JP2013233487A - Phosphorus collecting material, method of manufacturing the same, and phosphorus collecting method - Google Patents

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Shoji Yamanaka
昭司 山中
Yasuhiko Otani
靖彦 大谷
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Hiroshima University NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel high-performance phosphorus collecting material making the best use of phosphorus collecting capability by a cross-linked body independently of the characteristics of a carrier.SOLUTION: A phosphorus collecting material comprises a cross-linked structure obtained by heating a mixed solution comprising one or more of a water-soluble zirconium compound or a water-soluble titanium compound and a water-soluble polymer compound including at least one of an alcohol group, an amino group and a carboxyl group and performing cross-linking reaction so as to be insolubilized. The form of the cross-linked structure is a fibrous cross-linked structure.

Description

本発明は、生活排水、産業排水等の各種排水や、河川、湖沼、海洋等の水中からリンを捕集するリン捕集材、その製造方法及びリン捕集方法に関するものである。
関する。
The present invention relates to a phosphorus collection material that collects phosphorus from various wastewaters such as domestic wastewater and industrial wastewater, and water such as rivers, lakes, and oceans, a manufacturing method thereof, and a phosphorus collection method.
Related.

リンは、生物の生命活動に不可欠の元素であり、人類は、肥料や各種工業用原料として長年に亘って大量に使用し且つ大量に排出してきた。その結果として、河川、湖沼、海洋の富栄養化による赤潮の大量発生や水域生態系の破壊等の環境問題を起こす原因となっている。そこで環境面の配慮から、排水中のリンを除去する排水処理技術が研究開発され、環境保全の観点からはリン除去技術は十分な効果をあげていると言えるが、除去されたリンの再利用には至っていない。   Phosphorus is an indispensable element for the life activity of living organisms, and human beings have been used and discharged in large quantities for many years as fertilizers and various industrial raw materials. As a result, it causes environmental problems such as mass generation of red tides due to eutrophication of rivers, lakes, and oceans, and destruction of aquatic ecosystems. Therefore, wastewater treatment technology that removes phosphorus in wastewater has been researched and developed for environmental considerations, and it can be said that phosphorus removal technology has been sufficiently effective from the viewpoint of environmental conservation. It has not reached.

一方、世界人口の急速な増加や中国やインド等の発展途上国の急速な経済成長に伴う食糧や工業製品の増産の結果、リン資源の大量消費が進行し、今や地球的規模でのリン資源の枯渇が始まっている。そこでリン資源国のアメリカや中国は、リン鉱石を戦略資源として、その輸出の禁止や規制を始めている。リン鉱石を国内に有しておらず、その100%を輸入に依存している我が国としては、使用済のリンを大量に含有している生活排水や産業排水等の各種排水からのリンの回収が急務の課題として注目され、各方面で研究開発がなされ、一部で肥料原料としてのリン回収が試みられているが、リン資源の再利用には程遠い。   On the other hand, as a result of the rapid increase in the world population and increased production of food and industrial products accompanying rapid economic growth in developing countries such as China and India, mass consumption of phosphorus resources has progressed, and now phosphorus resources on a global scale Depletion has begun. The US and China, which are phosphorus resource countries, have started banning and restricting exports of phosphorus ore as a strategic resource. Japan, which does not have phosphorus ore in Japan and relies on imports for 100% of it, recovers phosphorus from various wastewaters such as domestic wastewater and industrial wastewater that contain a large amount of used phosphorus. However, it has been attracting attention as an urgent issue, research and development has been conducted in various fields, and in some cases, phosphorus recovery as a fertilizer raw material has been attempted, but it is far from reusing phosphorus resources.

これら従来のリン除去技術としては、排水中にリン酸や有機リン化合物として溶解しているリン化合物を、微生物を用いて汚泥中に濃縮して捕集したり、凝集剤を用いて凝集沈殿させて捕集したりする方法があるが、いずれも、リン化合物以外の成分を大量に含んでいるため、リン化合物のみを分離回収することは不可能であった。このため、回収されたリン含有材の用途も、極めて限定されていた。   As these conventional phosphorus removal technologies, phosphorus compounds dissolved as phosphoric acid or organic phosphorus compounds in wastewater are concentrated and collected in sludge using microorganisms, or aggregated and precipitated using a flocculant. However, since all of them contain a large amount of components other than the phosphorus compound, it was impossible to separate and recover only the phosphorus compound. For this reason, the use of the collected phosphorus-containing material has been extremely limited.

そこで、本発明者らは、リンのみを選択的に捕集し、且つ、原理的に不純物を含まない状態でリン化合物を回収することのできるリン捕集剤を先に開発した(特許文献1参照)。このリン捕集剤は、アルコール基(水酸基)、アミノ基、カルボン酸基のいずれかを有するポリビニルアルコール(PVA)等の水溶性高分子化合物と、水溶性のZr化合物、Ti化合物の1種又は2種との混合水溶液を加熱することにより、格別な架橋剤を添加することなく、Zr又はTiを架橋点としてアルコール基、アミノ基、カルボン酸基と架橋反応させて不溶化した架橋構造体からなる繰返し再生利用可能なリン捕集剤である。このリン捕集剤の使用形態としては、多孔質のセラミックス粒子に架橋体を担持させたセラミックス粒子型リン捕集材(特許文献2参照)や、不織布シートに担持させてコルゲート型に成形したコルゲート型リン捕集材(特許文献3参照)を提案している。特に、コルゲート型リン捕集材については、小型パイロット装置を製作して鶏糞焼却灰からのリン回収試験を行った結果、リンが不純物を含まないアパタイトの形態で高収率にて回収できること、及びこのリン捕集材が繰返し再生使用可能であることを立証している(非特許文献1参照)。   Therefore, the present inventors have previously developed a phosphorus scavenger that selectively collects only phosphorus and can in principle recover a phosphorus compound in a state that does not contain impurities (Patent Document 1). reference). This phosphorus scavenger is a water-soluble polymer compound such as polyvinyl alcohol (PVA) having any one of alcohol group (hydroxyl group), amino group and carboxylic acid group, and one kind of water-soluble Zr compound and Ti compound. It consists of a crosslinked structure that is insolubilized by heating a mixed aqueous solution of two types with Zr or Ti as a crosslinking point and crosslinking with an alcohol group, amino group, or carboxylic acid group without adding a special crosslinking agent. It is a phosphorus scavenger that can be reused repeatedly. As usage forms of this phosphorus scavenger, a ceramic particle type phosphorus scavenger (refer to Patent Document 2) in which a crosslinked body is supported on porous ceramic particles, or a corrugate that is supported on a nonwoven sheet and formed into a corrugated type. The type | mold phosphorus collection material (refer patent document 3) is proposed. In particular, as for the corrugated phosphorus collection material, as a result of producing a small pilot device and conducting a phosphorus recovery test from chicken manure incineration ash, phosphorus can be recovered in a high yield in the form of apatite containing no impurities, and It has been proved that this phosphorus trapping material can be reused repeatedly (see Non-Patent Document 1).

特許第4839445号公報Japanese Patent No. 4839445 特許第4908261号公報Japanese Patent No. 4908261 特開2011−78870号公報JP 2011-78870 A

山中昭司他、“不織布を用いた高選択性リン資源回収吸着材”、コンバーテック、2010年12月号、p.58−61Shoji Yamanaka et al., “Highly selective phosphorus resource recovery adsorbent using non-woven fabric”, Convertech, December 2010, p. 58-61

上述した水溶性高分子化合物とZr又はTiの架橋構造体(以下、単に架橋体という)としたリン捕集剤は、リンのみを選択的に捕集し、これをアルカリで洗浄することによって、リンをリン酸Na水溶液等のアルカリ水溶液や、リン酸Ca(アパタイト)等のリン酸化合の固体として回収するとともに、リン捕集剤は元の架橋体構造に戻り、且つリンと反応してこれを捕集するZrやTiは、架橋体構造物から分離されて消耗されることなく架橋体構成元素として存在し続けるので、捕集剤は元のリン捕集機能が復元されて繰返し使用可能となるという大きな特徴を有している。   The phosphorus scavenger used as the above-mentioned water-soluble polymer compound and Zr or Ti cross-linked structure (hereinafter simply referred to as cross-linked product) is to selectively collect only phosphorus and wash it with an alkali. Phosphorus is recovered as an alkaline aqueous solution such as an aqueous solution of sodium phosphate or a phosphorylated solid such as Ca phosphate (apatite), and the phosphorus scavenger returns to the original cross-linked structure and reacts with phosphorus. Since Zr and Ti that collects carbon remain separated as a constituent element of the cross-linked body without being separated and consumed from the cross-linked body structure, the original phosphorus-capturing function is restored and the scavenger can be used repeatedly. It has the great feature of becoming.

しかしながら、その使用形態としての特許文献2に記載のセラミックス粒子型リン捕集材の場合には、単位重量当たりの架橋体担持量を多くするために粒径を1mm以下にして使用すると、処理水の流路が狭くなってリン捕集剤との接触機会が増加するため、リン濃度が数十ppm以下の比較的低濃度の原水に適用すると、処理水中のリン濃度が1ppm以下になる程度にまでリンを捕集出来る高い能力を有するが、数千ppmの高濃度原水に適用すると、短時間で飽和してしまうため、リンの捕集と分離回収の切換え周期が短時間となり、高濃度原水には不適である。また、リン捕集材の重量の殆どがセラミックスで占められるため、捕集材単位重量当たりのリン捕集量は極めて小さくなり、更に捕集材を充填するリン捕集用反応装置には強度の高い金属材料が要求され、設備が大掛かりなものになり設備費用も高くなるという問題がある。   However, in the case of the ceramic particle type phosphorus trapping material described in Patent Document 2 as its use form, if the particle size is 1 mm or less in order to increase the amount of crosslinked body supported per unit weight, treated water The flow path becomes narrower and the chance of contact with the phosphorus scavenger increases, so when applied to a relatively low concentration raw water with a phosphorus concentration of several tens of ppm or less, the phosphorus concentration in the treated water becomes 1 ppm or less. However, when applied to high-concentration raw water of several thousand ppm, it will saturate in a short time, so the switching cycle of phosphorus collection and separation / recovery will be short, resulting in high-concentration raw water. Not suitable for. In addition, since most of the weight of the phosphorus collection material is occupied by ceramics, the amount of phosphorus collected per unit weight of the collection material becomes extremely small, and the phosphorus collection reactor filled with the collection material has high strength. There is a problem that a high metal material is required, the equipment becomes large, and the equipment cost increases.

