JP2008023401A - Phosphorus adsorbent - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal oxide which is not known to date and exhibits a practically sufficient adsorption rate, and a phosphorous adsorbent containing these as an active ingredient. <P>SOLUTION: The phosphorous adsorbent is a material for fixing/removing phosphorous in drainage such as domestic drainage and business drainage, and water of a closed water area such as pond water and an inner bay, and consists mainly of the metal oxide, and these composite oxides exhibiting a characteristic of peculiarly adsorbing orthophosphoric acid ions in water and desorbing orthophosphoric acid ions adsorbed by carrying out physical and chemical treatment, wherein the phosphorous adsorbent contains these as the active ingredient. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、生活排水、各種事業所排水などの排水や、池水や内湾など閉鎖性水域における水中のリンを吸着・回収するためのリン吸着材に関するものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a phosphorus adsorbent for adsorbing and recovering wastewater such as domestic wastewater and various business establishment wastewater, and water in closed water such as pond water and inner bay.

従来、水中のリンを除去する方法としては、微生物の代謝を利用する生物学的脱リン法、金属塩や石灰を用いる凝集沈殿法、種結晶へのリン蓄積を利用する晶析脱リン法、さらに吸着法などが知られている。   Conventionally, methods for removing phosphorus in water include biological dephosphorization methods that utilize the metabolism of microorganisms, coagulation precipitation methods that use metal salts and lime, crystallization dephosphorization methods that use phosphorus accumulation in seed crystals, Furthermore, an adsorption method is known.

このうち生物学的脱リン法は、微生物によるリンの摂取や放出を利用して行われる。   Among them, the biological dephosphorization method is performed by taking up and releasing phosphorus by microorganisms.

また、凝集沈殿法は、消石灰や塩化第二鉄などを排水に添加し、これらとオルトリン酸が反応して生じる、溶解度の小さな金属リン酸塩を固液分離することにより、水中のリンを除く方法である。この方法において用いられる金属イオン種はCa2+、Al3+、Fe3+等が主であるが、陽イオン種がCa2+の場合は石灰凝集沈殿法と呼ばれる。 In addition, the coagulation sedimentation method removes phosphorus in water by adding slaked lime, ferric chloride, etc. to the wastewater, and solid-liquid separation of the metal phosphate with low solubility, which is generated by reaction of these with orthophosphoric acid. Is the method. The metal ion species used in this method are mainly Ca 2+ , Al 3+ , Fe 3+, etc., but when the cation species is Ca 2+ , it is called a lime coagulation precipitation method.

晶析脱リン法は、過飽和溶液からリン酸塩結晶を析出させる晶析反応を応用している。具体的には、石膏や消石灰などの添加によって供給されるCa2+と水中のオルトリン酸イオンとを反応させ、リン鉱石、骨炭などの種結晶の表面上に、ヒドロキシアパタイトとして析出させる方法である。ヒドロキシアパタイト結晶が種結晶の上に一旦析出すると、さらにその表面上に析出が繰り返されるので、脱リン槽の後方にスラッジが発生することはなく、この点において前記の二つの方法に比べて有利である。 The crystallization dephosphorization method applies a crystallization reaction in which phosphate crystals are precipitated from a supersaturated solution. Specifically, it is a method in which Ca 2+ supplied by addition of gypsum or slaked lime reacts with orthophosphate ions in water and precipitates as hydroxyapatite on the surface of seed crystals such as phosphate rock or bone charcoal. . Once the hydroxyapatite crystal is precipitated on the seed crystal, the precipitation is repeated on the surface of the seed crystal, so that sludge is not generated behind the dephosphorization tank, which is advantageous in comparison with the above two methods. It is.

