JP4839445B2 - Phosphorous collecting material, method for producing the same, and phosphorus collecting method - Google Patents

Phosphorous collecting material, method for producing the same, and phosphorus collecting method Download PDF

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Description

本発明は、河川や湖沼、海水や排水等の水中のリンを捕集するためのリン捕集材に関する。再生して繰り返し利用可能なことを特徴とするリン捕集材とその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a phosphorus collecting material for collecting phosphorus in water such as rivers, lakes, seawater and drainage. The present invention relates to a phosphorus collection material characterized by being recyclable and reusable and a method for producing the same.

リンは肥料や各種工業用原料として重要な材料であって、長年に亘って大量に使用され大量に排出されてきた。その結果として、河川や海洋が富栄養化して赤潮の大量発生や水域生態系の破壊等の環境問題を起こす原因となっているだけでなく、このまま放置すれば、近未来において、資源の枯渇が間違いなく、現実の問題となる。そこで、排水中のリン回収が急務の課題となり、各方面で研究開発がなされているが、実用化には至っていない。   Phosphorus is an important material as a fertilizer and various industrial raw materials, and has been used and discharged in large quantities for many years. As a result, rivers and oceans are eutrophied and cause environmental problems such as the occurrence of large red tides and destruction of aquatic ecosystems. If left untreated, resources will be depleted in the near future. Definitely a real problem. Therefore, the recovery of phosphorus in wastewater has become an urgent issue, and research and development has been conducted in various fields, but it has not been put into practical use.

開発中のこれらのリン除去技術には、排水中にリン酸或いは有機リン化合物として含有されている比較的高濃度のリン化合物を、微生物を用いて捕集する方法(HS法やMAP法)がある。この方法では、排水中のリン化合物は、汚泥中に濃縮されて捕集されるが、この汚泥処理が新たな問題となっている。一方、河川や湖沼中の低濃度のリン化合物については、リン捕集材を用いて捕集することにより河川や湖沼の浄化を図る方法も提案されている。例えば、水酸化アルミニウム,水酸化鉄,リン鉱石等のリン吸着作用を有する物質とゼオライトとを水溶性高分子ゲル内に包括固定化してリン捕集材となし、これを用いて河川や湖沼中の低濃度のリンとアンモニアとを同時に除去する方法(特許文献1参照)や、リン捕集成分である炭酸カルシウムをベントナイト(粘土鉱物)とを水溶性高分子化合物と混合して乾燥することにより耐水性化してリン捕集材となし、これを用いて河川や湖沼中の低濃度のリンを除去する方法(特許文献2参照)がある。低濃度のリン捕集に関しては、環境水の浄化が目的であり、リンを回収して利用することは検討されていない。   These phosphorus removal technologies under development include a method (HS method or MAP method) that uses a microorganism to collect a relatively high concentration of phosphorus compounds contained in wastewater as phosphoric acid or organic phosphorus compounds. is there. In this method, the phosphorus compound in the wastewater is concentrated and collected in the sludge, but this sludge treatment becomes a new problem. On the other hand, a method for purifying rivers and lakes by collecting phosphorus compounds in rivers and lakes using phosphorus collectors has also been proposed. For example, phosphorus-absorbing substances such as aluminum hydroxide, iron hydroxide, and phosphate ore and zeolite are comprehensively immobilized in a water-soluble polymer gel to form a phosphorus collector, which can be used in rivers and lakes. By simultaneously removing low concentrations of phosphorus and ammonia (see Patent Document 1), and mixing calcium carbonate, which is a phosphorus-collecting component, with bentonite (clay mineral) and a water-soluble polymer compound, and then drying. There is a method for removing water at low concentrations in rivers and lakes (see Patent Document 2). Regarding the collection of low-concentration phosphorus, the purpose is to purify environmental water, and it has not been studied to collect and use phosphorus.

一方、リンは前述の通り、各種工業原料として重要な物質であり、しかも、生物の営みに不可欠な物質であって、その重要性は年々増加の傾向にあるにも拘わらず、我が国は100%輸入に頼っている。しかるに、世界におけるリン可採埋蔵量は数十年で枯渇すると見積もられており、欧米諸国ではその資源確保が懸念され、既に米国では、リンの輸出を禁止している。   On the other hand, as described above, phosphorus is an important material for various industrial raw materials, and is also an indispensable material for living organisms. Even though its importance is increasing year by year, Japan is 100% Rely on imports. However, it is estimated that phosphorus reserves in the world will be depleted in decades, and there are concerns about securing resources in Western countries, and the United States has already banned phosphorus exports.

特開平7−8945号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-8945 特開平11−216479号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-216479

上記の排水や河川,湖沼中のリン除去方法やリン捕集方法は、環境問題の観点からの排水処理や河川,湖沼の浄化方法であって、資源問題の観点からのリン捕集方法ではない。従って、処理水の浄化は期待できるが、リン資源の回収の面では多くを期待し難い問題がある。即ち、排水処理設備から産出される汚泥にリンが濃縮されているとはいえ、リン以外の金属成分も多量に含んでおり、工業原料としてのリン資源としては不適切である。従って、焼却処理されるか埋め立て処理されているのが現状である。一方、前記特許文献1及び2によると、捕集したリン化合物を含むリン捕集材を、肥料や土壌改良材として山林や畑に散布することが、リンの回収利用方法として開示されているが、工業用原料としての回収には適していないことは明らかである。   The above-mentioned methods for removing phosphorus and collecting phosphorus in drains, rivers and lakes are methods for wastewater treatment and purification of rivers and lakes from the viewpoint of environmental issues, not phosphorus collection methods from the viewpoint of resource problems. . Therefore, although purification of treated water can be expected, there is a problem that it is difficult to expect much in terms of recovery of phosphorus resources. That is, even though phosphorus is concentrated in the sludge produced from the wastewater treatment facility, it contains a large amount of metal components other than phosphorus and is inappropriate as a phosphorus resource as an industrial raw material. Therefore, the current situation is that it is incinerated or landfilled. On the other hand, according to Patent Documents 1 and 2, it is disclosed as a method for recovering and utilizing phosphorus that a phosphorus collection material containing a collected phosphorus compound is sprayed on a forest or a field as a fertilizer or a soil improvement material. Clearly, it is not suitable for recovery as an industrial raw material.

本発明は、係る背景の下になされたものであり、工場排水や生活排水中の比較的高濃度のリン含有排水から、河川や湖沼,海水中の低濃度のリン含有水までを対象とし、これらの中のリンを効率よく、再利用可能な形で回収するために、リン酸基含有化合物と選択的に反応して沈殿を生じる化合物を分子レベルで高分子化合物に高分散して不溶化し、再生利用可能なリン捕集材を製造する。次に、捕集したリンを高純度に容易に回収することができる新規なリン捕集材とその製造方法及びリン捕集方法を提供するものである。   The present invention has been made under such a background, and covers from relatively high concentration phosphorus-containing wastewater in factory wastewater and domestic wastewater to rivers, lakes, and low concentration phosphorus-containing water in seawater. In order to efficiently recover phosphorus in these forms in a reusable form, compounds that react selectively with phosphate group-containing compounds to form precipitates are highly dispersed and insolubilized in polymer compounds at the molecular level. To produce recyclable phosphorus scavengers. Next, the present invention provides a novel phosphorus collecting material that can easily collect the collected phosphorus with high purity, a method for producing the same, and a phosphorus collecting method.

本発明者は、リン捕集機能を有するジルコニウム化合物(Zr化合物)又はチタン化合物(Ti化合物)の1種以上を、高分子化合物と架橋反応によってナノ複合化して不溶化させることにより、目的とする新規なリン捕集材の開発に成功した。即ち、本発明は、水溶性Zr化合物又は水溶性Ti化合物の1種以上と、水酸基,アミノ基,カルボキシル基のいずれかを有する水溶性高分子化合物とからなる水溶液を室温から250℃にて乾燥・加熱し、前記水溶性ジルコニウム化合物又は水溶性チタン化合物中のジルコニウム又はチタンと前記水溶性高分子化合物とを直接架橋反応させてナノ複合化により不溶化してリン捕集材となすものである。このリン捕集材中のZr又はTiを水中のリン化合物と反応させ、リン酸化合物を生成させてリンを捕集した後、これをアルカリ洗浄することによって容易に元の状態に再生される。 The inventor of the present invention aims to make one or more of a zirconium compound (Zr compound) or a titanium compound (Ti compound) having a phosphorus scavenging function nanocomposite with a polymer compound by a cross-linking reaction so as to be insolubilized. Has succeeded in developing a new phosphorus collector. That is, the present invention dries an aqueous solution comprising at least one water-soluble Zr compound or water-soluble Ti compound and a water-soluble polymer compound having any one of a hydroxyl group, an amino group, and a carboxyl group at room temperature to 250 ° C. - heating, said water-soluble zirconium compound or a zirconium or titanium of the water-soluble titanium compound and said water-soluble polymer compound by direct cross-linking reaction was insolubilized by nanocomposite of those formed by the phosphorus adsorbent. Zr or Ti in the phosphorus collecting material is reacted with a phosphorus compound in water to form a phosphoric acid compound to collect phosphorus, and then it is easily regenerated to its original state by washing with alkali.

