JP2017536980A - Preparation of chitosan-based microporous composite and its application - Google Patents

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Abstract

微孔性のグルタルアルデヒド架橋キトサン吸着剤、それを作製および使用する方法、ならびに吸着剤を含有する放射性同位体99Moのジェネレータ。Microporous glutaraldehyde cross-linked chitosan adsorbent, method of making and using it, and generator of radioisotope 99Mo containing adsorbent.

Description

1.分野
本明細書において、吸着剤、特に放射性同位体の吸着剤としてのその汎用性を増加させ、さらに放射活性が存在する環境でこれらの材料が機能する能力を増加させるキトサンの改変方法を開示する。また、材料そのものを開示すると共に、放射性同位体を分離および精製するため、ならびに金属イオン、特に重金属イオンによって汚染された放射活性および非放射活性の流れ(stream)において、汚染材料を分離および精製するためにそれらを使用する方法も開示される。
1. FIELD Disclosed herein is a method for modifying chitosan that increases its versatility as an adsorbent, particularly as a radioisotope adsorbent, and further increases the ability of these materials to function in environments where radioactivity is present. . Also disclosed is the material itself and to separate and purify radioactive isotopes and to separate and purify contaminated materials in radioactive and non-radioactive streams contaminated by metal ions, particularly heavy metal ions. A method of using them for the purpose is also disclosed.

2.関連技術の説明
放射活性同位体は、特に核医学の分野で治療用およびイメージング用として広く使用されている。しかし、これらの材料は、その放射活性のために、ならびにしばしばその有意な半減期のために、生成、貯蔵、および廃棄の問題を呈し得る。
2. 2. Description of Related Art Radioactive isotopes are widely used for therapeutic and imaging applications, particularly in the field of nuclear medicine. However, these materials can present production, storage, and disposal problems due to their radioactivity and often due to their significant half-life.

より詳しくは、放射性医薬品の領域において、99mTc(半減期t1/2約6時間を有する)は、親99Mo(t1/2が約66時間)の崩壊生成物から得られ、診断医学において最も広く使用される放射性同位体の1つである。99mTcは、その半減期が短いこと(6時間)により医薬応用に使用するために理想的な純粋なガンマ放出体(0.143MeV)である。これは、年間に実施されるおよそ2500万回の核医学診断技法の80〜85%で使用されている。 More specifically, in the area of radiopharmaceuticals, 99m Tc (having a half-life t 1/2 of about 6 hours) is obtained from the decay product of the parent 99 Mo (t 1/2 is about 66 hours) and is a diagnostic medicine. Is one of the most widely used radioisotopes. 99m Tc is a pure gamma emitter (0.143 MeV) ideal for use in pharmaceutical applications due to its short half-life (6 hours). It is used in 80-85% of the approximately 25 million nuclear medicine diagnostic techniques performed annually.

99Moは、原子炉において98Moに熱/熱外中性子を照射することによって生成することができるが、世界での99Moの供給の多くは、原子炉における高濃縮ウラン(HEU)の核分裂に由来する。HEUプロセスは、大量の放射活性廃棄物を発生させ、武器拡散の懸念により非使用ウランターゲットの再処理は許可されていない。 Although the parent 99 Mo can be generated by irradiating 98 Mo with thermal / external neutrons in a nuclear reactor, much of the world's supply of 99 Mo is responsible for fission of highly enriched uranium (HEU) in the reactor. Derived from. The HEU process generates large amounts of radioactive waste and reprocessing of unused uranium targets is not permitted due to weapons spreading concerns.

低濃縮ウラン(LEU、20%またはそれ未満の235U)を、代替品として使用することができるが、使用不可能な238Uが大量に存在することにより大量の廃棄物を生じる。現在、世界での99Moの供給のほとんどは、米国外の供給源に由来する。これらの供給源での99Moの生成が最近停止されたことにより、医療は混乱し、この供給の連鎖が信用できないことが証明された。このことは、99Moから99mTcを生成するために経済学的に実現可能な代替供給源が必要であることを強調する。 Low enriched uranium (LEU, 20% or less 235 U) can be used as an alternative, but the presence of large amounts of unusable 238 U results in a large amount of waste. Currently, most of the world's 99 Mo supply comes from sources outside the United States. The recent cessation of 99 Mo production at these sources has disrupted medical care and proved that this supply chain is unreliable. This emphasizes the need for an economically viable alternative source to produce 99m Tc from 99 Mo.

中性子捕獲により生成される99Moの主な懸念は、上記のより一般的な核分裂により生成される材料と比較して、より低い放射能量とより低い比活性の両方を必要とする点である。比活性は有意に低く、99Mo/99mTcジェネレータの規模、効率、および機能性に及ぼす影響により、大きい懸念となっている。したがって、比活性がより低いモリブデン酸塩の使用は、ジェネレータの規模を低減させて、放射性薬学で使用可能な線量を生じるために、より効率的な吸着剤があって初めて実現可能である。いくつかの研究は、モリブデンゲルジェネレータの使用に重点を置いている。Marageh,M.G.ら、“Industrial−scale production of 99mTc generators for clinical use based on zirconium molybdate gel,”Nuclear Technology,269,279−284(2010);Monoroy−Guzman,F.ら、“99Mo/99mTc generators performances prepared from zirconium molybdate gels”J.Braz.Chem.Soc.,19,3,380−388(2008)を参照されたい。他の研究は、99Moの吸着材料としてポリマーまたは無機酸化物に基づく99Mo/99mTcジェネレータの調製に重点を置いている。Masakazu,T.ら、“A 99mTc generator using a new organic polymer absorbent for(n,γ)99Mo,”Appl.Radia.Isot.,48,5,607−711(1997);Qazi,Q.M.ら、“Preparation and evaluation of hydrous titanium oxide as a high affinity adsorbent for molybdenum(99Mo)and its potential for use in 99mTc generator,”Radiochim.Acta,99,231−235(2011)を参照されたい。 The main concern of the 99 Mo produced by neutron capture, as compared to the material produced by the more general fission above is that it requires both a lower specific activity and lower radioactivity level. Specific activity is significantly lower and is of great concern due to its impact on the scale, efficiency, and functionality of the 99 Mo / 99m Tc generator. Thus, the use of molybdates with lower specific activity is only possible with a more efficient adsorbent to reduce the generator scale and produce a dose that can be used in radiopharmaceuticals. Some research has focused on the use of molybdenum gel generators. Marageh, M.M. G. Et al., “Industrial-scale production of 99m Tc generators for clinical use based on zirconium molecular gel,” Nuclear Technology, 269-284, 209-284G Et al., "99 Mo / 99m Tc generators performances prepared from zirconium molybdate gels" J. Braz. Chem. Soc. 19, 3, 380-388 (2008). Other studies have focused on the preparation of 99 Mo / 99m Tc generators based on polymers or inorganic oxides as 99 Mo adsorbent materials. Masakazu, T .; Et al., “A 99m Tc generator using a new organic polymer absorbent for (n, γ) 99 Mo,” Appl. Radi. Isot. , 48, 5, 607-711 (1997); M.M. Et al., "Preparation and evaluation of hydrous titanium oxide as a high affinity adsorbent for molybdenum (99 Mo) and its potential for use in 99m Tc generator," Radiochim. Acta, 99, 231-235 (2011).

しかし、そのような医学的使用には、99mTcが高度に純粋な型で生成されることが必要である。例えば、99Moの崩壊によって99mTcが生成される場合、規制当局の要件を満たすために2つの元素の高度の分離を達成することが重要である。 However, such medical use requires that 99m Tc be produced in a highly pure form. For example, if 99m Tc is produced by the decay of 99 Mo, it is important to achieve a high degree of separation of the two elements to meet regulatory requirements.

このレベルの純度を達成する1つのアプローチは、非常に効率的な選択的吸着剤を使用して、例えば99Moを吸着させて99mTcを溶出させることによって、99Moから99mTcを分離することである。そのような吸着剤としてアルミナを使用する試みがなされている。しかし、このアルミナからもたらされる効率は、吸着剤1gあたりMo99約25mgである。したがって、99Moの吸着に関して効率的であり、電離放射線の有害な作用に対して抵抗性である吸着剤がなおも当技術分野において必要である。さらに、99Moに対して非常に選択的である、すなわち99mTcの良好な放出を提供しつつ99Moを吸着することができる吸着剤が必要である。 One approach to achieving this level of purity, using the highly efficient selective adsorbent by eluting the 99m Tc, for example, 99 Mo is adsorbed, separating the 99m Tc from 99 Mo It is. Attempts have been made to use alumina as such an adsorbent. However, the efficiency resulting from this alumina is about 25 mg Mo 99 per gram of adsorbent. Therefore, there remains a need in the art for adsorbents that are efficient with respect to 99 Mo adsorption and that are resistant to the harmful effects of ionizing radiation. Furthermore, there is a need for an adsorbent that is very selective for 99 Mo, ie, capable of adsorbing 99 Mo while providing good release of 99m Tc.

より一般的に、容易に入手可能であるか、または容易に入手可能な材料から生成可能であり、そのような精製を必要とするプロセス流から材料が構成成分を除去することができる1つまたは複数の官能基(同じまたは異なり得る)を有するように改変することによってカスタマイズすることができ、また電離放射線による分解に対して抵抗性である吸着剤が必要である。   More generally, one or more materials that are readily available or can be produced from readily available materials and from which the material can remove components from a process stream that requires such purification. There is a need for an adsorbent that can be customized by modifying it to have multiple functional groups (which can be the same or different) and that is resistant to degradation by ionizing radiation.

金属イオンを水溶液から分離するために何十年もの間使用されてきたイオン交換プロセスは、しばしば吸着と比較される。これらの2つのプロセスの主な違いは、イオン交換が、固相マトリクス内の静電気力を必要とする化学量論プロセスであるのに対し、吸着的分離では、固体表面への溶質の取り込みが、静電気力とファンデルワールス力の両方を必要とする点である。廃液からセシウムおよびストロンチウムを除去するために適したイオン交換樹脂を発見しようとして、何人かの研究者らが多数の無機、有機、および生物吸着剤を試したが、その成否は様々であった。Gu,D.,Nguyen,L.,Philip,C.V.,Huckmen,M.E.,and Anthony,R.G.“Cs ion exchange kinetics in complex electrolyte solutions using hydrous crystalline silicotitanates”,Ind.Eng.Chem.Res.,36,5377−5383,1997;Pawaskar,C.S.,Mohapatra,P.K.,and Manchanda,V.K.“Extraction of actinides fission products from salt solutions using polyethylene glycols(PEGs)”Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry,242(3),627−634,1999;Dozol,J.F.,Simon,N.,Lamare,V.,ら“A solution for cesium removal from high salinity acidic or alkaline liquid waste:The Crown calyx[4]arenas”Sep.Sci.Technol.,34(6&7),877−909,1999;Arena,G.,Contino,A.,Margi,A.ら“Strategies based on calixcrowns for the detection and removal of cesium ions from alkali−containing solutions”,Ind.Eng.Chem.Res.,39,3605−3610,2000を参照されたい。   Ion exchange processes that have been used for decades to separate metal ions from aqueous solutions are often compared to adsorption. The main difference between these two processes is the stoichiometric process where ion exchange requires electrostatic forces in the solid phase matrix, whereas in adsorbent separation, solute uptake on the solid surface It is a point that requires both electrostatic force and van der Waals force. Several researchers have tried a number of inorganic, organic, and biosorbents, trying to find suitable ion exchange resins for removing cesium and strontium from the effluent, but their success has varied. Gu, D .; Nguyen, L .; Philip, C .; V. Huckmen, M .; E. , And Anthony, R .; G. “Cs ion exchange kinetics in complex electorative solutions using hydrous crystalline crystalline siliconates”, Ind. Eng. Chem. Res. 36, 5377-5383, 1997; S. Mohapatra, P .; K. , And Manchanda, V. K. “Extraction of actinides fission products from salt salts solutions using polyethylene glycols (PEGs)”, Journal of Radiological, 27, 63, 24. F. Simon, N .; Lamare, V .; "A solution for cereal removal high salinity acidic or alkalin liquid waste: The Crown calix [4] arenas" Sep. Sci. Technol. , 34 (6 & 7), 877-909, 1999; Arena, G .; , Contino, A .; , Margi, A .; “Stratesies based on calixcrows for the detection and removal of cerealions from alkali-containing solutions”, Ind. Eng. Chem. Res. 39, 3605-3610, 2000.

しかし、イオン交換プロセスの主な短所は、放射活性流を処理する場合の材料の費用と繰り返し使用するための再生である。Hassan,N.,Adu−Wusu,K.,and Marra,J.C.“Resorcinol−formaldehyde adsorption of cesium(Cs+) from Hanford waste solutions−Part I:Batch equilibrium study”WSRC−MS−2004を参照されたい。廃棄費用もまた、大きな問題である。吸着プロセスの成功は、大きく、吸着剤の費用および容量ならびに再生の容易さに依存する。   However, the main disadvantage of the ion exchange process is the cost of the material when treating the radioactive stream and the regeneration for repeated use. Hassan, N .; Adu-Wsu, K .; , And Marra, J. et al. C. See "Resorcinol-formal deduction of ceaseum (Cs +) from Hanford waste solutions-Part I: Batch equilibrium study" WSRC-MS-2004. Disposal costs are also a major problem. The success of the adsorption process is largely dependent on the cost and capacity of the adsorbent and the ease of regeneration.

キトサンは、真菌の細胞壁で認められる部分的にアセチル化されたグルコサミンポリマーである。キトサンは、甲殻類の貝殻の主成分である天然で豊富に入手可能なキチンの脱アセチル化によって得られる。このバイオポリマーは、アミノおよびヒドロキシル官能基の含有量が非常に高いことによるその錯体形成能により、金属イオンの吸着において非常に有効である。その天然型において、キトサンは、柔らかく、酸性媒体では凝集するかまたはゲルを形成する傾向を有する。その上、キトサンは、その天然型で非多孔性であり、このバイオポリマーの特異的結合部位は吸着にとって容易に利用可能ではない。しかし、プロセス応用に関して金属結合部位のアクセシビリティを増加させるために物理的支持体および化学改変を提供することが必要である。また、金属結合官能基が任意のそのような改変後に保持されるべきであることも必須である。   Chitosan is a partially acetylated glucosamine polymer found in fungal cell walls. Chitosan is obtained by deacetylation of naturally abundantly available chitin, which is the main component of shellfish shells. This biopolymer is very effective in the adsorption of metal ions due to its complexing ability due to its very high content of amino and hydroxyl functional groups. In its natural form, chitosan is soft and has a tendency to agglomerate or form a gel in acidic media. Moreover, chitosan is non-porous in its natural form and the specific binding site of this biopolymer is not readily available for adsorption. However, it is necessary to provide physical support and chemical modifications to increase the accessibility of metal binding sites for process applications. It is also essential that the metal binding functionality should be retained after any such modification.

電離放射線によるグリコシド結合の切断により、多糖類を分解できることは周知である。IAEA−TECDOC−1422,“Radiation processing of polysaccharides”International Atomic Energy Agency,November,2004。多糖類およびその誘導体に基づくハイドロゲルが広く研究されているが、これまでキトサンベースの微孔性複合材料およびその金属イオン取り込み容量に及ぼす放射線の影響に関して報告している研究は非常に限られている。   It is well known that polysaccharides can be degraded by breaking glycosidic bonds with ionizing radiation. IAEA-TECDOC-1422, “Radiation processing of polysaccharides”, International Atomic Energy Agency, November, 2004. Hydrogels based on polysaccharides and their derivatives have been extensively studied, but very few studies have so far reported on the effects of radiation on chitosan-based microporous composites and their metal ion uptake capacity Yes.

キトサンは、非毒性で生体分解性の材料である。キトサンは、その利用可能性、ポリカチオン特性、膜効果等のために、多くの新規応用に関して研究されている。キトサンの構造に存在するアミノ基は、活性な金属結合部位であるが、このアミノ基によってキトサンは弱酸に可溶性となる。酸性媒体において、キトサンは、ゲルを形成する傾向があり、これは連続プロセスにおける金属イオンの吸着にとって適していない。   Chitosan is a non-toxic and biodegradable material. Chitosan has been studied for many new applications because of its availability, polycation properties, membrane effects, and the like. The amino group present in the structure of chitosan is an active metal binding site, but this amino group makes chitosan soluble in weak acids. In acidic media, chitosan tends to form a gel, which is not suitable for metal ion adsorption in a continuous process.

いくつかの報告から、キトサンをグルタルアルデヒドと架橋すると、キトサンが酸またはアルカリ抵抗性となることが示された。Elwakeel,KZ.,Atia,A.A.,and Donia,A.M.“Removal of Mo(VI) as oxoanions from aqueous solutions using chemically modified magnetic chitosan resins”,Hydrometallurgy,97,21−28,2009;Chassary,P.,Vincent,T.,and Guibal,E.“Metal anion sorption on chitosan and derivative materials:a strategy for polymer modification and optimum use”Reactive and Functional Polymers,60,137−149,2004;Velmurugan,N.,Kumar.G.G.,Han,S.S.,Nahm,K.S.,and Lee,Y.S.“Synthesis and characterization of potential fungicidal silver nano−sized particles and chitosan membrane containing silver particles” Iranian Polymer Journal,18(5),383−392,2009を参照されたい。グルタルアルデヒドは、両方の末端がアルデヒド基で終わる炭素5個の分子であり、水およびアルコール、ならびに有機溶媒に可溶性である。これは、シッフ反応を通しての架橋の際にキトサンのアミン基と急速に反応して、熱および化学的に安定な架橋を生じる。Migneault,I.,Dartiguenave,C,Bertrand,M.J.,and Waldron,K.C.“Gluteraldehyde:behavior in aqueous solution,reaction with proteins,and application to enzyme crosslinking”Bio Techniques,37(5),790−802,2004を参照されたい。アミン基はまた、キトサンの活性な金属結合部位であると考えられている。したがって、グルタルアルデヒドとの架橋によって、キトサンは、酸またはアルカリ抵抗性となるが、金属吸着能が低減されることが報告されている。   Several reports have shown that when chitosan is cross-linked with glutaraldehyde, it becomes acid or alkali resistant. Elwakel, KZ. , Atia, A .; A. , And Donia, A .; M.M. “Removal of Mo (VI) as oxanions from aquaous solutions using chemical modified chitsan resins”, Hydrometallurgy, 97, 21-28, 200C; Vincent, T .; , And Guitar, E .; “Metal anion on chitosan and deliberate materials: a strategy for polymer modification and optimum use”, Reactive and Functional Polymers, Nur. , Kumar. G. G. Han, S .; S. Nahm, K .; S. , And Lee, Y .; S. See “Synthesis and characterization of potential fungalidal silver nano-sized parsicles and chitosan membrane contanning silver part 3”. Glutaraldehyde is a five-carbon molecule that ends with an aldehyde group at both ends and is soluble in water and alcohol, and organic solvents. This reacts rapidly with the amine group of chitosan during cross-linking through a Schiff reaction, resulting in a thermally and chemically stable cross-link. Migneault, I.M. , Dartugenave, C, Bertrand, M .; J. et al. , And Waldron, K .; C. See “Gluraldehyde: behavior in aquatic solutions, reaction with proteins, and application to enzyme crosslinking” Bio Technologies, 37 (5), 790-802, 2004. The amine group is also believed to be an active metal binding site for chitosan. Thus, it has been reported that cross-linking with glutaraldehyde makes chitosan resistant to acids or alkalis, but reduces the ability to adsorb metals.

LiとBai(2005)は、グルタルアルデヒドとの架橋の前に、ホルムアルデヒド処理を行うことによってキトサンのアミン基をキャップする方法であって、当該ホルムアルデヒドは、処理後、0.5M HCl溶液による十分な洗浄によってキトサン構造から除去する、方法を提唱した。Li,Nan,and Bai,R.“A novel amine−shielded surface cross−linking of chitosan hydrogel beads for enhanced metal adsorption performance”Ind.Eng.Chcm.Res.,44,6692−6700,2005。   Li and Bai (2005) is a method of capping the amine group of chitosan by performing formaldehyde treatment before crosslinking with glutaraldehyde, and the formaldehyde is sufficiently treated with 0.5 M HCl solution after the treatment. A method was proposed to remove from the chitosan structure by washing. Li, Nan, and Bai, R.A. “A novel amine-shielded surface cross-linking of chitosan hydrobeads for enhanced metal advertisement performance” Ind. Eng. Chcm. Res. , 44, 6692-6700, 2005.

様々な官能基とキトサンの架橋は、pH、温度、イオン濃度、および材料の表面電荷などの架橋反応条件に主に依存すると考えられる。   The cross-linking of various functional groups with chitosan is thought to depend mainly on cross-linking reaction conditions such as pH, temperature, ionic concentration, and surface charge of the material.

Singhら(2006)は、ホルムアルデヒドと架橋したキトサンハイドロゲルの膨潤特性が、pH、温度、およびイオン強度の反応挙動に依存することを示した。Singh,A.,Narvi,S.S.,Dutta,Ρ.Κ.,and Pandey,N.D.“External stimuli response on a novel chitosan hydrogel crosslinked with formaldehyde”Bull.Mater.Sci.,29(3),233−238,2006。   Singh et al. (2006) showed that the swelling properties of formaldehyde-crosslinked chitosan hydrogels depend on the reaction behavior of pH, temperature, and ionic strength. Singh, A .; , Narvi, S .; S. , Duta, Ρ. Κ. , And Pandey, N .; D. “External stimuli response on a novel chitosan hydrogel crossed with formaldehyde” Bull. Mater. Sci. 29 (3), 233-238, 2006.

架橋剤とキトサンの間で形成する結合のタイプを決定するキトサンの表面電荷は、溶液のpHに依存する。Hasan,S.,Krishnaiah,A.,Ghosh,T.K.,Viswanath,D.S.,Boddu,V.M.,and Smith,E.D.“Adsorption of divalent cadmium from aqueous solutions onto chitosan−coated perlite beads”,Ind.Eng.Chem.Res.,45,5066−5077,2006。純粋なキトサンのゼロ電荷点(PZC)の値は、pH6.2〜6.8の範囲にある。Hasan,S.,Ghosh,T,K.,Viswanath,D.S.,Loyalka,S.K.,and Sengupta,B.“Preparation and evaluation of fullers earth for removal of cesium from waste streams”Separation Science and Technology,42(4),717−738,2007を参照されたい。キトサンは、アルカリpHでは可溶性ではないが、酸性pHでは可溶性であり、キトサンに存在するアミン基はプロトン化を受けてNH または(NH−HO)となり得る。 The surface charge of chitosan, which determines the type of bond that forms between the crosslinker and chitosan, depends on the pH of the solution. Hasan, S .; , Krishniah, A .; , Ghosh, T .; K. Viswanath, D .; S. Boddu, V .; M.M. , And Smith, E .; D. “Adsorption of divergent cadmium from aquaous solutions on chitosan-coated perlite beads”, Ind. Eng. Chem. Res. 45, 5066-5077, 2006. The value of the zero charge point (PZC) of pure chitosan is in the range of pH 6.2 to 6.8. Hasan, S .; Ghosh, T, K .; Viswanath, D .; S. Loyalka, S .; K. , And Sengupta, B .; See “Preparation and evaluation of fullers earth for removal of cereal from waste streams” Separation Science and Technology, 42 (4), 717-738, 2007. Chitosan is not soluble at alkaline pH, but is soluble at acidic pH, and amine groups present in chitosan can undergo protonation to become NH 3 + or (NH 2 —H 3 O) + .

Liら(2007)は、高い力学的強度を有する架橋したキトサン/ポリビニルアルコール(PVA)ビーズを報告した。彼らは、溶液中のHイオンが架橋反応の際にキトサンのアミノ基の保護としても作用し得ることを観察した。Li,M.,Cheng,S.,and Yan,H.“Preparation of crosslinked chitosan/poly(vinyl alcohol) blend beads with high mechanical strength”,Green Chemistry,9,894−898,2007。 Li et al. (2007) reported cross-linked chitosan / polyvinyl alcohol (PVA) beads with high mechanical strength. They observed that H + ions in solution can also act as protection of the amino group of chitosan during the crosslinking reaction. Li, M.M. , Cheng, S .; , And Yan, H .; "Preparation of crosslinked chisan / poly (vinyl alcohol) blend beads with high mechanical strength", Green Chemistry, 9, 894-898, 2007.

Farrisら(2010)は、グルタルアルデヒドとゼラチンの架橋の反応メカニズムを研究した。Farris,S.,Song,J.,and Huang,Q.“Alternative reaction mechanism for the cross−linking of gelatin with gluteraldehyde”J.Agric.Food Chem.,58,998−1003,2010。彼らは、より高いpH値では、架橋反応はシッフ塩基反応によって支配されるが、より低いpHでは、反応は、ヒドロキシプロリンおよびヒドロキシリジンの−OH基を必要とし、それによってヘミアセタールの形成が起こり得ることを示唆した。   Farris et al. (2010) studied the reaction mechanism of cross-linking of glutaraldehyde and gelatin. Farris, S .; Song, J .; , And Huang, Q .; “Alternative reaction mechanism for the cross-linking of gelatin with glutadehyde” J. et al. Agric. Food Chem. 58, 998-1003, 2010. They show that at higher pH values, the crosslinking reaction is dominated by the Schiff base reaction, but at lower pH, the reaction requires the —OH group of hydroxyproline and hydroxylysine, which results in the formation of hemiacetal. Suggested to get.

Hardyら(1969)は、酸性pHでは、グルタルアルデヒドがその環状のヘミアセタールと環状ヘミアセタールのポリマーとの間で平衡にあり、温度が増加すると、酸性溶液中で遊離のアルデヒドを生成すると提唱した。Hardy,P.M.,Nicholas,A.C.,and Rydon,H.N.“The nature of gluteraldehyde in aqueous solution”Journal of the Chemical Society(D),565−566,1969。   Hardy et al. (1969) proposed that at acidic pH, glutaraldehyde is in equilibrium between its cyclic hemiacetal and the polymer of cyclic hemiacetal, and as temperature increases, it produces free aldehydes in acidic solution. . Hardy, P.M. M.M. Nicholas, A .; C. , And Rydon, H .; N. “The nature of glutardehyde in aqueous solution” Journal of the Chemical Society (D), 565-566, 1969.

いくつかの研究は、医学的使用および放射性医薬品としての使用のためにキトサンベースの架橋材料に重点を置いており、何らかの成功を収めている。例えば、Hoffman,B.,Seitz,D.,Mencke,A.,Kokott,A.,and Ziegler,G.“Gluteraldehyde and oxidized dextran as crosslinker reagents for chitosan−based scaffolds for cartilage tissue engineering”J.Mater Sci:Mater Med,20(7).1495−1503,2009;Safmawi,K.M.“Gamma radiation−induced crosslinked PVA/Chitosan blends for wound dressing”Journal of Macromolecular Science,Part A:Pure and Applied Chemistry,44,541−545,2007;Desai,K.G.,and Park.H.J.“Study of gamma−irradiation effects on chitosan microparticles”Drug Delivery,13,39−50,2006;Silva,R.M.,Silva,G.A.,Coutinho,O.P.,Mano,J.F.,and Reis,R.L.“Preparation and characterization in simulated body conditions of gluteraldehyde crosslinked chitosan membranes”Journal of Material Science:Materials in Medicine,15(10),1105−1112,2004を参照されたい。   Some studies have focused on chitosan-based cross-linked materials for medical use and use as radiopharmaceuticals and have had some success. For example, Hoffman, B .; Seitz, D .; , Mencke, A .; Kokkot, A .; , And Ziegler, G .; “Glutaraldehyde and oxidized extentant as crosslinker reagents for chitosan-based scaffolds for cartridge tissue engineering” J. Mater Sci: Mater Med, 20 (7). 1495-1503, 2009; Safmawi, K .; M.M. “Gamma radiation-induced crosslinked PVA / Chitosan blends for wound dressing” Journal of Macromolecular Science, Part A: Pure and Applied Chem 44, 54. G. , And Park. H. J. et al. “Study of gamma-irradiation effects on chitosan microparticulates” Drug Delivery, 13, 39-50, 2006; Silva, R .; M.M. , Silva, G .; A. Coutinho, O .; P. Mano, J .; F. , And Reis, R .; L. “Preparation and charac- terization in simulated body conditions of globaldehydrated crosslinked chitosan membranes”, Journal of Material Science: 110-Journal of Material Science: 110.