一方、特許文献3及び非特許文献1に記載のコルゲート型リン捕集材の場合には、PVAと水溶性のZr化合物又はTi化合物とを溶解させた混合水溶液を、ビニロン製不織布等の耐酸性と耐アルカリ性を有する軽量なシートの表面に塗布し、これをコルゲート状に成形した後に乾燥過熱して架橋反応を生じさせるものと、混合水溶液を塗布してコルゲート状に成形した後に乾燥過熱して架橋反応を生じさせるものとがある。この捕集材は、上述したセラミックス粒子型リン捕集材に比べて、軽量であるので単位重量当りの架橋体担持量を多くでき、処理水の流路が確保され易いことから、リン濃度が数千ppmの高濃度の原水に適用可能となる。加えて、捕集材を充填する反応装置も軽量なプラスチック材料で形成できる等の利点を有しているが、低濃度原水に適用すると、コルゲートの流路中を処理水中のリン成分がコルゲート表面に担持されている架橋体表面に接触することなく通過してしまう確率が高くなり、このため、処理水中のリン濃度が数十ppm程度になると、極端にリン捕集率は低下し、低濃度原水への適用は不適である問題がある。   On the other hand, in the case of the corrugated phosphorus collecting material described in Patent Document 3 and Non-Patent Document 1, a mixed aqueous solution in which PVA and a water-soluble Zr compound or Ti compound are dissolved is acid-resistant such as a vinylon nonwoven fabric. Applying to the surface of a lightweight sheet having alkali resistance and forming it in a corrugated shape, followed by drying and overheating to cause a crosslinking reaction, and applying a mixed aqueous solution to form a corrugated shape and then heating and drying. Some cause a cross-linking reaction. Since this collection material is lighter than the above-described ceramic particle type phosphorus collection material, the amount of crosslinked material supported per unit weight can be increased, and the flow path of treated water is easily secured. Applicable to raw water with high concentration of several thousand ppm. In addition, the reactor filled with the trapping material also has the advantage that it can be made of a lightweight plastic material. However, when applied to low-concentration raw water, the phosphorus component in the treated water is transferred to the corrugated surface in the corrugated flow path. Therefore, when the phosphorus concentration in the treated water is about several tens of ppm, the phosphorus collection rate is extremely lowered and the concentration is low. There is a problem that its application to raw water is inappropriate.

上記セラミックス粒子型リン捕集材やコルゲート型リン捕集材は、いずれも担体表面にリン捕集剤となる架橋体を保持させる方式であり、リン捕集性能は、リン捕集材の比表面積に依存するので、セラミックス粒子型リン捕集材の如く高い比表面積を有する多孔質の担体を用いたり、コルゲート型リン捕集材の如く捕集材自体を大きな比表面積を有するように成形したりする必要があり、同時に、如何に均一に担体表面に架橋体を担持させるかが製造技術の要となる。そこで前記混合水溶液の粘度が重要な要素となり、均一に含浸又は塗布し易いように粘度を低くすると、架橋体の量や架橋体に含有されるリン捕集機能を有するZrやTiの量が低下してリン捕集能が小さくなり、粘度を高くするとZrやTiの量を増やせるが、担体の細孔を閉塞させて比表面積を低下させると共に、不必要に塗布厚が大きくなってリン捕集能が低下する問題がある。しかも、如何に工夫しても、担体を用いる以上は、リン捕集性能が担体特性に左右されるという根本的な問題点を有している。   The ceramic particle type phosphorus collecting material and the corrugated type phosphorus collecting material are each a system in which a cross-linked body serving as a phosphorus collecting agent is held on the surface of the carrier, and the phosphorus collecting performance is the specific surface area of the phosphorus collecting material. Because of this, a porous carrier having a high specific surface area such as a ceramic particle type phosphorus collector is used, or the collector itself such as a corrugated phosphorus collector is formed to have a large specific surface area. At the same time, how to uniformly support the crosslinked body on the surface of the carrier is the key to the manufacturing technique. Therefore, the viscosity of the mixed aqueous solution becomes an important factor, and when the viscosity is lowered so that it can be easily impregnated or applied uniformly, the amount of the crosslinked body and the amount of Zr and Ti having a phosphorus collecting function contained in the crosslinked body are decreased. If the viscosity is increased and the viscosity is increased, the amount of Zr and Ti can be increased. However, the pores of the carrier are blocked to reduce the specific surface area, and the coating thickness is unnecessarily increased to increase the phosphorus collection. There is a problem that performance decreases. Moreover, no matter how it is devised, the use of a carrier has the fundamental problem that the phosphorus collection performance depends on the carrier characteristics.

そこで、本発明の課題は、第1に、担体の特性に左右されることなく架橋体によるリン捕集能を最大限に生かした新規な高性能リン捕集材を提供することであり、第2に、その高性能リン捕集材の簡便な製造方法を提供することであり、第3に、その高性能リン捕集材を用いた排水中のリン回収方法を提供することである。換言すると、原水中のリン濃度が低濃度から高濃度までの全ての範囲に適用可能であり、工場排水や生活排水中の比較的高濃度のリン含有排水から河川、湖沼、海洋等の低濃度のリン含有水までをも対象とし、これらの水中に溶解しているリン成分を効率よく捕集し且つ再利用可能な形で回収することの出来る新規なリン捕集材とその製造方法とリン捕集方法を提供することである。   Therefore, the first object of the present invention is to provide a novel high performance phosphorus scavenger that makes the most of the phosphorus scavenging ability of the cross-linked body regardless of the characteristics of the carrier. Second, to provide a simple method for producing the high-performance phosphorus collection material, and third, to provide a method for recovering phosphorus in waste water using the high-performance phosphorus collection material. In other words, the phosphorus concentration in the raw water can be applied to the whole range from low to high, and low concentrations such as rivers, lakes, and oceans from relatively high concentrations of phosphorus-containing wastewater in factory wastewater and domestic wastewater. A new phosphorus-collecting material that can efficiently collect and recover the phosphorus component dissolved in these waters in a reusable form, as well as phosphorus-containing water, and its production method and phosphorus It is to provide a collection method.

上記の課題を解決するために、本発明は、水中のリン化合物を捕集するリン捕集材であって、水溶性ジルコニウム化合物及び水溶性チタン化合物のうちの1種以上と、アルコール基、アミノ基及びカルボキシル基の少なくともいずれかを有する水溶性高分子化合物とからなる混合水溶液を加熱して、前記水溶性ジルコニウム化合物中のジルコニウム又は前記水溶性チタン化合物中のチタンの少なくともいずれかを架橋点として前記水溶性高分子化合物のアルコール基、アミノ基及びカルボン酸基のいずれかと架橋反応させて不溶化してなる架橋構造体からなり、前記架橋構造体の形態が繊維状である再生利用可能な構成を採用することにより、担体を用いることなく比表面積の大きなリン捕集材として、担体の特性に左右されることなく架橋体によるリン捕集能を最大限に生かすことができるようにした。   In order to solve the above problems, the present invention provides a phosphorus collecting material for collecting a phosphorus compound in water, comprising at least one of a water-soluble zirconium compound and a water-soluble titanium compound, an alcohol group, and an amino group. A mixed aqueous solution comprising a water-soluble polymer compound having at least one of a group and a carboxyl group is heated, and at least one of zirconium in the water-soluble zirconium compound and titanium in the water-soluble titanium compound is used as a crosslinking point. A recyclable structure comprising a cross-linked structure formed by cross-linking reaction with any of alcohol group, amino group and carboxylic acid group of the water-soluble polymer compound and insolubilizing, and the form of the cross-linked structure is fibrous. By adopting it, as a phosphorus collector with a large specific surface area without using a carrier, it can be cross-linked without being influenced by the properties of the carrier Phosphorus trapping ability of which make it possible to maximize.

前記繊維状の架橋構造体の繊維径は170μm以下とするのが好ましく、更に好ましくは、100μm以下とするとよい。このように架橋構造体の繊維径を細くすることにより、従来のコルゲート型捕集材に比して、同一条件の架橋体を用いた場合でも、数倍から数十倍の比表面積を得ることができるので、リン捕集能も数倍から数十倍に飛躍的に向上させることができる。また、リン捕集機能を受け持つZrやTiの含有量を増加させれば、更に数倍のリン捕集能の向上を得ることができる。   The fiber diameter of the fibrous cross-linked structure is preferably 170 μm or less, and more preferably 100 μm or less. By reducing the fiber diameter of the cross-linked structure in this way, a specific surface area of several to several tens of times can be obtained even when a cross-linked body under the same conditions is used as compared with a conventional corrugated collector. Therefore, the phosphorus collecting ability can be improved dramatically from several times to several tens of times. Further, if the content of Zr or Ti responsible for the phosphorus collecting function is increased, the phosphorus collecting ability can be further improved several times.

前記繊維状リン捕集材は、織布又は不織布に形成されたものとするとよい。   The fibrous phosphorus collection material may be formed in a woven fabric or a non-woven fabric.

また、本発明は、水中のリン化合物を捕集するためのリン捕集材の製造方法であって、水溶性ジルコニウム化合物及び水溶性チタン化合物のうちの1種以上と、アルコール基、アミノ基及びカルボキシル基の少なくともいずれかを有する水溶性高分子化合物とからなる混合水溶液を紡糸ノズルから加熱気体中に吐出させて加熱乾燥させ、繊維状乾燥体となす乾燥固化工程と、これを更に加熱して、前記水溶性ジルコニウム化合物のジルコニウム又は水溶性チタン化合物中のチタンの少なくともいずれかを架橋点として前記水溶性高分子化合物のアルコール基、アミノ基及びカルボン酸基のいずれかと架橋反応させて架橋構造体となす架橋反応工程とを有する方法も採用した。   The present invention also relates to a method for producing a phosphorus collector for collecting a phosphorus compound in water, comprising at least one of a water-soluble zirconium compound and a water-soluble titanium compound, an alcohol group, an amino group, and A drying and solidification step in which a mixed aqueous solution composed of a water-soluble polymer compound having at least one of carboxyl groups is discharged from a spinning nozzle into a heated gas and dried by heating to form a fibrous dried body, and this is further heated. A crosslinked structure obtained by crosslinking reaction with any one of alcohol group, amino group and carboxylic acid group of the water-soluble polymer compound using at least one of zirconium of the water-soluble zirconium compound or titanium in the water-soluble titanium compound as a crosslinking point And a cross-linking reaction step.

前記リン捕集材の製造方法は、前記乾燥固化工程と前記架橋反応工程とを連続して行う方法、又は、前記乾燥固化工程で得られた繊維状乾燥体を中間製品となし、これを別途設けた加熱装置で架橋反応工程を行う方法とすることができる。   The method for producing the phosphorus collecting material is a method in which the drying and solidification step and the crosslinking reaction step are continuously performed, or the fibrous dry body obtained in the drying and solidification step is used as an intermediate product, which is separately provided. It can be set as the method of performing a crosslinking reaction process with the provided heating apparatus.

