JP2010158640A - Magnetoseinsitive chelating material - Google Patents

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Akira Ito
章 伊藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide magnetosensitive chelating material which simply, safely, and efficiently traps, removes, concentrates, and recovers metal ions from industrial wastewater, river water, and groundwater by employing a magnetic separation technique; which has good magnetosensitivity due to a high magnetic substance content; and which is produced by a safe method. <P>SOLUTION: The magnetosensitive chelating material to be used is a material having polymer side chains in which chelating groups are arranged on the coating surface of microcapsules encapsulating magnetic particles of which the coating is formed by an in situ polymerization method. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、外部磁場の働きにより容易に分散と凝集の制御が可能であり、水中や有機溶媒中に含まれる微量の金属イオンを回収するための分離機能性材料として使用できる感磁性キレート材料に関するものである。   The present invention relates to a magnetosensitive chelate material that can be easily controlled for dispersion and aggregation by the action of an external magnetic field and can be used as a separation functional material for recovering a trace amount of metal ions contained in water or an organic solvent. Is.

産業廃水には様々な有害金属イオンが含まれていることがあり、環境汚染防止の観点から、これらは廃水処理によって十分に除去される必要がある。また、河川水や地下水中に含まれる様々な成分の中には人体に悪影響を及ぼすものがあり、河川水や地下水を利用するにあたっては十分に配慮しなければならない。一方、産業廃水中には、回収すべき有用金属イオンが含まれていることもあり、資源有効活用の観点からこれらを効率よく回収することも必要である。   Industrial wastewater may contain various harmful metal ions, and from the viewpoint of preventing environmental pollution, these need to be sufficiently removed by wastewater treatment. In addition, some of the various components contained in river water and groundwater have adverse effects on the human body, and sufficient consideration must be given when using river water and groundwater. On the other hand, useful metal ions to be recovered may be contained in industrial wastewater, and it is also necessary to recover these efficiently from the viewpoint of effective utilization of resources.

有害金属イオンを除去するために最もよく用いられている方法は、高分子凝集剤とキレート剤により有害金属イオンを沈殿させる方法である。生成する沈殿物は排水から分離され、主に埋め立て処理されているが、埋め立て場所の確保や、埋め立て場所からの漏出といった新たな問題を引き起こしている。一方、有用金属イオンの回収をこの沈殿法で実施しようとすると、沈殿物の分離後に有用金属イオンと沈殿形成のための薬剤の分離が必要である。この作業のためには強酸や強塩基が必要となり、さらに沈殿形成のための薬剤由来の新たな廃棄物が生じることから、コスト的にも、また環境的にも好ましくない。金属イオンを捕集するキレート基を導入したフィルター類による処理も提案されているが、比較的短時間で流量が低下しやすく、また、逆洗によっても性能が回復しにくいという問題がある。   The most commonly used method for removing harmful metal ions is a method of precipitating harmful metal ions with a polymer flocculant and a chelating agent. The generated sediment is separated from the waste water and mainly landfilled, but it causes new problems such as securing a landfill site and leakage from the landfill site. On the other hand, if it is attempted to recover useful metal ions by this precipitation method, it is necessary to separate the useful metal ions and the agent for forming the precipitate after the separation of the precipitate. For this operation, a strong acid or a strong base is required, and a new waste derived from a drug for forming a precipitate is generated, which is not preferable in terms of cost and environment. Although treatment with a filter into which a chelate group for collecting metal ions has been proposed, there is a problem that the flow rate is likely to decrease in a relatively short time, and the performance is difficult to recover by backwashing.

別の方法として、イオン交換樹脂やキレート樹脂が提案され、広く使用されている。これらの樹脂は、いずれも直径0.5mm前後のビーズ状であるため、充填塔方式による使用形態が取られ、加圧送水のための設備が必要である。処理量が増すに従い、目詰まりなど流量の低下が頻繁に起こり、その都度逆洗を実施する必要が出てくる。吸着性能は樹脂の充填量や通水流速に依存しており、吸着性能を上げるために流速を小さくすると処理液量が少なくなり、樹脂充填量を増やすと経済的でないというジレンマを抱えている。樹脂粒子内部へのイオンの拡散速度が小さいという問題点もある。これらの樹脂が、ジビニルベンゼンなどの架橋剤によって剛直な三次元構造を有しているためである。拡散速度が遅いため、樹脂を再生する際にも長い時間がかかるだけでなく、大量の再生廃水が生じるという事態にも至っている。   As another method, ion exchange resins and chelate resins have been proposed and widely used. Since all of these resins are in the form of beads having a diameter of about 0.5 mm, they are used in a packed tower system, and facilities for pressurized water supply are required. As the processing amount increases, the flow rate frequently decreases, such as clogging, and it is necessary to perform backwashing each time. The adsorption performance depends on the resin filling amount and the water flow rate, and if the flow rate is reduced to increase the adsorption performance, the amount of the treatment liquid decreases, and if the resin filling amount is increased, there is a dilemma. There is also a problem that the diffusion rate of ions into the resin particles is small. This is because these resins have a rigid three-dimensional structure due to a crosslinking agent such as divinylbenzene. Since the diffusion rate is slow, not only does it take a long time to regenerate the resin, but a large amount of reclaimed wastewater is generated.