以上述べたように、水中のリンを除去する手段として既にいくつもの手法が提案され、実用化されている。しかしながら、こうした従来技術には解決が望まれる技術的課題が存在する。例えば、生物学的リン除去方法では、微妙な溶存酸素濃度の調整を必要とする他、リンを含む余剰汚泥の処理が残された課題となる。また、凝集沈殿法では、水中のオルトリン酸に対して大過剰のCa2+を消石灰として加え、その反応物である難水溶性のヒドロキシアパタイト(Ca10(OH)2(PO4)6)を凝集沈殿させるが、生成するスラッジの排除とその処分が必要となる、さらに処理水のpH調整や過剰のCa2+への対策が必要となる。さらに、晶析脱リン法においても、オルトリン酸と反応するカルシウムイオンを流入水に対して添加すると共に、流入水のpHを一定範囲に綿密に制御する必要がある。
このように、従来技術においては、余剰汚泥やスラッジの処理、系外からのイオン種の供給など、システム管理が複雑になる課題があった。特に、汚泥やスラッジの処理は、リン除去工程の後に、さらなる後工程を生ずるという課題を胚胎している。
以上のような技術的課題を解決する方法として、近年、吸着法が提案されている。吸着法は、水中のリンを吸着する性質を有する素材を用いることにより、その表面にリンを固定化し水中からリンを除去すると共に、表面に固定化したリンを何らかの物理的・化学的手段によって脱離させ、リン回収へと導くことが期待されている。リン回収が高濃度・高効率で行われれば、リン資源の回収へと道を拓くことも可能となる。
As described above, several methods have already been proposed and put into practical use as means for removing phosphorus in water. However, these conventional techniques have technical problems that are desired to be solved. For example, the biological phosphorus removal method requires a delicate adjustment of the dissolved oxygen concentration, and the remaining treatment of excess sludge containing phosphorus remains a problem. In the coagulation sedimentation method, a large excess of Ca 2+ is added as slaked lime to the orthophosphoric acid in water, and the reaction product, poorly water-soluble hydroxyapatite (Ca 10 (OH) 2 (PO 4 ) 6 ), is added. Although coagulation sedimentation is required, it is necessary to eliminate and dispose of the generated sludge. Further, it is necessary to adjust the pH of the treated water and take measures against excess Ca 2+ . Furthermore, also in the crystallization dephosphorization method, it is necessary to add calcium ions that react with orthophosphoric acid to the inflow water and to precisely control the pH of the inflow water within a certain range.
Thus, in the prior art, there has been a problem that system management becomes complicated, such as processing of excess sludge and sludge, and supply of ionic species from outside the system. In particular, the treatment of sludge and sludge presents a problem that a further post-process is generated after the phosphorus removal process.
In recent years, an adsorption method has been proposed as a method for solving the above technical problems. The adsorption method uses a material that adsorbs phosphorus in water to immobilize phosphorus on the surface, remove phosphorus from the water, and remove the phosphorus immobilized on the surface by some physical and chemical means. Expected to lead to phosphorus recovery. If phosphorus recovery is performed at high concentration and high efficiency, it will be possible to open up the path to recovery of phosphorus resources.

例えば、特許文献1には、セリウム酸化物を有効成分として含有してなるリン吸着剤、あるいは、セリウム酸化物とチタン酸化物とからなる複合粉体を含有してなるリン吸着剤について報告されている。   For example, Patent Document 1 reports a phosphorus adsorbent containing cerium oxide as an active ingredient or a phosphorus adsorbent containing a composite powder composed of cerium oxide and titanium oxide. Yes.

また、特許文献2では、ジルコニウムフェライト水和物から構成される材料をリン吸着材として用い、排水のリン除去を試みたことが報告されている。処理コストが少なく、凝集沈殿物の発生がないリン除去方法として提案されている。   Patent Document 2 reports that an attempt was made to remove phosphorus from wastewater using a material composed of zirconium ferrite hydrate as a phosphorus adsorbent. It has been proposed as a phosphorus removal method with low processing costs and no generation of aggregated precipitates.

さらに、特許文献3では、TiOSO4・xH2Oから製造した水酸化チタンゲルからなるリン酸イオン回収材が提案されており、pHを調整することによりリン酸イオンの吸着及び脱着を行うリン酸イオンの回収方法が記載されている。 Further, Patent Document 3 proposes a phosphate ion recovery material made of titanium hydroxide gel produced from TiOSO 4 · xH 2 O, and phosphate ions that adsorb and desorb phosphate ions by adjusting pH. The recovery method is described.

特開平8−10610号公報JP-A-8-10610 特開平11−147088号公報JP-A-11-147088 特開2005−118614号公報このように、吸着材を用いたリン除去が既に提案されているが、リン除去剤として実用上重要な、リンの除去速度についての記載は僅少であり、従って上記特許文献によって紹介される技術が水中のリン除去に真に活用できるか否かの判断を行うには、情報が不十分であると考えられる。JP, 2005-118614, A In this way, phosphorus removal using an adsorbent has already been proposed, but there is little description about the phosphorus removal rate, which is practically important as a phosphorus remover, and therefore the above-mentioned patent. Information is considered inadequate to determine whether the technology introduced in the literature can truly be used to remove phosphorus in water.

そこで、本発明は、前記の問題を解決するためになされたものであって、特許文献に紹介されている材質以外の金属酸化物粉末試料について、実用に充分なリン除去速度を示す材質を見出したことを特徴とするリン吸着材に関する。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has found a material exhibiting a phosphorus removal rate sufficient for practical use for metal oxide powder samples other than the materials introduced in the patent literature. The present invention relates to a phosphorus adsorbent.