前記水溶性ジルコニウム化合物は、塩化ジルコニル、硫酸ジルコニル、硝酸ジルコニル、酢酸ジルコニル、炭酸ジルコニルアンモニウム、キレート系ジルコニウム及びアミノカルボン酸系ジルコニウムの群から選ばれたものとするとよく、前記水溶性チタン化合物は、三塩化チタン、四塩化チタン、硫酸チタン、乳酸チタン、ペルオキソチタネート及びキレート系チタネートの群から選ばれたものとするとよい。   The water-soluble zirconium compound may be selected from the group of zirconyl chloride, zirconyl sulfate, zirconyl nitrate, zirconyl acetate, zirconyl ammonium carbonate, chelate-type zirconium and aminocarboxylic acid-type zirconium, and the water-soluble titanium compound is It may be selected from the group consisting of titanium trichloride, titanium tetrachloride, titanium sulfate, titanium lactate, peroxotitanate and chelate titanate.

前記水溶性高分子化合物は、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリアリルアミン及びカルボキシメチルセルロース、並びに、これら水溶性高分子化合物の共重合体及びブロックポリマーの群から選ばれたものとするとよい。   The water-soluble polymer compound is selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyallylamine and carboxymethyl cellulose, and copolymers and block polymers of these water-soluble polymer compounds. It is good to do.

前記水溶性高分子化合物としてはポリビニルアルコール(PVA)が最も好ましく、PVAを用いた架橋体繊維の製造においては、PVAの水溶液と前記水溶性PVA化合物とを50℃以下の温度で混合し、この混合液を紡糸ノズルから熱風中に吐出させて繊維化し、これを100〜250℃にて架橋反応させて架橋構造体となすのが好ましい。   The water-soluble polymer compound is most preferably polyvinyl alcohol (PVA), and in the production of a crosslinked fiber using PVA, an aqueous solution of PVA and the water-soluble PVA compound are mixed at a temperature of 50 ° C. or less. It is preferable that the mixed liquid is discharged from a spinning nozzle into hot air to form a fiber, and this is subjected to a crosslinking reaction at 100 to 250 ° C. to form a crosslinked structure.

前記PVAと水溶性Zr化合物との混合水溶液中のPVAの濃度を40重量%以下とし、PVAとZrの重量比を、9:1〜9:3の範囲内で選択するのが好ましい。   The concentration of PVA in the mixed aqueous solution of PVA and water-soluble Zr compound is preferably 40% by weight or less, and the weight ratio of PVA and Zr is preferably selected within the range of 9: 1 to 9: 3.

上述したリン捕集材を用いてリンを捕集する方法としては、リン含有排水中に繊維状のリン捕集材を浮遊させてリンを捕集させる方法が簡便な方法として好ましい。   As a method for collecting phosphorus using the above-described phosphorus collection material, a method of collecting phosphorus by floating a fibrous phosphorus collection material in a phosphorus-containing wastewater is preferable as a simple method.

本発明に係るリン捕集材は、水溶性ジルコニウム化合物及び水溶性チタン化合物のうちの1種以上と、アルコール基、アミノ基及びカルボキシル基の少なくともいずれかを有する水溶性高分子化合物とからなる混合水溶液を加熱して、水溶性ジルコニウム化合物中のジルコニウム又は水溶性チタン化合物中のチタンの少なくともいずれかを架橋点として水溶性高分子化合物のアルコール基、アミノ基及びカルボン酸基のいずれかと架橋反応させて不溶化してなる架橋構造体からなり、架橋構造体の形態を繊維状としたので、担体の特性に左右されることなく架橋体によるリン捕集能を最大限に生かすことができる。   The phosphorus scavenger according to the present invention is a mixture comprising at least one of a water-soluble zirconium compound and a water-soluble titanium compound and a water-soluble polymer compound having at least one of an alcohol group, an amino group and a carboxyl group. The aqueous solution is heated to cause a crosslinking reaction with any of the alcohol group, amino group, and carboxylic acid group of the water-soluble polymer compound using at least one of zirconium in the water-soluble zirconium compound and titanium in the water-soluble titanium compound as a crosslinking point. Since the cross-linked structure is made in the form of fibers and the form of the cross-linked structure is fibrous, the phosphorus scavenging ability of the cross-linked product can be maximized regardless of the characteristics of the carrier.

また、架橋体を繊維状としたので、糸,紐,織布,不織布等の各種繊維加工品を作ることが可能となり、リン捕集材の概念に根本的な変革をもたらし、その結果、リン捕集・回収プラントの概念にも大きな変革をもたらすことが予想される。   In addition, since the cross-linked body is made into a fibrous form, it is possible to produce various types of processed fiber products such as yarn, string, woven fabric, and non-woven fabric. This brings about a fundamental change in the concept of phosphorus trapping material. It is expected to bring about a big change in the concept of collection and collection plant.

水溶性Zr化合物の1種であるオキシ塩化ジルコニウムを水に溶解した際に生成する水酸化ジルコニウム多核イオンの構造モデルを示す模式図Schematic diagram showing the structural model of zirconium hydroxide polynuclear ions produced when zirconium oxychloride, one of the water-soluble Zr compounds, is dissolved in water PVAをZrを架橋点として架橋させた際に生じる架橋構造体の構造モデルを示す模式図Schematic diagram showing the structural model of the crosslinked structure produced when PVA is crosslinked with Zr as the crosslinking point 本発明に係るリン捕集材の製造装置の一例を示す概念図The conceptual diagram which shows an example of the manufacturing apparatus of the phosphorus collection material which concerns on this invention 本発明に係るリン捕集材の製造装置の他の例を示す概念図The conceptual diagram which shows the other example of the manufacturing apparatus of the phosphorus collection material which concerns on this invention 実施例で製造したリン捕集材の架橋体の写真Photograph of a cross-linked product of phosphorus-collecting material produced in the example

以下に本発明について詳細に説明する。先ず本発明で使用するリン捕集剤について説明するが、このリン捕集剤は、特許文献1及び特許文献2に詳述されているので、ここでは要点のみを説明する。本発明で使用する架橋体を生成させ且つリンを捕集する能力を有する原料物質としては3つの機能が要求される。第1に水溶性高分子化合物との架橋反応性、即ち、架橋構造体の生成による不溶化であり、第2に水溶性であり、第3に再生可能性である。第1の機能は、リン捕集物質を高分子化合物と架橋反応によって化学的に結合させて不溶化し、安定して保持させるための必須の要件であり、単に吸着等による物理的保持では、繰り返し使用される過程で水中に放出されてリン吸収剤の性能低下を招くことになる。第2の機能は、リン捕集剤の製造上、水溶性高分子化合物と均一に混合分散させて、均一なリン捕集剤を製造するために必要な機能である。第3の機能は、捕集したリンを回収してリン資源として再利用するために必要な機能である。   The present invention is described in detail below. First, the phosphorus scavenger used in the present invention will be described. Since this phosphorus scavenger is described in detail in Patent Document 1 and Patent Document 2, only the main points will be described here. Three functions are required as a raw material having the ability to produce a crosslinked product used in the present invention and collect phosphorus. The first is cross-linking reactivity with a water-soluble polymer compound, that is, insolubilization by formation of a cross-linked structure, the second is water-soluble, and the third is reproducibility. The first function is an indispensable requirement for making a phosphorus scavenging substance chemically bonded to a polymer compound by a crosslinking reaction so as to be insolubilized and stably held. In the process of being used, it will be released into water, leading to a decrease in the performance of the phosphorus absorbent. The second function is a function necessary for producing a uniform phosphorus scavenger by mixing and dispersing uniformly with the water-soluble polymer compound in the production of the phosphorus scavenger. The third function is a function necessary for collecting the collected phosphorus and reusing it as a phosphorus resource.

上記第1〜第3の機能を満足し、これに経済性を加味して選択された物質が、本発明で
使用される水溶性Zr化合物と水溶性Ti化合物である。係る観点から選定された本発明
で使用するリン捕集剤原料としては、塩化ジルコニル,硫酸ジルコニル,硝酸ジルコニル,酢酸ジルコニル,炭酸ジルコニルアンモニウム,キレート系ジルコニウム,アミノカルボン酸系ジルコニウム等の水溶性Zr化合物、及び三塩化チタン,四塩化チタン,硫酸チタン,乳酸チタン,ペルオキソチタネート,キレート系チタネート等の水溶性Ti化合物が挙げられる。
Substances that satisfy the first to third functions and are economically selected are the water-soluble Zr compound and water-soluble Ti compound used in the present invention. The phosphorus scavenger raw material used in the present invention selected from such a viewpoint includes water-soluble Zr compounds such as zirconyl chloride, zirconyl sulfate, zirconyl nitrate, zirconyl acetate, zirconyl ammonium carbonate, chelate-based zirconium, aminocarboxylic acid-based zirconium, etc. And water-soluble Ti compounds such as titanium trichloride, titanium tetrachloride, titanium sulfate, titanium lactate, peroxotitanate, and chelate titanate.

次に水溶性高分子化合物について説明する。本発明で使用する高分子化合物としては、
2つの機能が要求される。第1は水溶性であり、第2は潜在的にリン捕集機能を有するZr化合物又はTi化合物と加熱による架橋反応によって複合化する点である。第1の機能は、前述の通り水溶性Zr化合物やTi化合物と均一に混合させて均一なリン捕集材を製造するために必要な機能であり、第2の機能は、潜在的にリン捕集機能を有するZr化合物やTi化合物を不溶化して安定化させ、優れたリン捕集能を発揮させるために必要な機能である。係る観点から本発明で使用される水溶性高分子化合物としては、アルコール基,アミノ基,カルボキシル基のいずれかを有する水溶性高分子化合物であり、具体的には、ポリビニルアルコール(PVA),エチレンビニルアルコール(EVOH),ポリアクリル酸(PAA),ポリアクリルアミド,ポリアリルアミン及びカルボキシメチルセルロース(CMC),並びに、これら水溶性高分子化合物の共重合体及びブロックポリマーが挙げられる。中でも架橋性と経済性を考慮すると、PVAが最も好ましい材料である。
Next, the water-soluble polymer compound will be described. As the polymer compound used in the present invention,
Two functions are required. The first is water-solubility, and the second is that it is complexed with a Zr compound or Ti compound having a potential phosphorus scavenging function by a crosslinking reaction by heating. The first function is a function necessary for producing a uniform phosphorus trapping material by uniformly mixing with a water-soluble Zr compound or Ti compound as described above, and the second function is potentially a phosphorus trap. This is a function necessary for insolubilizing and stabilizing the Zr compound or Ti compound having a collecting function and exhibiting an excellent phosphorus collecting ability. From such a viewpoint, the water-soluble polymer compound used in the present invention is a water-soluble polymer compound having any one of an alcohol group, an amino group, and a carboxyl group. Specifically, polyvinyl alcohol (PVA), ethylene Examples include vinyl alcohol (EVOH), polyacrylic acid (PAA), polyacrylamide, polyallylamine, and carboxymethyl cellulose (CMC), and copolymers and block polymers of these water-soluble polymer compounds. Among them, PVA is the most preferable material in consideration of crosslinkability and economy.

