JP2013011562A - Processing method of waste liquid containing metal atom, and adsorbent - Google Patents

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忠正 藤村
Kazuko Matsumoto
和子 松本
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英生 池田
Shigeru Shiozaki
茂 塩崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a processing method in which metal atoms can be efficiently removed from waste liquid by using an adsorbent having high adsorption capacity for the metal atoms, especially radioactive metal atoms and a coagulant capable of settling the adsorbent at high yield.SOLUTION: A processing method for removing and recovering metal atoms from waste liquid includes the steps of: adding and mixing diamond fine particles or carbon nano-tubes to the waste liquid; and adding a coagulant to the waste liquid obtained by adding and mixing the diamond fine particles or the carbon nano-tubes.

Description

本発明は、金属原子、特にセシウム、ストロンチウム、プルトニウム等の放射性元素を含有する廃液から、前記金属原子を吸着除去することにより廃液を処理する方法、及び前記処理方法で用いる吸着剤に関し、詳しくは、ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブによる前記金属原子の吸着工程、及び凝集剤による凝集工程からなる廃液処理方法、及び前記ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブからなる吸着剤に関する。   The present invention relates to a method for treating a waste liquid by adsorbing and removing the metal atoms from a waste liquid containing a radioactive element such as a metal atom, particularly cesium, strontium, plutonium, and the adsorbent used in the treatment method. The present invention also relates to a waste liquid treatment method comprising an adsorption step of the metal atoms by diamond fine particles and / or carbon nanotubes, and an aggregation step by an aggregating agent, and an adsorbent comprising the diamond fine particles and / or carbon nanotubes.

原子力発電所、使用済み核燃料の再処理工場等の原子力施設では、種々の放射性物質を含む廃液が発生する。放射性廃液は、蒸発濃縮、イオン交換、凝集沈殿等の操作によって放射性物質と水に分けられ、放射性物質が充分に除去された水は放出され、濃縮された放射性物質はガラス固化、アスフアルト固化等の方法によって固定され、保管される。   In nuclear facilities such as nuclear power plants and spent nuclear fuel reprocessing plants, waste liquids containing various radioactive substances are generated. The radioactive liquid waste is separated into radioactive material and water by operations such as evaporation, ion exchange, and coagulation sedimentation. Water from which the radioactive material has been sufficiently removed is released, and the concentrated radioactive material is subjected to vitrification, asphalt solidification, etc. Fixed and stored by method.

これらの方法の中で、蒸発濃縮法は水と放射性物質を分離する効率、すなわち、除染効率は非常に高いが、蒸発設備の建設コスト及び運転コストが高く、また蒸発缶の材料が腐食しやすい等の欠点がある。一方、イオン交換樹脂法や凝集沈殿法は、設備の建設コスト及び運転コストは小さいが、除染効率が低いといった欠点がある。   Among these methods, the evaporative concentration method is very efficient in separating water and radioactive materials, that is, decontamination efficiency, but the construction cost and operation cost of the evaporation equipment are high, and the material of the evaporator is corroded. There are disadvantages such as easy. On the other hand, the ion exchange resin method and the coagulation sedimentation method have the disadvantage that the decontamination efficiency is low, although the construction cost and operation cost of the equipment are small.

放射性廃液には通常、核燃料物質の抽出剤の洗浄に用いられたナトリウム塩が混入するため、蒸発濃縮法では硝酸ナトリウム等のナトリウム塩が釜残中に析出して濃縮倍率が上がらないといった問題があり、イオン交換樹脂法では、硝酸ソーダの濃度が高くなることによりセシウム等の一価の陽イオンの吸着量が低下し、除染効率が低下するといった問題があり、凝集沈殿法では硝酸ソーダの存在により除染係数が低下するといった問題がある。   The radioactive waste liquid usually contains sodium salt used to clean the nuclear fuel material extractant, so the evaporation concentration method has a problem that sodium salt such as sodium nitrate precipitates in the residue of the kettle and the concentration rate does not increase. In the ion exchange resin method, there is a problem that the adsorption amount of monovalent cations such as cesium decreases due to the high concentration of sodium nitrate and the decontamination efficiency decreases. There exists a problem that a decontamination coefficient falls by existence.

廃液中の放射性物質には、水酸化物として溶解度の小さいルテニウム、ジルコニウム等の重金属、及び水酸化物として溶解度の高いセシウム、ストロンチウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属等、種々の元素が含まれている。これらの中でルテニウム、ジルコニウム等の重金属は、液性をアルカリ性にすることによって水酸化物として、また、水酸化鉄等との共沈によって析出させ、除去する凝集沈殿法が有効だが、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の除去は非常に困難である。   Radioactive substances in the waste liquid include various elements such as ruthenium and zirconium, which have low solubility as hydroxides, alkali metals such as cesium and strontium, which have high solubility as hydroxides, and alkaline earth metals. ing. Of these, heavy metals such as ruthenium and zirconium are effective by the coagulation precipitation method, in which the liquidity is made alkaline and precipitated by coprecipitation with iron hydroxide and the like. In addition, it is very difficult to remove alkaline earth metals.

アルカリ金属、アルカリ土類金属等の除去法としては、イオン交換体による方法が広く検討されている。ストロンチウム等のアルカリ土類金属及びウラン等の吸着体としては、チタン酸が知られており、例えば、特開昭57-140644号(特許文献1)に示されるような、チタン酸の表面積を非常に大きくして吸着能力を向上させると同時に吸着体としての取り扱い性等を改良した、チタン酸とアクリロニトリル系重合体の複合吸着体成型物が有効である。   As a method for removing alkali metals, alkaline earth metals and the like, an ion exchanger method has been widely studied. As an adsorbent for alkaline earth metals such as strontium and uranium, titanic acid is known. For example, the surface area of titanic acid as shown in JP-A-57-140644 (Patent Document 1) is extremely high. A composite adsorbent molded product of titanic acid and an acrylonitrile-based polymer, which improves the adsorbing capacity by improving the handleability and at the same time, is effective.

またセシウム等のアルカリ金属を吸着除去するためには、ゼオライト、フェロシアン化金属塩等が知られており、特にフェロシアン化金属塩はゼオライトと比較して吸着能力が高く、セシウムに対する選択性が高い点で優れた吸着剤である。しかしながら、フェロシアン化金属塩は、コロイド状物又はスライム(泥状物)となったり、非常に微細な粒子となったりするため、極めて沈降し難く、濾過性が悪い。このため、セシウムを吸着させた後に、吸着物を分離することが困難であり除去効率の低下を招いてしまう。   Also, zeolites and ferrocyanide metal salts are known for adsorbing and removing alkali metals such as cesium. In particular, ferrocyanide metal salts have a higher adsorption capacity than zeolite, and have selectivity for cesium. The adsorbent is excellent in terms of high points. However, since the metal ferrocyanide salt becomes a colloid or a slime (mud) or very fine particles, it is very difficult to settle and has poor filterability. For this reason, after adsorbing cesium, it is difficult to separate the adsorbate, resulting in a decrease in removal efficiency.

これらの問題を解決するために、特開昭63-130137号(特許文献2)は、フェロシアン化金属塩をチタン酸に担持してなるフェロシアン化金属塩・チタン酸複合吸着剤を開示しており、特開平1-15134号(特許文献3)は、アクリル繊維に一般式 K2M(II)[Fe(CN)6] [ただし、M(II)は2価の金属を表す。]で表されるフェロシアン酸塩化合物を担持してなる吸着材及び粒状又は繊維状のキレート樹脂の組合せからなる放射性核種等重金属捕集材を開示しており、さらに特開平2-207839号(特許文献4)は、水に難溶なフェロシアン化金属化合物を活性炭の細孔内に沈着させた可燃性セシウム吸着剤を開示している。 In order to solve these problems, Japanese Patent Laid-Open No. 63-130137 (Patent Document 2) discloses a ferrocyanide metal salt / titanate composite adsorbent obtained by supporting a ferrocyanide metal salt on titanic acid. Japanese Patent Laid-Open No. 1-15134 (Patent Document 3) discloses an acrylic fiber having the general formula K 2 M (II) [Fe (CN) 6 ] [where M (II) represents a divalent metal. And a heavy metal trapping material such as a radionuclide comprising a combination of an adsorbent carrying a ferrocyanate compound and a granular or fibrous chelate resin, and further disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-207839 ( Patent Document 4) discloses a combustible cesium adsorbent in which a metal ferrocyanide compound hardly soluble in water is deposited in the pores of activated carbon.

しかしながら、特許文献2〜4に記載の複合吸着剤はフェロシアン化金属塩の担持量が十分ではなく、セシウムの除去能力が低いという問題があり、例えば担持量を増加させるために、単体を微細化していくと金属原子を吸着後の複合吸着剤の沈降性が悪くなってしまい、特に放射性物質の処理に使用する吸着剤としては改良が望まれている。   However, the composite adsorbents described in Patent Documents 2 to 4 have a problem that the supported amount of the metal ferrocyanide is not sufficient and the ability to remove cesium is low. For example, in order to increase the supported amount, As the amount of the adsorbent increases, the sedimentation property of the composite adsorbent after adsorption of metal atoms deteriorates, and improvement is particularly desired as an adsorbent used for the treatment of radioactive substances.

特開昭57-140644号公報JP-A-57-140644 特開昭63-130137号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-130137 特開平1-15134号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-15134 特開平2-207839号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-207839

従って、本発明の目的は、金属原子、特に放射性金属原子に対する吸着能力が高い吸着剤と、その吸着剤を収率よく沈降させることのできる凝集剤とを使用することにより、廃液から前記金属原子を効率よく除去することのできる処理方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to use an adsorbent having a high adsorption capacity for metal atoms, particularly radioactive metal atoms, and an aggregating agent capable of precipitating the adsorbent in a high yield, so that the metal atoms are removed from a waste liquid. It is an object of the present invention to provide a processing method that can efficiently remove the water.