本発明者らは、以上述べたような、リン除去処理上の、もしくは処理後の諸問題を解決するために、これまでに報告されていない種々の金属酸化物についてリン除去特性を検討した結果、酸化銀、酸化ビスマス、酸化コバルト、酸化クロム、酸化ジスプロシウム、酸化エルビウム、酸化ガドリニウム、酸化ホルミウム、酸化インジウム、酸化ランタン、酸化ニオブ、酸化ネオジム、酸化ニッケル、酸化鉛、酸化プラセオジム、酸化サマリウム、酸化スズ、酸化タンタル、酸化テルビウム、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウムが、リン除去を行う上において充分なリン固定化能力を示すことなどを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of examining the phosphorus removal characteristics of various metal oxides that have not been reported so far, the present inventors have solved the problems on or after the phosphorus removal treatment as described above. , Silver oxide, bismuth oxide, cobalt oxide, chromium oxide, dysprosium oxide, erbium oxide, gadolinium oxide, holmium oxide, indium oxide, lanthanum oxide, niobium oxide, neodymium oxide, nickel oxide, lead oxide, praseodymium oxide, samarium oxide, The inventors have found that tin, tantalum oxide, terbium oxide, yttrium oxide, ytterbium oxide, zinc oxide, and zirconium oxide exhibit sufficient phosphorus immobilization ability for removing phosphorus, and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、
生活排水、事業所排水などの排水や、池水、内湾など閉鎖性水域の水中のリンを固定・除去する材料であって、水中でオルトリン酸イオンを特異吸着し、かつ物理的、化学的処理を施すことによって吸着したオルトリン酸イオンを脱離する特性を示す金属酸化物およびこれらの複合酸化物を主体とすることを特徴としている。また、本発明に係るリン吸着材は、金属酸化物が酸化銀、酸化ビスマス、酸化コバルト、酸化クロム、酸化ジスプロシウム、酸化エルビウム、酸化ガドリニウム、酸化ホルミウム、酸化インジウム、酸化ランタン、酸化ニオブ、酸化ネオジム、酸化ニッケル、酸化鉛、酸化プラセオジム、酸化サマリウム、酸化スズ、酸化タンタル、酸化テルビウム、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウムの少なくとも1つ以上からなることを特徴としている。更に、本発明は、上記記載のリン除去材を有効成分として含有してなるリン吸着材を提供するものである。
That is, the present invention
It is a material that fixes and removes wastewater such as domestic wastewater and industrial wastewater, and water in closed water such as pond water and inner bay, and specifically adsorbs orthophosphate ions in water and performs physical and chemical treatment. It is characterized by being mainly composed of metal oxides and composite oxides that exhibit the property of desorbing orthophosphate ions adsorbed by application. Further, the phosphorus adsorbent according to the present invention has a metal oxide of silver oxide, bismuth oxide, cobalt oxide, chromium oxide, dysprosium oxide, erbium oxide, gadolinium oxide, holmium oxide, indium oxide, lanthanum oxide, niobium oxide, neodymium oxide. And nickel oxide, lead oxide, praseodymium oxide, samarium oxide, tin oxide, tantalum oxide, terbium oxide, yttrium oxide, ytterbium oxide, zinc oxide, and zirconium oxide. Furthermore, the present invention provides a phosphorus adsorbent comprising the phosphorus removing material described above as an active ingredient.

なお、上記金属酸化物はいずれもオルトリン酸イオンの吸着特性を示すが、なかでも酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化コバルト、酸化エルビウム、酸化テルビウム、酸化ホルミウム、酸化サマリウム、酸化ネオジム、酸化イットリウムが好ましい。   In addition, although all the said metal oxides show the adsorption characteristic of orthophosphate ion, indium oxide, zinc oxide, cobalt oxide, erbium oxide, terbium oxide, holmium oxide, samarium oxide, neodymium oxide, and yttrium oxide are preferable.

また、上記金属酸化物は中性域の水溶液に対して不溶もしくは難溶性であるが、オルトリン酸イオンを含有する水中において、リン含有水の物理的、化学的条件により部分的に、特に表面部分が水和した状態(水酸化物)になる場合がある。このような場合もリン吸着材として利用できる。 The metal oxide is insoluble or sparingly soluble in an aqueous solution in a neutral region. However, in water containing orthophosphoric acid ions, it is partly due to the physical and chemical conditions of phosphorus-containing water, particularly the surface portion. May become hydrated (hydroxide). Such a case can also be used as a phosphorus adsorbent.

すなわち、本発明において、金属酸化物とは金属の酸化物、水酸化物、含水酸化物、オキソ酸塩などをも包含する。これらの金属酸化物は、金属単体またはその塩化物、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩などの金属化合物を加熱したり、中和したりする公知の方法によって得ることが可能である。   That is, in the present invention, the metal oxide includes metal oxides, hydroxides, hydrated oxides, oxo acid salts and the like. These metal oxides can be obtained by a known method of heating or neutralizing a metal simple substance or a metal compound such as a chloride, nitrate, carbonate, sulfate, oxalate or the like.

