JP2021195418A - Porous hydrous gel molded article, method of producing the same, and application of the same - Google Patents

Porous hydrous gel molded article, method of producing the same, and application of the same Download PDF

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貴嗣 大畑
Takashi Ohata
資二 吉原
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Abstract

To provide a porous hydrous gel molded article capable of diminishing a dead space without miniaturizing the carrier when using a molded article as a microorganism carrier.SOLUTION: A porous hydrous gel molded article includes acetalized polyvinyl alcohol, where the molded article has continuous pores having a diameter of 0.1-50 μm from the surface to the inside, the aspect ratio A1 defined by the following formula (1) is 1-5, and the aspect ratio A2 defined by the following formula (2) is 2-10. A1=a/b (1), and A2=a/c (2), where a is a major axis when observing from a vertical direction by placing the molded article on the horizontal plane, b is a minor axis when observing from a vertical direction by placing the molded article on the horizontal plane, and c is a minor axis when observing from a horizontal direction by placing the molded article on the horizontal plane.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ポリマーを含む多孔質含水ゲル成形物に関する。また、本発明はそのような多孔質含水ゲル成形物の製造方法及び用途に関する。 The present invention relates to a porous hydrogel molded product containing a polymer. The present invention also relates to a method and application for producing such a porous hydrogel molded product.

高分子素材からなる含水ゲル成形物は、生体触媒の担体、保水剤、保冷剤、眼・皮膚・関節などの生体ゲルの代替、薬物の徐放剤として、その研究が盛んである。これらの含水ゲル成形物の原料となる高分子素材としては、寒天、アルギン酸塩、カラギーナン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール(以下、PVAと略記することがある)、光硬化性樹脂などがある。水処理、特に排水処理などに用いる担体としては、含水率が高いこと、酸素や基質の透過性に優れること、生体として親和性が高いことなどが要求される。PVAはこれらの条件を満たす素材として特に優れている。 Hydrous-containing gel molded products made of polymer materials are being actively researched as carriers for biocatalysts, water-retaining agents, cold-retaining agents, alternatives to biological gels such as eyes, skin, and joints, and sustained-release agents for drugs. Examples of the polymer material used as a raw material for these hydrogel molded products include agar, alginate, carrageenan, polyacrylamide, polyvinyl alcohol (hereinafter, may be abbreviated as PVA), and a photocurable resin. The carrier used for water treatment, particularly wastewater treatment, is required to have a high water content, excellent permeability of oxygen and a substrate, and high affinity as a living body. PVA is particularly excellent as a material satisfying these conditions.

PVAから成る含水ゲル成形物を用いた水処理方法は、処理槽内に含水ゲル成形物を投入し、当該含水ゲル成形物に固定化された微生物の働きで処理水中の有機物等を分解処理するものである。 In the water treatment method using a hydrogel molded product made of PVA, the hydrogel molded product is put into a treatment tank, and organic substances and the like in the treated water are decomposed by the action of microorganisms immobilized on the hydrogel molded product. It is a thing.

微生物担体の課題は、微生物を担持する能力をいかに向上できるかにある。当該能力が低い場合には、目的の処理性を担保するために大量の担体を処理槽に投入しなければならない。また、担体を十分に撹拌させるための撹拌動力や曝気量が嵩み、イニシャルコストやランニングコストも増大する。 The challenge for microbial carriers is how to improve their ability to carry microbial carriers. If the capacity is low, a large amount of carrier must be charged into the treatment tank in order to ensure the desired processability. In addition, the stirring power and the amount of aeration for sufficiently stirring the carrier are increased, and the initial cost and the running cost are also increased.

微生物は担体の表面に付着するが、槽内の流動や攪拌機などとの接触で、担体表面の微生物膜が脱離し、安定した微生物保持が難しい。微生物を担持する能力を安定的に確保するためには、担体内において微生物を担持する能力を向上させることが最も効率的である。微生物の棲息領域を増やす観点から、処理槽に投入される担体がその担体表面から中心部にかけて連続的な孔、すなわち連通孔を有することが好ましい。 Microorganisms adhere to the surface of the carrier, but the microbial membrane on the surface of the carrier is detached due to the flow in the tank or contact with a stirrer, and it is difficult to stably retain the microorganisms. In order to stably secure the ability to carry microorganisms, it is most efficient to improve the ability to carry microorganisms in the carrier. From the viewpoint of increasing the habitat area of microorganisms, it is preferable that the carrier charged into the treatment tank has continuous pores, that is, communication pores from the surface of the carrier to the center.

連通孔を有する担体においては、担体内に付着している細菌によって、栄養分及び酸素等の基質の大部分が担体表層付近で消費され、担体中心部まで拡散できない。よって、連通孔を有する担体であっても、担体表層から数百μmほどの領域にしか、水処理に寄与する微生物は存在しておらず、それより中心に近い領域は、水処理には不活性な領域、いわゆるデッドスペースとなる。 In a carrier having communication holes, most of the substrate such as nutrients and oxygen is consumed near the surface layer of the carrier by the bacteria adhering to the carrier, and cannot diffuse to the center of the carrier. Therefore, even if the carrier has communication holes, microorganisms that contribute to water treatment exist only in the region of several hundred μm from the surface layer of the carrier, and the region closer to the center is not suitable for water treatment. It becomes an active area, the so-called dead space.

特許文献1には、熱可塑性樹脂からなる管状の微生物固定化担体であって、該担体の外周部に突起を複数設け、該突起の先端部位の幅を、隣接する該突起同士の先端部位の間隔の0.8倍以上とした微生物固定化担体が記載されている。この担体においては、バクテリアなどの有用な菌は担体表面のみに付着するが、それらを捕食する原生動物や後生動物も担体表面に共存するため、有用な菌の占有率を高く保てなかった。また、長期間使用すると担体同士が衝突したり担体が処理槽の壁面へ衝突したりして担体が磨耗し、生物膜が脱離する問題もあった。高濃度の排水には、比較的大量の担体を投入し、担体の充填率を上げる必要があるが、担体の十分な流動性を担保するためには、より多量の攪拌動力や曝気量を確保しなければならず、ランニングコストの増大を招く問題もあった。 Patent Document 1 describes a tubular microbial-immobilized carrier made of a thermoplastic resin, in which a plurality of protrusions are provided on the outer peripheral portion of the carrier, and the width of the tip portion of the protrusion is set to the tip portion of the adjacent protrusions. Microbial-immobilized carriers with an interval of 0.8 times or more are described. In this carrier, useful bacteria such as bacteria adhere only to the surface of the carrier, but since protozoa and metazoans that prey on them also coexist on the surface of the carrier, the occupancy rate of the useful bacteria could not be kept high. Further, when the carrier is used for a long period of time, there is a problem that the carriers collide with each other or the carriers collide with the wall surface of the treatment tank, the carriers are worn, and the biofilm is detached. For high-concentration wastewater, it is necessary to add a relatively large amount of carrier to increase the filling rate of the carrier, but in order to ensure sufficient fluidity of the carrier, a larger amount of stirring power and aeration amount should be secured. There was also a problem that the running cost was increased.

特許文献2には、ポリビニルアルコールおよびジアルデヒド含有液を成形後、pH3以下の酸と接触させることにより得られる、粒径1〜20mm、アセタール化度1〜20mol%のポリビニルアルコール系ゲル成型物が記載されている。この成型物は、孔を有さないために、微生物の棲息領域が成形物の表面のみに限定されてしまう課題があった。 Patent Document 2 describes a polyvinyl alcohol-based gel molded product having a particle size of 1 to 20 mm and an acetalization degree of 1 to 20 mol%, which is obtained by contacting a polyvinyl alcohol and dialdehyde-containing liquid with an acid having a pH of 3 or less. Has been described. Since this molded product does not have holes, there is a problem that the habitat area of microorganisms is limited to only the surface of the molded product.

特許文献3には、ポリビニルアセタールからなる含水ゲル成形物が記載されている。また、特許文献4には、ジアルデヒドでアセタール化されたポリビニルアルコールを含む多孔質含水ゲル成形物であって;アセタール化度が1〜15mol%であり、含水率が90〜98重量%であり、孔径が0.1〜50μmであり、かつ前記多孔質含水ゲル成形物からのポリビニルアルコールの溶出量が、該多孔質含水ゲル成形物1kgに対して1g以下であることを特徴とする多孔質含水ゲル成形物が記載されている。 Patent Document 3 describes a hydrogel molded product made of polyvinyl acetal. Further, Patent Document 4 describes a porous water-containing gel molded product containing polyvinyl alcohol acetalized with dialdehyde; the degree of acetalization is 1 to 15 mol%, and the water content is 90 to 98% by weight. The pore size is 0.1 to 50 μm, and the amount of polyvinyl alcohol eluted from the porous hydrous gel molded product is 1 g or less per 1 kg of the porous hydrous gel molded product. Hydrous gel moldings are described.

特許文献3及び4に記載された成形物は、いずれも連続孔を有しているため、微生物を担体内に安定的に担持することができるとされている。また、生産性も良い担体であるとされている。しかしながら、成形物の形状はいずれも球状であるため、特に酸素を供給する好気条件では、担体中において微生物が棲息できる領域が限られてしまうという課題があった。この課題に対して、成形物を小粒化することができるが、小粒化した場合、水処理プラントにて、担体がスクリーンやメッシュを通り抜け後段の槽へ流出したり、スクリーンやメッシュを閉塞させてしまったりする問題があった。 Since the molded products described in Patent Documents 3 and 4 have continuous pores, it is said that microorganisms can be stably supported in the carrier. It is also said to be a carrier with good productivity. However, since the shapes of the molded products are all spherical, there is a problem that the region where microorganisms can live in the carrier is limited, especially under aerobic conditions for supplying oxygen. To solve this problem, the molded product can be atomized, but if it is atomized, the carrier may pass through the screen or mesh and flow out to the subsequent tank, or the screen or mesh may be blocked in the water treatment plant. There was a problem of getting rid of it.

特開2003−117577号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-117757 特開2010−116439号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-116439 特開平7−41516号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-41516 特開2015−10215号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-10215

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、成形物を微生物担体として用いる場合に、担体を小粒化することなくデッドスペースを削減することのできる多孔質含水ゲル成形物を提供することを目的とするものである。また、成形物に微生物を担持させてなる担体、担体に担持された微生物により水を処理する水処理方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a porous hydrogel molded product capable of reducing dead space without atomizing the carrier when the molded product is used as a microbial carrier. The purpose is to do that. Another object of the present invention is to provide a carrier in which microorganisms are supported on a molded product, and a water treatment method for treating water by the microorganisms supported on the carrier.