尚、前記架橋反応させるに当たり、モンモリロナイトやヘクトライトなどのスメクタイト系膨潤性珪酸塩鉱物又は合成スメクタイト(スメクタイト系膨潤性層状珪酸塩)を添加混合して該層間に前記架橋反応物を介在させると共に該珪酸塩を架橋し、Ti化合物やZr化合物を更に高分散化することも可能である。ポリビニルアルコール(PVA)などの水溶性高分子が膨潤性珪酸塩層間を押し広げてインターカレーションすることはよく知られている。
In the cross-linking reaction, a smectite swellable silicate mineral such as montmorillonite or hectorite or a synthetic smectite (smectite swellable layered silicate) is added and mixed, and the cross-linking reaction product is interposed between the layers. It is also possible to crosslink the silicate and further disperse the Ti compound or Zr compound. It is well known that water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol (PVA) spread and intercalate between swellable silicate layers.

水溶性Zr化合物又は水溶性Ti化合物としては、具体的には、塩化ジルコニル,硫酸ジルコニル,硝酸ジルコニル,酢酸ジルコニル,炭酸ジルコニルアンモニウム,キレート系ジルコニウム,アミノカルボン酸系ジルコニウム,水酸化ジルコニウムゾル,ジルコニアゾル,三塩化チタン,四塩化チタン,硫酸チタン,酸塩化チタン,乳酸チタン,ペルオキソチタネート,キレート系チタネート,チタニアゾルの群から選ばれた水溶性Zr化合物又はTi化合物の1種以上から選択するのが好ましく、更に、水溶性高分子化合物としては、具体的には、ポリビニルアルコール,エチレンビニルアルコール,ポリアクリル酸,ポリアクリルアミド,ポリアリルアミン及びカルボキシメチルセルロース,これらポリマーの共重合体及びブロックポリマーの群から選ばれた水溶性高分子化合物の1種以上から選択するのが好ましい実施態様である。更に、これらの水溶性有機化合物の繊維から形成された合成樹脂紙や不織布を用いて、リン捕集材を形成することも可能である。因みに、水酸基,アミノ基,カルボキシル基を有する高分子化合物はZr化合物やTi化合物と反応し、ZrやTiが高分子の側鎖を架橋して、水に難溶な三次元構造体を構築することはよく知られている。
The water-soluble Zr compound or a water-soluble Ti compound, specifically, zirconyl chloride, zirconyl sulfate, zirconyl nitrate, zirconyl acetate, zirconyl ammonium carbonate, chelate zirconium, amino acid-based, zirconium sol hydroxide, zirconia sol It is preferably selected from one or more of water-soluble Zr compounds or Ti compounds selected from the group consisting of titanium trichloride, titanium tetrachloride, titanium sulfate, titanium oxychloride, titanium lactate, peroxotitanate, chelate titanate, and titania sol Furthermore, specific examples of water-soluble polymer compounds include polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyallylamine and carboxymethylcellulose, copolymers of these polymers and block polymers. A preferred embodiment is chosen from one or more water soluble polymer compound selected from the group consisting of mer. Furthermore, it is also possible to form a phosphorus scavenger using synthetic resin paper or nonwoven fabric formed from fibers of these water-soluble organic compounds. Incidentally, a polymer compound having a hydroxyl group, an amino group, or a carboxyl group reacts with a Zr compound or a Ti compound, and Zr or Ti crosslinks a side chain of the polymer to construct a three-dimensional structure that is hardly soluble in water. That is well known.

又、このリン捕集材は、リン捕集後はアルカリ洗浄することにより再生可能であるので、繰り返し使用することができ、再生時に回収されたリン酸塩水溶液は不純物を殆ど含有しないリン酸塩溶液であるから、リンが容易に濃縮分離可能となる。   Further, since this phosphorus collecting material can be regenerated by washing with alkali after collecting phosphorus, it can be used repeatedly, and the phosphate aqueous solution recovered at the time of regeneration is a phosphate containing almost no impurities. Since it is a solution, phosphorus can be easily concentrated and separated.

本発明によると、Zr又はTiは、容易にリン酸基化合物と結合すると共に、アルカリ洗浄することによって容易にリン酸を遊離してリン酸塩を生成分離させるので、リン捕集材の再生とリン酸基の分離によるリンの回収を容易に行うことが可能となる。これにより、リン捕集材から分離回収され且つ元の排水や河川や湖沼中のリン濃度から極めて高濃度に濃縮されたアルカリリン酸塩水溶液が得られるので、容易に常法によってリンの回収が可能となり、リン資源としての再利用が可能となる。   According to the present invention, Zr or Ti easily binds to a phosphoric acid group compound, and liberates phosphoric acid easily by alkali washing to form and separate phosphates. It becomes possible to easily recover phosphorus by separating phosphate groups. As a result, an alkaline phosphate aqueous solution separated and recovered from the phosphorus collection material and concentrated to an extremely high concentration from the phosphorus concentration in the original drainage, rivers and lakes can be obtained. It becomes possible and can be reused as phosphorus resources.

以下に本発明について詳細に説明する。先ずリン捕集材について説明する。リン捕集材としては、前記特許文献1には、水酸化アルミニウム,活性アルミナ,水酸化鉄,鉄粉,鹿沼土,アロフェーン,骨炭,リン鉱石及びマグネシウムが上げられており、又、特許文献2には、炭酸カルシウムが上げられている。これらに水中のリン捕集機能があるとしても、本発明では使用できない。本発明で使用するリン捕集機能を有する材料としては3つの機能が要求される。即ち、第1に高分子化合物との架橋反応性であり、第2に水溶性であり、第3に再生可能性である。第1の機能は、リン捕集物質を高分子化合物と化学的に結合させて安定して保持させるための必須の要件であり、単に吸着等による物理的保持では、繰り返し使用される過程で水中に放出されてリン吸収剤の性能低下を招くことになる。第2の機能は、リン捕集材の製造上、水溶性高分子化合物と均一に混合させて、均一なリン捕集材を製造するために必要な機能である。第3の機能は、本発明の最も重要な機能であり、捕集したリンを回収してリン資源として再利用するために必要な機能である。上記特許文献1及び2に記載の物質は、一部に水溶性高分子との架橋性を有するものもあるが、全て非水溶性であって前記第2の機能を有しておらず、又、これらのリン酸化物は容易に元の状態に再生する事ができないので前記第3の機能を有していない。
The present invention is described in detail below. First, the phosphorus collecting material will be described. As the phosphorus collecting material, Patent Document 1 includes aluminum hydroxide, activated alumina, iron hydroxide, iron powder, Kanuma earth, allophane, bone charcoal, phosphorus ore, and magnesium. , Calcium carbonate is raised. Even if these have a function of collecting phosphorus in water, they cannot be used in the present invention. Three materials are required as a material having a phosphorus collecting function used in the present invention. That is, first a cross-linking reactivity with the polymer compound, a second water-soluble, it is renewability the third. The first function is an indispensable requirement for stably holding a phosphorus scavenging substance chemically bonded to a polymer compound. In physical holding simply by adsorption or the like, Will be released to cause a decrease in the performance of the phosphorus absorbent. The second function is a function necessary for producing a uniform phosphorus collecting material by mixing uniformly with a water-soluble polymer compound in the production of the phosphorus collecting material. The third function is the most important function of the present invention, and is a function necessary for collecting the collected phosphorus and reusing it as a phosphorus resource. Although some of the substances described in Patent Documents 1 and 2 have crosslinkability with a water-soluble polymer, they are all water-insoluble and do not have the second function. These phosphor oxides do not have the third function because they cannot be easily regenerated.

上記第1〜第3の機能を満足し、これに経済性を加味して選択された物質が、本発明で使用される水溶性Zr化合物と水溶性Ti化合物である。係る観点から選定された本発明で使用するリン捕集材原料としては、塩化ジルコニル,硫酸ジルコニル,硝酸ジルコニル,酢酸ジルコニル,炭酸ジルコニルアンモニウム,キレート系ジルコニウム,アミノカルボン酸系ジルコニウム,水酸化ジルコニウムゾル,ジルコニアゾル等の水溶性のZr化合物、三塩化チタン,四塩化チタン,硫酸チタン,酸塩化チタン,ペルオキソチタネート,キレート系チタネート,チタニアゾル等の水溶性のTi化合物が上げられる。
The first to satisfy the third function, this is material selected in consideration of economic efficiency, water-soluble Z r compound and a water-soluble T i compounds used in the present invention. As the phosphorus collecting material used in the present invention selected from such a viewpoint, zirconyl chloride, zirconyl sulfate, zirconyl nitrate, zirconyl acetate, zirconyl ammonium carbonate, chelate-based zirconium, aminocarboxylic acid-based zirconium, zirconium hydroxide sol, water-soluble Zr compounds such as zirconia sol, titanium trichloride, titanium tetrachloride, titanium sulfate, titanium oxy chloride, peroxo titanate, chelate titanates, water-soluble Ti compound such as titania sol and the like.

