JP2007111630A - 溶液中のダイオキシン類捕集方法および回収方法 - Google Patents

溶液中のダイオキシン類捕集方法および回収方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 ダイオキシン類を平均的かつ高効率に捕集することができ、かつ捕集したダイオキシン類を短時間かつ少ないエネルギーの投入で効率的に抽出でき、同時に捕集剤を再生する方法を提供すること。
【解決手段】 ダイオキシン類を含む水溶液1に、非晶質ケイ酸等を添加して調製したシクロデキストリンポリマー2を添加する過程P1、過程P1で得られた混合物を濾過等によりシクロデキストリンポリマーと水溶液とに分離してダイオキシン類が除去された溶液3を得る過程P2、さらに濾過物をメタノール、等の有機溶媒を含む溶液で攪拌処理してダイオキシン類を含む溶液4と捕集したダイオキシン類を解離したシクロデキストリンポリマー10とに分離する過程P3を経て、ダイオキシン類の捕集、および回収を行う。
【選択図】 図1

Description

本発明は溶液中のダイオキシン類捕集方法および回収方法に係り、特に、水溶液等に含まれるダイオキシン類を効率的に捕集し、また平均的かつ簡易に捕集したダイオキシン類を回収することのできる方法に関する。
ダイオキシン類は極微量で深刻な環境汚染を引き起こす物質であるため、効率的に除去できる技術や極微量分を分析する技術が必要とされている。現在、主に水処理剤として活性炭などが使用されているが、そのほとんどは、使用後に、捕集したダイオキシン類とともに焼却処分されている。
従来、非晶質ケイ酸を主成分とするもみ殻灰を添加して調製した不定形のシクロデキストリンポリマーを、環境ホルモン除去剤として使用する提案がされている(特許文献1)が、ここで除去効果があるとされている環境ホルモンはビスフェノール類、アルキルフェノール類、ポリ塩素化有機化合物およびフタル酸エステル類のみである。
一方、水からの固相抽出剤としてはオクタデシル基を化学的に結合させたシリカゲルを固定したディスク型固定相が、従来使用されている。(非特許文献1)。
特開2003−226737「シクロデキストリン架橋体及びこれを用いた環境ホルモン除去剤」 JIS K 0312「工業用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法」
しかし、上述の活性炭を使用した水処理システムでは、エネルギーを費やして調製した活性炭を使用後には焼却する過程が必要であり、そのため処理コストが大きくかかることとなる。さらに、焼却時に炭酸ガス等が排出されるという環境負荷の大きい工程が避けられない。もちろん使用済みの活性炭を、莫大なエネルギーを費やして再生処理する以外、再利用に供することはできない。
また、上記特許文献1に示される除去技術によって除去効果があるとされている環境ホルモンは、上述の通り、ビスフェノール類、アルキルフェノール類、ポリ塩素化有機化合物およびフタル酸エステル類のみであり、ダイオキシン類と呼ばれるポリ塩素化ジベンゾダイオキシン類やポリ塩素化ジベンゾフラン類、あるいはコプラナーPCB類については、除去効果が何ら確認されていない。
加えて、特許文献1開示技術によって除去効果があるとされている環境ホルモンの中でも、シクロデキストリンポリマーの選択的捕集能等のために捕集効率が著しく悪い化合物がある。したがって、ダイオキシン類の捕集材として適用した場合でも、捕集率および回収率が低く、化合物毎の捕集率に偏りが発生し、捕集剤としては不適当である可能性が相当高い。かかる捕集率の偏りは、本来的な環境ホルモン除去用途においてのみならず、たとえば分析用途においても、まったく好ましいことではない。
また、非特許文献1に示される除去技術では、固定相からダイオキシン類を抽出するために、有害な有機溶媒であるトルエンを用いた長時間のソクスレー抽出が必要であり、さらに抽出過程においては加熱処理が必要であり、大量のエネルギー消費を伴うものであるため、望ましくない。
本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点を除き、ダイオキシン類を平均的かつ高効率に捕集することができ、かつ捕集したダイオキシン類を短時間かつ少ないエネルギーの投入で効率的に抽出でき、同時に捕集剤を再生する方法を提供することである。
本願発明は上記課題に関して検討した結果、アルカリ条件下でシクロデキストリンに非晶質のケイ酸等を添加し、これにエピクロロヒドリン等のエポキシ化合物を加えることにより得られるシクロデキストリンポリマーを用いることによって上記課題の解決が可能であることを見出し、本発明に至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は以下の通りである。
(1) アルカリ条件下でシクロデキストリンに非晶質のケイ酸を添加し、これにエポキシ化合物を加えることによって得られるシクロデキストリンポリマーをダイオキシン類が含まれる水溶液と接触させ、ダイオキシン類をシクロデキストリンポリマーに捕集させることを特徴とする、水溶液からのダイオキシン類捕集方法。
(2) アルカリ条件下でシクロデキストリンにアルカリケイ酸塩、もしくはそれらの水溶液を添加し、これにエポキシ化合物を加えることによって得られるシクロデキストリンポリマーをダイオキシン類が含まれる水溶液と接触させ、ダイオキシン類をシクロデキストリンポリマーに捕集させることを特徴とする、水溶液からのダイオキシン類捕集方法。
(3) 前記エポキシ化合物が、エピクロロヒドリンその他のモノエポキシ化合物、またはエチレングリコールジグリシジルエーテルその他のジエポキシ化合物のいずれかであることを特徴とする、(1)または(2)に記載の水溶液からのダイオキシン類捕集方法。
(4) 前記シクロデキストリンポリマーとして、α−シクロデキストリンポリマーを、単独または他のシクロデキストリンポリマーと併せて用いることを特徴とする、(1)ないし(3)のいずれかに記載の水溶液からのダイオキシン類捕集方法。