しかし、Sabharwalら(2004)は、高エネルギー放射線に曝露されると天然のポリマーは鎖の切断反応を受けることから、天然のポリマーの放射線による加工は、あまり注目を集めなかったと報告した。Sabharwal,S.,Varshney,L.,Chaudhary,A.D.,and Ramnani,S.P.“Radiation processing of natural polymers:Achievements & Trends”In Radiation processing of polysaccharides,29−37,IAEA,November,2004。キトサンの放射線照射は、より低い粘度およびキトサンの鎖の切断を生じることが報告されている。Kume,T.,and Takehisa,M.“Effect of gamma−irradiation on sodium alginate and carrageenan powder”Agric.Biol.Chem.47,889−890,1982;Ulanski,P.,and Rosiak,J.M.“Preliminary studies on radiation induced changes in chitosan” Radiat.Phys.Chem.39(1),53−57,1992を参照されたい。水の放射線照射時の放射線分解によって形成されるHおよびOHラジカルは、キトサンの分子鎖切断を加速する。上記の遊離のラジカルとキトサン分子の間の反応によって、水溶液中でのキトサンの急速な分解が起こる。IAEA−TECDOC−1422,“Radiation processing of polysaccharides”International Atomic Energy Agency,November,2004を参照されたい。これらの研究は、放射線および可能性がある放射線分解に曝露される環境でのキトサンの使用が、問題が多いことを示唆している。 However, Sabharwal et al. (2004) reported that the processing of natural polymers with radiation received less attention because natural polymers undergo chain scission reactions when exposed to high energy radiation. Sabharwal, S .; , Varshney, L .; , Chaudhary, A .; D. , And Ramnani, S .; P. “Radiation processing of natural polymers: Achievations & Trends” In Radiation processing of polymerases, 29-37, IAEA, November, 2004. Chitosan radiation has been reported to result in lower viscosities and chitosan chain scission. Kume, T .; , And Takehisa, M .; “Effect of gamma-irradiation on sodium alloy and carriageen powder” Agric. Biol. Chem. 47, 889-890, 1982; Ulanski, P .; , And Roseak, J .; M.M. “Preliminary studies on radiation induced changes in chitosan” Radiat. Phys. Chem. 39 (1), 53-57, 1992. H + and OH radicals formed by radiolysis upon water irradiation accelerate the molecular chain scission of chitosan. The reaction between the free radicals and the chitosan molecules causes rapid degradation of chitosan in aqueous solution. See IAEA-TECDOC-1422, “Radiation processing of polysaccharides” International Atomic Energy Agency, November, 2004. These studies suggest that the use of chitosan in environments exposed to radiation and potential radiolysis is problematic.

それにもかかわらず、放射性医薬品および放射活性廃棄物処理における生体適合性のポリマー材料の現在の需要により、酸、アルカリ、および放射線抵抗性のポリマーネットワーク構造の経済学的に実現可能な代替起源を開発することに関心が高まっている。医療用、放射線医薬品、および放射活性廃棄物の領域においてキトサンベースの材料が最近開発されたことは、その利用性および生物学的適合性により注目を集めている。Alves,N.M.,and Mano,J.F.“Chitosan derivatives obtained by chemical modifications for biomedical and environmental applications”International Journal of Biological Macromolecules,43,401−414,2008;Berger,J.,Reist,M.,Mayer,J.M.,Felt,O.,Peppas,N.A.,and Gurny,R,“Structure and interactions in covalently and ionically crosslinked chitosan hydrogels for biomedical applications”,European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics,57,19−34,2004を参照されたい。キトサンの化学変化は、放射線照射により起こること、および放射線によって誘発される反応の程度がポリマーネットワーク構造に依存することが報告されている。Zainol,I.,Akil,H.M.,and Mastor,A.“Effect of γ−ray irradiation on the physical and mechanical properties of chitosan powder” Material Science and Engineering C,29,292−297,2009;Chang,K.P.,Cheng,C.H.,Chiang,Y.C.,Lee,S.C.ら、“Irradiation of synthesized magnetic nanoparticles and its application for hyperthermia”Advanced Materials Research,47−50,1298−1301,2008;Casmiro,M.H.,Botelho,M.L.,Lcal,J.P.,and Gil,M.H.“Study on chemical,UV and gamma radiation−induced grafting of 2−hydroxyethyl methacrylate onto chitosan” Radiation Physics and Chemistry,72,731−735,2005;Parkら“Radioactive chitosan complex for radiation therapy”米国特許第5,762,903号、1998年6月9日;Wenwei,Z,Xiaoguang,Z.,Li,Yu,Yuefang,Z.,and Jiazhen,S.“Some chemical changes in chitosan induced by γ−ray irradiation”Polymer Degradation and Stability,41,83−84,1993;Lim,L.Y.,Khor,E.,and Koo,O.“γ irradiation of chitosan”Journal of Biomedical Material Research,43(3),282−290,1998;Yoksan,R.,Akashi,M.,Miyata,M.,and Chirachanchai,S.“Optimal γ−ray dose and irradiation conditions for producing low molecular weight chitosan that retains its chemical structure”Radiation Research,161,471−480,2004;Lu,Y.H.,Wei,G.S.,and Peng,J.“Radiation degradation of chitosan in the presence of H”Chinese Journal of Polymer Science,22(5),439−444,2004を参照されたい。しかし、架橋したキトサン複合マトリクスに及ぼす放射線の効果に関して利用できる情報は非常に限られている。 Nevertheless, the current demand for biocompatible polymer materials in radiopharmaceutical and radioactive waste treatment has developed an economically viable alternative source of acid, alkali, and radiation resistant polymer network structures There is growing interest in doing. The recent development of chitosan-based materials in the medical, radiopharmaceutical, and radioactive waste areas has attracted attention due to their availability and biocompatibility. Alves, N.M. M.M. , And Mano, J .; F. “Chitosan derivatives by by chemical modification for biomedical and environmental applications,” International Journal of Biologic. 200, Bio43. , Reist, M .; , Mayer, J .; M.M. Felt, O .; , Peppas, N .; A. , And Gurny, R, "Structure and interactions in covariantly and ionic crossed chitosan hydrogels for bioapplications", Europe. It has been reported that chemical changes in chitosan occur upon irradiation and that the extent of the reaction induced by radiation depends on the polymer network structure. Zainol, I. et al. Aquil, H .; M.M. , And Mastor, A .; “Effect of γ-ray irradiation on the physical and mechanical properties of chitosan powder” Material Science and Engineering C, 29, 292-297, 2009; P. , Cheng, C.I. H. , Chiang, Y .; C. Lee, S .; C. "Irradiation of synthetic nanomaterials and it's application for hypermia" Advanced Materials Research, 47-50, 1298-1301, 2008; H. Botelho, M .; L. , Lcal, J. et al. P. , And Gil, M .; H. “Study on chemical, UV and gamma radiation-induced grafting of 2-hydroxyethyl hydrated onto chitosan” Radiation Physics and Chemistry, 72, 731-73, 73-73; 903, June 9, 1998; Wenwei, Z, Xiaogang, Z .; Li, Yu, Yuefang, Z .; , And Jiazhen, S .; “Some chemical changes in chitosan induced by γ-ray irradiation”, Polymer Degradation and Stability, 41, 83-84, 1993; Y. , Khor, E .; , And Koo, O .; “Γ irradiation of chitosan”, Journal of Biomedical Material Research, 43 (3), 282-290, 1998; Akashi, M .; , Miyata, M .; , And Chirachanchai, S. “Optical γ-ray dose and irradiation conditions for producing low molecular weight chitsan that retains chemical structure, Y4-4, ResearchRe4. H. , Wei, G .; S. , And Peng, J .; See “Radiation degradation of chitsan in the presence of H 2 O 2 ” Chinese Journal of Polymer Science, 22 (5), 439-444, 2004. However, the information available on the effect of radiation on the crosslinked chitosan composite matrix is very limited.

本明細書において開示される1つの実施形態は、グルタルアルデヒド架橋キトサンを含む放射線抵抗性吸着剤に関する。   One embodiment disclosed herein relates to a radiation resistant adsorbent comprising glutaraldehyde cross-linked chitosan.

より詳しくは、本明細書において、触媒の存在下でキトサンをグルタルアルデヒドと架橋させることによって調製されるキトサンベースの微孔性複合ミクロンサイズ粒子およびキトサン−チタニア微孔性複合材料が開示される。   More specifically, disclosed herein are chitosan-based microporous composite micron-sized particles and chitosan-titania microporous composites prepared by cross-linking chitosan with glutaraldehyde in the presence of a catalyst.

さらにより詳しくは、本明細書において、約2〜4重量%のグルタルアルデヒド濃度で、酸(例えば、HCl)などの触媒の存在下、グルタルアルデヒドと架橋したキトサンであって、β放射線およびγ放射線に対する曝露による分解、ならびに酸またはアルカリ溶液に対する曝露による分解に対して抵抗性であるキトサンの微孔性材料を含有する吸着剤が開示される。   Even more particularly, herein, chitosan cross-linked with glutaraldehyde in the presence of a catalyst such as an acid (eg, HCl) at a glutaraldehyde concentration of about 2-4 wt. An adsorbent containing a microporous material of chitosan that is resistant to degradation by exposure to and to degradation by exposure to acid or alkaline solutions is disclosed.

理論に拘束されたくはないが、架橋された微孔性キトサンマトリクスは、キトサン粒子の酸抵抗性および力学的強度を増強すると考えられる。その結果、市販の樹脂および市販のアルミナと比較して、酸性またはアルカリ性の放射活性溶液からの架橋粒子の金属イオン取り込み容量は増加する。この取り込みの増加によって、モリブデンに関して吸着剤1gあたり500〜700mg、より特定的には、吸着剤1gあたり約600mgという高い効率を得ることができる。   Without wishing to be bound by theory, it is believed that the crosslinked microporous chitosan matrix enhances the acid resistance and mechanical strength of the chitosan particles. As a result, the metal ion uptake capacity of the crosslinked particles from acidic or alkaline radioactive solutions is increased compared to commercial resins and commercial aluminas. With this increased uptake, high efficiencies of 500-700 mg per gram of adsorbent and more specifically about 600 mg per gram of adsorbent can be obtained for molybdenum.

本明細書において、溶液流延および溶液流延とゾルゲル法との組み合わせを使用して調製されたキトサンベースの微孔性複合材料の実施形態を記述する。   Described herein are embodiments of chitosan-based microporous composite materials prepared using solution casting and a combination of solution casting and sol-gel methods.

1つの実施形態において、キトサンは、連続的に撹拌しながら70℃付近の温度で触媒として酸の存在下でグルタルアルデヒドと架橋した。理論に拘束されたくはないが、キトサン構造に存在するアミノ基はプロトン化されており、このため、グルタルアルデヒドとの反応から保護されると考えられる。また、70℃付近の温度では、室温で利用できるより多くのアルデヒド基が反応に利用できると考えられる。この場合、理論に拘束されたくはないが、グルタルアルデヒドは、アルドール縮合を受けて、遊離のアルデヒド基が酸触媒の存在下でキトサンの−OH基と反応し、そのためキトサンとグルタルアルデヒドとの重合は、縮合重合であると考えられる。反応時間は、一般的に約4時間〜約8時間の範囲である。1つの実施形態において、キトサンのヒドロキシル基のグルタルアルデヒドに対するモル比は、望ましくは4/1付近で維持される。   In one embodiment, chitosan cross-linked with glutaraldehyde in the presence of acid as a catalyst at a temperature around 70 ° C. with continuous stirring. Without wishing to be bound by theory, it is believed that the amino group present in the chitosan structure is protonated and thus protected from reaction with glutaraldehyde. Further, at a temperature around 70 ° C., it is considered that more aldehyde groups than can be used at room temperature can be used for the reaction. In this case, without wishing to be bound by theory, glutaraldehyde undergoes aldol condensation, and the free aldehyde group reacts with the —OH group of chitosan in the presence of an acid catalyst, so that polymerization of chitosan and glutaraldehyde occurs. Is considered to be a condensation polymerization. The reaction time is generally in the range of about 4 hours to about 8 hours. In one embodiment, the molar ratio of chitosan hydroxyl groups to glutaraldehyde is desirably maintained around 4/1.

特定の実施形態において、架橋された材料を、過剰量のグルタルアルデヒドを除去するための洗浄、乾燥、湿式または乾式粉砕、およびさらなる化学処理によってさらに処理することができる。特に適していることが見出されたこのさらなる化学処理の一例は、酸化剤による少なくとも部分的な酸化である。特に、過マンガン酸塩(例えば、溶液1Lあたり少なくとも約14mgのMnを含有する過マンガン酸カリウム溶液による)、過酸化物、亜塩素酸塩、次亜塩素酸塩、重クロム酸塩、もしくは金属酸化物、または他の酸・塩基両性の酸化剤の1つまたは複数による酸化は、Tc(VII)と比較してMo(VI)に対する吸着剤の選択性を増加させるために、ならびに充填した吸着剤からのテクネチウムの効率的で迅速な溶出および回収のために、特に適している。より特定的には、アルカリ金属亜塩素酸塩、アルカリ金属次亜塩素酸塩、アルカリ金属重クロム酸塩、または遷移金属酸化物の1つまたは複数を含む酸化剤が、望ましくは使用される。より特定的には、亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、重クロム酸カリウム、または酸化セリウムの1つまたは複数を含む酸化剤が、望ましくは使用される。架橋した吸着材料を酸化することに加えて、これらの酸化剤は、望ましくは、吸着剤からテクネチウムを放出するために使用される溶出溶液に含めることができる。望ましくは、そのような酸化剤は、亜塩素酸塩または次亜塩素酸塩に関して約5〜約40mMの範囲の濃度で食塩水含有溶出溶液中に含まれる。   In certain embodiments, the crosslinked material can be further processed by washing to remove excess glutaraldehyde, drying, wet or dry milling, and further chemical processing. One example of this further chemical treatment that has been found to be particularly suitable is at least partial oxidation with an oxidizing agent. In particular, permanganate (eg, with a potassium permanganate solution containing at least about 14 mg Mn per liter of solution), peroxide, chlorite, hypochlorite, dichromate, or metal Oxidation with one or more of oxides, or other acid-base amphoteric oxidants, to increase the selectivity of the adsorbent for Mo (VI) compared to Tc (VII) as well as packed adsorption Particularly suitable for efficient and rapid elution and recovery of technetium from the agent. More specifically, an oxidizing agent comprising one or more of alkali metal chlorites, alkali metal hypochlorites, alkali metal dichromates, or transition metal oxides is desirably used. More specifically, an oxidant comprising one or more of sodium chlorite, sodium hypochlorite, potassium dichromate, or cerium oxide is desirably used. In addition to oxidizing the cross-linked adsorbent material, these oxidants can desirably be included in the elution solution used to release technetium from the adsorbent. Desirably, such an oxidizing agent is included in the saline-containing elution solution at a concentration ranging from about 5 to about 40 mM with respect to chlorite or hypochlorite.

望ましくは、吸着剤は、約10〜約100m/gの範囲、より特定的には約25m/gの表面積を有する。また望ましくは、吸着剤は、約7.5〜約8.8の範囲、より特定的には約8.8のゼロ電荷点を有する。 Desirably, the adsorbent has a surface area in the range of about 10 to about 100 m < 2 > / g, more specifically about 25 m < 2 > / g. Also desirably, the adsorbent has a zero charge point in the range of about 7.5 to about 8.8, more specifically about 8.8.

本明細書において記述される吸着剤の実施形態は、モリブデンに対して優れた保持容量を有し、吸着剤の乾燥重量に基づき60重量%付近、またはそれより高い量のモリブデンを吸着することができる。この保持容量は、吸着剤1gあたり6.25mmol付近または6.25mmol超であり得る。吸着剤はまた、テクネチウムと比較してモリブデンに対して優れた選択性を有し、食塩水溶液中の過テクネチウム酸塩を通過させる間に少なくとも約80%の効率でモリブデンを保持することができる。本明細書において開示される吸着剤の実施形態はまた、例えばpH6の水溶液から乾燥吸着剤1gあたり2.96mmolまたは2.96mmolを超える量のHgの吸着能を含む、重金属を吸着する優れた容量も提供する。   The adsorbent embodiments described herein have excellent retention capacity for molybdenum and are capable of adsorbing near or higher amounts of molybdenum based on the dry weight of the adsorbent. it can. This retention capacity can be around 6.25 mmol or more than 6.25 mmol per gram of adsorbent. The adsorbent also has excellent selectivity for molybdenum compared to technetium and can retain molybdenum with an efficiency of at least about 80% while passing pertechnetate in saline solution. The adsorbent embodiments disclosed herein also have an excellent capacity for adsorbing heavy metals, including, for example, the ability to adsorb Hg in amounts of 2.96 mmol per gram dry adsorbent or greater than 2.96 mmol from an aqueous pH 6 solution. Also provide.

別の実施形態において、酸化チタンをキトサングルタルアルデヒド複合ポリマーマトリクスに組み込んだ。結晶チタン酸シリカ(CST)およびチタンベースの酸化物材料の開発により、放射活性および非放射活性廃液流から含水酸化チタンに金属イオンを吸着させる研究への道が開かれた。Anthony,R.G.,Dosch,R.G.,Gu,D.,and Philip,C.V.“Use of silicotitanates for removing cesium and strontium from defense waste”Ind.Eng.Chem.Res.,33,2702−2705,1994;Maria,P.,Meng,X.,Korfiatis,G.P.,and Jing,C.“Adsorption mechanism of arsenic on nanocrystalline titanium dioxide”Environ.Sci.Technol,40,1257−1262,2006;Mengら、“Methods of preparing a surface−activated titanium oxide product and of using same in water treatment process”米国特許第7,497,952号B2、2009年、3月3日を参照されたい。QaziとAhmed(2011)は、99Moの吸着剤としての含水酸化チタン、および99mTcジェネレータでの使用に関するその可能性を報告した。Qazi,Q.M.,and Ahmed,M.“Preparation and evaluation of hydrous titanium oxide as a high affinity adsorbent for molybdenum(99Mo) and its potential for use in 99mTc generators”Radiochimica Acta,Doi:10.1524/ract.2011,18172011。酸化チタンは、表面酸素原子に対する二座結合様式に起因する金属イオンとの表面錯体を形成することができると示唆されている。Hasan,S.,Ghosh,T.K.,Prelas,M.A.,Viswanath,D.S.,and Boddu,V,M.“Adsorption of uranium on a novel bioadsorbent chitosan coated perlite”Nuclear Technology,159,59−71,2007。 In another embodiment, titanium oxide was incorporated into a chitosan glutaraldehyde complex polymer matrix. The development of crystalline silica titanate (CST) and titanium-based oxide materials has opened the way to studies of metal ions adsorbed on hydrous titanium oxide from radioactive and non-radioactive waste streams. Anthony, R.A. G. Dosch, R .; G. Gu, D .; , And Philip, C.I. V. “Use of silicotitanates for removing cesium and strontium from defense waste” Ind. Eng. Chem. Res. 33, 2702-2705, 1994; Maria, P .; , Meng, X .; , Korfiatis, G .; P. , And Jing, C.I. “Adsorption mechanism of arsenic on nanocrystallin titanium dioxide” Environ. Sci. Technol, 40, 1277-1262, 2006; Meng et al., “Methods of preparing a surface-activated titanium oxide product and of using same in the United States, 3rd year, United States No. 3, 7th year, United States, No. 3, 1995 Please refer to the day. Qazi and Ahmed (2011) reported hydrous titanium oxide as an adsorbent of 99 Mo and its potential for use in a 99m Tc generator. Qazi, Q .; M.M. , And Ahmed, M .; “Preparation and evaluation of hydrous titanium oxide as a high affinity adsorbent for moltibdenum ( 99 Mo) and its potential for use in 99m tent. 2011, 18172011. Titanium oxide has been suggested to be able to form surface complexes with metal ions due to the bidentate mode of binding to surface oxygen atoms. Hasan, S .; , Ghosh, T .; K. Prelas, M .; A. Viswanath, D .; S. , And Boddu, V, M .; “Adsorption of uranium on a novel biosorbent chitosan coated perlite”, Nuclear Technology, 159, 59-71, 2007.

しかし、これらの文書はいずれも、キトサンマトリクスに分散されたTiOが、放射活性廃液からの全体的な金属イオン取り込み容量を増強することを開示していない。本明細書において開示される方法では、含水酸化チタンゲルを、ゾルゲル技術を使用して調製した。酸化チタンゲルは、触媒としてHClの存在下でキトサンおよびグルタルアルデヒドマトリクスに組み込まれた。 However, none of these documents disclose that TiO 2 dispersed in a chitosan matrix enhances the overall metal ion uptake capacity from radioactive waste liquors. In the method disclosed herein, hydrous titanium oxide gel was prepared using sol-gel technology. The titanium oxide gel was incorporated into a chitosan and glutaraldehyde matrix in the presence of HCl as a catalyst.

このように、1つの実施形態は、放射線抵抗性吸着剤を調製する方法であって:
酸の存在下でキトサンと水を混合して、キトサンゲルを形成すること;
グルタルアルデヒドをキトサンゲルに添加して、触媒の存在下、70℃で半固体の塊を形成すること;
半固体の塊を洗浄することで未反応のグルタルアルデヒドを除去して、洗浄された塊を形成すること;
洗浄された塊を塩基水溶液に懸濁して中和された架橋塊を形成すること;および
中和された架橋塊を乾燥させて、放射線抵抗性吸着剤を形成すること、
を含む方法に関する。
Thus, one embodiment is a method of preparing a radiation resistant adsorbent comprising:
Mixing chitosan and water in the presence of acid to form a chitosan gel;
Adding glutaraldehyde to the chitosan gel to form a semi-solid mass at 70 ° C. in the presence of a catalyst;
Removing unreacted glutaraldehyde by washing the semi-solid mass to form a washed mass;
Suspending the washed mass in an aqueous base to form a neutralized crosslinked mass; and drying the neutralized crosslinked mass to form a radiation resistant adsorbent;
Relates to a method comprising:

別の実施形態は:
酸触媒加水分解およびチタンイソプロポキシドの縮合によって非晶質チタニアゲルを形成すること;
前記のグルタルアルデヒドを添加する前に、ゲルが十分に反応する条件下で非晶質チタニアゲルをキトサンゲルと混合すること、
をさらに含む方法に関する。
Another embodiment is:
Forming an amorphous titania gel by acid-catalyzed hydrolysis and condensation of titanium isopropoxide;
Mixing the amorphous titania gel with the chitosan gel under conditions that allow the gel to fully react before adding the glutaraldehyde,
Further comprising a method.

1つの実施形態において、キトサンベースの微孔性複合材料を、pH3の溶液中に懸濁して、60Co照射装置を使用して50,000kradで照射した。この研究の特定の目的は、1)キトサンベースの微孔性複合粒子を調製して、非常に酸性またはアルカリ性の放射活性廃液から金属イオンを吸着させること;および2)架橋プロセスを最適化して、最大の金属結合部位を得ることであった。 In one embodiment, a chitosan-based microporous composite was suspended in a pH 3 solution and irradiated at 50,000 krad using a 60 Co irradiation apparatus. The specific objectives of this study are: 1) preparing chitosan-based microporous composite particles to adsorb metal ions from highly acidic or alkaline radioactive effluents; and 2) optimizing the crosslinking process; It was to obtain the largest metal binding site.

このため、別の実施形態は、同位体をその混合物から分離する方法であって:
少なくとも2つの同位体の混合物に、前記同位体の少なくとも1つを優先的に吸着する請求項1に記載の放射線抵抗性吸着剤を接触させること;
残りの同位体の1つまたは複数が吸着剤によって有意に吸着されない状態で、前記同位体の少なくとも1つを前記吸着剤の上または中に吸着させること、
前記1つまたは複数の残りの同位体を前記吸着剤から除去すること、
を含む方法に関する。
Thus, another embodiment is a method for separating an isotope from a mixture thereof:
Contacting the radiation-resistant adsorbent of claim 1 preferentially adsorbing at least one of the isotopes with a mixture of at least two isotopes;
Adsorbing at least one of the isotopes on or in the adsorbent with one or more of the remaining isotopes not significantly adsorbed by the adsorbent;
Removing the one or more remaining isotopes from the adsorbent;
Relates to a method comprising:

キトサン架橋複合体は、利用可能な樹脂と比較して優れた低コスト代替吸着材料であり、このため、放射活性および非放射活性水溶液から金属イオンを除去するために望ましい吸着材料である。99Mo/99mTcジェネレータシステムにおける吸着プロセスの成功は、吸着剤の費用および容量、ならびにジェネレータからの99mTc放出の容易さに大きく依存することが見出されている。放射線安全性の見地からこの特定の方法の主な問題は、アメリカ合衆国原子力規制委員会(NRC)の基準に従って維持されなければならない親99Moが、99mTcでジェネレータから「漏出」または部分的に溶出することを伴う点である。本明細書において記述される材料および方法の実施形態は、ジェネレータからの99mTcの良好で選択的な放出を提供して、それによって、この問題を解決して、そのようなジェネレータの要件を満たす。 Chitosan cross-linked composites are excellent low cost alternative adsorbent materials compared to available resins and are therefore desirable adsorbent materials for removing metal ions from radioactive and non-radioactive aqueous solutions. It has been found that the success of the adsorption process in a 99 Mo / 99m Tc generator system is highly dependent on the cost and capacity of the adsorbent and the ease of 99m Tc release from the generator. The main problem with this particular method from a radiation safety standpoint is that the parent 99 Mo, which must be maintained in accordance with US Nuclear Regulatory Commission (NRC) standards, “leaks” or partially elutes from the generator at 99m Tc. It is a point that involves. The material and method embodiments described herein provide good and selective release of 99m Tc from the generator, thereby solving this problem and meeting the requirements of such a generator. .

さらに、本明細書において開示されるキトサン架橋複合体の実施形態は、1つまたは複数の重金属を含有する液体流に、キトサン架橋複合体を接触させて、それ上の前記重金属の1つまたは複数を吸着させることによって、廃液流または処理水流などの液体流から1つまたは複数の重金属を分離もしくは濃縮またはその両方を行う方法において使用することができる。   Further, embodiments of the chitosan cross-linked composite disclosed herein include contacting the chitosan cross-linked composite with a liquid stream containing one or more heavy metals and one or more of the heavy metals thereon. Can be used in a method for separating and / or concentrating one or more heavy metals from a liquid stream, such as a waste stream or treated water stream.

本明細書において開示される実施形態の様々な態様は、図面を参照してより明確に理解することができ、これは特許請求される本発明を制限すると解釈すべきでない。   Various aspects of the embodiments disclosed herein may be more clearly understood with reference to the drawings, which should not be construed as limiting the invention as claimed.

