JP2014231058A - Method for removing heavy metal from plant biomass - Google Patents

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泰樹 頼
咲 横山
Saki Yokoyama
咲 横山
昌 進藤
Akira Shindo
昌 進藤
服部 浩之
Hiroyuki Hattori
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an effective technique of using high-cadmium containing biomass that is harvested after soil purification by phytoremediation techniques.SOLUTION: After cadmium contained in plant biomass is dissolved into a solution by addition of sulfuric acid or hydrochloric acid to the plant biomass (rice straws, leaf vegetable and root vegetables) containing the high amount of heavy metal, cadmium in particular, dithiocarbamic acid compound and/or liquid chelate resin is added thereto to fix and precipitate the cadmium in an acid solution, and then the cadmium in the plant biomass is removed to produce a useful cadmium-free biomass resource.

Description

本発明は、稲わらなどの植物バイオマスに含まれる重金属を効率的に除去する方法に関する。   The present invention relates to a method for efficiently removing heavy metals contained in plant biomass such as rice straw.

鉛、カドミウム、ヒ素、亜鉛等の重金属成分は、人体や環境に悪影響を与えることはよく知られている。その中でもカドミウムは、廃鉱山や精錬所から土壌に混入し、近郊や河川下流域の水田に汚染された土壌を形成する。汚染された土壌で栽培されたコメには、高い濃度でカドミウムが蓄積されうる。   It is well known that heavy metal components such as lead, cadmium, arsenic and zinc adversely affect the human body and the environment. Among them, cadmium is mixed into soil from abandoned mines and smelters and forms soil contaminated by paddy fields in the suburbs and downstream rivers. Rice grown in contaminated soil can accumulate cadmium at high concentrations.

食品衛生法においては、長らく玄米中のカドミウム許容濃度を1ppm未満としてきた。しかし、食品中のカドミウム濃度に関する基準の見直しが世界保健機構(WHO)により推進されるという流れの中で、我が国においては、平成22年に食品衛生法規格基準が改正され、平成23年に施行され、「玄米および精米中にカドミウムとして0.4ppmを超えて含有するものであってはならない」とされている。   Under the Food Sanitation Law, the permissible cadmium concentration in brown rice has long been set at less than 1 ppm. However, in the trend that the review of the cadmium concentration in foods is being promoted by the World Health Organization (WHO), Japan revised the Food Sanitation Law standards in 2010 and implemented them in 2011 It is said that it should not contain more than 0.4 ppm as cadmium in brown rice and polished rice.

これらの農産物中のカドミウム濃度規制強化に対して、例えば玄米中のカドミウム濃度を低減させる方法として、汚染されていない土を水田に盛る方法(客土)がある。しかし、この客土法は、コストが非常に高くなることから、経済性の面から継続的に実用化は難しいとされている。そこで、重金属元素を含む汚染土壌の水田にからの重金属除去対策として、従来からいくつかの方法が提案されている。   As a method for reducing the cadmium concentration regulation in these agricultural products, for example, as a method for reducing the cadmium concentration in brown rice, there is a method (customer soil) in which uncontaminated soil is deposited in paddy fields. However, this land-based method is extremely expensive, so it is said that it is difficult to continuously put it into practical use from the economical aspect. In view of this, several methods have been proposed in the past as measures for removing heavy metals from paddy fields in contaminated soil containing heavy metal elements.

植物を用いた汚染土壌修復技術(ファイトレメディエーション)がある。稲、大豆、アブラナなどのある種の植物は、高濃度の重金属元素を吸収できるので、このような植物を鉛、カドミウム、亜鉛、ヒ素などが存在する汚染土壌地域で栽培して、これらの重金属元素を植物中に取り込ませる。   There is a soil remediation technology (phytoremediation) using plants. Some plants, such as rice, soybeans, and rape, can absorb high concentrations of heavy metal elements, so these plants can be grown in contaminated soil areas where lead, cadmium, zinc, arsenic, etc. are present. Incorporate elements into plants.

土壌中のカドミウムは、その化学状態によって植物や農作物に吸収される量が大きく異なる。そのため、例えば、土壌を酸素不足の還元状態にすれば、玄米中のカドミウム濃度を低く抑えることが可能となる技術を活用して、出穂期の前後3週間に水田を完全に灌水する方法が取られている。また、カドミウムを含む水田土壌に塩化第二鉄を添加すると、生成する水素イオンと塩化物イオンの働きによって土壌に吸着したカドミウムが効率よく抽出できることが報告されている(特許文献1)。   Cadmium in soil varies greatly in the amount absorbed by plants and crops depending on its chemical state. Therefore, for example, if the soil is reduced to an oxygen-deficient state, a method of completely irrigating the paddy field for 3 weeks before and after the heading period using a technique that makes it possible to keep the cadmium concentration in the brown rice low. It has been. In addition, it has been reported that when ferric chloride is added to paddy soil containing cadmium, cadmium adsorbed on the soil can be efficiently extracted by the action of the generated hydrogen ions and chloride ions (Patent Document 1).

一方、重金属汚染されたバイオマスに対し、クエン酸、酒石酸等のカルボン酸を用いて、バイオマス中の重金属を溶出させる方法が提案されている(特許文献2)。この方法では、重金属を除去したバイオマスから高純度の非晶質シリカを作成することとしている。   On the other hand, a method of eluting heavy metals in biomass by using carboxylic acids such as citric acid and tartaric acid has been proposed for biomass contaminated with heavy metals (Patent Document 2). In this method, high-purity amorphous silica is prepared from biomass from which heavy metals have been removed.

特開2005−169381号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-163981 特開2009−39601号公報JP 2009-39601 A

特許文献1の方法では、水田中で鉄イオンと塩素イオンが生成し、塩素イオンがカドミウムなどの重金属と反応して塩化物を形成する。この方法は、浄化のためのコストが非常に高くなり、かつ余剰に発生した塩素イオンが稲わらに吸収されるといった問題がある。また、特許文献2で使用されるカルボン酸は比較的高価である。   In the method of Patent Document 1, iron ions and chlorine ions are generated in a paddy field, and the chlorine ions react with a heavy metal such as cadmium to form a chloride. This method has a problem that the cost for purification becomes very high and excessive chlorine ions are absorbed by rice straw. Moreover, the carboxylic acid used in Patent Document 2 is relatively expensive.

そして、一般的なファイトレメディエーション技術においては、汚染された土壌で栽培した植物を収穫した後に焼却処理する。そのため、焼却によって大気中にカドミウムなどの重金属が放出されるといった環境問題を引き起こす可能性が高いという指摘もある。   In general phytoremediation technology, plants grown in contaminated soil are harvested and then incinerated. Therefore, it is pointed out that incineration is likely to cause environmental problems such as the release of heavy metals such as cadmium into the atmosphere.

重金属元素を高濃度に蓄積した植物から重金属元素を低コストで、かつ効率的に除去する方法があれば望ましい。また、その方法から生じる生産物(重金属元素を除去した植物バイオマス)は、エネルギーや有用物質生産のための原料として適する形態であるとよい。   It would be desirable to have a method for removing heavy metal elements at low cost and efficiently from plants that accumulate heavy metal elements at high concentrations. Moreover, the product (plant biomass from which heavy metal elements have been removed) resulting from the method may be in a form suitable as a raw material for producing energy and useful substances.

一方、ホタテのウロやイカの中腸線など一部の魚介類の内臓は、比較的高濃度でカドミウムを含有していることが知られている。そのため、廃棄するには、通常、産業廃棄物として焼却処理するほかない。しかしこれらの内臓はタンパク含量が高く、養殖魚または家畜の飼料、および肥料としてきわめて有用な原料となりうる。したがって、これらの内臓からカドミウムを除去する有効な手段があれば、魚介類の内臓の飼料や肥料としての有効利用が期待できる。   On the other hand, it is known that the internal organs of some seafood such as scallops and squid midgut lines contain cadmium at a relatively high concentration. For this reason, in order to dispose of the product, it is usually necessary to incinerate it as industrial waste. However, these internal organs have a high protein content and can be a very useful raw material for cultured fish or livestock feed and fertilizer. Therefore, if there is an effective means for removing cadmium from these internal organs, effective utilization of the internal organs of fish and shellfish as feed and fertilizer can be expected.

本発明は、以下を提供する。
[1] 重金属を0.4mg/kg以上含むバイオマス(植物バイオマス、または動物バイオマス)を、硫酸および/または塩酸を含む水系溶媒で処理し、重金属を溶媒中に溶出させる工程;
水系溶媒処理物を、固形の残渣と液体の重金属含有液とに分離する工程;
得られた重金属含有液に、液体キレート剤を添加して、重金属を捕集する工程
を含む、バイオマス中の重金属を除去する方法。
[2] 得られた重金属含有液のpHが4を超えるように調製した後に液体キレート剤を添加し、かつ液体キレート剤が、ジチオカルバミン酸基を有する水溶性化合物を含有する、[1]に記載の方法。
[3] 重金属が、カドミウム、水銀、銅、鉛および亜鉛からなる群より選択されるいずれかである、[1]または[2]に記載の方法。
[4] 水系溶媒が、硫酸1.5%以上または塩酸4.0%以上を含む、[1]〜[3]のいずれか一に記載の方法。
[5] 残渣を洗浄液で洗浄する工程を含む、[1]〜[4]のいずれか一に記載の方法。
[6] 洗浄液が、水または希酸水溶液である、[5]に記載の方法。
[7] バイオマス(例えば、植物バイオマス)1重量部に対し、水系溶媒を2.5〜50重量部、洗浄液を2〜40重量部用いる、[5]または[6]に記載の方法。
[8] バイオマスが、イネ科植物、マメ科植物、アブラナ科植物またはキク科植物由来である、[1]〜[7]のいずれか一に記載の方法。
[9] [1]〜[8]のいずれか一に定義された工程を含み、植物バイオマスが重金属で汚染された土壌で栽培されたものである、土壌からの汚染の除去方法。
[10] [1]〜[8]のいずれか一に定義された工程を含む、エネルギーまたは有用物質の生産のための原料の製造方法。
The present invention provides the following.
[1] A process of treating a biomass (plant biomass or animal biomass) containing 0.4 mg / kg or more of a heavy metal with an aqueous solvent containing sulfuric acid and / or hydrochloric acid, and eluting the heavy metal into the solvent;
Separating the aqueous solvent-treated product into a solid residue and a liquid heavy metal-containing liquid;
A method for removing heavy metals in biomass, comprising adding a liquid chelating agent to the obtained heavy metal-containing liquid and collecting the heavy metals.
[2] The liquid chelating agent is added after adjusting the pH of the obtained heavy metal-containing liquid to exceed 4, and the liquid chelating agent contains a water-soluble compound having a dithiocarbamic acid group the method of.
[3] The method according to [1] or [2], wherein the heavy metal is any one selected from the group consisting of cadmium, mercury, copper, lead and zinc.
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the aqueous solvent contains 1.5% or more of sulfuric acid or 4.0% or more of hydrochloric acid.
[5] The method according to any one of [1] to [4], comprising a step of washing the residue with a washing solution.
[6] The method according to [5], wherein the cleaning liquid is water or a dilute acid aqueous solution.
[7] The method according to [5] or [6], wherein 2.5 to 50 parts by weight of an aqueous solvent and 2 to 40 parts by weight of a cleaning solution are used with respect to 1 part by weight of biomass (for example, plant biomass).
[8] The method according to any one of [1] to [7], wherein the biomass is derived from a gramineous plant, a legume plant, a cruciferous plant, or a asteraceae plant.
[9] A method for removing contamination from soil, comprising the step defined in any one of [1] to [8], wherein plant biomass is cultivated in soil contaminated with heavy metals.
[10] A method for producing a raw material for production of energy or useful substances, comprising the step defined in any one of [1] to [8].

