JP2021116516A - Composite of cellulose and inorganic porous coordination polymer, and production method of the same, composite of cellulose and metal organic framework, and production method of the same - Google Patents

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Abstract

To provide a composite carrying a large amount of inorganic porous coordination polymer which is scarcely eliminated and has sufficient hardness, and a production method of the same, and to provide a composite carrying a large amount of metal organic framework (MOF) which is scarcely eliminated and has sufficient hardness, and a production method of the same.SOLUTION: A composite which is a composite including cellulose and an inorganic porous coordination polymer and in which a carrying ratio of the inorganic porous coordination polymer after ultrasonic cleaning operation of the composite is 4-60 wt.%, and a production method of the composite are disclosed. A composite which is a composite including cellulose and a metal organic framework and in which a carrying ratio of the metal organic framework after ultrasonic cleaning operation of the composite is 4-60 wt.%, and a production method of the composite are disclosed.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、セルロースと無機系多孔性配位高分子との複合体、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a complex of cellulose and an inorganic porous coordination polymer, and a method for producing the complex.

本発明は、セルロースと金属有機構造体の複合体、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a complex of cellulose and a metal-organic framework, and a method for producing the same.

セルロースとは分子式(C6105nで表される構造を持ち、多数のβ−グルコース分子がグリコシド結合により直鎖状に重合した天然の高分子である。石油を原料とする合成高分子とは異なり天然から産出され、さらに生分解性も有することから地球環境に優しい素材である。また、セルロースは合成高分子にはない様々な特徴を有している。その特徴の具体例としては、(i)化学的に比較的安定であり各種の溶媒に溶解しにくいこと、(ii)耐熱性を有しある程度の高温でも分解せず、溶融もしないこと、(iii)親水性だけでなく親油性も併せ持つこと、(iv)燃焼時に有害物の発生が少ないこと、(v)特殊な溶媒に溶解させることで様々な形に成形が可能なこと、(vi)水酸基を利用して化学反応を行うことで機能を付与できること、(vii)人体に対して毒性が低いこと、(viii)蛋白質などの物質と相互作用を起こしにくいこと、等が挙げられる。 Cellulose has a structure represented by the molecular formula (C 6 H 10 O 5 ) n , and is a natural polymer in which a large number of β-glucose molecules are linearly polymerized by glycosidic bonds. Unlike synthetic polymers made from petroleum, it is naturally produced and is also biodegradable, making it a material that is friendly to the global environment. In addition, cellulose has various characteristics that synthetic polymers do not have. Specific examples of its characteristics are (i) it is chemically relatively stable and difficult to dissolve in various solvents, and (ii) it has heat resistance and does not decompose or melt even at a certain high temperature. iii) Not only hydrophilic but also lipophilic, (iv) less harmful substances are generated during combustion, (v) can be molded into various shapes by dissolving in a special solvent, (vi) It is possible to impart a function by carrying out a chemical reaction using a hydroxyl group, (vii) it is less toxic to the human body, (viii) it is difficult to interact with a substance such as a protein, and the like.

また、セルロースを一度溶解し再生したセルロースは再生セルロースと呼ばれ、任意の形状に成形できるだけでなく構造体の内部に微多孔構造であるボイドを持たせることができる。天然セルロースや再生セルロースはその特徴を生かし、各種繊維、各種不織布、包装用フィルム、賦形剤、人工腎臓、フィルター、細胞培養基材など様々な形状で様々な用途に用いられている。更に近年では、セルロースナノファイバーに関する検討がなされている。更にマイクロプラスチック問題を契機に、生分解性があるセルロースは古くて新しい素材として再注目を浴びており、新しい活用が期待されている。 Further, cellulose obtained by dissolving and regenerating cellulose once is called regenerated cellulose, and not only can it be formed into an arbitrary shape, but also a void having a microporous structure can be provided inside the structure. Taking advantage of its characteristics, natural cellulose and regenerated cellulose are used for various purposes in various shapes such as various fibers, various non-woven fabrics, packaging films, excipients, artificial kidneys, filters, and cell culture substrates. Furthermore, in recent years, studies have been made on cellulose nanofibers. Furthermore, due to the microplastic problem, biodegradable cellulose has been regaining attention as an old and new material, and new utilization is expected.

多孔性配位高分子(Porous Coordination Polymer、以下PCPと表記する。)は、金属イオンと配位子が架橋したフレームワーク構造をもち、構造中に細孔を有する化合物の総称である。PCPのうち、金属イオンが有機配位子に架橋されることでフレームワーク構造が形成されたものは、一般的に金属有機構造体(Metal Organic Framework、以下、MOFと表記する。)と呼ばれる。MOFには含まれないPCP、即ち金属イオンと極めて単純な構造を持つ配位子(例えば、酸化物イオン、硫化物イオン、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、シアン化物イオン、シアネートイオン、チオシアン化物イオンなど)のみから構成されている化合物や、フレームワーク構造中に金属イオンに配位した有機配位子が存在しない化合物のことを、本明細書中、無機系PCPと呼称する。無機系PCPの例としては、鉄とシアン化物イオンからなるプルシアンブルー(Prussian Blue、以下、PBと表記する。)や、金属イオンと酸化物イオンからなるアニオン性クラスターであるポリオキソメタレートと任意のカチオン(例えば、金属イオン、マクロカチオン、アルキルアンモニウムイオンなど)から構成される多孔質結晶性固体などが挙げられる。 Porous Coordination Polymer (hereinafter referred to as PCP) is a general term for compounds having a framework structure in which metal ions and ligands are crosslinked and having pores in the structure. Among PCPs, those in which a framework structure is formed by cross-linking metal ions with an organic ligand are generally called a metal-organic framework (hereinafter referred to as MOF). PCP not contained in MOF, that is, a ligand having a very simple structure with a metal ion (for example, oxide ion, sulfide ion, fluoride ion, chloride ion, bromide ion, iodide ion, cyanide ion) , Cyanate ion, thiocyanide ion, etc.) and compounds in which there is no organic ligand coordinated to the metal ion in the framework structure are referred to as inorganic PCP in the present specification. Call it. Examples of inorganic PCPs include Prussian blue (hereinafter referred to as PB) composed of iron and cyanide ions, and polyoxometallate which is an anionic cluster composed of metal ions and oxide ions. Examples thereof include a porous crystalline solid composed of cations (for example, metal ion, macrocation, alkylammonium ion, etc.).

PBは紺青とも呼ばれ、古くから顔料として利用されてきたが、近年は機能性材料としての側面からも注目を集めている。PBが結晶構造中に有する細孔を利用した吸着剤や、鉄イオンの価数変化を利用したエレクトロクロミック材料、電極材料などへの応用が提案されている。PBを構成する鉄(II)イオン・鉄(III)イオンを他の金属種で置換した一連の化合物群はプルシアンブルー類縁体(Prussian Blue Analogues、以下、PBAと表記する。)と呼ばれる。PBAは、PBと同様に結晶構造中に細孔を有し、金属種の組合せによって色調、安定性、結晶構造、電子構造などの各種物性を調整することが可能であるため、PBと同様に機能性材料として注目を集めている。 PB, also called navy blue, has been used as a pigment for a long time, but in recent years it has been attracting attention from the aspect of being a functional material. Applications to adsorbents that utilize the pores of PB in the crystal structure, electrochromic materials that utilize changes in the valence of iron ions, electrode materials, and the like have been proposed. A series of compounds in which iron (II) ions and iron (III) ions constituting PB are replaced with other metal species are called Prussian Blue Analogues (hereinafter referred to as PBA). Like PB, PBA has pores in the crystal structure, and various physical properties such as color tone, stability, crystal structure, and electronic structure can be adjusted by combining metal species. Therefore, PBA is similar to PB. It is attracting attention as a functional material.

PBAの製造方法は、金属イオンが溶けた溶液とヘキサシアノ金属酸塩が溶けた溶液を常温常圧で混合し合成する手法以外にも、高温高圧下で合成する手法、溶液中にマイクロ波や超音波を与えながら合成する手法、原料を固体状態で混合しボールミルなどで機械的な衝撃を与えながら合成する手法などが挙げられる。いずれの場合でもPBAは粉末の状態で得られ、合成後は洗浄を経て膜ろ過や遠心分離などを行い回収される。PBA以外の無機系PCPを製造する場合も、基本的には粉末の状態で得られる。しかしながら、粉末の状態では用途によってはハンドリング上の問題が生じる場合がある。この課題を解決するために、何らかの支持体に無機系PCPを担持させた複合体として利用する方法が提案されている。 In addition to the method of mixing and synthesizing a solution in which metal ions are dissolved and a solution in which hexacyanometallate is dissolved at normal temperature and pressure, the method of synthesizing PBA is a method of synthesizing under high temperature and high pressure, and microwave or super in the solution. Examples include a method of synthesizing while applying sound waves, and a method of mixing raw materials in a solid state and synthesizing while applying a mechanical impact with a ball mill or the like. In either case, PBA is obtained in the form of powder, and after synthesis, it is recovered by membrane filtration, centrifugation, etc. after washing. When producing an inorganic PCP other than PBA, it is basically obtained in the form of powder. However, in the powder state, handling problems may occur depending on the application. In order to solve this problem, a method of using it as a complex in which an inorganic PCP is supported on some kind of support has been proposed.

以下の特許文献1には、綿ニットを支持体とし、アクリル酸エステル樹脂をバインダーに用い、金属有機構造体の一種であるHKUST−1粉末を担持させることにより、セルロースとHKUST−1の複合ニットを得る方法が報告されている。 In the following Patent Document 1, a cotton knit is used as a support, an acrylic acid ester resin is used as a binder, and HKUST-1 powder, which is a kind of metal-organic framework, is supported, thereby carrying a composite knit of cellulose and HKUST-1. The method of obtaining is reported.

以下の特許文献2には、セルロース繊維を支持体とし、第1液であるヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム水溶液とセルロース繊維を混合した溶液と、第2液である塩化鉄(III)水溶液を混合することにより、PBがセルロースの表面に定着した複合体を得る方法が報告されている。 In Patent Document 2 below, a solution obtained by mixing a first solution, an aqueous solution of potassium hexacyanoferrate (II) and a cellulose fiber, and a second solution, an aqueous solution of iron (III) chloride, are mixed with cellulose fibers as a support. A method of obtaining a complex in which PB is fixed on the surface of cellulose has been reported.

以下の特許文献3には、再生セルロース不織布を支持体とし、予め合成したPBAの分散液を含浸させ、乾燥させることにより、セルロースとPBAの複合体を得る方法が報告されている。 The following Patent Document 3 reports a method of obtaining a composite of cellulose and PBA by using a regenerated cellulose non-woven fabric as a support, impregnating it with a dispersion liquid of PBA synthesized in advance, and drying it.

以下の特許文献4には、酸化セルロースナノファイバーを支持体とし、硝酸亜鉛水溶液で処理することでカルボキシル基の対イオンとして亜鉛イオンを導入し洗浄を行い、更に2−イミダゾールカルバルデヒドのDMF溶液を加えることにより、金属有機構造体の一種であるMOF−90とセルロースとの複合体を得る方法が報告されている。 In the following Patent Document 4, a cellulose oxide nanofiber is used as a support, and zinc ion is introduced as a counterion of a carboxyl group by treating with an aqueous solution of zinc nitrate for washing, and a DMF solution of 2-imidazole carbaldehyde is further prepared. By adding, a method of obtaining a complex of MOF-90, which is a kind of metal-organic framework, and cellulose has been reported.

以下の特許文献5には、ポリエーテルスルホンを溶かしたDMAc溶液に酸化亜鉛微粒子を分散させ、アプリケーターで塗工し加熱乾燥させることで酸化亜鉛粒子を分散した膜を調製し、更に2−メチルイミダゾールのDMAc溶液を加えることにより、金属有機構造体の一種であるZIF−8とポリエーテルスルホンとの複合体を得る方法が報告されている。 In the following Patent Document 5, zinc oxide fine particles are dispersed in a DMAc solution in which a polyether sulfone is dissolved, coated with an applicator and dried by heating to prepare a film in which zinc oxide particles are dispersed, and further 2-methylimidazole. A method of obtaining a complex of ZIF-8, which is a kind of metal-organic framework, and a polyether sulfone by adding a DMAc solution of the above has been reported.

セルロースとは分子式(C6105nで表される構造を持ち、多数のβ−グルコース分子がグリコシド結合により直鎖状に重合した天然の高分子である。石油を原料とする合成高分子とは異なり天然から産出され、さらに生分解性も有することから地球環境に優しい素材である。また、セルロースは合成高分子にはない様々な特徴を有している。その特徴の具体例としては、(i)化学的に比較的安定であり各種の溶媒に溶解しにくいこと、(ii)耐熱性を有しある程度の高温でも分解せず、溶融もしないこと、(iii)親水性だけでなく親油性も併せ持つこと、(iv)燃焼時に有害物の発生が少ないこと、(v)特殊な溶媒に溶解させることで様々な形に成形が可能なこと、(vi)水酸基を利用して化学反応を行うことで機能を付与できること、(vii)人体に対して毒性が低いこと、(viii)蛋白質などの物質と相互作用を起こしにくいこと、等が挙げられる。 Cellulose has a structure represented by the molecular formula (C 6 H 10 O 5 ) n , and is a natural polymer in which a large number of β-glucose molecules are linearly polymerized by glycosidic bonds. Unlike synthetic polymers made from petroleum, it is naturally produced and is also biodegradable, making it a material that is friendly to the global environment. In addition, cellulose has various characteristics that synthetic polymers do not have. Specific examples of its characteristics are (i) it is chemically relatively stable and difficult to dissolve in various solvents, and (ii) it has heat resistance and does not decompose or melt even at a certain high temperature. iii) Not only hydrophilic but also lipophilic, (iv) less harmful substances are generated during combustion, (v) can be molded into various shapes by dissolving in a special solvent, (vi) It is possible to impart a function by carrying out a chemical reaction using a hydroxyl group, (vii) it is less toxic to the human body, (viii) it is difficult to interact with a substance such as a protein, and the like.

また、セルロースを一度溶解し再生したセルロースは再生セルロースと呼ばれ、任意の形状に成形できるだけでなく構造体の内部に微多孔構造であるボイドを持たせることができる。天然セルロースや再生セルロースはその特徴を生かし、各種繊維、各種不織布、包装用フィルム、賦形剤、人工腎臓、フィルター、細胞培養基材など様々な形状で様々な用途に用いられている。更に近年では、セルロースナノファイバーに関する検討がなされている。更にマイクロプラスチック問題を契機に、生分解性があるセルロースは古くて新しい素材として再注目を浴びており、新しい活用が期待されている。 Further, cellulose obtained by dissolving and regenerating cellulose once is called regenerated cellulose, and not only can it be formed into an arbitrary shape, but also a void having a microporous structure can be provided inside the structure. Taking advantage of its characteristics, natural cellulose and regenerated cellulose are used for various purposes in various shapes such as various fibers, various non-woven fabrics, packaging films, excipients, artificial kidneys, filters, and cell culture substrates. Furthermore, in recent years, studies have been made on cellulose nanofibers. Furthermore, due to the microplastic problem, biodegradable cellulose has been regaining attention as an old and new material, and new utilization is expected.

一方で近年では、金属有機構造体(MOF:Metal Organic Framework)に関する検討も盛んになされており、新しい活用が期待されている素材である。MOFは、金属イオンと有機配位子の自己集合によって得られる素材であり、結節点となる金属イオンが有機配位子に架橋されることでフレームワーク構造が形成された結晶性の多孔質材料である。MOFとしては、例えば、銅とトリメシン酸からなるHKUST−1、亜鉛とテレフタル酸からなるMOF−5、亜鉛と2−メチルイミダゾールからなるZIF−8、鉄とテレフタル酸からなるMIL−53(Fe)、鉄と2,5−ジヒドロキシテレフタル酸からなるMOF−74(Fe)などが挙げられる。金属イオンと有機配位子の組み合わせによって無数の種類のMOFが存在する。尚、金属イオンと極めて単純な構造を持つ配位子(例えば、酸化物イオン、硫化物イオン、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、シアン化物イオン、シアネートイオン、チオシアン化物イオンなど)のみから構成されている化合物や、フレームワーク構造中に金属イオンに配位した有機配位子が存在しない化合物は、MOFには含まれない。例えば、鉄とシアン化物イオンからなるプルシアンブルー(PB)はMOFには含まれない。別の例として、金属イオンと酸化物イオンからなるアニオン性クラスターであるポリオキソメタレートと、任意のカチオン(例えば、金属イオン、マクロカチオン、アルキルアンモニウムイオンなど)から構成され、金属イオンに配位した有機配位子が存在しない多孔質結晶性固体は、MOFには含まれない。 On the other hand, in recent years, studies on metal-organic frameworks (MOFs) have been actively conducted, and new utilization is expected. MOF is a material obtained by self-assembly of metal ions and organic ligands, and is a crystalline porous material in which a framework structure is formed by cross-linking metal ions serving as nodes with organic ligands. Is. Examples of MOFs include HKUST-1, which is composed of copper and trimesic acid, MOF-5, which is composed of zinc and terephthalic acid, ZIF-8, which is composed of zinc and 2-methylimidazole, and MIL-53 (Fe), which is composed of iron and terephthalic acid. , MOF-74 (Fe) composed of iron and 2,5-dihydroxyterephthalic acid and the like. There are innumerable types of MOFs depending on the combination of metal ions and organic ligands. A ligand having an extremely simple structure with a metal ion (for example, oxide ion, sulfide ion, fluoride ion, chloride ion, bromide ion, iodide ion, cyanate ion, cyanate ion, thiocyanide ion) The MOF does not include a compound composed only of (such as) or a compound in which an organic ligand coordinated with a metal ion does not exist in the framework structure. For example, Prussian blue (PB), which consists of iron and cyanide ions, is not included in the MOF. As another example, it is composed of polyoxometallate, which is an anionic cluster consisting of metal ions and oxide ions, and an arbitrary cation (for example, metal ion, macrocation, alkylammonium ion, etc.) and is coordinated with the metal ion. The porous crystalline solid in which no organic ligand is present is not included in the MOF.

MOFの細孔は、同じく多孔質体として知られるシリカゲル、ゼオライト、活性炭と比較してサイズが揃っており周期的に配列している。金属イオンと配位子を選択することにより細孔のサイズや配列、比表面積、表面の極性などの物性を制御することができる。最近ではその細孔の特性を活かし水素貯蔵などのガス貯蔵、二酸化炭素の排出抑制などを目的としたガス分離など、様々な活用が検討されている。 The pores of the MOF are the same size and are arranged periodically as compared with silica gel, zeolite, and activated carbon, which are also known as porous bodies. By selecting metal ions and ligands, physical properties such as pore size and arrangement, specific surface area, and surface polarity can be controlled. Recently, various uses such as gas storage such as hydrogen storage and gas separation for the purpose of suppressing carbon dioxide emission have been studied by taking advantage of the characteristics of the pores.

MOFの合成は、金属イオンが溶けた溶液と配位子が溶けた溶液を常温常圧で混合し合成する手法以外にも、高温高圧下で混合し合成する手法、溶液中にマイクロ波や超音波を与えながら合成する手法、原料を固体状態で混合しボールミルなどで機械的な衝撃を与えながら合成する手法などが挙げられる。いずれの場合でもMOFは粉末や結晶粒子の状態で得られ、合成後は洗浄を経て膜ろ過や遠心分離などを行い回収される。しかしながら、粉末や粒子の状態では用途によってはハンドリング上の問題が生じる場合がある。この課題を解決するために、何らかの支持体にMOFを担持させた複合体として利用する方法が提案されている。 For the synthesis of MOF, in addition to the method of mixing and synthesizing a solution in which metal ions are dissolved and a solution in which a ligand is dissolved at normal temperature and pressure, a method of mixing and synthesizing under high temperature and high pressure, microwaves and ultrasonic waves in the solution Examples include a method of synthesizing while applying ultrasonic waves, and a method of mixing raw materials in a solid state and synthesizing while applying a mechanical impact with a ball mill or the like. In either case, MOF is obtained in the form of powder or crystal particles, and after synthesis, it is recovered by washing, membrane filtration, centrifugation, or the like. However, in the state of powder or particles, handling problems may occur depending on the application. In order to solve this problem, a method of using it as a complex in which MOF is supported on some kind of support has been proposed.

以下の特許文献1には、綿ニットを支持体とし、アクリル酸エステル樹脂をバインダーに用いてHKUST−1粉末を担持させることにより、セルロースとHKUST−1の複合ニットを得る方法が報告されている。 The following Patent Document 1 reports a method of obtaining a composite knit of cellulose and HKUST-1 by supporting HKUST-1 powder using a cotton knit as a support and an acrylic acid ester resin as a binder. ..

