JP2022163531A - Ion exchanger and method for producing ion exchanger - Google Patents

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慎司 中村
Shinji Nakamura
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Abstract

To provide: an ion exchanger which hardly shrinks when coming into contact with an organic solvent in a water-wet state; and a method for producing the ion exchanger.SOLUTION: Provided is an ion exchanger comprising a polymer chain represented by a general formula (1). (In the formula, R1 represents a C4-22 alkyl group which may be substituted or a benzyl group which may be substituted with a C1-6 alkyl group which may be substituted, with a halogen atom, with a C1-6 alkoxy group which may be substituted, with an amino group which may be substituted, with a cyano group, or with a nitro group; R2 and R3 represent each independently a C1-4 alkyl group; L represents a linker site; and Polymer represents a polymer chain).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、イオン交換体、およびそのイオン交換体の製造方法に関する。 The present invention relates to an ion exchanger and a method for producing the ion exchanger.

イオン交換反応は、水、糖液等の精製や、医薬中間体等の化成品の合成プロセス等において重要であり、イオン交換樹脂を始めとするイオン交換体が利用されている。近年では有機溶媒の高純度化が求められていることから、イオン交換体による有機溶媒の精製方法も開発されており、例えば特許文献1には、モノリス状有機多孔質イオン交換体を充填したカラムで多価金属イオンを含有する2-プロパノール等の有機溶剤を接触させて精製する方法が記載されている。 Ion exchange reactions are important in the purification of water, sugar solutions, etc., synthesis processes of chemical products such as pharmaceutical intermediates, etc., and ion exchangers such as ion exchange resins are used. In recent years, there has been a demand for highly purified organic solvents, and methods for purifying organic solvents using ion exchangers have also been developed. describes a method of purifying by contacting an organic solvent such as 2-propanol containing polyvalent metal ions.

特開2017-119233号公報JP 2017-119233 A

ところが、本発明者が検討したところ、水湿潤状態のモノリス状有機多孔質イオン交換体を充填したカラムに有機溶媒を通液すると、モノリス状有機多孔質イオン交換体が著しく収縮し、有機溶媒がモノリス状有機多孔質イオン交換体に効率的に接触しないという問題があることがわかった。 However, as a result of examination by the present inventors, when an organic solvent is passed through a column filled with a monolithic organic porous ion exchanger in a water-wet state, the monolithic organic porous ion exchanger shrinks significantly, and the organic solvent is removed. It has been found that there is a problem of not efficiently contacting the monolithic organic porous ion exchanger.

本発明の目的は、水湿潤状態で有機溶媒と接触したときの収縮が少ないイオン交換体、およびそのイオン交換体の製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ion exchanger that shrinks less when it contacts with an organic solvent in a water-wet state, and a method for producing the ion exchanger.

本発明は、一般式(1)

Figure 2022163531000001
(式中Rは、置換されていてもよい炭素数4から22のアルキル基;または、置換されていてもよい炭素数1から6のアルキル基、ハロゲン原子、置換されていてもよい炭素数1から6のアルコキシ基、置換されていてもよいアミノ基、シアノ基、もしくはニトロ基で置換されていてもよいベンジル基;を表し、R,Rは、それぞれ独立して炭素数1から4のアルキル基を表し、Lは、リンカー部位を表し、Polymerは、高分子鎖を表す。)
で表される高分子鎖から構成される、イオン交換体である。 The present invention has the general formula (1)
Figure 2022163531000001
(In the formula, R 1 is an optionally substituted alkyl group having 4 to 22 carbon atoms; or an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, or an optionally substituted carbon number 1 to 6 alkoxy groups, optionally substituted amino groups, cyano groups , or benzyl groups optionally substituted with nitro groups; 4 represents an alkyl group, L represents a linker moiety, and Polymer represents a polymer chain.)
It is an ion exchanger composed of polymer chains represented by

前記イオン交換体において、一般式(1)におけるLは、メチレン基であることが好ましい。 In the ion exchanger, L in general formula (1) is preferably a methylene group.

前記イオン交換体において、前記イオン交換体の高分子鎖は、スチレン―ジビニルベンゼン系共重合体であることが好ましい。 In the ion exchanger, the polymer chain of the ion exchanger is preferably a styrene-divinylbenzene copolymer.

前記イオン交換体において、前記イオン交換体が、非粒子状有機多孔質イオン交換体であり、連続骨格相と連続空孔相とからなり、連続骨格の厚みは、1~100μmの範囲であり、連続空孔の平均直径は、1~1000μmの範囲であり、全細孔容積は、0.5~50mL/gの範囲であり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は、1~9mg当量/gの範囲であり、イオン交換基が前記有機多孔質イオン交換体中に分布していることが好ましい。 In the ion exchanger, the ion exchanger is a non-particulate organic porous ion exchanger, consists of a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, the thickness of the continuous skeleton is in the range of 1 to 100 μm, The average diameter of the continuous pores is in the range of 1 to 1000 μm, the total pore volume is in the range of 0.5 to 50 mL/g, and the ion exchange capacity per weight in the dry state is 1 to 9 mg equivalent. /g, and the ion exchange groups are preferably distributed in the organic porous ion exchanger.

本発明は、一般式(2)

Figure 2022163531000002
(式中Lは、リンカー部位を表し、Polymerは、高分子鎖を表し、Xは、ハロゲン原子、置換されていてもよい炭素数1から8のアルキルスルホニル基、または置換されていてもよいベンゼンスルホニル基を表す。)
で表される高分子鎖と、
一般式(3)
Figure 2022163531000003
(式中Rは、置換されていてもよい炭素数4から22のアルキル基;または、置換されていてもよい炭素数1から6のアルキル基、ハロゲン原子、置換されていてもよい炭素数1から6のアルコキシ基、置換されていてもよいアミノ基、シアノ基、もしくはニトロ基で置換されていてもよいベンジル基;を表し、R,Rは、それぞれ独立して炭素数1から4のアルキル基を表す。)
で表される第三級アミンと、
を反応させる、イオン交換体の製造方法である。 The present invention has the general formula (2)
Figure 2022163531000002
(In the formula, L represents a linker site, Polymer represents a polymer chain, X represents a halogen atom, an optionally substituted alkylsulfonyl group having 1 to 8 carbon atoms, or an optionally substituted benzene represents a sulfonyl group.)
A polymer chain represented by
General formula (3)
Figure 2022163531000003
(In the formula, R 1 is an optionally substituted alkyl group having 4 to 22 carbon atoms; or an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, or an optionally substituted carbon number 1 to 6 alkoxy groups, optionally substituted amino groups, cyano groups , or benzyl groups optionally substituted with nitro groups; represents the alkyl group of 4.)
A tertiary amine represented by
A method for producing an ion exchanger by reacting

前記イオン交換体の製造方法において、一般式(1)におけるLは、メチレン基であることが好ましい。 In the method for producing an ion exchanger, L in general formula (1) is preferably a methylene group.

前記イオン交換体の製造方法において、前記イオン交換体の高分子鎖は、スチレン―ジビニルベンゼン系共重合体であることが好ましい。 In the method for producing an ion exchanger, the polymer chain of the ion exchanger is preferably a styrene-divinylbenzene copolymer.

前記イオン交換体の製造方法において、前記イオン交換体が、非粒子状有機多孔質イオン交換体であり、連続骨格相と連続空孔相とからなり、連続骨格の厚みは、1~100μmの範囲であり、連続空孔の平均直径は、1~1000μmの範囲であり、全細孔容積は、0.5~50mL/gの範囲であり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は、1~9mg当量/gの範囲であり、イオン交換基が前記有機多孔質イオン交換体中に分布していることが好ましい。 In the method for producing an ion exchanger, the ion exchanger is a non-particulate organic porous ion exchanger, consists of a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, and the thickness of the continuous skeleton is in the range of 1 to 100 μm. , the average diameter of the continuous pores is in the range of 1 to 1000 μm, the total pore volume is in the range of 0.5 to 50 mL / g, and the ion exchange capacity per weight in the dry state is 1 It is preferably in the range of ~9 mg equivalent/g, and the ion exchange groups are distributed in the organic porous ion exchanger.

本発明によれば、水湿潤状態で有機溶媒と接触したときの収縮が少ないイオン交換体、およびそのイオン交換体の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ion exchanger which shrinks little when it contacts with the organic solvent in a water wet state, and the manufacturing method of the ion exchanger can be provided.

第1のモノリスの形態例のSEM写真である。FIG. 4 is an SEM photograph of a first example monolith morphology; FIG. 第2のモノリスの形態例のSEM写真である。FIG. 4 is an SEM photograph of a second example monolith morphology; FIG. 第3のモノリスの形態例のSEM写真である。FIG. 11 is an SEM photograph of a third example monolith morphology; FIG. 図3のSEM写真の断面として表れる骨格部を転写した図である。FIG. 4 is a diagram obtained by transferring a skeleton portion appearing as a cross section of the SEM photograph of FIG. 3 ; 第4のモノリスの形態例のSEM写真である。FIG. 4 is an SEM photograph of a fourth example monolith morphology; FIG. 第4のモノリスおよび弱塩基性モノリスイオン交換体の共連続構造の模式図である。FIG. 4 is a schematic representation of the co-continuous structure of the fourth monolith and weakly basic monolith ion exchanger. モノリス中間体(4)の形態例のSEM写真である。FIG. 10 is an SEM photograph of an example morphology of monolith intermediate (4). FIG. 突起体の模式的な断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a projection; 第5-1のモノリスの形態例のSEM写真である。FIG. 10 is a SEM photograph of a morphological example of a monolith of No. 5-1. FIG. 実施例1で得られたモノリス中間体のSEM写真である。1 is a SEM photograph of a monolithic intermediate obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られたモノリスのSEM写真である。1 is an SEM photograph of a monolith obtained in Example 1. FIG. 実施例2および比較例2における、水湿潤状態のモノリスアニオン交換体を各有機溶媒に接触させたときの膨潤率(%)(長さ比)を示すグラフである。4 is a graph showing the swelling rate (%) (length ratio) when the monolithic anion exchanger in a water-wet state is brought into contact with each organic solvent in Example 2 and Comparative Example 2. FIG.

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。 An embodiment of the present invention will be described below. This embodiment is an example of implementing the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment.

<イオン交換体>
本発明の実施形態に係るイオン交換体は、一般式(1)

Figure 2022163531000004
(式中Rは、置換されていてもよい炭素数4から22のアルキル基;または、置換されていてもよい炭素数1から6のアルキル基、ハロゲン原子、置換されていてもよい炭素数1から6のアルコキシ基、置換されていてもよいアミノ基、シアノ基、もしくはニトロ基で置換されていてもよいベンジル基;を表し、R,Rは、それぞれ独立して炭素数1から4のアルキル基を表し、Lは、リンカー部位を表し、Polymerは、高分子鎖を表す。)
で表される高分子鎖から構成される。 <Ion exchanger>
An ion exchanger according to an embodiment of the present invention has the general formula (1)
Figure 2022163531000004
(In the formula, R 1 is an optionally substituted alkyl group having 4 to 22 carbon atoms; or an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, or an optionally substituted carbon number 1 to 6 alkoxy groups, optionally substituted amino groups, cyano groups , or benzyl groups optionally substituted with nitro groups; 4 represents an alkyl group, L represents a linker moiety, and Polymer represents a polymer chain.)
Consists of a polymer chain represented by

本発明者は、上記一般式(1)で表される高分子鎖から構成されるイオン交換体は、水湿潤状態で有機溶媒と接触したときの収縮が少ないことを見出した。このイオン交換体は、水湿潤状態でカラムに充填して有機溶媒を通じても、イオン交換体がほとんど収縮せず、有機溶媒をイオン交換体に効率的に接触できることが可能となる。これは、Rとして、上記炭素数4から22のアルキル基または上記ベンジル基を有することによって、疎水性が増加するためと考えられる。 The present inventors have found that the ion exchanger composed of the polymer chains represented by the above general formula (1) shrinks little when in contact with an organic solvent in a water-wet state. Even when the ion exchanger is packed in a column in a water-wet state and an organic solvent is passed through the ion exchanger, the ion exchanger hardly shrinks and the organic solvent can be brought into contact with the ion exchanger efficiently. It is considered that this is because the presence of the alkyl group having 4 to 22 carbon atoms or the benzyl group as R 1 increases the hydrophobicity.

本実施形態に係るイオン交換体によって、水湿潤状態で有機溶媒に接触させたときの収縮率を、例えば、有機溶媒への接触前に比べて±10%以内とすることができ、好ましくは±8%以内とすることができる。有機溶媒としては、特に制限はないが、例えば、メタノール、2-プロパノール等のアルコール、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)等のアミド系溶媒、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)等のエーテル系溶媒、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒、ペンタン、ヘキサン等の炭化水素系溶媒等が挙げられる。 With the ion exchanger according to the present embodiment, the shrinkage rate when contacted with an organic solvent in a water-wet state can be, for example, within ±10% compared to before contact with an organic solvent, preferably within ± It can be within 8%. The organic solvent is not particularly limited, and examples thereof include alcohols such as methanol and 2-propanol, amide solvents such as N,N-dimethylformamide (DMF) and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and diisopropyl ether. , tetrahydrofuran (THF) and the like, aromatic solvents such as toluene and xylene, and hydrocarbon solvents such as pentane and hexane.

一般式(1)におけるRは、置換されていてもよい炭素数4から22のアルキル基を表す。または、Rは、置換されていてもよい炭素数1から6のアルキル基で置換されていてもよいベンジル基、ハロゲン原子で置換されていてもよいベンジル基、置換されていてもよい炭素数1から6のアルコキシ基で置換されていてもよいベンジル基、置換されていてもよいアミノ基で置換されていてもよいベンジル基、シアノ基で置換されていてもよいベンジル基、またはニトロ基で置換されていてもよいベンジル基を表す。置換されていてもよいベンジル基は、ベンジル基のフェニル基に置換基が置換されていてもよいベンジル基である。 R 1 in general formula (1) represents an optionally substituted alkyl group having 4 to 22 carbon atoms. Alternatively, R 1 is a benzyl group optionally substituted with an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a benzyl group optionally substituted with a halogen atom, or optionally substituted carbon number a benzyl group optionally substituted with 1 to 6 alkoxy groups, a benzyl group optionally substituted with an amino group optionally substituted, a benzyl group optionally substituted with a cyano group, or a nitro group; It represents an optionally substituted benzyl group. An optionally substituted benzyl group is a benzyl group in which the phenyl group of the benzyl group may be substituted with a substituent.

炭素数4から22のアルキル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。製造のときの反応収率が高い、原料の入手が容易である等の点から炭素数6から20のアルキル基が好ましく、炭素数6から18のアルキル基がより好ましい。 The alkyl group having 4 to 22 carbon atoms may be linear, branched or cyclic. An alkyl group having 6 to 20 carbon atoms is preferable, and an alkyl group having 6 to 18 carbon atoms is more preferable, from the viewpoints of high reaction yield during production and easy availability of raw materials.

ベンジル基に置換されていてもよい炭素数1から6のアルキル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。原料の入手が容易である等の点から炭素数1から4のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基がより好ましい。 The alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may be substituted on the benzyl group may be linear, branched or cyclic. An alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is preferable, and a methyl group and an ethyl group are more preferable from the viewpoint of easy availability of raw materials.

ベンジル基に置換されていてもよいハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、原料製造が安価である等の点から、塩素原子が好ましい。 The halogen atom which may be substituted on the benzyl group includes a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom and the like, and a chlorine atom is preferable from the viewpoint of low cost of raw material production.

ベンジル基に置換されていてもよい炭素数1から6のアルコキシ基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。原料の入手が容易である等の点から炭素数1から4のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基がより好ましい。 The alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms which may be substituted on the benzyl group may be linear, branched or cyclic. An alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms is preferable, and a methoxy group and an ethoxy group are more preferable from the viewpoint of easy availability of raw materials.

炭素数4から22のアルキル基、炭素数1から6のアルキル基、炭素数1から6のアルコキシ基に「置換されていてもよい」場合の置換基としては、ニトロ基、シアノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。 Examples of substituents when "optionally substituted" with an alkyl group having 4 to 22 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms include a nitro group, a cyano group, and a halogen atom. etc.

アミノ基に「置換されていてもよい」場合の置換基としては、炭素数1から8のアルキル基、フェニル基、炭素数1から4のフルオロアルキル基等が挙げられる。 Examples of the substituent when the amino group is "optionally substituted" include an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a phenyl group, a fluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the like.

アミノ基に置換されていてもよい炭素数1から8のアルキル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。製造のときの反応収率が高い等の点から、炭素数1から4のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基がより好ましい。 The alkyl group having 1 to 8 carbon atoms which may be substituted on the amino group may be linear, branched or cyclic. An alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is preferable, and a methyl group and an ethyl group are more preferable, because the reaction yield during production is high.

アミノ基に置換されていてもよい炭素数1から4のフルオロアルキル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。原料が入手容易である等の点から、炭素数1から2のフルオロアルキル基が好ましく、トリフルオロメチル基、2,2,2-トリフルオロエチル基がより好ましい。 The fluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may be substituted on the amino group may be linear, branched or cyclic. A fluoroalkyl group having 1 to 2 carbon atoms is preferable, and a trifluoromethyl group and a 2,2,2-trifluoroethyl group are more preferable, in terms of availability of raw materials.

一般式(1)におけるRは、炭素数6~20のアルキル基、または、炭素数1から4のアルキル基で置換されていてもよいベンジル基であることが好ましく、ドデシル基またはベンジル基であることがより好ましい。 R 1 in the general formula (1) is preferably an alkyl group having 6 to 20 carbon atoms or a benzyl group optionally substituted with an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and is preferably a dodecyl group or a benzyl group. It is more preferable to have

一般式(1)におけるR,Rは、それぞれ独立して炭素数1から4のアルキル基を表す。炭素数1から4のアルキル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。炭素数1から4のアルキル基としては、製造のときの反応収率が高い等の点からメチル基、エチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。 R 2 and R 3 in general formula (1) each independently represent an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. The alkyl group having 1 to 4 carbon atoms may be linear, branched or cyclic. The alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is preferably a methyl group or an ethyl group, more preferably a methyl group, from the viewpoint of high reaction yield during production.

一般式(1)におけるLは、リンカー部位を表す。リンカー部位としては、オキシ基に置換されていてもよい炭素数1から4のアルキレン基等が挙げられ、製造のときの反応収率が高い等の点から、メチレン基、エチレン基、1-オキシエチレン基が好ましく、メチレン基がより好ましい。 L in general formula (1) represents a linker site. Examples of the linker moiety include an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms which may be substituted with an oxy group. An ethylene group is preferred, and a methylene group is more preferred.