次に、この架橋体の生成について説明する。図1は、水溶性Zr化合物の1種であるオキシ塩化ジルコニウム(ZrOCl2・8H2O)を水に溶解した際に生成する水酸化ジルコニウム多核イオン([Zr4(OH)8]8+・nH2O)の構造を示しており、図2は、これとPVAを架橋させた際に生じる架橋体のモデルを示している。即ち、図1の水溶性Zr化合物の水溶液とPVAの水溶液を適当な比率で混合すると、水酸化ジルコニウム多核イオンとPVAが均一に混合した混合溶液が得られるが、この時点では架橋反応は生じていない。この混合溶液を加熱すると、先ず、水分の一部が蒸発してPVAと水酸化Zr多核イオンが均一に混合された乾燥固化体となるが、この状態では架橋反応は殆ど生じていない。この乾燥固化状態で保存することも可能であるが、再度水に浸漬するとPVAと水酸化Zr多核イオンの均一混合溶液に戻ることになり、本発明が目的とするリン捕集材としては使用できない。そこで、引き続き又は別工程で加熱を行うと、図2に示したように、PVAのアルコール基[―OH]と水酸化Zr多核イオンの水酸基[―OH]が縮合反応によりH2Oを放出して、PVAの高分子鎖同士がZrを起点として水に不溶な三次元構造のポリマーを生成し、不溶化した架橋構造体が生成する。この架橋体がリン捕集材となる。   Next, the production | generation of this crosslinked body is demonstrated. Figure 1 shows the structure of zirconium hydroxide polynuclear ion ([Zr4 (OH) 8] 8 + .nH2O) produced when zirconium oxychloride (ZrOCl2 · 8H2O), one of the water-soluble Zr compounds, is dissolved in water. FIG. 2 shows a model of a crosslinked product formed when this and PVA are crosslinked. That is, when the aqueous solution of the water-soluble Zr compound and the aqueous solution of PVA in FIG. 1 are mixed at an appropriate ratio, a mixed solution in which zirconium hydroxide polynuclear ions and PVA are uniformly mixed is obtained. At this point, the crosslinking reaction has occurred. Absent. When this mixed solution is heated, a part of the water is first evaporated to form a dry solidified body in which PVA and Zr hydroxide polynuclear ions are uniformly mixed. In this state, almost no crosslinking reaction occurs. Although it can be stored in this dried and solidified state, when it is immersed again in water, it will return to a homogeneous mixed solution of PVA and hydroxylated Zr polynuclear ions, and cannot be used as a phosphorus collecting material intended by the present invention. . Accordingly, when heating is performed continuously or in another process, as shown in FIG. 2, the alcohol group [—OH] of PVA and the hydroxyl group [—OH] of Zr hydroxide polynuclear ion release H 2 O by a condensation reaction, The polymer chains of PVA generate a three-dimensional polymer insoluble in water starting from Zr, and an insolubilized crosslinked structure is generated. This cross-linked body becomes a phosphorus scavenger.

上記架橋体中のZrの官能基の一部が水中のリン酸イオンを吸着してリン酸Zr結合が生成してリンを捕集する。次にこれをアルカリで洗浄すると、リンはアルカリイオンと結合して架橋体中から脱離してリンが回収される。同時に、Zrは再使用可能な元の状態に復帰する。ここで、架橋体中のZrはリンイオンとのみ反応するので、リンに対する選択性は極めて高いものとなり、Zrは架橋体中に化学結合によって保持されているので、使用中にZr成分が溶出したり剥離したりする事はなく高い耐久性を示すことになる。従って、回収されたリン化合物は、不純物を含まない高純度のリン化合物となる。尚、上記図1及び図2による説明では、水溶性Zr化合物としてオキシ塩化ジルコニウムを用いた例を示しているが、これは、前述した他のZr化合物や水溶性Ti化合物でも同様であり、水溶性高分子化合物としてPVAを用いた例を示しているが、前述した他の水溶性高分子化合物でも同様であることは言うまでもない   A part of the functional group of Zr in the cross-linked body adsorbs phosphate ions in water to form a phosphate Zr bond to collect phosphorus. Next, when this is washed with alkali, phosphorus binds to alkali ions and is desorbed from the cross-linked product to recover phosphorus. At the same time, Zr returns to its original reusable state. Here, since Zr in the crosslinked body reacts only with phosphorus ions, the selectivity to phosphorus becomes extremely high, and Zr is retained in the crosslinked body by a chemical bond, so that the Zr component is eluted during use. It does not peel off and exhibits high durability. Therefore, the collected phosphorus compound becomes a high-purity phosphorus compound containing no impurities. 1 and 2, the example in which zirconium oxychloride is used as the water-soluble Zr compound is shown. However, this is the same for the other Zr compounds and water-soluble Ti compounds described above. Although an example using PVA as a water-soluble polymer compound is shown, it goes without saying that the same applies to other water-soluble polymer compounds described above.

次に、本発明に係る繊維状架橋体を製造する方法について説明する。   Next, a method for producing the fibrous crosslinked body according to the present invention will be described.

先ず、従来の架橋体の製造方法と同様に、水溶性Zr化合物と水溶性Ti化合物の1種以上の水溶液を調整し、これに水溶性高分子化合物の水溶液を混合して均一混合液を調整する。尚、以後の説明においては、水溶性Zr化合物と水溶性Ti化合物を代表して水溶性Zr化合物を用い、水溶性高分子化合物を代表してPVAを用いた例で説明する。   First, as in the conventional method for producing a crosslinked product, one or more aqueous solutions of a water-soluble Zr compound and a water-soluble Ti compound are prepared, and an aqueous solution of a water-soluble polymer compound is mixed therewith to prepare a uniform mixed solution. To do. In the following description, a water-soluble Zr compound is used as a representative of a water-soluble Zr compound and a water-soluble Ti compound, and PVA is used as a representative of a water-soluble polymer compound.

従来のシートへの塗布法や多孔質担体への含浸法では、混合水溶液の粘度を低く抑える必要があるため、使用するPVAとしては、10質量%程度のPVA溶液が用いられ、これにPVA含有量の10質量%程度のZr含有量となるように原料溶液を調整していたが、この程度の濃度の原料溶液では、PVAやZrの含有量が少なく、粘度が低いので、紡糸ノズルを通して繊維化することは不可能である。そこで、本発明では、紡糸ノズルから吐出させた原料溶液を、加熱して水分を蒸発させて固化させるために、水分が少ないほど固化させ易く且つ省エネであるため好ましいと言えるが、粘度が高すぎると紡糸ノズルから吐出し難くなるので、使用するPVA原料濃度は30〜50質量%が好ましい。このPVA水溶液を得るには、水温85〜95℃程度に加熱しながらPVAを添加して水溶液とすると適度の粘度の水溶液が得られる。なお、このPVA水溶液にZr化合物の水溶液を添加混合するが、添加するZr化合物水溶液の量はPVA量に比して少ないので、このPVA濃度は、混合溶液中のPVA濃度と大差はない。   In the conventional sheet coating method and porous carrier impregnation method, it is necessary to keep the viscosity of the mixed aqueous solution low. Therefore, as the PVA to be used, a PVA solution of about 10% by mass is used. The raw material solution was adjusted so that the Zr content was about 10% by mass of the amount. However, in the raw material solution of this level, the content of PVA and Zr is small and the viscosity is low. It is impossible to make it. Therefore, in the present invention, since the raw material solution discharged from the spinning nozzle is heated to evaporate and solidify the moisture, it can be said that the smaller the moisture is, the easier it is to solidify and energy saving, but the viscosity is too high. Therefore, the PVA raw material concentration to be used is preferably 30 to 50% by mass. In order to obtain this PVA aqueous solution, an aqueous solution having an appropriate viscosity can be obtained by adding PVA while heating at a water temperature of about 85 to 95 ° C. to obtain an aqueous solution. In addition, although the aqueous solution of Zr compound is added and mixed with this PVA aqueous solution, since the quantity of the Zr compound aqueous solution to add is small compared with the amount of PVA, this PVA density | concentration does not have a large difference with the PVA density | concentration in a mixed solution.

次に、このPVA溶液にZr化合物の水溶液を添加混合するが、上記85〜95℃の高温のPVA溶液内にZr化合物の水溶液を添加混合すると、その時点で架橋反応が進行し始めるので、PVA溶液を架橋反応が進行し難い60℃以下に冷却してZr化合物の水溶液を添加混合する。これ以上の温度域でPVAとZr化合物を混合すると架橋反応により混合溶液がゲル化して、紡糸ノズルを通した繊維化が困難となる。Zr化合物の水溶液の添加量は、一般には、リン捕集能はZr量に比例するのでZr添加量が多いほど好ましいと言えるので、混合溶液中のPVA量に対するZr量を、従来法以上の重量比、即ちPVA/Zrを9:1以上となす必要がある。一方、Zr量が多過ぎると粘度が高くなり過ぎて紡糸ノズルからの吐出が困難となるので9:3以下に抑える必要がある。係る要領で調整したPVAとZr化合物との混合溶液(原料溶液)とする。即ち、原料の粘度が繊維化の成否に影響するので、前述の通り、PVAとZr化合物との混合比率を9:1〜9:3の適正に調整され且つ混合溶液中のPVA濃度も30〜50質量%程度、好ましくは40±5質量%となるように調整された混合溶液を原料溶液とする。   Next, an aqueous solution of a Zr compound is added to and mixed with the PVA solution. When an aqueous solution of the Zr compound is added to and mixed with the high-temperature PVA solution at 85 to 95 ° C., the crosslinking reaction starts to proceed at that point. The solution is cooled to 60 ° C. or less where the crosslinking reaction is difficult to proceed, and an aqueous solution of a Zr compound is added and mixed. When PVA and a Zr compound are mixed in a temperature range higher than this, the mixed solution is gelled by a crosslinking reaction, and fiberization through a spinning nozzle becomes difficult. Since the amount of Zr compound added to the aqueous solution is generally proportional to the amount of Zr, the higher the amount of Zr added, the better the amount of Zr added to the amount of PVA in the mixed solution. The ratio, that is, PVA / Zr needs to be 9: 1 or more. On the other hand, if the amount of Zr is too large, the viscosity becomes too high and it becomes difficult to discharge from the spinning nozzle, so it is necessary to suppress it to 9: 3 or less. Let it be the mixed solution (raw material solution) of PVA and Zr compound adjusted in the way which concerns. That is, since the viscosity of the raw material affects the success or failure of the fiberization, as described above, the mixing ratio of PVA and Zr compound is adjusted appropriately from 9: 1 to 9: 3, and the PVA concentration in the mixed solution is also 30 to A mixed solution adjusted to be about 50% by mass, preferably 40 ± 5% by mass is used as a raw material solution.