本発明では、該金属酸化物およびこれらの複合酸化物をそのままリン吸着材として使用することができるが、チタン酸化物、鉄酸化物、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、ゼオライト、炭など、この分野で通常使用されている物質に担持もしくは混合して成形することができる。また、成形体を合成するにあたって、該金属酸化物は、出発原料の段階で金属酸化物の形態をとっていてもよいし、金属を酸化することで金属酸化物にすることもできる。すなわち、水溶性の金属塩を出発原料とし、これを用いた水溶液に基材を浸漬して、その表面に金属を担持した後に、種々の方法で酸化させることで基材表面に金属酸化物が分散したリン吸着材を得ることができる。この方法によると、水溶液の濃度を変化させることにより、最終的に得られるリン吸着材の基材表面への金属酸化物の被覆量および厚さを制御することが可能となるばかりか、大きな比表面積を持った状態で被覆されるため極めて有効である。このようにして得られたリン吸着材は、金属酸化物をそのままリン吸着材として用いた場合と同等にリンを吸着することができる。   In the present invention, the metal oxide and these composite oxides can be used as they are as a phosphorus adsorbent, but titanium oxide, iron oxide, silicon oxide, aluminum oxide, zeolite, charcoal and the like are usually used in this field. It can be molded by being supported on or mixed with the substance being used. In synthesizing the molded body, the metal oxide may be in the form of a metal oxide at the stage of the starting material, or can be converted into a metal oxide by oxidizing the metal. That is, using a water-soluble metal salt as a starting material, immersing the base material in an aqueous solution using the metal salt, supporting the metal on the surface, and then oxidizing the metal oxide on the base material surface by various methods. A dispersed phosphorus adsorbent can be obtained. According to this method, by changing the concentration of the aqueous solution, it becomes possible not only to control the coating amount and thickness of the metal oxide on the substrate surface of the finally obtained phosphorus adsorbent, but also a large ratio. It is extremely effective because it is coated with a surface area. The phosphorus adsorbent thus obtained can adsorb phosphorus in the same manner as when the metal oxide is used as it is as the phosphorus adsorbent.

また、本発明のリン吸着材は物理的、化学的処理を施すことで、吸着したリンを脱離させることができる。物理的処理の一例としては、超音波、加熱、加電圧、気圧・水圧制御などが挙げられ、化学的処理の一例としては、酸・アルカリによるpH制御が挙げられる。脱離したリン成分はリン吸着材と分離して回収することができる。さらに、回収したリン成分は濃縮処理を施したり、カルシウムイオンやナトリウムイオンなどと反応させて難溶性のリン化合物としたりすることで、肥料など汎用の用途のみならず様々な工業分野における利用をも可能とする。   Moreover, the phosphorus adsorbent of the present invention can be desorbed by adsorbing phosphorus by performing physical and chemical treatments. Examples of physical treatment include ultrasonic waves, heating, applied voltage, atmospheric pressure / water pressure control, and examples of chemical treatment include pH control with acid / alkali. The detached phosphorus component can be separated and recovered from the phosphorus adsorbent. Furthermore, the recovered phosphorus component can be concentrated and / or reacted with calcium ions, sodium ions, etc. to form insoluble phosphorus compounds, which can be used not only for general purposes such as fertilizer but also in various industrial fields. Make it possible.

本発明のリン吸着材によれば、オルトリン酸イオンを含有した生活排水、事業所排水などの排水や、池水、内湾などの閉鎖性水域に対し、オルトリン酸イオンを表面吸着する金属酸化物を接触させることにより、効果的にオルトリン酸イオンを吸着除去し、オルトリン酸イオン濃度の低い処理水を得ることができる。   According to the phosphorus adsorbing material of the present invention, metal oxide that adsorbs orthophosphoric acid surface is contacted to wastewater such as domestic wastewater and industrial wastewater containing orthophosphoric acid ions and closed water areas such as pond water and inner bay. By doing so, orthophosphate ions can be effectively adsorbed and removed, and treated water having a low orthophosphate ion concentration can be obtained.

本発明のリン吸着材によれば、オルトリン酸イオンを含む溶液から、オルトリン酸イオンを極めて高速に吸着除去することが可能である。このことから、該吸着材を活用したリン処理装置を従来装置よりコンパクトに設計することができる。   According to the phosphorus adsorbent of the present invention, it is possible to adsorb and remove orthophosphate ions at a very high speed from a solution containing orthophosphate ions. From this, the phosphorus processing apparatus using this adsorbent can be designed more compactly than the conventional apparatus.

また、本発明にかかるリン吸着材は、その表面に吸着したオルトリン酸イオンを物理的、化学的処理を行うことにより、脱離することができ、リンを資源として回収することが可能である。   In addition, the phosphorus adsorbent according to the present invention can be desorbed by performing physical and chemical treatment on orthophosphate ions adsorbed on the surface thereof, and phosphorus can be recovered as a resource.

