JP2003529447A - ナノコンポジットを用いて液体および気体媒体から成分を分離するための方法 - Google Patents

ナノコンポジットを用いて液体および気体媒体から成分を分離するための方法

Info

Publication number
JP2003529447A
JP2003529447A JP2001568552A JP2001568552A JP2003529447A JP 2003529447 A JP2003529447 A JP 2003529447A JP 2001568552 A JP2001568552 A JP 2001568552A JP 2001568552 A JP2001568552 A JP 2001568552A JP 2003529447 A JP2003529447 A JP 2003529447A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nanocomposite
liquid
matrix
nanoparticles
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001568552A
Other languages
English (en)
Inventor
トーマス シーステル
トーマス ミュラー
ヘルマン シラー
ヘルムート シュミット
Original Assignee
インスティトゥート フィア ノイエ マテリアーリエン ゲマインニュッツィゲ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクタ ハフトゥンク
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by インスティトゥート フィア ノイエ マテリアーリエン ゲマインニュッツィゲ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクタ ハフトゥンク filed Critical インスティトゥート フィア ノイエ マテリアーリエン ゲマインニュッツィゲ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクタ ハフトゥンク
Publication of JP2003529447A publication Critical patent/JP2003529447A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/02—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor with moving adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/06—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with moving adsorbents, e.g. rotating beds
    • B01D53/10—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with moving adsorbents, e.g. rotating beds with dispersed adsorbents
    • B01D53/12—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with moving adsorbents, e.g. rotating beds with dispersed adsorbents according to the "fluidised technique"
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J20/28004—Sorbent size or size distribution, e.g. particle size
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J20/28009—Magnetic properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28026—Particles within, immobilised, dispersed, entrapped in or on a matrix, e.g. a resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3202—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the carrier, support or substrate used for impregnation or coating
    • B01J20/3204—Inorganic carriers, supports or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3234—Inorganic material layers
    • B01J20/3236—Inorganic material layers containing metal, other than zeolites, e.g. oxides, hydroxides, sulphides or salts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3242—Layers with a functional group, e.g. an affinity material, a ligand, a reactant or a complexing group
    • B01J20/3244—Non-macromolecular compounds
    • B01J20/3246—Non-macromolecular compounds having a well defined chemical structure
    • B01J20/3257—Non-macromolecular compounds having a well defined chemical structure the functional group or the linking, spacer or anchoring group as a whole comprising at least one of the heteroatoms nitrogen, oxygen or sulfur together with at least one silicon atom, these atoms not being part of the carrier as such
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3242—Layers with a functional group, e.g. an affinity material, a ligand, a reactant or a complexing group
    • B01J20/3268—Macromolecular compounds
    • B01J20/3272—Polymers obtained by reactions otherwise than involving only carbon to carbon unsaturated bonds
    • B01J20/3274—Proteins, nucleic acids, polysaccharides, antibodies or antigens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3242—Layers with a functional group, e.g. an affinity material, a ligand, a reactant or a complexing group
    • B01J20/3285—Coating or impregnation layers comprising different type of functional groups or interactions, e.g. different ligands in various parts of the sorbent, mixed mode, dual zone, bimodal, multimodal, ionic or hydrophobic, cationic or anionic, hydrophilic or hydrophobic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3291—Characterised by the shape of the carrier, the coating or the obtained coated product
    • B01J20/3295—Coatings made of particles, nanoparticles, fibers, nanofibers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/005—Pretreatment specially adapted for magnetic separation
    • B03C1/01—Pretreatment specially adapted for magnetic separation by addition of magnetic adjuvants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/0036—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties showing low dimensional magnetism, i.e. spin rearrangements due to a restriction of dimensions, e.g. showing giant magnetoresistivity
    • H01F1/0045—Zero dimensional, e.g. nanoparticles, soft nanoparticles for medical/biological use
    • H01F1/0054—Coated nanoparticles, e.g. nanoparticles coated with organic surfactant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2215/00—Separating processes involving the treatment of liquids with adsorbents
    • B01D2215/02—Separating processes involving the treatment of liquids with adsorbents with moving adsorbents
    • B01D2215/021—Physically moving or fluidising the adsorbent beads or particles or slurry, excluding the movement of the entire columns

