JP2013174532A - Magnetic adsorbent - Google Patents

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Takahisa Kato
隆久 加藤
Kunihisa Iwasaki
邦寿 岩崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for easily collecting separated harmful components by efficiently separating the harmful components from solution containing the harmful components, such as heavy metal ions and radioactive cesium.SOLUTION: Cesium is efficiently removed by using a magnetic adsorbent with magnetic material particles, cesium adsorptive compounds and hollow particles bound therewith by a binder, and the magnetic adsorbent is more easily collected by magnetic separation.

Description

本発明は、少なくともセシウムを含有する溶液から、効率良くセシウムを分離し、分離したセシウムを容易に回収する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for efficiently separating cesium from a solution containing at least cesium and easily recovering the separated cesium.

重金属イオンや放射性セシウム等の有害成分を含有する溶液からこれらを分離するため、さまざまな手法が検討されてきた。最も簡便には、活性炭やイオン交換樹脂等の吸着剤を利用する方法が広く用いられている。これらの吸着剤を溶液に添加して使用する場合、吸着剤を処理済みの溶液から分離する必要があり、この作業には大きな困難を伴っていた。近年、超伝導磁石や高勾配磁気分離技術が進歩してきたため、磁性を利用して溶液中の有害成分を分離する技術の実用性が高まり、注目を集めるようになってきた。さらに、2011年に起きた福島第一原子力発電所の事故においては、放射性セシウムが広範囲に飛散し、さまざまな物質に付着した放射性セシウムを分離する技術が必要となってきた。   Various methods have been studied to separate these from solutions containing harmful components such as heavy metal ions and radioactive cesium. Most simply, a method using an adsorbent such as activated carbon or ion exchange resin is widely used. When these adsorbents are used by adding them to the solution, it is necessary to separate the adsorbent from the treated solution, and this operation has been accompanied with great difficulty. In recent years, as superconducting magnets and high gradient magnetic separation technologies have advanced, the practicality of technologies for separating harmful components in solutions using magnetism has increased and has attracted attention. Furthermore, in the accident at the Fukushima Daiichi nuclear power plant that occurred in 2011, radioactive cesium was scattered over a wide area, and technology for separating radioactive cesium adhering to various substances has become necessary.

有害成分を分離する具体的な手法としては、有害成分自体に磁性を持たせる方法、有害成分と磁性体粒子を混合しておいて凝集剤を加え、磁性のあるフロックを形成する方法、活性炭やゼオライトのような吸着剤に磁性を持たせる方法がある。   Specific methods for separating harmful components include a method of imparting magnetism to the harmful component itself, a method of mixing the harmful component and magnetic particles and adding a flocculant to form a magnetic floc, activated carbon, There is a method of imparting magnetism to an adsorbent such as zeolite.

このうち、有害成分自体に磁性を持たせる方法は汎用性に欠ける。また磁性のあるフロックを形成する方法は、大量の磁性体粒子と凝集剤を必要とすることが多く、むしろ処理が煩雑になるという問題がある。一方、吸着剤に磁性を持たせる方法は、有害成分を効果的に吸着できるというメリットが期待できるものの、吸着剤本来の吸着能力を落とすことなく高い磁性を持たせ、安価に製造する実用的な方法がまだない。   Of these, the method of imparting magnetism to the harmful component itself lacks versatility. In addition, the method of forming a magnetic floc often requires a large amount of magnetic particles and an aggregating agent, and there is a problem that the processing becomes rather complicated. On the other hand, the method of giving magnetism to the adsorbent can be expected to have the advantage of being able to adsorb harmful components effectively, but it is practical to produce it at low cost by giving it high magnetism without reducing the adsorbent's original adsorption capacity. There is still no way.

例えば、磁性体の核とこの核を覆いかつ金属イオンを吸着する外皮とを有する磁性吸着剤が提案されている(特許文献1参照)。また、多孔質ガラスビーズ、シリカゲル、アルミナ、ゼオライト等の無機系多孔質物質に磁性金属と有機物質を担持させ、有機物を熱分解して吸着性能を発現させるタイプの磁性吸着剤が提案されている(特許文献2参照)。さらに、シリカゲル、ゼオライト、活性炭等の多孔質吸着剤に酸化鉄を化合させる方法(特許文献3参照)、ゼオライトと磁性体粒子を接着剤(セメント)で結合させた磁性吸着剤(特許文献4、5参照)も提案されている。これらの方法で調整された磁性吸着剤は、比重が重いため、沈降しやすく、金属イオンを含有する溶液中で磁性吸着剤と金属イオンの効率的に接触する確率が低いことから、吸着効率を上げるため、高い攪拌力を要するという問題点があった。   For example, a magnetic adsorbent having a magnetic core and an outer skin that covers the core and adsorbs metal ions has been proposed (see Patent Document 1). In addition, a magnetic adsorbent of a type in which a magnetic metal and an organic substance are supported on an inorganic porous material such as porous glass beads, silica gel, alumina, and zeolite, and the organic material is thermally decomposed to exhibit adsorption performance has been proposed. (See Patent Document 2). Furthermore, a method of combining iron oxide with a porous adsorbent such as silica gel, zeolite, activated carbon (see Patent Document 3), a magnetic adsorbent in which zeolite and magnetic particles are bonded with an adhesive (cement) (Patent Document 4, 5) has also been proposed. Since the magnetic adsorbent prepared by these methods has a high specific gravity, it tends to settle, and the probability of efficient contact between the magnetic adsorbent and metal ions in a solution containing metal ions is low. Therefore, there is a problem that a high stirring force is required.

