JP3525816B2 - 吸着材料及びその製造方法 - Google Patents
吸着材料及びその製造方法Info
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- JP3525816B2 JP3525816B2 JP22138799A JP22138799A JP3525816B2 JP 3525816 B2 JP3525816 B2 JP 3525816B2 JP 22138799 A JP22138799 A JP 22138799A JP 22138799 A JP22138799 A JP 22138799A JP 3525816 B2 JP3525816 B2 JP 3525816B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
- B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
- B01J20/3242—Layers with a functional group, e.g. an affinity material, a ligand, a reactant or a complexing group
- B01J20/3268—Macromolecular compounds
- B01J20/3278—Polymers being grafted on the carrier
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- Organic Chemistry (AREA)
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- Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Graft Or Block Polymers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は無機材料を基材とす
る吸着材料及びその製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】自動車の室内の内装樹脂や住居の建築材
料から発生する芳香族炭化水素、あるいは燃料を取り扱
う施設、倉庫、車両中にこもる燃料ガス等の炭化水素類
は、人に不快感を与えるのみならず、なかには人に有害
なものも存在するため、これらを除去することが望まし
い。 【０００３】従来、大気中の不純物を除去するエアーフ
ィルタとして、放射線グラフト重合反応によりイオン交
換基を導入した高分子繊維の不織布もしくは織布のハニ
カム構造体が知られている（特開平９−１７３７３３号
公報）。このイオン交換基としてはスルホン基、カルボ
キシル基、アミノ基等が用いられ、大気中のアンモニア
等のイオンを親和力により吸着させ、除去することがで
きる。 【０００４】また、超純水製造プロセスにおいて水中の
有機物を除去するため、多孔質膜にイオン交換基をグラ
フト共重合により結合させたアニオン吸着膜も知られて
いる（特開平７−４１５７４号公報）。この吸着膜も、
上記のエアーフィルタと同様に、４級アミン等のアニオ
ン交換基を基材に結合させており、このアニオン交換基
との親和力によって水中の不純物を吸着させ、除去する
ものである。 【０００５】さらに、基材として活性炭を用いた吸着材
料として、ゼオライトにアクリロニトリルコポリマー等
の有機分子をグラフト重合させ、炭化処理することから
得られる活性炭担持ゼオライトも知られている（特公昭
５６−１７９３７号公報）。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な多孔質膜を基材とする吸着材料では、主に細孔径を制
御することによって吸着分子種を選択するものである
が、この吸着分子種の選択設計は困難である。また、表
面官能基の付与による手段では、付与される官能基の量
が少ないという問題がある。特に、基材として活性炭の
ような無機材料を用いる場合、官能基を直接グラフト化
によって結合させることが困難であり、また十分な量の
官能基を結合させることが困難であるといった問題があ
った。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、無機材からなる基材とこの基材に
結合したアルキル鎖を有する有機分子からなる吸着材料
において、前記有機分子が官能基をグラフト鎖として有
している。好ましくは、前記基材と有機分子はＯＨ基を
介する親和力により又は基材上のＡｕと有機分子上のＳ
Ｈ基を介する結合によって結合している。 【０００８】さらに本発明によれば、無機材からなる基