上記原料溶液を紡糸ノズルから吐出させて繊維化する。ここで、原料溶液の温度は、架橋反応が進行し難い温度レベルの60℃以下、好ましくは50℃以下となし、紡糸ノズルから連続的に糸状に吐出させ、これを加熱雰囲気下で乾燥固化及び架橋反応を行わせて架橋体繊維とする。この架橋体繊維の製造法には、大別して2種類ある。第1の方法は、連続架橋体繊維を製造する方法であり、第2の方法は、架橋体繊維による不織布を製造する方法である。前者は、原料溶液を多数の紡糸ノズルから加熱気体が流通している加熱筒内に糸状に吐出させ、糸状に吐出したZr−PVA混合溶液を乾燥固化させ且つ必要に応じて架橋反応を進行させて連続した糸状の架橋体繊維を製造する方法であり、後者は、紡糸ノズルから原料溶液を糸状に吐出すると共に紡糸ノズルの周囲から熱風を吹き出して、吐出された糸状の原料溶液中の水分を蒸発させつつ熱風で乾燥固化させたZr−PVA混合物の乾燥体を生成させ、これを下方に配置されている金網状のコンベアに落下させて不織布状に堆積させて移送し、必要に応じて移送中に熱風で加熱して架橋反応を進行させて架橋体繊維の不織布を製造する方法である。以下、両者について説明する。   The raw material solution is discharged from a spinning nozzle to be fiberized. Here, the temperature of the raw material solution is set to 60 ° C. or less, preferably 50 ° C. or less, which is a temperature level at which the cross-linking reaction does not easily proceed, and is continuously discharged from the spinning nozzle into a filament shape, which is dried and solidified in a heated atmosphere. A crosslinking reaction is performed to obtain a crosslinked fiber. There are roughly two types of methods for producing the crosslinked fiber. The first method is a method for producing a continuous cross-linked fiber, and the second method is a method for producing a non-woven fabric using the cross-linked fiber. In the former, the raw material solution is discharged into a heating cylinder through which heated gas is circulated from a number of spinning nozzles in a thread form, the Zr-PVA mixed solution discharged in a thread form is dried and solidified, and a crosslinking reaction is allowed to proceed as necessary. In the latter method, the raw material solution is discharged from the spinning nozzle into a yarn shape, and hot air is blown out from the periphery of the spinning nozzle to remove moisture in the discharged yarn-shaped raw material solution. A dry body of Zr-PVA mixture that has been dried and solidified with hot air while evaporating is generated, dropped onto a wire mesh conveyor disposed below, deposited in a non-woven form, transferred, and transferred as necessary This is a method for producing a non-woven fabric of cross-linked fibers by heating with hot air to advance the cross-linking reaction. Hereinafter, both will be described.

図3に前記連続架橋体繊維製造装置の概念図を示す。本装置は、頂部に紡糸ノズル1を有する加熱筒2と、加熱筒2の頂部から加熱筒内に加熱気体を供給する入口ノズル3と、加熱筒2の下方には加熱気体の排出ノズル4と、加熱筒2の下端開口部5の直下にはロール6が配置されている。紡糸ノズル1には多数の吐出細孔が設けられており、該細孔から原料溶液を加圧して細い糸状体7として、加熱筒2内の加熱気体雰囲気中に吐出させるようにしている。吐出した糸状の原料溶液は、加熱筒内2で燃焼ガス等の加熱気体により熱せられて水分が蒸発しZr−PVA混合物の繊維状乾燥体となる。この段階では混合物の架橋反応が一部生じているので、この架橋部分が繊維状乾燥体の補強材となっており、既存のPVA繊維よりは強度の高い繊維状の乾燥体となっている。これをそのままロール6及び引取機(図示せず)を経て巻取機(図示せず)にて紡糸ノズル1からの吐出速度よりも早い速度で巻き取ることにより、加熱筒2内の繊維を延伸して一層の細線化を図ることも可能である。この繊維状乾燥体は加熱筒2内で継続して加熱されることによって架橋反応が進行し、ほぼ架橋反応が完了した状態で加熱筒2の下端開口部5から取り出されて連続した架橋体繊維としてボビン等に巻き取られることになる。   The conceptual diagram of the said continuous bridge | crosslinking body fiber manufacturing apparatus is shown in FIG. This apparatus includes a heating cylinder 2 having a spinning nozzle 1 at the top, an inlet nozzle 3 for supplying heated gas into the heating cylinder from the top of the heating cylinder 2, and a heating gas discharge nozzle 4 below the heating cylinder 2. A roll 6 is disposed immediately below the lower end opening 5 of the heating cylinder 2. The spinning nozzle 1 is provided with a large number of discharge pores, and the raw material solution is pressurized from the pores and discharged as a thin filament 7 into the heated gas atmosphere in the heating cylinder 2. The discharged filamentary raw material solution is heated by a heated gas such as a combustion gas in the heating cylinder 2 to evaporate water and become a fibrous dry body of a Zr-PVA mixture. At this stage, a part of the cross-linking reaction of the mixture has occurred, so this cross-linked portion is a reinforcing material for the fibrous dry body, and is a fibrous dry body having higher strength than existing PVA fibers. The fiber in the heating cylinder 2 is stretched by winding it at a speed faster than the discharge speed from the spinning nozzle 1 with a winder (not shown) through a roll 6 and a take-up machine (not shown). Thus, further thinning can be achieved. The fibrous dried body is continuously heated in the heating cylinder 2 to cause a crosslinking reaction, and is taken out from the lower end opening 5 of the heating cylinder 2 in a state in which the crosslinking reaction is almost completed and is continuously crosslinked. It will be wound on a bobbin or the like.

なお、前述の架橋反応の完了していない(架橋未完)の繊維状乾燥体の状態で加熱筒2から取り出して中間製品となし、架橋反応は別途設けた架橋反応用の加熱炉にて行うこともできる。このように、架橋未完の繊維状乾燥体を生産した後に別途架橋工程を設ける場合には、前記加熱筒2内では加熱乾燥だけで良いので、加熱気体は水分蒸発に必要なレベルの温度と流量で良く、加熱筒2内の滞留時間も短くできるので、加熱筒2も小型化でき、繊維化装置をコンパクトにできるメリットがある。また、繊維状乾燥体を別途設けた架橋反応用の加熱炉内で加熱処理することになるが、架橋反応のための加熱炉は、繊維を走行させながら加熱する必要はないので、ボビン等に巻き取った大量の繊維状乾燥体を一度に加熱処理できる加熱炉を用いることができるので、架橋化反応のための熱エネルギーを削減できる省エネ効果が期待できる。   In addition, it takes out from the heating cylinder 2 in the state of the fibrous dry body in which the above-mentioned cross-linking reaction is not completed (cross-linking is incomplete) to form an intermediate product, and the cross-linking reaction is performed in a separately provided heating furnace for cross-linking reaction You can also. Thus, in the case where a separate crosslinking step is provided after producing a fibrous dry body that has not yet been crosslinked, only heating and drying are required in the heating cylinder 2, so that the heated gas has a temperature and flow rate at a level necessary for moisture evaporation. Since the residence time in the heating cylinder 2 can be shortened, the heating cylinder 2 can be reduced in size, and the fiberizing apparatus can be made compact. In addition, heat treatment is performed in a heating furnace for cross-linking reaction separately provided with a fibrous dry body, but the heating furnace for cross-linking reaction does not need to be heated while the fiber is running, Since a heating furnace that can heat-treat a large amount of the wound fibrous dried body at a time can be used, an energy saving effect that can reduce thermal energy for the crosslinking reaction can be expected.

この連続してボビンに巻き取られた架橋体繊維は、これを撚り糸や織布に加工し、更に任意の形状構造に加工する事が出来るので、用途に応じて任意の形状構造のリン捕集材を
製造することができる。
The cross-linked fiber continuously wound around the bobbin can be processed into a twisted yarn or a woven fabric and further processed into an arbitrary shape structure. The material can be manufactured.

図4に前記不織布状架橋体繊維製造装置の概念図を示す。本装置は、多数吐出口12が配置され且つ横方向に揺動自在に構成された紡糸ノズル1内に、原料溶液流路10と加熱気体流路11とが設けられ、ノズル1先端の原料溶液吐出孔12を取囲むように加熱気体噴出口13が形成されている。ノズル1の下方には、ネット状の通気性を有するコンベアベルト14が配置され、その移動方向前方には、コンベアベルト14を覆うようにフード15が配置されている。原料溶液は、送給ポンプ(図示せず)等の適宜の手段により紡糸ノズル1内の原料溶液流路10に圧送され、揺動しているノズル1の多数の先端吐出孔12から多数の糸状体として吐出される。同時に、ノズル1内の加熱気体流路11を経て吐出孔12の周囲に設けられた加熱気体噴出口13から、吐出孔12から吐出された糸状の原料溶液に向けて加熱気体が吹付けられ、糸状の原料溶液は加熱されて乾燥し、原料混合物であるZr−PVA混合物の繊維状乾燥体となってノズル1の下方のコンベアベルト14上に、横方向に波打ちながら落下して不織布状に堆積しつつ前方に移送されている。この繊維状乾燥体の不織布状堆積物16は、部分的に架橋反応が進行しているが、基本的には未架橋の原料混合物の乾燥固形物である。また、紡糸ノズル1としては、0.1〜0.5mm程度の吐出口12を0.3〜1mm程度のピッチで配置したものが使用され、不織布状堆積物の繊維太さは、ノズル1の吐出口12の口径とその後の延伸度合いに依存し、不織布状堆積物の幅は、ノズル1の吐出孔の数と揺動幅に依存するので、採取製品の寸法仕様を考慮してこれらを決定することはいうまでもない。   The conceptual diagram of the said nonwoven fabric-like crosslinked body fiber manufacturing apparatus is shown in FIG. In this apparatus, a raw material solution flow path 10 and a heated gas flow path 11 are provided in a spinning nozzle 1 in which a large number of discharge ports 12 are arranged and swingable in a lateral direction. A heated gas jet 13 is formed so as to surround the discharge hole 12. Below the nozzle 1, a net-like conveyor belt 14 having air permeability is disposed, and a hood 15 is disposed in front of the moving direction so as to cover the conveyor belt 14. The raw material solution is pumped to the raw material solution flow path 10 in the spinning nozzle 1 by an appropriate means such as a feed pump (not shown), and a large number of filaments from a large number of the tip discharge holes 12 of the oscillating nozzle 1. It is discharged as a body. At the same time, the heated gas is sprayed from the heated gas outlet 13 provided around the discharge hole 12 through the heated gas flow path 11 in the nozzle 1 toward the filamentous raw material solution discharged from the discharge hole 12, The filamentary raw material solution is heated to dry, and becomes a fibrous dry body of a Zr-PVA mixture, which is a raw material mixture, falling onto the conveyor belt 14 below the nozzle 1 while undulating in the horizontal direction and deposited in a nonwoven fabric form However, it is transported forward. This fibrous non-woven fabric-like deposit 16 is partially a cross-linked reaction, but is basically a dry solid of an uncrosslinked raw material mixture. Further, as the spinning nozzle 1, one in which discharge ports 12 of about 0.1 to 0.5 mm are arranged at a pitch of about 0.3 to 1 mm is used. Depending on the diameter of the discharge port 12 and the degree of subsequent stretching, the width of the non-woven fabric deposit depends on the number of discharge holes and the swinging width of the nozzle 1 and is determined in consideration of the dimensional specifications of the collected product. Needless to say.