一般式(1)におけるPolymerは、高分子鎖を表す。高分子鎖としては、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルベンジルクロライド等の芳香族ビニルポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等のポリ(ハロゲン化ポリオレフィン);ポリアクリロニトリル等のニトリル系ポリマー;ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステル等の(メタ)アクリル系ポリマー等の架橋重合体が挙げられる。上記高分子鎖は、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これらの中で、連続構造形成の容易さ、イオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸またはアルカリに対する安定性の高さ等から、芳香族ビニルポリマーの架橋重合体が好ましく、特に、スチレン-ジビニルベンゼン系共重合体やビニルベンジルクロライド-ジビニルベンゼン系共重合体が好ましく、スチレン―ジビニルベンゼン系共重合体が好ましい。 Polymer in general formula (1) represents a polymer chain. Examples of polymer chains include aromatic vinyl polymers such as polystyrene, poly(α-methylstyrene) and polyvinylbenzyl chloride; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; poly(halogenated polyolefins) such as polyvinyl chloride and polytetrafluoroethylene; ); nitrile polymers such as polyacrylonitrile; crosslinked polymers such as (meth)acrylic polymers such as polymethacrylic acid esters and polyacrylic acid esters. The polymer chain may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a cross-linking agent, or a polymer obtained by polymerizing a plurality of vinyl monomers and a cross-linking agent. may be blended. Among these, crosslinked polymers of aromatic vinyl polymers are preferred because of the ease of forming a continuous structure, the ease of introducing ion-exchange groups, high mechanical strength, and high stability against acids or alkalis. In particular, styrene-divinylbenzene copolymers and vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymers are preferred, and styrene-divinylbenzene copolymers are preferred.

本実施形態に係るイオン交換体は、粒子状のイオン交換体であっても、非粒子状のイオン交換体であってもよく、非粒子状有機多孔質イオン交換体であることが好ましい。 The ion exchanger according to the present embodiment may be a particulate ion exchanger or a non-particulate ion exchanger, preferably a non-particulate organic porous ion exchanger.

<非粒子状有機多孔質イオン交換体>
非粒子状有機多孔質イオン交換体は、連続骨格の相と連続空孔の相を有するモノリス状有機多孔質体にイオン交換基を導入したものである。上記一般式(1)で表される高分子鎖から構成される非粒子状有機多孔質イオン交換体は、塩基性のモノリス状有機多孔質アニオン交換体である。モノリス状有機多孔質体は、骨格間に流路となる連通孔を多数有する。なお、本明細書中、「モノリス状有機多孔質体」を単に「モノリス」と、「モノリス状有機多孔質イオン交換体」を単に「モノリスイオン交換体」とも言い、また、モノリスの製造における中間体(前駆体)である「モノリス状有機多孔質中間体」を単に「モノリス中間体」とも言う。
<Nonparticulate organic porous ion exchanger>
The non-particulate organic porous ion exchanger is obtained by introducing ion exchange groups into a monolithic organic porous material having a continuous skeleton phase and a continuous pore phase. The non-particulate organic porous ion exchanger composed of the polymer chains represented by the general formula (1) is a basic monolithic organic porous anion exchanger. A monolithic organic porous body has a large number of communicating pores serving as channels between skeletons. In the present specification, "monolithic organic porous material" is simply referred to as "monolith", and "monolithic organic porous ion exchanger" is simply referred to as "monolithic ion exchanger". The "monolithic organic porous intermediate" which is the body (precursor) is also simply referred to as "monolithic intermediate".

この非粒子状有機多孔質イオン交換体の構造は、特開2002-306976号、特開2009-007550号、特開2009-062512号、特開2009-067982号、特開2009-108294号に開示されている。 The structure of this non-particulate organic porous ion exchanger is disclosed in JP-A-2002-306976, JP-A-2009-007550, JP-A-2009-062512, JP-A-2009-067982, and JP-A-2009-108294. It is

非粒子状有機多孔質イオン交換体は、連続骨格相と連続空孔相とからなり、連続骨格の厚みは、1~100μmの範囲であり、連続空孔の平均直径は、1~1000μmの範囲であり、全細孔容積は、0.5~50mL/gの範囲であり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は、1~9mg当量/gの範囲であり、イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に分布していることが好ましい。連続骨格相と連続空孔相は、SEM画像により観察される。 The non-particulate organic porous ion exchanger consists of a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, the thickness of the continuous skeleton is in the range of 1 to 100 μm, and the average diameter of the continuous pores is in the range of 1 to 1000 μm. , the total pore volume is in the range of 0.5 to 50 mL/g, the ion exchange capacity per weight in the dry state is in the range of 1 to 9 mg equivalent/g, and the ion exchange group is an organic porous preferably distributed throughout the ion exchanger. A continuous skeleton phase and a continuous pore phase are observed by SEM images.

非粒子状有機多孔質イオン交換体の乾燥状態での連続骨格の厚みは、1~100μmの範囲であることが好ましい。非粒子状有機多孔質イオン交換体の乾燥状態での連続骨格の厚みは、SEM観察により決定される。この連続骨格の厚みが1μm未満であると、体積当りのイオン交換容量が低下する場合や、機械的強度が低下して、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、特に高流速で通液した場合には非粒子状有機多孔質イオン交換体が変形してしまう場合がある。この連続骨格の厚みが100μmを超えると、骨格が太くなり過ぎ、通液のときの圧力損失が大きくなってしまう場合がある。 The thickness of the continuous skeleton of the non-particulate organic porous ion exchanger in a dry state is preferably in the range of 1 to 100 μm. The thickness of the continuous framework in the dry state of the non-particulate organic porous ion exchanger is determined by SEM observation. If the thickness of the continuous skeleton is less than 1 μm, the ion exchange capacity per volume is lowered, or the mechanical strength is lowered, so that when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through, it is difficult. Especially when the liquid is passed at a high flow rate, the non-particulate organic porous ion exchanger may be deformed. When the thickness of the continuous skeleton exceeds 100 μm, the skeleton becomes too thick, and the pressure loss during liquid passage may increase.

非粒子状有機多孔質イオン交換体の乾燥状態での連続空孔の平均直径は、1~1000μmの範囲であることが好ましい。非粒子状有機多孔質イオン交換体の乾燥状態での連続空孔の平均直径は、水銀圧入法により測定され、水銀圧入法により得られた細孔分布曲線の極大値を指す。この連続空孔の平均直径が1μm未満であると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、通液のときの圧力損失が大きくなってしまう場合がある。この連続空孔の平均直径が1000μmを超えると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、被処理液とモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、イオン交換性能が低下してしまう場合がある。 The average diameter of continuous pores in the non-particulate organic porous ion exchanger in a dry state is preferably in the range of 1 to 1000 μm. The average diameter of continuous pores in the dry state of the non-particulate organic porous ion exchanger is measured by mercury porosimetry and refers to the maximum value of the pore distribution curve obtained by mercury porosimetry. If the average diameter of the continuous pores is less than 1 μm, when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through the column, the pressure loss during the passage of the liquid may become large. If the average diameter of the continuous pores exceeds 1000 μm, when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through, the contact between the liquid to be treated and the monolith ion exchanger becomes insufficient, resulting in ion exchange. Performance may degrade.

非粒子状有機多孔質イオン交換体の乾燥状態での全細孔容積は0.5~50mL/gの範囲であることが好ましい。非粒子状有機多孔質イオン交換体の乾燥状態での全細孔容積は、水銀圧入法で測定される。この全細孔容積が0.5mL/g未満であると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、通液のときの圧力損失が大きくなってしまう場合がある。この全細孔容積が50mL/gを超えると、非粒子状有機多孔質イオン交換体の機械的強度が低下し、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、特に高流速で通液した場合にはイオン交換体が変形し、通液のときの圧力損失が上昇してしまう場合がある。 The total pore volume in the dry state of the nonparticulate organic porous ion exchanger is preferably in the range of 0.5 to 50 mL/g. The total dry pore volume of the non-particulate organic porous ion exchanger is measured by mercury porosimetry. If the total pore volume is less than 0.5 mL/g, when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through, the pressure loss during the passage of the liquid may increase. . If the total pore volume exceeds 50 mL/g, the mechanical strength of the non-particulate organic porous ion exchanger decreases, and when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through, especially When the liquid is passed at a high flow rate, the ion exchanger may be deformed and the pressure loss may increase when the liquid is passed.

非粒子状有機多孔質イオン交換体の乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は、1~9mg当量/gの範囲であることが好ましい。非粒子状有機多孔質イオン交換体の乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は、中和滴定等の方法で測定される。このイオン交換容量が1mg当量/g未満であると、交換、担持できるイオン量が少なくなってしまう場合がある。このイオン交換容量が9mg当量/gを超えると、イオン交換基導入反応が過酷な条件となり、モノリスの酸化劣化が著しく進んでしまう場合がある。 The ion exchange capacity per weight of the nonparticulate organic porous ion exchanger in a dry state is preferably in the range of 1 to 9 mg equivalent/g. The ion exchange capacity per unit weight of the non-particulate organic porous ion exchanger in a dry state is measured by a method such as neutralization titration. If the ion exchange capacity is less than 1 mg equivalent/g, the amount of ions that can be exchanged and carried may decrease. If the ion exchange capacity exceeds 9 mg equivalent/g, the conditions for introducing reaction of ion exchange groups become severe, and oxidative deterioration of the monolith may proceed remarkably.

非粒子状有機多孔質イオン交換体において、導入されているイオン交換基は、モノリスの表面のみならず、モノリスの骨格内部にまで、すなわち有機多孔質イオン交換体中に分布していることが好ましく、均一に分布していることがより好ましい。「イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に均一に分布している」とは、イオン交換基の分布が少なくともμmオーダーで有機多孔質イオン交換体の表面および骨格内部に分布していることを指す。イオン交換基の分布状況は、電子プローブマイクロアナライザー(EPMA)を用いることによって確認される。イオン交換基がモノリスの表面のみならずモノリスの骨格内部にまで分布していると、モノリスの表面と内部の物理的性質および化学的性質をほぼ均一にできるため、膨潤および収縮に対する耐久性が向上する。 In the non-particulate organic porous ion exchanger, the introduced ion exchange groups are preferably distributed not only on the surface of the monolith but also inside the skeleton of the monolith, that is, in the organic porous ion exchanger. , more preferably uniformly distributed. "The ion-exchange groups are uniformly distributed in the organic porous ion-exchanger" means that the ion-exchange groups are distributed on the surface and inside the skeleton of the organic porous ion-exchanger at least on the order of μm. point to The distribution of ion exchange groups is confirmed by using an electron probe microanalyzer (EPMA). If the ion-exchange groups are distributed not only on the surface of the monolith but also on the inside of the monolith skeleton, the physical and chemical properties of the surface and inside of the monolith can be made almost uniform, which improves the resistance to swelling and shrinkage. do.

非粒子状有機多孔質イオン交換体において、連続骨格を構成する材料は、架橋構造を有する有機ポリマー材料であり、上記一般式(1)におけるPolymer部分である。ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.1~30モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましく、0.1~20モル%の架橋構造単位を含んでいることがより好ましい。 In the non-particulate organic porous ion exchanger, the material constituting the continuous skeleton is an organic polymer material having a crosslinked structure, which is the polymer moiety in the general formula (1). It preferably contains 0.1 to 30 mol% of the crosslinked structural unit, more preferably 0.1 to 20 mol% of the crosslinked structural unit, based on the total structural units constituting the polymer material. .

<第1~第5のモノリスイオン交換体>
非粒子状有機多孔質イオン交換体のより具体的な実施形態として、例えば、以下に示す第1のモノリス状有機多孔質イオン交換体(モノリスイオン交換体)~第5のモノリス状有機多孔質イオン交換体(モノリスイオン交換体)が挙げられる。以下の説明において、上記の非粒子状有機多孔質イオン交換体と同様の構成については、その説明を省略する。
<First to Fifth Monolithic Ion Exchangers>
As a more specific embodiment of the non-particulate organic porous ion exchanger, for example, first monolithic organic porous ion exchanger (monolithic ion exchanger) to fifth monolithic organic porous ion exchanger shown below Exchangers (monolithic ion exchangers) may be mentioned. In the following description, descriptions of the same configurations as those of the non-particulate organic porous ion exchanger are omitted.

<第1のモノリスイオン交換体>
第1のモノリスイオン交換体は、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内に平均直径が1~1000μmの範囲の共通の開口(メソポア)を有する連続マクロポア構造を有し、全細孔容積が1~50mL/gの範囲であり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は、1~9mg当量/gの範囲であり、イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に分布しているモノリスイオン交換体である。
<First Monolith Ion Exchanger>
The first monolithic ion exchanger has a continuous macropore structure with interconnecting macropores and common openings (mesopores) in the walls of the macropores with an average diameter ranging from 1 to 1000 μm, and a total pore volume of 1 ~50 mL/g, the ion exchange capacity per weight in the dry state is in the range of 1 to 9 mg equivalent/g, and the ion exchange groups are distributed in the organic porous ion exchanger. It is an exchanger.

第1のモノリスイオン交換体は、図1に示すように、連続するマクロポア(細孔)をもつ連続マクロポア構造体である。第1のモノリスイオン交換体およびその製造方法は、特開2002-306976号に開示されている。 The first monolithic ion exchanger is a continuous macropore structure with continuous macropores, as shown in FIG. A first monolithic ion exchanger and its manufacturing method are disclosed in JP-A-2002-306976.

第1のモノリスイオン交換体は、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内に位置する共通の開口(メソポア)を有する。メソポアは、マクロポア同士が重なり合う重複部分を持つ。このメソポアの重複部分は、乾燥状態で平均直径1~1000μmの範囲であることが好ましく、10~200μmの範囲であることがより好ましく、20~200μmの範囲であることがさらに好ましい。乾燥状態の第1のモノリスの開口の平均直径は、水銀圧入法により測定され、水銀圧入法により得られる細孔分布曲線の極大値を指す。 The first monolithic ion exchanger has macropores that are interconnected and common openings (mesopores) located in the walls of the macropores. Mesopores have overlapping portions where macropores overlap. The overlapping portion of the mesopores preferably has an average diameter of 1 to 1000 μm, more preferably 10 to 200 μm, even more preferably 20 to 200 μm in a dry state. The average diameter of the openings of the dry first monolith is measured by mercury porosimetry and refers to the maximum of the pore distribution curve obtained by mercury porosimetry.

このような第1のモノリスイオン交換体の大部分は、マクロポアとメソポアで形成される空隙内が流路となるオープンポア構造となっている。メソポアの重複部分の乾燥状態での平均直径が1μm未満であると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、通液のときの圧力損失が著しく大きくなってしまう場合がある。メソポアの重複部分の乾燥状態での平均直径が1000μmを超えると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、被処理液とモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、イオン交換性能が低下してしまう場合がある。マクロポアとマクロポアの重なりは、例えば、1個のマクロポアで1~12個、多くのものは3~10個である。第1のモノリスイオン交換体は、上述の連続マクロポア構造体であるため、マクロポアの群や共通細孔の群をほぼ均一に形成できると共に、特開平8-252579号公報等に記載されるような粒子凝集型多孔質体に比べて、細孔容積や比表面積を格段に大きくすることができる。 Most of such first monolithic ion exchangers have an open pore structure in which the voids formed by macropores and mesopores serve as channels. If the average diameter of the overlapping portions of the mesopores in the dry state is less than 1 μm, when the ion exchanger is filled in the column and the liquid to be treated is passed through the column, the pressure loss during the passage of the liquid becomes remarkably large. Sometimes. If the average diameter of the overlapping portions of mesopores in a dry state exceeds 1000 μm, the contact between the liquid to be treated and the monolithic ion exchanger is insufficient when the liquid to be treated is passed through a column packed with the ion exchanger. As a result, the ion exchange performance may decrease. The number of overlapping macropores is, for example, 1 to 12 per macropore, and 3 to 10 in most cases. Since the first monolithic ion exchanger has the above-described continuous macropore structure, it is possible to form a group of macropores and a group of common pores almost uniformly, as described in JP-A-8-252579. The pore volume and specific surface area can be remarkably increased compared to the particle aggregation type porous material.

第1のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、1~50mL/gの範囲であることが好ましく、2~30mL/gの範囲であることがより好ましい。乾燥状態での重量当りの全細孔容積が1mL/g未満であると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、通液のときの圧力損失が大きくなってしまう場合があり、さらに、単位断面積当りの透過量が小さくなり、処理能力が低下してしまう場合がある。乾燥状態での重量当りの全細孔容積が50mL/gを超えると、機械的強度が低下して、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、特に高流速で通液した際にモノリスイオン交換体が変形してしまう場合がある。 The total pore volume per weight of the first monolithic ion exchanger is preferably in the range of 1 to 50 mL/g, more preferably in the range of 2 to 30 mL/g. If the total pore volume per unit weight in a dry state is less than 1 mL/g, pressure loss increases when the liquid to be treated is passed through a column packed with the ion exchanger. Furthermore, the permeation amount per unit cross-sectional area becomes small, and the throughput may decrease. If the total pore volume per unit weight in the dry state exceeds 50 mL/g, the mechanical strength is reduced, and when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through, especially at a high flow rate. The monolithic ion exchanger may be deformed when liquid is passed through it.

乾燥状態での重量当りのイオン交換容量については、前述の通りである。また、「イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に分布している」ことについては、前述の通りである。 The ion exchange capacity per weight in the dry state is as described above. Further, "the ion exchange groups are distributed in the organic porous ion exchanger" is as described above.

<第1のモノリスイオン交換体の製造方法>
第1のモノリスイオン交換体は、例えば、次の方法によって製造することができる。
<Method for producing first monolithic ion exchanger>
The first monolithic ion exchanger can be produced, for example, by the following method.

例えば、まず、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤、水および必要に応じて重合開始剤を混合し、油中水滴型エマルジョンを得ることができる。次に、この油中水滴型エマルジョンを重合させて第1のモノリスを形成することができる。 For example, first, an oil-soluble monomer containing no ion-exchange group, a surfactant, water, and optionally a polymerization initiator are mixed to obtain a water-in-oil emulsion. This water-in-oil emulsion can then be polymerized to form a first monolith.

