JP2017131883A - Heavy metal ion absorbent - Google Patents

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弘行 桑野
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慎介 宮部
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an absorbent containing crystalline silico-titanate effective for absorbing heavy metal ions.SOLUTION: There is provided an absorbent of heavy metal ions containing crystalline silico-titanate having crystalline particle diameter of 150 Å or more and represented by the general formula: ATiSiOnHO, where A is one or two alkali metal selected from Na and K and preferably potassium content has weight ratio to AO in terms of KO of 0<KO/AO≤50 mass% and n is 0 to 8, wherein the crystalline silico-titanate preferably has crystalline diameter of 150 to 250 Å.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、重金属イオンを選択的にかつ効率的に分離・回収することに好適に用い得る結晶性シリコチタネートを含有する吸着剤に関する。   The present invention relates to an adsorbent containing crystalline silicotitanate that can be suitably used for selectively and efficiently separating and recovering heavy metal ions.

セシウム及び/又はストロンチウムの吸着性についてこれまでに研究されている無機系吸着剤の一つとして、結晶性シリコチタネートがある。結晶性シリコチタネートは、Ti/Si比が1:1のもの、5:12のもの、2:1のもの等、複数種類の組成のものが知られているが、その他に、Ti/Si比が4:3である結晶性シリコチタネートが存在することが知られている。非特許文献1には、Ti源としてTi(OET)4というアルコキシドを用い、Si源としてコロイダルシリカを用いて水熱処理により製造される製造物3B及び3Cは、そのX線回折パターンから、3次元的な8員環構造を有していること、この構造の結晶性シリコチタネートは、理想的にはM4Ti4Si316(MはNa、K等)で表される組成を有することを報告し、この構造の結晶性シリコチタネートにGrace titanium silicate(GTS−1)と名付けている。また、非特許文献2にはTi/Si比が4:3である結晶性シリコチタネートを、Ti源として四塩化チタンを含有し、Si源として高分散SiO2粉末を含有する混合溶液に水熱処理を施すことにより製造した旨が記載されている。同文献には、合成した結晶性シリコチタネートは、Mg、Ca、Sr及びCoとイオン交換能を有する旨が記載されている。
また、本出願人らは、先にセシウム及びストロンチウムを両方吸着できる吸着剤として、Ti/Si比が4:3である結晶性シリコチタネートと、A'4Ti920・mH2O(式中、A'はNa及びKから選ばれる1種又は2種のアルカリ金属を示す。式中、mは0以上の数を表す。)で表されるチタン酸塩とを含む組成物を報告している(下記特許文献1参照)。
Crystalline silicotitanate is one of the inorganic adsorbents studied so far for the adsorptivity of cesium and / or strontium. Crystalline silicotitanates are known to have a plurality of types of compositions such as those with a Ti / Si ratio of 1: 1, 5:12, and 2: 1. It is known that there is crystalline silicotitanate in which is 4: 3. In Non-Patent Document 1, products 3B and 3C produced by hydrothermal treatment using an alkoxide of Ti (OET) 4 as a Ti source and colloidal silica as a Si source are three-dimensional from the X-ray diffraction pattern. It has a typical 8-membered ring structure, and the crystalline silicotitanate having this structure ideally has a composition represented by M 4 Ti 4 Si 3 O 16 (M is Na, K, etc.). The crystalline silicotitanate having this structure is named Grace titanium silicate (GTS-1). Non-Patent Document 2 discloses a hydrothermal treatment of a crystalline silicotitanate having a Ti / Si ratio of 4: 3, titanium tetrachloride as a Ti source, and a highly dispersed SiO 2 powder as a Si source. The fact that it was manufactured by applying is described. This document describes that the synthesized crystalline silicotitanate has ion exchange capacity with Mg, Ca, Sr and Co.
In addition, the present applicants previously described crystalline silicotitanate having a Ti / Si ratio of 4: 3 as an adsorbent capable of adsorbing both cesium and strontium, and A ′ 4 Ti 9 O 20 .mH 2 O (formula Wherein A ′ represents one or two alkali metals selected from Na and K. In the formula, m represents a number of 0 or more. (See Patent Document 1 below).

特許5696244号公報Japanese Patent No. 5696244

ZEOLITES,1990,Vol 10,November/DecemberZEOLITES, 1990, Vol 10, November / December 藤原 恵子、“ヒートポンプ吸着剤としてのマイクロポーラスクリスタルの改質と評価”、[online]、[2014年3月3日検索]、インターネット<URL:http://kaken.nii.ac.jp/pdf/2011/seika/C-19/15501/21560846seika.pdf>Keiko Fujiwara, “Modification and evaluation of microporous crystals as heat pump adsorbents”, [online], [March 3, 2014 search], Internet <URL: http://kaken.nii.ac.jp/pdf /2011/seika/C-19/15501/21560846seika.pdf>

重金属イオンは、生態系に大きな弊害をもたらすことが知られている。このため、重金属イオンに対して優れた吸着能を有する吸着剤も求められている。
したがって本発明の課題は、重金属イオンの吸着に有効な結晶性シリコチタネートを含有する吸着剤を提供することにある。
Heavy metal ions are known to cause significant damage to ecosystems. For this reason, an adsorbent having an excellent adsorption capacity for heavy metal ions is also required.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an adsorbent containing crystalline silicotitanate that is effective for adsorption of heavy metal ions.

本発明者は、上記実情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、結晶子径が特定範囲にある一般式;A4Ti4Si316・nH2O(式中、AはNa及びKから選ばれる1種又は2種のアルカリ金属を示す。式中、nは0〜8を示す。)で表される結晶性シリコチタネートは、特に重金属イオンの吸着能が優れたものになることを見出し、本発明を完成にするに到った。 The present inventor has conducted extensive studies in view of the above circumstances, and as a result, a general formula having a crystallite diameter in a specific range; A 4 Ti 4 Si 3 O 16 .nH 2 O (where A is selected from Na and K) The crystalline silicotitanate represented by the formula 1 or 2 alkali metal, wherein n is 0 to 8, has been found to be particularly excellent in the ability to adsorb heavy metal ions, The present invention has been completed.

即ち、本発明が提供しよとする吸着剤は、重金属イオンの吸着剤であって、
結晶子径が150オングストローム以上である一般式;A4Ti4Si316・nH2O(式中、AはNa及びKから選ばれる1種又は2種のアルカリ金属を示す。式中、nは0〜8を示す。)で表される結晶性シリコチタネートを含有することを特徴とするものである。
That is, the adsorbent to be provided by the present invention is an adsorbent for heavy metal ions,
A 4 Ti 4 Si 3 O 16 .nH 2 O (wherein A represents one or two alkali metals selected from Na and K. In the formula, the crystallite diameter is 150 Å or more; n represents 0-8.) It contains crystalline silicotitanate.

本発明によれば、特にPb、Cu、Zn、Cd及びHg等の重金属イオンの吸着除去特性に優れた結晶性シリコチタネートを含有する吸着剤を提供することが出来る。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the adsorption agent containing the crystalline silicotitanate excellent in especially the adsorption removal characteristic of heavy metal ions, such as Pb, Cu, Zn, Cd, and Hg, can be provided.

図1は、実施例1〜2及び参考例1で得られた結晶性シリコチタネートを含む吸着剤のX線回折チャートである。1 is an X-ray diffraction chart of an adsorbent containing crystalline silicotitanate obtained in Examples 1 and 2 and Reference Example 1. FIG. 図2は、比較例1で得られた結晶性シリコチタネートを含む吸着剤のX線回折チャートである。2 is an X-ray diffraction chart of an adsorbent containing crystalline silicotitanate obtained in Comparative Example 1. FIG. 図3は、実施例4で得られた結晶性シリコチタネートを含む吸着剤のX線回折チャートである。FIG. 3 is an X-ray diffraction chart of the adsorbent containing crystalline silicotitanate obtained in Example 4.

以下、本発明を好ましい実施形態に基づき説明する。
本発明に係る吸着剤は重金属イオンを吸着するものである。本発明の吸着剤で吸着する重金属イオンとしては、例えば、Pb、Cu、Zn、Cd、Hg、Co、Ni、Fe、Mn、Ag等の1種又は2種以上が挙げられ、これらのうち、Pb、Cu、Zn、Cd及びHgから選ばれる1種又は2種であることが特に好ましい。
Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments.
The adsorbent according to the present invention adsorbs heavy metal ions. Examples of heavy metal ions adsorbed by the adsorbent of the present invention include one or more of Pb, Cu, Zn, Cd, Hg, Co, Ni, Fe, Mn, Ag, and the like. Among these, Particularly preferred is one or two selected from Pb, Cu, Zn, Cd and Hg.