この繊維状乾燥体の不織布状堆積物16は、コンベア14の移送方向前方に配置されたフード15の下方に移送される。このフード15は2種の使い方がある。第1は繊維の冷却であり、第2は繊維の加熱と冷却である。前者の場合には、フード15内に冷却空気を適宜の手段で供給して、コンベア上を移送中の不織布状堆積物16に冷却空気を吹付けて該堆積物を冷却し、未架橋の繊維状乾燥体としてコンベア14先端部に配置された不織布の巻取機(図示せず)にて巻き取ってロール状態で貯蔵する。後者の場合には、フード15内に燃焼ガス等の加熱気体を適宜の手段で供給して、コンベア上を移送中の繊維状乾燥体に向けて加熱気体を吹付けることにより繊維状乾燥体の架橋反応を進行させて繊維状架橋体となす。その後に、フード15に連続して形成されている冷却ゾーン(図示せず)で冷却し、前述の通り、巻取機(図示せず)にて巻き取ってロール状態の架橋体不織布製品として貯蔵する。   The nonwoven fabric deposit 16 of the fibrous dry body is transferred to the lower side of the hood 15 disposed in front of the conveyor 14 in the transfer direction. This hood 15 can be used in two ways. The first is fiber cooling and the second is fiber heating and cooling. In the former case, cooling air is supplied into the hood 15 by an appropriate means, and the cooling air is blown onto the nonwoven fabric-like deposit 16 being transferred on the conveyor to cool the deposit, and uncrosslinked fibers. It winds up with the winder (not shown) of the nonwoven fabric arrange | positioned at the front-end | tip part of the conveyor 14 as a dried product, and stores in a roll state. In the latter case, a heated gas such as a combustion gas is supplied into the hood 15 by an appropriate means, and the heated gas is blown toward the fibrous dried body being transferred on the conveyor, so that the fibrous dried body is discharged. A crosslinking reaction is allowed to proceed to form a fibrous crosslinked body. Then, it cools in the cooling zone (not shown) continuously formed in the food | hood 15, and as above-mentioned, it winds up with a winder (not shown) and stores as a crosslinked nonwoven fabric product in a roll state To do.

ここで、紡糸ノズル1から噴出される加熱気体は、原料溶液中の水分の蒸発潜熱を供給すればよく、架橋反応が部分的に生じているとしても、これを完了させる必要はないので、この観点から加熱気体の温度と流量が決められる。また、フード15から冷却空気を供給する第1のケースでは、単に架橋未完の繊維状乾燥体の冷却のみであるので、空気を適当の送給してやればよい。この場合には、巻き取られた不織布は未架橋の繊維状乾燥体であり、中間製品であるのでリン捕集機能は殆どない。これを架橋体繊維として製品化するには、別途加熱炉で所定温度に加熱して架橋反応を完了させる必要があることは前述の場合と同様である。一方、フード15から加熱気体を供給する第2のケースでは、コンベア上を移送中の前記未架橋の繊維状乾燥体を加熱して架橋反応を進行させ、製品としてのZr−PVA架橋体となす必要があるので、架橋反応に必要な温度レベルを維持できるように加熱気体を供給して架橋反応を促進させるようにする。   Here, the heated gas ejected from the spinning nozzle 1 only needs to supply the latent heat of vaporization of the water in the raw material solution, and even if a crosslinking reaction has partially occurred, it is not necessary to complete this. From the viewpoint, the temperature and flow rate of the heated gas are determined. Further, in the first case in which cooling air is supplied from the hood 15, only cooling of the unfinished fibrous dry body is performed, and therefore air may be supplied appropriately. In this case, the wound non-woven fabric is an uncrosslinked fibrous dry body and is an intermediate product, and therefore has little phosphorus collecting function. In order to commercialize this as a crosslinked fiber, it is necessary to complete the crosslinking reaction by heating it to a predetermined temperature in a separate heating furnace as in the case described above. On the other hand, in the second case in which the heated gas is supplied from the hood 15, the uncrosslinked fibrous dry body being transferred on the conveyor is heated to advance the crosslinking reaction, thereby obtaining a Zr-PVA crosslinked body as a product. Since it is necessary, a heating gas is supplied so as to promote the crosslinking reaction so that the temperature level necessary for the crosslinking reaction can be maintained.

この不織布状の架橋体繊維は、積層してフィルタとして流水中に浸漬してリンの捕集を行うか、流水中に浮遊させてリンの捕集を行うようにすることができる。   The nonwoven fabric-like crosslinked fiber can be laminated and immersed in running water as a filter to collect phosphorus, or suspended in running water to collect phosphorus.

上記製造法方法において、いずれの場合も、紡糸ノズルから吐出した混合溶液の糸状体を先ず加熱乾燥して繊維状乾燥体となし、次に該繊維状乾燥体を加熱して架橋反応を進行させて繊維状架橋体となすが、各工程で使用する加熱気体の温度は、架橋体繊維製造方法によって各々最適温度が異なる。先ず、連続架橋体繊維の製造方法における加熱筒内の温度は、高速で通過する糸状体を短時間で乾燥させるために大きな蒸発潜熱を供給する必要があり、このためには、水の沸点以上の高温の150〜250℃が好ましい。更に乾燥後も引き続いて架橋反応を進行させて架橋体繊維を製造する場合には、繊維の加熱筒出口部分の温度で、150〜250℃になるように加熱筒内温度を制御することになる。一方、不織布状架橋体繊維を製造する場合には、コンベアベルト上に落下して堆積する繊維状乾燥体が、少なくとも繊維状態を維持し、メッシュ状のコンベアベルトの開孔部から流れ出ない程度には乾燥されているように加熱気体の温度と流量を調整する必要があり、加熱気体の温度としては紡糸ノズルから吐出される混合溶液の糸状体を短時間で乾燥させる必要があるので100〜200℃の加熱気体の墳射が好ましい。続いてコンベア上で架橋反応を進行させる場合には、100〜250℃の加熱気体を墳射することになる。   In any of the above production methods, in any case, the filamentous body of the mixed solution discharged from the spinning nozzle is first heated and dried to form a fibrous dried body, and then the fibrous dried body is heated to advance the crosslinking reaction. The temperature of the heated gas used in each step varies depending on the method for producing a crosslinked fiber. First, it is necessary to supply a large latent heat of vaporization in order to dry the filament passing through at a high speed in a short time in the heating method in the method for producing a continuous cross-linked fiber. For this purpose, the temperature exceeds the boiling point of water. The high temperature of 150 to 250 ° C. is preferred. Further, when the crosslinked fiber is produced by continuing the crosslinking reaction after drying, the temperature in the heating cylinder is controlled to be 150 to 250 ° C. at the temperature of the heating cylinder outlet portion of the fiber. . On the other hand, in the case of producing a nonwoven fabric-like cross-linked fiber, the fibrous dry body that drops and accumulates on the conveyor belt maintains at least the fiber state and does not flow out from the opening of the mesh-shaped conveyor belt. It is necessary to adjust the temperature and flow rate of the heated gas so that it is dried. As the temperature of the heated gas, it is necessary to dry the filament of the mixed solution discharged from the spinning nozzle in a short time. A heated gas spray at 0 ° C. is preferred. Subsequently, when the crosslinking reaction is allowed to proceed on the conveyor, a heated gas of 100 to 250 ° C. is sprayed.

次に架橋体繊維の繊維径について説明する。この繊維径は、連続架橋体繊維の製造方法の場合には、紡糸ノズルのノズル径と巻き取り時の延伸度合いによって決まるが、PVAの乾式紡糸(図3記載の方式と同様)の場合には、1000デニール以下では平滑な表面が得られるが、これ以上では表面が粗くなる傾向にある。本発明の架橋体繊維においては、架橋反応は繊維表面から進行するので、紡糸時の延伸の過程で表面層の架橋構造体にひび割れが生じると架橋体繊維自体の強度も低下する恐れがあり、処理水中の微細な浮遊物(SS)が引っ掛かってリン捕集性能の低下をもたらす恐れが有るため、表面が粗くなる傾向がある1000デニール以上の繊維径は避けるべきであるので、1000デニール以下、繊維径換算で170μm以下とする。この繊維径は、架橋体繊維の表面積に逆比例する、即ち、繊維径が細いほど単位重量当たりの比表面積(単位重量当たりの表面積)が増大し、リン捕集能が増大するので、架橋体繊維の繊維径は細いほど良いと言える。因みに、従来のZr−PVA混合溶液の塗布方式では、Zr:PVAが1:9の比率で混合された混合溶液を1m2当たりZr−PVA換算で100gの溶液をビニロンシートに塗布した場合には、1gのZr−PVA架橋体当たり1meq(mg当量=31mgリン)のリン捕集能力を有するが、これを単純に繊維化するだけで、前述の170μmの繊維径の場合のリン捕集量は1.8倍に、20μmにすると約15倍に、10μmにすると30倍に、5μにすると60倍になる。 Next, the fiber diameter of the crosslinked fiber will be described. This fiber diameter is determined by the nozzle diameter of the spinning nozzle and the degree of stretching at the time of winding in the case of the continuous crosslinked fiber manufacturing method, but in the case of dry spinning of PVA (similar to the method described in FIG. 3). A smooth surface is obtained at 1000 denier or less, but the surface tends to be rough at more than 1000 denier. In the crosslinked fiber of the present invention, since the crosslinking reaction proceeds from the fiber surface, there is a risk that the strength of the crosslinked fiber itself may be reduced if cracks occur in the crosslinked structure of the surface layer in the process of stretching during spinning, Since fine suspended matters (SS) in the treated water may be caught and cause a decrease in phosphorus collection performance, a fiber diameter of 1000 denier or more that tends to be rough on the surface should be avoided, so 1000 denier or less, The fiber diameter is 170 μm or less. The fiber diameter is inversely proportional to the surface area of the crosslinked fiber, that is, the smaller the fiber diameter, the greater the specific surface area per unit weight (surface area per unit weight) and the phosphorus capturing ability increases. It can be said that the thinner the fiber diameter, the better. Incidentally, in the conventional application method of Zr-PVA mixed solution, when a mixed solution in which Zr: PVA is mixed at a ratio of 1: 9 is applied to a vinylon sheet with a solution of 100 g in terms of Zr-PVA per 1 m 2. 1 gq (mg equivalent = 31 mg phosphorus) has a phosphorus collection capacity per 1 g of Zr-PVA cross-linked product, but by simply fiberizing this, the amount of phosphorus collected in the case of the aforementioned fiber diameter of 170 μm is 1.8 times, 20 μm, about 15 times, 10 μm, 30 times, 5 μ, 60 times.