キトサンおよび本明細書において開示される改変キトサン(MPCM)の実施形態を示す走査型電子顕微鏡写真である。図1aは、非改変キトサンを示し;図1bは、MPCM材料の一実施形態を示す。2 is a scanning electron micrograph showing embodiments of chitosan and modified chitosan (MPCM) disclosed herein. FIG. 1a shows unmodified chitosan; FIG. 1b shows one embodiment of MPCM material. キトサンおよびMPCMの一実施形態の熱重量分析(TGA)の結果を示すグラフである。2 is a graph showing the results of thermogravimetric analysis (TGA) of one embodiment of chitosan and MPCM. キトサンおよびMPCM材料の一実施形態のX線回折パターンを示すグラフである。2 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of one embodiment of chitosan and MPCM material. キトサンおよび本明細書に開示のMPCM材料の一実施形態のフーリエ変換赤外線(FTIR)スペクトルを示すグラフである。2 is a graph illustrating Fourier transform infrared (FTIR) spectra of one embodiment of chitosan and an MPCM material disclosed herein. キトサンおよびMPCMの一実施形態のX線光電子分光分析(XPS)のサーベイスキャンを示すグラフである。2 is a graph showing an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) survey scan of one embodiment of chitosan and MPCM. キトサンおよびMPCMの一実施形態のX線光電子分光分析(XPS)スペクトルを示すグラフである。図6a、6b、および6cはそれぞれ、C1s、O1s、およびN1s位置を示す。2 is a graph showing an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum of one embodiment of chitosan and MPCM. Figures 6a, 6b, and 6c show the C1s, O1s, and N1s positions, respectively. キトサンおよびMPCMの一実施形態のX線光電子分光分析(XPS)スペクトルを示すグラフである。図6a、6b、および6cはそれぞれ、C1s、O1s、およびN1s位置を示す。2 is a graph showing an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum of one embodiment of chitosan and MPCM. Figures 6a, 6b, and 6c show the C1s, O1s, and N1s positions, respectively. キトサンおよびMPCMの一実施形態のX線光電子分光分析(XPS)スペクトルを示すグラフである。図6a、6b、および6cはそれぞれ、C1s、O1s、およびN1s位置を示す。2 is a graph showing an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum of one embodiment of chitosan and MPCM. Figures 6a, 6b, and 6c show the C1s, O1s, and N1s positions, respectively. 本明細書に記載のMPCMの一実施形態のエネルギー分散型X線分光分析(EDS)のマイクロアナリシススペクトルのグラフである。図7aは、照射の前後のキトサンおよびMPCMの一実施形態のスペクトルを示す。図7bは、キトサンおよびMPCMの一実施形態の比較を示す。図7cは、照射の前後のMPCMの一実施形態の比較を示す。2 is a graph of an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) micro-analysis spectrum of one embodiment of the MPCM described herein. FIG. 7a shows the spectrum of one embodiment of chitosan and MPCM before and after irradiation. FIG. 7b shows a comparison of one embodiment of chitosan and MPCM. FIG. 7c shows a comparison of one embodiment of MPCM before and after irradiation. 本明細書に記載のMPCMの一実施形態のエネルギー分散型X線分光分析(EDS)のマイクロアナリシススペクトルのグラフである。図7aは、照射の前後のキトサンおよびMPCMの一実施形態のスペクトルを示す。図7bは、キトサンおよびMPCMの一実施形態の比較を示す。図7cは、照射の前後のMPCMの一実施形態の比較を示す。2 is a graph of an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) micro-analysis spectrum of one embodiment of the MPCM described herein. FIG. 7a shows the spectrum of one embodiment of chitosan and MPCM before and after irradiation. FIG. 7b shows a comparison of one embodiment of chitosan and MPCM. FIG. 7c shows a comparison of one embodiment of MPCM before and after irradiation. 本明細書に記載のMPCMの一実施形態のエネルギー分散型X線分光分析(EDS)のマイクロアナリシススペクトルのグラフである。図7aは、照射の前後のキトサンおよびMPCMの一実施形態のスペクトルを示す。図7bは、キトサンおよびMPCMの一実施形態の比較を示す。図7cは、照射の前後のMPCMの一実施形態の比較を示す。2 is a graph of an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) micro-analysis spectrum of one embodiment of the MPCM described herein. FIG. 7a shows the spectrum of one embodiment of chitosan and MPCM before and after irradiation. FIG. 7b shows a comparison of one embodiment of chitosan and MPCM. FIG. 7c shows a comparison of one embodiment of MPCM before and after irradiation. 本明細書において記述されるMPCMの一実施形態を調製するための反応経路を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a reaction pathway for preparing one embodiment of MPCM described herein. 本明細書に開示の改変キトサンの一実施形態の照射の前後のFTIRスペクトルを示すグラフである。2 is a graph showing FTIR spectra before and after irradiation of one embodiment of a modified chitosan disclosed herein. MPCMの一実施形態の照射の前後のX線光電子分光分析(XPS)スペクトルを示すグラフである。図10a、10b、および10cはそれぞれ、C1s、O1s、およびN1s位置を示す。2 is a graph showing X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectra before and after irradiation of one embodiment of MPCM. Figures 10a, 10b and 10c show the C1s, O1s and N1s positions, respectively. MPCMの一実施形態の照射の前後のX線光電子分光分析(XPS)スペクトルを示すグラフである。図10a、10b、および10cはそれぞれ、C1s、O1s、およびN1s位置を示す。2 is a graph showing X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectra before and after irradiation of one embodiment of MPCM. Figures 10a, 10b and 10c show the C1s, O1s and N1s positions, respectively. MPCMの一実施形態の照射の前後のX線光電子分光分析(XPS)スペクトルを示すグラフである。図10a、10b、および10cはそれぞれ、C1s、O1s、およびN1s位置を示す。2 is a graph showing X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectra before and after irradiation of one embodiment of MPCM. Figures 10a, 10b and 10c show the C1s, O1s and N1s positions, respectively. 1M NaNOの存在下で溶液中の1%Mo(VI)に曝露したおよび曝露していないMPCMの一実施形態の表面電荷を示すグラフである。2 is a graph showing the surface charge of one embodiment of MPCM exposed and unexposed to 1% Mo (VI) in solution in the presence of 1M NaNO 3 . MPCMの一実施形態へのモリブデン酸塩の吸着に及ぼすpHの効果を示すグラフであり、初期条件は、濃度5.21mmol/Lおよび温度298Kである。FIG. 6 is a graph showing the effect of pH on molybdate adsorption to one embodiment of MPCM, with initial conditions of a concentration of 5.21 mmol / L and a temperature of 298K. 水溶液からMPCMの一実施形態へのMo(VI)の吸着の反応メカニズムを示す概略図である。It is the schematic which shows the reaction mechanism of adsorption | suction of Mo (VI) from aqueous solution to one Embodiment of MPCM. MPCMの一実施形態へのMo(VI)の取り込みに関する平衡吸着等温線を示すグラフであり、溶液中のMo(VI)濃度が1mmol/L〜94mmol/Lの範囲にあり、温度が298Kであり、pHが約3である条件で、ラングミュア等温線モデル(実線)に相関した実験データ()を示す。FIG. 6 is a graph showing an equilibrium adsorption isotherm for the incorporation of Mo (VI) into one embodiment of MPCM, where the Mo (VI) concentration in the solution is in the range of 1 mmol / L to 94 mmol / L, and the temperature is 298K. Experimental data ( * ) correlated with the Langmuir isotherm model (solid line) under the condition that the pH is about 3. 図15aは、MPCMベッドへのMo(VI)吸着の漏出曲線を示すグラフであり、注入口の流入液濃度は、pH3で5.21mmol/LのMo(VI)であった。図15bは、MPCMの一実施形態を充填したカラムからのMo(VI)の漏出曲線に及ぼす注入液のpHの効果を示すグラフである。注入口の流入液濃度はpH4〜7でそれぞれ、153.8mmol/LのNaClを含む5.21mmol/LのMo(VI)であった。両方の図において、カラムのベッドの高さは、3.2cmであり、注入口の流入液の流速は1mL/分であった。FIG. 15a is a graph showing a leakage curve of Mo (VI) adsorption on the MPCM bed, and the inlet concentration of the influent at the inlet was 5.21 mmol / L of Mo (VI) at pH3. FIG. 15b is a graph showing the effect of pH of the injection on the leakage curve of Mo (VI) from a column packed with one embodiment of MPCM. The influent concentration at the inlet was pH 4-7, and was 5.21 mmol / L Mo (VI) containing 153.8 mmol / L NaCl, respectively. In both figures, the column bed height was 3.2 cm and the inlet influent flow rate was 1 mL / min. 図15aは、MPCMベッドへのMo(VI)吸着の漏出曲線を示すグラフであり、注入口の流入液濃度は、pH3で5.21mmol/LのMo(VI)であった。図15bは、MPCMの一実施形態を充填したカラムからのMo(VI)の漏出曲線に及ぼす注入液のpHの効果を示すグラフである。注入口の流入液濃度はpH4〜7でそれぞれ、153.8mmol/LのNaClを含む5.21mmol/LのMo(VI)であった。両方の図において、カラムのベッドの高さは、3.2cmであり、注入口の流入液の流速は1mL/分であった。FIG. 15a is a graph showing a leakage curve of Mo (VI) adsorption on the MPCM bed, and the inlet concentration of the influent at the inlet was 5.21 mmol / L of Mo (VI) at pH3. FIG. 15b is a graph showing the effect of pH of the injection on the leakage curve of Mo (VI) from a column packed with one embodiment of MPCM. The influent concentration at the inlet was pH 4-7, and was 5.21 mmol / L Mo (VI) containing 153.8 mmol / L NaCl, respectively. In both figures, the column bed height was 3.2 cm and the inlet influent flow rate was 1 mL / min. MPCM1グラムあたり6.25mMのMo(VI)を充填した酸化を含まないMPCMの一実施形態を充填したカラムからの過テクネチウム酸塩の漏出曲線を示すグラフである。カラムの容積は2.5cmであった。注入口の流速は1mL/分であった。注入口の流入液濃度は、食塩水(0.9%NaCl)溶液1Lあたり0.25mMの過テクネチウム酸塩であった。FIG. 5 is a graph showing pertechnetate leakage curves from a column packed with one embodiment of MPCM without oxidation packed with 6.25 mM Mo (VI) per gram of MPCM. The column volume was 2.5 cm 3 . The inlet flow rate was 1 mL / min. The inlet influent concentration was 0.25 mM pertechnetate per liter of saline (0.9% NaCl) solution. 1N NaNOの存在下で1%Mo(VI)水溶液に曝露した酸化および非酸化MPCMの表面電荷を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the surface charge of oxidized and non-oxidized MPCM exposed to 1% Mo (VI) aqueous solution in the presence of 1N NaNO 3 . 99Moを添加したMo(VI)を充填したMPCMの一実施形態からの99mTcの溶出プロファイルを示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the elution profile of 99m Tc from one embodiment of MPCM loaded with Mo (VI) with 99 Mo added. 吸着剤としてのMPCMの一実施形態からの溶出回数と、99mTcおよびMo(VI)放出の割合との間の関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of elutions from one embodiment of MPCM as an adsorbent and the percentage of 99m Tc and Mo (VI) release. 99mTc/99Moジェネレータシステムを使用するプロセスと、吸着剤としてMPCMの一実施形態を使用して中性子捕獲法を使用する99Mo生成のフローチャートである。FIG. 6 is a flow chart of 99 Mo generation using a process using a 99m Tc / 99 Mo generator system and neutron capture using one embodiment of MPCM as an adsorbent. 初回溶液濃度1%Mo溶液で25mM NaOCl、pH 3.0および固液比1:100で接触時間0.5時間の条件下でMPCM−ClO樹脂へのモリブデン取り込みに及ぼす温度の効果を示すグラフである。Graph showing the effect of temperature on molybdenum uptake into MPCM-ClO 2 resin under conditions of 25 mM NaOCl, pH 3.0 and solid-liquid ratio 1: 100 at a first solution concentration of 1% Mo solution and a contact time of 0.5 hour. It is. 様々な充填量および温度(24℃〜50℃)における、図21の樹脂の吸着熱を示すグラフである。It is a graph which shows the adsorption heat of resin of FIG. 21 in various filling amount and temperature (24 to 50 degreeC). カラム容積6mLで、提唱されるMPCMベースのジェネレータの予測比活性を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the predicted specific activity of the proposed MPCM-based generator with a column volume of 6 mL. キトサンおよび本明細書において開示される改変キトサンの別の実施形態のFTIRスペクトルを示すグラフである。2 is a graph showing FTIR spectra of chitosan and another embodiment of the modified chitosan disclosed herein.

特定の実施形態の詳細な説明
本明細書に開示の方法および得られた改変キトサン材料、ならびにその使用方法は、例証するためであり、本発明または添付の特許請求の範囲を制限しないと意図される、以下の実施例を参照することによってよりよく理解することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF SPECIFIC EMBODIMENTS The methods disclosed herein and the resulting modified chitosan materials, and methods of use thereof are intended to be illustrative and are not intended to limit the invention or the appended claims. A better understanding can be obtained by reference to the following examples.

75〜85%脱アセチル化されている中間分子量のキトサン(約190,000〜約310,000、粘度データによって決定)を、Sigma−Aldrich Chemical Corporation,WI,USAから得た。本実施例で使用した化学物質は全て分析等級のものであった。   Intermediate molecular weight chitosan (about 190,000 to about 310,000, determined by viscosity data), 75-85% deacetylated, was obtained from Sigma-Aldrich Chemical Corporation, WI, USA. All chemicals used in this example were of analytical grade.

本明細書に開示される改変キトサンは、図8に模式的に示される反応に従って、以下に述べる温度条件の酸性条件下でグルタルアルデヒドとの架橋によって調製することができる。使用したグルタルアルデヒドの量は、いくぶん変化し得るが、キトサン4gあたりグルタルアルデヒド約2ml〜約10ml、より特定的には約2ml〜約8ml、さらにより特定的には約6mlを使用することが有効であることが見出されている。グルタルアルデヒドとキトサンの間の架橋反応のpHもまたいくぶん変化し得るが、pH約0.7〜約3、より特定的には約0.7〜2、さらにより特定的には約1.0を使用することが有効であることが見出されている。架橋反応の温度もまた変化し得るが、望ましくは約50℃〜約80℃の間であり、より特定的には70℃付近である。   The modified chitosan disclosed herein can be prepared by crosslinking with glutaraldehyde under acidic conditions of the temperature conditions described below, according to the reaction schematically shown in FIG. The amount of glutaraldehyde used may vary somewhat, but it is effective to use about 2 ml to about 10 ml of glutaraldehyde per 4 g of chitosan, more specifically about 2 ml to about 8 ml, and even more specifically about 6 ml. It has been found that The pH of the cross-linking reaction between glutaraldehyde and chitosan can also vary somewhat, but the pH is about 0.7 to about 3, more specifically about 0.7 to 2, even more specifically about 1.0. Has been found to be effective. The temperature of the cross-linking reaction can also vary, but is desirably between about 50 ° C. and about 80 ° C., and more particularly around 70 ° C.

[実施例1]
本試験において使用したキトサンのイオン容量は、標準的な滴定法を使用して測定した場合、9〜19ミリ当量/gの範囲であった。キトサン約4gを、酢酸1mLを含むDI水300mLに添加して、70℃で2時間撹拌してゲルを形成させた。HCl/HNO約5mLをキトサンゲルに添加して、連続的に撹拌しながら70℃でさらに1時間維持して、以下に述べる反応にとって有益であるアミノ置換基のプロトン化を補助した。
[Example 1]
The ionic capacity of chitosan used in this test was in the range of 9-19 meq / g as measured using standard titration methods. About 4 g of chitosan was added to 300 mL of DI water containing 1 mL of acetic acid and stirred at 70 ° C. for 2 hours to form a gel. Approximately 5 mL of HCl / HNO 3 was added to the chitosan gel and maintained at 70 ° C. for an additional hour with continuous stirring to assist in the protonation of the amino substituent, which is beneficial for the reactions described below.

グルタルアルデヒドとの反応は、濃度50%のグルタルアルデヒド溶液およそ6mLを、酸性のキトサンゲルに70℃で連続的に撹拌しながら(試行錯誤に基づいて確立されたが一般的には200rpm〜500rpm)滴下して添加することによって行った。混合物の最終pHは、およそ1.0であった。この試験で使用したグルタルアルデヒドの量は、試行錯誤に基づいて確立された。混合物を激しく撹拌(500rpm)しながら70℃でさらに1時間維持して、半固体のゲルを得た。キトサンに存在するアミノ基は、キトサンのヒドロキシル基よりも、シッフ反応におけるアルデヒドに対して反応性である。70℃では、室温で存在するより多くの遊離のアルデヒド基が溶液中に存在すると想像される。酸性溶液では、アミン基のプロトン化により、アルデヒドとアミノ基の複合体の形成が阻害される。その上、グルタルアルデヒドはアルドール縮合を受けることがあり、キトサンのヒドロキシル基と遊離のアルデヒドとの反応は、70℃で酸によって触媒され得る。   The reaction with glutaraldehyde was performed by continuously stirring approximately 6 mL of a 50% concentration glutaraldehyde solution in an acidic chitosan gel at 70 ° C. (established based on trial and error, but generally 200 rpm to 500 rpm). This was done by adding dropwise. The final pH of the mixture was approximately 1.0. The amount of glutaraldehyde used in this test was established on a trial and error basis. The mixture was maintained at 70 ° C. for an additional hour with vigorous stirring (500 rpm) to give a semi-solid gel. The amino groups present in chitosan are more reactive towards aldehydes in the Schiff reaction than the hydroxyl groups of chitosan. At 70 ° C., it is envisioned that more free aldehyde groups are present in the solution than are present at room temperature. In an acidic solution, formation of a complex of an aldehyde and an amino group is inhibited by protonation of an amine group. Moreover, glutaraldehyde can undergo aldol condensation, and the reaction of the chitosan hydroxyl group with the free aldehyde can be catalyzed by an acid at 70 ° C.

次に、得られた塊を、2%モノエタノールアミンによって十分に洗浄して、いかなる未反応のグルタルアルデヒドも除去した。次に、塊を0.1M NaOH溶液に4〜6時間懸濁した。架橋した塊を溶液から分離して、0.1M HClによって洗浄した後、脱イオン水(DI)によって溶出溶液のpHが7となるまで洗浄した。架橋した塊を、70℃の真空オーブンで一晩乾燥させた。架橋したキトサン−グルタルアルデヒド複合体を、本明細書において「MPCM」または「微孔性複合材料」と呼ぶ。   The resulting mass was then washed thoroughly with 2% monoethanolamine to remove any unreacted glutaraldehyde. The mass was then suspended in 0.1 M NaOH solution for 4-6 hours. The cross-linked mass was separated from the solution, washed with 0.1 M HCl, and then washed with deionized water (DI) until the pH of the elution solution was 7. The crosslinked mass was dried in a 70 ° C. vacuum oven overnight. The crosslinked chitosan-glutaraldehyde complex is referred to herein as “MPCM” or “microporous composite material”.

MPCMを、約50〜200μmの範囲の粒子径となるように実験室のボールミルを使用して粉砕した。これらのMPCM粒子のある量を、pH3の水溶液に一晩懸濁させた。溶液のpHを0.1M HNOを使用して維持した。懸濁したMPCM粒子を、γ線源として60Coを使用して照射した。MPCM試料の特徴付けを、SEM、EDS X線マイクロアナリシス、FTIR,およびXPS分光分析を使用して実施した。 MPCM was ground using a laboratory ball mill to a particle size in the range of about 50-200 μm. An amount of these MPCM particles was suspended in an aqueous solution of pH 3 overnight. The pH of the solution was maintained using 0.1 M HNO 3. Suspended MPCM particles were irradiated using 60 Co as a gamma ray source. MPCM sample characterization was performed using SEM, EDS X-ray microanalysis, FTIR, and XPS spectroscopy.

表面の形態を調べるために、キトサンおよびMPCM材料の走査型電子顕微鏡写真(SEM)を撮影して、これを図1に示す。試料のSEM二次電子顕微鏡写真を、10keVの加速電圧で後方散乱電子を使用して得た。キトサンおよびMPCM試料の断面のSEM顕微鏡写真をそれぞれ、図1aおよび1bに示す。図1aから、キトサンは非孔性であるように思われ、図1bから、MPCMが本質的に微孔性であるように思われる。   To examine the surface morphology, scanning electron micrographs (SEM) of chitosan and MPCM materials were taken and are shown in FIG. A SEM secondary electron micrograph of the sample was obtained using backscattered electrons at an acceleration voltage of 10 keV. SEM micrographs of cross sections of chitosan and MPCM samples are shown in FIGS. 1a and 1b, respectively. From FIG. 1a, chitosan appears to be non-porous, and from FIG. 1b, MPCM appears to be essentially microporous.

実験室で調製したMPCMおよび純粋なキトサンのTGA分析をそれぞれ、窒素流雰囲気(200mL/分)下でTGA(TA Instruments)アナライザを使用して実施した。それぞれの実験に関して、MPCMおよそ20mgを、既定の加熱速度でアルミナ用るつぼにおいて30〜600℃の温度範囲で加熱した。TGAは、特定の速度で加熱する場合の試料の重量変化の量および速度を測定する。制御された条件で加熱が進行する際の組成の変化に関する補足的な情報を提供する熱重量分析を、MPCMおよびキトサンの両方について得た。この分析における加熱速度を5℃/分に設定した。図2に示されるTGAプロファイルは、純粋なキトサンに関して2段階の分解プロセスを示しているが、MPCMは、温度の増加と共に徐々に分解する。   TGA analysis of MPCM and pure chitosan prepared in the laboratory was each performed using a TGA (TA Instruments) analyzer under a nitrogen flow atmosphere (200 mL / min). For each experiment, approximately 20 mg of MPCM was heated in a temperature range of 30-600 ° C. in an alumina crucible at a predetermined heating rate. TGA measures the amount and rate of weight change of a sample when heated at a specific rate. Thermogravimetric analysis was obtained for both MPCM and chitosan, providing supplemental information regarding compositional changes as heating progressed under controlled conditions. The heating rate in this analysis was set to 5 ° C./min. The TGA profile shown in FIG. 2 shows a two-stage degradation process for pure chitosan, but MPCM degrades gradually with increasing temperature.

窒素雰囲気(200mL/分)における5℃/分の加熱速度でのキトサンの熱重量分析(TGA)により、完全な脱水が250℃で起こり、重量の減少は8%であることが示される。無水キトサンは、第2のステップでさらに分解し、重量の減少は360℃で32%であった。これは600℃で完全に燃え尽きて、重量はさらに12%減少した。残りの48%は、600℃でのキトサンの燃え殻である。   Thermogravimetric analysis (TGA) of chitosan at a heating rate of 5 ° C./min in a nitrogen atmosphere (200 mL / min) shows that complete dehydration occurs at 250 ° C. and the weight loss is 8%. Anhydrous chitosan further decomposed in the second step with a weight loss of 32% at 360 ° C. This burned out completely at 600 ° C. and the weight was further reduced by 12%. The remaining 48% is chitosan husk at 600 ° C.

MPCMの場合、完全な脱水は230℃で起こり、重量の減少は12%である。無水MPCMは、600℃で完全に燃え尽きて、重量の減少は36%であった。残りの52%は、600℃でのMPCMの燃え殻である。MPCMの燃焼生成物は、キトサンと比較して4%少ないことが認められ得るが、このことは、MPCMが、グルタルアルデヒドなどの架橋剤の4%を含有して、これがこの加熱範囲で完全に燃え尽きたことを示している。   In the case of MPCM, complete dehydration occurs at 230 ° C. and the weight loss is 12%. Anhydrous MPCM burned out completely at 600 ° C. and the weight loss was 36%. The remaining 52% is MPCM husk at 600 ° C. It can be seen that the combustion products of MPCM are 4% less compared to chitosan, which indicates that MPCM contains 4% of a cross-linking agent such as glutaraldehyde, which is completely in this heating range. Indicates that it has burned out.

MPCM材料の膨潤挙動および酸抵抗性もまた評価した。MPCMの膨潤挙動は、Yazdani−Pedramら、“Synthesis and unusual swelling behavior of combined cationic/non−ionic hydrogels based on chitosan,”Macromol.Biosci.,3,577−581(2003)に記載されるプロセスを使用して、MPCMを脱イオン水および食塩水溶液に浸すことによって実施した。   The swelling behavior and acid resistance of the MPCM material were also evaluated. The swelling behavior of MPCM is described by Yazdani-Pedram et al., “Synthesis and unusual swelling behavior of combined cation / non-ionic hydrocarbons based on chitosan,” Macromol. Biosci. , 3, 577-581 (2003), was performed by immersing MPCM in deionized water and saline solution.

キトサンの膨潤挙動もまた、脱イオン水と食塩水溶液によって調べた。
キトサンおよびMPCMの膨潤比を、以下の式を使用して計算した。
The swelling behavior of chitosan was also investigated with deionized water and saline solution.
The swelling ratio of chitosan and MPCM was calculated using the following formula:

式中、Vは、膨潤したMPCMの体積であり、Vは、乾燥試料の体積である。脱イオン水において、キトサンは、24時間の平衡時間で、当初の体積のおよそ105%に膨潤することが観察された。MPCMは、非常に急速な膨潤挙動を示し、5分以内におよそ200%の増加に達し、24時間で平衡に達する。脱イオン水での膨潤試験は、pH3〜6の範囲で実施した。平衡時のMPCMの最大体積は、その乾燥時体積よりほぼ219%大きかった。 Where V s is the volume of the swollen MPCM and V d is the volume of the dried sample. In deionized water, chitosan was observed to swell to approximately 105% of its original volume with an equilibration time of 24 hours. MPCM exhibits a very rapid swelling behavior, reaching an increase of approximately 200% within 5 minutes and reaching equilibrium in 24 hours. The swelling test with deionized water was carried out in the range of pH 3-6. The maximum volume of MPCM at equilibrium was approximately 219% greater than its dry volume.

MPCMの類似の膨潤挙動が、食塩水溶液(0.9%NaCl)についても観察された。平衡時のMPCMの体積は、食塩水溶液中でその当初の乾燥体積の223%まで増加する。膨潤試験の結果は、MPCMの親水性がキトサンより大きいことを示している。キトサンハイドロゲルの膨潤挙動は、ゲル構造内に存在するイオン化可能な基に依存すると報告されている。Rayら、Development and Characterization of Chitosan Based Polymeric Hydrogel Membranes,Designed Monomers & Polymers,Vol.13,3,193−206(2010)を参照されたい。pH3〜6の範囲の溶液ではMPCMの−NH基がプロトン化されることにより、脱イオン水中のMPCMの急速な膨潤挙動は、−NH 基の高い反発力のためであり得る。食塩水溶液では、6より高いpHでは、カルボン酸基がイオン化されて、電荷部位(COO)の間の静電反発力が膨潤の増加を引き起こす。Yazdani−Pedramら、上記;Radhakumariら、“Biopolymer composite of Chitosan and Methyl Methacrylate for Medical Applications,”Trends Biomater.Artif.Organs,18,2,(2005);Felintoら、“The swelling behavior of chitosan hydrogel membranes obtained by UV− and γ−radiation,”Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B,265,418−424(2007)を参照されたい。 Similar swelling behavior of MPCM was also observed for saline solution (0.9% NaCl). The volume of MPCM at equilibrium increases to 223% of its original dry volume in saline solution. Swell test results indicate that the hydrophilicity of MPCM is greater than that of chitosan. It has been reported that the swelling behavior of chitosan hydrogels depends on the ionizable groups present in the gel structure. Ray et al., Development and Characterisation of Chitosan Based Polymer Hybrids, Designed Monomers & Polymers, Vol. 13, 3, 193-206 (2010). By the solution in the range of pH3~6 the -NH 2 group of the MPCM is protonated, rapid swelling behavior of MPCM in deionized water may be due to the high repulsive force of -NH 3 + group. In saline solution, at pH higher than 6, the carboxylic acid groups are ionized and the electrostatic repulsion between charge sites (COO ) causes an increase in swelling. Yazdani-Pedram et al., Supra; Radhakumari et al., “Biopolymer composite of Chitosan and Methyl Methacrylate for Medical Applications,” Trends Biometer. Artif. Organs, 18, 2, (2005); Felinto et al., “The well-being of of chitosan hydrogel membranes ob- tained by UV-and γ-radiation, 4 Re-synthetic. I want to be.

MPCM試料を、様々な濃度のHCl、HNO、およびHSO酸中に24時間沈めた。キトサンは、酸性媒体においてゲルを形成する傾向があり、このことは、水溶液から金属イオンを分離するための吸着カラムに使用するには不適である。本研究の主な目的の1つは、キトサンにおける活性な金属結合部位である−NH基をより多く露出しながら、キトサンベースの酸抵抗性材料を作製することであった。表1は、MPCMの酸抵抗能の結果を示す。MPCM材料は、HNOおよびHSOに関する抵抗性より良好なHCl抵抗能を示すことが観察された。MPCMの物理的な大きさおよび形状は、12MまでのHCl、12MまでのHSO、3.9MまでのHNO溶液においていかなる有意差も示さなかったが、7.8M HNO溶液中では、MPCMは完全に溶解するように思われた。MPCMがキトサンと比較して酸抵抗性であることは明白である。 MPCM samples were submerged in various concentrations of HCl, HNO 3 , and H 2 SO 4 acid for 24 hours. Chitosan tends to form a gel in acidic media, which is unsuitable for use in adsorption columns for separating metal ions from aqueous solutions. One of the main objectives of this study was to create a chitosan-based acid resistant material while exposing more of the —NH 2 group, which is an active metal binding site in chitosan. Table 1 shows the results of acid resistance ability of MPCM. It has been observed that the MPCM material exhibits a better HCl resistance than the resistance for HNO 3 and H 2 SO 4 . The physical size and shape of MPCM did not show any significant difference in HCl up to 12M, H 2 SO 4 up to 12M, HNO 3 solution up to 3.9M, but in 7.8M HNO 3 solution MPCM appeared to dissolve completely. It is clear that MPCM is acid resistant compared to chitosan.

