JP4514686B2

JP4514686B2 - 吸着材を用いた吸着方法

Info

Publication number: JP4514686B2
Application number: JP2005295915A
Authority: JP
Inventors: 丈夫根岸; 幸夫松原
Original assignee: Nippon Mektron KK
Current assignee: Nippon Mektron KK
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2025-10-11
Also published as: JP2007105560A

Description

本発明は、吸着材を用いた吸着方法に関する。さらに詳しくは、ポリイミド樹脂の熱分解生成物を用いた吸着方法に関する。

近年プラスチックを回収して、資源化することが盛んに行われてきており、一部の樹脂は既に実用化に向けて進んでいるものもある。しかしながら、分解温度が高い樹脂であるポリイミド樹脂に関しては、耐熱性であるが故に難分解性でもあり、高エネルギーを駆使しても、分解はされても炭化したりして、再資源化するのが困難な状況にある。そのため、炭化しないように窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中での高温加熱処理が必要とされているが、回収、再利用がうまくいかず、また再生コストがかかりすぎるため、現在は埋立てて廃棄している。

ポリイミド樹脂を分解する方法としては、これ以外にも次のような方法で提案されている。
(1) 一部にポリイミド樹脂を有する部材を、水を入れたオートクレーブ中で200〜400℃でかつその温度での水の飽和水蒸気圧以上の条件で分解する方法
(2) ポリイミドを含有する高分子含有固体を、特定の溶解パラメーターを有する溶剤を含有する高分子分解材料に200℃以上の温度で接触させ、これを分解させる方法
(3) 熱硬化性樹脂を金属化合物触媒の存在下に250〜600℃の高温水蒸気と接触反応させて分解し、再利用可能な低乃至中分子化合物を得る方法
(4) 熱硬化性樹脂製品を超臨界状態または亜臨界状態の水で処理して可溶成分を抽出・分離した後、その不溶または難溶成分を超臨界状態または亜臨界状態の単核フェノールまたはそれと水との混合物を溶媒として可溶化することにより、オリゴマーを主体とする低〜中分子量化合物迄分解する方法
特開２００２−２８４９２４号公報特開２００２−２５６１０４号公報特開２００３−５５４９８号公報特開２００３−９６２３３号公報

しかしながら、上記特許文献3〜4記載の方法(3)、(4)では、熱硬化性樹脂の例としてポリイミド樹脂が記載されてはいるものの、具体的な実施例はすべてエポキシ樹脂(3)またはフェノール樹脂(4)のみであって、耐熱性にすぐれたポリイミド樹脂がこれらの熱硬化性樹脂と同様に熱分解するものとは考えられない。また、上記特許文献1記載の方法(1)では、高温高圧の水中での熱分解が行われ、ポリイミド樹脂が部材から除去されてはいても、それがどのように再利用されるのかについての言及がない。同様に、上記特許文献2記載の方法(2)では、特定溶解パラメーターを有する溶剤、例えばシクロヘキサノンを含有する高分子含有材料を高温で接触させることにより高分子含有固体を分解させているが、やはりポリイミド成分が除去され、電子回路を形成していた銅箔が分離、回収されたと述べられているだけであって、ポリイミド成分がどのように再利用されるのかについての言及がみられない。

本発明の目的は、廃棄物処理に有効でしかも分解物を有効に使用し得るポリイミド樹脂の熱分解物よりなる吸着材を用いた吸着法方法を提供することにある。

かかる本発明の目的は、ポリイミド樹脂を含酸素雰囲気中、一般には空気雰囲気中で500〜650℃の温度で熱分解させて得られたポリイミド樹脂の粉砕物よりなる吸着材を、吸着対象物質としてイオン化された金またはパラジウムを溶存させた溶液中に曝し、吸着させることによって達成される。

本発明で用いられる吸着材は、特に窒素雰囲気中などとすることなく、コストのかからない空気雰囲気中で、ポリイミド樹脂を緩和な条件下で効率良く分解して再利用可能な多孔質体分解物として用いることができるので、環境負荷を低減することができる。しかも、分解物は多孔質体として得られ、それを粉砕したものは吸着材として有効に使用することができ、この吸着材によって吸着された吸着対象物質である金またはパラジウムを一定の条件下で容易に分離あるいは脱離させることができるので、難分解性の廃材を吸着材という有用材料に変貌させるという効果を奏する。しかも、本発明の吸着材は、その初期吸着性にすぐれているばかりではなく、脱離性および脱離後の再吸着効果の点でもすぐれている。