第1のモノリスの製造で用いられるイオン交換基を含まない油溶性モノマーとしては、イオン交換基を含まず、水に対する溶解性が低く、親油性のモノマーを指すものである。このモノマーは、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルベンジルクロライド、エチレン、プロピレン、塩化ビニル、臭化ビニル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、酢酸ビニル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、ブタンジオールジアクリレート、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸2-エチルヘキシル、エチレングリコールジメタクリレート等である。これらモノマーは、一種単独または二種以上を組み合わせて使用することができる。ただし、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート等の架橋性モノマーを少なくとも油溶性モノマーの一成分として選択し、その含有量を全油溶性モノマー中、例えば0.3~10モル%の範囲、好適には0.3~5モル%の範囲とすることが、後の工程でイオン交換基を定量的に導入し、かつ、実用的に十分な機械的強度を確保できる点で好ましい。 The oil-soluble monomer containing no ion-exchange group used in the production of the first monolith refers to a monomer containing no ion-exchange group, low solubility in water, and lipophilicity. This monomer is, for example, styrene, α-methylstyrene, vinylbenzyl chloride, ethylene, propylene, vinyl chloride, vinyl bromide, acrylonitrile, methacrylonitrile, vinyl acetate, methyl acrylate, ethyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate. , butanediol diacrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, and the like. These monomers can be used singly or in combination of two or more. However, a crosslinkable monomer such as divinylbenzene or ethylene glycol dimethacrylate is selected as at least one component of the oil-soluble monomer, and the content thereof is preferably in the range of, for example, 0.3 to 10 mol% of the total oil-soluble monomer. The range of 0.3 to 5 mol % is preferable in that the ion exchange groups can be quantitatively introduced in the subsequent step and sufficient mechanical strength for practical use can be ensured.

第1のモノリスの製造で用いられる界面活性剤は、イオン交換基を含まない油溶性モノマーと水とを混合した際に、油中水滴型(W/O)エマルジョンを形成できるものであればよく、特に制限はない。界面活性剤は、例えば、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等の非イオン界面活性剤;オレイン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム等の陰イオン界面活性剤;ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド等の陽イオン界面活性剤;ラウリルジメチルベタイン等の両性界面活性剤である。これら界面活性剤は、一種単独または二種類以上を組み合わせて使用することができる。油中水滴型エマルジョンとは、油相が連続相となり、その中に水滴が分散しているエマルジョンを言う。界面活性剤の添加量は、例えば、油溶性モノマーと界面活性剤の合計量に対して約2~70%の範囲とすればよい。モノリスの気泡形状やサイズを制御するために、メタノール、ステアリルアルコール等のアルコール;ステアリン酸等のカルボン酸;オクタン、ドデカン、トルエン等の炭化水素;テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル等を系内に共存させることもできる。 The surfactant used in the production of the first monolith should be capable of forming a water-in-oil (W/O) emulsion when an oil-soluble monomer containing no ion-exchange group is mixed with water. , there are no particular restrictions. Surfactants include, for example, nonionic surfactants such as sorbitan monooleate, sorbitan monolaurate, polyoxyethylene nonylphenyl ether; anionic surfactants such as potassium oleate, sodium dodecylbenzene sulfonate, dioctyl sodium sulfosuccinate; active agents; cationic surfactants such as distearyldimethylammonium chloride; amphoteric surfactants such as lauryldimethylbetaine. These surfactants can be used singly or in combination of two or more. A water-in-oil emulsion refers to an emulsion in which an oil phase is a continuous phase and water droplets are dispersed therein. The amount of surfactant added may be, for example, in the range of about 2 to 70% of the total amount of the oil-soluble monomer and surfactant. Alcohols such as methanol and stearyl alcohol; carboxylic acids such as stearic acid; hydrocarbons such as octane, dodecane and toluene; cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane; You can also let

第1のモノリスの製造において、重合によりモノリスを形成する際、必要に応じて用いられる重合開始剤は、熱および光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は、水溶性であっても油溶性であってもよく、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル、アゾビスシクロヘキサンニトリル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、過酸化ベンゾイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素-塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム-酸性亜硫酸ナトリウム、テトラメチルチウラムジスルフィド等である。ただし、場合によっては、重合開始剤を添加しなくても加熱のみや光照射のみで重合が進行する系もあるため、そのような系では重合開始剤を添加しなくてもよい。 In the production of the first monolith, a compound that generates radicals by heat and light irradiation is preferably used as a polymerization initiator that is optionally used when the monolith is formed by polymerization. The polymerization initiator may be water-soluble or oil-soluble, and examples thereof include azobisisobutyronitrile, azobisdimethylvaleronitrile, azobiscyclohexanenitrile, azobiscyclohexanecarbonitrile, benzoyl peroxide, peroxide. Potassium sulfate, ammonium persulfate, hydrogen peroxide-ferrous chloride, sodium persulfate-sodium acid sulfite, tetramethylthiuram disulfide and the like. However, depending on the case, there are systems in which polymerization proceeds only by heating or light irradiation without adding a polymerization initiator.

第1のモノリスの製造において、油中水滴型エマルジョンを重合させる重合条件は、モノマーの種類、開始剤系等により様々な条件が選択できる。重合開始剤として、例えばアゾビスイソブチロニトリル、過酸化ベンゾイル、過硫酸カリウム等を用いたときには、例えば、不活性雰囲気下の密封容器内において、例えば30~100℃で1~48時間、加熱重合させればよい。重合開始剤として過酸化水素-塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム-酸性亜硫酸ナトリウム等を用いたときには、例えば、不活性雰囲気下の密封容器内において、例えば0~30℃で1~48時間重合させればよい。重合終了後、内容物を取り出し、例えば、イソプロパノール等の溶剤でソックスレー抽出し、未反応モノマーと残留界面活性剤を除去して第1のモノリスを得ることができる。 In the production of the first monolith, the polymerization conditions for polymerizing the water-in-oil emulsion can be selected from various conditions depending on the type of monomer, the initiator system, and the like. When, for example, azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, potassium persulfate, or the like is used as the polymerization initiator, for example, in a sealed container under an inert atmosphere, for example, heating is performed at 30 to 100° C. for 1 to 48 hours. polymerize it. When hydrogen peroxide-ferrous chloride, sodium persulfate-sodium sulfite, or the like is used as the polymerization initiator, polymerization is carried out, for example, at 0 to 30° C. for 1 to 48 hours in a sealed container under an inert atmosphere. All you have to do is After completion of the polymerization, the content is taken out and, for example, Soxhlet extraction is performed with a solvent such as isopropanol to remove unreacted monomers and residual surfactant, whereby a first monolith can be obtained.

第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法として、例えば、次の(1),(2)の方法がある。(1)イオン交換基を含まないモノマーに代えて、イオン交換基を含むモノマー、例えば、上記イオン交換基を含まない油溶性モノマーに、イオン交換基が導入されているモノマーを用いて重合させ、一段階でモノリスイオン交換体にすることができる。(2)イオン交換基を含まないモノマーを用いて重合させて第1のモノリスを形成し、次いで、イオン交換基を導入することができる。 Methods of introducing ion exchange groups into the first monolith include, for example, the following methods (1) and (2). (1) Polymerizing a monomer containing an ion-exchange group instead of a monomer containing no ion-exchange group, for example, a monomer in which an ion-exchange group is introduced into the oil-soluble monomer containing no ion-exchange group, It can be made into a monolithic ion exchanger in one step. (2) monomers that do not contain ion-exchange groups can be polymerized to form a first monolith and then introduced with ion-exchange groups;

第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法としては、高分子反応やグラフト重合等の公知の方法を用いることができ、例えば、次の(1)~(3)の方法がある。(1)の方法において、モノリスがスチレン-ジビニルベンゼン系共重合体等であればクロロメチルメチルエーテル等によりクロロメチル基を導入した後、所望の第三級アミンと反応させ導入することができる。(2)の方法において、モノリスをクロロメチルスチレンとジビニルベンゼンの共重合により製造し、所望の第三級アミンと反応させ導入することができる。(3)の方法において、モノリスにラジカル開始基や連鎖移動基を導入し、グリシジルメタクリレートをグラフト重合した後、所望の第三級アミンと反応させ導入することができる。 As a method for introducing an ion-exchange group into the first monolith, known methods such as polymer reaction and graft polymerization can be used. For example, the following methods (1) to (3) are available. In method (1), if the monolith is a styrene-divinylbenzene copolymer or the like, chloromethyl groups can be introduced by introducing chloromethyl methyl ether or the like, followed by reaction with a desired tertiary amine. In method (2), a monolith can be prepared by copolymerizing chloromethylstyrene and divinylbenzene, reacted with the desired tertiary amine and introduced. In the method (3), a radical initiation group or a chain transfer group can be introduced into the monolith, followed by graft polymerization of glycidyl methacrylate, followed by reaction with a desired tertiary amine.

例えば、一般式(2)

Figure 2022163531000005
(式中Lは、リンカー部位を表し、Polymerは、高分子鎖を表し、Xは、ハロゲン原子、置換されていてもよい炭素数1から8のアルキルスルホニル基、または置換されていてもよいベンゼンスルホニル基を表す。)
で表される高分子鎖と、
一般式(3)
Figure 2022163531000006
(式中Rは、置換されていてもよい炭素数4から22のアルキル基;または、置換されていてもよい炭素数1から6のアルキル基、ハロゲン原子、置換されていてもよい炭素数1から6のアルコキシ基、置換されていてもよいアミノ基、シアノ基、もしくはニトロ基で置換されていてもよいベンジル基;を表し、R,Rは、それぞれ独立して炭素数1から4のアルキル基を表す。)
で表される第三級アミンと、
を反応させることによって、第1のモノリスイオン交換体を製造することができる。 For example, general formula (2)
Figure 2022163531000005
(In the formula, L represents a linker site, Polymer represents a polymer chain, X represents a halogen atom, an optionally substituted alkylsulfonyl group having 1 to 8 carbon atoms, or an optionally substituted benzene represents a sulfonyl group.)
A polymer chain represented by
General formula (3)
Figure 2022163531000006
(In the formula, R 1 is an optionally substituted alkyl group having 4 to 22 carbon atoms; or an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, or an optionally substituted carbon number 1 to 6 alkoxy groups, optionally substituted amino groups, cyano groups , or benzyl groups optionally substituted with nitro groups; represents the alkyl group of 4.)
A tertiary amine represented by
A first monolithic ion exchanger can be produced by reacting

このイオン交換体の製造方法において、一般式(2)におけるLおよびPolymerの定義、一般式(3)における、R,R,Rの定義は、一般式(1)におけるL、Polymer、R,R,Rの定義とそれぞれ同じである。 In this method for producing an ion exchanger, the definitions of L and Polymer in general formula (2) and the definitions of R 1 , R 2 and R 3 in general formula (3) are the same as L, Polymer, The definitions of R 1 , R 2 and R 3 are the same as those of R 1 , R 2 and R 3 .

一般式(2)におけるXは、ハロゲン原子、置換されていてもよい炭素数1から8のアルキルスルホニル基、または置換されていてもよいベンゼンスルホニル基を表す。 X in the general formula (2) represents a halogen atom, an optionally substituted alkylsulfonyl group having 1 to 8 carbon atoms, or an optionally substituted benzenesulfonyl group.

Xのハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、製造原料が安価である等の点から、塩素原子が好ましい。 Examples of the halogen atom for X include a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, etc., and a chlorine atom is preferable from the viewpoint of inexpensive production raw materials.

炭素数1から8のアルキルスルホニル基におけるアルキル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。原料の入手が容易である、製造のときの反応収率が高い等の点から、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基が好ましい。 The alkyl group in the alkylsulfonyl group having 1 to 8 carbon atoms may be linear, branched or cyclic. A methylsulfonyl group and an ethylsulfonyl group are preferred from the viewpoints of easy availability of raw materials, high reaction yield during production, and the like.

炭素数1から8のアルキルスルホニル基は、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子等で置換されていてもよく、反応収率が高い等の点から、ハロゲン原子が好ましく、フッ素原子がより好ましい。 The alkylsulfonyl group having 1 to 8 carbon atoms may be substituted with a cyano group, a nitro group, a halogen atom or the like, preferably a halogen atom, more preferably a fluorine atom, from the viewpoint of high reaction yield.

ベンゼンスルホニル基は、炭素数1から4のアルキル基、ニトロ基、シアノ基、ハロゲン原子等で置換されていてもよく、原料の入手が容易である等の点からメチル基が好ましい。 The benzenesulfonyl group may be substituted with an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a nitro group, a cyano group, a halogen atom or the like, and a methyl group is preferred from the viewpoint of easy availability of starting materials.

一般式(2)で表される高分子鎖と、一般式(3)で表される第三級アミンとの反応は、例えば、テトラヒドロフラン、DMF、トルエン等の有機溶媒中でそれらを混合し、例えば、20~130℃の温度で、4~60時間加熱することで行われる。反応後、メタノール、テトラヒドロフラン等の有機溶媒や水等で洗浄してもよい。 The reaction between the polymer chain represented by the general formula (2) and the tertiary amine represented by the general formula (3) is carried out by mixing them in an organic solvent such as tetrahydrofuran, DMF, toluene, etc. For example, it is carried out by heating at a temperature of 20 to 130° C. for 4 to 60 hours. After the reaction, it may be washed with an organic solvent such as methanol or tetrahydrofuran, water, or the like.

<第2のモノリスイオン交換体>
第2のモノリスイオン交換体は、平均粒子径1~50μmの範囲の有機ポリマー粒子が凝集して三次元的に連続した骨格部分を形成し、その骨格間に平均直径が20~100μmの範囲の三次元的に連続した空孔を有し、全細孔容積は、1~10mL/gの範囲であり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は、1~9mg当量/gの範囲であり、イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に分布しているモノリスイオン交換体である。
<Second Monolith Ion Exchanger>
In the second monolithic ion exchanger, organic polymer particles with an average particle size of 1 to 50 μm are aggregated to form a three-dimensionally continuous skeleton portion, and an average diameter of 20 to 100 μm is formed between the skeletons. It has three-dimensionally continuous pores, the total pore volume is in the range of 1 to 10 mL / g, and the ion exchange capacity per weight in a dry state is in the range of 1 to 9 mg equivalent / g. , is a monolithic ion exchanger in which the ion exchange groups are distributed in an organic porous ion exchanger.

第2のモノリスイオン交換体は、図2に示すように、粒子を凝集した粒子凝集型構造体である。第2のモノリスイオン交換体およびその製造方法は、特開2009-007550号に開示されている。 The second monolithic ion exchanger, as shown in FIG. 2, is a particle-aggregated structure in which particles are aggregated. A second monolithic ion exchanger and its manufacturing method are disclosed in JP-A-2009-007550.

第2のモノリスイオン交換体は、架橋構造単位を有する平均粒子径が乾燥状態で好ましくは1~50μmの範囲、より好ましくは1~30μmの範囲の有機ポリマー粒子が凝集して三次元的に連続した骨格部分を有する。第2のモノリスイオン交換体は、その連続骨格間に平均直径が乾燥状態で好ましくは20~100μmの範囲、より好ましくは20~90μmの範囲の三次元的に連続した空孔(連続空孔)を有する。乾燥状態の第2のモノリスイオン交換体の断面の任意に抽出した部分のSEM写真を撮り、そのSEM写真中の全粒子の有機ポリマー粒子の直径を測定して、それらの平均値を平均粒子径とする。乾燥状態の連続空孔の平均直径は、第1のモノリスイオン交換体同様、水銀圧入法により求められる。 In the second monolithic ion exchanger, organic polymer particles having a crosslinked structural unit and having an average particle size in a dry state of preferably in the range of 1 to 50 μm, more preferably in the range of 1 to 30 μm are aggregated and three-dimensionally continuous. It has a skeletal part. The second monolithic ion exchanger has three-dimensionally continuous pores (continuous pores) having an average diameter in a dry state of preferably in the range of 20 to 100 μm, more preferably in the range of 20 to 90 μm between the continuous skeletons. have A SEM photograph of an arbitrarily extracted portion of the cross section of the second monolithic ion exchanger in a dry state is taken, the diameters of the organic polymer particles of all particles in the SEM photograph are measured, and the average value thereof is calculated as the average particle diameter. and The average diameter of the continuous pores in the dry state is determined by the mercury porosimetry method as in the case of the first monolithic ion exchanger.

有機ポリマー粒子の平均粒子径が乾燥状態で1μm未満であると、骨格間の連続した空孔の平均直径が乾燥状態で20μm未満と小さくなってしまう場合がある。有機ポリマー粒子の平均粒子径が50μmを超えると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、圧力損失が大きくなってしまう場合がある。また、前述の連続空孔の平均直径が乾燥状態で20μm未満であると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、被処理液を透過させた際の圧力損失が大きくなってしまう場合がある。前述の連続空孔の平均直径が乾燥状態で100μmを超えると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、被処理液とモノリスイオン交換体との接触が不十分となる場合がある。 If the average particle size of the organic polymer particles is less than 1 μm in a dry state, the average diameter of continuous pores between skeletons may be as small as less than 20 μm in a dry state. If the average particle size of the organic polymer particles exceeds 50 μm, the pressure loss may increase when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through the column. In addition, when the average diameter of the continuous pores is less than 20 μm in a dry state, when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through, the pressure loss when the liquid to be treated permeates may become large. If the average diameter of the above-mentioned continuous pores exceeds 100 μm in a dry state, the contact between the liquid to be treated and the monolithic ion exchanger is insufficient when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through. may be.

第2のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、好ましくは1~10mL/gの範囲である。全細孔容積が1mL/g未満であると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、通液のときの圧力損失が大きくなってしまう場合があり、さらに、単位断面積当りの透過量が小さくなり、処理能力が低下してしまう場合がある。全細孔容積が10mL/gを超えると、機械的強度が低下して、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、特に高流速で通液した際にモノリスイオン交換体が変形してしまう場合がある。 The total pore volume per dry weight of the second monolithic ion exchanger is preferably in the range of 1 to 10 mL/g. If the total pore volume is less than 1 mL/g, when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through the column, the pressure loss during the passage of the liquid may increase. The permeation amount per unit cross-sectional area becomes small, and the processing capacity may decrease. When the total pore volume exceeds 10 mL/g, the mechanical strength decreases, and monolithic ion The exchange body may be deformed.

乾燥状態での重量当りのイオン交換容量については、前述の通りである。また、「イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に分布している」ことについては、前述の通りである。 The ion exchange capacity per weight in the dry state is as described above. Further, "the ion exchange groups are distributed in the organic porous ion exchanger" is as described above.

<第2のモノリスイオン交換体の製造方法>
第2のモノリスイオン交換体は、例えば、次の方法によって製造することができる。
<Method for producing second monolithic ion exchanger>
The second monolithic ion exchanger can be produced, for example, by the following method.