図3は、純粋なキトサンおよびMPCMビーズのXRDパターンを示す。キトサン試料は、20°近くで回折ピークを示し、これはキトサンの相対的に規則的な結晶格子(110,040)を示している。Wanら、“Biodegradable Polylactide/Chitosan Blend Membranes,”Biomacromolecules 7(4):1362−1372(2006)を参照されたい。MPCMに関して観察されたピークは、幅が広くなるように思われ、MPCM試料が本質的に非晶質であることを示している。また、キトサンとグルタルアルデヒドが、酸の存在下で複合体を形成することも示されており、したがって、キトサンの結晶構造は、キトサンとグルタルアルデヒドの間の化学結合によって破壊された。   FIG. 3 shows the XRD pattern of pure chitosan and MPCM beads. The chitosan sample shows a diffraction peak near 20 °, indicating a relatively regular crystal lattice (110,040) of chitosan. See Wan et al., “Biodegratable Polylactide / Chitosan Blend Membranes,” Biomacromolecules 7 (4): 1362-1372 (2006). The peaks observed for MPCM appear to be broad, indicating that the MPCM sample is essentially amorphous. It has also been shown that chitosan and glutaraldehyde form a complex in the presence of acid, and thus the crystal structure of chitosan was destroyed by the chemical bond between chitosan and glutaraldehyde.

上記で調製したMPCM試料のフーリエ変換赤外線分光分析(FTIR)を、ブロードバンドのN冷却水銀−カドミウム−テルリド(MCT)検出器およびKClビームスプリッタを備えたBRUKER FTIR分光計によって調べた。FTIRスペクトルを、400〜4000cm−1の範囲の128スキャンを使用して分解能8cm−1の吸収モードで収集した。HCl酸の存在下でのキトサンとグルタルアルデヒドの間の分子間相互作用は、IRピークの特徴の変化として反映される。図4は、キトサンとMPCMのIRスペクトルの比較を示す。スペクトルの2900cm−1〜3500cm−1の領域において、キトサンおよびMPCMはそれぞれ、3498cm−1および2950cm−1でピークを示し、これはO−H基およびN−H基の伸縮ならびにCHおよび−CHにおけるC−Hの伸縮振動に対応する。1350から1450cm−1でのピークは、アルカンC−H変角を示す。 Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) of the MPCM sample prepared above was examined with a BRUKER FTIR spectrometer equipped with a broadband N 2 cooled mercury-cadmium-telluride (MCT) detector and a KCl beam splitter. FTIR spectra were collected in the absorption mode resolution 8 cm -1 using 128 scans the range of 400~4000cm -1. The intermolecular interaction between chitosan and glutaraldehyde in the presence of HCl acid is reflected as a change in IR peak characteristics. FIG. 4 shows a comparison of the IR spectra of chitosan and MPCM. In the 2900 cm −1 to 3500 cm −1 region of the spectrum, chitosan and MPCM show peaks at 3498 cm −1 and 2950 cm −1 , respectively, which indicate stretching of the O—H and N—H groups and CH and —CH 2. Corresponds to the stretching vibration of C—H. The peak at 1350 to 1450 cm −1 indicates an alkane C—H deflection.

1650〜1500cm−1領域での吸収スペクトルの複雑な性質は、芳香環のバンドおよび二重結合(C=C)の振動が、C=O伸縮振動バンドおよびOH変角振動バンドと重なることを示唆している。IRスペクトルのこの領域で予想されるピークは、プロトン化アミン(−NH )、アミン(−NH)、およびカルボニル(−CONHR)バンドを含む。図4は、1600cm−1でピークを示し、約1570cm−1および1670cm−1付近を中心とするショルダー様のピークはそれぞれ、キトサンの−NHおよびアミドIを表す。しかし、MPCMにおいて、キトサンに関して観察されたピークより比較的鋭いピークが1590cm−1に存在することは、MPCM試料中にNH バンドが存在することを示唆している。 The complex nature of the absorption spectrum in the 1650-1500 cm −1 region suggests that the aromatic ring band and double bond (C═C) vibration overlap with the C═O stretching vibration band and the OH bending vibration band. doing. The expected peaks in this region of the IR spectrum include protonated amine (—NH 3 + ), amine (—NH 2 ), and carbonyl (—CONHR) bands. Figure 4 shows a peak at 1600 cm -1, shoulder-like peak centered around about 1570 cm -1 and 1670 cm -1, respectively, represent an -NH 2 and amide I of chitosan. However, the presence of a relatively sharp peak at 1590 cm −1 in MPCM than that observed for chitosan suggests the presence of an NH 3 + band in the MPCM sample.

キトサンとグルタルアルデヒドの間の分子間相互作用のより良好な理解を得るために、キトサンおよび上記のように調製したMPCM試料のXPS分析を実施した。XPS分析において、サーベイスキャンを使用して、エネルギー範囲が全ての元素を検出するために適していることを確認した。XPSデータは、240Wのパワーで励起源として使用する単色Mg X線(hν=1253.6eV)を有するKRATOSモデルAXIS 165 XPS分光計を使用して得た。分光計は、8チャネルの半球型検出器を備え、試料の分析の際に5〜160eVのパスエネルギーを使用した。それぞれの試料を、同じ期間および強度で、X線に曝露した。XPSシステムは、UO(4f7/2)のピークを使用して較正したが、その結合エネルギーは、379.2eVであった。試料の分析のために、0°のプローブ角を使用した。 To gain a better understanding of the intermolecular interaction between chitosan and glutaraldehyde, XPS analysis of chitosan and MPCM samples prepared as described above was performed. In XPS analysis, a survey scan was used to confirm that the energy range was suitable for detecting all elements. XPS data was obtained using a KRATOS model AXIS 165 XPS spectrometer with monochromatic Mg X-rays (hν = 1253.6 eV) used as an excitation source at a power of 240 W. The spectrometer was equipped with an 8-channel hemispherical detector and used a path energy of 5 to 160 eV when analyzing the sample. Each sample was exposed to X-rays for the same period and intensity. The XPS system was calibrated using the UO 2 (4f7 / 2) peak, but its binding energy was 379.2 eV. A probe angle of 0 ° was used for sample analysis.

図5は、キトサンおよび上記で調製したMPCM試料のそれぞれのサーベイスキャンによって得られたC1s、O1s、およびN1sのピーク位置を示す。図6は、キトサンおよびMPCMに存在するC1s、O1s、およびN1sの詳細なピーク位置を示す。観察されたC1sピークは、デコンボリューションによって2つのピークを示し、1つは284.3eVのC−Nであり、他方は283.5eVでのC−Cであった(図6a)。MPCM試料において、C−Csピークは、折り返されてわずかにシフトしているように思われるが、C−Nピークは、キトサンと比較して高い強度を示した(図6a)。酸素含有基(O1s)のピークは、キトサンおよびMPCMに関してそれぞれ、530.5eVおよび531.1eVで見出された(図6b)。   FIG. 5 shows the peak positions of C1s, O1s, and N1s obtained by the respective survey scans of chitosan and the MPCM sample prepared above. FIG. 6 shows the detailed peak positions of C1s, O1s, and N1s present in chitosan and MPCM. The observed C1s peak showed two peaks by deconvolution, one was 284.3 eV CN and the other was 283.5 eV CC (FIG. 6a). In the MPCM sample, the C-Cs peak appeared to be folded and slightly shifted, but the C-N peak showed higher intensity compared to chitosan (Figure 6a). Oxygen-containing group (O1s) peaks were found at 530.5 eV and 531.1 eV for chitosan and MPCM, respectively (FIG. 6b).

MPCMのC1sおよびO1sピークと比較すると、グルタルアルデヒドとの架橋反応により、283.5eVでのキトサンのC−Cピークは折り返され、O1sのピークは、530.5eVから531.1eVにシフトすることが観察された。このことは、O1s成分が、様々な表面酸素含有官能基に関して構造における−OHまたはC−O部分に対応する単結合であり得ることを示唆している。Wenら、“Copper−based nanowire materials:Templated Syntheses,Characterizations,and Applications,”Langmuir,21,10,4729−4737(2005)を参照されたい。ケミカルシフトは、0.5eVを超えた場合に有意であると考えられる。Hasanら、“Adsorption of divalent cadmium from aqueous solutions onto chitosan−coated perlite beads,”Ind.Eng.Chcm.Res.,45,5066−5077(2006)を参照されたい。その結果、MPCM試料におけるO1sピークのシフトは、グルタルアルデヒドがキトサンの酸素含有官能基と反応したことも示している。XPSデータは、グルタルアルデヒドの化学結合が、キトサン構造の−CHOHまたはOH基で起こることを示唆しており、このことはまた、FTIR分析から得られたデータとも一致する(図4)。 Compared to MPCM C1s and O1s peaks, the cross-linking reaction with glutaraldehyde causes the chitosan CC peak at 283.5 eV to fold and the O1s peak to shift from 530.5 eV to 531.1 eV. Observed. This suggests that the O1s component can be a single bond corresponding to the —OH or C—O moiety in the structure for various surface oxygen-containing functional groups. See Wen et al., “Copper-based nanomaterials: Templated Synthesis, Characterizations, and Applications,“ Langmuir, 21, 10, 4729-4737 (2005). A chemical shift is considered significant when it exceeds 0.5 eV. Hasan et al., “Adsorption of divergent cadmium from aquaous solutions on chitosan-coated perlite beads,” Ind. Eng. Chcm. Res. 45, 5066-5077 (2006). As a result, the shift of the O1s peak in the MPCM sample also indicates that glutaraldehyde reacted with the oxygen-containing functional group of chitosan. XPS data suggests that the chemical bonding of glutaraldehyde occurs at the —CH 2 OH or OH group of the chitosan structure, which is also consistent with the data obtained from FTIR analysis (FIG. 4).

キトサンのN1sピークは、キトサンの−NH基における窒素に関する397.5eV(FWHM 1.87)であったが(図5c)、MPCMに関しては、N1sピークは、397.7eVで出現した。N1sピークを調べる目的の1つは、キトサンにおける活性な金属結合部位であるアミン基がグルタルアルデヒドとの架橋反応に関係しているか否かを同定することであった。図6cは、MPCMに関して−NH基に割り当てることができる397.7eVで強いN1sピークを示しており、これは、キトサンのアミン基がグルタルアルデヒドとの架橋反応によって影響を受けなかったことを示唆している。これはまた、FTIRスペクトルからも明白である(図4)。 The N1s peak for chitosan was 397.5 eV (FWHM 1.87) for nitrogen in the —NH 2 group of chitosan (FIG. 5c), whereas for MPCM, the N1s peak appeared at 397.7 eV. One of the purposes of examining the N1s peak was to identify whether the amine group, which is an active metal binding site in chitosan, is involved in the crosslinking reaction with glutaraldehyde. FIG. 6c shows a strong N1s peak at 397.7 eV that can be assigned to the —NH 2 group for MPCM, suggesting that the amine group of chitosan was not affected by the cross-linking reaction with glutaraldehyde. doing. This is also evident from the FTIR spectrum (Figure 4).

表2は、実験により決定された感度因子(±5%)に関して補正した後、ピーク面積から決定されたMPCM試料の表面化学分析のXPSデータを示す。有孔性のキトサンベースの材料を調製することによって、この場合、上記のMPCMの実施形態においては、材料の表面上により多くのNH基が露出されることが見出されている。MPCMの試料においてN1sピークから決定した窒素濃度は、キトサンに関して計算された濃度のほぼ2倍であった(表2)。MPCMにおける窒素含有量は、完全にキトサンに由来したと考えられる。表2に示すようにMPCMの高いキトサン含有量は、MPCMの微孔性の性質によるものであり、非孔性のキトサンの場合より多くのアミン基が表面上で利用可能となる。これはまた、Hasanら、上記によって報告された、パーライト上にキトサンを分散させることによって得た結果とも一致する。キトサンと比較して、MPCM試料のC1sのピーク強度の変化および531.0eVでのO1sピークの結合エネルギーは、触媒としての酸の存在下でグルタルアルデヒドとの反応によると考えられる。 Table 2 shows the XPS data of the surface chemistry analysis of the MPCM sample determined from the peak area after correction for the experimentally determined sensitivity factor (± 5%). By preparing a porous chitosan-based material, it has now been found that more NH 2 groups are exposed on the surface of the material in this MPCM embodiment. The nitrogen concentration determined from the N1s peak in the MPCM sample was approximately twice that calculated for chitosan (Table 2). The nitrogen content in MPCM is believed to have been derived entirely from chitosan. As shown in Table 2, the high chitosan content of MPCM is due to the microporous nature of MPCM, and more amine groups are available on the surface than non-porous chitosan. This is also consistent with the results obtained by dispersing chitosan on perlite reported by Hasan et al., Supra. Compared to chitosan, the change in C1s peak intensity of the MPCM sample and the binding energy of the O1s peak at 531.0 eV is believed to be due to reaction with glutaraldehyde in the presence of acid as a catalyst.

エネルギー分散型分光分析(EDS)X線マイクロアナリシスを、SEM顕微鏡写真のために使用したものと同じMPCM試料について実施した。EDSマイクロアナリシスを、MPCMの元素分析のために使用した(図7)。炭素、酸素、および窒素のピークはそれぞれ、0.3keV、0.36、および0.5keVに示され、これらは、キトサンの主成分である(図7a、7b)。グルタルアルデヒドとの反応により、MPCMの炭素ピークの強度が増加する;一方酸素ピークの強度は、キトサンと比較して減少する(図7b)。図7bはまた、キトサンにおける窒素ピークと比較して、アミン基(−NH)のプロトン化によりMPCM試料に存在する窒素ピークがシフトしたことを示している。FTIR、EDS、およびXPS分析に基づき、かつ理論に拘束されたくはないが、アセタール結合の形成を通して、グルタルアルデヒドとキトサンの−OH基との起こり得る反応メカニズムを、図8に示す。 Energy dispersive spectroscopy (EDS) X-ray microanalysis was performed on the same MPCM sample used for SEM micrographs. EDS microanalysis was used for elemental analysis of MPCM (Figure 7). Carbon, oxygen, and nitrogen peaks are shown at 0.3 keV, 0.36, and 0.5 keV, respectively, which are the main components of chitosan (FIGS. 7a, 7b). Reaction with glutaraldehyde increases the intensity of the carbon peak of MPCM; whereas the intensity of the oxygen peak decreases compared to chitosan (FIG. 7b). FIG. 7b also shows that the nitrogen peak present in the MPCM sample shifted due to protonation of the amine group (—NH 2 ) compared to the nitrogen peak in chitosan. Based on FTIR, EDS, and XPS analyses, and not wishing to be bound by theory, the possible reaction mechanism between glutaraldehyde and the —OH group of chitosan through the formation of an acetal bond is shown in FIG.

上記のMPCM試料を、60Co線源による照射によって放射線安定性に関して評価した。60Co線源を使用して照射する前後のMPCM複合試料のIRスペクトルを図9に示す。図9の結果は、pH3.0の水に懸濁させたMPCM試料が、その同一性の実質的な割合を失うことなく、約50,000kradのγ放射線に耐えることができることを示している。 The above MPCM samples were evaluated for radiation stability by irradiation with a 60 Co radiation source. FIG. 9 shows IR spectra of the MPCM composite sample before and after irradiation using a 60 Co radiation source. The results in FIG. 9 show that an MPCM sample suspended in pH 3.0 water can withstand about 50,000 krad of gamma radiation without losing a substantial percentage of its identity.

図7cは、60Co線源による50,000kradで照射の前後でのキトサンおよびMPCM粒子のEDSスペクトルを示す。図7cは、炭素、酸素、および窒素ピークの強度が試料の照射後に実質的に変化しなかったことを示している。図10は、照射の前後のMPCM試料のXPS分析によって得られた炭素、酸素、および窒素のピーク位置を示す。C1sピーク全体の結合エネルギーの大きさは、表2に示すように照射後に変化することが観察された。MPCM試料のC1sピークは、283.5eVであったが、照射後のMPCM試料では、283.5および284.5eVで2つのピークが観察された(図10a)。照射後のMPCM試料の397.5eV付近に存在するN1sピークは、MPCM構造のNH基に割り当てることができる。照射したMPCM試料のO1sピークに関しては、変化は観察されなかった。結合エネルギーシフトの大きさは、特に材料表面上の様々な原子の濃度に依存する。XPS(図10a〜c)と比較すると、MPCM試料のN1sおよびO1sピークは、照射の前後でシフトせず(表2)、N原子の化学状態が照射後に大きく影響を受けないことを示した。このことはまた、図7および9に示されるようにEDSおよびFTIRスペクトルにも反映される。 FIG. 7c shows EDS spectra of chitosan and MPCM particles before and after irradiation at 50,000 krad with a 60 Co source. FIG. 7c shows that the intensity of the carbon, oxygen, and nitrogen peaks did not change substantially after irradiation of the sample. FIG. 10 shows the peak positions of carbon, oxygen, and nitrogen obtained by XPS analysis of the MPCM sample before and after irradiation. It was observed that the magnitude of the binding energy of the entire C1s peak changed after irradiation as shown in Table 2. The C1s peak of the MPCM sample was 283.5 eV, but two peaks were observed at 283.5 and 284.5 eV in the MPCM sample after irradiation (FIG. 10a). The N1s peak present in the vicinity of 397.5 eV of the MPCM sample after irradiation can be assigned to the NH 2 group of the MPCM structure. No change was observed for the O1s peak of the irradiated MPCM sample. The magnitude of the binding energy shift depends in particular on the concentration of various atoms on the material surface. Compared to XPS (FIGS. 10a-c), the N1s and O1s peaks of the MPCM samples did not shift before and after irradiation (Table 2), indicating that the chemical state of N atoms was not significantly affected after irradiation. This is also reflected in the EDS and FTIR spectra as shown in FIGS.

上記のMPCM試料を、バッチ技術を使用してモリブデン吸着に関して評価した。MPCM吸着剤約1.0グラムを、1mmol/L〜94mmol/Lの範囲のモリブデン酸アンモニウムを含有する100mL溶液に懸濁させた。溶液の初期pH値を、0.01M NaOHまたは0.1M HCl溶液のいずれかを使用して、2.0から8.0に調節した。次に、溶液をシェーカー(160rpm)において298Kで24時間維持した。24時間後、各溶液の最終pHを記録して、溶液を3000rpmで5分間遠心分離して、溶液から上清を分離した。次いで上清を、0.45μmメンブレンフィルターを通して濾過し、モリブデン検出のために質量分析器を備えた誘導結合プラズマ(ICP)(Agilent 7700X)によって、濾液をモリブデンの除去に関して分析した。溶液中のモリブデンの初期濃度を変化させて吸着等温線を得た。吸着剤の単位質量あたりに吸着されたモリブデンの量(q)を、以下の式を使用して計算した: The above MPCM samples were evaluated for molybdenum adsorption using a batch technique. About 1.0 gram of MPCM adsorbent was suspended in a 100 mL solution containing ammonium molybdate ranging from 1 mmol / L to 94 mmol / L. The initial pH value of the solution was adjusted from 2.0 to 8.0 using either 0.01 M NaOH or 0.1 M HCl solution. The solution was then maintained at 298K for 24 hours in a shaker (160 rpm). After 24 hours, the final pH of each solution was recorded and the solution was centrifuged at 3000 rpm for 5 minutes to separate the supernatant from the solution. The supernatant was then filtered through a 0.45 μm membrane filter and the filtrate was analyzed for molybdenum removal by inductively coupled plasma (ICP) (Agilent 7700X) equipped with a mass analyzer for molybdenum detection. Adsorption isotherms were obtained by changing the initial concentration of molybdenum in the solution. The amount of molybdenum adsorbed per unit mass of adsorbent (q e ) was calculated using the following formula:

式中、CおよびCはそれぞれ、mg/Lで表す初期濃度および平衡濃度を表し、Vは、リットル(L)で表す溶液の量であり、Mは、グラム(g)で表す吸着剤の質量である。 Where C i and C e represent the initial and equilibrium concentrations expressed in mg / L, V is the amount of solution expressed in liters (L), and M is the adsorbent expressed in grams (g). Is the mass.

MPCM試料のビーズの表面電荷を、Hasanら、上記のように、対称性の電解質である硝酸ナトリウムの存在下で標準的な電位差滴定法によって決定した。表面電荷の大きさおよび符号をゼロ電荷点(PZC)に関して測定した。全ての電解質濃度で固体の真の表面電荷がゼロであるpHを、ゼロ電荷点と呼ぶ。所定の表面に関するPZCのpHは、固体の相対的な酸塩基特性に依存し、溶液からのHおよびOHイオンの真の取り込みの推定を可能にする。結果を図11に示す。 The surface charge of the MPCM sample beads was determined by standard potentiometric titration in the presence of symmetric electrolyte sodium nitrate as described above by Hasan et al. The magnitude and sign of the surface charge was measured with respect to the zero charge point (PZC). The pH at which the solid's true surface charge is zero at all electrolyte concentrations is called the zero charge point. The pH of the PZC for a given surface depends on the relative acid-base properties of the solid and allows estimation of the true uptake of H + and OH ions from the solution. The results are shown in FIG.

上記のように調製したMPCM試料のPZC値は8.8であることが見出され、これはキトサンコーティングパーライトビーズに関してHasanら、上記によって報告されたものと類似であった。しかし、純粋なキトサンのPZC値は、pH6.2〜6.8の範囲内であると報告されている。Hasanら、上記を参照されたい。図11から、比較的低いpH範囲では陽性荷電表面が優勢であったことが観察される。MPCMの表面電荷は、pH7.5〜8.8の範囲でほぼゼロであった。MPCMのプロトン化は、pH7.5〜2.5の範囲で急激に増加して、表面は陽性となった。pHが2.5を下回ると、初期pHと平衡時間後のpHの間の差は有意ではなく、MPCMに存在するアミン基(−NH)が完全にプロトン化されたことを示唆した。より高いpH7.5〜8.8では、MPCMの表面電荷は徐々に減少し、MPCMのより遅いプロトン化を示した。キトサンの場合、プロトン化の程度は、pH4.3で97%もの高さであると報告されている。しかし、これはpHが増加すると減少する。キトサン表面のプロトン化の程度は、pH5.3、6.3、および7.3でそれぞれ、91%、50%、および9%であると報告されている。Hasanら、“Dispersion of chitosan on perlite for enhancement of copper (II) adsorption capacity”Journal of Hazardous Materials,522,826−837,2008を参照されたい。 The PZC value of the MPCM sample prepared as described above was found to be 8.8, which was similar to that reported by Hasan et al., Supra for chitosan coated perlite beads. However, the PZC value of pure chitosan has been reported to be in the range of pH 6.2-6.8. See Hasan et al., Supra. From FIG. 11, it can be observed that the positively charged surface was dominant in the relatively low pH range. The surface charge of MPCM was almost zero in the pH range of 7.5 to 8.8. The protonation of MPCM increased rapidly in the pH range of 7.5 to 2.5, and the surface became positive. When the pH was below 2.5, the difference between the initial pH and the pH after the equilibration time was not significant, suggesting that the amine group (—NH 2 ) present in MPCM was fully protonated. At higher pH 7.5-8.8, the surface charge of MPCM decreased gradually, indicating slower protonation of MPCM. In the case of chitosan, the degree of protonation has been reported to be as high as 97% at pH 4.3. However, this decreases with increasing pH. The degree of protonation on the chitosan surface has been reported to be 91%, 50%, and 9% at pH 5.3, 6.3, and 7.3, respectively. See, Hasan et al., “Dispersion of chitsan on perl for enhancement of copper (II) adsorption capacity” Journal of Hazardous Materials, 522, 826-837, 2008.

理論に拘束されたくはないが、MPCMのPZC値8.8および表面電荷の挙動は、触媒として酸の存在下でグルタルアルデヒドと架橋した場合のキトサンの改変によると考えられ、これによりMPCMはpH7.5〜8.8の範囲で本質的に非晶質となる。   While not wishing to be bound by theory, it is believed that the PCMC value of 8.8 and surface charge behavior of MPCM is due to the modification of chitosan when cross-linked with glutaraldehyde in the presence of acid as a catalyst, which makes MPCM pH 7 It becomes essentially amorphous in the range of .5 to 8.8.

MPCMによるモリブデンの吸着に及ぼすpHの効果を、溶液のpHを2〜8の間で変化させることによって調べた(図12)。モリブデン溶液のpHを、0.1N HSOまたは0.1M NaOHのいずれかを使用して最初に2〜8に調節し、その後MPCMを添加した。吸着が進行するにつれて、溶液のpHは徐々に増加した。実験の過程において溶液の一定のpHを維持する試みを行わなかった。平衡時の溶液濃度でのモリブデンの取り込み量を、図12においてそれぞれ異なる初期pHの溶液に関して示す。MPCMによるモリブデンの取り込みは、pHが2から4に増加すると増加した。最大の取り込みはpH3で認められたが、溶液のpHが6超に増加すると、MPCMへのモリブデンの取り込みは減少し始めた。したがって、実験は、MPCM試料のPZCより高いpHでは実施しなかった。 The effect of pH on the adsorption of molybdenum by MPCM was investigated by changing the pH of the solution between 2-8 (FIG. 12). The pH of the molybdenum solution, initially adjusted to 2-8 using one of 0.1 N H 2 SO 4 or 0.1 M NaOH, and then added MPCM. As adsorption progressed, the pH of the solution gradually increased. No attempt was made to maintain a constant pH of the solution during the course of the experiment. The molybdenum uptake at the solution concentration at equilibrium is shown in FIG. 12 for solutions with different initial pH values. The uptake of molybdenum by MPCM increased as the pH increased from 2 to 4. Maximum uptake was observed at pH 3, but as solution pH increased above 6, molybdenum uptake into MPCM began to decrease. Therefore, the experiment was not performed at a pH higher than the PCM of the MPCM sample.

溶液から吸着剤に金属を吸着させるためには、金属は溶液中でイオンを形成しなければならない。溶液中で形成されるイオンのタイプおよびイオン化の程度は、溶液のpHに依存する。MPCMの場合、金属イオンの吸着に関与する主な官能基は、アミン基(−NH)である。溶液のpHに応じて、これらのアミン基はプロトン化を受けてNH または(NH−HO)となり、プロトン化の速度は溶液のpHに依存する。したがって、MPCM上の表面電荷は、金属イオンと吸着剤表面の間に形成される結合のタイプを決定する。溶液のpHに応じて、水溶液中のモリブデンは加水分解されて様々な種を形成することができる。比較的高いpH値および低いpH値では、MoO 2−および様々なイソポリアニオン(主にMo24 6−)の両方が優勢となる。MoO 2−アニオンは、酸性溶液中で多くの異なるポリアニオンに形成される。Guibalら、“Molybdenum Sorption by Cross−linked Chitosa Beads:Dynamic Studies”.Water Environment Research,71,1,10−17,1999;Merceら、“Molybdenum(VI)Binded to Humic and Nitrohumic Acid Models in Aqueous Solutions.Salicylic,3−Nitrosaliculic,5−Nitrosalicylic and 3,5 Dinitrosalicylic Acids,Part 2”J.Braz.Chem.Soc,17,3,482−490,2006を参照されたい。たとえポリアニオンが溶液に存在しても、吸着はなおもMoO 2−を介して起こることが報告されている。Jezlorowskiら、“Raman and Ultraviolet Spectroscopic Characterization of Molybdena on Alumina”The Journal of Physical Chemistry,83,9,1166−1173,1979;El Shafeiら、“Association of Molybdenum Ionic Species with Alumina Surface,”Journal of Colloid and Interface Science,228,105−113,2000を参照されたい。溶液中のポリアニオンの分解は、吸着剤の表面に近い局所pHの増加によって起こる。 In order for the metal to be adsorbed from the solution to the adsorbent, the metal must form ions in the solution. The type of ions formed in the solution and the degree of ionization depend on the pH of the solution. In the case of MPCM, the main functional group involved in the adsorption of metal ions is an amine group (—NH 2 ). Depending on the pH of the solution, these amine groups undergo protonation to NH 3 + or (NH 2 —H 3 O) + , and the rate of protonation depends on the pH of the solution. Thus, the surface charge on the MPCM determines the type of bond formed between the metal ion and the adsorbent surface. Depending on the pH of the solution, molybdenum in the aqueous solution can be hydrolyzed to form various species. At relatively high and low pH values, both MoO 4 2− and various isopolyanions (mainly Mo 8 O 24 6− ) dominate. MoO 4 2- anions are formed into many different polyanions in acidic solution. Guibal et al., “Molybdenum Sorption by Cross-linked Chitosa Beads: Dynamic Studies”. Water Environment Research, 71, 1, 10-17, 1999; Merce et al., “Molybdenum (VI) Binded to Humic and Nitrohumic Acid Models in Aquatic Solutions, 3-Nitralic, 3-Nitralic. 2 "J. Braz. Chem. See Soc, 17, 3, 482-490, 2006. Even if polyanions are present in the solution, it is reported that adsorption still occurs via MoO 4 2− . Jezlorowski et al., "Raman and Ultraviolet Spectroscopic Characterization of Molybdena on Alumina" The Journal of Physical Chemistry, 83,9,1166-1173,1979; El Shafei, et al., "Association of Molybdenum Ionic Species with Alumina Surface," Journal of Colloid and Interface Science, 228, 105-113, 2000. Degradation of the polyanion in solution occurs by an increase in local pH close to the adsorbent surface.

