JP2020062614A - Method for producing anion sorbent - Google Patents

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平岡 秀樹
Hideki Hiraoka
秀樹 平岡
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Abstract

To provide a method for producing an anion sorbent, which can be used as a filler of a water conduction column or can be used in soil pollution countermeasure construction where water permeability is required, by making a porous body carry shwertmannite to provide shape and strength, the shwertmannite being known to sorb hazardous anions such as arsenic ions, arsenous ions, fluoride ions, and the like.SOLUTION: The sorbent for hazardous ions such as arsenic and the like, which has high strength, can be obtained by a simple process by synthesizing and precipitating shwertmannite inside fine pores and on a surface of a porous body where a substance constituting the porous body and pores are each continuously connected. The process comprises: a first step of impregnating the porous body with an iron salt solution; and a second step of synthesizing shwertmannite inside the pores or on the surface of the porous body with an impregnated iron salt used as a raw material.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ヒ酸イオン、亜ヒ酸イオン、フッ化物イオン等の有害な陰イオンを収着することが知られているシュベルトマナイトを多孔体に担持することによって、形状と強度を付与し、シュベルトマナイト単独では困難であった通水カラムの充填材として使用したり、透水性が必要とされる土壌汚染対策工事に使用することができる、陰イオン収着材の製造方法に関するものである。   The present invention imparts shape and strength by supporting Schwertmannite, which is known to sorb harmful anions such as arsenate ions, arsenite ions, and fluoride ions, on a porous body. , A method for producing an anion sorbent that can be used as a packing material for a water column that was difficult with Schwertmannite alone, or for soil pollution control work that requires water permeability. is there.

科学用語としての吸着は、固液界面等の2相の界面に特定成分が濃縮される現象を指す。
一方、本発明における陰イオン収着性を有する鉄化合物であるシュベルトマナイトは、有害イオンのような特定の物質が、界面だけでなく固体内部にも取り込まれるので、本明細書においては、このような現象も含め、有害イオンを捕捉して、放出しにくくなるという意味で「収着」という。
Adsorption as a scientific term refers to a phenomenon in which a specific component is concentrated at a two-phase interface such as a solid-liquid interface.
On the other hand, in the schwertmannite, which is an iron compound having anion sorption in the present invention, a specific substance such as a harmful ion is taken in not only at the interface but also inside the solid. Including such phenomena, it is called "sorption" in the sense that it becomes difficult to capture and release harmful ions.

また、本発明においてシュベルトマナイトの安定性を向上させるために導入するケイ酸についても、シュベルトマナイトの構造内の硫酸イオンとイオン交換によって導入される場合と、表面に付着あるいは縮合して付着する場合などが考えられるが、特に区別して説明する場合を除き、本明細書においては、これらを含めて「収着」という。ただし、土木工事における吸着層工法やそれに用いる吸着層のように、技術用語として広く使用されている場合は「吸着」を用いる。
なお、ケイ酸イオンは、シュベルトマナイト中に縮合して収着したり、収着後に縮合したりする可能性があるので、以降、本明細書においては、ケイ酸がイオンの状態であるかを問わず、ケイ酸の収着のように「イオン」を省略して記載する場合がある。
Further, regarding the silicic acid introduced to improve the stability of the schwertmannite in the present invention, the case where the silicic acid is introduced by ion exchange with the sulfate ion in the structure of the schwertmannite and the case where it is attached or condensed to the surface However, in the present specification, these are collectively referred to as “sorption”, unless otherwise specified. However, "adsorption" is used when it is widely used as a technical term such as the adsorption layer method in civil engineering work and the adsorption layer used for it.
Since the silicate ion may be condensed and sorbed in the schwertmannite, or may be condensed after the sorption, hereinafter, in the present specification, whether or not the silicic acid is in the ionic state is used. In any case, the description may be made by omitting the “ion” like the sorption of silicic acid.

ヒ素、セレン、フッ素、クロムなどの元素は、過剰に摂取すれば人体や動植物にとって有害であるため、工場等からの排出が厳しく制限されている。これらの元素は、自然界にも広く分布しており、土壌、岩石、地下水、温泉水等に含まれている。また、鉱山やトンネル工事等で発生する岩石や土壌などの掘削屑に含まれる場合があり、このような掘削屑に雨水などが接することで、河川や地下水に溶け出すことがあり健康被害等が懸念されている。このように発生源が多様で広く分布していることから、その対策が課題となっている。また、前記有害元素は陰イオンを形成するため、多くの重金属において行われるような、pHを上げることで難水溶性の水酸化物を形成させて不溶化することができず、除去や不溶化が難しい。   Elements such as arsenic, selenium, fluorine, and chromium are harmful to humans and animals and plants if they are ingested in excess, so their emissions from factories are strictly limited. These elements are widely distributed in nature and are contained in soil, rocks, groundwater, hot spring water, and the like. In addition, it may be included in excavation debris such as rocks and soil generated in mines and tunnel construction, etc.If rainwater etc. comes into contact with such excavation debris, it may dissolve into rivers and groundwater, resulting in health hazards. There is concern. Since the sources are diverse and widely distributed, countermeasures against them are an issue. Further, since the harmful elements form anions, they cannot be insolubilized by forming a sparingly water-soluble hydroxide by raising the pH as is the case with many heavy metals, and it is difficult to remove or insolubilize them. .

一方、原子力発電所の事故等で汚染水が流出した場合、汚染水中には放射性ヨウ素を含む陰イオンであるヨウ素酸イオンが存在し、除去が難しいと言われている。   On the other hand, when contaminated water flows out due to an accident at a nuclear power plant, etc., it is said that iodate ion, which is an anion containing radioactive iodine, exists in the contaminated water and is difficult to remove.

シュベルトマナイトは鉄と硫酸イオンを含む低結晶性の化合物で、ヒ酸イオンなどの陰イオンに対する高い収着性能を有することが知られている。シュベルトマナイトは下記化学式1で表される。その主な構造は、一つの硫酸イオンを8個の鉄が環状に取り囲んだ単位が積み重なって構成され、その結果、鉄が筒状の構造となっており、その筒の内部に硫酸イオンが存在すると言われる。
Fe88(OH)8-2x(SO4)x (1)
但し、式(1)において、xは1〜1.75である。
この化合物は自然界にも存在し、自然界に存在する水溶性のヒ素を取り込み不溶化することが福士らによって非特許文献1に報告され、ヒ素等の収着材、不溶化材として注目されている。また、その収着性能は、他の収着材と比べて高いことが知られている。
Schwertmannite is a low crystalline compound containing iron and sulfate ions, and is known to have high sorption performance for anions such as arsenate ions. Schwertmannite is represented by the following chemical formula 1. Its main structure is composed of a stack of units in which one iron ion is surrounded by eight irons in a ring shape, and as a result, iron has a tubular structure, and sulfate ions are present inside the tube. It is said that.
Fe 8 O 8 (OH) 8-2x (SO 4 ) x (1)
However, in the formula (1), x is 1 to 1.75.
Fukushi et al. Reported in Non-Patent Document 1 that this compound also exists in nature, and takes in water-soluble arsenic existing in nature to insolubilize it, and is attracting attention as a sorbent and an insolubilizer for arsenic and the like. It is also known that its sorption performance is higher than that of other sorbent materials.

シュベルトマナイトは、構造内に含まれる硫酸イオンがヒ素などを含む陰イオンと置き換わることにより、構造がより安定となるため、その効果によりヒ素化合物を収着するといわれている。
しかしながら、ヒ素化合物を取り込む前のシュベルトマナイトは安定性が低く、放置すると、より結晶性の高いゲータイトに変化し、ヒ素等を収着する能力が大きく低下することが知られている。このため、収着材周囲のヒ素濃度が低い場合には、構造が安定になるために十分なヒ素を収着する前に、ゲータイトに変化してヒ素化合物収着量が減少することが懸念される。このような問題は土木工事で行われている吸着層工法のように、染み出してくるヒ素を長期間にわたって収着し続けることが求められる用途において、シュベルトマナイト本来の能力が発揮できなくなるため、深刻になる。これを改善する方法として、特許文献1においてシュベルトマナイトの構造内の硫酸イオンの一部をケイ酸イオンで置換することが提案されている。更に特許文献2において、安定性を大きく向上させる改良方法が提案されている。
It is said that the structure of schwertmannite is more stable because the sulfate ion contained in the structure is replaced with an anion containing arsenic and the like, so that the effect thereof sorbs an arsenic compound.
However, it is known that the schwertmannite before incorporating the arsenic compound is low in stability, and when left to stand, it is transformed into goethite having higher crystallinity and the ability to sorb arsenic and the like is significantly reduced. Therefore, when the arsenic concentration around the sorbent is low, it is feared that the arsenic compound sorption will be reduced by conversion to goethite before sorption of sufficient arsenic to stabilize the structure. It Such a problem is that the original ability of Schwertmannite cannot be exhibited in applications such as the adsorption layer method used in civil engineering that requires sorption of exuding arsenic for a long period of time. , Get serious. As a method for improving this, in Patent Document 1, it is proposed to replace a part of the sulfate ion in the structure of the schwertmannite with a silicate ion. Further, Patent Document 2 proposes an improved method for greatly improving the stability.

シュベルトマナイトは、嵩高い粉末状のものやスラリー状のものが土壌汚染対策用途で使用され、汚染土壌と混合することによって、ヒ酸イオンなどの有害なイオンが地下水等に溶出することを抑制する。   As schwertmannite, bulky powder or slurry is used for soil pollution countermeasures, and when mixed with contaminated soil, harmful ions such as arsenate ions are prevented from eluting into groundwater. To do.

また、トンネル等の土木工事で発生した汚染土壌対策として、吸着層工法が提案され、吸着層にシュベルトマナイトを使用した対策も実施されている。土木工事の工法の一つとして、掘削した土壌を道路の盛土材料としてリサイクルすることが行なわれているが、掘削した土壌が汚染されている場合、その下に有害物質吸着層を設けることで、浸透してきた水に汚染物質が溶解して盛土から流出することを防止する方法が吸着層工法である。この吸着層は盛土の強度低下防止などの理由で透水性が要求される。シュベルトマナイトは粒子が細かく、水分を含むと粘土状になるため、吸着層に用いると透水性が低下しやすい。これを防ぐために砕石等と混合して敷き詰めるなどの工夫がされているが、対策としては不十分である。   In addition, an adsorbent layer method has been proposed as a countermeasure for contaminated soil generated in civil engineering works such as tunnels, and measures using schwertmannite for the adsorbent layer have also been implemented. As one of the civil engineering construction methods, excavated soil is recycled as embankment material for roads, but if the excavated soil is contaminated, a harmful substance adsorption layer can be provided below it. The adsorption layer method is a method of preventing contaminants from dissolving in the infiltrated water and flowing out from the embankment. This adsorbent layer is required to have water permeability for the purpose of preventing the strength of the embankment from decreasing. Since schwertmannite has fine particles and becomes clay-like when it contains water, its water permeability tends to decrease when it is used in the adsorption layer. In order to prevent this, measures such as mixing with crushed stone and paving it have been taken, but this is not sufficient.

更に、特許文献3においては、原子力発電所に関連して発生する汚染水中のヨウ素酸イオン処理用途でシュベルトマナイトを用いると、他の陰イオン補足材と比べて、収着容量が大きく、また海水中のような妨害イオンが多い環境下においても優れた選択収着性を有することが示されている。   Further, in Patent Document 3, when schwertmannite is used for the treatment of iodate ion in contaminated water generated in connection with a nuclear power plant, the sorption capacity is large as compared with other anion supplement materials, and It has been shown to have excellent selective sorption even in an environment with many interfering ions such as seawater.