以下の特許文献2には、セルロース繊維を支持体とし、第1液であるヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム水溶液とセルロース繊維を混合した溶液と、第2液である塩化鉄(III)水溶液を混合することにより、PBがセルロースの表面に定着した複合体を得る方法が報告されている。 In Patent Document 2 below, a solution obtained by mixing a first solution, an aqueous solution of potassium hexacyanoferrate (II) and a cellulose fiber, and a second solution, an aqueous solution of iron (III) chloride, are mixed with cellulose fibers as a support. A method of obtaining a complex in which PB is fixed on the surface of cellulose has been reported.

以下の特許文献3には、再生セルロース不織布を支持体とし、予め合成したプルシアンブルー類縁体(PBA)の分散液を含浸させ、乾燥させることにより、セルロースとPBAの複合体を得る方法が報告されている。 The following Patent Document 3 reports a method of obtaining a composite of cellulose and PBA by impregnating a dispersion liquid of a pre-synthesized Prussian blue analog (PBA) with a regenerated cellulose non-woven fabric as a support and drying the mixture. ing.

以下の特許文献4には、酸化セルロースナノファイバーを支持体とし、硝酸亜鉛水溶液で処理することでカルボキシル基の対イオンとして亜鉛イオンを導入し洗浄を行い、更に2−イミダゾールカルバルデヒドのDMF溶液を加えることにより、MOF−90とセルロースとの複合体を得る方法が報告されている。 In the following Patent Document 4, a cellulose oxide nanofiber is used as a support, and zinc ion is introduced as a counterion of a carboxyl group by treating with an aqueous solution of zinc nitrate for washing, and a DMF solution of 2-imidazole carbaldehyde is further prepared. A method of obtaining a complex of MOF-90 and cellulose by addition has been reported.

以下の特許文献5には、ポリエーテルスルホンを溶かしたDMAc溶液に酸化亜鉛微粒子を分散させ、アプリケーターで塗工し加熱乾燥させることで酸化亜鉛粒子を分散した膜を調製し、更に2−メチルイミダゾールのDMAc溶液を加えることにより、ZIF−8とポリエーテルスルホンとの複合体を得る方法が報告されている。 In Patent Document 5 below, zinc oxide fine particles are dispersed in a DMAc solution in which a polyether sulfone is dissolved, coated with an applicator, and dried by heating to prepare a film in which zinc oxide particles are dispersed, and further 2-methylimidazole. A method of obtaining a complex of ZIF-8 and a polyether sulfone by adding a DMAc solution of ZIF-8 has been reported.

特開2019−88499号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-88499 特開2019−49063号公報JP-A-2019-49063 特許第6345774号公報Japanese Patent No. 6345774 特許第6566463号公報Japanese Patent No. 65664663 特表2019−523701号公報Special Table 2019-523701

無機系PCPを支持体に担持させた複合体として用いる場合、無機系PCPが脱離しにくい、無機系PCPの細孔が損なわれないことなどが要求される。更に無機系PCPを貯蔵や分離に用いる場合は、無機系PCPを多く担持できることが望ましい。また、複合体の利用方法にもよるが、複合体の強度が低いとハンドリングが悪くなるので、複合体の強度を低下させないような担持方法が望ましい。 When the inorganic PCP is used as a complex supported on a support, it is required that the inorganic PCP is not easily detached and that the pores of the inorganic PCP are not damaged. Further, when the inorganic PCP is used for storage or separation, it is desirable that a large amount of the inorganic PCP can be supported. Further, although it depends on the method of using the complex, if the strength of the complex is low, the handling becomes poor, so a supporting method that does not reduce the strength of the complex is desirable.

特許文献1のようにバインダーを用いれば簡単に複合体を得ることができるが、バインダーにより無機系PCPの細孔が塞がれて本来の性能が得られなくなる可能性や、バインダーの劣化や溶解によって無機系PCPが脱離する可能性が考えられる。特許文献2には、PBが脱離しにくく灰分歩留が高いことや、キャビテーション気泡の存在化での処理についての記載はあるが、実施例には灰分歩留のデータはなく、キャビテーション気泡の存在化で処理した例も記載されていない。特許文献3の方法では、セルロース表面に無機系PCPが物理吸着するだけなので無機系PCPが脱離しやすい状態となる。特許文献4に記載されているTEMPO酸化セルロースによるカルボキシル基の導入は、繊維表面で選択的に進行し内部は反応しないことが知られている。すなわちこの方法でも無機系PCPは繊維表面に担持されるため脱離するリスクがある。また、セルロースを酸化しているため、強度の低下、特に水中での強度低下が起こり、使用できる用途が限定される可能性がある。特許文献5の方法であれば支持体の内部に無機系PCPを担持することができるため、無機系PCPが脱離するリスクは低くなっている可能性はある。しかしながら、特許文献5に記載されているXRDパターンから分かるように、全ての亜鉛が2−メチルイミダゾールと反応して金属有機構造体へと変換されている訳ではない。すなわちこの方法では無機系PCPの担持量を増やすことは難しい。また、この方法では、支持体の種類、溶媒、前駆体として用いることができる微粒子に限りがあり、作製できる複合体に限りがある。 A composite can be easily obtained by using a binder as in Patent Document 1, but there is a possibility that the pores of the inorganic PCP may be blocked by the binder and the original performance may not be obtained, or the binder may be deteriorated or dissolved. It is conceivable that the inorganic PCP may be desorbed. Patent Document 2 describes that PB is difficult to desorb and has a high ash yield, and that the treatment is performed in the presence of cavitation bubbles. However, there is no ash yield data in the examples, and the presence of cavitation bubbles is present. There is no description of an example of processing by cavitation. In the method of Patent Document 3, since the inorganic PCP is only physically adsorbed on the surface of the cellulose, the inorganic PCP is easily desorbed. It is known that the introduction of a carboxyl group by TEMPO-oxidized cellulose described in Patent Document 4 proceeds selectively on the fiber surface and does not react inside. That is, even in this method, since the inorganic PCP is supported on the fiber surface, there is a risk of desorption. In addition, since cellulose is oxidized, the strength is lowered, particularly in water, which may limit the applications in which it can be used. Since the method of Patent Document 5 can support the inorganic PCP inside the support, there is a possibility that the risk of the inorganic PCP being detached is low. However, as can be seen from the XRD pattern described in Patent Document 5, not all zinc reacts with 2-methylimidazole and is converted into a metal-organic framework. That is, it is difficult to increase the amount of inorganic PCP supported by this method. Further, in this method, the types of supports, the solvent, and the fine particles that can be used as precursors are limited, and the complex that can be produced is limited.

本願発明者らは、上述の通り、既存技術によって得られる複合体は実用上要求される様々な性能について検討の余地があることを見出した。本発明が解決しようとする課題は、上記背景技術の水準に鑑み、無機系PCPの担持量が多く、脱離しにくく、十分な強度を有する複合体を提供すること、更には用いる用途に必要とされる様々な形状の複合体を提供することである。 As described above, the inventors of the present application have found that the complex obtained by the existing technology has room for study on various performances required for practical use. The problem to be solved by the present invention is to provide a complex having a large amount of inorganic PCP supported, difficult to be detached, and having sufficient strength in view of the level of the above background technology, and further, it is necessary for the application to be used. It is to provide a complex of various shapes to be made.

MOFを支持体に担持させた複合体として用いる場合、MOFが脱離しにくい、MOFの細孔が損なわれないことなどが要求される。更にMOFを貯蔵や分離に用いる場合は、MOFを多く担持できることが望ましい。また、複合体の利用方法にもよるが、複合体の強度が低いとハンドリングが悪くなるので、複合体の強度を低下させないような担持方法が望ましい。 When the MOF is used as a complex supported on a support, it is required that the MOF is not easily detached and that the pores of the MOF are not damaged. Further, when MOF is used for storage or separation, it is desirable that a large amount of MOF can be supported. Further, although it depends on the method of using the complex, if the strength of the complex is low, the handling becomes poor, so a supporting method that does not reduce the strength of the complex is desirable.

特許文献1のようにバインダーを用いれば簡単に複合体を得ることができるが、バインダーによりMOFの細孔が塞がれて本来の性能が得られなくなる可能性や、バインダーの劣化や溶解によってMOFが脱離する可能性が考えられる。特許文献2には、PBが脱離しにくく灰分歩留が高いことや、キャビテーション気泡の存在化での処理についての記載はあるが、実施例には灰分歩留のデータはなく、キャビテーション気泡の存在化で処理した例も記載されていない。特許文献3の方法では、セルロース表面にMOFが物理吸着するだけなのでMOFが脱離しやすい状態となる。特許文献4に記載されているTEMPO酸化セルロースによるカルボキシル基の導入は、繊維表面で選択的に進行し内部は反応しないことが知られている。すなわちこの方法でもMOFは繊維表面に担持されるため脱離するリスクがある。また、セルロースを酸化しているため、強度の低下、特に水中での強度低下が起こり、使用できる用途が限定される可能性がある。特許文献5の方法であれば支持体の内部にMOFを担持することができるため、MOFが脱離するリスクは低くなっている可能性はある。しかしながら、特許文献5に記載されているXRDパターンから分かるように、全ての亜鉛が2‐メチルイミダゾールと反応してMOFへと変換されている訳ではない。すなわちこの方法ではMOFの担持量を増やすことは難しい。またこの方法では、支持体の種類、溶媒、前駆体として用いることができる微粒子に限りがあり、作製できる複合体に限りがある。 A complex can be easily obtained by using a binder as in Patent Document 1, but there is a possibility that the pores of the MOF may be blocked by the binder and the original performance may not be obtained, or the MOF may be deteriorated or dissolved due to deterioration or dissolution of the binder. May be detached. Patent Document 2 describes that PB is difficult to desorb and has a high ash yield, and that the treatment is performed in the presence of cavitation bubbles. However, there is no ash yield data in the examples, and the presence of cavitation bubbles is present. There is no description of an example of processing by cavitation. In the method of Patent Document 3, since the MOF is only physically adsorbed on the surface of the cellulose, the MOF is easily desorbed. It is known that the introduction of a carboxyl group by TEMPO-oxidized cellulose described in Patent Document 4 proceeds selectively on the fiber surface and does not react inside. That is, even in this method, the MOF is supported on the fiber surface, so there is a risk of desorption. In addition, since cellulose is oxidized, the strength is lowered, particularly in water, which may limit the applications in which it can be used. Since the MOF can be supported inside the support by the method of Patent Document 5, the risk of MOF detachment may be low. However, as can be seen from the XRD pattern described in Patent Document 5, not all zinc reacts with 2-methylimidazole and is converted to MOF. That is, it is difficult to increase the amount of MOF supported by this method. Further, in this method, the types of supports, the solvent, and the fine particles that can be used as precursors are limited, and the complex that can be produced is limited.

本願発明者らは、上述の通り、既存技術によって得られる複合体は実用上要求される様々な性能について検討の余地があることを見出した。本発明が解決しようとする課題は、上記背景技術の水準に鑑み、MOFの担持量が多く、脱離しにくく、十分な強度を有する複合体を提供すること、更には用いる用途に必要とされる様々な形状の複合体を提供することである。 As described above, the inventors of the present application have found that the complex obtained by the existing technology has room for study on various performances required for practical use. The problem to be solved by the present invention is to provide a complex having a large amount of MOF supported, difficult to be detached, and having sufficient strength in view of the level of the above background technology, and further required for use. It is to provide complexes of various shapes.

本願発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討し実験を重ねた結果、金属イオンを含む溶媒にセルロースを溶解させ、セルロースが金属イオンを含む錯体を形成した状態で配位子溶液と反応させることにより、セルロース構造体の内部で無機系PCPを合成し、無機系PCPの担持量が多く、脱離しにくい複合体を提供できることを予想外に見出した。また、本願発明者らは、かかる手法では、複合体の形状を任意に変えることができ、用途に応じた複合体の形状を提供することができること、更には驚くべきことに本発明の複合体では、セルロース単独よりも強度が向上することも見出した。 As a result of diligent studies and repeated experiments in order to solve the above problems, the inventors of the present application dissolved cellulose in a solvent containing metal ions, and formed a complex containing metal ions with the ligand solution. It was unexpectedly found that by reacting, an inorganic PCP can be synthesized inside the cellulose structure, and a complex having a large amount of the inorganic PCP carried and which is difficult to be detached can be provided. Further, the inventors of the present application can arbitrarily change the shape of the complex by such a method, can provide the shape of the complex according to the application, and surprisingly, the complex of the present invention. We also found that the strength was improved compared to cellulose alone.

すなわち、本発明は以下のとおりのものである。
[1]セルロースと無機系多孔性配位高分子を含む複合体であって、該複合体の超音波洗浄操作後の無機系多孔性配位高分子の担持率が4重量%〜60重量%である、複合体。
[2]前記超音波洗浄操作が、洗浄槽内に純粋を入れた二周波切替式の超音波洗浄機を用い、以下の操作:
(1)前記無機系多孔性配位高分子を溶解又は分解しない溶媒と複合体が入ったガラス製容器を5分間超音波洗浄機にかける、
(2)前記ガラス製容器内の溶媒を入れ替える、
を合計3回行う操作である、前記[1]に記載の複合体。
[3]前記無機系多孔性配位高分子がプルシアンブルー類縁体である、前記[1]又は[2]に記載の複合体。
[4]前記セルロースが再生セルロースである、前記[1]〜[3]のいずれかに記載の複合体。
[5]短繊維、長繊維、織物、編物、不織布、フィルム、多孔膜、中空糸、粒子、又は微粒子のいずれかの形状を有する、前記[1]〜[4]のいずれかに記載の複合体。
[6]以下の工程:
セルロースが金属イオンを含む錯体として溶解しているセルロース溶液を調製する工程;
該セルロース溶液からセルロースと金属イオンを含む構造体を成形して得る工程;及び
得られた構造体を前記金属イオンと反応して無機系多孔性配位高分子を形成するアニオン種を含む溶液に、接触させて、セルロースと無機系多孔性配位高分子を含む複合体を得る工程;
を含む、前記[1]〜[5]のいずれかに記載の複合体の製造方法。
[7]前記金属イオンが、銅、亜鉛、カルシウム、カドミウム、コバルト、ニッケル、鉄、パラジウム、マグネシウムのいずれか、又はそれらのいずれかの組み合わせである、前記[6]に記載の方法。
That is, the present invention is as follows.
[1] A composite containing cellulose and an inorganic porous coordination polymer, wherein the carrying ratio of the inorganic porous coordination polymer after the ultrasonic cleaning operation of the composite is 4% by weight to 60% by weight. Is a complex.
[2] The ultrasonic cleaning operation uses a dual-frequency switching type ultrasonic cleaning machine in which pure water is placed in the cleaning tank, and the following operations are performed:
(1) A glass container containing a solvent and a composite that does not dissolve or decompose the inorganic porous coordination polymer is placed in an ultrasonic cleaner for 5 minutes.
(2) Replace the solvent in the glass container.
The complex according to the above [1], which is an operation of performing the above three times in total.
[3] The complex according to the above [1] or [2], wherein the inorganic porous coordination polymer is a Prussian blue analog.
[4] The complex according to any one of [1] to [3] above, wherein the cellulose is regenerated cellulose.
[5] The composite according to any one of [1] to [4] above, which has the shape of any of short fibers, long fibers, woven fabrics, knitted fabrics, non-woven fabrics, films, porous membranes, hollow fibers, particles, or fine particles. body.
[6] The following steps:
Step of preparing a cellulose solution in which cellulose is dissolved as a complex containing metal ions;
A step of molding a structure containing cellulose and metal ions from the cellulose solution; and a solution containing an anion species that reacts the obtained structure with the metal ions to form an inorganic porous coordination polymer. , A step of contacting to obtain a complex containing cellulose and an inorganic porous coordination polymer;
The method for producing a complex according to any one of the above [1] to [5], which comprises.
[7] The method according to the above [6], wherein the metal ion is any one of copper, zinc, calcium, cadmium, cobalt, nickel, iron, palladium, magnesium, or a combination thereof.

本願発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討し実験を重ねた結果、セルロースが金属イオンを含む錯体を形成した状態で配位子と反応させることにより、セルロース構造体の内部でMOFを合成し、MOFの担持量が多く、脱離しにくい複合体を提供できることを予想外に見出した。また、本願発明者らは、かかる手法では、複合体の形状を任意に変えることができ、用途に応じた複合体の形状を提供することができること、更には驚くべきことに本発明の複合体では、セルロース単独よりも強度が向上することも見出した。 As a result of diligent studies and experiments in order to solve the above problems, the inventors of the present application react with a ligand in a state where cellulose forms a complex containing a metal ion, thereby causing MOF inside the cellulose structure. We have unexpectedly found that we can provide a complex that carries a large amount of MOF and is difficult to detach. Further, the inventors of the present application can arbitrarily change the shape of the complex by such a method, can provide the shape of the complex according to the application, and surprisingly, the complex of the present invention. We also found that the strength was improved compared to cellulose alone.

すなわち、本発明は以下のとおりのものである。
[1]セルロースと金属有機構造体を含む複合体であって、該複合体の超音波洗浄操作後の金属有機構造体の担持率が4重量%〜60重量%である、複合体。
[2]前記超音波洗浄操作が、洗浄槽内に純水を入れた二周波切替式の超音波洗浄機を用い、以下の操作:
(1)前記金属有機構造体を溶解又は分解しない溶媒と前記複合体とが入ったガラス製容器を5分間超音波洗浄機にかける、
(2)該ガラス製容器内の該溶媒を入れ替える、
を合計3回行う操作である、前記[1]に記載の複合体。
[3]前記セルロースが再生セルロースである、前記[1]又は[2]に記載の複合体。
[4]短繊維、長繊維、織物、編物、不織布、フィルム、多孔膜、中空糸、粒子、又は微粒子のいずれかの形状を有する、前記[1]〜[3]のいずれかに記載の複合体。
[5]以下の工程:
セルロースが金属イオンを含む錯体として溶解しているセルロース溶液を調製する工程; 該セルロース溶液から、セルロースと金属イオンを含む構造体を成形して得る工程;及び
得られた構造体を有機配位子溶液に接触させて、セルロースと金属有機構造体を含む複合体を得る工程;
を含む、前記[1]〜[4]のいずれかに記載の複合体の製造方法。
[6]前記金属イオンが、銅、亜鉛、カルシウム、カドミウム、コバルト、ニッケル、鉄、パラジウム、マグネシウムのいずれか、又はそれらのいずれかの組み合わせである、前記[5]に記載の方法。
That is, the present invention is as follows.
[1] A complex containing cellulose and a metal-organic framework, wherein the support ratio of the metal-organic structure after the ultrasonic cleaning operation of the complex is 4% by weight to 60% by weight.
[2] The ultrasonic cleaning operation uses a dual-frequency switching type ultrasonic cleaning machine in which pure water is placed in a cleaning tank, and the following operation:
(1) A glass container containing the solvent that does not dissolve or decompose the metal-organic framework and the complex is placed in an ultrasonic cleaner for 5 minutes.
(2) Replace the solvent in the glass container.
The complex according to the above [1], which is an operation of performing the above three times in total.
[3] The complex according to the above [1] or [2], wherein the cellulose is regenerated cellulose.
[4] The composite according to any one of [1] to [3] above, which has the shape of any of short fibers, long fibers, woven fabrics, knitted fabrics, non-woven fabrics, films, porous membranes, hollow fibers, particles, or fine particles. body.
[5] The following steps:
A step of preparing a cellulose solution in which cellulose is dissolved as a complex containing metal ions; a step of forming a structure containing cellulose and metal ions from the cellulose solution; and a step of obtaining the obtained structure as an organic ligand. The step of contacting with a solution to obtain a complex containing cellulose and a metallic organic structure;
The method for producing a complex according to any one of the above [1] to [4], which comprises.
[6] The method according to the above [5], wherein the metal ion is any one of copper, zinc, calcium, cadmium, cobalt, nickel, iron, palladium, magnesium, or a combination thereof.

本発明によれば、無機系PCPの担持量が多く、脱離しにくく、ハンドリングが良好で、任意の形状を有する複合体を得ることができ、貯蔵材料、吸着材料、分離材料、徐放材料、電子材料など様々な用途に用いることができる。 According to the present invention, a composite having a large amount of inorganic PCP supported, difficult to be detached, good handling, and having an arbitrary shape can be obtained, and a storage material, an adsorption material, a separation material, a sustained release material, It can be used for various purposes such as electronic materials.