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)
  • Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 成分を、マトリックス中にナノ粒子を含むナノコンポジットを使用して、液体または気体媒体から分離する。該液体または気体媒体を、該分離される成分が少なくとも部分的に該ナノコンポジットへ結合されるように、該ナノコンポジットと接触させ、そして得られる積載されたナノコンポジットを該液体または気体媒体から分離する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、ナノコンポジットを使用して液体および気体媒体から成分を分離す
るための方法、およびまた該ナノコンポジットの製造方法に関する。
【０００２】 分子または高分子成分は、一般的に、固体表面への該分子またはマクロ分子成
分の吸収プロセスおよび／または化学結合によって、溶液および気相から分離さ
れる。これらの成分はまた、時には、該表面と反応する。しかし、これらのプロ
セスは、通常、可逆的でない。
【０００３】 費用効率の高いプロセスを維持するために、該表面は、一般的に、再生される
。これが行われ得ないならば（例えば、活性炭が使用される種々の場合において
）、全ての吸着剤−吸着物系は、処分されなければならない。気相および液相か
らの全ての吸着プロセスに生じそして物理的に解決することが困難である問題は
、該表面積が増加するほど（吸着容量の増加）、床(beds)または固定床(fixed b
eds)の流動抵抗（flow resistance）が粒度の関数として数桁の規模で増加する
という事実である。これは、特に、流動床で問題である。これは、吸着床の効果
に対して非常に重大な悪影響を有する。改善法は懸濁液中の粒子を非常に小さく
維持することである。しかし、これらは、再度濾別されなければならず、そして
低液体処理量の問題は、吸着工程から濾過工程へと単にシフトされるが、解決さ
れていない。
【０００４】 本発明の目的は、上述の技術的欠点を有さない材料および方法を見出すことで
ある。
【０００５】 興味深いアプローチは、特定成分の吸着用の懸濁液に維持される磁化可能な（
magnetizeable）および／または磁性粒子を使用し、次いでそれらを磁場の適用
によって反応媒体（精製される液相または気相）から分離することである。重要
な局面は、表面の吸着選択性である。これは、一般的に、吸着媒体の場合におけ
る基特異的様式（group-specific manner）で達成され、即ち、類似の官能性を
有する化学ファミリーは、一般的に常に、特定表面上で吸着される。選択的官能
基を有する典型的な吸着剤（例えば、活性炭または水酸化アルミニウム）の提供
は、難しく、何故ならば、これらの吸着媒体へのこのような基の結合は工業の僅
かな場合においてのみ可能であるからである。従って、より選択的でない方法（
例えば、表面を疎水性または親水性にすること）が使用され、あるいは例えば酸
化アルミニウムの塩基性または酸性特徴およびドーピングによる吸着部位のロー
ディングに影響を与える試みが成される。
【０００６】 磁性粒子の磁性沈殿（magnetic precipitation）は、酸化鉄でマイカプレート
レット（mica platelets）をコーティングして、そして特定の生化学的成分を多
少選択的に吸着し得るガラス層をこれらのプレートレットに堆積させることによ
って達成される。しかし、これは、比較的に非選択的な方法であり、そして液体
および気体からの比較的小分子の分離に好適でない。好適な表面電荷を有するマ
クロ分子のみが吸着される。
【０００７】 磁性粒子は、永久磁性（permanent magnetism）を示さないならば、ナノメー