例えば、ビニルモノマー、特定量の架橋剤、有機溶媒および重合開始剤を混合し、静置状態でこれを重合させることにより、第2のモノリスを得ることができる。 For example, a second monolith can be obtained by mixing a vinyl monomer, a specific amount of a cross-linking agent, an organic solvent and a polymerization initiator, and allowing the mixture to polymerize under static conditions.

第2のモノリスの製造に用いられるビニルモノマーは、第1のモノリスの製造に用いられるモノマーと同様である。 The vinyl monomers used to make the second monolith are similar to the monomers used to make the first monolith.

第2のモノリスの製造に用いられる架橋剤は、分子中に少なくとも2個の重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒への溶解性が高いものが好ましい。架橋剤は、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレートである。これら架橋剤は、一種単独または二種以上を組み合わせて使用することができる。好ましい架橋剤は、機械的強度の高さと加水分解に対する安定性等の点から、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対する架橋剤の使用量({架橋剤/(ビニルモノマー+架橋剤)}×100)は、例えば1~5モル%の範囲、好ましくは1~4モル%の範囲である。 The cross-linking agent used to prepare the second monolith preferably contains at least two polymerizable vinyl groups in the molecule and is highly soluble in organic solvents. Cross-linking agents are, for example, divinylbenzene, divinylbiphenyl, ethylene glycol dimethacrylate. These cross-linking agents can be used singly or in combination of two or more. Preferred cross-linking agents are aromatic polyvinyl compounds such as divinylbenzene, divinylnaphthalene, and divinylbiphenyl in terms of high mechanical strength and stability against hydrolysis. The amount of cross-linking agent used relative to the total amount of vinyl monomer and cross-linking agent ({cross-linking agent/(vinyl monomer+cross-linking agent)}×100) is, for example, in the range of 1 to 5 mol %, preferably in the range of 1 to 4 mol %. is.

第2のモノリスの製造に用いられる有機溶媒は、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーはほとんど溶解しない有機溶媒、言い換えると、ビニルモノマーが重合して生成するポリマーに対する貧溶媒である。この有機溶媒は、例えば、ビニルモノマーがスチレンの場合、メタノール、ブタノール、オクタノール等のアルコール類;ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル等の鎖状エーテル類;ヘキサン、オクタン、デカン等の鎖状飽和炭化水素類等である。 The organic solvent used in the production of the second monolith dissolves the vinyl monomer and the cross-linking agent, but hardly dissolves the polymer produced by polymerizing the vinyl monomer.In other words, the polymer produced by polymerizing the vinyl monomer. It is a poor solvent for For example, when the vinyl monomer is styrene, the organic solvent includes alcohols such as methanol, butanol and octanol; chain ethers such as diethyl ether and ethylene glycol dimethyl ether; chain saturated hydrocarbons such as hexane, octane and decane. etc.

第2のモノリスの製造に用いられる重合開始剤は、熱および光照射によりラジカルを発生する化合物が好ましい。重合開始剤は油溶性であることが好ましい。重合開始剤は、例えば、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、テトラメチルチウラムジスルフィド等である。ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対する重合開始剤の使用量({重合開始剤/(ビニルモノマー+架橋剤)}×100)は、例えば約0.01~5モル%の範囲である。 The polymerization initiator used for producing the second monolith is preferably a compound that generates radicals by heat and light irradiation. The polymerization initiator is preferably oil-soluble. Polymerization initiators include, for example, 2,2′-azobis(isobutyronitrile), 2,2′-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis(2-methylbutyronitrile) , 2,2′-azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobisdimethyl isobutyrate, 4,4′-azobis(4-cyanovaleric acid), 1,1′-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, ammonium persulfate, tetramethylthiuram disulfide and the like. The amount of polymerization initiator used relative to the total amount of vinyl monomer and cross-linking agent ({polymerization initiator/(vinyl monomer+cross-linking agent)}×100) is, for example, in the range of about 0.01 to 5 mol %.

第2のモノリスの製造において、重合開始剤として、例えば2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム等を用いたときには、例えば、不活性雰囲気下の密封容器内において、例えば30~100℃で1~48時間、加熱重合させればよい。重合終了後、内容物を取り出し、未反応ビニルモノマーと有機溶媒の除去を目的に、例えば、アセトン等の溶剤で抽出して第2のモノリスを得ることができる。 In the production of the second monolith, polymerization initiators such as 2,2'-azobis(isobutyronitrile), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide When potassium persulfate or the like is used, it may be polymerized by heating at 30 to 100° C. for 1 to 48 hours, for example, in a sealed container under an inert atmosphere. After completion of the polymerization, the content is taken out and extracted with a solvent such as acetone for the purpose of removing the unreacted vinyl monomer and the organic solvent to obtain a second monolith.

第2のモノリスの製造において、架橋剤を増やす、モノマー濃度を高くする、温度を高くする等の重合条件の調整により、平均粒子径1~50μmの有機ポリマー粒子を凝集させることができる。ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対する架橋剤の使用量を特定量とすることにより、その骨格間に平均直径が20~100μmの三次元的に連続した空孔を形成させることができる。概ね有機溶媒、モノマーおよび架橋剤の合計使用量に対する有機溶媒使用量({有機溶媒/(有機溶媒+モノマー+架橋剤)}×100)が、例えば、30~80重量%の範囲、好適には40~70重量%の範囲のような条件で重合することにより、モノリスの全細孔容積を1~5mL/gとすることができる。 In the production of the second monolith, organic polymer particles having an average particle size of 1 to 50 μm can be aggregated by adjusting the polymerization conditions such as increasing the amount of the cross-linking agent, increasing the monomer concentration, and increasing the temperature. By setting the amount of the cross-linking agent used to the total amount of the vinyl monomer and the cross-linking agent to a specific amount, three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 20 to 100 μm can be formed between the skeletons. Generally, the amount of organic solvent used relative to the total amount of organic solvent, monomer and cross-linking agent used ({organic solvent/(organic solvent + monomer + cross-linking agent)} × 100) is, for example, in the range of 30 to 80% by weight, preferably By polymerizing under conditions such as the range of 40-70% by weight, the monolith can have a total pore volume of 1-5 mL/g.

第2のモノリスにイオン交換基を導入する方法は、第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法と同様である。 The method for introducing ion-exchange groups into the second monolith is the same as the method for introducing ion-exchange groups into the first monolith.

<第3のモノリスイオン交換体>
第3のモノリスイオン交換体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が平均直径30~300μmの範囲の開口となる連続マクロポア構造体であり、全細孔容積は、0.5~10mL/gの範囲であり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は、1~9mg当量/gの範囲であり、イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に分布しており、かつ連続マクロポア構造体の切断面のSEM画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中25~50%の範囲であるモノリスイオン交換体である。
<Third Monolith Ion Exchanger>
The third monolithic ion exchanger has a continuous macropore structure in which bubble-like macropores overlap each other, and the overlapping portions are openings with an average diameter of 30 to 300 μm, and the total pore volume is 0.5 to 10 mL. / g, the ion exchange capacity per weight in a dry state is in the range of 1 to 9 mg equivalent / g, the ion exchange groups are distributed in the organic porous ion exchanger, and the continuous macropores In the SEM image of the cross section of the structure, it is a monolithic ion exchanger in which the skeleton area appearing in the cross section is in the range of 25 to 50% of the image area.

第3のモノリスイオン交換体は、図3に示すように、第1のモノリスイオン交換体と同様に、連続マクロポア構造体である。第3のモノリスイオン交換体およびその製造方法は、特開2009-062512号に開示されている。 The third monolithic ion exchanger is a continuous macropore structure, similar to the first monolithic ion exchanger, as shown in FIG. A third monolithic ion exchanger and its manufacturing method are disclosed in JP-A-2009-062512.

連続空孔は、マクロポア同士が重なり合う重複部分を有する。重複部分は乾燥状態で平均直径30~300μmの範囲であることが好ましく、30~200μmの範囲であることがより好ましく、40~100μmの範囲であることがさらに好ましい。この平均直径は、水銀圧入法により測定され、水銀圧入法により得られた細孔分布曲線の極大値を指す。乾燥状態での開口の平均直径が30μm未満であると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、通液のときの圧力損失が大きくなってしまう場合があり、300μmを超えると、被処理液とモノリスイオン交換体との接触が不十分となる場合がある。 Continuous pores have overlapping portions where macropores overlap. The overlapping portion preferably has a dry average diameter of 30 to 300 μm, more preferably 30 to 200 μm, and even more preferably 40 to 100 μm. This average diameter is measured by mercury porosimetry and refers to the maximum value of the pore distribution curve obtained by mercury porosimetry. If the average diameter of the openings in a dry state is less than 30 μm, pressure loss may increase when the liquid to be treated is passed through a column filled with the ion exchanger. If it exceeds 300 μm, the contact between the liquid to be treated and the monolithic ion exchanger may be insufficient.

第3のモノリスイオン交換体では、乾燥状態での連続マクロポア構造体の切断面のSEM画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中、例えば、25~50%の範囲であり、好ましくは25~45%の範囲である。断面に表れる骨格部面積が、画像領域中、25%未満であると、細い骨格となり、機械的強度が低下して、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、特に高流速で通液した際にモノリスイオン交換体が変形してしまう場合がある。断面に表れる骨格部面積が、画像領域中、50%を超えると、骨格が太くなり過ぎ、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、通液のときの圧力損失が増大する場合がある。 In the third monolithic ion exchanger, in the SEM image of the cut surface of the continuous macropore structure in the dry state, the skeleton area appearing in the cross section is, for example, 25 to 50% of the image area, preferably It is in the range of 25-45%. If the area of the skeletal portion appearing in the cross section is less than 25% of the image area, the skeletal structure becomes thin and the mechanical strength decreases. In particular, the monolithic ion exchanger may be deformed when the liquid is passed at a high flow rate. If the area of the skeleton appearing in the cross section exceeds 50% of the image area, the skeleton becomes too thick, and when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through, the pressure loss during the passage of the liquid may increase.

SEM画像を得るための条件は、切断面の断面に表れる骨格部が鮮明に表れる条件であればよく、例えば倍率100~600、写真領域が約150mm×100mmである。SEM観察は、主観を排除した第3のモノリスイオン交換体の任意の切断面の任意の箇所で撮影された切断箇所や撮影箇所が異なる3枚以上の画像で行うのがよい。切断される第3のモノリスイオン交換体は、乾燥状態のものである。SEM画像における切断面の骨格部を図3および図4を参照して説明する。図3および図4中、概ね不定形状でかつ断面で表れるものは「断面に表れる骨格部(符号12)」であり、図3に表れる円形の孔は開口(メソポア)であり、比較的大きな曲率や曲面のものはマクロポア(図4中の符号13)である。図4の断面に表れる骨格部面積は、矩形状画像領域11中、28%である。 The conditions for obtaining the SEM image may be any conditions as long as the skeletal portion appearing in the cross section of the cut surface is clearly visible, for example, the magnification is 100 to 600, and the photographic area is about 150 mm×100 mm. The SEM observation is preferably performed using three or more images of different cut points and photographed points taken at arbitrary positions on arbitrary cut surfaces of the third monolithic ion exchanger, excluding subjectivity. The third monolithic ion exchanger that is cleaved is in a dry state. The skeletal portion of the cut surface in the SEM image will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. In FIGS. 3 and 4, what appears in the cross section having a generally irregular shape is the “skeleton part (reference numeral 12) appearing in the cross section”, and the circular pores appearing in FIG. 3 are openings (mesopores) and have relatively large curvatures Those with curved surfaces are macropores (reference numeral 13 in FIG. 4). The skeleton area appearing in the cross section of FIG. 4 is 28% of the rectangular image area 11 .

SEM画像において、切断面の断面に表れる骨格部の面積の測定方法としては、骨格部を公知のコンピューター処理等を行い特定した後、コンピューター等による自動計算または手動計算による算出方法が挙げられる。手動計算としては、不定形状物を、四角形、三角形、円形または台形等の集合物に置き換え、それらを積層して面積を求める方法が挙げられる。 In the SEM image, as a method for measuring the area of the skeletal part appearing in the cross section of the cut surface, there is a method of calculating the skeletal part by performing known computer processing or the like to specify it, and then calculating it automatically or manually by a computer or the like. As manual calculation, there is a method of replacing an irregularly shaped object with a set of squares, triangles, circles, trapezoids, etc., and stacking them to determine the area.

第3のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、好ましくは0.5~10mL/gの範囲であり、より好ましくは0.8~8mL/gの範囲である。全細孔容積が0.5mL/g未満であると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、通液のときの圧力損失が大きくなってしまう場合があり、さらに、単位断面積当りの透過流体量が小さくなり、処理能力が低下してしまう場合がある。全細孔容積が10mL/gを超えると、機械的強度が低下して、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、特に高流速で通液した際にモノリスイオン交換体が変形してしまう場合がある。さらに、被処理液とモノリスイオン交換体との接触効率が低下する場合がある。 The dry weight total pore volume of the third monolithic ion exchanger is preferably in the range of 0.5 to 10 mL/g, more preferably in the range of 0.8 to 8 mL/g. If the total pore volume is less than 0.5 mL/g, when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through the column, the pressure loss during the passage of the liquid may increase. Furthermore, the amount of permeating fluid per unit cross-sectional area becomes small, and the processing capacity may decrease. When the total pore volume exceeds 10 mL/g, the mechanical strength decreases, and monolithic ion The exchange body may be deformed. Furthermore, the contact efficiency between the liquid to be treated and the monolithic ion exchanger may decrease.

乾燥状態での重量当りのイオン交換容量については、前述の通りである。また、「イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に分布している」ことについては、前述の通りである。 The ion exchange capacity per weight in the dry state is as described above. Further, "the ion exchange groups are distributed in the organic porous ion exchanger" is as described above.

<第3のモノリスイオン交換体の製造方法>
第3のモノリスイオン交換体は、例えば、次の方法によって製造することができる。
<Method for producing third monolithic ion exchanger>
A third monolithic ion exchanger can be produced, for example, by the following method.

例えば、まず、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤および水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルジョンを調製する。次いで、以下のI工程、II工程、III工程を行うことにより、第3のモノリスを得ることができる。I工程では、油中水滴型エマルジョンを重合させて例えば全細孔容積が5~16mL/gの範囲の連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体(以下、モノリス中間体(3)とも記載する。)を得ることができる。II工程では、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する架橋剤、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒および重合開始剤を含む混合物を調製する。III工程では、II工程で得られた混合物を静置下、かつI工程で得られたモノリス中間体(3)の存在下に重合を行い、モノリス中間体(3)の骨格より太い骨格を有する第3のモノリスを得ることができる。 For example, first, a water-in-oil emulsion is prepared by stirring a mixture of an oil-soluble monomer containing no ion-exchange groups, a surfactant and water. Then, a third monolith can be obtained by performing the following steps I, II, and III. In step I, a water-in-oil emulsion is polymerized to obtain, for example, a monolithic organic porous intermediate having a continuous macropore structure with a total pore volume in the range of 5 to 16 mL/g (hereinafter also referred to as monolith intermediate (3). ) can be obtained. In step II, a vinyl monomer, a cross-linking agent having at least two vinyl groups in one molecule, an organic solvent in which the vinyl monomer and the cross-linking agent are dissolved but the polymer produced by polymerization of the vinyl monomer is not dissolved, and a polymerization initiator. Prepare a mixture containing In step III, the mixture obtained in step II is allowed to stand and polymerized in the presence of the monolithic intermediate (3) obtained in step I to obtain a monolithic intermediate (3) having a thicker skeleton than that of the monolithic intermediate (3). A third monolith can be obtained.

I工程は、第1のモノリスイオン交換体の製造方法と同様である。 Step I is the same as the first monolithic ion exchanger manufacturing method.

I工程で得られるモノリス中間体(3)は、連続マクロポア構造を有する。これを重合系に共存させると、モノリス中間体(3)の構造を型として骨太の骨格を有する多孔構造を形成することができる。ポリマー材料の架橋密度は、モノリス中間体(3)のポリマー材料を構成する全構成単位に対して、例えば0.3~10モル%の範囲、好ましくは0.3~5モル%の範囲の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。 The monolithic intermediate (3) obtained in step I has a continuous macropore structure. When this is allowed to coexist in the polymerization system, a porous structure having a thick skeleton can be formed using the structure of the monolithic intermediate (3) as a mold. The crosslink density of the polymer material is, for example, in the range of 0.3 to 10 mol%, preferably in the range of 0.3 to 5 mol%, based on the total structural units constituting the polymer material of the monolithic intermediate (3). It preferably contains a structural unit.

I工程で得られるモノリス中間体(3)の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、例えば5~16mL/gの範囲、好適には6~16mL/gの範囲である。モノリス中間体(3)の全細孔容積を上記数値範囲とするには、モノマーと水の比を、例えば、概ね1:5~1:20の範囲とすればよい。 The total pore volume per weight of the monolithic intermediate (3) obtained in step I is, for example, in the range of 5 to 16 mL/g, preferably in the range of 6 to 16 mL/g. In order to make the total pore volume of the monolithic intermediate (3) within the above numerical range, the ratio of monomer to water may be, for example, approximately in the range of 1:5 to 1:20.

I工程で得られるモノリス中間体(3)は、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口(メソポア)の平均直径が乾燥状態で例えば20~200μmの範囲である。 In the monolithic intermediate (3) obtained in step I, the average diameter of the openings (mesopores), which are the overlapping portions of macropores, ranges from 20 to 200 μm in a dry state, for example.

II工程は、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する架橋剤、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒および重合開始剤を含む混合物を調製する工程である。なお、I工程とII工程の順序はどちらを先に行ってもよい。 In step II, a vinyl monomer, a cross-linking agent having at least two vinyl groups in one molecule, an organic solvent in which the vinyl monomer and the cross-linking agent are dissolved but the polymer produced by polymerization of the vinyl monomer is not dissolved, and a polymerization initiator. It is a step of preparing a mixture containing It should be noted that either step I or step II may be performed first.

II工程で用いられるビニルモノマーとしては、分子中に重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒に対する溶解性が高い親油性のビニルモノマーであればよく、上記重合系に共存させるモノリス中間体(3)と同種類もしくは類似のポリマー材料を生成するビニルモノマーを選定することが好ましい。これらビニルモノマーの具体例としては、第1のモノリスの製造で用いられるビニルモノマーと同様である。 The vinyl monomer used in step II may be any lipophilic vinyl monomer that contains a polymerizable vinyl group in the molecule and is highly soluble in organic solvents. ) is preferably selected to produce a polymeric material of the same type or similar. Specific examples of these vinyl monomers are the same as the vinyl monomers used in the production of the first monolith.

