JP2000317281A - キレート形成能を有する多孔性中空糸膜及び該多孔性中空糸膜による酸化ゲルマニウムの回収方法 - Google Patents
キレート形成能を有する多孔性中空糸膜及び該多孔性中空糸膜による酸化ゲルマニウムの回収方法Info
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Abstract
ムを経済的かつ効率的に回収することのできる多孔性中
空糸膜、及び、この多孔性中空糸膜による酸化ゲルマニ
ウムの回収方法を提供する。 【解決手段】 本発明の多孔性中空糸膜は、ポリエチレ
ン製多孔性中空糸膜の表面に放射線グラフト重合された
エポキシ基を含有する化合物の残基と、該残基と反応し
て式 【化1】 又は、式 【化2】 で表される構造を含む残基を与える化合物とを反応させ
て得られることを特徴とするものであり、同様に本発明
が採用した酸化ゲルマニウムの回収方法の構成は、この
キレート形成能を有する多孔性中空糸膜に対し、酸化ゲ
ルマニウムを含有する水溶液を接触させることにより、
該水溶液中の酸化ゲルマニウムを、前記キレート形成能
を有する多孔性中空糸膜で捕集し、その後、酸性溶液に
より前記捕集された酸化ゲルマニウムを溶出することを
特徴とする。
Description
する多孔性中空糸膜及び該多孔性中空糸膜による酸化ゲ
ルマニウムの回収方法に関するものである。
池等のいわゆるハイテク産業用の材料開発に、又、ポリ
エチレンテレフタレート樹脂の重合促進触媒や、更に
は、生理活性物質の製造のための原料として、様々な分
野における不可欠な元素である。
その需要に追いつかず、需要−供給がアンバランスな状
態が続くために問題視されているが、我国ではゲルマニ
ウムの供給はそのほとんどを輸入に依存しているため、
従来は廃棄されるに任されていたゲルマニウムを何らか
の手段で回収することができれば、需要−供給のバラン
スが改善されると共に、資源の再利用の観点からも好ま
しい。
では、ゲルマニウム、特にそれ自体で触媒として使用さ
れたり、或いは、各種用途のゲルマニウムの原料となる
酸化ゲルマニウムの有効な回収方法は提案されておら
ず、その開発が望まれていた。
を解決し、従来は廃棄されるに任されていたゲルマニウ
ム、特に酸化ゲルマニウムを経済的かつ効率的に回収す
ることのできる多孔性中空糸膜、及び、この多孔性中空
糸膜によるゲルマニウム、特に酸化ゲルマニウムの経済
的かつ効率的な回収方法を提供することを目的とする。
に本発明が採用した多孔性中空糸膜の構成は、ポリエチ
レン製多孔性中空糸膜の表面に放射線グラフト重合され
たエポキシ基を含有する化合物の残基と、該残基と反応
して式
す。)、又は、式
て得られることを特徴とするものであり、同様に本発明
が採用した多孔性中空糸膜による酸化ゲルマニウムの回
収方法の構成は、このキレート形成能を有する多孔性中
空糸膜に対し、酸化ゲルマニウムを含有する水溶液を接
触させることにより、該水溶液中の酸化ゲルマニウム
を、前記キレート形成能を有する多孔性中空糸膜で捕集
し、その後、酸性溶液により前記捕集された酸化ゲルマ
ニウムを溶出することを特徴とするものである。
中空糸膜とは、ポリエチレンにより製造された中が空の
糸である中空糸膜(中空糸或いは中空繊維とも呼ばれ
る)に対し、中から外に通ずる孔が多数設けられたもの
であり、抽出法或いは延伸法により製造されるが、市販
品を利用することが簡便である。
空糸膜を製造するには、上記ポリエチレン製の多孔性中
空糸膜の表面に、エポキシ基を含有する化合物を重合す
るのであり、この重合反応は放射線グラフト重合により
行われる。
等の放射線により、ポリエチレンラジカルを発生させ、
これとモノマー(本発明でいうエポキシ基を含有する化
合物)を反応させるものである。
は、例えば、グリシジルメタクリレートを挙げることが
でき、これを上記ポリエチレン製の多孔性中空糸膜の表
面に放射線グラフト重合した場合、以下のような構造の
エポキシ基を含有する化合物の残基を有するポリエチレ
ン製の多孔性中空糸膜を得ることができる。