上記課題は、アセタール化されたポリビニルアルコールを含む多孔質含水ゲル成形物であって;前記成形物が、径0.1〜50μmの連続的な孔をその表面から内部にかけて有し、下記式(1)で定義されるアスペクト比Aが、1〜5であり、かつ下記式(2)で定義されるアスペクト比Aが、2〜10であることを特徴とする成形物を提供することによって解決される。 The subject is a porous hydrogel molded product containing acetalized polyvinyl alcohol; the molded product has continuous pores with a diameter of 0.1 to 50 μm from its surface to the inside, and has the following formula ( To provide a molded product having an aspect ratio A 1 defined in 1) of 1 to 5 and an aspect ratio A 2 defined in the following formula (2) of 2 to 10. Will be resolved by.

=a/b (1)
=a/c (2)
a:水平面に成形物を置き、鉛直方向から見たときの長径
b:水平面に成形物を置き、鉛直方向から見たときの短径
c:水平面に成形物を置き、水平方向から見たときの短径
A 1 = a / b (1)
A 2 = a / c (2)
a: Major axis when the molded product is placed on the horizontal plane and viewed from the vertical direction b: Small diameter when the molded product is placed on the horizontal plane and viewed from the vertical direction c: When the molded product is placed on the horizontal plane and viewed from the horizontal direction Short diameter

このとき、前記ポリビニルアルコールがモノアルデヒドもしくはジアルデヒドにより、アセタール化されており、モノアルデヒドによるアセタール化度が30〜60mol%または、ジアルデヒドによるアセタール化度が1〜10mol%であることが好ましい。 At this time, it is preferable that the polyvinyl alcohol is acetalized with monoaldehyde or dialdehyde, and the degree of acetalization with monoaldehyde is 30 to 60 mol% or the degree of acetalization with dialdehyde is 1 to 10 mol%.

上記成形物に微生物を担持させてなる担体が本発明の好適な実施態様である。この担体に担持された微生物により水を処理する水処理方法も本発明の好適な実施態様である。 A carrier made by supporting a microorganism on the molded product is a preferred embodiment of the present invention. A water treatment method for treating water with microorganisms carried on this carrier is also a preferred embodiment of the present invention.

上記課題は、上記成形物の製造方法であって;ポリビニルアルコールと水溶性多糖とを含む水溶液を、基材に塗布し、多価金属塩を含む凝固液に接触させゲル化させて成形物を得る工程1と、得られた成形物を、アルデヒドと反応させて該成形物中のポリビニルアルコールをアセタール化する工程2を有する成形物の製造方法を提供することによっても解決される。 The subject is the method for producing the molded product; an aqueous solution containing polyvinyl alcohol and a water-soluble polysaccharide is applied to a base material and brought into contact with a coagulating liquid containing a polyvalent metal salt to gel the molded product. It is also solved by providing a method for producing a molded product, which comprises a step 1 of obtaining and a step 2 of reacting the obtained molded product with aldehyde to acetalize polyvinyl alcohol in the molded product.

上記課題は、上記成形物の製造方法であって;ポリビニルアルコールと水溶性多糖とを含む水溶液を、ノズルから多価金属塩を含む凝固液に滴下してゲル化させて成形物を得る工程1と、得られた成形物を、アルデヒドと反応させて該成形物中のポリビニルアルコールをアセタール化する工程2とを有し、前記ノズルを高所に設置し、ノズルの先端から前記凝固液の水面までの距離を長くした成形物の製造方法を提供することによっても解決される。 The subject is the method for producing the molded product; the step 1 of obtaining a molded product by dropping an aqueous solution containing polyvinyl alcohol and a water-soluble polysaccharide from a nozzle into a coagulating liquid containing a polyvalent metal salt and gelling the product. And the step 2 of reacting the obtained molded product with aldehyde to convert the polyvinyl alcohol in the molded product into acetal, the nozzle is installed at a high place, and the water surface of the coagulating liquid is formed from the tip of the nozzle. It is also solved by providing a method for manufacturing a molded product having a long distance to the part.

本発明によれば、成形物を微生物担体として用いる場合、担体を小粒化することなくデッドスペースを削減することができる。また、成形物に微生物を担持させてなる担体、及び担体に担持された微生物により水を処理する水処理方法を提供することができる。当該水処理方法によれば、水中の汚濁物質量及び水量を低減できることから、水処理施設や環境への負荷を抑えることが可能である。 According to the present invention, when the molded product is used as a microbial carrier, the dead space can be reduced without atomizing the carrier. Further, it is possible to provide a carrier in which microorganisms are supported on a molded product, and a water treatment method for treating water by the microorganisms supported on the carrier. According to the water treatment method, the amount of pollutants and the amount of water in the water can be reduced, so that the load on the water treatment facility and the environment can be suppressed.

本発明は、アセタール化されたPVAを含む多孔質含水ゲル成形物に関する。これまで本発明者らは、アセタール化されたPVAを含む多孔質含水ゲル成形物を作製し、この成形物が微生物を担持させる担体として有用であることを報告した(特許文献4)。この成形物は生物との親和性が高く、連続的な孔を有しているため、微生物の担持量が多い。 The present invention relates to a porous hydrogel molded product containing acetalized PVA. So far, the present inventors have produced a porous hydrogel-containing molded product containing acetalized PVA, and reported that this molded product is useful as a carrier for supporting microorganisms (Patent Document 4). Since this molded product has a high affinity with living organisms and has continuous pores, it carries a large amount of microorganisms.

しかしながら、微生物担体においては、担体表面から中心部にかけて数百μmの領域のみにしか水処理に寄与する微生物が存在せず、それ以外の領域は水処理に寄与しない領域、いわゆるデッドスペースとなる。前述したように、担体を小粒化することでデッドスペースを削減することが可能であるが、そうすると担体が処理槽のスクリーンやメッシュを通り抜けて後段の槽へ流出するという問題が生じる。一方、スクリーンやメッシュの目開きを小さくすると、スクリーンやメッシュを閉塞させてしまうという問題も生じる。本発明者らは鋭意検討した結果、成形物を微生物担体として用いる場合に、小粒化することなくデッドスペースを削減することのできる成形物を発明するに至った。 However, in the microbial carrier, microorganisms that contribute to water treatment exist only in a region of several hundred μm from the surface to the center of the carrier, and the other regions are regions that do not contribute to water treatment, so-called dead spaces. As described above, it is possible to reduce the dead space by reducing the size of the carrier, but this causes a problem that the carrier passes through the screen or mesh of the treatment tank and flows out to the subsequent tank. On the other hand, if the opening of the screen or mesh is made small, there is a problem that the screen or mesh is blocked. As a result of diligent studies, the present inventors have invented a molded product capable of reducing dead space without atomization when the molded product is used as a microbial carrier.

本発明は、アセタール化されたPVAを含む多孔質含水ゲル成形物であって;
前記成形物が、径0.1〜50μmの連続的な孔をその表面から内部にかけて有し、
下記式(1)で定義されるアスペクト比Aが、1〜5であり、かつ
下記式(2)で定義されるアスペクト比Aが、2〜10であることを特徴とする成形物である。
=a/b (1)
=a/c (2)
a:水平面に成形物を置き、鉛直方向から見たときの長径
b:水平面に成形物を置き、鉛直方向から見たときの短径
c:水平面に成形物を置き、水平方向から見たときの短径
The present invention is a porous hydrogel molded product containing acetalized PVA;
The molded product has continuous holes with a diameter of 0.1 to 50 μm from the surface to the inside thereof.
A molded product having an aspect ratio A 1 defined by the following formula (1) of 1 to 5 and an aspect ratio A 2 defined by the following formula (2) of 2 to 10. be.
A 1 = a / b (1)
A 2 = a / c (2)
a: Major axis when the molded product is placed on the horizontal plane and viewed from the vertical direction b: Small diameter when the molded product is placed on the horizontal plane and viewed from the vertical direction c: When the molded product is placed on the horizontal plane and viewed from the horizontal direction Short diameter

本発明は、アセタール化されたPVAを含む多孔質含水ゲル成形物に関する。微生物との親和性の観点、微生物の保持量を増大させることができるとともに、繰り返し使用における耐久性を確保することができる観点から、アセタール化されたPVAを用いることが重要である。 The present invention relates to a porous hydrogel molded product containing acetalized PVA. It is important to use acetalized PVA from the viewpoint of affinity with microorganisms, the ability to increase the retention of microorganisms, and the ability to ensure durability in repeated use.

アセタール化されたPVAは、原料となるPVA(原料PVA)を、後述するアルデヒドでアセタール化することによって得ることができる。アルデヒドでアセタール化することで、架橋構造を導入することができるとともに、PVAを不溶化することができる。原料PVAは、酢酸ビニルなどのビニルエステルを重合させてポリビニルエステルを得た後、該ポリビニルエステルをけん化することにより得ることができる。 The acetalized PVA can be obtained by acetalizing PVA (raw material PVA) as a raw material with an aldehyde described later. By acetalizing with aldehyde, a crosslinked structure can be introduced and PVA can be insolubilized. The raw material PVA can be obtained by polymerizing a vinyl ester such as vinyl acetate to obtain a polyvinyl ester, and then saponifying the polyvinyl ester.

原料PVA又はアセタール化されたPVAの平均重合度は、成形物の強度の観点から1000以上であることが好ましく、1500以上があることがより好ましい。けん化度は、成形物の強度の観点から、95mol%以上であることが好ましく、98mol%以上であることがより好ましい。 The average degree of polymerization of the raw material PVA or acetalized PVA is preferably 1000 or more, and more preferably 1500 or more, from the viewpoint of the strength of the molded product. The degree of saponification is preferably 95 mol% or more, more preferably 98 mol% or more, from the viewpoint of the strength of the molded product.

