funktionelle Gruppe in das Molekül
der Faser eingeführt.
Gegebenenfalls ist es auch möglich,
dass die reaktive funktionelle Gruppe, die ursprünglich in dem Molekül der Faser vorlag,
zu einer funktionellen Gruppe mit einer höheren Reaktivität derivatisiert
wird, und die so erhaltene Faser wird verwendet.
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Bezüglich der Form der Faser gibt
es keine Beschränkung.
Die Faser kann ein langfaseriges Mehrfachfilament, ein kurzfaseriges
gesponnenes Garn oder ein Gewebe sein, das durch Weben oder Verstricken derselben
erhalten wird, und ferner ein Vlies. Es ist auch effektiv, gewobene
oder verstrickte Gewebe zu verwenden, die durch Kombinieren von
zwei oder mehr Fasern erhalten werden. Es sind auch Holz, Pulpe,
Papier sowie Holzstücke,
Holzspäne
und Laminate verwendbar.
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Die Faser, welche die reaktive funktionelle
Gruppe in ihrem Molekül
aufweist, wird mit einem Polycarbonsäureanhydrid umgesetzt, das
aus der Gruppe bestehend aus Nitrilotriessigsäureanhydrid, Ethylendiamintetraessigsäuredianhydrid
und Diethylentriaminpentaessigsäuredianhydrid
ausgewählt
ist. Als Folge dieser Umsetzung wird die Acylgruppe der Formel [1]
in das Molekül
der Faser eingeführt,
so dass sie an dem Molekül gebunden
ist. Die in der Acylgruppe enthaltene Carbonsäure hat eine hohe Chelatreaktivität mit Schwermetallionen.
Demgemäß fangen
Fasern, in welche die Acylgruppe eingeführt worden ist, wenn diese
zur Behandlung von Abwasser verwendet werden, das Schwermetallionen
enthält,
Schwermetallionen in dem Abwasser aufgrund der effizienten Bildung
eines Metallchelats ein.
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Das Polycarbonsäureanhydrid der Formel [2],
das zur Einführung
der Acylgruppe der Formel [1] verwendet wird, ist aus Nitrilotriessigsäureanhydrid
(NTA-Anhydrid), Ethylendiamintetraessigsäuredianhydrid (EDTA-Dianhydrid),
Ethylendiamintetraessigsäuremonoanhydrid
(EDTA-Monoanhydrid), Diethylentriaminpentaessigsäuredianhydrid (DTPA-Dianhydrid)
und Diethylentriaminpentaessigsäuremonoanhydrid
(DTPA-Monoanhydrid) ausgewählt.
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Das Anhydrid und die Faser, die in
ihrem Molekül
die reaktive funktionelle Gruppe aufweist, werden in einem polaren
Lösungsmittel
wie z. B. N,N'-Dimethylformamid
und Dimethylsulfoxid beispielsweise bei etwa 60 bis 100°C 30 min
bis mehrere Stunden umgesetzt. Bei dieser Reaktion reagiert die
Anhydridgruppe mit der reaktiven funktionellen Gruppe (beispielsweise
einer Hydroxylgruppe und einer Aminogruppe), die in dem Molekül der Faser
vorliegt und sie werden aneinander gebunden. Als Folge davon wird
die Acylgruppe der Formel [1] in die Faser eingeführt, so
dass sie in Gestalt einer gebundenen Gruppe vorliegt. Die so erhaltene
Faser weist ein hohes Vermögen
zum selektiven Adsorbieren von Metallionen auf.
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Die Acylgruppe der Formel [1] ist
ein Rest aus mindestens einem, ausgewählt aus Nitrilotriessigsäure (NTA),
Ethylendiamintetraessigsäure
(EDTA) und Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA). Die Reste können allein
in das Molekül
der Faser eingeführt
werden, oder als Kombination von zwei oder mehr dieser Reste.