本発明により、重金属(特にカドミウム)を含む植物バイオマスから、硫酸または塩酸を用いて、当該重金属を溶液側に有効に溶出・移行させることができる。さらに得られた重金属溶液から、有効かつ効率的にカドミウムをキレート除去することができる。   According to the present invention, heavy metals can be effectively eluted and transferred to the solution side from plant biomass containing heavy metals (particularly cadmium) using sulfuric acid or hydrochloric acid. Furthermore, cadmium can be chelated and removed effectively and efficiently from the obtained heavy metal solution.

本発明により得られる重金属を除去した残渣および重金属をキレート除去した溶液は、重金属フリーの原料として、エネルギーまたは有用物質の生産のために用いることができる。   The heavy metal-removed residue obtained by the present invention and the heavy metal-chelated solution can be used as a heavy metal-free raw material for the production of energy or useful substances.

本発明により、ファイトレメディエーションを利用した有効な汚染土壌の処理、詳細にはファイトレメディエーションにより生産される植物体がバイオマス資源として利用可能でもある汚染土壌の処理を行うことができる。   According to the present invention, it is possible to perform effective treatment of contaminated soil using phytoremediation, specifically treatment of contaminated soil in which plants produced by phytoremediation are also available as biomass resources.

本発明は、植物バイオマス以外のバイオマスに対しても実施することができる。動物バイオマスに対して実施した場合に、重金属を除去することが可能であるのみならず、豊富にアミノ酸が含まれた溶液も調整することができる。   The present invention can also be implemented for biomass other than plant biomass. When carried out on animal biomass, it is possible not only to remove heavy metals but also to prepare solutions rich in amino acids.

H2SO4による稲わら(長香穀)からのカドミウムの抽出。酸溶液により稲わらを加熱処理した後の、上清中のカドミウム濃度を示した。Extraction of cadmium from rice straw (long perfumed grains) with H 2 SO 4 . The cadmium concentration in the supernatant after heat treatment of rice straw with an acid solution is shown. HClによる稲わら(長香穀)からのカドミウム抽出。酸溶液により稲わらを加熱処理した後の上清のカドミウム濃度を示した。Cadmium extraction from rice straw (long perfumed grains) with HCl. The cadmium concentration in the supernatant after heat treatment of rice straw with an acid solution is shown. 硫酸溶液を用いた加熱処理、および水または希硫酸溶液を用いた洗浄処理による、植物バイオマスからのカドミウムの除去。硫酸処理後の残渣および洗浄後の残渣のカドミウム濃度を示した。Removal of cadmium from plant biomass by heat treatment with sulfuric acid solution and washing treatment with water or dilute sulfuric acid solution. The cadmium concentration of the residue after the sulfuric acid treatment and the residue after the washing was shown. カドミウム含有量が異なる稲わらにおける、硫酸処理および洗浄処理によるカドミウムの動態。Dynamics of cadmium by sulfuric acid treatment and washing treatment in rice straw with different cadmium contents. カドミウム含有量が異なる稲わらを硫酸処理および洗浄処理した場合の、カドミウムの液相への移行率。Transfer rate of cadmium to liquid phase when rice straw with different cadmium contents was treated with sulfuric acid and washed. ジチオカルバミン酸化合物の添加による植物バイオマスの酸抽出液からのカドミウムイオンの除去。Removal of cadmium ions from acid extract of plant biomass by addition of dithiocarbamate compound. 液体キレート剤の添加による植物バイオマスの酸抽出液からカドミウムイオンの除去。Removal of cadmium ions from acid extract of plant biomass by adding liquid chelating agent. カドミウムを含む稲わらの酸抽出液からのカドミウムイオンの除去。Removal of cadmium ions from acid extract of rice straw containing cadmium. カドミウムを含む稲わらの酸抽出液の着色状態。Colored state of acid extract of rice straw containing cadmium. カドミウムを含む稲わらからバイオエタノールを製造した場合の、酵素糖化残渣のカドミウム濃度。Cadmium concentration in enzymatic saccharification residue when bioethanol is produced from rice straw containing cadmium. カドミウムを含む稲わらからバイオエタノールを製造した場合の、酵素糖化液のカドミウム濃度。The cadmium concentration in the enzymatic saccharified solution when bioethanol is produced from rice straw containing cadmium. 希硫酸溶液添加後30分間の振とう処理で抽出されたカドミウム量。Amount of cadmium extracted by shaking for 30 minutes after addition of dilute sulfuric acid solution. 120℃1時間の加熱処理により溶液中に抽出されたカドミウム量。The amount of cadmium extracted into the solution by heat treatment at 120 ° C for 1 hour. 加熱抽出後にpH調整した抽出液中のカドミウム量。The amount of cadmium in the extract adjusted to pH after heat extraction. カドミウム除去処理後の抽出液中のカドミウム量。The amount of cadmium in the extract after cadmium removal treatment. 硝酸分解による全量分析。Total analysis by nitric acid decomposition. 固液比1:2で処理した際のCd抽出量。Amount of Cd extracted when processed at a solid-liquid ratio of 1: 2. 1:2の希硫酸添加による振とう処理または加熱処理でのカドミウムの抽出率の違いDifference in extraction rate of cadmium by shaking treatment or heat treatment by adding 1: 2 dilute sulfuric acid 希硫酸添加・加熱処理後にpH調整・カドミウム除去処理を行った溶液中のカドミウム濃度。Cadmium concentration in the solution after pH adjustment and cadmium removal treatment after dilute sulfuric acid addition and heat treatment. 固液比1:2の希硫酸抽出時の抽出液中の各アミノ酸濃度(ppm)The concentration of each amino acid in the extract (ppm) during the extraction of dilute sulfuric acid with a solid-liquid ratio of 1: 2. 原材料1kg(湿重)から得られたアミノ酸量(g)Amino acid content (g) obtained from 1 kg (wet weight) of raw materials

本発明で数値範囲を「n〜m」で表す場合は、特に記載した場合を除き、その範囲は両端の値nおよびmを含む。本発明に関し、「x%」や比「y:z」で示された値は、特に記載した場合を除き、重量に基づいて算出された値である。   In the present invention, when the numerical range is represented by “n to m”, the range includes the values n and m at both ends unless otherwise specified. Regarding the present invention, the values indicated by “x%” and the ratio “y: z” are values calculated based on the weight, unless otherwise specified.

本発明でバイオマスというときは、植物バイオマス、動物バイオマスおよび微生物バイオマスを含む。本発明において、植物バイオマスに含まれるカドミウムの濃度をいうときは、特に記載した場合を除き、その濃度は、植物バイオマスの乾燥重量に基づいて計算された値である。また、本発明で植物バイオマスに関し、重量を表すときは、特に記載した場合を除き、その重量は乾燥物に基づく重量(乾燥重量)である。本発明において、動物バイオマスに含まれるカドミウムの濃度をいうときは、特に記載した場合を除き、その濃度は、水分を含んだ動物バイオマスの重量(湿重または湿重量)に基づいて計算された値である。また、本発明で動物バイオマスに関し、重量を表すときは、特に記載した場合を除き、その重量は水分を含んだ重量(湿重)である。   In the present invention, the term “biomass” includes plant biomass, animal biomass, and microbial biomass. In the present invention, when referring to the concentration of cadmium contained in plant biomass, the concentration is a value calculated based on the dry weight of plant biomass, unless otherwise specified. Moreover, regarding plant biomass in the present invention, when expressing weight, the weight is based on dry matter (dry weight), unless otherwise specified. In the present invention, when referring to the concentration of cadmium contained in animal biomass, unless otherwise specified, the concentration is a value calculated based on the weight of the animal biomass containing moisture (wet weight or wet weight). It is. Moreover, regarding animal biomass in the present invention, when the weight is expressed, the weight is a weight including moisture (wet weight) unless otherwise specified.

本発明は、重金属を含有する植物体から重金属を除去するために、比較的小量の硫酸または塩酸を用いて、固体である植物バイオマスに代表されるバイオマスからカドミウムを中心とした重金属類をほぼ完全に溶液側に移行させる技術に関するものである。   In the present invention, in order to remove heavy metals from plants containing heavy metals, a relatively small amount of sulfuric acid or hydrochloric acid is used to remove heavy metals mainly from cadmium from biomass represented by solid plant biomass. The present invention relates to a technique for completely transferring to the solution side.

