JP2013209532A - Composite material of cyclodextrin and porous silica particle, and its production method, metal extractor, cesium extractor and gas adsorber - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite material of cyclodextrin and a porous silica particle useful for extraction of a metal or the like.SOLUTION: This composite material includes a polymer of cyclodextrin and a porous silica particle containing 3.0 mass% or more AlO, and a plurality of pores, where the polymer exists at least any of an outer surface of the porous silica particle and within the pore.

Description

本発明は、環境中、廃棄物等からの金属の抽出などに有用な、シクロデキストリンと多孔質シリカ粒子との複合材料、及びその製造方法、前記複合材料を用いた金属抽出剤、セシウム抽出剤、並びにガス吸着剤に関する。   The present invention relates to a composite material of cyclodextrin and porous silica particles useful for extraction of metals from wastes and the like in the environment, a method for producing the same, a metal extractant using the composite material, and a cesium extractant. And a gas adsorbent.

コバルト(Co)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ニオブ(Nb)、カドミニウム(Cd)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、ネオジウム(Nd)、ユーロピウム(Eu)、テルビウム(Tb)、水銀(Hg)、ウラン(U)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、バリウム(Ba)、アルミニウム(Al)などの金属は、経済産業省総合資源エネルギー調査会鉱業分科会レアメタル対策部会定義が定めた31鉱種に含まれる金属である。これらの金属は、我々の生活に必要不可欠なものであり、自動車用触媒、燃料電池、超強力磁石など、現在の精密機器をはじめ多くの製品に使用されている。   Cobalt (Co), titanium (Ti), nickel (Ni), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), zinc (Zn), yttrium (Y), zirconium (Zr), hafnium (Hf), Niobium (Nb), cadmium (Cd), lanthanum (La), cerium (Ce), neodymium (Nd), europium (Eu), terbium (Tb), mercury (Hg), uranium (U), platinum (Pt), Metals such as palladium (Pd), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), iridium (Ir), osmium (Os), barium (Ba), aluminum (Al), etc. It is a metal included in 31 ore types defined by the Rare Metal Countermeasures Subcommittee definition. These metals are indispensable for our daily lives, and are used in many products including current precision equipment such as automobile catalysts, fuel cells, and super-strong magnets.

しかしながら、日本は、これらの金属のほとんどを輸入に頼っているのが現状である。例えば、パラジウム及び白金は、精密機器材料及び歯科材料として使用される金属であり、ジルコニウムは、圧電素子及びコンデンサとして使用される金属である。パラジウム、白金、及びジルコニウムは、地殻内存在量が最も少ない金属の一つであることから、近年の各国による資源獲得競争の中、価格が高騰しつつある。このため、資源の安定的な供給、環境保護の観点から、パラジウム、白金、及びジルコニウムをリサイクルする方法が提案されている。   However, Japan currently relies on imports for most of these metals. For example, palladium and platinum are metals used as precision instrument materials and dental materials, and zirconium is a metal used as piezoelectric elements and capacitors. Palladium, platinum, and zirconium are one of the metals with the least amount in the earth's crust, and their prices are rising in recent years due to competition for resources by countries. For this reason, from the viewpoint of stable supply of resources and environmental protection, a method of recycling palladium, platinum, and zirconium has been proposed.

一方、環境中には、放射性セシウムなどの放射性物質が存在している。前記放射性物質による被爆は、人体への影響が大きく、低線量の被爆であってもガンを発生させるリスクがあることが報告されている。また、セシウムは、カリウムと似ているために筋肉に濃縮しやすく、スズキ、カツオ、ブリなどで100倍以上に濃縮されることが報告されている。   On the other hand, radioactive substances such as radioactive cesium exist in the environment. It has been reported that exposure to the radioactive material has a large effect on the human body and there is a risk of generating cancer even when exposed to low doses. In addition, cesium is similar to potassium, so it is easy to concentrate in muscles, and it has been reported that it is concentrated 100 times or more with sea bass, skipjack, yellowtail and the like.

そこで、前記金属を回収又は除去するために、前記金属を抽出可能な材料が望まれている。
物質に対して抽出能力を有する材料として、シクロデキストリンが知られている。前記シクロデキストリンは、複数個のグルコースが環状に連なった物質である。前記シクロデキストリンは、その分子内部に空間を有しており、この空間に有機化合物又は無機化合物が入り込み、包接化合物を形成することで、物質を抽出することができる。
Therefore, in order to recover or remove the metal, a material capable of extracting the metal is desired.
Cyclodextrin is known as a material having an extraction ability for substances. The cyclodextrin is a substance in which a plurality of glucoses are continuously linked. The cyclodextrin has a space inside the molecule, and an organic compound or an inorganic compound enters the space to form an inclusion compound, whereby a substance can be extracted.

前記シクロデキストリンを抽出剤として用いた技術として、例えば、無機粉末の存在下でシクロデキストリンをエポキシ化合物によって架橋したシクロデキストリン複合材料が提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかし、この提案の技術は、環境ホルモンなどの抽出又は除去には効果があるものの、前記金属の抽出においては、充分な効果が得られないという問題がある。   As a technique using the cyclodextrin as an extractant, for example, a cyclodextrin composite material in which cyclodextrin is crosslinked with an epoxy compound in the presence of an inorganic powder has been proposed (see, for example, Patent Document 1). However, although the proposed technique is effective for extracting or removing environmental hormones and the like, there is a problem that sufficient effects cannot be obtained in the extraction of the metal.

また、非晶質ケイ酸などの存在下でシクロデキストリンをエポキシ化合物によって架橋した、アスペクト比が2以上のシクロデキストリン複合材料が提案されている(例えば、特許文献2参照)。しかし、この提案の技術でも、前記金属の抽出においては、充分な効果が得られないという問題がある。なお、この提案の技術の一例では、非晶質ケイ酸に変えて、珪藻土を水酸化ナトリウム水溶液に入れて得られる溶液の上澄み液の存在下でシクロデキストリンをエポキシ化合物によって架橋した無色又は白色のシクロデキストリン複合材料を用いているが、この複合材料でも前記金属の抽出においては、充分な効果が得られない。   Further, a cyclodextrin composite material having an aspect ratio of 2 or more in which cyclodextrin is crosslinked with an epoxy compound in the presence of amorphous silicic acid or the like has been proposed (for example, see Patent Document 2). However, even this proposed technique has a problem that a sufficient effect cannot be obtained in the extraction of the metal. In one example of the proposed technique, amorphous or silicic acid is used instead of colorless or white, in which cyclodextrin is crosslinked with an epoxy compound in the presence of a supernatant of a solution obtained by placing diatomaceous earth in an aqueous sodium hydroxide solution. Although a cyclodextrin composite material is used, even this composite material cannot provide a sufficient effect in extracting the metal.

更に、金属の抽出に限らず、ガス吸着など、様々な物質に対して抽出能力及び吸着能力を示す材料が望まれている。   Furthermore, not only metal extraction but also a material that exhibits extraction ability and adsorption ability for various substances such as gas adsorption is desired.

したがって、金属の抽出などに有用な、シクロデキストリンと多孔質シリカ粒子との複合材料、及びその製造方法、金属抽出剤、セシウム抽出剤、並びにガス吸着剤の提供が求められているのが現状である。   Therefore, it is currently required to provide a composite material of cyclodextrin and porous silica particles useful for metal extraction and the like, a method for producing the same, a metal extractant, a cesium extractant, and a gas adsorbent. is there.

特許第4225731号公報Japanese Patent No. 4225731 特開2011−213743号公報JP 2011-213743 A

本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、金属の抽出などに有用な、シクロデキストリンと多孔質シリカ粒子との複合材料、及びその製造方法、金属抽出剤、セシウム抽出剤、並びにガス吸着剤を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-described problems and achieve the following objects. That is, an object of the present invention is to provide a composite material of cyclodextrin and porous silica particles, a method for producing the same, a metal extractant, a cesium extractant, and a gas adsorbent, which are useful for metal extraction and the like. To do.