次に水溶性高分子化合物について説明する。本発明で使用する高分子化合物としては、次の2つの機能が要求される。第1は水溶性であり、第2はZr化合物又はTi化合物との架橋反応性である。第1の機能は、前述の通り水溶性のZr化合物やTi化合物と均一に混合させて均一なリン捕集材を製造するために必要な機能であり、第2の機能は、リン捕集機能を有するZr化合物やTi化合物を不溶化して安定化させるために必要な機能である。係る観点から本発明で使用される水溶性高分子化合物としては、ZrやTiと架橋反応を生じる水酸基やアミノ基やカルボキシル基を有する水溶性高分子化合物であり、具体的には、ポリビニルアルコール(PVA),エチレンビニルアルコール(EVOH),ポリアクリル酸(PAA),ポリアクリルアミド,ポリアリルアミン及びカルボキシメチルセルロース(CMC),これらポリマーの共重合体及びブロックポリマーが上げられる。中でも架橋性と経済性を考慮すると、PVAが好ましい材料である。
Next, the water-soluble polymer compound will be described. As the polymer compound used in the present invention, the following two functions are required. The first is a water-soluble, second is the cross-linking reactivity with Zr compound or Ti compound. The first function is a function required to produce a uniform phosphorus trapping material uniformly mixed and as described above a water-soluble Zr compound and Ti compound, second feature, phosphorus collecting function This is a function necessary for insolubilizing and stabilizing the Zr compound and Ti compound having bismuth. From such a viewpoint, the water-soluble polymer compound used in the present invention is a water-soluble polymer compound having a hydroxyl group, an amino group or a carboxyl group that causes a crosslinking reaction with Zr or Ti. Specifically, polyvinyl alcohol ( PVA), ethylene vinyl alcohol (EVOH), polyacrylic acid (PAA), polyacrylamide, polyallylamine and carboxymethylcellulose (CMC), copolymers of these polymers and block polymers. Among them, PVA is a preferable material in consideration of crosslinkability and economy.

次に、架橋反応による不溶化について説明する。前述の水溶性高分子化合物に架橋剤としてZr化合物やTi化合物を添加すると共に加熱処理すると、ZrやTiが架橋点となってポリマー鎖のアルコール基やアミノ基,カルボン酸基と反応して架橋し、ポリマーの組織を3次元化して不溶化する。架橋反応による不溶化率は、Zr化合物やTi化合物と水溶性高分子材料の比率や加熱温度及びpH並びに化合物の組合せによって異なるので、高不溶化率を得るための最適条件は、試験等を通して適宜設定すればよい。一般には、室温、好ましくは50℃から250℃の温度域で乾燥・加熱することにより不溶化できるが、好ましくは100〜160℃の温度域を用いる。
Next , insolubilization by a crosslinking reaction will be described. When a Zr compound or Ti compound is added as a crosslinking agent to the water-soluble polymer compound and heat treatment is performed, Zr or Ti becomes a crosslinking point and reacts with the alcohol group, amino group or carboxylic acid group of the polymer chain to crosslink. Then, the polymer structure is three-dimensionalized and insolubilized. The insolubilization rate due to the cross-linking reaction varies depending on the ratio of the Zr compound or Ti compound and the water-soluble polymer material, the heating temperature and pH, and the combination of the compounds. That's fine. Generally, it can be insolubilized by drying and heating at room temperature, preferably 50 ° C to 250 ° C, but preferably a temperature range of 100 to 160 ° C is used.

本発明においては、前記水溶性Zr化合物又は水溶性Ti化合物と水溶性高分子化合物の他にスメクタイト系膨潤性層状珪酸塩を添加混合して、これら3物質間で架橋反応を生じさせたリン捕集材もある。本発明で使用するスメクタイト系膨潤性層状珪酸塩は、天然に豊富に存在するモンモリロナイトやモンモリロナイトを主成分とするベントナイト等の粘土状鉱物が好適な原料である。これらは、スメクタイトに属する天然珪酸塩鉱物であるが、サポナイトやヘクトライト等の合成スメクタイトも使用可能である。これら3種の混合物の場合には、前記スメクタイト系膨潤性層状珪酸塩の層間に水酸化ジルコニウムや水酸化チタニウムのポリカチオンが浸透して層状珪酸塩―Zr/Ti―高分子化合物の架橋体が得られるので、これを脱水したのち熱処理して固化させてリン捕集材として使用する。
In the present invention, in addition to the water-soluble Zr compound or water-soluble Ti compound and the water-soluble polymer compound, a smectite-based swellable layered silicate is added and mixed, and a phosphorus trap that causes a crosslinking reaction between these three substances. There is also gathering. The smectite-based swellable layered silicate used in the present invention is preferably a natural raw material such as montmorillonite or a clay mineral such as bentonite mainly composed of montmorillonite. These are natural silicate minerals belonging to smectite, but synthetic smectites such as saponite and hectorite can also be used. These three in the case of mixtures, the crosslinked product of the layered silicate -Zr / Ti- polymer compound polycation interlayer zirconium hydroxide and hydroxide of titanium of the smectite swellable layered silicate to penetrate Therefore, after dehydrating, it is heat-treated and solidified and used as a phosphorus scavenger.

尚、実用上は、リン捕集材を適当な形状に成形する必要があるが、用途に応じてその形状の選択は自由である。例えば架橋反応を行った生成物をフィルムやファイバーとして成形して利用できる。セラミックハニカムや金属メッシュ等の適当な担体表面に被覆して乾燥或いは熱処理したり、固形化した後粉砕してペレットやハニカム状に成形したりすることも可能である。更に、前記高分子化合物の繊維を用いて成形した紙(合成樹脂紙)や不織布を用い、これを前記Zr化合物やTi化合物の水溶液に浸漬したり、該紙や不織布の表面に前記水溶液を塗布又は散布したのち、前述の熱処理を施して架橋反応を生じさせて不溶化し、これをリン捕集材とすることも可能である。
In practice, it is necessary to form the phosphorus collecting material into an appropriate shape, but the shape can be freely selected depending on the application. For example, the product subjected to the crosslinking reaction can be used as a film or fiber. An appropriate carrier surface such as a ceramic honeycomb or a metal mesh can be coated and dried or heat-treated, or solidified and then pulverized to form pellets or honeycombs. Furthermore, the paper (synthetic resin sheet) which is molded using a fiber of the polymer compound and using a non-woven fabric, said water solution which or immersed in aqueous solution of the Zr compound and Ti compound, on the surface of the paper or non-woven fabric After applying or spraying, it is also possible to perform the above-mentioned heat treatment to cause a cross-linking reaction to insolubilize it and use it as a phosphorus scavenger.

次に本発明の実施例について説明する。本願発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。   Next, examples of the present invention will be described. The present invention is not limited to these examples.

〔リン捕集材の製造〕
水溶性Zr化合物として塩化ジルコニル(ZrOCl・8HO)を用い、水溶性高分子化合物としてPVA(重合度1700,ケン化度98%)を用いた。先ず、0.5モル/lの塩化ジルコニル水溶液40mlに10wt%のPVA水溶液160mlを混合撹拌して均一混合物を形成し、エバポレータを用いて50〜60℃の熱水浴で体積が約半分になるまで濃縮した。この濃縮して得られた粘凋液中に24メッシュのステンレス金網を3回浸漬して該金網面に膜状に粘凋液をコーティングし、これを50℃で乾燥させ、この乾燥物を0.05モル/lのNaOH水溶液で洗浄し、乾燥物中に残留している塩素分を除去した後、更に150℃で1時間熱処理を行ってステンレス金網を担体とする膜状のリン捕集材(メッシュ成膜試料)を形成した。尚、ZrとPVAの架橋反応は、前記50〜60℃での濃縮工程や50℃での乾燥工程及び150℃での熱処理工程のいずれでも進行している。
[Manufacture of phosphorus collector]
Zirconyl chloride (ZrOCl 2 · 8H 2 O) was used as the water-soluble Zr compound, and PVA (polymerization degree 1700, saponification degree 98%) was used as the water-soluble polymer compound. First, a homogeneous mixture is formed by mixing and stirring 160 ml of 10 wt% PVA aqueous solution with 40 ml of 0.5 mol / l zirconyl chloride aqueous solution, and the volume is reduced to about half in a hot water bath at 50 to 60 ° C. using an evaporator. Until concentrated. A 24-mesh stainless steel wire mesh is dipped in the viscous liquid obtained by this concentration three times to coat the viscous liquid in a film form on the surface of the metal mesh, and this is dried at 50 ° C. After washing with 0.05 mol / l NaOH aqueous solution to remove the chlorine remaining in the dried product, heat treatment is further performed at 150 ° C. for 1 hour to form a film-like phosphorus collector using a stainless steel wire mesh as a carrier. (Mesh film formation sample) was formed. The crosslinking reaction between Zr and PVA proceeds in any of the concentration step at 50 to 60 ° C., the drying step at 50 ° C., and the heat treatment step at 150 ° C.