上記繊維径設計に加えてZr添加量を調節すると更に高性能のリン捕集材とすることができる。即ち、架橋体繊維のリン捕集能力は、Zr含有量に比例するので、従来のZr添加量を2倍(或いは3倍)にすると、架橋体繊維のリン捕集能力は、170μmで3.6倍(5.4倍)に、20μmで約30倍(45倍)に、10μmで60倍(90倍)に、5μで120倍(180倍)となる。一般の吸着剤の性能改善で、このように数十倍〜数百倍の性能向上はあり得なかったが、本発明のリン捕集材においては、これを繊維化することによって驚異的な性能向上を達成することができる。設計に加えてZr添加量を調節すると更に高性能のリン捕集材とすることができる。即ち、架橋体繊維のリン捕集能力は、Zr含有量に比例するので、従来のZr添加量を2倍(或いは3倍)にすると、架橋体繊維のリン捕集能力は、170μmで3.6倍(5.4倍)に、20μmで約30倍(45倍)に、10μmで60倍(90倍)に、5μで120倍(180倍)となる。一般の吸着剤の性能改善で、このように数十倍〜数百倍の性能向上はあり得なかったが、本発明のリン捕集材においては、これを繊維化することによって驚異的な性能向上を達成することができる。   If the amount of Zr added is adjusted in addition to the above fiber diameter design, a higher performance phosphorus scavenger can be obtained. That is, the phosphorus collection capacity of the crosslinked fiber is proportional to the Zr content. Therefore, when the conventional Zr addition amount is doubled (or tripled), the phosphorus collection capacity of the crosslinked fiber is 3.70 μm. It becomes 6 times (5.4 times), about 30 times (45 times) at 20 μm, 60 times (90 times) at 10 μm, and 120 times (180 times) at 5 μm. The performance improvement of general adsorbents could not be improved by several tens to several hundreds of times in this way, but in the phosphorus collection material of the present invention, it is amazing performance by fiberizing this An improvement can be achieved. By adjusting the amount of Zr added in addition to the design, a higher performance phosphorus scavenger can be obtained. That is, the phosphorus collection capacity of the crosslinked fiber is proportional to the Zr content. Therefore, when the conventional Zr addition amount is doubled (or tripled), the phosphorus collection capacity of the crosslinked fiber is 3.70 μm. It becomes 6 times (5.4 times), about 30 times (45 times) at 20 μm, 60 times (90 times) at 10 μm, and 120 times (180 times) at 5 μm. The performance improvement of general adsorbents could not be improved by several tens to several hundreds of times in this way, but in the phosphorus collection material of the present invention, it is amazing performance by fiberizing this An improvement can be achieved.

次に本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。   Next, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples.

<原料溶液:Zr−PVA混合水溶液の調整>
平均重合度1200の完全けん化PVAを90℃のイオン交換水に添加しつつ溶解させ、これを50℃に冷却して、酢酸ジルコニウム水溶液を重量比でPVA/Zr=9/1となるようにニ―ダ―で撹拌しつつ添加混合し、PVA濃度34wt%の混合溶液(紡糸原液)を調整した。
<Raw material solution: Preparation of Zr-PVA mixed aqueous solution>
Completely saponified PVA having an average degree of polymerization of 1200 is dissolved in ion exchange water at 90 ° C. while being cooled to 50 ° C., and the aqueous solution of zirconium acetate is adjusted so that the weight ratio of PVA / Zr = 9/1. The mixture was added and mixed while stirring with a drier to prepare a mixed solution (spinning stock solution) having a PVA concentration of 34 wt%.

<架橋体繊維の製造>
上記原料溶液を、50℃にて図2に示した装置により、口径0.1mm,孔数25個の紡糸ノズルを使用して150℃の加熱空気中に吐出して糸状のZr−PVA混合物乾燥体を形成させ、これを1.5倍に延伸した後、220℃の加熱空気で熱処理して架橋反応を進行させてZr−PVA架橋体繊維を製造した。その結果、繊維径40μmの架橋体繊維を12g得た。その架橋体繊維の写真を図5に示す。
<Manufacture of crosslinked fiber>
The above raw material solution is discharged into heated air at 150 ° C. using a spinning nozzle having a diameter of 0.1 mm and a number of holes of 25 by using the apparatus shown in FIG. 2 at 50 ° C. to dry the filamentous Zr-PVA mixture. After forming a body and stretching it 1.5 times, it was heat-treated with heated air at 220 ° C. to advance a crosslinking reaction to produce a Zr-PVA crosslinked body fiber. As a result, 12 g of a crosslinked fiber having a fiber diameter of 40 μm was obtained. A photograph of the crosslinked fiber is shown in FIG.

<リン捕集試験>
上記製法で得られた架橋体繊維のリン捕集能を調べるため、架橋体繊維を0.2gずつ用意し、これを1000ppmと10ppmのリン酸二水素カリウム水溶液20ccに3日間浸漬して、それぞれのリン捕集量を測定した。その結果、10ppmの水溶液に浸漬したものでは、ほぼ全てのリンが捕集されており、溶液中のリンは0.01ppm以下であった。1000ppmの溶液に浸漬したものでは、溶液中のリンは約250ppmであり、約750ppmリンが捕集されていた。
<Phosphorus collection test>
In order to investigate the phosphorus collection ability of the crosslinked fiber obtained by the above-mentioned production method, 0.2 g of the crosslinked fiber was prepared and immersed in 20 cc of 1000 ppm and 10 ppm of potassium dihydrogen phosphate aqueous solution for 3 days. The amount of phosphorus collected was measured. As a result, in the case of being immersed in a 10 ppm aqueous solution, almost all phosphorus was collected, and the phosphorus in the solution was 0.01 ppm or less. In the case of being immersed in a 1000 ppm solution, phosphorus in the solution was about 250 ppm, and about 750 ppm phosphorus was collected.

この試験の結果、0.2gの架橋体繊維が15mgのリン捕集能力を有することになり、これは1gの架橋体繊維で75mgのリン捕集能力があることを示している。換言すると、1gの架橋体繊維のリン捕集能力は約2.5meqとなり、従来のシートにZr−PVA混合溶液を塗布する場合に比べ、同一の原料配合比(PVA/Zr=9/1)でも、リン捕集能力は約2.5倍になっている。これに前述した線径効果やZr添加増量効果を考慮すると、数十倍のリン捕集能を有する高性能リン捕集材を得ることは容易と判断した。   As a result of this test, 0.2 g of the crosslinked fiber has 15 mg of phosphorus collecting ability, which indicates that 1 g of crosslinked fiber has 75 mg of phosphorus collecting ability. In other words, the phosphorus collection capacity of 1 g of the crosslinked fiber is about 2.5 meq, which is the same raw material blending ratio (PVA / Zr = 9/1) as compared with the case where the Zr-PVA mixed solution is applied to the conventional sheet. But the phosphorus collection capacity is about 2.5 times. Considering the above-mentioned wire diameter effect and Zr addition increasing effect, it was judged that it was easy to obtain a high-performance phosphorus collection material having a phosphorus collection ability several tens of times.

上記実施例においては、水溶性Zr化合物として酢酸ジルコニウムを用い、水溶性有機化合物としてPVAを用いる例を示しているが、本発明はこの組み合わせに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した各種化合物の組み合わせを使用できることは言うまでもない。   In the above examples, zirconium acetate is used as the water-soluble Zr compound and PVA is used as the water-soluble organic compound. However, the present invention is not limited to this combination, and is described in the claims. Needless to say, combinations of various compounds can be used.

また、未架橋の混合物乾燥体を加熱して架橋反応を進行させるに当たり、加熱気体を用いているが、これは、混合物乾燥体を100〜250℃のオイルバスに浸漬する方式であってもよい。   In addition, heated gas is used to heat the uncrosslinked dry mixture to advance the crosslinking reaction, but this may be a method of immersing the dry mixture in an oil bath at 100 to 250 ° C. .

本発明は、水溶性Zr化合物又は水溶性Ti化合物と水溶性高分子化合物とを原料とする高分子化合物の架橋体からなる再生使用可能なリン捕集材を繊維化することに成功したので、比表面積の大きな超高性能化リン捕集材を安価に且つ容易にすることができ、しかも、この種の従来の固定概念である担体を使用しないので、架橋体繊維自体が100%リン捕集材となり、これを充填して使用する装置も極めてコンパクト且つ安価になるため、時代が要求しているリン資源の回収を効率よく安価に実施できるようになる。そのため、各種排水中のリン回収、河川や湖沼からのリン回収、更には海洋からのリン回収等にも使用でき、単に従来の環境問題や生態系保全のためのリン除去だけでなく、100%輸入に頼っているリン資源の回収によるリサイクルシステムの確立が容易となる。この意味で、本発明は、我が国の資源戦略上からも極めて有用な発明であるので、その社会的意義は大なるものがあり、各方面での利用が期待される。   Since the present invention has succeeded in fiberizing a reusable phosphorus trapping material comprising a crosslinked product of a polymer compound that uses a water-soluble Zr compound or a water-soluble Ti compound and a water-soluble polymer compound as raw materials, An ultra-high performance phosphorus collection material having a large specific surface area can be made inexpensively and easily, and since a carrier which is a conventional fixing concept of this kind is not used, the crosslinked fiber itself is 100% phosphorus collection. Since the device that is used as a material and is filled and used is also extremely compact and inexpensive, it is possible to efficiently and inexpensively recover the phosphorus resources demanded by the times. Therefore, it can be used to collect phosphorus in various wastewaters, recover phosphorus from rivers and lakes, and further recover phosphorus from the ocean, and not only remove conventional phosphorus for environmental problems and ecosystem conservation, but also 100% It becomes easy to establish a recycling system by collecting phosphorus resources that depend on imports. In this sense, the present invention is an extremely useful invention in terms of Japan's resource strategy, and thus has a great social significance and is expected to be used in various fields.