II工程で用いられるビニルモノマーの添加量は、重合のときに共存させるモノリス中間体(3)に対して、重量で例えば3~50倍の範囲、好ましくは4~40倍の範囲である。 The amount of the vinyl monomer added in step II is, for example, 3 to 50 times, preferably 4 to 40 times, the weight of the monolithic intermediate (3) coexisting during polymerization.

II工程で用いられる架橋剤は、第2のモノリスの製造に用いられる架橋剤と同様である。 The cross-linking agent used in step II is similar to the cross-linking agent used in the production of the second monolith.

II工程で用いられる有機溶媒は、第2のモノリスの製造に用いられる有機溶媒と同様である。これら有機溶媒の使用量は、上記ビニルモノマーの濃度が例えば30~80重量%となるように用いることが好ましい。 The organic solvent used in step II is similar to the organic solvent used in the production of the second monolith. The amount of these organic solvents used is preferably such that the concentration of the vinyl monomer is, for example, 30 to 80% by weight.

II工程で用いられる重合開始剤は、第2のモノリスの製造に用いられる重合開始剤と同様である。 The polymerization initiator used in step II is the same as the polymerization initiator used in the production of the second monolith.

III工程では、例えば、II工程で得られた混合物を静置下、かつI工程で得られたモノリス中間体(3)の存在下に重合を行い、そのモノリス中間体(3)の骨格より太い骨格を有する第3のモノリスを得ることができる。上記重合系に連続マクロポア構造のモノリス中間体(3)を存在させると、第3のモノリスを得ることができる。 In step III, for example, the mixture obtained in step II is allowed to stand and polymerized in the presence of the monolithic intermediate (3) obtained in step I to obtain a thicker skeleton than the monolithic intermediate (3). A third monolith with a skeleton can be obtained. A third monolith can be obtained by allowing the continuous macropore structure monolith intermediate (3) to exist in the above polymerization system.

III工程において、例えば、反応容器中、モノリス中間体(3)は混合物(溶液)で含浸された状態に置かれる。II工程で得られた混合物とモノリス中間体(3)の配合比は、例えば、モノリス中間体(3)に対して、ビニルモノマーの添加量が重量で3~50倍の範囲、好ましくは4~40倍の範囲となるように配合すればよい。反応容器中、混合物中のビニルモノマーと架橋剤は、静置されたモノリス中間体の骨格に吸着、分配され、モノリス中間体(3)の骨格内で重合が進行する。 In step III, for example, the monolithic intermediate (3) is left impregnated with the mixture (solution) in a reaction vessel. The blending ratio of the mixture obtained in Step II and the monolithic intermediate (3) is, for example, that the amount of the vinyl monomer added is in the range of 3 to 50 times the weight of the monolithic intermediate (3), preferably 4 to 50 times. It suffices to mix so that the range is 40 times. In the reaction vessel, the vinyl monomer and the cross-linking agent in the mixture are adsorbed and distributed on the skeleton of the monolithic intermediate (3) which is left standing, and the polymerization proceeds within the skeleton of the monolithic intermediate (3).

III工程において、重合条件は、モノマーの種類、重合開始剤の種類等により様々な条件が選択される。例えば、重合開始剤として2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム等を用いたときには、例えば、不活性雰囲気下の密封容器内において、例えば30~100℃で1~48時間加熱重合させればよい。加熱重合により、モノリス中間体(3)の骨格に吸着、分配したビニルモノマーと架橋剤が骨格内で重合し、骨格を太らせることができる。重合終了後、内容物を取り出し、未反応ビニルモノマーと有機溶媒の除去を目的に、例えば、アセトン等の溶剤で抽出して第3のモノリスを得ることができる。 In step III, various polymerization conditions are selected depending on the type of monomer, the type of polymerization initiator, and the like. For example, 2,2'-azobis(isobutyronitrile), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate and the like are used as polymerization initiators. Sometimes, for example, heat polymerization may be carried out at 30 to 100° C. for 1 to 48 hours in a sealed container under an inert atmosphere. By thermal polymerization, the vinyl monomer and the cross-linking agent adsorbed and distributed on the skeleton of the monolithic intermediate (3) are polymerized within the skeleton, and the skeleton can be thickened. After completion of the polymerization, the contents are taken out and extracted with a solvent such as acetone for the purpose of removing the unreacted vinyl monomer and the organic solvent to obtain a third monolith.

第3のモノリスイオン交換体は、例えば、III工程で得られた第3のモノリスにイオン交換基を導入するIV工程を行うことにより得ることができる。第3のモノリスにイオン交換基を導入する方法は、第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法と同様である。 The third monolithic ion exchanger can be obtained, for example, by performing step IV for introducing ion exchange groups into the third monolith obtained in step III. The method of introducing ion exchange groups into the third monolith is the same as the method of introducing ion exchange groups into the first monolith.

<第4のモノリスイオン交換体>
第4のモノリスイオン交換体は、イオン交換基が導入された全構成単位中、架橋構造単位を0.1~5.0モル%の範囲で含有する芳香族ビニルポリマーから構成される連続骨格の厚みが1~60μmの範囲の三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が10~200μmの範囲の三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、全細孔容積は、0.5~10mL/gの範囲であり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は、1~9mg当量/gの範囲であり、イオン交換基が前記有機多孔質イオン交換体中に分布しているモノリスイオン交換体である。
<Fourth Monolith Ion Exchanger>
The fourth monolithic ion exchanger has a continuous skeleton composed of an aromatic vinyl polymer containing 0.1 to 5.0 mol% of crosslinked structural units in all structural units into which ion exchange groups are introduced. A co-continuous structure comprising a three-dimensionally continuous skeleton with a thickness in the range of 1 to 60 μm and three-dimensionally continuous pores with an average diameter in the range of 10 to 200 μm between the skeletons, The pore volume is in the range of 0.5 to 10 mL/g, the ion exchange capacity per weight in the dry state is in the range of 1 to 9 mg equivalent/g, and the ion exchange group is the organic porous ion exchange It is a monolithic ion exchanger distributed throughout the body.

第4のモノリスイオン交換体は、図5および図6に示すように、連続した骨格相1(連続骨格)および連続した空孔相2(連続空孔)を有し、それらが絡み合ってそれぞれ共に3次元的に連続する共連続構造体10である。空孔相2は、上記の第1、第2のモノリスに比べて、その連続性が高く、その大きさに偏りがほとんどない。第4のモノリスイオン交換体は、その骨格が太いため機械的強度が高いと考えられる。第4のモノリスイオン交換体およびその製造方法は、特開2009-067982号に開示されている。 The fourth monolithic ion exchanger has a continuous framework phase 1 (continuous framework) and a continuous pore phase 2 (continuous pore), which are intertwined and together, as shown in FIGS. It is a co-continuous structure 10 that is three-dimensionally continuous. The void phase 2 has higher continuity than the above-described first and second monoliths, and there is almost no deviation in size. The fourth monolithic ion exchanger is considered to have high mechanical strength due to its thick skeleton. A fourth monolithic ion exchanger and its manufacturing method are disclosed in JP-A-2009-067982.

連続骨格は、イオン交換基が導入された全構成単位中、架橋構造単位を0.1~5.0モル%の範囲で含有するビニルポリマー(芳香族ビニルポリマー等)から構成され、かつ連続骨格の厚みが乾燥状態で例えば1~60μmの範囲、好ましくは3~58μmの範囲で三次元的に連続する。架橋構造単位が0.1モル%未満であると、機械的強度が不足する場合があり、5.0モル%を超えると、多孔質体の構造が共連続構造から逸脱しやすくなる場合がある。連続骨格の厚みが乾燥状態で1μm未満であると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、特に高流速で通液した際にモノリスイオン交換体が変形してしまう場合がある。連続骨格の厚みが乾燥状態で60μmを超えると、骨格が太くなり過ぎ、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、通液のときの圧力損失が増大する場合がある。 The continuous skeleton is composed of a vinyl polymer (aromatic vinyl polymer, etc.) containing crosslinked structural units in the range of 0.1 to 5.0 mol% in all structural units into which ion exchange groups are introduced, and a continuous skeleton is three-dimensionally continuous with a dry thickness of, for example, 1 to 60 μm, preferably 3 to 58 μm. If the crosslinked structural unit is less than 0.1 mol%, the mechanical strength may be insufficient, and if it exceeds 5.0 mol%, the structure of the porous body may easily deviate from the co-continuous structure. . If the thickness of the continuous skeleton is less than 1 μm in a dry state, the monolithic ion exchanger deforms when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through, especially when the liquid is passed at a high flow rate. may be lost. When the thickness of the continuous skeleton exceeds 60 μm in a dry state, the skeleton becomes too thick, and when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through, the pressure loss during the passage of the liquid may increase. be.

連続空孔は、連続骨格間に乾燥状態で例えば平均直径10~200μmの範囲、好ましくは15~180μmの範囲で三次元的に連続している。この連続空孔の平均直径が乾燥状態で10μm未満であると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、通液のときの圧力損失が大きくなってしまう場合がある。平均直径が200μmを超えると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、被処理液とモノリスイオン交換体との接触が不十分となる場合がある。 The continuous pores are three-dimensionally continuous between the continuous skeletons in a dry state, for example, having an average diameter in the range of 10 to 200 μm, preferably 15 to 180 μm. If the average diameter of the continuous pores is less than 10 μm in a dry state, the pressure loss during passage of the liquid to be treated may increase when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed. be. If the average diameter exceeds 200 μm, when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through, the contact between the liquid to be treated and the monolithic ion exchanger may be insufficient.

前述の平均直径は、水銀圧入法により測定され、水銀圧入法により得られた細孔分布曲線の極大値を指す。連続骨格の乾燥状態での厚みは、乾燥状態の第4のモノリスイオン交換体のSEM観察により求められる。具体的には、乾燥状態の第4のモノリスイオン交換体のSEM観察を少なくとも3回行い、得られた画像中の骨格の厚みを測定し、それらの平均値を連続骨格の厚みとする。なお、骨格は棒状であり円形断面形状であるが、楕円断面形状等異径断面のものが含まれていてもよい。この場合の厚みは短径と長径の平均である。 The aforementioned average diameter is measured by mercury porosimetry and refers to the maximum value of the pore distribution curve obtained by mercury porosimetry. The thickness of the continuous skeleton in a dry state is determined by SEM observation of the fourth monolithic ion exchanger in a dry state. Specifically, the SEM observation of the fourth monolithic ion exchanger in a dry state is performed at least three times, the thickness of the skeleton in the obtained images is measured, and the average value thereof is taken as the thickness of the continuous skeleton. The skeleton is rod-shaped and has a circular cross-sectional shape, but may include a cross-section with a different diameter such as an elliptical cross-sectional shape. The thickness in this case is the average of the minor axis and the major axis.

第4のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、例えば、0.5~10mL/gの範囲である。全細孔容積が0.5mL/g未満であると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、通液のときの圧力損失が大きくなってしまう場合があり、さらに、単位断面積当りの透過流体量が小さくなり、処理能力が低下してしまう場合がある。全細孔容積が10mL/gを超えると、機械的強度が低下して、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、特に高流速で通液した際にモノリスイオン交換体が変形してしまう場合がある。さらに、被処理液とモノリスイオン交換体との接触効率が低下する場合がある。 The total pore volume per dry weight of the fourth monolithic ion exchanger is, for example, in the range of 0.5 to 10 mL/g. If the total pore volume is less than 0.5 mL/g, when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through the column, the pressure loss during the passage of the liquid may increase. Furthermore, the amount of permeating fluid per unit cross-sectional area becomes small, and the processing capacity may decrease. When the total pore volume exceeds 10 mL/g, the mechanical strength decreases, and monolithic ion The exchange body may be deformed. Furthermore, the contact efficiency between the liquid to be treated and the monolithic ion exchanger may decrease.

連続骨格を構成するビニルポリマー(芳香族ビニルポリマー)は、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルベンジルクロライド等が挙げられる。上記ポリマーは、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、共連続構造形成の容易さ、イオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸またはアルカリに対する安定性の高さ等から、スチレン-ジビニルベンゼン系共重合体やビニルベンジルクロライド-ジビニルベンゼン系共重合体が好ましい。 Examples of the vinyl polymer (aromatic vinyl polymer) constituting the continuous skeleton include polystyrene, poly(α-methylstyrene), polyvinylbenzyl chloride and the like. The above polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a cross-linking agent, a polymer obtained by polymerizing a plurality of vinyl monomers and a cross-linking agent, or a blend of two or more types of polymers. may have been Among these organic polymer materials, styrene-divinylbenzene-based co-polymers are preferred because of their ease of formation of co-continuous structures, ease of introduction of ion-exchange groups, high mechanical strength, and high stability against acids and alkalis. Polymers and vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymers are preferred.

乾燥状態での重量当りのイオン交換容量については、前述の通りである。また、「イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に分布している」ことについては、前述の通りである。 The ion exchange capacity per weight in the dry state is as described above. Further, "the ion exchange groups are distributed in the organic porous ion exchanger" is as described above.

<第4のモノリスイニオン交換体の製造方法>
第4のモノリスイオン交換体は、例えば、次の方法によって製造することができる。
<Method for producing fourth monolithic inion exchanger>
A fourth monolithic ion exchanger can be produced, for example, by the following method.

例えば、第4のモノリスは、油中水滴型エマルジョンを調整した後、以下のI~III工程を行うことによって得ることができる。I工程では、例えば、油中水滴型エマルジョンを重合させて全細孔容積が例えば16mL/gを超え、30mL/g以下の連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体(以下、モノリス中間体(4))を得ることができる。II工程では、例えば、芳香族ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する全油溶性モノマー中、例えば0.3~5モル%の範囲の架橋剤、芳香族ビニルモノマーや架橋剤は溶解するが芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒および重合開始剤を含む混合物を調製する。III工程は、例えば、II工程で得られた混合物を静置下、かつI工程で得られたモノリス中間体(4)の存在下に重合を行い、第4のモノリスを得ることができる。 For example, a fourth monolith can be obtained by preparing a water-in-oil emulsion and then carrying out the following steps I to III. In step I, for example, a water-in-oil emulsion is polymerized to obtain a monolithic organic porous intermediate having a continuous macropore structure with a total pore volume of, for example, more than 16 mL/g and 30 mL/g or less (hereinafter referred to as a monolith intermediate). (4)) can be obtained. In step II, for example, an aromatic vinyl monomer, a cross-linking agent in the range of 0.3 to 5 mol% of all oil-soluble monomers having at least two or more vinyl groups in one molecule, an aromatic vinyl monomer or cross-linking A mixture containing an organic solvent and a polymerization initiator is prepared in which the agent is dissolved but the polymer formed by polymerization of the aromatic vinyl monomer is not dissolved. In step III, for example, the mixture obtained in step II is allowed to stand and polymerized in the presence of the monolith intermediate (4) obtained in step I to obtain a fourth monolith.

第4のモノリスの製造方法におけるI工程は、第1のモノリスイオン交換体の製造方法と同様である。 Step I in the fourth monolith manufacturing method is the same as the first monolith ion exchanger manufacturing method.

I工程で得られるモノリス中間体(4)は、例えば、架橋構造を有する有機ポリマー材料、好適には芳香族ビニルポリマーである。このポリマー材料の架橋密度は、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、例えば、0.1~5モル%の範囲、好ましくは0.3~3モル%の範囲の架橋構造単位を含んでいる。 The monolithic intermediate (4) obtained in step I is, for example, an organic polymer material having a crosslinked structure, preferably an aromatic vinyl polymer. The crosslink density of the polymer material is, for example, in the range of 0.1 to 5 mol%, preferably in the range of 0.3 to 3 mol%, based on the total structural units constituting the polymer material. there is

モノリス中間体(4)のポリマー材料の種類は、第3のモノリスの製造方法におけるモノリス中間体(3)のポリマー材料の種類と同様である。 The type of polymer material for the monolith intermediate (4) is the same as the type of polymer material for the monolith intermediate (3) in the third method for producing a monolith.

I工程で得られるモノリス中間体(4)の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、例えば、16mL/gを超え、30mL/g以下、好適には16mL/gを超え、25mL/g以下である。図7に示すように、モノリス中間体(4)は、棒状に近い骨格を有している。これを重合系に共存させると、モノリス中間体(4)の構造を型として共連続構造の多孔質体を形成することができる。 The total pore volume per weight of the monolithic intermediate (4) obtained in step I is, for example, greater than 16 mL/g and less than or equal to 30 mL/g, preferably greater than 16 mL/g and 25 mL/g. It is below. As shown in FIG. 7, the monolithic intermediate (4) has a nearly rod-like skeleton. When this is allowed to coexist in the polymerization system, a porous body having a co-continuous structure can be formed using the structure of the monolithic intermediate (4) as a mold.

I工程で得られるモノリス中間体(4)は、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口(メソポア)の平均直径が乾燥状態で例えば5~100μmの範囲である。 In the monolithic intermediate (4) obtained in step I, the average diameter of openings (mesopores), which are the overlapping portions of macropores, is in the range of 5 to 100 μm in a dry state, for example.

第4のモノリスの製造方法におけるII工程は、例えば、芳香族ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する全油溶性モノマー中、例えば0.3~5モル%の範囲の架橋剤、芳香族ビニルモノマーや架橋剤は溶解するが芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒および重合開始剤を含む混合物を調製する工程である。なお、I工程とII工程の順序はどちらを先に行ってもよい。 In step II in the fourth method for producing a monolith, for example, an aromatic vinyl monomer, in all oil-soluble monomers having at least two or more vinyl groups in one molecule, for example, cross-linking in the range of 0.3 to 5 mol% It is a step of preparing a mixture containing an organic solvent in which an agent, an aromatic vinyl monomer and a cross-linking agent are dissolved but a polymer formed by polymerization of the aromatic vinyl monomer is not dissolved, and a polymerization initiator. It should be noted that either step I or step II may be performed first.

II工程で用いられる芳香族ビニルモノマーとしては、分子中に重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒に対する溶解性が高い親油性の芳香族ビニルモノマーであれば、特に制限はないが、上記重合系に共存させるモノリス中間体(4)と同種類もしくは類似のポリマー材料を生成するビニルモノマーを選定することが好ましい。これらビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等が挙げられる。これらモノマーは、一種単独または二種以上を組み合わせて使用することができる。好適に用いられる芳香族ビニルモノマーは、スチレン、ビニルベンジルクロライド等である。 The aromatic vinyl monomer used in step II is not particularly limited as long as it contains a polymerizable vinyl group in the molecule and is highly soluble in an organic solvent. It is preferable to select a vinyl monomer that produces the same or similar polymer material as the monolithic intermediate (4) coexisting in the system. Specific examples of these vinyl monomers include styrene, α-methylstyrene, vinyltoluene, vinylbenzyl chloride, vinylbiphenyl and vinylnaphthalene. These monomers can be used singly or in combination of two or more. Preferred aromatic vinyl monomers are styrene, vinylbenzyl chloride, and the like.