〔高濃度リン酸溶液を用いたリンの捕集とリン捕集材の再生〕
実施例1で製造したリン捕集材を,0.1モル/lのリン酸(HPO)水溶液中に1時間浸漬し、これを十分に水洗して付着してリン酸水溶液を除去した後、0.05モル/lのNaOH水溶液に浸漬して捕集したリン酸をリン捕集材から溶出させると共に、リン捕集材の再生を行った。リン捕集量はNaOH水溶液のリン酸濃度をICP分析によって測定した。そして再生したリン捕集材は再び前記リン酸水溶液中に1時間浸漬し、前述の手順で捕集したリン酸の溶出とリン捕集材の再生及びリン捕集量の測定を繰り返し実施した。図1に繰り返し回数とリン捕集量の関係を示す。尚、このリン捕集と溶出メカニズムは、リン捕集材中の水酸化ジルコニウムがリン酸と反応してリン酸ジルコニウム〔Zr(HPO2〕様の非晶質の化合物を生成することによりリン酸水溶液中のリン酸を捕集し、これをNaOH水溶液に浸漬することによって、リン酸基はリン酸ナトリウム〔NaPOやNaHPO〕となって溶出し、Zr基は元の水酸化ジルコニウムに再生されると考えられる。
[Collection of phosphorus using high-concentration phosphoric acid solution and regeneration of phosphorus collection material]
The phosphorus-collecting material produced in Example 1 was immersed in an aqueous solution of 0.1 mol / l phosphoric acid (H 3 PO 4 ) for 1 hour, washed thoroughly with water and adhered to remove the aqueous phosphoric acid solution. After that, the phosphoric acid collected by dipping in 0.05 mol / l NaOH aqueous solution was eluted from the phosphorus collection material, and the phosphorus collection material was regenerated. The amount of phosphorus collected was determined by ICP analysis of the phosphoric acid concentration of the NaOH aqueous solution. The regenerated phosphorus collection material was again immersed in the phosphoric acid aqueous solution for 1 hour, and the elution of the phosphoric acid collected in the above-described procedure, the regeneration of the phosphorus collection material, and the measurement of the amount of phosphorus collection were repeated. FIG. 1 shows the relationship between the number of repetitions and the amount of phosphorus collected. The phosphorus collection and elution mechanism is based on the fact that zirconium hydroxide in the phosphorus collection material reacts with phosphoric acid to produce a zirconium phosphate [Zr (HPO 4 ) 2 ] -like amorphous compound. By collecting the phosphoric acid in the phosphoric acid aqueous solution and immersing it in the NaOH aqueous solution, the phosphate group is eluted as sodium phosphate [Na 3 PO 4 or Na 2 HPO 4 ], and the Zr group is the original It is thought that it is regenerated to zirconium hydroxide.

図1から明らかなように、製膜に用いたZr−PVA複合乾燥膜1g当たり、初期に1.6ミリ当量(meq/g)以上のリン酸捕集量を示し、リン捕集材は10回の繰り返し使用においても1.3meq/gの捕集量を維持していた。その後、引き続き20回の繰り返し使用によってもこの捕集量を保持しており、充分に実用に耐えるリン捕集材であることが確認された。   As is clear from FIG. 1, the initial amount of phosphoric acid collected is 1.6 milliequivalents (meq / g) or more per gram of the Zr-PVA composite dry film used for film formation. The collected amount of 1.3 meq / g was maintained even after repeated use. After that, it was confirmed that the collected amount of phosphorus was retained even after repeated use for 20 times, and was a phosphorus collecting material that was sufficiently practical.

〔低濃度リン酸溶液を用いたリンの捕集〕
実施例1で製造したリン捕集材を各種リン酸濃度の水溶液に浸漬してリン酸捕集量を実施例2と同様の方法によって測定した。その結果を表1に示す。
[Collection of phosphorus using low-concentration phosphoric acid solution]
The phosphorus collection material manufactured in Example 1 was immersed in aqueous solutions having various phosphoric acid concentrations, and the amount of phosphoric acid collected was measured by the same method as in Example 2. The results are shown in Table 1.

Figure 0004839445
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表1から明らかなように1ppmの低濃度のリン酸溶液からもリン酸の回収が可能なことが分かる。又、人工海水を用いて同様の試験を行ったが、繰り返し再生して使用しても捕集量に殆ど変化がなく、海水中からのリン回収の可能性も確認された。   As is apparent from Table 1, it can be seen that phosphoric acid can be recovered from a phosphoric acid solution having a low concentration of 1 ppm. Moreover, although the same test was conducted using artificial seawater, there was almost no change in the amount collected even when repeatedly used, and the possibility of phosphorus recovery from seawater was also confirmed.

スメクタイト系膨潤性珪酸塩鉱物を併用したリン捕集材の製造〕
スメクタイト系膨潤性層状珪酸塩としてNa型モンモリロナイト(イオン交換容量CEC=100meq/100g)に水とアセトン(水:アセトン=2:1)を添加混合して均一に分散させ1wt%のNa型モンモリロナイト分散液(Na−Mont分散液)を調整した。この分散液中に、別途調整した10wt.%のPVA水溶液を重量比でPVA/Mont=0.5の量を添加すると共に、0.1モル/lの塩化ジルコニル水溶液を過剰に添加して撹拌混合することにより、モンモリロナイトの層間にモンモリロナイトとZrとPVAの架橋体(Mont−Zr−PVA)を合成した。得られた懸濁液をアセトンにて洗浄しつつ遠心分離器にて固形分(Mont−Zr−PVA)を分離回収し、得られた固形分を120℃にて1時間加熱処理して不溶化したリン捕集材を製造した。
[Manufacture of phosphorus scavengers using smectite swellable silicate minerals ]
As a smectite-based swellable layered silicate, water and acetone (water: acetone = 2: 1) are added to and mixed uniformly with Na-type montmorillonite (ion exchange capacity CEC = 100 meq / 100 g), and 1 wt% of Na-type montmorillonite is dispersed. The liquid (Na-Mont dispersion) was prepared. A 10 wt.% PVA aqueous solution prepared separately was added to this dispersion in an amount of PVA / Mont = 0.5 by weight, and an excess of 0.1 mol / l zirconyl chloride aqueous solution was added and stirred. By mixing, montmorillonite, a cross-linked body of Zr and PVA (Mont-Zr-PVA) was synthesized between montmorillonite layers. The resulting suspension was washed with acetone and the solid content (Mont-Zr-PVA) was separated and recovered with a centrifuge, and the obtained solid content was insolubilized by heating at 120 ° C. for 1 hour. A phosphorus scavenger was produced.

〔Mont−Zr−PVAによるリンの捕集と再生使用〕
0.1モル/lのオルトリン酸水溶液を調製し、これに実施例4で製造したリン捕集材の粉状体を添加して数時間撹拌し、リンの捕集を行った後、遠心分離してリン捕集材を回収し、充分水洗した後、0.05モル/lのNaOH水溶液を加えて撹拌し、リン捕集材の再生とリン酸の溶液中への溶出(リン酸の回収)試験を行った。溶液中に溶出したリン酸量はICPにより計測してリン捕集量を測定した。又、再生したリン捕集材を用いて同様の試験を複数回繰り返した。その結果を図2に示す。
[Collection and recycling of phosphorus by Mont-Zr-PVA]
A 0.1 mol / l orthophosphoric acid aqueous solution was prepared, and the powdered phosphorus-collecting material produced in Example 4 was added thereto and stirred for several hours to collect phosphorus, followed by centrifugation. After collecting the phosphorus collection material and thoroughly washing with water, 0.05 mol / l NaOH aqueous solution is added and stirred to regenerate the phosphorus collection material and elution into the solution of phosphoric acid (recovery of phosphoric acid) ) Tested. The amount of phosphoric acid eluted in the solution was measured by ICP to measure the amount of phosphorus collected. Moreover, the same test was repeated several times using the regenerated phosphorus collection material. The result is shown in FIG.