上記のように、MPCMは、モリブデンイオン溶液からpH3付近で最大吸着容量を有することが観察された。理論に拘束されたくはないが、MPCMのアミン基は、窒素からの孤立電子対を有し、これは金属イオンとの錯体形成のための活性部位として主に作用すると考えられる。先に言及したように、より低いpH値では、MPCMのアミン基は、プロトン化を受けてNH を形成し、NH とソルベートアニオンの間の静電引力の増加が起こる。MPCMの表面はpH2.5〜7.5の範囲で正電荷を示すことから、クーロン相互作用によって吸着される主な種はおそらく、アニオン性のモリブデン(Mo(VI))である。先に述べたように、溶液のpHは、吸着後に増加することが見出されたが、これは、溶液からモリブデン含有アニオンが吸着した結果として、MPCMの表面から放出されたHイオンが原因であり得る。MPCMの場合、NH基のプロトン化は、いくぶん低いpH範囲で起こる。吸着が進行するにつれて溶液のpHが増加するという事実は、Mo(VI)がNH基と共有結合を形成したことを示唆している。 As described above, MPCM was observed to have a maximum adsorption capacity around pH 3 from a molybdenum ion solution. Without wishing to be bound by theory, the amine group of MPCM has a lone pair from nitrogen, which is thought to act primarily as an active site for complexation with metal ions. As mentioned earlier, at lower pH values, the amine group of MPCM undergoes protonation to form NH 3 + , resulting in an increase in electrostatic attraction between NH 3 + and the sorbate anion. The main species adsorbed by Coulomb interaction is probably anionic molybdenum (Mo (VI)) since the surface of MPCM exhibits a positive charge in the range of pH 2.5-7.5. As mentioned earlier, the pH of the solution was found to increase after adsorption, due to H + ions released from the surface of MPCM as a result of adsorption of molybdenum-containing anions from the solution. It can be. In the case of MPCM, NH 2 group protonation occurs in the somewhat lower pH range. The fact that the pH of the solution increases as the adsorption proceeds suggests that Mo (VI) has formed a covalent bond with the NH 2 group.

平衡pHがより低いpHからPZCのpH(pHPZC)に向かって増加する場合、Mo(VI)除去の割合の減少は、MPCMの表面とアニオン性のMo(VI)種の間の静電引力の減少が原因であった。MPCMのPZCは、前記イオンの非存在下でのMPCMのPZCと比較して、モリブデンイオンの存在下で4.5に向かってシフトすることが見出されたことが認められ得る(図11)。より低いpHに向かってMPCMのPZCがシフトすることは、強い特異的吸着を示しており、内圏型表面錯体形成(inner−sphere surface complexation)がモリブデン吸着により起こる。類似の知見が、ギブス石へのモリブデンの吸着によって報告された。Goldberg,S.“Competitive Adsorption of Molybdenum in the Presence of Phosphorus or Sulfur on Gibbsite,”Soil Science,175,3,105−110,2010を参照されたい。表面電荷分析およびpH試験に基づいて、MPCMの表面と溶液中のモリブデン種との間で起こる反応メカニズムを図13に示す。 When the equilibrium pH increases from a lower pH to the pH of the PZC (pH PZC ), the decrease in the rate of Mo (VI) removal indicates the electrostatic attraction between the surface of the MPCM and the anionic Mo (VI) species. The decrease was caused by It can be seen that MPCM PZC was found to shift towards 4.5 in the presence of molybdenum ions compared to MPCM PZC in the absence of said ions (FIG. 11). . The shift of MPCM PZC towards lower pH indicates strong specific adsorption, and inner-sphere surface complexation occurs by molybdenum adsorption. Similar findings were reported by the adsorption of molybdenum on gibbsite. Goldberg, S.M. “Competitive Adsorption of Polybdenum in the Presence of Phosphorus or Sulfur on Gibbsite,” Soil Science, 175, 3, 105-110, 2010. Based on surface charge analysis and pH testing, the reaction mechanism that occurs between the surface of MPCM and the molybdenum species in solution is shown in FIG.

MPCMへのモリブデン取り込みの平衡吸着等温線を、濃度範囲1mmol/L〜94mmol/Lで、温度298Kで決定した。先の章で言及したように、MPCMへのモリブデンの最大吸着容量はpH3で起こる。したがって、それ以外であることを明記していなければ、平衡等温線実験をpH3で実施した。様々な濃度の溶液からのMPCMによるモリブデン取り込みの際の濃度プロファイルにより、モリブデンのおよそ60%が、実験の最初の4時間の間に吸着されたことが示される。平衡は、実験のほとんどにおいて24時間で単調的に達成された。   The equilibrium adsorption isotherm of molybdenum uptake into MPCM was determined at a temperature range of 298 K with a concentration range of 1 mmol / L to 94 mmol / L. As mentioned in the previous chapter, the maximum adsorption capacity of molybdenum on MPCM occurs at pH 3. Therefore, equilibrium isotherm experiments were performed at pH 3 unless otherwise stated. Concentration profiles upon molybdenum uptake by MPCM from various concentrations of solution indicate that approximately 60% of the molybdenum was adsorbed during the first 4 hours of the experiment. Equilibrium was achieved monotonically in 24 hours in most of the experiments.

MPCM材料は、金属イオンとの特徴的な配位結合に利用可能であるアミノ基を含有する。金属イオンの吸着は、pH依存的である場合、以下の一部位のラングミュアの式によって説明され得る。pHの効果は、溶液のpHに依存するパラメータ「α」を導入することによって組み込まれた。式を以下に示す:   MPCM materials contain amino groups that are available for characteristic coordination bonds with metal ions. If the adsorption of metal ions is pH dependent, it can be explained by the following single-site Langmuir equation. The effect of pH was incorporated by introducing a parameter “α” that depends on the pH of the solution. The formula is shown below:

式中、qは、金属イオン濃度[M]に対応する吸着容量であり、qは、モリブデンイオンの最大吸着量(mmol/g)を示し、[H]は、水素イオン濃度であり、KおよびKは、平衡濃度である。式5を使用して、MPCMの吸着容量を相関させた。モリブデンの平衡データは、実験値の±5%以内でラングミュアの式と相関し得る。式5の定数を、実験データの非線形回帰によって得て、表3に示す。式5は、MPCMへのモリブデンの吸着挙動を適切に表すことが認められた(図14)。pH3で得られた吸着等温線データは、I型挙動を示した。 In the formula, q is an adsorption capacity corresponding to the metal ion concentration [M], q m represents a maximum adsorption amount (mmol / g) of molybdenum ions, and [H + ] is a hydrogen ion concentration. K H and K M are equilibrium concentrations. Equation 5 was used to correlate the adsorption capacity of MPCM. The molybdenum equilibrium data can be correlated with the Langmuir equation within ± 5% of the experimental value. The constants of Equation 5 are obtained by nonlinear regression of experimental data and are shown in Table 3. Equation 5 was found to adequately represent the adsorption behavior of molybdenum on MPCM (FIG. 14). The adsorption isotherm data obtained at pH 3 showed type I behavior.

このことは、MPCMへのモリブデンの単層吸着を示唆する。表3は、ラングミュアの式(式5)を使用した、Mo(VI)に関するMPCMの最大吸着容量を示す。モリブデンに関するMPCMの吸着容量は、溶液中のMo(VI)の平衡濃度が54.1mmol/Lで、溶液の初期pHが3.0であった場合に、298KでMPCM 1gあたりモリブデンおよそ6.25mmolであることが認められた(図14)。MPCMのNH基は、モリブデン吸着の主な活性部位である。図13から認められ得るように、1つのモリブデンイオンが吸着するためには、2つのNH基が必要である。MPCMのCHOH基またはOH基などの他の表面部位は、pH3の溶液でのモリブデンの吸着に関係している。50,000kradを照射したMPCMの吸着容量もまた、水溶液からのモリブデンの取り込みに関して実施した。照射したMPCMの吸着容量は、表3に示すように実質的に変化しないことが観察された。 This suggests a monolayer adsorption of molybdenum on MPCM. Table 3 shows the maximum adsorption capacity of MPCM for Mo (VI) using Langmuir's equation (Equation 5). The adsorption capacity of MPCM with respect to molybdenum is approximately 6.25 mmol of molybdenum per gram of MPCM at 298 K when the equilibrium concentration of Mo (VI) in the solution is 54.1 mmol / L and the initial pH of the solution is 3.0. (Fig. 14). The NH 2 group of MPCM is the main active site for molybdenum adsorption. As can be seen from FIG. 13, two NH 2 groups are required for one molybdenum ion to adsorb. Other surface sites such as MPCM CH 2 OH or OH groups are involved in molybdenum adsorption in pH 3 solutions. The adsorption capacity of MPCM irradiated with 50,000 krad was also performed for molybdenum uptake from aqueous solution. It was observed that the adsorption capacity of irradiated MPCM did not change substantially as shown in Table 3.

カラムを使用して、動的状態での溶液中のイオンの存在下または非存在下でのMo(VI)の吸着を試験した。MPCMおよそ1.125グラムを使用して、内径0.5cmで高さ3.2cmの2.5cmのカラムを作製した。1mL/分の流速を流出に使用した。1500分間連続して流出を行い、ベッドの出口で試料を一定時間間隔で採取した。ベッドは、出口のMo(VI)濃度によって示されるように、この期間の間に飽和する。注入濃度がpH3で5.21mmol/LのMo(VI)であり、カラム内の流速が1mL/分である場合、320ベッドボリュームの後にモリブデンがカラムから漏出した(図15a)。カラムの完全な飽和は、500ベッドボリュームの後に起こった。漏出曲線はまた、5.21mmol/LのMo(VI)および153.8mM/LのNaClを含有する混合溶液から、pH6.86および4.0でそれぞれ得た(図15b)。いずれの場合においても、溶液は、同じベッドの高さおよび流速を維持して、先に言及したカラムと類似の大きさのカラムの中を通過した。カラムは、pH6.86では混合溶液に関して42ベッドボリュームで急速に漏出することが観察されたが、pH4.0では混合溶液がカラムから漏出するにはおよそ125ベッドボリュームが必要であった。より大量のMPCM吸着剤およびより長いカラムを使用することによって、153.8mM/LのNaClを有するモリブデン溶液の漏出時間を遅らせることができることが認められたことは重要である。目的は、カラムからMo(VI)の漏出特徴に及ぼす注入混合溶液のpHの効果を調べることであったため、混合溶液の漏出時間を延長させるベッドの長さを決定する試みを行わなかった。 A column was used to test the adsorption of Mo (VI) in the presence or absence of ions in solution in a dynamic state. Approximately 1.125 grams of MPCM was used to make a 2.5 cm 3 column with an inner diameter of 0.5 cm and a height of 3.2 cm. A flow rate of 1 mL / min was used for the outflow. Outflow continued for 1500 minutes and samples were taken at regular intervals at the exit of the bed. The bed saturates during this period as indicated by the outlet Mo (VI) concentration. When the injection concentration was 5.23 mmol / L Mo (VI) at pH 3 and the flow rate in the column was 1 mL / min, molybdenum leaked from the column after 320 bed volumes (FIG. 15a). Full saturation of the column occurred after 500 bed volumes. Leak curves were also obtained at pH 6.86 and 4.0, respectively, from a mixed solution containing 5.21 mmol / L Mo (VI) and 153.8 mM / L NaCl (Figure 15b). In either case, the solution passed through a column similar in size to the previously mentioned column, maintaining the same bed height and flow rate. The column was observed to leak rapidly at 42 bed volumes for the mixed solution at pH 6.86, but approximately 125 bed volumes were required for the mixed solution to leak from the column at pH 4.0. It is important to note that the leakage time of molybdenum solutions with 153.8 mM / L NaCl can be delayed by using a larger amount of MPCM adsorbent and a longer column. Since the objective was to investigate the effect of the pH of the injected mixed solution on the leakage characteristics of Mo (VI) from the column, no attempt was made to determine the bed length that would extend the mixed solution leakage time.

半減期の長いテクネチウム(99Tc)を使用して、pH3から11の範囲の水溶液から他のイオンの存在下および非存在下でMPCMがテクネチウムを吸着する性能を評価した。テクネチウムは、化学的に不活性であり、IからVIIまでの多数の酸化状態を有する。廃水流に見出されるテクネチウムの最も優勢な種は、過テクネチウム酸塩(TcO )である。Guら、Development of Novel Bifunctional Anion−Exchangc Resin with Improved Selectivity for Pertechnetate sorption from contaminated groundwater,Environ.Sci.Technol.,34,1075−1080,2000を参照されたい。水溶液からの過テクネチウム酸塩(TcO )のMPCMへの吸着を、他所で概要したプロセスに従ってバッチ平衡条件で試験した。MPCMへのテクネチウム吸着に及ぼすpHの効果を、0.9%NaClの存在下および非存在下で0.11μmol/Lのテクネチウムを含有する溶液を使用して、それぞれ、pH3から11の範囲で評価した。吸着容量に及ぼすpHの効果を調べる間、溶液の初期pHを0.1M HClまたは0.1M NaOHのいずれかを添加することによって所望の値に調節した。溶液のpHは、吸着プロセスの間、制御しなかった。吸着実験後、溶液を濾過して、既定の時間でバイアルに回収した濾液中の99Tcの活性を、液体シンチレーションカウンター(Packard Tricarb 2900TR)を使用して評価した。MPCMに吸着したテクネチウムの量を式2に従って決定した。 Using the long half-life technetium ( 99 Tc), the ability of MPCM to adsorb technetium from aqueous solutions in the pH range of 3 to 11 in the presence and absence of other ions was evaluated. Technetium is chemically inert and has a number of oxidation states from I to VII. The most prevalent species of technetium found in the wastewater stream is pertechnetate (TcO 4 ). Gu et al., Development of Novell Bifurcation Anion-Exchangc Resin with Improved Selectivity for Pertechnetation formated groundwater. Sci. Technol. 34, 1075-1080, 2000. The adsorption of pertechnetate (TcO 4 ) from aqueous solution onto MPCM was tested in batch equilibrium conditions according to the process outlined elsewhere. The effect of pH on technetium adsorption on MPCM was evaluated in the range of pH 3 to 11 using solutions containing 0.11 μmol / L technetium in the presence and absence of 0.9% NaCl, respectively. did. While examining the effect of pH on adsorption capacity, the initial pH of the solution was adjusted to the desired value by adding either 0.1 M HCl or 0.1 M NaOH. The pH of the solution was not controlled during the adsorption process. After the adsorption experiment, the solution was filtered and the activity of 99 Tc in the filtrate collected in the vial at a predetermined time was evaluated using a liquid scintillation counter (Packard Tricarb 2900TR). The amount of technetium adsorbed on MPCM was determined according to Equation 2.

表4は、MPCMへのテクネチウムの吸着が、pH3〜11の範囲の溶液においてpH非依存的であることを示す。溶液1L中1μMのテクネチウムのおよそ95%がpH3〜11の範囲でMPCMに吸着されたが、0.9%NaClの存在下では、テクネチウムの除去はpH3〜11の範囲で56%に低減されることが観察された。先に言及したように、MPCMは、pH3〜7.5の範囲で正電荷を示す。MPCMのFTIRスペクトルにより、MPCM表面上に−NH基、CHOH基、およびCHOH基の存在が確認されている(図4)。正電荷はpH3〜7.5の範囲ではMPCMの表面部位のプロトン化により起こり、テクネチウムは、MPCMの正電表面部位との共有結合を受けると仮定した。溶液中に0.9%NaClが存在すると、過テクネチウム酸イオンが溶液中で塩素イオンと競合しなければならないことから、テクネチウムに関するMPCMの吸着容量は低減した。その上、0.9%NaCl溶液の存在下でのpH9〜11の範囲でのテクネチウムの取り込みは、このpH範囲で起こるイオン交換反応に対応し得る。表4に示す結果より、MPCMが水溶液からの過テクネチウム酸イオンに対して強い親和性を有することが確認される。 Table 4 shows that the adsorption of technetium on MPCM is pH independent in solutions in the pH range 3-11. Approximately 95% of 1 μM technetium in 1 L of solution was adsorbed to MPCM in the range of pH 3-11, but in the presence of 0.9% NaCl, technetium removal is reduced to 56% in the range of pH 3-11. It was observed. As mentioned earlier, MPCM exhibits a positive charge in the range of pH 3-7.5. The presence of —NH 2 groups, CHOH groups, and CH 2 OH groups on the MPCM surface is confirmed by the FTIR spectrum of MPCM (FIG. 4). It was hypothesized that positive charge occurs due to protonation of the surface region of MPCM in the range of pH 3 to 7.5, and technetium undergoes covalent bonding with the positive surface region of MPCM. The presence of 0.9% NaCl in the solution reduced the adsorption capacity of MPCM for technetium because pertechnetate ions had to compete with chloride ions in solution. Moreover, uptake of technetium in the pH range of 9-11 in the presence of 0.9% NaCl solution can correspond to ion exchange reactions occurring in this pH range. From the results shown in Table 4, it is confirmed that MPCM has a strong affinity for pertechnetate ions from an aqueous solution.

MPCMも使用して、0.9%NaClの存在下または非存在下で、1mmol/LのMo(VI)および0.11μmol/Lの過テクネチウム酸塩を含有する混合溶液からMo(VI)とTc(VII)とを同時に吸着させた。MPCMは、pH3の溶液からモリブデンとテクネチウムを同時に吸着することが見出された。0.11μmolの過テクネチウム酸塩のおよそ95%がMPCM表面に吸着するが、1mmolモリブデンの99%が混合溶液から吸着することが観察された。溶液中にモリブデン(MoO 2−)が存在すると、過テクネチウム酸塩(TcO )は、MPCMの正電表面部位に関して競合しなければならなかった。別の試みにおいて、153.8mmol/LのNaCl、1mmol/LのMo(VI)、および0.11μmol/Lの過テクネチウム酸塩を含有する混合溶液からのテクネチウムのMPCMへの吸着を調べた。表5は、モリブデン(MoO 2−)がMPCM表面に優先的に吸着されたが、過テクネチウム酸塩(TcO )の吸着は、混合溶液中で0.11μmol/Lのテクネチウムの55%に低減されたことを示している。0.9%NaClの存在下では、過テクネチウム酸塩(TcO )のMPCM表面への吸着は、pH3の溶液では表面部位に対して塩素イオンと競合することにより低減されたと仮定される。別の試みにおいて、内径1cmのカラムを使用して、MPCMへの過テクネチウム酸塩の吸着を調べた。カラムをMPCMによって調製して、これにMo(VI)を最初に充填した。バッチ平衡プロセスを使用して、溶液中のMo(VI)の平衡濃度が54mmol/Lで、溶液の初期pHが3.0である場合、MPCM 1gあたり6.25mmolのMo(VI)が298Kで吸着した。Mo(VI)充填MPCMおよそ1.125グラムを使用して、2.5cmのベッドを調製した。0.25mM/Lを添加した食塩水(0.9%NaCl)溶液を、流出の間、蠕動運動型ポンプを使用して流速1mL/分でカラムの中に通過させた。 MPCM was also used to form Mo (VI) from a mixed solution containing 1 mmol / L Mo (VI) and 0.11 μmol / L pertechnetate in the presence or absence of 0.9% NaCl. Tc (VII) was adsorbed simultaneously. MPCM was found to simultaneously adsorb molybdenum and technetium from a pH 3 solution. It was observed that approximately 95% of 0.11 μmol pertechnetate adsorbs on the MPCM surface, while 99% of 1 mmol molybdenum adsorbs from the mixed solution. In the presence of molybdenum (MoO 4 2− ) in solution, pertechnetate (TcO 4 ) had to compete for the positive surface area of MPCM. In another attempt, adsorption of technetium on MPCM from a mixed solution containing 153.8 mmol / L NaCl, 1 mmol / L Mo (VI), and 0.11 μmol / L pertechnetate was investigated. Table 5 shows that molybdenum (MoO 4 2− ) was preferentially adsorbed on the MPCM surface, but the adsorption of pertechnetate (TcO 4 ) was 55% of 0.11 μmol / L technetium in the mixed solution. It shows that it was reduced. In the presence of 0.9% NaCl, it is hypothesized that adsorption of pertechnetate (TcO 4 ) to the MPCM surface was reduced by competing with chloride ions for surface sites in the pH 3 solution. In another attempt, pertechnetate adsorption on MPCM was investigated using a 1 cm ID column. A column was prepared by MPCM and this was initially packed with Mo (VI). Using a batch equilibration process, if the equilibrium concentration of Mo (VI) in the solution is 54 mmol / L and the initial pH of the solution is 3.0, 6.25 mmol of Mo (VI) per gram of MPCM is 298K. Adsorbed. A 2.5 cm 3 bed was prepared using approximately 1.125 grams of Mo (VI) filled MPCM. A saline (0.9% NaCl) solution supplemented with 0.25 mM / L was passed through the column at a flow rate of 1 mL / min using a peristaltic pump during the outflow.

図16は、過テクネチウム酸アニオンが、モリブデン(MoO 2−)アニオンの存在下でMPCMの利用可能な表面部位に対して親和性を有することを示す。10ベッドボリュームで、注入濃度およそ15%の過テクネチウム酸塩が食塩水溶液(0.9%NaCl)で溶出することが観察された。過テクネチウム酸塩の注入濃度のおよそ60%が、20ベッドボリュームで回収された溶出液において得られたことが認められ得る(図15)。カラムは、さらに40ベッドボリュームのテクネチウム添加食塩水溶液がカラムの中を通過する間に、テクネチウムに関してかなり急速に飽和に達する。カラムがテクネチウムに関してその飽和に達した後、カラムに与えたテクネチウムの95%超が溶出液としてカラム出口から回収された。この試験の目的は、MPCM 1gあたり6.25mMのMo(VI)を充填したMPCMへの過テクネチウム酸塩(TcO )取り込みの最大量を調べることであった。Mo(VI)充填MPCMベッドからの過テクネチウム酸塩の放出を低減させるためのベッドの長さを決定する試みは行わなかった。 FIG. 16 shows that pertechnetate anions have an affinity for the available surface sites of MPCM in the presence of molybdenum (MoO 4 2− ) anions. At 10 bed volumes, it was observed that pertechnetate with an injection concentration of approximately 15% was eluted with saline solution (0.9% NaCl). It can be seen that approximately 60% of the injected pertechnetate concentration was obtained in the eluate collected at 20 bed volumes (FIG. 15). The column reaches saturation fairly rapidly for technetium while an additional 40 bed volume of technetium-added saline solution passes through the column. After the column reached its saturation with respect to technetium, over 95% of the technetium applied to the column was recovered from the column outlet as eluent. The purpose of this study was to determine the maximum amount of pertechnetate (TcO 4 ) uptake into MPCM loaded with 6.25 mM Mo (VI) per gram of MPCM. No attempt was made to determine the bed length to reduce the release of pertechnetate from the Mo (VI) filled MPCM bed.

バッチおよびカラム試験は、MPCMがTc(VII)に関して優れた吸着容量を示したことを示しているが、そのベッドからの除去は難題であった。MPCM試料からのテクネチウムの脱離を調べるために、テクネチウム充填MPCMベッドをカラムにおいて調製した。MPCMへのテクネチウムの吸着を、バッチ平衡条件で実施した。温度298Kで、99Tc濃度0.48μM/Lの溶液から、MPCM 1グラムあたりおよそ0.12μMの99Tcが吸着することが観察された。99Tcの脱離試験に関して、MPCM 1グラムあたり0.12μMの99Tcを含有するMPCM約1.125グラムを使用してカラムを調製した。過テクネチウム酸塩は、水溶性であり、したがって脱イオン水を使用してカラムからテクネチウムを再生した。10ベッドボリュームの水を使用してMPCMベッドから脱離されたのはわずか1%のテクネチウムであることが観察された。予備試験により、MPCMからのテクネチウムの完全な回収は、たとえ様々な濃度のNaCl溶液を使用する場合であっても難題であることが示されている。カラムから99Tcの10%を再生するためには、およそ50ベッドボリュームの1.5%NaClが必要であることが観察された。HCl、HSO、およびHNOの類似の量の低濃度(<1M(1M未満))の酸溶液も使用したが、いかなる有意な再生も得られなかった。別の試みにおいて、様々な濃度の過マンガン酸カリウムまたは過酸化水素によってMPCM吸着剤を酸化して、酸化したMPCM吸着剤に対するテクネチウムの吸着/脱離に及ぼす酸化の効果を調べた。 Batch and column tests showed that MPCM showed excellent adsorption capacity for Tc (VII), but its removal from the bed was a challenge. In order to examine the detachment of technetium from the MPCM sample, a technetium packed MPCM bed was prepared in the column. Adsorption of technetium on MPCM was performed under batch equilibrium conditions. It was observed that approximately 0.12 μM 99 Tc per gram of MPCM was adsorbed from a solution having a 99 Tc concentration of 0.48 μM / L at a temperature of 298 K. For the 99 Tc desorption test, a column was prepared using about 1.125 grams of MPCM containing 0.12 μM 99 Tc per gram of MPCM. Pertechnetate is water soluble and therefore deionized water was used to regenerate technetium from the column. It was observed that only 1% technetium was detached from the MPCM bed using 10 bed volumes of water. Preliminary tests have shown that complete recovery of technetium from MPCM is a challenge even when using various concentrations of NaCl solution. It was observed that approximately 50 bed volumes of 1.5% NaCl were required to regenerate 10% of 99 Tc from the column. Similar concentrations of low concentration (<1M (less than 1M)) acid solutions of HCl, H 2 SO 4 , and HNO 3 were also used but did not yield any significant regeneration. In another attempt, MPCM adsorbents were oxidized with various concentrations of potassium permanganate or hydrogen peroxide to investigate the effect of oxidation on technetium adsorption / desorption for oxidized MPCM adsorbents.

[実施例2]
別の実施形態において、遷移金属触媒の存在下または非存在下で様々な濃度の過酸化水素によってMPCMを酸化した。温度も変化させた。過酸化水素によるMPCMの酸化試験を行って、制御された酸化のみがテクネチウム充填MPCMからのテクネチウムの回収を改善するか否かを決定した。過酸化水素濃度を1%〜5%まで変化させた。バッチ技術を使用して、酸化したMPCMにテクネチウムを吸着させた。酸化したMPCMからのテクネチウムの再生をカラムにおいて行った。酸化したMPCM1グラムあたり0.12μmolの99Tcによってカラムを調製した。カラムを再生して、0.9%NaCl溶液を使用してテクネチウムを酸化MPCMから脱離させた。酸化MPCMベッドから回収されたのは利用可能なテクネチウムの10〜17%であったことから、テクネチウムの回収は望ましいほど高くないことが観察された(表6)。その上、過酸化物酸化MPCMへのMo(VI)の吸着は、非酸化MPCMによって吸着された6.25mmol/gと比較して、4.6mmol/gに低減された。
[Example 2]
In another embodiment, MPCM was oxidized with various concentrations of hydrogen peroxide in the presence or absence of a transition metal catalyst. The temperature was also changed. An oxidation test of MPCM with hydrogen peroxide was performed to determine whether only controlled oxidation would improve the recovery of technetium from technetium-filled MPCM. The hydrogen peroxide concentration was varied from 1% to 5%. Technetium was adsorbed on oxidized MPCM using a batch technique. Technetium regeneration from oxidized MPCM was performed in the column. Columns were prepared with 0.12 μmol 99 Tc per gram of oxidized MPCM. The column was regenerated and technetium was desorbed from the MPCM using a 0.9% NaCl solution. Since 10-17% of the available technetium was recovered from the oxidized MPCM bed, it was observed that the recovery of technetium was not as high as desired (Table 6). Moreover, the adsorption of Mo (VI) to peroxide oxidized MPCM was reduced to 4.6 mmol / g compared to 6.25 mmol / g adsorbed by non-oxidized MPCM.