多孔質含水ゲル成形物の製造に用いられる原料PVAとしては、無変性PVAを用いることができる他、本発明の効果を損なわない範囲で種々の変性PVAを用いても良い。例えば(メタ)アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸等のカルボキシル基含有単量体又はその塩;アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ソーダ、アリルスルホン酸ソーダ、ビニルスルホン酸ソーダ等のビニルスルホン酸基含有単量体又はその塩;(メタ)アクリルアミド−プロピル−トリメチルアンモニウムクロリド等の4級アンモニウム塩含有単量体等のカチオン性単量体;エチレン、プロピレン等のα−オレフィン;(メタ)アクリル酸エステル;アクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、N−メチロ−ルアクリルアミド、N−ビニル−2−ピロリドン等のアミド基含有単量体;アルキルビニルエーテル;トリメトキシビニルシラン等のシリル基含有単量体;アリルアルコール、ジメチルアリルアルコール、イソプロペニルアルコール等の水酸基含有単量体;アリルアセテートジメチルアリルアセテート、イソプロペニルアリルアセテート等のアセチル基含有単量体;塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン含有単量体;スチレン等の芳香族系単量体との共重合体が挙げられる。入手容易性の観点からPVAの単独重合体が好ましく用いられる。 As the raw material PVA used for producing the porous water-containing gel molded product, non-modified PVA can be used, and various modified PVA may be used as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, carboxyl group-containing monomers such as (meth) acrylic acid, maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, crotonic acid, and itaconic acid or salts thereof; acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid sodium, allylsulfonic acid sodium, vinyl. Vinyl sulfonic acid group-containing monomer such as sodium sulfonic acid or a salt thereof; Cationic monomer such as quaternary ammonium salt-containing monomer such as (meth) acrylamide-propyl-trimethylammonium chloride; ethylene, propylene and the like α-olefin; (meth) acrylate: acrylamide, dimethylacrylamide, N-methylolacrylamide, N-vinyl-2-pyrrolidone and other amide group-containing monomers; alkyl vinyl ether; trimethoxyvinylsilane and other silyl group-containing monomers Monomer; hydroxyl group-containing monomer such as allyl alcohol, dimethyl allyl alcohol, isopropenyl alcohol; acetyl group-containing monomer such as allyl acetate dimethyl allyl acetate and isopropenyl allyl acetate; halogen-containing such as vinyl chloride and vinylidene chloride Monomer; Examples thereof include a copolymer with an aromatic monomer such as styrene. From the viewpoint of availability, a homopolymer of PVA is preferably used.

アセタール化されたPVAは、原料PVAをアセタール化することで得られる。アセタール化の方法としては、ホルムアルデヒドのようなカルボニル基を分子内に1つ有するモノアルデヒドを用いてアセタール化する方法や、グルタルアルデヒドのような分子内にカルボニル基を2つ有するジアルデヒドを用いてアセタール化する方法が好適である。このとき、モノアルデヒドとしては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒドなどが例示される。ジアルデヒドとしては、グリオキサール、マロンアルデヒド、スクシンアルデヒド、グルタルアルデヒド、アジプアルデヒド、マレアルデヒド、タルタルアルデヒド、シトルアルデヒド、フタルアルデヒド、イソフタルアルデヒド、テレフタルアルデヒドなどが例示される。入手容易性の観点から、ホルムアルデヒド又はグルタルアルデヒドが好適に用いられる。 The acetalized PVA is obtained by acetalizing the raw material PVA. As a method of acetalization, a method of acetalizing using a monoaldehyde having one carbonyl group in the molecule such as formaldehyde, or a dialdehyde having two carbonyl groups in the molecule such as glutaaldehyde is used. The method of acetalization is preferable. At this time, examples of the monoaldehyde include formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, butyraldehyde, and the like. Examples of the dialdehyde include glyoxal, malonaldehyde, succinaldehyde, glutaaldehyde, adipaldehyde, malealdehyde, tartaraldehyde, citraldehyde, phthalaldehyde, isophthalaldehyde, terephthalaldehyde and the like. From the viewpoint of availability, formaldehyde or glutaraldehyde is preferably used.

モノアルデヒドを用いて原料PVAをアセタール化する場合、得られるPVAのアセタール化度は30〜60mol%であることが好ましい。ジアルデヒドを用いて原料PVAをアセタール化する場合、原料PVAの不溶化速度が速いため、得られるPVAのアセタール化度は1〜10mol%であることが好ましい。アセタール化度が上記範囲の下限値に満たない場合、成形物において必要とされる強度が得られないおそれがある。アセタール化度が上記範囲の上限値を超える場合、収縮により体積が小さくなって、連通孔が閉塞し、微生物の棲息領域が少なくなるおそれがある。 When the raw material PVA is acetalized using monoaldehyde, the degree of acetalization of the obtained PVA is preferably 30 to 60 mol%. When the raw material PVA is acetalized using dialdehyde, the degree of acetalization of the obtained PVA is preferably 1 to 10 mol% because the insolubilization rate of the raw material PVA is high. If the degree of acetalization is less than the lower limit of the above range, the strength required for the molded product may not be obtained. When the degree of acetalization exceeds the upper limit of the above range, the volume may be reduced due to shrinkage, the communication holes may be blocked, and the habitat area of microorganisms may be reduced.

多孔質含水ゲル成形物の含水率が83〜97質量%であることが好ましい。含水率が83質量%未満の場合、成形物が収縮して体積が小さくなるとともに連続孔の孔径が小さくなるおそれがある。含水率は85質量%以上であることがより好ましい。一方、含水率が97質量%を超える場合、成形物の形状保持性や強度が低下するおそれがある。含水率は95質量%以下であることがより好ましい。本発明において、アセタール化されたPVAを含む成形物は、スポンジなどの発泡体と異なり、外力が加わり変形したとしても容易には水分が放出されず細菌の棲息に適した環境を提供することができる。 The water content of the porous water-containing gel molded product is preferably 83 to 97% by mass. If the water content is less than 83% by mass, the molded product may shrink and the volume may become smaller, and the pore diameter of the continuous hole may become smaller. The water content is more preferably 85% by mass or more. On the other hand, if the water content exceeds 97% by mass, the shape retention and strength of the molded product may decrease. The water content is more preferably 95% by mass or less. In the present invention, unlike a foam such as a sponge, a molded product containing acetalized PVA does not easily release water even if it is deformed by an external force, and can provide an environment suitable for bacterial habitat. can.

本発明の成形物は、径0.1〜50μmの連続的な孔をその表面から内部にかけて有する。成形物が、径0.1〜50μmの連続的な孔をその表面から内部にかけて有することで、多くの微生物を担持させることができる。連続孔は、電子顕微鏡を用いて成形物の断面を観察することにより確認することができる。 The molded product of the present invention has continuous holes having a diameter of 0.1 to 50 μm from the surface to the inside. The molded product has continuous pores having a diameter of 0.1 to 50 μm from the surface to the inside, so that many microorganisms can be supported. The continuous holes can be confirmed by observing the cross section of the molded product using an electron microscope.

本発明における孔の径とは、成形物の凍結乾燥品の孔の径のことである。凍結乾燥品は、成形物を液体窒素で凍結した後、−50℃で真空乾燥することで得ることができる。また、孔の径とは、水銀ポロシメーターで測定される孔径分布のピーク値のことである。水銀ポロシメーターで測定される孔径分布のピーク値が0.1〜50μmであるとは、横軸を気孔径とし、縦軸を対数微分気孔体積とする対数気孔径頻度分布曲線が気孔径0.1〜50μmの範囲にピークを有することをいう。径が0.1μm未満の場合、成形物を微生物担体として用いた場合、微生物の棲息領域が少なくなる。径は0.2μm以上であることが好ましい。さらに、物質移動の観点から、径は0.5μm以上であることがより好ましい。一方、径が50μmを超えると、成形物を微生物担体として用いた場合、バクテリアを捕食する原生動物や後生動物が担体中に自由に入り込むことができるため、担体中において水処理に寄与する微生物の占有率を下げ、水処理の能力を低下させてしまうため好ましくない。径は10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。 The diameter of the hole in the present invention is the diameter of the hole of the freeze-dried product of the molded product. The freeze-dried product can be obtained by freezing the molded product in liquid nitrogen and then vacuum-drying it at −50 ° C. The pore diameter is the peak value of the pore diameter distribution measured by a mercury porosimeter. The peak value of the pore size distribution measured by the mercury porosimeter is 0.1 to 50 μm, which means that the logarithmic pore diameter frequency distribution curve with the pore diameter on the horizontal axis and the logarithmic differential pore volume on the vertical axis is the pore diameter of 0.1. It means having a peak in the range of ~ 50 μm. When the diameter is less than 0.1 μm, when the molded product is used as a microbial carrier, the habitat area of the microorganism is reduced. The diameter is preferably 0.2 μm or more. Further, from the viewpoint of mass transfer, the diameter is more preferably 0.5 μm or more. On the other hand, when the diameter exceeds 50 μm, when the molded product is used as a microbial carrier, protozoa and metazoans that prey on bacteria can freely enter the carrier, so that the microorganisms that contribute to water treatment in the carrier It is not preferable because it lowers the occupancy rate and reduces the water treatment capacity. The diameter is preferably 10 μm or less, and more preferably 5 μm or less.

本発明において、下記式(1)で定義されるアスペクト比Aが、1〜5であり、かつ下記式(2)で定義されるアスペクト比Aが、2〜10であることが重要である。
=a/b (1)
=a/c (2)
a:水平面に成形物を置き、鉛直方向から見たときの長径
b:水平面に成形物を置き、鉛直方向から見たときの短径
c:水平面に成形物を置き、水平方向から見たときの短径
In the present invention, it is important that the aspect ratio A 1 defined by the following formula (1) is 1 to 5, and the aspect ratio A 2 defined by the following formula (2) is 2 to 10. be.
A 1 = a / b (1)
A 2 = a / c (2)
a: Major axis when the molded product is placed on the horizontal plane and viewed from the vertical direction b: Small diameter when the molded product is placed on the horizontal plane and viewed from the vertical direction c: When the molded product is placed on the horizontal plane and viewed from the horizontal direction Short diameter

ここで、担体の表層から中心部に向かって約200μmの領域に菌が存在する前提のもと、各形状におけるデッドスペースを以下に例示する。成形物の形状が、比較例1の球状(A=1.0、A=1.1、a=4.3mm、b=4.2mm、c=3.9mm)の場合のデッドスペースを計算すると、成形物の体積の約74%がデッドスペースとなる。一方、成形物の形状が、実施例1の扁平状(A=1.1、A=3.0、a=5.1mm、b=4.6mm、c=1.7mm)の場合のデッドスペースを計算すると、成形物の体積の約64%がデッドスペースとなる。このようにアスペクト比A及びAを変更することで、同程度の寸法のメッシュで捕捉される担体同士を比較した際に、担体中のデッドスペースを低減することが可能になる。 Here, the dead space in each shape is illustrated below on the premise that the fungus is present in a region of about 200 μm from the surface layer of the carrier toward the center. The dead space when the shape of the molded product is spherical (A 1 = 1.0, A 2 = 1.1, a = 4.3 mm, b = 4.2 mm, c = 3.9 mm) of Comparative Example 1. By calculation, about 74% of the volume of the molded product is dead space. On the other hand, when the shape of the molded product is the flat shape of Example 1 (A 1 = 1.1, A 2 = 3.0, a = 5.1 mm, b = 4.6 mm, c = 1.7 mm). When the dead space is calculated, about 64% of the volume of the molded product is the dead space. By thus changing the aspect ratio A 1 and A 2, when comparing the carrier to each other to be captured by the mesh comparable dimensions, it is possible to reduce the dead space in the carrier.