前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
<1> シクロデキストリンの重合体と、
3.0質量%以上のAlを含有しかつ複数の孔を有する多孔質シリカ粒子とを含有し、
前記重合体が、前記多孔質シリカ粒子の外表面及び前記孔内の少なくともいずれかに存在していることを特徴とする複合材料である。
<2> 多孔質シリカ粒子が、珪藻土である前記<1>に記載の複合材料である。
<3> シクロデキストリンの重合体が、シクロデキストリンとエポキシ化合物とを重合して得られる前記<1>から<2>のいずれかに記載の複合材料である。
<4> エポキシ化合物が、エピハロヒドリンを含有する前記<3>に記載の複合材料である。
<5> 多孔質シリカ粒子の外表面の少なくとも一部が、シクロデキストリンの重合体により被覆されている前記<1>から<4>のいずれかに記載の複合材料である。
<6> 前記<1>から<5>のいずれかに記載の複合材料を含有することを特徴とする金属抽出剤である。
<7> 前記<1>から<5>のいずれかに記載の複合材料を含有することを特徴とするセシウム抽出剤である。
<8> 前記<1>から<5>のいずれかに記載の複合材料を含有することを特徴とするガス吸着剤である。
<9> アルカリ水溶液に、シクロデキストリンと、3.0質量%以上のAlを含有しかつ複数の孔を有する多孔質シリカ粒子とを添加する添加工程と、
前記添加工程に続いて、前記アルカリ水溶液に、エポキシ化合物を添加し、前記シクロデキストリンと前記エポキシ化合物とを重合する重合工程とを含むことを特徴とする複合材料の製造方法である。
<10> エポキシ化合物が、エピハロヒドリンを含有する前記<9>に記載の複合材料の製造方法である。
<11> 多孔質シリカ粒子が、珪藻土である前記<9>から<10>のいずれかに記載の複合材料の製造方法である。
<12> 添加工程においてアルカリ水溶液に添加されるシクロデキストリンと多孔質シリカ粒子との質量比(多孔質シリカ粒子/シクロデキストリン)が、0.5〜5である前記<9>から<11>のいずれかに記載の複合材料の製造方法である。
Means for solving the problems are as follows. That is,
<1> a polymer of cyclodextrin;
Containing 3.0 mass% or more of Al 2 O 3 and porous silica particles having a plurality of pores,
The composite material is characterized in that the polymer is present on at least one of the outer surface of the porous silica particles and the pores.
<2> The composite material according to <1>, wherein the porous silica particles are diatomaceous earth.
<3> The composite material according to any one of <1> to <2>, wherein the polymer of cyclodextrin is obtained by polymerizing cyclodextrin and an epoxy compound.
<4> The composite material according to <3>, wherein the epoxy compound contains an epihalohydrin.
<5> The composite material according to any one of <1> to <4>, wherein at least part of the outer surface of the porous silica particles is coated with a cyclodextrin polymer.
<6> A metal extractant comprising the composite material according to any one of <1> to <5>.
<7> A cesium extractant containing the composite material according to any one of <1> to <5>.
<8> A gas adsorbent comprising the composite material according to any one of <1> to <5>.
<9> An addition step of adding cyclodextrin and porous silica particles containing 3.0% by mass or more of Al 2 O 3 and having a plurality of pores to the alkaline aqueous solution;
Subsequent to the adding step, a method for producing a composite material comprising a polymerization step of adding an epoxy compound to the alkaline aqueous solution and polymerizing the cyclodextrin and the epoxy compound.
<10> The method for producing a composite material according to <9>, wherein the epoxy compound contains an epihalohydrin.
<11> The method for producing a composite material according to any one of <9> to <10>, wherein the porous silica particles are diatomaceous earth.
<12> The above <9> to <11>, wherein the mass ratio of the cyclodextrin to the porous silica particles added to the alkaline aqueous solution in the addition step (porous silica particles / cyclodextrin) is 0.5 to 5. It is the manufacturing method of the composite material in any one.

本発明によると、従来における前記諸問題を解決することができ、金属の抽出などに有用な、シクロデキストリンと多孔質シリカ粒子との複合材料、及びその製造方法、金属抽出剤、セシウム抽出剤、並びにガス吸着剤を提供することができる。   According to the present invention, the above conventional problems can be solved and useful for metal extraction and the like, a composite material of cyclodextrin and porous silica particles, and a production method thereof, a metal extractant, a cesium extractant, As well as a gas adsorbent.

図1は、実施例1で合成した複合材料1の粒径分布を表すグラフである。1 is a graph showing the particle size distribution of the composite material 1 synthesized in Example 1. FIG. 図2は、実施例1で得られた複合材料1のSEM(走査型電子顕微鏡)写真である。FIG. 2 is a SEM (scanning electron microscope) photograph of the composite material 1 obtained in Example 1. 図3は、実施例1で得られた複合材料1のその他のSEM写真である。FIG. 3 is another SEM photograph of the composite material 1 obtained in Example 1. 図4は、実施例1で得られた複合材料1のその他のSEM写真である。4 is another SEM photograph of the composite material 1 obtained in Example 1. FIG. 図5は、実施例1で得られた複合材料1のその他のSEM写真である。FIG. 5 is another SEM photograph of the composite material 1 obtained in Example 1. 図6は、実施例1で得られた複合材料1のその他のSEM写真である。6 is another SEM photograph of the composite material 1 obtained in Example 1. FIG. 図7は、実施例2で得られた複合材料2のSEM写真である。FIG. 7 is an SEM photograph of the composite material 2 obtained in Example 2. 図8は、実施例2で得られた複合材料2のその他のSEM写真である。FIG. 8 is another SEM photograph of the composite material 2 obtained in Example 2. 図9は、実施例2で得られた複合材料2のその他のSEM写真である。FIG. 9 is another SEM photograph of the composite material 2 obtained in Example 2. 図10は、実施例3で得られた複合材料3のSEM写真である。FIG. 10 is an SEM photograph of the composite material 3 obtained in Example 3. 図11は、実施例3で得られた複合材料3のその他のSEM写真である。FIG. 11 is another SEM photograph of the composite material 3 obtained in Example 3. 図12は、実施例3で得られた複合材料3のその他のSEM写真である。12 is another SEM photograph of the composite material 3 obtained in Example 3. FIG. 図13は、実施例3で得られた複合材料3のその他のSEM写真である。FIG. 13 is another SEM photograph of the composite material 3 obtained in Example 3. 図14は、実施例3で得られた複合材料3のその他のSEM写真である。14 is another SEM photograph of the composite material 3 obtained in Example 3. FIG. 図15は、実施例5で得られた複合材料5のSEM写真である。FIG. 15 is a SEM photograph of the composite material 5 obtained in Example 5. 図16は、実施例5で得られた複合材料5のその他のSEM写真である。FIG. 16 is another SEM photograph of the composite material 5 obtained in Example 5. 図17は、実施例5で得られた複合材料5のその他のSEM写真である。FIG. 17 is another SEM photograph of the composite material 5 obtained in Example 5. 図18は、実施例5で得られた複合材料5のその他のSEM写真である。18 is another SEM photograph of the composite material 5 obtained in Example 5. FIG. 図19は、実施例5で得られた複合材料5のその他のSEM写真である。FIG. 19 is another SEM photograph of the composite material 5 obtained in Example 5. 図20は、比較例1で得られた複合材料6のSEM写真である。FIG. 20 is an SEM photograph of the composite material 6 obtained in Comparative Example 1. 図21は、比較例1で得られた複合材料6のその他のSEM写真である。FIG. 21 is another SEM photograph of the composite material 6 obtained in Comparative Example 1. 図22は、比較例1で得られた複合材料6のその他のSEM写真である。22 is another SEM photograph of the composite material 6 obtained in Comparative Example 1. FIG. 図23は、セシウム抽出試験結果の図である。FIG. 23 is a diagram of a cesium extraction test result. 図24は、金属抽出試験結果の図である。FIG. 24 is a diagram of the metal extraction test results. 図25は、金属抽出試験結果の図である。FIG. 25 is a diagram of a metal extraction test result. 図26は、実施例1で得られた複合材料1のメタノール吸着等温線である。FIG. 26 is a methanol adsorption isotherm of the composite material 1 obtained in Example 1.

(複合材料)
本発明の複合材料は、シクロデキストリンの重合体と、多孔質シリカ粒子とを少なくとも含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含有する。
前記複合材料において、前記重合体は、前記多孔質シリカ粒子の外表面及び前記孔内の少なくともいずれかに存在している。
前記複合材料は、前記多孔質シリカ粒子が3.0質量%以上のAlを含有することにより、金属抽出能力に優れる。
(Composite material)
The composite material of the present invention contains at least a cyclodextrin polymer and porous silica particles, and further contains other components as necessary.
In the composite material, the polymer is present on at least one of the outer surface of the porous silica particles and the pores.
The composite material by the porous silica particles containing Al 2 O 3 of more than 3.0 mass%, excellent metal extraction capacity.