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Wenn die Faser nicht die reaktive
funktionelle Gruppe in ihrem Molekül aufweist, dann wird die Faser einer
Behandlung wie z. B. einer Oxidation oder einer Pfropfpolymerisation
zum Einführen
der reaktiven funktionellen Gruppe unterworfen. Anschließend wird
die Faser mit dem Polycarbonsäureanhydrid
umgesetzt. In dem Fall, bei dem die Faser die reaktive funkti onelle
Gruppe aufweist, deren Reaktivität
mit dem Polycarbonsäureanhydrid
jedoch gering ist, ist es effektiv, dass eine reaktive funktionelle
Gruppe mit einer hohen Reaktivität
in die Faser eingeführt
und dann die Faser mit dem Polycarbonsäureanhydrid umgesetzt wird.
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Auf diese Weise wird die erfindungsgemäße Metallchelat-bildende
Faser hergestellt. Die Menge der in die Faser einzuführenden
Acylgruppe kann zweckmäßig entsprechend
der Menge des Polycarbonsäureanhydrids,
die bei der Einführung
der Acylgruppe in die Faser verwendet wird, und den Bedingungen
der Einführungsreaktion
gesteuert werden. Um der Faser ein ausreichendes Vermögen zum
Einfangen von Schwermetallen zu verleihen, ist es bevorzugt, dass
die Substitutionsrate des Polycarbonsäureanhydrids, die aus dem vorstehend
genannten mathematischen Ausdruck erhalten wird, so gesteuert wird,
dass sie 10 Gew.-% oder mehr und mehr bevorzugt 20 Gew.-% oder mehr
beträgt.
Die Obergrenze der Substitutionsrate ist nicht speziell beschränkt. Je
höher die
Substitutionsrate ist, desto höher
ist die Kristallinität
der Faser. Die Faser neigt zur Zerbrechlichkeit. Im Hinblick auf
die wirtschaftliche Effizienz wird entsprechend empfohlen, dass
die Obergrenze der Substitutionsrate bei 100 Gew.-% oder weniger,
vorzugsweise bei 50 Gew.-% oder weniger liegt. Abhängig von
der Art der reaktiven funktionellen Gruppe in dem Molekül der Faser
und der Einführungsmenge der
Acylgruppe kann jedoch ausnahmsweise eine hohe Substitutionsrate
von 100 bis 200 Gew.-% eingesetzt werden. Für manche Anwendungen ist die
Faser sehr geeignet, welche die Acylgruppe mit einer extrem hohen Substitutionsrate
aufweist und die deshalb ein extrem hohes Vermögen zum Einfangen von Metallionen
hat.
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Die Reaktion zur Einführung der
Acylgruppe ist schematisch durch die folgende allgemeine chemische Formel
dargestellt, und zwar in dem Fall, bei dem die Faser Baumwolle oder
Seide ist und Ethylendiamintetraessigsäuredianhydrid mit der Faser
umgesetzt wird: Im Fall von Baumwolle:
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Die vorstehenden chemischen Formeln
zeigen als typisches Beispiel den Fall, bei dem die Hydroxylgruppe
oder die Aminogruppe, die in dem Molekül der Faser enthalten ist,
mit dem Polycarbonsäureanhydrid umgesetzt
wird. Die gleichen chemischen Formeln sind auf den Fall anwendbar,
bei dem die Acylgruppe in die Faser unter Verwendung einer reaktiven
funktionellen Gruppe wie z. B. =NH, -SH oder anderer reaktiver funktioneller
Gruppen eingeführt
wird.
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Wie es vorstehend beschrieben worden
ist, wird die Acylgruppe der Formel [1] in das Molekül der Faser
eingeführt.
Wie es in den Beispielen später
deutlich wird, zeigt die so erhaltene Faser ein hohes Vermögen zum
selektiven Adsorbieren von Schwermetallionen und weist bei einem
neutralen pH-Wert und selbst bei einem niedrigen pH-Wert einen verbesserten
Effekt des Einfangens von Schwermetall auf, sowie auch in dem Fall,
bei dem die Faser zu Behandlung von Abwasser verwendet wird, das
eine niedrige Metallionenkonzentration aufweist.
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Wenn die durch die erfindungsgemäße Metallchelat-bildende
Faser adsorbierten und eingefangenen Metalle in einer wässrigen
Lösung
einer starken Säure
wie z. B. Chlorwasserstoffsäure
und Schwefelsäure
behandelt werden, können
die Metalle leicht von der in der Acylgruppe enthaltenen Carboxylgruppe
getrennt werden. Durch Nutzen dieser Eigenschaft können die
Metalle leicht regeneriert werden. Gegebenenfalls können die
Metalle von einer regenerierten Flüssigkeit als nützliche
Metalle gewonnen werden.