本発明において、アスペクト比Aが1〜5であり、かつAが1〜10であることが重要である。アスペクト比A及びAの両方が1に近くなれば成形物の形状が真球に近くなってデッドスペース比率が上昇する。一方、アスペクト比A及びAの値がいずれも大きくなれば、成形物の形状がひも状又は棒状に近くなり、成形物を微生物担体として用いた場合、スクリーンでの分離性が悪化したり目詰まりが生じたりする。 In the present invention, it is important that the aspect ratio A 1 is 1 to 5 and A 2 is 1 to 10. When both the aspect ratios A 1 and A 2 are close to 1, the shape of the molded product is close to a true sphere and the dead space ratio is increased. On the other hand, if the values of the aspect ratios A 1 and A 2 are both large, the shape of the molded product becomes close to a string shape or a rod shape, and when the molded product is used as a microbial carrier, the separability on the screen deteriorates. It may cause clogging.

ここで、アスペクト比Aについて、その値が大きすぎると、スクリーンやメッシュを容易に通り抜けてしまう。かかる観点から、アスペクト比Aは、4以下であることが好ましく、3以下であることがより好ましく、2以下であることがさらに好ましい。一方、アスペクト比Aについて、その値が小さすぎるとデッドスペース比率が上昇する。かかる観点から、アスペクト比Aは、2以上であることが好ましく、3以上であることがより好ましい。アスペクト比Aは、9以下であることが好ましく、7以下であることがより好ましい。 Here, if the aspect ratio A 1 is too large, it easily passes through the screen or the mesh. From this point of view, the aspect ratio A 1 is preferably 4 or less, more preferably 3 or less, and even more preferably 2 or less. On the other hand, if the aspect ratio A 2 is too small, the dead space ratio increases. From this point of view, the aspect ratio A 2 is preferably 2 or more, and more preferably 3 or more. The aspect ratio A 2 is preferably 9 or less, and more preferably 7 or less.

上記式(1)及び(2)において、aは3〜20mmであることが好ましい。aが3mm未満の場合、水処理プラントにて、担体がスクリーンやメッシュを通り抜け後段の槽へ流出したり、流動性が悪化したりするおそれがある。aは4mm以上であることがより好ましい。一方、aが20mmを超える場合、槽内の流動性が悪化するおそれがある。aは15mm以下であることが好ましい。 In the above formulas (1) and (2), a is preferably 3 to 20 mm. If a is less than 3 mm, the carrier may pass through the screen or mesh and flow out to the subsequent tank in the water treatment plant, or the fluidity may deteriorate. It is more preferable that a is 4 mm or more. On the other hand, if a exceeds 20 mm, the fluidity in the tank may deteriorate. a is preferably 15 mm or less.

本発明の多孔質含水ゲル成形物の製造方法は特に限定されないが、所望のアスペクト比A、Aを有する成形物を得るために、基材に原料ポリマーを含む水溶液を塗布し、扁平形状を得てもいいし、原料ポリマーを含む水溶液をノズルから滴下し、その滴下距離を長くするなどして、扁平形状を得てもいい。 The method for producing the porous hydrogel molded product of the present invention is not particularly limited, but in order to obtain a molded product having desired aspect ratios A 1 and A 2 , an aqueous solution containing a raw material polymer is applied to a base material to form a flat shape. Or an aqueous solution containing a raw material polymer may be dropped from a nozzle to increase the dropping distance to obtain a flat shape.

原料ポリマーを塗布する基材は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、アクリロニトリル―スチレン樹脂、アクリロニトリル―ブタジエン―スチレン樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレートのような樹脂製基材でもいいし、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、チタンのような金属でもいい。特にハンドリング性や入手容易性の観点から、樹脂製基材、特にポリプロピレン、塩化ビニルが好適である。 The base material to which the raw material polymer is applied may be a resin base material such as polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, acrylic resin, fluororesin, acrylonitrile-styrene resin, acrylonitrile-butadiene-styrene resin, methacrylic resin, and polyethylene terephthalate. It can be a metal such as stainless steel, iron, copper, aluminum, nickel or titanium. In particular, from the viewpoint of handleability and availability, a resin base material, particularly polypropylene and vinyl chloride, is preferable.

扁平形状を得るために、ノズルを高所に設置し、原料ポリマーを含む水溶液をノズルの先端から滴下し、その滴下距離を長くするなどして、扁平形状を得てもいい。滴下距離は、原料ポリマーの組成や粘度、温度条件によって、適切範囲が変動するため一概には言えないが、成形物の扁平度や形状のばらつきの観点から、適切な滴下距離を設定する。 In order to obtain a flat shape, the nozzle may be installed at a high place, an aqueous solution containing a raw material polymer may be dropped from the tip of the nozzle, and the dropping distance may be lengthened to obtain a flat shape. The dropping distance cannot be unequivocally determined because the appropriate range varies depending on the composition, viscosity, and temperature conditions of the raw material polymer, but an appropriate dropping distance is set from the viewpoint of the flatness and the variation in the shape of the molded product.

成形物の形状は、上記アスペクト比A及びAを満たすものであれば特に限定されず、扁平状、円盤状、楕円体状、凹凸部があるコンタクトレンズのような形状、ドーム形状などが挙げられる。 The shape of the molded product is not particularly limited as long as it satisfies the above aspect ratio A 1 and A 2, flat, disc-shaped, ellipsoidal, shape such as contact lenses is uneven portions, such as a dome shape Can be mentioned.

工程1において、PVAと水溶性多糖とを含む水溶液を、基材に原料ポリマーを含む水溶液に塗布し、多価金属塩を含む凝固液に接触させ、ゲル化させて成形物を得ることが好ましい。このとき、得られた成形物を切断してもよい。水溶性多糖としては、アルギン酸のアルカリ金属塩、カラギーナン、マンナン、キトサンなどを例示することができる。入手容易性の観点からアルギン酸ナトリウムが好ましい。アルギン酸ナトリウムは、主に褐藻(昆布など)から産出される多糖の一種であり、カルボキシル基を有するα−L−グルロン酸及びβ−D−マンヌロン酸という単糖のナトリウム塩から形成されている。 In step 1, it is preferable to apply an aqueous solution containing PVA and a water-soluble polysaccharide to an aqueous solution containing a raw material polymer on a base material, bring it into contact with a coagulating solution containing a polyvalent metal salt, and gel it to obtain a molded product. .. At this time, the obtained molded product may be cut. Examples of the water-soluble polysaccharide include alkali metal salts of alginic acid, carrageenan, mannan, and chitosan. Sodium alginate is preferred from the standpoint of availability. Sodium alginate is a kind of polysaccharide mainly produced from brown algae (kelp and the like), and is formed from sodium salts of monosaccharides called α-L-gluronic acid and β-D-mannuronic acid having a carboxyl group.

工程1の水溶液のPVA濃度は、4〜12質量%であることが好ましい。PVAの濃度が高いほど、より強固なゲルを形成するが、必要なゲル強度が得られれば、PVAの濃度が低い方が原料コスト面から有利である。また、工程1の水溶液中の水溶性多糖の濃度は、ゲルの成形性の観点から、0.2〜3質量%であることが好ましく、0.5〜2質量%であることがより好ましい。 The PVA concentration of the aqueous solution in step 1 is preferably 4 to 12% by mass. The higher the concentration of PVA, the stronger the gel is formed. However, if the required gel strength is obtained, the lower the concentration of PVA is advantageous in terms of raw material cost. The concentration of the water-soluble polysaccharide in the aqueous solution of Step 1 is preferably 0.2 to 3% by mass, more preferably 0.5 to 2% by mass, from the viewpoint of gel formability.

多価金属塩のカチオン種としては、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウムなどのアルカリ土類金属;アルミニウム、ニッケルイオン、セリウムなどが挙げられる。中でも多価金属塩のカチオン種としては、アルカリ土類金属が好適である。凝固液の多価金属塩の濃度は、0.03〜0.5mol/Lであることが好ましい。 Examples of the cationic species of the polyvalent metal salt include alkaline earth metals such as calcium, magnesium, strontium and barium; aluminum, nickel ion and cerium. Among them, alkaline earth metals are preferable as the cationic species of the polyvalent metal salt. The concentration of the polyvalent metal salt in the coagulation liquid is preferably 0.03 to 0.5 mol / L.

アセタール化されたPVAを含む多孔質含水ゲル成形物を得る場合の製造方法は特に限定されないが、PVAと水溶性多糖とを含む水溶液を、多価金属塩を含む凝固液に接触させ、ゲル化させて成形物を得る工程と、得られた成形物を、アルデヒドと反応させて該成形物中のポリビニルアルコールをアセタール化する工程とを有する。 The production method for obtaining a porous hydrogel molded product containing acetalized PVA is not particularly limited, but an aqueous solution containing PVA and water-soluble polysaccharide is brought into contact with a coagulating liquid containing a polyvalent metal salt to gel. It has a step of obtaining a molded product and a step of reacting the obtained molded product with an aldehyde to acetalize polyvinyl alcohol in the molded product.

工程1は前述した通りである。そして、工程1で得られた成形物を、工程2においてアセタール化反応液に接触させることで、当該成形物中のPVAをアセタール化する。アセタール化反応が進行するにつれて、ポリビニルアルコールリッチな領域と水リッチな領域に相分離が誘起され、ポリビニルアルコールリッチな領域がゲル成形物の骨格部分に、水リッチな領域が連続孔となり、成形物中に多孔構造が形成される。 Step 1 is as described above. Then, the molded product obtained in step 1 is brought into contact with the acetalization reaction liquid in step 2 to acetalize the PVA in the molded product. As the acetalization reaction progresses, phase separation is induced in the polyvinyl alcohol-rich region and the water-rich region, the polyvinyl alcohol-rich region becomes the skeleton portion of the gel molded product, and the water-rich region becomes continuous pores. A porous structure is formed inside.

