DE69824286T2

DE69824286T2 - Chelat-bildende Faser, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung davon

Info

Publication number: DE69824286T2
Application number: DE69824286T
Authority: DE
Inventors: Nobuyoshi Nambu; Osamu Ito; Nobutake Chiba-shi MIHARA; Koujirou Nakatsuka
Original assignee: Chelest Corp; Chubu Chelest Co Ltd
Current assignee: Chelest Corp; Chubu Chelest Co Ltd
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2018-03-13
Also published as: WO1998042910A1; CN1101494C; EP0974694A1; EP0974694A4; US6200481B1; CN1251145A; JP3723225B2; EP0974694B1; DE69824286D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Faser, die ein Chelatbildungsvermögen mit Metalloidelementen wie z. B. Bor, Germanium, Arsen, Antimon, Selen, Tellur, usw., und Verbindungen davon aufweist, ein Verfahren zur Herstellung der Faser und ein Verfahren zum Einfangen von Metalloidelementen oder Verbindungen davon (nachstehend einfach als Metalloidelemente oder manchmal als Metalloidelementkomponente bezeichnet) unter Verwendung dieser Faser. Diese Faser kann aufgrund ihrer effizienten Leistung zum selektiven Adsorbieren einer Spurenmenge von Metalloidelementen und Verbindungen davon, die in Wasser und einem Gas vorliegen, in vielen Bereichen industriell zur Reinigung von Industriewasser und Wasser aus der Landwirtschaft, zur Luftreinigung und zur Gewinnung von Metalloidelementen eingesetzt werden.
Bor und Borverbindungen als eine Art von Metalloidelementen sind in der Natur weit verbreitet und für den menschlichen Körper essentiell. Es wurde jedoch bestätigt, dass die Aufnahme einer großen Menge von Bor und Borverbindungen einen negativen Einfluss auf den menschlichen Körper ausübt. Kürzlich wurde über einen Fall berichtet, bei dem eine unnatürliche Verschmutzung aufgrund von in Fluss- und Grundwasser enthaltenen Borkomponenten stattgefunden hatte, so dass die Befürchtung eines negativen Einflusses auf die Wiederverwendung des Wassers und auf die Landwirtschaft bestand. Eine Spurenmenge von Borkomponenten liegt auch in Stäuben in der Luft vor, und es wurde auch darüber berichtet, dass diese Borkomponenten bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen Schäden verursachen können.
Zusätzlich zu Bor sind auch Arsen und Arsenverbindungen für den menschlichen Körper schädlich und es ist erforderlich, so viel wie möglich davon aus Trinkwasser und verschiedenen Abgasen zu entfernen, von denen angenommen wird, dass sie Arsen und Arsenverbindungen enthalten. Da ferner Germanium, Antimon, Selen und Tellur teure Elemente sind, wird es aus industriellen Gesichtspunkten als sehr effektiv erachtet, diese Elemente aus verschiedenen flüssigen Abfällen und Abgasen, die eine Spurenmenge dieser Elemente enthalten, effizient einzufangen.
Die JP-A-3-215533 beschreibt Formteile, die chemisch gebundenes D-Glucosamin oder dessen Oligomer oder Chitosan oder dessen Derivate umfassen, die durch funktionelle Gruppen auf der Oberfläche des Formteils zumindest auf einem Teil davon eingeführt sind.
Die Herstellung der Formteile wird z. B. durch Behandeln eines polymeren Formteils nach dem Einführen von funktionellen Gruppen mit D-Glucosamin oder dessen Oligomer oder Chitosan oder dessen Derivaten durchgeführt. Die JP-A-3064577 beschreibt ein Aggregat aus hochfunktionalisierten ultrafeinen zusammengesetzten Fasern, wobei das Aggregat mit einem Acrylnitrilmonomer pfropfpolymerisiert ist und etwa 50 Gew.-% der Grundgerüstfasern amidoximiert sind. Die JP-A-60102947 beschreibt ein Anionenaustauscherharz mit einer Aminopolyolgruppe, die hohe Desorptionsraten für Borsäure aufweist. Die JP-A-02099189 beschreibt Chelatadsorptionsmittel des Aminopolyalkoholtyps, die mit selektiven Adsorptionsmitteln für Fluoridionen kombiniert sind, um Borfluoridionen, Fluoridionen und Borationen zu entfernen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Technik bereit, mit der diese Metalloidelemente und Verbindungen davon effizient aus Wasser und verschiedenen Abgasen adsorbiert und entfernt werden, oder mit der diese Metalloidelemente und Verbindungen davon effizient aufgenommen und wiedergewonnen werden können. In der vorliegenden Beschreibung wird die vorliegende Erfindung ausschließlich bezüglich Bor beschrieben, bei dem es sich um ein sehr typisches Metalloidelement handelt, jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf andere, von Bor verschiedene Metalloidelemente und Verbindungen davon angewandt werden.
Das Verfahren zum Entfernen von Metalloidelementen wie z. B. Bor in Wasser umfasst z. B. ein Verfahren, bei dem ein basisches Ionenaustauscherharz eingesetzt wird. Die Erkenntnisse der Erfinder haben verdeutlicht, dass die Einfangleistung für Metalloidelemente drastisch vermindert wird, wenn in einem zu behandelnden System andere Anionen vorliegen, da die selektive Adsorption des basischen Ionenaustauscherharzes für die Metalloidelemente wie z. B. Bor sehr schlecht ist.
Andererseits sind auch ein Chelatharz mit einer Einfangleistung für Borkomponenten und ein Verfahren zum Entfernen von Borkomponenten, die in Berieselungswasser enthalten sind, unter Verwendung des Chelatharzes bekannt. Dieses Chelatharz ist ein Kügelchen-artiges oder körniges Harz, bei dem Aminopolyolgruppen in ein Polymer mit einer starren, dreidimensional vernetzten Struktur eingeführt worden sind, wie z. B. in ein Styrol-Divinylbenzolharz und ein Phenol-Aldehydharz. Dabei bestehen die folgenden Probleme: Die Einfangmenge und die Einfangrate der Borkomponenten sind klein und die Regenerierungsrate ist ebenfalls sehr klein, wenn das Chelatharz, das die eingefangenen Borkomponenten enthält, regeneriert wird.