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Beispiele für die Metalle, die von der
erfindungsgemäßen Metallchelat-bildenden
Faser eingefangen werden sollen, umfassen Kupfer, Nickel, Cobalt,
Zink, Calcium, Magnesium, Eisen, Scandium und Yttrium, bei denen
es sich um Seltenerdelemente handelt, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym,
Samarium, Europium, Gadolinium, Dysprosium, Holmium, Erbium und
Ytterbium, die zur Lanthanoidreihe gehören, und zusätzlich Technetium,
Promethium, Francium, Radium, Uran, Plutonium und Cäsium, bei
denen es sich um radioaktive Elemente handelt.
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Die Metallchelat-bildende Faser ist
bei verschiedenen Anwendungen folgendermaßen breit einsetzbar: Reinigen
verschiedener flüssiger
Materialien (z. B. Reinigen einer Wasserstoffperoxidlösung, Reinigen von
Materialien, die ein oberflächenaktives
Mittel enthalten, Herstellen von reinem Wasser, Stabilisieren der Qualität von Reiswein
und Reinigen wasserlöslicher
Farbstoffbäder);
Entfernen oder Einfangen und Gewinnen von Metallen aus verschiedenen
Flüssigkeiten
(z. B. Entfernen schädlicher
Metalle aus Abwasser wie z. B. Abwasser, das bei dem Faserdurchspülungsverfahren
anfällt,
Komplexieren und Gewinnen wertvoller Metalle von Abwasser, verschiedenen
Reaktionsflüssigkeiten
und Meerwasser, insbesondere Gewinnen und Reinigen von Zinn aus
einem chemischen Kupferplattierungsbad, Trennen oder Einfangen seltener
Metalle aus natürlichem Wasser
und Trennen, Gewinnen und Reinigen wertvoller Metalle von Erzbehandlungswasser).
Die Faser ist auch bei anderen Anwendungen als den vorstehend genannten
Anwendungen verwendbar. Beispielsweise kann mit der Faser ein Metall
eingefangen werden, das eine katalytische Aktivität aufweist,
wie z. B. Eisen, und sie wird als Redoxreagenz verwendet (d. h.
als Katalysator zum Entfernen von NOx und
SOx). Es ist auch möglich, dass mit der Faser ein
antibakterielles oder antiseptisches Metall wie z. B. Kupfer, Silber
und Nickel eingefangen wird und diese als antibakterielle oder antiseptische
Faser verwendet wird.
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Nachstehend wird die vorliegende
Erfindung weiter detailliert unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben.
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Beispiel 1
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Herstellung
einer Chelat-bildenden Faser des Baumwolle-EDTA-Typs
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In 200 ml N,N-Dimethylformamid wurden
35,3 g Ethylendiamintetraessigsäuredianhydrid
eingebracht und durch Erwärmen
bei 80°C
gelöst.
In die so erhaltene flüssige
Lösung
wurden 0,4 g Baumwollgewebe (ungebleichter Baumwollstoff) eingetaucht
und 6 Stunden bei 80°C
erhitzt. Als nächstes
wurde das Baumwollgewebe in 500 ml destilliertes Wasser eingetaucht.
In diesem Zustand wurde der pH-Wert des destillierten Wassers unter
Verwendung von Ammoniakwasser auf etwa 10 eingestellt und das Wasser
wurde 3 Stunden gerührt,
um die nicht-umgesetzte Ethylendiamintetraessigsäure zu lösen und zu entfernen. Anschließend wurde das
Baumwollgewebe in 500 ml einer 0,1-normalen wässrigen Schwefelsäurelösung eingetaucht
und 3 Stunden gerührt.
Danach wurde das Baumwollgewebe wiederholt mit destilliertem Wasser
gewaschen, bis das zum Waschen eingesetzte destillierte Wasser neutralisiert
war und anschließend
wurde das Baumwollgewebe 5 Stunden bei 60°C getrocknet. Dadurch wurden
0,54 g einer Chelat-bildenden Faser des Baumwolle-EDTA-Typs erhalten
(Substitutionsrate: 35 Gew.-%).