<シクロデキストリンの重合体>
前記シクロデキストリンの重合体(以下、「重合体」と略すことがある。)は、シクロデキストリンを重合して得られる。
前記重合体は、前記シクロデキストリンのみの単独重合体であってもよいし、前記シクロデキストリンと他の化合物とが重合した共重合体であってもよい。
前記重合体は、前記シクロデキストリンとエポキシ化合物とを重合して得られることが好ましい。
前記重合体は、前記シクロデキストリンに由来する構造単位を2つ以上有していれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Polycyclodextrin polymer>
The cyclodextrin polymer (hereinafter sometimes abbreviated as “polymer”) is obtained by polymerizing cyclodextrin.
The polymer may be a homopolymer only of the cyclodextrin or a copolymer obtained by polymerizing the cyclodextrin and another compound.
The polymer is preferably obtained by polymerizing the cyclodextrin and an epoxy compound.
If the said polymer has two or more structural units derived from the said cyclodextrin, there will be no restriction | limiting in particular, According to the objective, it can select suitably.

前記重合体と前記シクロデキストリンとを判別する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、質量分析法、赤外分光法、紫外可視分光法、核磁気共鳴分光法等の構造分析法、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法、前記シクロデキストリンの溶解性と前記重合体の溶解性とを対比することにより判別する方法などが挙げられる。   A method for discriminating between the polymer and the cyclodextrin is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, mass spectrometry, infrared spectroscopy, ultraviolet-visible spectroscopy, nuclear magnetic resonance Examples thereof include a structural analysis method such as spectroscopy, a gel permeation chromatography (GPC) method, a method of discriminating by comparing the solubility of the cyclodextrin and the solubility of the polymer, and the like.

<<シクロデキストリン>>
前記シクロデキストリンとは、D−グルコース単位がα−1,4−グルコシド結合で環状に結合した化合物及びその誘導体である。
前記シクロデキストリンとしては、例えば、D−グルコース単位が6つのα−シクロデキストリン、7つのβ−シクロデキストリン、8つのγ−シクロデキストリンなどが挙げられる。
前記シクロデキストリンは、例えば、澱粉及び/又は澱粉の加水分解物にシクロデキストリングルカノトランスフェラーゼなどの酵素を作用させて製造することができる。
前記シクロデキストリンにおける誘導体とは、部分的に置換基が導入されたシクロデキストリンを示す。前記誘導体としては、例えば、シクロデキストリンを構成するグルコースの6位にグルコース、マルトース、マルトトリオース等が付加した分岐鎖シクロデキストリン、メチル化シクロデキストリン、ヒドロキシアルキル化シクロデキストリン、アルキルスルホン酸化シクロデキストリンなどが挙げられる。
<< cyclodextrin >>
The cyclodextrin is a compound in which a D-glucose unit is cyclically bonded with an α-1,4-glucoside bond and a derivative thereof.
Examples of the cyclodextrin include α-cyclodextrin having 6 D-glucose units, 7 β-cyclodextrin, and 8 γ-cyclodextrin.
The cyclodextrin can be produced, for example, by allowing an enzyme such as cyclodextrin glucanotransferase to act on starch and / or a hydrolyzate of starch.
The derivative in the cyclodextrin refers to a cyclodextrin in which a substituent is partially introduced. Examples of the derivatives include branched-chain cyclodextrins, methylated cyclodextrins, hydroxyalkylated cyclodextrins, alkylsulfonated cyclodextrins obtained by adding glucose, maltose, maltotriose, etc. to the 6-position of glucose constituting cyclodextrins. Is mentioned.

<<エポキシ化合物>>
前記エポキシ化合物としては、エポキシ基を有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エポキシ基を1つ有するモノエポキシ化合物、エポキシ基を2つ有するジエポキシ化合物、エポキシ基を3つ有するトリエポキシ化合物などが挙げられる。
前記モノエポキシ化合物としては、例えば、エピハロヒドリンなどが挙げられる。
前記ジエポキシ化合物としては、例えば、ジグリシジルエーテル化合物などが挙げられる。
前記エピハロヒドリンとしては、例えば、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリンなどが挙げられる。
前記ジグリシジルエーテル化合物としては、例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテルなどが挙げられる。
これらの中でも、アルカリ条件下で容易に反応できる点、及び安価である点から、モノエポキシ化合物が好ましく、エピハロヒドリンがより好ましく、エピクロロヒドリンが特に好ましい。
<< Epoxy compound >>
The epoxy compound is not particularly limited as long as it is a compound having an epoxy group, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, a monoepoxy compound having one epoxy group, a diepoxy having two epoxy groups Examples thereof include a compound and a triepoxy compound having three epoxy groups.
Examples of the monoepoxy compound include epihalohydrin.
Examples of the diepoxy compound include a diglycidyl ether compound.
Examples of the epihalohydrin include epichlorohydrin and epibromohydrin.
Examples of the diglycidyl ether compound include ethylene glycol diglycidyl ether and butanediol diglycidyl ether.
Among these, a monoepoxy compound is preferable, an epihalohydrin is more preferable, and an epichlorohydrin is particularly preferable because it can easily react under alkaline conditions and is inexpensive.

<<重合>>
前記重合の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アルカリ水溶液中で、前記シクロデキストリンと前記エポキシ化合物とを重合する方法が好ましい。
前記アルカリ水溶液としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などが挙げられる。
前記重合における反応温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、60℃〜100℃が好ましく、70℃〜90℃がより好ましく、75℃〜85℃が特に好ましい。
前記重合の反応時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1時間〜10時間が好ましく、3時間〜9時間がより好ましく、5時間〜7時間が特に好ましい。
前記重合は、前記アルカリ水溶液に、前記多孔質シリカ粒子を混合した状態で行うことが好ましい。
<< Polymerization >>
There is no restriction | limiting in particular as the said polymerization method, Although it can select suitably according to the objective, The method of superposing | polymerizing the said cyclodextrin and the said epoxy compound in aqueous alkali solution is preferable.
There is no restriction | limiting in particular as said alkaline aqueous solution, According to the objective, it can select suitably, For example, sodium hydroxide aqueous solution, potassium hydroxide aqueous solution, etc. are mentioned.
There is no restriction | limiting in particular as reaction temperature in the said superposition | polymerization, Although it can select suitably according to the objective, 60 to 100 degreeC is preferable, 70 to 90 degreeC is more preferable, and 75 to 85 degreeC is especially preferable. .
There is no restriction | limiting in particular as reaction time of the said polymerization, Although it can select suitably according to the objective, 1 to 10 hours are preferable, 3 to 9 hours are more preferable, and 5 to 7 hours are especially preferable. .
The polymerization is preferably performed in a state where the porous silica particles are mixed with the alkaline aqueous solution.

<多孔質シリカ粒子>
前記多孔質シリカ粒子としては、3.0質量%以上のAlを含有しかつ複数の孔を有するシリカ粒子であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、金属の抽出能力に優れる点で、珪藻土が好ましい。
前記珪藻土とは、珪藻が海底や湖底に沈積し、長い年月の間に体内の原形質その他の有機物が分解し、非晶質シリカを主体とした珪藻殻が集積して堆積したものである。
<Porous silica particles>
The porous silica particle is not particularly limited as long as it is a silica particle containing 3.0% by mass or more of Al 2 O 3 and having a plurality of pores, and can be appropriately selected according to the purpose. Diatomaceous earth is preferable because it is excellent in metal extraction ability.
The diatomaceous earth is a deposit of diatom shells mainly composed of amorphous silica, where diatoms are deposited on the bottom of the sea or lake, protoplasms and other organic substances in the body decompose over a long period of time. .

シリカ粒子が複数の孔を有している、即ち、多孔質シリカ粒子であるかどうかは、例えば、SEM写真による形態観察により確認することができる。例えば、SEM写真観察において、シリカ粒子表面に複数の巣穴のような窪みが観察される場合、そのシリカ粒子は、多孔質シリカ粒子である。その他の方法としては、例えば、不活性ガスを吸着させて多孔質であることを確認する方法が挙げられる。
また、シリカ粒子が複数の孔を有する場合、真比重に対して嵩密度が小さい(軽い)ため、例えば、嵩密度が0.60g/cm以下の粒子については、多孔質シリカ粒子ということができる。前記嵩密度(ケーク嵩密度)は、例えば、一定体積容器中に粉体を充填していき、その重量を測定することにより求めることができる。
Whether or not the silica particles have a plurality of pores, that is, whether they are porous silica particles can be confirmed by, for example, morphological observation using SEM photographs. For example, in SEM photograph observation, when dents such as a plurality of burrows are observed on the surface of the silica particles, the silica particles are porous silica particles. Other methods include, for example, a method of confirming the porous state by adsorbing an inert gas.
Further, when the silica particles have a plurality of pores, the bulk density is small (light) with respect to the true specific gravity. For example, a particle having a bulk density of 0.60 g / cm 3 or less is referred to as a porous silica particle. it can. The said bulk density (cake bulk density) can be calculated | required by filling the powder in a fixed volume container and measuring the weight, for example.

