JP3642894B2 - セレン吸着性樹脂およびその製造方法ならびにセレンの分離または除去方法 - Google Patents

セレン吸着性樹脂およびその製造方法ならびにセレンの分離または除去方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セレン吸着性樹脂およびその製造方法ならびにセレンの分離または除去方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
セレンは有害な金属であるため、その排水基準および環境基準は、各々0.1ppm、0.01ppmと厳しく定められている。この基準を達成するために、産業界では、省資源、省エネルギー的で且つ効率的なセレン分離システムの出現が待望されている。
【0003】
従来、セレン吸着性樹脂として、ミヨシ油脂製の商品「エポラスK−6」等のアニオン交換樹脂が知られている。しかしながら、アニオン交換樹脂は、セレン酸、亜セレン酸をアニオン交換により捕捉(吸着)するため、セレン濃度が希薄でしかも高濃度の塩類が共存する産業排水からのセレンの吸着には充分な効果を発揮し得ない。
【0004】
また、アニオン交換樹脂にビスムチオール−IIやアゾチオフィリンジスルホン酸などを担持した樹脂はセレン(IV)を吸着することが報告されている。しかしながら、これらの薬品を担持した樹脂は、長期に繰り返し利用が出来ないという欠点を有し、しかも、使用する薬品が高価なため、排水処理への工業的利用には不適当である。その他、溶液中のセレンの分離法としては、鉄塩による還元沈殿法が知られている。
【0005】
一方、特開昭59−179506号公報には、側鎖にエピスルフィド基を有するアクリル系モノマーを主成分とする共重合体にメルカプト基を導入することにより、重金属イオンに対して良好な吸着性を有し、耐酸化性、耐熱水性、耐久性に優れた樹脂が開示され、また、当該樹脂により吸着される多数の重金属イオンが具体的に列記されている。
【0006】
しかしながら、上記の公報に具体的に列記されている重金属イオンは、金、白金、銀、水銀、鉛、銅、ニッケル、カドミウム及び砒素のみであり、セレンは記載されていない。また、特開昭57−145032号公報にも、メルカプト基を有するキレート樹脂による砒素の分離方法が開示されているが、セレンの選択的吸着については何ら示唆されていない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、多量の塩類および少量のセレン含有水溶液からでもセレンを選択的に吸着する樹脂およびその製造方法ならびにセレンの分離または除去方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、隣接したジメルカプト基を有する前述のキレート樹脂によれば、意外にも、効率的にセレンを吸着し得ることを見い出し、さらに、多量のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、塩素イオン、硫酸イオンが共存するセレン含有水溶液からでも、効率的かつ選択的にセレンを除去できることを見い出し、本発明を完成した。
【0009】
すなわち、本発明の第1の要旨は、隣接したジメルカプト基を有する不溶性重合体から成ること特徴とするセレン吸着性樹脂に存し、第2の要旨は、エピスルフィド基を有する不溶性重合体を水硫化アルカリと反応させることを特徴とするセレン吸着性樹脂の製造方法に存し、第3の要旨は、上記のセレン吸着性樹脂にセレン含有水溶液を接触させてセレンを選択的に吸着させることを特徴とするセレンの分離または除去方法に存する。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。先ず、本発明の第1の要旨に係るセレン吸着性樹脂について説明する。本発明のセレン吸着性樹脂は、隣接したジメルカプト基を有する不溶性重合体から成る。ここで、隣接したジメルカプト基とは、二つのメルカプト基が隣接した炭素原子に結合しているものをいう。
【0011】
本発明のセレン吸着性樹脂における不溶性重合体としては、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂などが挙げられ、これらは、必要により適当な架橋構造を有する。本発明のセレン吸着性樹脂の外観形状は、適宜、粒状、球状、繊維状、フィルム状などとされる。また、その内部構造は、表面積が大きいゲル型または多孔性型が好ましく、中でも、多孔性型がより好ましい。セレン吸着性樹脂の吸着性能は、樹脂の組成、物理的性質(細孔構造、膨潤度)及び形状などによって異なるが、一般に、導入されたジメルカプト基含有率が高いほどセレン吸着性能は高い。
【0012】
次に、本発明の第2の要旨に係るセレン吸着性樹脂の製造方法について説明する。本発明の製造方法は、エピスルフィド基を有する不溶性重合体を水硫化アルカリと反応させることを特徴とする。