本発明によれば、MOFの担持量が多く、脱離しにくく、ハンドリングが良好で、任意の形状を有する複合体を得ることができ、貯蔵材料、吸着材料、分離材料、徐放材料など様々な用途に用いることができる。 According to the present invention, a complex having a large amount of MOF supported, difficult to be detached, good handling, and having an arbitrary shape can be obtained, and various materials such as a storage material, an adsorption material, a separation material, and a sustained release material can be obtained. It can be used for various purposes.

実施例5で得られたセルロース−PBA(Cu,Fe)複合体のX線回折データである。It is the X-ray diffraction data of the cellulose-PBA (Cu, Fe) complex obtained in Example 5. 実施例5で得られたセルロース−PBA(Cu,Fe)複合体の表面SEM写真である。6 is a surface SEM photograph of the cellulose-PBA (Cu, Fe) complex obtained in Example 5. 実施例5で得られたセルロース−PBA(Cu,Fe)複合体の断面TEM写真である。5 is a cross-sectional TEM photograph of the cellulose-PBA (Cu, Fe) complex obtained in Example 5.

実施例1で得られたセルロース−HKUST−1複合フィルムのX線回折データである。It is the X-ray diffraction data of the cellulose-HKUST-1 composite film obtained in Example 1. 実施例1で得られたセルロース−HKUST−1複合フィルムの表面SEM写真である。It is a surface SEM photograph of the cellulose-HKUST-1 composite film obtained in Example 1. 実施例1で得られたセルロース−HKUST−1複合フィルムの断面TEM写真である。3 is a cross-sectional TEM photograph of the cellulose-HKUST-1 composite film obtained in Example 1. 実施例7で得られたセルロース−HKUST−1複合長繊維不織布の光学写真である。It is an optical photograph of the cellulose-HKUST-1 composite long fiber non-woven fabric obtained in Example 7. 実施例12で得られたセルロース−MOF−2複合フィルムの断面TEM写真である。It is a cross-sectional TEM photograph of the cellulose-MOF-2 composite film obtained in Example 12.

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の1の実施形態は、セルロースと無機系多孔性配位高分子を含む複合体であって、該複合体の超音波洗浄操作後の無機系多孔性配位高分子の担持率が4重量%〜60重量%である、複合体である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
One embodiment of the present invention is a composite containing cellulose and an inorganic porous coordination polymer, and the carrying ratio of the inorganic porous coordination polymer after the ultrasonic cleaning operation of the composite is 4 It is a complex having a weight of% to 60% by weight.

本願明細書中、用語「無機系多孔性配位高分子(無機系PCP)」とは、PCPのうち、金属イオンと極めて単純な構造を持つ配位子(例えば、酸化物イオン、硫化物イオン、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、シアン化物イオン、シアネートイオン、チオシアン化物イオンなど)のみから構成されている化合物や、フレームワーク構造中に金属イオンに配位した有機配位子が存在しない化合物を指す。無機系PCPの例としては、鉄とシアン化物イオンからなるプルシアンブルー(PB)や、金属イオンと酸化物イオンからなるアニオン性クラスターであるポリオキソメタレートと任意のカチオン(例えば、金属イオン、マクロカチオン、アルキルアンモニウムイオンなど)から構成される多孔質結晶性固体などが挙げられる。 In the specification of the present application, the term "inorganic porous coordination polymer (inorganic PCP)" refers to a ligand (for example, oxide ion, sulfide ion) having an extremely simple structure with a metal ion among PCPs. , Fluoride ion, chloride ion, bromide ion, iodide ion, cyanate ion, cyanate ion, thiocyanate ion, etc.) Refers to a compound that does not have a ligand. Examples of inorganic PCPs are Prussian blue (PB), which consists of iron and cyanide ions, polyoxometallate, which is an anionic cluster consisting of metal ions and oxide ions, and arbitrary cations (eg, metal ions, macro). Examples include a porous crystalline solid composed of cations, alkylammonium ions, etc.).

本発明におけるPBAとは、ヘキサシアノ金属酸イオンを構築素子としたシアノ架橋型金属錯体であり、一般式:Axy[M’(CN)6z・nH2Oで示される組成をもち、2種の金属イオンM、M’がシアン化物イオンで架橋された構造をもつ化合物である。上記一般式においてAはアルカリ金属イオン、Mは第1の金属イオン、M’は第2の金属イオンであり、M、M’はあらゆる金属種の中から任意に選択され得る。したがって、本実施形態のPBAは、ヘキサシアノ金属酸の金属塩であると言い換えてもよい。M、M’の組み合わせによって様々な種類のPBAが存在する。M、M’の価数や合成条件によっては、PBAに原料由来のアルカリ金属イオンAが含まれる場合がある。本実施形態のPBAは、1種類単独で使用することも、2種類以上混合して使用することもできる。 The PBA in the present invention, a cyano bridged metal complex was constructed element hexacyano metal ion, the general formula: A x M y [M ' (CN) 6] has a composition represented by z · nH 2 O It is a compound having a structure in which two kinds of metal ions M and M'are crosslinked with cyanide ions. In the above general formula, A is an alkali metal ion, M is a first metal ion, M'is a second metal ion, and M and M'can be arbitrarily selected from any metal species. Therefore, the PBA of the present embodiment may be rephrased as a metal salt of hexacyanometallic acid. There are various types of PBA depending on the combination of M and M'. Depending on the valences of M and M'and the synthetic conditions, PBA may contain alkali metal ion A derived from a raw material. The PBA of the present embodiment may be used alone or in combination of two or more.

本実施形態のPBAを構成する第1の金属イオンとしては、様々な金属イオンを用いることができる。セルロースの内部にPBAを担持させるためには、セルロースの溶解に用いられる金属イオンを第1の金属イオンとすることが好ましい。中でもセルロースの溶解しやすさから、銅イオン、亜鉛イオン、カルシウムイオン、カドミウムイオン、コバルトイオン、ニッケルイオン、鉄イオン、パラジウムイオン、マグネシウムイオンがより好ましい。更に得られるセルロースがボイドを持つ銅イオンが特に好ましい。第1の金属イオンは1種類だけを用いても、2種類以上を混合して用いてもよい。 Various metal ions can be used as the first metal ion constituting the PBA of the present embodiment. In order to support PBA inside the cellulose, it is preferable that the metal ion used for dissolving the cellulose is the first metal ion. Of these, copper ion, zinc ion, calcium ion, cadmium ion, cobalt ion, nickel ion, iron ion, palladium ion, and magnesium ion are more preferable because of the ease of dissolving cellulose. Further, copper ions in which the obtained cellulose has voids are particularly preferable. Only one type of the first metal ion may be used, or two or more types may be mixed and used.

本実施形態のPBAを構成する第2の金属イオンは、シアン化物イオンと6配位構造をとりうる金属種であればよく、目的に応じて自由に選ぶことができる。第2の金属イオンは1種類だけを用いても、2種類以上を混合して用いてもよい。 The second metal ion constituting the PBA of the present embodiment may be any metal species capable of having a hexacoordination structure with the cyanide ion, and can be freely selected according to the purpose. Only one type of the second metal ion may be used, or two or more types may be mixed and used.

本実施形態の複合体を構成するセルロースとしては、様々なセルロースを用いることができる。セルロースは親水性と親油性を併せ持ち、ほとんどの一般的な溶媒に対して不溶であるため、液体中から目的物質を分離する吸着分離や、反応を制御する触媒等に用いる際に様々な溶媒を使用できる。また、セルロースはある程度の耐熱性を有し溶融もしないため、幅広い温度範囲で使用することができる。更に、無機系PCPが吸着した対象物を回収する場合に様々な溶媒を用いることや、ある程度の熱的環境化で回収を行うことができる。本実施形態の複合体を構成するセルロースとしては、複合体として任意の形状に成形できる点から、再生セルロースが好ましい。中でも金属錯体系の溶媒である、銅アンモニア、カドキセン、コオキセン、ニオキセン、ジンコキセン、EWNN、などのセルロース溶液から得られる再生セルロースがより好ましい。これらの再生セルロースは得られるセルロースがボイドを持つ構造となり、その結果複合体の内部に存在する無機系PCPに分子がアクセスしやすくなり、貯蔵、吸着、分離、徐放などに利用しやすくなる。更に銅アンモニア法再生セルロースが、成形のしやすさとボイドを制御できる点から特に好ましい。 As the cellulose constituting the complex of the present embodiment, various celluloses can be used. Cellulose has both hydrophilicity and lipophilicity and is insoluble in most common solvents. Therefore, various solvents are used for adsorption separation to separate the target substance from the liquid, catalysts for controlling the reaction, etc. Can be used. In addition, since cellulose has a certain degree of heat resistance and does not melt, it can be used in a wide temperature range. Further, when recovering the object adsorbed by the inorganic PCP, various solvents can be used, and the recovery can be performed in a certain degree of thermal environment. As the cellulose constituting the complex of the present embodiment, regenerated cellulose is preferable because it can be molded into an arbitrary shape as a complex. Of these, regenerated cellulose obtained from a cellulosic solution such as copper ammonia, cadmium, cooxene, nioxene, zincoxene, and EWNN, which are metal complex solvents, is more preferable. These regenerated celluloses have a structure in which the obtained cellulose has voids, and as a result, the molecules can easily access the inorganic PCP existing inside the complex, and can be easily used for storage, adsorption, separation, sustained release, and the like. Further, cuprammonium-ray regenerated cellulose is particularly preferable from the viewpoint of ease of molding and control of voids.

本実施形態の複合体は、超音波洗浄操作後の無機系PCPの担持率(割合)が4重量%〜60重量%である。無機系PCPの割合が低いと、貯蔵、吸着、分離、徐放などの機能が不十分となる可能性がある。割合が60重量%を超えると複合体としての靭性が低くなり、使い方によってはハンドリング上の問題が発生する可能性がある。性能面からは、割合は10重量%以上が好ましく、20重量%以上がより好ましく、30重量%以上が更に好ましい。ハンドリングの面からは、割合は50重量%以下が好ましく、40重量%以下がより好ましい。 In the composite of the present embodiment, the carrying ratio (ratio) of the inorganic PCP after the ultrasonic cleaning operation is 4% by weight to 60% by weight. If the proportion of inorganic PCP is low, functions such as storage, adsorption, separation, and sustained release may be insufficient. If the ratio exceeds 60% by weight, the toughness of the composite becomes low, and handling problems may occur depending on the usage. From the viewpoint of performance, the ratio is preferably 10% by weight or more, more preferably 20% by weight or more, and further preferably 30% by weight or more. From the viewpoint of handling, the ratio is preferably 50% by weight or less, more preferably 40% by weight or less.

超音波洗浄操作は、洗浄槽内に純水を入れた二周波切替式の超音波洗浄機を用い、無機系PCPを溶解または分解しない溶媒と複合体が入ったガラス製容器を5分間超音波洗浄機にかけて洗浄した後、ガラス製容器内の溶媒を新しいものに入れ替え、再度洗浄するという操作を合計3回行う。
本実施形態の複合体の洗浄の方法として超音波洗浄を選択した理由は、様々な形状の複合体を簡便に洗浄できるためである。尚、超音波洗浄を行う際は、無機系PCPが溶解又は分解しない溶媒を選択する必要がある。例えば、PBの場合には溶媒として純水を用いることができる。
本実施形態の複合体は、無機系PCPがセルロースの内部に一定量存在していることが好ましい。内部に存在する無機系PCPは脱離が起きにくいだけでなく、複合体の力学物性向上にも寄与すると考えられる。
For the ultrasonic cleaning operation, a dual-frequency switching ultrasonic cleaner containing pure water in a cleaning tank is used, and a glass container containing a solvent and a complex that does not dissolve or decompose inorganic PCP is ultrasonically cleaned for 5 minutes. After cleaning with a washing machine, the solvent in the glass container is replaced with a new one, and the operation of cleaning again is performed a total of three times.
The reason for selecting ultrasonic cleaning as the method for cleaning the complex of the present embodiment is that composites of various shapes can be easily cleaned. When performing ultrasonic cleaning, it is necessary to select a solvent in which the inorganic PCP does not dissolve or decompose. For example, in the case of PB, pure water can be used as the solvent.
In the complex of the present embodiment, it is preferable that a certain amount of inorganic PCP is present inside the cellulose. It is considered that the inorganic PCP existing inside is not only less likely to be desorbed, but also contributes to the improvement of the mechanical properties of the complex.

本実施形態の複合体の形状は、用途に応じて任意に選択することができる。例えば、短繊維、長繊維、織物、編物、不織布、フィルム、多孔膜、中空糸、粒子、微粒子などが挙げられる。これらを単独で用いても構わないし、複合させて使うことも可能である。また、別の素材と複合させて使うことも、何らかのモジュールに組み込んで使うことも可能である。更に使用する用途に応じてボイドのサイズや形状を任意に選択することができる。例えばガス分離を行う場合は密な構造とすることで非選択的なガス透過を防ぐことができるし、吸着分離を行う場合は疎な構造とすることで比表面積を増やし吸着効率を上げることができる。 The shape of the complex of the present embodiment can be arbitrarily selected depending on the intended use. For example, short fibers, long fibers, woven fabrics, knitted fabrics, non-woven fabrics, films, porous membranes, hollow fibers, particles, fine particles and the like can be mentioned. These may be used alone or in combination. It can also be used in combination with another material, or it can be used by incorporating it into some module. Furthermore, the size and shape of the void can be arbitrarily selected according to the intended use. For example, when gas separation is performed, a dense structure can prevent non-selective gas permeation, and when adsorption separation is performed, a sparse structure can be used to increase the specific surface area and increase the adsorption efficiency. can.

本発明の他の実施形態は、以下の工程:
セルロースが金属イオンを含む錯体として溶解しているセルロース溶液を調製する工程;
該セルロース溶液からセルロースと金属イオンを含む構造体を成形して得る工程;及び
得られた構造体を前記金属イオンと反応して無機系多孔性配位高分子を形成するアニオン種を含む溶液に、接触させて、セルロースと無機系多孔性配位高分子を含む複合体を得る工程;
を含む、前記[1]〜[5]のいずれかに記載の複合体の製造方法である。本実施形態の複合体の製造方法は、特に限定されるものではなく任意の手法を用いることができるが、セルロースが金属イオンを含む錯体として溶解しているセルロース溶液を調製し、前記のセルロース溶液からセルロースと金属イオンを含む構造体を製造し、前記構造体を、アニオン種を含む溶液に接触させることにより、セルロース構造体の内部で無機系PCPを合成する方法が好ましい。予め金属イオンがセルロースと錯体を形成しているため、セルロース溶液から成形して得た構造体はその内部に金属イオンが固定化された状態となり、ここにアニオン種を含む溶液を接触させると無機系PCPをセルロース構造体の内部に析出させることができる。セルロースを構成するグルコース環1つに対し1つの金属イオンが配位できることから、多くの金属イオンを構造体内部に固定化でき、大量の無機系PCPを担持することができる。例えば、溶媒として銅アンモニア溶液を用いた場合には、銅イオンはC2とC3の水酸基に配位していることが報告されている。この方法において、セルロース溶液から成形して得た構造体が凝固していない状態でアニオン種を含む溶液によって処理することで構造体の凝固と無機系PCPの合成を同時に行うこともできるし、セルロース溶液から成形して得た構造体をまずセルロースと金属イオンの配位が切れないような貧溶媒中で凝固させ、続いてアニオン種を含む溶液で処理することで無機系PCPの合成を行うこともできる。また、必要に応じその後にセルロースと金属イオンの配位を切るような処理を行ってもよい。また、本実施形態の複合体の作製を、セルロースが金属イオンを含む錯体を形成している状態でアニオン種を含む溶液によって処理する方法で行う場合、驚くべきことにセルロース単独よりも力学物性が向上する。正確な原理は不明だが、セルロース構造体の内部に存在する無機系PCPが補強材として寄与している可能性、セルロースと水素結合を形成し架橋剤として寄与している可能性、構造形成時に無機系PCPが存在することでセルロースの結晶構造自体が変化している可能性などが考えられる。複合体の力学物性の向上は、実使用の際にハンドリング性が向上するなどの利点に繋がる。
Other embodiments of the present invention include the following steps:
Step of preparing a cellulose solution in which cellulose is dissolved as a complex containing metal ions;
A step of molding a structure containing cellulose and metal ions from the cellulose solution; and a solution containing an anion species that reacts the obtained structure with the metal ions to form an inorganic porous coordination polymer. , A step of contacting to obtain a complex containing cellulose and an inorganic porous coordination polymer;
The method for producing a complex according to any one of [1] to [5] above, which comprises. The method for producing the complex of the present embodiment is not particularly limited, and any method can be used. However, a cellulose solution in which cellulose is dissolved as a complex containing metal ions is prepared, and the above-mentioned cellulose solution is prepared. A method of synthesizing an inorganic PCP inside the cellulose structure by producing a structure containing cellulose and metal ions from the cellulose structure and bringing the structure into contact with a solution containing an anion species is preferable. Since the metal ions form a complex with cellulose in advance, the structure obtained by molding from the cellulose solution is in a state where the metal ions are immobilized inside the structure, and when a solution containing anionic species is brought into contact with the structure, it is inorganic. The system PCP can be precipitated inside the cellulose structure. Since one metal ion can be coordinated to one glucose ring constituting cellulose, many metal ions can be immobilized inside the structure, and a large amount of inorganic PCP can be supported. For example, it has been reported that when a cuprammonium solution is used as a solvent, copper ions are coordinated with the hydroxyl groups of C2 and C3. In this method, the structure obtained by molding from the cellulose solution can be treated with a solution containing anionic species in a state where the structure is not coagulated, so that the structure can be coagulated and the inorganic PCP can be synthesized at the same time. The structure obtained by molding from the solution is first coagulated in a poor solvent that does not break the coordination of cellulose and metal ions, and then treated with a solution containing anionic species to synthesize an inorganic PCP. You can also. Further, if necessary, a treatment for cutting the coordination between the cellulose and the metal ion may be performed thereafter. Further, when the complex of the present embodiment is prepared by a method of treating with a solution containing an anion species in a state where cellulose forms a complex containing metal ions, the mechanical properties are surprisingly higher than those of cellulose alone. improves. The exact principle is unknown, but the inorganic PCP existing inside the cellulose structure may contribute as a reinforcing material, it may form a hydrogen bond with cellulose and contribute as a cross-linking agent, and it is inorganic at the time of structure formation. It is conceivable that the crystal structure of cellulose itself may have changed due to the presence of the system PCP. Improving the mechanical properties of the complex leads to advantages such as improved handling in actual use.

本実施形態の方法において、無機系PCPの担持量を高くできるという点では、セルロース溶液から成形して得た構造体が凝固していない状態でアニオン種を含む溶液によって処理することで構造体の凝固と無機系PCP(又はその中間体)の合成を同時に行う方法が好ましい。他方、セルロースの形状とボイドをコントロールできる点では、初めにセルロースと金属イオンの結合が切れないような貧溶媒で構造体を凝固させた後に、アニオン種を含む溶液で処理する方法が好ましい。また、アニオン種を含む溶液の濃度、温度、反応時間などの条件を変更することで、無機系PCPの担持率を調整することもできる。また、例えば、セルロースの溶媒として銅アンモニア溶液を用いた場合は、アンモニアの存在によりpHがアルカリ側になるため、無機系PCPの種類によっては析出しない場合もある。このような場合にもセルロースと金属イオンの結合が切れないような貧溶媒で脱アンモニアを行って構造体を凝固させた後に、アニオン種を含む溶液で処理する方法が好ましい。また、無機系PCPの種類によっては、アニオン種を含む溶液で処理するだけでは反応が不十分であったり、中間体が生成したりする場合がある。このような場合は必要に応じ、高圧処理、高温処理、酸性溶液での処理、アルカリ性溶液での処理、超音波処理、マイクロ波処理、などを行ってもよい。 In the method of the present embodiment, in that the amount of the inorganic PCP carried can be increased, the structure obtained by molding from the cellulose solution is treated with a solution containing anionic species in a state where it is not solidified. A method in which coagulation and synthesis of an inorganic PCP (or an intermediate thereof) are carried out at the same time is preferable. On the other hand, in terms of controlling the shape and voids of cellulose, a method of first coagulating the structure with a poor solvent such that the bond between cellulose and metal ions is not broken and then treating with a solution containing an anion species is preferable. Further, the carrier rate of the inorganic PCP can be adjusted by changing the conditions such as the concentration, temperature, and reaction time of the solution containing the anionic species. Further, for example, when a cuprammonium solution is used as the solvent for cellulose, the pH becomes alkaline due to the presence of ammonia, so that it may not precipitate depending on the type of inorganic PCP. Even in such a case, a method is preferable in which deammonia is performed with a poor solvent such that the bond between cellulose and the metal ion is not broken to solidify the structure, and then the structure is treated with a solution containing an anion species. Further, depending on the type of inorganic PCP, the reaction may be insufficient or an intermediate may be formed only by treating with a solution containing an anionic species. In such a case, if necessary, high-pressure treatment, high-temperature treatment, treatment with an acidic solution, treatment with an alkaline solution, ultrasonic treatment, microwave treatment, or the like may be performed.