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブが、金属原子、特にセシウム、ストロンチウム等の吸着能力に優れていること、及び無機凝集剤及び/又は有機高分子凝集剤が、前記ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブの沈降を著しく促進することを見出し、本発明に想到した。   As a result of intensive studies in view of the above object, the present inventors have found that diamond fine particles and / or carbon nanotubes are excellent in adsorption ability for metal atoms, particularly cesium, strontium, etc., inorganic flocculants and / or organic high The present inventors have found that a molecular flocculant significantly accelerates the precipitation of the diamond fine particles and / or carbon nanotubes, and arrived at the present invention.

すなわち、本発明の廃液処理方法は、廃液中から金属原子を除去及び回収する方法であって、前記廃液に、ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブを添加混合する工程、及び前記ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブを添加混合した廃液に、凝集剤を添加する工程を有することを特徴とする。   That is, the waste liquid treatment method of the present invention is a method for removing and recovering metal atoms from the waste liquid, the step of adding diamond fine particles and / or carbon nanotubes to the waste liquid, and the diamond fine particles and / or carbon. It has the process of adding a flocculant to the waste liquid which added and mixed the nanotube, It is characterized by the above-mentioned.

前記凝集剤は、無機凝集剤及び/又は有機高分子凝集剤であるのが好ましい。   The flocculant is preferably an inorganic flocculant and / or an organic polymer flocculant.

前記無機凝集剤は、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄からなる群から選ばれた少なくとも一種であるのが好ましい。   The inorganic flocculant is preferably at least one selected from the group consisting of aluminum sulfate, aluminum chloride, polyaluminum chloride, ferric chloride, and polyferric sulfate.

前記有機高分子凝集剤は、カチオン性有機高分子凝集剤、アニオン性有機高分子凝集剤、ノニオン性有機高分子凝集剤、両イオン性有機高分子凝集剤からなる群から選ばれた少なくとも一種であるのが好ましい。   The organic polymer flocculant is at least one selected from the group consisting of cationic organic polymer flocculants, anionic organic polymer flocculants, nonionic organic polymer flocculants, and amphoteric organic polymer flocculants. Preferably there is.

前記凝集剤を添加する工程は、前記無機凝集剤及び/又は前記高分子凝集剤を添加混合した後に、さらに前記高分子凝集剤を添加混合する工程からなるのが好ましい。   The step of adding the flocculant preferably comprises a step of adding and mixing the polymer flocculant after adding and mixing the inorganic flocculant and / or the polymer flocculant.

前記ダイヤモンド微粒子は、爆射法で得られたものであるのが好ましい。   The diamond fine particles are preferably obtained by an explosion method.

前記ダイヤモンド微粒子は、酸化処理により表面を親水化したものであるのが好ましい。   The diamond fine particles are preferably those obtained by hydrophilizing the surface by oxidation treatment.

前記ダイヤモンド微粒子は、2.55〜3.48 g/cm3の比重を有するのが好ましい。 The diamond fine particles preferably have a specific gravity of 2.55 to 3.48 g / cm 3 .

前記カーボンナノチューブは、カップスタック型であるのが好ましい。   The carbon nanotube is preferably a cup stack type.

本発明の吸着剤は、ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブからなる。   The adsorbent of the present invention comprises diamond fine particles and / or carbon nanotubes.

本発明の廃液処理方法は、廃液中の金属原子、特にセシウム、ストロンチウム等のアルカリ金属及びアルカリ土類金属を選択的に除去することが可能なので、放射性物質を含有する廃液から放射性セシウム、ストロンチウム等を除去するのに好適である。   The waste liquid treatment method of the present invention can selectively remove metal atoms, particularly alkali metals such as cesium and strontium and alkaline earth metals in the waste liquid, so that radioactive cesium, strontium, etc. from the waste liquid containing radioactive substances It is suitable for removing.

ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブからなる吸着剤は、表面積が大きく、多くの官能基を有するので、廃液中の金属原子を効率良く除去及び回収することができる。   Since the adsorbent composed of diamond fine particles and / or carbon nanotubes has a large surface area and has many functional groups, metal atoms in the waste liquid can be efficiently removed and recovered.

爆射法によりダイヤモンド微粒子を合成する際に使用する氷の容器の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the container of the ice used when synthesize | combining a diamond microparticle by an explosion method.

[1]廃液処理方法
本発明の廃液処理方法は、廃液中の金属原子を除去及び回収するものであり、吸着剤として、ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブを用いて廃液中の金属原子を吸着させた後、廃液中に凝集剤を添加することにより、前記金属原子が吸着した前記ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブを沈降させ、その沈降物を回収する方法である。
[1] Waste liquid treatment method The waste liquid treatment method of the present invention removes and recovers metal atoms in the waste liquid, and adsorbs metal atoms in the waste liquid using diamond fine particles and / or carbon nanotubes as an adsorbent. After that, by adding a flocculant to the waste liquid, the diamond fine particles and / or carbon nanotubes adsorbed with the metal atoms are settled, and the sediment is recovered.

前記ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブは、金属原子、特にセシウム、ストロンチウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属を選択的に吸着することができるので、本発明の廃液処理方法は、例えば放射性物質を含有する廃液から、放射性セシウム、放射性ストロンチウムを除去回収するのに有効である。   Since the diamond fine particles and / or carbon nanotubes can selectively adsorb metal atoms, particularly alkali metals such as cesium and strontium and alkaline earth metals, the waste liquid treatment method of the present invention contains, for example, a radioactive substance. It is effective for removing and recovering radioactive cesium and radioactive strontium from waste liquids.

前記ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブの、金属原子を含む廃液への添加量は、廃液中に含まれるセシウム、ストロンチウム等の金属原子の量によるが、廃液1L当たり0.01 g以上であるのが好ましく、0.1 g以上であるのがより好ましく、1 g以上であるのが最も好ましい。上限は特に設ける必要はないが、実用的には、廃液1 L当たり50 g程度である。前記ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブを添加後、充分に攪拌し1時間以上放置するのが好ましく、5時間以上放置するのがより好ましく、24時間以上放置するのが最も好ましい。   The amount of diamond fine particles and / or carbon nanotubes added to the waste liquid containing metal atoms depends on the amount of metal atoms such as cesium and strontium contained in the waste liquid, but is preferably 0.01 g or more per liter of the waste liquid. More preferably, it is 0.1 g or more, and most preferably 1 g or more. The upper limit is not particularly required, but practically it is about 50 g per liter of waste liquid. After the addition of the diamond fine particles and / or carbon nanotubes, it is preferably sufficiently stirred and allowed to stand for 1 hour or longer, more preferably 5 hours or longer, and most preferably 24 hours or longer.

前記金属原子を吸着させたダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブは、濾過、デカンテーション等の方法により廃液から除去することができるが、凝集剤を添加することにより、速やかに凝集及び固化させることができる。   The diamond fine particles and / or carbon nanotubes adsorbed with the metal atoms can be removed from the waste liquid by a method such as filtration or decantation, but can be rapidly aggregated and solidified by adding a flocculant. .

凝集剤の添加量は、特に限定されず、廃液中の金属原子を十分凝集沈殿できる量であればよい。なお、十分な凝集沈殿とは、添加したダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブの99%以上が沈殿したことを意味する。従って、実際にはこのような除去効率を達成するように適宜凝集剤添加量を調整すればよいが、例えばアニオン系凝集剤を用いる場合、廃液中に添加したダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブ量に対して凝集剤を0.1〜10%程度添加すれば十分に凝集沈殿させることができる。   The amount of the flocculant added is not particularly limited as long as the metal atom in the waste liquid can be sufficiently aggregated and precipitated. In addition, sufficient aggregation precipitation means that 99% or more of the added diamond fine particles and / or carbon nanotubes are precipitated. Therefore, in practice, the amount of flocculant added may be adjusted as appropriate to achieve such removal efficiency. For example, when an anionic flocculant is used, the amount of diamond fine particles and / or carbon nanotubes added to the waste liquid is reduced. On the other hand, if about 0.1 to 10% of a flocculant is added, sufficient aggregation and precipitation can be achieved.

凝集剤を添加した廃液から効率的に凝集物を分離するための方法としては、濾過、デカンテーション、遠心分離、不織布等に吸着させる方法等があるが、取り扱いの簡便さから濾過又はデカンテーションが好ましい。凝集剤を添加した後一定時間静置することで、凝集物が処理槽底面に沈殿するので、上澄みを濾過するか、デカンテーションにより除去する。デカンテーションは、ドレンバルブからの抜き出しや、ポンプによる吸引や吸い上げ、サイホン等の利用、処理槽そのものを傾斜させて壁面上端からの排出等の方法が用いられる。さらには不織布をフィルターとして使用しての自然濾過が濾過後の取り扱いに優れておりより好ましい。不織布は、レーヨン、ポリエステル、ポリプロピレン等からなるものが好ましく用いられるが、これらに限定されるものではない。   As a method for efficiently separating the aggregate from the waste liquid to which the flocculant has been added, there are filtration, decantation, centrifugation, a method of adsorbing to a non-woven fabric, etc., but filtration or decantation is easy for handling. preferable. By allowing the flocculant to stand for a certain period of time after adding the flocculant, the flocculent precipitates on the bottom of the treatment tank, so the supernatant is filtered or removed by decantation. For decantation, methods such as extraction from a drain valve, suction or suction by a pump, use of a siphon, etc., or tilting the treatment tank itself and discharging from the upper end of the wall surface are used. Furthermore, natural filtration using a nonwoven fabric as a filter is more preferable because it is excellent in handling after filtration. The nonwoven fabric is preferably made of rayon, polyester, polypropylene or the like, but is not limited thereto.

凝集剤の使用方法としては、無機凝集剤及び有機高分子凝集剤を併用して用いる方法が好ましい。無機凝集剤のみでは、凝集によって生じたコロイド粒子の機械的強度があまり大きくなく、粒子の大きさや沈降速度に限界がある。有機高分子凝集剤を併用することにより、粒子の結合力を強め、粒径が大きく沈降速度の大きい粗大粒子(フロック)が得られる。   As a method for using the flocculant, a method in which an inorganic flocculant and an organic polymer flocculant are used in combination is preferable. Only with the inorganic flocculant, the mechanical strength of the colloidal particles generated by the aggregation is not so large, and there is a limit to the size and settling speed of the particles. By using the organic polymer flocculant in combination, coarse particles (floc) having a large particle size and a high sedimentation speed can be obtained.