タ範囲のサイズを有さなければならない。磁場がスイッチオフされた（switched
off）後の永久磁性は、粒子間の相互作用によって凝集へと至るだろう。従って
、粒度は、超常磁性挙動（単一ドメイン構造（single domain structures））を
達成するために、好ましくは＜２０ｎｍである。
【０００８】 本発明の目的は、ドイツ特許出願19614136に記載されるように超常磁性ナノ粒
子を作製することによって達成される。不可逆的凝集を防止するために、これら
の粒子を官能基（例えば、アミン、アミノ基またはカルボキシレート基）でコー
ティングする。アミノ基は、遷移金属についての良好な錯化剤であるので、水溶
液中で遷移金属イオンを結合するためにこのような粒子を使用することは、原則
として可能である。
【０００９】 しかし、該粒子の小さなサイズおよび関連するブラウン運動のために、磁場に
よる分離は不完全であり、その結果、比較的大量の該粒子が、常に、流動媒体に
混入される。該目的は、液体または溶解されたマトリックス相にナノ粒子を分散
させて、そしてこのマトリックス相から所望の直径を有する比較的大きな粒子を
作製することによって達成され得た。これらの粒子の直径は、０．１〜１０００
μｍの範囲内、しかし好ましくは１〜５００μｍの範囲内、そして特に好ましく
は５０〜３００μｍの範囲内である。
【００１０】 該粒子は、非混和性溶媒へ該液体マトリックス相を導入して、そして機械混合
プロセス（例えば、Ｕｌｔｒａｔｕｒｒａｘスターラー）によって正確なサイズ
範囲を有するエマルジョンを作製することによって作製され得る。この方法によ
って、上述の粒度が作製され得る。超音波によって補われ得る力学的エネルギー
の導入の間、慣用的原理に従う固化反応が生じる。これは、重合反応、沈殿反応
、および付加反応または重縮合反応であり得る。好ましいタイプの反応は、アル
コキシド（ゾル−ゲル反応）から、ならびに有機モノマー、オリゴマーまたは溶
解相から製造され得るマトリックス系に依存する。更に、官能基が、例えば官能
性シランまたは官能性二重結合分子の使用によって、このマトリックスに組み込
まれ得る。このマトリックス官能化（これはまた、ナノコンポジット粒子の表面
を官能化する）は、反応選択性（例えば、重金属との錯体形成）を生じさせるた
めに使用され得る。該プロセスの別の変形は、例えばゾル−ゲルナノコンポジッ
ト粒子のシラン化による、引き続いての表面修飾である。
【００１１】 このようなナノコンポジット粒子は、水性または有機溶媒中の懸濁液を作製す
ることを可能にする。しかし、それらはまた、気相での流動床プロセスに好適で
ある。該表面における官能基の適切な選択は、イオン成分、ならびに好適な官能
基（抗体、抗原、タンパク質など）が該表面に結合されている場合に生物学的お
よび生化学的成分ならびに錯体形成によって結合され得る成分の両方を分離する
（separate off）ことを可能にする。境界条件は、該成分が例えば錯体形成の結
合定数が非常に低いｐＨ範囲において結合されるように、選択される。該粒子が
除去される成分で積載された（laden）後（これは、攪拌によって促進され得る
）、磁場が、該懸濁液へ導入される装置または該壁へ該粒子が結合するように、
スイッチオン（switched on）される。次いで、この装置は回収された粒子と共
に除去され、そして結合された成分が再生工程（regeneration step）において
溶出され、この後、ナノコンポジット粒子は、再度、磁気的に分離されて、次い
で更なる精製手順のために利用可能となる。この方法はまた、好適なプラントが
使用される場合には、連続して操作され得る。流動床における気相精製は、同様
にして行われる。
【００１２】 従って、記載される新規の方法は、溶液からの多数の精製方法のために使用さ