工程2においては、pHが3以下の水溶液からなるアセタール化反応液に得られた成形物を接触させ、モノアルデヒド又はジアルデヒドと反応させて該成形物中のPVAをアセタール化することが好ましい。アセタール化反応液に含まれる酸としては、硫酸、塩酸、リン酸、硝酸、酢酸、シュウ酸などの酸や、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素アンモニウムなどの酸性塩を例示することができる。その中でも、汎用性、コストの点から、硫酸が好ましい。酸濃度が低いと反応時間がかかり、成形物からのPVAの溶出量が多くなる。モノアルデヒドを採用する場合、アセタール化反応液のpHは1.0以下であることが好ましく、0.6以下であることがさらに好ましい。また、ジアルデヒドを採用する場合、アセタール化反応液のpHは2.5以下であることがより好ましく、2以下であることがさらに好ましい。ジアルデヒドの場合はpHが低すぎると、成形物に連続孔が形成されなかったり、体積収縮が顕著になったりするおそれがある。アセタール化反応液のpHは1.0以上であることが好ましい。当該pHは通常0以上である。 In step 2, it is preferable that the obtained molded product is brought into contact with an acetalization reaction solution consisting of an aqueous solution having a pH of 3 or less and reacted with monoaldehyde or dialdehyde to acetalize the PVA in the molded product. Examples of the acid contained in the acetalization reaction solution include acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, nitrate, acetic acid and oxalic acid, and acid salts such as sodium hydrogensulfate and ammonium hydrogensulfate. Among them, sulfuric acid is preferable from the viewpoint of versatility and cost. When the acid concentration is low, the reaction time is long and the amount of PVA eluted from the molded product is large. When monoaldehyde is adopted, the pH of the acetalization reaction solution is preferably 1.0 or less, more preferably 0.6 or less. Further, when dialdehyde is adopted, the pH of the acetalization reaction solution is more preferably 2.5 or less, and further preferably 2 or less. In the case of dialdehyde, if the pH is too low, continuous pores may not be formed in the molded product or volume shrinkage may become significant. The pH of the acetalization reaction solution is preferably 1.0 or higher. The pH is usually 0 or higher.

また、工程2で用いられるアセタール化反応液が金属塩を含むことも好ましい。このときの金属塩としては、硫酸塩、塩酸塩、リン酸塩、硝酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、酒石酸塩などを例示することができ、その中でも硫酸塩、塩酸塩が好ましい。また、カチオン種としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属を例示することができる。このとき、アセタール化反応液において、金属カチオンの濃度に価数を乗じた値が0.1〜5mol/Lであることが好ましい。金属カチオンの濃度に価数を乗じた値が0.1mol/L未満であると成形物中に多孔構造が形成されないおそれやPVAの反応液中への溶出量が多くなるおそれがあり、0.2mol/L以上であることがより好ましい。一方、金属カチオンの濃度に価数を乗じた値が5mol/Lを超えるとスケールが発生するおそれがあり、3mol/L以下であることがより好ましい。 It is also preferable that the acetalization reaction solution used in step 2 contains a metal salt. Examples of the metal salt at this time include sulfates, hydrochlorides, phosphates, nitrates, acetates, oxalates, tartrates and the like, and among them, sulfates and hydrochlorides are preferable. Further, examples of the cation species include alkali metals and alkaline earth metals. At this time, in the acetalization reaction solution, the value obtained by multiplying the concentration of the metal cation by the valence is preferably 0.1 to 5 mol / L. If the value obtained by multiplying the concentration of the metal cation by the valence is less than 0.1 mol / L, the porous structure may not be formed in the molded product or the amount of PVA eluted in the reaction solution may increase. It is more preferably 2 mol / L or more. On the other hand, if the value obtained by multiplying the concentration of the metal cation by the valence exceeds 5 mol / L, scale may occur, and it is more preferably 3 mol / L or less.

ここで、金属カチオンの濃度に価数を乗じた値とは、例えば、アセタール化反応液に含まれる金属塩が硫酸ナトリウム(NaSO)の場合、ナトリウムイオンの濃度に1を乗じた値のことである。したがって、硫酸ナトリウムの濃度が1mol/Lの場合、当該値は2mol/Lとなる。金属塩が塩化ナトリウム(NaCl)の場合、ナトリウムイオンの濃度に1を乗じた値のことである。したがって、塩化ナトリウムの濃度が1mol/Lの場合、当該値は1mol/Lとなる。金属塩が硫酸マグネシウム(MgSO)の場合、マグネシウムイオンの濃度に2を乗じた値のことである。したがって、硫酸マグネシウムの濃度が1mol/Lの場合、当該値は2mol/Lとなる。 Here, the value obtained by multiplying the concentration of the metal cation by the valence is, for example, the value obtained by multiplying the concentration of sodium ion by 1 when the metal salt contained in the acetalization reaction solution is sodium sulfate (Na 2 SO 4). That is. Therefore, when the concentration of sodium sulfate is 1 mol / L, the value is 2 mol / L. When the metal salt is sodium chloride (NaCl), it is the value obtained by multiplying the concentration of sodium ions by 1. Therefore, when the concentration of sodium chloride is 1 mol / L, the value is 1 mol / L. When the metal salt is magnesium sulfate (ו 4 ), it is the value obtained by multiplying the concentration of magnesium ions by 2. Therefore, when the concentration of magnesium sulfate is 1 mol / L, the value is 2 mol / L.

成形物をアセタール化反応液に接触させるときのアセタール化反応液の温度は20〜80℃であることが好ましい。20℃未満では、反応時間が長くなるためアセタール化反応液中にPVAやアルデヒドが溶出するおそれがある。また、80℃を超えるとプラントの酸による腐食が激しく、好ましくない。 The temperature of the acetalization reaction solution when the molded product is brought into contact with the acetalization reaction solution is preferably 20 to 80 ° C. If the temperature is lower than 20 ° C., the reaction time becomes long, so that PVA and aldehyde may be eluted in the acetalization reaction solution. Further, if the temperature exceeds 80 ° C., corrosion due to acid in the plant is severe, which is not preferable.

上記製造方法において、径の大きい連続孔を有する成形物を製造する場合には、必要に応じて、コーンスターチ、タピオカ澱粉、馬鈴薯澱粉や種々の変性澱粉などを工程1における水溶液に添加し、工程2において、成形物をアセタール化反応液に接触させるときの温度を糊化温度以上に上げて、糊化させることによって相分離を促進させ、径の大きい連続孔を有する成形物を製造することもできる。 In the above production method, when producing a molded product having continuous pores having a large diameter, cornstarch, tapioca starch, potato starch, various modified starches and the like are added to the aqueous solution in step 1 as needed, and step 2 is performed. In the above, it is also possible to raise the temperature at which the molded product is brought into contact with the acetalization reaction liquid to the gelatinization temperature or higher and gelatinize the molded product to promote phase separation and produce a molded product having continuous holes having a large diameter. ..

工程1及び2の順序は特に限定はされない。ゲル化させて粒子を得る工程とアセタール化する工程を同時に行ってもよい。ゲル化させて粒子を得た後アセタール化してもよい。また、アセタール化した後、ゲル化させても良い。中でも、工程1及び工程2をこの順序で行うことが好ましい。 The order of steps 1 and 2 is not particularly limited. The step of gelling to obtain particles and the step of acetalizing may be performed at the same time. It may be gelled to obtain particles and then acetalized. Further, it may be acetalized and then gelled. Above all, it is preferable to perform step 1 and step 2 in this order.

モノアルデヒドを用いてアセタール化する場合、アセタール化反応液中のモノアルデヒド濃度は、PVA中の全単量体単位のmol数に対して0.01〜1.5mol/Lであることが好ましい。モノアルデヒド濃度が、0.01mol/L未満であるとアセタール化反応が効率よく進行せず、得られる成形物からの原料PVAの溶出が多くなるおそれがある。モノアルデヒド濃度は0.3mol/L以上であることがより好ましい。一方、モノアルデヒド濃度が、1.5mol/Lを超えると、得られる成形物が脆くなるとともに、製造過程での収縮が大きくなって含水率が低下するおそれがある。また、成形物を微生物担体として用いた場合、成形物の収縮によって微生物の棲息性が低下するおそれがある。そのため排水を分解処理したとき、その分解効率が低下するおそれがある。モノアルデヒド濃度は、1.0mol/L以下であることがより好ましい。モノアルデヒド濃度をこのような範囲とすることで、微生物の棲息性に優れた成形物を得ることができる。 When acetalizing with monoaldehyde, the concentration of monoaldehyde in the acetalization reaction solution is preferably 0.01 to 1.5 mol / L with respect to the number of mols of all the monomer units in PVA. If the monoaldehyde concentration is less than 0.01 mol / L, the acetalization reaction does not proceed efficiently, and the elution of the raw material PVA from the obtained molded product may increase. The monoaldehyde concentration is more preferably 0.3 mol / L or more. On the other hand, if the monoaldehyde concentration exceeds 1.5 mol / L, the obtained molded product may become brittle, shrinkage in the manufacturing process may increase, and the water content may decrease. Further, when the molded product is used as a microbial carrier, the shrinkage of the molded product may reduce the habitatability of the microorganism. Therefore, when the wastewater is decomposed, the decomposition efficiency may decrease. The monoaldehyde concentration is more preferably 1.0 mol / L or less. By setting the monoaldehyde concentration in such a range, it is possible to obtain a molded product having excellent habitat of microorganisms.

ジアルデヒドを用いてアセタール化する場合、水溶液中のジアルデヒド濃度は、PVA中の全単量体単位のmol数に対して0.001〜0.02mol/Lであることが好ましい。ジアルデヒド濃度が、0.001mol/L未満であるとアセタール化反応が効率よく進行せず架橋不足となり、得られる成形物からのPVAの溶出が多くなるおそれがある。ジアルデヒド濃度は0.003mol/L以上であることがより好ましい。一方、ジアルデヒド濃度が、0.02mol/Lを超えると、得られる成形物が脆くなるとともに、製造過程での収縮が大きくなって含水率が低下するとともに孔が小さすぎたり、形成されなかったりするおそれがある。また、成形物を微生物担体として用いた場合、成形物の収縮によって微生物の棲息性が低下するおそれがある。そのため排水を分解処理したとき、その分解効率が低下するおそれがある。ジアルデヒド濃度は、0.015mol/L以下であることがより好ましい。ジアルデヒド濃度をこのような範囲とすることで、微生物の棲息性に優れた成形物を得ることができる。 When acetalizing with dialdehyde, the concentration of dialdehyde in the aqueous solution is preferably 0.001 to 0.02 mol / L with respect to the number of mols of all the monomer units in PVA. If the dialdehyde concentration is less than 0.001 mol / L, the acetalization reaction does not proceed efficiently, the cross-linking becomes insufficient, and the elution of PVA from the obtained molded product may increase. The dialdehyde concentration is more preferably 0.003 mol / L or more. On the other hand, when the dialdehyde concentration exceeds 0.02 mol / L, the obtained molded product becomes brittle, shrinkage in the manufacturing process becomes large, the water content decreases, and pores are too small or not formed. There is a risk of Further, when the molded product is used as a microbial carrier, the shrinkage of the molded product may reduce the habitatability of the microorganism. Therefore, when the wastewater is decomposed, the decomposition efficiency may decrease. The dialdehyde concentration is more preferably 0.015 mol / L or less. By setting the dialdehyde concentration in such a range, it is possible to obtain a molded product having excellent habitat of microorganisms.