本発明の方法は、下記の工程を含む:
(1) 重金属を0.4mg/kg以上含むバイオマスを、硫酸および/または塩酸を含む水系溶媒で処理し、重金属を溶媒中に溶出させる工程;
(2) 水系溶媒処理物を、固形の残渣と液体の重金属含有液とに分離する工程;
(3) 得られた重金属含有液に、液体キレート剤を添加して、重金属を捕集する工程。
The method of the present invention comprises the following steps:
(1) A step of treating biomass containing 0.4 mg / kg or more of heavy metal with an aqueous solvent containing sulfuric acid and / or hydrochloric acid to elute the heavy metal in the solvent;
(2) A step of separating the aqueous solvent-treated product into a solid residue and a liquid heavy metal-containing liquid;
(3) A step of collecting a heavy metal by adding a liquid chelating agent to the obtained heavy metal-containing liquid.

工程(1)は、バイオマスから、重金属を溶媒中に溶出させる工程である。用いる水系溶媒は、硫酸および/または塩酸を含む。好ましい溶媒の例は、硫酸水溶液または塩酸水溶液である。硫酸を用いる場合、濃度は、0.50%以上とすることができ、1.00%以上とすることが好ましく、1.25%以上とすることがより好ましい。重金属を95%以上、水系溶媒中に移行させるとの観点からは、1.50%以上とすることが好ましく、1.75%とすることがより好ましく、2.00%とすることがさらに好ましい。塩酸を用いる場合、濃度は、1.00%以上とすることができ、2.00%以上とすることが好ましく、2.50%以上とすることがより好ましい。重金属を95%以上、水系溶媒中に移行させるとの観点からは、4.00%以上とすることが好ましく、4.39%とすることがより好ましく、6.58%とすることがさらに好ましい。酸濃度は、重金属含量を減じた生産物をエネルギーまたは有用物質生産のために用いるとの観点から、バイオマスに含まれる多糖類分解のためにも適した濃度とすることができる。   Step (1) is a step of eluting heavy metals from biomass into a solvent. The aqueous solvent used includes sulfuric acid and / or hydrochloric acid. Examples of preferred solvents are sulfuric acid aqueous solution or hydrochloric acid aqueous solution. When sulfuric acid is used, the concentration can be 0.50% or more, preferably 1.00% or more, and more preferably 1.25% or more. From the viewpoint of transferring heavy metal to 95% or more in an aqueous solvent, it is preferably 1.50% or more, more preferably 1.75%, and further preferably 2.00%. When hydrochloric acid is used, the concentration can be 1.00% or more, preferably 2.00% or more, and more preferably 2.50% or more. From the viewpoint that 95% or more of the heavy metal is transferred into the aqueous solvent, it is preferably 4.00% or more, more preferably 4.39%, and even more preferably 6.58%. The acid concentration can be set to a concentration suitable for decomposing polysaccharides contained in biomass from the viewpoint that a product with a reduced heavy metal content is used for energy or useful substance production.

工程(1)における植物バイオマスと水系溶媒の比は、当業者であれば抽出効率、生じる重金属含有液の量等を考慮して適宜設計することができる。例えば、2.00%以上の濃度の硫酸および/または6.50%以上の濃度の塩酸を用いる場合には、植物バイオマス1重量部に対して、2〜20重量部用いることができ、2.5〜15重量部用いることが好ましく、3〜10重量部用いることがより好ましい。   A person skilled in the art can appropriately design the ratio between the plant biomass and the aqueous solvent in the step (1) in consideration of the extraction efficiency, the amount of the heavy metal-containing liquid generated, and the like. For example, when sulfuric acid having a concentration of 2.00% or more and / or hydrochloric acid having a concentration of 6.50% or more is used, 2 to 20 parts by weight can be used with respect to 1 part by weight of plant biomass, and 2.5 to 15 parts by weight can be used. It is preferable to use 3 to 10 parts by weight.

工程(1)における動物バイオマスと水系溶媒の比は、当業者であれば抽出効率、生じる重金属含有液の量等を考慮して適宜設計することができる。例えば、1.00%以上の濃度の硫酸を用いる場合には、動物バイオマス1重量部に対して、1.0〜20重量部用いることができ、1.5〜15重量部用いることが好ましく、1.8〜10重量部用いることがより好ましい。   A person skilled in the art can appropriately design the ratio of the animal biomass and the aqueous solvent in the step (1) in consideration of the extraction efficiency, the amount of the resulting heavy metal-containing liquid, and the like. For example, when sulfuric acid having a concentration of 1.00% or more is used, 1.0 to 20 parts by weight can be used, preferably 1.5 to 15 parts by weight, and preferably 1.8 to 10 parts by weight with respect to 1 part by weight of animal biomass. It is more preferable.

工程(1)は、環境温度で実施することができるが、加熱下で、例えば80〜121℃で実施することができる。必要に応じ、加圧してもよい。処理時間は、温度にも拠り、抽出率を勘案して適宜設計することができるが、80〜121℃で実施する場合、数分間〜数時間、例えば10〜240分間とすることができる。   Step (1) can be carried out at ambient temperature, but can be carried out under heating, for example, at 80 to 121 ° C. You may pressurize as needed. The treatment time depends on the temperature and can be appropriately designed in consideration of the extraction rate. However, when the treatment time is 80 to 121 ° C., it can be several minutes to several hours, for example, 10 to 240 minutes.

工程(2)は、水系溶媒処理物を、固形の残渣と液体の重金属含有液とに分離する工程である。固液分離のための手段は、同様の目的で用いられる従来法を適宜適用することができる。従来技術の固液分離手段には、例えば、沈降分離、ろ過分離(膜分離)、遠心分離等がある。   Step (2) is a step of separating the aqueous solvent-treated product into a solid residue and a liquid heavy metal-containing liquid. As a means for solid-liquid separation, a conventional method used for the same purpose can be appropriately applied. Examples of conventional solid-liquid separation means include sedimentation separation, filtration separation (membrane separation), and centrifugal separation.

得られる液相、すなわち重金属含有液は、工程(3)に供される。   The obtained liquid phase, that is, the heavy metal-containing liquid is subjected to step (3).

得られる固相、すなわち残渣は、洗浄工程に供してもよい。洗浄工程を実施する場合、洗浄液としては、水または希酸水溶液を用いることが好ましい。洗浄工程を実施する好ましい場合の一つは、対象が植物バイオマスである場合である。   The resulting solid phase, i.e. the residue, may be subjected to a washing step. When carrying out the cleaning step, it is preferable to use water or dilute acid aqueous solution as the cleaning liquid. One preferred case of performing the washing step is when the target is plant biomass.

洗浄工程を実施する場合、残渣と水系溶媒の比は、当業者であれば抽出効率、生じる重金属含有液の量等を考慮して適宜設計することができる。例えば、2.00%以上の濃度の硫酸および/または6.50%以上の濃度の塩酸を用いる場合には、植物バイオマス1重量部に対して、2〜20重量部用いることができ、2.5〜15重量部用いることが好ましく、3〜10重量部用いることがより好ましい。重金属含有量を最終的に得られる残渣の乾燥重量当たり0.2ppm以下とするためには、出発バイオマス1重量部に対し、1.5%以下の濃度の硫酸溶液を溶媒として工程(1)を実施した場合は、1%以下(好ましくは0.5%以上)の希硫酸溶液の2重量部以上(例えば、4重量部)で洗浄することが好ましく、1.6%以上の硫酸溶液で工程(1)を実施したときには、水または希硫酸(例えば、1%以下、好ましくは0.5%以下、例えば0.25%以下)の1.5重量部以上(例えば3重量部)で洗浄することが好ましい。工程(1)で得られる液相と洗浄工程から得られる洗浄液とを合わせて、出発植物バイオマス1重量部に対し、20重量部以下となるように設計することが好ましく、15重量部以下とすることがより好ましく、10重量部以下とすることがさらに好ましい。   When carrying out the washing step, the ratio between the residue and the aqueous solvent can be appropriately designed by those skilled in the art in consideration of the extraction efficiency, the amount of the heavy metal-containing liquid produced, and the like. For example, when sulfuric acid having a concentration of 2.00% or more and / or hydrochloric acid having a concentration of 6.50% or more is used, 2 to 20 parts by weight can be used with respect to 1 part by weight of plant biomass, and 2.5 to 15 parts by weight can be used. It is preferable to use 3 to 10 parts by weight. In order to reduce the heavy metal content to 0.2 ppm or less per dry weight of the finally obtained residue, when step (1) is carried out using 1% by weight of the starting biomass as a solvent with a sulfuric acid solution having a concentration of 1.5% or less Is preferably washed with 2 parts by weight (for example, 4 parts by weight) of 1% or less (preferably 0.5% or more) dilute sulfuric acid solution, and when step (1) is carried out with 1.6% or more sulfuric acid solution It is preferable to wash with 1.5 parts by weight (for example, 3 parts by weight) of water or dilute sulfuric acid (for example, 1% or less, preferably 0.5% or less, for example, 0.25% or less). It is preferable that the liquid phase obtained in step (1) and the washing liquid obtained from the washing step are combined and designed to be 20 parts by weight or less with respect to 1 part by weight of the starting plant biomass, and 15 parts by weight or less. More preferred is 10 parts by weight or less.

最適条件の一つは、植物バイオマスに対し、1.5〜3%硫酸を1:4〜8(w/w)で添加し、100〜130℃、30〜120分間の処理を行った後に、固液分離し、得られた残渣を出発植物バイオマス2〜6倍量の純水で洗浄を行うことである。この条件により、カドミウムを含む植物バイオマスの10倍量(重量)の溶液で、カドミウムを十分に除去できる。
洗浄液は、重金属含有液に加えて、次の工程(3)に供することができる。
One of the optimal conditions is to add 1.5-3% sulfuric acid at 1: 4-8 (w / w) to plant biomass, and after processing at 100-130 ° C for 30-120 minutes, The residue obtained by separation is washed with 2 to 6 times the amount of pure water of the starting plant biomass. Under these conditions, cadmium can be sufficiently removed with a solution of 10 times the amount (weight) of plant biomass containing cadmium.
The cleaning liquid can be subjected to the next step (3) in addition to the heavy metal-containing liquid.