Obwohl das vorstehend genannte Chelatharz ein bestimmtes Maß eines Effekts des Entfernens oder Einfangens der in Wasser enthaltenen Borkomponenten aufweist, ist die Diffusionsgeschwindigkeit in das Harz gering und eine spezifische Oberfläche, die effektiv zur Bildung eines Chelats mit dem Metalloidelement verwendet werden kann, ist sehr gering. Daher zeigt das Chelatharz kaum eine Leistung bezüglich der Entfernung (oder des Einfangens) einer Spurenmenge der in einem Gas (z. B. Luft, verschiedenen Abgasen, usw.) enthaltenen Borkomponenten und kann nicht für eine Anwendung eingesetzt werden, bei der eine Behandlung mit hohem Entfernungsgrad erforderlich ist, z. B. für die Reinigung einer Halbleiterherstellungsvorrichtung. Diese Tatsachen werden dann zu einem schwerwiegenden Problem, wenn Arsen und Verbindungen davon, die für den menschlichen Körper schädlich sind, entfernt werden.
Andererseits sind Bor, Germanium, Selen, Tellur und Antimon sehr nützliche Elemente für die Entwicklung neuer Materialien für die gegenwärtige moderne Industrie, wie z. B. supraleitender Materialien, Halbleitermaterialien, neutronenabsorbierender Materialien, usw., und es wird angenommen, dass diese Elemente in industrieller Hinsicht sehr effektiv verwendet werden können, wenn eine Technik geschaffen werden kann, welche diese Metalloidelemente effizient einfangen kann, um sie in einem konzentrierten Zustand zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung wurde unter diesen Umständen gemacht und eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Chelat-bildenden Faser mit einer hervorragenden Einfangleistung für Metalloidelemente wie z. B. Bor, Germanium und Verbindungen davon, die einfach verbrannt und in einer einfachen und sicheren Weise bei niedrigen Kosten hergestellt werden kann. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur effizienten Herstellung der Chelat-bildenden Faser in einer einfachen und sicheren Weise. Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum effizienten Einfangen einer Spurenmenge von Metalloidelementen und Verbindungen davon, die im Wasser und in der Luft enthalten sind, in einer einfachen und sicheren Weise.
Die erfindungsgemäße Chelat-bildende Faser, welche die vorstehend genannten Probleme löst, ist ein faserförmiges Chelat-Einfangmaterial, bei dem in einem Fasermolekül eine Gruppe vorliegt, die eine Aminogruppe und zwei oder mehr Hydroxylgruppen, insbesondere mindestens zwei Hydroxylgruppen, gebunden an benachbarte Kohlenstoffatome, aufweist, und das ein Vermögen zur Bildung eines Chelats mit Metalloidelementen oder Verbindungen davon aufweist.
Die Gruppe, die in das Fasermolekül eingeführt werden soll, um diesem das Vermögen zur Bildung eines Chelats mit Metalloidelementen oder Verbindungen davon zu verleihen, ist durch die folgende allgemeine Formel [1]
dargestellt, worin G einen Zuckeralkoholrest oder einen Rest eines mehrwertigen Alkohols darstellt und R ein Wasserstoffatom, eine Methyl- oder Ethylgruppe oder G darstellt (G ist wie vorstehend definiert und kann eine Gruppe sein, die mit dem vorstehend genannten G identisch oder davon verschieden ist). Von diesen Gruppen ist insbesondere eine Gruppe bevorzugt, bei der G in der vorstehenden Formel [1] ein D-Glucaminrest, bei dem eine Aminogruppe eliminiert ist, oder eine Hydroxypropylgruppe ist, und R ein Wasserstoffatom oder eine Methyl- oder Ethylgruppe ist.
Bevorzugte Gruppen, die in das Fasermolekül eingeführt werden sollen, um das Vermögen zur Bildung eines Chelats mit Metalloidelementen oder Verbindungen davon zu verleihen (nachstehend manchmal als Metalloidelementchelat-Bildungsvermögen bezeichnet), können direkt an eine reaktive funktionelle Gruppe (z. B. eine Hydroxylgruppe, Aminogruppe, Iminogruppe, Aldehydgruppe, Carboxylgruppe, Thiolgruppe, usw.) in dem Fasermolekül gebunden sein oder sie können auch indirekt mittels einer Vernetzung an die reaktive funktionelle Gruppe gebunden sein. Als Faser, der das Chelatbildungsvermögen verliehen wird, kann eine beliebige Faser verwendet werden, die aus einer natürlichen Faser, einer Regeneratfaser und einer synthetischen Faser ausgewählt ist. Von diesen Fasern sind natürliche Fasern und Regeneratfasern ganz besonders bevorzugt, um die Gruppe, die ein Chelatbildungsvermögen aufweist, auf die vorstehend beschriebene Weise einzuführen.
Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Metalloidelementchelat-bildenden Faser umfasst das Umsetzen einer reaktiven funktionellen Gruppe in einem Fasermolekül direkt mit einer Aminverbindung, die durch die folgende allgemeine Formel [2]
dargestellt wird, worin G und R wie vorstehend definiert sind, oder nach der Umsetzung der reaktiven funktionellen Gruppe mit einer Verbindung, die in einem Molekül zwei oder mehrere von einer Epoxygruppe, einer reaktiven Doppelbindung und einer Halogengruppe auf weist, und dann das Umsetzen des Reaktionsprodukts mit der Aminverbindung der vorstehenden Formel [2]. Die hier verwendete Aminverbindung, die im Hinblick auf die praktische Anwendung bezüglich des Metalloidelementchelat-Bildungsvermögens, der Reaktivität mit dem Fasermolekül und der Herstellungskosten insgesamt am besten geeignet ist, ist D-Glucamin, N-Methyl-D-glucamin oder Dihydroxypropylamin.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloidelemente oder die Verbindungen davon durch die Verwendung der vorstehend genannten Chelat-bildenden Faser eingefangen werden. In diesem Fall kann ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem die Chelat-bildende Faser mit einer Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird, die Metalloid-elemente oder Verbindungen davon enthält, um die Metalloidelemente oder Verbindungen davon in der Flüssigkeit einzufangen, oder ein Verfahren, bei dem die Chelatbildende Faser mit einem Gas in Kontakt gebracht wird, das Metalloidelemente oder Verbindungen davon enthält, um die Metalloidelemente oder Verbindungen davon in dem Gas einzufangen.
Die 1 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Borkonzentration und der Einfangrate der Chelatfaser A, die in dem Beispiel erhalten worden ist, im Vergleich mit einem käuflichen, Kügelchen-artigen Chelatharz zeigt; die 2 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Borkonzentration und der Einfangrate der Chelatfaser B, die in dem Beispiel erhalten worden ist, im Vergleich mit einem käuflichen, Kügelchen-artigen Chelatharz zeigt; die 3 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Borkonzentration und der Einfangrate der Chelatfaser C, die in dem Beispiel erhalten worden ist, im Vergleich mit einem käuflichen, Kügelchen-artigen Chelatharz zeigt; und die 4 ist ein Graph, der eine Durchbruchskurve der erfindungsgemäßen Chelatfaser im Vergleich mit einem käuflichen Chelatharz zeigt, wenn Bor als Material zum Einfangen eines Chelats verwendet wird.