用量としては、例えば、グリシジルメタクリレートの場
合、得られる多孔性中空糸膜1Kg当たりのエポキシ基
量が4.0モル程度となる量を挙げることができる、
尚、エポキシ基を含有する化合物の使用量により、得ら
れる多孔性中空糸膜のエポキシ基量を調整することがで
きる。
の残基を有するポリエチレン製の多孔性中空糸膜の、上
記エポキシ基を含有する化合物の残基と、第1には該残
基と反応して式
て、本発明のキレート形成能を有する第1の多孔性中空
糸膜を得るのである。
って、水素原子又は低級アルキル基を示している。
用する化合物としては、上記式で表される構造を含む残
基を与える化合物であれば特に限定されないが、例え
ば、2,2−イミノジエタノール又はジ−2−プロパノ
ールアミンを挙げることができる。
合、本発明のキレート形成能を有する第1の多孔性中空
糸膜は、
用した場合は、
条件としては、例えば、上記エポキシ基を含有する化合
物の残基を有するポリエチレン製の多孔性中空糸膜を、
上記第1の多孔性中空糸膜を得るために使用する化合物
の溶液に浸漬し、多孔性中空糸膜のエポキシ基に第1の
多孔性中空糸膜を得るために使用する化合物を付加すれ
ばよい。尚、第1の多孔性中空糸膜を得るために使用す
る化合物の使用量により、得られる多孔性中空糸膜のキ
レート形成能を有する構造の量を調整することができ
る。
の多孔性中空糸膜は、以下に示すように、酸化ゲルマニ
ウムの場合はゲルマトラン構造を形成することにより、
これを捕集するものである。
残基を有するポリエチレン製の多孔性中空糸膜の、上記
エポキシ基を含有する化合物の残基と、第2には該残基
と反応して式
残基を与える化合物とを反応させれば、本発明のキレー
ト形成能を有する第2の多孔性中空糸膜を得ることがで
きる。
用する化合物としては、上記式で表される構造を含む残
基を与える化合物であれば特に限定されないが、例え
ば、N−メチルグルカミン又は3−アミノ−1,2プロ
パンジオールを挙げることができる。
発明のキレート形成能を有する第1の多孔性中空糸膜
は、
ールを使用した場合は、
条件としては、例えば、上記エポキシ基を含有する化合
物の残基を有するポリエチレン製の多孔性中空糸膜を、
上記第2の多孔性中空糸膜を得るために使用する化合物
の溶液に浸漬し、多孔性中空糸膜のエポキシ基に第2の
多孔性中空糸膜を得るために使用する化合物を付加れば
よい。尚、第2の多孔性中空糸膜を得るために使用する
化合物の使用量により、得られる多孔性中空糸膜のキレ
ート形成能を有する構造の量を調整することができる。
の多孔性中空糸膜は、以下に示すように、酸化ゲルマニ
ウムの場合はシス−1,2−ジオール構造との錯体を形
成することにより、これを捕集するものである。
ト形成能を有する多孔性中空糸膜によりゲルマニウムを
回収するには、まず、例えば酸化ゲルマニウムを含有す
る水溶液を接触させることにより、該水溶液中の酸化ゲ
ルマニウムを、前記キレート形成能を有する多孔性中空
糸膜で捕集すればよいが、具体的には、例えば酸化ゲル
マニウムを含有する水溶液を、本発明のキレート形成能
を有する多孔性中空糸膜の内面から外面にかけて透過さ
せればよい。
性中空糸膜の内面から外面にかけて透過させる際の条件
としては、例えば、水酸化ナトリウム及び塩酸でpHを
3〜12に調整した0.01wt%酸化ゲルマニウム水
溶液を、一定圧力及び一定温度で透過させた後、必要に
応じ、水による洗浄操作を行えばよい。
る水溶液を多孔性中空糸膜の内面から外面にかけて透過
させることにより、酸化ゲルマニウムは、上記ゲルマト
ラン構造か、或いは、シス−1,2−ジオール構造との
錯体のいずれかをとり、これにより本発明のキレート形
成能を有する多孔性中空糸膜で捕集される。
酸化ゲルマニウムを溶出することにより、酸化ゲルマニ
ウムを含有する水溶液から酸化ゲルマニウムを回収する
のであるが、この際の酸性溶液としては、例えば1M程
度の濃度の塩酸を挙げることができる。
ルマニウムを溶出するには、例えば捕集する場合と同様
に、酸性溶液を多孔性中空糸膜の内面から外面にかけて
透過させればよい。