図2から明らかなように、本発明のリン捕集材は、同図の線(b)に示されている様に、6回の再生使用にも拘わらず、ほぼ一定したリン捕集量を示している。このことから、本発明に係るリン捕集材は、再生して繰り返し使用することが可能であることが分かる。因みに、同図の線(a)に示したデータは、実施例4におけるPVAを添加することなくMont−Zrの架橋体を合成して同様の手法で製造したMont−Zr架橋体によるリン捕集材を用いた試験例であり、1回目は高いリン捕集量を示すが、2回目、3回目とリン捕集量は次第に低下し、再生利用が不可能であることを示している。   As is apparent from FIG. 2, the phosphorus trapping material of the present invention has a substantially constant amount of phosphorus trapped, despite being regenerated six times, as indicated by the line (b) in FIG. Show. From this, it can be seen that the phosphorus collection material according to the present invention can be regenerated and used repeatedly. Incidentally, the data shown in the line (a) in the figure is the phosphorus collection by the Mont-Zr cross-linked product produced by synthesizing the cross-linked product of Mont-Zr without adding PVA in Example 4 by the same method. This is a test example using a material, and the first time shows a high phosphorus collection amount, but the second and third times and the phosphorus collection amount gradually decrease, indicating that recycling is impossible.

上記したモンモリロナイト(Mont)の層間における架橋体の形成とリン酸捕集等について説明する。Montの格子定数a×bは5.21Å×9.12Åであり、α-リン酸Zrの格子定数は5.30Å×9.08Åであって共に層状構造を有しており、面内での格子定数及び原子配列は酷似している。従って、Montの層間にリン酸Zr層を挿入して交互に積層複合化して架橋化することが可能である。図3のX線回折パターン図に示す通り、Na−Montの底面間隔は12.5Åである(図中(a)参照)が、この水酸化ジルコニウム架橋により底面間隔は約22Åに拡大している(図中(b)参照)。これにオルトリン酸を加えると底面間隔は19.4Åになり(図中(c)参照)、Zr−Mont架橋体にリン酸が反応していることが分かる。d=7.6Åの回折ピークは架橋体の結晶外部に生成したα-リン酸Zrによるものと考えられる。また、水洗の繰り返しにより底面間隔が12.6ÅのMontに戻っていること(図中(d)参照)から、層間のZrはリン酸Zrと共に溶出してしまい、Zr−Mont架橋体は水洗に対して不安定であるから再生使用には適さないことが分かる。このことは、前記図2の線(a)に示された試験結果とも一致している。   The formation of a cross-linked body between the layers of the montmorillonite (Mont) and the collection of phosphoric acid will be described. Mont has a lattice constant a × b of 5.21 Å × 9.12 Å, and α-phosphate Zr has a lattice constant of 5.30 Å × 9.08 っ て, both having a layered structure. The lattice constant and atomic arrangement are very similar. Accordingly, it is possible to insert a phosphoric acid Zr layer between the layers of the Mont and alternately stack and combine them to crosslink. As shown in the X-ray diffraction pattern diagram of FIG. 3, the bottom spacing of Na-Mont is 12.5 mm (see (a) in the figure), but the bottom spacing is increased to about 22 mm by this zirconium hydroxide bridge. (See (b) in the figure). When orthophosphoric acid is added to this, the distance between the bottom surfaces becomes 19.4 mm (see (c) in the figure), and it can be seen that phosphoric acid is reacted with the Zr-Mont cross-linked product. The diffraction peak at d = 7.6Å is considered to be due to α-phosphate Zr produced outside the crystal of the crosslinked product. Moreover, since the interval between the bottom surfaces has returned to 12.6 mm by repetitive washing with water (see (d) in the figure), Zr between the layers is eluted together with Zr phosphate, and the Zr-Mont cross-linked product is washed with water. On the other hand, since it is unstable, it turns out that it is not suitable for a reproduction use. This coincides with the test result shown by the line (a) in FIG.

これに対しMontにPVAを添加したものでは、図4のX線回折パターン図に示す通り、Montの底面間隔12.5Åから25Å(図中(a)参照)に膨潤している。これに塩化ジルコニル水溶液を添加してMont−Zr−PVAの架橋体を形成したものでは、底面間隔は24.9Å(図中(b)参照)と殆ど変化していないが、結晶性は向上していた。このMont−Zr−PVAの架橋体に水洗を繰り返しても底面間隔に殆ど変化はなく、再生使用が可能であることは、前記図2の線(b)に示された試験結果とも一致している。   On the other hand, in the case where PVA is added to Mont, as shown in the X-ray diffraction pattern diagram of FIG. In the case where a cross-linked product of Mont-Zr-PVA was formed by adding an aqueous solution of zirconyl chloride to this, the bottom surface spacing was almost unchanged at 24.9 mm (see (b) in the figure), but the crystallinity was improved. It was. Even if this Mont-Zr-PVA cross-linked product is repeatedly washed with water, there is almost no change in the distance between the bottom surfaces, and the fact that it can be recycled is consistent with the test results shown in the line (b) in FIG. Yes.

〔リンの捕集と捕集材の繰り返し再生試験〕
実施例1にならってリン捕集材を製造し,リン酸溶液からのリン捕集とリン捕集材の再生試験を繰り返し行った。0.1モル/lのリン酸(HPO)水溶液中に、実施例1と同様な方法で製造したリン捕集材(メッシュ成膜試料)を室温で2時間浸漬した。取り出して水洗し、付着した余分なリン酸水溶液を除去した後、0.05モル/lのNaOH水溶液に浸漬して吸着したリン酸を捕集材から溶出させ、NaOH水溶液中に溶出したリン量をICP分析により測定した。リンを放出して再生されたリン捕集材は、再び前記のリン酸水溶液中に2時間浸漬し、上述の操作を繰り返すことにより、30回の繰り返し再生試験を行った。その結果を図5に示す。同図より明らかなように、実施例2をよく再現しており、さらに30回までの繰り返し再生試験に耐える性能を有することがわかった。繰り返し試験において、20回目以降のリン捕集容量(リン吸着量)は0.95meq/gでほぼ一定である。
[Phosphorus collection and repeated regeneration test of collected material]
A phosphorus collecting material was produced in the same manner as in Example 1, and phosphorus collection from the phosphoric acid solution and a regeneration test of the phosphorus collecting material were repeated. In a 0.1 mol / l phosphoric acid (H 3 PO 4 ) aqueous solution, a phosphorus collection material (mesh film formation sample) produced by the same method as in Example 1 was immersed at room temperature for 2 hours. After removing the excess phosphoric acid aqueous solution attached and removing it, the phosphoric acid adsorbed by dipping in 0.05 mol / l NaOH aqueous solution is eluted from the collection material, and the amount of phosphorus eluted in the NaOH aqueous solution Was measured by ICP analysis. The phosphorus collecting material regenerated by releasing phosphorus was immersed again in the phosphoric acid aqueous solution for 2 hours, and the above operation was repeated, and 30 repetitive regeneration tests were performed. The result is shown in FIG. As is clear from the figure, Example 2 was well reproduced, and it was found that it had the ability to withstand repeated reproduction tests up to 30 times. In the repeated test, the phosphorus collection capacity (phosphorus adsorption amount) after the 20th time is 0.95 meq / g, which is substantially constant.

〔チタン化合物を用いるリン捕集材の製造と再生試験〕
チタンテトライソプロポキシド(Ti(OC)14.3 gを1 モル/l濃度の塩酸溶液240mlに加え(モル比でHCl/Ti=5)、室温で数時間撹拌した。チタンイソプロポキシドは加水分解により、最初はゲル状の白色沈殿を生じるが、撹拌を続けると塩酸により解膠し、透明な溶液が得られた。PVA(重合度2000,ケン化度98%)を5wt%含む水溶液にチタンイソプロポキシド塩酸溶液を加え混合した。この時、Ti/PVA重量比が0.3(30wt%)となるように混合量を調整した。得られた混合溶液を実施例1と同様に、24メッシュのステンレス製金網を用いて成膜し、50℃で乾燥、0.05モル/lNaOH水溶液で洗浄後、乾燥器を用いて100℃で30分、続いて120℃で1時間乾燥させた。同様にして、チタン含有量(Ti/PVA)を10wt%に調整した試料を合成した。30及び10wt%のTi含有試料をそれぞれ、Ti(30)−PVA及びTi(10)−PVAと標記する。
[Production and regeneration test of phosphorus collector using titanium compound]
14.3 g of titanium tetraisopropoxide (Ti (OC 3 H 7 ) 4 ) was added to 240 ml of 1 mol / l hydrochloric acid solution (HCl / Ti = 5 in molar ratio) and stirred at room temperature for several hours. Titanium isopropoxide initially produced a gel-like white precipitate by hydrolysis. However, when stirring was continued, the solution was peptized with hydrochloric acid to obtain a transparent solution. A titanium isopropoxide hydrochloric acid solution was added to and mixed with an aqueous solution containing 5 wt% of PVA (polymerization degree 2000, saponification degree 98%). At this time, the mixing amount was adjusted so that the Ti / PVA weight ratio was 0.3 (30 wt%). The obtained mixed solution was formed into a film using a 24 mesh stainless steel wire mesh in the same manner as in Example 1, dried at 50 ° C., washed with 0.05 mol / l NaOH aqueous solution, and then dried at 100 ° C. using a dryer. Dry for 30 minutes followed by 1 hour at 120 ° C. Similarly, a sample in which the titanium content (Ti / PVA) was adjusted to 10 wt% was synthesized. Samples containing 30 and 10 wt% Ti are labeled Ti (30) -PVA and Ti (10) -PVA, respectively.