以下に、本発明の根幹をなす、金属酸化物のリン吸着能についていくつかの代表的な実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。なお、本発明の範囲となる金属酸化物において、実施例に採り上げていない物質についても、実施例同様の実験を行い、リン吸着特性および物理的・化学的処理によるリン脱離特性を示すことは既に確認済みである。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to some typical examples of the phosphorus adsorption ability of metal oxides which form the basis of the present invention. However, the present invention is not limited to these examples. It is not something. It should be noted that, in the metal oxides that fall within the scope of the present invention, it is possible to conduct experiments similar to the examples for substances not listed in the examples, and to show phosphorus adsorption characteristics and phosphorus desorption characteristics by physical and chemical treatment. Already confirmed.

金属銀粉末を酸化雰囲気で加熱することで酸化銀(I)粉末を、また、水酸化ナトリウムとペルオキソ二硫酸カリウムの濃水溶液に硝酸銀濃水溶液を添加し、沈殿物を回収した後、洗浄ならびに乾燥処理を行うことにより酸化銀(II)粉末を得た。これらの金属酸化物を得る方法はいずれも公知である。得られた粉末を乳鉢によりさらに粉砕し、さらに微粉末とした。これらの試料のB.E.T.法による比表面積は、酸化銀(I)では0.57 m2/g であり、酸化銀(II)では1.4 m2/g であった。 After heating the metallic silver powder in an oxidizing atmosphere, the silver (I) oxide powder is added, and the concentrated aqueous solution of sodium nitrate and potassium peroxodisulfate is added to the concentrated aqueous solution of silver nitrate. By performing the treatment, a silver (II) oxide powder was obtained. Any method for obtaining these metal oxides is known. The obtained powder was further pulverized with a mortar to obtain a fine powder. The specific surface areas of these samples by the BET method were 0.57 m 2 / g for silver oxide (I) and 1.4 m 2 / g for silver oxide (II).

金属コバルトを酸化雰囲気で加熱する公知の方法で酸化コバルト(II)粉末を得た後、乳鉢によりさらに粉砕し微粉末とした。この試料のB.E.T.法による比表面積は24 m2/g であった。 After obtaining cobalt oxide (II) powder by a known method of heating metallic cobalt in an oxidizing atmosphere, it was further pulverized into a fine powder by a mortar. The specific surface area of this sample by the BET method was 24 m 2 / g.

水酸化インジウム(III)を850℃まで加熱して恒量とした後、1000℃まで昇温して30分保持する公知の方法により、酸化インジウム(III)粉末を得た後、乳鉢によりさらに粉砕し微粉末とした。この試料のB.E.T.法による比表面積は3.6 m2/g であった。 After indium (III) hydroxide is heated to 850 ° C. to a constant weight, indium (III) oxide powder is obtained by a known method of heating to 1000 ° C. and holding for 30 minutes, and then further pulverized in a mortar A fine powder was obtained. The specific surface area of this sample by the BET method was 3.6 m 2 / g.

水酸化ネオジム(III)を強熱する公知の方法で酸化ネオジム(III)粉末を得た後、乳鉢によりさらに粉砕し微粉末状とした。この試料のB.E.T.法による比表面積は0.76 m2/g であった。 After obtaining neodymium (III) oxide powder by a known method of igniting neodymium (III) hydroxide, it was further pulverized into a fine powder by a mortar. The specific surface area of this sample by the BET method was 0.76 m 2 / g.