本発明に係る吸着剤に含有させる結晶性シリコチタネートは、一般式;A4Ti4Si316・nH2O(式中、AはNa及びKから選ばれる1種又は2種のアルカリ金属を示す。式中、nは0〜8を示す。)で表される。 The crystalline silicotitanate contained in the adsorbent according to the present invention has a general formula: A 4 Ti 4 Si 3 O 16 .nH 2 O (wherein A is one or two alkali metals selected from Na and K). In the formula, n represents 0 to 8.)

なお、一般式;A4Ti4Si316・nH2O(式中、AはNa及びKのアルカリ金属を示す。式中、nは0〜8を示す。)で表される結晶性シリコチタネート(以下、単に「結晶性シリコチタネート」と呼ぶことがある)において、更に詳細な組成については定かではないが、式中のAがNa及びKを含む場合は、一般式;Na4Ti4Si316・nH2O及びK4Ti4Si316・nH2Oを含むか、或いは(Nax(1-x)4Ti4Si316・nH2O(式中、xは0超1未満)であると本発明者らは推測している。 The crystallinity represented by the general formula: A 4 Ti 4 Si 3 O 16 .nH 2 O (wherein A represents an alkali metal of Na and K. In the formula, n represents 0 to 8). In silicotitanate (hereinafter, sometimes simply referred to as “crystalline silicotitanate”), a more detailed composition is not clear, but when A in the formula contains Na and K, the general formula; Na 4 Ti 4 Si 3 O 16 · nH 2 O and K 4 Ti 4 Si 3 O 16 · nH or containing 2 O, or (Na x K (1-x )) 4 Ti 4 Si 3 O 16 · nH 2 O ( wherein The present inventors presume that x is more than 0 and less than 1.

本発明に係る吸着剤に含有させる結晶性シリコチタネートは、該結晶性シリコチタネートを線源としてCu−Kα線を用いてX線回折分析を行い、2θ=10°以上13°以下の回折ピーク(メーンピーク(B1))の半値幅からシェラーの式より求められる結晶子径が150オングストローム以上、好ましくは160〜250オングストローム、特に好ましくは180〜230オングストロームであることが一つの特徴である。   The crystalline silicotitanate contained in the adsorbent according to the present invention is subjected to X-ray diffraction analysis using Cu-Kα rays with the crystalline silicotitanate as a radiation source, and a diffraction peak of 2θ = 10 ° to 13 ° ( One feature is that the crystallite diameter determined from the Scherrer equation from the half width of the main peak (B1) is 150 angstroms or more, preferably 160 to 250 angstroms, particularly preferably 180 to 230 angstroms.

本発明に係る吸着剤は、前記特徴を有することに加えて、該結晶性シリコチタネートを線源としてCu−Kα線を用いてX線回折測定したときに、結晶性シリコチタネートの2θ=10°以上13°以下の格子面(100面)の回折ピーク(メーンピーク(B1))の半値幅が、0.3〜0.7°、好ましくは0.3〜0.55°であることも一つの特徴である。   In addition to having the above characteristics, the adsorbent according to the present invention has 2θ = 10 ° of crystalline silicotitanate when X-ray diffraction measurement is performed using Cu-Kα rays with the crystalline silicotitanate as a radiation source. The half-value width of the diffraction peak (main peak (B1)) of the lattice plane (100 plane) of 13 ° or less is 0.3 to 0.7 °, preferably 0.3 to 0.55 °. It is one feature.

非特許文献2においては、チタン源として四塩化チタンを用い、ケイ酸源及び四塩化チタンは、Ti/Siが0.32となる量で混合溶液に添加して得られる結晶子径が80〜130オングストロームである結晶性シリコチタネートが開示されている。
本発明者らは、重金属イオンの吸着能には、吸着剤に含有させる結晶性シリコチタネートの2θ=10°以上13°以下の回折ピーク(メーンピーク(B1))から求められる結晶子径が関係し、結晶子径を非特許文献に比べて大きい特定の範囲とすることで非特許文献2に比べて、重金属イオンの吸着能が向上した吸着剤になることを見出した。
In Non-Patent Document 2, titanium tetrachloride is used as a titanium source, and the crystallite diameter obtained by adding the silicic acid source and titanium tetrachloride to the mixed solution in such an amount that Ti / Si is 0.32 is 80 to 80. A crystalline silicotitanate that is 130 Å is disclosed.
The inventors of the present invention are concerned with the crystallite size determined from the diffraction peak (main peak (B1)) of 2θ = 10 ° or more and 13 ° or less of the crystalline silicotitanate contained in the adsorbent for the adsorption ability of heavy metal ions. And it discovered that it became the adsorbent which the adsorption capacity of heavy metal ion improved compared with the nonpatent literature 2 by making a crystallite diameter into a specific range larger than a nonpatent literature.

また、本発明に係る吸着剤において、含有させる結晶性シリコチタネートは、カリウムの含有量がK2O換算で、A2Oにする重量比(K2O/A2O)で0超50質量%以下、好ましくは5質量%以上40質量%以下であることが、重金属イオンの吸着能をより一層向上させる観点から好ましい。 Further, in the adsorbent according to the present invention, crystalline Shirikochitaneto to be contained is in a content of potassium K 2 O in terms of, 0 in a weight ratio to the A 2 O (K 2 O / A 2 O) Ultra 50 Weight % Or less, preferably 5% by mass or more and 40% by mass or less, from the viewpoint of further improving the adsorption ability of heavy metal ions.

本発明に係る吸着剤は、前記結晶性シリコチタネートを単独で用いてもよいが、一般式;A'4Ti920・mH2O(式中、A'はNa及びKから選ばれる1種又は2種のアルカリ金属を示す。式中、mは0以上の数を表す。)で表される9チタン酸塩と併用して用いることが出来る。本発明において、前記結晶性シリコチタネートと9チタン酸塩を併用して用いると、例えば、Hgの重金属イオンの吸着性能を飛躍的に向上させることができる。 In the adsorbent according to the present invention, the crystalline silicotitanate may be used alone, but the general formula; A ′ 4 Ti 9 O 20 · mH 2 O (where A ′ is selected from Na and K 1 It represents a seed or two kinds of alkali metals, wherein m represents a number of 0 or more. In the present invention, when the crystalline silicotitanate and 9 titanate are used in combination, for example, the adsorption performance of Hg heavy metal ions can be dramatically improved.

なお、A'4Ti920・mH2O(式中、A'はNa及びKから選ばれる1種又は2種のアルカリ金属を示す。式中、mは0以上の数を表す。)で表される9チタン酸塩((以下、単に「9チタン酸塩」と呼ぶことがある)において、更に詳細な組成については定かではないが、式中のAがNa及びKを含む場合は、一般式;Na4Ti920・mH2O及びK4Ti920・mH2Oを含むか、或いは(Nax(1-x)4Ti920・mH2O(式中、xは0超1未満)であると本発明者らは推測している。 Incidentally, A '4 Ti 9 O 20 · mH 2 O ( wherein, A' is. In formula indicating one or two alkali metal selected from Na and K, m represents a number of 0 or more.) In the case of 9 titanate represented by the formula (hereinafter, sometimes simply referred to as “9 titanate”), the detailed composition is not clear, but when A in the formula contains Na and K Or a general formula; Na 4 Ti 9 O 20 · mH 2 O and K 4 Ti 9 O 20 · mH 2 O, or (Na x K (1-x) ) 4 Ti 9 O 20 · mH 2 O ( In the formula, the present inventors presume that x is more than 0 and less than 1.

本発明に係る吸着剤において、前記9チタン酸塩の含有量は、X線源としてCu−Kα線を用いて該吸着剤を測定したときに、9チタン酸塩に由来する2θ=8〜10°のメーンピーク(A1)と、結晶性シリコチタネートの2θ=10〜13°のメーンピーク(B1)の高さ比(A1/B1)で、5〜40%、好ましくは5〜30%の範囲であることが、特にHg等の重金属イオンの吸着性能を向上させることができる観点から好ましい。   In the adsorbent according to the present invention, the content of the 9 titanate is 2θ = 8 to 10 derived from 9 titanate when the adsorbent is measured using Cu—Kα ray as an X-ray source. The height ratio (A1 / B1) of the main peak (A1) at 0 ° to the main peak (B1) at 2θ = 10-13 ° of crystalline silicotitanate is in the range of 5-40%, preferably 5-30% It is particularly preferable from the viewpoint of improving the adsorption performance of heavy metal ions such as Hg.