イオン交換樹脂やキレート樹脂に代わる材料として、繊維を基材とするイオン交換体やキレート交換体が提案され、商品化されている(例えば、特許文献1参照)。これらは、繊維の比表面積が大きく、かつ、繊維表面にイオン交換基やキレート基が導入されているため、イオン交換樹脂やキレート樹脂に比べて吸着速度が大きくなるという利点を有している。しかしながら、繊維を基材とするイオン交換体やキレート交換体といえども、商品化にあたっては充填塔方式による使用形態が主流であり、送水のための設備が必要である(例えば、特許文献2参照)。これらはまた、イオン交換樹脂やキレート樹脂に比べると、充填塔への装入や外部への排出に際して、流れ方向下流側に圧密された状態を形成しやすく、移送性が悪いという問題を抱えている。   As materials that can replace ion exchange resins and chelate resins, fiber-based ion exchangers and chelate exchangers have been proposed and commercialized (for example, see Patent Document 1). These have advantages that the specific surface area of the fiber is large and that the ion exchange group or chelate group is introduced on the fiber surface, so that the adsorption rate is higher than that of the ion exchange resin or chelate resin. However, even in the case of ion exchangers and chelate exchangers based on fibers, the use form by the packed tower system is the mainstream for commercialization, and equipment for water supply is required (for example, see Patent Document 2). ). Compared to ion exchange resins and chelate resins, these materials have a problem that they are easy to form a compacted state downstream in the flow direction when charged into the packed tower or discharged to the outside, and have poor transportability. Yes.

こういった問題を解決する方法として、磁気分離技術を併用する提案がなされている(例えば、特許文献3参照)。キレート基を持つ有機化合物層を有する磁性体粒子を被処理水中に添加し、キレート形成後、該磁性体粒子を磁気分離するというものである。近年改良が進んだ超電導磁気分離装置と組み合わせることで、効率よく磁性体粒子と被処理水の分離を行うことができるとしている。しかしながら、提案されている磁性体粒子は、粒子を覆うポリマー層の主鎖に結合した官能基を利用してキレート基を形成するものであり、キレート基の存在密度が低いという問題がある。これに対して、キレート基を有する側鎖をグラフト反応により導入することでキレート基の存在密度を上げる提案がなされている(例えば、特許文献4、5、非特許文献1参照)。本発明者の検討によれば、これらの提案においては、グラフト反応を行うために安全性の点で好ましくないγ線、β線、X線などの放射線が必要であったり、不安定な酸ハロゲン化物が必要であったりといった問題がある。あるいはグラフト反応の起点を確保するため、高濃度の分散剤と特殊な反応装置を使う懸濁重合が必要な上に、粒子を覆うポリマー層の機械的強度が低いために、その厚みを厚くする必要があり、結果的に磁性体粒子に含まれる磁性体含有比率が少なくなって感磁性が低下してしまい、実用性に乏しいものであった。   As a method for solving these problems, a proposal has been made to use a magnetic separation technique together (for example, see Patent Document 3). Magnetic particles having an organic compound layer having a chelate group are added to the water to be treated, and after the chelate is formed, the magnetic particles are magnetically separated. In combination with a superconducting magnetic separator that has been improved in recent years, it is said that magnetic particles and water to be treated can be efficiently separated. However, the proposed magnetic particles form a chelate group using a functional group bonded to the main chain of the polymer layer covering the particle, and there is a problem that the density of the chelate group is low. On the other hand, the proposal which raises the abundance density of a chelate group by introducing the side chain which has a chelate group by graft reaction is made (for example, refer patent documents 4 and 5 and nonpatent literature 1). According to the study of the present inventors, in these proposals, radiation such as γ-rays, β-rays, X-rays, etc., which are undesirable from the viewpoint of safety in order to carry out the graft reaction, or unstable acid halogens are required. There is a problem that a chemical is necessary. Alternatively, in order to secure the starting point of the graft reaction, suspension polymerization using a high concentration dispersant and a special reaction apparatus is required, and the polymer layer covering the particles has low mechanical strength, so the thickness is increased. As a result, the content ratio of the magnetic substance contained in the magnetic particles is decreased and the magnetic sensitivity is lowered, so that the practicality is poor.

特開2000−248467号公報JP 2000-248467 A 特開2006−26462号公報JP 2006-26462 A 特開2003−275758号公報JP 2003-275758 A 国際公開第2005/042622号パンフレットInternational Publication No. 2005/042622 Pamphlet 特開2006−265451号公報JP 2006-265451 A

Z.Y.Ma、他3名、「Synthesis of Magnetic Chelator for High−Capacity Immobilized Metal Affinity Adsorption of Protein by Cerium Initiated Graft Polymerization」、Langmuir、2005年、第21巻、p.6987−6994Z. Y. Ma, et al., “Synthesis of Magnetic chelator for High-Capacity Immobilized Metal Affinity Adoption of Protein by Criteria Gram Pol. 6987-6994

本発明は、上記の様な事情に着目してなされたものであって、その課題とするところは、産業廃水、河川水、地下水から、磁気分離技術を使うことにより簡単かつ安全に効率よく、金属イオンを捕集、除去、濃縮、回収することが可能であり、磁性体含有比率が高いため良好な感磁性を有しており、安全な方法により製造することができる感磁性キレート材料を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to the circumstances as described above, and the problem is that from industrial wastewater, river water, groundwater, using magnetic separation technology, simply, safely and efficiently, Providing a magnetosensitive chelate material that can collect, remove, concentrate, and recover metal ions, and has a good magnetic sensitivity due to its high magnetic substance content ratio, and can be produced by a safe method There is to do.