本実施形態のセルロースの内部で無機系PCPを合成した後は、必要に応じて洗浄処理を行うことができる。未反応の金属イオンやアニオン種が複合体の中に残留している場合は、それらを溶解することができ合成した無機系PCPを分解しないような溶媒で洗浄することができる。たとえば、セルロース−PB複合体の場合には溶媒として純水を用いることができる。 After synthesizing the inorganic PCP inside the cellulose of the present embodiment, a washing treatment can be performed if necessary. If unreacted metal ions or anionic species remain in the complex, they can be dissolved and washed with a solvent that does not decompose the synthesized inorganic PCP. For example, in the case of a cellulose-PB complex, pure water can be used as the solvent.

本実施形態の複合体は、必要に応じ乾燥して用いても構わないし、乾燥させずにそのまま用いても、溶媒置換して用いても構わない。合成した無機系PCPが溶媒和しており活性が低い際は、乾燥や活性化処理が必要になる場合がある。また、セルロースのボイドを維持したい場合は溶媒置換乾燥を行うか、乾燥させずにそのまま用いることができる。 The complex of the present embodiment may be used after being dried, if necessary, may be used as it is without being dried, or may be used after being replaced with a solvent. When the synthesized inorganic PCP is solvated and has low activity, drying or activation treatment may be required. Further, when it is desired to maintain the void of cellulose, solvent replacement drying can be performed, or the cellulose can be used as it is without drying.

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の1の実施形態は、セルロースと金属有機構造体を含む複合体であって、該複合体の超音波洗浄操作後の金属有機構造体の担持率が4重量%〜60重量%である、複合体である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
One embodiment of the present invention is a complex containing cellulose and a metal-organic framework, and the support ratio of the metal-organic structure after the ultrasonic cleaning operation of the complex is 4% by weight to 60% by weight. , A complex.

本実施形態のMOFとは、金属イオンが互いに有機配位子で架橋された構造を持つ多孔性材料である。目的に応じて金属イオンと有機配位子の種類を変えることで、細孔のサイズや化学的性質を調整することができる。MOFとしては、公知のMOFや今後製造され得るMOFを使用することができる。MOFの例としては、HKUST−1、MOF−2、MOF−4、CPL−1、CPL−2、Cu−BTTri、ELM−11、MOF−505、PCN−6、MOF−5、MOF−74、MOF−177、ZIF−8、 ZIF−zni、Zn−BTB、ZIF−67、MIL−100、MIL−53、MIL−89、UiO−66、PCN−111等が挙げられる。セルロースの内部にMOFを担持させるためには、セルロースの溶解に用いられる金属種を含むHKUST−1、MOF−2、MOF−4、CPL−1、CPL−2、Cu−BTTri、ELM−11、MOF−505、PCN−6、MOF−5、MOF−74、MOF−177、ZIF−8、 ZIF−zni、Zn−BTB、ZIF−67、MIL−100、MIL−53、MIL−89が好ましい。本実施形態のMOFは、1種類単独で使用することも、2種類以上混合して使用することもできる。 The MOF of the present embodiment is a porous material having a structure in which metal ions are crosslinked with each other by an organic ligand. By changing the types of metal ions and organic ligands according to the purpose, the size and chemical properties of the pores can be adjusted. As the MOF, a known MOF or a MOF that can be manufactured in the future can be used. Examples of MOFs include HKUST-1, MOF-2, MOF-4, CPL-1, CPL-2, Cu-BTTri, ELM-11, MOF-505, PCN-6, MOF-5, MOF-74, Examples thereof include MOF-177, ZIF-8, ZIF-zni, Zn-BTB, ZIF-67, MIL-100, MIL-53, MIL-89, UiO-66 and PCN-111. In order to support MOF inside cellulose, HKUST-1, MOF-2, MOF-4, CPL-1, CPL-2, Cu-BTTri, ELM-11, which contain metal species used for dissolving cellulose, MOF-505, PCN-6, MOF-5, MOF-74, MOF-177, ZIF-8, ZIF-zni, Zn-BTB, ZIF-67, MIL-100, MIL-53, MIL-89 are preferable. The MOF of the present embodiment may be used alone or in combination of two or more.

本実施形態のMOFを構成する金属種としては、あらゆる金属種を用いることが可能であり、例えば、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ルビジウム、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、インジウム、スズ、セシウム、バリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、水銀、タリウム、鉛、ビスマス、フランシウム、ラジウム、アクチニウム、トリウム、プロトアクチニウム、ウランが挙げられる。MOFは1種類又は2種類以上の金属種を含んでよい。特にセルロースの内部にMOFを担持させるためには、セルロースの溶解に用いられる金属種を含むことが好ましい。中でもセルロースの溶解しやすさから、銅、亜鉛、カルシウム、カドミウム、コバルト、ニッケル、鉄、パラジウム、マグネシウムを含むことがより好ましい。更に得られるセルロースがボイドを持つ銅を含むことが特に好ましい。 Any metal species can be used as the metal species constituting the MOF of the present embodiment. For example, lithium, beryllium, sodium, magnesium, aluminum, potassium, calcium, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, etc. Iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, rubidium, strontium, ittrium, zirconium, niobium, molybdenum, technetium, ruthenium, rhodium, palladium, silver, cadmium, indium, tin, cesium, barium, lantern, cerium, placeodium, Neogym, Prometium, Samalium, Europium, Gadolinium, Terbium, Disprosium, Holmium, Elbium, Thulium, Itterbium, Rutethium, Hafnium, Tantal, Tungsten, Renium, Osmium, Iridium, Platinum, Gold, Mercury, Talium, Lead, Bismus, Francium, Examples include radium, actinium, thulium, protactinium and uranium. The MOF may contain one or more metal species. In particular, in order to support MOF inside the cellulose, it is preferable to contain a metal species used for dissolving the cellulose. Above all, it is more preferable to contain copper, zinc, calcium, cadmium, cobalt, nickel, iron, palladium and magnesium because of the ease of dissolving cellulose. Further, it is particularly preferable that the resulting cellulose contains copper having voids.

本実施形態のMOFを構成する有機配位子は、金属イオンに配位してフレームワーク構造を形成できるものであればよく、公知の有機配位子や今後製造され得る有機配位子を使用することができ、特に限定されるものではない。有機配位子としては、例えば、カルボン酸系配位子、ケトン系配位子、アルデヒド系配位子、エーテル系配位子、アミン系配位子、イミン系配位子、アミノ酸系配位子、ニトリル系配位子、リン酸系配位子、ホスフィン系配位子、スルホン酸系配位子、チオール系配位子、スルフィド系配位子、フッ化物系配位子、塩化物系配位子、臭素化物系配位子、ヨウ化物系配位子などが挙げられる。MOFは1種類又は2種類以上の有機配位子を含んでよく、目的に応じて自由に選択することができる。また、金属イオンと有機配位子の組み合わせによっては有機金属構造体の骨格が正または負に帯電することがあり、電気的中性を保つためMOF内にアニオンまたはカチオンが含まれる場合がある。尚、金属イオンと極めて単純な構造を持つ配位子(例えば、酸化物イオン、硫化物イオン、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、シアン化物イオン、シアネートイオン、チオシアン化物イオンなど)のみから構成されている化合物や、フレームワーク構造中に金属イオンに配位した有機配位子が存在しない化合物は、MOFには含まれない。例えば、鉄とシアン化物イオンからなるプルシアンブルー(PB)や、金属イオンと酸化物イオンからなるアニオン性クラスターであるポリオキソメタレートと任意のカチオン(例えば、金属イオン、マクロカチオン、アルキルアンモニウムイオンなど)から構成され、金属イオンに配位した有機配位子が存在しない多孔質結晶性固体は、MOFには含まれない。 The organic ligand constituting the MOF of the present embodiment may be any as long as it can coordinate with a metal ion to form a framework structure, and a known organic ligand or an organic ligand that can be produced in the future is used. It can be done and is not particularly limited. Examples of the organic ligand include a carboxylic acid-based ligand, a ketone-based ligand, an aldehyde-based ligand, an ether-based ligand, an amine-based ligand, an imine-based ligand, and an amino acid-based coordination. Child, nitrile-based ligand, phosphate-based ligand, phosphine-based ligand, sulfonic acid-based ligand, thiol-based ligand, sulfide-based ligand, fluoride-based ligand, chloride-based Examples thereof include ligands, brominated ligands, and iodide-based ligands. The MOF may contain one kind or two or more kinds of organic ligands, and can be freely selected according to the purpose. Further, depending on the combination of the metal ion and the organic ligand, the skeleton of the organic metal structure may be positively or negatively charged, and an anion or cation may be contained in the MOF in order to maintain electrical neutrality. A ligand having an extremely simple structure with a metal ion (for example, oxide ion, sulfide ion, fluoride ion, chloride ion, bromide ion, iodide ion, cyanate ion, cyanate ion, thiocyanide ion) The MOF does not include a compound composed only of (such as) or a compound in which an organic ligand coordinated with a metal ion does not exist in the framework structure. For example, Prussian blue (PB) consisting of iron and cyanide ions, polyoxometallate which is an anionic cluster consisting of metal ions and oxide ions, and arbitrary cations (for example, metal ions, macrocations, alkylammonium ions, etc.) ), And the porous crystalline solid in which the organic ligand coordinated to the metal ion does not exist is not included in the MOF.

本実施形態の複合体を構成するセルロースとしては、様々なセルロースを用いることができる。セルロースは親水性と親油性を併せ持ち、ほとんどの一般的な溶媒に対して不溶であるため、液体中から目的物質を分離する吸着分離や、反応を制御する触媒等に用いる際に様々な溶媒を使用できる。また、セルロースはある程度の耐熱性を有し溶融もしないため、幅広い温度範囲で使用することができる。更に、MOFが吸着した対象物を回収する場合に様々な溶媒を用いることや、ある程度の熱的環境化で回収を行うことができる。本実施形態の複合体を構成するセルロースとしては、複合体として任意の形状に成形できる点から、再生セルロースが好ましい。中でも金属錯体系の溶媒である、銅アンモニア、カドキセン、コオキセン、ニオキセン、ジンコキセン、EWNN、などのセルロース溶液から得られる再生セルロースがより好ましい。これらの再生セルロースは得られるセルロースがボイドを持つ構造となり、その結果複合体の内部に存在するMOFに分子がアクセスしやすくなり、貯蔵、吸着、分離、徐放などに利用しやすくなる。更に銅アンモニア法再生セルロースが、成形のしやすさとボイドを制御できる点から特に好ましい。 As the cellulose constituting the complex of the present embodiment, various celluloses can be used. Cellulose has both hydrophilicity and lipophilicity and is insoluble in most common solvents. Therefore, various solvents are used for adsorption separation to separate the target substance from the liquid, catalysts for controlling the reaction, etc. Can be used. In addition, since cellulose has a certain degree of heat resistance and does not melt, it can be used in a wide temperature range. Further, when recovering the object adsorbed by MOF, various solvents can be used, and recovery can be performed in a certain degree of thermal environment. As the cellulose constituting the complex of the present embodiment, regenerated cellulose is preferable because it can be molded into an arbitrary shape as a complex. Of these, regenerated cellulose obtained from a cellulosic solution such as copper ammonia, cadmium, cooxene, nioxene, zincoxene, and EWNN, which are metal complex solvents, is more preferable. These regenerated celluloses have a structure in which the obtained cellulose has voids, and as a result, the molecules can easily access the MOF existing inside the complex, and can be easily used for storage, adsorption, separation, sustained release, and the like. Further, cuprammonium-ray regenerated cellulose is particularly preferable from the viewpoint of ease of molding and control of voids.

本実施形態の複合体は、超音波洗浄操作後のMOFの担持率(割合)が4重量%〜60重量%である。MOFの割合が低いと、貯蔵、吸着、分離、徐放などの機能が不十分となる可能性がある。割合が60重量%を超えると複合体としての靭性が低くなり、使い方によってはハンドリング上の問題が発生する可能性がある。性能面からは、割合は、10重量%以上が好ましく、20重量%以上がより好ましく、30重量%以上が更に好ましい。ハンドリングの面からは、割合は、50重量%以下が好ましく、40重量%以下がより好ましい。 The composite of the present embodiment has a MOF loading ratio (ratio) of 4% by weight to 60% by weight after the ultrasonic cleaning operation. If the proportion of MOF is low, functions such as storage, adsorption, separation, and sustained release may be inadequate. If the ratio exceeds 60% by weight, the toughness of the composite becomes low, and handling problems may occur depending on the usage. From the viewpoint of performance, the ratio is preferably 10% by weight or more, more preferably 20% by weight or more, and further preferably 30% by weight or more. From the viewpoint of handling, the ratio is preferably 50% by weight or less, more preferably 40% by weight or less.

超音波洗浄操作は、洗浄槽内に純水を入れた二周波切替式の超音波洗浄機を用い、MOFを溶解又は分解しない溶媒と複合体が入ったガラス製容器を5分間超音波洗浄機にかけて洗浄した後、ガラス製容器内の溶媒を新しいものに入れ替え、再度洗浄するという操作を合計3回行う。
本実施形態の複合体の洗浄の方法として超音波洗浄を選択した理由は、様々な形状の複合体を簡便に洗浄できるためである。尚、超音波洗浄を行う際は、MOFが分解しないような溶媒を選択する必要がある。一例として、水の存在下で分解してしまうHKUST−1の超音波洗浄にはDMFやエタノールなどを用いることができる。
For the ultrasonic cleaning operation, a dual frequency switching type ultrasonic cleaning machine containing pure water in a cleaning tank is used, and a glass container containing a solvent and a complex that does not dissolve or decompose MOF is ultrasonically cleaned for 5 minutes. After cleaning, the solvent in the glass container is replaced with a new one, and the operation of cleaning again is performed a total of three times.
The reason for selecting ultrasonic cleaning as the method for cleaning the complex of the present embodiment is that composites of various shapes can be easily cleaned. When performing ultrasonic cleaning, it is necessary to select a solvent that does not decompose MOF. As an example, DMF, ethanol, or the like can be used for ultrasonic cleaning of HKUST-1, which decomposes in the presence of water.

本実施形態の複合体は、MOFがセルロースの内部に一定量存在していることが好ましい。内部に存在するMOFは脱離が起きにくいだけでなく、複合体の力学物性向上にも寄与すると考えられる。 In the complex of the present embodiment, it is preferable that MOF is present in a certain amount inside the cellulose. It is considered that the MOF existing inside is not only less likely to be desorbed, but also contributes to the improvement of the mechanical properties of the complex.

本実施形態の複合体の形態は、使い方に応じて任意に選択することができる。例えば、短繊維、長繊維、織物、編物、不織布、フィルム、多孔膜、中空糸、粒子、微粒子などが挙げられる。これらを単独で用いても構わないし、複合させて使うことも可能である。また、別の素材と複合させて使うことも、何らかのモジュールに組み込んで使うことも可能である。更に使用する用途に応じてボイドのサイズや形状を任意に選択することができる。例えばガス分離を行う場合は密な構造とすることで非選択的なガス透過を防ぐことができるし、吸着分離を行う場合は疎な構造とすることで比表面積を増やし吸着効率を上げることができる。 The form of the complex of the present embodiment can be arbitrarily selected depending on the usage. For example, short fibers, long fibers, woven fabrics, knitted fabrics, non-woven fabrics, films, porous membranes, hollow fibers, particles, fine particles and the like can be mentioned. These may be used alone or in combination. It can also be used in combination with another material, or it can be used by incorporating it into some module. Furthermore, the size and shape of the void can be arbitrarily selected according to the intended use. For example, when gas separation is performed, a dense structure can prevent non-selective gas permeation, and when adsorption separation is performed, a sparse structure can be used to increase the specific surface area and increase the adsorption efficiency. can.

本発明の他の実施形態は、以下の工程:
セルロースが金属イオンを含む錯体として溶解しているセルロース溶液を調製する工程;
該セルロース溶液から、セルロースと金属イオンを含む構造体を成形して得る工程;及び
得られた構造体を有機配位子溶液に接触させて、セルロースと金属有機構造体を含む複合体を得る工程;
を含む、前記複合体の製造方法である。
本実施形態の複合体の製造方法は、特に限定されるものではなく任意の手法を用いることができるが、セルロースが金属イオンを含む錯体として溶解しているセルロース溶液を調製し、前記のセルロース溶液からセルロースと金属イオンを含む構造体を製造し、前記構造体を有機配位子溶液に接触させることにより、セルロース構造体の内部でMOFを合成する方法が好ましい。予め金属イオンがセルロースと錯体を形成しているため、セルロース溶液から成形して得た構造体はその内部に金属イオンが固定化された状態となり、ここに有機配位子溶液を接触させるとMOFをセルロース構造体の内部に析出させることができる。セルロースを構成するグルコース環1つに対し1つの金属イオンが配位できることから、多くの金属イオンを構造体内部に固定化でき、大量のMOFを担持することができる。例えば、溶媒として銅アンモニア溶液を用いた場合には、銅イオンはC2とC3の水酸基に配位していることが報告されている。この方法において、セルロース溶液から成形して得た構造体が凝固していない状態で有機配位子溶液によって処理することで構造体の凝固とMOFの合成を同時に行うこともできるし、セルロース溶液から成形して得た構造体をまずセルロースと金属イオンの配位が切れないような貧溶媒中で凝固させ、続いて有機配位子溶液で処理することでMOFの合成を行うこともできる。また、必要に応じその後にセルロースと金属イオンの配位を切るような処理を行ってもよい。また、本実施形態の複合体の作製を、セルロースが金属イオンを含む錯体を形成している状態で有機配位子溶液によって処理する方法で行う場合、驚くべきことにセルロース単独よりも力学物性が向上する。正確な原理は不明であるが、セルロース構造体の内部に存在するMOFが補強材として寄与している可能性、セルロースと水素結合を形成し架橋剤として寄与している可能性、構造形成時にMOFが存在することでセルロースの結晶構造自体が変化している可能性などが考えられる。複合体の力学物性の向上は、実使用の際にハンドリング性が向上するなどの利点に繋がる。
Other embodiments of the present invention include the following steps:
Step of preparing a cellulose solution in which cellulose is dissolved as a complex containing metal ions;
A step of forming a structure containing cellulose and metal ions from the cellulose solution; and a step of contacting the obtained structure with an organic ligand solution to obtain a complex containing cellulose and a metal-organic structure. ;
Is a method for producing the complex.
The method for producing the complex of the present embodiment is not particularly limited, and any method can be used. However, a cellulose solution in which cellulose is dissolved as a complex containing metal ions is prepared, and the above-mentioned cellulose solution is prepared. A method of synthesizing MOF inside the cellulose structure by producing a structure containing cellulose and metal ions from the cellulose structure and bringing the structure into contact with an organic ligand solution is preferable. Since the metal ions form a complex with cellulose in advance, the structure obtained by molding from the cellulose solution is in a state where the metal ions are immobilized inside the structure, and when the organic ligand solution is brought into contact with the structure, the MOF Can be precipitated inside the cellulose structure. Since one metal ion can be coordinated to one glucose ring constituting cellulose, many metal ions can be immobilized inside the structure, and a large amount of MOF can be supported. For example, it has been reported that when a cuprammonium solution is used as a solvent, copper ions are coordinated with the hydroxyl groups of C2 and C3. In this method, the structure obtained by molding from the cellulose solution can be treated with the organic ligand solution in a non-coagulated state to simultaneously perform the coagulation of the structure and the synthesis of MOF, or from the cellulose solution. MOF can also be synthesized by first coagulating the structure obtained by molding in a poor solvent such that the coordination between cellulose and metal ions is not broken, and then treating with an organic ligand solution. Further, if necessary, a treatment for cutting the coordination between the cellulose and the metal ion may be performed thereafter. Further, when the complex of the present embodiment is prepared by a method of treating with an organic ligand solution in a state where cellulose forms a complex containing a metal ion, the mechanical properties are surprisingly higher than those of cellulose alone. improves. The exact principle is unknown, but the MOF existing inside the cellulose structure may contribute as a reinforcing material, it may form a hydrogen bond with cellulose and contribute as a cross-linking agent, and the MOF at the time of structure formation. It is possible that the crystal structure of cellulose itself has changed due to the presence of. Improving the mechanical properties of the complex leads to advantages such as improved handling in actual use.