また、本発明の吸着剤は、組成分析によって得られる前記結晶性シリコチタネートに対する前記9チタン酸塩のモル比(前者:後者)が、1:0.25〜0.45であることが好ましく、1:0.30〜0.40であることがより好ましく、1:0.35〜0.38であることが更に好ましい。   In the adsorbent of the present invention, the molar ratio of the 9 titanate to the crystalline silicotitanate obtained by composition analysis (the former: the latter) is preferably 1: 0.25 to 0.45, It is more preferable that it is 1: 0.30-0.40, and it is still more preferable that it is 1: 0.35-0.38.

<結晶性シリコチタネート:9チタン酸塩のモル比の求め方>
(a)吸着剤を、適当な容器(アルミリング等)に入れ、ダイスで挟みこんでからプレス機で10MPaの圧力をかけてペレット化することにより測定用試料を得る。この試料を蛍光X線装置(装置名:ZSX100e、管球:Rh(4kW)、雰囲気:真空、分析窓:Be(30μm)、測定モード:SQX分析(EZスキャン)、測定径:30mmφ、(株)リガク製)で全元素測定する。吸着剤中のSiO2及びTiO2の含有量(質量%)を、半定量分析法であるSQX法で計算することで算出する。
(b)求めたSiO2及びTiO2の含有量(質量%)をそれぞれの分子量で割り、吸着剤100g中のSiO2及びTiO2のモル数を得る。
(c)前記で求めた吸着剤中のSiO2のモル数の3分の1を吸着剤中の前記結晶性シリコチタネート(Na4Ti4Si316・nH2O、(Nax(1-x)4Ti4Si316・nH2O及びK4Ti4Si316・nH2Oから選ばれる少なくとも1種)のモル数と仮定する。また、前記結晶性シリコチタネート1モル中のTi原子のモル数が4であることから、下記式(1)により吸着剤中の前記チタン酸塩のモル数を求める。

Figure 2017131883
(d)得られた結晶性シリコチタネートのモル数及びチタン酸塩のモル数から上記の比を得る。 <How to find the molar ratio of crystalline silicotitanate: 9 titanate>
(A) The adsorbent is put in a suitable container (aluminum ring or the like), sandwiched between dies, and pelletized by applying a pressure of 10 MPa with a press machine to obtain a measurement sample. This sample was subjected to a fluorescent X-ray apparatus (device name: ZSX100e, tube: Rh (4 kW), atmosphere: vacuum, analysis window: Be (30 μm), measurement mode: SQX analysis (EZ scan), measurement diameter: 30 mmφ, (stock ) All elements are measured with Rigaku). The content (mass%) of SiO 2 and TiO 2 in the adsorbent is calculated by calculating by the SQX method which is a semi-quantitative analysis method.
(B) the obtained content of SiO 2 and TiO 2 (mass%) divided by the respective molecular weight, obtaining the number of moles of SiO 2 and TiO 2 in the adsorbent 100 g.
(C) One third of the number of moles of SiO 2 in the adsorbent determined above is used as the crystalline silicotitanate (Na 4 Ti 4 Si 3 O 16 .nH 2 O, (Na x K ( 1-x) ) 4 Ti 4 Si 3 O 16 .nH 2 O and K 4 Ti 4 Si 3 O 16 .nH 2 O are assumed to be the number of moles. Moreover, since the number of moles of Ti atoms in 1 mole of the crystalline silicotitanate is 4, the number of moles of the titanate in the adsorbent is determined by the following formula (1).
Figure 2017131883
(D) The above ratio is obtained from the number of moles of the obtained crystalline silicotitanate and the number of moles of titanate.

本発明の吸着剤は、例えばケイ酸源と、ナトリウム化合物及び/又はカリウム化合物と、四塩化チタンと、水とを混合して、混合ゲルを得る第一工程と、第一工程により得られた混合ゲルを水熱反応させる第二工程とを有し、第一工程において、混合ゲルに含まれるTiとSiとのモル比がTi/Si=0.5以上3.0以下となるように、ケイ酸源及び四塩化チタンとを添加することにより製造することが出来る。   The adsorbent of the present invention was obtained by, for example, a first step of mixing a silicic acid source, a sodium compound and / or potassium compound, titanium tetrachloride, and water to obtain a mixed gel, and the first step. A second step of hydrothermally reacting the mixed gel, and in the first step, the molar ratio of Ti and Si contained in the mixed gel is Ti / Si = 0.5 to 3.0, It can be produced by adding a silicic acid source and titanium tetrachloride.

前記の吸着剤の製造方法によれば、結晶性シリコチタネートのみを含有する吸着剤及び結晶性シリコチタネートと9チタン酸塩の両方を含有する吸着剤を製造することができる。   According to the method for producing an adsorbent, an adsorbent containing only crystalline silicotitanate and an adsorbent containing both crystalline silicotitanate and 9 titanate can be produced.

以下、本発明の吸着剤の製造方法について説明する。
第一工程に係るケイ酸源としては、例えば、ケイ酸ソーダが挙げられる。また、ケイ酸アルカリ(すなわちケイ酸のアルカリ金属塩)をカチオン交換することにより得られる活性ケイ酸も挙げられる。
Hereinafter, the manufacturing method of the adsorbent of this invention is demonstrated.
As a silicic acid source which concerns on a 1st process, sodium silicate is mentioned, for example. Moreover, the active silicic acid obtained by carrying out cation exchange of the alkali silicate (namely, alkali metal salt of silicic acid) is also mentioned.

活性ケイ酸は、ケイ酸アルカリ水溶液を例えばカチオン交換樹脂に接触させてカチオン交換して得られるものである。ケイ酸アルカリ水溶液の原料としては、通常水ガラス(水ガラス1号〜4号等)と呼ばれるケイ酸ナトリウム水溶液が好適に用いられる。このものは比較的安価であり、容易に手に入れることができる。また、Naイオンを嫌う半導体用途では、ケイ酸カリウム水溶液が原料としてふさわしい。固体状のメタケイ酸アルカリを水に溶かしてケイ酸アルカリ水溶液を調製する方法もある。メタケイ酸アルカリは晶析工程を経て製造されるので、不純物の少ないものがある。ケイ酸アルカリ水溶液は、必要に応じて水で希釈して使用する。   The activated silicic acid is obtained by cation exchange by bringing an aqueous alkali silicate solution into contact with, for example, a cation exchange resin. As a raw material for the alkali silicate aqueous solution, a sodium silicate aqueous solution usually called water glass (water glass No. 1 to No. 4 etc.) is preferably used. This is relatively inexpensive and can be easily obtained. For semiconductor applications that dislike Na ions, an aqueous potassium silicate solution is suitable as a raw material. There is also a method of preparing an alkali silicate aqueous solution by dissolving solid alkali silicate in water. Alkali metasilicates are produced through a crystallization process, so some of them have few impurities. The aqueous alkali silicate solution is diluted with water as necessary.

活性ケイ酸を調製するときに使用するカチオン交換樹脂は、公知のものを適宜選択して使用することができ、特に制限されない。ケイ酸アルカリ水溶液とカチオン交換樹脂との接触工程では、例えばケイ酸アルカリ水溶液をシリカが濃度3質量%以上10質量%以下となるように水に希釈し、次いで、希釈したケイ酸アルカリ水溶液をH型強酸性又は弱酸性カチオン交換樹脂に接触させて脱アルカリする。更に必要に応じてOH型強塩基性アニオン交換樹脂に接触させて脱アニオンすることができる。この工程によって、活性ケイ酸水溶液が調製される。ケイ酸アルカリ水溶液とカチオン交換樹脂との接触条件の詳細については、従来、様々な提案が既にあり、本発明ではそれら公知のいかなる接触条件も採用することができる。   The cation exchange resin used when preparing the active silicic acid can be appropriately selected from known ones and is not particularly limited. In the contacting step between the alkali silicate aqueous solution and the cation exchange resin, for example, the alkali silicate aqueous solution is diluted with water so that the silica has a concentration of 3% by mass or more and 10% by mass or less. Contact with a strong acidic or weakly acidic cation exchange resin to dealkalize. Further, if necessary, it can be deanioned by contacting with an OH type strongly basic anion exchange resin. By this step, an active silicic acid aqueous solution is prepared. Regarding the details of the contact conditions between the aqueous alkali silicate solution and the cation exchange resin, various proposals have already been made, and any known contact conditions can be adopted in the present invention.