無機凝集剤としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、臭化ナトリウム、塩化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウム(硫酸バンド)、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、ポリ硫酸第二鉄、その他一般の水処理で用いられている多価金属塩等を用いることができ、中でも硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄及びポリ硫酸第二鉄が好ましい。これらの無機凝集剤を1種又は2種以上組合せて使用する。   Examples of inorganic flocculants include sodium chloride, potassium chloride, sodium bromide, calcium chloride, sodium sulfate, aluminum sulfate (sulfate band), aluminum chloride, polyaluminum chloride, ferric chloride, ferrous sulfate, and polysulfate Iron and other polyvalent metal salts used in general water treatment can be used, and among them, aluminum sulfate, aluminum chloride, polyaluminum chloride, ferric chloride and polyferric sulfate are preferable. These inorganic flocculants are used alone or in combination.

有機高分子凝集剤は、カチオン性有機高分子凝集剤、アニオン性有機高分子凝集剤、ノニオン性有機高分子凝集剤、両イオン性有機高分子凝集剤の中から選択して使用するのが好ましく、特にカチオン性有機高分子凝集剤とアニオン性有機高分子凝集剤との併用、又は両イオン性有機高分子凝集剤が好ましい。   The organic polymer flocculant is preferably selected from cationic organic polymer flocculants, anionic organic polymer flocculants, nonionic organic polymer flocculants, and amphoteric organic polymer flocculants. In particular, a combination of a cationic organic polymer flocculant and an anionic organic polymer flocculant, or an amphoteric organic polymer flocculant is preferred.

カチオン性有機高分子凝集剤としては、ポリエチレンイミン、ハロゲン化ポリジアリルアンモニウム、水溶性アニリン樹脂、ポリチオ尿素、ポリアクリルアミドにホルマリンとアミン類で変成したポリアクリルアミドのカチオン化変成物、カチオン性ビニルラクタム−アクリルアミド共重合体、ジアリルアンモニウムハロゲン化物の環化重合物、イソブチレンと無水マレイン酸との共重合物にジアミンを反応させた共重合体、ビニルイミダゾリン重合体、ジアルキルアミノエチルアクリレートの重合体、アルキレンジクロライドとアルキレンポリアミンとの重縮合物、ジシアンジアミドとホルマリンとの重縮合物、アニリンとホルマリンとの重縮合物、アミン類とエピクロヒドリンとの共重合体、アンモニアとエピクロヒドリンとの共重合体、アミン類とアスパラギン酸との共重合体、第4級アンモニウム塩を側鎖に有するアクリルポリマー等が挙げられる。   Examples of cationic organic polymer flocculants include polyethyleneimine, halogenated polydiallylammonium, water-soluble aniline resin, polythiourea, polyacrylamide cation-modified products modified with formalin and amines, and cationic vinyl lactams. Acrylamide copolymer, cyclized polymer of diallylammonium halide, copolymer obtained by reacting diamine with copolymer of isobutylene and maleic anhydride, vinyl imidazoline polymer, polymer of dialkylaminoethyl acrylate, alkylene dichloride Condensation product of olefin and alkylenepolyamine, polycondensation product of dicyandiamide and formalin, polycondensation product of aniline and formalin, copolymer of amines and epichlorohydrin, copolymer of ammonia and epichlorohydrin Copolymers of amines with aspartic acid, acrylic polymers, and the like having a quaternary ammonium salt in the side chain.

前記アミン類としては、メチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、メトキシプロピルアミン、ブツルアミン、アミルアミン、アリルアミン、ヘキシルアミン、カプリルアミン、ラウリルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、モノメチルアミノプロピルアミン、ベンジルアミン、ピペリジン、ピロリジン等のアルキル及び環状アミン類、ポリエチレンポリアミン類、アミノプロピルエタノールアミン、メチルイミノビスプロピルアミン、モノメチルアミノプロピルアミン、ジアルキルアミノプロピルアミン、ヒドロキシエチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノエチルアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等が挙げられる。   Examples of the amines include methylamine, ethylamine, n-propylamine, isopropylamine, methoxypropylamine, butylamine, amylamine, allylamine, hexylamine, caprylamine, laurylamine, stearylamine, oleylamine, monomethylaminopropylamine, and benzylamine. Alkylamines and cyclic amines such as piperidine and pyrrolidine, polyethylenepolyamines, aminopropylethanolamine, methyliminobispropylamine, monomethylaminopropylamine, dialkylaminopropylamine, hydroxyethylaminopropylamine, diethylaminoethylamine, tetramethylenediamine, Examples include hexamethylene diamine.

アニオン性有機高分子凝集剤としては、ポリアクリル酸ナトリウム、マレイン酸共重合物、ポリアクリルアミドの部分加水分解物、ポリアクリルアミド-アクリル酸共重合体、部分スルホメチル化ポリアクリルアミド等が挙げられる。   Examples of the anionic organic polymer flocculant include sodium polyacrylate, maleic acid copolymer, partially hydrolyzed polyacrylamide, polyacrylamide-acrylic acid copolymer, and partially sulfomethylated polyacrylamide.

ノニオン性有機高分子凝集剤としては、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、尿素−ホルマリン樹脂、ポリアミノアルキルメタクリレート、キトサン等が挙げられる。   Nonionic organic polymer flocculants include polyacrylamide, polyethylene oxide, urea-formalin resin, polyaminoalkyl methacrylate, chitosan, and the like.

両イオン性有機高分子凝集剤は、1つの分子中にカチオン性基及びアニオン性基を有する高分子凝集剤である。カチオン性基としては、第3級アミン、その中和塩、4級塩等、アニオン性基としては、カルボキシル基、スルホン基又はこれらの塩等が挙げられる。特にカルボキシル基を有する両性系高分子凝集剤が好ましい。また、これらのイオン性成分の他にノニオン性成分が含まれていてもよい。より具体的には、アニオン性のモノマー単位として、アクリル酸、メタクリル酸、又はこれらのアルカリ金属塩等が挙げられる。カチオン性のモノマー単位としては、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、アリルジメチルアミン若しくはこれらの中和塩、4級塩等が挙げられる。ノニオン性のモノマー単位としては、(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。   The amphoteric organic polymer flocculant is a polymer flocculant having a cationic group and an anionic group in one molecule. Examples of cationic groups include tertiary amines, neutralized salts thereof, and quaternary salts. Examples of anionic groups include carboxyl groups, sulfone groups, and salts thereof. In particular, amphoteric polymer flocculants having a carboxyl group are preferred. In addition to these ionic components, a nonionic component may be contained. More specifically, examples of the anionic monomer unit include acrylic acid, methacrylic acid, and alkali metal salts thereof. Cationic monomer units include dimethylaminoethyl (meth) acrylate, diethylaminoethyl (meth) acrylate, dimethylaminopropyl (meth) acrylamide, diethylaminopropyl (meth) acrylamide, allyl dimethylamine or neutralized salts thereof, quaternary Examples include salts. Nonionic monomer units include (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide, N, N-diethyl (meth) acrylamide and the like.

両イオン性有機高分子凝集剤としては、ジメチルアミノエチルアクリレート/アクリル酸/アクリルアミド共重合体、ジメチルアミノエチルメタクリレート/アクリル酸/アクリルアミド共重合体、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド塩酸塩/アクリル酸/アクリルアミド共重合体、ジメチルアミノエチルアクリレート/アクリル酸共重合体、アクリル酸ソーダ/アクリルアミド共重合体のマンニッヒ変性物等が好ましい。   Zwitterionic organic polymer flocculants include dimethylaminoethyl acrylate / acrylic acid / acrylamide copolymer, dimethylaminoethyl methacrylate / acrylic acid / acrylamide copolymer, dimethylaminopropylacrylamide hydrochloride / acrylic acid / acrylamide copolymer Preferred are a polymer, a Mannich modified product of dimethylaminoethyl acrylate / acrylic acid copolymer, sodium acrylate / acrylamide copolymer, and the like.

凝集剤の添加順序、添加方法は特に限定されないが、ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブ間の結合を強くしフロックを粗大化させるためには、(a)無機凝集剤及びカチオン性有機高分子凝集剤を添加し撹拌混合後、さらにアニオン性有機高分子凝集剤を添加し撹拌混合する方法、(b)無機凝集剤、カチオン性有機高分子凝集剤及びアニオン性有機高分子凝集剤を添加し撹拌混合後、さらにアニオン性有機高分子凝集剤を添加し撹拌混合する方法、(c)無機凝集剤を添加し撹拌混合後、カチオン性有機高分子凝集剤及びアニオン性有機高分子凝集剤を添加し撹拌混合する方法、(d)無機凝集剤を添加し撹拌混合後、両イオン性有機高分子凝集剤を添加し撹拌混合する方法、(e)無機凝集剤及び両イオン性有機高分子凝集剤を添加し撹拌混合後、さらに両イオン性有機高分子凝集剤を添加し撹拌混合する方法等が好ましく用いられる。凝集剤の添加方法は上記の方法に限定されず、様々な組合せが考えられ、廃液の種類によって適宜選択するのが好ましい。   The order of addition and the addition method of the flocculant are not particularly limited, but in order to strengthen the bond between diamond fine particles and / or carbon nanotubes and coarsen the floc, (a) an inorganic flocculant and a cationic organic polymer flocculant And then stirring and mixing, then adding an anionic organic polymer flocculant and stirring and mixing, (b) adding inorganic flocculant, cationic organic polymer flocculant and anionic organic polymer flocculant and stirring and mixing After that, a method of further adding an anionic organic polymer flocculant and stirring and mixing, (c) adding an inorganic flocculant and stirring and mixing, then adding a cationic organic polymer flocculant and an anionic organic polymer flocculant and stirring Method of mixing, (d) After adding inorganic flocculant and stirring and mixing, adding amphoteric organic polymer flocculant and stirring and mixing, (e) Adding inorganic flocculant and amphoteric organic polymer flocculant Stirring and mixing After the method and the like are preferably used for further mixing and stirring were added both ionic organic polymer flocculant. The method for adding the flocculant is not limited to the above-described method, and various combinations are conceivable, and it is preferable to select the method appropriately depending on the type of waste liquid.