本発明者は上記課題を鋭意研究し、磁性粒子内包マイクロカプセルからなる感磁性キレート材料において、マイクロカプセルの皮膜がin situ重合法によって製造され、かつ、皮膜表面がキレート基を有する重合体側鎖を有することを特徴とする感磁性キレート材料が、前記課題の解決に極めて有効なこと、該キレート基が、イミノジ酢酸から誘導される基またはN−メチルグルカミンから誘導される基であることが好ましいことを見出して本発明に到達した。   The present inventor has intensively studied the above problems, and in a magnetically sensitive chelate material comprising microcapsules encapsulating magnetic particles, the microcapsule film is produced by an in situ polymerization method, and the polymer surface has a polymer side chain having a chelate group. It is preferable that the magnetosensitive chelate material characterized by having an extremely effective solution to the problem described above, and that the chelate group is a group derived from iminodiacetic acid or a group derived from N-methylglucamine. As a result, the present invention has been reached.

本発明の感磁性キレート材料は、金属イオンへのキレート能を有するキレート基が、磁性粒子を内包するマイクロカプセル皮膜表面から伸びた重合体側鎖に配置されており、マイクロカプセル単位体積あたりのキレート基存在密度が高い。そのため、被処理水に対して少量添加するだけで、効率よく金属イオンを捕集、除去、濃縮、回収することができる。in situ重合法で形成されるマイクロカプセル皮膜は熱的、化学的に安定であり、その厚みを薄くすることができ、その結果、磁性体含有比率が高い感磁性キレート材料を得ることができる。また、マイクロカプセルの製造と重合体側鎖の導入はいずれも、特殊な薬品や装置あるいは電磁波等を用いることなく、安全な方法により実施することができる。   In the magnetically sensitive chelate material of the present invention, a chelate group having a chelating ability to a metal ion is arranged in a polymer side chain extending from the surface of a microcapsule film enclosing magnetic particles, and the chelate group per unit volume of microcapsule The existence density is high. Therefore, metal ions can be efficiently collected, removed, concentrated and recovered by adding a small amount to the water to be treated. The microcapsule film formed by the in situ polymerization method is thermally and chemically stable and can be thinned. As a result, a magnetically sensitive chelate material having a high magnetic substance content ratio can be obtained. In addition, both the production of the microcapsules and the introduction of the polymer side chain can be carried out by a safe method without using special chemicals, equipment, electromagnetic waves or the like.

本発明の感磁性キレート材料は、in situ重合法によって皮膜が製造された磁性粒子内包マイクロカプセルが、その皮膜表面にキレート基を有する重合体側鎖を有している。   In the magnetically sensitive chelate material of the present invention, a magnetic particle-encapsulating microcapsule in which a film is produced by an in situ polymerization method has a polymer side chain having a chelate group on the film surface.

本発明において用いられる磁性粒子は、金属およびその酸化物、合金およびその酸化物からなる群から選択される少なくとも1種以上の磁性材料から形成されていることが好ましい。金属としては、鉄、コバルトまたはニッケル等が挙げられる。化学的な安定性に優れることから、マグヘマイト、マグネタイト、ニッケル亜鉛フェライト、およびマンガン亜鉛フェライトからなる群から選択される少なくとも1種以上の磁性粒子が好ましく、その中でも、大きな磁化量を有するために、磁界に対する感応性が優れるマグネタイトが特に好ましい。磁性粒子のサイズについては、マイクロカプセルに内包されるサイズのものであれば特に制限はないが、磁性粒子の最も長い軸の長さが4nm〜10μmのものが好ましい。   The magnetic particles used in the present invention are preferably formed from at least one magnetic material selected from the group consisting of metals and oxides thereof, alloys and oxides thereof. Examples of the metal include iron, cobalt, and nickel. Since it is excellent in chemical stability, at least one or more kinds of magnetic particles selected from the group consisting of maghemite, magnetite, nickel zinc ferrite, and manganese zinc ferrite are preferable. Magnetite having excellent sensitivity to a magnetic field is particularly preferable. The size of the magnetic particle is not particularly limited as long as it is a size encapsulated in the microcapsule, but the longest axis length of the magnetic particle is preferably 4 nm to 10 μm.

本発明において用いられる磁性粒子の形状には特に制限はなく、球状、楕円球状、板状、針状、または、立方体状などの多面体状であってもよいが、マイクロカプセルに内包させることから、球状または楕円球状であることが好ましい。   The shape of the magnetic particles used in the present invention is not particularly limited, and may be spherical, elliptical spherical, plate-like, needle-like, or polyhedral such as a cubic shape, but is included in a microcapsule. It is preferably spherical or elliptical.