Die erfindungsgemäße Metalloidelementchelat-bildende Faser ist dadurch gekennzeichnet, dass ihr ein Vermögen zur Bildung eines Chelats mit Metalloidelementen oder Verbindungen davon dadurch verliehen wird, dass eine Gruppe in das Fasermolekül eingeführt wird, die eine Aminogruppe und eine Hydroxylgruppe, vorzugsweise zwei oder mehr Hydroxylgruppen, mehr bevorzugt mindestens zwei Hydroxylgruppen aufweist, die an benachbarte Kohlenstoffatome gebunden sind, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Die Metalloidelement-Chelat-Einfangreaktion unter Verwendung der Faser, in die ein N-Methyl-D-glucaminrest eingeführt worden ist, wird bezüglich Bor als Beispiel veranschaulicht, wie es in dem folgenden Schema gezeigt ist:
Erfindungsgemäß kann somit der Faser durch Einführen einer Gruppe, die eine Aminogruppe oder zwei oder mehr Hydroxylgruppen, insbesondere mindestens zwei Hydroxylgruppen aufweist, die an benachbarte Kohlenstoffatome gebunden sind, ein hervorragendes Chelatbildungsvermögen mit Metalloidelementen wie z. B. Bor verliehen werden, wodurch es möglich wird, die Metalloidelemente effektiv einzufangen.
In der vorliegenden Erfindung ist die Art der Faser, der das Metalloidelementchelat-Bildungsvermögen verliehen wird, nicht speziell beschränkt und beispielsweise können verschiedene pflanzliche Fasern einschließlich Baumwolle, Hanf, usw.; verschiedene tierische Fasern einschließlich Seide, Wolle, usw.; Regeneratfasern einschließlich Viskoserayon, usw.; und synthetische Fasern einschließlich Polyamid, Acryl, Polyester, usw. verwendet werden. Bei den Fasern kann es sich gegebenenfalls auch um modifizierte Fasern handeln.
Von diesen Fasern sind pflanzliche Fasern, tierische Fasern und Regeneratfasern, die in einem Fasermolekül eine reaktive funktionelle Gruppe wie z. B. eine Hydroxylgruppe, eine Aminogruppe oder dergleichen aufweisen, besonders bevorzugt. Diese Fasern sind bevorzugt, da eine Gruppe, die das vorstehend beschriebene Metalloidelementchelat-Bildungsvermögen aufweist, unter Verwendung der reaktiven funktionellen Gruppe in dem Fasermolekül leicht eingeführt werden kann. Selbst in dem Fall, bei dem eine Faser ohne reaktive funktionelle Gruppe, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, in ihrem Molekül verwendet wird, wird eine reaktive funktionelle Gruppe in das Molekül der Faser mit einem beliebigen Verfahren wie z. B. Oxidation eingeführt und dann wird die vorstehend beschriebene Gruppe unter Verwendung dieser funktionellen Gruppe eingeführt.
Die Form der vorstehend beschriebenen Faser ist ebenfalls nicht speziell beschränkt und es kann sich um ein Monofilament oder ein Multifilament langer Fasern, um ein gesponnenes Garn kurzer Fasern, um einen gewebten oder gestrickten Stoff, der durch Weben oder Verstricken der Fasern erhalten wird, und um ein Faservlies oder Papier handeln. Es ist auch möglich, Fasern zu verwenden, die durch Kombinieren von zwei oder mehr Arten von Fasern erhalten worden sind, oder einen gewebten/gestrickten Stoff davon.
In der vorliegenden Erfindung muss die Gruppe, die in die vorstehend genannte Faser eingeführt wird, eine Aminogruppe und zwei oder mehr Hydroxylgruppen, insbesondere zwei oder mehr Hydroxylgruppen aufweisen, die an benachbarte Kohlenstoffatome gebunden sind, um ein Chelat mit Metalloidelementen zu bilden, wie es aus dem vorstehenden Schema [3] ersichtlich ist.
Die Gruppe, welche diese Anforderungen erfüllt, ist durch die vorstehende Formel [1] dargestellt, worin G einen Zuckeralkoholrest oder einen Rest eines mehrwertigen Alkohols darstellt und R ein Wasserstoffatom, eine Methyl- oder Ethylgruppe oder G darstellt (G ist wie vorstehend definiert und kann eine Gruppe sein, die mit dem vorstehend genannten G identisch oder davon verschieden ist).
Von den Gruppen, die durch die vorstehende Formel [1] dargestellt sind, ist eine Gruppe besonders bevorzugt, bei der G einen Zuckeralkoholrest oder einen Rest eines mehrwertigen Alkohols darstellt und R ein Wasserstoffatom oder eine Methyl- oder Ethylgruppe darstellt. Spezielle Beispiele dafür umfassen einen Zuckeralkoholrest, bei dem eine Aminogruppe aus D-Glucamin, D-Galactamin, D-Mannosamin, D-Arabitilamin, N-Methyl-D-glucamin, N-Ethyl-D-glucamin, N-Methyl-D-galactamin, N-Ethyl-D-galactamin, N-Methyl-D-mannosamin, N-Ethyl-D-arabitilamin oder dergleichen eliminiert ist, und eine Dihydroxyalkylgruppe. Von diesen Resten ist ein Rest, bei dem eine Aminogruppe von D-Glucamin oder N-Methyl-D-glucamin eliminiert ist, oder eine Dihydroxypropylgruppe im Hinblick auf die Einfachheit des Einführuns des Rests in das Fasermolekül und der Verfügbarkeit des Ausgangsmaterials ganz besonders bevorzugt.
Die Gruppe, die in das Fasermolekül eingeführt werden soll, um das Metalloidelementchelat-Bildungsvermögen zu verleihen, kann direkt an die reaktive funktionelle Gruppe (z. B. eine Hydroxylgruppe, Aminogruppe, Iminogruppe, Carboxylgruppe, Aldehydgruppe, Thiolgruppe, usw.) in dem Fasermolekül gebunden werden, oder sie kann auch indirekt durch ein Vernetzungsmittel an die reaktive funktionelle Gruppe gebunden werden. Im Hinblick auf die Einfachheit der Einführung der reaktiven funktionellen Gruppe in das Fasermolekül werden diejenigen als für die praktische Anwendung besonders geeignet empfohlen, die indirekt durch das nachstehend beschriebene Vernetzungsmittel eingeführt werden.