実施例1〜4で得られた金属酸化物粉末試料について、オルトリン酸イオンのバッチ式の吸着実験を以下のように行った。オルトリン酸成分としてリン酸二水素カリウム(KH2PO4)を用い、リン濃度が5 mg/L となるオルトリン酸イオン水溶液を調製した。このオルトリン酸イオン水溶液100 mLに、上記粉末試料1 gを添加し、次いで、溶液系を20℃に保持しながらマグネットスターラーで攪拌した。攪拌を行いながら、オルトリン酸イオン水溶液と上記粉末試料の接触から、1時間後、6時間後、24時間後に上澄みをシリンジでサンプリングし、これを公称孔径0.45μmのフィルターでろ過した溶液のオルトリン酸イオンの濃度を、モリブデン青法により分光光度計を用いて測定した。この結果を図1に示す。いずれの場合もオルトリン酸イオン濃度の減少が認められることから、上記粉末試料によってリンが固定化されたことが分かる。図1から明らかなように、実施例1で作製した酸化銀(I)、酸化銀(II)ともにリン固定化した。リンの固定化に至る濃度変化は、酸化銀(I)ではリン酸水溶液との接触後1時間のオルトリン酸イオン濃度は0.21 mg/L 、接触後6時間以後はほぼ 0 mg/L であり、酸化銀(II)では接触後1時間で2.4 mg/L 、接触後6時間以後はほぼ0 mg/L であった。すなわち、オルトリン酸イオンを吸着する金属酸化物において、金属の化学状態が異なっても、基本的にリンの固定化が同様に起こることがわかる。また、図1では、実施例2で作製した酸化コバルト(II)によるリンの固定化が示された。リン酸水溶液の接触後1時間のオルトリン酸イオン濃度は4.6 mg/L 、接触後6時間では 2.8 mg/L 、接触後24時間ではほぼ 0 mg/Lであった。また、図1より、実施例3で作製した酸化インジウム(III)においてもリン吸着特性を示し、リン酸水溶液との接触後1時間のオルトリン酸イオン濃度は3.1 mg/L 、接触後6時間では 2.7 mg/L 、接触後24時間ではほぼ 2.3 mg/Lであった。すなわち酸化インジウム(III)はリン吸着量としては大きくないものの、その吸着速度は大きいことになる。さらに、図1より、実施例4で作製した酸化ネオジム(III)についてもリンの吸着特性を示し、リン酸水溶液との接触後1時間以後のオルトリン酸イオン濃度はほぼ 0 mg/Lであった。すなわち酸化ネオジム(III)は大きなリン吸着量を示し、尚且つその吸着速度は極めて高いことになる。 About the metal oxide powder sample obtained in Examples 1-4, the batch type adsorption experiment of orthophosphate ion was performed as follows. An orthophosphoric acid aqueous solution with a phosphorus concentration of 5 mg / L was prepared using potassium dihydrogen phosphate (KH 2 PO 4 ) as the orthophosphoric acid component. To 100 mL of this orthophosphate ion aqueous solution, 1 g of the above powder sample was added, and then stirred with a magnetic stirrer while maintaining the solution system at 20 ° C. With stirring, the supernatant was sampled with a syringe after 1 hour, 6 hours, and 24 hours from the contact between the aqueous orthophosphate ion solution and the above powder sample, and this was filtered through an ortholine solution of the solution filtered through a filter with a nominal pore size of 0.45 μm. The concentration of acid ions was measured with a spectrophotometer by the molybdenum blue method. The result is shown in FIG. In any case, a decrease in the orthophosphate ion concentration is observed, indicating that phosphorus was immobilized by the powder sample. As is clear from FIG. 1, both silver oxide (I) and silver oxide (II) prepared in Example 1 were immobilized with phosphorus. The concentration change that leads to the immobilization of phosphorus is 0.21 mg / L for the orthophosphate ion concentration after 1 hour contact with phosphoric acid aqueous solution and almost 0 mg / L after 6 hours contact with phosphoric acid aqueous solution. In silver (II) oxide, it was 2.4 mg / L in 1 hour after contact, and was almost 0 mg / L after 6 hours in contact. That is, in the metal oxide that adsorbs orthophosphate ions, it can be seen that phosphorous immobilization basically occurs in the same manner even if the chemical state of the metal is different. Moreover, in FIG. 1, the immobilization of phosphorus by the cobalt (II) oxide produced in Example 2 was shown. The orthophosphate ion concentration after 1 hour of contact with the phosphoric acid aqueous solution was 4.6 mg / L, 6 hours after contact was 2.8 mg / L, and 24 hours after contact was almost 0 mg / L. In addition, as shown in FIG. 1, the indium (III) oxide produced in Example 3 also exhibits phosphorus adsorption characteristics, and the orthophosphate ion concentration for 1 hour after contact with the phosphoric acid aqueous solution is 3.1 mg / L, and for 6 hours after contact. The dose was 2.7 mg / L and approximately 2.3 mg / L at 24 hours after contact. That is, indium (III) oxide is not large in phosphorus adsorption amount, but its adsorption rate is large. Furthermore, from FIG. 1, the neodymium (III) oxide produced in Example 4 also showed phosphorus adsorption characteristics, and the orthophosphate ion concentration after 1 hour after contact with the phosphoric acid aqueous solution was almost 0 mg / L. . That is, neodymium (III) oxide exhibits a large phosphorus adsorption amount, and its adsorption rate is extremely high.