本発明において用いられるin situ重合法によるマイクロカプセル化に関しては、例えば近藤保他著、「新版マイクロカプセル−その製法・性質・応用」、三共出版株式会社、1987年、近藤保他編、「マイクロカプセル その機能と応用」、財団法人日本規格協会、1991年等に詳しく記載されている。   Regarding the microencapsulation by the in situ polymerization method used in the present invention, for example, by Kondo Yasu et al., “New edition microcapsules—manufacturing method / property / application”, Sankyo Publishing Co., Ltd., 1987, Yasu Kondo et al. Capsule, its functions and applications, "Japanese Standards Association, 1991, etc.

in situ重合法によるマイクロカプセル化においては、互いに混じり合わない内相(芯物質)と外相のどちらか一方の相にモノマーあるいはプレポリマーと触媒を溶解しておいて、界面で膜を形成させる。膜形成に用いられるモノマーあるいはプレポリマーとしては、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、酢酸ビニル、スチレンとジビニルベンゼンの組み合わせ、有機アミンと水溶性エポキシ化合物の組み合わせ、複素環状アミンと多価アルデヒドの組み合わせ等々、種々のものが知られているが、とりわけ尿素とホルムアルデヒドの重縮合による尿素−ホルムアルデヒド重合皮膜、またはメラミンとホルムアルデヒドの重縮合によるメラミン−ホルムアルデヒド重合皮膜を有するマイクロカプセルが、高濃度カプセルが得られる、耐水性や耐溶剤性等に優れる、緻密性に優れる等の長所を有しており、本発明において好ましく用いられる。   In microencapsulation by the in situ polymerization method, a monomer or a prepolymer and a catalyst are dissolved in either one of an inner phase (core material) and an outer phase that do not mix with each other, and a film is formed at the interface. Monomers or prepolymers used for film formation include acrylic esters, methacrylic esters, vinyl acetate, combinations of styrene and divinylbenzene, combinations of organic amines and water-soluble epoxy compounds, combinations of heterocyclic amines and polyhydric aldehydes, etc. Various types are known, but in particular, microcapsules having a urea-formaldehyde polymer film by polycondensation of urea and formaldehyde or a melamine-formaldehyde polymer film by polycondensation of melamine and formaldehyde give a high-concentration capsule. It has advantages such as excellent water resistance and solvent resistance, and excellent denseness, and is preferably used in the present invention.

本発明において用いられるマイクロカプセルの直径は1〜100μmが好ましい。直径が1μmより小さいと、内包される磁性粒子が少なくなり、感磁性が小さくなる場合がある。直径が100μmより大きい場合には、機械的な強度が低下してくる場合がある。なお、マイクロカプセルの直径はその電子顕微鏡写真に基づいて求められる。   The diameter of the microcapsule used in the present invention is preferably 1 to 100 μm. When the diameter is smaller than 1 μm, the number of magnetic particles contained is reduced, and the magnetic sensitivity may be reduced. When the diameter is larger than 100 μm, the mechanical strength may decrease. In addition, the diameter of a microcapsule is calculated | required based on the electron micrograph.

本発明において用いられるキレート基の具体例としては、イミノジ酢酸、イミノジホスホノメタン、ニトリロトリ酢酸、エチレンジアミンテトラ酢酸、1,3−プロパンジアミンテトラ酢酸、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、イミノジエタノール等から誘導される基を挙げることができる。また、各種多価アミン、例えば、エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ポリエチレンイミン等から誘導される基、各種アミノ酸、例えば、フェニルアラニン、リジン、ロイシン、バリン、プロリン等から誘導される基、各種糖類、例えば、グルカミン、N−メチルグルカミン等から誘導される基、8−ヒドロキシキノリンから誘導される基等を挙げることができる。これらの中で、コバルト、ニッケル、銅等の重金属に対して高い選択性を持つイミノジ酢酸から誘導される基、ホウ素、ヒ素、ゲルマニウム、セレン等の半金属に対して高い選択性を持つN−メチルグルカミンから誘導される基が好ましい。   Specific examples of chelate groups used in the present invention include groups derived from iminodiacetic acid, iminodiphosphonomethane, nitrilotriacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, 1,3-propanediaminetetraacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, iminodiethanol and the like. Can be mentioned. In addition, various polyvalent amines such as ethylenediamine, 1,3-diaminopropane, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, polyethyleneimine and the like, various amino acids such as phenylalanine, lysine, leucine and valine And groups derived from proline and the like, groups derived from various sugars such as glucamine and N-methylglucamine, and groups derived from 8-hydroxyquinoline. Among these, a group derived from iminodiacetic acid having high selectivity with respect to heavy metals such as cobalt, nickel and copper, and N- with high selectivity with respect to semimetals such as boron, arsenic, germanium and selenium. Groups derived from methylglucamine are preferred.