れ得る。
【００１３】 ナノ粒子は、好ましくは、DE-A-19614136に記載されるように、沈殿プロセス
によって作製され、ここでナノ粒子は、引き続いて超音波の作用下でコーティン
グされる。加水分解耐性コーティングを有する凝集フリー（agglomerate-free）
ナノサイズ酸化鉄粒子を作製するためのDE-A-19614136に開示される方法、およ
びこれらの粒子を作製するためのそこで言及される化合物は、本明細書中で明確
に参考として援用される。ナノ粒子のこのコーティングは、種々の成分を使用し
て行われ得、そして水性または非水性溶液中で行われ得る。この様式で、例えば
、問題のマトリックス中における良好な分散性に次に必要となる、疎水性コーテ
ィングまたは親水性コーティングを作製することが可能となる。マトリックスと
して、アルコキシドおよび有機アルコキシシランから調製されるゾル−ゲル系を
使用することが可能である。例えば、ケイ酸エステル（silicic esters）、有機
アルコキシシラン、周期表の第３および第４主族の元素のアルコキシド、ならび
にホウ素およびリンのアルコキシドである。しかし、第２主族の元素のアルコキ
シドが更に使用され得、同様に、遷移金属および副族元素のアルコキシドが使用
され得る。ナノ粒子、特に酸化鉄ナノ粒子は、好適な反応混合物に分散され、そ
して引き続いて上記方法によってエマルジョンへ変換される。
【００１４】 アルコキシドの場合、縮合を誘発してそして固体粒子を得るために、一般的に
、少量の水を添加すれば十分であり、必要に応じて少量の酸が添加される。有機
系の場合、粒子は、液体マトリックスとのそれらの相溶性の結果としての凝集化
から該粒子を防止する表面修飾剤が提供されるかまたは疎水性化される（hydrop
hobicized）。有機マトリックスの固化は、重合方法によって達成され、ここで
、慣用的な重合触媒が混合されて、そしてマイクロエマルジョンが安定である間
に熱またはＵＶ重合が行われる。
【００１５】 該マトリックスへの官能性分子（例えば、官能基（酸、塩基、アミン、キレー
ト化リガンド（chelating ligands）など）を有する好適な有機アルコキシシラ
ン）の添加は、粒子表面における該マトリックスの選択性を生じさせ得る。更な
る方法は、該マトリックス上へ選択的結合成分をカップリングすることである。
この目的のために好適な成分は、同様に、例えば、キレート化リガンドならびに
鍵と鍵穴の原理に従って機能する生化学的分子（例えば、抗原、抗体またはタン
パク質）である。文献に記載される慣用的なカップリング反応が、この目的のた
めに使用される。該粒子の作製後、溶媒が、攪拌しながら除去され、そして残渣
が、固化している場合、必要ならば、機械的粉砕プロセスによって所望の粒度に
される。乾燥のために、流動床リアクター、流動床ドライヤーまたはトリチュー
ブオーブン（tritube ovens）のような攪拌乾燥装置を使用することがまた可能
である。溶媒を除去することの代替法は、遠心分離、デカンテーション、濾過お
よび引き続いての乾燥によって該粒子を分離することである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミュラー トーマス ドイツ国 66540 ノインキルヘン／ザー ル メクレンブルガー ヴェグ ５ (72)発明者 シラー ヘルマン ドイツ国 66111 ザールブリュッケン セントヨハネルシュトラーセ 41−43 (72)発明者 シュミット ヘルムート ドイツ国 66130 ザールブリュッケン− ギュディンゲン イム ケーニッヒスフェ ルト 29 Ｆターム(参考） 4D017 AA01 CA05 CA11 CB01 DA08 4G066 AA27C AB18B AD10B AE01B AE02B BA20