(5) 前記シクロデキストリンポリマーとして、β−シクロデキストリンポリマーを、単独または他のシクロデキストリンポリマーと併せて用いることを特徴とする、(1)ないし(3)のいずれかに記載の水溶液からのダイオキシン類捕集方法。
(6) 前記シクロデキストリンポリマーとして、γ−シクロデキストリンポリマーを、他のシクロデキストリンポリマーと併せて用いることを特徴とする、(1)ないし(3)のいずれかに記載の水溶液からのダイオキシン類捕集方法。
(7) 前記シクロデキストリンポリマーとして、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、もしくはγ−シクロデキストリンから組み合わされる複数の種類のシクロデキストリンで構成されるポリマーを、単独または他のシクロデキストリンポリマーと併せて用いることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の水溶液からのダイオキシン類捕集方法。
(8) (1)ないし(7)のいずれかに記載のダイオキシン類捕集方法により捕集されたダイオキシン類に、適宜の温度条件下にて、有機化合物による処理もしくはこれを含む水溶液による処理を施すことによって、前記シクロデキストリンポリマーから該ダイオキシン類を溶液中に解離させる、ダイオキシン類回収方法。
本発明の溶液中のダイオキシン類捕集方法および回収方法は上述のように構成されるため、これによれば、水溶液等に含まれるダイオキシン類を平均的かつ高効率に捕集することができ、かつまた、捕集したダイオキシン類を短時間かつ少ないエネルギーの投入で平均的に、簡易に、さらに効率的に抽出、回収することができる。加えてこれと同時に、捕集材を再生し、再使用することができる。
以下、本発明を図面も用いつつ、より詳細に説明する。
図1は、本発明の水溶液中からのダイオキシン類の捕集方法、およびダイオキシン類の回収方法の構成を合わせて示すフロー図である。図示するように本発明の各方法は、ダイオキシン類を含む水溶液1に、非晶質ケイ酸等を添加して調製したシクロデキストリンポリマー2を添加する過程P1、過程P1で得られた混合物を濾過等によりシクロデキストリンポリマーと水溶液とに分離してダイオキシン類が除去された溶液3を得る過程P2(以上、ダイオキシン類捕集の過程)、さらに、濾過物をメタノール、エタノール、アセトン等の有機溶媒を含む溶液で攪拌処理してダイオキシン類を含む溶液4と捕集したダイオキシン類を解離したシクロデキストリンポリマー10とに分離する過程P3(以上、ダイオキシン類回収の過程)とからなる。
図1において過程P1はたとえば、非晶質ケイ酸等を添加して調製したシクロデキストリンポリマーを添加して、温度2〜50℃、好ましくは15〜35℃の条件下で0.5〜8時間攪拌する過程とすることができる。また、過程P3はたとえば、濾過物にメタノール、エタノール、アセトン等の有機溶媒を含む溶液で5〜60℃の温度条件下、0.5〜5時間攪拌処理する過程とすることができる。
本発明各方法は上述のように構成されるため、過程P1においてダイオキシン類を含む水溶液1に非晶質ケイ酸等を添加して調製したシクロデキストリンポリマー2が添加されてシクロデキストリンポリマー2にダイオキシン類が捕集され、ついで過程P2において濾過等によりダイオキシン類を捕集したシクロデキストリンポリマー2と、ダイオキシン類が除去された溶液3とが分離される。
さらに、過程P3において、濾過物であるダイオキシン類を捕集したシクロデキストリンポリマー2に有機溶媒を含む溶液を用いた攪拌処理が施されて、ダイオキシン類を含む溶液4と、ダイオキシン類を解離したシクロデキストリンポリマー10とが分離される。
図の過程P1において、あらかじめ非晶質ケイ酸等を添加して調製したシクロデキストリンポリマー2をカラム等に充填しておき、あるいはまたディスク状に成型しておき、それにダイオキシン類が含有している水溶液を通過させることにより、濾過等によるシクロデキストリンポリマーと水溶液を分離する過程P2を省略し、直接、ダイオキシン類が除去された水溶液3と、ダイオキシン類を捕集したシクロデキストリンポリマーを得ることとしてもよい。
また、有機溶媒を含む溶液で処理する過程P3は、カラムまたはディスク状のシクロデキストリンポリマーに直接、有機溶媒を含む溶液を接触させ、ダイオキシン類を含む溶液4と捕集したダイオキシン類が解離したシクロデキストリンポリマー10を得る過程にすることとしてもよい。
図において、シクロデキストリンポリマー10はダイオキシン類を解離したものであるため、前記過程P1での添加に再使用可能である。つまり本発明では、シクロデキストリンポリマー再生利用水浄化システムを構築することができる。
図において、溶液4に含まれるダイオキシン類を定量することにより、ダイオキシン類が含まれている水溶液中のダイオキシン類濃度を測定することができる。
図示されるように、本発明の方法によれば、水溶液中のダイオキシン類を効率的に捕集することができ、また、捕集したダイオキシン類を短時間かつ低エネルギーな方法で平均的かつ高効率に回収することができる。また、シクロデキストリンポリマーが水処理剤として、再利用されるシステムを構築することもできる。
以下、本発明の実施例を説明するが、本願はかかる実施例に限定されるものではない。なお、以下説明する実施例ではエポキシ化合物としてモノエポキシ化合物であるエピクロロヒドリンを用いているが、エチレングリコールジグリシジルエーテル等のジエポキシ化合物を代わりに用いても本発明を実施できることは、確認済みである。
<製造例1> ビーズ状シクロデキストリンポリマーの製造