一方、水に含まれる有害な陰イオンを取り除く必要がある場合には、粉末状の収着材を混合後、ろ過あるいは凝集剤を添加して固液分離するような方法であれば、粉末でも適用できるが、工程が煩雑で装置も沈殿槽など大型になりがちであるため、使用が限られるという問題がある。水中に含まれる不純物を簡単に除去する方法としては、不純物に対する収着材を充填した充填塔(カラム)に汚染水を通すことで連続的に不純物を除去する方法が広く行われている。この場合、充填用の収着材が粉末状であると通液速度が低く、充填塔の出口側にフィルターを設けても容易に閉塞する問題やフィルターの目が粗いと、ろ過塔を通過してしまうという問題があり、実質的に使用できない。このため、通液しやすい粒状の収着材が使われている。粒状の収着材をカラムに用いる例として、イオン交換基を有した樹脂をビーズ状に成形したイオン交換樹脂を水処理等に使う方法が、よく知られている。しかし、イオン交換樹脂は高価であるため、工場で発生した汚染水の処理に使用されるケースがほとんどで、地下水等の汚染水処理に用いることは経済的に困難であった。また、樹脂は有機物であるため、劣化による強度低下の恐れがあり、吸着層工法などへの適用は困難である。   On the other hand, when it is necessary to remove harmful anions contained in water, a powdered sorbent may be mixed and then filtered, or a flocculating agent may be added to perform solid-liquid separation, and powder may be used. Although it can be applied, there is a problem that the use is limited because the process is complicated and the apparatus tends to be large such as a settling tank. As a method of easily removing impurities contained in water, a method of continuously removing impurities by passing contaminated water through a packed column (column) packed with a sorbent for impurities is widely used. In this case, if the sorbent for filling is in powder form, the liquid passing rate is low, and even if a filter is provided on the outlet side of the packing tower, it easily clogs or if the filter is coarse, it will pass through the filtration tower. There is a problem that it will end up, and it cannot be practically used. For this reason, a granular sorbent material that allows easy passage of liquid is used. As an example of using a granular sorbent in a column, a method of using an ion exchange resin obtained by molding a resin having an ion exchange group into a bead shape for water treatment is well known. However, since the ion exchange resin is expensive, it is almost always used for treating contaminated water generated in factories, and it is economically difficult to use it for treating contaminated water such as groundwater. Further, since the resin is an organic substance, there is a risk of deterioration in strength due to deterioration, and it is difficult to apply it to the adsorption layer construction method and the like.

このような要望に対し、特許文献4においては、ロックウール等の繊維状物質にシュベルトマナイト等の鉄化合物を担持して、酸性鉱山廃水の処理に用いることが提案されている。また、この無機繊維を粒状に加工することで粒状の収着材を得ている。しかしながら、繊維状物質では透水性は得られやすいものの、吸着層に用いる場合には転圧によって粒がつぶれやすいという問題があった。   In order to meet such demand, Patent Document 4 proposes that a fibrous substance such as rock wool is loaded with an iron compound such as schwertmannite and used for treating acidic mining wastewater. In addition, a granular sorbent is obtained by processing the inorganic fiber into a granular shape. However, although water permeability is easily obtained with a fibrous substance, there is a problem that when it is used for an adsorption layer, the particles are easily crushed by rolling.

更に、特許文献5では、無機多孔体であるゼオライトなどの粒を核として、有機バインダーを介してシュベルトマナイト粉末をゼオライト粒の外側に固定し、粒状収着材を得ている。この方法では、ゼオライトが有する分子サイズの孔径に比べればシュベルトマナイト粉末粒子の方が大きいため、多孔体内部までシュベルトマナイトを浸み込ませることは難しく、むしろゼオライトが有する孔が陽イオン交換能を有していることを利用するために孔内部にシュベルトマナイトが入る必要はない。また、有機バインダーを使うことで長期安定性には不安があった。   Further, in Patent Document 5, Schwertmannite powder is fixed to the outside of the zeolite particles through an organic binder with the particles of zeolite or the like, which is an inorganic porous material, as the nucleus to obtain a granular sorbent. In this method, since the schwertmannite powder particles are larger than the pore size of the molecular size of zeolite, it is difficult to let the schwertmannite penetrate into the inside of the porous body, and rather the pores of the zeolite have cation exchange. It is not necessary for Schwertmannite to enter inside the hole in order to take advantage of its ability. Moreover, there was concern about long-term stability by using an organic binder.

特許文献6では、シュベルトマナイトなどと活性炭などの多孔体をバインダーとして水溶性無機塩を使って造粒する方法が提案されている。この方法は無機物だけで粒状収着材を構成することができるが、少量の水硬性を発生する塩だけでは十分な結着効果は得られず、吸着層に用いる場合には転圧等によってつぶれたり、粒子同士が擦れて粉化したりする恐れがあった。収着材を充填した充填塔に用いる場合でも粉化すると、目詰まりや充填塔外への流出等の問題が生じる恐れがあった。   Patent Document 6 proposes a method of granulating a porous body such as schwertmannite and activated carbon using a water-soluble inorganic salt as a binder. Although this method can form a granular sorbent with only inorganic substances, a sufficient binding effect cannot be obtained with only a small amount of a salt that generates hydraulic properties, and when used in an adsorption layer, it collapses due to rolling pressure or the like. There is a risk that the particles may rub against each other and become powdered. Even when used in a packed tower packed with a sorbent, pulverization may cause problems such as clogging and outflow to the outside of the packed tower.

特開2005−871JP-A-2005-871 特開2016−216299JP, 2016-216299, A 特開2016−123902Japanese Patent Laid-Open No. 2016-123902 特開2005−58955Japanese Patent Laid-Open No. 2005-58955 特許第5037950Patent No. 5037950 WO2014/003120WO2014 / 003120

K Fukushi, M Sasaki, T Sato, N Yanase, H Amano and H Ikeda, Applied Geochemistry, 18(8), 1267-1278, 2003.K Fukushi, M Sasaki, T Sato, N Yanase, H Amano and H Ikeda, Applied Geochemistry, 18 (8), 1267-1278, 2003.

バインダーを使用して造粒する場合は、製造工程が複雑であるだけでなく、バインダーで覆われてしまう部分ができて収着能力を損ねる問題があった。また、性能を上げるためにバインダーを減らすと結着力が低下して収着材の脱落や粒の崩壊が起こりやすく、それによって水処理に用いるろ過塔などでは目詰まりを起こしてしまう恐れがあった。また、土木工事における吸着層工法などでは透水性の低下や工事後の土地表面が変形する問題が発生する恐れがあった。更に、繊維を絡みあわせた多孔体に収着材を添着させる場合は、カラムに充填する使い方では、繊維から成る多孔体の自重による変形や、吸着材が脱離しやすいという問題があった。また吸着層工法に用いる場合も繊維質の多孔体を担体とすると、転圧により変形して透水性が損なわれるなどの問題があった。   When granulating using a binder, there is a problem that not only the manufacturing process is complicated, but also the portion covered with the binder is formed and the sorption capacity is impaired. In addition, if the amount of binder is reduced to improve the performance, the binding force will decrease and the sorbent material will easily fall off or the particles will collapse, which may cause clogging in the filtration tower used for water treatment. . In addition, there is a possibility that problems such as a decrease in water permeability and deformation of the land surface after construction may occur with the adsorption layer method in civil engineering work. Further, when a sorbent is attached to a porous body in which fibers are entangled with each other, there are problems that the porous body made of fibers is deformed by its own weight and the adsorbent is easily desorbed when the column is packed. Further, also when used in the adsorption layer method, when a fibrous porous body is used as a carrier, there is a problem that it is deformed by rolling and the water permeability is impaired.

本発明は、前記の状況を鑑み、構成する材料と空孔がそれぞれ連続して繋がっている多孔体の細孔内部および表面においてシュベルトマナイトを合成し析出させることで、簡単な工程で高い強度を有する、ヒ素などの有害陰イオンに対する収着材または不溶化材を提供することを目的とする。   The present invention, in view of the above situation, by synthesizing and depositing schwertmannite in the pores inside and on the surface of the porous body in which the constituent material and the pores are continuously connected, respectively, to obtain high strength in a simple process. An object of the present invention is to provide a sorbent or an insolubilizer for harmful anions such as arsenic.

本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、岩石のような鉱物やセラミック等からなる硬い物質と空孔がそれぞれ連続して繋がっている多孔体に鉄塩溶液を含浸させてから、陰イオン収着性を有する鉄化合物であるシュベルトマナイトを多孔体の孔内部および表面に析出させることで、多孔体に存在する孔内にもシュベルトマナイトを担持させることができ、バインダーを使わないためシュベルトマナイトの利用率が高く、高い強度を有する粒状収着材が得られることを見出した。   The present inventor, as a result of extensive studies in order to solve the above-mentioned problems, impregnated with a ferrous salt solution a porous material in which hard substances made of minerals such as rock and ceramics and pores are continuously connected, respectively. Then, by depositing Schwertmannite, which is an iron compound having anion sorption, inside and on the pores of the porous body, it is possible to support Schwertmannite also in the pores present in the porous body, It was found that the utilization rate of Schwertmannite is high because a binder is not used, and a granular sorbent having high strength can be obtained.

すなわち、本発明は、少なくとも下記の二つの工程を含むことを特徴とする、多孔体にシュベルトマナイトが担持された、陰イオン収着材の製造方法である。
第1の工程:多孔体に鉄塩の溶液を含浸する工程
第2の工程:多孔体の孔内部および表面において、含浸した鉄塩を原料としてシュベルトマナイトを合成する工程。
That is, the present invention is a method for producing an anion sorbent in which a Schwertmannite is supported on a porous body, which comprises at least the following two steps.
First step: a step of impregnating a porous body with a solution of an iron salt Second step: a step of synthesizing schwertmannite from the impregnated iron salt as a raw material inside and on the pores of the porous body.

前記第2の工程においては、硫酸イオンを含み、かつpHが2.5〜4.5の溶液に第1の工程で得られた、鉄塩を含浸した多孔体を加え、それ以降pHを2.5〜4.5の間を維持するように適宜pH調整することが好ましい。   In the second step, the iron salt-impregnated porous body obtained in the first step was added to a solution containing sulfate ions and having a pH of 2.5 to 4.5, and then the pH was adjusted to 2 It is preferable to appropriately adjust the pH so as to maintain between 0.5 and 4.5.

前記第1の工程で多孔体に鉄塩を含浸させた後に、乾燥させて鉄塩を固体とするか濃度を上げて流動性を抑制してから、第2の工程を実施することが好ましい。   After impregnating the porous body with the iron salt in the first step, it is preferable to perform the second step after drying to make the iron salt a solid or increase the concentration to suppress the fluidity.

前記多孔体を構成する物質が岩石、セラミック、ガラスなどの無機物質であって、無機繊維の絡み合いによるものではなく、多孔体を構成する物質と内部の空孔がそれぞれ連続的につながっているものであることが好ましい。   The substance constituting the porous body is an inorganic substance such as rock, ceramic, or glass, which is not due to the entanglement of the inorganic fibers, and the substance constituting the porous body and internal pores are continuously connected to each other. Is preferred.

前記多孔体内部の連続してつながっている空孔の孔径が0.1〜10μmであることが好ましい。   It is preferable that the diameter of the continuously connected pores inside the porous body is 0.1 to 10 μm.

本発明で製造した陰イオン収着体を、陰イオン性有害物質を含む液体または固体に接触させることで、陰イオン性有害物質を吸着除去または不溶化することができる。   By contacting the anion sorbent produced in the present invention with a liquid or solid containing an anionic harmful substance, the anionic harmful substance can be adsorbed and removed or insolubilized.