特開平10−99843号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-99843 特開2002−233754号公報JP 2002-233754 A 特開2005−137973号公報JP 2005-137773 A 特開平1−194940号公報JP-A-1-194940 特開2005―177709号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-177709

本発明の課題は、重金属イオンや放射性セシウム等の有害成分を含有する溶液から、磁気分離技術を用いて効率良くこれら有害成分を分離することが可能な磁性吸着剤を提供することにある。   The subject of this invention is providing the magnetic adsorbent which can isolate | separate these harmful components efficiently from the solution containing harmful components, such as a heavy metal ion and radioactive cesium, using a magnetic separation technique.

上記課題を鋭意研究し、磁性体粒子、セシウム吸着性化合物、中空粒子が、バインダーとともに結着されている磁性吸着剤を用いることにより、セシウムを含有する溶液から効率良くセシウムを分離することができることを見いだして、本発明に到達した。   By intensively researching the above problems and using a magnetic adsorbent in which magnetic particles, cesium adsorbing compounds, and hollow particles are bound together with a binder, cesium can be efficiently separated from a solution containing cesium. As a result, the present invention has been reached.

本発明においては、磁性体粒子とセシウム吸着性化合物と中空粒子をバインダーとともに結着させた磁性吸着剤をセシウム含有溶液に分散させたのち、磁気分離により回収する。中空粒子を含有する磁性吸着剤は、セシウム含有液中を小さい攪拌力で速やかに移動することにより、含有するセシウム吸着性化合物とセシウムの接触頻度が上がり、速やかに吸着することができるので吸着処理時間は短くて済む。また、セシウム含有溶液が夾雑物を含んでいても、予めこれらを除くことなく吸着処理を行い、セシウムを吸着した磁性吸着剤だけを磁気分離により容易に回収することができる。夾雑物が汚泥、土壌、焼却灰等に由来する物質であっても、磁気分離には何ら影響しない。その結果、本発明においてはセシウム含有溶液から、極めて短時間かつ簡単な操作によりセシウムを分離することが可能になる。   In the present invention, a magnetic adsorbent obtained by binding magnetic particles, a cesium adsorbing compound, and hollow particles together with a binder is dispersed in a cesium-containing solution, and then recovered by magnetic separation. The magnetic adsorbent containing hollow particles moves quickly in the cesium-containing liquid with a small stirring force, so that the contact frequency between the contained cesium-adsorbing compound and cesium increases and can be adsorbed quickly. The time is short. Even if the cesium-containing solution contains impurities, it is possible to easily recover only the magnetic adsorbent that has adsorbed cesium by magnetic separation without removing these in advance. Even if contaminants are substances derived from sludge, soil, incineration ash, etc., there is no effect on magnetic separation. As a result, in the present invention, cesium can be separated from the cesium-containing solution by a very short and simple operation.

本発明に用いられる磁性体粒子としては特に制限はなく、磁性を示すあらゆる材料を用いることができる。例えば鉄、ニッケル、コバルト等の金属またはこれらを主成分とする磁性合金の粉末、四三酸化鉄、三二酸化鉄、コバルト添加酸化鉄、バリウムフェライト、ストロンチウムフェライト等の金属酸化物系磁性体の粉末が挙げられる。磁性体粒子の粒径は0.1〜100μmが好ましい。0.1μm未満では、取り扱いに困難が生じることがあり、100μmを超えると、ゼオライトとの混合がスムースに進まない場合がある。本発明の磁性吸着剤におけるこれら磁性体粒子の含有率は5〜70質量%が好ましく、特に20〜60質量%となるようにするのが好ましい。含有率が5質量%を下回ると磁気分離の効率が低下するので好ましくない。また70質量%を上回ると、ゼオライトの含有率が低くなるために有害成分吸着性が低下するので好ましくない。   The magnetic particles used in the present invention are not particularly limited, and any material exhibiting magnetism can be used. For example, powders of metals such as iron, nickel and cobalt or powders of magnetic alloys based on these metals, powders of metal oxide magnetic materials such as iron trioxide, iron sesquioxide, cobalt-added iron oxide, barium ferrite and strontium ferrite Is mentioned. The particle size of the magnetic particles is preferably 0.1 to 100 μm. If it is less than 0.1 μm, it may be difficult to handle, and if it exceeds 100 μm, mixing with zeolite may not proceed smoothly. The content of these magnetic particles in the magnetic adsorbent of the present invention is preferably 5 to 70% by mass, and more preferably 20 to 60% by mass. If the content is less than 5% by mass, the efficiency of magnetic separation decreases, which is not preferable. Moreover, when it exceeds 70 mass%, since the content rate of a zeolite will become low, harmful component adsorptivity will fall, it is not preferable.