第一工程において用いられるナトリウム化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等が挙げられる。これらのナトリウム化合物のうち、炭酸ナトリウムを用いると炭酸ガスが発生するため、そのようなガスの発生がない水酸ナトリウムを用いることが、中和反応を円滑に進める観点から好ましい。   Examples of the sodium compound used in the first step include sodium hydroxide and sodium carbonate. Among these sodium compounds, when sodium carbonate is used, carbon dioxide gas is generated. Therefore, it is preferable to use sodium hydroxide that does not generate such gas from the viewpoint of smoothly promoting the neutralization reaction.

また、カリウム化合物としては、例えば、水酸化カリウム、炭酸カリウム等が挙げられる。これらのカリウム化合物のうち、炭酸カリウムを用いると炭酸ガスが発生するため、そのようなガスの発生がない水酸化カリウムを用いることが、中和反応を円滑に進める観点から好ましい。   Examples of the potassium compound include potassium hydroxide and potassium carbonate. Among these potassium compounds, when potassium carbonate is used, carbon dioxide gas is generated. Therefore, it is preferable to use potassium hydroxide that does not generate such gas from the viewpoint of smoothly promoting the neutralization reaction.

第一工程においてナトリウム化合物及びカリウム化合物を用いる場合は、ナトリウム化合物とカリウム化合物との合計モル数に対し、カリウム化合物のモル数の割合が0%超50%以下であることが好ましく、5%以上30%以下であることがより好ましい。   When using a sodium compound and a potassium compound in the first step, the ratio of the number of moles of the potassium compound to the total number of moles of the sodium compound and the potassium compound is preferably more than 0% and 50% or less, preferably 5% or more More preferably, it is 30% or less.

ケイ酸源及び四塩化チタンの添加量は、混合ゲル中の四塩化チタン由来のTiとケイ酸源由来のSiとのモル比であるTi/Siが特定比となる量にする。例えば、非特許文献3においては、チタン源として四塩化チタンを用いているが、ケイ酸源及び四塩化チタンは、Ti/Si比が0.32となる量で混合溶液に添加されている。これに対し、本製造方法では、Ti/Si比が0.5以上3.0以下となるような量でケイ酸源及び四塩化チタンを添加する。本発明者らが検討した結果、混合ゲル中のTi/Si比を前記のモル比範囲に設定することで、結晶性シリコチタネートとして、結晶化度が高く、結晶子径及び半値幅が上記範囲のものが得られやすくなる。また、混合ゲル中のTi/Si比は、1.0以上3.0以下であることが好ましい。   The addition amount of the silicic acid source and titanium tetrachloride is such that Ti / Si, which is the molar ratio of Ti derived from titanium tetrachloride and Si derived from the silicic acid source in the mixed gel, has a specific ratio. For example, in Non-Patent Document 3, titanium tetrachloride is used as the titanium source, but the silicate source and titanium tetrachloride are added to the mixed solution in such an amount that the Ti / Si ratio is 0.32. On the other hand, in this manufacturing method, a silicic acid source and titanium tetrachloride are added in such an amount that the Ti / Si ratio is 0.5 or more and 3.0 or less. As a result of the study by the present inventors, by setting the Ti / Si ratio in the mixed gel to the above molar ratio range, as a crystalline silicotitanate, the crystallinity is high, and the crystallite diameter and the half width are in the above range. It becomes easy to obtain. The Ti / Si ratio in the mixed gel is preferably 1.0 or more and 3.0 or less.

なお、結晶性シリコチタネートのみを含む吸着剤を得る場合は、Ti/Siのモル比は、1.2以上1.5以下であり、結晶性シリコチタネートと9チタン酸塩を含有する吸着剤を得る場合はTi/Siのモル比は1.8以上2.2以下であることが好ましい。   When obtaining an adsorbent containing only crystalline silicotitanate, the molar ratio of Ti / Si is 1.2 or more and 1.5 or less, and an adsorbent containing crystalline silicotitanate and 9 titanate is used. When obtained, the molar ratio of Ti / Si is preferably 1.8 or more and 2.2 or less.

また、混合ゲルに占めるSiO2換算のケイ酸源濃度とTiO2換算の四塩化チタン濃度の総量が2.0質量%以上40質量%以下であり、かつ混合ゲルに占めるA2O/SiO2のモル比=0.5以上3.0以下となるようにケイ酸源及び四塩化チタンを添加することが望ましい。ここで、AはNa及びKを示す。前記範囲内にケイ酸源および四塩化チタンの添加量を調整することで、目的とする結晶性シリコチタネートの収率を満足すべき程度に高めることができる。 Further, the total amount of the SiO 2 equivalent silicic acid source concentration and the TiO 2 equivalent titanium tetrachloride concentration in the mixed gel is 2.0 mass% or more and 40 mass% or less, and A 2 O / SiO 2 in the mixed gel. It is desirable to add the silicic acid source and titanium tetrachloride so that the molar ratio of the above becomes 0.5 to 3.0. Here, A represents Na and K. By adjusting the addition amount of the silicic acid source and titanium tetrachloride within the above range, the yield of the target crystalline silicotitanate can be increased to a satisfactory level.

Oのモル数は、混合ゲル中のナトリウム及びカリウムのイオン数を酸化物換算で表したもの、換言すれば、ナトリウムやカリウム等のアルカリと四塩化チタンとの中和反応により使用されたナトリウムやカリウムの量を除いて求められるものである。 The number of moles of A 2 O is the number of ions of sodium and potassium in the mixed gel expressed in terms of oxide, in other words, used by the neutralization reaction between alkali such as sodium or potassium and titanium tetrachloride. It is obtained excluding the amount of sodium and potassium.

なお、結晶性シリコチタネートのみを含む吸着剤を得る場合は、A2O/SiO2のモル比=0.5以上2.5以下、結晶性シリコチタネートと9チタン酸塩を含有する吸着剤を得る場合は、1.0以上1.8以下となるようにケイ酸源及び四塩化チタンを添加することが望ましい。 When obtaining an adsorbent containing only crystalline silicotitanate, a molar ratio of A 2 O / SiO 2 = 0.5 or more and 2.5 or less, an adsorbent containing crystalline silicotitanate and 9 titanate is used. When obtaining, it is desirable to add a silicic acid source and titanium tetrachloride so that it may become 1.0-1.8.

第一工程において用いられる四塩化チタンは、工業的に入手可能なものであれば、特に制限なく用いることができる。   The titanium tetrachloride used in the first step can be used without particular limitation as long as it is industrially available.

第一工程において、ケイ酸源、ナトリウム化合物、カリウム化合物、及び四塩化チタンは、それぞれ水溶液の形態で反応系に添加することができる。場合によっては固体の形態で添加することができる。更に第一工程では、得られた混合ゲルに対して、必要であれば純水を用いて該混合ゲルの濃度を調整することができる。   In the first step, the silicic acid source, sodium compound, potassium compound, and titanium tetrachloride can be added to the reaction system in the form of an aqueous solution, respectively. In some cases, it can be added in solid form. Further, in the first step, the concentration of the mixed gel can be adjusted using pure water if necessary for the obtained mixed gel.

第一工程において、ケイ酸源、ナトリウム化合物、カリウム化合物、及び四塩化チタンは、種々の添加順序で添加することができる。例えば(1)ケイ酸源、ナトリウム化合物及び/又はカリウム化合物、並びに水を混合したものに、四塩化チタンを添加することにより混合ゲルを得ることができる(この添加順序のことを、以下、単に「(1)の実施」ということもある。)。この(1)の実施は、四塩化チタンから塩素の発生をおさえる点で好ましい。   In the first step, the silicic acid source, sodium compound, potassium compound, and titanium tetrachloride can be added in various addition orders. For example, (1) a mixed gel can be obtained by adding titanium tetrachloride to a mixture of a silicate source, a sodium compound and / or a potassium compound, and water (this addition order is simply referred to as “additional order” hereinafter). (It may be called “Implementation of (1)”.) The implementation of (1) is preferable in that the generation of chlorine from titanium tetrachloride is suppressed.