本発明の収着材は、陰イオン性有害物質がヒ素、セレン、フッ素、クロム、ヨウ素のいずれかの元素を含む陰イオン性有害物質に好ましく適用できる。   The sorbent material of the present invention can be preferably applied to an anionic harmful substance in which the anionic harmful substance contains any element of arsenic, selenium, fluorine, chromium and iodine.

本発明の方法により得られる粒状収着材は、従来知られていた製造方法と比べて、簡単に粒状収着材を得ることができ、バインダーを使用せず、十分な強度を有する多孔体に陰イオン収着性を有するシュベルトマナイトを担持するため、強度が高く外力に対して変形しにくい。また、多孔体として溶岩等の多孔質岩石や素焼き製品のような多孔質セラミックスの廃材等を用いれば、極めて安価に粒状収着材を製造することができる。そのため、汚染水、汚染土壌、土木工事で発生するズリや掘削土砂、処分場に埋め立てる焼却灰、産業廃棄物などに含まれる有害物質の収着除去材として透水性が要求される用途に適した収着材を提供することができ、有害物質を処理する材料として極めて有用である。   Granular sorbent obtained by the method of the present invention, compared with the conventionally known production method, it is possible to easily obtain a particulate sorbent, without using a binder, to a porous body having sufficient strength Since it carries Schwertmannite having anion sorption, it has high strength and is not easily deformed by external force. Further, if a porous rock such as lava or a porous ceramic waste material such as a unglazed product is used as the porous body, the granular sorbent can be manufactured at an extremely low cost. Therefore, it is suitable for use where water permeability is required as a sorbent removal material for toxic substances contained in contaminated water, contaminated soil, scraps and excavated earth and sand generated in civil engineering works, incinerated ash landfilled at disposal sites, industrial waste, etc. A sorbent can be provided and is extremely useful as a material for treating harmful substances.

実施例1で得られた、パーライトにシュベルトマナイトを担持した収着材をすりつぶして測定した粉末X線回折パターンを示す。1 shows a powder X-ray diffraction pattern measured by grinding the sorbent material obtained in Example 1 and carrying schwertmannite on pearlite. 実施例1で用いたパーライトをすりつぶして測定した粉末X線回折パターンを示す。The powder X-ray-diffraction pattern measured by grinding the pearlite used in Example 1 is shown. 比較例2で用いた群馬県赤城山産の軽石を倍率100倍で観察した電子顕微鏡写真を示す。The electron micrograph which observed the pumice stone from Gunma prefecture Akagi mountain used in the comparative example 2 at 100 times the magnification is shown. 比較例2で用いた群馬県赤城山産の軽石を倍率1000倍で観察した電子顕微鏡写真を示す。The electron micrograph which observed the pumice stone from Gunma Prefecture Akagiyama used in the comparative example 2 at 1000 times is shown. 比較例2で作製したシュベルトマナイトを担持した群馬県赤城山産の軽石を倍率100倍で観察した電子顕微鏡写真を示す。The electron micrograph which observed the pumice stone from Akagiyama, Gunma which carried the schwertmannite produced in Comparative Example 2 at 100 times the magnification is shown. 比較例2で作製したシュベルトマナイトを担持した群馬県赤城山産の軽石を倍率1000倍で観察した電子顕微鏡写真を示す。The electron micrograph which observed the pumice stone from Akagiyama, Gunma which carried the schwertmannite produced in Comparative Example 2 by 1000 times is shown. 比較例1で合成したシュベルトマナイトを測定した粉末X線回折パターンを示す。The powder X-ray-diffraction pattern which measured the Schwertmannite synthesize | combined in Comparative Example 1 is shown.

少なくとも下記の二つの工程を含むことを特徴とする、シュベルトマナイトを多孔体に担持した陰イオン収着材の製造方法。
第1の工程:多孔体に鉄塩の溶液を浸み込ませる工程
第2の工程:多孔体の孔内部および表面において、浸み込ませた鉄塩を原料としてシュベルトマナイトを合成する工程。
A method for producing an anion sorbent in which a Schwertmannite is supported on a porous body, comprising at least the following two steps.
First step: Step of impregnating a solution of iron salt into a porous body Second step: Step of synthesizing schwertmannite using the impregnated iron salt as a raw material inside and on the pores of the porous body.

本発明における多孔体の細孔内および外側表面にシュベルトマナイトを担持した陰イオン収着材の製造方法は、多孔体に鉄塩の溶液を浸み込ませる第1の工程と、
多孔体の孔内部および表面において、浸み込ませた鉄塩を原料として陰イオン収着性を有し、水に不溶な化合物であるシュベルトマナイトを合成する第2の工程を含む。
以下、第1の工程、第2の工程、使用する原料、並びに使用方法及び用途について説明する。
The method for producing an anion sorbent supporting Schwertmannite in the pores and the outer surface of the porous body in the present invention comprises a first step of impregnating a solution of an iron salt into the porous body,
A second step of synthesizing schwertmannite, which is a compound insoluble in water, having anion sorption and using an impregnated iron salt as a raw material, inside and inside the pores of the porous body is included.
Hereinafter, the first step, the second step, the raw materials to be used, and the usage method and application will be described.

1.工程の説明
1−1.第1の工程
本発明における、製造方法の第1の工程は多孔体に鉄塩を浸み込ませる工程である。この工程は、多孔体と鉄塩溶液を接触させることで多孔体の細孔内へ鉄塩溶液が浸透するものである。
1. Description of process
1-1. First Step The first step of the manufacturing method in the present invention is a step of impregnating a porous body with an iron salt. In this step, the iron salt solution penetrates into the pores of the porous body by bringing the porous body and the iron salt solution into contact with each other.

多孔体と鉄塩溶液の接触方法は、鉄塩溶液に多孔体を浸す方法、鉄塩溶液を多孔体にスプレーなどの方法でかける方法など、両者が接触できれば特に制限はない。   The method of contacting the porous body with the iron salt solution is not particularly limited as long as they can contact each other, such as a method of immersing the porous body in the iron salt solution and a method of spraying the iron salt solution on the porous body.

浸漬時間は多孔体の種類や鉄塩溶液の粘度にもよるが、数10分から1日間両者を接触させておけば含浸量が飽和する。より速く含浸させる方法や、より多く含浸させる方法として、界面活性剤の使用や、含浸中に超音波などの振動を与える方法、減圧下に置かれた多孔体に鉄塩溶液を注ぐ方法、含浸中に全体を減圧と加圧(または常圧に戻す)を繰り返す方法などが利用できる。界面活性剤を使用する場合の工程の例として、予め界面活性剤水溶液に多孔体を浸してから、水分を除去して界面活性剤処理をしておく方法や、鉄塩溶液に界面活性剤を添加しておく方法が利用できる。   Although the immersion time depends on the type of the porous body and the viscosity of the iron salt solution, the impregnation amount will be saturated if both are contacted for several tens of minutes to 1 day. As a method of impregnation faster or a method of more impregnation, use of a surfactant, method of giving vibration such as ultrasonic wave during impregnation, method of pouring iron salt solution into porous body placed under reduced pressure, impregnation A method of repeating depressurization and pressurization (or returning to normal pressure) of the whole can be used. As an example of the step in the case of using a surfactant, a method of immersing the porous body in an aqueous solution of a surfactant in advance and then removing water to carry out a surfactant treatment, or a method of adding a surfactant to an iron salt solution A method of adding it can be used.

界面活性剤を使用する場合、その種類には特に制限がないが、多孔体に液を含浸すると微細な気泡が発生しやすいため、消泡効果のある界面活性剤を使用するのが好ましい。そのような界面活性剤は、消泡剤、濡れ剤として知られており、例えばアセチレングリコール系のサーフィノール(商品名、日信化学工業(株)製)、ダイノール(商品名、日信化学工業(株)製)、エンバイロジェム(商品名、日信化学工業(株)製)などがある。これらの界面活性剤を水等で希釈して用いるか、鉄塩溶液に必要量を直接添加混合して用いる。   When a surfactant is used, its type is not particularly limited, but it is preferable to use a surfactant having an antifoaming effect because fine bubbles are easily generated when the porous body is impregnated with the liquid. Such surfactants are known as defoaming agents and wetting agents, and include, for example, acetylene glycol-based Surfynol (trade name, manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd.), Dynol (trade name, Nisshin Chemical Industry Co., Ltd.). Manufactured by Nisshin Chemical Industry Co., Ltd., etc. These surfactants are used by diluting them with water or by directly adding and mixing necessary amounts to the iron salt solution.

鉄塩溶液含浸後は、ろ過等によって余分な液を除去し、そのまま第2工程に用いることもできるが、水などの溶剤成分を揮発させて鉄塩を析出あるいは濃縮させてから第2の工程を行うのが好ましい。このようにする理由は、含浸後、多孔体内部で鉄塩が溶液として流動性が高い間に、次の工程を行うと、シュベルトマナイトが析出する前に多孔体の外に鉄塩が溶出して、シュベルトマナイトの担持量が減ることがあるので、これを防止するためである。   After impregnation with the iron salt solution, the excess liquid can be removed by filtration and the like, and the solution can be used as it is in the second step, but the solvent component such as water is volatilized to precipitate or concentrate the iron salt, and then the second step. Is preferably performed. The reason for doing this is that after impregnation, while the iron salt is highly fluid as a solution inside the porous body, if the following step is performed, the iron salt will elute outside the porous body before the schwertmannite precipitates. Then, the amount of schwertmannite carried may decrease, and this is to prevent this.

1−2.第2の工程
第2の工程は多孔体の孔内部および表面において、含浸した鉄塩を原料としてシュベルトマナイトを合成する工程である。
シュベルトマナイトの合成はいくつかの方法が知られているが、鉄イオンと硫酸イオンを含む溶液を室温程度から90℃程度の温度に保持しながら撹拌し、塩基を加えてpHを2.5〜4.5程度に調整するとシュベルトマナイトの結晶が析出して黄褐色の沈殿を形成するというものである。これをろ過し、水洗により不要な塩などを除去することでシュベルトマナイトを得ることができる。
1-2. Second step The second step is a step of synthesizing schwertmannite from the impregnated iron salt as a raw material inside and on the surface of the pores of the porous body.
Although several methods are known for synthesizing schwertmannite, a solution containing iron ions and sulfate ions is stirred at a temperature of about room temperature to about 90 ° C. and stirred, and a base is added to adjust the pH to 2.5. When it is adjusted to about 4.5, crystals of schwertmannite precipitate to form a yellowish brown precipitate. The schwertmannite can be obtained by filtering this and washing with water to remove unnecessary salts and the like.

本発明の方法は上記の反応が多孔体の孔内で起こるようにする必要があるため、必要に応じて硫酸イオンを含む水溶液のpHと温度を適切な範囲に調整し、ここへ鉄塩を含浸した多孔体を加える。必要に応じて硫酸イオンを含むという意味に関しては、鉄塩として硫酸鉄を使用した場合には前記のpH調整した水溶液に必ずしも硫酸イオンを加えておく必要が無いためであり、必要となる場合は鉄塩として塩化鉄や硝酸鉄など硫酸イオンを含まない場合である。   In the method of the present invention, since it is necessary to cause the above reaction to occur in the pores of the porous body, if necessary, the pH and temperature of the aqueous solution containing sulfate ions are adjusted to an appropriate range, and the iron salt is added thereto. Add the impregnated porous body. Regarding the meaning of containing sulfate ions as needed, when iron sulfate is used as an iron salt, it is not necessary to add sulfate ions to the pH-adjusted aqueous solution, and if necessary, This is the case where iron chloride does not contain sulfate ions such as iron chloride and iron nitrate.