工程(3)は、得られた重金属含有液(洗浄液を含むことがある。)に、液体キレート剤を添加して、重金属を捕集する工程である。通常の廃水からの重金属除去に際しては、固体の樹脂にキレート基を結合したキレート樹脂を用いることが有効である。キレート樹脂は、重金属を選択的に吸着でき、かつ、液相からの除去も容易だからである。しかしながら、本発明者らの検討によると、有機物系の溶解物が多く含まれると考えられるバイオマスの酸抽出物においては、キレート樹脂ではなく液体のキレート剤を用いることにより、より効率的に重金属の捕集が行えることが分かった。   Step (3) is a step of collecting a heavy metal by adding a liquid chelating agent to the obtained heavy metal-containing liquid (which may contain a cleaning liquid). When removing heavy metals from ordinary wastewater, it is effective to use a chelate resin in which a chelate group is bound to a solid resin. This is because the chelate resin can selectively adsorb heavy metals and can be easily removed from the liquid phase. However, according to the study by the present inventors, in an acid extract of biomass that is considered to contain a large amount of organic matter-based lysate, it is more efficient to use a heavy chelating agent instead of a chelating resin. It turns out that it can collect.

したがって、本発明の方法においては、液体キレート剤を用いる。本発明で「液体キレート剤」というときは、特に記載した場合を除き、キレート形成基を有する有効成分が水溶性であるキレート剤をいう。液体キレート剤は、典型的には、水溶性の有効成分を水系溶媒に溶解した溶液状であるが、有効成分である水溶性物質そのもの(固体)であってもよい。   Therefore, a liquid chelating agent is used in the method of the present invention. In the present invention, “liquid chelating agent” refers to a chelating agent in which an active ingredient having a chelate-forming group is water-soluble, unless otherwise specified. The liquid chelating agent is typically in the form of a solution in which a water-soluble active ingredient is dissolved in an aqueous solvent, but may be a water-soluble substance itself (solid) as an active ingredient.

本発明の方法においては、液体キレート剤のうち特に、ジチオカルバミン酸の金属塩、ジチオカルバミン酸基を有する水溶性の高分子化合物、ジチオカルバミン酸基を分子内に2個以上有する化合物の金属塩(具体的には、ジエチルジチオカルバミン酸のカリウム塩、N1,N2,N3,N5-テトラ(ジチオカルボキシ)テトラエチレンペンタミンの金属塩)、ピペラジンビスジチオカルバミン酸の金属塩(例えばジカリウム=ピペラジン-1,4-ジカルボジチオアート)、ジエチルアミン系キレート剤(例えば、カリウム=ジエチルアミン-N-カルボジチオアート)、硫化ソーダ、水硫化ソーダ、チオール系化合物(例えばチオール基を有する水溶性の高分子化合物(例えば、平均分子量80,000〜120,000))等を好適に用いることができる。なお、本発明に関し、金属塩というときは、アルカリ金属の塩、アルカリ土類金属の塩、またはアンモニウムとの塩が使用でき、この内、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシム、カルシウム、バリウム、アンモニウムとの塩が好ましく用いられる。 In the method of the present invention, among liquid chelating agents, in particular, metal salts of dithiocarbamic acid, water-soluble polymer compounds having dithiocarbamic acid groups, and metal salts of compounds having two or more dithiocarbamic acid groups in the molecule (specifically Include potassium salt of diethyldithiocarbamate, metal salt of N 1 , N 2 , N 3 , N 5 -tetra (dithiocarboxy) tetraethylenepentamine), metal salt of piperazine bisdithiocarbamate (eg dipotassium = piperazine-1 , 4-dicarbodithioate), diethylamine chelating agent (for example, potassium = diethylamine-N-carbodithioate), sodium sulfide, sodium hydrosulfide, thiol compound (for example, water-soluble polymer compound having thiol group ( For example, an average molecular weight of 80,000 to 120,000)) can be suitably used. In the context of the present invention, when referring to a metal salt, an alkali metal salt, an alkaline earth metal salt, or a salt with ammonium can be used. Of these, lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, barium, ammonium, and the like. The salt of is preferably used.

本発明者らの検討によると、液体キレート剤としては、キレート形成基としてチオカルバミン酸基を有するものを用いることが特に好適であることが確認されている。このような例は、ジチオカルバミン酸の金属塩、ジチオカルバミン酸基を有する水溶性の高分子化合物(例えば、平均分子量80,000〜120,000)、およびチオカルバミン酸塩がある。より具体的な例として、タイキレートF-1(大明化学工業株式会社)、ジチオカルバミン酸の金属塩がある。   According to the study by the present inventors, it has been confirmed that it is particularly preferable to use a liquid chelating agent having a thiocarbamic acid group as a chelate-forming group. Examples thereof include metal salts of dithiocarbamic acid, water-soluble polymer compounds having a dithiocarbamic acid group (for example, an average molecular weight of 80,000 to 120,000), and thiocarbamate. More specific examples include Taichelate F-1 (Daimei Chemical Co., Ltd.) and a metal salt of dithiocarbamic acid.

ジチオカルバミン酸(ジアルキルジチオカルバミン酸ということもある。)の金属塩は、下記の構造で表される。
A metal salt of dithiocarbamic acid (sometimes referred to as dialkyldithiocarbamic acid) is represented by the following structure.

R1およびR2は、低級アルキル基、または芳香族基であり、同じ基であっても異なる基であってもよい。よい具体的な例としては、ジメチルジチオカルバミン酸のナトリウム塩、ジエチルジチオカルバミン酸のナトリウム塩、ジベンジルジチオカルバミン酸のナトリウム塩が挙げられる。 R 1 and R 2 are lower alkyl groups or aromatic groups, and may be the same group or different groups. As specific examples, a sodium salt of dimethyldithiocarbamic acid, a sodium salt of diethyldithiocarbamic acid, and a sodium salt of dibenzyldithiocarbamic acid can be given.

液体キレート剤としては、キレート形成基としてチオカルバミン酸基を有するものを用いる場合、添加する前に溶液のpH調整が行われていることが好ましい。調整後の好ましいpHは、4〜10である。pH調整のためには、NaOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2、FeCl2、FeCl3、Al2(SO4)3等を用いることができる。液体キレート剤の添加量は、当業者であれば、適宜決定できる。事前に模擬液を準備して確認することにより、より適切な添加量を決定することができる。例えば、上述したジチオカルバミン酸(ジアルキルジチオカルバミン酸ということもある。)の金属塩を用いる場合、溶液中の濃度が0.01〜10.0mM、好ましくは0.1〜1.0mMとなるように添加することができる。 When using a liquid chelating agent having a thiocarbamic acid group as a chelating group, it is preferable that the pH of the solution is adjusted before the addition. The preferred pH after adjustment is 4-10. For pH adjustment, NaOH, Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 , FeCl 2 , FeCl 3 , Al 2 (SO 4 ) 3 or the like can be used. A person skilled in the art can appropriately determine the amount of the liquid chelating agent added. A more appropriate addition amount can be determined by preparing and confirming the simulated liquid in advance. For example, when the metal salt of the above-mentioned dithiocarbamic acid (also referred to as dialkyldithiocarbamic acid) is used, it can be added so that the concentration in the solution is 0.01 to 10.0 mM, preferably 0.1 to 1.0 mM.

工程(3)は、環境温度で実施することができる。必要に応じ、撹拌しながら実施してもよい。処理時間は、重金属濃度、キレート剤濃度、キレート率を勘案して適宜設計することができるが、撹拌しながら、数分間〜数時間、例えば5〜240分間とすることができる。   Step (3) can be performed at ambient temperature. You may implement, stirring as needed. The treatment time can be appropriately designed in consideration of the heavy metal concentration, the chelating agent concentration, and the chelate rate, but can be several minutes to several hours, for example, 5 to 240 minutes with stirring.

工程(3)により、工程(2)から得られた重金属含有液に含まれる重金属はキレート捕集される。キレート捕集した溶液には、必要であれば、高分子凝集剤等を添加してもよい。そして、キレート捕集された重金属は、従来技術の固液分離手段、例えば、沈降分離、ろ過分離(膜分離)、遠心分離等により、除去することができる。   By the step (3), the heavy metal contained in the heavy metal-containing liquid obtained from the step (2) is collected by chelate. If necessary, a polymer flocculant or the like may be added to the chelate-collected solution. The heavy metal collected by chelation can be removed by solid-liquid separation means of the prior art, for example, sedimentation separation, filtration separation (membrane separation), centrifugation, and the like.

本発明の方法においては、植物バイオマスとして、ファイトレメディエーションに用いられた植物体を用いることができる。植物体は、イネ科植物(例えば、イネ、ソルガム、トウモロコシ、コムギ、)、マメ科植物(例えば、大豆)、キク科植物(例えば、ひまわり)、アブラナ科植物(例えば、ハクサンハタザオ、菜種、アブラナ、カラシナ(Brassica juncea)、アビシニアガラシ(Brassica carinata))、イノモトソウ科植物(例えば、モエジマシダ)、ヒユ科植物(例えば、アマランサス)、またはアカザ科植物(例えば、アカザ)由来であり得る。好ましくは、本発明に用いられる植物バイオマスは、イネ科植物、マメ科植物、アブラナ科植物、またはキク科植物由来である。他の例としては、インディアンマスタード、グンバイナズナ、アルファルファ、アセイタカアワダチソウ、ケナフ、ポプラ、トールフェスク、ホテイアオイ、緑豆、ヨシ、マツ、トウヒ等が挙げられる。また、遺伝子組み換えされた植物も利用することができる。植物の栽培方法には特に制限はない。   In the method of this invention, the plant body used for the phytoremediation can be used as plant biomass. Plants include gramineous plants (eg, rice, sorghum, corn, wheat), legumes (eg, soybeans), asteraceae plants (eg, sunflower), cruciferous plants (eg, octopus, rapeseed, rapeseed) , Brassica juncea, Brassica carinata), Scots family (e.g. Moedidae), Amaranthaceae (e.g. Amaranthus), or Rubiaceae (e.g. Akaza). Preferably, the plant biomass used in the present invention is derived from a grass family plant, a legume plant, a cruciferous plant, or a asteraceae plant. Other examples include Indian Mustard, Gunby Nazuna, Alfalfa, Aseitaka Alaska, Kenaf, Poplar, Tall Fescue, Water Hyacinth, Mung Bean, Reed, Pine, Spruce and the like. Also, genetically modified plants can be used. There is no restriction | limiting in particular in the cultivation method of a plant.