ステンレスメッシュに成膜したTi―PVA試料について、リン酸の捕集試験を行った。試験にはリン濃度300ppmのリン酸溶液を用い、5時間浸漬した後、溶液の濃度変化から捕集量を測定した。その後、試料をよく水洗し、0.05モル/lNaOH水溶液にメッシュ試料を3時間浸漬し、溶液に溶出するリン酸量から脱着量を測定した。リン酸濃度の測定には、IPCを用いた。繰り返し試験は良好で、リンの捕集(吸着)と脱着量はよく対応している。5回までの繰り返し試験におけるリン脱着量から求めたリン捕集量の測定結果を図6に示す。この結果は、Ti―PVAがZr含有試料と同様に、リンの吸脱着に繰り返し使用できることを示している。Ti含有量の多いTi(30)−PVAは、含有量の少ないTi(10)−PVAに比較して、リン捕集容量(吸着量)が3倍以上に大きいことが分かった。   A phosphoric acid collection test was performed on a Ti-PVA sample formed on a stainless steel mesh. In the test, a phosphoric acid solution having a phosphorus concentration of 300 ppm was used, and after immersion for 5 hours, the amount collected was measured from the change in concentration of the solution. Thereafter, the sample was washed thoroughly with water, the mesh sample was immersed in 0.05 mol / l NaOH aqueous solution for 3 hours, and the amount of desorption was measured from the amount of phosphoric acid eluted in the solution. IPC was used to measure the phosphoric acid concentration. Repeated tests are good, and phosphorus collection (adsorption) and desorption amount correspond well. FIG. 6 shows the measurement results of the amount of collected phosphorus determined from the amount of phosphorus desorbed in up to 5 repetition tests. This result shows that Ti-PVA can be repeatedly used for the adsorption and desorption of phosphorus, similarly to the Zr-containing sample. It was found that Ti (30) -PVA with a large Ti content has a phosphorus collection capacity (adsorption amount) three times or more larger than Ti (10) -PVA with a small content.

〔PVA紙を用いるリン捕集材の製造〕
PVA短繊維を原料に作られたPVA紙(市販のPVA紙で、部分的なホルマール化処理が施されているもの)を、約3cm角に裁断し、これを0.05モル/lZrOCl・8HO水溶液に浸し、約80℃で1時間加熱後、50℃で乾燥、0.05モル/lNaOH水溶液で洗浄した。その後、120℃で1時間加熱処理を行い、Zr−PVA複合体を作製した。この合成ではPVA紙は部分的に膨潤するが、溶解せず、紙の形状を保持している。Zrの含有量は、ZrOCl・8HOの浸漬量を調整して、Zr/PVA重量比が約0.1となるようにした。得られたZr−PVA紙を用いて、リン酸の吸脱着試験を行った。Zr−PVA紙を300ppmのリンを含有するリン酸水溶液に12時間浸漬してリン吸着を行った後、水洗し、0.05モル/lNaOH水溶液に浸漬してリンを脱着した。リンの吸脱着量はICP及びイオンクロマトグラフを用いて測定した。
結果を図7に示す。5回までの吸脱着試験によって、吸着容量は約0.38meq/gであり、PVAを溶解して作製したメッシュ試料に比較して、容量は低いが、繰り返し特性は良好であり、PVA紙を用いても、性能のよい繰り返し利用可能なリン捕集材が製造できることが分かった。
[Manufacture of phosphorus collecting material using PVA paper]
PVA paper made of PVA short fibers (commercially available PVA paper that has been partially formalized) is cut into approximately 3 cm squares, and this is cut into 0.05 mol / l ZrOCl 2. It was immersed in an 8H 2 O aqueous solution, heated at about 80 ° C. for 1 hour, dried at 50 ° C., and washed with a 0.05 mol / l NaOH aqueous solution. Then, heat processing were performed at 120 degreeC for 1 hour, and the Zr-PVA composite was produced. In this synthesis, the PVA paper partially swells but does not dissolve and retains the paper shape. The Zr content was adjusted such that the Zr / PVA weight ratio was about 0.1 by adjusting the amount of ZrOCl 2 .8H 2 O immersion. The adsorption / desorption test of phosphoric acid was performed using the obtained Zr-PVA paper. Zr-PVA paper was immersed in a phosphoric acid aqueous solution containing 300 ppm of phosphorus for 12 hours for phosphorus adsorption, washed with water, and immersed in a 0.05 mol / l NaOH aqueous solution to desorb phosphorus. The amount of phosphorus absorbed and desorbed was measured using ICP and ion chromatograph.
The results are shown in FIG. By adsorption / desorption tests up to 5 times, the adsorption capacity is about 0.38 meq / g, which is lower than the mesh sample made by dissolving PVA, but has good repeatability, and PVA paper Even when used, it was found that a reusable phosphorus collecting material with good performance can be produced.

〔亜リン酸の吸脱着試験〕
実施例1と同様な方法で作製したZr−PVAメッシュ試料を用いて、亜リン酸の吸脱着試験を行った。比較のため、同時に作製したメッシュ試料を用いて、リン酸の吸脱着試験を行った。結果を図8に示す。
溶液のリン濃度はリン酸、亜リン酸共に、約3,000ppmである。図8より明らかなように、リン酸および亜リン酸はよく似た吸脱着容量を示し、繰り返し使用できることが分かった。
[Adsorption / desorption test of phosphorous acid]
Using a Zr-PVA mesh sample produced in the same manner as in Example 1, an adsorption / desorption test of phosphorous acid was performed. For comparison, an adsorption / desorption test of phosphoric acid was performed using the mesh sample prepared at the same time. The results are shown in FIG.
The phosphorus concentration of the solution is about 3,000 ppm for both phosphoric acid and phosphorous acid. As is apparent from FIG. 8, it was found that phosphoric acid and phosphorous acid showed similar adsorption / desorption capacity and could be used repeatedly.

〔人工海水中からのリンの捕集試験〕
実施例1と同様な方法で作製したZr−PVAメッシュ試料を用いて、海水中でのリン吸着試験を行った。人工海水(塩分3.4%、塩分の内訳:NaCl77.9%,MgCl2 9.6%,MgSO4 6.1%,CaSO4 4.0%,KCl2.1%)を調製し、リン酸を人工海水で希釈して、リンを10〜3,000ppmの濃度で含有する人工海水を調製し、リン捕集試験を行った。結果を表2に示す。表2に示すように、海水中でも、リン捕集量は共存イオンにより殆ど影響を受けないことが分かった。
[Phosphorus collection test from artificial seawater]
Using a Zr-PVA mesh sample produced by the same method as in Example 1, a phosphorus adsorption test in seawater was performed. Artificial seawater (3.4% salinity, breakdown of salinity: NaCl 77.9%, MgCl 2 9.6%, MgSO 4 6.1%, CaSO 4 4.0%, KCl 2.1%) was prepared and phosphoric acid Was diluted with artificial seawater to prepare artificial seawater containing phosphorus at a concentration of 10 to 3,000 ppm, and a phosphorus collection test was conducted. The results are shown in Table 2. As shown in Table 2, it was found that the amount of phosphorus trapped in seawater was hardly affected by the coexisting ions.

Figure 0004839445
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[有機リンの捕集試験]
実施例1と同様な方法で作製したZr−PVAメッシュ試料を用いて、有機リン(リン酸エステル)の捕集試験を行った。表3に有機リンの種類と水溶液のリン濃度,処理時間(浸漬時間),吸着量(捕集量)を示す。リン吸着量はICPにより測定した。有機リンに対しても吸着容量があり,有機リンの有効な捕集材であることが明らかとなった。これにより、界面活性剤や難燃剤,生物起源の有機リンに対しても有望なリン捕集材であることが理解される。
[Organic phosphorus collection test]
Using a Zr-PVA mesh sample produced by the same method as in Example 1, a collection test for organic phosphorus (phosphate ester) was performed. Table 3 shows the types of organic phosphorus, the concentration of phosphorus in the aqueous solution, the treatment time (immersion time), and the adsorption amount (collected amount). The phosphorus adsorption amount was measured by ICP. It has also been shown that it has an adsorption capacity for organophosphorus and is an effective collector for organophosphorus. As a result, it is understood that this is a promising phosphorus scavenger for surfactants, flame retardants, and biologically derived organic phosphorus.