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マトリックス中にナノ粒子を含むナノコンポジットを使用し
    て、液体または気体媒体から１以上の成分を分離するための方法であって、該液
    体または気体媒体を、該分離される成分の少なくとも一部が該ナノコンポジット
    へ結合されるように、該ナノコンポジットと接触させ、そして得られる積載され
    たナノコンポジットを該液体または気体媒体から分離する、方法。
  2. 【請求項２】 前記積載ナノコンポジットが、磁場の適用によって前記液体
    または気体媒体から分離されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 超常磁性ナノ粒子を含むナノコンポジットが使用されるこ
    とを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 酸化鉄を含むナノ粒子を含むナノコンポジットが使用される
    ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記ナノコンポジットがナノコンポジット粒子の形態で使用
    されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】 ０．１〜１０００μｍ、好ましくは１〜５００μｍ、特に好
    ましくは５０〜３００μｍの粒度を有するナノコンポジット粒子が使用されるこ
    とを特徴とする、請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 ナノコンポジットのマトリックスが、第２〜第５主族の元素
    ，遷移金属または副族元素のアルコキシド、少なくとも１つの非加水分解性基を
    有する第２〜第５主族の元素，遷移金属または副族元素の加水分解性化合物、有
    機モノマー、オルモサー（ormocers）、ナノマー（nanomers）またはその混合物
    に基づく重縮合物またはポリマーを含む、ナノコンポジットが使用されることを
    特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
  8. 【請求項８】 ナノコンポジットのマトリックスが更なる官能基または二官
    能性分子を更に含むナノコンポジットが使用されることを特徴とする、請求項１
    〜７のいずれかに記載の方法。
  9. 【請求項９】 官能基によって表面修飾されているナノコンポジットが使用
    されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記官能基が、その官能基が酸、塩基、アミン、二重結合
    またはエポキシドキレート化リガンドである官能性シランによって提供されるこ
    とを特徴とする、請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記表面修飾が、抗原、抗体およびタンパク質のような生
    物学的成分とのカップリングによって達成されることを特徴とする、請求項９に
    記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記液体媒体が水相であり、そして前記ナノコンポジット
    粒子をそこに分散することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の方
    法。
  13. 【請求項１３】 前記ナノコンポジット粒子を流動床において使用すること
    を特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
  14. 【請求項１４】 溶解されたまたは気体の成分を分離することを特徴とする
    、前記請求項のいずれかに記載の方法。
  15. 【請求項１５】 磁化可能なまたは磁性ナノ粒子を製造し、これらを液体マ
    トリックス形成化合物に分散し、そして該液体マトリックス形成化合物を引き続
    いて固化してマトリックスを得ることを特徴とする、マトリックス中にナノ粒子
    を含むナノコンポジットの製造方法。
  16. 【請求項１６】 ナノ粒子および液体マトリックス形成化合物の分散液また
    は懸濁液を、例えば機械的作用または超音波によって、それと非混和性である液
    体へ導入し、そしてエマルジョンを製造することを特徴とする、請求項１５に記
    載の方法。
  17. 【請求項１７】 このエマルジョン中の前記液体マトリックス形成化合物が
    、前記ナノ粒子が含まれる固体マトリックスへ変換されることを特徴とする、請
    求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記固体マトリックスへの変換が、縮合、重合および／ま
    たは重付加によって生じることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記ナノコンポジットを、蒸留、遠心分離、デカンテーシ
    ョンまたは濾過によって前記液相から分離することを特徴とする、請求項１５〜
    １８のいずれかに記載の方法。
  20. 【請求項２０】 得られるナノコンポジットを粉砕することを特徴とする、
    請求項１５〜１９のいずれかに記載の方法。
JP2001568552A 2000-03-20 2001-03-19 ナノコンポジットを用いて液体および気体媒体から成分を分離するための方法 Pending JP2003529447A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10013670A DE10013670A1 (de) 2000-03-20 2000-03-20 Verfahren zur Abtrennung von Komponenten aus flüssigen und gasförmigen Medien mit Nanokompositen
DE10013670.2 2000-03-20
PCT/EP2001/003129 WO2001070365A1 (de) 2000-03-20 2001-03-19 Verfahren zur abtrennung von komponenten aus flüssigen und gasförmigen medien mit nanokompositen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003529447A true JP2003529447A (ja) 2003-10-07