Als Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Metalloidelementchelat-bildenden Faser kann ein Verfahren eingesetzt werden, welches das Umsetzen der vorstehend beschriebenen intrinsisch reaktiven funktionellen Gruppe des Fasermoleküls oder einer reaktiven funktionellen Gruppe, die durch Modifizierung direkt mit der Aminverbindung der vorstehenden allgemeinen Formel [2] eingeführt worden ist, oder das Umsetzen der reaktiven funktionellen Gruppe mit einer Verbindung, die in einem Molekül zwei oder mehr funktionelle Gruppen wie z. B. Epoxygruppen, reaktive Doppelbindungen, Halogengruppen, Aldehydgruppen, Carboxylgruppen, Isocyanatgruppen, usw., aufweist, und das Umsetzen des Reaktionsprodukts mit der Aminverbindung der allgemeinen Formel [2] umfasst.
Wenn das Fasermolekül eine Hydroxylgruppe, eine Carboxylgruppe oder dergleichen aufweist, ist es möglich, dass diese Gruppen direkt mit der Aminverbindung der vorstehenden allgemeinen Formel [2] umgesetzt werden und dann das Reaktionsprodukt in das Fasermolekül in Form einer gebundenen Gruppe eingeführt wird. In diesem Fall ist eine typische Reaktion folgendermaßen:
worin G und R die vorstehend angegebene Bedeutung haben.
Wenn die Reaktivität zwischen der reaktiven funktionellen Gruppe in dem Fasermolekül und der Aminverbindung unzureichend ist, dann ist es möglich, dass eine funktionelle Gruppe, die eine starke Reaktivität mit der vorstehend genannten Aminverbindung aufweist, zuerst durch Umsetzen der Faser mit einem Vernetzungsmittel in Form einer gebundenen Gruppe in das Fasermolekül eingeführt wird und dann eine Gruppe, die ein Metalloidelementchelat-Bildungsvermögen aufweist, durch Umsetzen der funktionellen Gruppe mit der vorstehend genannten Aminverbindung in Form einer gebundenen Gruppe in das Fasermolekül eingeführt wird. Wenn das letztgenannte Verfahren eingesetzt wird, kann das Metalloidelement-Chelat-Einfangvermögen (d. h. die Menge einer einzuführenden Gruppe mit einem Metalloidelementchelat-Bildungsvermögen) gemäß den Anwendungszwecken gegebenenfalls durch Steuern der Menge des Vernetzungsmittels und einer einzusetzenden Aminoverbindung auf der Basis der Menge der Fasern gesteuert werden, was ganz besonders bevorzugt ist.
Bevorzugte Vernetzungsmittel, die hier verwendet werden können, umfassen z. B. Verbindungen, die zwei oder mehr Gruppen wie z. B. Epoxygruppen, reaktive Doppelbindungen, Halogengruppen, Aldehydgruppen, Carboxylgruppen, Isocyanatgruppen, usw., vorzugsweise zwei Gruppen aufweisen. Spezielle Beispiele des bevorzugten Vernetzungsmittels umfassen Glycidylmethacrylat, Glycidylacrylat, Allylglycidylether, Glycidylsorbat, Epichlorhydrin, Epibromhydrin, Ethylenglykoldiglycidylether, Neopentylglykoldiglycidylether, Glycerindiglycidylether, Polypropylenglykoldiglycidylether, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Glyoxazol, Glyoxylsäure, Toluylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat und dergleichen. Von diesen Verbindungen sind Glycidylmethacrylat, Epichlorhydrin und Ethylenglykoldiglycidylether ganz besonders bevorzugt.
Wenn die Aminverbindung unter Verwendung des vorstehend genannten Vernetzungsmittels eingeführt wird, ist die spezifische Reaktion folgendermaßen.
Die Reaktion bei der Einführung einer Gruppe mit einem Metalloidelementchelat-Bildungsvermögen in die Faser unter Verwendung dieser Vernetzungsmittel ist nicht speziell beschränkt, jedoch ist das bevorzugte Verfahren ein Verfahren, bei dem eine Basisfaser mit dem vorstehend genannten Vernetzungsmittel in Wasser oder einem polaren Lösungsmittel wie z. B. N,N'-Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, usw., gegebenenfalls unter Verwendung eines Reaktionskatalysators und eines Emulgators bei etwa 60 bis 100°C etwa 30 min bis mehrere zehn Stunden umgesetzt wird. Gemäß dieser Reaktion reagiert das Vernetzungsmittel mit einer reaktiven Gruppe (z. B. einer Hydroxylgruppe, einer Aminogruppe, usw.) in dem Fasermolekül, so dass es mit der Faser kombiniert wird, wodurch es möglich wird, eine funktionelle Gruppe, die mit der Aminverbindung der vorstehend genannten Formel [2] leicht reagieren kann, in das Fasermolekül einzuführen. Wenn die Faser, in welche die funktionelle Gruppe eingeführt worden ist, dann mit der vorstehend genannten Aminverbindung in Wasser oder einem polaren Lösungsmittel wie z. B. N,N'-Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, usw., gegebenenfalls unter Verwendung eines Reaktionskatalysators und eines Emulgators bei etwa 60 bis 100°C etwa 30 min bis mehrere zehn Stunden umgesetzt worden ist, reagiert eine Aminogruppe der vorstehend genannten Aminverbindung mit einer reaktiven Gruppe (z. B. einer Epoxygruppe, einer Halogengruppe, usw.) des Vernetzungsmittels, wodurch eine Gruppe der vorstehend genannten Formel [1], die ein Metalloidelementchelat-Bildungsvermögen aufweist, in Form einer gebundenen Gruppe in das Fasermolekül eingeführt wird.
Diese Reaktion wird üblicherweise im Anschluss in der vorstehend beschriebenen Weise durchgeführt, jedoch kann die Faser gemäß dem Reaktionssystem auch gleichzeitig mit dem Vernetzungsmittel und der Aminverbindung umgesetzt werden. Als Basisfaser, die in dieser Reaktion eingesetzt werden soll, kann durch optionale Auswahl ein Monofilament oder ein Multifilament langer Fasern, ein gesponnenes Garn kurzer Fasern, ein gewebter oder gestrickter Stoff, der durch Weben oder Verstricken der Fasern erhalten wird, und ein Faservlies oder Papier verwendet werden, und ferner können auch Fasern, die durch Kombinieren von zwei oder mehr Arten von Fasern erhalten worden sind, oder ein gewebter/gestrickter Stoff davon verwendet werden, wie es vorstehend erläutert worden ist.
Bezüglich der Menge der reaktiven funktionellen Gruppen in dem Basisfasermolekül kann die Menge der Gruppe, die der Faser das vorstehend genannte Metalloidelementchelat-Bildungsvermögen verleihen, gegebenenfalls durch Steuern der Menge der Aminverbindung, die in der Einführungsreaktion verwendet wird, der Menge des Vernetzungsmittels und der Aminverbindung sowie der Reaktionsbedingungen gesteuert werden. Um der Faser ein ausreichendes Metalloidelement-Einfangvermögen zu verleihen, ist es bevorzugt, die Menge der Gruppe so zu steuern, dass die Substitutionsrate, die mit der folgenden Gleichung berechnet wird, einen Wert von 10 Gew.-% oder mehr, mehr bevorzugt von 20 Gew.-% oder mehr hat.