Figure 0004839445
Figure 0004839445

以上の説明は、水溶性Zr化合物及び水溶性Ti化合物として塩化ジルコニル及びチタンテトライソプロポキシドを用いた例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、前述した通り、他の水溶性Zr化合物や水溶性Ti化合物の使用が可能である。同様に、水溶性高分子化合物としてもPVAによる試験例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、前述した通り、ZrやTiと架橋反応を生じる他の水溶性高分子化合物の使用も可能である。要は、リン捕集能とアルカリ洗浄によるリン離脱能を有するZr又はTiと、これと架橋反応を生じる高分子化合物との任意の組合せであればよく、その組合せも特に限定されるものではない。   The above explanation is an example using zirconyl chloride and titanium tetraisopropoxide as the water-soluble Zr compound and water-soluble Ti compound, but the present invention is not limited to this, and as described above, other water-soluble A water-soluble Zr compound or a water-soluble Ti compound can be used. Similarly, a PVA test example is shown as a water-soluble polymer compound, but the present invention is not limited to this, and as described above, other water-soluble polymers that cause a crosslinking reaction with Zr or Ti. The use of compounds is also possible. In short, any combination of Zr or Ti having phosphorus collection ability and phosphorus detachment ability by alkali washing and a polymer compound that causes a crosslinking reaction may be used, and the combination is not particularly limited. .

又、アルカリ洗浄によってリン酸を離脱させて得られたリン酸水溶液は、不純物を殆ど含有しないアルカリリン酸塩水溶液であるので、産業上利用可能な形態としてのリン化合物として容易に回収することが可能となり、100%輸入に頼っているリン資源の回収によるリサイクルシステムの確立が容易となる。この意味で、本発明は、我が国の資源戦略上からも極めて有用な発明と言える。   Moreover, since the phosphoric acid aqueous solution obtained by removing phosphoric acid by alkali washing is an alkaline phosphate aqueous solution containing almost no impurities, it can be easily recovered as a phosphorus compound in an industrially usable form. This makes it possible to easily establish a recycling system by collecting phosphorus resources that rely on 100% import. In this sense, the present invention can be said to be an extremely useful invention in terms of Japan's resource strategy.

本発明は、水溶性Zr化合物又は水溶性Ti化合物と水溶性高分子化合物とを原料として安価に且つ容易にリン捕集材を製造することができ、しかも、従来のように使い捨てするものではなく再生使用可能なリン捕集材であるので、再生過程で生成するリン酸塩は新たなリン資源として有効に利用することができるから、排水中からのリン回収、河川や湖沼からのリン回収、更には海洋からのリン回収等に使用できる。従って、単に従来の環境問題や生態系保全の問題だけでなく、我が国のリン資源問題の解決に寄与する発明であるので、その社会的影響は大なるものがあり、各方面での利用が期待される。   The present invention can produce a phosphorus scavenger at a low cost and easily using a water-soluble Zr compound or a water-soluble Ti compound and a water-soluble polymer compound as raw materials, and is not disposable as in the prior art. Since it is a recyclable phosphorus trapping material, the phosphate produced in the regeneration process can be used effectively as a new phosphorus resource, so it can recover phosphorus from wastewater, recover phosphorus from rivers and lakes, Furthermore, it can be used for phosphorus recovery from the ocean. Therefore, it is an invention that contributes to the solution of the phosphorus resource problem in Japan, as well as conventional environmental problems and ecosystem conservation problems, so its social impact is significant and is expected to be used in various fields. Is done.

本発明に係るZr−PVA系のリン捕集材の再生利用回数とリン酸捕集量との関係の1例を示すグラフである。It is a graph which shows one example of the relationship between the frequency | count of recycling of the Zr-PVA type | system | group phosphorus collection material which concerns on this invention, and phosphoric acid collection amount. 本発明に係るモンモリロナイト−Zr−PVA系リン捕集材及び比較例としてのモンモリロナイト−Zr系リン捕集材の再生利用回数とリン酸捕集量との関係の1例を示すグラフである。It is a graph which shows one example of the relationship between the frequency | count of recycling of the montmorillonite-Zr-PVA type | system | group phosphorus collection material which concerns on this invention, and the montmorillonite-Zr type phosphorus collection material as a comparative example, and a phosphoric acid collection amount. モンモリロナイト及びモンモリロナイト−Zr系架橋体のX線回折パターン図である。It is a X-ray-diffraction pattern figure of a montmorillonite and a montmorillonite-Zr type crosslinked body. モンモリロナイト−PVA系及びモンモリロナイト−Zr−PVA系のX線回折パターン図である。It is a X-ray-diffraction pattern figure of a montmorillonite-PVA system and a montmorillonite-Zr-PVA system. 本発明に係るZr−PVA系のリン捕集材の再生利用回数とリン酸捕集量との関係の他の実施例のグラフである。It is a graph of the other Example of the relationship between the frequency | count of recycling of the Zr-PVA type | system | group phosphorus collection material based on this invention, and phosphoric acid collection amount. 本発明に係るTi−PVA系のリン捕集材の再生利用回数とリン酸捕集量との関係の1例を示す実施例のグラフである。It is a graph of the Example which shows one example of the relationship between the frequency | count of reproduction | regeneration of the Ti-PVA type | system | group phosphorus collection material which concerns on this invention, and phosphoric acid collection amount. 本発明に係るPVA紙を用いたリン捕集材の再生利用回数とリン酸捕集量との関係の1例を示すグラフである。It is a graph which shows one example of the relationship between the frequency | count of recycling of the phosphorus collection material using the PVA paper which concerns on this invention, and a phosphoric acid collection amount. 本発明に係るZr−PVA系のリン捕集材による亜リン酸とリン酸の捕集量とリン捕集材の再生利用回数との関係の1例を示すグラフである。It is a graph which shows one example of the relationship between the collection amount of phosphorous acid and phosphoric acid by the Zr-PVA type phosphorus collection material which concerns on this invention, and the frequency | count of recycling of a phosphorus collection material.

Claims (15)