1 紡糸ノズル
2 加熱筒
3 加熱気体供給ノズル
4 加熱気体排出ノズル
6 ロール
7 吐出された糸状体
10 原料溶液流路
11 加熱気体流路
12 原料溶液吐出孔
13 加熱気体噴出口
14 コンベアベルト
15 加熱(冷却)フード
16 繊維状堆積物(不織布)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spinning nozzle 2 Heating cylinder 3 Heated gas supply nozzle 4 Heated gas discharge nozzle 6 Roll 7 Discharged filament 10 Raw material solution flow path 11 Heated gas flow path 12 Raw material solution discharge hole 13 Heated gas ejection port 14 Conveyor belt 15 Heating ( Cooling) Hood 16 Fibrous deposit (nonwoven fabric)

Claims (16)

水中のリン化合物を捕集するリン捕集材であって、
水溶性ジルコニウム化合物及び水溶性チタン化合物のうちの1種以上と、アルコール基、アミノ基及びカルボキシル基の少なくともいずれかを有する水溶性高分子化合物とからなる混合水溶液を加熱して、前記水溶性ジルコニウム化合物中のジルコニウム又は前記水溶性チタン化合物中のチタンの少なくともいずれかを架橋点として前記水溶性高分子化合物のアルコール基、アミノ基及びカルボン酸基のいずれかと架橋反応させて不溶化してなる架橋構造体からなり、前記架橋構造体の形態が繊維状である再生利用可能なリン捕集材。
A phosphorus collecting material for collecting phosphorus compounds in water,
Heating a mixed aqueous solution comprising at least one of a water-soluble zirconium compound and a water-soluble titanium compound and a water-soluble polymer compound having at least one of an alcohol group, an amino group and a carboxyl group, to thereby form the water-soluble zirconium A crosslinked structure formed by insolubilizing at least one of zirconium in the compound or titanium in the water-soluble titanium compound by crosslinking reaction with any of alcohol group, amino group and carboxylic acid group of the water-soluble polymer compound A recyclable phosphorus collecting material comprising a body and having a crosslinked structure in a fibrous form.
前記水溶性ジルコニウム化合物が、塩化ジルコニル、硫酸ジルコニル、硝酸ジルコニル、酢酸ジルコニル、炭酸ジルコニルアンモニウム、キレート系ジルコニウム及びアミノカルボン酸系ジルコニウムの群から選ばれたものであり、前記水溶性チタン化合物が、三塩化チタン、四塩化チタン、硫酸チタン、乳酸チタン、ペルオキソチタネート及びキレート系チタネートの群から選ばれたものである請求項1に記載のリン捕集材。   The water-soluble zirconium compound is selected from the group consisting of zirconyl chloride, zirconyl sulfate, zirconyl nitrate, zirconyl acetate, zirconyl ammonium carbonate, chelate-based zirconium and aminocarboxylic acid-based zirconium. The phosphorus scavenger according to claim 1, which is selected from the group consisting of titanium chloride, titanium tetrachloride, titanium sulfate, titanium lactate, peroxotitanate and chelate titanate. 前記水溶性高分子化合物が、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリアリルアミン及びカルボキシメチルセルロース、並びに、これら水溶性高分子化合物の共重合体及びブロックポリマーの群から選ばれたものである請求項1又は2に記載のリン捕集材。   The water-soluble polymer compound is selected from the group of polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyallylamine and carboxymethyl cellulose, and copolymers and block polymers of these water-soluble polymer compounds The phosphorus trapping material according to claim 1 or 2. 前記水溶性高分子化合物がポリビニルアルコールであり、前記水溶性ジルコニウム化合物が酢酸ジルコニルである請求項1に記載のリン捕集材。   The phosphorus scavenger according to claim 1, wherein the water-soluble polymer compound is polyvinyl alcohol and the water-soluble zirconium compound is zirconyl acetate. 前記繊維状の架橋構造体の繊維径が170μm以下である請求項1乃至4のいずれかに記載のリン捕集材。   The phosphorus trapping material according to any one of claims 1 to 4, wherein the fibrous crosslinked structure has a fiber diameter of 170 µm or less. 前記架橋構造体の繊維径が100μm以下である請求項5に記載のリン捕集材。   The phosphorus trapping material according to claim 5, wherein the crosslinked structure has a fiber diameter of 100 μm or less. 前記リン捕集材が織布又は不織布に形成されたものである請求項1乃至6のいずれかに記載のリン捕集材   The phosphorus collection material according to claim 1, wherein the phosphorus collection material is formed on a woven fabric or a nonwoven fabric. 水中のリン化合物を捕集するためのリン捕集材の製造方法であって、
水溶性ジルコニウム化合物及び水溶性チタン化合物のうちの1種以上と、アルコール基、アミノ基及びカルボキシル基の少なくともいずれかを有する水溶性高分子化合物とからなる混合水溶液を紡糸ノズルから加熱気体中に吐出させて加熱乾燥させ、繊維状乾燥体となす乾燥固化工程と、これを更に加熱して、前記水溶性ジルコニウム化合物のジルコニウム又は水溶性チタン化合物中のチタンの少なくともいずれかを架橋点として前記水溶性高分子化合物のアルコール基、アミノ基及びカルボン酸基のいずれかと架橋反応させて架橋構造体となす架橋反応工程とを有するリン捕集材の製造方法。
A method for producing a phosphorus collector for collecting phosphorus compounds in water,
A mixed aqueous solution composed of one or more of a water-soluble zirconium compound and a water-soluble titanium compound and a water-soluble polymer compound having at least one of an alcohol group, an amino group, and a carboxyl group is discharged from a spinning nozzle into a heated gas. And drying and solidifying step to form a fibrous dried body, and further heating the water-soluble zirconium compound and at least one of titanium in the water-soluble titanium compound and titanium in the water-soluble titanium compound as the crosslinking point. The manufacturing method of the phosphorus collection material which has a crosslinking reaction process which carries out a crosslinking reaction with either the alcohol group of a high molecular compound, an amino group, and a carboxylic acid group, and makes it a crosslinked structure.
前記乾燥固化工程と前記架橋反応工程とを連続して行うようにした請求項8に記載のリン捕集材の製造方法。   The method for producing a phosphorus-trapping material according to claim 8, wherein the drying and solidification step and the crosslinking reaction step are continuously performed. 前記乾燥固化工程で得られた繊維状乾燥体を中間製品となし、これを別途設けた加熱装置で架橋反応工程を行うようにした請求項8に記載のリン捕集材の製造方法。   The manufacturing method of the phosphorus collection material of Claim 8 which made the fibrous dry body obtained at the said drying solidification process an intermediate product, and performed the crosslinking reaction process with the heating apparatus which provided this separately. 前記水溶性ジルコニウム化合物が、塩化ジルコニル、硫酸ジルコニル、硝酸ジルコニル、酢酸ジルコニル、炭酸ジルコニルアンモニウム、キレート系ジルコニウム及びアミノカルボン酸系ジルコニウムの群から選ばれたものであり、前記水溶性チタン化合物が、三塩化チタン、四塩化チタン、硫酸チタン、乳酸チタン、ペルオキソチタネート及びキレート系チタネートの群から選ばれたものである請求項8乃至10のいずれかに記載のリン捕集材の製造方法。   The water-soluble zirconium compound is selected from the group consisting of zirconyl chloride, zirconyl sulfate, zirconyl nitrate, zirconyl acetate, zirconyl ammonium carbonate, chelate-based zirconium and aminocarboxylic acid-based zirconium. The method for producing a phosphorus scavenger according to any one of claims 8 to 10, which is selected from the group consisting of titanium chloride, titanium tetrachloride, titanium sulfate, titanium lactate, peroxotitanate and chelate titanate. 前記水溶性高分子化合物が、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリアリルアミン及びカルボキシメチルセルロース、並びに、これら水溶性高分子化合物の共重合体及びブロックポリマーの群から選ばれたものである請求項8乃至11のいずれかに記載のリン捕集材の製造方法。   The water-soluble polymer compound is selected from the group of polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyallylamine and carboxymethyl cellulose, and copolymers and block polymers of these water-soluble polymer compounds The method for producing a phosphorus scavenger according to any one of claims 8 to 11. 前記水溶性高分子化合物がポリビニルアルコールであり、該ポリビニルアルコールの水溶液と前記水溶性ジルコニウム化合物とを50℃以下の温度で混合し、この混合液を紡糸ノズルから熱風中に吐出させて繊維化し、これを100〜250℃にて架橋反応させて架橋構造体となすようにした請求項8乃至10のいずれかに記載のリン捕集材の製造方法。   The water-soluble polymer compound is polyvinyl alcohol, an aqueous solution of the polyvinyl alcohol and the water-soluble zirconium compound are mixed at a temperature of 50 ° C. or less, and this mixed liquid is discharged from a spinning nozzle into hot air to form a fiber. The manufacturing method of the phosphorus collection material in any one of Claims 8 thru | or 10 which made it crosslink-react at 100-250 degreeC to make a crosslinked structure. 前記ポリビニルアルコールと前記水溶性ジルコニウム化合物との混合水溶液中のポリビニルアルコールの濃度が40質量%以下であり、前記ポリビニルアルコールと前記水溶性ジルコニウム化合物中のジルコニウムの質量比が、9:1〜9:3の範囲である請求項13記載のリン捕集材の製造方法。   The concentration of polyvinyl alcohol in the mixed aqueous solution of the polyvinyl alcohol and the water-soluble zirconium compound is 40% by mass or less, and the mass ratio of zirconium in the polyvinyl alcohol and the water-soluble zirconium compound is 9: 1 to 9: The method for producing a phosphorus scavenger according to claim 13, which is in the range of 3. 請求項1乃至7のいずれかに記載のリン捕集材を、リン含有排水中に浮遊させて該排水中のリンを捕集するようにしたリン含有排水のリン捕集方法。   A phosphorus collection method for phosphorus-containing wastewater, wherein the phosphorus-collecting material according to claim 1 is suspended in the phosphorus-containing wastewater to collect phosphorus in the wastewater. 請求項8乃至14のいずれかに記載の製造方法によって製造されたリン捕集材を、リン含有排水中に浮遊させて該排水中のリンを捕集するようにしたリン含有排水のリン捕集方法。   Phosphorus collection of phosphorus-containing wastewater in which the phosphorus-collecting material produced by the production method according to any one of claims 8 to 14 is suspended in the phosphorus-containing wastewater to collect phosphorus in the wastewater. Method.
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