中空糸膜は、例えばトリエタノ一ルアミン構造或いはジ
又はポリオール構造のようなキレート形成能を有する官
能基を有しているので、高い効率で酸化ゲルマニウムを
吸着することができる。
性中空糸膜に吸着された酸化ゲルマニウムは、酸処理を
することにより、溶出率ほぼ100%で回収することが
でき、吸脱着の繰り返し使用が可能である。
する。
膜の作成 ポリエチレン製多孔性中空糸膜(内径1.8mm、外径
3.1mm、細孔径0.3μm、空孔率70%)に、窒
素雰囲気下、室温で放射線を200KGy照射し、これ
をグリシジルメタクリレートのメタノール溶液の入った
ガラス製のアンプルに投入し、40℃でグリシジルメタ
クリレートをグラフト重合した(グリシジルメタクリレ
ート膜[以下、GMA膜という]1Kg当たりのエポキ
シ基量:4.0モル)。
ol%のイミノジエタノール水溶液に338K(65
℃)で浸漬し、GMA膜のエポキシ基にイミノジエタノ
ール基を付加させた膜(以下IDE膜という)を作成し
た。
成 同様に、GMA膜を1Mジイソプロパノールアミン水溶
液に338K(65℃)で浸漬し、GMA膜のエボキシ
基にジイソプロパノールアミン基を付加させた膜(以
下、DPA膜という)を作成した。
50vol%ジオキサン水溶液に353K(80℃)で
浸漬し、GMA膜のエポキシ基にN−メチルグルカミン
基を付加させた膜(以下、N−MC膜という)を作成し
た。
オール膜の作成 同様に、GMA膜を1M 3−アミノ−1,2−プロパ
ンジオール/50vol%ジオキサン水溶液に353K
(80℃)で浸漬し、GMA膜のエポキシ基に3−アミ
ノ−1,2−プロパンジオール基を付加させた膜(以
下、APD膜という)を作成した。
膜の構造の確認 これら膜の構造をIRスペクトルから確認した。即ち、
GMA膜からIDE膜、DPA膜、NMG膜及びAPD
膜に変換することによって、847、909cm-1のエ
ポキシの吸収が消失して、3000〜3500cm-1に
水酸基の吸収が新たに出現した。以下、それぞれの膜の
IRスペクトルデータを記載する。
995cm-1 762cm-1 909cm-1(エポキシ逆対称環伸縮) 847cm-1(エポキシ逆対称環伸縮)
1068cm-1 エポキシ逆対称伸縮の吸収は消失
95cm-1 エポキシ逆対称環伸縮の吸収は消失
膜への酸化ゲルマニウムの吸着 上記のようにして製造した4種類のキレート形成能を有
する多孔性中空糸膜(IDE膜、DPA膜、NMG膜及
びAPD膜)を、図1に示すような透過装置にセットし
た。次に、以下の3種類の操作のために、3種類の溶液
を順に、一定圧力(0.1MPa)及び一定温度(24
℃)で透過させた。 1)吸着操作:0.01wt%酸化ゲルマニウム水溶液
(水酸化ナトリウム及び塩酸でpHを3〜12に調整し
た。) 2)洗浄操作:水 3)溶出操作:1M塩酸 それぞれの操作について、透過液を連続的に試験管に分
取した。その透過液中のゲルマニウム濃度をフェニルフ
ルオロン法に従い定量し、多孔性中空糸膜へのゲルマニ
ウム吸着量を、供給液のゲルマニウム濃度と透過液のゲ
ルマニウム濃度の差から算出した。
PD膜)に酸化ゲルマニウム水溶液を透過させたときの
ゲルマニウムの吸着量を、吸着量曲線として図2に、p
H=4.6のときのそれぞれの多孔性中空糸膜の吸着性
能を表1に示す。
も高く、膜1Kg当たり1.2mmol/gとなり、I
DE膜及びDPA膜がNMG膜及びAPD膜より高い吸
着能を示した。
(但し、中空部を除く)を示している。
ぼ100%であり、吸脱着の繰り返し使用が可能である
ことがわかった。
におけるpH依存性 IDE膜に対する酸化ゲルマニウム水溶液の供給時の初
期pHを、3.2から11.7に変化させて透過させた
ときの、IDE膜における吸着量のpH依存性を図3に
示す。図3の吸着量及び表1から、酸化ゲルマニウム吸
着量は初期pHが3から12の範囲で変化することがわ
かった。pH=7.8のときのIDE基に対するゲルマ
ニウムの結合モル比は0.88であり、pH=11.7
のときより約3.4倍ほど高くなり、このことから酸化
ゲルマニウム吸着量はpHによって変化し、pH=7.