本発明の成形物は、微生物を担持させてなる担体、生体触媒の担体、保水剤、保冷剤、眼・皮膚・関節などの生体ゲルの代替、薬物の徐放剤としても利用できる。中でも、本発明の好適な実施態様は成形物に微生物を担持させてなる担体である。そして当該担体に担持された微生物によって、排水等の被処理物質を含有する水を処理することも本発明の好適な実施態様である。このとき、担体に担持される微生物は、嫌気微生物であっても、好気微生物であってもよい。微生物の種類は処理すべき水の汚れや種類によって選択すればよい。 The molded product of the present invention can also be used as a carrier for supporting microorganisms, a carrier for a biocatalyst, a water-retaining agent, a cold-retaining agent, a substitute for a biological gel such as eyes, skin and joints, and a sustained-release agent for a drug. Among them, a preferred embodiment of the present invention is a carrier in which a microorganism is carried on a molded product. It is also a preferred embodiment of the present invention to treat water containing a substance to be treated such as wastewater with a microorganism carried on the carrier. At this time, the microorganism supported on the carrier may be an anaerobic microorganism or an aerobic microorganism. The type of microorganism may be selected according to the stain and type of water to be treated.

担体に微生物を担持させる方法は特に限定されないが、担体と活性汚泥とを水処理装置の反応槽内で混合する方法などが例示される。このように担体と活性汚泥を混合することで、活性汚泥に含まれるバクテリア等の微生物が担体に担持される。 The method of supporting the microorganism on the carrier is not particularly limited, and examples thereof include a method of mixing the carrier and activated sludge in the reaction vessel of the water treatment apparatus. By mixing the carrier and the activated sludge in this way, microorganisms such as bacteria contained in the activated sludge are supported on the carrier.

担体を微生物や栄養成分を含む水溶液に加え、担体に予め微生物を担持させたものを水処理装置の反応槽に加える方法を採用してもよい。しかし、このような方法を採用しなくとも、本発明の担体には十分に微生物が担持される。よって、担体に予め微生物を担持させずに、既に微生物が担持された担体が存在する水処理装置の反応槽に加える方法が好適に採用できる。 A method may be adopted in which the carrier is added to an aqueous solution containing microorganisms and nutritional components, and the carrier on which the microorganisms are supported in advance is added to the reaction vessel of the water treatment apparatus. However, even if such a method is not adopted, the carrier of the present invention is sufficiently supported with microorganisms. Therefore, a method of adding the carrier to the reaction tank of the water treatment apparatus in which the carrier already supported by the microorganism is present can be preferably adopted without carrying the microorganism on the carrier in advance.

処理される水の種類としては、微生物が分解できる物質を含有する水であれば、特に限定はされないが、トイレなどから排出される汚水、炊事や洗濯などに伴って排出される雑排水、工場や事業所などから排出される工業排水などを例示することができる。処理される水は固形性成分を主とする泥状であっても、溶解成分を主とする液状であってもかまわない。 The type of water to be treated is not particularly limited as long as it contains a substance that can be decomposed by microorganisms, but it is not particularly limited, but it is sewage discharged from toilets, miscellaneous wastewater discharged from cooking or washing, and factories. It is possible to exemplify industrial wastewater discharged from a business establishment or the like. The water to be treated may be muddy mainly composed of solid components or liquid mainly composed of dissolved components.

本発明の微生物担体は、担体あたりの処理能力が高いため、水処理装置の運用に際して、担体の投入量及び流動に必要な攪拌動力又は、曝気量を低減し、イニシャルコスト、ランニングコスト削減に繋げることができる。 Since the microbial carrier of the present invention has a high processing capacity per carrier, the stirring power or aeration amount required for the input amount and flow of the carrier is reduced when operating the water treatment device, which leads to reduction of initial cost and running cost. be able to.

以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

実施例1
PVAが7質量%となるように、PVA(平均重合度1700、けん化度99.8mol%)に水を加え、熱水中で50分間処理しPVAを溶解させた。このPVA水溶液に、1質量%となるようアルギン酸ナトリウムを加え、30分間攪拌、溶解を行い、混合水溶液を調製した。この混合水溶液を上面が解放され、側面に仕切り板をつけた6mm×5.7mmの矩形型アクリル容器にスポイトで垂らし、高さ3mmまで入れた。10分静置した後、濃度0.3mol/Lの塩化カルシウム水溶液からなる凝固浴1Lに矩形アクリル容器ごと沈めた。矩形型アクリル容器中の混合水溶液は、塩化カルシウム水溶液中で扁平状にゲル化した。
Example 1
Water was added to PVA (average polymerization degree 1700, saponification degree 99.8 mol%) so that PVA was 7% by mass, and treated in hot water for 50 minutes to dissolve PVA. Sodium alginate was added to this PVA aqueous solution so as to be 1% by mass, and the mixture was stirred and dissolved for 30 minutes to prepare a mixed aqueous solution. The upper surface of the mixed aqueous solution was released, and the mixed aqueous solution was dropped into a 6 mm × 5.7 mm rectangular acrylic container having a partition plate on the side surface with a dropper and placed up to a height of 3 mm. After allowing to stand for 10 minutes, the whole rectangular acrylic container was submerged in 1 L of a coagulation bath composed of a calcium chloride aqueous solution having a concentration of 0.3 mol / L. The mixed aqueous solution in the rectangular acrylic container was gelled flat in the calcium chloride aqueous solution.

この扁平状の成形物を塩化カルシウム水溶液から分離し、容器から取り出した後、40℃のアセタール化反応液1Lに60分浸漬した。ここで、アセタール化反応液はグルタルアルデヒド0.012mol/L、硫酸9g/L、硫酸ナトリウム100g/Lを含むpH1.7の水溶液である。その後、成形物をアセタール化反応液から分離、水洗して、扁平状の含水ゲル成形物を得た。得られた成形物を水平な板に静置した。水平方向から観察したところ成形物の形状は矩形型扁平状であった。上述した方法に従い、a、b、cを測定し、アスペクト比A及びアスペクト比Aを算出したところ、アスペクト比Aは1.1、アスペクト比Aは3.0(a=5.1mm、b=4.6mm、c=1.7mm)であった。得られた含水ゲル成形物の表面及び断面をSEMで観察したところ、外表面から中心部に向かって連続孔が存在することが確認できた。実施例1の含水ゲル成形物には、径が3μmの孔が存在することを確認した。また、この含水ゲル成形物のPVAのアセタール化度は、2.0mol%であり、含水率は93%であった。結果を表1に示す。 This flat molded product was separated from the calcium chloride aqueous solution, taken out from the container, and then immersed in 1 L of the acetalization reaction solution at 40 ° C. for 60 minutes. Here, the acetalization reaction solution is an aqueous solution having a pH of 1.7 containing 0.012 mol / L of glutaraldehyde, 9 g / L of sulfuric acid, and 100 g / L of sodium sulfate. Then, the molded product was separated from the acetalization reaction solution and washed with water to obtain a flat water-containing gel molded product. The obtained molded product was allowed to stand on a horizontal plate. When observed from the horizontal direction, the shape of the molded product was rectangular and flat. When a, b, and c were measured according to the method described above and the aspect ratio A 1 and the aspect ratio A 2 were calculated, the aspect ratio A 1 was 1.1 and the aspect ratio A 2 was 3.0 (a = 5. 1 mm, b = 4.6 mm, c = 1.7 mm). When the surface and cross section of the obtained hydrogel molded product were observed by SEM, it was confirmed that continuous holes existed from the outer surface toward the center. It was confirmed that the hydrogel molded product of Example 1 had holes having a diameter of 3 μm. The degree of acetalization of PVA in this water-containing gel molded product was 2.0 mol%, and the water content was 93%. The results are shown in Table 1.

この含水ゲル成形物を液体窒素で凍結した後、−50℃で真空乾燥することで凍結乾燥サンプルを得た。このサンプルを島津サイエンス東日本株式会社製の自動水銀ポロシメーター細孔分布測定装置 AutoPoreVシリーズを用いて細孔分布を測定し、そのピーク値を本実施例、以降の比較例における孔径として記載した。 This hydrogel molded product was frozen in liquid nitrogen and then vacuum dried at −50 ° C. to obtain a freeze-dried sample. This sample was measured for pore distribution using an automatic mercury porosimeter pore distribution measuring device AutoPore V series manufactured by Shimadzu Science East Japan Co., Ltd., and the peak value is described as the pore diameter in this example and subsequent comparative examples.

こうして得られた含水ゲル成形物を用いて硝化によるアンモニア除去排水処理装置で、アンモニア硝化試験を行った。曝気槽としては、水槽容積1リットルの曝気槽を用い、その容量の10体積%にあたる100mLの嵩容積の担体(成形物)を充填した。さらに、MLSS(Mixed Liquior Suspended Solid)が4000mg/Lになるように、同槽に下水処理汚泥を投入した。曝気は、多孔質散気装置により、3.5L/分の空気を供給し、25〜30℃の範囲の水槽温度で連続運転した。塩化アンモニウム270mg/L、炭酸水素ナトリウム2800mg/Lを含む模擬排水を400ml/日から連続的に供給し、アンモニア容積負荷を0.03kg/(m・d)から同槽に与え、汚泥を槽外に流出させながら、容積負荷を徐々に増加させ、70日間の処理性を確認し、アンモニアの除去量の上限値及びその際の担体中の菌数を測定した。 Using the hydrogel molded product thus obtained, an ammonia nitrification test was conducted with an ammonia removal wastewater treatment device by nitrification. As the aeration tank, an aeration tank having a water tank volume of 1 liter was used, and a carrier (molded product) having a bulk volume of 100 mL, which was 10% by volume of the volume, was filled. Further, the sewage treatment sludge was put into the same tank so that the MLSS (Mixed Liquor Suspended Solid) was 4000 mg / L. For aeration, 3.5 L / min of air was supplied by a porous air diffuser, and the aeration was continuously operated at a water tank temperature in the range of 25 to 30 ° C. Continuously feeding ammonium chloride 270 mg / L, the simulated wastewater containing sodium bicarbonate 2800 mg / L from 400 ml / day, giving ammonia volumetric loading from 0.03kg / (m 3 · d) in that tank, tank sludge The volumetric load was gradually increased while flowing out, the treatability for 70 days was confirmed, and the upper limit of the amount of ammonia removed and the number of bacteria in the carrier at that time were measured.