本発明の方法においては、動物バイオマスとして、魚介類を用いることができる。魚介類は、魚類(軟骨魚類、硬骨魚類)、無顎類(ヤツメウナギ)、貝類、頭足類、棘皮動物、甲殻類、刺胞動物等であり得る。   In the method of the present invention, seafood can be used as animal biomass. The seafood may be fish (cartilaginous fish, teleosts), jawless (lampfish), shellfish, cephalopods, echinoderms, crustaceans, cnidarians, and the like.

本発明の方法において用いられる植物バイオマスは、植物体の任意の部分に由来することができる。植物体全体を用いてもよく、地上部のみを用いてもよく、また、茎、葉、花、実、種)、もみ殻等の、植物体の一部を用いてもよい。回収・収穫の方法には特に制限はない。回収・収穫された植物バイオマスは、乾燥処理されていてもよい。   The plant biomass used in the method of the present invention can be derived from any part of the plant body. The whole plant body may be used, only the above-ground part may be used, or a part of the plant body such as a stem, a leaf, a flower, a fruit, a seed), or a rice husk may be used. There are no particular restrictions on the collection and harvesting methods. The collected and harvested plant biomass may be dried.

本発明の方法において用いられる動物バイオマスは、動物体の任意の部分に由来することができる。動物体全体を用いてもよく、動物体の一部、例えば内臓、を用いることもできる。本発明に用いられる動物バイオマスの好ましい例は、ホタテ、イカ、タコ等の内臓(例えば、中腸線、エラ、生殖巣)である。   The animal biomass used in the method of the present invention can be derived from any part of the animal body. The whole animal body may be used, and a part of the animal body, for example, the internal organs may be used. Preferable examples of animal biomass used in the present invention are internal organs such as scallop, squid and octopus (for example, midgut line, gill, gonad).

本発明は、カドミウムの除去に特に優れている。特にファイトレメディエーションなどにより、土壌中のカドミウムを高度に吸収した稲わら、葉菜類等の植物バイオマス、カドミウムを多く含む魚介類の内臓からのカドミウム除去に優れている。本発明においては、最小量の硫酸あるいは塩酸を用いて、有効かつ効率的にバイオマス中のカドミウムを溶解・遊離させ、その後に、ジチオカルバミン酸化合物および/または液体キレート剤(例えば、タイキレート)を当該溶液に添加することにより、溶解状態にあるカドミウムイオンをこれらの化合物と反応、吸着および沈殿させることで、溶液中のカドミウムイオンを高度に除去することが可能になる。   The present invention is particularly excellent for removing cadmium. In particular, phytoremediation is excellent in removing cadmium from the viscera of fish and shellfish containing a large amount of cadmium and plant biomass such as rice straw and leafy vegetables that have absorbed cadmium in the soil. In the present invention, a minimum amount of sulfuric acid or hydrochloric acid is used to dissolve and release cadmium in biomass effectively and efficiently, and then dithiocarbamate compound and / or liquid chelating agent (for example, tie chelate) is used. By adding to the solution, the cadmium ions in the solution are reacted, adsorbed and precipitated with these compounds, so that the cadmium ions in the solution can be highly removed.

本発明により、カドミウムは、硫酸添加・加熱処理によりほぼ100%動物バイオマスから液相に抽出できる。フィルタープレスなどによる固液分離、脱水処理により、ほぼカドミウムフリーの動物バイオマスを得ることができる。魚介類の内臓にはきわめて豊富にたんぱく質が含まれていることが知られており、飼料や肥料などとして利用することが可能となる。また、溶液中のカドミウムイオンが高度に除去された動物バイオマス由来の溶液は、動物バイオマス由来の種々のアミノ酸を含有しうる。そのため、液肥としての有効利用が期待できる。また、そのような溶液は、アミノ酸の原料としても利用できる可能性がある。   According to the present invention, cadmium can be extracted from almost 100% animal biomass into the liquid phase by sulfuric acid addition and heat treatment. Almost cadmium-free animal biomass can be obtained by solid-liquid separation or dehydration using a filter press or the like. It is known that the internal organs of seafood contain extremely abundant proteins, and can be used as feed or fertilizer. Moreover, the solution derived from animal biomass from which the cadmium ions in the solution are highly removed can contain various amino acids derived from animal biomass. Therefore, the effective use as liquid fertilizer can be expected. Such a solution may also be used as a raw material for amino acids.

以下、本発明の実施例を示す。本発明の範囲は、以下の実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below. The scope of the present invention is not limited to the following examples.

カドミウムを含む植物バイオマス試料として、稲わら(品種;長香穀、カドミウム濃度;33.4mg/kg DW)の粉砕物を用いた。試料に対し、硫酸または塩酸を希釈して作成した酸溶液を1:5(w/w)となるように添加し(具体的には2gの稲わら粉砕物に対し、10gの酸溶液を添加し)、120℃、60分間の加熱処理の後、よく撹拌した。10000×g、10分間の遠心操作により得られた上清中の遊離カドミウム濃度を、ICP-MS装置(X series II、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社)により測定した。   As a plant biomass sample containing cadmium, a pulverized product of rice straw (variety: long-scented cereal, cadmium concentration: 33.4 mg / kg DW) was used. Add an acid solution prepared by diluting sulfuric acid or hydrochloric acid to the sample so that it will be 1: 5 (w / w) (specifically, add 10 g of acid solution to 2 g of crushed rice straw) The mixture was thoroughly stirred after heat treatment at 120 ° C. for 60 minutes. The concentration of free cadmium in the supernatant obtained by centrifugation at 10,000 × g for 10 minutes was measured with an ICP-MS apparatus (X series II, Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.).

硫酸を用いた分析結果を図1、塩酸を用いた分析結果を図2に示す。1.5%(0.54N)以上の濃度の硫酸、および4.39%(0.5N)以上の濃度の塩酸は、植物試料からカドミウムを95%以上遊離させることができた。このため、本研究で対象とするカドミウムを含む植物バイオマスから、カドミウムを95%以上除去するためには、酸濃度は、硫酸であれば1.5%以上、塩酸であれば4.39%以上が好ましいことが明らかとなった。   Fig. 1 shows the analysis results using sulfuric acid, and Fig. 2 shows the analysis results using hydrochloric acid. Sulfuric acid at a concentration of 1.5% (0.54N) or higher and hydrochloric acid at a concentration of 4.39% (0.5N) or higher was able to liberate 95% or more of cadmium from plant samples. Therefore, in order to remove 95% or more of cadmium from plant biomass containing cadmium, which is the subject of this study, the acid concentration is preferably 1.5% or more for sulfuric acid and 4.39% or more for hydrochloric acid. It became clear.

カドミウムを含む植物バイオマス試料として、稲わら(品種;長香穀、カドミウム含有量33.37mg/kg DW)粉砕物を用い、これからカドミウムを抽出液中に完全に遊離させるための条件の検討を行った。   As plant biomass samples containing cadmium, rice straw (variety: long cereals, cadmium content 33.37mg / kg DW) was pulverized and the conditions for completely releasing cadmium into the extract were investigated. .

上記の稲わら粉砕物5gに対し、0.5%、1%、1.5%、または2%の硫酸溶液30mlを添加し、120℃、60分間のオートクレーブ処理を行った。オートクレーブ処理後、柴田科学社製のφ25mmフィルター用のガラスろ過器を用い、ドライアスピレーターによる減圧により、ろ液を吸引ろ過しながら、20mlの円筒形ファンネルにオートクレーブ処理物を充填した。ろ紙はアドバンテック社製のGA-55(ガラス繊維ろ紙、孔経0.6μm)を用いた。充填の際、ろ紙上の残渣の体積が10cm3になるように圧縮した。ろ液が浸出しなくなった時点で、純水、0.5%硫酸または1.0%硫酸により、残渣の洗浄(5ml×洗浄回数)を行った。洗浄した残渣は乾燥後、硝酸で分解し、ICP-MSによりカドミウム含有量を定量した。 30 ml of a 0.5%, 1%, 1.5%, or 2% sulfuric acid solution was added to 5 g of the above ground rice straw, and autoclaved at 120 ° C. for 60 minutes. After the autoclave treatment, a 20 ml cylindrical funnel was filled with the autoclave treated product while sucking and filtering the filtrate by using a glass filter for a φ25 mm filter manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd. under reduced pressure by a dry aspirator. As the filter paper, GA-55 (glass fiber filter paper, pore diameter 0.6 μm) manufactured by Advantech Co., Ltd. was used. During filling, the residue was compressed so that the volume of the residue on the filter paper was 10 cm 3 . When the filtrate stopped leaching, the residue was washed with pure water, 0.5% sulfuric acid or 1.0% sulfuric acid (5 ml × number of washings). The washed residue was dried, decomposed with nitric acid, and the cadmium content was quantified by ICP-MS.