本発明に用いられるセシウム吸着性化合物としては特に制限はなく、公知のものを用いることができる。例えば、ゼオライト、結晶質四チタン酸、スメクタイト、不溶性フェロシアン化物、リンモリブデン酸アンモニウム、リンタングステン酸アンモニウム、シリコチタネート等を挙げることができる。セシウム吸着性化合物を粉体として入手し、磁性体粒子及びバインダーと結着させて本発明の磁性体粒子を得る場合、セシウム吸着性化合物の粒径は0.1〜100μmが好ましい。0.1μm未満では、取り扱いに困難が生じることがあり、100μmを超えると、磁性体粒子との混合がスムースに進まない場合がある。本発明の磁性吸着剤におけるこれらセシウム吸着性化合物の含有率は10〜80質量%が好ましく、特に20〜70質量%となるようにするのが好ましい。含有率が10質量%を下回るとセシウムの吸着効率が低下するので好ましくない。また80質量%を上回ると、磁性体粒子の含有率が低くなるために磁気分離の効率が低下するので好ましくない。   There is no restriction | limiting in particular as a cesium adsorption compound used for this invention, A well-known thing can be used. For example, zeolite, crystalline tetratitanic acid, smectite, insoluble ferrocyanide, ammonium phosphomolybdate, ammonium phosphotungstate, silicotitanate and the like can be mentioned. When the cesium-adsorbing compound is obtained as a powder and bound to the magnetic particles and the binder to obtain the magnetic particles of the present invention, the particle size of the cesium-adsorbing compound is preferably 0.1 to 100 μm. If it is less than 0.1 μm, handling may be difficult. If it exceeds 100 μm, mixing with the magnetic particles may not proceed smoothly. The content of these cesium-adsorbing compounds in the magnetic adsorbent of the present invention is preferably 10 to 80% by mass, and particularly preferably 20 to 70% by mass. If the content is less than 10% by mass, the adsorption efficiency of cesium decreases, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 80% by mass, the content of the magnetic particles is lowered, so that the efficiency of magnetic separation is lowered, which is not preferable.

本発明に用いられる中空粒子としては特に制限はなく、内部に空隙を有するものを用いることができる。内部と外部を分離する壁材の種類も特に制限がなく、有機、無機材料を用いることができる。   There is no restriction | limiting in particular as a hollow particle used for this invention, What has a space | gap inside can be used. There are no particular restrictions on the type of wall material separating the inside and the outside, and organic and inorganic materials can be used.

有機材料の例として、芳香族ビニル化合物、(メタ)アクリル酸エステル化合物、アミノ基を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物、アルコキシル基を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物、シアノ基を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物、シアン化ビニル化合物、不飽和酸、ビニルエステル化合物、ビニルエーテル化合物、不飽和アミド化合物、ハロゲン含有不飽和化合物、共役ジエン化合物、非共役ジエン化合物、エポキシ基含有不飽和化合物、スチレンスルホン酸、α−メチルスチレンスルホン酸及びこれらの塩等のビニル単量体を付加重合させたポリマー、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、合成多糖類等を挙げることができる。この中でも塩化ビニル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル、スチレン、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリロニトリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリロニトリル等の単量体を主成分とする単独重合体、2種以上の単量体より成る共重合体等が好ましく用いられる。さらに、この中でもスチレン−アクリル共重合体は、粒径、分散性、固形分濃度が安定しており、より好ましい。   Examples of organic materials include aromatic vinyl compounds, (meth) acrylic acid ester compounds, (meth) acrylic acid ester compounds having an amino group, (meth) acrylic acid ester compounds having an alkoxyl group, and (meth) having a cyano group Acrylic ester compound, vinyl cyanide compound, unsaturated acid, vinyl ester compound, vinyl ether compound, unsaturated amide compound, halogen-containing unsaturated compound, conjugated diene compound, non-conjugated diene compound, epoxy group-containing unsaturated compound, styrene sulfone Polymers obtained by addition polymerization of vinyl monomers such as acid, α-methylstyrene sulfonic acid and salts thereof, polyester resin, polyamide resin, polycarbonate resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, polyurethane resin, epoxy resin, cyclic Poliophy It can be mentioned resins, synthetic polysaccharides. Among these, monomers such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl acetate, styrene, methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, acrylonitrile, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, methacrylonitrile are the main components. A homopolymer of 2 or more and a copolymer comprising two or more monomers are preferably used. Furthermore, among these, a styrene-acrylic copolymer is more preferable because of its stable particle size, dispersibility, and solid content concentration.