鉄塩を含浸した多孔体をシュベルトマナイトの生成に必要なpHに調整した必要に応じて硫酸イオンを含む水溶液に加えていくと、多孔体の孔内や表面でシュベルトマナイトが生成してくるが、徐々にpHが低下するため炭酸ナトリウムなどの塩基成分を加えながらシュベルトマナイトの生成に必要な範囲にpHを維持し続ける必要がある。   When the porous material impregnated with iron salt is adjusted to the pH necessary for the production of schwertmannite and added to an aqueous solution containing sulfate ions as necessary, schwertmannite is produced in the pores and on the surface of the porous body. However, since the pH gradually decreases, it is necessary to keep the pH within the range necessary for the production of schwertmannite while adding a basic component such as sodium carbonate.

2.使用する材料
2−1.鉄源
本発明で使用することができる鉄塩は、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硝酸鉄、硫酸鉄などが挙げられる。この内、塩化第二鉄は、合成後の廃液に硝酸塩のような鉄以外の排水規制物質を発生しないことと、他の塩に比べて安価かつ水に対する溶解度も高いため、最も好ましい。塩素を含んでいることから、高温で合成するとアカガネアイト(β−FeOOH)などの副生成物ができやすいが、75℃以下で合成することで、アカガネアイトなどが少量発生しても、収着性能にはほとんど影響はない。
2. Materials used
2-1. Iron Source Examples of iron salts that can be used in the present invention include ferrous chloride, ferric chloride, iron nitrate, and iron sulfate. Of these, ferric chloride is most preferable because it does not generate a wastewater-regulating substance other than iron such as nitrate in the waste liquid after synthesis, is cheaper than other salts, and has a high solubility in water. Since it contains chlorine, by-products such as Akaganeite (β-FeOOH) tend to form when synthesized at high temperature, but by synthesizing at 75 ° C or less, even if a small amount of Akaganeite etc. is generated, sorption performance is improved. Has little effect.

2−2.担体
本発明においてシュベルトマナイトを担持させる担体は多孔質な材料であるが、繊維の絡み合いによるものではなく、多孔体を形成する物質と内部の空孔がそれぞれ連続的につながっている硬質材料であることを特徴とするもので、比表面積が多いほど多くの収着成分を担持できることから、表面から内部に至る連通孔を有する多孔体を用いるのが好ましい。このような多孔体は、鉱物のような自然界で産出するものであっても、セラミックやプラスチックのように人工的に製造されたものであってもよい。自然界で産出するもので、本発明における担体として使用可能な多孔体の代表的な例としては、軽石などの溶岩、砂岩、泥岩、凝灰岩などの堆積岩、珪藻土のように古代の生物の骨格に由来する微細孔を有するものなどが挙げられる。人工的に作られる多孔体としては、瓦、煉瓦、植木鉢等の陶器、自動車用排気ガスフィルター等に用いられるような意図的に多孔質として製造されたセラミック類、多孔質ガラス、シリカゲル、多孔質アルミナ、多孔質樹脂などが挙げられる。また、黒曜石や真珠岩などの天然のガラス質鉱物を高温で発泡させたパーライトのように半人工的な多孔体も使用できる。
2-2. Carrier In the present invention, the carrier for supporting the schwertmannite is a porous material, but it is not due to the entanglement of fibers, but a hard material in which the substance forming the porous body and the internal pores are continuously connected. Since the larger the specific surface area is, the more sorption components can be supported, it is preferable to use a porous body having communication holes extending from the surface to the inside. Such a porous body may be produced naturally, such as minerals, or artificially produced, such as ceramics and plastics. Produced in nature, typical examples of porous bodies that can be used as carriers in the present invention include lava such as pumice, sedimentary rock such as sandstone, mudstone, and tuff, and skeleton of ancient organisms such as diatomaceous earth. And the like having fine pores. Examples of artificially made porous materials include ceramics, porous glass, silica gel, and porous materials intentionally produced as porous such as used in tiles, bricks, pottery such as flower pots, exhaust gas filters for automobiles, etc. Alumina, a porous resin, etc. are mentioned. Also, a semi-artificial porous body such as perlite obtained by expanding natural glassy minerals such as obsidian and pearlite at high temperature can be used.

多孔体を形成する物質と内部の空孔がそれぞれ連続的につながっているとは、例えばスポンジのように、構成する材料が接触によるものではなく材料自体が連続しており、隣り合った気泡状の空孔が互いにつながり、またはクラック等につながっているものである。この構造によって液体もしくは期待を透過、浸透させることができる。なお、セラミックスなどの結晶粒界のような界面は液体や気体を浸透させることはできないので連続したつながりとみなす。また、素焼き陶器や多孔質岩石の内部に砂粒などが混在している場合でも、岩石や陶器を構成する材料と強固に接していて、繊維同士の接触のように外力によってずれる恐れがない場合も連続したつながりとみなす。場合はスポンジは構造を説明するための例として取り上げたが、スポンジそのものは構成する材料が柔軟であるので本発明の担体に適しているわけではない。   The substance forming the porous body and the internal pores are continuously connected to each other, for example, as in the case of sponge, the constituent material is not due to contact, but the material itself is continuous, and the adjacent bubbles are formed. Are connected to each other or to cracks or the like. This structure allows liquids or expectations to permeate and penetrate. An interface such as a crystal grain boundary of ceramics or the like cannot be permeated with a liquid or a gas, and is therefore regarded as a continuous connection. Even when sand grains are mixed inside the unglazed pottery or porous rock, there is a case where it is firmly in contact with the material that makes up the rock or pottery and there is no risk of displacement due to external forces, such as when fibers are in contact with each other. Considered as a continuous connection. In this case, the sponge has been taken as an example for explaining the structure, but the sponge itself is not suitable for the carrier of the present invention because the constituent material is flexible.

これらの中でも瓦や素焼き植木鉢などの製品は規格外品や使用済み製品が多量に発生し、そのリサイクルが求められており、安価かつ大量に入手できるため好ましい。また、軽石などの溶岩噴出物も安価かつ多量に入手することができ好ましい。   Among these, products such as roof tiles and unglazed flowerpots are preferable because they generate a large amount of nonstandard products and used products and are required to be recycled, and are inexpensive and available in large quantities. Lava ejecta such as pumice stone is also preferable because it can be obtained inexpensively and in large quantities.

一方、石灰岩、ドロマイトのような岩石やコンクリートのように主成分がアルカリ性物質で酸に溶解する性質のものは、原料である塩化鉄などが酸性であるため好ましくない。   On the other hand, rocks such as limestone and dolomite and concretes whose main component is an alkaline substance which dissolves in acid are not preferable because iron chloride as a raw material is acidic.

本発明で得られる収着体は、多孔体の空孔径が小さくなるほどシュベルトマナイト単独の場合に比べて、湿熱環境下における安定性が向上するという特長を見出しているが、安定性向上効果が不十分である場合やケイ酸成分を含まない担体を用いる場合には、シュベルトマナイト担持後に、ケイ酸ナトリウムなどのケイ酸塩を使ってケイ酸を挿入することができる。具体的にはシュベルトマナイトを担持した粒状収着材を水に入れた状態で、その水にケイ酸ナトリウムを加えて撹拌し、ろ過乾燥することで容易にケイ酸を挿入することができる。その際、塩基成分を加えて水溶液のpHを5ないし8に調製するとpHが高いほど陰イオン交換が進みやすくなり、ケイ酸挿入量を調整することができる。このときのpHが9以上ではシュベルトマナイトの結晶構造が壊れやすいため好ましくない。   The sorbent body obtained in the present invention has a feature that the smaller the pore size of the porous body, the more the stability in a wet heat environment is improved as compared with the case of Schwertmannite alone, but the stability improving effect is When the carrier is insufficient or a carrier containing no silicic acid component is used, silicic acid can be inserted using a silicate such as sodium silicate after carrying the schwertmannite. Specifically, silicic acid can be easily inserted by adding a sodium silicate to the water in a state where the granular sorbent supporting the schwertmannite is put in water, stirring and filtering and drying. At that time, if the pH of the aqueous solution is adjusted to 5 to 8 by adding a base component, the higher the pH, the easier the anion exchange proceeds, and the silicic acid insertion amount can be adjusted. If the pH at this time is 9 or more, the crystal structure of schwertmannite is easily broken, which is not preferable.

多孔体としてプラスチックなどの有機物を使用することもできる。使用可能なプラスチックとしては、イオン交換樹脂などの用途で製造される多孔質ポリスチレンなどがある。しかしながら、ヒ素等により汚染された水や土壌から溶出する水に含まれるヒ素を収着するという目的では、極めて安価な材料が求められることや、プラスチック類は無機物に比べると環境中での劣化が速いため、先に説明した無機物の方が好ましい。   An organic material such as plastic may be used as the porous body. Examples of usable plastics include porous polystyrene manufactured for applications such as ion exchange resins. However, for the purpose of sorbing arsenic contained in water contaminated with arsenic or the like, or water eluted from soil, extremely inexpensive materials are required, and plastics are less likely to deteriorate in the environment than inorganic substances. The inorganic materials described above are preferred because they are faster.

多孔体の性質を表す指標として、空隙率、空孔径、比表面積などが用いられる。これらに関して特に限定はしないが、用途に応じて好ましい範囲を選択することができる。   Porosity, pore diameter, specific surface area and the like are used as an index showing the properties of the porous body. These are not particularly limited, but a preferable range can be selected according to the application.

空隙率に関しては、高いほどシュベルトマナイトの担持量が増加して好ましく、パーライトのような多孔体では空隙率が80〜90%になるものがある。   With respect to the porosity, the higher the amount of schwertmannite supported, the more preferable, and some porous materials such as pearlite have a porosity of 80 to 90%.

一方、空隙率が非常に高いものは空孔径が大きくなる場合が多く、前記のパーライトの場合、空孔径が数十μmを超える大きさになるため、内部で析出したシュベルトマナイトが脱落しやすくなり、水処理用カラムの充填材用途には適さないことがある。一方、空孔径が10μm以下になると、空孔内に析出したシュベルトマナイトが脱落し難く好ましい。天然物や素焼き製品においては産地、製法などにより様々なものがあるが、本明細書の実施例で用いた軽石は数μm程度の空孔が多数存在し、素焼き植木鉢は1μm以下の空孔が多数存在することが認められた。これらは何れも、水に浸して振とうした場合のシュベルトマナイトの脱落が極めて少なかったことから、水処理の用途に用いる場合の多孔体の空孔径は10μm以下が好ましい。一部に大きな空孔を有する場合もあるが、大部分が10μm以下であればよい。   On the other hand, those with a very high porosity often have large pore diameters, and in the case of the above-mentioned pearlite, the pore diameters exceed several tens of μm, so Schwertmannite deposited inside easily falls off. Therefore, it may not be suitable as a packing material for water treatment columns. On the other hand, when the pore diameter is 10 μm or less, it is preferable that the Schwertmannite deposited in the pores does not easily fall off. Although there are various natural products and unglazed products depending on the place of origin, manufacturing method, etc., the pumice used in the examples of the present specification has a large number of pores of several μm, and the unglazed flowerpot has pores of 1 μm or less. It was recognized that there were many. In all of these cases, the loss of Schwertmannite when soaked in water and shaken was extremely small. Therefore, when used for water treatment, the pore diameter of the porous body is preferably 10 μm or less. There may be some large pores, but most of them may be 10 μm or less.