熱分解処理されるポリイミド樹脂としては、市販品、例えばカプトン(東レ・デュポン製品)、アピカル(カネカ製品)、ユーピレックス(宇部興産製品)等のフィルム状あるいはこれと金属などとの積層物であるポリイミド樹脂であって、使用済み製品(廃材)、成形時の不良品やバリなどの余分な成形部分などが挙げられる。

これらのポリイミド樹脂の熱分解処理は、フィルム状のものなどを含酸素雰囲気中、一般には空気雰囲気中で、電気炉などを用い、500〜650℃、好ましくは530〜600℃で、一般に約5〜60分間程度行われる。これよりも低い熱分解温度では、ポリイミド樹脂分解物はフィルム状などの形状を保持したままで多孔質体とはならず、一方これよりも高い熱分解温度では、温度分布により部分的に燃焼を起すこともあるので、電気炉内の温度分布がこの特定された温度範囲内に制御されることが重要である。

ポリイミド樹脂の層が金属層と積層された積層体を形成している場合、例えば回路基板や銅張り板である場合には、上記温度範囲内での熱分解処理に先立って、積層体を含酸素雰囲気中、一般には空気雰囲気中で、電気炉などを用い、200〜400℃、好ましくは250〜350℃で、一般に約0.5〜6時間程度加熱され、ポリイミド樹脂層を金属層から剥離させる処理が行われる。

熱分解処理されたポリイミド樹脂は、高収率で、容易に粉砕できる褐色の多孔質体を与える。この多孔質体は、ミクロ孔内比表面積、外表面積および細孔容量がいずれも大きい値を示しており、これを約10〜1000μm、好ましくは約50〜500μm程度の大きさの粒径に粉砕することにより、活性炭の如き吸着材として使用される。

一般に知られている吸着材としての活性炭の利用形態については、例えば筐体内の多孔質中空糸膜群の間隙空間に粉末状乃至粒状の活性炭を充填した限外ロ過モジュールやエタノール含有ガスを活性炭と接触させてエタノールを吸着させ、次いで蒸気で脱着した後、この蒸気を蒸気浸透膜で濃縮するエタノールの分離濃縮法などが提案されている。
実開昭６０−１８９３０２号公報特開平５−２２７号公報

このように活性炭が吸着材として利用されるのは、その粒子表面に無数の空隙を有し、全表面積を大にしているからであり、一般的な活性炭粒子表面の無数の空隙による全表面積は、活性炭1g当り1000m^２程度ともいわれており、この空隙に吸着対象物質が吸着されるものと考えられる。

しかしながら、このような活性炭に吸着された吸着対象物質、例えば溶液中に溶存するイオン化された金属物質は、活性炭に特有な無数の空隙に吸着されているため、その吸着物を容易に分離、脱離させて活性炭を再生することができず、その再生利用率は一般的には約40％程度となっている。このため、各種吸着対象物質を吸着した活性炭は、新しい活性炭と混ぜて再利用されるが、一部は廃棄され、最後にはその全てが焼却等の手段で廃棄処分されることとなる。

これに対して、本発明に係る吸着材は、溶液中に溶存するイオン化された金またはパラジウム、例えば金洗浄水中の金、金メッキ廃液中の金、キャタリスト廃液中のパラジウム等の吸着に有効である。吸着材に吸着された吸着対象物質の脱離は、例えば貴金属にあっては塩酸を用いるなど、吸着対象物質の種類に応じた公知の脱離方法がとられる。脱離処理された吸着材は、適当な活性化処理を行った上でも用いられるが、そのままでもなお十分なる吸着効果を保持している。