有機中空粒子は、例えば、ダウ・ケミカルからローペイクシリーズ、JSR(株)からSXシリーズとして市販されており入手することができる。具体的には、ローペイクHP−91(平均粒子径1.0μm、中空率51%)、ローペイクOP−62(同0.4μm、同33%)、ローペイクOP−84J(同0.55μm、同20%)、ローペイクHP−1055(同1.0μm、同50%)、SX8782(A)(同1.1μm、同55%)、SX8782(D)(同1.0μm、同51%)、SX866(B)(同0.3μm、同30%)等を挙げることができる。   The organic hollow particles are commercially available, for example, as Dow Chemical's Ropaque series and JSR Corporation as SX series. Specifically, Ropaque HP-91 (average particle size 1.0 μm, hollow ratio 51%), Ropaque OP-62 (0.4 μm, 33%), Ropaque OP-84J (0.55 μm, 20). %), Ropaque HP-1055 (1.0 μm, 50%), SX8782 (A) (1.1 μm, 55%), SX8782 (D) (1.0 μm, 51%), SX866 ( B) (0.3 μm, 30%).

無機材料の例としては、シリカ、アルミナ、酸化チタン、炭酸カルシウム、酸化亜鉛、硫化亜鉛等を挙げることができる。無機中空粒子の合成方法としては、テンプレート法が知られている。この方法は,中空構造のテンプレートとして有機粒子、無機粒子を使用し、コア粒子の周りに表面電荷により選択的に粒子のシェルとなる素材を析出させることでコア/シェル粒子(コーティングされた粒子)を得る。コア/シェル粒子は,ろ過、乾燥後、コア粒子が除去され、無機中空粒子となる。有機テンプレート粒子として、ポリスチレンが多用されているが、除去可能なテンプレートであれば何でも使用可能であり、コア粒子の除去方法としては,熱分解法(燃焼法)と化学分解法(有機溶剤による溶解除去)がある。無機テンプレート粒子としては、特開2005−263550号公報に炭酸カルシウム粒子を用いる方法が挙げられており、塩酸等の無機酸を用いることによりコア粒子を除去し、中空粒子を調製することができる。   Examples of inorganic materials include silica, alumina, titanium oxide, calcium carbonate, zinc oxide, zinc sulfide and the like. A template method is known as a method for synthesizing the inorganic hollow particles. In this method, organic / inorganic particles are used as a template for a hollow structure, and core / shell particles (coated particles) are formed by precipitating a material that selectively becomes a shell of particles around the core particles by surface charge. Get. After the core / shell particles are filtered and dried, the core particles are removed to form inorganic hollow particles. Polystyrene is often used as the organic template particles, but any template that can be removed can be used. The core particles can be removed by the thermal decomposition method (combustion method) and chemical decomposition method (dissolution with an organic solvent). Removal). As inorganic template particles, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-263550 discloses a method using calcium carbonate particles. By using an inorganic acid such as hydrochloric acid, core particles can be removed to prepare hollow particles.

本発明における中空粒子の中空率(粒子の樹脂部と空間部の合計容積に対する空間部の容積比率)は特に制限がなく、好ましくは20〜90%、より好ましくは40〜90%の粒子を使用することができる。   The hollow ratio of the hollow particles in the present invention (the volume ratio of the space part to the total volume of the resin part and the space part of the particle) is not particularly limited, and preferably 20 to 90%, more preferably 40 to 90% of the particles are used. can do.

本発明における中空粒子の粒径は特に制限がないが、0.1〜100μmが好ましい。0.1μm未満では、取り扱いに困難が生じるうえ、磁性吸着材料に浮力を与えるためには、大量に用いる必要があり、その場合、セシウム吸着能が低下し、磁気による溶液からの分離が困難になる。また、100μmを超えると、磁性吸着剤製造時に中空粒子の破壊等が起こり、目的の浮力を有する磁性吸着剤を得られない。   The particle size of the hollow particles in the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 100 μm. If it is less than 0.1 μm, handling is difficult, and in order to give buoyancy to the magnetic adsorption material, it is necessary to use a large amount. In that case, the cesium adsorption ability is lowered, and separation from the solution by magnetism becomes difficult. Become. On the other hand, when the thickness exceeds 100 μm, breakage of hollow particles occurs during the production of the magnetic adsorbent, and the magnetic adsorbent having the desired buoyancy cannot be obtained.

