JP2018070912A - 金属捕捉用粒子、金属捕捉方法、金属回収方法及び金属定量方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コア粒子と、前記コア粒子の表面に配置されたキレート剤と、を含む、金属捕捉用粒子。
【選択図】なし
Description
本発明は上記事情に鑑み、有機溶媒を使用せず簡便な手法で液体中の金属イオンを捕捉できる新規な金属捕捉用粒子を提供することを課題とする。さらに、この金属捕捉用粒子を用いる新規な金属捕捉方法、金属回収方法及び金属定量方法を提供することを課題とする。
<1>コア粒子と、前記コア粒子の表面に配置されたキレート剤と、を含む、金属捕捉用粒子。
<2>前記キレート剤は配位子としてチオール基を有する、<1>に記載の金属捕捉用粒子。
<3>前記コア粒子の表面に存在する官能基と反応して化学結合を形成しうる官能基と、前記キレート剤が有する官能基と反応して化学結合を形成しうる官能基をそれぞれ有する化合物に由来する構造を介して前記コア粒子と前記キレート剤とが結合している、<1>又は<2>に記載の金属捕捉用粒子。
<4>液体中に含まれる金属イオンを捕捉するための、<1>〜<3>のいずれか1項に記載の金属捕捉用粒子。
<5>前記金属イオンは水銀及び鉛からなる群より選択される少なくとも1種である、<4>に記載の金属捕捉用粒子。
<6>前記液体は生体に由来する液体である、<4>又は<5>に記載の金属捕捉用粒子。
<7><1>〜<6>のいずれか1項に記載の金属捕捉用粒子を金属イオンを含む液体と混合する工程を有する、金属捕捉方法。
<8><1>〜<6>のいずれか1項に記載の金属捕捉用粒子を金属イオンを含む液体と混合する工程と、前記液体から前記金属イオンを捕捉した金属捕捉用粒子を分離する工程と、前記分離した金属捕捉用粒子を溶出液と混合する工程と、を有する、金属回収方法。
<9><1>〜<6>のいずれか1項に記載の金属捕捉用粒子を金属イオンを含む液体と混合する工程と、前記液体から前記金属イオンを捕捉した金属捕捉用粒子を分離する工程と、前記分離した金属捕捉用粒子を溶出液と混合する工程と、前記溶出液中に溶出した前記金属イオンを定量する工程と、を有する、金属定量方法。
本実施形態の金属捕捉用粒子は、コア粒子と、前記コア粒子の表面に配置されたキレート剤と、を含む。当該構成を有する金属捕捉用粒子を金属イオンを含む液体と混合すると、コア粒子の表面に配置されたキレート剤が金属イオンと錯体を形成する。その結果、金属イオンが金属捕捉用粒子によって捕捉される。
コア粒子の表面にキレート剤が間接的に結合している場合としては、コア粒子の表面に存在する官能基と反応して化学結合を形成しうる官能基と、キレート剤が有する官能基と反応して化学結合を形成しうる官能基と、を有する化合物(以下、スペーサ化合物ともいう)に由来する構造を介してコア粒子の表面にキレート剤が結合している場合が挙げられる。
コア粒子の材質は、その表面にキレート剤を配置可能であれば特に制限されず、無機物であっても有機物であっても、無機物と有機物の複合体であってもよい。
無機物としては金、銀等の金属、シリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化マンガン、酸化チタン等の金属酸化物、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム等が挙げられる。
有機物としてはゴム(ラテックス)、アクリル樹脂、スチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂等が挙げられる。
キレート剤の種類は、コア粒子の表面に配置された状態で金属イオンと錯体を形成可能なものであれば特に制限されず、捕捉対象となる金属イオンの種類、コア粒子の材質、コア粒子表面の官能基の種類等を考慮して選択できる。コア粒子の表面に配置されるキレート剤は1種のみでも2種以上であってもよい。
配位子としてカルボキシ基を有する化合物としては、ジエチレントリアミン5酢酸、イミノ二酢酸、エチレンジアミン四酢酸、trans−1,2−シクロヘキサンジアミン四酢酸等が挙げられる、
配位子としてチオール基を有するキレート剤としては、チオプロニン、ジメルカプロール、ジメルカプトコハク酸、2,3−ジメルカプト−1−プロパンスルホン酸等が挙げられる。
金属捕捉用粒子を特定の金属イオンを選択的に捕捉するために用いる場合は、当該特定の金属イオンを選択的に捕捉するキレート剤をコア粒子の表面に配置することが好ましい。例えば、水銀を選択的に捕捉するキレート剤としては、配位子としてチオール基を有する化合物が挙げられる。
スペーサ化合物は、コア粒子の表面に存在する官能基と反応して化学結合を形成しうる官能基と、キレート剤が有する官能基と反応して化学結合を形成しうる官能基と、を有する化合物であれば特に制限されない。例えば、カップリング剤、架橋剤等として一般的に用いられる化合物であってもよい。
本実施形態の金属捕捉方法は、上述した実施形態の金属捕捉用粒子を金属イオンを含む液体と混合する工程を有する。