Substitutionsrate (Gew.-%) = [(Gewicht der Faser nach der Einführung des Substituenten – Gewicht der Faser vor der Einführung des Substituenten)/Gewicht der Faser vor der Einführung des Substituenten)] × 100, wobei der Substituent eine Gruppe der vorstehend genannten Formel [1] ist.
Zur Erhöhung des Metalloidelement-Einfangvermögens der Faser ist es umso besser, je höher die vorstehend genannte Substitutionsrate ist. Demgemäß ist die Obergrenze der Substitutionsrate nicht speziell beschränkt. Wenn die Substitutionsrate zu hoch wird, wird die Kristallisierbarkeit der Faser, in die der Substituent eingeführt worden ist, besser, und die Faser neigt dazu, schwach zu werden, und daher beträgt die Substitutionsrate vorzugsweise etwa 130 Gew.-% oder weniger, mehr bevorzugt etwa 80 Gew.-% oder weniger, wobei der Nutzen als Metalloidelementfänger und die wirtschaftliche Effizienz kombiniert berücksichtigt werden. Entsprechend der Art der funktionellen Gruppe, der Aminverbindung in dem Fasermolekül und dem Vernetzungsmittel sowie der Anwendungen der Faser kann das Metalloidelement-Einfangvermögen auch durch den Einsatz einer hohen Substitutionsrate wie z. B. 150 bis 200 Gew.-% verstärkt werden.
Die Metallelementchelat-bildende Faser, die wie vorstehend beschrieben erhalten worden ist, kann in Form eines Monofilaments, eines Multifilaments, eines gesponnenen Garns, eines Faservlieses, eines gewebten oder gestrickten Stoffs oder eines Papiers erhalten werden, das bzw. der gemäß den verwendeten Fasern beliebige Eigenschaften aufweist. Da jedoch im Wesentlichen alle der vorstehend beschriebenen Gruppen mit der Metalloidelementchelat-Bildungseigenschaft, die in die molekulare Oberfläche der Faser mit geringem Durchmesser eingeführt worden sind, eine Metalloidelement-Einfangleistung aufweisen, zeigt die Metalloidelementchelat-bildende Faser im Vergleich zu denjenigen Fasern, die eine herkömmliche körnige Form aufweisen, eine stark überlegene Metalloidelement-Einfangrate.
D. h., erfindungsgemäß weist die Faser mit einem Chelatbildungsvermögen die folgenden Vorteile gegenüber einem herkömmlichen körnigen Chelatharz auf.

(1) Ein herkömmliches körniges Chelatharz bildet auf der Kornoberfläche und den Porenabschnitten ein Chelat mit Metalloidelementen oder Verbindungen davon. Da jedoch die Diffusionsgeschwindigkeit der Metalloidelemente niedrig ist und im Wesentlichen alle funktionellen Gruppen nicht zur Chelatbildung beitragen können, ist die effektive Nutzungsrate des gesamten Chelatharzes sehr niedrig und die Absolutmenge der Elemente, die eingefangen werden kann, wird notwendigerweise unzureichend. Da in der vorliegenden Erfindung alle Chelat-bildenden funktionellen Gruppen, die in die Faseroberfläche eingeführt worden sind, zur Chelatbildung mit den Metalloidelementen effektiv genutzt werden, kann durch die Verwendung einer kleinen Fasermenge ein sehr hohes Chelat-Einfangvermögen erhalten werden.
(2) Da darüber hinaus in einem herkömmlichen körnigen Chelatharz die Diffusion in dem Porenabschnitt langsam fortschreitet, wie es in dem vorstehenden Punkt (1) beschrieben worden ist, kann ohne In-Kontakt-Bringen des körnigen Chelatharzes mit der zu behandelnden Lösung über einen beträchtlichen Zeitraum kein ausreichender Einfangeffekt erhalten werden. Wenn der Teilchendurchmesser übermäßig erhöht wird, um die effektive spezifische Oberfläche wesentlich zu erhöhen, wird der Druckverlust groß und daher kann das körnige Chelatharz im Wesentlichen nicht zur Entfernung von Bor in einem Gas verwendet werden. Bei der erfindungsgemäßen Chelat-bildenden Faser kann jedoch selbst im Fall eines Gases eine hohe Kontakteffizienz erhalten werden, da sie eine große effektive Oberfläche aufweist. Wenn die fasergepackte Schicht verstärkt wird, kann gegebenenfalls eine Spurenmenge an Metalloidelementen, die in dem Gas enthalten sind, effizient eingefangen werden.
(3) Aus dem im vorstehenden Punkt (2) beschriebenen Grund kann ein herkömmliches körniges Chelatharz im Wesentlichen nur zum Einfangen von Metallen in einer Flüssigkeit verwendet werden. Die erfindungsgemäße Chelat-bildende Faser kann jedoch nicht nur für die Flüssigkeit effektiv verwendet werden, sondern auch für Metalloidelemente, die in einem Gas wie z. B. Luft, Abgas, usw., enthalten sind, und zwar durch Nutzen ihrer hervorragenden spezifischen Oberfläche.
(4) Da in der vorliegenden Erfindung eine Chelat-bildende funktionelle Gruppe an der Faseroberfläche freiliegt, ist die Adsorptionsrate hoch und eine Durchbruchskurve zeigt einen guten steilen Anstieg.
(5) Beim Trocknen wird ein körniges Chelatharz im Allgemeinen schwach und in ein feines Pulver umgewandelt und daher wird es unmöglich, es praktisch einzusetzen. Die erfindungsgemäße Chelatfaser wird aufgrund der Einführung einer Chelat-bildenden funktionellen Gruppe in das Fasermaterial beim Trocknen nicht brüchig.
(6) Im Fall eines körnigen Chelatharzes ist die Form bei der Anwendung gemäß der Form des Verpackungsbehälters beschränkt. Eine Chelatfaser kann jedoch dadurch in einer beliebigen Form verwendet werden, dass sie in die Form eines Faservlieses oder eines gewebten/gestrickten Stoffs gebracht wird.
(7) Im Fall eines körnigen Chelatharzes wird die Porosität automatisch vom Teilchendurchmesser bestimmt. Im Fall einer Chelatfaser kann die Packungsdichte (Schüttdichte) gegebenenfalls modifiziert und die Porosität frei gesteuert werden.
(8) In manchen Fällen wird es möglich, die Chelatfaser als faserförmigen Katalysator in einem Zustand zu nutzen, bei dem die Metalloidelemente eingefangen worden sind.