前記多孔質シリカ粒子におけるSiOの含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、80.0質量%以上が好ましく、85.0質量%以上がより好ましく、90.0質量%以上が特に好ましい。 The content of SiO 2 in the porous silica particles is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, preferably at least 80.0 wt%, more preferably at least 85.0 wt%, 90.0 mass% or more is especially preferable.

前記多孔質シリカ粒子におけるAlの含有量としては、3.0質量%以上であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、3.0質量%〜15質量%が好ましい。
前記Alの含有量が、3.0質量%未満であると、金属(例えば、セシウム、ランタン、白金など)の抽出が不充分となる。
なお、一般的な多孔質シリカ粒子のうち、珪藻土には、Alが、通常、3質量%〜13質量%程度含有されているが、合成非晶質シリカ粒子や特許第4225731号公報に記載のもみ殻灰には、Alがほとんど含まれていない(少なくとも3.0質量%未満)。
As the content of Al 2 O 3 in the porous silica particles, if 3.0 mass% or more is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, 3.0% to 15 Mass% is preferred.
When the content of Al 2 O 3 is less than 3.0% by mass, extraction of metal (for example, cesium, lanthanum, platinum, etc.) becomes insufficient.
Of the general porous silica particles, diatomaceous earth usually contains about 3 to 13% by mass of Al 2 O 3, but synthetic amorphous silica particles and Japanese Patent No. 4225731. The rice husk ash described in (1) contains almost no Al 2 O 3 (at least less than 3.0% by mass).

また、前記複合材料は、前記多孔質シリカ粒子から得られる(例えば、前記多孔質シリカ粒子をそのまま使用してシクロデキストリンと複合化させて得られる)ため、前記多孔質シリカ粒子と同系統の色を有しており、例えば、褐色の珪藻土を使用した場合は、褐色の複合材料が得られる。このような着色は、前記多孔質シリカ粒子に含まれる、Alやその他のFeなどに代表される不純物に起因するものである。
一方、特開2011−213743号公報に記載の技術では、珪藻土をアルカリ溶解した上澄み液を用いて白色又は無色の複合材料が得られている(特開2011−213743号公報の実施例5及び6参照)が、この上澄み液を使用する目的は、前記不純物の排除にあると考えられ、特開2011−213743号公報に記載の技術で得られる複合材料には、上記のような不純物はほとんど含まれていないと考えられる。
Further, since the composite material is obtained from the porous silica particles (for example, obtained by complexing with cyclodextrin using the porous silica particles as they are), the same color as the porous silica particles. For example, when brown diatomaceous earth is used, a brown composite material is obtained. Such coloring is caused by impurities such as Al 2 O 3 and other Fe 2 O 3 contained in the porous silica particles.
On the other hand, in the technique described in JP2011-213743A, a white or colorless composite material is obtained using a supernatant obtained by dissolving diatomaceous earth in an alkali (Examples 5 and 6 of JP2011-213743A). However, the purpose of using the supernatant is considered to be to eliminate the impurities, and the composite material obtained by the technique described in JP2011-213743A contains almost no impurities as described above. It is thought that it is not.

前記多孔質シリカ粒子におけるSiOの含有量、及びAlの含有量は、例えば、蛍光X線元素分析法(XRF)により求めることができる。 The content of SiO 2 and the content of Al 2 O 3 in the porous silica particles can be determined by, for example, fluorescent X-ray elemental analysis (XRF).

前記複合材料において、前記重合体は、前記多孔質シリカ粒子の外表面及び前記孔内の少なくともいずれかに存在している。
そして、前記多孔質シリカ粒子の外表面の少なくとも一部は、前記重合体により被覆されていることが、金属の抽出能力に優れる点、特に、白金の抽出能力に優れる点で好ましい。
前記多孔質シリカ粒子の外表面及び前記孔内の少なくともいずれかに前記重合体が存在していること、及び前記重合体が前記多孔質シリカ粒子の外表面の少なくとも一部を被覆していることは、SEM写真観察及びSEMにおける元素分析により確認することができる。
例えば、倍率が300倍〜35,000倍のSEM写真において、前記多孔質シリカ粒子の外表面に前記重合体のみが観察され、前記多孔質シリカ粒子の外表面自体が観察されない場合には、前記重合体が前記多孔質シリカ粒子の外表面全てを被覆しているということができる。また、前記多孔質シリカ粒子の外表面に前記重合体が部分的に観察される場合には、前記重合体が前記多孔質シリカ粒子の外表面の一部を被覆しているということができる。
In the composite material, the polymer is present on at least one of the outer surface of the porous silica particles and the pores.
And it is preferable that at least a part of the outer surface of the porous silica particles is coated with the polymer from the viewpoint of excellent metal extraction ability, particularly excellent platinum extraction ability.
The polymer is present on at least one of the outer surface of the porous silica particles and the pores, and the polymer covers at least a part of the outer surface of the porous silica particles. Can be confirmed by SEM photograph observation and elemental analysis in SEM.
For example, in an SEM photograph having a magnification of 300 to 35,000 times, when only the polymer is observed on the outer surface of the porous silica particles and the outer surface of the porous silica particles itself is not observed, It can be said that the polymer coats the entire outer surface of the porous silica particles. In addition, when the polymer is partially observed on the outer surface of the porous silica particles, it can be said that the polymer covers a part of the outer surface of the porous silica particles.

前記複合材料は、平均アスペクト比が2未満であることが好ましい。
なお、アスペクト比とは、走査型電子顕微鏡画像又は実体顕微鏡画像において、粒子の長軸の長さ(L)と短軸の長さ(S)の値を測定し、得られた値から算出されるアスペクト比(A)=長軸の長さ(L)/短軸の長さ(S)にて表されるものである。
前記平均アスペクト比とは、画像から無作為に抽出した20個の粒子のアスペクト比の平均値である。
The composite material preferably has an average aspect ratio of less than 2.
The aspect ratio is calculated from the values obtained by measuring the long axis length (L) and the short axis length (S) of the particle in a scanning electron microscope image or a stereoscopic microscope image. Aspect ratio (A) = long axis length (L) / short axis length (S).
The average aspect ratio is an average value of the aspect ratios of 20 particles randomly extracted from an image.

前記複合材料は、粒子密度が0.005g/mm〜0.150g/mmであることが好ましい。
前記粒子密度は、例えば、前記複合材料を篩分けした際の篩の篩上で得られた粒子を用いて、該粒子を篩目と同じ長さの直径を有する球と仮定し、この粒子の1つ又は数十個の重さを計り取ることにより、前記粒子の平均質量を求め、そこから計算することにより、求めることができる。
The composite material preferably has a particle density of 0.005 g / mm 3 to 0.150 g / mm 3 .
For example, the particle density is assumed to be a sphere having the same diameter as the sieve mesh using particles obtained on the sieve when the composite material is sieved. The average mass of the particles can be obtained by measuring one or several tens of weights, and can be obtained by calculating from the average mass.

(複合材料の製造方法)
本発明の複合材料の製造方法は、添加工程と、重合工程とを含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
(Production method of composite material)
The method for producing a composite material of the present invention includes an addition step and a polymerization step, and further includes other steps as necessary.

<添加工程>
前記添加工程としては、アルカリ水溶液に、シクロデキストリンと、多孔質シリカ粒子とを添加する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Addition process>
The adding step is not particularly limited as long as it is a step of adding cyclodextrin and porous silica particles to an alkaline aqueous solution, and can be appropriately selected according to the purpose.

前記アルカリ水溶液、前記シクロデキストリン、及び前記多孔質シリカ粒子としては、本発明の前記複合材料の説明において例示したものがそれぞれ挙げられる。   Examples of the alkaline aqueous solution, the cyclodextrin, and the porous silica particles include those exemplified in the description of the composite material of the present invention.

前記添加工程の温度、時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記添加工程においては、攪拌することが好ましい。
前記アルカリ水溶液のpHとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、12以上が好ましい。
There is no restriction | limiting in particular as temperature and time of the said addition process, According to the objective, it can select suitably.
In the addition step, stirring is preferable.
There is no restriction | limiting in particular as pH of the said alkaline aqueous solution, Although it can select suitably according to the objective, 12 or more are preferable.

前記添加工程における前記アルカリ水溶液に添加される前記シクロデキストリンと前記多孔質シリカ粒子との質量比(多孔質シリカ粒子/シクロデキストリン)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、金属の抽出能力に優れる点から、0.5〜5が好ましく、0.5〜2.0がより好ましく、0.5〜1.5が特に好ましい。   The mass ratio of the cyclodextrin and the porous silica particles added to the alkaline aqueous solution in the addition step (porous silica particles / cyclodextrin) is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. However, 0.5 to 5 is preferable, 0.5 to 2.0 is more preferable, and 0.5 to 1.5 is particularly preferable from the viewpoint of excellent metal extraction ability.