結果を図3に示す。カドミウム含有量を乾燥重量当たり0.2ppm以下とするためには、1.5%硫酸溶液で加熱処理した場合には0.5%または1%の希硫酸溶液20ml以上で洗浄することが好ましく、2%硫酸溶液で処理した場合には、希硫酸溶液15ml以上で洗浄することが好ましいことが明らかとなった。最適条件の一つは、カドミウムを含む植物バイオマスに対し、2%硫酸を1:6(w/w)で添加し、120℃、60分間のオートクレーブ処理を行った後に、固液分離し、得られた残渣を4容の(具体的には、原料バイオマス5gに対して、その4倍量の20gの)純水の洗浄を行うことである。この条件により、カドミウムを含む植物バイオマスの10倍量(重量)の溶液で、カドミウムを十分に除去できる。   The results are shown in Figure 3. In order to reduce the cadmium content to 0.2 ppm or less per dry weight, when heat-treated with a 1.5% sulfuric acid solution, it is preferable to wash with 20 ml or more of a 0.5% or 1% dilute sulfuric acid solution, and a 2% sulfuric acid solution. In the case of treatment, it was found that it is preferable to wash with 15 ml or more of dilute sulfuric acid solution. One of the optimal conditions is that the plant biomass containing cadmium is added with 2% sulfuric acid at 1: 6 (w / w), autoclaved at 120 ° C for 60 minutes, and then separated into solid and liquid. The residue obtained is washed with 4 volumes of pure water (specifically, 20 g of 4 times the amount of 5 g of raw biomass). Under these conditions, cadmium can be sufficiently removed with a solution of 10 times the amount (weight) of plant biomass containing cadmium.

実施例2に示した最適条件を用いて、稲わら粉砕物(長香穀、各ロットのカドミウム濃度 J90A;46.2mg/kg、JM-01;33.4mg/kg、HR-01;23mg/kg、HN-02;12.6mg/kg、および普通栽培のあきたこまち カドミウム濃度0.41mg/kg)からカドミウムを抽出した。除去操作後の残渣を硝酸で分解し、残渣に残ったカドミウム量と溶液に移行したカドミウム量をICP-MSにより測定した。   Using the optimum conditions shown in Example 2, crushed rice straw (long-scented cereal, cadmium concentration in each lot J90A; 46.2 mg / kg, JM-01; 33.4 mg / kg, HR-01; 23 mg / kg, Cadmium was extracted from HN-02; 12.6 mg / kg, and normal cultivated Akitakomachi cadmium concentration 0.41 mg / kg). The residue after the removal operation was decomposed with nitric acid, and the amount of cadmium remaining in the residue and the amount of cadmium transferred to the solution were measured by ICP-MS.

結果を図4に示す。またその際のカドミウムの除去率を図5に示す。品種に関わらず、カドミウムが高い効率で除去できることが示された。   The results are shown in FIG. The removal rate of cadmium at that time is shown in FIG. It was shown that cadmium can be removed with high efficiency regardless of the variety.

植物バイオマスからカドミウムを抽出する工程の次の工程として、カドミウムを含む酸溶液からカドミウムを除去することを検討した。   As the next step of extracting cadmium from plant biomass, the removal of cadmium from an acid solution containing cadmium was examined.

ジチオカルバミン酸基は、強力にカドミウムや亜鉛イオンと錯体を形成することが知られている。通常はビーズ状の樹脂にこの官能基を導入したキレート樹脂がこれら重金属の除去に利用されるが、カドミウムを含む植物バイオマスを処理する系においては、本発明者らが実験した条件においては、廃棄物処理上で問題にならないレベルにまでカドミウムを除去することができなかった(後掲比較例参照)。   Dithiocarbamate groups are known to form strong complexes with cadmium and zinc ions. Usually, a chelate resin in which this functional group is introduced into a bead-shaped resin is used to remove these heavy metals. However, in a system for treating plant biomass containing cadmium, it is discarded under the conditions we have experimented with. Cadmium could not be removed to a level that would not cause a problem in material treatment (see comparative example below).

カドミウムを含む稲わら15gに2%硫酸100mlを添加し、120℃、60分間のオートクレーブ処理を行った。この処理液に蒸留水100mlを添加、混合し、ガラス繊維ろ紙(GA-55)でろ過し、酸抽出液(1%H2SO4溶液)を作成した。酸抽出液は、pH4.0〜7.0に調整を行った。各pHの酸抽出液に低分子のジチオカルバミン酸系化合物を添加し、カドミウムイオンと錯体を形成させた後、沈殿させることにより固液分離が可能かを検討した。 100 ml of 2% sulfuric acid was added to 15 g of rice straw containing cadmium and autoclaved at 120 ° C. for 60 minutes. Distilled water (100 ml) was added to the treatment liquid, mixed, and filtered through glass fiber filter paper (GA-55) to prepare an acid extract (1% H 2 SO 4 solution). The acid extract was adjusted to pH 4.0-7.0. We investigated whether solid-liquid separation is possible by adding a low-molecular dithiocarbamate compound to the acid extract at each pH, forming a complex with cadmium ions, and then precipitating.

ジチオカルバミン酸化合物としてジメチルジチオカルバメート(Sodium NN-Dimethyldithiocarbamate Dihydrate 和光純薬工業株式会社)、ジエチルジチオカルバメート(Sodium N.N-Diethyldithiocarbamate Trihydrate 和光純薬工業株式会社)、ジベンジルジチオカルバメート(Sodium Dibenzyldithiocarbamate Hydrate 東京化成工業株式会社)を用い、溶液中の濃度が0.1mM、0.25mM、0.5mM、1.0mMとなるように添加し、撹拌した。そして10000×g、10分間の遠心後に上清に含まれるカドミウムイオンを測定した。   Dimethyldithiocarbamate (Sodium NN-Dimethyldithiocarbamate Dihydrate, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), Diethyldithiocarbamate Trihydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), Dibenzyldithiocarbamate Hydrate (Tokyo Chemical Industry) Was added so that the concentration in the solution would be 0.1 mM, 0.25 mM, 0.5 mM, and 1.0 mM, and stirred. Then, cadmium ions contained in the supernatant were measured after centrifugation at 10000 × g for 10 minutes.

結果を図6に示す。活性のある官能基は同じであるが、カドミウムイオンと錯体を形成したときに、沈殿を形成するのか溶存状態を維持するのかにより、異なる結果となったと考えられる。pH5.5において、ジベンジルジチオカルバメートの添加により、カドミウムイオン濃度が10ppb以下となった。特に0.5mM以上の濃度では、公共水域や地下水の環境基準である3ppb以下にまでカドミウムイオン濃度を低下させることが可能であった。   The results are shown in FIG. The active functional group is the same, but it is thought that when the complex was formed with the cadmium ion, the result was different depending on whether the precipitate was formed or the dissolved state was maintained. At pH 5.5, the addition of dibenzyldithiocarbamate reduced the cadmium ion concentration to 10 ppb or less. In particular, at a concentration of 0.5 mM or higher, it was possible to reduce the cadmium ion concentration to 3 ppb or lower, which is the environmental standard for public waters and groundwater.

ジチオカルバミン酸化合物と同様に、カドミウムを含む植物サンプル抽出液に、液体キレート剤を添加し、溶液中からカドミウムを除去する方法を試みた。   Similar to the dithiocarbamate compound, a liquid chelating agent was added to a plant sample extract containing cadmium, and a method of removing cadmium from the solution was attempted.

カドミウムを含む稲わら15gに2%硫酸100mlを添加し、120℃、60分間のオートクレーブ処理を行った。この処理液に蒸留水100mlを添加、混合し、ガラス繊維ろ紙(GA-55)でろ過して、カドミウム含有溶液(1%H2SO4)を作成した。各pHに調整した溶液100mlに液体キレート剤(タイキレートF−1、大明化学工業株式)を添加、混合し、10000×g、5分間の遠心操作で固液分離を行い、上清のカドミウム濃度の測定を行った。液体キレートの添加量は添加する液量に対して、0.05%、0.03%、0.02%、0.015%、0.01%とした。 100 ml of 2% sulfuric acid was added to 15 g of rice straw containing cadmium and autoclaved at 120 ° C. for 60 minutes. Distilled water (100 ml) was added to the treatment liquid, mixed, and filtered through glass fiber filter paper (GA-55) to prepare a cadmium-containing solution (1% H 2 SO 4 ). Add and mix liquid chelating agent (Taichel F-1, Daimei Chemical Co., Ltd.) to 100ml of solution adjusted to each pH, perform solid-liquid separation by centrifugation at 10,000 xg for 5 minutes, and adjust cadmium concentration in the supernatant. Was measured. The amount of liquid chelate added was 0.05%, 0.03%, 0.02%, 0.015%, and 0.01% with respect to the amount of liquid added.

分析結果を図7に示す。溶液のpHを5.0または5.5に調整し、液体キレート剤を添加した場合、安定してカドミウムイオンを沈殿させ、溶液中の濃度を10ppb以下に低下させることが可能であった。添加する液体キレート剤の濃度は0.01%で十分であると考えられた。   The analysis results are shown in FIG. When the pH of the solution was adjusted to 5.0 or 5.5 and a liquid chelating agent was added, it was possible to stably precipitate cadmium ions and reduce the concentration in the solution to 10 ppb or less. The concentration of the liquid chelating agent added was considered to be sufficient at 0.01%.

また、他の溶存する陽イオンについて検討したところ、Znは、pH5.5においてそのほとんどが除去された。しかし、その他のイオンにはほとんど影響がなく、特異的にCdおよびZn(Cuも)を除去することができていると考えられた。またその際、生成される液体キレート剤の添加による沈殿物の重量は極めて少量であった。   Moreover, when other dissolved cations were examined, most of Zn was removed at pH 5.5. However, other ions were hardly affected, and it was considered that Cd and Zn (Cu) could be removed specifically. At that time, the weight of the precipitate formed by the addition of the liquid chelating agent was extremely small.

比較例Comparative example

キレート樹脂を用い、カドミウムを含む稲わらの酸抽出液からのカドミウムイオンの除去について検討した。   The removal of cadmium ions from the acid extract of rice straw containing cadmium was investigated using a chelating resin.