水酸化ナトリウム水溶液(NaOH80.0g/H2O200.0g)にα−、β−、またはγ−シクロデキストリンを単一物もしくはそれらの混合物として52.86mmol(2成分混合物では、それぞれの成分26.43mmol)を溶解させ、次に、非晶質ケイ酸60.0g(1mol)を溶解し、テフロン(登録商標)羽根付きの攪拌棒を毎分400回転させながら、エピクロロヒドリン45.6g(492.9mmol)を加え、50℃で420分攪拌後、ブフナー漏斗を使用して吸引濾過を行い、水で中性になるまで洗浄、最後にメタノールで洗浄後、減圧乾燥し、無色または白色のα−、β−、またはγ−シクロデキストリンの、それぞれ単一シクロデキストリンで構成される単一成分型ビーズ状シクロデキストリンポリマー(単一成分型ビーズ状CyDポリマー)を、およびそれらシクロデキストリンの混合成分で構成される混合成分型ビーズ状シクロデキストリンポリマー(混合成分型ビーズ状CyDポリマー)を得た。
以下、単一成分型ビーズ状β-CyDポリマーを実施例1、単一成分型ビーズ状α-CyDポリマーを実施例2、単一成分型ビーズ状γ-CyDポリマーを実施例3、混合成分型ビーズ状α,β-CyDポリマーを実施例4、混合成分型ビーズ状α,γ-CyDポリマーを実施例5、混合成分型ビーズ状Β,γ-CyDポリマーを実施例6とする。
<実験1>
精製水200mlにダイオキシン類標準物質(1,3,6,8-TeCDF、2,3,7,8-TeCDF、1,3,6,8-TeCDD、2,3,7,8-TeCDD、1,2,3,7,8-PeCDF、2,3,4,7,8-PeCDF、1,2,3,7,8-PeCDD、1,2,3,4,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDF、1,2,3,7,8,9-HxCDF、2,3,4,6,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDD、1,2,3,6,7,8-HxCDD、1,2,3,7,8,9-HxCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF、1,2,3,4,7,8,9-HpCDF、1,2,3,4,6,7,8-HpCDD、1,2,3,4,6,7,8,9-OCDF、1,2,3,4,6,7,8,9-OCDD、3,4,4',5-TeCB、3,3',4,4'-TeCB、3,3',4,4',5-PeCB、3,3',4,4',5,5'-HxCB、2',3,4,4',5-PeCB、2,3',4,4',5-PeCB、2,3,3',4,4'-PeCB、2,3,4,4',5-PeCB、2,3',4,4',5,5'-HxCB、2,3,3',4,4',5-HxCB、2,3,3',4,4',5'-HxCB、2,3,3',4,4',5,5'-HxCB)それぞれを8塩素化ダイオキシンおよび8塩素化ジベンゾフランは200pg、それ以外は100pg添加し、次に製造例1で得た実施例1:単一成分型ビーズ状β-CyDポリマー0.5gまたは1.0gを懸濁し、室温下2時間攪拌後、ブフナー漏斗を使用して吸引濾過し、濾液と濾過物に分けた。
濾液については、ジクロロメタン50mlにより液液抽出を2回行い、得られたジクロロメタン溶液に含まれる不用な妨害物質を多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作により除去し、日本工業標準規格"工場用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法"(JIS K 0312)で定義される測定方法により含有ダイオキシン類濃度を定量し、実施例1:単一成分型β-CyDポリマーによって捕集されなかったダイオキシン類標準物質の率を得た。
また、濾過物はメタノール200mlを添加し室温下1時間攪拌後、吸引濾過することにより濾液と濾過物に分ける操作を2回繰り返し行い、得られた濾液に含まれる不用な妨害物質を多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作により除去し、日本工業標準規格"工場用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法"(JIS K 0312)で定義される測定方法により含有ダイオキシン類濃度を定量し、実施例1:単一成分型ビーズ状β-CyDポリマーによって回収されたダイオキシン類標準物質の率を得た。
実施例1によるダイオキシン類の平均未捕集率はダイオキシン3.1%、ジベンゾフラン3.0%、PCB1.7%であり、未捕集率の最大値と最小値は、ダイオキシン5.4%と0.0%、ジベンゾフラン5.3%と1.2%、PCB2.7%と0.8%であった。また、ダイオキシン類の平均回収率はダイオキシン79%、ジベンゾフラン77%、PCB81%であり、回収率の最大値と最小値は、ダイオキシン100%と66%、ジベンゾフラン91%と67%、PCB90%と72%であった。
<実験2>
実験1と同様に、精製水200mlにダイオキシン類標準物質(1,3,6,8-TeCDF、2,3,7,8-TeCDF、1,3,6,8-TeCDD、2,3,7,8-TeCDD、1,2,3,7,8-PeCDF、2,3,4,7,8-PeCDF、1,2,3,7,8-PeCDD、1,2,3,4,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDF、1,2,3,7,8,9-HxCDF、2,3,4,6,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDD、1,2,3,6,7,8-HxCDD、1,2,3,7,8,9-HxCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF、1,2,3,4,7,8,9-HpCDF、1,2,3,4,6,7,8-HpCDD、1,2,3,4,6,7,8,9-OCDF、1,2,3,4,6,7,8,9-OCDD、3,4,4',5-TeCB、3,3',4,4'-TeCB、3,3',4,4',5-PeCB、3,3',4,4',5,5'-HxCB、2',3,4,4',5-PeCB、2,3',4,4',5-PeCB、2,3,3',4,4'-PeCB、2,3,4,4',5-PeCB、2,3',4,4',5,5'-HxCB、2,3,3',4,4',5-HxCB、2,3,3',4,4',5'-HxCB、2,3,3',4,4',5,5'-HxCB)それぞれを8塩素化ダイオキシンおよび8塩素化ジベンゾフランは200pg、それ以外は100pg添加し、次に製造例1で得た実施例2:単一成分型ビーズ状α-CyDポリマー0.5gまたは1.0gを懸濁し、室温下2時間攪拌後、ブフナー漏斗を使用して吸引濾過し、濾液と濾過物に分けた。