本発明において用いられるキレート基は、マイクロカプセル皮膜表面に結合された重合体側鎖に導入される。このような構造を実現するためには、1)キレート基を有するモノマーをマイクロカプセル皮膜表面にグラフト重合させる方法や、2)後段でキレート基を導入するために利用できる官能基を有するモノマーをグラフト重合させた後に、キレート基を導入する方法がある。1)で用いられるキレート基を有するモノマーとしては、例えば、メタクリル酸グリシジルとイミノジ酢酸、イミノジエタノールあるいはN−メチルグルカミンとの反応物を挙げることができる。ただし、一般に、キレート基を有するモノマーは分子量が大きくなるために、反応性が低下する傾向があり、グラフト率が下がることがあるため、2)の方法が好ましい。2)で用いられる後段でキレート基を導入するために利用できる官能基を有するモノマーの例としては、メタクリル酸グリシジル、アクリル酸グリシジル、アリルグリシジルエーテル等を挙げることができる。   The chelate group used in the present invention is introduced into a polymer side chain bonded to the surface of the microcapsule film. In order to realize such a structure, 1) a method in which a monomer having a chelate group is graft-polymerized on the surface of the microcapsule film, and 2) a monomer having a functional group that can be used for introducing a chelate group in the latter stage is grafted. There is a method of introducing a chelate group after polymerization. Examples of the monomer having a chelate group used in 1) include a reaction product of glycidyl methacrylate and iminodiacetic acid, iminodiethanol or N-methylglucamine. However, since the monomer having a chelate group generally has a high molecular weight, the reactivity tends to decrease and the graft ratio may decrease, so the method 2) is preferred. Examples of the monomer having a functional group that can be used to introduce a chelate group in the latter stage used in 2) include glycidyl methacrylate, glycidyl acrylate, and allyl glycidyl ether.

モノマーをマイクロカプセル表面にグラフト重合させるための重合開始方法としては、放射線を使う方法や、増感剤と紫外線を併用する方法も使うことができるが、特殊な装置が不要で、安全性が高く、グラフト反応を低温で開始できることから、レドックス開始剤を使用する方法が好ましい。レドックス開始剤の具体例としては、低原子価の鉄イオンや銅イオンと過酸化水素や過硫酸塩の組み合わせや、4価のセリウム塩を挙げることができる。   As a polymerization initiation method for graft polymerization of the monomer onto the microcapsule surface, a method using radiation or a method using a sensitizer and ultraviolet rays can be used, but a special apparatus is not required and safety is high. A method using a redox initiator is preferable because the grafting reaction can be started at a low temperature. Specific examples of the redox initiator include a combination of a low-valent iron ion or copper ion and hydrogen peroxide or persulfate, or a tetravalent cerium salt.

以下に本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものでない。なお、実施例中の部数や百分率は、特にことわりのない場合、質量基準である。   EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples. The number of parts and percentages in the examples are based on mass unless otherwise specified.

<in situ重合法によるマイクロカプセル1の製造>
ボールミルにて予め混練しておいたポリアルファオレフィン4gと四三酸化鉄磁性粉(戸田工業(株)製、商品名:MAT−305)16gの混合物へ、酢酸でpHを4.5、濃度を5質量%に調整したα−メチルスチレン−無水マレイン酸共重合体水溶液100gを加え、ホモミキサーで1分間攪拌混合した。ここへ、予めメラミン粉末5gに37%ホルムアルデヒド水溶液6.5gと水10gを加え、pHを8に調整した後、液温70℃まで加熱して調製しておいた、メラミン−ホルマリン初期縮合物水溶液を添加し、70℃で2時間攪拌した後、pHを9に調整して磁性粒子内包マイクロカプセル1のスラリーを得た。仕込みに用いた磁性粉はほぼ全量マイクロカプセルに内包されていた。従って本マイクロカプセルの磁性体含有率は、α−メチルスチレン−無水マレイン酸共重合体を除いた固形分換算で58%と計算でき、磁石強度0.45Tの永久磁石を用いて容易に凝集させることができた。走査型電子顕微鏡の観察によれば、直径20〜80μmの球状または楕円球状構造を持つ粒子であった。
<Manufacture of microcapsule 1 by in situ polymerization method>
To a mixture of 4 g of polyalphaolefin previously kneaded in a ball mill and 16 g of iron trioxide magnetic powder (manufactured by Toda Kogyo Co., Ltd., trade name: MAT-305), adjust the pH to 4.5 with acetic acid. 100 g of an α-methylstyrene-maleic anhydride copolymer aqueous solution adjusted to 5% by mass was added and stirred and mixed with a homomixer for 1 minute. Here, 6.5 g of 37% formaldehyde aqueous solution and 10 g of water were added to 5 g of melamine powder, the pH was adjusted to 8, and the melamine-formalin initial condensate aqueous solution prepared by heating up to a liquid temperature of 70 ° C. After stirring at 70 ° C. for 2 hours, the pH was adjusted to 9 to obtain a slurry of magnetic particle-containing microcapsules 1. The magnetic powder used for the preparation was almost entirely contained in the microcapsules. Therefore, the magnetic substance content of the microcapsule can be calculated as 58% in terms of solid content excluding the α-methylstyrene-maleic anhydride copolymer, and is easily aggregated using a permanent magnet having a magnet strength of 0.45T. I was able to. According to the observation with a scanning electron microscope, the particles had a spherical or elliptical spherical structure with a diameter of 20 to 80 μm.