(9) Wenn eine Metalloidelementkomponente wie vorstehend beschrieben unter Verwendung der erfindungsgemäßen Chelat-bildenden Faser eingefangen worden ist und die Faser dann mit einer wässrigen Lösung einer starken Säure, wie z. B. Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, usw., behandelt wird, können die Metalloidelemente, die nach der Bildung eines Chelats mit der Faser eingefangen worden sind, einfach entfernt werden, was es ermöglicht, die Metalloidelementkomponente als wertvolle Komponente aus der regenerierten Lösung einfach zu regenerieren und effektiv zurückzugewinnen.

Zusätzlich zu den Vorteilen, die durch den Einsatz einer Faserform erhalten werden, wie es vorstehend beschrieben worden ist, weist die erfindungsgemäße Chelat-bildende Faser das Charakteristikum auf, dass ein Chelat mit den Metalloidelementen selbst dann selektiv gebildet wird, wenn gleichzeitig andere Metallionen, wie z. B. Ionen von Metallen wie Mg, Ca, Zn, Na, K, usw., oder andere Anionen, z. B. Ionen von Halogenen wie z. B. Fluor, Chlor, Iod, usw., vorliegen. Daher kann die Chelat-bildende Faser als effektiver Fänger der Metalloidelemente sehr effektiv genutzt werden.
Wenn diese Faser demgemäß mit einer Flüssigkeit oder einem Gas in Kontakt gebracht wird, das die Metalloidelemente oder Verbindungen davon enthält, wird die Faser insbesondere in einer optionalen Dicke schichtartig angeordnet oder in einer Säule gepackt und von einer zu behandelnden Flüssigkeit oder einem zu behandelnden Gas durchdrungen, so dass Metal loidelementkomponenten, die in der zu behandelnden Flüssigkeit oder dem zu behandelnden Gas enthalten sind, selektiv eingefangen werden können.
Beispiele
Nachstehend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt und es können Modifizierungen durchgeführt werden, ohne von den vorstehend und nachstehend beschriebenen Gegenständen abzuweichen, wobei die Modifizierungen von dem technischen Schutzumfang der vorliegenden Erfindung umfasst sind.
Beispiel 1
In eine Lösung, die durch Lösen von 2,0 g Glycidylmethacrylat, 0,2 g Natriumdodecylsulfat, 2,0 g wässriges 1%iges H₂O₂ und 5,3 g einer wässrigen 0,5%igen Thioharnstoffdioxidlösung in 80 ml destilliertem Wasser hergestellt worden ist, wurden 2,0 g eines Baumwollstoffs (ungebleichte Baumwolleinheit) eingetaucht und 1,5 Stunden einer Wärmebehandlung bei 60°C unterworfen. Anschließend wurde der wärmebehandelte Baumwollstoff mit destilliertem Wasser gewaschen, dehydratisiert und 15 Stunden bei 20°C getrocknet, wobei 2,9 g einer Pfropffaser erhalten wurden, bei der Glycidylmethacrylat gepfropft worden ist.
Die vorstehend genannte gepfropfte Faser wurde in eine Lösung, die durch Lösen von 30 g N-Methyl-D-glucamin in 270 g destilliertem Wasser hergestellt worden ist, eingetaucht und 15 Stunden einer Wärmebehandlung bei 80°C unterworfen. Anschließend wurde die gepfropfte Faser ausreichend mit Wasser gewaschen und 15 Stunden bei 20°C getrocknet, wobei 3,9 g (Substitutionsrate: 34,5 Gew.-%) einer Faser (nachstehend als Chelatfaser A bezeichnet) erhalten wurden, die ein Metalloidelementchelat-Bildungsvermögen aufwies.
1 g der resultierenden Chelatfaser A wurde 500 ml einer wässrigen Borsäurelösung (5 mmol/l) zugesetzt und nach 20 Stunden Rühren bei 20°C wurde das Boreinfangvermögen durch Bestimmen der Bormenge bestimmt, die in der Lösung zurückgeblieben ist. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass die Chelatfaser A ein Boreinfangvermögen von 1,3 mmol pro 1 g der Chelatfaser A aufwies.
Für Vergleichszwecke wurde das Boreinfangvermögen mit dem gleichen Verfahren untersucht, wie es vorstehend beschrieben worden ist, jedoch wurde anstelle der vorstehend genannten Chelatfaser A ein käufliches, Kügelchen-artiges Styrol-Glucamin-Chelatharz (von Mitsubishi Chemical Co. unter dem Handelsnamen „Dia Ion CRB02" hergestellt) verwendet. Als Ergebnis wurde erhalten, dass das Chelatharz nur ein Boreinfangvermögen von 0,8 mmol pro 1 g (berechnet auf der Basis des Feststoffgehalts) des Chelatharzes aufwies.
Nachdem 1 g der vorstehend genannten Chelatfaser A 15 Stunden bei 20°C in destilliertes Wasser eingetaucht worden ist, wurde Borsäure so zugesetzt, dass die Borkonzentration 50 ppm betrug (Gesamtmenge: 500 ml) und die Änderung der Borkonzentration der Lösung im Zeitverlauf wurde untersucht. Bezüglich des vorstehend genannten käuflichen, Kügelchenartigen Styrol-Glucamin-Chelatharzes (vorstehend erwähnt) wurde die Änderung der Borkonzentration der Lösung im Zeitverlauf ebenfalls mit dem gleichen Verfahren untersucht, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
Die Ergebnisse sind in der 1 gezeigt. Im Fall des käuflichen Chelatharzes dauert es nicht weniger als etwa 30 min, bis die Boreinfangleistung gesättigt ist, während die für die Sättigung der Boreinfangleistung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Chelatfaser A erforderliche Zeit nur etwa 5 min beträgt. Aus diesen Ergebnissen wird deutlich, dass die erfindungsgemäße Chelatfaser bezüglich der Rate eine etwa 6-fach höhere Boreinfangleistung aufweist als das käufliche Chelatharz.
Beispiel 2
In eine Lösung, die durch Lösen von 3,6 g Glycidylmethacrylat, 0,36 g Natriumdodecylsulfat und 0,16 g Kaliumpersulfat in 350 ml destilliertem Wasser hergestellt worden ist, wurden 5,2 g einer Habutae-Seide mit einem Gewicht von 6 „Momme" (6 × 0,132 Unzen) eingetaucht und 1 Stunde einer Wärmebehandlung bei 80°C unterworfen. Anschließend wurde die wärmebehandelte Habutae-Seide mit destilliertem Wasser gewaschen, dehydratisiert und 15 Stunden bei 20°C getrocknet, wobei 7,8 g einer Pfropffaser erhalten wurden, bei der Glycidylmethacrylat gepfropft worden ist.