濾液はジクロロメタン50mlにより液液抽出を2回行い、ジクロロメタン溶液を多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作により妨害物質を除去し、日本工業標準規格"工場用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法"(JIS K 0312)で定義される測定方法により含有ダイオキシン類濃度を定量し、実施例2:単一成分型α-CyDポリマーによって捕集されなかったダイオキシン類標準物質の率を得た。
また、濾過物はメタノール200mlを添加し室温下1時間攪拌後、吸引濾過することにより濾液と濾過物に分ける操作を2回繰り返し行い、得られた濾液に含まれる不用な妨害物質を多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作により除去し、日本工業標準規格"工場用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法"(JIS K 0312)で定義される測定方法により含有ダイオキシン類濃度を定量し、実施例2:単一成分型ビーズ状α-CyDポリマーによって回収されたダイオキシン類標準物質の率を得た。
実施例2によるダイオキシン類の平均未捕集率はダイオキシン11%、ジベンゾフラン10%、PCB4.0%であり、未捕集率の最大値と最小値は、ダイオキシン19%と2.4%、ジベンゾフラン16%と2.3%、PCB6.2%と2.1%であった。また、ダイオキシン類の平均回収率はダイオキシン64%、ジベンゾフラン63%、PCB68%であり、回収率の最大値と最小値は、ダイオキシン70%と47%、ジベンゾフラン73%と50%、PCB76%と60%であった。
<実験3>
実験1と同様に、精製水200mlにダイオキシン類標準物質(1,3,6,8-TeCDF、2,3,7,8-TeCDF、1,3,6,8-TeCDD、2,3,7,8-TeCDD、1,2,3,7,8-PeCDF、2,3,4,7,8-PeCDF、1,2,3,7,8-PeCDD、1,2,3,4,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDF、1,2,3,7,8,9-HxCDF、2,3,4,6,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDD、1,2,3,6,7,8-HxCDD、1,2,3,7,8,9-HxCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF、1,2,3,4,7,8,9-HpCDF、1,2,3,4,6,7,8-HpCDD、1,2,3,4,6,7,8,9-OCDF、1,2,3,4,6,7,8,9-OCDD、3,4,4',5-TeCB、3,3',4,4'-TeCB、3,3',4,4',5-PeCB、3,3',4,4',5,5'-HxCB、2',3,4,4',5-PeCB、2,3',4,4',5-PeCB、2,3,3',4,4'-PeCB、2,3,4,4',5-PeCB、2,3',4,4',5,5'-HxCB、2,3,3',4,4',5-HxCB、2,3,3',4,4',5'-HxCB、2,3,3',4,4',5,5'-HxCB)それぞれを8塩素化ダイオキシンおよび8塩素化ジベンゾフランは200pg、それ以外は100pg添加し、次に製造例1で得た実施例3:単一成分型ビーズ状γ-CyDポリマー0.5gまたは1.0gを懸濁し、室温下2時間攪拌後、ブフナー漏斗を使用して吸引濾過し、濾液と濾過物に分けた。
濾液はジクロロメタン50mlにより液液抽出を2回行い、ジクロロメタン溶液を多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作により妨害物質を除去し、日本工業標準規格"工場用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法"(JIS K 0312)で定義される測定方法により含有ダイオキシン類濃度を定量し、実施例3:単一成分型γ-CyDポリマーによって捕集されなかったダイオキシン類標準物質の率を得た。
また、濾過物はメタノール200mlを添加し室温下1時間攪拌後、吸引濾過することにより濾液と濾過物に分ける操作を2回繰り返し行い、得られた濾液に含まれる不用な妨害物質を多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作により除去し、日本工業標準規格"工場用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法"(JIS K 0312)で定義される測定方法により含有ダイオキシン類濃度を定量し、実施例3:単一成分型ビーズ状γ-CyDポリマーによって回収されたダイオキシン類標準物質の率を得た。
実施例3によるダイオキシン類の平均未捕集率はダイオキシン18%、ジベンゾフラン18%、PCB22%であり、未捕集率の最大値と最小値は、ダイオキシン25%と12%、ジベンゾフラン24%と8.7%、PCB42%と9.5%であった。また、ダイオキシン類の平均回収率はダイオキシン82%、ジベンゾフラン76%、PCB72%であり、回収率の最大値と最小値は、ダイオキシン93%と71%、ジベンゾフラン88%と66%、PCB76%と65%であった。
<実験4>