[実施例3]
MPCMをまた、過マンガン酸カリウム溶液を使用して酸化した。過マンガン酸カリウム溶液の濃度および酸化時間は試行錯誤に基づいて決定した。過マンガン酸カリウム濃度および溶液のpHをそれぞれ、0.1%〜5%および3〜11まで変化させた。酸化時間は30分から24時間まで変化させた。酸化MPCMへの過テクネチウム酸塩(TcO )の吸着パターンを解明するために、Mo(VI)を充填した酸化MPCMおよび非酸化MPCMの表面電荷分析もまた実施した。
[Example 3]
MPCM was also oxidized using potassium permanganate solution. The concentration and oxidation time of potassium permanganate solution were determined based on trial and error. The potassium permanganate concentration and the pH of the solution were varied from 0.1% to 5% and 3 to 11, respectively. The oxidation time was varied from 30 minutes to 24 hours. In order to elucidate the adsorption pattern of pertechnetate (TcO 4 ) on oxidized MPCM, surface charge analysis of oxidized and non-oxidized MPCM loaded with Mo (VI) was also performed.

pH3〜4.5の範囲で溶液1Lあたり0.04mmolのMnを含有する過マンガン酸塩溶液および12時間という期間は、モリブデンの最大の取り込みおよびMPCM吸着剤からのテクネチウムの同時放出を部分的に促進するためにMPCMを酸化するために十分であることが観察された。バッチ技術を使用して水溶液からのモリブデン吸着に関する酸化MPCMの性能を評価した。酸化MPCMは、溶液中のMo(VI)の平衡濃度がpH3.0で54mmol/Lである場合に、298KでMPCM 1グラムあたり6.25mmol Mo(VI)を吸着することができることが認められた。   A permanganate solution containing 0.04 mmol of Mn per liter of solution in the pH range of 3 to 4.5 and a period of 12 hours partially maximized molybdenum uptake and simultaneous release of technetium from the MPCM adsorbent. It was observed to be sufficient to oxidize MPCM to promote. Batch technology was used to evaluate the performance of oxidized MPCM for molybdenum adsorption from aqueous solutions. Oxidized MPCM was found to be able to adsorb 6.25 mmol Mo (VI) per gram of MPCM at 298 K when the equilibrium concentration of Mo (VI) in solution is 54 mmol / L at pH 3.0. .

別の試みにおいて、酸化MPCM、およびMPCM 1グラムあたり6.25mmol Mo(VI)を充填した酸化MPCMをそれぞれ使用して、2つの異なるカラムを調製した。溶液1Lあたり約0.11μmol過テクネチウム酸塩(TcO )を添加した0.9%NaCl溶液を、1mL/分の流速で両方のカラムの中に通過させた。過テクネチウム酸塩(TcO )はMo(VI)充填の存在下または非存在下で酸化MPCMに吸着しなかったこと、および溶液中の過テクネチウム酸塩(TcO )のおよそ90%が溶出液として両方のカラムの中を通過したことが認められたことは興味深かった。結果は、過テクネチウム酸塩(TcO )が、酸化MPCMおよびMo(VI)を充填した酸化MPCMのいずれにも吸着しなかったことを確認する。この研究の目的は、Mo(VI)取り込みを最大限にして、同時にMPCM表面部位からのテクネチウム放出を増強することであった。 In another attempt, two different columns were prepared using oxidized MPCM and oxidized MPCM loaded with 6.25 mmol Mo (VI) per gram of MPCM, respectively. A 0.9% NaCl solution with about 0.11 μmol pertechnetate (TcO 4 ) added per liter of solution was passed through both columns at a flow rate of 1 mL / min. Pertechnetate (TcO 4 ) did not adsorb to oxidized MPCM in the presence or absence of Mo (VI) loading, and approximately 90% of the pertechnetate (TcO 4 ) in solution was It was interesting to see that it passed through both columns as eluent. The results confirm that pertechnetate (TcO 4 ) did not adsorb to either oxidized MPCM or oxidized MPCM loaded with Mo (VI). The purpose of this study was to maximize Mo (VI) uptake while simultaneously enhancing technetium release from MPCM surface sites.

MPCMは、水溶液からのMo(VI)およびTc(VII)の両方に対して大きい親和性を示す。Mo(VI)充填MPCMの表面電荷から、Mo(VI)が内圏型表面錯体形成反応を通してMPCMに吸着することが明らかとなった(図11)。Mo(VI)充填MPCMは、pH3〜4.5の範囲で正電荷を示したことが認められ得る。したがってアニオン性の過テクネチウム酸塩はおそらく、利用可能な正電表面部位と共有結合を形成した。興味深いことに、pH3〜8の範囲で0.9%NaClを含有する溶液からのMPCMへの過テクネチウム酸塩の吸着はおよそ55%である(表4)。1mmol過テクネチウム酸塩のほぼ95%が、溶液中の1mmol Mo(VI)の存在下でMPCMに吸着した。このことは、過テクネチウム酸塩(TcO )が、MPCM表面部位に吸着されたことを確認する。 MPCM shows a large affinity for both Mo (VI) and Tc (VII) from aqueous solution. From the surface charge of the Mo (VI) -filled MPCM, it was revealed that Mo (VI) is adsorbed to the MPCM through the inner sphere surface complex formation reaction (FIG. 11). It can be seen that the Mo (VI) filled MPCM showed a positive charge in the range of pH 3-4.5. Thus, the anionic pertechnetate probably formed a covalent bond with the available positive surface area. Interestingly, the adsorption of pertechnetate to MPCM from solutions containing 0.9% NaCl in the pH range 3-8 is approximately 55% (Table 4). Nearly 95% of 1 mmol pertechnetate was adsorbed to MPCM in the presence of 1 mmol Mo (VI) in solution. This confirms that pertechnetate (TcO 4 ) was adsorbed on the MPCM surface site.

過マンガン酸イオンは、本質的に酸・塩基両性である。酸性溶液中では、過マンガン酸カリウムのMn(VII)イオンは、Mn(VI)、Mn(V)、Mn(IV)、およびMn(III)などの起こり得る中間生成物に変化するが、これらは最終的にMn(II)に還元される。Dashら、“Oxidation by Permanganate:Synthetic and mechanistic aspects”Tetrahedron,65,707−739,2009を参照されたい。過マンガン酸カリウム中の過マンガン酸塩(MnO )含有量は、キトサンの酸触媒過マンガン酸塩酸化の反応性酸化種であることが報告されている。Ahmedら、“Kinetics of Oxidation of Chitosan polysaccharide by Permanganate Ion in Aqueous Perchlorate solutions”Journal of Chemical Research,v 2003,n4,p.182−183,2003を参照されたい。酸性媒体中では、MnO イオンとHの間で起こり得る反応は以下の通りである: Permanganate ions are essentially both acid and base. In acidic solution, the Mn (VII) ion of potassium permanganate is transformed into possible intermediate products such as Mn (VI), Mn (V), Mn (IV), and Mn (III). Is finally reduced to Mn (II). See Dash et al., "Oxidation by Permanganate: Synthetic and mechanical aspects" Tetrahedron, 65, 707-739, 2009. Permanganate (MnO 4 ) content in potassium permanganate has been reported to be a reactive oxidizing species for acid-catalyzed permanganate oxidation of chitosan. Ahmed et al., “Kinetics of Oxidation of Chitosan polysaccharide by Permanganate Ion in Aqueous Percolate Solutions,” Journal of Chemical Research 4, v 2003. See 182-183, 2003. In an acidic medium, possible reactions between MnO 4 ions and H + are as follows:

酸性溶液中でのMnO イオンのプロトン化によりHMnO種が形成され得るが、これは強力な酸化剤でもある。Sayyedら、“Kinetic and Mechanistic Study of Oxidation of Ester by KMnO”International Journal of ChemTech Research,v2,n1,p242−249,2010を参照されたい。コロイド状MnOの形成は、MnO とHとの反応により、および溶液の酸性度に応じて起こり得るが、これらはHとの反応をさらに受けて、溶液中でMn を生成し得る。Ahmedら、2002は、酸触媒反応としてキトサンが過マンガン酸によって酸化され、これによってキトサンのジケト酸誘導体が形成されることを報告した。Ahmedら、“Kinetics of Oxidation of Chitosan polysaccharide by Permanganate Ion in Aqueous Perchlorate solutions”Journal of Chemical Research,v2003,n4,p.182−183,2003を参照されたい。 Although HMnO 4 species can be formed by protonation of MnO 4 ions in acidic solution, it is also a strong oxidant. See Sayyed et al., “Kinetic and Mechanical Study of Oxidation of Establish by KMnO 4 ” International Journal of ChemTech Research, v2, n1, p242-249, 2010. Forming colloidal MnO 2 is, MnO 4 - by the reaction between the H +, and it can occur depending on the solution acidity, these are subjected to further reaction with H +, a Mn 2 + in solution Can be generated. Ahmed et al., 2002 reported that chitosan was oxidized by permanganic acid as an acid-catalyzed reaction, thereby forming a diketo acid derivative of chitosan. Ahmed et al., “Kinetics of Oxidation of Chitosan polysaccharide by Permanganate Ion in Aqueous Percolate Solutions” Journal of Chemical Research, v2003. See 182-183, 2003.

MPCMの酸触媒過マンガン酸塩酸化において、過マンガン酸(MnO )イオンは、反応性酸化剤と考えることができる。Mo(VI)およびTc(VII)の吸着および酸化したMPCM表面からの同時の放出に関する、MPCMに対する過マンガン酸塩酸化の効果を、MPCM試料の表面電荷分析によって評価した。過マンガン酸カリウムによるMPCMの酸化は、水溶液からのその吸着選択性を変化させる。図17は、酸化の存在下または非存在下でのMo(VI)充填MPCM試料の表面電荷パターンを示す。Mo(VI)を充填した非酸化MPCM試料の場合、表面のプロトン化は、pH4.5〜3の範囲で徐々に増加するように思われた。したがって、このpH範囲では、Mo充填MPCM表面の正電表面部位と過テクネチウム酸塩との共有結合の形成が起こり得る。pH<2.9では、Mo(VI)試料を充填したMPCMの最初のpHと平衡時間後のpHとの差は有意ではなく、MPCM試料が完全にプロトン化されることを示唆している。 In the acid-catalyzed permanganate oxidation of MPCM, permanganate (MnO 4 ) ions can be considered as reactive oxidants. The effect of permanganate oxidation on MPCM on the simultaneous release from Mo (VI) and Tc (VII) adsorption and oxidized MPCM surface was evaluated by surface charge analysis of MPCM samples. Oxidation of MPCM with potassium permanganate changes its adsorption selectivity from aqueous solutions. FIG. 17 shows the surface charge pattern of Mo (VI) loaded MPCM samples in the presence or absence of oxidation. In the case of non-oxidized MPCM samples loaded with Mo (VI), surface protonation appeared to increase gradually in the pH range of 4.5-3. Therefore, in this pH range, the formation of a covalent bond between the positive surface portion of the Mo-filled MPCM surface and pertechnetate can occur. At pH <2.9, the difference between the initial pH of MPCM loaded with Mo (VI) sample and the pH after equilibration time is not significant, suggesting that the MPCM sample is fully protonated.

Mo(VI)を充填した酸化MPCMの表面電荷は、非酸化MPCM試料に充填したMo(VI)と比較して、pH3〜4.5の範囲でほぼゼロ電荷を示す(図17)。pH3〜4.5の酸性pH範囲では、非酸化MPCMの表面官能基は正電荷を示し、これは、酸化反応の際にMnO との反応をさらに受け得る。マンガン(MnO )イオンは、MPCMの多孔性マトリクス内に入り、電子を供与することによって正電表面官能基を部分的に酸化した後、溶液中でMn2+イオンに還元されると仮定される。さらに、溶液中でのコロイド状マンガンの形成は、溶液pHをpH3〜4.5の範囲、より具体的にはpH4に制御することによって制御された。その上、Mn2+イオンとMPCMの正電表面部位との比率は、MPCM表面へのMn2+イオンのさらなる吸着にとって都合がよい。テクネチウムは、Mo(VI)充填酸化MPCMに吸着しないが、これはMo(VI)充填非酸化MPCM試料に対して強い親和性を示すことが、バッチ研究およびカラム研究の両方から観察された。このことは、Mo(VI)充填酸化MPCM表面上の正電荷の欠如により、Mo(VI)を充填した非酸化MPCMの表面と比較して、テクネチウムが誘引されず、共有結合を形成しなかったことを示している。テクネチウムが酸化MPCMに吸着しなかったが、テクネチウムの1mmol溶液のほぼ95%が非酸化MPCMに吸着されたことが認められたことは興味深い。このことは、テクネチウムが、非酸化MPCMの表面に吸着されたが、共有結合を通して酸化MPCMには吸着されなかったことを確認する。 The surface charge of oxidized MPCM filled with Mo (VI) shows almost zero charge in the range of pH 3 to 4.5 as compared to Mo (VI) filled into the non-oxidized MPCM sample (FIG. 17). In the acidic pH range of pH 3 to 4.5, the surface functional groups of non-oxidized MPCM show a positive charge, which can further undergo a reaction with MnO 4 during the oxidation reaction. Manganese (MnO 4 ) ions are assumed to enter the MPCM porous matrix, partially oxidize the positive surface functionality by donating electrons, and then reduced to Mn 2+ ions in solution. The Furthermore, the formation of colloidal manganese in the solution was controlled by controlling the solution pH in the range of pH 3 to 4.5, more specifically pH 4. Moreover, the ratio of Mn 2+ ions to the positive surface area of MPCM is convenient for further adsorption of Mn 2+ ions on the MPCM surface. It was observed from both batch and column studies that technetium does not adsorb to Mo (VI) -filled oxidized MPCM, but it shows a strong affinity for Mo (VI) -filled non-oxidized MPCM samples. This was due to the lack of positive charge on the Mo (VI) -filled oxidized MPCM surface, which did not attract technetium and formed a covalent bond compared to the non-oxidized MPCM surface filled with Mo (VI). It is shown that. It is interesting that technetium did not adsorb to the oxidized MPCM, but it was found that approximately 95% of the 1 mmol solution of technetium was adsorbed to the non-oxidized MPCM. This confirms that technetium was adsorbed on the surface of non-oxidized MPCM but not adsorbed on oxidized MPCM through covalent bonds.

酸化MPCMを、99Mo(2mCi/mL)5.0mLを添加した1%Mo(VI)溶液に曝露することによって平衡バッチ吸着試験を実施した。最初に、水酸化アンモニウム4.5mLおよびMoO 1.5gを脱イオン水95mLに溶解することによって1%モリブデンを調製した。混合物を、MoOが溶液中で完全に溶解するまで、撹拌しながら維持した。99Mo(2mCi99Mo/mL)5.0mLを含有する溶液を1%モリブデン溶液97.5mLと十分に混合した。添加した溶液のpHを、0.1N HClまたはNaOH溶液のいずれかを使用して3に調節した。溶液中のMo(VI)の最終的な比活性は、78.12μCi/mLであった。 An equilibrium batch adsorption test was performed by exposing oxidized MPCM to a 1% Mo (VI) solution supplemented with 5.0 mL of 99 Mo (2 mCi / mL). First, 1% molybdenum was prepared by dissolving 4.5 mL ammonium hydroxide and 1.5 g MoO 3 in 95 mL deionized water. The mixture was maintained with stirring until the MoO 3 was completely dissolved in the solution. A solution containing 5.0 mL of 99 Mo (2 mCi 99 Mo / mL) was thoroughly mixed with 97.5 mL of 1% molybdenum solution. The pH of the added solution was adjusted to 3 using either 0.1N HCl or NaOH solution. The final specific activity of Mo (VI) in solution was 78.12 μCi / mL.

酸化MPCM約0.5グラムを、添加した溶液50mLを含有する125mLのプラスチックバイアルに添加した。溶液をシェーカー(160rpm)で25±1℃で3時間維持した。類似の実験の別の組も実施して、データの複製実験を行った。3時間後、溶液の最終pHを記録し、上清溶液からMPCMを分離するために、溶液を3000rpmで5分間遠心分離した。Mo(VI)を充填したMPCMを脱イオン水で2回すすいで、接着したいかなるMo(VI)もその表面から除去した。Mo(VI)、上清、およびすすぎ溶液を充填したMPCMを、線量較正器およびICP−MSを使用してモリブデン取り込みに関して分析した。平衡時に、酸化MPCMは、MPCM 1グラムあたり2.47mmolのMoの容量を有したが、活性の1300μCiは添加した99Moに由来することが観察された。 About 0.5 grams of oxidized MPCM was added to a 125 mL plastic vial containing 50 mL of added solution. The solution was maintained on a shaker (160 rpm) at 25 ± 1 ° C. for 3 hours. Another set of similar experiments was also performed to perform data replication experiments. After 3 hours, the final pH of the solution was recorded and the solution was centrifuged at 3000 rpm for 5 minutes to separate the MPCM from the supernatant solution. The Mo (VI) filled MPCM was rinsed twice with deionized water to remove any adhered Mo (VI) from the surface. MPCM loaded with Mo (VI), supernatant, and rinse solution was analyzed for molybdenum uptake using a dose calibrator and ICP-MS. At equilibrium, oxidized MPCM had a capacity of 2.47 mmol Mo per gram of MPCM, but the active 1300 μCi was observed to be derived from the added 99 Mo.

線量較正器およびγ線分光計の両方を使用して、99Moおよび99mTcの活性を評価した。線量較正器(Atomlab 400)は、99mTcのガンマ線を有効に遮蔽するが、99Moのガンマ線の大部分を遮蔽の中を検出器まで通過させる、小さい鉛の試料用容器を備える。したがって、試料が遮蔽容器に含まれる場合に得た読みは、99Moの活性のみに割り当てられる。遮蔽なしで得た読みは、99Moと99mTc活性の両方の合計である。 The activity of 99 Mo and 99m Tc was evaluated using both a dose calibrator and a gamma-ray spectrometer. The dose calibrator (Atomlab 400) comprises a small lead sample container that effectively shields 99m Tc gamma rays but allows most of the 99 Mo gamma rays to pass through the shield to the detector. Therefore, the reading obtained when the sample is contained in a shielded container is assigned only to 99 Mo activity. The reading obtained without shielding is the sum of both 99 Mo and 99m Tc activity.

バッチ吸着実験の後、98Moと99Moの両方を充填したMPCMをカラム(0.5cm×3.2cmで底部にポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フリットを有する)に移した。カラムの両端をシリコンラバーセプタムで閉じた。カラムを脱イオン水で十分にすすいで、MPCM表面上のいかなるモリブデン溶液も除去した。すすいだ試料を、真空バイアルを使用してカラムから採取した。カラムに残っている99Moの崩壊から娘生成物である99mTcを生成するために必要な最大時間、カラムを放置した後、食塩水溶液(0.9%NaCl)で溶出した。カラムを食塩水溶液9mLで溶出させて、これを次に3つの個々の真空バイアルに3mLずつ採取した。溶出液を既定の時間間隔でカラムから得た。各採取物からの溶出液を、外部較正器を備えた四重極型誘導結合プラズマ質量分析(ICP−MS)を使用して、カラムから放出されたモリブデンおよびマンガンに関して分析した。過テクネチウム酸塩または99Moに関連する活性を、線量較正器およびガンマ線分光計を使用して評価した。 After the batch adsorption experiment, MPCM packed with both 98 Mo and 99 Mo was transferred to a column (0.5 cm × 3.2 cm with polytetrafluoroethylene (PTFE) frit at the bottom). Both ends of the column were closed with a silicon rubber septum. The column was rinsed thoroughly with deionized water to remove any molybdenum solution on the MPCM surface. The rinsed sample was taken from the column using a vacuum vial. The column was allowed to stand for the maximum time necessary to produce the daughter product 99m Tc from the decay of 99 Mo remaining in the column, and then eluted with a saline solution (0.9% NaCl). The column was eluted with 9 mL of saline solution, which was then collected in 3 mL aliquots in 3 individual vacuum vials. The eluate was obtained from the column at predetermined time intervals. The eluate from each collection was analyzed for molybdenum and manganese released from the column using quadrupole inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) equipped with an external calibrator. Activity associated with pertechnetate or 99 Mo was assessed using a dose calibrator and gamma spectrometer.

図18は、1300μCiの活性が吸着された99Moに由来する、酸化MPCM 1グラムあたりMo(VI)2.47mmolを充填したMPCM 0.5グラムからなるカラムの溶出プロファイルを示す。カラムの溶出を、カラムを調製した翌日に食塩水溶液(0.9%NaCl)で開始して、溶出を8日間継続した。MPCMカラムからの99mTcの脱離挙動を確認するために、最初の組の溶出(溶出1)をカラムの調製後8時間で行ったことに注意されたい。残りの溶出番号2〜8は、24時間間隔で実施したが、溶出番号5は、溶出番号4の少なくとも45時間後に実施した。カラムからの娘生成物99mTcの溶出効率は、75〜90%の範囲内であることが見出された(図18)。溶出1では、図18に示すように、99mTcによる活性の80%超が、食塩水(0.9%NaCl)9mL中で得られ、利用可能な99mTc活性の62%が通常の食塩水の最初の3mL容積中に溶出された。第二の溶出を、第一の溶出の24時間後に採取したところ、カラム中の99mTc活性が70%〜90%の範囲内であったこと、および食塩水溶液3〜9mLを使用して回収できることを示している。全ての場合において、溶出液は透明であり、pHは、6〜7の範囲内であった。カラムを8日間にわたって連続的に溶出させて、平均で総99mTcの約82%がカラムから溶出した。 FIG. 18 shows the elution profile of a column consisting of 0.5 grams of MPCM packed with 2.47 mmol of Mo (VI) per gram of oxidized MPCM derived from 99 Mo adsorbed with 1300 μCi of activity. Elution of the column was started with saline solution (0.9% NaCl) the day after the column was prepared, and elution was continued for 8 days. Note that the first set of elutions (elution 1) was performed 8 hours after column preparation to confirm the desorption behavior of 99m Tc from the MPCM column. The remaining elution numbers 2-8 were performed at 24 hour intervals, while elution number 5 was performed at least 45 hours after elution number 4. The elution efficiency of the daughter product 99m Tc from the column was found to be in the range of 75-90% (FIG. 18). In elution 1, as shown in FIG. 18, over 80% of the activity with 99m Tc was obtained in 9 mL of saline (0.9% NaCl), and 62% of the available 99m Tc activity was with normal saline. Eluted in the first 3 mL volume of. When the second elution was collected 24 hours after the first elution, the 99m Tc activity in the column was in the range of 70% -90% and could be recovered using 3-9 mL of saline solution. Is shown. In all cases, the eluate was clear and the pH was in the range of 6-7. The column was eluted continuously over 8 days with an average of about 82% of the total 99m Tc eluting from the column.

図19は、8日間にわたってカラムから放出された99mTcおよびMo(VI)の割合を示す。溶出液中のMo(VI)の濃度は、カラム中のMPCM 1グラムあたりMo(VI)6.25mmolの1%〜3%の範囲内であった。酸触媒MPCMの中に通過させることによって、カラムからのいかなるモリブデン漏出も捕獲するプロセスが、図15に示されるように可能であり、これにより溶出液中のMo(VI)およびMn(VII)濃度を極めて低いレベルに低減させる。カラムからのモリブデン漏出を制御する別の方法は、食塩水溶液(0.9%NaCl)のpHを4〜4.5の範囲に制御することによって達成することができる(図15)。その場合、カラムからのMo(VI)の漏出を制御するために追加のガードカラムは必要ではない。 FIG. 19 shows the percentage of 99m Tc and Mo (VI) released from the column over 8 days. The concentration of Mo (VI) in the eluate was in the range of 1% to 3% of 6.25 mmol of Mo (VI) per gram of MPCM in the column. A process of capturing any molybdenum leakage from the column by passing it through the acid-catalyzed MPCM is possible, as shown in FIG. Is reduced to a very low level. Another way to control molybdenum leakage from the column can be achieved by controlling the pH of the saline solution (0.9% NaCl) in the range of 4-4.5 (FIG. 15). In that case, no additional guard column is needed to control leakage of Mo (VI) from the column.

[実施例4]
中性子捕獲法による99Moの生成は、核不拡散問題により核分裂由来の99Moの代替物として注目を集めている。天然のモリブデンの中性子活性化によって生成される99Moは、99mTcの本来の生成および使用に関してより複雑でなく、より安価で、かつより実際的な経路を提供する。しかし、中性子捕獲法によって生成される比活性は、小さいクロマトグラフィージェネレータの調製にとって十分に高くないことは明白である。しかしこの制限は、モリブデンに対して高い吸着容量を有するMPCMなどの吸着剤の使用によって克服することができる。MPCMは、pH3で水溶液からMPCM 1グラムあたり6.25mmol超のMo(VI)(MPCM 1gあたりMo(VI)600mg)を吸着することができ、これはまた天然のモリブデンの(n、γ)反応によって容易に得られる99Moにも応用可能であることが証明されている。この場合のジェネレータは、99Moを充填したMPCMからなり、このようにしてクロマトグラフィージェネレータと(n、γ)99Moの使用の性能を組み合わせる。99mTc/99Moジェネレータにおいて吸着剤として使用する場合、MPCMは、アルミナではわずか0.2重量%であったことと比較すると、その本体重量の60重量%までを保持することができる。99Mo/99mTcジェネレータの調製のための吸着剤としてのMPCMの可能性は、99Mo(2mCi/mL)を添加された1%Mo(VI)溶液を使用して調べられている。MPCMは、pH3で水溶液からのその証明された容量どおり、99Moを添加されたMo(VI)を吸着することが観察された。また、99Moの崩壊生成物である99mTcは、通常の(0.9%)食塩水溶液で溶出されて80%超の溶出を生じることも観察された。吸着剤としてMPCMに基づく典型的な99mTC/99Moジェネレータ調製のフローシートを図20に示す。
[Example 4]
Generation of 99 Mo by neutron capture method is attracting attention as a substitute for 99 Mo from fission by nuclear proliferation problem. 99 Mo produced by neutron activation of natural molybdenum provides a less complicated, less expensive and more practical path for the original production and use of 99m Tc. However, it is clear that the specific activity produced by the neutron capture method is not high enough for the preparation of small chromatography generators. However, this limitation can be overcome by the use of an adsorbent such as MPCM that has a high adsorption capacity for molybdenum. MPCM can adsorb more than 6.25 mmol Mo (VI) per gram MPCM (600 mg Mo (VI) per gram MPCM) from aqueous solution at pH 3, which is also the natural (n, γ) reaction of molybdenum. It has been proved that the present invention can also be applied to 99 Mo that can be easily obtained. Generator in this case consists MPCM filled with 99 Mo, In this way the chromatography generator (n, gamma) combines the performance of use of the 99 Mo. When used as an adsorbent in a 99m Tc / 99 Mo generator, MPCM can hold up to 60% by weight of its body weight compared to only 0.2% by weight for alumina. The potential of MPCM as an adsorbent for the preparation of a 99 Mo / 99m Tc generator has been investigated using a 1% Mo (VI) solution supplemented with 99 Mo (2 mCi / mL). MPCM was observed to adsorb Mo (VI) to which 99 Mo was added according to its proven volume from aqueous solution at pH 3. It was also observed that 99m Tc, a decay product of 99 Mo, was eluted with a normal (0.9%) saline solution, resulting in an elution of over 80%. A typical 99m TC / 99 Mo generator preparation flow sheet based on MPCM as adsorbent is shown in FIG.