<重合工程>
前記重合工程としては、前記添加工程に続いて、前記アルカリ水溶液に、エポキシ化合物を添加し、前記シクロデキストリンと前記エポキシ化合物とを重合する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Polymerization process>
The polymerization step is not particularly limited as long as it is a step of adding the epoxy compound to the alkaline aqueous solution and polymerizing the cyclodextrin and the epoxy compound following the addition step, and is appropriately determined depending on the purpose. You can choose.

前記エポキシ化合物としては、本発明の前記複合材料の説明において例示したものなどが挙げられる。   Examples of the epoxy compound include those exemplified in the description of the composite material of the present invention.

前記重合工程における前記シクロデキストリンと前記エポキシ化合物との質量比(シクロデキストリン/エポキシ化合物)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.2〜1.0が好ましく、0.3〜1.0がより好ましい。   The mass ratio of the cyclodextrin and the epoxy compound in the polymerization step (cyclodextrin / epoxy compound) is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Preferably, 0.3 to 1.0 is more preferable.

前記重合の反応温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、60℃〜100℃が好ましく、70℃〜90℃がより好ましく、75℃〜85℃が特に好ましい。
前記重合の反応時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1時間〜10時間が好ましく、3時間〜9時間がより好ましく、5時間〜7時間が特に好ましい。
There is no restriction | limiting in particular as reaction temperature of the said polymerization, Although it can select suitably according to the objective, 60 to 100 degreeC is preferable, 70 to 90 degreeC is more preferable, 75 to 85 degreeC is especially preferable. .
There is no restriction | limiting in particular as reaction time of the said polymerization, Although it can select suitably according to the objective, 1 to 10 hours are preferable, 3 to 9 hours are more preferable, and 5 to 7 hours are especially preferable. .

<その他の工程>
前記その他の工程としては、例えば、濾過工程、洗浄工程、乾燥工程などが挙げられる。
<Other processes>
Examples of the other steps include a filtration step, a washing step, and a drying step.

<<濾過工程>>
前記濾過工程としては、前記重合工程後の反応液を濾過して固体と液体とを分離する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、漏斗を用いて行うことができる。
<< Filtration process >>
The filtration step is not particularly limited as long as it is a step of filtering the reaction solution after the polymerization step to separate the solid and the liquid, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, using a funnel Can be done.

<<洗浄工程>>
前記洗浄工程としては、前記濾過工程で得られた固体を洗浄する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水、メタノールなどを用いて行うことができる。
前記洗浄工程においては、水及びメタノールを交互に用いて洗浄を行うことが好ましい。
<< Cleaning process >>
The washing step is not particularly limited as long as it is a step for washing the solid obtained in the filtration step, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, the washing step is performed using water, methanol, or the like. it can.
In the washing step, washing is preferably performed using water and methanol alternately.

<<乾燥工程>>
前記乾燥工程としては、前記洗浄後の固体を乾燥させる工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、減圧下で行うことが好ましい。
<< Drying process >>
The drying step is not particularly limited as long as it is a step of drying the washed solid, and can be appropriately selected according to the purpose, but is preferably performed under reduced pressure.

(金属抽出剤、セシウム抽出剤)
本発明の金属抽出剤は、本発明の前記複合材料を含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含有する。
本発明のセシウム抽出剤は、本発明の前記複合材料を含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含有する。
前記金属抽出剤は、前記複合材料そのものであってもよい。
前記セシウム抽出剤は、前記複合材料そのものであってもよい。
(Metal extractant, cesium extractant)
The metal extractant of this invention contains the said composite material of this invention, and also contains another component as needed.
The cesium extractant of this invention contains the said composite material of this invention, and also contains another component as needed.
The metal extractant may be the composite material itself.
The cesium extractant may be the composite material itself.

従来の、シクロデキストリンの重合体を用いた複合材料は、環境ホルモンなどの除去剤として知られているが、本発明の金属抽出剤、及びセシウム抽出剤のように、金属、例えば、PGM(白金族元素)、セシウムの抽出剤として使用できることは知られていない。また本発明の金属抽出剤、及びセシウム抽出剤は、従来の複合材料に比べても非常に優れた抽出能力を示す。   A conventional composite material using a polymer of cyclodextrin is known as a removal agent for environmental hormones and the like. However, like the metal extractant and cesium extractant of the present invention, a metal such as PGM (platinum) is used. It is not known that it can be used as a cesium extractant. In addition, the metal extractant and cesium extractant of the present invention exhibit a very excellent extraction ability as compared with conventional composite materials.

(ガス吸着剤)
本発明のガス吸着剤は、本発明の前記複合材料を含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含有する。
前記ガス吸着剤は、前記複合材料そのものであってもよい。
(Gas adsorbent)
The gas adsorbent of the present invention contains the composite material of the present invention, and further contains other components as necessary.
The gas adsorbent may be the composite material itself.

従来の、シクロデキストリンの重合体を用いた複合材料は、環境ホルモンなどの除去剤として知られているが、本発明のガス吸着剤のように、ガス吸着(例えば、メタノール、メタン、ベンゼンなど)の吸着剤として使用できることは知られていない。また本発明のガス吸着剤は、従来の複合材料に比べても非常に優れた抽出能力を示す。   Conventional composite materials using cyclodextrin polymers are known as removal agents for environmental hormones, etc., but gas adsorption (for example, methanol, methane, benzene, etc.) like the gas adsorbent of the present invention. It is not known that it can be used as an adsorbent. In addition, the gas adsorbent of the present invention exhibits a very excellent extraction capability as compared with conventional composite materials.

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

<試薬類>
本実施例に用いる試薬は、以下のものを使用した。
・β−CyD(β−シクロデキストリン) : 日本食品化工株式会社製
・珪藻土 : 昭和化学工業株式会社製
・Sodium Hydroxide(NaOH) : 和光純薬工業株式会社製
・Epichlorohydrin(エピクロロヒドリン) : 東京化成販売株式会社製
・12N−HCl : 関東化学株式会社製
・MeOH(メタノール) : 関東化学株式会社製
<Reagents>
The following reagents were used in this example.
・ Β-CyD (β-cyclodextrin): manufactured by Nippon Shokuhin Kako Co., Ltd. ・ Diatomaceous earth: manufactured by Showa Chemical Industry Co., Ltd. ・ Sodium Hydroxide (NaOH): manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. ・ Epichlorohydrin (epichlorohydrin): Tokyo -Kasei Sales Co., Ltd.-12N-HCl: Kanto Chemical Co., Ltd.-MeOH (Methanol): Kanto Chemical Co., Ltd.

<珪藻土>
上記珪藻土の詳細を以下に示す。
製品名 : ラジオライト#100(略称R−#100)
製造区分 : 焼成品
性状 : 粉末(淡赤褐色)
真比重 : 2.2
<<一般特性>>
水分 : 3質量%以下
pH : 5.0 〜 10.0
水2L濾過時間(分’秒’’) : 20’00’’ 〜 35’00’’
ケーク嵩密度(g/cm) : 0.51以下
150μm残分(質量%) : 3.0以下
<<粒度分布例(質量%)[レーザー法]>>
40μm超 : 8.2
20μm超40μm以下 : 22.9
10μm超20μm以下 : 25.2
5μm超10μm以下 : 20.3
2μm超5μm以下 : 16.4
2μm以下 : 7.0
平均粒子径 : 11.8μm
<<化学分析例(質量%)>>
Ig.loss : 0.4
SiO : 90.3
Al : 4.8
Fe : 2.2
CaO : 0.1
MgO : 0.4
NaO : 0.1
その他 : 1.7
<Diatomaceous earth>
The details of the diatomaceous earth are shown below.
Product name: Radio Light # 100 (abbreviation R- # 100)
Manufacturing category: baked product Properties: powder (light reddish brown)
True specific gravity: 2.2
<< General characteristics >>
Moisture: 3% by mass or less pH: 5.0 to 10.0
Water 2L filtration time (min 'sec "): 20'00" to 35'00 "
Cake bulk density (g / cm 3 ): 0.51 or less 150 μm residue (mass%): 3.0 or less << Example of particle size distribution (mass%) [laser method] >>
Over 40 μm: 8.2
More than 20 μm and less than 40 μm: 22.9
More than 10 μm and 20 μm or less: 25.2
More than 5 μm and 10 μm or less: 20.3
More than 2 μm and less than 5 μm: 16.4
2 μm or less: 7.0
Average particle size: 11.8 μm
<< Example of chemical analysis (mass%) >>
Ig. loss: 0.4
SiO 2 : 90.3
Al 2 O 3 : 4.8
Fe 2 O 3 : 2.2
CaO: 0.1
MgO: 0.4
Na 2 O: 0.1
Other: 1.7