【0013】
エピスルフィド基を有する不溶性重合体は、通常、2,3−エピチオプロピルメタクリレートを主成分とする架橋共重合体として製造されるが、エポキシ基を有する不溶性重合体とチオ尿素またはチオシアン酸塩とを反応させて製造することも出来る。斯かる具体的な方法としては、(1)α位炭素に置換基を有していてもよいアクリル酸のグリシジルエステル及びアリルグリシジルエーテルからなる群から選択される1種以上の単量体を主成分として含むモノマーを架橋共重合した後、チオ尿素またはチオシアン酸塩を反応させてエピスルフィド基を導入する方法、(2)反応活性を有するエポキシ基が適当量残存するエポキシ樹脂にチオ尿素またはチオシアン酸塩を反応させてエピスルフィド基を導入する方法などが挙げられる。
【0014】
エピスルフィド基を有する不溶性重合体と水硫化アルカリとを反応させる際、水硫化アルカリは、水またはアルコールを溶媒とする溶液として使用するのが好ましい。この場合、使用するアルコールは、メチルアルコール、エチルアルコール又はプロピルアルコールが好ましい。水硫化アルカリのアルコール溶液を加えて反応させる場合は、より容易に隣接ジメルカプト基を有するセレン吸着性樹脂が得られる。
【0015】
エピスルフィド基を有する不溶性重合体と水硫化アルカリとの反応条件は、エピスルフィド基を有する不溶性重合体の種類に応じ、それぞれ適宜選択される。反応温度は一般に高温条件を採用する必要はなく、常温から100℃の間から選択される。具体的な反応温度および時間としては、室温から60℃で10分から72時間反応で充分である。エピスルフィド基を有する重合体が多孔性の場合は、水硫化アルカリとの反応は非常に容易であるため、50℃、30分から1時間で反応はほぼ平衡に達する。
【0016】
次に、本発明の第3の要旨に係るセレンの分離または除去方法について説明する。本発明の分離または除去方法は、隣接したジメルカプト基を有する不溶性重合体から成るセレン吸着性樹脂にセレン含有水溶液を接触させてセレンを選択的に吸着させることを特徴とする。
【0017】
本発明の分離または除去方法は、従来公知のイオン交換樹脂またはキレート樹脂による溶液中のイオンの吸着分離法と同様に、バッチ法またはカラム法により行うことが出来る。すなわち、セレン含有水溶液にセレン吸着性樹脂を適当な方法により接触させることにより、セレンは、樹脂に吸着されて溶液中から分離除去される。
【0018】
本発明の分離または除去方法において、セレン含有水溶液としては、セレン酸、亜セレン酸またはそれらの塩類の水溶液が挙げられる。また、セレン含有水溶液としては、セレンと高濃度の他の塩類(アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、塩素イオン、硫酸イオン等)を含有し、セレンの濃度が希薄である水溶液が挙げられる。そして、本発明の分離または除去方法によれば、上記の何れのセレン含有水溶液の場合でも処理後の水溶液にはセレンが極く微量しか残存しない程度にセレンを分離・除去することが出来る。
【0019】
上記の方法と同様にして、本発明のセレン吸着性樹脂を使用して、化学工業、冶金工業、電気、電子産業などにおけるセレンを含有する産業排水の処理に有効に利用することが出来る。
【0020】
また、本発明のセレン吸着性樹脂は、カラムに充填して使用するのが取り扱いが容易で好ましい。カラムの素材には、例えば、ガラス、アクリル樹脂、ステンレス、陶器などが適宜使用される。
【0021】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【0022】
実施例1
2,3−エピチオプロピルメタクリレート83.4mol%、ジビニルベンゼン10.0mol%、エチルビニルベンゼン6.6mol%の組成物に、全モノマー量に対して100容量%の2−エチルヘキシルアルコール(希釈剤)を加え、通常の方法により懸濁重合してエピスルフィド基を有する球状多孔性共重合体(比表面積77m2 /g)を得た。得られた共重合体の10gにエタノール性水硫化カリウム飽和液60mlを加え、50℃で1時間反応させ、隣接ジメルカプト基を有するセレン吸着性樹脂を得た。得られたセレン吸着性樹脂の硫黄含量は18.0%であった。
【0023】
実施例2
メタクリル酸グリシジル83.4mol%、ジビニルベンゼン10.0mol%エチルビニルベンゼン6.6mol%の組成物に、全モノマー量に対して140容量%のメチルイソブチルケトン(希釈剤)を加え、通常の方法により懸濁重合して球状多孔性共重合体(比表面積41m2 /g)を得た。得られた共重合体の10gにチオシアン酸アンモニウムの飽和メタノール溶液60mlを加え、30℃で48時間反応させ、エポキシ基をエピスルフィド基に置換した球状共重合体(比表面積81m2 /g)を得た。得られた球状共重合体の10gにエタノール性水硫化カリウム飽和液60mlを加え、50℃で1時間反応させ、隣接ジメルカプト基を有するセレン吸着性樹脂を得た。得られたセレン吸着性樹脂の硫黄含量は17.0%であった。