Die vorstehend genannte gepfropfte Faser wurde in eine Lösung, die durch Lösen von 80 g N-Methyl-D-glucamin in 720 g destilliertem Wasser hergestellt worden ist, eingetaucht und 15 Stunden einer Wärmebehandlung bei 80°C unterworfen. Anschließend wurde die gepfropfte Faser ausreichend mit Wasser gewaschen und 15 Stunden bei 20°C getrocknet, wobei 10,1 g (Substitutionsrate: 29,5 Gew.-%) einer Faser (nachstehend als Chelatfaser B bezeichnet) erhalten wurden, die ein Metalloidelementchelat-Bildungsvermögen aufwies.
1 g der erhaltenen Chelatfaser B wurde 500 ml einer wässrigen Borsäurelösung (5 mmol/l) zugesetzt und nach 20 Stunden Rühren bei 20°C wurde das Boreinfangvermögen durch Bestimmen der Bormenge bestimmt, die in der Lösung zurückgeblieben ist. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass die Chelatfaser B ein Boreinfangvermögen von 1,2 mmol pro 1 g der Chelatfaser B aufwies.
Mit der vorstehend genannten Chelatfaser B wurde ein Bewertungstest der Boreinfangrate mit dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der 2 gezeigt. Für Vergleichszwecke ist die Boreinfangrate des als Vergleichsmaterial im Beispiel 1 verwendeten Kügelchen-artigen Chelatharzes ebenfalls in der 2 gezeigt.
Wie es aus der 2 ersichtlich ist, war das Boreinfangvermögen im Fall der erfindungsgemäßen Chelatfaser B ebenfalls innerhalb von nur etwa 5 min gesättigt und die Chelatfaser B zeigt deshalb eine viel höhere Boreinfangrate als das käufliche Kügelchen-artige Chelatharz.
Beispiel 3
In eine Lösung, die durch Lösen von 26,8 g N-Methyl-D-glucamin und 23,9 g Ethylenglykoldiglycidylether in 400 ml N,N-Dimethylformamid hergestellt worden ist, wurden 2 g einer Habutae-Seide mit einem Gewicht von 6 „Momme" (6 × 0,132 Unzen) eingetaucht und 15 Stunden einer Wärmebehandlung bei 80°C unterworfen. Anschließend wurde die wärmebehandelte Habutae-Seide mit destilliertem Wasser gewaschen, dehydratisiert und 15 Stunden bei 20°C getrocknet, wobei 2,5 g (Substitutionsrate: 25,0 Gew.-%) einer Faser (nachstehend als Chelatfaser C bezeichnet) erhalten wurden, die ein Metalloidelementchelat-Bildungsvermögen aufwies und bei der N-Methyl-D-glucamin in Form einer gebundenen Gruppe eingeführt worden ist.
1 g der erhaltenen Chelatfaser C wurde 500 ml einer wässrigen Borsäurelösung (5 mmol/l) zugesetzt und nach 20 Stunden Rühren bei 20°C und einer Filtration wurde das Boreinfangvermögen durch Bestimmen der Bormenge bestimmt, die im Filtrat zurückgeblieben ist. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass die Chelatfaser C ein Boreinfangvermögen von 1,2 mmol pro 1 g der Faser aufwies.
Mit der vorstehend genannten Chelatfaser C wurde ein Bewertungstest der Boreinfangrate mit dem gleichen Verfahren durchgeführt, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Dabei wurden die in der 3 gezeigten Ergebnisse erhalten. Die Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn als Vergleichsbeispiel ein käufliches Kügelchen-artiges Chelatharz verwendet wurde, sind ebenfalls in dieser Zeichnung gezeigt.
Wie es aus der 3 ersichtlich ist, war das Boreinfangvermögen im Fall der erfindungsgemäßen Chelatfaser C ebenfalls innerhalb von nur etwa 5 min gesättigt und die Chelatfaser C zeigt deshalb eine höhere Boreinfangrate als das käufliche Kügelchen-artige Chelatharz.
Beispiel 4
Vier Chelatfaserbaumwollstoffe (aus 100% Baumwolle hergestellt), die mit dem Verfahren von Beispiel 1 erhalten worden sind, wurden schichtartig angeordnet und Luft, die eine Spurenmenge von Borkomponenten (reduzierter Gehalt auf der Basis von Bor: 21 ng/m³) enthielt, wurde unter den folgenden Bedingungen durch die Chelatfaserbaumwollstoffe geschickt.
Fläche, durch die Luft geschickt wird: 78,5 cm².
Luftmenge: 150 Liter/min.
Die restliche Menge an Bor in der Luft, die durch die schichtartig angeordneten Chelatfaserbaumwollstoffe geschickt worden ist, wurde gemessen. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass die Bormenge auf 1 ng/m³ oder weniger abgenommen hatte.
Beispiel 5
1 g der im Beispiel 1 verwendeten Chelatfaser A wurde 500 ml einer wässrigen Germaniumoxidlösung (5 mmol/l) zugesetzt und nach 20 Stunden Rühren bei 20°C wurde das Germaniumeinfangvermögen durch Bestimmen der Germaniummenge bestimmt, die in der Lösung zurückgeblieben ist. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass unter Verwendung von 1 g der Chelatfaser A 1,0 mmol Germanium eingefangen werden können.
Andererseits wurde das Germaniumeinfangvermögen unter Verwendung eines käuflichen, Kügelchen-artigen Styrol-Glucamin-Chelatharzes (von Mitsubishi Chemical Co. unter dem Handelsnamen „Dia Ion CRB02" hergestellt) mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren untersucht. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass das Germaniumeinfangvermögen pro 1 g „Dia Ion CRB02" lediglich 0,7 mmol beträgt (70% der Chelatfaser A).
Beispiel 6
1 g der im Beispiel 1 erhaltenen Chelatfaser A wurde 500 ml einer wässrigen Arsensesquioxidlösung (5 mmol/l) zugesetzt und nach 20 Stunden Rühren bei 20°C wurde das Arseneinfangvermögen durch Bestimmen der Arsenmenge untersucht, die in der Lösung zurückgeblieben ist. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass unter Verwendung von 1 g der Chelatfaser A 0,4 mmol Arsen eingefangen werden können.
Andererseits wurde das Arseneinfangvermögen unter Verwendung eines käuflichen, Kügelchen-artigen Styrol-Glucamin-Chelatharzes (von Mitsubishi Chemical Co. unter dem Handelsnamen „Dia Ion CRB02" hergestellt) mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren untersucht. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass das Arseneinfangvermögen pro 1 g „Dia Ion CRB02" lediglich 0,2 mmol beträgt (50% der Chelatfaser A).