カチオン性有機高分子凝集剤又はアニオン性高分子凝集剤を使用する場合、前記高分子凝集剤を効果的に働かせるため、それらを添加する前に廃液を、それぞれの高分子凝集剤に応じてpH調節するのが好ましい。カチオン性有機高分子凝集剤を用いる場合、弱酸性に、アニオン性高分子凝集剤を用いる場合、弱アルカリ性に、調製することにより、凝集剤の凝集沈殿効果を高めることができ、凝集剤の添加量も低減できる。また、カチオン性有機高分子凝集剤及びアニオン性高分子凝集剤を併用する場合、両イオン性有機高分子凝集剤を使用する場合は、中性付近のpHに調節するのが好ましい。特に、無機凝集剤を添加した後は、pHが大きく酸性側又はアルカリ性側によっていることがあるので、有機高分子凝集剤の凝集効率を高めるため、pH調節を行うのが好ましい。   When using a cationic organic polymer flocculant or an anionic polymer flocculant, in order to make the polymer flocculant work effectively, the waste liquid is added to the pH according to each polymer flocculant before adding them. It is preferable to adjust. When a cationic organic polymer flocculant is used, it is weakly acidic. When an anionic polymer flocculant is used, it is weakly alkaline. The amount can also be reduced. Moreover, when using together a cationic organic polymer flocculant and an anionic polymer flocculant, when using an amphoteric organic polymer flocculant, it is preferable to adjust to pH near neutrality. In particular, after adding the inorganic flocculant, the pH is large and may be on the acidic side or the alkaline side. Therefore, it is preferable to adjust the pH in order to increase the aggregation efficiency of the organic polymer flocculant.

無機凝集剤及び有機高分子凝集剤を併用して用いる場合、凝集剤の添加量は、廃液量に対してそれぞれ無機凝集剤(無水分基準)が10〜1000 mg/L好ましくは20〜500 mg/L、カチオン性有機高分子凝集剤が5〜100 mg/L好ましくは10〜50 mg/L、アニオン性有機高分子凝集剤が2〜50 mg/L好ましくは5〜30 mg/L、両イオン性有機高分子凝集剤が5〜100 mg/L好ましくは10〜50 mg/L添加である。   When an inorganic flocculant and an organic polymer flocculant are used in combination, the amount of flocculant added is 10 to 1000 mg / L, preferably 20 to 500 mg, of inorganic flocculant (anhydrous basis) based on the amount of waste liquid. / L, cationic organic polymer flocculant 5-100 mg / L, preferably 10-50 mg / L, anionic organic polymer flocculant 2-50 mg / L, preferably 5-30 mg / L, both The ionic organic polymer flocculant is added in an amount of 5 to 100 mg / L, preferably 10 to 50 mg / L.

ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブは、放射性セシウム、放射性ストロンチウム等の除去能力に優れているので、これを用いて廃液から放射性物質を除去する場合、あらかじめゼオライト等の既存の吸着剤で処理し、放射性物質をある程度除去した後、微量に残った放射性物質をダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブにより除去するのが好ましい。このように二段階で廃液を処理することにより、より効率よく放射性物質を除去することができる。   Diamond fine particles and / or carbon nanotubes are excellent in the removal ability of radioactive cesium, radioactive strontium, etc., so when removing radioactive substances from waste liquid using this, they are treated with existing adsorbents such as zeolite in advance. After removing the substance to some extent, the radioactive substance remaining in a trace amount is preferably removed with diamond fine particles and / or carbon nanotubes. By treating the waste liquid in two stages in this way, radioactive substances can be removed more efficiently.

[2] ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブ
本発明の方法において、ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブを金属原子の吸着剤として用いる。ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブは、高い比表面積を有し、その表面にカルボキシル基、スルホン酸基、水酸基等の官能基を有するため、金属元素の吸着能に優れている。従って、例えば放射性物質を含有する廃水(放射性廃水)から放射性セシウム(134Cs、137Cs等)、放射性ストロンチウムをさらに効率よく吸着除去することができる。
[2] Diamond fine particles and / or carbon nanotubes In the method of the present invention, diamond fine particles and / or carbon nanotubes are used as an adsorbent for metal atoms. Diamond fine particles and / or carbon nanotubes have a high specific surface area and a functional group such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a hydroxyl group on the surface thereof, and thus have an excellent ability to adsorb metal elements. Thus, for example, radioactive cesium from the waste water (radioactive waste) containing the radioactive material (134 Cs, 137 Cs, etc.), can be more efficiently adsorbing and removing radioactive strontium.

(1)ダイヤモンド微粒子及びカーボンナノチューブ
金属元素は、ダイヤモンド微粒子及びカーボンナノチューブ表面のカルボキシル基、スルホン酸基、水酸基等の官能基に吸着されるので、より多くの金属元素をダイヤモンド微粒子及びカーボンナノチューブ表面に吸着させるためには、酸化処理等の方法により表面をより多くのカルボキシル基、スルホン酸基、水酸基等の官能基で修飾(親水化)したダイヤモンド微粒子及びカーボンナノチューブを用いるのが好ましい。
(1) Diamond fine particles and carbon nanotubes Since metal elements are adsorbed to functional groups such as carboxyl groups, sulfonic acid groups, and hydroxyl groups on the surfaces of diamond fine particles and carbon nanotubes, more metal elements are adsorbed on the surfaces of diamond fine particles and carbon nanotubes. In order to adsorb, it is preferable to use diamond fine particles and carbon nanotubes whose surfaces are modified (hydrophilized) with more functional groups such as carboxyl groups, sulfonic acid groups, and hydroxyl groups by a method such as oxidation treatment.

ダイヤモンド微粒子及びカーボンナノチューブは、それぞれ単独で使用しても良いし、混合して使用しても良い。また他の吸着剤と混合して使用しても良い。ダイヤモンド微粒子及びカーボンナノチューブを混合して使用する他の吸着剤は、ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブの吸着除去性能を阻害しないものであればどのようなものを使用してもよい。ダイヤモンド微粒子及びカーボンナノチューブを併用する場合は、それらの混合比率はどのような値でも良いが、ダイヤモンド微粒子を過剰にするのが好ましい。   Diamond fine particles and carbon nanotubes may be used alone or in combination. Moreover, you may mix and use with another adsorbent. Any other adsorbent used by mixing diamond fine particles and carbon nanotubes may be used as long as it does not impair the adsorption and removal performance of diamond fine particles and / or carbon nanotubes. When diamond fine particles and carbon nanotubes are used in combination, their mixing ratio may be any value, but it is preferable to make diamond fine particles excessive.

(a) ダイヤモンド微粒子
ダイヤモンド微粒子としては、表面積が大きいこと、カルボキシル基、スルホン酸基、水酸基等の官能基が粒子表面に比較的多く存在すること、及び前記化学修飾の容易さから、爆射法で得られたナノダイヤモンドを用いるのが好ましい。爆射法で得られた未精製のナノダイヤモンドは、ナノサイズのダイヤモンド微粒子の表面をグラファイト系炭素が覆ったコア/シェル構造を有しており、このまま使用することも可能であるが、酸化処理を施すことにより粒子表面のグラファイトを一部除去するとともに、その表面をカルボキシル基、スルホン酸基、水酸基等の官能基で修飾して使用するのが好ましい。
(a) Diamond fine particles The diamond fine particles have a large surface area, a relatively large number of functional groups such as carboxyl groups, sulfonic acid groups, and hydroxyl groups are present on the particle surface, and are easy to perform the chemical modification. It is preferable to use the nanodiamond obtained in (1). The unpurified nanodiamond obtained by the blasting method has a core / shell structure in which the surface of nanosized diamond fine particles is covered with graphite-based carbon, and it can be used as it is. It is preferable to remove a portion of the graphite on the particle surface by applying and to modify the surface with a functional group such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, or a hydroxyl group.

未精製のナノダイヤモンドは、約2.55 g/cm3の比重を有し、200〜250 nm程度のメジアン径(動的光散乱法)を有する。この未精製のナノダイヤモンドを酸化処理することにより、粒子表面のグラファイト系炭素が除去され、ダイヤモンド含率の高いダイヤモンド微粒子が得られる。酸化処理することにより精製したダイヤモンド微粒子は2〜10 nm程度のダイヤモンドの一次粒子からなるメジアン径150〜250 nm程度の二次粒子である。本発明で使用するダイヤモンド微粒子は、その表面積を大きくするため、さらにメディア分散等の方法によりできるだけ凝集を解いて使用するのが好ましく、そのメジアン径は10〜200 nmであるのが好ましく、20〜150 nmであるのがより好ましい。 Unpurified nanodiamond has a specific gravity of about 2.55 g / cm 3 and a median diameter (dynamic light scattering method) of about 200 to 250 nm. By oxidizing this unpurified nanodiamond, the graphite-based carbon on the particle surface is removed, and diamond fine particles having a high diamond content can be obtained. The fine diamond particles purified by the oxidation treatment are secondary particles having a median diameter of about 150 to 250 nm made of primary particles of diamond of about 2 to 10 nm. In order to increase the surface area of the diamond fine particles used in the present invention, it is preferable that the diamond fine particles are further used by deaggregating as much as possible by a method such as media dispersion, and the median diameter is preferably 10 to 200 nm, preferably 20 to More preferably, it is 150 nm.

ダイヤモンド微粒子は、2.55〜3.48 g/cm3の比重を有するのが好ましい。ダイヤモンド微粒子の比重は、ナノダイヤモンドの精製度(グラファイト系炭素の除去率)に伴って増加するので、比重から粒子中のダイヤモンド含率(粒子表面に存在するグラファイト系炭素の量)を求めることができる。すなわち、比重が2.55 g/cm3の場合のダイヤモンド含率は24体積%、比重が3.48 g/cm3の場合のダイヤモンド含率は98体積%である。 The diamond fine particles preferably have a specific gravity of 2.55 to 3.48 g / cm 3 . Since the specific gravity of diamond fine particles increases with the degree of purification of nanodiamond (removal rate of graphite-based carbon), the diamond content (the amount of graphite-based carbon present on the particle surface) in the particle can be obtained from the specific gravity. it can. That is, when the specific gravity is 2.55 g / cm 3 , the diamond content is 24% by volume, and when the specific gravity is 3.48 g / cm 3 , the diamond content is 98% by volume.