第一工程において別の添加順序として、(2)ケイ酸アルカリをカチオン交換することによって得られる活性ケイ酸(以下、単に「活性ケイ酸」ということもある。)水溶液と四塩化チタンと水とを混合したものに、ナトリウム化合物及び/又はカリウム化合物を添加する、という態様を採用することができる。この添加順序を採用しても、(1)の実施形態と同様に混合ゲルを得ることができる(この添加順序のことを、以下、単に「(2)の実施」ということがある。)。四塩化チタンはその水溶液の形態又は固体の形態で添加することができる。同様に、ナトリウム化合物及びカリウム化合物も、その水溶液の形態又は固体の形態で添加することができる。   As another order of addition in the first step, (2) an aqueous solution of activated silicic acid (hereinafter sometimes simply referred to as “activated silicic acid”) obtained by cation exchange of alkali silicate, titanium tetrachloride and water, A mode in which a sodium compound and / or a potassium compound is added to a mixture of these can be employed. Even if this order of addition is adopted, a mixed gel can be obtained in the same manner as in the embodiment of (1) (this order of addition may hereinafter be simply referred to as “execution of (2)”). Titanium tetrachloride can be added in the form of an aqueous solution or solid form. Similarly, sodium compounds and potassium compounds can also be added in the form of their aqueous solutions or solid forms.

(1)及び(2)の実施において、ナトリウム化合物及び/又はカリウム化合物は、混合ゲル中のナトリウム及びカリウムの合計濃度(A2O濃度)がNa2O換算で0.5質量%以上15.0質量%以下、特に0.7質量%以上13質量%以下となるように添加されることが好ましい。混合ゲル中におけるナトリウム及びカリウムの合計のNa2O換算質量及び混合ゲル中におけるナトリウム及びカリウムの合計のNa2O換算の濃度(以下「ナトリウム及ぶカリウムの合計濃度(第一工程でカリウム化合物を用いない場合、ナトリウム濃度」と言う)は、以下の式で計算される。

混合ゲル中におけるナトリウム及びカリウムの合計のNa2O換算質量(g)=(前記のAのモル数ー四塩化チタン由来の塩化物イオンのモル数)×0.5×Na2O分子量

混合ゲル中におけるナトリウム及びカリウムの合計のNa2O換算の濃度(質量%)=混合ゲル中におけるナトリウム及びカリウムの合計のNa2O換算質量/{混合ゲル中の水分量+混合ゲル中におけるナトリウム及びカリウムの合計のNa2O換算質量}×100
In the implementation of (1) and (2), the sodium compound and / or potassium compound has a total concentration of sodium and potassium (A 2 O concentration) in the mixed gel of 0.5% by mass or more in terms of Na 2 O. It is preferable to add so that it may become 0 mass% or less, especially 0.7 mass% or more and 13 mass% or less. The total Na 2 O equivalent mass of sodium and potassium in the mixed gel and the total Na 2 O equivalent concentration of sodium and potassium in the mixed gel (hereinafter referred to as “total concentration of sodium and potassium (the potassium compound is used in the first step) If not, it is referred to as “sodium concentration”).

Total Na 2 O equivalent mass (g) of sodium and potassium in the mixed gel = (number of moles of A above−number of moles of chloride ions derived from titanium tetrachloride) × 0.5 × Na 2 O molecular weight

Concentration (mass%) of total sodium and potassium in mixed gel in terms of Na 2 O = total mass of sodium and potassium in mixed gel converted to Na 2 O / {water content in mixed gel + sodium in mixed gel And potassium total Na 2 O equivalent mass} × 100

ケイ酸源の選択と混合ゲル中のナトリウム及びカリウムの合計濃度の調整を組み合わせることにより、Ti:Siのモル比が4:3の結晶性シリコチタネート以外の結晶性シリコチタネートの生成を抑制することができる。ケイ酸源としてケイ酸ソーダ又はケイ酸カリを用いた場合、混合ゲル中のナトリウム及びカリウムの合計濃度をNa2O換算で2.0質量%以上とすることで、Ti:Siのモル比が5:12の結晶性シリコチタネートの生成を効果的に抑制することが可能となり、一方、混合ゲル中のナトリウム及びカリウムの合計濃度をNa2O換算で6.0質量%以下とすることで、Ti:Siのモル比が1:
1の結晶性シリコチタネートの生成を効果的に抑制することが可能となる。また、ケイ酸源としてケイ酸アルカリをカチオン交換することにより得られる活性ケイ酸を用いた場合、Na2O換算で1.0質量%以上とすることで、Ti:Siのモル比が5:12の結晶性シリコチタネートの生成を効果的に抑制することが可能となり、一方、混合ゲル中のナトリウム及びカリウムの合計濃度をNa2O換算で6.0質量%以下とすることで、Ti:Siのモル比が1:1の結晶性シリコチタネートの生成を効果的に抑制することが可能となる。
Suppressing the formation of crystalline silicotitanate other than crystalline silicotitanate with a molar ratio of Ti: Si of 4: 3 by combining the selection of the silicate source with the adjustment of the total concentration of sodium and potassium in the mixed gel Can do. When sodium silicate or potassium silicate is used as the silicic acid source, the molar ratio of Ti: Si is set to 2.0% by mass or more in terms of Na 2 O in terms of the total concentration of sodium and potassium in the mixed gel. It becomes possible to effectively suppress the formation of 5:12 crystalline silicotitanate, while the total concentration of sodium and potassium in the mixed gel is 6.0% by mass or less in terms of Na 2 O, The molar ratio of Ti: Si is 1:
The production of 1 crystalline silicotitanate can be effectively suppressed. Also, when using the active silicic acid obtained by the alkali silicate to cation exchange as silicic acid source, by setting more than 1.0 mass% in terms of Na 2 O, Ti: molar ratio of Si 5: It is possible to effectively suppress the formation of 12 crystalline silicotitanate, while the total concentration of sodium and potassium in the mixed gel is 6.0% by mass or less in terms of Na 2 O, so that Ti: Production of crystalline silicotitanate having a Si molar ratio of 1: 1 can be effectively suppressed.

なお、ケイ酸源としてケイ酸ナトリウムを用いた場合は、ケイ酸ナトリウム中のナトリウム成分は、同時に混合ゲル中のナトリウム源となる。したがって、ここで言う「混合ゲル中におけるナトリウムのNa2O換算質量(g)」とは混合ゲル中のすべてのナトリウム成分の和として計数される。同様に、「混合ゲル中におけるカリウムのNa2O換算質量(g)」も混合ゲル中のすべてのカリウム成分の和として計数される。 When sodium silicate is used as the silicate source, the sodium component in the sodium silicate simultaneously becomes the sodium source in the mixed gel. Therefore, the “Na 2 O equivalent mass (g) of sodium in the mixed gel” mentioned here is counted as the sum of all sodium components in the mixed gel. Similarly, “Na 2 O equivalent mass (g) of potassium in the mixed gel” is also counted as the sum of all potassium components in the mixed gel.

(1)及び(2)の実施において、四塩化チタンの添加は、均一なゲルを得るため一定の時間をかけて、四塩化チタン水溶液として段階的又は連続的に行うことが望ましい。このため、四塩化チタンの添加にはペリスタポンプ等を好適に用いることができる。   In the implementation of (1) and (2), it is desirable to add titanium tetrachloride stepwise or continuously as an aqueous titanium tetrachloride solution over a certain period of time in order to obtain a uniform gel. For this reason, a peristaltic pump etc. can be used suitably for addition of titanium tetrachloride.

第一工程により得られた混合ゲルは、後述する第二工程である水熱反応を行う前に、0.1時間以上5時間以下の時間にわたり、10℃以上100℃以下で熟成を行うことが、均一な生成物を得る点で好ましい。熟成工程は、例えば静置状態で行ってもよく、あるいはラインミキサーなどを用いた撹拌状態で行ってもよい。   The mixed gel obtained in the first step may be aged at 10 ° C. or higher and 100 ° C. or lower for a time period of 0.1 hour or longer and 5 hours or shorter before performing a hydrothermal reaction which is the second step described later. From the viewpoint of obtaining a uniform product. The aging step may be performed, for example, in a stationary state, or may be performed in a stirring state using a line mixer or the like.

本発明においては第一工程において得られた前記混合ゲルを、第二工程である水熱反応に付して結晶性シリコチタネートを得る。水熱反応としては、結晶性シリコチタネートが合成できる条件であれば、いかなる条件であってもよく制限されない。通常、オートクレーブ中で好ましくは120℃以上200℃以下、更に好ましくは140℃以上180℃以下の温度において、好ましくは6時間以上120時間以下、更に好ましくは12時間以上100時間以下の時間にわたって、加圧下に反応させる。反応時間は、合成装置のスケールに応じて選定できる。   In the present invention, the mixed gel obtained in the first step is subjected to a hydrothermal reaction as the second step to obtain crystalline silicotitanate. The hydrothermal reaction is not particularly limited as long as the crystalline silicotitanate can be synthesized. Usually, in an autoclave, the temperature is preferably 120 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 140 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, preferably 6 hours or longer and 120 hours or shorter, more preferably 12 hours or longer and 100 hours or shorter. React under pressure. The reaction time can be selected according to the scale of the synthesizer.