Beispiel 7
Die Chelatfaser A und „Dia Ion CRB02" (jeweils 4 g), wie sie im Beispiel 1 verwendet worden sind, wurden getrennt voneinander in eine Glassäule mit einem Durchmesser von 10 mm eingebracht und eine wässrige Borsäurelösung (10 mmol/l) wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit SV von 10 Stunde^–1 durch jede Säule geschickt. Anschließend wurde durch Messen der Borkonzentration der abfließenden Flüssigkeit jeweils die Durchbruchskurve bestimmt.
Die Ergebnisse sind in der 4 gezeigt. Im Fall der erfindungsgemäßen Chelatfaser A zeigte die Durchbruchskurve einen steilen Anstieg und bis zur Sättigung des Chelatbildungsvermögens wird ein nahezu vollständiger Einfang von Bor erreicht. Andererseits zeigt die Durchbruchskurve im Fall des käuflichen Chelatharzes „Dia Ion CRB02" einen geringfügigen Anstieg vom Beginn der Behandlung aufgrund eines Durchbruchs wegen der geringen Einfangleistung des Harzes, wodurch bestätigt werden kann, dass eine große Bormenge bis zu einem Durchbruchspunkt abläuft, ohne eingefangen zu werden.
Die vorliegende Erfindung weist den vorstehenden Aufbau auf. Es ist nicht nur das Vermögen zum Einfangen von Metalloidelementen hoch, sondern auch die Einfangrate ist überlegen und daher können Metalloidelemente in Berieselungswasser/Abwasser und in der Luft (einschließlich verschiedenen Abgasen) verglichen mit dem Ionenaustauscherharz und dem Chelatharz des Standes der Technik sehr effizient eingefangen und entfernt werden, wodurch diese sehr effektiv gereinigt werden können. Da darüber hinaus bei der erfindungsgemäßen Chelatfaser, die eingefangene Metalloidelemente enthält, die Metalloidkomponenten durch eine Behandlung mit einer wässrigen Lösung einer Säure einfach entfernt werden können, kann die Chelatfaser nicht nur einfach regeneriert und wiederholt verwendet werden, sondern sie kann auch zur Konzentrierung/Gewinnung der Metalloidkomponenten verwendet werden. Wenn eine Chelatfaser (einschließlich Papier) in Form eines Faservlieses oder eines Stoffs eingesetzt wird, kann die Chelatfaser mit einer herkömmlichen Verbrennungsanlage einfach verbrannt werden, wenn die Leistung zum Einfangen der Metalloidelemente als Ergebnis einer wiederholten Verwendung verloren gegangen ist.
Wenn ferner das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird, kann eine Metalloidelementeinfangende Faser mit hoher Leistung in einer einfachen und sicheren Weise, wie z. B. durch eine Wärmebehandlung in Wasser oder einem herkömmlichen polaren Lösungsmittel, erhalten werden, ohne dass eine spezielle Vorrichtung oder Behandlung unter Verwendung ionisierender Strahlen eingesetzt wird.

Claims

Chelat-bildende Faser, welche in einem Fasermolekül eine Gruppe, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel [1]:
worin G einen Zuckeralkoholkettenrest oder einen Kettenrest eines mehrwertigen Alkohols darstellt und R ein Wasserstoff, eine Methyl- oder Ethylgruppe oder G (G ist wie vorstehend definiert und kann eine Gruppe identisch mit oder unterschiedlich von dem vorgenannten G sein) darstellt, welche eine Aminogruppe und mindestens zwei Hydroxylgruppen, gebunden an Kohlenstoff, aufweist und eine Befähigung zur Bildung eines Chelats mit Metalloidelementen oder Verbindungen davon aufweist.
Chelat-bildende Faser gemäß Anspruch 1, wobei G in der vorgenannten Formel [1] ein Rest ist, worin eine Aminogruppe von D-Glucamin eliminiert ist und R ein Wasserstoffatom oder eine Methyl- oder Ethylgruppe ist.
Chelat-bildende Faser gemäß Anspruch 2, wobei G in der vorstehenden Formel [1] eine Dihydroxypropylgruppe ist und R Wasserstoff oder eine Methyl- oder Ethylgruppe ist.
Chelat-bildende Faser gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gruppe mit der Aminogruppe und mindestens zwei Hydroxylgruppen, gebunden an Kohlenstoff, direkt an eine reaktive funktionale Gruppe in dem Fasermolekül gebunden ist.
Chelat-bildende Faser gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gruppe mit der Aminogruppe und mindestens zwei Hydroxylgruppen, gebunden an Kohlenstoff, an eine reaktive funktionale Gruppe in dem Fasermolekül über ein Vernetzungsmittel eingeführt ist.
Chelat-bildende Faser gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Faser eine Naturfaser oder eine Regeneratfaser ist.
Chelat-bildende Faser gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Faser eine synthetische Faser ist.
Verfahren zur Herstellung einer Faser mit einer Befähigung zur Bildung eines Chelats mit Metalloidelementen oder Verbindungen davon, welches das Umsetzen einer reaktiven funktionalen Gruppe in einem Fasermolekül direkt mit einer Aminverbindung, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel [2]:
worin G und R wie vorstehend definiert sind, um eine Befähigung zur Bildung eines Chelats mit Metalloidelementen oder Verbindungen davon zu verleihen, umfaßt.
Verfahren zur Herstellung einer Chelat-bildenden Faser, welches das Umsetzen einer reaktiven funktionalen Gruppe in einem Fasermolekül mit einer Verbindung, die in einem Molekül zwei oder mehrere von einer Epoxygruppe, einer reaktiven Doppelbindung und einer Halogengruppe aufweist, und das Umsetzen des Reaktionsproduktes mit der Aminverbindung, dargestellt durch die vorstehende Formel [2], um eine Befähigung zur Bildung eines Chelats mit Metal loidelementen oder Verbindungen davon zu verleihen, umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Aminverbindung D-Glucamin oder N-Methyl-D-glucamin einschließt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Aminverbindung Dihydroxypropylamin ist.
Verfahren zum Einfangen von Metalloidelementen oder Verbindungen davon, welches das Einfangen der Metalloidelemente oder Verbindungen davon durch die Chelat-bildende Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Chelat-bildende Faser in Kontakt mit einer Flüssigkeit, die Metalloidelemente oder Verbindungen davon enthält, gebracht wird, um Metalloidelemente oder Verbindungen davon in der Flüssigkeit auszuschwemmen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Chelat-bildende Faser in Kontakt mit einem Gas, das Metalloidelemente oder Verbindungen davon enthält, gebracht wird, um Metalloidelemente oder Verbindungen davon in dem Gas zu fangen.
Verfahren zum Einfangen gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei Bor oder die Borverbindung unter den Metalloidelementen oder Verbindungen davon insbesondere eingefangen wird.