本発明の磁性吸着剤におけるこれら中空粒子の含有率は10〜80質量%が好ましく、特に20〜70質量%となるようにするのが好ましい。含有率が10質量%を下回るとセシウムの吸着効率が低下するので好ましくない。また80質量%を上回ると、磁性体粒子の含有率が低くなるために磁気分離の効率が低下するので好ましくない。   The content of these hollow particles in the magnetic adsorbent of the present invention is preferably 10 to 80% by mass, and more preferably 20 to 70% by mass. If the content is less than 10% by mass, the adsorption efficiency of cesium decreases, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 80% by mass, the content of the magnetic particles is lowered, so that the efficiency of magnetic separation is lowered, which is not preferable.

本発明に用いられるバインダーの種類に特に制限はなく、造粒、成形分野において知られているバインダーを用いることができる。具体的には例えばセメント、石膏、水ガラス、鉱物等の無機系バインダー、デンプン、カゼイン、ゼラチン、キトサン類等の天然有機系水溶性バインダー、ポリビニルアルコール系樹脂(ポリビニルアルコール、カチオン変性ポリビニルアルコール、アニオン変性ポリビニルアルコール、アセトアセチル変性ポリビニルアルコール、ジアセトン変性ポリビニルアルコール、シラノール変性ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール等)、セルロース系樹脂(メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等)、ポリアクリル酸系樹脂、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等の合成有機系水溶性バインダー、ポリアクリル酸エステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ(スチレン/ブタジエン)樹脂、ポリ(エチレン/酢酸ビニル)樹脂、ニトリルゴム等の非水溶性樹脂を水中に分散させたバインダー等が挙げられ、これらのうちの1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用することもできる。さらに、これらの樹脂を変性した変性樹脂のエマルジョンも使用できる。   There is no restriction | limiting in particular in the kind of binder used for this invention, The binder known in the field of granulation and a shaping | molding can be used. Specifically, for example, inorganic binders such as cement, gypsum, water glass and minerals, natural organic water-soluble binders such as starch, casein, gelatin and chitosan, polyvinyl alcohol resins (polyvinyl alcohol, cation-modified polyvinyl alcohol, anions) Modified polyvinyl alcohol, acetoacetyl modified polyvinyl alcohol, diacetone modified polyvinyl alcohol, silanol modified polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, etc.), cellulosic resins (methylcellulose, ethylcellulose, hydroxyethylcellulose, carboxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose) Etc.), polyacrylic acid resin, polyacrylamide, polyvinyl pyrone Synthetic organic water-soluble binders such as dong, polyethylene oxide and polypropylene oxide, polyacrylate resin, polyamide resin, polyvinyl acetate resin, urea resin, epoxy resin, polyurethane resin, poly (styrene / butadiene) resin, poly (ethylene / Vinyl acetate) Resins, binders in which water-insoluble resins such as nitrile rubber are dispersed in water, and the like can be mentioned. Only one of these can be used alone, or two or more can be used in combination. You can also Furthermore, modified resin emulsions obtained by modifying these resins can also be used.

これらのバインダーの耐水性を向上するには、架橋剤を使用する方法や加熱により結晶化を促進する方法がある。架橋剤としては特に制限はなく、公知のものを用いることができる。例えば、オキサゾリンポリマー、水溶性エポキシ化合物、水溶性メラミン化合物、水分散ブロックイソシアネート、水系アジリジン化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物、ケイ素化合物、アルデヒド化合物、ホウ酸等を挙げることができる。   In order to improve the water resistance of these binders, there are a method of using a crosslinking agent and a method of promoting crystallization by heating. There is no restriction | limiting in particular as a crosslinking agent, A well-known thing can be used. Examples include oxazoline polymers, water-soluble epoxy compounds, water-soluble melamine compounds, water-dispersed blocked isocyanates, water-based aziridine compounds, titanium compounds, zirconium compounds, silicon compounds, aldehyde compounds, and boric acid.

本発明の磁性吸着剤におけるバインダーの含有率は1〜50質量%が好ましく、特に1〜20質量%となるようにするのが好ましい。含有率が1質量%を下回ると磁性吸着剤の物理的強度が低下して、磁性体粒子とセシウム吸着性化合物が分離しやすくなるので好ましくない。含有率が50質量%を上回ると、有害成分の吸着効率が低下するので好ましくない。   The content of the binder in the magnetic adsorbent of the present invention is preferably 1 to 50% by mass, and particularly preferably 1 to 20% by mass. When the content is less than 1% by mass, the physical strength of the magnetic adsorbent is lowered, and the magnetic particles and the cesium adsorbing compound are easily separated. When the content rate exceeds 50% by mass, the adsorption efficiency of harmful components decreases, which is not preferable.