(実施例1〜5)
<複合材料1〜5の製造>
前記試薬を用いて、シクロデキストリンと多孔質シリカ粒子との複合材料1〜5の合成を行った。実験手法を下記に示す。
β−シクロデキストリン(β−CyD)及び珪藻土の混合割合を質量比でβ−CyD:珪藻土=1:1、1:2、1:3、1:5、2:1として、これら5種類の混合比率で、複合材料1〜5の合成を行った。
具体的には、300mLの三口フラスコを用いてβ−CyDをNaOH水溶液で溶解させ、次に珪藻土を添加し、テフロン羽根付きの攪拌棒を用いて攪拌(毎分320回転)をしながら、エピクロロヒドリンを加え80℃で6時間反応させた。反応液に水不溶性の生成物を確認し、不溶性成分が目視によりそれ以上生成されないと判断した所で反応終了とした。反応終了後、室温まで冷却し、反応液が中性になるまで2N−塩酸水溶液(関東化学株式会社製の12N−HClを希釈)を添加し(pH試験紙にて確認)、その後、ブフナー漏斗を用いて吸引濾過を行い、得られた粒状個体を水とメタノールで十分に洗浄した。その後、減圧下80℃にて一晩乾燥し、複合材料を得た。
上記合成における試薬使用量及び収量を、下記表1に示す。
(Examples 1-5)
<Manufacture of composite materials 1-5>
Using the reagent, composite materials 1 to 5 of cyclodextrin and porous silica particles were synthesized. The experimental method is shown below.
β-Cyclodextrin (β-CyD) and diatomaceous earth are mixed in a mass ratio of β-CyD: diatomaceous earth = 1: 1, 1: 2, 1: 3, 1: 5, 2: 1 The composite materials 1 to 5 were synthesized at a ratio.
Specifically, β-CyD was dissolved in an aqueous NaOH solution using a 300 mL three-necked flask, diatomaceous earth was then added, and stirring (320 rpm) was performed using a stirring rod with a Teflon blade. Chlorohydrin was added and reacted at 80 ° C. for 6 hours. A water-insoluble product was confirmed in the reaction solution, and the reaction was terminated when it was determined that no further insoluble components were visually formed. After completion of the reaction, the reaction solution is cooled to room temperature, 2N-hydrochloric acid aqueous solution (diluted 12N-HCl manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) is added until the reaction solution becomes neutral (confirmed with pH test paper), and then Buchner funnel The resulting granular solid was thoroughly washed with water and methanol. Then, it dried at 80 degreeC under pressure reduction overnight, and the composite material was obtained.
The amount of reagent used and the yield in the synthesis are shown in Table 1 below.

表1中、項目「NaOH」は、特定量の水に対して使用するNaOHの量を表す。例えば、16.02/40は、40mLの水に16.02gのNaOHを溶解し使用したことを表す。 In Table 1, the item “NaOH” represents the amount of NaOH used for a specific amount of water. For example, 16.02 / 40 indicates that 16.02 g of NaOH was dissolved and used in 40 mL of water.

(比較例1)
<非晶質ケイ酸を用いた複合材料の合成>
300mLの三口フラスコを用いて、NaOH(8g)を水(30mL)に溶解させたNaOH水溶液にβ−CyD(6.0026g)を溶解させ、次に非晶質ケイ酸(6.0018g)を添加し、テフロン羽根付きの攪拌棒を用いて攪拌(毎分320回転)をしながら、エピクロロヒドリン(6.56g)を加え、80℃で6時間反応させた。反応液に水不溶性の生成物を確認し、不溶性成分が目視によりそれ以上生成されないと判断した所で反応終了とした。反応終了後、室温まで冷却し、反応液が中性になるまで2N−塩酸水溶液を添加し(pH試験紙にて確認)、ブフナー漏斗を用いて吸引濾過を行い、得られた粒状個体を水とメタノールで十分に洗浄した。その後、減圧下、80℃にて一晩乾燥し、複合材料を得た。収量は3.7043gであった。
非晶質ケイ酸には、旭ガラス社製の高機能真球状ファインシリカ サンスフィア(比表面積700m/g〜900m/g)を用いた。
(Comparative Example 1)
<Synthesis of composite materials using amorphous silicic acid>
Using a 300 mL three-necked flask, β-CyD (6.00026 g) was dissolved in an aqueous NaOH solution in which NaOH (8 g) was dissolved in water (30 mL), and then amorphous silicic acid (6.00018 g) was added. Then, epichlorohydrin (6.56 g) was added while stirring (320 rotations per minute) using a stirring bar equipped with a Teflon blade, and the mixture was reacted at 80 ° C. for 6 hours. A water-insoluble product was confirmed in the reaction solution, and the reaction was terminated when it was determined that no further insoluble components were visually formed. After completion of the reaction, the reaction mixture is cooled to room temperature, 2N aqueous hydrochloric acid solution is added until the reaction solution becomes neutral (confirmed with pH test paper), suction filtration is performed using a Buchner funnel, and the resulting granular solid is washed with water. And thoroughly washed with methanol. Then, it dried at 80 degreeC under pressure reduction overnight, and the composite material was obtained. The yield was 3.7043 g.
The amorphous silicate, was used by Asahi Glass Co., Ltd. high-performance spherical fine silica San Sphere (specific surface area 700m 2 / g~900m 2 / g) .

<評価>
<<粒径分布>>
実施例1で合成した複合材料1について、篩を用いて粒径分布を測定した。
測定には、複合材料1を19.2402g使用した。
篩として多段篩を使用し、1.27mm、0.96mm、0.56mm、315μm、250μm、150μmの6種類の篩目を用いた。
結果を図1に示す。
<Evaluation>
<< Particle size distribution >>
About the composite material 1 synthesize | combined in Example 1, the particle size distribution was measured using the sieve.
For the measurement, 19.2402 g of the composite material 1 was used.
A multistage sieve was used as the sieve, and six kinds of sieves of 1.27 mm, 0.96 mm, 0.56 mm, 315 μm, 250 μm, and 150 μm were used.
The results are shown in FIG.

<<粒子密度>>
前記粒径分布測定の際の篩目0.96mmの篩の篩上(0.96mm〜1.27mm)、又は篩目0.56mmの篩の篩上(0.56mm〜0.96mm)で得られた粒子を用いて、該粒子を篩目と同じ長さの直径を有する球と仮定し、この粒子の1つ又は数十個の重さを計り取ることにより、前記粒子の平均質量を求め、そこから粒子密度を計算した。その結果、粒子密度は0.01g/mmであった。以下にその計算の詳細を示す。
<0.96mm〜1.27mm>
平均質量(g/個):0.009325
平均半径(mm):0.5575
平均体積(mm):0.72581
粒子密度(g/mm):0.012848
<0.56mm〜0.96mm>
平均質量(g/個):0.001674
平均半径(mm):0.38
平均体積(mm):0.22985
粒子密度(g/mm):0.007282
この二点の平均より、粒子密度(g/mm)=0.01となる。
<< Particle density >>
Obtained on a sieve of 0.96 mm sieve (0.96 mm to 1.27 mm) or 0.56 mm sieve (0.56 mm to 0.96 mm) in the particle size distribution measurement. Using the obtained particles, the particles are assumed to be spheres having the same diameter as the sieve mesh, and the average mass of the particles is determined by weighing one or several tens of the particles. From there, the particle density was calculated. As a result, the particle density was 0.01 g / mm 3 . The details of the calculation are shown below.
<0.96mm-1.27mm>
Average mass (g / piece): 0.009325
Average radius (mm): 0.5575
Average volume (mm 3 ): 0.72581
Particle density (g / mm 3 ): 0.012848
<0.56mm to 0.96mm>
Average mass (g / piece): 0.001674
Average radius (mm): 0.38
Average volume (mm 3 ): 0.22985
Particle density (g / mm 3 ): 0.007282
From the average of these two points, the particle density (g / mm 3 ) = 0.01.

<<形態観察>>
−実施例1の複合材料1−
実施例1で得られた複合材料1のSEM(走査型電子顕微鏡)写真を図2〜図6に示す。図2のSEM写真(5,000倍)からは、シクロデキストリンの重合体が複合材料の表面を部分的に覆っていることが観察された。
なお、図2における「スペクトル20」とは、表面解析を行った部位を示すための符号である。図7、図10、図15、図20についても同様である。
<< Form observation >>
-Composite material 1 of Example 1-
The SEM (scanning electron microscope) photograph of the composite material 1 obtained in Example 1 is shown in FIGS. From the SEM photograph (5,000 times) in FIG. 2, it was observed that the polymer of cyclodextrin partially covered the surface of the composite material.
Note that “Spectrum 20” in FIG. 2 is a code for indicating a site subjected to surface analysis. The same applies to FIG. 7, FIG. 10, FIG. 15, and FIG.