[実施例5]
Mo(VI)取り込みを最大にし、かつモリブデン充填MPCM樹脂を使用して調製されたカラムからのテクネチウム放出を増強する試みにおいて、MPCM樹脂を、亜塩素酸ナトリウム(NaClO)および次亜塩素酸ナトリウム(NaOCl)をそれぞれ使用して酸化した。溶液中の亜塩素酸ナトリウムまたは次亜塩素酸ナトリウムの濃度および酸化時間は、試行錯誤に基づいて決定した。亜塩素酸ナトリウムの濃度および溶液のpHをそれぞれ、1mmol/L〜10mmol/L、および3〜11に変化させた。亜塩素酸ナトリウムまたは次亜塩素酸ナトリウムのいずれかによるMPCMの酸化を、固液比1:100で行った。酸化時間は30分から24時間まで変化させた。亜塩素酸ナトリウムおよび次亜塩素酸ナトリウムの両方に関して、pH3〜4.5の範囲でClとして計算される約0.02%塩素を含有する溶液、および2時間の酸化時間は、モリブデンの最大の取り込みを促進し、またMPCM吸着剤からテクネチウムの放出を促進するためにMPCMを部分的に酸化するのに十分であった。亜塩素酸ナトリウムおよび次亜塩素酸ナトリウムによって部分的に酸化されたMPCM樹脂をそれぞれ、本明細書においてMPCM−ClOおよびMPCM−OClと呼ぶ。MPCM−ClOおよびMPCM−OClの性能を、バッチ技術を使用して水溶液からのモリブデン吸着に関して評価した。酸化MPCMは、溶液中の平衡濃度Mo(VI)がpH3.0で54mmol/Lである場合、298Kで酸化MPCM 1グラムあたりMo(VI)およそ6.25mM(約600mg)を吸着できることが認められた。
[Example 5]
In an attempt to maximize Mo (VI) uptake and enhance technetium release from columns prepared using molybdenum-filled MPCM resin, MPCM resin was combined with sodium chlorite (NaClO 2 ) and sodium hypochlorite. Oxidized using (NaOCl) respectively. The concentration and oxidation time of sodium chlorite or sodium hypochlorite in the solution was determined based on trial and error. The concentration of sodium chlorite and the pH of the solution were changed to 1 mmol / L to 10 mmol / L and 3 to 11, respectively. Oxidation of MPCM with either sodium chlorite or sodium hypochlorite was performed at a solid-liquid ratio of 1: 100. The oxidation time was varied from 30 minutes to 24 hours. For both sodium chlorite and sodium hypochlorite, a solution containing about 0.02% chlorine, calculated as Cl 2 in the pH range of 3 to 4.5, and the oxidation time of 2 hours is the maximum of molybdenum. It was sufficient to partially oxidize MPCM to promote the uptake of and to promote the release of technetium from the MPCM adsorbent. MPCM resins partially oxidized by sodium chlorite and sodium hypochlorite are referred to herein as MPCM-ClO 2 and MPCM-OCl, respectively. The performance of MPCM-ClO 2 and MPCM-OCl was evaluated for molybdenum adsorption from aqueous solutions using a batch technique. It is observed that oxidized MPCM can adsorb approximately 6.25 mM (about 600 mg) of Mo (VI) per gram of oxidized MPCM at 298 K when the equilibrium concentration Mo (VI) in the solution is 54 mmol / L at pH 3.0. It was.

モリブデン充填非酸化MPCMおよびモリブデン充填MPCM−OClの表面電荷分析を、上記の技法を使用して行った。モリブデン充填MPCM−OClに関しても類似の表面電荷実験を実施して、データを、モリブデン充填非酸化MPCM樹脂の表面電荷と比較した。モリブデン充填MPCM−ClOおよびMPCM−OClの表面電荷データは、過マンガン酸カリウムによって酸化されたモリブデン充填MPCMの表面電荷データと類似のパターンを示す。 Surface charge analysis of molybdenum filled non-oxidized MPCM and molybdenum filled MPCM-OCl 2 was performed using the technique described above. Similar surface charge experiments were also performed on molybdenum filled MPCM-OCl to compare the data with the surface charge of molybdenum filled non-oxidized MPCM resin. The surface charge data for molybdenum filled MPCM-ClO 2 and MPCM-OCl show a similar pattern to the surface charge data for molybdenum filled MPCM oxidized by potassium permanganate.

Tc−99の取り込み容量を評価するために、モリブデン充填MPCM−ClOおよびMPCM−OClをそれぞれ使用して、2つの異なるカラムを調製した。比較のために、これらの酸化MPCM樹脂の両方に関するTc−99通過試験を、上記の技法に従って実施した。結果は、過テクネチウム酸塩(TcO )が、Mo(VI)を充填したMPCM−ClOおよびMPCM−OClのいずれにも吸着しないことを確認した。表7は、酸化MPCMによって調製したカラムからのテクネチウム放出に及ぼす様々な酸化剤の効果の比較を示す。表7に示す酸化MPCM樹脂を、モリブデン−99を添加した1%モリブデン溶液に曝露した。モリブデン−99の活性はそれぞれ、45mCiから1.39Ci(照射終了時またはEOI)まで変化させた。様々な酸化剤によって酸化されたモリブデン充填MPCM樹脂を使用して、それぞれのクロマトグラフィーカラムを調製した。次に、カラムに食塩水溶液を流してデータを表7に示す。 In order to assess the uptake capacity of Tc-99, two different columns were prepared using molybdenum packed MPCM-ClO 2 and MPCM-OCl, respectively. For comparison, Tc-99 passage tests for both of these oxidized MPCM resins were performed according to the technique described above. The results confirmed that pertechnetate (TcO 4 ) did not adsorb to either MPCM-ClO 2 or MPCM-OCl filled with Mo (VI). Table 7 shows a comparison of the effect of various oxidants on technetium release from columns prepared with oxidized MPCM. The oxidized MPCM resin shown in Table 7 was exposed to a 1% molybdenum solution supplemented with molybdenum-99. The activity of molybdenum-99 was varied from 45 mCi to 1.39 Ci (at the end of irradiation or EOI), respectively. Each chromatography column was prepared using molybdenum packed MPCM resin oxidized with various oxidizing agents. Next, a saline solution was passed through the column and the data are shown in Table 7.

カラムからのテクネチウム放出は、カラム中のMo−99の初期活性がおよそ45mCiであった場合、ほぼ100%であった(表7)。カラムからのテクネチウムの放出は、より高い比活性のMo−99をカラムに使用した場合、全ての酸化剤に関して比較的非常に低かった。理論に拘束されたくはないが、より高い活性では、テクネチウムはTc(VII)からTc(IV)に還元されて、還元されたアニオン性の過テクネチウム酸塩がおそらく、MPCM樹脂の遊離の表面部位と共有結合を形成したと考えられる。活性900mCiを有するモリブデン−99を、31mM過マンガン酸カリウムによって酸化したMPCM試料に充填すると、カラムからのテクネチウム放出はおよそ10%であった(表7)。この組み合わせはまた、6.3mMの過マンガン酸カリウムによって酸化されたMPCM樹脂と比較して溶出液中により多くのマンガンを放出した。カラム中のMo−99の活性がより高い場合(EOIで1.39Ci)、過マンガン酸カリウムまたは過酸化水素によって酸化された樹脂と比較してMPCM−ClO樹脂およびMPCM−OC樹脂に関して、カラムから放出されるテクネチウムの割合の増加が小さいことが観察された(表7)。 Technetium release from the column was almost 100% when the initial activity of Mo-99 in the column was approximately 45 mCi (Table 7). The release of technetium from the column was relatively very low for all oxidants when higher specific activity Mo-99 was used in the column. While not wishing to be bound by theory, at higher activities, technetium is reduced from Tc (VII) to Tc (IV), and the reduced anionic pertechnetate is probably the free surface site of MPCM resin. It is thought that a covalent bond was formed. When molybdenum-99 with an activity of 900 mCi was loaded into an MPCM sample oxidized with 31 mM potassium permanganate, the technetium release from the column was approximately 10% (Table 7). This combination also released more manganese in the eluate compared to MPCM resin oxidized with 6.3 mM potassium permanganate. When the activity of Mo-99 in the column is higher (1.39 Ci in EOI), the column for MPCM-ClO 2 and MPCM-OC resins compared to resins oxidized by potassium permanganate or hydrogen peroxide It was observed that the increase in the proportion of technetium released from was small (Table 7).

カラム中のモリブデンの比活性(EOIで1.39Ci)がより高い場合、カラムからのテクネチウムの放出は、比活性がより低いモリブデン−99を充填したMPCM樹脂によって調製したカラムと比較して有意に低減された。理論に拘束されたくはないが、活性がより高い場合、カラムに存在する金属イオンの酸化状態が変化して、このためカラムからのテクネチウム放出を低減させ得ると考えられる。モリブデン溶液中に酸化剤が存在すれば、MPCM樹脂および溶液中のモリブデンを、吸着サイクルを通して酸化状態に維持することができ、それによってカラムからのテクネチウムの放出を促進し得ると考えられる。さらに、溶出食塩水溶液中に酸化剤を添加することもまた、モリブデンを充填した酸化MPCMカラムからのさらなるテクネチウム−99の放出を増強するために検討した。   When the specific activity of molybdenum in the column (1.39 Ci in EOI) is higher, the release of technetium from the column is significantly higher compared to the column prepared by MPCM resin packed with lower specific activity molybdenum-99 Reduced. While not wishing to be bound by theory, it is believed that if the activity is higher, the oxidation state of the metal ions present in the column may change, thus reducing technetium release from the column. It is believed that if an oxidant is present in the molybdenum solution, the MPCM resin and molybdenum in the solution can be maintained in an oxidized state throughout the adsorption cycle, thereby facilitating the release of technetium from the column. In addition, the addition of an oxidizing agent in the eluted saline solution was also investigated to enhance the release of further technetium-99 from the oxidized MPCM column packed with molybdenum.

MPCM−ClOおよびMPCM−OCl樹脂をさらに調べて、溶液中の様々な濃度の酸化剤の存在下でのモリブデン吸着能を評価した。吸着試験は、1%モリブデン溶液(モリブデン塩から調製、放射活性モリブデン(Mo−99)を含まない)を添加した様々な濃度の亜塩素酸ナトリウムおよび次亜塩素酸ナトリウム(5mM〜50mM)を使用して24時間行った。モリブデン溶液のpHは最初、全ての実験に関して約3.0に調節した。試料を様々な間隔で採取して、樹脂へのモリブデンの取り込みに関して分析した。表8は、亜塩素酸ナトリウムまたは次亜塩素酸ナトリウムが溶液中に存在する場合、酸化MPCM樹脂のモリブデン取り込み容量が、酸化MPCMの5.21mM(500mg/g)〜6.25mM(600mg/g)の範囲にあったことを示している。モリブデンは、溶液中の酸化剤濃度が45mMまたは45mM超であった場合に、12時間の曝露後に溶液中で徐々に沈殿し始めた。亜塩素酸ナトリウムまたは次亜塩素酸ナトリウムのいずれかの濃度が5mM〜40mMの範囲である溶液中では、溶液中のモリブデン沈殿は観察されなかった。モリブデンは、この試験で使用した次亜塩素酸ナトリウムのいかなる濃度に関しても曝露の最初の4時間の間、溶液中で沈殿しなかった。 MPCM-ClO 2 and MPCM-OCl resins were further investigated to evaluate the ability of molybdenum to adsorb in the presence of various concentrations of oxidant in solution. The adsorption test uses various concentrations of sodium chlorite and sodium hypochlorite (5mM to 50mM) supplemented with 1% molybdenum solution (prepared from molybdenum salt, free of radioactive molybdenum (Mo-99)) And went for 24 hours. The pH of the molybdenum solution was initially adjusted to about 3.0 for all experiments. Samples were taken at various intervals and analyzed for molybdenum incorporation into the resin. Table 8 shows that when sodium chlorite or sodium hypochlorite is present in the solution, the molybdenum uptake capacity of the oxidized MPCM resin is between 5.21 mM (500 mg / g) to 6.25 mM (600 mg / g) of oxidized MPCM. ). Molybdenum began to precipitate gradually in the solution after 12 hours of exposure when the oxidant concentration in the solution was 45 mM or greater than 45 mM. No molybdenum precipitation in the solution was observed in solutions in which the concentration of either sodium chlorite or sodium hypochlorite was in the range of 5 mM to 40 mM. Molybdenum did not precipitate in solution during the first 4 hours of exposure for any concentration of sodium hypochlorite used in this study.

MPCM−ClOへのモリブデンの取り込みは、1%モリブデン溶液中の次亜塩素酸ナトリウムの全ての濃度の存在下でかなり一貫していることが見出された(表8)。酸化剤を含まないモリブデン溶液から得られたデータと比較すると、25mM次亜塩素酸ナトリウム(NaOCl)を溶液中に含有する1%モリブデン溶液からのMPCM−ClOへのモリブデンの取り込みは、およそ6.25mM/gであった(表8)。このことは、モリブデン溶液中の次亜塩素酸塩の存在が、亜塩素酸ナトリウムによって部分的に酸化されたMPCM樹脂へのモリブデン吸着に実質的に影響を及ぼさなかったことを示唆している。 The incorporation of molybdenum into MPCM-ClO 2 was found to be fairly consistent in the presence of all concentrations of sodium hypochlorite in a 1% molybdenum solution (Table 8). Compared to the data obtained from the molybdenum solution without oxidizer, the incorporation of molybdenum into MPCM-ClO 2 from a 1% molybdenum solution containing 25 mM sodium hypochlorite (NaOCl) in solution was approximately 6 25 mM / g (Table 8). This suggests that the presence of hypochlorite in the molybdenum solution did not substantially affect molybdenum adsorption on MPCM resin partially oxidized by sodium chlorite.

したがって、1%Mo溶液中に酸化剤として次亜塩素酸ナトリウム(NaOCl)の様々な濃度の存在下でモリブデンを吸着させるこの試みにおいて、MPCM−ClOを検討した。次に、モリブデン充填MPCM−ClOを使用して、クロマトグラフィーカラムを調製した。カラムからのテクネチウムおよびモリブデンの両方の放出に及ぼす酸化効果を調べるために、亜塩素酸ナトリウムおよび次亜塩素酸ナトリウムもまた食塩水溶液と混合した。次に、カラムに、pH4で5mM濃度の亜塩素酸ナトリウムおよび次亜塩素酸ナトリウムをそれぞれ混合した食塩水溶液を流した。溶出液混合物に、Tc−99(10mLあたり約1Ci Tc−99と化学量論的に等しい)をさらに添加した後、カラムの中を通過させた。 Therefore, in this attempt to adsorb molybdenum in 1% Mo solution in the presence of various concentrations of sodium hypochlorite (NaOCl) as oxidant, MPCM-ClO 2 was investigated. Next, using the molybdenum filling MPCM-ClO 2, to prepare a chromatography column. To investigate the oxidative effect on the release of both technetium and molybdenum from the column, sodium chlorite and sodium hypochlorite were also mixed with the saline solution. Next, a saline solution in which 5 mM sodium chlorite and sodium hypochlorite were mixed at pH 4 was flowed through the column. To the eluate mixture was further added Tc-99 (stoichiometrically equal to about 1 Ci Tc-99 per 10 mL) and then passed through the column.

99%超のTc−99が、カラムに吸着することなく溶出液中の酸化剤としての亜塩素酸ナトリウムまたは次亜塩素酸ナトリウムのいずれかの存在下でカラムの中を通過した(表9)。次亜塩素酸ナトリウムと混合した食塩水溶液による溶出の際のカラムからのモリブデンの放出は、亜塩素酸ナトリウムと混合した食塩水溶液で溶出したカラムと類似であった(表9)。例として、1%モリブデンおよび25mM次亜塩素酸ナトリウムを含有する溶液からモリブデンを吸着したMPCM−ClOによって調製したカラムにそれぞれ、5mM亜塩素酸ナトリウムおよび次亜塩素酸ナトリウムを流した(表9)。亜塩素酸ナトリウムを含む食塩水の場合、モリブデンの放出は、カラムを調製するために使用したMPCM−ClOへの6.25mM吸着モリブデンのおよそ2%であることが見出されたが、表9に示されるように次亜塩素酸ナトリウム混合食塩水溶液で溶出した類似のカラムから、モリブデン放出はおよそ7.5%であることが見出された。MPCM−ClOが1%モリブデンおよび25mM次亜塩素酸ナトリウムを含有する溶液からおよそ6.25mMのモリブデンを吸着できることは本試験から明白であった。モリブデン充填MPCM−ClOを使用して調製されたクロマトグラフィーカラムの場合において、亜塩素酸ナトリウムと混合したTc−99添加食塩水で溶出させると、このシステムは、最大のモリブデンを保持することができ、またカラムから最大のTc−99を放出することができることが見出された。 More than 99% of Tc-99 passed through the column in the presence of either sodium chlorite or sodium hypochlorite as oxidant in the eluate without adsorbing to the column (Table 9). . Release of molybdenum from the column upon elution with saline solution mixed with sodium hypochlorite was similar to the column eluted with saline solution mixed with sodium chlorite (Table 9). As an example, 5 mM sodium chlorite and sodium hypochlorite were passed through columns prepared by MPCM-ClO 2 adsorbed with molybdenum from a solution containing 1% molybdenum and 25 mM sodium hypochlorite, respectively (Table 9). ). For saline containing sodium chlorite, the release of molybdenum was found to be approximately 2% of the 6.25 mM adsorbed molybdenum to MPCM-ClO 2 used to prepare the column. From a similar column eluted with sodium hypochlorite mixed saline solution as shown in 9, the molybdenum release was found to be approximately 7.5%. It was clear from this study that MPCM-ClO 2 can adsorb approximately 6.25 mM molybdenum from a solution containing 1% molybdenum and 25 mM sodium hypochlorite. In the case of a chromatographic column prepared using molybdenum filling MPCM-ClO 2, eluting with Tc-99 added saline mixed with sodium chlorite, the system can hold a maximum molybdenum And it has been found that maximum Tc-99 can be released from the column.

カラムからモリブデンおよびテクネチウムを放出するための溶出液中の様々な亜塩素酸ナトリウム濃度の効果をさらに調べた。1%モリブデンおよび25mM次亜塩素酸ナトリウムを含有する溶液からモリブデンを吸着したMPCM−ClOによってカラムを調製した。次に、カラムに、様々な濃度の亜塩素酸ナトリウムとそれぞれ混合した食塩水を流した(表10)。食塩水中の亜塩素酸ナトリウムの濃度は、5mM〜20mMの範囲であった。溶出混合物にさらに、Tc−99(10mLあたりTc−99m約1Ciに化学量論的に等しい)を添加した後、カラムの中に通過させた。溶出液中の酸化剤(5mM〜20mM濃度)として亜塩素酸ナトリウムの存在下では、テクネチウム−99の99%超が、カラムに吸着されることなくカラムの中を通過することが観察された(表10)。カラムからのモリブデン放出量は、食塩水溶液中の亜塩素酸ナトリウム濃度がそれぞれ5mMおよび20mMである場合、カラムに存在するモリブデンのおよそ2%および5%であった。このことは、溶出溶液中にモリブデンを含まないテクネチウムを得るためには、ガードカラムが望ましいことを示唆している。 The effect of different sodium chlorite concentrations in the eluate to release molybdenum and technetium from the column was further investigated. A column was prepared by MPCM-ClO 2 adsorbed with molybdenum from a solution containing 1% molybdenum and 25 mM sodium hypochlorite. Next, a saline solution mixed with various concentrations of sodium chlorite was passed through the column (Table 10). The concentration of sodium chlorite in saline was in the range of 5 mM to 20 mM. To the elution mixture was further added Tc-99 (stoichiometrically equal to about 1 Ci of Tc-99m per 10 mL) and then passed through the column. In the presence of sodium chlorite as the oxidizing agent (5-20 mM concentration) in the eluate, over 99% of technetium-99 was observed to pass through the column without being adsorbed on the column ( Table 10). The amount of molybdenum released from the column was approximately 2% and 5% of the molybdenum present in the column when the sodium chlorite concentration in the saline solution was 5 mM and 20 mM, respectively. This suggests that a guard column is desirable to obtain technetium that does not contain molybdenum in the elution solution.

[実施例6]
99Mo/99mTcジェネレータの調製のための吸着剤としてのMPCM−ClO樹脂の可能性を、MURR(the University of Missouri Research Reactor,USA)で照射した13.9mCi/mLの活性を有する中性子捕獲により生成された1%モリブデン溶液に樹脂を曝露することによって評価した。類似の実験もまた、核分裂モリブデン(Mo 1gあたり約1.89Ci99Mo)を添加した1%天然モリブデン溶液を使用してPOLATOMで行った。MPCM−ClO樹脂へのモリブデン取り込みに関するバッチ吸着実験を室温で行い、両方の実験の溶液pHは最初約3.0であった。両方の実験に関して樹脂へのモリブデン取り込みは、溶液中で利用可能なモリブデンのおよそ60%であった。それぞれの実験において、99Moを充填したMPCM−ClO樹脂を含有する6mLカラムからなる99Mo/99mTcジェネレータを調製した。99Moの崩壊生成物である99mTcを、酸化剤として亜塩素酸ナトリウムを混合した食塩水溶液(0.9%NaCl)で溶出した。表11は、初期pH約2.8で1.39Ci99Moの約1%の総モリブデン溶液100mLに1gのMPCM−ClO樹脂を曝露することによって調製された典型的なジェネレータの溶出性能を示す。活性分布の分析から、Mo吸着効率が63.4%であることが示された。MPCM−ClO樹脂をモリブデン溶液に曝露する時間は、これらの実験に関して24時間であった。吸着サイクルの後、樹脂を脱イオン水で十分にすすいで、表面からいかなる接着モリブデンも除去した。
[Example 6]
Neutron capture with activity of 13.9 mCi / mL irradiated with MURR (the University of Missouri Research Reactor, USA) the potential of MPCM-ClO 2 resin as an adsorbent for the preparation of 99 Mo / 99m Tc generator The resin was evaluated by exposing the resin to a 1% molybdenum solution produced by Similar experiments were also performed with POLATOM using a 1% natural molybdenum solution supplemented with fission molybdenum (approximately 1.89 Ci 99 Mo / g Mo). Batch adsorption experiments for molybdenum incorporation into MPCM-ClO 2 resin were performed at room temperature, and the solution pH for both experiments was initially about 3.0. For both experiments, the molybdenum incorporation into the resin was approximately 60% of the molybdenum available in solution. In each experiment, a 99 Mo / 99m Tc generator consisting of a 6 mL column containing MPCM-ClO 2 resin packed with 99 Mo was prepared. 99m Tc, which is a decay product of 99 Mo, was eluted with a saline solution (0.9% NaCl) mixed with sodium chlorite as an oxidizing agent. Table 11 shows the elution performance of a typical generator prepared by exposing 1 g of MPCM-ClO 2 resin to 100 mL of about 1% total molybdenum solution of 1.39 Ci 99 Mo at an initial pH of about 2.8. . Analysis of the activity distribution showed that the Mo adsorption efficiency was 63.4%. The time to expose the MPCM-ClO 2 resin to the molybdenum solution was 24 hours for these experiments. After the adsorption cycle, the resin was thoroughly rinsed with deionized water to remove any adhered molybdenum from the surface.

表11から、カラムから放出されたTc−99mの量は、溶出溶液中の亜塩素酸ナトリウムの濃度が増加すると増加する。pH4.0で溶出食塩水溶液中のおよそ20mMという亜塩素酸ナトリウム濃度は、カラムの初期活性がおよそ1Ciである場合に、カラムからのTc−99mの95%超を除去するために十分であるように思われる。   From Table 11, the amount of Tc-99m released from the column increases as the concentration of sodium chlorite in the elution solution increases. A sodium chlorite concentration of approximately 20 mM in an eluted saline solution at pH 4.0 appears to be sufficient to remove more than 95% of Tc-99m from the column when the initial activity of the column is approximately 1 Ci. It seems to be.

中間体溶液の形態でのTc−99m放射性同位体を、吸着剤としてアルミナを有するガードカラムの中に通過させる。3日間連続して溶出データを採取したところ、溶出液がジェネレータから利用可能な99mTcの理論量の90%超(>90%)の収量を含有することがデータから明らかとなった。溶出液中の99Moは、99mTc 1mCiあたり99Mo 0.15μCi未満であった。溶出溶液をさらに、1Mチオ硫酸ナトリウムまたは亜硫酸ナトリウムのいずれかによる処理に供して、溶液中の酸化剤の存在を中和した。亜硫酸ナトリウムを使用することにより、最終溶出液に存在し得る酸化剤を効率的に中和することができる。これらの実験から得られた溶出液の典型的な組成を表12に示す。 The Tc-99m radioisotope in the form of an intermediate solution is passed through a guard column having alumina as an adsorbent. Elution data was collected for 3 consecutive days and the data revealed that the eluate contained a yield of> 90% (> 90%) of the theoretical amount of 99m Tc available from the generator. 99 Mo in the eluate was less than 99 Mo 0.15 μCi per 99 m Tc per mCi. The elution solution was further subjected to treatment with either 1M sodium thiosulfate or sodium sulfite to neutralize the presence of oxidant in the solution. By using sodium sulfite, the oxidant that may be present in the final eluate can be efficiently neutralized. Table 12 shows the typical composition of eluates obtained from these experiments.

[実施例7]
モリブデン充填MPCM−ClOカラムに流すために使用される食塩水溶液中の酸化剤として、重クロム酸カリウム(クロム酸塩およそ200mg)および5%酸化セリウムの添加についても試験して、何らかの成功を得た。食塩水中の重クロム酸カリウムまたは酸化セリウムを溶出剤として使用する場合、モリブデン充填MPCM−ClO樹脂で調製したカラムからのTc−99放出は、およそ75%超(>75%)であった。クロムまたはセリウムの実質的な量が最終溶出液に存在し、このことは、最終溶出液に酸化剤を含まないテクネチウムを得るためにガードカラムユニットがさらに必要であることを示している。
[Example 7]
The addition of potassium dichromate (about 200 mg chromate) and 5% cerium oxide as an oxidant in the saline solution used to flow through the molybdenum packed MPCM-ClO 2 column also gained some success. It was. When potassium dichromate or cerium oxide in saline was used as eluent, Tc-99 release from columns prepared with molybdenum-filled MPCM-ClO 2 resin was approximately over 75% (> 75%). A substantial amount of chromium or cerium is present in the final eluate, which indicates that a further guard column unit is required to obtain technetium without oxidizing agent in the final eluate.

[実施例8]
MPCM−ClO樹脂へのモリブデンの取り込みに及ぼす溶液中の酸化剤(次亜塩素酸ナトリウム)の存在下での温度および固液比の効果を調べた。既に言及した技法に従って、既定の様々な温度でバッチ試験を行った。それぞれの実験に関して、MPCM−ClO樹脂およそ1グラムを、酸化剤(25mMのNaOCl)の存在下、pH約3.0で1%モリブデン溶液100mLに4時間曝露した(データは示していない)。図21に示す予備的なデータから、25℃(298K)〜70℃(343K)の範囲の溶液温度で、MPCM−ClO樹脂へのモリブデンの取り込みがごくわずかに変化した(MPCM−ClO樹脂1グラムあたりMo(VI)5.38mM〜5.53mMの範囲)ことが明らかとなっている。ほとんどの場合、操作の最初の0.5時間の間に、溶液中で利用可能なモリブデンのおよそ50%が全く沈殿することなくMPCM−ClO樹脂に吸着されて、その後平衡に向けてゆっくり移動した。
[Example 8]
The effect of temperature and solid-liquid ratio in the presence of an oxidizing agent (sodium hypochlorite) in solution on the incorporation of molybdenum into MPCM-ClO 2 resin was investigated. Batch testing was performed at various predetermined temperatures according to the techniques already mentioned. For each experiment, approximately 1 gram of MPCM-ClO 2 resin was exposed to 100 mL of 1% molybdenum solution at pH about 3.0 for 4 hours in the presence of oxidizing agent (25 mM NaOCl) (data not shown). Preliminary data shown in FIG. 21, 25 ℃ (298K) ~70 ℃ solution temperature in the range of (343 K), incorporation of molybdenum to MPCM-ClO 2 resin is changed only slightly (MPCM-ClO 2 resin Mo (VI) in the range of 5.38 mM to 5.53 mM per gram). In most cases, during the first 0.5 hour of operation, approximately 50% of the available molybdenum in the solution is adsorbed to the MPCM-ClO 2 resin without any precipitation and then slowly moves towards equilibrium. did.

酸化MPCMにおけるモリブデンの様々な充填量(loading)での吸着熱を図22に示す。モリブデンの吸着熱は充填量の増加と共に減少したが、これは表面の不均一性および多層で覆われたことが原因であり得る。吸着熱は、より高い充填量では積分吸着熱(△H値)に近づいた。いかなる理論にも拘束されたくはないが、表面がモリブデンで飽和されて、吸着熱がその平衡値に達しつつあると考えられる。吸着熱の値の最初の減少は、表面の不均一性および多層で覆われたことが原因であり得る。吸着熱のその後の増加は、固相表面で錯体分子を形成することが知られている吸着したモリブデンイオン間の側方相互作用が原因であり得る。樹脂の吸着表面部位は、エネルギー的に均一であり、したがって一定の吸着熱が得られるはずであると予想された。しかし、樹脂表面は、表面の微孔性のために、エネルギー的に不均一となるように思われる。   The heat of adsorption at various loadings of molybdenum in oxidized MPCM is shown in FIG. The heat of adsorption of molybdenum decreased with increasing loading, which can be attributed to surface non-uniformity and multilayer coverage. The heat of adsorption approached the integrated heat of adsorption (ΔH value) at higher loadings. Without wishing to be bound by any theory, it is believed that the surface is saturated with molybdenum and the heat of adsorption is reaching its equilibrium value. The initial decrease in the value of heat of adsorption can be attributed to surface non-uniformity and multilayer coverage. Subsequent increases in heat of adsorption can be attributed to lateral interactions between adsorbed molybdenum ions that are known to form complex molecules at the solid surface. It was expected that the adsorption surface area of the resin would be energetically uniform and therefore a constant heat of adsorption should be obtained. However, the resin surface appears to be energetically non-uniform due to the microporosity of the surface.