前記第二工程で得られた結晶性シリコチタネートを含有する含水物は乾燥させ、得られた乾燥物を必要により解砕又は粉砕して粉末状(粒状を含む)とすることができる。また、結晶性シリコチタネートを含有する含水物を複数の開孔が形成された開孔部材から押出成形して棒状成形体を得、得られた該棒状成形体を乾燥させて柱状にしてもよいし、乾燥させた該棒状成形体を球状に成形したり、解砕又は粉砕して粒子状としてもよい。   The water-containing product containing the crystalline silicotitanate obtained in the second step can be dried, and the obtained dried product can be pulverized or pulverized as necessary to form a powder (including granules). Alternatively, a hydrous material containing crystalline silicotitanate may be extruded from an aperture member in which a plurality of apertures are formed to obtain a rod-shaped molded body, and the obtained rod-shaped molded body may be dried to form a columnar shape. The dried rod-shaped molded body may be formed into a spherical shape, or may be pulverized or pulverized into particles.

開孔部材に形成された孔の形状としては、円形、三角形、多角形、環形等を挙げることができる。開孔の真円換算径は0.1mm以上10mm以下が好ましく、0.3mm以上5mm以下がより好ましい。ここでいう真円換算径は、孔一つの面積を円面積とした場合の該面積から算出される円の直径である。押出成形後の乾燥温度は例えば例えば50℃以上200℃以下とすることができる。また乾燥時間は1時間以上120時間以下とすることができる。   Examples of the shape of the hole formed in the opening member include a circle, a triangle, a polygon, and a ring shape. The true circle equivalent diameter of the opening is preferably 0.1 mm or more and 10 mm or less, and more preferably 0.3 mm or more and 5 mm or less. The true circle equivalent diameter here is a diameter of a circle calculated from the area when the area of one hole is a circle area. The drying temperature after extrusion molding can be, for example, 50 ° C. or more and 200 ° C. or less. The drying time can be 1 hour or more and 120 hours or less.

乾燥させた棒状成形体は、そのままでも吸着剤として用いることができるし、軽くほぐして用いてもよい。また乾燥後の棒状成形体は粉砕して用いてもよい。これら各種の方法で得られた結晶性シリコチタネートを含有する粉末状のものは、更に分級してから吸着剤として用いることが、重金属イオンの吸着効率を高める等の観点から好ましい。分級は、例えばJISZ8801−1に規定する公称目開きが1000μm以下、特に710μm以下の第1の篩を用いることが好ましい。   The dried rod-shaped molded body can be used as an adsorbent as it is, or can be used after lightly loosening. Moreover, you may grind | pulverize and use the rod-shaped molded object after drying. It is preferable from the viewpoint of increasing the adsorption efficiency of heavy metal ions that the powdery material containing crystalline silicotitanate obtained by these various methods is further classified and then used as an adsorbent. For the classification, for example, it is preferable to use a first sieve having a nominal opening prescribed in JISZ8801-1 of 1000 μm or less, particularly 710 μm or less.

上記製造方法によれば、反応条件を適宜選択するだけで、結晶性シリコチタネートのみだけでなく、結晶性シリコチタネートと9チタン酸塩を含有する吸着剤を一気に製造できると言う工業的な利点も有する。
なお、本発明に係る結晶性シリコチタネートと9チタン酸塩を含有する吸着剤の場合は、上記した製法でX線回折的に単相の結晶性シリコチタネートを製造し、別途、市販若しくは公知の製造方法で製造した9チタン酸塩を、後で混合処理してもよいことは言うまでもない。
According to the above production method, an industrial advantage that adsorbents containing not only crystalline silicotitanate but also crystalline silicotitanate and 9 titanate can be produced all at once by selecting reaction conditions as appropriate. Have.
In addition, in the case of the adsorbent containing crystalline silicotitanate and 9 titanate according to the present invention, a single-phase crystalline silicotitanate is produced by X-ray diffraction by the above-described method, and is separately commercially available or publicly known. Needless to say, the 9 titanate produced by the production method may be mixed later.

本発明に係る結晶性シリコチタネートを含有することを特徴とする吸着剤は、必要に応じて常法に従い成形加工し、それによって得られた成形体を重金属イオンの吸着剤として用いてもよい。   The adsorbent characterized in that it contains the crystalline silicotitanate according to the present invention may be molded according to a conventional method as necessary, and the resulting molded product may be used as an adsorbent for heavy metal ions.

前記の成形加工としては、例えば結晶性シリコチタネートを含有する粉末状の吸着剤を顆粒状に成型するための造粒加工や結晶性シリコチタネートを含有する粉末状の吸着剤をスラリー化して塩化カルシウム等の硬化剤を含む液中に滴下して結晶性シリコチタネートを含有する粉末状の吸着剤をカプセル化する方法、樹脂芯材の表面に結晶性シリコチタネートを含有する粉末状の吸着剤を添着被覆処理する方法、天然繊維または合成繊維で形成されたシート状基材の表面及び/又は内部に結晶性シリコチタネートを含有する粉末状の吸着剤を付着させて固定化してシート状にする方法などを挙げることができる。造粒加工の方法としては、公知の方法が挙げられ、例えば攪拌混合造粒、転動造粒、押し出し造粒、破砕造粒、流動層造粒、噴霧乾燥造粒(スプレードライ)、圧縮造粒等を挙げることができる。造粒の過程において必要に応じバインダーや溶媒を添加、混合してもよい。バインダーとしては、公知のもの、例えばポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、デンプン、コーンスターチ、糖蜜、乳糖、ゼラチン、デキストリン、アラビアゴム、アルギン酸、ポリアクリル酸、グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン等を挙げることができる。溶媒としては水性溶媒や有機溶媒等各種のものを用いることができる。   As the molding process, for example, a powdery adsorbent containing crystalline silicotitanate is granulated and a powdery adsorbent containing crystalline silicotitanate is slurried to form calcium chloride. A method of encapsulating a powdery adsorbent containing crystalline silicotitanate by dropping it into a liquid containing a curing agent such as, and attaching a powdery adsorbent containing crystalline silicotitanate to the surface of a resin core material A method of coating treatment, a method of adhering a powdery adsorbent containing crystalline silicotitanate to the surface and / or inside of a sheet-like base material formed of natural fibers or synthetic fibers, and fixing it to a sheet shape, etc. Can be mentioned. Examples of the granulation method include known methods such as stirring and mixing granulation, rolling granulation, extrusion granulation, crushing granulation, fluidized bed granulation, spray drying granulation (spray drying), and compression granulation. A grain etc. can be mentioned. In the granulation process, a binder and a solvent may be added and mixed as necessary. As the binder, known ones such as polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, carboxymethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, methylcellulose, ethylcellulose, starch, cornstarch, molasses, lactose, gelatin , Dextrin, gum arabic, alginic acid, polyacrylic acid, glycerin, polyethylene glycol, polyvinylpyrrolidone and the like. As the solvent, various solvents such as an aqueous solvent and an organic solvent can be used.

また、結晶性シリコチタネートを含有する含水状態のものを造粒加工した顆粒状のものは、吸着剤を充填してなる吸着容器及び吸着塔を有する水処理システムの吸着剤として好適に使用することが出来る。     In addition, a granular product obtained by granulating a water-containing material containing crystalline silicotitanate is preferably used as an adsorbent in a water treatment system having an adsorption vessel and an adsorption tower filled with an adsorbent. I can do it.

この場合、結晶性シリコチタネートを含有する含水状態のものを造粒加工して得られる顆粒状のものの形状や大きさは、吸着容器や充填塔に充填して、重金属イオンを含む処理水を通水するのに適応するようにその形状及び大きさを適宜調整することが好ましい。   In this case, the shape and size of the granular material obtained by granulating the water-containing material containing crystalline silicotitanate is filled in an adsorption vessel or a packed tower, and the treated water containing heavy metal ions is passed through. It is preferable to appropriately adjust the shape and size so as to adapt to watering.