【0024】
実施例3
メタクリル酸グリシジル90mol%とトリエチレングリコールジメタクリレート10mol%とを混合した後、当該混合物に対して100容量%の酢酸イソブチル(希釈剤)を加え、通常の方法により懸濁重合して比表面積15m2 /gの球状共重合体を得た。得られた球状共重合体に、実施例2と同様にしてチオシアン酸アンモニウムを反応させた後、更に、エタノール性水硫化カリウム飽和液を反応させ、隣接ジメルカプト基を有するセレン吸着性樹脂を得た。得られたセレン吸着性樹脂の硫黄含量は18.0%であった。
【0025】
実施例4〜7
表1に示す組成のセレン水溶液100ml(処理前)に、実施例1で得られたセレン吸着性樹脂0.5gを加え、30℃で24時間、震盪処理した後、水溶液(処理後)中に残存するセレンを定量測定し、本発明のセレン吸着性樹脂のセレン吸着分離能を評価した。結果を表1に示した。
【0026】
【表1】
Figure 0003642894
【0027】
表1から明らかな様に、共存する塩化ナトリウム濃度が1000ppmに増加された場合であっても、残存するセレンの濃度は0.1ppm以下であり、本発明のセレン吸着性樹脂の性能は、高濃度のナトリウムイオン及び塩素イオンが共存していても優れていることが認められた。
【0028】
実施例8〜10
実施例4〜7と同様に、表2に示す組成のセレン水溶液100ml(処理前)に、実施例1で得られたセレン吸着性樹脂0.5gを加え、30℃、24時間振り混ぜた後、水溶液(処理後)中に残存するセレンを定量測定し、本発明のセレン吸着性樹脂のセレン吸着分離能に及ぼす硫酸イオンの影響を評価した。結果を表2に示した。
【0029】
【表2】
Figure 0003642894
【0030】
表2から明らかな様に、高濃度のナトリウムイオン及び硫酸イオンが共存する場合であっても、残存するセレンの濃度は0.1ppm以下であり、本発明のセレン吸着性樹脂の性能は、高濃度のナトリウムイオン及び硫酸イオンが共存していても優れていることが認められた。
【0031】
実施例11
セレンを100ppm含有する水溶液100ml(処理前)に、実施例2で得られたセレン吸着性樹脂0.5gを加え、30℃で24時間震盪処理した後、水溶液(処理後)中に残存するセレンを定量測定し、本発明のセレン吸着性樹脂のセレン吸着分離能を評価した。残存するセレン濃度は0.1ppm以下であり、優れたセレンの吸着性能が認められた。
【0032】
実施例12
実施例2で得られたセレン吸着性樹脂を湿潤容積として10ml採り、内径10mmのガラス製カラム容器に充填してセレン吸着性樹脂カラムを作製した(充填高さ125mm)。このカラムに、セレン濃度1ppmの水溶液を空間速度(SV)15/hで通液した。カラムから流出する溶液中のセレン濃度を測定し、その結果を表3に示した。表3から明らかな様に、本発明のセレン吸着性樹脂を充填したカラムは効率よくセレンを吸着・除去することが認められた。
【0033】
【表3】
Figure 0003642894
【0034】
【発明の効果】
以上説明した本発明のセレン吸着性樹脂は、高濃度のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、塩素イオン、硫酸イオン等が共存するセレン含有水溶液からセレンを選択的に吸着してセレンを分離・除去することが出来、セレンを含む種々の排水からセレンを省エネルギー的にしかも容易に基準以下になる様に処理することが出来、さらに、カラムに充填しても優れた吸着能が認められる。従って、本発明の工業的価値は極めて大である。

Claims (8)

  1. 隣接したジメルカプト基を有する不溶性重合体から成ることを特徴とするセレン吸着性樹脂。
  2. カラムに充填して成る請求項1に記載のセレン吸着性樹脂。
  3. エピスルフィド基を有する不溶性重合体と水硫化アルカリとを反応させることを特徴とするセレン吸着性樹脂の製造方法。
  4. エポキシ基を有する不溶性重合体とチオ尿素またはチオシアン酸塩とを反応させエピスルフィド基を有する不溶性重合体を製造する請求項2に記載のセレン吸着性樹脂の製造方法。
  5. 請求項1又は2に記載のセレン吸着性樹脂にセレン含有水溶液を接触させてセレンを選択的に吸着させることを特徴とするセレンの分離または除去方法。
  6. セレン含有水溶液が、セレン酸、亜セレン酸またはそれらの塩類を含有する請求項5に記載のセレンの分離または除去方法。
  7. セレン含有水溶液が、セレンと高濃度の他の塩類とを含有する請求項5に記載のセレンの分離または除去方法。
  8. セレン含有水溶液が、セレン含有産業排水である請求項5に記載のセレンの分離または除去方法。
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