カドミウムを含む稲わら15gに2%硫酸100mlを添加し、120℃、60分間のオートクレーブ処理を行った。この処理液に蒸留水100mlを添加、混合し、ガラス繊維ろ紙(GA-55)でろ過して酸抽出液(1%H2SO4溶液)を作成した。得られた溶液100mlに、ビーズ状のキレート樹脂として、ダイアイオン(登録商標)セパビーズ(登録商標)CR11、およびCR20(三菱化学株式会社)、スミキレートMC600、MC700、MC760、およびMC960(住化ケムテックス株式会社)、ならびにQ10R(第一化成株式会社)をそれぞれ乾物重で溶液の1%相当量を添加し、NaOHでpHを調整し、各pHにおける溶液中に溶存している重金属イオン濃度をICP-MSで定量した。また各pHに調整した後に、各樹脂を添加した場合の上清に含まれるカドミウム濃度の測定も行った。 100 ml of 2% sulfuric acid was added to 15 g of rice straw containing cadmium and autoclaved at 120 ° C. for 60 minutes. Distilled water (100 ml) was added to the treatment liquid, mixed, and filtered through glass fiber filter paper (GA-55) to prepare an acid extract (1% H 2 SO 4 solution). To 100 ml of the resulting solution, as a bead-like chelating resin, Diaion (registered trademark) Sepabeads (registered trademark) CR11 and CR20 (Mitsubishi Chemical Corporation), Sumitchel MC600, MC700, MC760, and MC960 (Sumitomo Chemtex Co., Ltd.) Company) and Q10R (Daiichi Kasei Co., Ltd.), each with 1% of the solution weight as dry weight, adjusted pH with NaOH, and the concentration of heavy metal ions dissolved in the solution at each pH is ICP- Quantified by MS. Moreover, after adjusting to each pH, the cadmium concentration contained in the supernatant when each resin was added was also measured.

結果を図8に示す。いずれの樹脂を添加した場合も、溶液中のほとんどのカドミウムが除去できたが、10ppbを下回ることはできなかった。   The results are shown in FIG. When any resin was added, most of the cadmium in the solution could be removed, but could not fall below 10 ppb.

ビーズ状の樹脂は、その構造から金属イオンが樹脂の表面または表面付近のみに吸着されることが多く、内部にまで金属イオンが浸透し難いと考えられる。樹脂をポーラス状に加工することが行われているが、本比較例のデータを見る限り、十分にカドミウムが吸着除去できなかった原因としては、カドミウムイオンが有機物質と錯体を形成した場合にはイオン単独の場合よりも分子量が大きくなるために樹脂の内部に侵入できないこと、またその電荷により樹脂と反発すること、などが考えられる。   In the bead-like resin, metal ions are often adsorbed only on or near the surface of the resin because of its structure, and it is considered that the metal ions hardly penetrate into the inside. Although the resin is processed into a porous shape, as far as the data of this comparative example is seen, the reason why the cadmium could not be sufficiently absorbed and removed is that the cadmium ion formed a complex with an organic substance. It is conceivable that the molecular weight is larger than that of ions alone, so that the resin cannot enter the resin and repels the resin due to the charge.

酸抽出処理後、稲わらの重量は処理前の約55%となり、45%近くは酸抽出液中に溶解する。また酸抽出液は図10に示すように、茶褐色に着色しており、キレート作用を有する有機物質がかなり溶け込んでいると考えられる。ビーズ状のキレート樹脂を用いた実験結果から、植物バイオマスの酸抽出液には、カドミウムイオンと競合する金属イオンとともにカドミウムイオンと錯体を形成する多様な有機物質も含まれ、酸抽出液中ではカドミウムイオンと結合した状態にあると予想される。   After acid extraction treatment, the weight of rice straw is about 55% before treatment, and nearly 45% dissolves in the acid extract. Further, as shown in FIG. 10, the acid extract is colored brown, and it is considered that an organic substance having a chelating action is considerably dissolved. From the experimental results using bead-shaped chelate resins, the acid extract of plant biomass contains various organic substances that form complexes with cadmium ions together with metal ions that compete with cadmium ions. Expected to be bound to ions.

そして、このカドミウムイオンと結合し、かつ溶存している有機物質からカドミウムを引き離して吸着除去するためには、当該有機物質よりも強いキレート力を有する物質が望ましい。そのようなキレート物質はまた、当該有機物質からカドミウムを脱離させ、キレート作用により吸着した後は、速やかに溶液中で沈殿し、固液分離により溶液中から除去できることが望ましい。   A substance having a chelating power stronger than that of the organic substance is desirable for separating and adsorbing the cadmium from the dissolved organic substance by binding to the cadmium ion. It is also desirable that such a chelating substance also allows cadmium to be desorbed from the organic substance and adsorbed by chelating action so that it can quickly precipitate in the solution and be removed from the solution by solid-liquid separation.

ビーズ状のキレート樹脂は、固液分配によりカドミウムをキレート樹脂という固相に移行させて分離する技術であるといえる一方で、液体状のキレート物質は、液々分配の状態からカドミウムイオンを吸着し、錯体を形成した後に速やかに沈殿を形成し、すなわち固体となり、溶液中から容易に除去できるものであるので、カドミウムを含む植物バイオマスからの酸抽出液を処理するためには、より好ましい。
[参考例]
While the bead-like chelate resin is a technology that separates cadmium by transferring it to a solid phase called chelate resin by solid-liquid distribution, the liquid chelate substance adsorbs cadmium ions from the liquid-liquid distribution state. It is more preferable for treating an acid extract from plant biomass containing cadmium because it forms a precipitate immediately after forming the complex, that is, becomes a solid and can be easily removed from the solution.
[Reference example]

実施例3で使用した各稲わら(品種;長香穀、各ロットのカドミウム濃度 J90A;46.2mg/kg、JM-01;33.4mg/kg、HR-01;23mg/kg、HN-02;12.6mg/kg、普通栽培のあきたこまち カドミウム濃度0.41mg/kg)15gに、100mlの2%H2SO4を添加して120℃、60minの加熱処理を行った。ろ過による固液分離を行わず、純水100mlを添加し、水酸化ナトリウムでpH6.5に調整した。セルラーゼ(メイセラーゼ、明治ファルマ株式会社)とヘミセルラーゼ(ヘミセルラーゼ「アマノ」90、天野エンザイム株式会社)を各1gずつ添加し(10%の酵素液をそれぞれ調整して、添加した。)、50℃、24時間、150rpmで振とうしながらセルロースの糖化を行った。酵素処理後、溶液をガラス繊維ろ紙(GA-55)により吸引ろ過を行い、酵素糖化残渣と酵素糖化液に固液分離を行った。 Each rice straw used in Example 3 (variety: long-scented cereal, cadmium concentration in each lot J90A; 46.2 mg / kg, JM-01; 33.4 mg / kg, HR-01; 23 mg / kg, HN-02; 12.6 100 ml of 2% H 2 SO 4 was added to 15 g of 15 mg (kg / kg, cultivated Akitakomachi cadmium concentration 0.41 mg / kg), and heat treatment was performed at 120 ° C. for 60 min. Without performing solid-liquid separation by filtration, 100 ml of pure water was added, and the pH was adjusted to 6.5 with sodium hydroxide. Cellulase (Mecellase, Meiji Pharma Co., Ltd.) and hemicellulase (Hemicellulase “Amano” 90, Amano Enzyme Co., Ltd.) were added in an amount of 1 g each (10% enzyme solution was prepared and added), 50 ° C. The cellulose was saccharified while shaking at 150 rpm for 24 hours. After the enzyme treatment, the solution was subjected to suction filtration with glass fiber filter paper (GA-55), and solid-liquid separation was performed on the enzyme saccharification residue and the enzyme saccharified solution.

酵素糖化液は前培養した酵母を添加し、エタノール醗酵を行った。得られた発酵液は遠心により酵母を回収後、ロータリーエバポレーターによる蒸留操作により、エタノールと蒸留残液に分離した。   The enzyme saccharified solution was added with pre-cultured yeast and subjected to ethanol fermentation. The obtained fermented liquor was collected by centrifugation and then separated into ethanol and distillation residue by distillation using a rotary evaporator.

以上の各工程のサンプルの、カドミウムをはじめとする金属イオンの濃度の測定を行った。酵素糖化残渣、酵母は、乾燥・粉砕後、ガラス試験管に精秤し、硝酸分解を行い、ICP-MSによりカドミウムの含有量を測定した。酵素糖化液、蒸留残液は、希釈後にICP-MSによりカドミウムイオンの濃度を測定した。   The concentration of metal ions including cadmium in the samples of the above steps was measured. The enzyme saccharification residue and yeast were dried and ground, then weighed accurately in a glass test tube, subjected to nitric acid decomposition, and the cadmium content was measured by ICP-MS. The enzyme saccharified solution and the distillation residue were diluted, and the concentration of cadmium ions was measured by ICP-MS.

結果を図10および11に示す。酵素糖化残渣に含まれるカドミウム濃度は、原料稲わらに含まれていた濃度の2.4〜3.4倍となった。バイオエタノールの製造工程において、植物バイオマスからはヘミセルロースおよびセルロースが糖化されて溶出し、糖化後の固形分は原料の34〜38%となるが、カドミウムは、酵素糖化残渣に濃縮されることが明らかとなった。   The results are shown in FIGS. 10 and 11. The cadmium concentration contained in the enzymatic saccharification residue was 2.4 to 3.4 times the concentration contained in the raw rice straw. In the bioethanol production process, hemicellulose and cellulose are saccharified and eluted from plant biomass, and the solid content after saccharification is 34 to 38% of the raw material, but cadmium is concentrated in enzymatic saccharification residue It became.

一方、原料の稲わらのカドミウム濃度が高い場合は、酵素糖化液のカドミウム濃度も高くなることが分かった。カドミウム濃度12.6mg/kgの稲わらを原料とした場合、酵素糖化
液のカドミウム濃度は93.5ppbであった。これより高い濃度の稲わらを原料とすると、工場からの排水基準100ppbを上回る可能性が高いことが分かった。
On the other hand, it was found that when the cadmium concentration of the raw rice straw is high, the cadmium concentration of the enzyme saccharified solution is also high. When rice straw with a cadmium concentration of 12.6 mg / kg was used as a raw material, the cadmium concentration of the enzyme saccharified solution was 93.5 ppb. It was found that if rice straw with a higher concentration than this is used as a raw material, there is a high possibility that it would exceed the effluent standard of 100 ppb from the factory.