材にアルキル鎖を有する有機分子を結合させ、このアル
キル鎖にグラフト重合法によりグラフト鎖を導入させ、
次いでこのグラフト鎖の端部に官能基を結合させること
を含む、上記吸着材料の製造方法が提供される。 【０００９】直接グラフト化が困難な無機材からなる基
材に、グラフト化が容易なアルキル鎖を有する有機分子
を結合させ、この有機分子にグラフト化によって官能基
を結合させることにより、吸着しようとする目的物質に
応じた官能基を結合させることが可能になりかつ十分な
量の官能基を結合させることができる。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。本発明の吸着材料は、図１(a) 〜(d) に示すよ
うに、基材１に有機分子２を結合させ、この有機分子を
グラフト重合の幹として用いてこの有機分子に多くのグ
ラフト鎖３を設け、このグラフト鎖の末端に吸着性能を
発揮する官能基４を設けたものである。この基材１は無
機材からなるものであり、この無機材としては、活性
炭、シリカ、アルミナ、ゼオライト等を用いることがで
きる。 【００１１】有機分子２は上記のようにグラフト重合の
幹として用いられ、従ってグラフト重合可能なアルキル
鎖を有するものを用いる。具体的には、この有機分子は
下式で表される。 Ｒ−（ＣＨ2)n −ＣＨ3 上式中、ＲはＯＨ、ＣＯＯＨ、ＮＨ2 等の水素結合可能
な基、又はＳＨである。また、より多くのグラフト鎖を
設けるため、アルキル鎖は長いことが好ましく、すなわ
ちｎは２以上であり、できるだけ大きいことが好まし
い。但し、以下に記載のように、この有機分子に基材を
浸漬させるため、この有機分子が固体にならない程度の
炭素数であること、具体的にはｎは10以下であることが
好ましい。 【００１２】一般に無機材、特に活性炭及びシリカの表
面には水酸基（ＯＨ）５が存在しており、従って上記式
の有機分子においてＲがＯＨ、ＣＯＯＨ、ＮＨ2 等の水
素結合可能な基である場合、この有機分子に基材を含浸
することにより、図１(a) に示すように、化学親和力に
よって有機分子を基材に結合させることができる。 【００１３】また、チオール、スルフィド、ジスルフィ
ド等がＡｕ等の貴金属表面に安定な単分子配向膜を形成
することが見出されており、すなわち、チオール等のＳ
原子は特異的にＡｕ原子と強い結合を形成することが見
出されている。従って、上記式の有機分子においてＲが
ＳＨである場合、基材１の表面にＡｕ５を蒸着させてお
けば、この有機分子に基材を含浸することにより、Ｓと
Ａｕの間の結合によって有機分子を基材に結合させるこ
とができる。 【００１４】こうして、基材上に有機分子を結合させた
後、この有機分子にグラフト鎖３を設ける。グラフトさ
せる分子としては、グラフト化可能なもの、例えばビニ
ル系化合物、すなわちビニル基Ｈ2 Ｃ＝ＣＨ−を有する
化合物、例えばエチレン、ブチレン、アクリル酸、スチ
レン等が好ましい。このグラフト化では、当該分野にお
いて周知のグラフト重合法を用いる。すなわち、図１
(b) に示すように、基材１に結合させた有機分子２にラ
ジカルを発生させ、このラジカルを開始点としてグラフ
ト鎖をグラフト重合させる。このラジカルを生成させる
方法としては、プラズマ照射、光照射、放射線照射等に
より行うことができるが、均一にラジカルを生成させる
ために放射線照射による方法が好ましい。また、放射線
としては、γ線、電子線、中性子線等を用いることがで
きるが、ラジカルを均一に生成させるため、透過性の高
いγ線を用いることが好ましい。 【００１５】こうして図１(c) に示すように基材１に結
合した有機分子２にグラフト鎖３を設けた後、図１(d)
に示すように、このグラフト鎖の端部に官能基４を導入
する。この官能基としては、吸着しようとする物質に応
じて選択することができ、例えばスルホン基、カルボキ
シル基、アミノ基等を用いることができる。この官能基
は気相反応により付与することができる。 【００１６】 【発明の効果】以上のように、本発明の吸着材料は、無
機材に有機分子を介して吸着性を有する官能基を結合さ
せているため、基材に直接官能基を付与する場合より
も、より多くの官能基を容易に付与することができる。
さらに、無機基材に対して、吸着対象の分子種を効率よ
く、多量に吸着できるようにすることができ、さらに吸
着対象の分子種に応じて官能基を選択することにより、
分子選択性を改良することができる。
る吸着材料及びその製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】自動車の室内の内装樹脂や住居の建築材
料から発生する芳香族炭化水素、あるいは燃料を取り扱
う施設、倉庫、車両中にこもる燃料ガス等の炭化水素類