次に、実施例について本発明を説明する。

実施例１
ポリイミド樹脂積層銅張り材(ニッカン工業製品ニカフレックスE-30VC1)の廃材ロール品を、空気雰囲気中350℃に3時間加熱処理してポリイミド樹脂層を銅箔から剥し、このポリイミド樹脂について、空気雰囲気下で570℃、30分間熱分解を行い、熱分解多孔質体を得、この多孔質体を乳鉢を用いて粉砕処理を行った。熱分解処理の際の重量減少率は67％であり、多孔質体粉砕物(粒径100μm)について窒素吸着等温線を測定することにより、ミクロ孔内比表面積(710m^２/g)、外表面積(35m^２/g)および細孔容量(0.37ml/g)をそれぞれ算出した。
(a) このようにして得られた熱分解物多孔質体粉砕物よりなる吸着材を用いて、金メッキ水洗液(金濃度70ppm)100ml中にこの吸着材1kgを投入して、3時間弱く攪拌した後ロ別し、ロ液について原子吸光分析計で金濃度を測定したところ、当該装置の測定限界1ppmを下廻る結果を示していた。仮に、この金濃度を1ppmとすると、上記金メッキ水洗液中の金の98.6％が吸着されたことになる。
(b) このような吸着実験を同一吸着材について10回くり返して行ったが、10回目でもロ液中に含まれる金濃度は1ppm以下であり、この状態の吸着材1kgには金が約70g吸着されたことになり、この吸着材の金吸着限界量が大きいことが分る。
(c) また、この状態の吸着材の全量を6N塩酸 10Lで洗浄し、洗浄液中の金濃度を測定すると、6.9g/Lの濃度を示し、吸着された金の略々全量が溶液中に脱離していることが確認された。
(d) この金脱離吸着材を用い、上記(a)と同様の吸着実験を行い、ロ液中の金濃度を測定すると、やはり測定限界の1ppmを下廻る結果を示した。

実施例２
(a) 実施例１(a)において、金メッキ水洗液の代りに、キャタリスト廃液(パラジウム濃度50ppm)100mlを用いて吸着処理を行ったところ、ロ液中のパラジウム濃度は1.1〜1.3ppmを示し、このことから廃液中のパラジウムの約97〜98％が吸着させたことが分る。
(b) このパラジウム吸着材を3N塩酸 10Lで洗浄し、洗浄液中のパラジウム濃度を測定するとその値は約470ppmであり、吸着されたパラジウムの略々96％が脱離されていた。
(c) このようにしてパラジウムを脱離させた吸着材について、上記(a)と同様のキャタリスト廃液吸着処理を行うと、ロ液中のパラジウム濃度は1.1〜1.3ppmと変わらなかった。

比較例１
(a) 市販活性炭(日本エンバイロケミカルズ製品粒状白鷺KL)1kgを用いて、実施例１(a)と同様の吸着処理を行うと、金メッキ水洗液(金濃度70ppm)吸着処理後のロ液中の金濃度は1.3ppmであり、吸着効率は98.1％であった。
(b) このような吸着実験を同一吸着剤について10回くり返して行い、ロ液中の金濃度を測定すると、次のような結果が得られた。
表１
回数ロ液中の金濃度(ppm)
１１．３
２１．３
３１．５
４１．８
５２．２
６４．１
７６．０
８７．１
９９．４
10 １２．０
(c) 実施例１(c)と同様に、上記(b)の吸着材の全量を10Lの6N塩酸で洗浄し、洗浄液中の金濃度を測定すると4.1g/Lの濃度を示した。上記(b)の結果から、吸着材には金65.3gが吸着されていたが脱離量は41gであり、脱離率は約63％であった。
(d) この金脱離吸着材を用い、上記(a)と同様の吸着試験を行い、ロ液中の金濃度を測定すると47ppmであり、このことから金濃度70ppmの金メッキ水洗液の約33％の金を吸着したことになり、本実施例の吸着材と比較してその吸着性能は約33％にとどまっていた。

比較例２
上記市販活性炭を用い、実施例２(a)、(b)、(c)と同様の吸着および脱離を行った。
(a) ロ液中のパラジウム濃度は1.3ppmであり、キャタリスト廃液中からのパラジウム吸着率は97.4％であった。
(b) 洗浄塩酸中のパラジウム濃度は224ppmであり、吸着されたパラジウムの約42.6％が脱離したにすぎない。
(c) このようにパラジウムを脱離させた吸着材について、上記(a)と同様のキャタリスト廃液吸着処理を行い、ロ液中のパラジウム量を測定すると42.5ppmのパラジウムが残っており、吸着率は15％であった。

以上の結果から、市販品活性炭は初期吸着は良好であるが、脱離および脱離後の再吸着効果に乏しいことが分る。

Claims

ポリイミド樹脂を含酸素雰囲気中で500〜650℃の温度で熱分解して得られたポリイミド樹脂多孔質体の粉砕物よりなる吸着材を、吸着対象物質としてイオン化された金またはパラジウムを溶存させた溶液中に曝すことを特徴とする吸着対象物質の吸着方法。