−実施例2の複合材料2−
実施例2で得られた複合材料2のSEM(走査型電子顕微鏡)写真を図7〜図9に示す。珪藻土の表面にβ−CyDの架橋ポリマーが不均一に存在していた。また、珪藻土に由来する形態が確認できた。
-Composite material of Example 2-
SEM (scanning electron microscope) photographs of the composite material 2 obtained in Example 2 are shown in FIGS. The cross-linked polymer of β-CyD was present unevenly on the surface of diatomaceous earth. Moreover, the form originating in diatomaceous earth has been confirmed.

−実施例3の複合材料3−
実施例3で得られた複合材料3のSEM(走査型電子顕微鏡)写真を図10〜図14に示す。後述する実施例5で得られた複合材料5よりも、より鮮明に珪藻土に由来する形態が確認できた。
-Composite material of Example 3-
SEM (scanning electron microscope) photographs of the composite material 3 obtained in Example 3 are shown in FIGS. A form derived from diatomaceous earth could be confirmed more clearly than the composite material 5 obtained in Example 5 described later.

−実施例5の複合材料5−
実施例5で得られた複合材料5のSEM(走査型電子顕微鏡)写真を図15〜図19に示す。SEM写真の表面解析から、複合材料の表面にSiが観察された。しかし、珪藻土の混合割合が多い場合に比べて表面の不均一さ(粗さ)が見られた。これは、珪藻土の表面にβ−CyDの重合体が多く生成されているためであると推測される。また、複合材料の表面には丸い粒状の重合体が形成されており、多孔質状になっていることが観察された。
-Composite material of Example 5-
SEM (scanning electron microscope) photographs of the composite material 5 obtained in Example 5 are shown in FIGS. From the surface analysis of the SEM photograph, Si was observed on the surface of the composite material. However, surface non-uniformity (roughness) was seen compared with the case where the mixing ratio of diatomaceous earth was large. This is presumably because a large amount of β-CyD polymer is produced on the surface of diatomaceous earth. Further, it was observed that a round granular polymer was formed on the surface of the composite material, and it was porous.

−比較例1の複合材料6−
比較例1で得られた複合材料6のSEM(走査型電子顕微鏡)写真を図20〜図22に示す。SEM写真の表面解析から、複合材料の表面にSiが観察された。これは、複合材料の表面にSiOが残っているためと推測される。
-Composite material 6 of Comparative Example 1
SEM (scanning electron microscope) photographs of the composite material 6 obtained in Comparative Example 1 are shown in FIGS. From the surface analysis of the SEM photograph, Si was observed on the surface of the composite material. This is presumably because SiO 2 remains on the surface of the composite material.

<<金属抽出実験>>
−Cs(セシウム)吸着実験−
Cs標準溶液(関東化学社製)を20倍希釈したCs溶液30mLに測定資料1.0gを入れ、300strokes/minで1時間振盪した。静置後、上澄み液を分取しICP発光分析装置(SPS3000、SII社製)を用いて金属元素濃度を測定し、抽出率を求めた。
測定試料には、以下のものを用いた。抽出率の測定結果を図23及び下記に示す。
・実施例1で得られた複合材料1:抽出率=97.85%
・実施例2で得られた複合材料2:抽出率=98.08%
・比較例1で得られた複合材料6:抽出率=9.17%
・珪藻土 :抽出率=35.98%
複合材料1、及び複合材料2は、複合材料6の約10.7倍、珪藻土の約2.7倍の非常に優れたCs抽出能力を有していることが確認できた。
<< Metal extraction experiment >>
-Cs (cesium) adsorption experiment-
1.0 g of measurement data was placed in 30 mL of a Cs solution obtained by diluting a Cs standard solution (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) 20 times, and shaken at 300 strokes / min for 1 hour. After standing, the supernatant was collected, and the metal element concentration was measured using an ICP emission spectrometer (SPS3000, manufactured by SII) to obtain the extraction rate.
The following samples were used as measurement samples. The measurement results of the extraction rate are shown in FIG.
-Composite material obtained in Example 1: Extraction rate = 97.85%
-Composite material 2 obtained in Example 2: Extraction rate = 98.08%
-Composite material 6 obtained in Comparative Example 1: Extraction rate = 9.17%
-Diatomaceous earth: Extraction rate = 35.98%
It was confirmed that the composite material 1 and the composite material 2 had a very excellent Cs extraction ability about 10.7 times that of the composite material 6 and about 2.7 times that of diatomaceous earth.

−PGM(白金族元素)溶液からの金属抽出能−
Al、Ba、Ce、La、Pd、Pt、Rh、Y、Zrを含む白金族元素(PGM;Platinum group metals)原液(La:11.82ppm、Pd:6.66ppm、Pt:2.47ppm、Rh:3.11ppm、Zr:2.26ppm)をイオン交換水で500倍希釈したもの(PGM溶液)を用いた。このPGM溶液30mLに測定試料1.0gを入れ、300strokes/minで1時間振盪した。静置後、上澄み液を分取しICP発光分析装置(SPS3000、SII社製)を用いて金属元素濃度を測定し、抽出率を求めた。
測定試料には、以下のものを用いた。抽出率の測定結果を図24に示す。
・実施例1で得られた複合材料1
・実施例3で得られた複合材料3
・比較例1で得られた複合材料6
・珪藻土
-Metal extraction ability from PGM (platinum group element) solution-
Platinum group metals (PGM) containing Al, Ba, Ce, La, Pd, Pt, Rh, Y, Zr (La: 11.82 ppm, Pd: 6.66 ppm, Pt: 2.47 ppm, Rh) : 3.11 ppm, Zr: 2.26 ppm) diluted with ion-exchanged water 500 times (PGM solution). In 30 mL of this PGM solution, 1.0 g of a measurement sample was placed and shaken at 300 strokes / min for 1 hour. After standing, the supernatant was collected, and the metal element concentration was measured using an ICP emission spectrometer (SPS3000, manufactured by SII) to obtain the extraction rate.
The following samples were used as measurement samples. The measurement result of the extraction rate is shown in FIG.
-Composite material 1 obtained in Example 1
-Composite material 3 obtained in Example 3
-Composite material 6 obtained in Comparative Example 1
・ Diatomaceous earth

複合材料1(β−CyD:珪藻土=1:1)は、Ptに対して約80%の高い抽出能力を示した。Rhに対しては約30%、La及びPdに対しては約50%の抽出能力を示した。
複合材料3(β−CyD:珪藻土=1:3)の抽出能力は、La、Pd、及びRhに対しては複合材料1の抽出能力と大きな差は無いが、Ptに対しては約10%と大きく下がった。SEMによる表面観察から、これは、複合材料3では表面に珪藻土そのものが多く、表面をβ−CyDの重合体が十分に覆っていないことが原因と考えられる。一方、複合材料1のSEMによる表面観察から、複合材料1の表面には珪藻土が観察されず、表面はβ−CyDの重合体により覆われていることが確認された。
このことから、複合材料1と複合材料3とでは比表面積が違うこと、及び複合材料1は多孔質構造に近い構造であることが推測される。この構造の違いとCyDの重合体と珪藻土との複合的要因により、複合材料1はPtの抽出能が上昇しているものと推測される。そして、Zrの抽出能が珪藻土ではほぼ100%であるのに対し、複合材料では、珪藻土の割合が増えるにつれ、複合材料6、複合材料1、及び複合材料3の順で抽出能が上がっていることからも、複合材料表面の珪藻土が金属抽出能に影響を及ぼすことが示唆された。
The composite material 1 (β-CyD: diatomaceous earth = 1: 1) showed a high extraction ability of about 80% with respect to Pt. The extraction capacity was about 30% for Rh and about 50% for La and Pd.
The extraction capacity of the composite material 3 (β-CyD: diatomaceous earth = 1: 3) is not significantly different from the extraction capacity of the composite material 1 for La, Pd, and Rh, but about 10% for Pt. It fell greatly. From the surface observation by SEM, it is considered that this is because the composite material 3 has a large amount of diatomaceous earth itself and the surface is not sufficiently covered with the polymer of β-CyD. On the other hand, from the surface observation of the composite material 1 by SEM, it was confirmed that no diatomaceous earth was observed on the surface of the composite material 1 and the surface was covered with the polymer of β-CyD.
From this, it is speculated that the composite material 1 and the composite material 3 have different specific surface areas, and that the composite material 1 has a structure close to a porous structure. The composite material 1 is presumed to have an increased Pt extraction ability due to the difference in structure and the composite factor between the CyD polymer and diatomaceous earth. The extraction ability of Zr is almost 100% in diatomaceous earth, whereas in the composite material, the extraction ability increases in the order of composite material 6, composite material 1, and composite material 3 as the proportion of diatomaceous earth increases. This suggests that diatomaceous earth on the surface of the composite material affects the metal extraction ability.