比表面積において、化学反応に用いる触媒の担体に用いるものは比表面積が大きいものが好ましく用いられている。例えばアルミナ多孔体などは200m2/g程度の比表面積を有している。本発明に用いる多孔体の比表面積は、大きいほうが好ましいと言えるが、空孔内で析出したシュベルトマナイトそのものの比表面積が大きいため、高い比表面積の多孔体を使用しなくても、比表面積が大きい収着材を得ることができる。例えば本発明者らによる実験では、析出時の温度とシュベルトマナイトの比表面積には関連があり、25℃で析出させたシュベルトマナイトの比表面積は1m2/g程度であるのに対し、40〜90℃で析出したシュベルトマナイトの比表面積は100〜150m2と非常に大きかった。このため、比表面積が小さい多孔体の空孔内にシュベルトマナイトを担持させて得られた収着材は、全体としては比表面積が大きいものとなる。 Regarding the specific surface area, those having a large specific surface area are preferably used as the carrier for the catalyst used in the chemical reaction. For example, an alumina porous body has a specific surface area of about 200 m 2 / g. It can be said that the larger the specific surface area of the porous body used in the present invention is, the larger the specific surface area of the schwertmannite itself precipitated in the pores is. It is possible to obtain a sorbent having a large value. For example, in an experiment conducted by the present inventors, the temperature at the time of precipitation and the specific surface area of schwertmannite are related, and the specific surface area of schwertmannite precipitated at 25 ° C. is about 1 m 2 / g, while The specific surface area of the schwertmannite precipitated at 40 to 90 ° C. was very large, 100 to 150 m 2 . Therefore, the sorbent obtained by supporting Schwertmannite in the pores of the porous body having a small specific surface area has a large specific surface area as a whole.

前記、析出温度が90℃を超えると、シュベルトマナイト以外にアカガネアイトやジャロサイトの生成が見られ、ヒ素収着性能も約65℃付近が頂点となる傾向が見られた。このため、シュベルトマナイトを析出させるときの温度は40〜90℃が好ましい。40℃未満ではシュベルトマナイトの比表面積が小さく、90℃以上では副生成物が多く生成して好ましい温度で析出する場合に比べて収着性能が低下する。   When the precipitation temperature exceeded 90 ° C, formation of red ganeite and jarosite was observed in addition to schwertmannite, and the arsenic sorption performance tended to peak at around 65 ° C. Therefore, the temperature for depositing schwertmannite is preferably 40 to 90 ° C. If the temperature is lower than 40 ° C, the specific surface area of the schwertmannite is small, and if the temperature is 90 ° C or higher, a large amount of by-products are formed and the sorption performance is deteriorated as compared with the case of precipitation at a preferable temperature.

3.使用方法
本発明の方法により得られる、粒状の収着材はヒ素やセレンのように陰イオンを形成する重金属による土壌や水の汚染対策に使用することができる。特に粒のような形状を付与したことで、使用時に粉が舞いあがることが少なく、透水性が向上し、水との分離が容易となることから、粉末では適応し難かった用途や作業環境上好ましくなかった場所において好ましく用いることができる。例えば、汚染水を処理する場合、本発明で得られた粒状の収着材を充填塔に充填し、汚染水を通せば容易かつ連続的に汚染物質を除去することができる。このような使い方は粉末のままでは行うことができなかった。また、土木工事において、トンネル掘削などの現場で発生したヒ素等を含む掘削土砂を道路の下に敷き詰める際、掘削土砂の下に吸着層と呼ばれる、重金属収着材を敷き詰める吸着層工法が知られている。このような工法では、汚染土を通過してきた雨水などに溶解した汚染物質を収着除去し、水は吸着層を速やかに通過させることが求められる。従来、粉末状収着材を使う場合は単独で用いると目詰まりを起こして十分な透水性が確保できないという問題があった。また、粉末だけの層では強度が確保できないため岩石等と混合する必要があり工程が複雑となり、施工の均一性が損なわれるだけでなく、施工時に粉が飛散して作業環境が悪化する問題もあった。このような問題に対応するため、ロックウールなどの無機繊維の塊にシュベルトマナイトを添着して施工する方法が開発され、使用されている。この場合もシュベルトマナイトが目詰まりを起こすことはなくなるが、塊状にした繊維自体は強度が低く、上部の土砂による圧力で変形しやすいという強度的な問題から、岩石等を混合する必要があった。このため、本発明で製造される強度が高い多孔体にシュベルトマナイトを担持した収着材は極めて有用である。
3. Method of Use The granular sorbent obtained by the method of the present invention can be used as a countermeasure against soil and water pollution by heavy metals forming anions such as arsenic and selenium. In particular, by imparting a shape like particles, the powder is less likely to rise during use, the water permeability is improved, and it is easy to separate from water. It can be preferably used in a place where it was not present. For example, when treating contaminated water, it is possible to easily and continuously remove pollutants by packing the granular sorbent obtained by the present invention in a packed tower and passing the contaminated water. Such usage could not be performed with the powder as it is. Also, in civil engineering work, when laying excavated soil containing arsenic, etc. generated at the site of tunnel excavation under the road, an adsorption layer construction method is known in which an adsorption layer called an adsorption layer is laid under the excavated soil. ing. In such a construction method, it is required to sorb and remove pollutants dissolved in rainwater and the like that have passed through the contaminated soil, and allow the water to quickly pass through the adsorption layer. Conventionally, when a powdery sorbent is used alone, there is a problem that clogging occurs and sufficient water permeability cannot be secured. In addition, it is necessary to mix with rocks etc. because the strength cannot be secured with a layer of only powder, the process is complicated, not only the uniformity of construction is impaired, but also the problem that powder is scattered during construction and the work environment deteriorates there were. In order to cope with such a problem, a method of applying Schwertmannite to a block of inorganic fibers such as rock wool and performing the construction has been developed and used. In this case as well, the schwertmannite does not become clogged, but the lumped fibers themselves have low strength, and because of the strength problem that they are easily deformed by the pressure of the earth and sand, it is necessary to mix rocks and the like. It was Therefore, the sorbent material produced by the present invention, which has Schwertmannite supported on the porous body having high strength, is extremely useful.

生成したシュベルトマナイトには、原料由来のイオン性不純物等が共存しているため、第2の工程でシュベルトマナイトを析出させた後、水などで洗浄してこれらの不純物を除去することが好ましい。
得られたシュベルトマナイトは、水分存在下ではゲータイトに変化しやすいため、分離後乾燥することが好ましい。
Since the produced schwertmannite coexists with ionic impurities derived from the raw materials, it is possible to remove these impurities by washing with water etc. after depositing the schwertmannite in the second step. preferable.
Since the obtained schwertmannite easily changes to goethite in the presence of water, it is preferably dried after separation.

本発明の製造方法で得られる多孔体にシュベルトマナイトを担持した収着材は、有害金属等の収着材として好ましく使用することができる。
使用する際の対象となる有害物質としては、フッ化物イオン、亜ヒ酸イオン、ヒ酸
イオン、セレン酸イオン、亜セレン酸イオン、クロム酸イオン、重クロム酸イオンなどシュベルトマナイトに収着されることが判明しているものや、ヨウ素酸イオン、塩素酸イオン、臭素酸イオンなどが挙げられるが、これらに限定されない。
これらの中でも、ヒ素、セレン、フッ素、クロム及びヨウ素のいずれかの元素を含む陰イオン性有害物質の収着に適している。
The sorbent material obtained by supporting the Schwertmannite on the porous body obtained by the production method of the present invention can be preferably used as a sorbent material for harmful metals and the like.
Hazardous substances targeted for use are sorbed on Schwertmannite such as fluoride ion, arsenite ion, arsenate ion, selenate ion, selenite ion, chromate ion, and dichromate ion. However, examples thereof include, but are not limited to, iodate ion, chlorate ion, and bromate ion.
Among these, it is suitable for sorption of an anionic harmful substance containing any element of arsenic, selenium, fluorine, chromium and iodine.

自然界に広く分布し、強い毒性を有するため多くの場所で問題となる元素としてヒ素が注目されている。ヒ素は数通りの価数を取ることができるが、水質や土壌汚染で問題になるものは、亜ヒ酸イオンを形成している三価のヒ素と、ヒ酸イオンを形成している五価のヒ素の2種類である。これらは、嫌気性条件では亜ヒ酸イオンになりやすく、好気性条件ではヒ酸イオンになりやすい。このように酸素濃度や細菌などにより価数が変化しやすいため、多くの場合、三価と五価は共存しており、環境の変化によってその割合も変化する。このため、ヒ素収着材も必要に応じて両イオンに対応する必要がある。また、場合によっては酸化雰囲気や還元雰囲気中で、いずれか一方の価数がほとんどであることもある。
本発明の製造方法で得られるシュベルトマナイトを担持した収着材は、三価、五価いずれのヒ素収着材としても好ましく使用することができる。
As it is widely distributed in nature and has strong toxicity, arsenic has been attracting attention as an element which is a problem in many places. Arsenic can take several valences, but the ones that cause problems with water quality and soil pollution are trivalent arsenic forming arsenite and pentavalent arsenate. There are two types of arsenic. These tend to be arsenite ions under anaerobic conditions and arsenate ions under aerobic conditions. Since the valence is likely to change due to the oxygen concentration and bacteria, trivalent and pentavalent coexist in many cases, and their ratio also changes due to changes in the environment. Therefore, it is necessary for the arsenic sorbent material to support both ions as required. In some cases, the valence of either one of them is almost the same in the oxidizing atmosphere or the reducing atmosphere.
The sorbent material carrying Schwertmannite obtained by the production method of the present invention can be preferably used as a trivalent or pentavalent arsenic sorbent material.

本発明のシュベルトマナイト担持収着材は、産業廃水、地下水、温泉水などの有害物質を含有する汚染水からの有害物質の収着除去材、汚染土壌、土木工事などで発生する掘削土、掘削ズリ、焼却灰、産業廃棄物等の有害物質の収着材などに使用可能である。
汚染水からの有害物質の収着除去材として使用する場合、公知の方法を適用することができる。例えば、充填塔などに本願発明の収着材を充填し、有害物質を含む廃水を充填塔に供給して、有害物質を収着する方法など挙げられる。
The schwertmannite-supported sorbent material of the present invention is an industrial wastewater, groundwater, sorbent removal material for harmful substances from polluted water containing harmful substances such as hot spring water, polluted soil, excavated soil generated in civil engineering, etc. It can be used as a sorbent material for hazardous substances such as drilling scraps, incineration ash, and industrial waste.
When it is used as a sorbent removal material for harmful substances from contaminated water, known methods can be applied. For example, there is a method in which a sorbent of the present invention is packed in a packed tower or the like, and waste water containing a harmful substance is supplied to the packed tower to sorb the harmful substance.

本発明のシュベルトマナイト担持収着材は、強度が高く、汚染土壌の下に敷き詰めてもほとんど変形しないので、汚染物質が周辺へ拡散しないようにする吸着層工法など、有害イオンを待ち受けて収着不溶化するような使用方法に極めて適している。   Since the sorbent material supporting schwertmannite of the present invention has high strength and hardly deforms even when spread under contaminated soil, it absorbs harmful ions by waiting for harmful ions, such as an adsorption layer method for preventing diffusion of pollutants to the surroundings. It is extremely suitable for use such as insolubilization.

以下、実施例及び比較例によって本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples.

<分析・評価方法の説明>
(1)比表面積の測定
カンタクローム・インスツルメンツ・ジャパン合同会社製測定装置Autosorb−1、を用いてBET法により多孔体の比表面積を求めた。
<Explanation of analysis / evaluation method>
(1) Measurement of Specific Surface Area The specific surface area of the porous body was determined by the BET method using a measuring device Autosorb-1 manufactured by Kantachrome Instruments Japan GK.

(2)電子顕微鏡による観察
白金を蒸着した多孔体サンプルについて、日立ハイテク製S-4800型FE-SEMを使い、加速電圧1.0kVで拡大観察を行なった。
(2) Observation by Electron Microscope The platinum-vapor-deposited porous body sample was observed under magnification at an accelerating voltage of 1.0 kV using a Hitachi High-Tech S-4800 type FE-SEM.