アンモニアの除去量[kg/m・d]は原水のアンモニア濃度[mg/L]、処理水のアンモニア濃度[mg/L]、排水流量[L/日]、槽容積[L]を用い、以下の算式で計算される。
アンモニア除去量=(原水のアンモニア濃度−処理水のアンモニア濃度)×排水流量×10-9/(槽容積×10-3
The amount of ammonia removed [kg / m 3 · d] uses the ammonia concentration of raw water [mg / L], the ammonia concentration of treated water [mg / L], the drainage flow rate [L / day], and the tank volume [L]. It is calculated by the following formula.
Ammonia removal amount = (Ammonia concentration of raw water-Ammonia concentration of treated water) x Wastewater flow rate x 10 -9 / (Tank volume x 10 -3 )

担体中の菌数測定は、以下の要領で行った。担体を数個サンプリングし、精製水を加え浮遊物がなくなるまで数回洗った。担体に滅菌水を加え、ホモジナイザーで担体を解砕し、上澄み液を採取した。キッコーマンバイオケミファ製ルミテスターK−200を使用し、上澄み液の発光分析を行い、上澄み液に抽出されたATP(アデノシン三リン酸)を測定した。測定試料(担体と滅菌水の混合)の重量、担体の嵩比重データから担体単位体積あたりの菌数を測定した。アンモニア硝化試験の結果を表2に示す。 The number of bacteria in the carrier was measured as follows. Several carriers were sampled, purified water was added and washed several times until there were no suspended matter. Sterilized water was added to the carrier, the carrier was crushed with a homogenizer, and the supernatant was collected. Using a Kikkoman Biochemifa Lumitester K-200, luminescence analysis of the supernatant was performed, and ATP (adenosine triphosphate) extracted from the supernatant was measured. The number of bacteria per unit volume of the carrier was measured from the weight of the measurement sample (mixture of carrier and sterile water) and the bulk specific gravity data of the carrier. The results of the ammonia nitrification test are shown in Table 2.

実施例2
PVAが7質量%となるように、PVA(平均重合度1700、けん化度99.8mol%)に水を加え、熱水中で50分間処理しPVAを溶解させた。このPVA水溶液に、1質量%となるようアルギン酸ナトリウムを加え、30分間攪拌、溶解を行い、混合水溶液を調製した。この混合水溶液100gを、先端に内径3mmのノズルをとりつけた内径が3.2mmのシリコンチューブホースを装着したローラーポンプによって送液し、スターラーで攪拌している濃度0.3mol/Lの塩化カルシウム水溶液からなる凝固浴1Lに、ドライゾーン25cmで滴下した。ドライゾーンとは、ノズルと凝固浴の液面との間の距離、即ち混合水溶液が凝固浴に着水するまでの距離のことである。滴下した液滴は塩化カルシウム水溶液中で扁平状にゲル化し沈降した。
Example 2
Water was added to PVA (average polymerization degree 1700, saponification degree 99.8 mol%) so that PVA was 7% by mass, and treated in hot water for 50 minutes to dissolve PVA. Sodium alginate was added to this PVA aqueous solution so as to be 1% by mass, and the mixture was stirred and dissolved for 30 minutes to prepare a mixed aqueous solution. 100 g of this mixed aqueous solution is sent by a roller pump equipped with a silicon tube hose having an inner diameter of 3.2 mm with a nozzle having an inner diameter of 3 mm attached to the tip, and a calcium chloride aqueous solution having a concentration of 0.3 mol / L is stirred by a stirrer. The mixture was added dropwise to 1 L of a coagulation bath consisting of a dry zone of 25 cm. The dry zone is the distance between the nozzle and the liquid level of the coagulation bath, that is, the distance until the mixed aqueous solution lands on the coagulation bath. The dropped droplets gelled flat in the calcium chloride aqueous solution and settled.

この扁平状の成形物を塩化カルシウム水溶液から分離し、容器から取り出した後、40℃のアセタール化反応液1Lに90分浸漬した。ここで、アセタール化反応液はホルムアルデヒド1mol/L、硫酸150g/L、硫酸ナトリウム100g/Lを含むpH0.3の水溶液である。その後、成形物をアセタール化反応液から分離、水洗して、扁平状の含水ゲル成形物を得た。得られた成形物を水平な板に静置した。水平方向から観察したところ成形物の形状はドーム状であった。上述した方法に従い、a、b、cを測定し、アスペクト比A及びアスペクト比Aを算出したところ、アスペクト比Aは1.0、アスペクト比Aは3.3(a=5.0mm、b=4.9mm、c=1.5mm)であった。得られた含水ゲル成形物の表面及び断面をSEMで観察したところ、外表面から中心部に向かって連続孔が存在することが確認できた。実施例2の含水ゲル成形物には、径が4μmの孔が存在することを確認した。また、この含水ゲル成形物のPVAのアセタール化度は、48mol%であり、含水率は87%であった。結果を表1に示す。また、得られた成形物を用いて、実施例1と同様にして硝化によるアンモニア硝化試験を行った。その結果を表2に示す。 This flat molded product was separated from the calcium chloride aqueous solution, taken out from the container, and then immersed in 1 L of the acetalization reaction solution at 40 ° C. for 90 minutes. Here, the acetalization reaction solution is an aqueous solution having a pH of 0.3 containing 1 mol / L of formaldehyde, 150 g / L of sulfuric acid, and 100 g / L of sodium sulfate. Then, the molded product was separated from the acetalization reaction solution and washed with water to obtain a flat water-containing gel molded product. The obtained molded product was allowed to stand on a horizontal plate. When observed from the horizontal direction, the shape of the molded product was dome-shaped. When a, b, and c were measured and the aspect ratio A 1 and the aspect ratio A 2 were calculated according to the above method, the aspect ratio A 1 was 1.0 and the aspect ratio A 2 was 3.3 (a = 5. 0 mm, b = 4.9 mm, c = 1.5 mm). When the surface and cross section of the obtained hydrogel molded product were observed by SEM, it was confirmed that continuous holes existed from the outer surface toward the center. It was confirmed that the hydrogel molded product of Example 2 had holes having a diameter of 4 μm. The degree of acetalization of PVA in this water-containing gel molded product was 48 mol%, and the water content was 87%. The results are shown in Table 1. Further, using the obtained molded product, an ammonia nitrification test by nitrification was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

比較例1
PVAが7質量%となるように、PVA(平均重合度1700、けん化度99.8mol%)に水を加え、熱水中で50分間処理しPVAを溶解させた。このPVA水溶液に、1質量%となるようアルギン酸ナトリウムを加え、30分間攪拌、溶解を行い、混合水溶液を調製した。この混合水溶液100gを、先端に内径1.5mmのノズルをとりつけた内径が3.2mmのシリコンチューブホースを装着したローラーポンプによって送液し、スターラーで攪拌している濃度0.1mol/Lの塩化カルシウム水溶液からなる凝固浴1Lに滴下した。滴下した液滴は塩化カルシウム水溶液中で球状にゲル化し沈降した。
Comparative Example 1
Water was added to PVA (average polymerization degree 1700, saponification degree 99.8 mol%) so that PVA was 7% by mass, and treated in hot water for 50 minutes to dissolve PVA. Sodium alginate was added to this PVA aqueous solution so as to be 1% by mass, and the mixture was stirred and dissolved for 30 minutes to prepare a mixed aqueous solution. 100 g of this mixed aqueous solution is sent by a roller pump equipped with a silicon tube hose having an inner diameter of 3.2 mm with a nozzle having an inner diameter of 1.5 mm attached to the tip, and stirred with a stirrer to a concentration of 0.1 mol / L chloride. It was added dropwise to 1 L of a coagulation bath composed of an aqueous calcium solution. The dropped droplets gelled into a spherical shape in an aqueous calcium chloride solution and settled.

この球状成形物を塩化カルシウム水溶液から分離し、40℃のアセタール化反応液1Lに60分浸漬した。ここで、アセタール化反応液はグルタルアルデヒド0.012mol/L、硫酸10g/L、硫酸ナトリウム120g/Lを含むpH1.7の水溶液である。その後、成形物をアセタール化反応液から分離、水洗した。その結果、アスペクト比Aが1.0、アスペクト比Aが1.1(a=4.3mm、b=4.2mm、c=3.9mm)の球状含水ゲル成形物が得られた。また実施例1と同様にして孔径を測定した。結果を表1に示す。また、得られた成形物を用いて、実施例1と同様にして硝化によるアンモニア硝化試験を行った。その結果を表2に示す。 This spherical molded product was separated from an aqueous calcium chloride solution and immersed in 1 L of an acetalization reaction solution at 40 ° C. for 60 minutes. Here, the acetalization reaction solution is an aqueous solution having a pH of 1.7 containing 0.012 mol / L of glutaraldehyde, 10 g / L of sulfuric acid, and 120 g / L of sodium sulfate. Then, the molded product was separated from the acetalization reaction solution and washed with water. As a result, a spherical hydrogel molded product having an aspect ratio A 1 of 1.0 and an aspect ratio A 2 of 1.1 (a = 4.3 mm, b = 4.2 mm, c = 3.9 mm) was obtained. Further, the hole diameter was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. Further, using the obtained molded product, an ammonia nitrification test by nitrification was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

比較例2
PVAが7質量%となるように、PVA(平均重合度1700、けん化度99.8mol%)に水を加え、熱水中で50分間処理しPVAを溶解させた。このPVA水溶液に、1質量%となるようアルギン酸ナトリウム、5質量%となるようにタピオカ澱粉水溶液を加え、30分間攪拌、溶解を行い、混合水溶液を調製した。この混合水溶液100gを、先端に内径4.0mmのノズルをとりつけた内径3.2mmがシリコンチューブホースを装着したローラーポンプによって送液し、スターラーで攪拌している濃度0.1mol/Lの塩化カルシウム水溶液からなる80℃に加熱した凝固浴1Lに滴下した。滴下した液滴は塩化カルシウム水溶液中で球状にゲル化し、ゲル中の澱粉は糊化、膨潤し無色半透明の状態で沈降した。
Comparative Example 2
Water was added to PVA (average polymerization degree 1700, saponification degree 99.8 mol%) so that PVA was 7% by mass, and treated in hot water for 50 minutes to dissolve PVA. Sodium alginate was added to this PVA aqueous solution so as to be 1% by mass, and tapioca starch aqueous solution was added so as to be 5% by mass, and the mixture was stirred and dissolved for 30 minutes to prepare a mixed aqueous solution. 100 g of this mixed aqueous solution is sent by a roller pump having an inner diameter of 3.2 mm with a nozzle having an inner diameter of 4.0 mm attached to the tip and equipped with a silicon tube hose, and stirred with a stirrer to a concentration of 0.1 mol / L calcium chloride. It was added dropwise to 1 L of a coagulation bath made of an aqueous solution heated to 80 ° C. The dropped droplets were gelled into a spherical shape in an aqueous calcium chloride solution, and the starch in the gel was gelatinized and swollen, and settled in a colorless and translucent state.