Family

ID=7635562

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001568552A Pending JP2003529447A (ja) 2000-03-20 2001-03-19 ナノコンポジットを用いて液体および気体媒体から成分を分離するための方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6830694B2 (ja)
EP (1) EP1278582B1 (ja)
JP (1) JP2003529447A (ja)
AT (1) ATE453441T1 (ja)
DE (2) DE10013670A1 (ja)
ES (1) ES2338096T3 (ja)
WO (1) WO2001070365A1 (ja)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10160664A1 (de) * 2001-12-11 2003-06-18 Henkel Kgaa Verfahren zur Abwasserreinigung und dazu geeignete, magnetische Adsorbentien
US7678367B2 (en) * 2003-10-16 2010-03-16 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Method for reducing odor using metal-modified particles
US7357979B2 (en) * 2004-04-13 2008-04-15 Eastman Kodak Company Composition of matter comprising polymer and derivatized nanoparticles
US7357863B2 (en) * 2004-04-13 2008-04-15 Eastman Kodak Company Container for inhibiting microbial growth in liquid nutrients
US20050228103A1 (en) * 2004-04-13 2005-10-13 Eastman Kodak Company Composition comprising intercalated metal-ion sequestrants
US7258786B2 (en) * 2004-04-13 2007-08-21 Eastman Kodak Company Container for inhibiting microbial growth in liquid nutrients
US7361275B2 (en) * 2004-04-13 2008-04-22 Eastman Kodak Company Use of derivatized nanoparticles to minimize growth of micro-organisms in hot filled drinks
US20050226911A1 (en) * 2004-04-13 2005-10-13 Bringley Joseph F Article for inhibiting microbial growth in physiological fluids
US7371327B2 (en) 2005-03-04 2008-05-13 Kenneth Cross Device for the immobilization of nano- and micro-sized particles in a solid-fluid contact vessel facilitating mass-momentum, and heat-transport at the solid-fluid interfaces
DE102005040189B4 (de) 2005-06-28 2011-08-18 Blücher GmbH, 40699 Trägermaterial mit katalytisch aktiven Polymerpartikeln
KR20080008668A (ko) * 2006-07-20 2008-01-24 재단법인서울대학교산학협력재단 자성체 나노입자를 이용하여 단백질을 선택적으로 결합,분리 또는 정제하는 방법
EP2072117A1 (en) * 2007-12-19 2009-06-24 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Sorbent material
WO2013027214A2 (en) 2011-08-22 2013-02-28 Bar-Ilan University Nanop article dialysis
US9126137B1 (en) * 2012-07-18 2015-09-08 Battelle Memorial Institute Polymer nanocomposites for gas separation
DE102012212955A1 (de) 2012-07-24 2014-01-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur magnetischen Abtrennung von Fällungsprodukten aus Fluiden mit Hilfe von wiederverwendbaren, superparamagnetischen Kompostpartikeln
US9409148B2 (en) 2013-08-08 2016-08-09 Uchicago Argonne, Llc Compositions and methods for direct capture of organic materials from process streams
US9579623B2 (en) 2013-11-23 2017-02-28 Kenneth W. Cross Specialized immobilization media
CN105859017B (zh) * 2016-06-14 2019-02-19 四川理工学院 一种膜分离的前处理方法
CA3030308C (en) 2016-07-29 2022-04-05 The Board Of Trustees Of Western Michigan University Magnetic nanoparticle-based gyroscopic sensor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4319893A (en) * 1980-09-02 1982-03-16 Exxon Research & Engineering Co. Magnetically stabilized bed, temperature, partial pressure swing, hydrogen recovery process
JPS601564A (ja) * 1983-05-12 1985-01-07 アドバンスド、マグネティックス、インコーポレーテッド 分離に用いられる磁性粒子
EP0522856A1 (en) * 1991-07-11 1993-01-13 BRADTEC Limited Purification of solutions
JPH0919292A (ja) * 1995-07-07 1997-01-21 Toyobo Co Ltd 核酸結合用磁性担体およびそれを用いる核酸単離方法
WO1997038058A1 (de) * 1996-04-10 1997-10-16 Institut Für Neue Materialien Gem. Gmbh Verfahren zur herstellung agglomeratfreier nanoskaliger eisenoxidteilchen mit hydrolysebeständigem überzug

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4307262A1 (de) 1993-03-02 1994-09-08 Christian Bergemann Magnetisches polymeres Siliciumdioxid
US5409813A (en) * 1993-09-30 1995-04-25 Systemix, Inc. Method for mammalian cell separation from a mixture of cell populations
US5714536A (en) * 1996-01-11 1998-02-03 Xerox Corporation Magnetic nanocompass compositions and processes for making and using
US6548264B1 (en) * 2000-05-17 2003-04-15 University Of Florida Coated nanoparticles