本実施形態の方法において、MOFの担持量を高くできるという点では、セルロース溶液から成形して得た構造体が凝固していない状態で有機配位子溶液によって処理することで構造体の凝固とMOF(又はその中間体)の合成を同時に行う方法が好ましい。他方、セルロースの形状とボイドをコントロールできる点では、初めにセルロースと金属イオンの結合が切れないような貧溶媒で構造体を凝固させた後に、有機配位子溶液で処理する方法が好ましい。また、有機配位子溶液の濃度、温度、反応時間などの条件を変更することで、MOFの担持率を調整することもできる。また、例えば、セルロースの溶媒として銅アンモニア溶液を用いた場合は、アンモニアの存在によりpHがアルカリ側になるため、MOFの種類によっては析出しない場合もある。このような場合にもセルロースと金属イオンの結合が切れないような貧溶媒で脱アンモニアを行って構造体を凝固させた後に、有機配位子溶液で処理する方法が好ましい。また、MOFの種類によっては、有機配位子溶液で処理するだけでは反応が不十分であったり、中間体が生成したりする場合がある。このような場合は必要に応じ、高圧処理、高温処理、酸性溶液での処理、アルカリ性溶液での処理、超音波処理、マイクロ波処理、などを行ってもよい。 In the method of the present embodiment, the amount of MOF supported can be increased by treating the structure obtained by molding from the cellulose solution with an organic ligand solution in a state where the structure is not solidified. A method in which MOF (or an intermediate thereof) is synthesized at the same time is preferable. On the other hand, in terms of controlling the shape and voids of cellulose, a method of first coagulating the structure with a poor solvent that does not break the bond between cellulose and metal ions and then treating with an organic ligand solution is preferable. Further, the MOF loading ratio can be adjusted by changing the conditions such as the concentration, temperature, and reaction time of the organic ligand solution. Further, for example, when a copper-ammonia solution is used as the solvent for cellulose, the pH becomes alkaline due to the presence of ammonia, so that it may not precipitate depending on the type of MOF. Even in such a case, a method is preferable in which deammonia is performed with a poor solvent such that the bond between cellulose and the metal ion is not broken to solidify the structure, and then the structure is treated with an organic ligand solution. Further, depending on the type of MOF, the reaction may be insufficient or an intermediate may be formed only by treating with an organic ligand solution. In such a case, if necessary, high-pressure treatment, high-temperature treatment, treatment with an acidic solution, treatment with an alkaline solution, ultrasonic treatment, microwave treatment, or the like may be performed.

本実施形態のセルロースの内部でMOFを合成した後は、必要に応じて洗浄処理を行うことができる。未反応の金属イオンや配位子が複合体の中に残留している場合は、それらを溶解することができ合成したMOFを分解しないような溶媒で洗浄することができる。 After synthesizing the MOF inside the cellulose of the present embodiment, a washing treatment can be performed if necessary. If unreacted metal ions or ligands remain in the complex, they can be dissolved and washed with a solvent that does not decompose the synthesized MOF.

本実施形態の複合体は、必要に応じ乾燥して用いても構わないし、乾燥させずにそのまま用いても、溶媒置換して用いても構わない。合成したMOFが溶媒和しており活性が低い際は、乾燥や活性化処理が必要になる場合がある。また、セルロースのボイドを維持したい場合は溶媒置換乾燥を行うか、乾燥させずにそのまま用いることができる。 The complex of the present embodiment may be used after being dried, if necessary, may be used as it is without being dried, or may be used after being replaced with a solvent. When the synthesized MOF is solvated and has low activity, drying or activation treatment may be required. Further, when it is desired to maintain the void of cellulose, solvent replacement drying can be performed, or the cellulose can be used as it is without drying.

まず、以下の実施例、比較例で用いた評価方法について説明する。尚、一例としてセルロース−PB複合体の評価方法を記載するが、洗浄に用いる溶媒や容器は、無機系PCPを形成する金属イオン及びアニオン種の溶解性や、無機系PCPの安定性を加味して選択してよい。 First, the evaluation methods used in the following Examples and Comparative Examples will be described. As an example, the evaluation method of the cellulose-PB complex will be described, but the solvent and container used for cleaning take into consideration the solubility of metal ions and anion species forming the inorganic PCP and the stability of the inorganic PCP. You may choose.

<複合体の無機系PCP担持率測定>
複合体を105℃で1昼夜減圧加熱乾燥し、複合体の絶乾重量を測定する。続いて密閉できる容器に3重量%苛性ソーダと複合体を入れ1時間浸漬し、複合体に担持されている無機系PCPを分解・溶出させる。続いて複合体を取り出し、別の密閉できる容器に入れた10重量%硫酸に1時間浸漬して複合体に残存した金属イオンを溶出させる。以上の3重量%苛性ソーダへの浸漬処理と10重量%硫酸への浸漬処理をもう一度繰り返す。残ったセルロース構造体を回収し純水で洗浄する。得られたセルロース構造体を105℃で1時間減圧加熱乾燥し、セルロース構造体の絶乾重量を測定する。複合体の無機系PCP担持率は、測定した複合体の絶乾重量とセルロース構造体の絶乾重量から、以下の式:
複合体の無機系PCP担持率(%)={(複合体の絶乾重量−セルロース構造体の絶乾重量)÷複合体の絶乾重量}×100
により算出する。
<Measurement of inorganic PCP loading rate of complex>
The complex is dried by heating under reduced pressure at 105 ° C. for one day and night, and the absolute dry weight of the complex is measured. Subsequently, 3% by weight caustic soda and the complex are placed in a container that can be sealed and immersed for 1 hour to decompose and elute the inorganic PCP supported on the complex. Subsequently, the complex is taken out and immersed in 10 wt% sulfuric acid placed in another sealable container for 1 hour to elute the metal ions remaining in the complex. The above dipping treatment in 3% by weight caustic soda and dipping treatment in 10% by weight sulfuric acid are repeated once again. The remaining cellulose structure is collected and washed with pure water. The obtained cellulose structure is dried by heating under reduced pressure at 105 ° C. for 1 hour, and the absolute dry weight of the cellulose structure is measured. The inorganic PCP loading ratio of the complex is calculated from the measured absolute dry weight of the complex and the absolute dry weight of the cellulose structure by the following formula:
Inorganic PCP loading ratio (%) of complex = {(absolute dry weight of complex-absolute weight of cellulose structure) ÷ absolute dry weight of complex} × 100
Calculated by

<複合体の洗浄操作>
超音波洗浄機としてアズワン製超音波洗浄機(ASU−6D、二周波切替式)を用い、洗浄槽内に純水を入れる。更に密閉できるガラス製容器に純水と複合体を入れ、超音波洗浄機で5分間洗浄を行う。5分間洗浄後にガラス製容器中の純水を入れ替え、一連の超音波洗浄操作を合計3回行う。
<Complex cleaning operation>
As an ultrasonic cleaner, an AS ONE ultrasonic cleaner (ASU-6D, dual frequency switching type) is used, and pure water is put into the washing tank. Further, pure water and the composite are put in a glass container that can be sealed, and washed with an ultrasonic cleaner for 5 minutes. After cleaning for 5 minutes, the pure water in the glass container is replaced, and a series of ultrasonic cleaning operations are performed a total of 3 times.

<無機系PCPを分解できない場合の担持率測定>
無機系PCPが分解できない場合は、NMMOなどのセルロースを溶解するが無機系PCPを分解しない溶媒を用いてセルロースを溶解し、単離した無機系PCPの絶乾重量を測定し、測定した複合体の絶乾重量と無機系PCPの絶乾重量から、複合体の無機系PCP担持率を、以下の式:
複合体の無機系PCP担持率(%)={(無機系PCPの絶乾重量)÷複合体の絶乾重量}×100
により算出する。
<Measurement of carrier rate when inorganic PCP cannot be decomposed>
If the inorganic PCP cannot be decomposed, the cellulose is dissolved using a solvent that dissolves cellulose such as NMMO but does not decompose the inorganic PCP, and the absolute dry weight of the isolated inorganic PCP is measured and the measured complex. Based on the absolute dry weight of the inorganic PCP and the absolute dry weight of the inorganic PCP, the carrying ratio of the inorganic PCP of the composite is calculated by the following formula:
Inorganic PCP loading ratio (%) of complex = {(absolute dry weight of inorganic PCP) ÷ absolute dry weight of complex} × 100
Calculated by

<洗浄操作前後における無機系PCPの脱離率の算出>
洗浄操作前後における無機系PCPの脱離率は、洗浄操作前後の複合体の無機系PCP担持率から、以下の式:
複合体の無機系PCP脱離率(%)={(洗浄前の担持率−洗浄後の担持率)÷洗浄前の担持率}×100
により算出する。
<Calculation of desorption rate of inorganic PCP before and after cleaning operation>
The desorption rate of the inorganic PCP before and after the cleaning operation is calculated from the inorganic PCP carrying rate of the complex before and after the cleaning operation by the following formula:
Inorganic PCP desorption rate (%) of complex = {(supporting rate before washing-supporting rate after washing) ÷ loading rate before washing} × 100
Calculated by

<実施例1:セルロース−PB複合フィルムの作製>
既知の方法でコットンリンターをEWNNに溶解し、セルロース濃度4.0重量%、鉄濃度1.5重量%、酒石酸濃度12.9重量%、水酸化ナトリウム濃度18.7重量%の原液を調製した。アプリケーターを用い8cm角のガラス基板上に原液を膜厚300μmでキャストした。続いて純水50mlを10cm角のステンレス製蓋付容器に入れ40℃に加熱しながら、ガラス基板ごと10分間浸漬させ凝固を行った。続いて2.5重量%ヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム水溶液50mlを10cm角のステンレス製蓋付容器に入れ40℃に加熱しながら、ガラス基板ごと30分間浸漬させセルロースの水酸基と錯体を形成している鉄(III)イオンとヘキサシアノ鉄(II)酸イオンを反応させた。続いて2重量%硫酸50mlを10cm角のステンレス製蓋付容器に入れ、ガラス基板ごと10分間浸漬させた。硫酸浸漬後のフィルムはPB特有の濃青色であった。続いてフィルムをガラス基板から剥がし、純水50mlと一緒に10cm角のステンレス製蓋付容器に入れ、ピンセットでフィルムをつまみすすぐことで表面に付着しているPBを洗い落とし、その後純水中に5分間静置することで膜中に残存している硫酸を洗い落とした。一連の洗浄操作を純水中へのPB脱離による着色が見られなくなるまで繰り返した。得られた洗浄後のフィルムを5cm角のステンレス製型枠で挟み込み、乾燥収縮を抑えながら50℃で1昼夜減圧加熱乾燥し、乾燥したフィルムを得た。X線回折測定装置(リガク社製X線回折装置「Mini FlexII」)を用いて分析したところ、セルロースとPBの両方のピークが確認された。以上の結果から、セルロース−PB複合フィルムが得られたことが確認できた。
<Example 1: Preparation of cellulose-PB composite film>
A cotton linter was dissolved in EWNN by a known method to prepare a stock solution having a cellulose concentration of 4.0% by weight, an iron concentration of 1.5% by weight, a tartaric acid concentration of 12.9% by weight, and a sodium hydroxide concentration of 18.7% by weight. .. The stock solution was cast with a film thickness of 300 μm on an 8 cm square glass substrate using an applicator. Subsequently, 50 ml of pure water was placed in a 10 cm square stainless steel container with a lid, and while heating at 40 ° C., the glass substrate was immersed for 10 minutes to solidify. Subsequently, 50 ml of a 2.5 wt% potassium hexacyanoferrate (II) acid aqueous solution was placed in a 10 cm square stainless steel lidded container and immersed for 30 minutes together with the glass substrate while heating at 40 ° C. to form a complex with the hydroxyl group of cellulose. The iron (III) ion and the hexacyanoferrate (II) acid ion were reacted. Subsequently, 50 ml of 2 wt% sulfuric acid was placed in a 10 cm square container with a stainless steel lid, and the glass substrate was immersed for 10 minutes. The film after immersion in sulfuric acid had a deep blue color peculiar to PB. Subsequently, the film is peeled off from the glass substrate, placed in a container with a 10 cm square stainless steel lid together with 50 ml of pure water, and the PB adhering to the surface is washed off by rinsing the film with tweezers, and then 5 in pure water. The sulfuric acid remaining in the membrane was washed off by allowing it to stand for a minute. A series of cleaning operations was repeated until no coloring due to desorption of PB into pure water was observed. The obtained washed film was sandwiched between 5 cm square stainless steel molds and dried by heating under reduced pressure at 50 ° C. for one day and night while suppressing drying shrinkage to obtain a dried film. When analyzed using an X-ray diffraction measuring device (X-ray diffractometer "Mini FlexII" manufactured by Rigaku Co., Ltd.), peaks of both cellulose and PB were confirmed. From the above results, it was confirmed that a cellulose-PB composite film was obtained.

<実施例2:セルロース−PB複合フィルムの作製>
用いる凝固液を純水ではなく50重量%のアセトン水溶液とした以外は、実施例1と同様の方法で、セルロース−PB複合フィルムを調製した。
<Example 2: Preparation of cellulose-PB composite film>
A cellulose-PB composite film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the coagulating liquid used was not pure water but a 50% by weight aqueous acetone solution.

<実施例3:セルロース−PB複合フィルムの作製>
純水での凝固工程を省略し、キャストしたフィルムを2.5重量%ヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム水溶液に浸漬させて凝固と反応を同時に行ったこと以外は、実施例1と同様の方法で、セルロース−PB複合フィルムを調製した。
<Example 3: Preparation of cellulose-PB composite film>
The same method as in Example 1 was used except that the solidification step with pure water was omitted and the cast film was immersed in a 2.5 wt% potassium hexacyanoferrocyanate (II) aqueous solution to perform solidification and reaction at the same time. , Cellulose-PB composite film was prepared.

<再生セルロースフィルムの作製>
既知の方法でコットンリンターを銅アンモニア溶液に溶解し、セルロース濃度10重量%、アンモニア濃度7重量%、銅濃度3.6重量%のセルロース銅アンモニア溶液を調製した。アプリケーターを用い8cm角のガラス基板上に膜厚300μmでキャストした。続いて純水50mlを10cm角のステンレス製蓋付容器に入れ40℃に加熱しながら、ガラス基板ごと10分間浸漬させ凝固を行った。続いて2重量%硫酸50mlを10cm角のステンレス製蓋付容器に入れ、ガラス基板ごと10分間浸漬させて脱銅処理を行った。脱銅したフィルムを取り出し、10cm角のステンレス製蓋付容器に入れて純水50mlに5分間浸漬させ硫酸を洗い落とした。純水への浸漬操作は完全に硫酸が洗い落とされるまで合計3回繰り返した。得られた洗浄後のフィルムを5cm角のステンレス製型枠で挟み込み、乾燥収縮を抑えながら50℃で1昼夜減圧加熱乾燥させ、再生セルロースフィルムを得た。
<Preparation of regenerated cellulose film>
A cotton linter was dissolved in a cuprammonium-rayon solution by a known method to prepare a cuprammonium-rayon cellulose solution having a cellulose concentration of 10% by weight, an ammonia concentration of 7% by weight, and a copper concentration of 3.6% by weight. Using an applicator, it was cast on an 8 cm square glass substrate with a film thickness of 300 μm. Subsequently, 50 ml of pure water was placed in a 10 cm square stainless steel container with a lid, and while heating at 40 ° C., the glass substrate was immersed for 10 minutes to solidify. Subsequently, 50 ml of 2 wt% sulfuric acid was placed in a 10 cm square container with a stainless steel lid, and the glass substrate was immersed for 10 minutes to perform a copper removal treatment. The decoppered film was taken out, placed in a 10 cm square stainless steel container with a lid, and immersed in 50 ml of pure water for 5 minutes to wash off sulfuric acid. The dipping operation in pure water was repeated a total of 3 times until the sulfuric acid was completely washed away. The obtained washed film was sandwiched between 5 cm square stainless steel molds and dried by heating under reduced pressure at 50 ° C. for one day and night while suppressing drying shrinkage to obtain a regenerated cellulose film.

<比較例1:後加工によるセルロース−PB複合フィルムの作製>
特許文献2を参考に、2.5重量%ヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム水溶液50mlと再生セルロースフィルムを密閉できるガラス製容器に入れて混合し10分間静置した。続いて2.0重量%塩化鉄(III)水溶液50mlを加え、容器の蓋を閉めて10分間静置した。得られたフィルムを実施例1と同様に純水で洗浄し、8cm角のステンレス製型枠で挟み込み、乾燥収縮を抑えながら50℃で1昼夜減圧乾燥し、乾燥したフィルムを得た。得られたフィルムはPB特有の濃青色であった。
<Comparative Example 1: Preparation of Cellulose-PB Composite Film by Post-Processing>
With reference to Patent Document 2, 50 ml of a 2.5 wt% potassium hexacyanoferrate (II) aqueous solution and a regenerated cellulose film were placed in a sealable glass container, mixed, and allowed to stand for 10 minutes. Subsequently, 50 ml of a 2.0 wt% iron (III) chloride aqueous solution was added, the lid of the container was closed, and the mixture was allowed to stand for 10 minutes. The obtained film was washed with pure water in the same manner as in Example 1, sandwiched between 8 cm square stainless steel molds, and dried under reduced pressure at 50 ° C. for one day and night while suppressing drying shrinkage to obtain a dried film. The obtained film had a deep blue color peculiar to PB.

<比較例2:後加工によるセルロース−PB複合フィルムの作製>
特許文献3を参考に、ヘキサシアノ鉄(II)酸カリウムと塩化鉄(III)を予め反応させPB粒子を合成し、純水に分散させた状態で再生セルロースフィルムに塗布し乾燥したこと以外は、比較例1と同様の方法で、乾燥したフィルムを得た。得られたフィルムはPB特有の濃青色であった。
<Comparative Example 2: Preparation of Cellulose-PB Composite Film by Post-Processing>
With reference to Patent Document 3, PB particles were synthesized by reacting potassium hexacyanoferrate (II) with iron (III) chloride in advance, and the particles were dispersed in pure water, applied to a regenerated cellulose film, and dried. A dried film was obtained in the same manner as in Comparative Example 1. The obtained film had a deep blue color peculiar to PB.

<セルロース−PB複合フィルムの物性評価>
実施例1〜3と比較例1、2で得られたセルロース−PB複合フィルムの一部を用い、PBの担持率を測定した。続いて洗浄操作を行い、洗浄後のPBの担持率を測定し、洗浄操作前後におけるPBの脱離率を算出した。それらの結果を、以下の表1と表2に示す。
<Evaluation of physical properties of cellulose-PB composite film>
The carrying ratio of PB was measured using a part of the cellulose-PB composite films obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. Subsequently, a cleaning operation was performed, the loading rate of PB after cleaning was measured, and the desorption rate of PB before and after the cleaning operation was calculated. The results are shown in Tables 1 and 2 below.

Figure 2021116516
Figure 2021116516

Figure 2021116516
Figure 2021116516

表1から明らかなように、実施例1〜3で得られた複合体は、PBの担持率が高く、更に洗浄操作によるPBの脱離も起きにくかった。他方、表2から明らかなように、本実施形態以外の方法で得られた複合体は、PBの担持率が低く、洗浄操作による脱離が起きやすかった。また、それぞれのフィルムと、PBを担持していない再生セルロースフィルムを引っ張り、ハンドリングを確認したところ、比較例1、2で得られたフィルムは、再生セルロースフィルムと同等の力で破断した。それに対し、実施例1〜3で得られたフィルムは、再生セルロースフィルムよりも破断しにくかった。 As is clear from Table 1, the complexes obtained in Examples 1 to 3 had a high carrying rate of PB, and further, it was difficult for PB to be detached by a washing operation. On the other hand, as is clear from Table 2, the complex obtained by a method other than the present embodiment has a low carrying rate of PB and is likely to be detached by a washing operation. Further, when each film and the regenerated cellulose film not supporting PB were pulled and the handling was confirmed, the films obtained in Comparative Examples 1 and 2 broke with the same force as the regenerated cellulose film. On the other hand, the films obtained in Examples 1 to 3 were more difficult to break than the regenerated cellulose film.