ダイヤモンド微粒子の比重が2.55 g/cm3未満、すなわち酸化処理を行わない場合であっても、その表面にカルボキシル基、スルホン酸基、水酸基等の官能基を有しているが、さらに酸化処理を施すことによって、それらの数を増加させることができる。また過剰に酸化処理を施した場合、ナノダイヤモンドのシェル部分のグラファイト系炭素がほとんど除去されるため、逆にカルボキシル基、スルホン酸基、水酸基等の官能基が少なくなってしまう。その結果、セシウム等の金属原子を吸着する能力が不十分となる。従って比重は3.48 g/cm3を越えない程度であるのが好ましい。前記比重は、3.0 g/cm3(ダイヤモンド84体積%)以上3.46 g/cm3(ダイヤモンド97体積%)以下であるのがより好ましく、3.38 g/cm3(ダイヤモンド90体積%)以上3.45 g/cm3(ダイヤモンド96体積%)以下であるのが最も好ましい。なおナノダイヤモンド中のダイヤモンドの体積%は、ダイヤモンドの比重3.50 g/cm3及びグラファイトの比重2.25 g/cm3を用いて、ナノダイヤモンドの比重から算出した値である。 Even if the specific gravity of diamond fine particles is less than 2.55 g / cm 3 , that is, when oxidation treatment is not performed, the surface has functional groups such as carboxyl groups, sulfonic acid groups, hydroxyl groups, etc. By applying, the number of them can be increased. In addition, when excessive oxidation treatment is performed, graphite-based carbon in the shell portion of the nanodiamond is almost removed, and on the contrary, functional groups such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a hydroxyl group are reduced. As a result, the ability to adsorb metal atoms such as cesium becomes insufficient. Therefore, the specific gravity is preferably not more than 3.48 g / cm 3 . The specific gravity is more preferably 3.0 g / cm 3 (diamond 84 vol%) or more and 3.46 g / cm 3 (diamond 97 vol%) or less, 3.38 g / cm 3 (diamond 90 vol%) or more and 3.45 g / Most preferably, it is not more than cm 3 (96% by volume of diamond). The volume percentage of diamond in the nanodiamond is a value calculated from the specific gravity of the nanodiamond using the specific gravity of diamond of 3.50 g / cm 3 and the specific gravity of graphite of 2.25 g / cm 3 .

(b)カーボンナノチューブ
カーボンナノチューブは、グラファイトを筒状に巻いた形状で、1〜1500 nmの直径、及び数nmから1 mm程度の長さを有する炭素材料である。本発明で用いるカーボンナノチューブの形状は、特に限定されないが、直径1〜1000 nmが好ましく、5〜500 nmがより好ましく、10〜300 nmが最も好ましく、長さは10 nmから5 μmが好ましく、20 nmから1 μmがより好ましい。カーボンナノチューブには単層のもの、多層構造になったもの、カップスタック状のもの等があるが、本発明に使用するカーボンナノチューブは、表面積が大きいこと、カルボキシル基、スルホン酸基、水酸基等の官能基が粒子表面に比較的多く存在すること、及び前記化学修飾の容易さから、カップスタック型のものを用いるのが好ましい。
(b) Carbon nanotube The carbon nanotube is a carbon material having a diameter of 1 to 1500 nm and a length of several nm to 1 mm in a shape in which graphite is wound in a cylindrical shape. The shape of the carbon nanotube used in the present invention is not particularly limited, but the diameter is preferably 1 to 1000 nm, more preferably 5 to 500 nm, most preferably 10 to 300 nm, and the length is preferably 10 nm to 5 μm, 20 nm to 1 μm is more preferable. Carbon nanotubes include single-walled ones, multi-layered ones, cup-stacked ones, etc., but the carbon nanotubes used in the present invention have a large surface area, such as carboxyl groups, sulfonic acid groups, hydroxyl groups, etc. It is preferable to use a cup stack type because of the relatively large number of functional groups present on the particle surface and the ease of the chemical modification.

カップスタック型カーボンナノチューブは、底のないカップ形状をなす炭素網層が数個〜数百個積層した炭素繊維であり、繊維の内外壁に炭素網層の端面が露出した構造を有している。炭素網層の端面はカルボキシル基、スルホン酸基、水酸基等の官能基が多く活性度が高いと考えられるため、カップスタック型カーボンナノチューブは多くの金属原子を吸着することができる。   The cup-stacked carbon nanotube is a carbon fiber in which several to several hundred carbon network layers having a cup shape with no bottom are stacked, and has a structure in which the end face of the carbon network layer is exposed on the inner and outer walls of the fiber. . Since the end face of the carbon network layer has many functional groups such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a hydroxyl group and is considered to have high activity, the cup-stacked carbon nanotube can adsorb many metal atoms.

(2)ダイヤモンド微粒子の製造方法
(a) 爆射法
ダイヤモンド微粒子は公知の方法で作製することができる。特に、本発明の目的には爆射法によって得られたダイヤモンド微粒子が好ましい。爆射法によるダイヤモンド微粒子の合成は、水及び/又は氷の存在下で爆薬を爆発させて行うウエット法、水及び/又は氷を使用しないで空冷するドライ法等があるが、本発明ではどの方法を採用しても良い。
(2) Diamond fine particle manufacturing method
(a) Explosive method Diamond fine particles can be produced by a known method. In particular, diamond fine particles obtained by an explosion method are preferred for the purposes of the present invention. Synthesis of diamond fine particles by the explosion method includes a wet method in which an explosive is exploded in the presence of water and / or ice, and a dry method in which air is cooled without using water and / or ice. A method may be adopted.

ウエット法としては、例えば、氷でできた容器中に充填した爆薬[例えば、TNT(トリニトロトルエン)/HMX(シクロテトラメチレンテトラニトラミン)=50/50]を、耐圧容器のほぼ中央部に配置し、前記耐圧容器の壁面に水を流しながら爆裂させる方法を挙げることができる。この方法において、反応生成物としての未精製のダイヤモンドは容器中の水中から回収する。ウエット法においては、水及び/又は氷中にあらかじめ水溶性の還元剤(酸化防止剤)を含有させて爆発を行うのが好ましい。前記水溶性の還元剤としては、ヒドラジン類、ヘキサメチレンテトラアミン、尿素、アンモニア、アセトニトリル、アスコルビン酸、亜硫酸ナトリウム、ハイドロキノン、エリソルビン酸ナトリウム、カテキン、ヒドラジン、シュウ酸、ギ酸等が挙げられる。   As the wet method, for example, an explosive filled in a container made of ice [for example, TNT (trinitrotoluene) / HMX (cyclotetramethylenetetranitramine) = 50/50] is arranged in the almost central part of the pressure vessel. In addition, there may be mentioned a method of causing explosion while flowing water on the wall surface of the pressure vessel. In this method, unpurified diamond as a reaction product is recovered from water in a container. In the wet method, it is preferable to perform explosion by adding a water-soluble reducing agent (antioxidant) in advance in water and / or ice. Examples of the water-soluble reducing agent include hydrazines, hexamethylenetetraamine, urea, ammonia, acetonitrile, ascorbic acid, sodium sulfite, hydroquinone, sodium erythorbate, catechin, hydrazine, oxalic acid, formic acid and the like.

爆薬としては公知の有機系爆薬を用いることができる。有機系爆薬としては、トリニトロトルエン(TNT)、トリニトロベンゼン(TNB)、シクロトリメチレントリニトラミン(RDX)、シクロテトラメチレンテトラニトラミン(HMX)、テトラニトロメチルアニリン(テトリル)、トリアミノトリニトロベンゼン(TATB)、ジアミノトリニトロベンゼン(DATB)、ヘキサニトロスチルベン(HNS)、ヘキサニトロアゾベンゼン(HNAB)、ヘキサニトロジフェニルアミン(HNDP)、ピクリン酸、ピクリン酸アンモニウム、ベンゾトリアゾール(TACOT)、エチレンジニトラミン(EDNA)、ニトログアニジン(NQ)、ペンタエリスリトールテトラナイトレート(ペンスリット)、ベンゾトリフルオキサン(BTF)等が挙げられ、これらを単独又は混合して使用する。特に、RDX(60%)とTNT(40%)との混合爆薬として知られているコンポジションB等を使用するのが好ましい。   As the explosive, a known organic explosive can be used. Organic explosives include trinitrotoluene (TNT), trinitrobenzene (TNB), cyclotrimethylenetrinitramine (RDX), cyclotetramethylenetetranitramine (HMX), tetranitromethylaniline (tetril), triaminotrinitrobenzene (TATB), diaminotrinitrobenzene (DATB), hexanitrostilbene (HNS), hexanitroazobenzene (HNAB), hexanitrodiphenylamine (HNDP), picric acid, ammonium picrate, benzotriazole (TACOT), ethylene dinitramine ( EDNA), nitroguanidine (NQ), pentaerythritol tetranitrate (pen slit), benzotrifluoroxane (BTF) and the like, and these are used alone or in combination. In particular, it is preferable to use Composition B, which is known as a mixed explosive of RDX (60%) and TNT (40%).

これらの有機系爆薬は、炭素原子含有率が15質量%以上、好ましくは20〜35質量%、密度が1.5 g/cc以上、好ましくは1.6 g/cc以上、爆速は7000 m/s以上、好ましくは7500 m/s以上であり、酸素バランスが負、好ましくは-0.2〜-0.6であり、爆射圧が18 GPa以上、好ましくは20〜30 GPa、爆射温度が3000 K以上、好ましくは3000〜4000 Kである。そのため、爆薬中の炭素原子を効率よくダイヤモンドに転換することができ、また酸素バランスが負であることから爆発時にダイヤモンドが酸化されて収率を低下させることがない。   These organic explosives have a carbon atom content of 15% by mass or more, preferably 20 to 35% by mass, a density of 1.5 g / cc or more, preferably 1.6 g / cc or more, and an explosion speed of 7000 m / s or more, preferably Is 7500 m / s or more, oxygen balance is negative, preferably -0.2 to -0.6, explosive pressure is 18 GPa or more, preferably 20 to 30 GPa, explosive temperature is 3000 K or more, preferably 3000 ~ 4000K. Therefore, carbon atoms in the explosive can be efficiently converted to diamond, and since the oxygen balance is negative, diamond is not oxidized during the explosion and the yield is not reduced.