1%モリブデン溶液中に酸化剤として25mM次亜塩素酸ナトリウムの存在下、25℃(298K)で固液比を変化させてバッチ試験を行った。固液比が2:100の場合(25mM次亜塩素酸ナトリウムと混合した1%モリブデン溶液100mL中の2グラムのMPCM−ClO)、1%溶液から利用可能なモリブデンのほぼ95%が、曝露1.0時間以内にMPCM−ClO樹脂に吸着された。この比率は、1%モリブデン溶液中に25mM次亜塩素酸ナトリウムの存在下で、MPCM−ClOへのモリブデン取り込みにとって最適な吸着剤の用量であることが見出されている。非酸化MPCMの場合、同じ固液比および曝露時間を使用して、モリブデンの取り込みは、酸化MPCM(MPCM−ClO)樹脂と比較してほぼ35%少なかった。酸化によるMPCMの表面電荷の改変およびプロセスにおけるより高い固液比は、この現象の理由の少なくとも一部であるように思われる。 A batch test was conducted by changing the solid-liquid ratio at 25 ° C. (298 K) in the presence of 25 mM sodium hypochlorite as an oxidizing agent in a 1% molybdenum solution. When the solid-liquid ratio is 2: 100 (2 grams of MPCM-ClO 2 in 100 mL of 1% molybdenum solution mixed with 25 mM sodium hypochlorite), almost 95% of the molybdenum available from the 1% solution is exposed. It was adsorbed on MPCM-ClO 2 resin within 1.0 hour. This ratio has been found to be the optimal adsorbent dose for molybdenum incorporation into MPCM-ClO 2 in the presence of 25 mM sodium hypochlorite in a 1% molybdenum solution. For non-oxidized MPCM, using the same solid-liquid ratio and exposure time, molybdenum uptake was almost 35% less compared to oxidized MPCM (MPCM-ClO 2 ) resin. The modification of the surface charge of MPCM by oxidation and the higher solid-liquid ratio in the process appears to be at least part of the reason for this phenomenon.

[実施例9]
最初の実験データは、酸化MPCM樹脂が、曝露24時間後に溶液から利用可能なモリブデンのおよそ50〜60%を吸着することができることを示した。また、99Mo活性のほぼ28%が吸着サイクルの24時間の間に崩壊すると推定された。その上、ジェネレータの処理および取り扱いにより、99Mo活性はさらに10〜15%失われた。図23は、上記の0.5Ci(溶出時間での)99Mo/99mTcジェネレータの実験データが典型的に、まさに最初からおよそ1.6〜1.8Ciの99Mo(EOI)を必要とすることを示している。
[Example 9]
Initial experimental data showed that oxidized MPCM resin can adsorb approximately 50-60% of the available molybdenum from solution after 24 hours of exposure. Moreover, almost 28% of 99 Mo activity was estimated to disintegrate during the 24-hour adsorption cycle. Furthermore, 99 Mo activity was further lost by 10-15% due to generator processing and handling. FIG. 23 shows that the above 0.5 Ci (at elution time) 99 Mo / 99m Tc generator experimental data typically requires approximately 1.6 to 1.8 Ci of 99 Mo (EOI) from the very beginning. It is shown that.

しかし、バッチ実験から、温度25℃(298K)で、固液比2:100を使用すると、MPCM−ClO樹脂が、曝露1時間以内に25mM次亜塩素酸ナトリウムと混合した1%モリブデン溶液から利用可能なモリブデンのほぼ99%を吸着できることが示唆されている。脱イオン水を使用してモリブデン充填MPCM−ClO樹脂を十分にすすいだ後、少なくとも90%(または95%まで)のモリブデンが樹脂に保持されていることが見出され、これを使用してジェネレータのカラムを調製した。これにより、吸着サイクルの間、ならびにジェネレータの処理および取り扱いの際の99Mo活性の減少が最終的に低減される。0.5Ci(溶出時)の活性を有する6mLジェネレータカラムを調製するために吸着サイクルの24時間の間の99Moの減少を考慮すると、吸着サイクルの間に25℃(298K)の溶液温度で固液比が2:100で維持される場合、1.5Ci〜2Ciの比活性を有するジェネレータが可能であると予想される(図23)。また、システムにおけるカラムの容量および数を調節することによって、中性子捕獲99Moに基づく比活性4〜6Ciを有する99Mo/99mTcジェネレータが可能であると推定される。 However, from a batch experiment, using a solid / liquid ratio of 2: 100 at a temperature of 25 ° C. (298 K), MPCM-ClO 2 resin was obtained from a 1% molybdenum solution mixed with 25 mM sodium hypochlorite within 1 hour of exposure. It has been suggested that nearly 99% of the available molybdenum can be adsorbed. After thorough rinsing of the molybdenum-filled MPCM-ClO 2 resin using deionized water, it was found that at least 90% (or up to 95%) of the molybdenum was retained on the resin and was used A generator column was prepared. This ultimately reduces the decrease in 99 Mo activity during the adsorption cycle and during generator processing and handling. Considering the 99 Mo reduction during the 24 hours of the adsorption cycle to prepare a 6 mL generator column with an activity of 0.5 Ci (on elution), the solution was solid at 25 ° C (298 K) solution temperature during the adsorption cycle. If the liquid ratio is maintained at 2: 100, it is expected that a generator with a specific activity of 1.5 Ci to 2 Ci will be possible (Figure 23). It is also estimated that by adjusting the capacity and number of columns in the system, a 99 Mo / 99m Tc generator with a specific activity of 4-6 Ci based on neutron capture 99 Mo is possible.

[実施例10]
キトサン約4gを、酢酸1mLを含む脱イオン(DI)水300mLに添加して、70℃で2時間撹拌してゲルを形成した。HCl約4mLをキトサンゲルに添加して、70℃でさらに1時間連続的に撹拌した。
[Example 10]
About 4 g of chitosan was added to 300 mL of deionized (DI) water containing 1 mL of acetic acid and stirred at 70 ° C. for 2 hours to form a gel. About 4 mL of HCl was added to the chitosan gel and stirred continuously at 70 ° C. for an additional hour.

本実施例において、チタンイソプロポキシドの酸触媒制御加水分解および縮合によって非晶質のチタニアゲルを調製した。Hasan,S.,Ghosh,T.K.,Prelas,M.A.,Viswanath,D.S.,and Boddu,V.M.“Adsorption of uranium on a novel bioadsorbent chitosan coated perlite”Nuclear Technology,159,59−71,2007;Schattka,J.H.,Wong,E.H.−M.,Antonietti,M.,and Caruso,R.A.“Sol−gel templating of membranes to form thick, porous titania,titania/zirconia and titania/silica films”Journal of Materials Chemistry,16,1414−1420,2006;Agoudjil,N.,and Benkacem,T.“Synthesis of porous titanium dioxide membranes”Desalination,206,531−537,2007を参照されたい。イソプロパノール(IP)とDI水の等量を、70℃で連続的に撹拌しながら所定量のチタンイソプロポキシド中で混合した。連続的に撹拌して70℃で加熱しながらHClを滴下して添加すると、透明な溶液が生成された。加水分解および縮合反応はそれぞれ、水とチタンの比率、および混合物中のHとチタンの比率によって制御された。混合物の最終pHは、およそ2.0であり、最終反応化学量論は、Ti:IP:HO:Η=0.0132:0.39:1.67:0.01であった。反応物の濃度比に基づいて、ゲル化時間は25〜45分まで変化した。 In this example, an amorphous titania gel was prepared by acid-catalyzed controlled hydrolysis and condensation of titanium isopropoxide. Hasan, S .; , Ghosh, T .; K. Prelas, M .; A. Viswanath, D .; S. , And Boddu, V. M.M. “Adsorption of uranium on a novel biosorbent chitosan coated perlite” Nuclear Technology, 159, 59-71, 2007; Schattka, J. et al. H. Wong, E .; H. -M. , Antonietti, M .; , And Caruso, R .; A. “Sol-gel templating of membranes to form thick, porous titania, titania / zirconia and titania / silica films, Journal of Materials Chem. , And Benkacem, T .; See “Synthesis of porous titanium dioxide membranes” Desalination, 206, 531-537, 2007. Equal amounts of isopropanol (IP) and DI water were mixed in a predetermined amount of titanium isopropoxide with continuous stirring at 70 ° C. HCl was added dropwise with continuous stirring and heating at 70 ° C., producing a clear solution. The hydrolysis and condensation reactions were controlled by the ratio of water and titanium, respectively, and the ratio of H + and titanium in the mixture. The final pH of the mixture was approximately 2.0 and the final reaction stoichiometry was Ti: IP: H 2 O: Η + = 0.0132: 0.39: 1.67: 0.01. Based on the reactant concentration ratio, the gel time varied from 25 to 45 minutes.

総ゲル化時間の約75%で、非晶質チタニアのゾルゲル溶液をキトサンゲルと混合した。混合物を撹拌しながら70℃でさらに1時間維持して、キトサンと非晶質酸化チタンを完全に反応させた。グルタルアルデヒドとの反応は、70℃で連続的に撹拌しながら酸性のキトサンチタニアゲルに50%の濃度を有するグルタルアルデヒド溶液約6mLを滴下して添加することによって実施した。最終混合物のpHはおよそ1.0であった。混合物を連続的に激しく撹拌しながら70℃でさらに1時間維持して、半固体のゲルを得た。   The amorphous titania sol-gel solution was mixed with the chitosan gel for about 75% of the total gel time. The mixture was maintained at 70 ° C. with stirring for an additional hour to allow complete reaction of chitosan and amorphous titanium oxide. The reaction with glutaraldehyde was carried out by adding dropwise about 6 mL of a glutaraldehyde solution having a concentration of 50% to an acidic chitosan titania gel with continuous stirring at 70 ° C. The pH of the final mixture was approximately 1.0. The mixture was maintained at 70 ° C. for an additional hour with continuous vigorous stirring to give a semi-solid gel.

得られた塊(mass)を2%モノエタノールアミンで十分に洗浄して、いかなる未反応のグルタルアルデヒドも除去した。次に、塊を0.1M NaOH溶液に4〜6時間懸濁した。架橋した塊を溶液から分離して、0.1M HClによって洗浄した後、洗浄液のpHが7となるまで脱イオン(DI)水によって洗浄した。次いで、架橋した塊を真空オーブンにおいて70℃で一晩乾燥させた。このプロセスにおいて調製された架橋したキトサングルタルアルデヒド複合体を、本明細書において「CGST」と呼ぶ。   The resulting mass was thoroughly washed with 2% monoethanolamine to remove any unreacted glutaraldehyde. The mass was then suspended in 0.1 M NaOH solution for 4-6 hours. The crosslinked mass was separated from the solution, washed with 0.1 M HCl, and then washed with deionized (DI) water until the pH of the wash was 7. The crosslinked mass was then dried overnight at 70 ° C. in a vacuum oven. The cross-linked chitosan glutaraldehyde complex prepared in this process is referred to herein as “CGST”.

CGST試料の場合、1590cm−1でのピークは弱くなることが見出され、アミド基がチタンとの架橋反応に関係し得ることを示している。1650cm−1付近のカルボニル(−CONHR)スペクトルは、3つ全ての試料に関して観察される。1級芳香族アミンに関して、C−N伸縮振動は1350〜1150cm−1の範囲である。 For the CGST sample, the peak at 1590 cm −1 was found to be weak, indicating that the amide group may be involved in the cross-linking reaction with titanium. A carbonyl (—CONHR) spectrum near 1650 cm −1 is observed for all three samples. For primary aromatic amines, the CN stretching vibration is in the range of 1350-1150 cm −1 .

キトサンおよびCGST試料に関してそれぞれ、1170cm−1(図21)でピークが観察される。キトサンと比較すると、CGST試料に関して1170cm−1でのピークは弱くなることが見出され、新しいピークが1090cm−1に現れる。 A peak is observed at 1170 cm −1 (FIG. 21) for the chitosan and CGST samples, respectively. Compared to chitosan, the peak at 1170cm -1 respect CGST sample was found to be weaker, a new peak appears at 1090 cm -1.

1090cm−1に現れるピークは、エーテル結合のC=O伸縮振動により顕著なシフトを示す。 The peak appearing at 1090 cm −1 shows a significant shift due to the C═O stretching vibration of the ether bond.

1000cm−1〜1200cm−1の領域では、キトサンは、1157cm−1および1070cm−1で2つのピークを示し、それぞれキトサンのC3のC−O結合の伸縮(2級OH)およびキトサンのC6のC−O伸縮(1級OH)に対応する。 In the area of 1000cm -1 ~1200cm -1, chitosan, 1157cm -1 and 1070 cm -1 in showed two peaks, stretching (secondary OH) of each C3 C-O bonds of chitosan and C C6 chitosan Corresponds to -O expansion (first grade OH).

1070cm−1で得られたキトサンのC−Oスペクトルと比較して、CGST試料の2級ヒドロキシル基の吸収ピークは、図24に示すように折り返され、O−Hバンドが低減されて、3498.0から3450.0cm−1にシフトして、これは、キトサンのOH基が酸触媒の存在下でヘミアセタールの形成を通してグルタルアルデヒドとの反応に関係し得ることを示唆している。C−Oの化学結合定数の減少およびOH伸縮ピーク強度O−H(1000〜1200cm−1)の有意な減少の証拠は、グルタルアルデヒドと、キトサンにおける2級ヒドロキシル基などの表面酸素官能基との複合体形成反応の存在を裏付ける。CGST試料の場合、酸化チタンは、キトサンのアミン基との反応に関係しているように思われる(図24)。 Compared to the C—O spectrum of chitosan obtained at 1070 cm −1 , the secondary hydroxyl group absorption peak of the CGST sample is folded as shown in FIG. Shifting from 0 to 3450.0 cm −1 , this suggests that the OH group of chitosan may be involved in the reaction with glutaraldehyde through the formation of hemiacetal in the presence of an acid catalyst. Evidence for a decrease in the chemical bond constant of C—O and a significant decrease in the OH stretching peak intensity OH (1000-1200 cm −1 ) is the result of glutaraldehyde and surface oxygen functional groups such as secondary hydroxyl groups in chitosan. Supports the existence of complex formation reactions. In the case of CGST samples, titanium oxide appears to be involved in the reaction with chitosan amine groups (FIG. 24).

キトサンベースの微孔性複合材料(MPCM)の様々な実施形態を、触媒の存在下、70℃でグルタルアルデヒドを架橋することによって調製した。MPCMは、酢酸に溶解したキトサンの液体スラリーの相変換、およびアミン基(NH)がより良好に露出されるようにグルタルアルデヒドのアルドール縮合を介して実験室で調製した。MPCMを走査型電子顕微鏡(SEM)によって特徴付けしたところ、その多孔性の性質が明らかとなった。酸化MPCMおよび酸触媒MPCMなどの2つのMPCMベースの誘導体もまた調製した。MPCMの安定化試験は、γ線源として60Co照射装置を使用して50,000kradで実施した。FTIR、XPS、およびEDS X線マイクロアナリシススペクトルにより、MPCMのC、O、Nのピーク強度は、照射後実質的に変化しないことが明らかとなった。298Kでの水溶液からのMo(VI)吸着の場合、MPCMは、その本体重量の60%まで保持することができる。MPCMおよびその誘導体は、バッチ条件および平衡条件の両方において、99Moの吸着能および娘生成物99mTcの同時放出能を有することを証明する。また、99Moの崩壊生成物である99mTcを、通常の(0.9%)食塩水溶液で溶出すると、80%超の溶出が得られることが観察された。データは、99mTcの高い溶出収率および連続カラムからのMo(VI)の漏出が最小限であったことを示しており、したがってMPCMおよびその誘導体は、いかなるガードカラムも使用することなく99mTc/99Moジェネレータにおいて吸着剤として使用することができる。 Various embodiments of chitosan-based microporous composite (MPCM) were prepared by crosslinking glutaraldehyde at 70 ° C. in the presence of a catalyst. MPCM was prepared in the laboratory via phase transformation of a liquid slurry of chitosan dissolved in acetic acid and aldol condensation of glutaraldehyde so that the amine groups (NH 2 ) were better exposed. Characterization of MPCM by scanning electron microscopy (SEM) revealed its porous nature. Two MPCM based derivatives were also prepared, such as oxidized MPCM and acid catalyzed MPCM. The MPCM stabilization test was performed at 50,000 krad using a 60 Co irradiator as the gamma ray source. FTIR, XPS, and EDS X-ray microanalysis spectra revealed that the C, O, N peak intensities of MPCM did not change substantially after irradiation. In the case of Mo (VI) adsorption from an aqueous solution at 298K, MPCM can hold up to 60% of its body weight. MPCM and its derivatives prove to have 99 Mo adsorption capacity and daughter product 99m Tc simultaneous release capacity in both batch and equilibrium conditions. It was also observed that 99m Tc, a decay product of 99 Mo, was eluted with a normal (0.9%) saline solution, resulting in an elution exceeding 80%. The data show that the high elution yield of 99m Tc and the leakage of Mo (VI) from the continuous column was minimal, so MPCM and its derivatives did not use 99 g Tc without using any guard column. / 99 Can be used as adsorbent in Mo generator.

本明細書において使用される、数値に関連する用語「付近」、「およそ」および「約」は、数値の最大±10%までの何らかの変動が数値から起こり得ることを意味する。用語「1つの(a)」、「1つの(an)」、「その(the)」などは、明らかにそれ以外であることを示していない限り、単数の存在が、複数の存在を含めると理解すべきであることを意味する。   As used herein, the terms “near”, “approximately” and “about” in relation to a numerical value mean that some variation of the numerical value up to ± 10% can occur from the numerical value. Unless the terms “a”, “an”, “the”, etc. clearly indicate otherwise, the presence of a singular includes the presence of a plurality Means it should be understood.

低い特異的中性子捕獲により生成されたモリブデンに基づく99Mo/99mTcジェネレータは、吸着剤として新規MPCM樹脂を使用して調製されている。酸化MPCM樹脂は、固液比が2:100である場合に、溶液pH3.0で1%溶液から利用可能なモリブデンの95%超(>95%)を吸着できることが見出される。利用可能な99mTcのほぼ90%がジェネレータから主に食塩水溶液(0.9%NaCl)で溶出された。99Moの漏出およびアルミナガードカラムを通過した溶出液のpHは、米国薬局方(USP)および欧州連合薬局方(EUP)の限度内である。 A 99 Mo / 99m Tc generator based on molybdenum produced by low specific neutron capture has been prepared using novel MPCM resin as an adsorbent. Oxidized MPCM resin is found to be able to adsorb more than 95% (> 95%) of the available molybdenum from a 1% solution at a solution pH of 3.0 when the solid-liquid ratio is 2: 100. Nearly 90% of the available 99m Tc was eluted from the generator primarily with saline solution (0.9% NaCl). The leakage of 99 Mo and the pH of the eluate that passed through the alumina guard column are within the limits of the United States Pharmacopeia (USP) and the European Union Pharmacopeia (EUP).

本発明は、ある特定の実施形態および実施例を参照して記述してきたが、これらは例示的であると理解され、添付の特許請求の範囲を制限しないと理解される。   Although the invention has been described with reference to certain specific embodiments and examples, it will be understood that they are illustrative and do not limit the scope of the appended claims.

Claims (24)

約2〜約4重量%のグルタルアルデヒド濃度で、触媒の存在下、グルタルアルデヒドと架橋したキトサンであって、ベータおよびガンマ放射線に対する曝露ならびに酸に対する曝露による分解に対して抵抗性であるキトサンを含む微孔性材料を含む吸着剤であって、
前記吸着剤は、架橋後に、亜塩素酸塩、次亜塩素酸塩、重クロム酸塩、および金属酸化物からなる群より選択される酸化剤によって少なくとも部分的に酸化されている、吸着剤。
Chitosan crosslinked with glutaraldehyde in the presence of a catalyst at a glutaraldehyde concentration of about 2 to about 4% by weight, comprising chitosan that is resistant to degradation by exposure to beta and gamma radiation and exposure to acids An adsorbent comprising a microporous material,
The adsorbent is at least partially oxidized after crosslinking with an oxidant selected from the group consisting of chlorite, hypochlorite, dichromate, and metal oxides.
99mTcと比較して99Moの吸着に関する選択性が増加している、請求項1に記載の吸着剤。 The adsorbent according to claim 1, wherein the selectivity for 99 Mo adsorption is increased compared to 99m Tc. 前記酸化剤が、アルカリ金属亜塩素酸塩、アルカリ金属次亜塩素酸塩、アルカリ金属重クロム酸塩、および遷移金属酸化物からなる群より選択される、請求項1に記載の吸着剤。   The adsorbent of claim 1, wherein the oxidant is selected from the group consisting of alkali metal chlorites, alkali metal hypochlorites, alkali metal dichromates, and transition metal oxides. 前記酸化剤が、亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、重クロム酸カリウム、および酸化セリウムからなる群より選択される、請求項3に記載の吸着剤。   The adsorbent of claim 3, wherein the oxidant is selected from the group consisting of sodium chlorite, sodium hypochlorite, potassium dichromate, and cerium oxide. 前記酸化剤が、亜塩素酸ナトリウムおよび次亜塩素酸ナトリウムからなる群より選択される、請求項4に記載の吸着剤。   The adsorbent of claim 4, wherein the oxidant is selected from the group consisting of sodium chlorite and sodium hypochlorite. Mo(VI)を充填した場合の前記吸着剤の表面電荷がpH3〜4でおよそゼロである、請求項3に記載の吸着剤。   The adsorbent according to claim 3, wherein the surface charge of the adsorbent when filled with Mo (VI) is approximately zero at pH 3-4. 前記吸着剤の表面積が10〜100m/gの範囲である、請求項1に記載の吸着剤。 The adsorbent according to claim 1, wherein the adsorbent has a surface area in the range of 10 to 100 m 2 / g. 前記吸着剤の表面積が約25m/gである、請求項7に記載の吸着剤。 The adsorbent of claim 7, wherein the adsorbent has a surface area of about 25 m 2 / g. 前記吸着剤のゼロ電荷点が約7.5〜約8.8の範囲である、請求項1に記載の吸着剤。   The adsorbent of claim 1, wherein the zero charge point of the adsorbent ranges from about 7.5 to about 8.8. 吸着剤1グラムあたりモリブデン5.4〜6.25mmolであるモリブデンの保持容量を有する、請求項1に記載の吸着剤。   The adsorbent of claim 1 having a molybdenum retention capacity of 5.4 to 6.25 mmol molybdenum per gram of adsorbent. 放射線抵抗性吸着剤を調製する方法であって:
酸の存在下でキトサンを水と混合してキトサンゲルを形成すること;
反応塊の縮合重合が起こる70℃で触媒の存在下で、グルタルアルデヒドを前記キトサンゲルに添加して、半固体の塊を形成すること;
前記半固体の塊を洗浄することで未反応のグルタルアルデヒドを除去して、洗浄塊を形成すること;
塩基水溶液中に前記洗浄塊を懸濁させて、中和された架橋塊を形成すること;
前記中和された架橋塊を乾燥させて、前記放射線抵抗性吸着剤を形成すること;および
亜塩素酸塩、次亜塩素酸塩、重クロム酸塩、または金属酸化物からなる群より選択される酸化剤によって前記放射線抵抗性吸着剤を酸化すること、
を含む、方法。
A method for preparing a radiation resistant adsorbent comprising:
Mixing chitosan with water in the presence of acid to form a chitosan gel;
Adding glutaraldehyde to the chitosan gel in the presence of a catalyst at 70 ° C. where condensation polymerization of the reaction mass takes place to form a semi-solid mass;
Washing the semi-solid mass to remove unreacted glutaraldehyde to form a washed mass;
Suspending the washed mass in an aqueous base to form a neutralized crosslinked mass;
Drying the neutralized crosslinked mass to form the radiation resistant adsorbent; and selected from the group consisting of chlorite, hypochlorite, dichromate, or metal oxide Oxidizing the radiation resistant adsorbent with an oxidizing agent,
Including a method.
前記酸化剤が、アルカリ金属亜塩素酸塩、アルカリ金属次亜塩素酸塩、アルカリ金属重クロム酸塩、および遷移金属酸化物からなる群より選択される、請求項11に記載の方法。   12. The method of claim 11, wherein the oxidant is selected from the group consisting of alkali metal chlorites, alkali metal hypochlorites, alkali metal dichromates, and transition metal oxides. 前記酸化することが、pH約3〜約11の間で前記酸化剤を前記放射線抵抗性吸着剤に添加することを含む、請求項12に記載の方法。   13. The method of claim 12, wherein the oxidizing comprises adding the oxidizing agent to the radiation resistant adsorbent at a pH between about 3 and about 11. 前記酸化することが、前記酸化剤に前記放射線抵抗性吸着剤を、約30分〜約24時間の曝露時間で、接触させることを含む、請求項12に記載の方法。   13. The method of claim 12, wherein the oxidizing comprises contacting the oxidant with the radiation resistant adsorbent for an exposure time of about 30 minutes to about 24 hours. 前記酸化剤の濃度が、約1mM/L〜約10mM/Lの範囲であるか、または固液比が1:100付近〜2:100付近であるか、またはその両方である、請求項12に記載の方法。   13. The concentration of the oxidant is in the range of about 1 mM / L to about 10 mM / L, or the solid / liquid ratio is about 1: 100 to 2: 100, or both. The method described. 同位体をその混合物から分離する方法であって;
少なくとも2つの同位体の混合物に、前記同位体の少なくとも1つを優先的に吸着する請求項1に記載の放射線抵抗性吸着剤を、接触させること:
残りの同位体の1つまたは複数が前記吸着剤によって有意に吸着されない状態で、前記吸着剤の上にまたは中に前記同位体の少なくとも1つを吸着させること;
前記吸着剤から前記1つまたは複数の残りの同位体を除去すること
を含む、方法。
A method for separating isotopes from a mixture thereof;
Contacting the radiation-resistant adsorbent of claim 1 with preferential adsorption of at least one of the isotopes to a mixture of at least two isotopes:
Adsorbing at least one of the isotopes on or in the adsorbent, with one or more of the remaining isotopes not significantly adsorbed by the adsorbent;
Removing the one or more remaining isotopes from the adsorbent.
前記少なくとも2つの同位体が99Moおよび99mTcを含む、請求項16に記載の方法。 The method of claim 16, wherein the at least two isotopes comprise 99 Mo and 99m Tc. 前記吸着剤が、前記99Moを優先的に吸着し、前記99mTcが前記吸着剤によって有意に吸着されない、請求項17に記載の方法。 The method of claim 17, wherein the adsorbent preferentially adsorbs the 99 Mo and the 99m Tc is not significantly adsorbed by the adsorbent. 前記同位体の1つがセシウム同位体である、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein one of the isotopes is a cesium isotope. 前記1つまたは複数の残りの同位体が、放射活性廃水流に存在する1つまたは複数の同位体を含む、請求項19に記載の方法。   The method of claim 19, wherein the one or more remaining isotopes comprise one or more isotopes present in a radioactive wastewater stream. 前記吸着剤からの1つまたは複数の残りの同位体の除去が、前記吸着剤に溶出溶液を接触させることを含む、請求項16に記載の方法。   17. The method of claim 16, wherein removing one or more remaining isotopes from the adsorbent comprises contacting an elution solution with the adsorbent. 前記溶出溶液が、亜塩素酸塩、次亜塩素酸塩、重クロム酸塩、および金属酸化物からなる群より選択される1つまたは複数の酸化剤を含む、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein the elution solution comprises one or more oxidants selected from the group consisting of chlorite, hypochlorite, dichromate, and metal oxides. 請求項1に記載の吸着剤を含む99Mo/99mTcのジェネレータ。 A generator of 99 Mo / 99m Tc comprising the adsorbent according to claim 1. 液体流から1つまたは複数の重金属を分離、濃縮、またはその両方を行う方法であって、前記1つまたは複数の重金属を含む液体流に、請求項1に記載の吸着剤を接触させること、および前記重金属の1つまたは複数をその上に吸着させることを含む、方法。   A method of separating, concentrating, or both of one or more heavy metals from a liquid stream, wherein the adsorbent of claim 1 is contacted with the liquid stream comprising the one or more heavy metals. And adsorbing one or more of said heavy metals thereon.
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