<実施例4:セルロース−PB複合フィルムの液中NH4 +イオン吸着性能評価>
純水に塩化アンモニウムを溶解させ、NH4 +濃度200ppmの水溶液を調製した。続いて実施例1で作製したセルロース−PB複合フィルム0.5g(絶乾重量)を水溶液50mLに浸漬し、室温で24h静置してNH4 +を吸着させた。フィルムを取り出した残液中のNH4 +濃度を、JIS K1441に記載のホルマリン法によって測定した。評価結果を以下の表3に示す。
<Example 4: Evaluation of NH 4 + ion adsorption performance in liquid of cellulose-PB composite film>
Ammonium chloride was dissolved in pure water to prepare an aqueous solution having an NH 4 + concentration of 200 ppm. Subsequently the cellulose produced in Example 1 and -PB composite film 0.5g of (bone dry weight) was immersed in an aqueous solution 50 mL, it was adsorbed NH 4 + and 24h standing at room temperature. The NH 4 + concentration in the residual liquid was taken out of the film was measured by formalin method described in JIS K1441. The evaluation results are shown in Table 3 below.

Figure 2021116516
Figure 2021116516

表3から明らかなように、実施例1で得られたセルロース−PB複合フィルムはNH4 +吸着性能を示した。 As is clear from Table 3, the cellulose-PB composite film obtained in Example 1 showed NH 4 + adsorption performance.

<実施例5:セルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムの作製>
セルロース溶液としてセルロース銅アンモニア溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、セルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムを調製した。フィルムはヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム水溶液を反応させた際には緑色であったが、2%硫酸で処理するとPBA(Cu,Fe)特有の赤茶色となった。X線解析装置を用いて分析したところ、図1に示すようなセルロースとPBA(Cu,Fe)の両方のピークが確認された。続いて実施例5で得られたフィルムの表面と断面をそれぞれSEMとTEMで観察した。図2と図3にそれぞれの写真を示す。
<Example 5: Preparation of cellulose-PBA (Cu, Fe) composite film>
A cellulose-PBA (Cu, Fe) composite film was prepared in the same manner as in Example 1 except that a cellulose copper-aluminum solution was used as the cellulose solution. The film was green when reacted with an aqueous solution of potassium hexacyanoferrate (II), but when treated with 2% sulfuric acid, it became reddish brown peculiar to PBA (Cu, Fe). When analyzed using an X-ray analyzer, peaks of both cellulose and PBA (Cu, Fe) as shown in FIG. 1 were confirmed. Subsequently, the surface and cross section of the film obtained in Example 5 were observed by SEM and TEM, respectively. The photographs are shown in FIGS. 2 and 3.

<実施例6:セルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムの作製>
用いる凝固液を純水ではなく2重量%の苛性ソーダ水溶液とし、凝固後に純水50mlに5分間浸漬して純水置換する操作を3回行ったこと以外は、実施例5と同様の方法でセルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムを調製した。得られたフィルムはPBA(Cu,Fe)特有の赤茶色であった。X線解析装置を用いて分析したところセルロースとPBA(Cu,Fe)の両方のピークが確認された。
<Example 6: Preparation of cellulose-PBA (Cu, Fe) composite film>
The coagulation liquid to be used was not pure water but a 2% by weight caustic soda aqueous solution, and after coagulation, the cellulose was immersed in 50 ml of pure water for 5 minutes to replace the pure water three times in the same manner as in Example 5. -PBA (Cu, Fe) composite film was prepared. The obtained film was reddish brown peculiar to PBA (Cu, Fe). When analyzed using an X-ray analyzer, peaks of both cellulose and PBA (Cu, Fe) were confirmed.

<実施例7:セルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムの作製>
セルロース溶液としてセルロース銅アンモニア溶液を用いたこと以外は、実施例3と同様の方法で、セルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムを調製した。得られたフィルムはPBA(Cu,Fe)特有の赤茶色であった。X線解析装置を用いて分析したところセルロースとPBA(Cu,Fe)の両方のピークが確認された。
<Example 7: Preparation of cellulose-PBA (Cu, Fe) composite film>
A cellulose-PBA (Cu, Fe) composite film was prepared in the same manner as in Example 3 except that a cellulose copper-aluminum solution was used as the cellulose solution. The obtained film was reddish brown peculiar to PBA (Cu, Fe). When analyzed using an X-ray analyzer, peaks of both cellulose and PBA (Cu, Fe) were confirmed.

<実施例8:セルロース−PBA(Zn,Fe)複合フィルムの作製>
コットンリンターを溶解する溶液にジンコキセン溶液を用い、セルロース濃度7重量%、亜鉛濃度4.5重量%、エチレンジアミン濃度13.5重量%としたこと以外は、実施例1と同様の方法でセルロース−PBA(Zn,Fe)複合フィルムを調製した。得られたフィルムは白色であった。X線解析装置を用いて分析したところセルロースとPBA(Zn,Fe)の両方のピークが確認された。
<Example 8: Preparation of cellulose-PBA (Zn, Fe) composite film>
Cellulose-PBA was used in the same manner as in Example 1 except that a zincoxene solution was used as a solution for dissolving the cotton linter and the cellulose concentration was 7% by weight, the zinc concentration was 4.5% by weight, and the ethylenediamine concentration was 13.5% by weight. A (Zn, Fe) composite film was prepared. The resulting film was white. When analyzed using an X-ray analyzer, peaks of both cellulose and PBA (Zn, Fe) were confirmed.

<実施例9:セルロース−PBA(Cu,Co)複合フィルムの作製>
セルロース溶液としてセルロース銅アンモニア溶液を用い、凝固後の反応液として2.5重量%ヘキサシアノコバルト(III)酸カリウム水溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法でセルロース−PBA(Cu,Co)複合フィルムを調製した。X線解析装置を用いて分析したところセルロースとPBA(Cu,Co)の両方のピークが確認された。
<Example 9: Preparation of cellulose-PBA (Cu, Co) composite film>
Cellulose-PBA (Cu, Co) A composite film was prepared. When analyzed using an X-ray analyzer, peaks of both cellulose and PBA (Cu, Co) were confirmed.

<セルロース−PBA複合フィルムの物性評価>
実施例5〜9で得られたセルロース−PBA複合フィルムの物性評価を行った。それらの結果を以下の表4に示す。
<Evaluation of physical properties of cellulose-PBA composite film>
The physical properties of the cellulose-PBA composite film obtained in Examples 5 to 9 were evaluated. The results are shown in Table 4 below.

Figure 2021116516
Figure 2021116516

表4から明らかなように、実施例5〜9の手法ではセルロース溶液の金属イオンとヘキサシアノ金属酸イオンの組み合わせを変えることで様々なPBAを担持した複合体を得ることができた。 As is clear from Table 4, in the methods of Examples 5 to 9, complexes carrying various PBAs could be obtained by changing the combination of the metal ion and the hexacyanometallic acid ion of the cellulose solution.

<実施例10:セルロース−PBA(Cu,Fe)複合長繊維の作製>
従来既知の方法で、セルロース銅アンモニア溶液を純水で流下緊張紡糸を行って、セルロースと銅を含むゲル状の長繊維を得た。続いて2.5重量%ヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム水溶液50mlを10cm角のステンレス製蓋付容器に入れ40℃に加熱しながら、長繊維を30分間浸漬させセルロースの水酸基と錯体を形成している銅イオンとヘキサシアノ鉄(II)酸イオンを反応させた。続いて長繊維を取り出し、2重量%硫酸50mlを入れた10cm角のステンレス製蓋付容器に入れて10分間浸漬させた。続いて長繊維を取り出し、純水50mlと一緒に10cm角のステンレス製蓋付容器に入れて振とうして表面に付着しているPBA(Cu,Fe)を洗い落とし、その後純水中に5分間静置することで未反応のヘキサシアノ鉄(II)酸イオンと硫酸を洗い落とした。一連の洗浄操作を純水中へのPBA(Cu,Fe)脱離による着色が見られなくなるまで繰り返した。得られた洗浄後の長繊維を5cm角のステンレス製型枠に巻き付け、乾燥収縮を抑えながら50℃で1昼夜減圧加熱乾燥させ、乾燥した長繊維を得た。
<Example 10: Preparation of cellulose-PBA (Cu, Fe) composite long fibers>
A gel-like long fiber containing cellulose and copper was obtained by flow-down tension spinning of a cellulose-copper-ammonia solution with pure water by a conventionally known method. Subsequently, 50 ml of a 2.5 wt% potassium hexacyanoferrate (II) acid aqueous solution was placed in a 10 cm square container with a stainless steel lid, and the long fibers were immersed for 30 minutes while heating at 40 ° C. to form a complex with the hydroxyl group of cellulose. The copper ion and hexacyanoferrate (II) acid ion were reacted. Subsequently, the long fibers were taken out, placed in a 10 cm square stainless steel lidded container containing 50 ml of 2 wt% sulfuric acid, and immersed for 10 minutes. Subsequently, the long fibers are taken out, placed in a 10 cm square stainless steel lidded container together with 50 ml of pure water, shaken to wash off PBA (Cu, Fe) adhering to the surface, and then immersed in pure water for 5 minutes. The unreacted hexacyanoferrate (II) acid ion and sulfuric acid were washed off by allowing to stand. A series of cleaning operations was repeated until no coloring due to desorption of PBA (Cu, Fe) into pure water was observed. The obtained washed long fibers were wound around a 5 cm square stainless steel mold and dried by heating under reduced pressure at 50 ° C. for one day and night while suppressing drying shrinkage to obtain dried long fibers.

<実施例11:セルロース−PBA(Cu,Fe)複合編物の作製>
実施例10で得られた長繊維を用い筒編み機で筒編みを行い、セルロース−PBA(Cu,Fe)複合編物を得た。
<Example 11: Preparation of cellulose-PBA (Cu, Fe) composite knitted fabric>
The long fibers obtained in Example 10 were used for tubular knitting with a tubular knitting machine to obtain a cellulose-PBA (Cu, Fe) composite knitted fabric.

<実施例12:セルロース−PBA(Cu,Fe)複合中空糸の作製>
従来既知の方法で、二重同心円紡口を用いセルロース銅アンモニア溶液を外液、2重量%の苛性ソーダ溶液を内液とし、2重量%苛性ソーダ溶液の浴に吐出して中空糸を紡糸し、得られた中空糸2.5gを純水50mlに5分間浸漬して純水置換する操作を3回行った以外は、実施例6と同様の方法で、セルロース−PBA(Cu,Fe)複合中空糸を調製した。
<Example 12: Preparation of cellulose-PBA (Cu, Fe) composite hollow fiber>
Using a conventionally known method, a cellulose copper ammonia solution is used as an external solution, a 2% by weight caustic soda solution is used as an internal solution, and the hollow fiber is spun by discharging it into a bath of a 2% by weight caustic soda solution. Cellulose-PBA (Cu, Fe) composite hollow fiber in the same manner as in Example 6 except that 2.5 g of the obtained hollow fiber was immersed in 50 ml of pure water for 5 minutes to replace the pure water three times. Was prepared.

<実施例13:セルロース−PBA(Cu,Fe)複合長繊維不織布の作製>
従来既知の方法で、セルロース銅アンモニア溶液の湿式スパンボンド紡糸を行った以外は、実施例10と同様の手順でセルロース−PBA(Cu,Fe)複合長繊維不織布を調製した。
<Example 13: Preparation of cellulose-PBA (Cu, Fe) composite long fiber non-woven fabric>
A cellulose-PBA (Cu, Fe) composite long fiber non-woven fabric was prepared in the same procedure as in Example 10 except that wet spunbond spinning of a cellulose copper ammonia solution was carried out by a conventionally known method.

<実施例14:セルロース−PBA(Cu,Fe)複合粒子の作製>
セルロース銅アンモニア溶液を希釈し粘度を60mPa・sに調整し、従来既知の方法でスプレードライを行ったことと、反応・洗浄後の粒子回収のために遠心分離を行って、セルロースと銅を含む粒子を作製した。続いて2.5重量%ヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム水溶液50mlを10cm角のステンレス製蓋付容器に入れ40℃に加熱しながら、粒子0.5gを30分間浸漬させセルロースの水酸基と錯体を形成している銅イオンとヘキサシアノ鉄(II)酸イオンを反応させた。反応後に遠心分離によって粒子を回収し、2重量%硫酸50mlを入れた10cm角のステンレス製蓋付容器に入れて10分間浸漬させた。続いて遠心分離によって粒子を回収し、純水50mlと一緒に遠心分離チューブに入れて振とうして表面に付着しているPBA(Cu,Fe)を洗い落とし、その後純水中に5分間静置することで未反応のヘキサシアノ鉄(II)酸イオンと硫酸を洗い落とした。一連の洗浄操作を純水中へのPBA(Cu,Fe)脱離による着色が見られなくなるまで繰り返した。洗浄後の粒子を遠心分離によって回収し、50℃で1昼夜減圧加熱乾燥させ、乾燥した粒子を得た。
<Example 14: Preparation of cellulose-PBA (Cu, Fe) composite particles>
Cellulose Copper Ammonia solution was diluted to adjust the viscosity to 60 mPa · s, spray-dried by a conventionally known method, and centrifuged for particle recovery after reaction and washing to contain cellulose and copper. Particles were made. Subsequently, 50 ml of a 2.5 wt% potassium hexacyanoferrate (II) acid aqueous solution was placed in a 10 cm square container with a stainless steel lid, and 0.5 g of the particles was immersed for 30 minutes while heating at 40 ° C. to form a complex with the hydroxyl group of cellulose. The copper ion and hexacyanoferrate (II) acid ion were reacted. After the reaction, the particles were collected by centrifugation and placed in a 10 cm square stainless steel lidded container containing 50 ml of 2 wt% sulfuric acid and immersed for 10 minutes. Subsequently, the particles are collected by centrifugation, placed in a centrifugation tube together with 50 ml of pure water, shaken to wash off PBA (Cu, Fe) adhering to the surface, and then allowed to stand in pure water for 5 minutes. By doing so, unreacted hexacyanoferrate (II) acid ions and sulfuric acid were washed away. A series of cleaning operations was repeated until no coloring due to desorption of PBA (Cu, Fe) into pure water was observed. The washed particles were collected by centrifugation and dried under reduced pressure at 50 ° C. for one day and night to obtain dried particles.

<実施例15:セルロース−PBA(Cu,Fe)複合微粒子の作製>
セルロース銅アンモニア溶液を希釈しセルロース濃度を0.37重量%に調整したことと、セルロース銅アンモニア溶液を27重量%のアセトン水溶液で凝固を行ったこと、凝固後に遠心分離によって回収した粒子2.5gを純水50mLに10分間浸漬して純水置換したこと以外は、実施例14と同様の方法で、セルロース−PBA(Cu,Fe)複合微粒子を調製した。
<Example 15: Preparation of cellulose-PBA (Cu, Fe) composite fine particles>
The cellulose copper ammonia solution was diluted to adjust the cellulose concentration to 0.37% by weight, the cellulose copper ammonia solution was coagulated with a 27% by weight aqueous acetone solution, and 2.5 g of particles recovered by centrifugation after coagulation. Cellulose-PBA (Cu, Fe) composite fine particles were prepared in the same manner as in Example 14 except that the mixture was immersed in 50 mL of pure water for 10 minutes to replace the pure water.

<形状の異なるセルロース−PBA(Cu,Fe)複合体の物性評価>
実施例10〜15で得られた複合体は、いずれもPBA(Cu,Fe)特有の赤茶色であった。また、複合体フィルムと同様に物性評価を行った。その結果を以下の表5に示す。
<Evaluation of physical properties of cellulose-PBA (Cu, Fe) complexes with different shapes>
The complexes obtained in Examples 10 to 15 were all reddish brown peculiar to PBA (Cu, Fe). Moreover, the physical characteristics were evaluated in the same manner as the composite film. The results are shown in Table 5 below.

Figure 2021116516
Figure 2021116516

表5から明らかなように、本実施形態の方法で得られた複合体は、任意の形状に調製が可能であった。 As is clear from Table 5, the complex obtained by the method of this embodiment could be prepared into any shape.

<比較例3:後加工によるセルロース−PB複合長繊維の作製>
セルロース銅アンモニア溶液から得られた再生セルロース長繊維を用い、比較例1と同様の方法で、セルロース−PB複合長繊維を調製した。得られた複合長繊維のPB担持率は8.7重量%、超音波洗浄後のPB担持率は3.4重量%であった。
<Comparative Example 3: Preparation of Cellulose-PB Composite Long Fiber by Post-Processing>
Cellulose-PB composite long fibers were prepared in the same manner as in Comparative Example 1 using regenerated cellulose long fibers obtained from a cellulose copper ammonia solution. The PB-supporting ratio of the obtained composite long fibers was 8.7% by weight, and the PB-supporting ratio after ultrasonic cleaning was 3.4% by weight.

<実施例16:セルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムの作製>
セルロース銅アンモニア溶液の組成を、セルロース濃度10重量%、アンモニア濃度8重量%、銅濃度4.3重量%としたこと以外は、実施例5と同様の方法でセルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムを調製した。
<Example 16: Preparation of cellulose-PBA (Cu, Fe) composite film>
Cellulose-PBA (Cu, Fe) composite in the same manner as in Example 5 except that the composition of the cellulose copper ammonia solution was 10% by weight of cellulose, 8% by weight of ammonia concentration, and 4.3% by weight of copper concentration. A film was prepared.

<実施例17:セルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムの作製>
反応液のヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム濃度を1.0重量%としたこと以外は、実施例5と同様の方法でセルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムを調製した。
<Example 17: Preparation of cellulose-PBA (Cu, Fe) composite film>
A cellulose-PBA (Cu, Fe) composite film was prepared in the same manner as in Example 5 except that the potassium hexacyanoferrate (II) concentration in the reaction solution was 1.0% by weight.

<実施例18:セルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムの作製>
反応液のヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム濃度を0.5重量%としたこと以外は、実施例5と同様の方法でセルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムを調製した。
<Example 18: Preparation of cellulose-PBA (Cu, Fe) composite film>
A cellulose-PBA (Cu, Fe) composite film was prepared in the same manner as in Example 5 except that the potassium hexacyanoferrate (II) concentration in the reaction solution was 0.5% by weight.

<実施例19:セルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムの作製>
反応液のヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム濃度を0.1重量%としたこと以外は、実施例5と同様の方法でセルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムを調製した。
<Example 19: Preparation of cellulose-PBA (Cu, Fe) composite film>
A cellulose-PBA (Cu, Fe) composite film was prepared in the same manner as in Example 5 except that the potassium hexacyanoferrate (II) concentration in the reaction solution was 0.1% by weight.

<実施例20:セルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムの作製>
フィルムのキャスト後に純水で凝固する代わりに風乾したこと以外は、実施例5と同様の方法でセルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムを調製した。
<Example 20: Preparation of cellulose-PBA (Cu, Fe) composite film>
A cellulose-PBA (Cu, Fe) composite film was prepared in the same manner as in Example 5 except that the film was air-dried instead of solidifying with pure water after casting.

<セルロース−PBA(Cu,Fe)複合フィルムの物性評価>
実施例16〜20で得られた複合体は、いずれもPBA(Cu,Fe)特有の赤茶色であった。以下の表6に複合体フィルムの物性評価結果を示す。
<Evaluation of physical properties of cellulose-PBA (Cu, Fe) composite film>
The complexes obtained in Examples 16 to 20 were all reddish brown peculiar to PBA (Cu, Fe). Table 6 below shows the results of evaluating the physical characteristics of the complex film.

Figure 2021116516
Figure 2021116516

表6から明らかなように、実施例16〜20では、セルロース溶液中の金属イオン濃度、反応液中のヘキサシアノ金属酸イオン濃度、凝固の方法などを調整することで、PBAの担持量をコントロールすることができた。 As is clear from Table 6, in Examples 16 to 20, the amount of PBA carried is controlled by adjusting the metal ion concentration in the cellulose solution, the hexacyanometallic acid ion concentration in the reaction solution, the coagulation method, and the like. I was able to.

まず、以下の実施例、比較例で用いた評価方法について説明する。尚、一例としてMOFがHKUST−1の時の評価方法を記載するが、洗浄に用いる溶媒や容器は、MOFを形成する金属イオンや配位子の溶解性や、MOFの安定性を加味して選択してよい。 First, the evaluation methods used in the following Examples and Comparative Examples will be described. As an example, the evaluation method when the MOF is HKUST-1 will be described, but the solvent and container used for cleaning take into consideration the solubility of the metal ions and ligands forming the MOF and the stability of the MOF. You may choose.