前記爆射法は、Science, Vol. 133, No.3467(1961), pp1821-1822、特開平1-234311号、特開平2-141414号、Bull. Soc. Chem. Fr. Vol. 134(1997), pp. 875-890、Diamond and Related materials Vol. 9(2000), pp861-865、Chemical Physics Letters, 222(1994), pp. 343-346、Carbon, Vol. 33, No. 12(1995), pp. 1663-1671、Physics of the Solid State, Vol. 42, No. 8 (2000), pp. 1575-1578、K. Xu. Z. Jin, F. Wei and T. Jiang, Energetic Materials, 1, 19(1993)、特開昭63-303806号、特開昭56-26711報、英国特許第1154633号、特開平3-271109号、特表平6-505694号(WO93/13016号)、炭素, 第22巻, No. 2, 189〜191頁(1984)、Van Thiei. M. & Rec., F. H., J. Appl. Phys. 62, pp. 1761〜1767 (1987)、特表平7-505831号 (WO94/18123号)、米国特許第5861349号、特開2006-239511号及び特開2003-146637号等に記載の方法を用いることができる。   The above-mentioned explosion method is described in Science, Vol. 133, No. 3467 (1961), pp 1821-1822, JP-A No. 1-234311, JP-A No. 21-14414, Bull. Soc. Chem. Fr. Vol. 134 (1997). ), pp. 875-890, Diamond and Related materials Vol. 9 (2000), pp861-865, Chemical Physics Letters, 222 (1994), pp. 343-346, Carbon, Vol. 33, No. 12 (1995) , pp. 1663-1671, Physics of the Solid State, Vol. 42, No. 8 (2000), pp. 1575-1578, K. Xu. Z. Jin, F. Wei and T. Jiang, Energetic Materials, 1 , 19 (1993), JP-A-63-303806, JP-A-56-26711, British Patent No. 1154633, JP-A-3-271109, JP-A-6-505694 (WO93 / 13016), Carbon , Vol. 22, No. 2, 189-191 (1984), Van Thiei. M. & Rec., FH, J. Appl. Phys. 62, pp. 1761-1767 (1987), 7-1-1 No. 505831 (WO94 / 18123), US Pat. No. 5,861,349, JP-A-2006-239511, JP-A-2003-146637 and the like can be used.

(b)酸化処理
未精製のダイヤモンドの酸化処理方法としては、(i) 過塩素酸、重クロム酸、硝酸等の酸化剤共存下で高温高圧処理する方法(酸化処理A)、(ii)水及び/又はアルコールからなる超臨界流体中で処理する方法(酸化処理B)、(iii)水及び/又はアルコールからなる溶媒に酸素を共存させて、前記溶媒の標準沸点以上の温度及び0.1 MPa(ゲージ圧)以上の圧力で処理する方法(酸化処理C)、又は(iv)375〜630℃で酸素を含む気体により処理する方法(酸化処理D)が挙げられる。これらの酸化処理は、単独で行ってもよいし、組合せて行っても良い。酸化処理を組合せる場合は、爆射法で得られた未精製のダイヤモンドにまず酸化処理Aを施し、さらに酸化処理B〜Cのいずれかを施すのが好ましい。
(b) Oxidation treatment Oxidation treatment of unrefined diamond includes (i) high-temperature and high-pressure treatment in the presence of oxidants such as perchloric acid, dichromic acid, and nitric acid (oxidation treatment A), and (ii) water. And / or a method of treatment in a supercritical fluid comprising alcohol (oxidation treatment B), (iii) coexisting oxygen in a solvent comprising water and / or alcohol, and a temperature not lower than the normal boiling point of the solvent and 0.1 MPa ( A method of treating at a pressure equal to or higher than the gauge pressure (oxidation treatment C), or (iv) a method of treatment with a gas containing oxygen at 375 to 630 ° C. (oxidation treatment D). These oxidation treatments may be performed alone or in combination. When combining the oxidation treatment, it is preferable to first subject the unpurified diamond obtained by the explosion method to oxidation treatment A, and then to any one of oxidation treatments B to C.

爆射法で得られた未精製のダイヤモンドに酸化処理Aを施すことによりグラファイト相の一部が除去されたナノダイヤモンド(グラファイト-ダイヤモンド微粒子)が得られ、このグラファイト-ダイヤモンド微粒子に酸化処理B〜Cのいずれかの処理を施すことにより前記グラファイト相をさらに除去することができる。粒子表面をカルボキシル基、スルホン酸基、水酸基等の官能基で修飾するために、酸化処理Aで使用する酸化剤としては高い酸化力を有するものが好ましい。具体的には、過塩素酸、重クロム酸又は硝酸が好ましい。   By applying oxidation treatment A to the unpurified diamond obtained by the explosion method, nano diamond (graphite-diamond fine particles) from which a part of the graphite phase has been removed is obtained. The graphite phase can be further removed by performing any of the treatments of C. In order to modify the particle surface with a functional group such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a hydroxyl group, the oxidizing agent used in the oxidation treatment A preferably has a high oxidizing power. Specifically, perchloric acid, dichromic acid or nitric acid is preferable.

(c)メディア分散処理
爆射法により得られた未精製のダイヤモンド、及び前記酸化処理を施したナノダイヤモンドの動的光散乱法で求めたメジアン径は150〜250 nmである。これらの粒子は、前述したように、メジアン径2〜10 nm程度のダイヤモンド一次粒子が強固に凝集した凝集体である。凝集がより少ないダイヤモンド微粒子を得るために、未精製又は前記酸化処理を施したダイヤモンド微粒子をビーズミル等の公知のメディア分散法により粉砕するのが好ましい。ビーズミルによる分散は、ジルコニアビーズを使用するのが好ましい。未精製又は前記酸化処理を施したダイヤモンド微粒子をメディア分散することにより、メジアン径を100 nm以下にするのが好ましく、50 nm以下にするのがより好ましく、30 nm以下にするのが最も好ましい。
(c) Media dispersion treatment The median diameter of the unpurified diamond obtained by the blasting method and the nano diamond subjected to the oxidation treatment determined by the dynamic light scattering method is 150 to 250 nm. As described above, these particles are aggregates in which diamond primary particles having a median diameter of about 2 to 10 nm are strongly aggregated. In order to obtain diamond particles with less agglomeration, it is preferable to pulverize unpurified or oxidized diamond particles by a known media dispersion method such as a bead mill. For dispersion by a bead mill, zirconia beads are preferably used. The median diameter is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, and most preferably 30 nm or less by dispersing the unpurified or oxidized diamond fine particles in a medium.

ビーズミルによる分散は市販の装置を用いて行うことができる。連続的に分散液を供給しながら、ビーズによる粉砕を行うことができる装置を使用するのが好ましく、例えば0.1 mm径のジルコニアビーズを0.15 Lのベッセルに充填し、10 m/s程度の周速で回転子を回転させながら、5%程度の前記ダイヤモンド微粒子の水分散物を0.12 L/minで供給し粉砕する。さらに細かく分散させたいときは、0.05 mm径のジルコニアビーズを用いてもよい。   Dispersion by a bead mill can be performed using a commercially available apparatus. It is preferable to use an apparatus that can grind with beads while continuously supplying the dispersion. For example, 0.1 mm diameter zirconia beads are filled in a 0.15 L vessel, and the peripheral speed is about 10 m / s. While rotating the rotor, the aqueous dispersion of diamond fine particles of about 5% is supplied at 0.12 L / min and pulverized. For further fine dispersion, 0.05 mm diameter zirconia beads may be used.

(3)カーボンナノチューブの製造方法
カップスタック型カーボンナノチューブは、市販のもの、国際公開第2008/004347号、特開2003-147644号、Qingfeng Liu et al. “Synthesis, Purification and Opening of Short Cup-Stacked Carbon Nanotubes”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, vol. 9, 4554-4560, 2009等に記載のものを用いることができる。カップスタック型カーボンナノチューブの製造法の一例を以下に説明するが、本発明はこの方法に限定されるものではない。
(3) Production method of carbon nanotubes Cup-stacked carbon nanotubes are commercially available, International Publication No. 2008/004347, JP 2003-147644, Qingfeng Liu et al. “Synthesis, Purification and Opening of Short Cup-Stacked Carbon Nanotubes ”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, vol. 9, 4554-4560, 2009, etc. can be used. Although an example of the manufacturing method of a cup stack type carbon nanotube is explained below, the present invention is not limited to this method.

カップスタック型カーボンナノチューブは、CoO-A1203系の触媒を用いて合成することができる。CoO-A1203系の触媒は、硝酸コバルトと硝酸アルミニウムとを加熱して熱分解し、得られた反応物を粉砕して作製する。合成触媒の組成はCoO:A1203=80:20〜40:60(質量比)であるのが好ましい。カップスタック型カーボンナノチューブは、前記合成触媒を銅製の容器に配置し、約650℃で、触媒に向けてプロパン/ブタンの混合ガスを流すことによって合成することができる。得られたカップスタック型カーボンナノチューブは、塩酸処理によってアモルファスカーボン及び合成触媒を溶解除去し、さらに前述のダイヤモンド微粒子と同様にして酸化処理を施し、その表面に親水基を修飾するのが好ましい。 Cup-stacked carbon nanotubes can be synthesized using the CoO-A1 2 0 3 based catalyst. CoO-A1 2 0 3 based catalysts, by heating the cobalt nitrate and aluminum nitrate is thermally decomposed to produce by grinding the reaction product obtained. The composition of the synthesis catalyst is preferably CoO: A1 2 0 3 = 80: 20 to 40:60 (mass ratio). The cup-stacked carbon nanotube can be synthesized by placing the synthesis catalyst in a copper container and flowing a propane / butane mixed gas toward the catalyst at about 650 ° C. The obtained cup-stacked carbon nanotube is preferably obtained by dissolving and removing amorphous carbon and the synthetic catalyst by treatment with hydrochloric acid, and further subjecting to oxidation treatment in the same manner as the above-mentioned diamond fine particles to modify the hydrophilic group on the surface.