次に、オルトリン酸イオンの吸着実験に使用後の試料、すなわち、表面にリンが吸着された状態のリン吸着材について、リンの脱離実験を以下のように実施した。リンの脱離実験に用いた脱離処理液は、水酸化ナトリウム水溶液である。水酸化ナトリウム水溶液は、0.1 Nと0.01 N の2種類の濃度に調製した。これら水酸化ナトリウム水溶液50 mLに実施例で得られた試料0.5 gを添加し、次いで、溶液系を20℃に保持しながらマグネットスターラーで攪拌した。攪拌を行いながら、オルトリン酸イオン水溶液と上記粉末試料の接触から、1時間後、6時間後、24時間後に上澄みをシリンジでサンプリングし、これを公称孔径0.45μmのフィルターでろ過した溶液のオルトリン酸イオンの濃度を、モリブデン青法により分光光度計を用いて測定した。酸化コバルト(II)および酸化インジウムの結果を図2に示す。オルトリン酸イオン濃度の増加は試料表面からのオルトリン酸イオンの脱離を示すものである。図2より、酸化コバルト(II)において、リンの脱離特性を示した。リンの脱離に至る濃度変化は0.01Nの水酸化ナトリウム水溶液との接触後1時間のオルトリン酸イオン濃度は0.38 mg/L 、接触後6時間では 0.62 mg/L 、接触後24時間ではほぼ 0.76 mg/Lと接触時間の増加にともないオルトリン酸イオン濃度の増加が測定された。酸化コバルト(II)に吸着していたリン全量が脱離した場合に測定されると考えられるオルトリン酸イオンの理論濃度は5.2 mg/Lである。すなわち酸化コバルト(II)を0.01Nの水酸化ナトリウム水溶液に24時間接触させることで、吸着したリンの約15 %が脱離可能である。一方、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液との接触の場合、接触後1時間のオルトリン酸イオン濃度は0.50 mg/L 、接触後6時間では 0.96 mg/L 、接触後24時間ではほぼ 1.6 mg/Lと接触時間の増加にともないオルトリン酸イオン濃度の増加が測定された。酸化コバルト(II)に吸着していたリン全量が脱離した場合に測定されると考えられるオルトリン酸イオンの理論濃度は5.2 mg/Lである。すなわち酸化コバルト(II)を0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液に24時間接触させることで、吸着したリンの約31 %が脱離可能である。また、図2より、酸化インジウム(III)において、リンの脱離特性を示した。0.01Nの水酸化ナトリウム水溶液との接触後1時間のオルトリン酸イオン濃度は1.6 mg/L と急激なリンの脱離が測定され、次いで、接触後6時間では 1.8 mg/L 、接触後24時間ではほぼ 1.9 mg/Lと接触時間の増加にともないオルトリン酸イオン濃度の若干の増加が測定された。酸化インジウム(III)に吸着していたリン全量が脱離した場合のオルトリン酸イオンの理論濃度は3.0 mg/Lである。すなわち酸化インジウム(III)を0.01Nの水酸化ナトリウム水溶液に24時間接触させることで、吸着したリンの約63 %が脱離可能である。一方、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液との接触の場合、接触後1時間のオルトリン酸イオン濃度は2.0 mg/L と急激なリンの脱離が測定され、次いで、接触後6時間では 2.1 mg/L 、接触後24時間ではほぼ 2.3 mg/Lと接触時間の増加にともないオルトリン酸イオン濃度の若干の増加が測定された。酸化インジウム(III)に吸着していたリン全量が脱離した場合のオルトリン酸イオンの理論濃度は3.0 mg/Lである。すなわち酸化インジウム(III)を0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液に24時間接触させることで、吸着したリンの約77 %が脱離可能である。以上の結果より、吸着材表面に吸着したオルトリン酸イオンの脱離処理に用いる処理液の濃度は、0.01Nより0.1Nの方が好ましく、高いリンの脱離効果が得られた。   Next, the phosphorus desorption experiment was performed as follows on the sample after use in the adsorption experiment of orthophosphate ions, that is, the phosphorus adsorbent in a state where phosphorus was adsorbed on the surface. The desorption treatment solution used in the phosphorus desorption experiment is an aqueous sodium hydroxide solution. The aqueous sodium hydroxide solution was prepared at two concentrations of 0.1 N and 0.01 N. 0.5 g of the sample obtained in the example was added to 50 mL of these sodium hydroxide aqueous solutions, and then stirred with a magnetic stirrer while maintaining the solution system at 20 ° C. With stirring, the supernatant was sampled with a syringe after 1 hour, 6 hours, and 24 hours from the contact between the aqueous orthophosphate ion solution and the above powder sample, and this was filtered through an ortholine solution of the solution filtered through a filter with a nominal pore size of 0.45 μm. The concentration of acid ions was measured with a spectrophotometer by the molybdenum blue method. The results for cobalt (II) oxide and indium oxide are shown in FIG. An increase in orthophosphate ion concentration indicates desorption of orthophosphate ions from the sample surface. FIG. 2 shows phosphorus release characteristics in cobalt (II) oxide. The concentration change that leads to the elimination of phosphorus is 0.38 mg / L for 1 hour after contact with 0.01N sodium hydroxide aqueous solution, 0.62 mg / L for 6 hours after contact, and approximately 0.76 for 24 hours after contact. An increase in orthophosphate ion concentration with increasing mg / L and contact time was measured. The theoretical concentration of orthophosphate ion that is considered to be measured when the total amount of phosphorus adsorbed on cobalt (II) oxide is desorbed is 5.2 mg / L. That is, by bringing cobalt (II) oxide into contact with a 0.01N sodium hydroxide aqueous solution for 24 hours, about 15% of the adsorbed phosphorus can be eliminated. On the other hand, in the case of contact with a 0.1N aqueous sodium hydroxide solution, the orthophosphate ion concentration for 1 hour after contact is 0.50 mg / L, 6 hours after contact is 0.96 mg / L, and 24 hours after contact is approximately 1.6 mg / L. The increase in orthophosphate ion concentration with increasing contact time was measured. The theoretical concentration of orthophosphate ion that is considered to be measured when the total amount of phosphorus adsorbed on cobalt (II) oxide is desorbed is 5.2 mg / L. That is, by bringing cobalt (II) oxide into contact with a 0.1N aqueous sodium hydroxide solution for 24 hours, about 31% of the adsorbed phosphorus can be eliminated. Further, FIG. 2 shows phosphorus desorption characteristics in indium (III) oxide. The orthophosphoric acid ion concentration for 1 hour after contact with 0.01N sodium hydroxide aqueous solution was 1.6 mg / L, and rapid desorption of phosphorus was measured. Then, 6 hours after contact was 1.8 mg / L, and 24 hours after contact. In the case of 1.9 mg / L, a slight increase in orthophosphate concentration was measured as the contact time increased. When the total amount of phosphorus adsorbed on indium (III) oxide is desorbed, the theoretical concentration of orthophosphate ions is 3.0 mg / L. That is, by bringing indium (III) oxide into contact with a 0.01N sodium hydroxide aqueous solution for 24 hours, about 63% of the adsorbed phosphorus can be desorbed. On the other hand, in the case of contact with a 0.1N sodium hydroxide aqueous solution, the orthophosphate ion concentration after 1 hour of contact was 2.0 mg / L, and rapid desorption of phosphorus was measured. L, 24 hours after contact, a slight increase in orthophosphate ion concentration was measured as the contact time increased to approximately 2.3 mg / L. When the total amount of phosphorus adsorbed on indium (III) oxide is desorbed, the theoretical concentration of orthophosphate ions is 3.0 mg / L. That is, by bringing indium (III) oxide into contact with a 0.1N aqueous sodium hydroxide solution for 24 hours, about 77% of the adsorbed phosphorus can be desorbed. From the above results, the concentration of the treatment liquid used for the desorption treatment of orthophosphate ions adsorbed on the adsorbent surface is preferably 0.1 N rather than 0.01 N, and a high phosphorus desorption effect was obtained.