<in situ重合法によるマイクロカプセル2の製造>
ポリアルファオレフィン−四三酸化鉄磁性粉混練物20gの替わりに、磁性流体((株)シグマハイケミカル製、商品名:E−600;磁性成分80%)20gを用いる以外は、マイクロカプセル1の製造と同様に操作して、磁性粒子内包マイクロカプセル2のスラリーを得た。仕込みに用いた磁性体はほぼ全量マイクロカプセルに内包されていた。従って本カプセルの磁性体含有率は、α−メチルスチレン−無水マレイン酸共重合体を除いた固形分換算で58%と計算でき、磁石強度0.45Tの永久磁石を用いて容易に凝集させることができた。走査型電子顕微鏡の観察によれば、直径5〜10μm程度の球状または楕円球状構造を持つ粒子であった。
<Manufacture of microcapsule 2 by in situ polymerization method>
Instead of 20 g of the polyalphaolefin-iron tetroxide magnetic powder kneaded product, 20 g of magnetic fluid (manufactured by Sigma High Chemical Co., Ltd., trade name: E-600; magnetic component 80%) is used. By operating in the same manner as in production, a slurry of magnetic particle-containing microcapsules 2 was obtained. Almost all of the magnetic material used for preparation was encapsulated in microcapsules. Therefore, the magnetic substance content of the capsule can be calculated as 58% in terms of solid content excluding the α-methylstyrene-maleic anhydride copolymer, and can be easily aggregated using a permanent magnet having a magnet strength of 0.45T. I was able to. According to observation with a scanning electron microscope, the particles had a spherical or elliptical spherical structure with a diameter of about 5 to 10 μm.

実施例1
マイクロカプセル1のスラリー5gを蒸留水40mlで希釈し、メタクリル酸グリシジル1.2gとドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.1gを加えて、窒素雰囲気下にて攪拌した。ここへ、硝酸二アンモニウムセリウム(IV)0.24gを0.1規定硝酸20mlに溶かした溶液を室温にて滴下し、さらに2時間攪拌した。この反応物へさらに、N−メチルグルカミン3.9gを加えて、3.5時間環流した。冷却後、蒸留水70mlを加え15分攪拌後、永久磁石で固形分を引き寄せつつ、上澄みをデカンテーションで除いた。蒸留水200mlを用いて同様の操作を2回繰り返し、最後に固形物を濾過し、感磁性キレート材料を得た。収量は1.6gであった。
Example 1
5 g of slurry of microcapsule 1 was diluted with 40 ml of distilled water, 1.2 g of glycidyl methacrylate and 0.1 g of sodium dodecylbenzenesulfonate were added, and the mixture was stirred under a nitrogen atmosphere. A solution prepared by dissolving 0.24 g of diammonium cerium nitrate (IV) in 20 ml of 0.1 N nitric acid was added dropwise thereto at room temperature, and the mixture was further stirred for 2 hours. To this reaction product, 3.9 g of N-methylglucamine was further added and refluxed for 3.5 hours. After cooling, 70 ml of distilled water was added and stirred for 15 minutes, and then the supernatant was removed by decantation while drawing the solid content with a permanent magnet. The same operation was repeated twice using 200 ml of distilled water, and finally the solid was filtered to obtain a magnetosensitive chelate material. The yield was 1.6g.

実施例2
N−メチルグルカミン3.9gの替わりに、イミノジエタノール2.1gを用いる以外は実施例1と同様に操作して、感磁性キレート材料1.4gを得た。
Example 2
In the same manner as in Example 1 except that 2.1 g of iminodiethanol was used instead of 3.9 g of N-methylglucamine, 1.4 g of a magnetosensitive chelate material was obtained.

実施例3
N−メチルグルカミン3.9gの替わりに、イミノジ酢酸ナトリウム3.54gを用いる以外は実施例1と同様に操作して、感磁性キレート材料1.4gを得た。
Example 3
Instead of 3.9 g of N-methylglucamine, the same operation as in Example 1 was performed except that 3.54 g of sodium iminodiacetate was used, to obtain 1.4 g of a magnetosensitive chelate material.

実施例4
N−メチルグルカミン3.9gの替わりに、イミノジプロピオン酸ナトリウム4.1gを用いる以外は実施例1と同様に操作して、感磁性キレート材料1.4gを得た。
Example 4
A magnetosensitive chelate material (1.4 g) was obtained in the same manner as in Example 1 except that 4.1 g of sodium iminodipropionate was used instead of 3.9 g of N-methylglucamine.

実施例5
マイクロカプセル1のスラリー5gの替わりに、マイクロカプセル2のスラリー5gを用いる以外は実施例1と同様に操作して、感磁性キレート材料1.6gを得た。
Example 5
1.6 g of a magnetosensitive chelate material was obtained in the same manner as in Example 1 except that 5 g of the microcapsule 2 slurry was used instead of 5 g of the microcapsule 1 slurry.