<複合体のMOFの担持率測定>
複合体を105℃で1昼夜減圧真空乾燥し、複合体の絶乾重量を測定する。続いて密閉できる容器に10重量%硫酸と複合体を入れ1時間浸漬して複合体に担持されているMOFを分解する。残ったセルロース構造体を回収し純水で洗浄する。この10重量%硫酸と純水の洗浄処理をもう一度繰り返す。得られたセルロース構造体を105℃で1時間減圧真空乾燥し、セルロース構造体の絶乾重量を測定する。複合体のMOFの担持率は、測定した複合体の絶乾重量とセルロース構造体の絶乾重量から、以下の式:
複合体のMOFの担持率(%)={(複合体の絶乾重量−セルロース構造体の絶乾重量)÷複合体の絶乾重量}×100
により算出する。
<Measurement of MOF loading rate of complex>
The complex is vacuum dried under reduced pressure at 105 ° C. for one day and night, and the absolute dry weight of the complex is measured. Subsequently, 10 wt% sulfuric acid and the complex are placed in a container that can be sealed and immersed for 1 hour to decompose the MOF supported on the complex. The remaining cellulose structure is collected and washed with pure water. This washing process of 10 wt% sulfuric acid and pure water is repeated once again. The obtained cellulose structure is vacuum dried under reduced pressure at 105 ° C. for 1 hour, and the absolute dry weight of the cellulose structure is measured. The MOF loading ratio of the complex is calculated from the measured absolute dry weight of the complex and the absolute dry weight of the cellulose structure by the following formula:
MOF loading ratio (%) of complex = {(absolute weight of complex-absolute weight of cellulose structure) ÷ absolute dry weight of complex} × 100
Calculated by

<複合体の洗浄操作>
超音波洗浄機としてアズワン製超音波洗浄機(ASU−6D、二周波切替式)を用い、洗浄槽内に純水を入れる。更に密閉できるガラス製容器にエタノールと複合体を入れ、超音波洗浄機で5分間洗浄を行う。5分間洗浄後に容器中のエタノールを入れ替え、一連の超音波洗浄操作を合計3回行う。
<Complex cleaning operation>
As an ultrasonic cleaner, an AS ONE ultrasonic cleaner (ASU-6D, dual frequency switching type) is used, and pure water is put into the washing tank. Further, put ethanol and the composite in a glass container that can be sealed, and wash with an ultrasonic cleaner for 5 minutes. After washing for 5 minutes, the ethanol in the container is replaced, and a series of ultrasonic cleaning operations are performed a total of 3 times.

<MOFを分解できない場合の超音波洗浄後の複合体のMOFの担持率測定>
MOFが分解できない場合は、NMMOなどのセルロースを溶解するがMOFを分解しない溶媒を用いセルロースを溶解し、MOFを単離し、絶乾重量を測定し、測定した複合体の絶乾重量とMOFの絶乾重量から、複合体のMOFの担持率を、以下の式:
複合体のMOFの担持率(%)={(MOFの絶乾重量)÷複合体の絶乾重量}×100
により算出する。
<Measurement of MOF loading rate of complex after ultrasonic cleaning when MOF cannot be decomposed>
If the MOF cannot be decomposed, dissolve the cellulose using a solvent that dissolves cellulose such as NMMO but does not decompose the MOF, isolate the MOF, measure the absolute dry weight, and measure the absolute dry weight of the complex and the MOF. From the absolute dry weight, the MOF carrying ratio of the complex is calculated by the following formula:
MOF loading ratio (%) of complex = {(absolute weight of MOF) ÷ absolute dry weight of complex} × 100
Calculated by

<洗浄操作前後におけるMOFの脱離率の算出>
洗浄操作前後におけるMOFの脱離率は、洗浄操作前後の複合体を担持率から、以下の式:
MOFの脱離率(%)={(洗浄前の担持率−洗浄後の担持率)÷洗浄前の担持率}×100
により算出する。
<Calculation of MOF detachment rate before and after cleaning operation>
The MOF desorption rate before and after the cleaning operation is calculated from the support rate of the complex before and after the cleaning operation by the following formula:
MOF desorption rate (%) = {(supporting rate before cleaning-supporting rate after cleaning) ÷ loading rate before cleaning} x 100
Calculated by

<実施例1:セルロース−HKUST−1複合フィルムの作製>
既知の方法でコットンリンターを銅アンモニア溶液に溶解し、セルロース濃度10重量%、アンモニア濃度7重量%、銅濃度3.6重量%のセルロース銅アンモニア溶液を調製した。アプリケーターを用い8cm角のガラス基板上に膜厚300μmでキャストした。続いて純水50mlを10cm角のステンレス製蓋付容器に入れ40℃に加熱しながら、ガラス基板ごと10分間浸漬させ凝固を行った。続いてDMF50mlを10cm角のステンレス製蓋付容器に入れ40℃に加熱しながら、ガラス基板ごと10分間浸漬させDMF置換を行った。続いてトリメシン酸濃度5.0重量%のDMF溶液50mlを10cm角のステンレス製蓋付容器に入れ40℃に加熱しながら、ガラス基板ごと30分間浸漬させセルロースの水酸基と錯体を形成している銅イオンとトリメシン酸を反応させた。反応後にガラス基板からフィルムを剥がし、エタノール50mlと一緒に10cm角のステンレス製蓋付容器に入れ、ピンセットでフィルムをつまみすすぐことで表面に付着しているHKUST−1を洗い落とし、その後エタノール中に5分間静置することで未反応のトリメシン酸を洗い落とした。一連の洗浄操作をエタノール中へのHKUST−1脱離による着色が見られなくなるまで繰り返した。得られた洗浄後のフィルムを5cm角のステンレス製型枠で挟み込み、乾燥収縮を抑えながら50℃で1昼夜減圧加熱乾燥させ、乾燥したフィルムを得た。得られたフィルムはHKUST−1特有の青色であった。X線回折測定装置(リガク社製X線回折装置「Mini FlexII」)を用いて分析したところ、図1に示すようなセルロースとHKUST−1の両方のピークが確認された。以上の結果から、セルロース−HKUST−1複合フィルムが得られたことが確認できた。
<Example 1: Preparation of cellulose-HKUST-1 composite film>
A cotton linter was dissolved in a cuprammonium-rayon solution by a known method to prepare a cuprammonium-rayon cellulose solution having a cellulose concentration of 10% by weight, an ammonia concentration of 7% by weight, and a copper concentration of 3.6% by weight. Using an applicator, it was cast on an 8 cm square glass substrate with a film thickness of 300 μm. Subsequently, 50 ml of pure water was placed in a 10 cm square stainless steel container with a lid, and while heating at 40 ° C., the glass substrate was immersed for 10 minutes to solidify. Subsequently, 50 ml of DMF was placed in a 10 cm square stainless steel lidded container, and while heating at 40 ° C., the glass substrate was immersed for 10 minutes to perform DMF substitution. Subsequently, 50 ml of a DMF solution having a trimesic acid concentration of 5.0% by weight was placed in a 10 cm square container with a stainless steel lid, and while heating at 40 ° C., the glass substrate was immersed for 30 minutes to form a complex with the hydroxyl group of cellulose. The ion was reacted with trimesic acid. After the reaction, peel off the film from the glass substrate, put it in a container with a 10 cm square stainless steel lid together with 50 ml of ethanol, pinch the film with tweezers to wash off HKUST-1 adhering to the surface, and then put 5 in ethanol. The unreacted trimesic acid was washed off by allowing it to stand for a minute. A series of washing operations was repeated until no coloration due to HKUST-1 desorption into ethanol was observed. The obtained washed film was sandwiched between 5 cm square stainless steel molds and dried by heating under reduced pressure at 50 ° C. for one day and night while suppressing drying shrinkage to obtain a dried film. The obtained film had a blue color peculiar to HKUST-1. When analyzed using an X-ray diffraction measuring device (X-ray diffractometer "Mini FlexII" manufactured by Rigaku Co., Ltd.), peaks of both cellulose and HKUST-1 as shown in FIG. 1 were confirmed. From the above results, it was confirmed that a cellulose-HKUST-1 composite film was obtained.

<実施例2:セルロース−HKUST−1複合フィルムの作製>
用いる凝固液を純水ではなく50重量%のアセトン水溶液とした以外は、実施例1と同様の方法で、セルロース−HKUST−1複合フィルムを調製した。
<Example 2: Preparation of cellulose-HKUST-1 composite film>
A cellulose-HKUST-1 composite film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the coagulating liquid used was not pure water but a 50% by weight aqueous acetone solution.

<実施例3:セルロース−HKUST−1複合フィルムの作製>
用いる凝固液を純水ではなく2重量%の苛性ソーダ水溶液とし、凝固後に純水50mlに5分間浸漬して純水置換する操作を3回行った後にDMF置換を行った以外は、実施例1と同様の方法で、セルロース−HKUST−1複合フィルムを調製した。
<Example 3: Preparation of cellulose-HKUST-1 composite film>
The coagulation liquid used was not pure water but a 2% by weight caustic soda aqueous solution, and after coagulation, it was immersed in 50 ml of pure water for 5 minutes to replace the pure water three times, and then DMF replacement was performed. A cellulose-HKUST-1 composite film was prepared in a similar manner.

<再生セルロースフィルムの調製>
トリメシン酸濃度5.0重量%のDMF溶液を用いず、10重量%の硫酸水溶液を用いた以外は、実施例1と同様の方法で再生セルロースフィルムを調製した。
<Preparation of regenerated cellulose film>
A regenerated cellulose film was prepared in the same manner as in Example 1 except that a DMF solution having a trimesic acid concentration of 5.0% by weight was not used and a 10% by weight aqueous sulfuric acid solution was used.

<比較例1:後加工によるセルロース−HKUST−1複合フィルムの作製>
特許文献2を参考に、セルロース−HKUST−1複合フィルムを作製した。トリメシン酸濃度5.0重量%の50vol%エタノール水溶液50mlと再生セルロースフィルムを密閉できるガラス製容器に入れて混合し10分間静置した。続いて硝酸銅(II)三水和物濃度3.7重量%の50vol%エタノール水溶液50mlを加え、容器の蓋を閉めて105℃に加熱し60分間反応を行った。得られたフィルムを実施例1と同様にエタノールで洗浄し、8cm角のステンレス製型枠で挟み込み、乾燥収縮を抑えながら50℃で1昼夜減圧真空乾燥し、乾燥したフィルムを得た。得られたフィルムはHKUST−1特有の青色であった。
<Comparative Example 1: Preparation of Cellulose-HKUST-1 Composite Film by Post-Processing>
A cellulose-HKUST-1 composite film was prepared with reference to Patent Document 2. 50 ml of a 50 vol% ethanol aqueous solution having a trimesic acid concentration of 5.0% by weight and a regenerated cellulose film were placed in a sealable glass container, mixed, and allowed to stand for 10 minutes. Subsequently, 50 ml of a 50 vol% ethanol aqueous solution having a copper (II) nitrate trihydrate concentration of 3.7% by weight was added, the lid of the container was closed, and the mixture was heated to 105 ° C. for 60 minutes. The obtained film was washed with ethanol in the same manner as in Example 1, sandwiched between 8 cm square stainless steel molds, and vacuum dried under reduced pressure at 50 ° C. for one day and night while suppressing drying shrinkage to obtain a dried film. The obtained film had a blue color peculiar to HKUST-1.

<比較例2:後加工によるセルロース−HKUST−1複合フィルムの作製>
特許文献3を参考に、トリメシン酸と硝酸銅(II)三水和物を最初に反応させHKUST−1粒子を合成し、DMFに分散させた状態で再生セルロースフィルムに塗布し乾燥したこと以外は、比較例1と同様の方法で、乾燥したフィルムを得た。得られたフィルムはHKUST−1特有の青色であった。
<Comparative Example 2: Preparation of Cellulose-HKUST-1 Composite Film by Post-Processing>
With reference to Patent Document 3, except that trimesic acid and copper (II) nitrate trihydrate were first reacted to synthesize HKUST-1 particles, which were then dispersed in DMF and applied to a regenerated cellulose film and dried. , A dried film was obtained in the same manner as in Comparative Example 1. The obtained film had a blue color peculiar to HKUST-1.

<セルロース−HKUST−1複合フィルムの物性評価>
実施例1〜3と比較例1〜2で得られたセルロース−HKUST−1複合フィルムの一部を用い、HKUST−1の担持率を測定した。続いて洗浄操作を行い、洗浄後のHKUST−1の担持率を測定し、洗浄操作前後におけるHKUST−1の脱離率を算出した。それらの結果を、以下の表7と表8に示す。
<Evaluation of physical properties of cellulose-HKUST-1 composite film>
The carrier ratio of HKUST-1 was measured using a part of the cellulose-HKUST-1 composite films obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. Subsequently, a cleaning operation was performed, the loading rate of HKUST-1 after cleaning was measured, and the desorption rate of HKUST-1 before and after the cleaning operation was calculated. The results are shown in Tables 7 and 8 below.

Figure 2021116516
Figure 2021116516

Figure 2021116516
Figure 2021116516

表7から明らかなように、実施例1〜3で得られた複合体は、MOFの担持率が高く、更に洗浄操作によるMOFの脱離も起きにくかった。他方、表8から明らかなように、本実施形態以外の方法で得られた複合体は、洗浄前の時点でのMOFの担持率が低く、さらに洗浄操作による脱離が起きやすかった。続いて実施例1で得られたフィルムの表面と断面をそれぞれSEMとTEMで観察した。図2と図3にそれぞれの写真を示す。実施例1で得られた複合体は、MOFが内部にも担持されているため脱離しにくいのに対し、比較例で得られた複合体は、MOFが脱離しやすいと言える。また、それぞれのフィルムと、MOFを担持していない再生セルロースフィルムを引っ張り、ハンドリングを確認したところ、比較例1〜2で得られたフィルムは、再生セルロースフィルムと同等の力で破断した。それに対し、実施例1〜3で得られたフィルムは、再生セルロースフィルムよりも破断しにくかった。 As is clear from Table 7, the complexes obtained in Examples 1 to 3 had a high loading rate of MOF, and further, it was difficult for MOF to be detached by a washing operation. On the other hand, as is clear from Table 8, the complexes obtained by methods other than the present embodiment had a low MOF loading ratio at the time before washing, and were more likely to be detached by the washing operation. Subsequently, the surface and cross section of the film obtained in Example 1 were observed by SEM and TEM, respectively. The photographs are shown in FIGS. 2 and 3. It can be said that the complex obtained in Example 1 is difficult to detach because the MOF is also supported inside, whereas the complex obtained in Comparative Example is easy to detach MOF. Further, when each film and the regenerated cellulose film not supporting MOF were pulled and the handling was confirmed, the films obtained in Comparative Examples 1 and 2 broke with the same force as the regenerated cellulose film. On the other hand, the films obtained in Examples 1 to 3 were more difficult to break than the regenerated cellulose film.

<実施例4:セルロース−HKUST−1複合長繊維の作製>
従来既知の方法で、セルロース銅アンモニア溶液を純水で流下緊張紡糸を行って、セルロースと銅を含むゲル状の長繊維を得た。続いてDMF50mlを10cm角のステンレス製蓋付容器に入れ40℃に加熱し、長繊維2.5gを10分間浸漬させDMF置換を行った。続いてトリメシン酸濃度5.0重量%のDMF溶液50mlを10cm角のステンレス製蓋付容器に入れ40℃に加熱しながら、DMF置換した長繊維を30分間浸漬させセルロースの水酸基と錯体を形成している銅イオンとトリメシン酸を反応させた。反応後に長繊維を取り出し、エタノール50mlと一緒に10cm角のステンレス製蓋付容器に入れて振とうして表面に付着しているHKUST−1を洗い落とし、その後エタノール中に5分間静置することで未反応のトリメシン酸を洗い落とした。一連の洗浄操作をエタノール中へのHKUST−1脱離による着色が見られなくなるまで繰り返した。得られた洗浄後の長繊維を5cm角のステンレス製型枠に巻き付け、乾燥収縮を抑えながら50℃で1昼夜減圧加熱乾燥させ、乾燥した長繊維を得た。得られた長繊維はHKUST−1特有の青色であった。
<Example 4: Preparation of cellulose-HKUST-1 composite long fiber>
A gel-like long fiber containing cellulose and copper was obtained by flow-down tension spinning of a cellulose-copper-ammonia solution with pure water by a conventionally known method. Subsequently, 50 ml of DMF was placed in a 10 cm square stainless steel container with a lid, heated to 40 ° C., and 2.5 g of long fibers was immersed for 10 minutes to perform DMF substitution. Subsequently, 50 ml of a DMF solution having a trimesic acid concentration of 5.0% by weight was placed in a 10 cm square container with a stainless steel lid, and while heating at 40 ° C., the DMF-substituted long fibers were immersed for 30 minutes to form a complex with the hydroxyl group of cellulose. The copper ion was reacted with trimesic acid. After the reaction, the long fibers are taken out, placed in a 10 cm square stainless steel lidded container with 50 ml of ethanol, shaken to wash off HKUST-1 adhering to the surface, and then allowed to stand in ethanol for 5 minutes. The unreacted trimesic acid was washed off. A series of washing operations was repeated until no coloration due to HKUST-1 desorption into ethanol was observed. The obtained washed long fibers were wound around a 5 cm square stainless steel mold and dried by heating under reduced pressure at 50 ° C. for one day and night while suppressing drying shrinkage to obtain dried long fibers. The obtained long fibers had a blue color peculiar to HKUST-1.

<実施例5:セルロース−HKUST−1複合編物の作製>
実施例4で得られた長繊維を用い筒編み機で筒編みを行い、セルロース−HKUST−1複合編物を得た。
<Example 5: Preparation of cellulose-HKUST-1 composite knitted fabric>
The long fibers obtained in Example 4 were used for tubular knitting with a tubular knitting machine to obtain a cellulose-HKUST-1 composite knitted fabric.

<実施例6:セルロース−HKUST−1複合中空糸の作製>
従来既知の方法で、二重同心円紡口を用い、セルロース銅アンモニア溶液を外液、2重量%の苛性ソーダ溶液を内液とし、2重量%苛性ソーダ溶液の浴に吐出して中空糸を紡糸し、得られた中空糸2.5gを純水50mlに5分間浸漬して純水置換する操作を3回行った以外は、実施例4と同様の方法で、セルロース−HKUST−1複合中空糸を調製した。
<Example 6: Preparation of cellulose-HKUST-1 composite hollow fiber>
Using a double concentric spun, a cellulose copper ammonia solution is used as an external solution, a 2% by weight caustic soda solution is used as an internal solution, and the hollow fiber is spun by discharging it into a bath of 2% by weight caustic soda solution. A cellulose-HKUST-1 composite hollow fiber was prepared in the same manner as in Example 4 except that 2.5 g of the obtained hollow fiber was immersed in 50 ml of pure water for 5 minutes to replace the pure water three times. did.

<実施例7:セルロース−HKUST−1複合長繊維不織布の作製>
従来既知の方法で、セルロース銅アンモニア溶液の湿式スパンボンド紡糸を行った以外は、実施例4と同様の手順で、図4に示すようなセルロース−HKUST−1複合長繊維不織布を調製した。
<Example 7: Preparation of cellulose-HKUST-1 composite long fiber non-woven fabric>
A cellulose-HKUST-1 composite long-fiber non-woven fabric as shown in FIG. 4 was prepared in the same procedure as in Example 4 except that wet spunbond spinning of a cellulose copper-ammonia solution was performed by a conventionally known method.

<実施例8:セルロース−HKUST−1複合粒子の作製>
セルロース銅アンモニア溶液を希釈し粘度を60mPa・sに調整し、従来既知の方法でスプレードライを行って、セルロースと銅を含む粒子を作製した。続いてトリメシン酸濃度5.0重量%のDMF溶液50mlを10cm角のステンレス製蓋付容器に入れ40℃に加熱しながら、粒子0.5gを30分間浸漬させセルロースの水酸基と錯体を形成している銅イオンとトリメシン酸を反応させた。反応後に遠心分離によって粒子を回収し、エタノール50mlと一緒に遠心分離チューブに入れて振とうして表面に付着しているHKUST−1を洗い落とし、その後エタノール中に5分間静置することで未反応のトリメシン酸を洗い落とした。一連の洗浄操作をエタノール中へのHKUST−1脱離による着色が見られなくなるまで繰り返した。洗浄後の粒子を遠心分離によって回収し、50℃で1昼夜減圧加熱乾燥させ、乾燥した粒子を得た。得られた粒子はHKUST−1特有の青色であった。
<Example 8: Preparation of cellulose-HKUST-1 composite particles>
Cellulose Copper Ammonia solution was diluted to adjust the viscosity to 60 mPa · s, and spray-dried by a conventionally known method to prepare particles containing cellulose and copper. Subsequently, 50 ml of a DMF solution having a trimesic acid concentration of 5.0% by weight was placed in a 10 cm square container with a stainless steel lid, and 0.5 g of particles were immersed for 30 minutes while heating at 40 ° C. to form a complex with a hydroxyl group of cellulose. The copper ion was reacted with trimesic acid. After the reaction, the particles are collected by centrifugation, placed in a centrifuge tube together with 50 ml of ethanol, shaken to wash off HKUST-1 adhering to the surface, and then allowed to stand in ethanol for 5 minutes to unreact. Trimesic acid was washed off. A series of washing operations was repeated until no coloration due to HKUST-1 desorption into ethanol was observed. The washed particles were collected by centrifugation and dried under reduced pressure at 50 ° C. for one day and night to obtain dried particles. The obtained particles had a blue color peculiar to HKUST-1.