(3)粉末X線回折(XRD)
粉末X線回折パターンの測定はブルカー・エイエックスエス株式会社製X線回折装置D8 ADVANCEを用い、X線源としてCuKα線を使って、2θが10〜80°の範囲を測定した。
(3) Powder X-ray diffraction (XRD)
The powder X-ray diffraction pattern was measured by using an X-ray diffractometer D8 ADVANCE manufactured by Bruker AXS KK and using CuKα ray as an X-ray source in the range of 2θ of 10 to 80 °.

<実施例1>パーライトを担体とする例
市販の1〜3mmに粒度調整された真珠岩由来のパーライト(あかぎ園芸(株)製)を100目のポリエチレン製メッシュで包んで、流水中で洗浄すると共に微細な細片を取り除いた。これを70℃で減圧乾燥したものを担体とした。乾燥後の嵩比重は0.084g/cm3、空隙率は70.2%、BET法により求めた比表面積は1.1m2/gであった。
次に、このパーライトを200mlポリカップに10.0g量りとり、その上から塩化鉄(III)水溶液(東亞合成(株)製、42度ボーメ過鉄)を100g加えたところ、全てのパーライトが液に浸った。パーライトは液に浮くため時々撹拌した。そのまま2時間放置後ろ紙でろ過し、これを50℃で一晩減圧乾燥したところ、全重量が20.6gとなった。重量増加分を塩化鉄(III)六水和物と仮定して、そのモル数を39.2mmolと見積もった。
次に、硫酸ナトリウム5.57g(39.2mmol)を500mlポリビーカーに量りとり、水150gを加えて溶解した。このポリビーカーを湯煎にかけ、内温が65℃になるように温度調整した。ここに硫酸を少しずつ加え、一旦pHを2.0まで下げた。次に炭酸ナトリウムを少しずつ加えながら撹拌し、pHを3.5に調整した。
pHを3.5とした硫酸ナトリウム水溶液を65±5℃に保ちながら、前記の塩化第二鉄を含浸したパーライトを少量加えるとpHの低下を認めたので、炭酸ナトリウムを加えてpHを3〜4に保った。このようにpHを3〜4に保ちながら塩化第二鉄を浸み込ませたパーライトと炭酸ナトリウムを少量ずつ加えていった。塩化鉄を浸み込ませたパーライトを全量加えたら、そのまま温度とpHを保って30分間撹拌した後、撹拌を終了し湯煎から引き上げた。この間も同様にpHを3〜4に維持した。
次に、ポリビーカー中のパーライトを100目のポリエチレン製メッシュ上に取り出してろ別し、メッシュに入れたまま流水で洗浄して、微細な生成物などを除去した。これを50℃で一晩減圧乾燥して、パーライトにシュベルトマナイトを担持した収着材16.0gを得た。以降、多孔体にシュベルトマナイトを担持した収着材を担持収着材と省略する。
この担持収着材を乳鉢ですりつぶし、XRDパターンを測定したところ、図1のようにパーライトのものと思われるパターンに、比較例1で合成したシュベルトマナイトのパターン(図7)のピークが重複したパターンが得られ、この方法により多孔体の内部でシュベルトマナイトが生成したことが判った。パーライト単独のXRDパターンは図2に示す。
この担持吸着材を使って、ヒ素化合物水溶液からのヒ素収着試験を実施したところ、ヒ素の収着能力があることが判った。また担持されているシュベルトマナイトあたりの収着容量を比較すると、比較例1に比較的近い値を示し、担持によって効率が大きく低下することはなかった。また、水溶液中で振盪されたため、担持されたシュベルトマナイトの脱落によるものか擦れて細かくなった担持収着材が発生した。水処理のろ過材として使用するためには、発生した粉を除去するフィルターなどが必要と予想されるが、ろ過を妨げるほどではなく、粉末のシュベルトマナイト単独では不可能であったろ過材タイプの収着材として適用できることが判った。また透水性に支障をきたすほどの粉発生量ではなく、吸着層工法などにおいて問題なく使用できる。
<Example 1> Example in which perlite is used as a carrier Perlite (manufactured by Akagi Horticultural Co., Ltd.) derived from pearlite and having a particle size adjusted to 1 to 3 mm, which is commercially available, is wrapped with 100 mesh polyethylene mesh and washed in running water. Along with that, fine strips were removed. This was dried under reduced pressure at 70 ° C. and used as a carrier. The bulk specific gravity after drying was 0.084 g / cm 3 , the porosity was 70.2%, and the specific surface area determined by the BET method was 1.1 m 2 / g.
Next, 10.0 g of this perlite was weighed in a 200 ml poly cup, and 100 g of an iron (III) chloride aqueous solution (manufactured by Toagosei Co., Ltd., 42 ° Baume Periron) was added to it, and all the perlite became a liquid. Soaked Since perlite floated on the liquid, it was occasionally stirred. The mixture was left as it was for 2 hours, filtered with paper, and dried under reduced pressure at 50 ° C. overnight to give a total weight of 20.6 g. The weight increase was assumed to be iron (III) chloride hexahydrate, and the number of moles was estimated to be 39.2 mmol.
Next, 5.57 g (39.2 mmol) of sodium sulfate was weighed into a 500 ml polybeaker, and 150 g of water was added and dissolved. This poly beaker was placed in hot water and the temperature was adjusted so that the internal temperature became 65 ° C. Sulfuric acid was added little by little, and the pH was once lowered to 2.0. Next, sodium carbonate was added little by little and stirred to adjust the pH to 3.5.
When a small amount of the above-mentioned perlite impregnated with ferric chloride was added while keeping the sodium sulfate aqueous solution adjusted to pH 3.5 at 65 ± 5 ° C., a decrease in pH was observed, so sodium carbonate was added to adjust the pH to 3 I kept it at 4. In this way, while maintaining the pH at 3 to 4, perlite impregnated with ferric chloride and sodium carbonate were added little by little. After the total amount of perlite impregnated with iron chloride was added, the mixture was stirred for 30 minutes while keeping the temperature and pH as it was, and then the stirring was completed and the mixture was taken out from the hot water bath. During this period, the pH was similarly maintained at 3-4.
Next, perlite in the polybeaker was taken out on a 100-mesh polyethylene mesh, filtered, and washed with running water while being kept in the mesh to remove fine products and the like. This was dried under reduced pressure at 50 ° C. overnight to obtain 16.0 g of a sorbent having pearlite carrying schwertmannite. Hereinafter, the sorbent in which the Schwertmannite is supported on the porous body is abbreviated as the supported sorbent.
When this supported sorbent was ground in a mortar and the XRD pattern was measured, the peak of the pattern of Schwertmannite synthesized in Comparative Example 1 (Fig. 7) overlapped with the pattern that seems to be perlite as shown in Fig. 1. The obtained pattern was obtained, and it was found that schwertmannite was formed inside the porous body by this method. The XRD pattern of perlite alone is shown in FIG.
Using this supported adsorbent, an arsenic sorption test from an aqueous arsenic compound solution was carried out, and it was found that it had an arsenic sorption capacity. Further, when comparing the sorption capacities per supported Schwertmannite, the values were comparatively close to those of Comparative Example 1, and the efficiency was not significantly reduced by the supporting. In addition, since it was shaken in an aqueous solution, a supported sorbent which was rubbed into fine particles was generated due to the falling off of the supported Schwertmannite. A filter that removes the generated powder is expected to be used as a filter material for water treatment, but this is not enough to prevent filtration, and it is not possible with powdered Schwertmannite alone. It has been found that it can be applied as a sorbent. Further, the amount of powder generated is not so large as to impair the water permeability, and it can be used without problems in the adsorption layer construction method.

<実施例2>軽石を担体とする例
群馬県赤城山産の軽石(あかぎ園芸(株)より洗浄品を販売)を粉砕し、目開き1mmと2mmの篩を用いて1mm〜2mmのサイズを分級採取した。これを100目のポリエチレン製メッシュで包んで、流水中で洗浄すると共に微細な細片を取り除いた。これを70℃で一晩減圧乾燥したものを担体とした。乾燥後の嵩比重は0.48g/cm3、空隙率は52.2%、BET法により求めた比表面積は2.4m2/gであった。
次に、この軽石を200mlポリカップに20.0g量りとり、更にその上から塩化鉄(III)水溶液(東亞合成(株)製、42度ボーメ過鉄)を40g加えたところ、全ての軽石が液に浸った。そのまま2時間放置後、ろ紙でろ過した。これを50℃で一晩減圧乾燥したところ全重量が25.1gとなった。重量増加分を塩化鉄(III)六水和物と仮定して、そのモル数を18.9mmolと見積もった。
次に、硫酸ナトリウム2.68g(18.9mmol)を500mlポリビーカーに量りとり、水140gを加えて溶解した。
以降は実施例1と同様な操作によって、粉砕した軽石にシュベルトマナイトを担持した担持収着材22.8gを得た。
担体として用いた軽石の電子顕微鏡写真を図3、図4に示す。直径数μm程度の穴が無数に存在している状態が判る。担持後の電子顕微鏡写真を図5、図6に示した。空孔内にシュベルトマナイトが充填されるように析出していることが判る。
<Example 2> Example of using pumice as a carrier Pumice stone from Akagiyama, Gunma Prefecture (cleaned products are sold by Akagi Horticultural Co., Ltd.) is crushed, and a size of 1 mm to 2 mm is obtained by using a sieve with openings of 1 mm and 2 mm. It was classified and collected. This was wrapped with 100 mesh polyethylene mesh, washed in running water, and fine particles were removed. This was dried under reduced pressure at 70 ° C. overnight as a carrier. The bulk specific gravity after drying was 0.48 g / cm 3 , the porosity was 52.2%, and the specific surface area determined by the BET method was 2.4 m 2 / g.
Next, 20.0 g of this pumice stone was weighed in a 200 ml poly cup, and 40 g of an iron (III) chloride aqueous solution (manufactured by Toagosei Co., Ltd., 42 ° Baume Periron) was added thereto, and all the pumice stone was liquified. Soaked in. After leaving it as it was for 2 hours, it was filtered with a filter paper. When this was dried under reduced pressure at 50 ° C. overnight, the total weight became 25.1 g. The weight increase was assumed to be iron (III) chloride hexahydrate, and the number of moles was estimated to be 18.9 mmol.
Next, 2.68 g (18.9 mmol) of sodium sulfate was weighed into a 500 ml polybeaker, and 140 g of water was added and dissolved.
Thereafter, the same operation as in Example 1 was carried out to obtain 22.8 g of a supported sorbent in which crushed pumice was loaded with schwertmannite.
Electron micrographs of pumice used as a carrier are shown in FIGS. 3 and 4. It can be seen that there are innumerable holes with a diameter of several μm. Electron micrographs after loading are shown in FIGS. 5 and 6. It can be seen that the Schwertmannite is deposited so as to fill the pores.