実験1と同様に、精製水200mlにダイオキシン類標準物質(1,3,6,8-TeCDF、2,3,7,8-TeCDF、1,3,6,8-TeCDD、2,3,7,8-TeCDD、1,2,3,7,8-PeCDF、2,3,4,7,8-PeCDF、1,2,3,7,8-PeCDD、1,2,3,4,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDF、1,2,3,7,8,9-HxCDF、2,3,4,6,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDD、1,2,3,6,7,8-HxCDD、1,2,3,7,8,9-HxCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF、1,2,3,4,7,8,9-HpCDF、1,2,3,4,6,7,8-HpCDD、1,2,3,4,6,7,8,9-OCDF、1,2,3,4,6,7,8,9-OCDD、3,4,4',5-TeCB、3,3',4,4'-TeCB、3,3',4,4',5-PeCB、3,3',4,4',5,5'-HxCB、2',3,4,4',5-PeCB、2,3',4,4',5-PeCB、2,3,3',4,4'-PeCB、2,3,4,4',5-PeCB、2,3',4,4',5,5'-HxCB、2,3,3',4,4',5-HxCB、2,3,3',4,4',5'-HxCB、2,3,3',4,4',5,5'-HxCB)それぞれを8塩素化ダイオキシンおよび8塩素化ジベンゾフランは200pg、それ以外は100pg添加し、次に製造例1で得た実施例4:混合成分型ビーズ状α,β-CyDポリマー1.0gを懸濁し、室温下2時間攪拌後、ブフナー漏斗を使用して吸引濾過し、濾液と濾過物に分けた。
濾液はジクロロメタン50mlにより液液抽出を2回行い、ジクロロメタン溶液を多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作により妨害物質を除去し、日本工業標準規格"工場用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法"(JIS K 0312)で定義される測定方法により含有ダイオキシン類濃度を定量し、実施例4:混合成分型α,β-CyDポリマーによって捕集されなかったダイオキシン類標準物質の率を得た。
また、濾過物はメタノール200mlを添加し室温下1時間攪拌後、吸引濾過することにより濾液と濾過物に分ける操作を2回繰り返し行い、得られた濾液に含まれる不用な妨害物質を多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作により除去し、日本工業標準規格"工場用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法"(JIS K 0312)で定義される測定方法により含有ダイオキシン類濃度を定量し、実施例4:混合成分型ビーズ状α,β-CyDポリマーによって回収されたダイオキシン類標準物質の率を得た。
実施例4によるダイオキシン類の平均未捕集率はダイオキシン3.2%、ジベンゾフラン3.3%、PCB5.4%であり、未捕集率の最大値と最小値は、ダイオキシン4.8%と%1.5、ジベンゾフラン5.0%と1.6%、PCB12%と2.2%であった。また、ダイオキシン類の平均回収率はダイオキシン95%、ジベンゾフラン89%、PCB83%であり、回収率の最大値と最小値は、ダイオキシン100%と89%、ジベンゾフラン97%と76%、PCB88%と79%であった。
<実験5>
実験1と同様に、精製水200mlにダイオキシン類標準物質(1,3,6,8-TeCDF、2,3,7,8-TeCDF、1,3,6,8-TeCDD、2,3,7,8-TeCDD、1,2,3,7,8-PeCDF、2,3,4,7,8-PeCDF、1,2,3,7,8-PeCDD、1,2,3,4,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDF、1,2,3,7,8,9-HxCDF、2,3,4,6,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDD、1,2,3,6,7,8-HxCDD、1,2,3,7,8,9-HxCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF、1,2,3,4,7,8,9-HpCDF、1,2,3,4,6,7,8-HpCDD、1,2,3,4,6,7,8,9-OCDF、1,2,3,4,6,7,8,9-OCDD、3,4,4',5-TeCB、3,3',4,4'-TeCB、3,3',4,4',5-PeCB、3,3',4,4',5,5'-HxCB、2',3,4,4',5-PeCB、2,3',4,4',5-PeCB、2,3,3',4,4'-PeCB、2,3,4,4',5-PeCB、2,3',4,4',5,5'-HxCB、2,3,3',4,4',5-HxCB、2,3,3',4,4',5'-HxCB、2,3,3',4,4',5,5'-HxCB)それぞれを8塩素化ダイオキシンおよび8塩素化ジベンゾフランは200pg、それ以外は100pg添加し、次に製造例1で得た実施例5:混合成分型ビーズ状α,γ-CyDポリマー1.0gを懸濁し、室温下2時間攪拌後、ブフナー漏斗を使用して吸引濾過し、濾液と濾過物に分けた。
濾液はジクロロメタン50mlにより液液抽出を2回行い、ジクロロメタン溶液を多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作により妨害物質を除去し、日本工業標準規格"工場用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法"(JIS K 0312)で定義される測定方法により含有ダイオキシン類濃度を定量し、実施例5:混合成分型α,γ-CyDポリマーによって捕集されなかったダイオキシン類標準物質の率を得た。