II工程で用いられる芳香族ビニルモノマーの添加量は、重合時に共存させるモノリス中間体(4)に対して、例えば、重量で5~50倍の範囲、好ましくは5~40倍の範囲である。 The amount of the aromatic vinyl monomer added in Step II is, for example, 5 to 50 times, preferably 5 to 40 times, the weight of the monolithic intermediate (4) coexisting during polymerization.

II工程で用いられる架橋剤は、分子中に少なくとも2個の重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒への溶解性が高いものが好ましい。架橋剤は、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート等である。これら架橋剤は、一種単独または二種以上を組み合わせて使用することができる。架橋剤使用量は、ビニルモノマーと架橋剤の合計量(全油溶性モノマー)に対して例えば0.3~5モル%の範囲であり、特に0.3~3モル%の範囲である。なお、上記架橋剤使用量は、ビニルモノマー/架橋剤重合のときに共存させるモノリス中間体(4)の架橋密度とほぼ等しくなるように用いることが好ましい。両者の使用量があまりに大きくかけ離れると、生成したモノリス中で架橋密度分布の偏りが生じ、またイオン交換基を導入する場合、イオン交換基導入反応時にクラックが生じやすくなる場合がある。 The cross-linking agent used in step II preferably contains at least two polymerizable vinyl groups in the molecule and has high solubility in organic solvents. Examples of cross-linking agents include divinylbenzene, divinylnaphthalene, divinylbiphenyl, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, butanediol diacrylate, and the like. These cross-linking agents can be used singly or in combination of two or more. The amount of cross-linking agent used is, for example, in the range of 0.3 to 5 mol %, particularly in the range of 0.3 to 3 mol %, based on the total amount of vinyl monomer and cross-linking agent (total oil-soluble monomer). The amount of the cross-linking agent to be used is preferably used so as to be approximately equal to the cross-linking density of the monolithic intermediate (4) coexisting during vinyl monomer/cross-linking agent polymerization. If the amounts of the two used are too different, the resulting monolith will have a biased crosslink density distribution, and when ion-exchange groups are introduced, cracks may easily occur during the ion-exchange group-introducing reaction.

II工程で用いられる有機溶媒は、例えば、芳香族ビニルモノマーや架橋剤は溶解するが芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒、言い換えると、芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーに対する貧溶媒である。有機溶媒は、例えば、芳香族ビニルモノマーがスチレンの場合、メタノール、ブタノール、オクタノール等のアルコール類;ジエチルエーテル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の鎖状(ポリ)エーテル類;ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の鎖状飽和炭化水素類;酢酸エチル、酢酸イソプロピル、プロピオン酸エチル等のエステル類である。また、ジオキサンやTHF、トルエンのようにポリスチレンの良溶媒であっても、上記貧溶媒と共に用いられ、その使用量が少ない場合には、有機溶媒として使用することができる。これら有機溶媒の使用量は、上記芳香族ビニルモノマーの濃度が例えば30~80重量%となるように用いることができる。有機溶媒使用量が上記範囲から逸脱して芳香族ビニルモノマー濃度が30重量%未満となると、重合速度が低下したり、重合後のモノリス構造が第4のモノリスの範囲から逸脱してしまう場合がある。一方、芳香族ビニルモノマー濃度が80重量%を超えると、重合が進みすぎる場合がある。 The organic solvent used in Step II is, for example, an organic solvent that dissolves the aromatic vinyl monomer and the cross-linking agent but does not dissolve the polymer produced by polymerizing the aromatic vinyl monomer. It is a poor solvent for the resulting polymer. Organic solvents include, for example, when the aromatic vinyl monomer is styrene, alcohols such as methanol, butanol and octanol; chain (poly)ethers such as diethyl ether, polyethylene glycol and polypropylene glycol; chain saturated hydrocarbons; esters such as ethyl acetate, isopropyl acetate, and ethyl propionate; Even good solvents for polystyrene, such as dioxane, THF, and toluene, can be used as organic solvents when they are used together with the above-described poor solvents and in small amounts. These organic solvents can be used in an amount such that the concentration of the aromatic vinyl monomer is, for example, 30 to 80% by weight. If the amount of the organic solvent used deviates from the above range and the concentration of the aromatic vinyl monomer is less than 30% by weight, the polymerization rate may decrease or the monolith structure after polymerization may deviate from the range of the fourth monolith. be. On the other hand, if the aromatic vinyl monomer concentration exceeds 80% by weight, polymerization may proceed excessively.

第4のモノリスの製造方法におけるII工程で用いられる重合開始剤は、第3のモノリスの製造方法におけるII工程で用いる重合開始剤と同様である。 The polymerization initiator used in step II in the fourth monolith manufacturing method is the same as the polymerization initiator used in step II in the third monolith manufacturing method.

第4のモノリスの製造方法におけるIII工程は、例えば、II工程で得られた混合物を静置下、かつI工程で得られたモノリス中間体(4)の存在下に重合を行い、モノリス中間体(4)の連続マクロポア構造を共連続構造に変化させ、共連続構造モノリスである第4のモノリスを得る工程である。 In step III in the fourth method for producing a monolith, for example, the mixture obtained in step II is allowed to stand and polymerized in the presence of the monolith intermediate (4) obtained in step I to obtain a monolith intermediate. This is the step of changing the continuous macropore structure of (4) to a co-continuous structure to obtain a fourth monolith which is a co-continuous structure monolith.

III工程において、例えば、反応容器中、モノリス中間体(4)は混合物(溶液)で含浸された状態に置かれる。II工程で得られた混合物とモノリス中間体(4)の配合比は、前述の通り、モノリス中間体(4)に対して、芳香族ビニルモノマーの添加量が重量で例えば5~50倍の範囲、好ましくは5~40倍の範囲となるように配合すればよい。これにより、適度な大きさの空孔が三次元的に連続し、かつ骨太の骨格が3次元的に連続する共連続構造の第4のモノリスを得ることができる。反応容器中、混合物中の芳香族ビニルモノマーと架橋剤は、静置されたモノリス中間体(4)の骨格に吸着、分配され、モノリス中間体(4)の骨格内で重合が進行する。 In step III, for example, the monolithic intermediate (4) is left impregnated with the mixture (solution) in a reaction vessel. The blending ratio of the mixture obtained in step II and the monolithic intermediate (4) is, as described above, such that the amount of the aromatic vinyl monomer added is, for example, 5 to 50 times the weight of the monolithic intermediate (4). , preferably in the range of 5 to 40 times. As a result, it is possible to obtain a fourth monolith having a co-continuous structure in which the pores of appropriate size are three-dimensionally continuous and the bone skeleton is three-dimensionally continuous. In the reaction vessel, the aromatic vinyl monomer and the cross-linking agent in the mixture are adsorbed and distributed on the skeleton of the monolithic intermediate (4) which is left still, and polymerization proceeds within the skeleton of the monolithic intermediate (4).

第4のモノリスの製造方法におけるIII工程の重合条件は、第3のモノリスの製造方法におけるIII工程の重合条件の説明と同様である。第4のモノリスイオン交換体は、III工程で得られた第4のモノリスにイオン交換基を導入するIV工程を行うことにより得ることができる。第4のモノリスにイオン交換基を導入する方法は、第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法と同様である。 The polymerization conditions for Step III in the fourth method for producing a monolith are the same as the polymerization conditions for Step III in the third method for producing a monolith. A fourth monolith ion exchanger can be obtained by carrying out step IV for introducing ion exchange groups into the fourth monolith obtained in step III. The method for introducing ion exchange groups into the fourth monolith is the same as the method for introducing ion exchange groups into the first monolith.

<第5のモノリスイオン交換体>
第5のモノリスイオン交換体は、連続骨格相と連続空孔相からなり、骨格は、表面に固着する直径4~40μmの範囲の複数の粒子体または有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが4~40μmの範囲の複数の突起体を有し、連続空孔の平均直径は、10~200μmの範囲であり、全細孔容積は、0.5~10mL/gの範囲であり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は、1~9mg当量/gの範囲であり、イオン交換基が前記有機多孔質イオン交換体中に分布しているモノリスイオン交換体である。
<Fifth Monolith Ion Exchanger>
The fifth monolithic ion exchanger consists of a continuous skeleton phase and a continuous pore phase. having a plurality of projections with a size in the range of 4 to 40 μm, an average diameter of continuous pores in the range of 10 to 200 μm, and a total pore volume in the range of 0.5 to 10 mL/g. It is a monolithic ion exchanger in which the ion exchange capacity per weight in a dry state is in the range of 1 to 9 mg equivalent/g, and the ion exchange groups are distributed in the organic porous ion exchanger.

第5のモノリスイオン交換体は、連続骨格相と連続空孔相をもつ有機多孔質体を有し、さらに複数の粒子体または複数の突起体を有する複合構造体であり、多数の粒子体または多数の突起体を有する複合構造体である。第5のモノリスイオン交換体およびその製造方法は、特開2009-108294号に開示されている。 The fifth monolithic ion exchanger is a composite structure having an organic porous body having a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, and further having a plurality of particles or a plurality of projections, and a large number of particles or A composite structure having a large number of protrusions. A fifth monolithic ion exchanger and its manufacturing method are disclosed in JP-A-2009-108294.

複数の粒子体は、有機多孔質体の骨格表面に固着し、その直径は例えば4~40μmの範囲である。複数の突起体は、有機多孔質体の骨格表面上に形成され、その大きさは乾燥状態で例えば4~40μmの範囲である。粒子体の直径、または突起体の大きさは、好ましくは4~30μmの範囲であり、より好ましくは4~20μmの範囲である。なお、本明細書中、「粒子体」および「突起体」を併せて「粒子体等」と記載する。 A plurality of particles are adhered to the skeleton surface of the organic porous material, and have diameters in the range of 4 to 40 μm, for example. A plurality of protrusions are formed on the skeleton surface of the organic porous material, and the size thereof ranges from 4 to 40 μm in a dry state, for example. The diameter of the particles or the size of the projections is preferably in the range of 4-30 μm, more preferably in the range of 4-20 μm. In this specification, "particles" and "projections" are collectively referred to as "particles and the like".

連続空孔の乾燥状態での平均直径は、好ましくは10~200μmの範囲である。 The average diameter of the open pores in the dry state is preferably in the range of 10-200 μm.

第5のモノリスイオン交換体の連続骨格相と連続空孔相は、SEM画像により観察される。第5のモノリスイオン交換体の基本構造としては、連続マクロポア構造および共連続構造が挙げられる。第5のモノリスイオン交換体の骨格相は、柱状の連続体、凹状の壁面の連続体あるいはこれらの複合体として表れるもので、粒子状や突起状とは明らかに相違する形状のものである。 The continuous skeleton phase and continuous pore phase of the fifth monolithic ion exchanger are observed by SEM images. The basic structure of the fifth monolithic ion exchanger includes continuous macropore structures and co-continuous structures. The skeletal phase of the fifth monolithic ion exchanger appears as a continuum of columns, a continuum of concave wall surfaces, or a composite of these, and has a shape clearly different from that of particles and protrusions.

第5のモノリスイオン交換体には、第5-1のモノリスイオン交換体、または第5-2のモノリスイオン交換体がある。第5-1のモノリスイオン交換体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が乾燥状態で例えば平均直径10~120μmの範囲の開口となる連続マクロポア構造体である。第5-2のモノリスイオン交換体は、乾燥状態で連続骨格の厚みが例えば0.8~40μmの範囲の三次元的に連続した骨格と、その骨格間に乾燥状態で平均直径が例えば8~80μmの範囲の三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体である。第5-1、第5-2のモノリスイオン交換体のイオン交換基が導入される前のモノリスは、第5-1、第5-2のモノリスと呼ぶ。前述の平均直径および連続骨格の乾燥状態での厚みは、第4のモノリスイオン交換体と同様の測定方法により定められる。 The fifth monolith ion exchanger includes a 5-1 monolith ion exchanger or a 5-2 monolith ion exchanger. The 5-1 monolithic ion exchanger is a continuous macropore structure in which cellular macropores are overlapped with each other, and the overlapped portions form openings having an average diameter of 10 to 120 μm in a dry state. The 5-2 monolithic ion exchanger has a three-dimensionally continuous skeleton having a thickness of, for example, 0.8 to 40 μm in a dry state, and an average diameter of, for example, 8 to 8 in a dry state between the skeletons. It is a co-continuous structure consisting of three-dimensionally continuous pores in the range of 80 μm. The monoliths before the ion exchange groups of the 5-1 and 5-2 monolith ion exchangers are introduced are called 5-1 and 5-2 monoliths. The aforementioned average diameter and dry thickness of the continuous skeleton are determined by the same measurement method as for the fourth monolithic ion exchanger.

図8中の(A)~(E)に示すように、骨格表面21から突き出している突起状のものが突起体22a~22eである。(A)に示すように、突起体22aは粒状に近い形状を持つ。(B)に示すように、突起体22bは半球状である。(C)に示すように、突起体22cは骨格表面の盛り上がりのような形状を持つ。(D)に示すように、突起体22dの骨格表面21の平面方向の長さは、突起体22dの骨格表面21に対して垂直方向の長さの方が長い。(E)に示すように、突起体22eは、複数の方向に突起した形状を有する。突起体の大きさは、個々の突起体のSEM画像での幅が最も大きくなる部分の長さである。図9に示すように、第5のモノリスイオン交換体は、有機多孔質体の骨格表面に複数の突起体が形成されている。 As shown in (A) to (E) in FIG. 8, projections 22a to 22e protrude from the skeletal surface 21. As shown in FIG. As shown in (A), the protrusion 22a has a nearly granular shape. As shown in (B), the protrusion 22b is hemispherical. As shown in (C), the protrusion 22c has a shape like a bulge on the skeleton surface. As shown in (D), the length in the plane direction of the skeleton surface 21 of the projection 22d is longer in the direction perpendicular to the skeleton surface 21 of the projection 22d. As shown in (E), the protrusion 22e has a shape that protrudes in a plurality of directions. The size of the protrusions is the length of the widest part of each protrusion in the SEM image. As shown in FIG. 9, the fifth monolithic ion exchanger has a plurality of protrusions formed on the skeleton surface of the organic porous material.

第5のモノリスイオン交換体において、全粒子体等中、乾燥状態で4~40μmの範囲の粒子体等が占める割合は例えば70%以上、好ましくは80%以上である。前述の粒子体等が占める割合は、全粒子体等の個数に占める乾燥状態で特定サイズの粒子体等の個数割合を指す。また、骨格相の表面は全粒子体等により例えば40%以上、好ましくは50%以上被覆されている。なお、全粒子体等による骨格層の表面の被覆割合は、SEMにより表面観察にしたときのSEM画像上の面積割合、つまり、表面を平面視したときの面積割合を指す。壁面や骨格を被覆している粒子の大きさが上記範囲を逸脱すると、流体とモノリスイオン交換体の骨格表面および骨格内部との接触効率を改善する効果が小さくなり易い場合がある。 In the fifth monolithic ion exchanger, the ratio of particles having a diameter of 4 to 40 μm in a dry state to all particles is, for example, 70% or more, preferably 80% or more. The ratio of the above-described particles or the like refers to the ratio of the number of particles or the like having a specific size in a dry state to the total number of particles or the like. In addition, the surface of the skeleton phase is covered with, for example, 40% or more, preferably 50% or more, of all the particles or the like. In addition, the coverage ratio of the surface of the skeleton layer with all the particles or the like refers to the area ratio on the SEM image when the surface is observed by SEM, that is, the area ratio when the surface is viewed in plan. If the size of the particles covering the wall surface or the skeleton deviates from the above range, the effect of improving the efficiency of contact between the fluid and the skeleton surface and the inside of the skeleton of the monolithic ion exchanger tends to decrease.

乾燥状態の第5のモノリスイオン交換体のSEM観察を少なくとも3回行い、全視野において、SEM画像中の全粒子体等の乾燥状態での直径または大きさを算出して、直径または大きさが例えば4~40μmの範囲にある粒子体等が観察されるか否かを確認し、全視野において確認された場合、第5のモノリスイオン交換体の骨格表面上に、直径または大きさが乾燥状態で例えば4~40μmの範囲にある粒子体等が形成されていると判断する。また、上記に従って1視野毎にSEM画像中の全粒子体等の乾燥状態での直径または大きさを算出し、各視野毎に、全粒子体等に占める乾燥状態で例えば4~40μmの範囲の粒子体等の割合を求め、全視野において、全粒子体等中の乾燥状態で例えば4~40μmの範囲の粒子体等が占める割合が70%以上であった場合には、第5のモノリスイオン交換体の骨格表面に形成されている全粒子体等中、乾燥状態で例えば4~40μmの範囲の粒子体等が占める割合は70%以上であると判断する。また、上記に従って1視野毎にSEM画像中の全粒子体等による骨格層の表面の被覆割合を求め、全視野において、全粒子体等による骨格層の表面の被覆割合が40%以上であった場合には、第5のモノリスイオン交換体の骨格層の表面が全粒子体等により被覆されている割合が40%以上であると判断する。 SEM observations of the fifth monolithic ion exchanger in the dry state were performed at least three times, and in all fields of view, the diameter or size in the dry state of all particles, etc. in the SEM image was calculated, and the diameter or size was For example, it is confirmed whether particles in the range of 4 to 40 μm are observed. For example, it is determined that particles having a size of 4 to 40 μm are formed. In addition, according to the above, the diameter or size in the dry state of all the particles, etc. in the SEM image is calculated for each field of view, and for each field of view, the diameter or size of the dry state, for example, in the range of 4 to 40 μm in the total particles, etc. The ratio of particles, etc. is obtained, and when the ratio of particles, etc. in the dry state of, for example, 4 to 40 μm in the total particles, etc. in the entire field of view is 70% or more, the fifth monolithic ion It is judged that the ratio of particles having a diameter of 4 to 40 μm in a dry state to all the particles formed on the skeleton surface of the exchanger is 70% or more. Further, according to the above, the coverage ratio of the surface of the skeletal layer with all particles, etc. in the SEM image was obtained for each field of view, and the coverage ratio of the surface of the skeleton layer with all particles, etc. was 40% or more in all fields of view. In this case, it is judged that the proportion of the surface of the skeleton layer of the fifth monolithic ion exchanger covered with all particles and the like is 40% or more.