また、結晶性シリコチタネートを含有する含水状態のものを造粒加工した顆粒状のものは、更に磁性粒子を含有させることにより、重金属イオンを含む水から磁気分離で回収可能な吸着剤として使用することが出来る。磁性粒子としては、例えば鉄、ニッケル、コバルト等の金属またはこれらを主成分とする磁性合金の粉末、四三酸化鉄、三二酸化鉄、コバルト添加酸化鉄、バリウムフェライト、ストロンチウムフェライト等の金属酸化物系磁性体の粉末が挙げられる。   In addition, a granular product obtained by granulating water-containing material containing crystalline silicotitanate is used as an adsorbent that can be recovered by magnetic separation from water containing heavy metal ions by further containing magnetic particles. I can do it. Examples of magnetic particles include metals such as iron, nickel, and cobalt, or powders of magnetic alloys based on these metals, metal oxides such as iron trioxide, iron sesquioxide, cobalt-added iron oxide, barium ferrite, and strontium ferrite. Examples thereof include powders of magnetic system.

結晶性シリコチタネートを含有する含水状態のものを造粒加工した顆粒状のものに磁性粒子を含有させる方法としては、例えば、前述した造粒加工操作を磁性粒子を含有させた状態で行えばよい。   As a method of adding magnetic particles to a granulated product obtained by granulating a water-containing material containing crystalline silicotitanate, for example, the above-described granulation processing operation may be performed in a state where magnetic particles are contained. .

また、本発明に係る吸着剤は、活性炭と併用して水道水の重金属イオン吸着剤として用いることもできる。   The adsorbent according to the present invention can also be used as a heavy metal ion adsorbent for tap water in combination with activated carbon.

以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these Examples.

以下に、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。特に断らない限り「%」は「質量%」を表す。実施例及び比較例で使用した評価装置及び使用材料は以下のとおりである。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, “%” represents “mass%”. Evaluation devices and materials used in Examples and Comparative Examples are as follows.

<評価装置>
・X線回折:Bruker社 D8 AdvanceSを用いた。線源としてCu−Kαを用いた。測定条件は、管電圧40kV、管電流40mA、走査速度0.1°/secとした。
・ICP−AES:Varian社720−ESを用いた。
<Evaluation equipment>
X-ray diffraction: Bruker D8 AdvanceS was used. Cu-Kα was used as the radiation source. The measurement conditions were a tube voltage of 40 kV, a tube current of 40 mA, and a scanning speed of 0.1 ° / sec.
ICP-AES: Varian 720-ES was used.

<使用材料>
・ケイ酸カリウム:日本化学工業株式会社製(SiO2:26.5%、K2O:13.5%、H2O:60.00%、SiO2/K2O=3.09)。
・ケイ酸ナトリウム:日本化学工業株式会社製(SiO2:28.96%、Na2O:9.37%、H2O:61.67%、SiO2/Na2O=3.1)。
・シリカゾル:日本化学工業株式会社製(SiO2:30%、粒子径15オングストローム)
・苛性カリ:固体試薬 水酸化カリウム(KOH:85%)
・苛性ソーダ水溶液;工業用25%水酸化ナトリウム(NaOH:25%、H2O:75%)
・四塩化チタン水溶液:株式会社大阪チタニウムテクノロジーズ社製36.48%水溶液・二酸化チタン:石原産業ST−01
<Materials used>
Potassium silicate: manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd. (SiO 2 : 26.5%, K 2 O: 13.5%, H 2 O: 60.00%, SiO 2 / K 2 O = 3.09).
Sodium silicate: manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd. (SiO 2 : 28.96%, Na 2 O: 9.37%, H 2 O: 61.67%, SiO 2 / Na 2 O = 3.1).
Silica sol: manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd. (SiO 2 : 30%, particle size 15 angstrom)
・ Caustic potash: solid reagent potassium hydroxide (KOH: 85%)
・ Caustic soda aqueous solution; industrial 25% sodium hydroxide (NaOH: 25%, H 2 O: 75%)
-Titanium tetrachloride aqueous solution: 36.48% aqueous solution manufactured by Osaka Titanium Technologies Co., Ltd.-Titanium dioxide: Ishihara Sangyo ST-01

〔実施例1〜2及び参考例1〕
<結晶性シリコチタネートの合成>
(1)第一工程
ケイ酸ソーダ、25%苛性ソーダ、85%苛性カリ及び純水を用い表1に示す量で混合し撹拌して混合水溶液を得た。この混合水溶液に、表1に示す量の四塩化チタン水溶液をペリスタポンプで0.5時間にわたって連続的に添加して混合ゲルを製造した。当該混合ゲルは、四塩化チタン水溶液の添加後、1時間にわたり室温(25℃)で静置熟成した。
[Examples 1 and 2 and Reference Example 1]
<Synthesis of crystalline silicotitanate>
(1) First Step Using sodium silicate, 25% caustic soda, 85% caustic potash and pure water, they were mixed in the amounts shown in Table 1 and stirred to obtain a mixed aqueous solution. To this mixed aqueous solution, the amount of titanium tetrachloride aqueous solution shown in Table 1 was continuously added with a peristaltic pump over 0.5 hours to produce a mixed gel. The mixed gel was aged by standing at room temperature (25 ° C.) for 1 hour after the addition of the aqueous titanium tetrachloride solution.

(2)第二工程
第一工程で得られた混合ゲルをオートクレーブに入れ、1時間かけて表1の温度まで昇温したのち、この温度を維持しながら撹拌下に反応を行った。反応後のスラリーをろ過、洗浄、乾燥して塊状の結晶性シリコチタネートを得た。
(2) Second Step The mixed gel obtained in the first step was put in an autoclave and heated to the temperature shown in Table 1 over 1 hour, and then the reaction was carried out with stirring while maintaining this temperature. The slurry after the reaction was filtered, washed and dried to obtain massive crystalline silicotitanate.

得られた結晶性シリコチタネートのX線回折構造から判断される組成を以下の表2に示す。また、結晶性シリコチタネートをICPにより元素分析を行いNa量とK量をそれぞれNa2O換算とK2O換算で表し、その結果を表2に併記した。また、実施例1〜2及び参考例1で得られた結晶性シリコチタネートのX線回折チャートを図1に示す。
また、実施例1〜2及び参考例1で得られた結晶性シリコチタネート試料について半値幅、結晶子径を下記のようにして求め、その結果を表3に示す。
半値幅は、線源としてCu−Kα線を用いてX線回折測定を行い、2θ=10°〜13°のメーンピーク(B1)の格子面(100面)における値を求めた。
また、結晶子径は、前記の回折ピークの半値幅を求めた値に基づいて、シェラーの式から求めた。
The composition judged from the X-ray diffraction structure of the obtained crystalline silicotitanate is shown in Table 2 below. Further, elemental analysis of the crystalline silicotitanate was performed by ICP, and the amounts of Na and K were expressed in terms of Na 2 O and K 2 O, respectively, and the results are also shown in Table 2. Moreover, the X-ray-diffraction chart of the crystalline silicotitanate obtained in Examples 1-2 and Reference Example 1 is shown in FIG.
Moreover, about the crystalline silicotitanate sample obtained in Examples 1-2 and Reference Example 1, the full width at half maximum and the crystallite diameter were determined as follows, and the results are shown in Table 3.
The half-value width was obtained by performing X-ray diffraction measurement using Cu-Kα ray as a radiation source and obtaining a value on the lattice plane (100 plane) of the main peak (B1) of 2θ = 10 ° to 13 °.
The crystallite diameter was determined from Scherrer's equation based on the value obtained by calculating the half width of the diffraction peak.

〔比較例1〕
表1に示す添加量でシリカゾルにNaOH水溶液を加えて撹拌した後、四塩化チタン水溶液を加えて、25℃で40分撹拌して混合ゲルを調製した。次いで得られた混合ゲルをオートクレーブに入れ、1時間かけて表1の温度まで昇温したのち、この温度を維持しながら撹拌下に170℃で48時間反応を行った。反応後のスラリーをろ過、洗浄、乾燥して塊状の結晶性シリコチタネートを得た。得られた結晶性シリコチタネートのX線回折チャートを図2に示す。また、X線回折構造から判断される組成を以下の表2に示す。また、実施例1〜2と同様にして半値幅と結晶子径を測定し、その結果を表3に示す。
[Comparative Example 1]
After adding NaOH aqueous solution to silica sol with the addition amount shown in Table 1 and stirring, titanium tetrachloride aqueous solution was added, and it stirred at 25 degreeC for 40 minutes, and prepared the mixed gel. Next, the obtained mixed gel was put into an autoclave and heated to the temperature shown in Table 1 over 1 hour, and then the reaction was carried out at 170 ° C. for 48 hours with stirring while maintaining this temperature. The slurry after the reaction was filtered, washed and dried to obtain massive crystalline silicotitanate. An X-ray diffraction chart of the obtained crystalline silicotitanate is shown in FIG. In addition, the composition determined from the X-ray diffraction structure is shown in Table 2 below. Further, the full width at half maximum and the crystallite diameter were measured in the same manner as in Examples 1 and 2, and the results are shown in Table 3.