は、人に不快感を与えるのみならず、なかには人に有害
なものも存在するため、これらを除去することが望まし
い。 【０００３】従来、大気中の不純物を除去するエアーフ
ィルタとして、放射線グラフト重合反応によりイオン交
換基を導入した高分子繊維の不織布もしくは織布のハニ
カム構造体が知られている（特開平９−１７３７３３号
公報）。このイオン交換基としてはスルホン基、カルボ
キシル基、アミノ基等が用いられ、大気中のアンモニア
等のイオンを親和力により吸着させ、除去することがで
きる。 【０００４】また、超純水製造プロセスにおいて水中の
有機物を除去するため、多孔質膜にイオン交換基をグラ
フト共重合により結合させたアニオン吸着膜も知られて
いる（特開平７−４１５７４号公報）。この吸着膜も、
上記のエアーフィルタと同様に、４級アミン等のアニオ
ン交換基を基材に結合させており、このアニオン交換基
との親和力によって水中の不純物を吸着させ、除去する
ものである。 【０００５】さらに、基材として活性炭を用いた吸着材
料として、ゼオライトにアクリロニトリルコポリマー等
の有機分子をグラフト重合させ、炭化処理することから
得られる活性炭担持ゼオライトも知られている（特公昭
５６−１７９３７号公報）。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な多孔質膜を基材とする吸着材料では、主に細孔径を制
御することによって吸着分子種を選択するものである
が、この吸着分子種の選択設計は困難である。また、表
面官能基の付与による手段では、付与される官能基の量
が少ないという問題がある。特に、基材として活性炭の
ような無機材料を用いる場合、官能基を直接グラフト化
によって結合させることが困難であり、また十分な量の
官能基を結合させることが困難であるといった問題があ
った。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、無機材からなる基材とこの基材に
結合したアルキル鎖を有する有機分子からなる吸着材料
において、前記有機分子が官能基をグラフト鎖として有
している。好ましくは、前記基材と有機分子はＯＨ基を
介する親和力により又は基材上のＡｕと有機分子上のＳ
Ｈ基を介する結合によって結合している。 【０００８】さらに本発明によれば、無機材からなる基
材にアルキル鎖を有する有機分子を結合させ、このアル
キル鎖にグラフト重合法によりグラフト鎖を導入させ、
次いでこのグラフト鎖の端部に官能基を結合させること
を含む、上記吸着材料の製造方法が提供される。 【０００９】直接グラフト化が困難な無機材からなる基
材に、グラフト化が容易なアルキル鎖を有する有機分子
を結合させ、この有機分子にグラフト化によって官能基
を結合させることにより、吸着しようとする目的物質に
応じた官能基を結合させることが可能になりかつ十分な
量の官能基を結合させることができる。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。本発明の吸着材料は、図１(a) 〜(d) に示すよ
うに、基材１に有機分子２を結合させ、この有機分子を
グラフト重合の幹として用いてこの有機分子に多くのグ
ラフト鎖３を設け、このグラフト鎖の末端に吸着性能を
発揮する官能基４を設けたものである。この基材１は無
機材からなるものであり、この無機材としては、活性
炭、シリカ、アルミナ、ゼオライト等を用いることがで
きる。 【００１１】有機分子２は上記のようにグラフト重合の
幹として用いられ、従ってグラフト重合可能なアルキル
鎖を有するものを用いる。具体的には、この有機分子は
下式で表される。 Ｒ−（ＣＨ2)n −ＣＨ3 上式中、ＲはＯＨ、ＣＯＯＨ、ＮＨ2 等の水素結合可能
な基、又はＳＨである。また、より多くのグラフト鎖を
設けるため、アルキル鎖は長いことが好ましく、すなわ
ちｎは２以上であり、できるだけ大きいことが好まし
い。但し、以下に記載のように、この有機分子に基材を
浸漬させるため、この有機分子が固体にならない程度の
炭素数であること、具体的にはｎは10以下であることが
好ましい。 【００１２】一般に無機材、特に活性炭及びシリカの表
面には水酸基（ＯＨ）５が存在しており、従って上記式
の有機分子においてＲがＯＨ、ＣＯＯＨ、ＮＨ2 等の水
素結合可能な基である場合、この有機分子に基材を含浸
することにより、図１(a) に示すように、化学親和力に
よって有機分子を基材に結合させることができる。 【００１３】また、チオール、スルフィド、ジスルフィ
ド等がＡｕ等の貴金属表面に安定な単分子配向膜を形成
することが見出されており、すなわち、チオール等のＳ
原子は特異的にＡｕ原子と強い結合を形成することが見