<実施例9:セルロース−HKUST−1複合微粒子の作製>
セルロース銅アンモニア溶液を希釈しセルロース濃度を0.37重量%に調整したことと、セルロース銅アンモニア溶液を27重量%のアセトン水溶液に投入して凝固を行ったこと、凝固後に遠心分離によって回収した粒子2.5gを40℃に加熱したDMF50mLに10分間浸漬してDMF置換したこと以外は、実施例8と同様の方法で、セルロース−HKUST−1複合微粒子を調製した。
<Example 9: Preparation of cellulose-HKUST-1 composite fine particles>
The cellulose copper ammonia solution was diluted to adjust the cellulose concentration to 0.37% by weight, the cellulose copper ammonia solution was put into a 27% by weight aqueous acetone solution to coagulate, and the particles recovered by centrifugation after coagulation. Cellulose-HKUST-1 composite fine particles were prepared in the same manner as in Example 8 except that 2.5 g was immersed in 50 mL of DMF heated to 40 ° C. for 10 minutes to replace DMF.

<比較例3:後加工によるセルロース−HKUST−1複合長繊維の作製>
セルロース銅アンモニア溶液から得られた再生セルロース長繊維を用い、比較例1と同様の方法で、セルロース−HKUST−1複合長繊維を調製した。得られた複合長繊維のHKUST−1担持率は8.1重量%、超音波洗浄後のHKUST−1担持率は2.6重量%であった。
<Comparative Example 3: Preparation of Cellulose-HKUST-1 Composite Long Fiber by Post-Processing>
Cellulose-HKUST-1 composite long fibers were prepared using the regenerated cellulose long fibers obtained from the cuprammonium-rayon solution in the same manner as in Comparative Example 1. The HKUST-1 supporting ratio of the obtained composite long fibers was 8.1% by weight, and the HKUST-1 supporting ratio after ultrasonic cleaning was 2.6% by weight.

<形状の異なるセルロース−HKUST−1複合体の物性評価>
実施例4〜9及び比較例3で得られた複合体は、いずれもHKUST−1特有の青色であった。また、複合体フィルムと同様に物性評価を行った。その結果を以下の表9に示す。
<Evaluation of physical properties of cellulose-HKUST-1 complex with different shape>
The complexes obtained in Examples 4 to 9 and Comparative Example 3 were all blue, which is peculiar to HKUST-1. Moreover, the physical characteristics were evaluated in the same manner as the composite film. The results are shown in Table 9 below.

Figure 2021116516
Figure 2021116516

表9から明らかなように、本実施形態の方法で得られた複合体は、任意の形状に調製が可能であった。 As is clear from Table 9, the complex obtained by the method of this embodiment could be prepared into any shape.

<セルロース−HKUST−1複合長繊維のアンモニアガス吸着性能評価>
実施例4で得られたセルロース−HKUST−1複合長繊維を、市販のガラス製カルシウム管に詰め、両端を、脱脂綿を用い封入した。市販のガラス製ビーカーに0.5重量%のアンモニア水溶液を入れ、セルロース−HKUST−1複合長繊維を詰めたカルシウム管を接続した。同様に比較例3で得られたセルロース−HKUST−1複合長繊維を詰めたカルシウム管を用意した。カルシウム管の開放部に市販のガス採取器とアンモニア用のガス検知管を用い、アンモニアガス濃度の測定を実施した。カルシウム管にセルロース−HKUST−1複合長繊維を詰めていない場合はアンモニア濃度が140ppmであったのに対し、実施例4で得られた複合長繊維を詰めた場合はアンモニア濃度が検出限界以下(10ppm以下)、比較例3で得られた複合長繊維を詰めた場合はアンモニア濃度が20ppmであった。以上の結果から本願発明の複合体は、MOFの高い担持率に起因する性能を有するだけでなく、ハンドリングがしやすく、様々な用途に応じ形状を選択できると言える。
<Evaluation of Ammonia Gas Adsorption Performance of Cellulose-HKUST-1 Composite Long Fiber>
The cellulose-HKUST-1 composite long fibers obtained in Example 4 were packed in a commercially available glass calcium tube, and both ends were sealed with absorbent cotton. A 0.5% by weight aqueous ammonia solution was placed in a commercially available glass beaker, and a calcium tube filled with cellulose-HKUST-1 composite long fibers was connected. Similarly, a calcium tube filled with the cellulose-HKUST-1 composite long fibers obtained in Comparative Example 3 was prepared. Ammonia gas concentration was measured using a commercially available gas sampler and a gas detector tube for ammonia in the open part of the calcium tube. When the calcium tube was not filled with cellulose-HKUST-1 composite long fibers, the ammonia concentration was 140 ppm, whereas when the composite long fibers obtained in Example 4 were packed, the ammonia concentration was below the detection limit ( (10 ppm or less), the ammonia concentration was 20 ppm when the composite long fibers obtained in Comparative Example 3 were packed. From the above results, it can be said that the complex of the present invention not only has the performance due to the high loading ratio of MOF, but also is easy to handle, and the shape can be selected according to various uses.

<実施例10:セルロース−HKUST−1複合フィルムの作製>
セルロース銅アンモニア溶液の組成を、セルロース濃度10重量%、アンモニア濃度8重量%、銅濃度4.3重量%としたこと以外は、実施例1と同様の方法でセルロース−HKUST−1複合フィルムを調製した。
<Example 10: Preparation of cellulose-HKUST-1 composite film>
A cellulose-HKUST-1 composite film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition of the cellulose-copper-ammonia solution was 10% by weight of cellulose, 8% by weight of ammonia, and 4.3% by weight of copper. did.

<実施例11:セルロース−HKUST−1複合フィルムの作製>
実施例10で用いたセルロース銅アンモニア溶液を用い、純水で凝固する代わりに風乾を行ったこと以外は、実施例1と同様の手順でセルロース−HKUST−1複合フィルムを調製した。
<Example 11: Preparation of cellulose-HKUST-1 composite film>
A cellulose-HKUST-1 composite film was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the cellulose-copper-ammonia solution used in Example 10 was used and air-dried instead of solidifying with pure water.

<セルロース−HKUST−1複合フィルムの物性評価>
実施例10、11で得られたセルロース−HKUST−1複合フィルムの物性評価を行った。その結果を以下表10に示す。
<Evaluation of physical properties of cellulose-HKUST-1 composite film>
The physical properties of the cellulose-HKUST-1 composite films obtained in Examples 10 and 11 were evaluated. The results are shown in Table 10 below.

Figure 2021116516
Figure 2021116516

表10から明らかなように、実施例10、11の手法では、金属イオンの量、凝固の方法を調整することで、MOFの担持量をコントロールすることができた。 As is clear from Table 10, in the methods of Examples 10 and 11, the amount of MOF supported could be controlled by adjusting the amount of metal ions and the method of solidification.

<実施例12:セルロース−MOF−2複合フィルムの作製>
凝固後に反応させる溶液をテレフタル酸濃度4.0重量%のDMF溶液としたこと以外は、実施例1と同様の方法でセルロース−MOF−2複合フィルムを得た。得られたフィルムは水色であり、X線解析装置を用いて分析したところセルロースとMOF−2の両方のピークが確認された。セルロース−MOF−2複合フィルムの断面TEM像を図5に示す。
<Example 12: Preparation of cellulose-MOF-2 composite film>
A cellulose-MOF-2 composite film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the solution to be reacted after coagulation was a DMF solution having a terephthalic acid concentration of 4.0% by weight. The obtained film was light blue, and when analyzed using an X-ray analyzer, peaks of both cellulose and MOF-2 were confirmed. A cross-sectional TEM image of the cellulose-MOF-2 composite film is shown in FIG.

<実施例13:セルロース−MOF−5複合フィルムの作製>
コットンリンターを溶解する溶液にジンコキセン溶液を用い、セルロース濃度7重量%、亜鉛濃度4.5重量%、エチレンジアミン濃度13.5重量%とし、凝固後に反応させる溶液をテレフタル酸濃度4.0重量%のDMF溶液としたこと以外は、実施例1と同様の方法でセルロース−MOF−5複合フィルムを得た。得られたフィルムは白色であり、X線解析装置を用いて分析したところセルロースとMOF−5の両方のピークが確認された。
<Example 13: Preparation of cellulose-MOF-5 composite film>
A zincoxene solution is used as a solution for dissolving the cotton linter, the cellulose concentration is 7% by weight, the zinc concentration is 4.5% by weight, the ethylenediamine concentration is 13.5% by weight, and the solution to be reacted after coagulation is a terephthalic acid concentration of 4.0% by weight. A cellulose-MOF-5 composite film was obtained in the same manner as in Example 1 except that it was prepared as a DMF solution. The obtained film was white, and when analyzed using an X-ray analyzer, peaks of both cellulose and MOF-5 were confirmed.

<実施例14:セルロース−ZIF−8複合フィルムの作製>
凝固後に反応させる溶液を、2−メチルイミダゾール濃度2.1%の50vol%エタノール水溶液としたこと以外は、実施例18と同様の方法でセルロース−ZIF−8複合フィルムを得た。得られたフィルムは白色であり、X線解析装置を用いて分析したところセルロースとZIF−8の両方のピークが確認された。
<Example 14: Preparation of cellulose-ZIF-8 composite film>
A cellulose-ZIF-8 composite film was obtained in the same manner as in Example 18 except that the solution to be reacted after coagulation was a 50 vol% ethanol aqueous solution having a 2-methylimidazole concentration of 2.1%. The obtained film was white, and when analyzed using an X-ray analyzer, peaks of both cellulose and ZIF-8 were confirmed.

<実施例15:セルロース−MIL−53(Fe)複合フィルムの作製>
コットンリンターを溶解する溶液にEWNNを用い、セルロース濃度4.0重量%、鉄濃度1.5重量%、酒石酸濃度12.9重量%、水酸化ナトリウム濃度18.7重量%とし、凝固後に純水による洗浄操作を3回行った後にDMF置換を行い、凝固後に反応させる溶液をテレフタル酸濃度4.0重量%のDMF溶液としたこと以外は、実施例1と同様の方法でセルロース−MIL−53(Fe)複合フィルムを得た。得られたフィルムは黄色であり、X線解析装置を用いて分析したところセルロースとMIL−53(Fe)の両方のピークが確認された。
<Example 15: Preparation of cellulose-MIL-53 (Fe) composite film>
Using EWNN as a solution to dissolve the cotton linter, the cellulose concentration was 4.0% by weight, the iron concentration was 1.5% by weight, the tartrate acid concentration was 12.9% by weight, and the sodium hydroxide concentration was 18.7% by weight. Cellulose-MIL-53 in the same manner as in Example 1 except that the solution to be reacted after coagulation was a DMF solution having a terephthalic acid concentration of 4.0% by weight by performing DMF substitution after performing the washing operation according to 3 times. A (Fe) composite film was obtained. The obtained film was yellow, and when analyzed using an X-ray analyzer, peaks of both cellulose and MIL-53 (Fe) were confirmed.

<セルロース-各種MOF複合フィルムの性能評価>
実施例12〜15で得られた複合フィルムの物性評価を行った。その結果を以下の表11に示す。
<Cellulose-Performance evaluation of various MOF composite films>
The physical properties of the composite films obtained in Examples 12 to 15 were evaluated. The results are shown in Table 11 below.

Figure 2021116516
Figure 2021116516

表11から明らかなように、実施例12〜15の手法では、様々な金属イオンと配位子を組み合わせることができた。 As is clear from Table 11, the methods of Examples 12-15 were able to combine various metal ions and ligands.

本発明の複合体は、水素貯蔵などのガス貯蔵、二酸化炭素の排出抑制などを目的としたガス分離、気体や液体中のケミカル不純物などを除去するフィルター、高分子合成などの反応場となる添加剤、反応を制御する触媒、気体や液体中から目的物質を分離する吸着分離、液体中からの有価物回収、血液中から老廃物を除去する透析膜、空隙に閉じ込めておいた物質を徐放する徐放剤、消臭性・調湿性・抗菌性を有する建物や自動車などの内装材、イオン伝導材料、二次電池の電極・セパレータ、エレクトロクロミック材料、などに用いることができる。 The complex of the present invention is used for gas storage such as hydrogen storage, gas separation for the purpose of suppressing carbon dioxide emissions, a filter for removing chemical impurities in gas or liquid, and addition as a reaction field for polymer synthesis. Agents, catalysts that control reactions, adsorption separation that separates target substances from gases and liquids, recovery of valuable resources from liquids, dialysis membranes that remove waste products from blood, sustained release of substances trapped in voids It can be used as a sustained-release agent, an interior material for buildings and automobiles having deodorant, humidity control, and antibacterial properties, an ion conductive material, an electrode / separator for a secondary battery, an electrochromic material, and the like.

本発明の複合体は、水素貯蔵などのガス貯蔵、二酸化炭素の排出抑制などを目的としたガス分離、気体や液体中のケミカル不純物などを除去するフィルター、高分子合成などの反応場となる添加剤、反応を制御する触媒、気体や液体中から目的物質を分離する吸着分離、液体中からの有価物回収、血液中から老廃物を除去する透析膜、空隙に閉じ込めておいた物質を徐放する徐放剤、消臭性・調湿性・抗菌性を有する建物や自動車などの内装材、結晶スポンジ法の足場材、イオン伝導材料、二次電池の電極・セパレータ―、エレクトロクロミック材料、などに用いることができる。 The complex of the present invention is used for gas storage such as hydrogen storage, gas separation for the purpose of suppressing carbon dioxide emissions, a filter for removing chemical impurities in gas or liquid, and addition as a reaction field for polymer synthesis. Agents, catalysts that control reactions, adsorption separation that separates target substances from gases and liquids, recovery of valuable resources from liquids, dialysis membranes that remove waste products from blood, sustained release of substances trapped in voids For sustained-release agents, interior materials for buildings and automobiles with deodorant, humidity control, and antibacterial properties, scaffolding materials using the crystalline sponge method, ion conductive materials, electrodes / separators for secondary batteries, electrochromic materials, etc. Can be used.

Claims (13)

セルロースと無機系多孔性配位高分子を含む複合体であって、該複合体の超音波洗浄操作後の無機系多孔性配位高分子の担持率が4重量%〜60重量%である、複合体。 A composite containing cellulose and an inorganic porous coordination polymer, wherein the carrying ratio of the inorganic porous coordination polymer after the ultrasonic cleaning operation of the composite is 4% by weight to 60% by weight. Complex. 前記超音波洗浄操作が、洗浄槽内に純水を入れた二周波切替式の超音波洗浄機を用い、以下の操作:
(1)前記無機系多孔性配位高分子を溶解又は分解しない溶媒と複合体が入ったガラス製容器を5分間超音波洗浄機にかける、
(2)前記ガラス製容器内の溶媒を入れ替える、
を合計3回行う操作である、請求項1に記載の複合体。
The ultrasonic cleaning operation uses a dual-frequency switching ultrasonic cleaning machine in which pure water is placed in the cleaning tank, and the following operations are performed:
(1) A glass container containing a solvent and a composite that does not dissolve or decompose the inorganic porous coordination polymer is placed in an ultrasonic cleaner for 5 minutes.
(2) Replace the solvent in the glass container.
The complex according to claim 1, wherein the operation is performed three times in total.
前記無機系多孔性配位高分子がプルシアンブルー類縁体である、請求項1又は2に記載の複合体。 The complex according to claim 1 or 2, wherein the inorganic porous coordination polymer is a Prussian blue analog. 前記セルロースが再生セルロースである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合体。 The complex according to any one of claims 1 to 3, wherein the cellulose is regenerated cellulose. 短繊維、長繊維、織物、編物、不織布、フィルム、多孔膜、中空糸、粒子、又は微粒子のいずれかの形状を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の複合体。 The composite according to any one of claims 1 to 4, which has the shape of any of short fibers, long fibers, woven fabrics, knitted fabrics, non-woven fabrics, films, porous membranes, hollow fibers, particles, or fine particles. 以下の工程:
セルロースが金属イオンを含む錯体として溶解しているセルロース溶液を調製する工程;
該セルロース溶液からセルロースと金属イオンを含む構造体を成形して得る工程;及び
得られた構造体を前記金属イオンと反応して無機系多孔性配位高分子を形成するアニオン種を含む溶液に、接触させて、セルロースと無機系多孔性配位高分子を含む複合体を得る工程;
を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の複合体の製造方法。
The following steps:
Step of preparing a cellulose solution in which cellulose is dissolved as a complex containing metal ions;
A step of molding a structure containing cellulose and metal ions from the cellulose solution; and a solution containing an anion species that reacts the obtained structure with the metal ions to form an inorganic porous coordination polymer. , A step of contacting to obtain a complex containing cellulose and an inorganic porous coordination polymer;
The method for producing a complex according to any one of claims 1 to 5, which comprises.
前記金属イオンが、銅、亜鉛、カルシウム、カドミウム、コバルト、ニッケル、鉄、パラジウム、マグネシウムのいずれか、又はそれらのいずれかの組み合わせである、請求項6に記載の方法。 The method according to claim 6, wherein the metal ion is any one of copper, zinc, calcium, cadmium, cobalt, nickel, iron, palladium, magnesium, or a combination thereof. セルロースと金属有機構造体を含む複合体であって、該複合体の超音波洗浄操作後の金属有機構造体の担持率が4重量%〜60重量%である、複合体。 A complex containing cellulose and a metal-organic framework, wherein the support ratio of the metal-organic structure after the ultrasonic cleaning operation of the complex is 4% by weight to 60% by weight. 前記超音波洗浄操作が、洗浄槽内に純水を入れた二周波切替式の超音波洗浄機を用い、以下の操作:
(1)前記金属有機構造体を溶解又は分解しない溶媒と前記複合体とが入ったガラス製容器を5分間超音波洗浄機にかける、
(2)該ガラス製容器内の該溶媒を入れ替える、
を合計3回行う操作である、請求項8に記載の複合体。
The ultrasonic cleaning operation uses a dual-frequency switching ultrasonic cleaning machine in which pure water is placed in the cleaning tank, and the following operations are performed:
(1) A glass container containing the solvent that does not dissolve or decompose the metal-organic framework and the complex is placed in an ultrasonic cleaner for 5 minutes.
(2) Replace the solvent in the glass container.
The complex according to claim 8, wherein the operation is performed three times in total.
前記セルロースが再生セルロースである、請求項8又は9に記載の複合体。 The complex according to claim 8 or 9, wherein the cellulose is regenerated cellulose. 短繊維、長繊維、織物、編物、不織布、フィルム、多孔膜、中空糸、粒子、又は微粒子のいずれかの形状を有する、請求項8〜10のいずれか1項に記載の複合体。 The composite according to any one of claims 8 to 10, which has the shape of any of short fibers, long fibers, woven fabrics, knitted fabrics, non-woven fabrics, films, porous membranes, hollow fibers, particles, or fine particles. 以下の工程:
セルロースが金属イオンを含む錯体として溶解しているセルロース溶液を調製する工程; 該セルロース溶液から、セルロースと金属イオンを含む構造体を成形して得る工程;及び
得られた構造体を有機配位子溶液に接触させて、セルロースと金属有機構造体を含む複合体を得る工程;
を含む、請求項8〜11のいずれか1項に記載の複合体の製造方法。
The following steps:
A step of preparing a cellulose solution in which cellulose is dissolved as a complex containing metal ions; a step of forming a structure containing cellulose and metal ions from the cellulose solution; and a step of obtaining the obtained structure as an organic ligand. The step of contacting with a solution to obtain a complex containing cellulose and a metallic organic structure;
The method for producing a complex according to any one of claims 8 to 11, which comprises.
前記金属イオンが、銅、亜鉛、カルシウム、カドミウム、コバルト、ニッケル、鉄、パラジウム、マグネシウムのいずれか、又はそれらのいずれかの組み合わせである、請求項12に記載の方法。 The method according to claim 12, wherein the metal ion is any one of copper, zinc, calcium, cadmium, cobalt, nickel, iron, palladium, magnesium, or a combination thereof.
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