本実施形態の金属回収方法は、上述した実施形態の金属捕捉用粒子を金属イオンを含む液体と混合する工程と、前記液体から前記金属イオンを捕捉した金属捕捉用粒子を分離する工程と、前記分離した金属捕捉用粒子を溶出液と混合する工程と、を有する。
本実施形態の金属定量方法は、上述した実施形態の金属捕捉用粒子を金属イオンを含む液体と混合する工程と、前記液体から前記金属イオンを捕捉した金属捕捉用粒子を分離する工程と、前記分離した金属捕捉用粒子を溶出液と混合する工程と、前記溶出液中に溶出した前記金属イオンを定量する工程と、を有する。
金属イオン捕捉率は、金属捕捉用粒子を所定の量で混合する前の液体中の金属イオンの濃度Aと、液体と混合して金属イオンを捕捉させた金属捕捉用粒子を分離した後の液体中の金属イオンの濃度Bとから、下記式により算出できる。
(濃度A−濃度B)/濃度A×100=金属イオン捕捉率(%)
コア粒子となるシリカ粒子(体積平均粒子径:40〜64μm)の表面に、チオール基を配位子として有するキレート剤(チオプロニン)がスペーサ化合物(3−アミノプロピルトリメトキシシラン)を介して配置された金属捕捉用粒子を、以下のようにして作製した。
チオール基を配位子として有するキレート剤の代わりに、カルボキシ基を配位子として有するキレート剤であるジエチレントリアミン5酢酸(DTPA)を用いた以外は実施例1と同様にして、金属捕捉用粒子を作製した。
(1)水銀又は鉛を含む0.2Mリン酸バッファー3.0mL(pH8.0)を検体として準備した。水銀を含む検体はリン酸バッファーに水銀標準液を添加することで調製し、鉛を含む検体はリン酸バッファーに鉛標準液を添加することで調製した。
(検体中の濃度−濾液中の濃度)/(検体中の濃度)×100=捕捉率(%)
実施例1で作製した金属捕捉用粒子により捕捉された水銀を溶出する場合の溶出液としては2.0M水酸化リチウム(LiOH)水溶液を使用し、鉛を溶出する場合の溶出液としては0.5Mのヨウ素酸カリウム(KIO3)と3.0Mの硝酸(HNO3)を含む水溶液を使用した。
実施例2で作製した金属捕捉用粒子により捕捉された鉛を溶出する場合の溶出液としては2.0M水酸化リチウム(LiOH)水溶液を使用した。なお、実施例2で作製した金属捕捉用粒子は水銀を殆ど捕捉しなかったため、溶出液への溶出は実施しなかった。
(溶出液中の濃度)/(検体中の濃度−濾液中の濃度)×100=溶出率(%)
また、配位子としてカルボキシ基を有するキレート剤を用いて作製した実施例2の金属捕捉用粒子は検体中の水銀をほとんど捕捉しなかったが、配位子としてチオール基を有するキレート剤を用いて作製した実施例1の金属捕捉用粒子は水銀に対して高い捕捉効率を示した。これらの結果から、金属捕捉用粒子におけるキレート剤の配位子を適切に選択することで、所望の金属イオンを効率よく捕捉できることが分かった。
これらの結果から、本発明の金属捕捉用粒子は液体中の金属イオンを高効率で捕捉及び回収できることが分かった。
Claims (9)
- コア粒子と、前記コア粒子の表面に配置されたキレート剤と、を含む、金属捕捉用粒子。
- 前記キレート剤は配位子としてチオール基を有する、請求項1に記載の金属捕捉用粒子。
- 前記コア粒子の表面に存在する官能基と反応して化学結合を形成しうる官能基と、前記キレート剤が有する官能基と反応して化学結合を形成しうる官能基をそれぞれ有する化合物に由来する構造を介して前記コア粒子と前記キレート剤とが結合している、請求項1又は請求項2に記載の金属捕捉用粒子。
- 液体中に含まれる金属イオンを捕捉するための、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の金属捕捉用粒子。
- 前記金属イオンは水銀及び鉛からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項4に記載の金属捕捉用粒子。
- 前記液体は生体に由来する液体である、請求項4又は請求項5に記載の金属捕捉用粒子。
- 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の金属捕捉用粒子を金属イオンを含む液体と混合する工程を有する、金属捕捉方法。
- 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の金属捕捉用粒子を金属イオンを含む液体と混合する工程と、前記液体から前記金属イオンを捕捉した金属捕捉用粒子を分離する工程と、前記分離した金属捕捉用粒子を溶出液と混合する工程と、を有する、金属回収方法。
- 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の金属捕捉用粒子を金属イオンを含む液体と混合する工程と、前記液体から前記金属イオンを捕捉した金属捕捉用粒子を分離する工程と、前記分離した金属捕捉用粒子を溶出液と混合する工程と、前記溶出液中に溶出した前記金属イオンを定量する工程と、を有する、金属定量方法。
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