この球状成形物を塩化カルシウム水溶液から分離し、80℃のアセタール化反応液1Lに15分浸漬した。ここで、アセタール化反応液はホルムアルデヒド100g/L、硫酸150g/Lを含むを含む水溶液である。その後、成形物をアセタール化反応液から分離、水洗した。その結果、アスペクト比Aが1.1、アスペクト比Aが1.1(a=4.2mm、b=4.0mm、c=4.0mm)の球状含水ゲル成形物が得られた。また実施例1と同様にして孔径を測定した。結果を表1に示す。また、得られた成形物を用いて、実施例1と同様にして硝化によるアンモニア硝化試験を行った。その結果を表2に示す。 This spherical molded product was separated from an aqueous calcium chloride solution and immersed in 1 L of an acetalization reaction solution at 80 ° C. for 15 minutes. Here, the acetalization reaction solution is an aqueous solution containing 100 g / L of formaldehyde and 150 g / L of sulfuric acid. Then, the molded product was separated from the acetalization reaction solution and washed with water. As a result, a spherical hydrogel molded product having an aspect ratio A 1 of 1.1 and an aspect ratio A 2 of 1.1 (a = 4.2 mm, b = 4.0 mm, c = 4.0 mm) was obtained. Further, the hole diameter was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. Further, using the obtained molded product, an ammonia nitrification test by nitrification was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

比較例3
PVAが7質量%となるように、PVA(平均重合度1700、けん化度99.8mol%)に水を加え、熱水中で50分間処理しPVAを溶解させた。このPVA水溶液に、1質量%となるようアルギン酸ナトリウムを加え、30分間攪拌、溶解を行った。さらにこの水溶液にグルタルアルデヒドをPVA中の全単量体単位のmol数に対して、10mol%になるよう添加した後、十分に混合し、混合水溶液を調製した。この混合水溶液100gを、先端に内径1.5mmのノズルをとりつけた内径3.2mmがシリコンチューブホースを装着したローラーポンプによって送液し、スターラーで攪拌した濃度0.1mol/Lの塩化カルシウム水溶液からなる凝固浴1Lに滴下した。滴下した液滴は塩化カルシウム水溶液中で球状にゲル化し沈降した。
Comparative Example 3
Water was added to PVA (average polymerization degree 1700, saponification degree 99.8 mol%) so that PVA was 7% by mass, and treated in hot water for 50 minutes to dissolve PVA. Sodium alginate was added to this PVA aqueous solution so as to be 1% by mass, and the mixture was stirred and dissolved for 30 minutes. Further, glutaraldehyde was added to this aqueous solution so as to be 10 mol% based on the mol number of all the monomer units in PVA, and then sufficiently mixed to prepare a mixed aqueous solution. 100 g of this mixed aqueous solution was sent from a calcium chloride aqueous solution having a concentration of 0.1 mol / L, which was sent by a roller pump having an inner diameter of 3.2 mm with a nozzle having an inner diameter of 1.5 mm attached to the tip and equipped with a silicon tube hose, and stirred with a stirrer. It was dropped into 1 L of the coagulation bath. The dropped droplets gelled into a spherical shape in an aqueous calcium chloride solution and settled.

この球状成形物を塩化カルシウム水溶液から分離し、40℃のアセタール化反応液1Lに60分浸漬した。ここで、アセタール化反応液は0.025mol/L、硫酸100g/L、硫酸ナトリウム100g/Lを含むpH0.6の水溶液である。その後、成形物をアセタール化反応液から分離、水洗した。その結果、アスペクト比Aが1.1、アスペクト比Aが1.1(a=3.3mm、b=3.1mm、c=3.0mm)の球状含水ゲル成形物が得られた。この成形物をSEMで観察したところ孔は形成されていなかった。結果を表1に示す。また、得られた成形物を用いて、実施例1と同様にして硝化によるアンモニア硝化試験を行った。その結果を表2に示す。 This spherical molded product was separated from an aqueous calcium chloride solution and immersed in 1 L of an acetalization reaction solution at 40 ° C. for 60 minutes. Here, the acetalization reaction solution is an aqueous solution having a pH of 0.6 containing 0.025 mol / L, 100 g / L sulfuric acid, and 100 g / L sodium sulfate. Then, the molded product was separated from the acetalization reaction solution and washed with water. As a result, a spherical hydrogel molded product having an aspect ratio A 1 of 1.1 and an aspect ratio A 2 of 1.1 (a = 3.3 mm, b = 3.1 mm, c = 3.0 mm) was obtained. When this molded product was observed by SEM, no holes were formed. The results are shown in Table 1. Further, using the obtained molded product, an ammonia nitrification test by nitrification was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

Figure 2021195418
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Figure 2021195418
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表2に示すように、実施例1、2及び比較例1を比較すると、アスペクト比が高い多孔質含水ゲル成形物である方が、担体が保持する菌数が向上し、アンモニア除去量の上限値が向上した。 As shown in Table 2, when Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are compared, the porous hydrogel molded product having a high aspect ratio has an improved number of bacteria held by the carrier and the upper limit of the amount of ammonia removed. The value has improved.

比較例2のように孔径が好ましい範囲より大きくなっている例では、担体が保持する菌数が好ましい範囲の孔径を持った実施例の担体に比べて少なく、アンモニア除去量の上限値も実施例1、2の担体に比べて劣る結果であった。比較例3のように連続孔がない状態では、担体が保持する菌数は他の実施例、比較例に比べて少なく、アンモニア除去量の上限値が最も少なくなった。 In the example in which the pore size is larger than the preferable range as in Comparative Example 2, the number of bacteria retained by the carrier is smaller than that of the carrier of the example having the pore size in the preferable range, and the upper limit of the amount of ammonia removed is also the example. The result was inferior to that of the carriers 1 and 2. In the state without continuous pores as in Comparative Example 3, the number of bacteria retained by the carrier was smaller than that of the other Examples and Comparative Examples, and the upper limit of the amount of ammonia removed was the smallest.

Claims (6)

アセタール化されたポリビニルアルコールを含む多孔質含水ゲル成形物であって;
前記成形物が、径0.1〜50μmの連続的な孔をその表面から内部にかけて有し、
下記式(1)で定義されるアスペクト比Aが、1〜5であり、かつ
下記式(2)で定義されるアスペクト比Aが、2〜10であることを特徴とする成形物。
=a/b (1)
=a/c (2)
a:水平面に成形物を置き、鉛直方向から見たときの長径
b:水平面に成形物を置き、鉛直方向から見たときの短径
c:水平面に成形物を置き、水平方向から見たときの短径
A porous hydrogel molded product containing acetalized polyvinyl alcohol;
The molded product has continuous holes with a diameter of 0.1 to 50 μm from the surface to the inside thereof.
A molded product having an aspect ratio A 1 defined by the following formula (1) of 1 to 5 and an aspect ratio A 2 defined by the following formula (2) of 2 to 10.
A 1 = a / b (1)
A 2 = a / c (2)
a: Major axis when the molded product is placed on the horizontal plane and viewed from the vertical direction b: Small diameter when the molded product is placed on the horizontal plane and viewed from the vertical direction c: When the molded product is placed on the horizontal plane and viewed from the horizontal direction Short diameter
前記ポリビニルアルコールがモノアルデヒドもしくはジアルデヒドにより、アセタール化されており、モノアルデヒドによるアセタール化度が30〜60mol%または、ジアルデヒドによるアセタール化度が1〜10mol%である請求項1に記載の成形物。 The molding according to claim 1, wherein the polyvinyl alcohol is acetalized with monoaldehyde or dialdehyde, and the degree of acetalization with monoaldehyde is 30 to 60 mol% or the degree of acetalization with dialdehyde is 1 to 10 mol%. thing. 請求項1又は2に記載の成形物に微生物を担持させてなる担体。 A carrier obtained by supporting a microorganism on the molded product according to claim 1 or 2. 請求項3に記載の担体に担持された微生物により水を処理する水処理方法。 A water treatment method for treating water with a microorganism carried on the carrier according to claim 3. 請求項1又は2に記載の成形物の製造方法であって;
ポリビニルアルコールと水溶性多糖とを含む水溶液を、基材に塗布し、多価金属塩を含む凝固液に接触させゲル化させて成形物を得る工程1と、
得られた成形物を、アルデヒドと反応させて該成形物中のポリビニルアルコールをアセタール化する工程2を有する成形物の製造方法。
The method for producing a molded product according to claim 1 or 2.
Step 1 of applying an aqueous solution containing polyvinyl alcohol and a water-soluble polysaccharide to a substrate, contacting it with a coagulating liquid containing a polyvalent metal salt, and gelling it to obtain a molded product.
A method for producing a molded product, which comprises a step 2 of reacting the obtained molded product with an aldehyde to acetalize polyvinyl alcohol in the molded product.
請求項1又は2に記載の成形物の製造方法であって;
ポリビニルアルコールと水溶性多糖とを含む水溶液を、ノズルから多価金属塩を含む凝固液に滴下してゲル化させて成形物を得る工程1と、
得られた成形物を、アルデヒドと反応させて該成形物中のポリビニルアルコールをアセタール化する工程2とを有し、
前記ノズルを高所に設置し、ノズルの先端から前記凝固液の水面までの距離を長くした成形物の製造方法。
The method for producing a molded product according to claim 1 or 2.
Step 1 to obtain a molded product by dropping an aqueous solution containing polyvinyl alcohol and a water-soluble polysaccharide from a nozzle into a coagulating solution containing a polyvalent metal salt and gelling the solution.
It has a step 2 of reacting the obtained molded product with an aldehyde to acetalize the polyvinyl alcohol in the molded product.
A method for manufacturing a molded product in which the nozzle is installed at a high place and the distance from the tip of the nozzle to the water surface of the coagulating liquid is lengthened.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022163262A1 (en) * 2021-01-29 2022-08-04 株式会社クラレ Hydrogel porous molded product and method for producing same, microorganism carrier, and water treatment method

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