<実施例3>素焼き鉢を担体とする例
市販の素焼き植木鉢(カーマホームセンターで購入)を粉砕し、目開き1mmと2mmの篩を用いて1mm〜2mmのサイズを分級採取した。これを100目のポリエチレン製メッシュで包んで、流水中で洗浄すると共に微細な細片を取り除いた。これを70℃で一晩減圧乾燥したものを担体とした。乾燥後の嵩比重は0.92g/cm3、空隙率は32.2%、BET法により求めた比表面積は8.8m2/gであった。
次に、この粉砕した素焼き鉢を200mlポリカップに20.0g量りとり、更にその上から塩化鉄(III)水溶液(東亞合成(株)製、42度ボーメ過鉄)を20g加えたところ、全ての粉砕した素焼き鉢が液に浸った。そのまま2時間放置後、ろ紙でろ過した。これを50℃で一晩減圧乾燥したところ全重量が22.2gとなった。重量増加分を塩化鉄(III)六水和物と仮定して、そのモル数を8.12mmolと見積もった。
次に、硫酸ナトリウム1.15g(8.12mmol)を500mlポリビーカーに量りとり、水140gを加えて溶解した。
以降は実施例1と同様な操作によって、粉砕した素焼き植木鉢にシュベルトマナイトを担持した担持収着材21.3gを得た。
<Example 3> Example using a unglazed pot as a carrier A commercially available unglazed flowerpot (purchased from Kama Home Center) was crushed and classified to a size of 1 mm to 2 mm using sieves with openings of 1 mm and 2 mm. This was wrapped with 100 mesh polyethylene mesh, washed in running water, and fine particles were removed. This was dried under reduced pressure at 70 ° C. overnight as a carrier. The bulk specific gravity after drying was 0.92 g / cm 3 , the porosity was 32.2%, and the specific surface area determined by the BET method was 8.8 m 2 / g.
Next, 20.0 g of this ground unglazed pot was weighed in a 200 ml poly cup, and 20 g of an aqueous solution of iron (III) chloride (manufactured by Toagosei Co., Ltd., 42 degrees Baume per iron) was added thereto, and all The crushed unglazed pot was immersed in the liquid. After leaving it as it was for 2 hours, it was filtered with a filter paper. When this was dried under reduced pressure at 50 ° C. overnight, the total weight became 22.2 g. The weight increase was assumed to be iron (III) chloride hexahydrate, and the number of moles was estimated to be 8.12 mmol.
Next, 1.15 g (8.12 mmol) of sodium sulfate was weighed into a 500 ml polybeaker, and 140 g of water was added and dissolved.
Thereafter, the same operation as in Example 1 was carried out to obtain 21.3 g of a supported sorbent in which schwertmannite was supported in a crushed unglazed flowerpot.

<比較例1>シュベルトマナイト単独
2Lのビーカーに塩化鉄(III)六水和物62.7g(0.23mol)と硫酸ナトリウム28.4g(0.20mol)を量りとり、全体が800mlになるまで水を加えた。これを温水浴にセットして、攪拌機、温度計およびpHメーターを取りつけた。温水浴により加熱しながらビーカー内を撹拌して均一に溶解させ、この水溶液を約65℃に保持した。このときpHは1.3であった。撹拌と保温を続けながら、炭酸ナトリウムを少量ずつ加え、水溶液のpHが2.7になったところで、炭酸ナトリウムの添加を止めた。炭酸ナトリウム添加量は30.4gであった。この時点で液は黄褐色で不透明なスラリー状となっていた。撹拌と保温を15分間続けてから、水浴の加熱を止め、水浴の温水を水に入れ替えて室温付近まで冷却した。
続いて、ろ紙をセットしたブフナー漏斗を使って反応液をろ過した。余分なイオン等を除去するために、得られた固形分を1Lの水に加えて撹拌し、再度ろ過する工程を3回繰り返して行った後、シャーレに取り出し、50℃で一晩真空乾燥した。得られた黄褐色の乾燥固体の収量は25.1gであった。これを乳鉢ですりつぶして得た粉末の粉末X線回折を測定したところ、図7に示した典型的なシュベルトマナイトの回折パターンが得られ、シュベルトマナイトが得られたことを確認した。このシュベルトマナイトの比表面積をBET法で求めたところ120m2/gであった。
この方法で合成した粉末を比較例1とし、収着試験に用いた。
この粉末を蛍光X線で分析し、X線強度比から求めた、鉄:ケイ素:硫黄の質量比率は46.3:0.00:5.33であった。この数値をそれぞれの原子量で除して各元素のモル比を求め、この数値を、鉄を8.00として各元素のモル比に換算したところ、鉄:ケイ素:硫黄=8.00:0.00:1.60であった。シュベルトマナイトは1モル中に鉄8モルを含むことから、この合成で得られたシュベルトマナイトは、化学式(1)におけるxの値が1.60であり、文献に記載されているシュベルトマナイトの元素比率と一致した。
Fe88OH8-2x(SO4)x (1)
但し、式(1)において、xは1〜1.75である。
<Comparative Example 1> 62.7 g (0.23 mol) of iron (III) chloride hexahydrate and 28.4 g (0.20 mol) of sodium sulfate were weighed into a beaker of 2 L of schwertmannite alone , and the whole amounted to 800 ml. Until water was added. It was set in a warm water bath and equipped with a stirrer, thermometer and pH meter. While heating in a warm water bath, the inside of the beaker was stirred and uniformly dissolved, and this aqueous solution was kept at about 65 ° C. At this time, the pH was 1.3. Sodium carbonate was added little by little while continuing stirring and keeping the temperature, and when the pH of the aqueous solution reached 2.7, the addition of sodium carbonate was stopped. The amount of sodium carbonate added was 30.4 g. At this point, the liquid was a yellowish brown and opaque slurry. After stirring and keeping the temperature for 15 minutes, the heating of the water bath was stopped, the hot water in the water bath was replaced with water, and the mixture was cooled to around room temperature.
Then, the reaction liquid was filtered using the Buchner funnel which set the filter paper. In order to remove extra ions and the like, the obtained solid content was added to 1 L of water, stirred, and filtered again, which was repeated 3 times, taken out in a petri dish, and vacuum dried at 50 ° C. overnight. . The yield of the obtained yellowish brown dry solid was 25.1 g. When powder X-ray diffraction of the powder obtained by grinding this in a mortar was measured, the typical diffraction pattern of schwertmannite shown in FIG. 7 was obtained, and it was confirmed that schwertmannite was obtained. When the specific surface area of this schwertmannite was determined by the BET method, it was 120 m 2 / g.
The powder synthesized by this method was used as Comparative Example 1 and used for the sorption test.
The powder was analyzed by fluorescent X-rays, and the mass ratio of iron: silicon: sulfur determined from the X-ray intensity ratio was 46.3: 0.00: 5.33. This numerical value was divided by each atomic weight to obtain the molar ratio of each element, and this numerical value was converted to the molar ratio of each element with iron being 8.00. Iron: silicon: sulfur = 8.0: 0. It was 00: 1.60. Since the schwertmannite contains 8 moles of iron in 1 mole, the schwertmannite obtained by this synthesis has a value of x in the chemical formula (1) of 1.60, which is described in the literature. Consistent with the element ratio of knight.
Fe 8 O 8 OH 8-2x (SO 4 ) x (1)
However, in the formula (1), x is 1 to 1.75.

<比較例2〜4>
実施例1〜3で用いた多孔体のサイズを各実施例に合わせ、何も担持せずそのまま収着試験に用いた。比較例2はパーライト、比較例3は軽石、比較例4は素焼き植木鉢である。
<Comparative Examples 2 to 4>
The size of the porous body used in Examples 1 to 3 was adjusted to that of each Example, and the porous body was used as it was in the sorption test without supporting anything. Comparative Example 2 is pearlite, Comparative Example 3 is pumice stone, and Comparative Example 4 is a unglazed flowerpot.

担体として用いた多孔体を表1にまとめて記載した。   The porous bodies used as the carrier are summarized in Table 1.

Figure 2020062614
Figure 2020062614

いずれも目開きが2mmの篩を通過し、1mmの篩は通過しないサイズを使用した。また、顕微鏡で観察した多孔体の空孔は不定形であるため、目で見ておおよそのサイズを見積もった。   In each case, a sieve having a mesh size of 2 mm and a sieve having a mesh size of 1 mm was not used. In addition, since the pores of the porous body observed with a microscope have an indeterminate shape, an approximate size was visually estimated.

<実施例および比較例サンプルの各種評価結果>
ヒ素収着試験
実施例および比較例のヒ素収着試験結果を表2に記載した。実施例1〜3の何れもヒ素を収着することが判った。一方、これらの担体として用いた多孔体そのものは、比較例2〜4に示すように、ヒ素を収着する性能はなかった。このことから、シュベルトマナイトを担持したことによって、多孔体にヒ素収着性能を付与した収着材ができたことが判った。
<Various evaluation results of examples and comparative examples samples>
Arsenic sorption test Table 2 shows the arsenic sorption test results for the examples and comparative examples. It was found that all of Examples 1-3 sorb arsenic. On the other hand, the porous bodies themselves used as these carriers did not have the ability to sorb arsenic as shown in Comparative Examples 2 to 4. From this, it was found that by supporting Schwertmannite, a sorbent in which arsenic sorption performance was imparted to the porous body was formed.

Figure 2020062614
Figure 2020062614

亜ヒ酸イオンの収着結果をAs(III)、ヒ酸イオンの収着結果をAs(V)の列に記載した。
実施例1〜3については、担持されたシュベルトマナイトの量からシュベルトマナイト1gあたりのヒ素収着量も算出して掲載し、比較例1と比較した。
The arsenite ion sorption results are shown in the column of As (III), and the arsenite ion sorption results are shown in the column of As (V).
Regarding Examples 1 to 3, the arsenic sorption amount per 1 g of Schwertmannite was also calculated and posted from the amount of supported Schwertmannite and compared with Comparative Example 1.

表2において、ヒ素収着試験結果を担持されたシュベルトマナイトの重量あたりのヒ素収着量を比較したところ、使用した多孔体の孔径が小さく比表面積が大きいほど、担持されたシュベルトマナイトあたりのヒ素収着量が増加することが判る。更に、実施例2,3では比較例1のシュベルトマナイト粉末単独で収着試験を実施した場合よりも、高い収着量を示した。その理由は定かではないが、シュベルトマナイトの有効面積が担持によって増大したためと推察している。顕微鏡で観察される空孔の平均的な孔径でおおよそ10μm未満から効果が表れ、1μm未満で顕著になる。このため用いる担体の平均孔径は10μm未満がより好ましい。この効果は多孔体に担持することにより得られたものであると言える。   In Table 2, the arsenic sorption test results were compared with the amount of arsenic sorption per weight of the supported schwertmannite. The smaller the pore size of the used porous body and the larger the specific surface area of It can be seen that the amount of arsenic sorbed in the Furthermore, in Examples 2 and 3, the sorption amount was higher than that in the case where the sorption test was performed using the Schwertmannite powder alone in Comparative Example 1. The reason is not clear, but it is presumed that the effective area of the schwertmannite is increased by the loading. The effect appears when the average pore diameter of the pores observed with a microscope is less than about 10 μm, and becomes remarkable when it is less than 1 μm. Therefore, the average pore diameter of the carrier used is more preferably less than 10 μm. It can be said that this effect is obtained by supporting the porous body.

湿熱放置試験による耐久試験
実施例1〜3と比較例1について後述の方法により50℃、相対湿度98%の環境下に2週間放置した後に測定したヒ素収着試験の結果を表3に記載した。湿熱放置後の収着性能維持率は表2の結果との比較により求めた。シュベルトマナイト単独で評価した比較例1では、先に説明した特許文献1などに記載されたように、ヒ素収着性能が大きく低下した。一方、実施例1〜3においては、特許文献1、2のような安定化処理を実施していないにもかかわらず、高い性能維持率が得られた。これも多孔体に担持したことによる効果であると言える。
Durability test by wet heat leaving test Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 are shown in Table 3 as a result of the arsenic sorption test measured after being left for 2 weeks in an environment of 50 ° C and relative humidity of 98% by the method described below. . The sorption performance retention rate after standing under moist heat was determined by comparison with the results in Table 2. In Comparative Example 1 evaluated by Schwertmannite alone, the arsenic sorption performance was significantly reduced as described in Patent Document 1 and the like described above. On the other hand, in Examples 1 to 3, a high performance retention rate was obtained even though the stabilization treatment as in Patent Documents 1 and 2 was not performed. It can be said that this is also the effect of supporting the porous body.