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4319893A (en) * 1980-09-02 1982-03-16 Exxon Research & Engineering Co. Magnetically stabilized bed, temperature, partial pressure swing, hydrogen recovery process
JPS601564A (ja) * 1983-05-12 1985-01-07 アドバンスド、マグネティックス、インコーポレーテッド 分離に用いられる磁性粒子
EP0522856A1 (en) * 1991-07-11 1993-01-13 BRADTEC Limited Purification of solutions
JPH0919292A (ja) * 1995-07-07 1997-01-21 Toyobo Co Ltd 核酸結合用磁性担体およびそれを用いる核酸単離方法
WO1997038058A1 (de) * 1996-04-10 1997-10-16 Institut Für Neue Materialien Gem. Gmbh Verfahren zur herstellung agglomeratfreier nanoskaliger eisenoxidteilchen mit hydrolysebeständigem überzug

Also Published As

Publication number Publication date
US20030038083A1 (en) 2003-02-27
EP1278582A1 (de) 2003-01-29
WO2001070365A1 (de) 2001-09-27
ATE453441T1 (de) 2010-01-15
DE10013670A1 (de) 2001-09-27
EP1278582B1 (de) 2009-12-30
US6830694B2 (en) 2004-12-14
DE50115287D1 (de) 2010-02-11
ES2338096T3 (es) 2010-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6830694B2 (en) Method for separating components from liquid and gaseous media with nanocomposites
Vojoudi et al. A new nano-sorbent for fast and efficient removal of heavy metals from aqueous solutions based on modification of magnetic mesoporous silica nanospheres
Wang et al. Designing of recyclable attapulgite for wastewater treatments: a review
Mandel et al. Modified superparamagnetic nanocomposite microparticles for highly selective HgII or CuII separation and recovery from aqueous solutions
US11577179B2 (en) Chromatographic columns and separation devices comprising a superficially porous material; and use thereof for supercritical fluid chromatography and other chromatography
US8980099B2 (en) Magnetic extractants, method of making and using the same
DE10050343A1 (de) Poröse Silika-Mikrosphäre als Reinigungsmittel
WO2008055371A2 (en) Carbon coated magnetic nanoparticles and their use in separation processes
WO1996002060A1 (en) Highly disperse magnetic metal oxide particles, processes for their preparation and their use
Salman et al. Synthesis and surface modification of magnetic Fe 3 O 4@ SiO 2 core-shell nanoparticles and its application in uptake of scandium (III) ions from aqueous media
Ianăşi et al. Removal of cadmium from aqueous solutions using inorganic porous nanocomposites
Wu et al. Silanation of nanostructured mesoporous magnetic particles for heavy metal recovery
Broomberg et al. Review of magnetic carrier technologies for metal ion removal
Arshadi Adsorptive removal of an organic dye from aqueous solution with a nano-organometallic: Kinetic, thermodynamic and mechanism
CN1232553C (zh) 铁磁性脲醛树脂微球介质及其制备方法
Sugawara et al. Synthesis of temperature-responsive magnetic mesoporous silica and temperature dependence of its physical properties
Ismail et al. Thorium (IV) removal and recovery from aqueous solutions using modified silica nanoparticles with cysteine or methionine amino acids
JP5175671B2 (ja) 機能性粒子およびそれを用いた水処理方法
Gao et al. Removal behavior and mechanism of amino/carboxylate-functionalized Fe@ SiO2 for Cr (VI) and Cd (II) from aqueous solutions
KR101284740B1 (ko) 실리카 코팅된 마그네타이트 마이크로미터(μm)사이즈 자성수착제 및 그 제조방법
Xu et al. Synthesis, characterization, and application of magnetic nanocomposites for the removal of heavy metals from industrial effluents
Dawood et al. Synthesis and surface modification of magnetic Fe 3 O 4@ SiO 2 core-shell nanoparticles and its application in uptake of scandium (III) ions from aqueous media
Hattali et al. Elaboration of new spherical gelled biocomposites based on ferromagnetic nanoparticles and Al-pillared montmorillonite
Hyde Fabrication of Functionalised Biomimetic Silica Shell–Magnetic Core Particles and Their Applications in Heavy Metal Ion and Fine Mineral Particle Recovery
Lu et al. Mechanisms and model study of Zn (II) and Cd (II) competitive adsorption on V, Ti-bearing magnetite-humic acid adsorbent

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080220

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110517

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20110804

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20110811

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111101

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120710