本発明の磁性吸着剤の製造方法としては、磁性体粒子、セシウム吸着性化合物、中空粒子をバインダーとともに混合、乾燥、粉砕する方法がある。別の方法として、磁性体粒子、セシウム吸着性化合物、中空粒子をモノマーとともに塊状重合させ、乾燥、粉砕する方法もあるが、製造工程の制御のしやすさやコストの点から、前者の方法が有利である。各工程において用いられる装置について、特に制限はない。   As a method for producing the magnetic adsorbent of the present invention, there is a method in which magnetic particles, a cesium adsorbing compound, and hollow particles are mixed with a binder, dried, and pulverized. As another method, there is a method in which magnetic particles, a cesium-adsorbing compound, and hollow particles are bulk polymerized together with a monomer, followed by drying and pulverization, but the former method is advantageous in terms of ease of control of the manufacturing process and cost It is. There is no restriction | limiting in particular about the apparatus used in each process.

有害成分を含む溶液と本発明の磁性吸着剤の接触方法としては、溶液に磁性吸着剤を投入して攪拌するバッチ処理が、簡便な装置で実施できるので好ましい。攪拌方法としては、攪拌羽根で攪拌する方法やエアレーションなど曝気による方法等を例示することができる。有害成分を含む溶液と磁性吸着剤の接触時間は、10分〜2時間が好ましい。接触時間が10分より短いと、有害成分の吸着が不十分となることがある。2時間より長く接触させても、吸着がすでに平衡に達しているため作業効率上好ましくないうえに、長時間の攪拌が磁性吸着剤の機械的な強度に悪影響を与えることがある。   As a method for contacting the solution containing harmful components with the magnetic adsorbent of the present invention, batch treatment in which the magnetic adsorbent is added to the solution and stirred can be carried out with a simple apparatus. Examples of the stirring method include a method of stirring with a stirring blade and a method of aeration such as aeration. The contact time between the solution containing harmful components and the magnetic adsorbent is preferably 10 minutes to 2 hours. If the contact time is shorter than 10 minutes, adsorption of harmful components may be insufficient. Even if the contact time is longer than 2 hours, the adsorption has already reached equilibrium, which is not preferable in terms of work efficiency, and long-time stirring may adversely affect the mechanical strength of the magnetic adsorbent.

有害成分を含む溶液に対する、本発明の磁性吸着剤の添加量に制限はなく、有害成分が目的とするレベルまで除去される添加量を、有害成分の濃度に応じて実験的に定めればよい。   There is no limit to the amount of the magnetic adsorbent of the present invention added to a solution containing harmful components, and the amount of harmful components removed to the target level may be determined experimentally according to the concentration of harmful components. .

有害成分を吸着した磁性吸着剤は、永久磁石、電磁石、超電導磁石によって短時間に集磁され、有害成分が除かれた溶液から分離される。用いられる磁気分離装置に関して特に制限はない。   The magnetic adsorbent adsorbing the harmful components is collected in a short time by a permanent magnet, an electromagnet, and a superconducting magnet, and separated from the solution from which the harmful components have been removed. There are no particular restrictions on the magnetic separation device used.

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. In addition, the percentage in an Example is a mass reference | standard unless there is particular notice.

<磁性吸着剤1の合成>
平均粒径2μmの四三酸化鉄(10g)、ゼオライト(新東北化学工業(株);ゼオフィルCP;10g)、スチレン・アクリル中空粒子(ダウ・ケミカル社;ローペイクHP−1055;固形分濃度27.5%、平均粒子径=1.0μm;50g)、ポリアクリル酸エステル系エマルジョン(日信化学工業(株);ビニブラン2680;固形分30%;23.3g)とともに乳鉢で30分間混練し、シャーレに広げて80℃で3時間乾燥させた。得られた乾燥固形物をミニブレンダーで粉砕し、磁性吸着剤1を38g得た。
<Synthesis of magnetic adsorbent 1>
Iron trioxide (10 g) having an average particle diameter of 2 μm, zeolite (Shintohoku Chemical Co., Ltd .; Zeophyl CP; 10 g), styrene / acryl hollow particles (Dow Chemical Co .; Ropaque HP-1055; solid content concentration 27. 5%, average particle size = 1.0 μm; 50 g), polyacrylate ester emulsion (Nisshin Chemical Industry Co., Ltd .; Vini Blanc 2680; solid content 30%; 23.3 g), kneaded in a mortar for 30 minutes, And dried at 80 ° C. for 3 hours. The obtained dried solid was pulverized with a mini blender to obtain 38 g of magnetic adsorbent 1.