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Die Chelat-bildende Faser des Baumwolle-EDTA-Typs
wurde geschnitten, um vier Stücke
mit einem Gewicht von 0,05 g zu erhalten. Die jeweiligen Stücke wurden
behandelt, so dass sie Kupfer, Zink, Nickel und Cobalt in einer
Konzentration von etwa 1 mmol/Liter enthielten und dann in 50 ml
einer verdünnten
wässrigen Schwefelsäurelösung mit
einem auf 1 bis 7 eingestellten pH-Wert eingetaucht und 20 Stunden
bei 20°C
gerührt.
Für die
jeweiligen Stü cke
wurde die Adsorption jedes Metallions geprüft. Wie es in der 1 ersichtlich ist, zeigten
die Stücke
ein starkes Vermögen
zum Adsorbieren der jeweiligen Metallionen, d. h. Kupfer, Zink, Nickel
und Cobalt bei einem neutralen pH-Wert und selbst bei einem niedrigen
pH-Wert. Aus den
in 1 gezeigten Testergebnissen
ist ersichtlich, dass die Adsorptionsaktivität der Faser abhängig von
den Arten der Metallionen variiert. Insbesondere hatte die Faser
die höchste
Adsorptionsaktivität
für Kupfer
und die Adsorptionsaktivität
der Faser wird von Nickel über
Zink zu Cobalt in dieser Reihenfolge nach und nach niedriger. Der Unterschied
bei der Adsorptionsaktivität
kann positiv verwendet werden. Beispielsweise kann mit der Faser
zuerst Kupfer eingefangen werden und dann nacheinander Nickel, Zink
und Cobalt in dieser Reihenfolge. Die in einer Flüssigkeit
gelösten
Metallionen können
derart eingefangen werden, dass sie in der Reihenfolge von einer
hohen zu einer niedrigen Adsorptionsaktivität der Faser getrennt werden.
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Beispiel 2
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Herstellung
einer Chelat-bildenden Faser des Baumwolle-NTA-Typs
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Die Schritte von Beispiel 1 wurden
wiederholt, wobei 0,51 g einer Chelat-bildenden Faser des Baumwolle-NTA-Typs
erhalten wurden (Substitutionsrate: 28 Gew.-%), jedoch wurden anstelle
von Ethylendiamintetraessigsäuredianhydrid
35,3 g Nitrilotriessigsäureanhydrid
und 0,4 g Baumwollgewebe (ungebleichter Baumwollstoff) verwendet.
Unter Verwendung der Chelat-bildenden Faser aus Baumwolle-NTA wurde
der gleiche Adsorptionstest wie im Beispiel 1 durchgeführt. Die
Ergebnisse des Tests sind in der 2 gezeigt.
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Vergleichsbeispiel 1
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Es wurde der gleiche Adsorptionstest
wie in Beispiel 1 durchgeführt,
jedoch wurde ein Kügelchen-artiges
chelatisierendes Styrol-Iminodiessigsäure-Harz („Diaion CR11", ein Produkt von
Mitsubishi Kagaku Co., Ltd.) verwendet. Wie es aus den in der 3 gezeigten Ergebnissen
ersichtlich ist, hatte die Faser eine relativ gute Adsorption für die Kupferionen
bei einem pH-Wert von etwa 2. Zur Adsorption von Nickel, Zink und
Cobalt war jedoch ein pH-Wert von etwa 3 bis 4 erforderlich. Dieses
Ergebnis zeigt, dass die Faser eine starke Abhängigkeit vom pH-Wert aufwies.
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Beispiel 3
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Ein 4 g-Stück der in Beispiel 1 hergestellten
Chelat-bildenden Faser des Baumwolle-EDTA-Typs und ein 4 g-Stück des im Vergleichsbeispiels
1 verwendeten Kügelchen-artigen
chelatisierenden Styrol-Iminodiessigsäure-Harzes wurden jeweils in
eine Glassäule
mit einem Durchmesser von 10 mm eingebracht. In die jeweiligen Säulen wurde
eine wässrige
Lösung,
die Kupfersulfat in einer Konzentration von 10 mmol/Liter enthielt,
mit einer Geschwindigkeit SV = 10 Stunde–1 fließen gelassen.