本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。   The present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1
(1)ナノダイヤモンドの作製
TNT(トリニトロトルエン)とRDX(シクロトリメチレントリニトラミン)を40/60の比で含む0.65 kgの爆薬1を、脱気した水を凍らせて形成した氷の容器2aに充填し(図1(a))、同じく脱気した水を凍らせて形成した氷の容器2bで蓋をした(図1(b))。前記爆薬1には、起爆用爆薬及び電気雷管を取り付けた。氷の重さは容器2a,2b合わせて15 kgであった。
Example 1
(1) Fabrication of nano diamond
A 0.65 kg explosive 1 containing TNT (trinitrotoluene) and RDX (cyclotrimethylenetrinitramine) in a ratio of 40/60 is filled into an ice container 2a formed by freezing degassed water (Fig. 1). (a)) A lid was placed on an ice container 2b formed by freezing degassed water (FIG. 1 (b)). The explosive 1 was equipped with a detonation explosive and an electric detonator. The weight of ice was 15 kg for both containers 2a and 2b.

この爆薬1を充填した氷の容器2a,2bを、3 m3の耐圧性容器内に銅線で吊り下げ、耐圧性容器内の空気を窒素と置換した。爆薬を起爆するための電気雷管への電流は前記銅線を通して供給した。耐圧性容器内は1気圧であり、酸素濃度は4容量%であった。耐圧性容器の上部から内壁全体に水をかけながら氷の容器2a,2bに充填した爆薬1を爆発させた。 Ice containers 2a and 2b filled with explosive 1 were suspended in a 3 m 3 pressure-resistant container with a copper wire, and the air in the pressure-resistant container was replaced with nitrogen. The electric current to the electric detonator for initiating the explosive was supplied through the copper wire. The inside of the pressure resistant container was 1 atm, and the oxygen concentration was 4% by volume. Explosive 1 filled in ice containers 2a and 2b was exploded while water was poured over the entire inner wall from the top of the pressure-resistant container.

5分間静置した後、前記氷の容器2a,2bに充填した爆薬1を再度同様にして設置し、耐圧性容器内の窒素置換の操作は行わないで二度目の爆発を行った。ただし、氷の容器2a,2bに充填した爆薬1を設置する際には、窒素を耐圧性容器に供給しながら素早く作業を行った。   After leaving still for 5 minutes, the explosive 1 filled in the ice containers 2a and 2b was installed again in the same manner, and a second explosion was performed without performing the nitrogen replacement operation in the pressure-resistant container. However, when the explosive 1 filled in the ice containers 2a and 2b was installed, the operation was performed quickly while supplying nitrogen to the pressure resistant container.

二度目の爆発後、耐圧性容器の上蓋を開け、水で耐圧性容器の内壁面を洗浄しながら黒色液状の爆発生成物(未精製のナノダイヤモンド)を回収し、加熱乾燥し、未精製のナノダイヤモンド粉末を得た。この未精製のナノダイヤモンドの収率は使用した爆薬量に対して11質量%であり、比重は2.55 g/cm3、メジアン径(動的光散乱法)は220 nmであった。この未精製のナノダイヤモンドは、比重から計算して、76体積%のグラファイト系炭素と24体積%のダイヤモンドからなっていると推定された。この未精製のナノダイヤモンドは、ラマンスペクトルにおける1,330±10 cm-1のピーク強度Iaと、1,610±100 cm-1のピーク強度Ibとの比が0.86であった。 After the second explosion, open the top of the pressure-resistant container, collect the black liquid explosion product (unpurified nanodiamond) while washing the inner wall of the pressure-resistant container with water, heat dry, Nanodiamond powder was obtained. The yield of this unpurified nanodiamond was 11% by mass with respect to the amount of explosive used, the specific gravity was 2.55 g / cm 3 , and the median diameter (dynamic light scattering method) was 220 nm. This unpurified nanodiamond was estimated to be composed of 76% by volume of graphite-based carbon and 24% by volume of diamond, calculated from the specific gravity. Nanodiamonds this unpurified, a peak intensity I a of 1,330 ± 10 cm -1 in the Raman spectrum, the ratio of the peak intensity I b of 1,610 ± 100 cm -1 was 0.86.

得られた未精製のナノダイヤモンドを60質量%硝酸水溶液と混合し、160℃、14気圧、20分の条件で酸化性分解処理を行った後、130℃、13気圧、1時間で酸化性エッチング処理を行った。酸化性エッチング処理により、未精製のナノダイヤモンドからグラファイトが一部除去された粒子が得られた。この粒子を、アンモニアを用いて、210℃、20気圧、20分還流し中和処理した後、自然沈降させデカンテーションにより35質量%硝酸での洗浄を行い、さらにデカンテーションにより3回水洗し、遠心分離により脱水し、120℃で加熱乾燥し、酸化処理したナノダイヤモンドの粉末を得た。この酸化処理したナノダイヤモンドの粉末の比重は3.38 g/cm3であり、メジアン径は130 nm(動的光散乱法)であった。比重から計算して、90体積%のダイヤモンドと10体積%のグラファイト系炭素からなっていると推定された。 The obtained unpurified nanodiamond is mixed with 60% by mass nitric acid aqueous solution and subjected to oxidative decomposition under conditions of 160 ° C, 14 atmospheres, 20 minutes, and then oxidative etching at 130 ° C, 13 atmospheres, 1 hour. Processed. Oxidative etching treatment yielded particles from which graphite was partially removed from unpurified nanodiamonds. The particles were refluxed with ammonia at 210 ° C., 20 atm for 20 minutes, neutralized, then naturally settled, washed with 35% by mass nitric acid by decantation, and further washed with water three times by decantation. Dehydrated by centrifugation, dried by heating at 120 ° C., and oxidized nanodiamond powder was obtained. The specific gravity of the oxidized nanodiamond powder was 3.38 g / cm 3 , and the median diameter was 130 nm (dynamic light scattering method). Calculated from the specific gravity, it was estimated to be composed of 90 vol% diamond and 10 vol% graphite carbon.

(2)セシウム吸着除去1
100 ppmの濃度の塩化セシウム水溶液1.0 Lに、酸化処理したナノダイヤモンドを5.0 g添加し、pHを8に合わせ2時間撹拌した後、2 gの硫酸バンド水溶液(10質量%)、及び0.5 gのポリエチレンイミン水溶液(30質量%)を加え30分攪拌後、3 gのポリアクリル酸ナトリウム水溶液(0.3質量%)を加え30分攪拌後、3時間静置したところ、石ころ状に固化した沈殿物と上澄みとに分離した。この上澄み液を100μmφのメンブランフィルターで濾過し沈殿物を除去した。濾過後の水に含まれるセシウムを原子吸光により定量したところ、99%以上のセシウムが除去されていた。
(2) Cesium adsorption removal 1
After adding 5.0 g of oxidized nanodiamond to 1.0 L of 100 ppm cesium chloride aqueous solution, adjusting the pH to 8 and stirring for 2 hours, 2 g of sulfuric acid band aqueous solution (10% by mass) and 0.5 g of After adding a polyethyleneimine aqueous solution (30% by mass) and stirring for 30 minutes, 3 g of sodium polyacrylate aqueous solution (0.3% by mass) was added and stirred for 30 minutes, and then allowed to stand for 3 hours. Separated into supernatant. The supernatant was filtered through a 100 μmφ membrane filter to remove the precipitate. When cesium contained in the filtered water was quantified by atomic absorption, 99% or more of cesium was removed.

実施例2
セシウム吸着除去2
100 ppmの濃度の塩化セシウム水溶液1.0 Lに、実施例1の酸化処理したナノダイヤモンドを5.0 g添加し、pHを8.5に合わせ2時間撹拌した後、1.0 gのポリ塩化アルミニウム水溶液(10質量%)、0.05 gのカチオン系高分子凝集剤(ユニフロッカUF-340、ポリメタアクリル酸エステル系分子量約310万、ユニチカ(株)製)、0.05 gのアニオン系高分子凝集剤(ユニフロッカUF-105、ポリアクリルアミド系分子量約1300万、ユニチカ(株)製)を加え30分攪拌後、3時間静置したところ、石ころ状に固化した沈殿物と上澄みとに分離した。この上澄み液を100μmφのメンブランフィルターで濾過し沈殿物を除去した。濾過後の水に含まれるセシウムを原子吸光により定量したところ、99%以上のセシウムが除去されていた。
Example 2
Cesium adsorption removal 2
After adding 5.0 g of the oxidized nanodiamond of Example 1 to 1.0 L of 100 ppm aqueous cesium chloride solution, adjusting the pH to 8.5 and stirring for 2 hours, 1.0 g of polyaluminum chloride aqueous solution (10% by mass) , 0.05 g of cationic polymer flocculant (Uniflocca UF-340, polymethacrylate molecular weight about 3.1 million, manufactured by Unitika Ltd.), 0.05 g of anionic polymer flocculant (Uniflocca UF-105, poly An acrylamide molecular weight of about 13 million, manufactured by Unitika Ltd.) was added, and the mixture was stirred for 30 minutes and then allowed to stand for 3 hours. The supernatant was filtered through a 100 μmφ membrane filter to remove the precipitate. When cesium contained in the filtered water was quantified by atomic absorption, 99% or more of cesium was removed.

実施例3
ストロンチウム吸着除去
100 ppmの濃度の塩化ストロンチウム水溶液1.0 Lに、実施例1の酸化処理したナノダイヤモンドを5.0 g添加し、pHを8に合わせ2時間撹拌した後、2 gの硫酸バンド水溶液(10質量%)、及び0.5 gのポリエチレンイミン水溶液(30質量%)を加え30分攪拌後、3 gのポリアクリル酸ナトリウム水溶液(0.3質量%)を加え30分攪拌後、3時間静置したところ、石ころ状に固化した沈殿物と上澄みとに分離した。この上澄み液を100μmφのメンブランフィルターで濾過し沈殿物を除去した。濾過後の水に含まれるストロンチウムを原子吸光により定量したところ、99%以上のストロンチウムが除去されていた。
Example 3
Strontium adsorption removal
To 1.0 L of 100 ppm strontium chloride aqueous solution, 5.0 g of the oxidized nanodiamond of Example 1 was added, adjusted to pH 8 and stirred for 2 hours, and then 2 g of sulfuric acid band aqueous solution (10% by mass), And 0.5 g of polyethyleneimine aqueous solution (30% by mass) was added and stirred for 30 minutes, then 3 g of sodium polyacrylate aqueous solution (0.3% by mass) was added and stirred for 30 minutes, and then allowed to stand for 3 hours. The precipitate was separated into a supernatant. The supernatant was filtered through a 100 μmφ membrane filter to remove the precipitate. When strontium contained in the filtered water was quantified by atomic absorption, 99% or more of strontium was removed.