<比較吸着剤1の合成>
平均粒径2μmの四三酸化鉄(10g)、ゼオライト(新東北化学工業(株);ゼオフィルCP;10g)、ポリアクリル酸エステル系エマルジョン(日信化学工業(株);ビニブラン2680;固形分30%;13.3g)を同時に混合し、乳鉢で混練した後、シャーレに広げて80℃で3時間乾燥させた。得られた乾燥固形物をミニブレンダーで粉砕して、比較吸着剤1を20g得た。
<Synthesis of comparative adsorbent 1>
Ferric trioxide (10 g) having an average particle diameter of 2 μm, zeolite (Shintohoku Chemical Industry Co., Ltd .; Zeophyl CP; 10 g), polyacrylate ester emulsion (Nisshin Chemical Industry Co., Ltd .; Vini Blanc 2680; solid content 30 %; 13.3 g) were mixed at the same time, kneaded in a mortar, spread on a petri dish and dried at 80 ° C. for 3 hours. The obtained dried solid was pulverized with a mini blender to obtain 20 g of Comparative Adsorbent 1.

<比較吸着剤2の合成>
平均粒径2μmの四三酸化鉄(10g)、ゼオライト(新東北化学工業(株);ゼオフィルCP;10g)を混合し、さらにポルトランドセメントを2g加え、混合した。この混合物を、転動型の造粒機に水を加えながら造粒し、2mmの目開きの篩いで篩分けた。この篩分けを乾燥し、比較吸着剤2を11g得た。
<Synthesis of comparative adsorbent 2>
An iron trioxide (10 g) having an average particle diameter of 2 μm and zeolite (New Tohoku Chemical Industry Co., Ltd .; Zeophyl CP; 10 g) were mixed, and 2 g of Portland cement was further added and mixed. This mixture was granulated while adding water to a rolling granulator, and sieved with a sieve having an opening of 2 mm. This sieving was dried to obtain 11 g of comparative adsorbent 2.

実施例1
塩化セシウム6.33mgを蒸留水500mlに溶かして、セシウムイオン濃度が0.001%(10ppm)の水溶液を調製した。この液50mlに磁性吸着剤1を20mg加えて10秒攪拌、30分静置した後、水相の一部を取り出し、水相に残留しているセシウムイオン濃度をICP−MSで求めたところ1.2ppmであり、88%のセシウムイオンが除去されていることが分かった。サンプルを取り出した残りをさらに攪拌しながら容器内部に磁石を30秒間挿入した後、磁石を取り出し、攪拌を停止させ、容器内部を観察したところ、集磁されない成分は認められず、磁性吸着剤の分解がないことが確認できた。
Example 1
6.33 mg of cesium chloride was dissolved in 500 ml of distilled water to prepare an aqueous solution having a cesium ion concentration of 0.001% (10 ppm). After adding 20 mg of the magnetic adsorbent 1 to 50 ml of this solution and stirring for 10 seconds and allowing to stand for 30 minutes, a part of the aqueous phase was taken out and the concentration of cesium ions remaining in the aqueous phase was determined by ICP-MS. It was found that 88% of cesium ions were removed. After the sample was taken out, the magnet was inserted into the container for 30 seconds while further stirring, and then the magnet was taken out, stirring was stopped, and the inside of the container was observed. It was confirmed that there was no decomposition.

比較例1
磁性吸着剤1を20mg加える替わりに比較吸着剤1を12mg加えた以外は、実施例1と同様に操作した。残留セシウムイオン濃度は4.0ppmであり、除去率は60%であった。また、サンプルを取り出した残りについても実施例1と同様の操作を行ったところ、容器の底に固形物が観察された。採取、乾燥の後、秤量したところ、3mgの成分が確認された。
Comparative Example 1
The same operation as in Example 1 was conducted except that 12 mg of the comparative adsorbent 1 was added instead of 20 mg of the magnetic adsorbent 1. The residual cesium ion concentration was 4.0 ppm, and the removal rate was 60%. Moreover, when the same operation as Example 1 was performed about the remainder which took out the sample, the solid substance was observed by the bottom of the container. After sampling and drying, 3 mg component was confirmed.

比較例2
磁性吸着剤1を20mg加える替わりに比較吸着剤2を12mg加えた以外は、実施例1と同様に操作した。残留セシウムイオン濃度は5.6ppmであり、除去率は44%であった。また、サンプルを取り出した残りについても実施例1と同様の操作を行ったところ、容器の底に固形物が観察された。採取、乾燥の後、秤量したところ、5mgの成分が確認された。
Comparative Example 2
The same operation as in Example 1 was conducted except that 12 mg of the comparative adsorbent 2 was added instead of adding 20 mg of the magnetic adsorbent 1. The residual cesium ion concentration was 5.6 ppm, and the removal rate was 44%. Moreover, when the same operation as Example 1 was performed about the remainder which took out the sample, the solid substance was observed by the bottom of the container. After sampling and drying, 5 mg component was confirmed.