8のときが最適であることがわかった。
ウムの吸着 5−1)酸化ゲルマニウムの吸着量の比較 吸着量を更に高くするために、GMAグラフト率及びI
DE基転化率を高めた高容量IDE膜(官能基密度:
2.9mol/kg)による酸化ゲルマニウムの吸着実
験(初期pH:7.1)を、上記と同様にして行った。
そのときの酸化ゲルマニウムの破過曲線を図4に示し
た。又、比較のため、上記吸着実験における最適条件
(官能基密度1.3mol/kg)における破過曲線
を、同様に図4に示した。
によれば、高容量の酸化ゲルマニウムの吸着が可能であ
る。
N−2,3−ジヒドロキシプロピルキトサン樹脂との比
較 高容量IDE膜の酸化ゲルマニウムの吸着量と、金属を
吸着することが知られているマンノース側鎖キトサン樹
脂及びN−2,3−ジヒドロキシプロピルキトサン樹脂
(キチン・キトサン研究 Vol.4,No.2,19
98)の酸化ゲルマニウムの吸着量を比較し、結果を表
2に示す。高容量IDE膜のGe吸着量が2.7mol
/kg(196g/kg)とこれまでより約2.3倍高
くなり、基材樹脂がキトサンであるキトサン樹脂よりも
吸着量の高いことがわかった。
性 IDE膜に酸化ゲルマニウムの水溶液(初期pH6.
3)を、流量を5、10、25及び50ml/minで
透過させたときのGeの破過曲線を図5に示す。流量が
10倍までに変化しても、破過曲腺の形は変化せず、吸
着量が一定であった。このことから、膜厚方向に垂直な
方向の拡散移動抵抗は、無視できるほど非常に小さいこ
とがわかる。尚、酸化ゲルマニウムの吸着量は4回の平
均で0,99mol/kg(72.1g/kg)であ
り、又、DEtA基に対する酸化ゲルマニウムの結合モ
ル比は0.72であった。
返したときの溶出率と、6回のうち後半の4回の結合モ
ル比を図6に示す。各回それぞれの溶出率が100%付
近で一定となり、後半4回の膜へのGe吸着量に変化が
なかった。これにより、IDE膜において、吸着−溶出
−再生サイクルの繰り返し使用が可能になり、吸着−溶
出−再生サイクルの繰り返し使用回数が増えても吸着容
量や溶出率の性能が低下せず、工業的に使用できる吸着
材であることがわかった。
の水溶液(初期pH6.3)を透過させ、溶出操作での
分取量を上記の透過液の分取量より1/10として操作
した。その溶出曲線を図7に示す。溶出液のピーク濃度
から、供給液濃度の約45倍に濃縮することができ、
又、吸着していた酸化ゲルマニウムの90%が膜体積
(約0.4mL)の3倍、100%が30倍の1M塩酸
で溶出することができた。
有する多孔性中空糸膜は、効率よく酸化ゲルマニウムを
吸着することができるものであり、又、この多孔性中空
糸膜をモジュール化することにより、酸化ゲルマニウム
の回収をすばやく、大量に、繰り返し行うことができ
る。
を検討するための透過装置の概念図である。
過させたときのゲルマニウムの吸着量を吸着量曲線とし
て示すグラフである。
依存性を示すグラフである。
着能を示すグラフである。
フである。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 ポリエチレン製多孔性中空糸膜の表面に
放射線グラフト重合されたエポキシ基を含有する化合物
の残基と、該残基と反応して式 【化1】 (式中、R1及びR2は水素原子又は低級アルキル基を示
す。)、又は、式 【化2】 で表される構造を含む残基を与える化合物とを反応させ
て得られることを特徴とするキレート形成能を有する多
孔性中空糸膜。 - 【請求項2】 放射線グラフト重合されるエポキシ基を
含有する化合物がグリシジルメタクリレートである請求
項1に記載のキレート形成能を有する多孔性中空糸膜。 - 【請求項3】 式 【化3】 (式中、R1及びR2は水素原子又は低級アルキル基を示
す。)で表される構造を含む残基を与える化合物が、
2,2−イミノジエタノール又はジ−2−プロパノール
アミンである請求項1に記載のキレート形成能を有する
多孔性中空糸膜。 - 【請求項4】 式 【化4】 で表される構造を含む残基を与える化合物が、N−メチ
ルグルカミン又は3−アミノ−1,2プロパンジオール
である請求項1に記載のキレート形成能を有する多孔性
中空糸膜。 - 【請求項5】 ポリエチレン製多孔性中空糸膜の表面に
放射線グラフト重合されたエポキシ基を含有する化合物
の残基と、該残基と反応して式 【化5】 (式中、R1及びR2は水素原子又は低級アルキル基を示
す。)、又は、式 【化6】 で表される構造を含む残基を与える化合物とを反応させ
て得られるキレート形成能を有する多孔性中空糸膜に対
し、酸化ゲルマニウムを含有する水溶液を接触させるこ
とにより、該水溶液中の酸化ゲルマニウムを、前記キレ
ート形成能を有する多孔性中空糸膜で捕集し、その後、
酸性溶液により前記捕集された酸化ゲルマニウムを溶出
することを特徴とする、キレート形成能を有する多孔性
中空糸膜による酸化ゲルマニウムの回収方法。
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