JP5045269B2 - Particulate cellulose-based adsorbent and method for producing the same - Google Patents

Particulate cellulose-based adsorbent and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、粒子状セルロース系吸着材及びその製造方法に関するものであり、特に結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材にキレート形成基及び/又はイオン交換基が導入されている粒子状セルロース系吸着材及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a particulate cellulose-based adsorbent and a method for producing the same, and particularly to a particulate cellulose-based substrate mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more and a chelate-forming group and / or an ion-exchange group. The present invention relates to a particulate cellulose-based adsorbent into which is introduced and a method for producing the same.

ホウ素、ゲルマニウム等の半金属は幅広い分野で用いられていることから工業廃水中によく含まれている。かかる半金属は、半導体としての性質を有し、ハイテク産業等における新素材開発に不可欠な元素群であるため工業廃水から回収することが望まれる。これらの半金属の廃水からの回収方法としては、凝集沈殿法、イオン交換吸着法、キレート吸着法をはじめいくつかの吸着方法が知られている。これらの中で、選択吸着性を有するキレート吸着法は、ホウ素やゲルマニウムが糖鎖やアルコール類等、複数の水酸基を含有する化合物(ポリヒドロキシ化合物)と錯体を形成する性質を利用したものであり、水酸基を含む官能基を不溶性の高分子に導入した樹脂として、例えばメチルグルカミン基を導入したポリスチレン系吸着樹脂を用いた吸着材などが提案されている。しかしながら、このポリスチレン系キレート吸着樹脂は、マトリックスが疎水性であるため、ホウ素、ゲルマニウム等の吸着速度が低い、吸着容量が十分でないという欠点を有している。さらに、現在市販されているメチルグルカミン型のポリスチレン系キレート吸着樹脂の製法が複雑で高価である、石油を原材料とした物であるため廃棄後処理し難いなどの問題がある。   Metalloids such as boron and germanium are often contained in industrial wastewater because they are used in a wide range of fields. Such a semimetal has properties as a semiconductor and is an element group indispensable for the development of new materials in high-tech industries and the like, so it is desired to recover it from industrial wastewater. As a method for recovering these metalloids from wastewater, several adsorption methods such as a coagulation precipitation method, an ion exchange adsorption method, and a chelate adsorption method are known. Among these, the chelate adsorption method having selective adsorption property utilizes the property that boron or germanium forms a complex with a compound (polyhydroxy compound) containing a plurality of hydroxyl groups such as sugar chains and alcohols. As a resin in which a functional group containing a hydroxyl group is introduced into an insoluble polymer, for example, an adsorbent using a polystyrene-based adsorption resin into which a methylglucamine group is introduced has been proposed. However, this polystyrene-based chelate adsorbing resin has the disadvantages that since the matrix is hydrophobic, the adsorption rate of boron, germanium, etc. is low and the adsorption capacity is not sufficient. Furthermore, there are problems that the production method of a methylglucamine-type polystyrene chelate adsorbing resin currently on the market is complicated and expensive, and it is difficult to dispose after disposal because it is made from petroleum.

これに対し、自然界中に最も多く存在する多糖類であり、安価で再生可能な資源として様々な分野で広く使われているセルロースが、構造的に親水性の水酸基を多数有するポリヒドロキシ化合物であることから、グルカミン型のセルロース系キレート吸着樹脂の開発が提案されている(例えば、非特許文献1等参照)。しかし、非特許文献1で報告されているグルカミン型のセルロース系キレート吸着樹脂は、化学的に基材を活性化してグラフトさせる化学グラフト法により製造されるものであり、グラフト率が低く、グルカミン官能基密度が低いという問題がある。さらに化学的方法を用いることから、製造プロセスの安全性、取扱い性などの問題がある。   In contrast, cellulose, which is the most abundant polysaccharide in nature and widely used in various fields as a cheap and renewable resource, is a polyhydroxy compound having a large number of structurally hydrophilic hydroxyl groups. Therefore, development of a glucamine-type cellulose chelate adsorption resin has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1). However, the glucamine-type cellulose chelate adsorbing resin reported in Non-Patent Document 1 is produced by a chemical grafting method in which a base material is chemically activated and grafted, and has a low graft ratio and a glucamine functional group. There is a problem that the base density is low. Furthermore, since a chemical method is used, there are problems such as the safety and handling of the manufacturing process.