実施例1、比較例1、2の結果から、本発明によれば有害成分を効率的に分離できることが示された。また、簡便な方法により、効率良く磁性吸着剤が回収できることが確認された。   From the results of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, it was shown that harmful components can be efficiently separated according to the present invention. It was also confirmed that the magnetic adsorbent can be efficiently recovered by a simple method.

本発明によれば、有害成分含有溶液に磁性吸着剤を添加し、簡易な攪拌操作の後に磁性吸着剤を磁気分離により取り出すことで、有害成分を短時間で除去し、磁気分離により磁気吸着剤を簡便に回収分離することができる。有害成分含有溶液が汚泥、土壌、焼却灰等を含有していても、磁気分離にはほとんど影響しないことから、本発明はこれらを含有する有害成分含有溶液の浄化に有効であると考えられる。   According to the present invention, a magnetic adsorbent is added to a harmful component-containing solution, and after a simple stirring operation, the magnetic adsorbent is removed by magnetic separation, thereby removing harmful components in a short time and magnetic separation by magnetic separation. Can be easily recovered and separated. Even if the harmful component-containing solution contains sludge, soil, incinerated ash, etc., it hardly affects magnetic separation, and thus the present invention is considered effective for purification of the harmful component-containing solution containing these.

本発明に用いられる磁性体粒子としては特に制限はなく、磁性を示すあらゆる材料を用いることができる。例えば鉄、ニッケル、コバルト等の金属またはこれらを主成分とする磁性合金の粉末、四三酸化鉄、三二酸化鉄、コバルト添加酸化鉄、バリウムフェライト、ストロンチウムフェライト等の金属酸化物系磁性体の粉末が挙げられる。磁性体粒子の粒径は0.1〜100μmが好ましい。0.1μm未満では、取り扱いに困難が生じることがあり、100μmを超えると、セシウム吸着性化合物との混合がスムースに進まない場合がある。本発明の磁性吸着剤におけるこれら磁性体粒子の含有率は5〜70質量%が好ましく、特に20〜60質量%となるようにするのが好ましい。含有率が5質量%を下回ると磁気分離の効率が低下するので好ましくない。また70質量%を上回ると、セシウム吸着性化合物の含有率が低くなるために有害成分吸着性が低下するので好ましくない。 The magnetic particles used in the present invention are not particularly limited, and any material exhibiting magnetism can be used. For example, powders of metals such as iron, nickel and cobalt or powders of magnetic alloys based on these metals, powders of metal oxide magnetic materials such as iron trioxide, iron sesquioxide, cobalt-added iron oxide, barium ferrite and strontium ferrite Is mentioned. The particle size of the magnetic particles is preferably 0.1 to 100 μm. If it is less than 0.1 μm, handling may be difficult. If it exceeds 100 μm, mixing with the cesium-adsorbing compound may not proceed smoothly. The content of these magnetic particles in the magnetic adsorbent of the present invention is preferably 5 to 70% by mass, and more preferably 20 to 60% by mass. If the content is less than 5% by mass, the efficiency of magnetic separation decreases, which is not preferable. Moreover, when it exceeds 70 mass%, since the content rate of a cesium adsorptive compound becomes low and harmful component adsorptivity falls, it is not preferable.

本発明の磁性吸着剤におけるこれら中空粒子の含有率は10〜80質量%が好ましく、特に20〜70質量%となるようにするのが好ましい。含有率が10質量%を下回ると目的の浮力が得られず、セシウム吸着処理において、低撹拌力でのセシウム吸着効率が低下し、高撹拌力を要するので好ましくない。また、80質量%を上回ると、磁性体粒子の含有率が低くなるために磁気分離の効率が低下するので好ましくない。
The content of these hollow particles in the magnetic adsorbent of the present invention is preferably 10 to 80% by mass, and more preferably 20 to 70% by mass. When the content is below 10 wt% not object of buoyancy is obtained, in the cesium adsorption treatment, cesium adsorption efficiency at low stirring force is reduced, so shall be subject to high stirring force is not preferable. On the other hand, if it exceeds 80% by mass, the content of the magnetic particles is lowered, so that the efficiency of magnetic separation is lowered.

Claims (1)

磁性体粒子、セシウム吸着性化合物、中空粒子が、バインダーにより結着されている磁性吸着剤。 A magnetic adsorbent in which magnetic particles, a cesium adsorbing compound, and hollow particles are bound by a binder.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014055895A (en) * 2012-09-13 2014-03-27 Jfe Mineral Co Ltd Adsorbent for radioactive material, reproduction method therefor, and purification method for radioactive contaminated material

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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