出されている。従って、上記式の有機分子においてＲが
ＳＨである場合、基材１の表面にＡｕ５を蒸着させてお
けば、この有機分子に基材を含浸することにより、Ｓと
Ａｕの間の結合によって有機分子を基材に結合させるこ
とができる。 【００１４】こうして、基材上に有機分子を結合させた
後、この有機分子にグラフト鎖３を設ける。グラフトさ
せる分子としては、グラフト化可能なもの、例えばビニ
ル系化合物、すなわちビニル基Ｈ2 Ｃ＝ＣＨ−を有する
化合物、例えばエチレン、ブチレン、アクリル酸、スチ
レン等が好ましい。このグラフト化では、当該分野にお
いて周知のグラフト重合法を用いる。すなわち、図１
(b) に示すように、基材１に結合させた有機分子２にラ
ジカルを発生させ、このラジカルを開始点としてグラフ
ト鎖をグラフト重合させる。このラジカルを生成させる
方法としては、プラズマ照射、光照射、放射線照射等に
より行うことができるが、均一にラジカルを生成させる
ために放射線照射による方法が好ましい。また、放射線
としては、γ線、電子線、中性子線等を用いることがで
きるが、ラジカルを均一に生成させるため、透過性の高
いγ線を用いることが好ましい。 【００１５】こうして図１(c) に示すように基材１に結
合した有機分子２にグラフト鎖３を設けた後、図１(d)
に示すように、このグラフト鎖の端部に官能基４を導入
する。この官能基としては、吸着しようとする物質に応
じて選択することができ、例えばスルホン基、カルボキ
シル基、アミノ基等を用いることができる。この官能基
は気相反応により付与することができる。 【００１６】 【発明の効果】以上のように、本発明の吸着材料は、無
機材に有機分子を介して吸着性を有する官能基を結合さ
せているため、基材に直接官能基を付与する場合より
も、より多くの官能基を容易に付与することができる。
さらに、無機基材に対して、吸着対象の分子種を効率よ
く、多量に吸着できるようにすることができ、さらに吸
着対象の分子種に応じて官能基を選択することにより、
分子選択性を改良することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吸着材料の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
１…基材
２…有機分子
３…グラフト鎖
４…官能基
５…ＯＨ基又はＡｕ
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 無機材からなる基材とこの基材に結合し
たアルキル鎖を有する有機分子からなり、前記有機分子
が官能基をグラフト鎖として有し、前記基材と有機分子
が基材上のＡｕと有機分子中のＳＨ基を介して結合して
いることを特徴とする吸着材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22138799A JP3525816B2 (ja) | 1999-08-04 | 1999-08-04 | 吸着材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22138799A JP3525816B2 (ja) | 1999-08-04 | 1999-08-04 | 吸着材料及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001038203A JP2001038203A (ja) | 2001-02-13 |
| JP3525816B2 true JP3525816B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=16765985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22138799A Expired - Fee Related JP3525816B2 (ja) | 1999-08-04 | 1999-08-04 | 吸着材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3525816B2 (ja) |
-
1999
- 1999-08-04 JP JP22138799A patent/JP3525816B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001038203A (ja) | 2001-02-13 |
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|---|---|---|---|
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