本発明に係るリン吸着材は、近年、富栄養化が進行しアオコや赤潮などの発生が懸念される閉鎖性水環境、あるいはそこに流入する生活排水や事業所排水、あるいは畜産農家などからの農業排水を浄化する。特にリンを除去する上で有効に利用されるものと考えられる。 The phosphorus adsorbent according to the present invention is a closed water environment in which eutrophication has progressed in recent years and there is a concern about the occurrence of blue sea cucumber and red tide, etc. Purify agricultural wastewater. In particular, it is considered to be effectively used for removing phosphorus.

本発明の金属酸化物によるリン吸着実験結果の一部を示したグラフである。It is the graph which showed a part of phosphorus adsorption | suction experiment result by the metal oxide of this invention. 本発明の金属酸化物によるリン脱離実験結果の一部を示したグラフである。It is the graph which showed a part of phosphorus desorption experiment result by the metal oxide of this invention.

Claims (3)

生活排水、事業所排水などの排水や、池水、内湾など閉鎖性水域の水中のリンを固定・除去する材料であって、水中でオルトリン酸イオンを特異吸着し、かつ物理的、化学的処理を施すことによって吸着したオルトリン酸イオンを脱離する特性を示す金属酸化物およびこれらの複合酸化物を主体とすることを特徴とするリン吸着材。   It is a material that fixes and removes wastewater such as domestic wastewater and industrial wastewater, and water in closed water such as pond water and inner bay, and specifically adsorbs orthophosphate ions in water and performs physical and chemical treatment. A phosphorus adsorbent comprising mainly a metal oxide and a composite oxide thereof exhibiting a property of desorbing orthophosphate ions adsorbed by application. 上記金属酸化物が酸化銀、酸化ビスマス、酸化コバルト、酸化クロム、酸化ジスプロシウム、酸化エルビウム、酸化ガドリニウム、酸化ホルミウム、酸化インジウム、酸化ランタン、酸化ニオブ、酸化ネオジム、酸化ニッケル、酸化鉛、酸化プラセオジム、酸化サマリウム、酸化スズ、酸化タンタル、酸化テルビウム、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウムの少なくとも1つ以上からなることを特徴とする請求項1記載のリン吸着材。   The metal oxide is silver oxide, bismuth oxide, cobalt oxide, chromium oxide, dysprosium oxide, erbium oxide, gadolinium oxide, holmium oxide, indium oxide, lanthanum oxide, niobium oxide, neodymium oxide, nickel oxide, lead oxide, praseodymium oxide, The phosphorus adsorbent according to claim 1, comprising at least one of samarium oxide, tin oxide, tantalum oxide, terbium oxide, yttrium oxide, ytterbium oxide, zinc oxide, and zirconium oxide. 請求項1または2記載のリン吸着材を有効成分として含有してなることを特徴とするリン吸着材。
A phosphorus adsorbent comprising the phosphorus adsorbent according to claim 1 or 2 as an active ingredient.
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