実施例4
(1) カーボンナノチューブの合成
24gの蒸留水に溶解した14.6 gの硝酸コバルト6水和物と9.4 gの硝酸アルミニウム9水和物とを650℃±10℃に維持したマッフル炉内で加熱して1時間熱分解させ、空気中で放冷し、得られた樹枝状の生成物を粉砕してカップスタック型カーボンナノチューブを合成するためのCoO-A1203系触媒を得た。得られた触媒の組成はCoO:A1203=60:40(質量比)であった。
Example 4
(1) Synthesis of carbon nanotubes
14.6 g of cobalt nitrate hexahydrate and 9.4 g of aluminum nitrate nonahydrate dissolved in 24 g of distilled water are heated in a muffle furnace maintained at 650 ° C. ± 10 ° C. for thermal decomposition for 1 hour, and air Then, the resulting dendritic product was pulverized to obtain a CoO-A1 2 0 3 catalyst for synthesizing cup-stacked carbon nanotubes. The composition of the obtained catalyst was CoO: A1 2 0 3 = 60: 40 (mass ratio).

この合成触媒O.4 gを直径60 mmの銅製皿上に均等に配置し、650±5℃に維持したパイロット炉中で、上方から触媒に向けてプロパン:ブタン=1:1の混合ガスを120 L/hrの流量で供給し、30分間反応させ39%の収率でグラファイト化合物を得た。得られたグラファイト化合物は、走査型電子顕微鏡での観測から、カップスタック型カーボンナノチューブを含有することが確認できた。X線回折により、このカーボンナノチューブは74%の結晶化炭素を含有していることがわかった。このようにして作製したカップスタック型カーボンナノチューブを含むグラファイト化合物を塩酸処理し、アモルファスカーボン及び合成触媒を溶解除去した後、60質量%硝酸水溶液と混合し酸化処理を施し、粒子表面をカルボキシル基、水酸基等の官能基で修飾した。   O.4 g of this synthetic catalyst was evenly placed on a copper dish with a diameter of 60 mm, and a mixed gas of propane: butane = 1: 1 was directed from the top toward the catalyst in a pilot furnace maintained at 650 ± 5 ° C. It was supplied at a flow rate of 120 L / hr and reacted for 30 minutes to obtain a graphite compound in a yield of 39%. From the observation with a scanning electron microscope, it was confirmed that the obtained graphite compound contained cup-stacked carbon nanotubes. X-ray diffraction revealed that the carbon nanotubes contained 74% crystallized carbon. The graphite compound containing cup-stacked carbon nanotubes thus prepared was treated with hydrochloric acid, and the amorphous carbon and the synthetic catalyst were dissolved and removed, then mixed with a 60% by mass nitric acid aqueous solution and subjected to oxidation treatment, and the particle surface was subjected to carboxyl groups, It was modified with a functional group such as a hydroxyl group.

(2)セシウム吸着除去
100 ppmの濃度の塩化セシウム水溶液1.0 Lに、酸化処理したカーボンナノチューブを5.0 g添加し、pHを8に合わせ2時間撹拌した後、2 gの硫酸バンド水溶液(10質量%)、及び0.5 gのポリエチレンイミン水溶液(30質量%)を加え30分攪拌後、3 gのポリアクリル酸ナトリウム水溶液(0.3質量%)を加え30分攪拌後、3時間静置したところ、石ころ状に固化した沈殿物と上澄みとに分離した。この上澄み液を100μmφのメンブランフィルターで濾過し沈殿物を除去した。濾過後の水に含まれるセシウムを原子吸光により定量したところ、99%以上のセシウムが除去されていた。
(2) Cesium adsorption removal
After adding 5.0 g of oxidized carbon nanotubes to 1.0 L of 100 ppm aqueous cesium chloride solution, adjusting the pH to 8 and stirring for 2 hours, 2 g of sulfuric acid band aqueous solution (10% by mass) and 0.5 g of After adding a polyethyleneimine aqueous solution (30% by mass) and stirring for 30 minutes, 3 g of sodium polyacrylate aqueous solution (0.3% by mass) was added and stirred for 30 minutes, and then allowed to stand for 3 hours. Separated into supernatant. The supernatant was filtered through a 100 μmφ membrane filter to remove the precipitate. When cesium contained in the filtered water was quantified by atomic absorption, 99% or more of cesium was removed.

実施例5
ストロンチウム吸着除去
100 ppmの濃度の塩化ストロンチウム水溶液1.0 Lに、実施例4の酸化処理したカーボンナノチューブを5.0 g添加し、pHを8に合わせ2時間撹拌した後、2 gの硫酸バンド水溶液(10質量%)、及び0.5 gのポリエチレンイミン水溶液(30質量%)を加え30分攪拌後、3 gのポリアクリル酸ナトリウム水溶液(0.3質量%)を加え30分攪拌後、3時間静置したところ、石ころ状に固化した沈殿物と上澄みとに分離した。この上澄み液を100μmφのメンブランフィルターで濾過し沈殿物を除去した。濾過後の水に含まれるストロンチウムを原子吸光により定量したところ、99%以上のストロンチウムが除去されていた。
Example 5
Strontium adsorption removal
To 1.0 L of 100 ppm strontium chloride aqueous solution, 5.0 g of the oxidized carbon nanotube of Example 4 was added, and after adjusting the pH to 8 and stirring for 2 hours, 2 g of sulfuric acid band aqueous solution (10% by mass), And 0.5 g of polyethyleneimine aqueous solution (30% by mass) was added and stirred for 30 minutes, then 3 g of sodium polyacrylate aqueous solution (0.3% by mass) was added and stirred for 30 minutes, and then allowed to stand for 3 hours. The precipitate was separated into a supernatant. The supernatant was filtered through a 100 μmφ membrane filter to remove the precipitate. When strontium contained in the filtered water was quantified by atomic absorption, 99% or more of strontium was removed.

1・・・爆薬
2a,2b・・・容器
1 ... Explosive
2a, 2b ... containers

Claims (10)

廃液中から金属原子を除去及び回収する処理方法であって、前記廃液に、ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブを添加混合する工程、及び前記ダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブを添加混合した廃液に、凝集剤を添加する工程を有することを特徴とする処理方法。   A processing method for removing and recovering metal atoms from a waste liquid, the step of adding and mixing diamond fine particles and / or carbon nanotubes to the waste liquid, and agglomeration in the waste liquid obtained by adding and mixing the diamond fine particles and / or carbon nanotubes A processing method comprising a step of adding an agent. 請求項1に記載の廃液処理方法において、前記凝集剤が、無機凝集剤及び/又は有機高分子凝集剤であることを特徴とする処理方法。   The waste liquid treatment method according to claim 1, wherein the flocculant is an inorganic flocculant and / or an organic polymer flocculant. 請求項1又は2に記載の廃液処理方法において、前記無機凝集剤が、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする処理方法。   The waste liquid treatment method according to claim 1 or 2, wherein the inorganic flocculant is at least one selected from the group consisting of aluminum sulfate, aluminum chloride, polyaluminum chloride, ferric chloride, and polyferric sulfate. A processing method characterized by the above. 請求項1〜3のいずれかに記載の廃液処理方法において、前記有機高分子凝集剤が、カチオン性有機高分子凝集剤、アニオン性有機高分子凝集剤、ノニオン性有機高分子凝集剤、両イオン性有機高分子凝集剤からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする処理方法。   The waste liquid treatment method according to claim 1, wherein the organic polymer flocculant is a cationic organic polymer flocculant, an anionic organic polymer flocculant, a nonionic organic polymer flocculant, or both ions. A processing method characterized in that it is at least one selected from the group consisting of conductive organic polymer flocculants. 請求項1〜4のいずれかに記載の廃液処理方法において、前記凝集剤を添加する工程が、前記無機凝集剤及び/又は前記高分子凝集剤を添加混合した後に、さらに前記高分子凝集剤を添加混合する工程からなることを特徴とする処理方法。   5. The waste liquid treatment method according to claim 1, wherein the step of adding the flocculant further adds the polymer flocculant after the inorganic flocculant and / or the polymer flocculant is added and mixed. A processing method comprising a step of adding and mixing. 請求項1〜5のいずれかに記載の廃液処理方法において、前記ダイヤモンド微粒子が、爆射法で得られたものであることを特徴とする処理方法。   6. The treatment method according to claim 1, wherein the diamond fine particles are obtained by an explosion method. 請求項1〜6のいずれかに記載の廃液処理方法において、前記ダイヤモンド微粒子が、酸化処理により表面を親水化したものであることを特徴とする処理方法。   The waste liquid treatment method according to any one of claims 1 to 6, wherein the diamond fine particles have a surface hydrophilized by an oxidation treatment. 請求項1〜7のいずれかに記載の廃液処理方法において、前記ダイヤモンド微粒子が、2.55〜3.48 g/cm3の比重を有することを特徴とする処理方法。 The waste liquid treatment method according to any one of claims 1 to 7, wherein the diamond fine particles have a specific gravity of 2.55 to 3.48 g / cm 3 . 請求項1〜8のいずれかに記載の廃液処理方法において、前記カーボンナノチューブが、カップスタック型であることを特徴とする処理方法。   The waste liquid treatment method according to claim 1, wherein the carbon nanotube is a cup stack type. 請求項1〜9のいずれかに記載の、廃液から金属原子を除去及び回収するためのダイヤモンド微粒子及び/又はカーボンナノチューブからなる吸着剤。   The adsorbent which consists of a diamond fine particle and / or a carbon nanotube for removing and collect | recovering metal atoms from a waste liquid in any one of Claims 1-9.
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