また、濾過物はメタノール200mlを添加し室温下1時間攪拌後、吸引濾過することにより濾液と濾過物に分ける操作を2回繰り返し行い、得られた濾液に含まれる不用な妨害物質を多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作により除去し、日本工業標準規格"工場用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法"(JIS K 0312)で定義される測定方法により含有ダイオキシン類濃度を定量し、実施例5:混合成分型ビーズ状α,γ-CyDポリマーによって回収されたダイオキシン類標準物質の率を得た。
実施例5によるダイオキシン類の平均未捕集率はダイオキシン2.6%、ジベンゾフラン3.0%、PCB2.4%であり、未捕集率の最大値と最小値は、ダイオキシン4.6%と0.0%、ジベンゾフラン3.9%と0.0%、PCB4.0%と1.4%であった。また、ダイオキシン類の平均回収率はダイオキシン96%、ジベンゾフラン92%、PCB89%であり、回収率の最大値と最小値は、ダイオキシン100%と90%、ジベンゾフラン98%と84%、PCB97%と80%であった。
<実験6>
実験1と同様に、精製水200mlにダイオキシン類標準物質(1,3,6,8-TeCDF、2,3,7,8-TeCDF、1,3,6,8-TeCDD、2,3,7,8-TeCDD、1,2,3,7,8-PeCDF、2,3,4,7,8-PeCDF、1,2,3,7,8-PeCDD、1,2,3,4,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDF、1,2,3,7,8,9-HxCDF、2,3,4,6,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDD、1,2,3,6,7,8-HxCDD、1,2,3,7,8,9-HxCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF、1,2,3,4,7,8,9-HpCDF、1,2,3,4,6,7,8-HpCDD、1,2,3,4,6,7,8,9-OCDF、1,2,3,4,6,7,8,9-OCDD、3,4,4',5-TeCB、3,3',4,4'-TeCB、3,3',4,4',5-PeCB、3,3',4,4',5,5'-HxCB、2',3,4,4',5-PeCB、2,3',4,4',5-PeCB、2,3,3',4,4'-PeCB、2,3,4,4',5-PeCB、2,3',4,4',5,5'-HxCB、2,3,3',4,4',5-HxCB、2,3,3',4,4',5'-HxCB、2,3,3',4,4',5,5'-HxCB)それぞれを8塩素化ダイオキシンおよび8塩素化ジベンゾフランは200pg、それ以外は100pg添加し、次に製造例1で得た実施例6:混合成分型ビーズ状β,γ-CyDポリマー1.0gを懸濁し、室温下2時間攪拌後、ブフナー漏斗を使用して吸引濾過し、濾液と濾過物に分けた。
濾液はジクロロメタン50mlにより液液抽出を2回行い、ジクロロメタン溶液を多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作により妨害物質を除去し、日本工業標準規格"工場用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法"(JIS K 0312)で定義される測定方法により含有ダイオキシン類濃度を定量し、実施例6:混合成分型β,γ-CyDポリマーによって捕集されなかったダイオキシン類標準物質の率を得た。
また、濾過物はメタノール200mlを添加し室温下1時間攪拌後、吸引濾過することにより濾液と濾過物に分ける操作を2回繰り返し行い、得られた濾液に含まれる不用な妨害物質を多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作により除去し、日本工業標準規格"工場用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法"(JIS K 0312)で定義される測定方法により含有ダイオキシン類濃度を定量し、実施例6:混合成分型ビーズ状β,γ-CyDポリマーによって回収されたダイオキシン類標準物質の率を得た。
実施例6によるダイオキシン類の平均未捕集率はダイオキシン0.7%、ジベンゾフラン1.4%、PCB2.5%であり、未捕集率の最大値と最小値は、ダイオキシン3.7%と0.0%、ジベンゾフラン4.5%と0.0%、PCB4.1%と1.8%であった。また、ダイオキシン類の平均回収率はダイオキシン76%、ジベンゾフラン72%、PCB87%であり、回収率の最大値と最小値は、ダイオキシン88%と69%、ジベンゾフラン83%と60%、PCB98%と79%であった。
<製造例2>シクロデキストリンともみ殻灰複合エピクロロヒドリンポリマー
製造例1と同様にして、水酸化ナトリウム水溶液(NaOH80.0g/H2O200.0g)にα−、β−、またはγ−シクロデキストリン52.86mmolを溶解させ、次に、強熱減量3.5%、比表面積50m2/gであるもみ殻灰6.0gを添加し、テフロン(登録商標)羽根付きの攪拌棒を毎分400回転させながら、エピクロロヒドリン4.56g(49.3mmol)を加え、80℃で420分攪拌後、2N塩酸を加えてpH7としたものを親水性PTFE濾過膜にて濾過し、水、メタノール、DMF、メタノールの順で洗浄後、減圧乾燥して、いずれもビーズ状の単一成分型の、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、またはγ−シクロデキストリンを、さらにこれら各々ともみ殻灰との複合による複合エピクロロヒドリンポリマー(それぞれ、ハイブリッドα-CyDポリマー、ハイブリッドβ-CyDポリマー、ハイブリッドγ-CyDポリマー)を得た。
以下、単一成分型ビーズ状β-CyDポリマーを実施例7、単一成分型ビーズ状α-CyDポリマーを実施例8、単一成分型ビーズ状γ-CyDポリマーを実施例9、ハイブリッドα-CyDポリマーを比較例1、ハイブリッドβ-CyDポリマーを比較例2、ハイブリッドγ-CyDポリマーを比較例3とする。
<実験7>