更に、より詳細に抽出能力を検討するために、測定試料それぞれを乳鉢ですり潰し、同様の手法にて金属抽出実験を行った。その結果を、図25に示す。
図25から、抽出能は全体的に乳鉢にてすり潰した方が上昇する傾向が見られた。これは、複合材料を潰すことによる、比表面積の上昇、及び複合材料の多孔質シリカ粒子内部に存在していたシクロデキストリンの重合体の表面への出現が、抽出能に影響を及ぼしたものと推測される。しかし、Ptの抽出は、どちらの試料も大きな変化は見られないことから、Ptの抽出能力には、粒子サイズよりも粒子表面の組成が大きく関与すると考えられる。
Furthermore, in order to examine the extraction ability in more detail, each measurement sample was ground with a mortar, and a metal extraction experiment was performed in the same manner. The result is shown in FIG.
From FIG. 25, the tendency for the extraction ability to increase was generally observed when ground in a mortar. This is because the increase in the specific surface area caused by crushing the composite material and the appearance of cyclodextrin existing inside the porous silica particles of the composite material on the surface of the polymer affected the extraction ability. Guessed. However, since the extraction of Pt does not show a great change in either sample, it is considered that the composition of the particle surface is more involved in the extraction ability of Pt than the particle size.

以上の結果より、非晶質シリカ存在下でβ−CyDを重合した、比較例1の複合材料6には、金属抽出能は見られなかった。また、珪藻土のみでは、Zrに対してのみ抽出能が見られた。Alを3.0質量%以上含有する多孔質シリカ粒子と、シクロデキストリンとを複合化することにより、レアメタル等に対する金属抽出能が発現することが明らかとなった。
この金属抽出能は、それぞれの配合比、粒径により大きく影響を受けることも明らかとなった。
From the above results, metal extraction ability was not seen in the composite material 6 of Comparative Example 1 in which β-CyD was polymerized in the presence of amorphous silica. Moreover, only diatomaceous earth showed extractability only for Zr. It has been clarified that by extracting the porous silica particles containing 3.0% by mass or more of Al 2 O 3 and cyclodextrin, metal extraction ability for rare metals and the like is expressed.
It has also been clarified that the metal extraction ability is greatly influenced by the respective compounding ratios and particle sizes.

<<その他の性質(蒸気吸着能)>>
複合材料1について、メタノールに対する蒸気吸着能の検討を行った。結果を図26に示す。
吸着等温線は、吸着等温線測定装置(ベルソーブ18、日本ベル社製)を用いて、空気高温槽温度50℃、吸着温度25℃、初期導入圧力0.4torr、飽和蒸気圧127.05mmHg、平衡時間300秒間の条件で求めた。
図26から、複合材料1のメタノール吸着量は1g当たり約110mLであった。吸着等温線の型はII型であり、メタノールとサンプルとの相互間力が比較的強いものと考えられる。これは、SEM像から明らかとなった、粒子表面に存在する多くの空孔やシクロデキストリンが有している空孔に、メタノールが吸着されているためと考えられる。
この結果より、本発明の複合材料は、蒸気吸着能力があることが確認できた。その他の溶媒(エタノール、アセトン、ベンゼンなど)の吸着も期待できる。更に、ガス状分子(水素やメタン、二酸化炭素など)の吸着も期待できる。
<< Other properties (vapor adsorption capacity) >>
The composite material 1 was examined for its ability to adsorb vapor with respect to methanol. The results are shown in FIG.
The adsorption isotherm is measured using an adsorption isotherm measuring device (Belsorb 18, manufactured by Bell Japan), an air high-temperature bath temperature of 50 ° C., an adsorption temperature of 25 ° C., an initial introduction pressure of 0.4 torr, a saturated vapor pressure of 127.05 mmHg, and an equilibrium. It calculated | required on condition of time 300 seconds.
From FIG. 26, the methanol adsorption amount of the composite material 1 was about 110 mL per 1 g. The type of adsorption isotherm is type II, and it is considered that the mutual force between methanol and the sample is relatively strong. This is presumably because methanol was adsorbed in many vacancies present on the particle surface and in the vacancies of cyclodextrin, which became clear from the SEM image.
From this result, it was confirmed that the composite material of the present invention has a vapor adsorption ability. Adsorption of other solvents (ethanol, acetone, benzene, etc.) can also be expected. Furthermore, adsorption of gaseous molecules (hydrogen, methane, carbon dioxide, etc.) can also be expected.

本発明の複合材料は、金属の抽出能力に優れることから、環境中、廃棄物等からの金属の抽出に有用な金属抽出剤として好適に用いることができる。
本発明の複合材料は、ガスの吸着能力に優れることから、ガス吸着剤として好適に用いることができる。
Since the composite material of the present invention is excellent in metal extraction ability, it can be suitably used as a metal extractant useful for extraction of metals from waste or the like in the environment.
Since the composite material of the present invention is excellent in gas adsorption capacity, it can be suitably used as a gas adsorbent.

Claims (12)

シクロデキストリンの重合体と、
3.0質量%以上のAlを含有しかつ複数の孔を有する多孔質シリカ粒子とを含有し、
前記重合体が、前記多孔質シリカ粒子の外表面及び前記孔内の少なくともいずれかに存在していることを特徴とする複合材料。
A polymer of cyclodextrin;
Containing 3.0 mass% or more of Al 2 O 3 and porous silica particles having a plurality of pores,
The composite material, wherein the polymer is present on at least one of the outer surface of the porous silica particles and the pores.
多孔質シリカ粒子が、珪藻土である請求項1に記載の複合材料。   The composite material according to claim 1, wherein the porous silica particles are diatomaceous earth. シクロデキストリンの重合体が、シクロデキストリンとエポキシ化合物とを重合して得られる請求項1から2のいずれかに記載の複合材料。   The composite material according to claim 1, wherein the polymer of cyclodextrin is obtained by polymerizing cyclodextrin and an epoxy compound. エポキシ化合物が、エピハロヒドリンを含有する請求項3に記載の複合材料。   The composite material according to claim 3, wherein the epoxy compound contains an epihalohydrin. 多孔質シリカ粒子の外表面の少なくとも一部が、シクロデキストリンの重合体により被覆されている請求項1から4のいずれかに記載の複合材料。   The composite material according to any one of claims 1 to 4, wherein at least a part of the outer surface of the porous silica particles is coated with a polymer of cyclodextrin. 請求項1から5のいずれかに記載の複合材料を含有することを特徴とする金属抽出剤。   A metal extractant comprising the composite material according to claim 1. 請求項1から5のいずれかに記載の複合材料を含有することを特徴とするセシウム抽出剤。   A cesium extractant comprising the composite material according to claim 1. 請求項1から5のいずれかに記載の複合材料を含有することを特徴とするガス吸着剤。   A gas adsorbent comprising the composite material according to claim 1. アルカリ水溶液に、シクロデキストリンと、3.0質量%以上のAlを含有しかつ複数の孔を有する多孔質シリカ粒子とを添加する添加工程と、
前記添加工程に続いて、前記アルカリ水溶液に、エポキシ化合物を添加し、前記シクロデキストリンと前記エポキシ化合物とを重合する重合工程とを含むことを特徴とする複合材料の製造方法。
An addition step of adding cyclodextrin and porous silica particles containing 3.0% by mass or more of Al 2 O 3 and having a plurality of pores to the alkaline aqueous solution;
Subsequent to the addition step, a method for producing a composite material comprising a polymerization step of adding an epoxy compound to the alkaline aqueous solution and polymerizing the cyclodextrin and the epoxy compound.
エポキシ化合物が、エピハロヒドリンを含有する請求項9に記載の複合材料の製造方法。   The method for producing a composite material according to claim 9, wherein the epoxy compound contains epihalohydrin. 多孔質シリカ粒子が、珪藻土である請求項9から10のいずれかに記載の複合材料の製造方法。   The method for producing a composite material according to claim 9, wherein the porous silica particles are diatomaceous earth. 添加工程においてアルカリ水溶液に添加されるシクロデキストリンと多孔質シリカ粒子との質量比(多孔質シリカ粒子/シクロデキストリン)が、0.5〜5である請求項9から11のいずれかに記載の複合材料の製造方法。   The composite according to any one of claims 9 to 11, wherein a mass ratio of the cyclodextrin and the porous silica particles (porous silica particles / cyclodextrin) added to the alkaline aqueous solution in the adding step is 0.5 to 5. Material manufacturing method.
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