また長香穀 JM-01(カドミウム濃度33.4mg/kg)の蒸留残液のカドミウム濃度は0.29
4ppmであり、酵母のカドミウム含有量は2.79mg/kg DWであった。いずれもカドミウム濃度
が高く、産業廃棄物としての処理が問題となるものであった。
In addition, the cadmium concentration of the long residue cereal JM-01 (cadmium concentration 33.4mg / kg) was 0.29.
The cadmium content of the yeast was 2.79 mg / kg DW. In all cases, the cadmium concentration was high, and the treatment as industrial waste became a problem.

カドミウムを含む動物バイオマス試料として、ホタテのウロ(中腸線)、エラ、雌個体の生殖巣、スルメイカの中腸線を用い、これらの魚介類の内臓からのカドミウム除去試験を行った。サンプルは水洗後、ミルサーでスラリー状になるまで粉砕して、PP製の50ml遠沈管に秤量し、これに1%もしくは2%硫酸を1:1(w/w)、1:2、1:3となるように添加した。添加後に次の操作を行い、それぞれから抽出液を調整した。往復振とう機により120rpmで30分間の振とう処理を行った。振とう処理を行った後、10000×g、10分間の遠心操作により固液分離を行い、さらにこの抽出液をNo.5Cのろ紙でろ過して抽出液を得た。   As animal biomass samples containing cadmium, scallop uro (midgut line), gills, female gonads, and mid-gut line of squid were used to conduct cadmium removal tests from the internal organs of these seafood. After washing with water, the sample is pulverized with a miller until it becomes slurry, and weighed into a 50 ml centrifuge tube made of PP, and 1% or 2% sulfuric acid is added to this in 1: 1 (w / w), 1: 2, 1: It added so that it might become 3. The following operation was performed after the addition, and an extract was prepared from each. Using a reciprocating shaker, shaking was performed at 120 rpm for 30 minutes. After the shaking treatment, solid-liquid separation was performed by centrifugation at 10000 × g for 10 minutes, and the extract was filtered through No. 5C filter paper to obtain an extract.

また120℃、60分間のオートクレーブによる加熱処理を行った。加熱処理を行った後、10000×g、10分間の遠心操作により固液分離を行い、抽出液を得た。   Moreover, the heat processing by an autoclave for 60 minutes was performed at 120 degreeC. After the heat treatment, solid-liquid separation was performed by centrifugation at 10,000 × g for 10 minutes to obtain an extract.

また加熱処理により得られた抽出液についてはpH5.0〜5.2程度にpHの調整も行い、pH調整後の抽出液に対しタイキレートを0.1%となるように添加して撹拌、遠心により沈殿物を除去した。得られた上清について液中のカドミウム濃度を測定した。測定は適時希釈後にICP-MS装置(X series II、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社)により測定した。   For the extract obtained by heat treatment, adjust the pH to about 5.0 to 5.2, add tie chelate to the extracted solution after adjusting the pH to 0.1%, and stir and precipitate by centrifugation. Was removed. The cadmium concentration in the liquid was measured for the obtained supernatant. The measurement was performed with an ICP-MS apparatus (X series II, Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.) after timely dilution.

振とう処理により抽出されたCd量を図12に示す。固液比が1:2の希硫酸添加についてみると振とう処理だけでもいずれのサンプルからも94%以上のカドミウムが抽出されることが明らかとなった(図18)。加熱処理によりこの抽出率はさらに高まる(図13)。もともとカドミウム濃度の低い生殖巣以外ではほぼ100%のカドミウムを抽出除去できることが明らかとなった(図18)。加熱処理による抽出液にpH調整を行った後のカドミウム濃度を図14に示す。pH調整後にさらに液体キレート(タイキレート)を0.1%となるように添加し、撹拌遠心により沈殿物を除去した後の抽出液中のカドミウム濃度を図15に示す。抽出液中にはカドミウムはほとんど含まれず(図19)、ほぼ完全にカドミウムは沈殿として分離除去できることが明らかとなった。   The amount of Cd extracted by the shaking process is shown in FIG. Looking at the addition of dilute sulfuric acid with a solid-liquid ratio of 1: 2, it was revealed that 94% or more of cadmium was extracted from any sample by shaking alone (FIG. 18). This extraction rate is further increased by the heat treatment (FIG. 13). It was revealed that almost 100% of cadmium can be extracted and removed except for gonads with low cadmium concentration (Fig. 18). FIG. 14 shows the cadmium concentration after adjusting the pH of the extract obtained by the heat treatment. FIG. 15 shows the cadmium concentration in the extract after addition of liquid chelate (Tychelate) to 0.1% after pH adjustment and removal of the precipitate by stirring centrifugation. The extract contained almost no cadmium (FIG. 19), and it became clear that cadmium could be separated and removed almost completely as a precipitate.

また全量分析の結果(図16)とともに、固液比1:2についての結果(図17)を、示す。抽出効果は1:2以上で高くなり、1:2程度以上でのカドミウム除去処理が好ましいと考えられた。   Moreover, the result (FIG. 17) about solid-liquid ratio 1: 2 is shown with the result of a total amount analysis (FIG. 16). The extraction effect was enhanced at 1: 2 or more, and cadmium removal treatment at about 1: 2 or more was considered preferable.

固液比1:2で希硫酸を添加後の振とう処理、加熱処理、加熱処理後にpH調整・液体キレートによるカドミウム除去処理を行った抽出液中の遊離アミノ酸量を定量した。   The amount of free amino acid in the extract obtained by subjecting to a shaking treatment after addition of dilute sulfuric acid at a solid-liquid ratio of 1: 2, heat treatment, and heat treatment, pH adjustment and cadmium removal treatment with liquid chelate was quantified.

その結果、抽出液中には高濃度でアミノ酸が含まれており、液肥など農業分野で極めて有用であることが示された(図20、21)。   As a result, it was shown that the extract contained amino acids at a high concentration and was extremely useful in the agricultural field such as liquid fertilizer (FIGS. 20 and 21).

本発明によれば、特にファイトレメディエーションなどにより、土壌中のカドミウムを高度に吸収した稲わら、葉菜類等の植物バイオマスから、少ない量の硫酸または塩酸を用いて、効率的にカドミウムを溶解遊離させることができる。また、その後に適切なキレート剤を用いることにより、溶液中のカドミウムイオンを沈殿・除去できる。本発明は、環境修復、土壌処理、植物バイオマスからのエネルギー生産が関連する産業において、利用可能である。本発明の方法は、動物バイオマスに対しても有効であり、産業廃棄物として処理されていた魚介類の内臓が、本発明により、飼料、肥料等として有効に利用可能となる。   According to the present invention, cadmium can be efficiently dissolved and released from plant biomass such as rice straw and leaf vegetables that have highly absorbed cadmium in soil by using a small amount of sulfuric acid or hydrochloric acid, particularly by phytoremediation. be able to. Moreover, cadmium ions in the solution can be precipitated and removed by using an appropriate chelating agent thereafter. The present invention can be used in industries related to environmental remediation, soil treatment, and energy production from plant biomass. The method of the present invention is also effective for animal biomass, and the internal organs of fish and shellfish that have been treated as industrial waste can be effectively used as feed, fertilizer and the like according to the present invention.

Claims (10)

重金属を0.4mg/kg以上含むバイオマスを、硫酸および/または塩酸を含む水系溶媒で処理し、重金属を溶媒中に溶出させる工程;
水系溶媒処理物を、固形の残渣と液体の重金属含有液とに分離する工程;
得られた重金属含有液に液体キレート剤を添加して、重金属を捕集する工程
を含む、バイオマス中の重金属を除去する方法。
Treating biomass containing 0.4 mg / kg or more of heavy metal with an aqueous solvent containing sulfuric acid and / or hydrochloric acid, and eluting heavy metal in the solvent;
Separating the aqueous solvent-treated product into a solid residue and a liquid heavy metal-containing liquid;
A method for removing heavy metal in biomass, comprising adding a liquid chelating agent to the obtained heavy metal-containing liquid and collecting the heavy metal.
得られた重金属含有液のpHが4を超えるように調製した後に液体キレート剤を添加し、かつ液体キレート剤が、ジチオカルバミン酸基を有する水溶性化合物を含有する、請求項1に記載の方法。   2. The method according to claim 1, wherein a liquid chelating agent is added after adjusting the pH of the obtained heavy metal-containing liquid to exceed 4, and the liquid chelating agent contains a water-soluble compound having a dithiocarbamic acid group. 重金属が、カドミウム、水銀、銅、鉛および亜鉛からなる群より選択されるいずれかである、請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the heavy metal is any one selected from the group consisting of cadmium, mercury, copper, lead, and zinc. 水系溶媒が、硫酸1.5%以上または塩酸4.0%以上を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the aqueous solvent contains 1.5% or more of sulfuric acid or 4.0% or more of hydrochloric acid. 残渣を洗浄液で洗浄する工程を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 4, comprising a step of washing the residue with a washing liquid. 洗浄液が、水または希酸水溶液である、請求項5に記載の方法。   6. The method according to claim 5, wherein the cleaning liquid is water or a dilute aqueous acid solution. バイオマス1重量部に対し、水系溶媒を2.5〜50重量部、洗浄液を2〜40重量部用いる、請求項5または6に記載の方法。   The method according to claim 5 or 6, wherein 2.5 to 50 parts by weight of an aqueous solvent and 2 to 40 parts by weight of a cleaning liquid are used with respect to 1 part by weight of biomass. バイオマスが、イネ科植物、マメ科植物、アブラナ科植物またはキク科植物由来である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the biomass is derived from a gramineous plant, a legume plant, a cruciferous plant, or a asteraceae plant. 請求項1〜8のいずれか1項に定義された工程を含み、植物バイオマスが重金属で汚染された土壌で栽培されたものである、土壌からの汚染の除去方法。   A method for removing contamination from soil, comprising the step defined in any one of claims 1 to 8, wherein the plant biomass is cultivated in soil contaminated with heavy metals. 請求項1〜10のいずれか1項に定義された工程を含む、エネルギーまたは有用物質の生産のための原料の製造方法。   A method for producing a raw material for production of energy or useful substances, comprising the steps defined in any one of claims 1 to 10.
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