実験1と同様に、精製水200mlにダイオキシン類標準物質(1,3,6,8-TeCDF、2,3,7,8-TeCDF、1,3,6,8-TeCDD、2,3,7,8-TeCDD、1,2,3,7,8-PeCDF、2,3,4,7,8-PeCDF、1,2,3,7,8-PeCDD、1,2,3,4,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDF、1,2,3,7,8,9-HxCDF、2,3,4,6,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDD、1,2,3,6,7,8-HxCDD、1,2,3,7,8,9-HxCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF、1,2,3,4,7,8,9-HpCDF、1,2,3,4,6,7,8-HpCDD、1,2,3,4,6,7,8,9-OCDF、1,2,3,4,6,7,8,9-OCDD、3,4,4',5-TeCB、3,3',4,4'-TeCB、3,3',4,4',5-PeCB、3,3',4,4',5,5'-HxCB、2',3,4,4',5-PeCB、2,3',4,4',5-PeCB、2,3,3',4,4'-PeCB、2,3,4,4',5-PeCB、2,3',4,4',5,5'-HxCB、2,3,3',4,4',5-HxCB、2,3,3',4,4',5'-HxCB、2,3,3',4,4',5,5'-HxCB)それぞれを8塩素化ダイオキシンおよび8塩素化ジベンゾフランは200pg、それ以外は100pg添加し、次に製造例1で得られたビーズ状α-CyDポリマー、ビーズ状β-CyDポリマーもしくはビーズ状γ-CyDポリマー、または、製造例2で得られたハイブリッドα-CyDポリマー、ハイブリッドβ-CyDポリマーもしくはハイブリッドγ-CyDポリマー0.5gを懸濁し、室温下2時間攪拌後、ブフナー漏斗を使用して吸引濾過し、濾液と濾過物に分けた。
濾液はジクロロメタン50mlにより液液抽出を2回行い、ジクロロメタン溶液を多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作により妨害物質を除去し、日本工業標準規格"工場用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法"(JIS K 0312)で定義される測定方法により含有ダイオキシン類濃度を定量し、実施例7:ビーズ状β-CyDポリマー、実施例8:ビーズ状α-CyDポリマー、もしくは実施例9:ビーズ状γ-CyDポリマー、または、比較例1:ハイブリッドα-CyDポリマー、比較例2:ハイブリッドβ-CyDポリマーもしくは比較例3:ハイブリッドγ-CyDポリマーによって捕集されなかったダイオキシン類標準物質の率を得た。
また、濾過物はメタノール200mlを添加し室温下1時間攪拌後、吸引濾過することにより濾液と濾過物に分ける操作を2回繰り返し行い、得られた濾液に含まれる不用な妨害物質を多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作により除去し、日本工業標準規格"工場用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法"(JIS K 0312)で定義される測定方法により含有ダイオキシン類濃度を定量し、各実施例7〜9、比較例1〜3によって回収されたダイオキシン類標準物質の率を得た。未捕集率、回収率の標準偏差は、(n-1)法により求めた。
実験の結果、ダイオキシン類標準物質平均未捕集率(および未捕集率の標準偏差)は、実施例7:ビーズ状β-CyDポリマーが8.7(3.04)、実施例8:ビーズ状α-CyDポリマーが10.5(3.11)、比較例1:ハイブリッドα-CyDポリマーが15.6(6.79)、比較例2:ハイブリッドβ-CyDポリマーが13.3(6.72)であった。また、ダイオキシン類標準物質平均回収率(および回収率の標準偏差)は、実施例7:ビーズ状β-CyDポリマーが78.3(7.08)、実施例8:ビーズ状α-CyDポリマーが74.8(6.25)、比較例1:ハイブリッドα-CyDポリマーが71.2(8.39)、比較例2:ハイブリッドβ-CyDポリマーが73.5(9.80)であった。
比較例1他のハイブリッド型はいずれも、ダイオキシン類の平均未捕集率が高く、その標準偏差も大きい結果であった。またハイブリッド型は、ダイオキシン類の平均回収率が低く、その標準偏差が大きかった。これに対し実施例7他は平均未捕集率が低く、その標準偏差も小さく、さらにダイオキシン類の平均回収率が高く、かつ標準偏差も小さかった。各実施例は比較例よりも、ダイオキシン類の捕集・回収率に優れ、かつ平均的な捕集・回収が可能であることが示された。
<実験8>
製造例1で得た各実施例1〜6の1.0gを、内径15mmのガラス製クロマト管に充填した中に、精製水200mlにダイオキシン類標準物質(1,3,6,8-TeCDF、2,3,7,8-TeCDF、1,3,6,8-TeCDD、2,3,7,8-TeCDD、1,2,3,7,8-PeCDF、2,3,4,7,8-PeCDF、1,2,3,7,8-PeCDD、1,2,3,4,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDF、1,2,3,7,8,9-HxCDF、2,3,4,6,7,8-HxCDF、1,2,3,6,7,8-HxCDD、1,2,3,6,7,8-HxCDD、1,2,3,7,8,9-HxCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF、1,2,3,4,7,8,9-HpCDF、1,2,3,4,6,7,8-HpCDD、1,2,3,4,6,7,8,9-OCDF、1,2,3,4,6,7,8,9-OCDD、3,4,4',5-TeCB、3,3',4,4'-TeCB、3,3',4,4',5-PeCB、3,3',4,4',5,5'-HxCB、2',3,4,4',5-PeCB、2,3',4,4',5-PeCB、2,3,3',4,4'-PeCB、2,3,4,4',5-PeCB、2,3',4,4',5,5'-HxCB、2,3,3',4,4',5-HxCB、2,3,3',4,4',5'-HxCB、2,3,3',4,4',5,5'-HxCB)それぞれを8塩素化ダイオキシンおよび8塩素化ジベンゾフランは200pg、それ以外は100pg添加した溶液を室温下、流速25mL/minで通過させ、通過液を得た。