Figure 2020062614
Figure 2020062614

ヒ素以外の有害イオン収着試験
実施例2および比較例1について、後述の方法によりフッ素、クロム、セレンを含有する陰イオンに関する収着試験をそれぞれ行い、表4にシュベルトマナイト1gあたりの収着量を記載した。評価したいずれのイオンに対しても収着性能を有することが判った。
Sorption test for harmful ions other than arsenic For Example 2 and Comparative Example 1, sorption tests for anions containing fluorine, chromium, and selenium were performed by the method described below, and Table 4 shows the sorption per 1 g of schwertmannite. The amounts are listed. It was found to have sorption performance for all the evaluated ions.

Figure 2020062614
Figure 2020062614

図1は、実施例1で得られた、パーライトにシュベルトマナイトを担持した収着材をすりつぶして測定した粉末X線回折パターンである。図2のパーライト単独のX線回折パターンおよび、図7のシュベルトマナイト単独のX線回折パターンと比較すると、これらの回折パターンが重複して観察されたことがわかる。   FIG. 1 is a powder X-ray diffraction pattern measured by grinding the sorbent obtained by Example 1 and carrying schwertmannite on pearlite. Comparing the X-ray diffraction pattern of pearlite alone in FIG. 2 and the X-ray diffraction pattern of schwertmannite alone in FIG. 7, it can be seen that these diffraction patterns were observed in duplicate.

図2は、実施例1で用いたパーライトをすりつぶして測定した粉末X線回折パターンである。   FIG. 2 is a powder X-ray diffraction pattern measured by grinding the pearlite used in Example 1.

図3、図4は比較例2で用いた群馬県赤城山産の軽石をそれぞれ倍率100倍および1000倍で観察した電子顕微鏡写真である。1〜10μm程度の空孔が多数確認できる。   3 and 4 are electron micrographs of pumice stones used in Comparative Example 2 from Akagiyama, Gunma Prefecture, observed at 100 and 1000 times, respectively. Many pores of about 1 to 10 μm can be confirmed.

図5、図6は、比較例2で作製したシュベルトマナイトを担持した群馬県赤城山産の軽石をそれぞれ倍率100倍および1000倍で観察した電子顕微鏡写真である。
図3、図4と比較すると、空孔内部を埋めるようにシュベルトマナイトが析出していることが判る。
5 and 6 are electron micrographs of pumice stones produced in Comparative Example 2 and carrying Schwertmannite from Akagiyama, Gunma Prefecture, observed at 100 times and 1000 times magnification, respectively.
It can be seen from comparison with FIGS. 3 and 4 that the schwertmannite is deposited so as to fill the inside of the pores.

図7は、比較例1で合成したシュベルトマナイトを測定した粉末X線回折パターンである。典型的なシュベルトマナイトの回折パターンである。   FIG. 7 is a powder X-ray diffraction pattern obtained by measuring the Schwertmannite synthesized in Comparative Example 1. It is a typical Schwertmannite diffraction pattern.

Figure 2020062614
Figure 2020062614

表5に収着試験に用いた試験液をまとめた。重クロム酸イオンの場合のみカリウム塩を用い、それ以外はナトリウム塩を純水に溶解して試験液を作成した。試験液AおよびBに関しては、すべての実施例、比較例の収着試験に使用した。また、湿熱環境下に放置した後の劣化を比較するためには試験液Aを用いた。試験液C、D、E、Fは実施例2と比較例1を用いた収着試験に使用した。   Table 5 summarizes the test solutions used in the sorption test. A potassium salt was used only in the case of dichromate ion, and a sodium salt was dissolved in pure water to prepare a test solution. Test liquids A and B were used in the sorption tests of all Examples and Comparative Examples. Further, the test liquid A was used to compare the deterioration after being left in a moist heat environment. The test liquids C, D, E, and F were used for the sorption test using Example 2 and Comparative Example 1.

評価方法 強制劣化
実施例1〜3、及び比較例1の収着材各1gを容量50mlの広口ポリ瓶に量り採り、蓋をせずに、50℃、相対湿度98%に設定した恒温恒湿器内に2週間放置した。恒温恒湿器から取り出したサンプルを50℃で一晩真空乾燥し、後述する有害陰イオン収着試験により評価を行って劣化の程度を調べた。
Evaluation method 1 g of each of the sorbents of forced deterioration Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 was weighed into a wide-mouthed plastic bottle having a capacity of 50 ml, and a constant temperature and constant humidity set to 50 ° C. and 98% relative humidity without a lid. It was left in the container for 2 weeks. The sample taken out from the thermo-hygrostat was vacuum dried at 50 ° C. overnight, and evaluated by a harmful anion sorption test described later to examine the degree of deterioration.

収着試験
表1に示す試験液A、Bについては、100mlのポリプロピレン製瓶に各収着材サンプルを実施例1および比較例2の場合は0.25g、実施例2、3および比較例3、4の場合は0.5gを量りとり、前記試験液50mlを入れ、密栓した。粉末状シュベルトマナイトである比較例1の場合は、試験液Aに対しては0.1g、B液に対しては0.05gをそれぞれ量りとり、前記試験液50mlを入れ、密栓した。
表1に示す試験液C〜Fについては、100mlのポリプロピレン製瓶に各収着材サンプルを実施例1の場合は0.25g、実施例2、3の場合は0.5gを量りとり、前記試験液50mlを入れ、密栓した。粉末状シュベルトマナイトである比較例1の場合は、0.05gをそれぞれ量りとり、前記試験液50mlを入れ、密栓した。
なお、試験液に加える収着材の量は、担持量の異なるそれぞれの収着材の収着容量を測定するため、有害物質の収着量が最大でも全量の80%未満となるような量にしたためにサンプル採取量を変えている。
水浴を備えた振とう機にこれらのポリ瓶をセットし、40℃で24時間振とうした。振とう終了後、収着材と試験液を孔径0.45μmの親水性メンブレンフィルターで濾別し、ろ液中の有害物質濃度をICP−AES(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製 iCAP7600)で測定した。フッ素については、イオンクロマトグラフィー(カラム;IonPacTM AS12A(DIONEX社製、φ4mm×200mm)で測定した。各サンプルの有害物質収着量(mmol/g)を担体とした多孔体を含む収着材全体に対する場合と、担持されたシュベルトマナイトに対する場合それぞれ計算した。
Sorption Test For the test liquids A and B shown in Table 1, each sorbent material sample was placed in a 100 ml polypropylene bottle and 0.25 g in the case of Example 1 and Comparative Example 2, Examples 2 and 3 and Comparative Example 3 In the case of 4, 0.5 g was weighed, 50 ml of the test solution was added, and the container was tightly stoppered. In the case of Comparative Example 1 which is a powdered schwertmannite, 0.1 g of the test solution A and 0.05 g of the solution B were weighed, and 50 ml of the test solution was put therein and tightly stoppered.
Regarding the test liquids C to F shown in Table 1, 0.25 g of each sorbent sample was weighed in a 100 ml polypropylene bottle in the case of Example 1 and 0.5 g in the case of Examples 2 and 3, and A test solution (50 ml) was put therein and the container was tightly closed. In the case of Comparative Example 1 which is a powdered Schwertmannite, 0.05 g of each was weighed, 50 ml of the test liquid was put therein, and the container was sealed.
In addition, the amount of sorbent added to the test solution is such that the sorption amount of harmful substances is less than 80% of the total amount because the sorption capacity of each sorbent with different loading is measured. Because of this, the amount of sample collected is changed.
These plastic bottles were set on a shaker equipped with a water bath and shaken at 40 ° C. for 24 hours. After the shaking was completed, the sorbent and the test solution were separated by filtration with a hydrophilic membrane filter having a pore size of 0.45 μm, and the concentration of harmful substances in the filtrate was measured by ICP-AES (iCAP7600 manufactured by Thermo Fisher Scientific Co.). . Fluorine was measured by ion chromatography (column; IonPac ™ AS12A (φ4 mm × 200 mm, manufactured by DIONEX). The entire sorbent material including a porous body using the toxic substance sorption amount (mmol / g) of each sample as a carrier. And for supported Schwertmannite were calculated respectively.

Claims (7)

少なくとも下記の二つの工程を含むことを特徴とする、多孔体にシュベルトマナイトが担持された、陰イオン収着材の製造方法。
第1の工程:多孔体に鉄塩の溶液を含浸する工程。
第2の工程:多孔体の孔内部および表面において、含浸した鉄塩を原料としてシュベルトマナイトを合成する工程。
A method for producing an anion sorbent in which schwertmannite is supported on a porous body, comprising at least the following two steps.
First step: a step of impregnating a porous body with a solution of an iron salt.
Second step: a step of synthesizing schwertmannite using the impregnated iron salt as a raw material inside and on the pores of the porous body.
前記第2の工程において、硫酸イオンを含み、かつpHが2.5〜4.5の溶液に第1の工程で得られた、鉄塩を含浸した多孔体を加え、それ以降pHを2.5〜4.5の間を維持するように適宜pH調整することを特徴とする、請求項1に記載の陰イオン収着材の製造方法。   In the second step, the iron salt-impregnated porous body obtained in the first step was added to a solution containing sulfate ions and having a pH of 2.5 to 4.5, and then the pH was adjusted to 2. The method for producing an anion sorbent according to claim 1, wherein the pH is appropriately adjusted so as to maintain a value between 5 and 4.5. 前記第1の工程で多孔体に鉄塩を含浸させた後、乾燥させて鉄塩を固体とするか濃度を上げて流動性を抑制してから、第2の工程を実施することを特徴とする請求項1又は2に記載の陰イオン収着材の製造方法。   In the first step, after impregnating the porous body with the iron salt, the porous body is dried to solidify the iron salt or increase the concentration to suppress fluidity, and then the second step is performed. The method for producing the anion sorbent material according to claim 1 or 2. 前記多孔体構成する物質が岩石、セラミック、ガラスなどの無機物質であって、無機繊維の絡み合いによるものではなく、多孔体を形成する物質と内部の空孔がそれぞれ連続的につながっていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の陰イオン収着材の製造方法。   The substance constituting the porous body is an inorganic substance such as rock, ceramic, or glass, and it is not due to the entanglement of inorganic fibers, but the substance forming the porous body and the internal pores are continuously connected. The method for producing an anion sorbent according to any one of claims 1 to 3, which is characterized in that. 前記多孔体内部の連続してつながっている空孔の孔径が0.1〜10μmであることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の陰イオン収着材の製造方法。   The method for producing an anion sorbent according to any one of claims 1 to 4, wherein the pore diameters of the pores that are continuously connected inside the porous body are 0.1 to 10 µm. 請求項1から5のいずれか一項に記載の製造方法で製造した陰イオン収着材を、陰イオン性有害物質を含む液体または固体に接触させることを特徴とする、陰イオン性有害物質を吸着除去または不溶化する方法。   An anionic toxic substance, characterized in that the anionic sorbent produced by the production method according to any one of claims 1 to 5 is brought into contact with a liquid or solid containing an anionic toxic substance. Method of adsorption removal or insolubilization. 陰イオン性有害物質がヒ素、セレン、フッ素、クロム、ヨウ素のいずれかの元素を含む陰イオン性有害物質である、請求項6に記載の陰イオン性有害物質を吸着除去または不溶化する方法。   The method for adsorbing, removing or insolubilizing an anionic harmful substance according to claim 6, wherein the anionic harmful substance is an anionic harmful substance containing any element of arsenic, selenium, fluorine, chromium and iodine.
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