Die Konzentration der Kupferionen, die in der abgegebenen Flüssigkeit
vorlag, wurde gemessen und die Durchbruchkurven für die jeweiligen
Stücke wurde
aus den Messergebnissen erhalten.
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Wie es aus den in 4 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist,
wurden die Kupferionen bei der Verwendung des Kügelchen-artigen Chelat-bildenden
Harzes abgegeben, bevor sie ausreichend von dem Kügelchen-artigen
Chelat-bildenden Harz eingefangen worden sind. Im Gegensatz dazu
wurden die Kupferionen bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Chelat-bildenden
Faser durch die Faser im Wesentlichen perfekt eingefangen, bis deren
Metallioneneinfangsvermögen
gesättigt
war. Dieses Ergebnis zeigt, dass die erfindungsgemäße Chelat-bildende
Faser ein extrem hohes Vermögen
zum Einfangen von Metallionen hat.
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Erfindungsgemäß weist die Metallchelat-bildende
Faser eine niedrigere pH-Wert-Abhängigkeit
auf als herkömmliche
chelatisierende Harze. Die Metallchelat-bildende Faser weist eine
hervorragende Adsorptionsaktivität
bei einem niedrigen pH-Wert und auch in dem Fall auf, bei dem sie
zum Behandeln von Abwasser verwendet wird, das eine niedrige Metallionenkonzentration
aufweist. Darüber
hinaus hat die Metallchelat-bildende Faser eine hervorragende selektive
Adsorptionsaktivität
für Metallionen.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Metallchelat-bildenden
Faser können
Metallionen aus Abwasser mit hoher Effizienz entfernt werden, während herkömmliche
Ionenaustauscherharze und chelatisierende Harze Metallionen nicht
in ausreichender Weise aus Abwasser entfernen können. Die Flüssigkeit
ist nach der Behandlung mit der Metallchelat-bildenden Faser stark
gereinigt. Darüber
hinaus ist die erfindungsgemäße Metallchelat-bildende
Faser beim Einfangen, Gewinnen und Reinigen wertvoller Metalle von
verschiedenem behandelten Wasser effektiv.
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Die erfindungsgemäße Metallchelat-bildende Faser
weist eine Anzahl Chelat-bildender Grundgerüste auf, die jeweils die Fähigkeit
zum Einfangen von Metallionen besitzen. Chelatbildende Grundgerüste sind
chemisch mit dem Molekül
in der Oberfläche
der Faser verbunden. In diesem Zustand wird das Chelat-bildende Grundgerüst mit einer
hohen Effizienz mit den Metallionen in Kontakt gebracht. Demgemäß werden
verglichen mit dem Fall der Verwendung eines herkömmlichen
Kügelchen-artigen
Chelat-bildenden Harzes eine verbesserte Adsorptions- und Waschleistung
sowie eine höhere
Elutionsgeschwindigkeit erreicht. Dar über hinaus ist die Faserform
der Metallchelat-bildenden Faser in vielen Punkten vorteilhaft.
Beispielsweise wenn die Chelat-bildende Faser als Einmal-Faser ohne
Wiederaufbereitung verwendet wird, kann sie einfach durch Verbrennen
entsorgt werden. Darüber
hinaus kann der Druckverlust der Faser durch Einstellen ihrer Schüttdichte
auf einen optimalen Wert eingestellt werden. Wenn die Faser unter
Verwendung eines Faservlieses oder eines Gewebes in Form einer Kartusche
hergestellt wird, dann können
Arbeiten, einschließlich
des Austauschs von Fasern, mit hoher Effizienz durchgeführt werden.
Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Chelat-bildenden Faser
erfordert keine spezielle Ausrüstung,
wie z. B. eine Ausrüstung,
bei der ionisierende radioaktive Strahlen verwendet werden, sondern
nur eine Ausrüstung
zum Erhitzen derselben in einem polaren Lösungsmittel. Das Verfahren
ist bei niedrigen Kosten sehr einfach und sicher und die resultierende
Faser hat eine hohe Leistung. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren
sehr praktisch.