通過液はジクロロメタン50mlにより液液抽出を2回行い、ジクロロメタン溶液を多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作により妨害物質を除去し、日本工業標準規格"工場用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法"(JIS K 0312)で定義される測定方法により含有ダイオキシン類濃度を定量し、それぞれのビーズ状CyDポリマー実施例によって捕集されなかったダイオキシン類標準物質の率を得た。
また、溶液通過後のカラムに室温下メタノール500mlをカラム出口で通過液が1秒間に1〜2滴添加する流速で流し、得られた通過液に含まれる不用な妨害物質を多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作により除去し、日本工業標準規格"工場用水・工場排水中のダイオキシン類及びコプラナーPCBの測定方法"(JIS K 0312)で定義される測定方法により含有ダイオキシン類濃度を定量し、それぞれのビーズ状CyDポリマー実施例によって回収されたダイオキシン類標準物質の率を得た。
各実施例におけるダイオキシン類の平均未捕集率は実施例1、2、3、4、5、6が、それぞれ55%、40%、64%、43%、58%、44%であり、平均回収率はそれぞれ37%、49%、27%、47%、38%、46%であった。
本発明方法によれば、選択的包接能を有するシクロデキストリンのポリマーにより、水溶液からダイオキシン類を平均的かつ効率的に捕集することができ、また、捕集したダイオキシン類を短時間かつ低エネルギーな方法で平均的かつ高効率に回収することができる。また、本回収方法により、シクロデキストリンポリマーは容易に再生することができ、再生水処理剤として複数回の使用が可能になる。したがって、産業上利用価値が高い発明である。
本発明の水溶液中からのダイオキシン類の捕集方法、およびダイオキシン類の回収方法の構成を合わせて示すフロー図である。
符号の説明
1:ダイオキシン類が含有されている水溶液
2:非晶質ケイ酸等を添加して調製したシクロデキストリンポリマー
3:ダイオキシン類が除去された溶液
4:ダイオキシン類を含む溶液
10:ダイオキシン類を解離したシクロデキストリンポリマー
P1:ダイオキシン類を含む水溶液へのポリマー添加過程
P2:濾過等によりシクロデキストリンポリマーと水溶液を分離する過程
P3:ダイオキシン類を捕集したシクロデキストリンポリマーからのダイオキシン類回収過程

Claims (8)

  1. アルカリ条件下でシクロデキストリンに非晶質のケイ酸を添加し、これにエポキシ化合物を加えることによって得られるシクロデキストリンポリマーをダイオキシン類が含まれる水溶液と接触させ、ダイオキシン類をシクロデキストリンポリマーに捕集させることを特徴とする、水溶液からのダイオキシン類捕集方法。
  2. アルカリ条件下でシクロデキストリンにアルカリケイ酸塩、もしくはそれらの水溶液を添加し、これにエポキシ化合物を加えることによって得られるシクロデキストリンポリマーをダイオキシン類が含まれる水溶液と接触させ、ダイオキシン類をシクロデキストリンポリマーに捕集させることを特徴とする、水溶液からのダイオキシン類捕集方法。
  3. 前記エポキシ化合物が、エピクロロヒドリンその他のモノエポキシ化合物、またはエチレングリコールジグリシジルエーテルその他のジエポキシ化合物のいずれかであることを特徴とする、請求項1または2に記載の水溶液からのダイオキシン類捕集方法。
  4. 前記シクロデキストリンポリマーとして、α−シクロデキストリンポリマーを、単独または他のシクロデキストリンポリマーと併せて用いることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の水溶液からのダイオキシン類捕集方法。
  5. 前記シクロデキストリンポリマーとして、β−シクロデキストリンポリマーを、単独または他のシクロデキストリンポリマーと併せて用いることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の水溶液からのダイオキシン類捕集方法。
  6. 前記シクロデキストリンポリマーとして、γ−シクロデキストリンポリマーを、他のシクロデキストリンポリマーと併せて用いることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の水溶液からのダイオキシン類捕集方法。
  7. 前記シクロデキストリンポリマーとして、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、もしくはγ−シクロデキストリンから組み合わされる複数の種類のシクロデキストリンで構成されるポリマーを、単独または他のシクロデキストリンポリマーと併せて用いることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の水溶液からのダイオキシン類捕集方法。
  8. 請求項1ないし7のいずれかに記載のダイオキシン類捕集方法により捕集されたダイオキシン類に、適宜の温度条件下にて、有機化合物による処理もしくはこれを含む水溶液による処理を施すことによって、前記シクロデキストリンポリマーから該ダイオキシン類を溶液中に解離させる、ダイオキシン類回収方法。
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