第5のモノリスイオン交換体において、粒子体等による骨格相表面の被覆率が40%未満であると、被処理液とモノリスイオン交換体の骨格内部および骨格表面との接触効率を改善する効果が小さくなり易い場合がある。上記粒子体等による被覆率の測定方法としては、第5のモノリスイオン交換体のSEM画像による画像解析方法が挙げられる。 In the fifth monolithic ion exchanger, when the coverage of the surface of the skeleton phase with the particles or the like is less than 40%, the effect of improving the contact efficiency between the liquid to be treated and the inside and surface of the skeleton of the monolithic ion exchanger is obtained. It can easily become smaller. As a method for measuring the coverage rate of the particles, etc., there is an image analysis method using an SEM image of the fifth monolithic ion exchanger.

第5のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、例えば、0.5~10mL/gの範囲、好ましくは0.8~8mL/gの範囲である。全細孔容積が0.5mL/g未満であると、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、通液のときの圧力損失が大きくなってしまう場合があり、さらに、単位断面積当りの透過流体量が小さくなり、処理能力が低下してしまう場合がある。全細孔容積が10mL/gを超えると、機械的強度が低下して、イオン交換体をカラムに充填して被処理液を通液する場合に、特に高流速で通液した際にモノリスイオン交換体が変形してしまう場合がある。さらに、被処理液とモノリスイオン交換体との接触効率が低下する場合がある。 The total pore volume per weight in the dry state of the fifth monolithic ion exchanger is, for example, in the range of 0.5 to 10 mL/g, preferably in the range of 0.8 to 8 mL/g. If the total pore volume is less than 0.5 mL/g, when the ion exchanger is packed in a column and the liquid to be treated is passed through the column, the pressure loss during the passage of the liquid may increase. Furthermore, the amount of permeating fluid per unit cross-sectional area becomes small, and the processing capacity may decrease. When the total pore volume exceeds 10 mL/g, the mechanical strength decreases, and monolithic ion The exchange body may be deformed. Furthermore, the contact efficiency between the liquid to be treated and the monolithic ion exchanger may decrease.

第5のモノリスイオン交換体において、骨格を構成するポリマー材料の架橋密度は、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、例えば、0.3~10モル%の範囲、好適には0.3~5モル%の範囲の架橋構造単位を含んでいればよい。第5のモノリスイオン交換体の骨格を構成する有機ポリマー材料は、第1のモノリスイオン交換体と同様である。 In the fifth monolithic ion exchanger, the crosslink density of the polymer material constituting the skeleton is, for example, in the range of 0.3 to 10 mol%, preferably 0.3, based on the total structural units constituting the polymer material. It suffices if the crosslinked structural unit is contained in a range of up to 5 mol %. The organic polymeric material constituting the skeleton of the fifth monolithic ion exchanger is the same as that of the first monolithic ion exchanger.

第5のモノリスイオン交換体において、有機多孔質体の骨格相を構成する材料と骨格相の表面に形成される粒子体等とは、同じ組織が連続した同一材料のもの、同じではない組織が連続する互いが異なる材料のもの等が挙げられる。同じではない組織が連続する互いが異なる材料のものとしては、ビニルモノマーの種類が互いに異なる材料の場合、ビニルモノマーや架橋剤の種類は同じであっても互いの配合割合が異なる材料の場合等が挙げられる。 In the fifth monolithic ion exchanger, the material constituting the skeleton phase of the organic porous body and the particles formed on the surface of the skeleton phase are made of the same material with the same continuous structure, and the structure is not the same. Examples include continuous ones made of different materials. Examples of materials with different continuous non-same textures include materials with different types of vinyl monomers, materials with the same types of vinyl monomers and cross-linking agents but different blending ratios, etc. are mentioned.

第5のモノリスイオン交換体は、その厚みは例えば1mm以上であり、膜状の多孔質体とは区別される。第5のモノリスイオン交換体の厚みは、好ましくは3~1000mmの範囲である。 The fifth monolithic ion exchanger has a thickness of, for example, 1 mm or more, and is distinguished from the membrane-like porous body. The thickness of the fifth monolithic ion exchanger preferably ranges from 3 to 1000 mm.

乾燥状態での重量当りのイオン交換容量については、前述の通りである。また、「イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に分布している」ことについては、前述の通りである。 The ion exchange capacity per weight in the dry state is as described above. Further, "the ion exchange groups are distributed in the organic porous ion exchanger" is as described above.

<第5のモノリスイオン交換体の製造方法>
第5のモノリスイオン交換体は、例えば、次の方法によって製造することができる。
<Manufacturing Method of Fifth Monolithic Ion Exchanger>
A fifth monolithic ion exchanger can be produced, for example, by the following method.

第5のモノリスは、例えば、油中水滴型エマルションを調製した後、以下のI~III工程を行うことによって得ることができる。I工程では、例えば、油中水滴型エマルションを重合させて全細孔容積が例えば5~30mL/gの範囲の連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体(以下、モノリス中間体(5))を得ることができる。II工程では、例えば、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する架橋剤、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒および重合開始剤を含む混合物を調製する。III工程では、例えば、II工程で得られた混合物を静置下、かつI工程で得られたモノリス中間体(5)の存在下に重合を行い、第5のモノリスを得ることができる。 A fifth monolith can be obtained, for example, by preparing a water-in-oil emulsion and then carrying out the following steps I to III. In step I, for example, a water-in-oil emulsion is polymerized to obtain a monolithic organic porous intermediate having a continuous macropore structure with a total pore volume in the range of, for example, 5 to 30 mL/g (hereinafter, monolith intermediate (5) ) can be obtained. In step II, for example, a vinyl monomer, a cross-linking agent having at least two vinyl groups in one molecule, an organic solvent in which the vinyl monomer and the cross-linking agent are soluble but the polymer produced by polymerization of the vinyl monomer is not soluble, and polymerization. A mixture containing an initiator is prepared. In step III, for example, the mixture obtained in step II is allowed to stand and polymerized in the presence of the monolith intermediate (5) obtained in step I to obtain a fifth monolith.

第5のモノリスの製造方法におけるI工程は、第3のモノリスの製造方法におけるI工程と同様である。 Step I in the fifth monolith manufacturing method is the same as step I in the third monolith manufacturing method.

I工程では、油中水滴型エマルション形成の際、必要に応じて重合開始剤を使用してもよい。重合開始剤は、熱または光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は水溶性であっても油溶性であってもよく、例えば、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素-塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム-酸性亜硫酸ナトリウム等が挙げられる。 In step I, a polymerization initiator may be used as necessary when forming the water-in-oil emulsion. As the polymerization initiator, a compound that generates radicals by heat or light irradiation is preferably used. Polymerization initiators may be water-soluble or oil-soluble, such as 2,2′-azobis(isobutyronitrile), 2,2′-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), 2 , 2'-azobis (2-methylbutyronitrile), 2,2'-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis dimethyl isobutyrate, 4,4'-azobis ( 4-cyanovaleric acid), 1,1'-azobis(cyclohexane-1-carbonitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, ammonium persulfate, hydrogen peroxide-ferrous chloride, sodium persulfate- and sodium acid sulfite.

I工程で得られるモノリス中間体(5)は、連続マクロポア構造を有する。これを重合系に共存させると、そのモノリス中間体(5)の構造を鋳型として連続マクロポア構造の骨格相の表面に粒子体等が形成したり、共連続構造の骨格相の表面に粒子体等が形成したりする。また、モノリス中間体(5)は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。ポリマー材料の架橋密度は、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、例えば0.3~10モル%の範囲、好ましくは0.3~5モル%の範囲の架橋構造単位を含んでいる。 The monolithic intermediate (5) obtained in step I has a continuous macropore structure. When this is allowed to coexist in the polymerization system, particles or the like are formed on the surface of the skeleton phase with a continuous macropore structure using the structure of the monolithic intermediate (5) as a template, or particles or the like are formed on the surface of the skeleton phase with a co-continuous structure. is formed. Also, the monolithic intermediate (5) is an organic polymer material having a crosslinked structure. The crosslink density of the polymer material is, for example, in the range of 0.3 to 10 mol %, preferably in the range of 0.3 to 5 mol %, of crosslinked structural units relative to the total structural units constituting the polymer material.

モノリス中間体(5)のポリマー材料の種類は、第3のモノリスの製造方法におけるモノリス中間体(3)のポリマー材料の種類と同様である。 The type of polymer material for the monolith intermediate (5) is the same as the type of polymer material for the monolith intermediate (3) in the third method for producing a monolith.

I工程で得られるモノリス中間体(5)の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、例えば、5~30mL/gの範囲、好適には6~28mL/gの範囲である。モノリス中間体(5)の全細孔容積を上記数値範囲とするには、モノマーと水の比(重量)を、例えば、概ね1:5~1:35とすればよい。 The total pore volume per weight of the monolithic intermediate (5) obtained in step I is, for example, in the range of 5-30 mL/g, preferably in the range of 6-28 mL/g. In order to make the total pore volume of the monolithic intermediate (5) within the above numerical range, the ratio (weight) of the monomer and water may be, for example, approximately 1:5 to 1:35.

I工程において、このモノマーと水との比を、概ね1:5~1:20とすれば、モノリス中間体(5)の全細孔容積が例えば5~16mL/gの連続マクロポア構造のものが得られ、III工程を経て得られるモノリスは第5-1のモノリスとなる。一方、モノマーと水との比を、概ね1:20~1:35とすれば、モノリス中間体(5)の全細孔容積が例えば16mL/gを超え、30mL/g以下の連続マクロポア構造のものが得られ、III工程を経て得られるモノリスは第5-2のモノリスとなる。 In step I, if the ratio of this monomer to water is approximately 1:5 to 1:20, the monolith intermediate (5) has a continuous macropore structure with a total pore volume of, for example, 5 to 16 mL/g. The resulting monolith obtained through step III is the 5-1 monolith. On the other hand, if the monomer to water ratio is approximately 1:20 to 1:35, the total pore volume of the monolith intermediate (5) is, for example, more than 16 mL/g and a continuous macropore structure of 30 mL/g or less. , and the monolith obtained through the III step becomes the No. 5-2 monolith.

第5のモノリスの製造方法におけるI工程で得られるモノリス中間体(5)は、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口(メソポア)の乾燥状態での平均直径が例えば20~200μmである。 In the monolith intermediate (5) obtained in step I in the fifth monolith production method, the average diameter of the openings (mesopores), which are the overlapping portions of the macropores, is 20 to 200 μm in a dry state, for example.

第5のモノリスの製造方法におけるII工程は、第3のモノリスの製造方法におけるII工程と同様である。第5のモノリスの製造方法におけるIII工程では、例えば、II工程で得られた混合物を静置下、かつI工程で得られたモノリス中間体(5)の存在下、重合を行い、第5のモノリスを得ることができる。 Step II in the fifth method for manufacturing a monolith is the same as step II in the third method for manufacturing a monolith. In step III in the fifth method for producing a monolith, for example, the mixture obtained in step II is allowed to stand and in the presence of the monolith intermediate (5) obtained in step I, polymerization is performed to obtain the fifth You can get a monolith.

ここで、特表平7-501140号等に開示されているように、モノリス中間体(5)不存在下でビニルモノマーと架橋剤を特定の有機溶媒中で静置重合させると、粒子凝集型のモノリス状有機多孔質体を得ることができる。対して、上記重合系に連続マクロポア構造のモノリス中間体(5)を存在させると、重合後の複合モノリスの構造は劇的に変化し、粒子凝集構造ではなく、上述の特定の骨格構造を有する第5のモノリスを得ることができる。 Here, as disclosed in JP-T-7-501140 and the like, static polymerization of a vinyl monomer and a cross-linking agent in a specific organic solvent in the absence of the monolithic intermediate (5) results in particle aggregation type of the monolithic organic porous body can be obtained. On the other hand, when the monolith intermediate (5) with a continuous macropore structure is allowed to exist in the polymerization system, the structure of the composite monolith after polymerization changes dramatically, and it has the above-mentioned specific skeleton structure instead of the particle aggregation structure. A fifth monolith can be obtained.

第5のモノリスの製造方法におけるIII工程において、反応容器の内容積は、モノリス中間体(5)を反応容器中に存在させる大きさのものであれば特に制限されない。反応容器内にモノリス中間体(5)を載置した際、平面視でモノリスの周りに隙間ができるもの、反応容器内にモノリス中間体(5)がほとんど隙間無く入るもののいずれであってもよい。このうち、重合後の第5のモノリスが容器内壁から押圧をほとんど受けることなく、反応容器内にほとんど隙間無く入るものが、第5のモノリスに歪がほとんど生じることもなく、反応原料等の無駄がほとんどなく効率的である。なお、反応容器の内容積が大きく、重合後の第5のモノリスの周りに隙間が存在する場合であっても、ビニルモノマーや架橋剤は、モノリス中間体(5)に吸着、分配されるため、反応容器内の隙間部分に粒子凝集構造物が生成することはほとんどない。 In step III of the fifth method for producing a monolith, the internal volume of the reaction vessel is not particularly limited as long as it is large enough to allow the monolith intermediate (5) to exist in the reaction vessel. When the monolith intermediate (5) is placed in the reaction vessel, either a gap is formed around the monolith in plan view or the monolith intermediate (5) enters the reaction vessel with almost no gap. . Of these, the fifth monolith after polymerization is hardly pressed by the inner wall of the vessel and enters the reaction vessel with almost no gap. efficient. Even if the inner volume of the reaction vessel is large and there is a gap around the fifth monolith after polymerization, the vinyl monomer and the cross-linking agent are adsorbed and distributed to the monolith intermediate (5). , particle aggregate structures are hardly formed in the gaps in the reaction vessel.

このIII工程において、例えば、反応容器中、モノリス中間体(5)は混合物(溶液)で含浸された状態に置かれる。II工程で得られた混合物とモノリス中間体(5)の配合比は、前述の通り、モノリス中間体(5)に対して、ビニルモノマーの添加量が重量で例えば3~50倍の範囲、好ましくは4~40倍の範囲となるように配合すればよい。これにより、適度な開口径を有しつつ、特定の骨格を有する複合モノリスである第5のモノリスを得ることができる。反応容器中、混合物中のビニルモノマーと架橋剤は、静置されたモノリス中間体(5)の骨格に吸着、分配され、モノリス中間体(5)の骨格内で重合が進行する。 In this step III, for example, the monolithic intermediate (5) is left impregnated with the mixture (solution) in a reaction vessel. The blending ratio of the mixture obtained in step II and the monolithic intermediate (5) is, as described above, preferably such that the amount of the vinyl monomer added is in the range of, for example, 3 to 50 times the weight of the monolithic intermediate (5). may be blended so as to be in the range of 4 to 40 times. This makes it possible to obtain a fifth monolith, which is a composite monolith having a specific skeleton while having an appropriate aperture diameter. In the reaction vessel, the vinyl monomer and the cross-linking agent in the mixture are adsorbed and distributed on the skeleton of the monolithic intermediate (5) which is left standing, and the polymerization proceeds within the skeleton of the monolithic intermediate (5).

第5のモノリスの製造方法におけるIII工程において、重合条件は第3のモノリスの製造方法におけるIII工程とほとんど同様である。 In step III in the fifth monolith manufacturing method, the polymerization conditions are almost the same as in step III in the third monolith manufacturing method.

上述の第5のモノリスを製造する際に、下記(1)~(5)の条件のうち、少なくとも一つを満たす条件下でII工程またはIII工程行うと、骨格表面に粒子体等が形成されたモノリスを製造することができる。
(1)III工程における重合温度が、重合開始剤の10時間半減温度より、少なくとも5℃低い温度である。
(2)II工程で用いる架橋剤のモル%が、I工程で用いる架橋剤のモル%の2倍以上である。
(3)II工程で用いるビニルモノマーが、I工程で用いた油溶性モノマーとは異なる構造のビニルモノマーである。
(4)II工程で用いる有機溶媒が、分子量200以上のポリエーテルである。
(5)II工程で用いるビニルモノマーの濃度が、II工程の混合物中、30重量%以下である。
When step II or step III is performed under conditions that satisfy at least one of the following conditions (1) to (5) when manufacturing the fifth monolith, particles and the like are formed on the surface of the skeleton. monoliths can be produced.
(1) The polymerization temperature in step III is at least 5°C lower than the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator.
(2) The mol % of the cross-linking agent used in step II is at least twice the mol % of the cross-linking agent used in step I.
(3) The vinyl monomer used in step II has a structure different from that of the oil-soluble monomer used in step I.
(4) The organic solvent used in step II is polyether having a molecular weight of 200 or more.
(5) The concentration of the vinyl monomer used in step II is 30% by weight or less in the mixture in step II.

このようにして得られる第5のモノリスの好ましい構造としては、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が乾燥状態で例えば平均直径10~120μmの範囲の開口となる連続マクロポア構造体(「第5-1のモノリス」)および、乾燥状態での連続骨格の厚みが例えば0.8~40μmの範囲の三次元的に連続した骨格と、その骨格間に乾燥状態での直径が例えば8~80μmの範囲の三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体(「第5-2のモノリス」)が挙げられる。なお、第5のモノリスにイオン交換基を導入する方法は、第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法と同様である。 A preferable structure of the fifth monolith obtained in this way is a continuous macropore structure ("second 5-1 monolith”), and a three-dimensionally continuous skeleton having a thickness in a dry state of, for example, 0.8 to 40 μm, and a diameter between the skeletons in a dry state of, for example, 8 to 80 μm. and a co-continuous structure (“No. 5-2 monolith”) consisting of three-dimensionally continuous pores in the range of . The method for introducing ion-exchange groups into the fifth monolith is the same as the method for introducing ion-exchange groups into the first monolith.

<イオン交換体を用いるイオン交換方法>
本実施形態に係るイオン交換体を用いてイオン交換(アニオン交換)を行うことができる。イオン交換は、被処理液とイオン交換体とを例えば0~100℃の温度で接触させればよい。例えば、イオン交換体を充填したカラムに被処理液を0~100℃の温度で通液することによって、イオン交換を行うことができる。
<Ion exchange method using an ion exchanger>
Ion exchange (anion exchange) can be performed using the ion exchanger according to the present embodiment. For ion exchange, the liquid to be treated and the ion exchanger may be brought into contact at a temperature of 0 to 100° C., for example. For example, ion exchange can be performed by passing a liquid to be treated through a column filled with an ion exchanger at a temperature of 0 to 100°C.