Figure 2017131883
Figure 2017131883

Figure 2017131883
注)表中の「−」は未測定を示す。
Figure 2017131883
Note) "-" in the table indicates unmeasured.

Figure 2017131883
Figure 2017131883

{実施例3}
(1)第一工程
3号ケイ酸ソーダ90g、苛性ソーダ水溶液667、49g及び純水84.38gを混合し撹拌して混合水溶液を得た。この混合水溶液に、四塩化チタン水溶液443.90gをペリスタポンプで1時間20分にわたって連続的に添加して混合ゲルを製造した。当該混合ゲルは、四塩化チタン水溶液の添加後、1時間にわたり室温で静置熟成した。このとき混合ゲル中のTiとSiとのモル比はTi:Si=2:1であった。また、混合ゲル中のSiO2の濃度は2%、TiO2の濃度は5.3%、Na2O換算したナトリウム濃度は
3.22%であった。
(2)第二工程
第一工程で得られた混合ゲルをオートクレーブに入れ、1時間かけて170℃に昇温したのち、この温度を維持しながら撹拌下に24時間反応を行った。反応後のスラリーをろ過、洗浄、乾燥して吸着材を得た。得られた吸着材のX線回折構造から判断される組成を以下の表4に示す。また、得られた吸着材のX線回折チャートを図3に示す。
X線回折チャートにおいて、2θ=10〜13°の範囲に、結晶性シリコチタネートのメーンピーク(B1)(Na4Ti4Si316・6H2Oに由来する)が検出されるとともに、2θ=8〜10°に9チタン酸塩であるチタン酸ナトリウムのメーンピーク(A1)(Na4Ti920・5〜7H2Oに由来)が検出された。
結晶性シリコチタネートのメーンピークの高さに対してチタン酸ナトリウムのメーンピークの高さの比を求めた。また、上述した方法で結晶性シリコチタネートとチタン酸ナトリウムとのモル比を求めた。また、実施例1〜2と同様にNa量、K量、半値幅及び結晶子径を求めた。
{Example 3}
(1) First Step 90 g of sodium silicate No. 3, caustic soda aqueous solution 667, 49 g and 84.38 g of pure water were mixed and stirred to obtain a mixed aqueous solution. To this mixed aqueous solution, 443.90 g of titanium tetrachloride aqueous solution was continuously added over 1 hour and 20 minutes with a peristaltic pump to produce a mixed gel. The mixed gel was aged at room temperature for 1 hour after the addition of the aqueous titanium tetrachloride solution. At this time, the molar ratio of Ti and Si in the mixed gel was Ti: Si = 2: 1. Further, the concentration of SiO 2 in the mixed gel was 2%, the concentration of TiO 2 was 5.3%, and the sodium concentration in terms of Na 2 O was 3.22%.
(2) Second Step The mixed gel obtained in the first step was placed in an autoclave, heated to 170 ° C. over 1 hour, and then reacted for 24 hours with stirring while maintaining this temperature. The slurry after the reaction was filtered, washed and dried to obtain an adsorbent. The composition judged from the X-ray diffraction structure of the obtained adsorbent is shown in Table 4 below. An X-ray diffraction chart of the obtained adsorbent is shown in FIG.
In the X-ray diffraction chart, the main peak (B1) of crystalline silicotitanate (derived from Na 4 Ti 4 Si 3 O 16 .6H 2 O) is detected in the range of 2θ = 10 to 13 °, and 2θ = Main peak (A1) of sodium titanate which is 9 titanate at 8 to 10 ° (derived from Na 4 Ti 9 O 20 · 5 to 7H 2 O) was detected.
The ratio of the height of the main peak of sodium titanate to the height of the main peak of crystalline silicotitanate was determined. Moreover, the molar ratio of crystalline silicotitanate and sodium titanate was determined by the method described above. Moreover, Na amount, K amount, a half value width, and a crystallite diameter were calculated | required similarly to Examples 1-2.

Figure 2017131883
Figure 2017131883

<重金属イオンの吸着試験>
得られた塊状の吸着剤を乳鉢粉砕および100μmのフルイによる分級によりフルイ下の粉末とした。この顆粒状の吸着剤を、100mlの容器に0.1g取り、重金属イオンを溶解した試験溶液100mlを投入し、室温(25℃)で1時間撹拌後、5Cのろ紙でろ過し、ろ液中の重金属イオン濃度をICP発光分析装置で定量した。その結果を下記表6に示す。なお、重金属イオンを溶解した各試験溶液は下記表5のものを使用した。
<Adsorption test of heavy metal ions>
The obtained massive adsorbent was pulverized and classified with a 100 μm sieve to obtain powder under the sieve. Take 0.1 g of this granular adsorbent in a 100 ml container, add 100 ml of a test solution in which heavy metal ions are dissolved, stir at room temperature (25 ° C.) for 1 hour, filter through 5C filter paper, The heavy metal ion concentration was quantified with an ICP emission spectrometer. The results are shown in Table 6 below. The test solutions in which heavy metal ions were dissolved were those shown in Table 5 below.

Figure 2017131883
Figure 2017131883

Figure 2017131883
Figure 2017131883

Claims (7)

重金属イオンの吸着剤であって、
結晶子径が150オングストローム以上である一般式;A4Ti4Si316・nH2O(式中、AはNa及びKから選ばれる1種又は2種のアルカリ金属を示す。式中、nは0〜8を示す。)で表される結晶性シリコチタネートを含有することを特徴とする吸着剤。
An adsorbent for heavy metal ions,
A 4 Ti 4 Si 3 O 16 .nH 2 O (wherein A represents one or two alkali metals selected from Na and K. In the formula, the crystallite diameter is 150 Å or more; n represents 0 to 8.) An adsorbent characterized by containing a crystalline silicotitanate represented by:
結晶性シリコチタネートは、結晶子径が150〜250オングストロームであることを特徴とする請求項1記載の吸着剤。   The adsorbent according to claim 1, wherein the crystalline silicotitanate has a crystallite diameter of 150 to 250 angstroms. 結晶性シリコチタネートは、格子面(100面)における回折ピークの半値幅が0.3〜0.7°であることを特徴とする請求項1又は2の何れか一項に記載の吸着剤。   The adsorbent according to claim 1, wherein the crystalline silicotitanate has a half-value width of a diffraction peak on a lattice plane (100 plane) of 0.3 to 0.7 °. 結晶性シリコチタネートは、カリウム含有量がK2O換算で、A2Oに対する重量比(K2O/A2O)で0超50質量%以下であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の吸着剤。 Crystalline Shirikochitaneto is a potassium content of K 2 O in terms, A 2 weight ratio O (K 2 O / A 2 O) at 0 claims 1 to 3, characterized in that ultra-50 wt% or less Adsorbent as described in any one of these. 更に、一般式;A'4Ti920・mH2O(式中、A'はNa及びKから選ばれる1種又は2種のアルカリ金属を示す。式中、mは0以上の数を表す。)で表される9チタン酸塩を含有することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の吸着剤。 Furthermore, A ′ 4 Ti 9 O 20 · mH 2 O (wherein A ′ represents one or two alkali metals selected from Na and K. In the formula, m represents a number of 0 or more. The adsorbent according to claim 1, comprising 9 titanate represented by: X線源としてCu−Kα線を用いて該吸着材を測定したときに、9チタン酸塩に由来する2θ=8〜10°のメーンピーク(A1)と、結晶性シリコチタネートの2θ=10〜13°のメーンピーク(B1)の高さ比(A1/B1)で、5〜40%であることを特徴とする請求項5記載の吸着剤。   When the adsorbent was measured using Cu—Kα ray as an X-ray source, the main peak (A1) of 2θ = 8 to 10 ° derived from 9 titanate and 2θ = 10 to 10 of crystalline silicotitanate The adsorbent according to claim 5, wherein the height ratio (A1 / B1) of the 13 ° main peak (B1) is 5 to 40%. 吸着する重金属イオンが、Pb、Cu、Zn、Cd及びHgから選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の吸着剤。
The adsorbent according to any one of claims 1 to 6, wherein the heavy metal ions to be adsorbed are one or more selected from Pb, Cu, Zn, Cd and Hg.
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