水中のリン化合物を捕集するリン捕集材であって、
水溶性ジルコニウム化合物又は水溶性チタン化合物の1種以上と、水酸基,アミノ基,カルボキシル基のいずれかを有する水溶性高分子化合物とからなる水溶液を室温から250℃にて乾燥・加熱し、前記水溶性ジルコニウム化合物又は水溶性チタン化合物中のジルコニウム又はチタンと前記水溶性高分子化合物とを直接架橋反応させて不溶化してなることを特徴とする再生利用可能なリン捕集材。
A phosphorus collecting material for collecting phosphorus compounds in water,
An aqueous solution comprising one or more of a water-soluble zirconium compound or a water-soluble titanium compound and a water-soluble polymer compound having any one of a hydroxyl group, an amino group, and a carboxyl group is dried and heated from room temperature to 250 ° C. A recyclable phosphorus scavenger, characterized in that zirconium or titanium in a water-soluble zirconium compound or water-soluble titanium compound and the water-soluble polymer compound are insolubilized by direct crosslinking reaction.
前記水溶性ジルコニウム化合物又は水溶性チタン化合物の1種以上と前記水溶性高分子化合物とを、スメクタイト系膨潤性層状珪酸塩の層間に介在させると共に、前記水溶性ジルコニウム化合物又は水溶性チタン化合物の一種以上と前記水溶性高分子化合物及び前記スメクタイト系膨潤性層状珪酸塩とを架橋反応によって不溶化してなる請求項1に記載の再生利用可能なリン捕集材。   One or more of the water-soluble zirconium compound or water-soluble titanium compound and the water-soluble polymer compound are interposed between smectite-based swellable layered silicates, and a kind of the water-soluble zirconium compound or water-soluble titanium compound. The recyclable phosphorus trapping material according to claim 1, wherein the water-soluble polymer compound and the smectite-based swellable layered silicate are insolubilized by a crosslinking reaction. 前記スメクタイト系膨潤性層状珪酸塩が、モンモリロナイト,ヘクトライトなどのスメクタイトに属する天然珪酸塩鉱物又は合成スメクタイトである請求項2に記載の再生利用可能なリン捕集材。   The recyclable phosphorus collector according to claim 2, wherein the smectite-based swellable layered silicate is a natural silicate mineral or synthetic smectite belonging to a smectite such as montmorillonite or hectorite. 前記水溶性ジルコニウム化合物又は水溶性チタン化合物が、塩化ジルコニル,硫酸ジルコニル,硝酸ジルコニル,酢酸ジルコニル,炭酸ジルコニルアンモニウム,キレート系ジルコニウム,アミノカルボン酸系ジルコニウム,水酸化ジルコニウムゾル,ジルコニアゾル,三塩化チタン,四塩化チタン,硫酸チタン,酸塩化チタン,乳酸チタン,ペルオキソチタネート,キレート系チタネート,チタニアゾルの群から選ばれた水溶性のジルコニウム化合物又はチタン化合物の1種以上である請求項1乃至3のいずれかに記載の再生利用可能なリン捕集材。   The water-soluble zirconium compound or water-soluble titanium compound is zirconyl chloride, zirconyl sulfate, zirconyl nitrate, zirconyl acetate, zirconyl ammonium carbonate, chelate-based zirconium, aminocarboxylic acid-based zirconium, zirconium hydroxide sol, zirconia sol, titanium trichloride, 4. The water-soluble zirconium compound or titanium compound selected from the group consisting of titanium tetrachloride, titanium sulfate, titanium oxychloride, titanium lactate, peroxotitanate, chelate titanate, and titania sol. 5. Recyclable phosphorus collector as described in 1. 前記水溶性高分子化合物が、ポリビニルアルコール,エチレンビニルアルコール,ポリアクリル酸,ポリアクリルアミド,ポリアリルアミン及びカルボキシメチルセルロース,これらポリマーの共重合体及びブロックポリマーの群から選ばれた水溶性高分子化合物の1種以上である請求項1乃至4のいずれかに記載の再生利用可能なリン捕集材。   The water-soluble polymer compound is one of water-soluble polymer compounds selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyallylamine and carboxymethylcellulose, copolymers of these polymers, and block polymers. The recyclable phosphorus collecting material according to any one of claims 1 to 4, which is a seed or more. 前記水溶性高分子化合物として、請求項5に記載の高分子化合物の1種以上からなる繊維を用いて形成した高分子紙又は不織布を用いてなる請求項5に記載の再生利用可能なリン捕集材。   The recyclable phosphorus trap according to claim 5, wherein the water-soluble polymer compound is a polymer paper or a nonwoven fabric formed by using a fiber comprising at least one polymer compound according to claim 5. Gathering. 水中のリン化合物を捕集する再生可能なリン捕集材の製造方法であって、
水溶性ジルコニウム化合物又は水溶性チタン化合物の1種以上と、水酸基,アミノ基,カルボキシル基のいずれかを有する水溶性高分子化合物とからなる水溶液を室温から250℃にて乾燥・加熱し、前記水溶性ジルコニウム化合物又は水溶性チタン化合物中のジルコニウム又はチタンと前記水溶性高分子化合物とを直接架橋反応させて不溶化してなることを特徴とする再生利用可能なリン捕集材の製造方法。
A method for producing a recyclable phosphorus collector that collects phosphorus compounds in water,
An aqueous solution comprising one or more of a water-soluble zirconium compound or a water-soluble titanium compound and a water-soluble polymer compound having any one of a hydroxyl group, an amino group, and a carboxyl group is dried and heated from room temperature to 250 ° C. A method for producing a recyclable phosphorus scavenger, characterized in that zirconium or titanium in a water-soluble zirconium compound or water-soluble titanium compound and the water-soluble polymer compound are insolubilized by direct crosslinking reaction.
前記水溶性ジルコニウム化合物又は水溶性チタン化合物の1種以上と水溶性高分子化合物とを架橋反応によって不溶化する際に前記スメクタイト系膨潤性層状珪酸塩を加えることを特徴とする請求項7に記載の再生利用可能なリン捕集材の製造方法。   8. The smectite-based swellable layered silicate is added when insolubilizing one or more of the water-soluble zirconium compound or water-soluble titanium compound and a water-soluble polymer compound by a crosslinking reaction. A method for producing a recyclable phosphorus collector. 前記スメクタイト系膨潤性層状珪酸塩が、モンモリロナイトやヘクトライトなどのスメクタイトに属する天然珪酸塩鉱物又は合成スメクタイトである請求項8に記載の再生利用可能なリン捕集材の製造方法。   The method for producing a recyclable phosphorus scavenger according to claim 8, wherein the smectite-based swellable layered silicate is a natural silicate mineral or synthetic smectite belonging to a smectite such as montmorillonite or hectorite. 前記水溶性ジルコニウム化合物又は水溶性チタン化合物が、塩化ジルコニル,硫酸ジルコニル,硝酸ジルコニル,酢酸ジルコニル,炭酸ジルコニルアンモニウム,キレート系ジルコニウム,アミノカルボン酸系ジルコニウム,水酸化ジルコニウムゾル,ジルコニアゾル,三塩化チタン,四塩化チタン,硫酸チタン,酸塩化チタン,乳酸チタン,ペルオキソチタネート,キレート系チタネート,チタニアゾルの群から選ばれた水溶性のジルコニウム化合物又はチタン化合物の1種以上である請求項7乃至9のいずれかに記載の再生利用可能なリン捕集材の製造方法。   The water-soluble zirconium compound or water-soluble titanium compound is zirconyl chloride, zirconyl sulfate, zirconyl nitrate, zirconyl acetate, zirconyl ammonium carbonate, chelate-based zirconium, aminocarboxylic acid-based zirconium, zirconium hydroxide sol, zirconia sol, titanium trichloride, The water-soluble zirconium compound or titanium compound selected from the group consisting of titanium tetrachloride, titanium sulfate, titanium oxychloride, titanium lactate, peroxotitanate, chelate titanate, and titania sol. A method for producing a recyclable phosphorus collector as described in 1. 前記水溶性高分子化合物が、ポリビニルアルコール,エチレンビニルアルコール,ポリアクリル酸,ポリアクリルアミド,ポリアリルアミン及びカルボキシメチルセルロース,これらポリマーの共重合体及びブロックポリマーの群から選ばれた水溶性高分子化合物の1種以上である請求項7乃至10のいずれかに記載の再生利用可能なリン捕集材の製造方法。   The water-soluble polymer compound is one of water-soluble polymer compounds selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyallylamine and carboxymethylcellulose, copolymers of these polymers, and block polymers. It is a seed | species or more, The manufacturing method of the recyclable phosphorus trapping material in any one of Claims 7 thru | or 10. 前記請求項9に記載の水溶性ジルコニウム化合物又は水溶性チタン化合物の1種以上を、前記請求項11に記載の水溶性高分子化合物の1種以上の溶液に溶解させ、これを100℃〜160℃において加熱処理して直接架橋反応を生じさせて不溶化する請求項10又は11に記載の再生利用可能なリン捕集材の製造方法。 One or more water-soluble zirconium compounds or water-soluble titanium compounds according to claim 9 are dissolved in one or more solutions of the water-soluble polymer compound according to claim 11, which are dissolved at 100 ° C to 160 ° C. The method for producing a recyclable phosphorus collecting material according to claim 10 or 11, wherein a heat treatment is performed at 0 ° C to cause a direct crosslinking reaction to insolubilize. 前記水溶性高分子化合物を、水及びアルコール類,グリコール類,アセトン,ホルムアミドの1種以上を主成分とする溶媒に溶解してなる水溶性高分子化合物溶液を用いる請求項7乃至12のいずれかに記載の再生利用可能なリン捕集材の製造方法。   The water-soluble polymer compound solution obtained by dissolving the water-soluble polymer compound in a solvent mainly composed of water and at least one of alcohols, glycols, acetone, and formamide is used. A method for producing a recyclable phosphorus collector as described in 1. 請求項11に記載の水溶性高分子化合物の1種以上の繊維で形成した紙又は不織布を請求項10に記載の水溶性ジルコニウム化合物又は水溶性チタン化合物の1種以上の水溶液中に浸漬するか、又は、前記水溶性高分子化合物の紙又は不織布の表面に前記水溶性ジルコニウム化合物又はチタン化合物の水溶液を散布又は塗布した後、前記高分子化合物の紙又は不織布を100℃〜160℃において加熱して直接架橋反応を生じさせて不溶化することを特徴とする再生利用可能なリン捕集材の製造方法。 Whether paper or nonwoven fabric formed from one or more fibers of the water-soluble polymer compound according to claim 11 is immersed in one or more aqueous solutions of the water-soluble zirconium compound or water-soluble titanium compound according to claim 10. Or after spraying or applying the aqueous solution of the water-soluble zirconium compound or titanium compound to the surface of the paper or nonwoven fabric of the water-soluble polymer compound, the paper or nonwoven fabric of the polymer compound is heated at 100 ° C. to 160 ° C. A method for producing a recyclable phosphorus trapping material, characterized in that a cross-linking reaction is directly caused to insolubilize. 水中のリン化合物を捕集するリン捕集方法であって、
前記請求項1乃至6のいずれかに記載のリン捕集材を、リン酸基化合物を含有する水溶液に接触させることにより、該リン捕集材によってリンを捕集し、その後、該リン捕集材をアルカリ洗浄することにより捕集したリンを除去して再生し、繰り返し使用するようにしてなることを特徴とするリン捕集方法。
A phosphorus collection method for collecting phosphorus compounds in water,
The phosphorus collection material according to claim 1 is brought into contact with an aqueous solution containing a phosphate group compound to collect phosphorus by the phosphorus collection material, and then the phosphorus collection material. A phosphorus collecting method, wherein the phosphorus collected by removing the material by alkali cleaning is removed and regenerated and used repeatedly.
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