(比較例1)
Langmuir、2005年、第21巻、p.6989(非特許文献1)記載の内容に従い、以下の操作を行った。まず、塩化第二鉄6水塩11.8gと塩化第一鉄4水塩4.3gを蒸留水400mlに溶かした溶液を90℃に保ち、25%アンモニア水、次いでオレイン酸10mlを加えて、同温でさらに1時間加熱攪拌した。冷却後、磁石強度0.45Tの永久磁石で固形分を引き寄せつつ、上澄みをデカンテーションで除いた。蒸留水250mlを用いて、同様の洗浄操作を2回繰り返した。残渣へ酢酸ビニル47.5ml、ジビニルベンゼン2.5ml、過酸化ベンゾイル2.0gを加え、このものを、ポリビニルアルコール((株)クラレ製、商品名:PVA217)12.5gと塩化ナトリウム15gを蒸留水400mlに一夜かけて溶かした液へ加えて、窒素雰囲気下に置いた。この混合物をメカニカルスターラーの最大出力(450回転/分)で攪拌しつつ、内温を1時間かけて室温から60℃に上げ、同温度で2時間、さらに70℃で2時間加熱攪拌した。生成物は、磁石強度0.45Tの永久磁石で引き寄せて集めることができず、遠心分離操作(4,000回転/分×20分)でも一部が沈降するだけであった。このため、これ以降のキレート基導入操作を断念した。本実験において鉄成分が全量マイクロカプセルに内包されていたかどうかは目視では明らかではなかったが、全量内包されたとしても本マイクロカプセルの磁性体含有率は8%である。
(Comparative Example 1)
Langmuir, 2005, Vol. 21, p. The following operation was performed in accordance with the contents described in 6989 (Non-patent Document 1). First, a solution prepared by dissolving 11.8 g of ferric chloride hexahydrate and 4.3 g of ferrous chloride tetrahydrate in 400 ml of distilled water was maintained at 90 ° C., and 25% aqueous ammonia and then 10 ml of oleic acid were added. The mixture was further heated and stirred at the same temperature for 1 hour. After cooling, the supernatant was removed by decantation while drawing the solid content with a permanent magnet having a magnet strength of 0.45T. The same washing operation was repeated twice using 250 ml of distilled water. 47.5 ml of vinyl acetate, 2.5 ml of divinylbenzene, and 2.0 g of benzoyl peroxide were added to the residue, and 12.5 g of polyvinyl alcohol (manufactured by Kuraray Co., Ltd., trade name: PVA217) and 15 g of sodium chloride were distilled from this residue. The solution was dissolved in 400 ml of water overnight and placed under a nitrogen atmosphere. While stirring this mixture at the maximum output of the mechanical stirrer (450 rpm), the internal temperature was raised from room temperature to 60 ° C. over 1 hour, and the mixture was heated and stirred at the same temperature for 2 hours and further at 70 ° C. for 2 hours. The product could not be attracted and collected with a permanent magnet having a magnet strength of 0.45 T, and only a part of the product settled down even after centrifugation (4,000 rotations / minute × 20 minutes). For this reason, the subsequent chelating group introduction operation was abandoned. Whether or not the iron component was encapsulated in the microcapsules in this experiment was not clear by visual observation, but the magnetic substance content of the microcapsules was 8% even if all of the iron components were encapsulated.

(比較例2)
キレート繊維(キレスト(株)製、商品名:キレストファイバーGRY−L)を比較例2のキレート材料として使用した。本キレート繊維はホウ素イオンに対するキレート基としてN−メチルグルカミンから誘導される基を有している。
(Comparative Example 2)
A chelate fiber (manufactured by Kirest Co., Ltd., trade name: Kirest Fiber GRY-L) was used as the chelate material of Comparative Example 2. This chelate fiber has a group derived from N-methylglucamine as a chelate group for boron ions.

(比較例3)
キレート樹脂(三菱化学(株)製、商品名:ダイヤイオンCR11)を比較例3のキレート材料として使用した。本キレート樹脂は銅イオンに対するキレート基としてイミノジ酢酸から誘導される基を有している。
(Comparative Example 3)
A chelate resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, trade name: Diaion CR11) was used as the chelate material of Comparative Example 3. This chelate resin has a group derived from iminodiacetic acid as a chelate group for copper ions.

<ホウ素イオン吸着能>
実施例1で得た感磁性キレート材料0.2gを、9.1mmol/リットルのホウ酸水溶液50mlに添加し、20℃で3.5時間攪拌した後、磁石強度0.45Tの永久磁石を用いて固形分と母液を分離し、母液中に残存するホウ素を誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法により定量した。その結果、この感磁性キレート材料1gあたりのホウ素イオン吸着能は1.3mmolであることがわかった。また、ホウ素イオンを吸着した感磁性キレート材料は、1規定塩酸溶液により、吸着されたホウ素イオンが遊離され、再度ホウ素イオンの吸着に使用することが可能であることが確認できた。
<Boron ion adsorption capacity>
0.2 g of the magnetosensitive chelate material obtained in Example 1 was added to 50 ml of a 9.1 mmol / liter boric acid aqueous solution, stirred at 20 ° C. for 3.5 hours, and then a permanent magnet having a magnet strength of 0.45 T was used. The solid content and the mother liquor were separated, and boron remaining in the mother liquor was quantified by inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy. As a result, it was found that the boron ion adsorption capacity per 1 g of the magnetic chelate material was 1.3 mmol. It was also confirmed that the magnetically sensitive chelate material that adsorbed boron ions released the adsorbed boron ions with a 1 N hydrochloric acid solution and could be used again for the adsorption of boron ions.

同様にして、実施例2および5で得られた感磁性キレート材料の1gあたりのホウ素イオン吸着能を求めたところ、各々0.6mmol、1.3mmolであった。また、ホウ素イオンを吸着した感磁性キレート材料は、1規定塩酸溶液により、吸着されたホウ素イオンが遊離され、再度ホウ素イオンの吸着に使用することが可能であることが確認できた。   Similarly, the boron ion adsorption capacity per gram of the magnetically sensitive chelate material obtained in Examples 2 and 5 was determined to be 0.6 mmol and 1.3 mmol, respectively. It was also confirmed that the magnetically sensitive chelate material that adsorbed boron ions released the adsorbed boron ions with a 1 N hydrochloric acid solution and could be used again for the adsorption of boron ions.