本実施形態に係るイオン交換体を用いるイオン交換方法は、例えば、水、糖液、有機溶媒等の精製や、医薬中間体等の化成品の合成プロセス、分析用のイオンクロマトグラフィーの充填剤等において用いることができる。 The ion exchange method using the ion exchanger according to the present embodiment includes, for example, purification of water, sugar solutions, organic solvents, etc., synthesis processes of chemical products such as pharmaceutical intermediates, fillers for ion chromatography for analysis, etc. can be used in

本実施形態に係るイオン交換体を用いることによって、水湿潤状態のイオン交換体を充填したカラムに有機溶媒を通液しても、イオン交換体の収縮が少なく、有機溶媒をイオン交換体に効率的に接触させることができる。 By using the ion exchanger according to the present embodiment, even when an organic solvent is passed through a column filled with an ion exchanger in a water-wet state, the ion exchanger shrinks little, and the organic solvent is efficiently converted into an ion exchanger. can be brought into direct contact.

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.

<実施例1>
第5のモノリスイオン交換体の製造方法にしたがって、モノリスの製造を行い、得られたモノリスにイオン交換基を導入した。
<Example 1>
A monolith was manufactured according to the fifth method for manufacturing a monolithic ion exchanger, and ion exchange groups were introduced into the obtained monolith.

(モノリス中間体の製造(I工程))
モノマーとしてスチレン9.28g、ジビニルベンゼン0.19g、界面活性剤としてソルビタンモノオレエート(以下SMOと略す)0.50gおよび重合開始剤として2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)0.25gを混合し、均一になるように溶解させた。次に、このスチレン/ジビニルベンゼン/SMO/2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)混合物を180gの純水に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー(イーエムイー社製)を用いて減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを速やかに反応容器に移し、密封後、静置下60℃で24時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、メタノールで抽出した後、減圧乾燥して、連続マクロポア構造を有するモノリス中間体を製造した。このようにして得られたモノリス中間体(乾燥体)の内部構造をSEMにより観察した。SEM画像を図10に示すが、隣接する2つのマクロポアを区画する壁部は極めて細く棒状であるものの、連続マクロポア構造を有しており、水銀圧入法により測定したマクロポアとマクロポアが重なる部分の開口(メソポア)の平均直径は40μm、全細孔容積は18.2mL/gであった。
(Production of monolithic intermediate (I step))
9.28 g of styrene as a monomer, 0.19 g of divinylbenzene, 0.50 g of sorbitan monooleate (hereinafter abbreviated as SMO) as a surfactant, and 0.25 g of 2,2'-azobis(isobutyronitrile) as a polymerization initiator were mixed and dissolved until uniform. Next, this styrene/divinylbenzene/SMO/2,2′-azobis(isobutyronitrile) mixture was added to 180 g of pure water, and a planetary stirring device, a vacuum agitation defoaming mixer (manufactured by E.M.E. Co., Ltd.) was added. was stirred under reduced pressure to obtain a water-in-oil emulsion. This emulsion was quickly transferred to a reaction vessel, sealed, and allowed to stand still at 60° C. for 24 hours for polymerization. After completion of the polymerization, the content was taken out, extracted with methanol, and dried under reduced pressure to produce a monolithic intermediate having a continuous macropore structure. The internal structure of the monolithic intermediate (dried body) thus obtained was observed by SEM. A SEM image is shown in FIG. 10. Although the walls that separate two adjacent macropores are extremely thin and rod-shaped, they have a continuous macropore structure, and the openings at the portions where the macropores overlap each other measured by the mercury intrusion method. The average diameter of (mesopores) was 40 μm, and the total pore volume was 18.2 mL/g.

(モノリスの製造(II工程))
次いで、モノマーとしてスチレン216.6g、架橋剤としてジビニルベンゼン4.4g、有機溶媒として1-デカノール220g、重合開始剤として2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.8gを混合し、均一になるように溶解させた(II工程)。
(Manufacturing of Monolith (Step II))
Then, 216.6 g of styrene as a monomer, 4.4 g of divinylbenzene as a cross-linking agent, 220 g of 1-decanol as an organic solvent, and 0.8 g of 2,2′-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile) as a polymerization initiator are mixed. and dissolved uniformly (step II).

(モノリスの製造(III工程))
次に上記モノリス中間体を反応容器に入れ、このスチレン/ジビニルベンゼン/1-デカノール/2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)混合物に浸漬させ、減圧チャンバー中で脱泡した後、反応容器を密封し、静置下50℃で24時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、アセトンでソックスレー抽出した後、減圧乾燥した(III工程)。
(Manufacturing of monolith (III step))
The above monolithic intermediate is then placed in a reaction vessel and immersed in this styrene/divinylbenzene/1-decanol/2,2′-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile) mixture and degassed in a vacuum chamber. , the reaction vessel was sealed and allowed to stand at 50° C. for 24 hours to polymerize. After completion of the polymerization, the contents were taken out, subjected to Soxhlet extraction with acetone, and dried under reduced pressure (Step III).

このようにして得られたスチレン/ジビニルベンゼン系共重合体よりなる架橋成分を1.2モル%含有したモノリス(乾燥体)の内部構造を、SEMにより観察した結果を図11に示す。図11から明らかなように、このモノリスは骨格および空孔はそれぞれ3次元的に連続して連続骨格相と連続空孔相とからなり、両相が絡み合った共連続構造であった。また、SEM画像から測定した骨格の厚みは20μmであった。また、水銀圧入法により測定した、このモノリスの三次元的に連続した空孔の平均直径は70μm、全細孔容積は4.4mL/gであった。なお、空孔の平均直径は、水銀圧入法により得られた細孔分布曲線の極大値から求めた。 FIG. 11 shows the result of SEM observation of the internal structure of the monolith (dry body) containing 1.2 mol % of the cross-linking component of the styrene/divinylbenzene copolymer thus obtained. As is clear from FIG. 11, this monolith had a co-continuous structure in which the skeleton and the pores were three-dimensionally continuous and consisted of a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, and both phases were intertwined. Moreover, the thickness of the skeleton measured from the SEM image was 20 μm. The three-dimensionally continuous pores of this monolith had an average diameter of 70 μm and a total pore volume of 4.4 mL/g, as measured by mercury porosimetry. The average pore diameter was obtained from the maximum value of the pore distribution curve obtained by the mercury porosimetry.

(クロロメチル化モノリスの製造)
製造したモノリスをカラム状反応器に入れ、クロロスルホン酸1600g、四塩化スズ400g、ジメトキシメタン2500mLを含む溶液を循環、通液して、30℃、5時間反応させ、クロロメチル基を導入した。反応終了後、クロロメチル化モノリスをTHF/水=2/1(vol)の混合溶媒で洗浄し、さらにTHFで洗浄し、クロロメチル化モノリスを得た。
(Production of chloromethylated monolith)
The produced monolith was placed in a column reactor, and a solution containing 1,600 g of chlorosulfonic acid, 400 g of tin tetrachloride, and 2,500 mL of dimethoxymethane was circulated and allowed to react at 30° C. for 5 hours to introduce chloromethyl groups. After completion of the reaction, the chloromethylated monolith was washed with a mixed solvent of THF/water=2/1 (vol) and further washed with THF to obtain a chloromethylated monolith.

(モノリスイオン交換体の製造)
クロロメチル化モノリス20gにTHF390mLと第三級アミンとしてN,N-ジメチルベンジルアミン30mLを加え、60℃、6時間反応させた。反応終了後、生成物をメタノールで洗浄し、次いで純水で洗浄して、下記式(4)で表される高分子鎖から構成されるモノリスイオン交換体を得た。

Figure 2022163531000007
(4)
(式中、Polymerは、スチレン―ジビニルベンゼン共重合体を表す。) (Production of monolithic ion exchanger)
390 mL of THF and 30 mL of N,N-dimethylbenzylamine as a tertiary amine were added to 20 g of the chloromethylated monolith, and reacted at 60° C. for 6 hours. After completion of the reaction, the product was washed with methanol and then with pure water to obtain a monolithic ion exchanger composed of polymer chains represented by the following formula (4).
Figure 2022163531000007
(4)
(In the formula, Polymer represents a styrene-divinylbenzene copolymer.)

得られたモノリスイオン交換体のアニオン交換容量は、乾燥状態で2.9mg当量/gであり、四級アンモニウム基が定量的に導入されていることを確認した。図11から明らかなように、モノリスアニオン交換体は骨格および空孔がそれぞれ3次元的に連続し、両相が絡み合った共連続構造であった。また、SEM画像から測定した乾燥状態での骨格の厚みは20μmであり、水銀圧入法による測定から求めた、このモノリスアニオン交換体の三次元的に連続した空孔の乾燥状態での平均直径は70μm、乾燥状態での全細孔容積は4.4mL/gであった。 The anion exchange capacity of the obtained monolithic ion exchanger was 2.9 mg equivalent/g in a dry state, confirming that the quaternary ammonium groups were introduced quantitatively. As is clear from FIG. 11, the monolithic anion exchanger had a co-continuous structure in which the skeleton and pores were three-dimensionally continuous and both phases were intertwined. In addition, the thickness of the skeleton in the dry state measured from the SEM image was 20 μm, and the average diameter of the three-dimensionally continuous pores of this monolith anion exchanger in the dry state obtained from the measurement by the mercury intrusion method was 70 μm and the total pore volume in the dry state was 4.4 mL/g.

以下、実施例1で得られたモノリスイオン交換体を「ベンジル型モノリスアニオン交換体」と記載する。 The monolithic ion exchanger obtained in Example 1 is hereinafter referred to as "benzyl type monolithic anion exchanger".

<比較例1>
第三級アミンとしてN,N-ジメチルベンジルアミンに代えて、30%トリメチルアミン水溶液とすること以外は、実施例1と同様に行い、下記式(5)で表される高分子鎖から構成されるモノリスイオン交換体を得た。

Figure 2022163531000008
(5)
(式中、Polymerは、スチレン―ジビニルベンゼン共重合体を表す。) <Comparative Example 1>
The procedure was carried out in the same manner as in Example 1 except that a 30% trimethylamine aqueous solution was used instead of N,N-dimethylbenzylamine as the tertiary amine, and composed of polymer chains represented by the following formula (5). A monolithic ion exchanger was obtained.
Figure 2022163531000008
(5)
(In the formula, Polymer represents a styrene-divinylbenzene copolymer.)

以下、比較例1で得られたモノリスイオン交換体を「トリメチル型モノリスアニオン交換体」と記載する。 Hereinafter, the monolithic ion exchanger obtained in Comparative Example 1 is referred to as "trimethyl type monolithic anion exchanger".

<実施例2>
実施例1で得たベンジル型モノリスアニオン交換体を600mm×150mm×100mmの大きさで切り取った。これを室温(25±2℃)で300mLの水に30分間浸漬して水湿潤状態とした後、有機溶媒としてメタノール、2-プロパノール、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、テトラヒドロフラン(THF)150mLで3回それぞれ洗浄して、水分の置換を十分に行ったのち、大きさを採寸して、水湿潤状態からの膨潤率(%)(長さ比)を見積もった。その結果を図12に示す。
<Example 2>
The benzylic monolithic anion exchanger obtained in Example 1 was cut into a size of 600 mm×150 mm×100 mm. This was immersed in 300 mL of water at room temperature (25 ± 2 ° C.) for 30 minutes to make it water wet, and then methanol, 2-propanol, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), tetrahydrofuran (THF) as organic solvents. After washing three times with 150 mL each to sufficiently replace the moisture, the size was measured and the swelling rate (%) (length ratio) from the water-wet state was estimated. The results are shown in FIG.

<比較例2>
ベンジル型モノリスアニオン交換体をトリメチル型モノリスアニオン交換体にすること以外、実施例2と同様に行った。その結果を図12に示す。
<Comparative Example 2>
The procedure of Example 2 was repeated except that the benzyl-type monolithic anion exchanger was changed to a trimethyl-type monolithic anion exchanger. The results are shown in FIG.

このように、実施例のイオン交換体は、比較例のイオン交換体に比べて、水湿潤状態で有機溶媒と接触したときの収縮が少なかった。 Thus, the ion exchangers of Examples showed less shrinkage when contacted with an organic solvent in a water-wet state compared to the ion exchangers of Comparative Examples.

1 骨格相、2 空孔相、10 共連続構造体、11 矩形状画像領域、12 骨格部、13 マクロポア、21 骨格表面、22a,22b,22c,22d,22e 突起体。 1 skeletal phase, 2 vacant phase, 10 bicontinuous structure, 11 rectangular image area, 12 skeletal portion, 13 macropores, 21 skeletal surface, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e projections.

Claims (8)

一般式(1)
Figure 2022163531000009
(式中Rは、置換されていてもよい炭素数4から22のアルキル基;または、置換されていてもよい炭素数1から6のアルキル基、ハロゲン原子、置換されていてもよい炭素数1から6のアルコキシ基、置換されていてもよいアミノ基、シアノ基、もしくはニトロ基で置換されていてもよいベンジル基;を表し、R,Rは、それぞれ独立して炭素数1から4のアルキル基を表し、Lは、リンカー部位を表し、Polymerは、高分子鎖を表す。)
で表される高分子鎖から構成されることを特徴とするイオン交換体。
General formula (1)
Figure 2022163531000009
(In the formula, R 1 is an optionally substituted alkyl group having 4 to 22 carbon atoms; or an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, or an optionally substituted carbon number 1 to 6 alkoxy groups, optionally substituted amino groups, cyano groups , or benzyl groups optionally substituted with nitro groups; 4 represents an alkyl group, L represents a linker moiety, and Polymer represents a polymer chain.)
An ion exchanger characterized by comprising a polymer chain represented by:
請求項1に記載のイオン交換体であって、
一般式(1)におけるLは、メチレン基であることを特徴とするイオン交換体。
An ion exchanger according to claim 1,
An ion exchanger, wherein L in general formula (1) is a methylene group.
請求項1または2に記載のイオン交換体であって、
前記イオン交換体の高分子鎖は、スチレン―ジビニルベンゼン系共重合体であることを特徴とする記載のイオン交換体。
The ion exchanger according to claim 1 or 2,
The ion exchanger according to claim 1, wherein the polymer chain of the ion exchanger is a styrene-divinylbenzene copolymer.
請求項1から3のいずれか1項に記載のイオン交換体であって、
前記イオン交換体が、非粒子状有機多孔質イオン交換体であり、連続骨格相と連続空孔相とからなり、連続骨格の厚みは、1~100μmの範囲であり、連続空孔の平均直径は、1~1000μmの範囲であり、全細孔容積は、0.5~50mL/gの範囲であり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は、1~9mg当量/gの範囲であり、イオン交換基が前記有機多孔質イオン交換体中に分布していることを特徴とするイオン交換体。
An ion exchanger according to any one of claims 1 to 3,
The ion exchanger is a non-particulate organic porous ion exchanger, and consists of a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, the thickness of the continuous skeleton is in the range of 1 to 100 μm, and the average diameter is in the range of 1 to 1000 μm, the total pore volume is in the range of 0.5 to 50 mL/g, and the ion exchange capacity per weight in the dry state is in the range of 1 to 9 mg equivalent/g. , an ion exchanger characterized in that the ion exchange groups are distributed in the organic porous ion exchanger.
一般式(2)
Figure 2022163531000010
(式中Lは、リンカー部位を表し、Polymerは、高分子鎖を表し、Xは、ハロゲン原子、置換されていてもよい炭素数1から8のアルキルスルホニル基、または置換されていてもよいベンゼンスルホニル基を表す。)
で表される高分子鎖と、
一般式(3)
Figure 2022163531000011
(式中Rは、置換されていてもよい炭素数4から22のアルキル基;または、置換されていてもよい炭素数1から6のアルキル基、ハロゲン原子、置換されていてもよい炭素数1から6のアルコキシ基、置換されていてもよいアミノ基、シアノ基、もしくはニトロ基で置換されていてもよいベンジル基;を表し、R,Rは、それぞれ独立して炭素数1から4のアルキル基を表す。)
で表される第三級アミンと、
を反応させることを特徴とするイオン交換体の製造方法。
general formula (2)
Figure 2022163531000010
(In the formula, L represents a linker site, Polymer represents a polymer chain, X represents a halogen atom, an optionally substituted alkylsulfonyl group having 1 to 8 carbon atoms, or an optionally substituted benzene represents a sulfonyl group.)
A polymer chain represented by
General formula (3)
Figure 2022163531000011
(In the formula, R 1 is an optionally substituted alkyl group having 4 to 22 carbon atoms; or an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, or an optionally substituted carbon number 1 to 6 alkoxy groups, optionally substituted amino groups, cyano groups , or benzyl groups optionally substituted with nitro groups; represents the alkyl group of 4.)
A tertiary amine represented by
A method for producing an ion exchanger, characterized by reacting
請求項5に記載のイオン交換体の製造方法であって、
一般式(1)におけるLは、メチレン基であることを特徴とするイオン交換体の製造方法。
A method for producing an ion exchanger according to claim 5,
A method for producing an ion exchanger, wherein L in general formula (1) is a methylene group.
請求項5または6に記載のイオン交換体の製造方法であって、
前記イオン交換体の高分子鎖は、スチレン―ジビニルベンゼン系共重合体であることを特徴とするイオン交換体の製造方法。
A method for producing an ion exchanger according to claim 5 or 6,
A method for producing an ion exchanger, wherein the polymer chain of the ion exchanger is a styrene-divinylbenzene copolymer.
請求項5から7のいずれか1項に記載のイオン交換体の製造方法であって、
前記イオン交換体が、非粒子状有機多孔質イオン交換体であり、連続骨格相と連続空孔相とからなり、連続骨格の厚みは、1~100μmの範囲であり、連続空孔の平均直径は、1~1000μmの範囲であり、全細孔容積は、0.5~50mL/gの範囲であり、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は、1~9mg当量/gの範囲であり、イオン交換基が前記有機多孔質イオン交換体中に分布していることを特徴とするイオン交換体の製造方法。
A method for producing an ion exchanger according to any one of claims 5 to 7,
The ion exchanger is a non-particulate organic porous ion exchanger, and consists of a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, the thickness of the continuous skeleton is in the range of 1 to 100 μm, and the average diameter is in the range of 1 to 1000 μm, the total pore volume is in the range of 0.5 to 50 mL/g, and the ion exchange capacity per weight in the dry state is in the range of 1 to 9 mg equivalent/g. A method for producing an ion exchanger, wherein ion exchange groups are distributed in the organic porous ion exchanger.
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