比較例2のキレート材料0.2gを用いて、ホウ素イオン吸着能を測定した。ただし、固形分と母液の分離は濾紙を用いる濾過によった。このキレート材料1gあたりのホウ素イオン吸着能は0.9mmolであることがわかった。   Boron ion adsorption ability was measured using 0.2 g of the chelate material of Comparative Example 2. However, the solid content and the mother liquor were separated by filtration using filter paper. It was found that the boron ion adsorption capacity per 1 g of this chelate material was 0.9 mmol.

<銅イオン吸着能>
実施例3で得た感磁性キレート材料0.2gを、9.1mmol/リットルの硫酸第二銅水溶液50mlに添加し、20℃で3.5時間攪拌した後、磁石強度0.45Tの永久磁石を用いて固形分と母液を分離し、母液中に残存する銅イオンを誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法により定量した。その結果、この感磁性キレート材料1gあたりの銅イオン吸着能は0.8mmolであることがわかった。また、同様に実施例4で得られた感磁性キレート材料の1gあたりの銅イオン吸着能を求めたところ、0.2mmolであった。
<Copper ion adsorption capacity>
0.2 g of the magnetosensitive chelate material obtained in Example 3 was added to 50 ml of an aqueous 9.1 mmol / liter cupric sulfate solution, stirred at 20 ° C. for 3.5 hours, and then a permanent magnet having a magnet strength of 0.45 T. Was used to separate solids and mother liquor, and the copper ions remaining in the mother liquor were quantified by inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy. As a result, it was found that the copper ion adsorption capacity per 1 g of the magnetic chelate material was 0.8 mmol. Similarly, the copper ion adsorption capacity per gram of the magnetosensitive chelate material obtained in Example 4 was determined to be 0.2 mmol.

(比較例3)
比較例3のキレート材料0.2gを用いて、銅イオン吸着能を測定した。ただし、固形分と母液の分離は濾紙を用いる濾過によった。このキレート材料1gあたりの銅イオン吸着能は0.6mmolであることがわかった。
(Comparative Example 3)
Copper ion adsorption ability was measured using 0.2 g of the chelate material of Comparative Example 3. However, the solid content and the mother liquor were separated by filtration using filter paper. It was found that the copper ion adsorption capacity per 1 g of this chelate material was 0.6 mmol.

実施例1〜5と比較例1の結果から、本発明の感磁性キレート材料は、不安定な酸ハロゲン化物等を必要とすることなく、安全な方法により製造することができる。また、実施例1〜5と比較例1〜3との比較から、永久磁石により容易に分離でき、精製もまた容易であることがわかる。また、実施例1、5と比較例2は、ホウ素イオンに対するキレート基としてN−メチルグルカミンから誘導される基を有しており、実施例3と比較例3は、銅イオンに対するキレート基としてイミノジ酢酸から誘導される基を有しているが、いずれの組み合わせにおいても、本発明の実施例の方がその金属イオンに対して比較例より高い吸着能を示していることがわかる。   From the results of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, the magnetosensitive chelate material of the present invention can be produced by a safe method without requiring an unstable acid halide or the like. Moreover, it turns out that it can isolate | separate easily with a permanent magnet from the comparison with Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3, and refinement | purification is also easy. In addition, Examples 1 and 5 and Comparative Example 2 have a group derived from N-methylglucamine as a chelating group for boron ion, and Example 3 and Comparative Example 3 have a chelating group for copper ion. Although it has a group derived from iminodiacetic acid, it can be seen that in any combination, the example of the present invention shows higher adsorption ability for the metal ion than the comparative example.

実施例1と2の感磁性キレート材料を比較すると、キレート基としてN−メチルグルカミンから誘導される基が半金属の代表種であるホウ素イオンに対して高い吸着能を示すので好ましいことがわかる。また、実施例3と4を比較すると、キレート基としてイミノジ酢酸から誘導される基が、重金属の代表種である銅イオンに対して高い吸着能を示すので好ましいことがわかる。   Comparing the magnetically sensitive chelate materials of Examples 1 and 2, it can be seen that a group derived from N-methylglucamine as a chelate group is preferable because it exhibits a high adsorbing ability for boron ions, which are a representative metalloid species. . Further, when Examples 3 and 4 are compared, it can be seen that a group derived from iminodiacetic acid as a chelate group is preferable because it exhibits a high adsorbing ability for copper ions, which are representative species of heavy metals.

Claims (2)

磁性粒子内包マイクロカプセルからなる感磁性キレート材料において、マイクロカプセルの皮膜がin situ重合法によって製造され、かつ、皮膜表面がキレート基を有する重合体側鎖を有することを特徴とする感磁性キレート材料。   A magnetosensitive chelate material comprising microcapsules encapsulating magnetic particles, wherein the microcapsule film is produced by an in situ polymerization method, and the film surface has a polymer side chain having a chelate group. 該キレート基が、イミノジ酢酸から誘導される基またはN−メチルグルカミンから誘導される基である請求項1記載の感磁性キレート材料。   The magnetosensitive chelate material according to claim 1, wherein the chelate group is a group derived from iminodiacetic acid or a group derived from N-methylglucamine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108047361A (en) * 2018-01-04 2018-05-18 江苏省环境科学研究院 A kind of Properties of Magnetic Chelating Resins, its preparation method and its application in combined pollution water body purification
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