一方、化学グラフト法と比べて、放射線グラフト法はラジカル重合開始剤を使用せず、高分子基材に任意の反応性モノマーをグラフト鎖として導入する方法であり、表面のみではなく内部まで反応性モノマーをグラフトすることができるという長所がある。放射線照射により活性化した高分子基材に、反応性モノマーを、エマルジョン溶液中でグラフト重合させる方法が報告されている(例えば、特許文献1参照)。また、吸着樹脂に関するものではないが、セルロース繊維への放射線グラフト研究もいくつか報告されている(例えば、非特許文献2、3参照)。
特開2005−344047号公報(2005年12月15日公開) 犬飼吉成(Y.Inukai)、外9名, 「グルカミン型セルロース系誘導体を用いたホウ素の除去(Removal of boron(III) by N-methylglucamin-type cellulose derivatives with higher adsorption rate)」 (2004), Analytical Chimica Acta,Vol.51.P261-265.(Elsevier Science) J. L. ウィリアムズ (J.L.Williams) 外2名,「エラストマー繊維としてのグラフト共重合体そのI:グラフト共重合体の合成(Graft copolymers as Elastomeric Fibers- I Synthesis of the Graft Copolymers)」 (1975),International Journal of Applied Radiation and Isotopes,Vol.26.P159-168.(Pergamon Press) F.カーン(F.Khan)、外2名,「γ線照射による黄麻繊維へのMMAエマルジョングラフト重合(Gamma radiation-induced emulsion graft Copolymerization of MMA onto jute fiber)」 (2002),Advances in Polymer Teclmology,Vol.21.P132-140.(Wiley Periodicals)
On the other hand, compared with chemical grafting, the radiation grafting method does not use a radical polymerization initiator, but introduces any reactive monomer as a graft chain into the polymer substrate. There is an advantage that a monomer can be grafted. There has been reported a method in which a reactive monomer is graft-polymerized in an emulsion solution onto a polymer substrate activated by irradiation (see, for example, Patent Document 1). Although not related to the adsorbent resin, some studies on radiation grafting to cellulose fibers have been reported (for example, see Non-Patent Documents 2 and 3).
JP 2005-344047 A (released on December 15, 2005) Yoshinari Inukai (Y. Inukai), 9 others, "Removal of boron (III) by N-methylglucamin-type cellulose derivatives with higher adsorption rate" (2004), Analytical Chimica Acta, Vol. 51.P261-265. (Elsevier Science) JL Williams and two others, `` Graft copolymers as Elastomeric Fibers- I Synthesis of the Graft Copolymers '' (1975), International Journal of Applied Radiation and Isotopes, Vol.26.P159-168. (Pergamon Press) F. Khan, 2 others, “Gamma radiation-induced emulsion graft copolymerization of MMA onto jute fiber” (2002), Advances in Polymer Teclmology, Vol.21.P132-140. (Wiley Periodicals)

しかしながら、前記特許文献1及び非特許文献2、3に記載の、エマルジョングラフト重合を用いた放射線グラフト法で、高いグラフト率でグラフト鎖が得られることが報告されているのは、いずれも非結晶部分を比較的多く含む繊維状又はフィルム状のセルロースである。   However, it has been reported that graft chains can be obtained at a high graft ratio by the radiation grafting method using emulsion graft polymerization described in Patent Document 1 and Non-Patent Documents 2 and 3, both of which are amorphous. It is a fibrous or film-like cellulose containing a relatively large portion.

このように非結晶部分を比較的多く含むセルロースは、イオン交換/キレート樹脂球用の吸着塔、再生設備等に充填して用いるには機械的強度が十分ではなく、また、化学的安定性も十分ではない。また、繊維状、又は、フィルム状のセルロース系キレート吸着樹脂は、非常に高価であることに加え、従来のポリスチレン系吸着樹脂粒子とは異なる形状を持つため、イオン交換/キレート樹脂球用の吸着塔、再生設備等をそのまま使用することは難しい。よって、繊維状、又は、フィルム状のセルロース系キレート吸着樹脂は、従来のポリスチレン系吸着樹脂粒子の代替品として大量使用するのは難しい。   Cellulose containing a relatively large amount of non-crystalline parts is not sufficient in mechanical strength to be used in an ion exchange / chelating resin sphere adsorption tower, regeneration equipment, etc., and also has chemical stability. Not enough. In addition, the fibrous or film-like cellulose chelate adsorption resin is very expensive and has a different shape from conventional polystyrene adsorbent resin particles. It is difficult to use towers and regeneration facilities as they are. Therefore, it is difficult to use a large amount of fibrous or film-like cellulose chelate adsorption resin as a substitute for conventional polystyrene adsorbent resin particles.

従って、機械的強度が十分で、吸着材の基材として一定の化学的安定性を有し、且つ、粒子状である、結晶化度が高いセルロースの球状粒子を基材として用いるセルロース系吸着樹脂が望まれる。   Accordingly, a cellulose-based adsorbent resin that has sufficient mechanical strength, has a certain chemical stability as a base material for the adsorbent, and is in the form of particles and has a high degree of crystallinity as a base material. Is desired.

しかし、結晶化度が高いセルロースの球状粒子は、結晶体界面のラジカル収率が低く、高いグラフト率を得ることができない。高線量の放射線を照射することにより、セルロース基材のラジカル収率が高くなることは知られているが、基材に大きなダメージを与えるという問題点がある。特に、結晶セルロースは代表的な放射線分解型高分子であるため、結晶化度が高いセルロースの球状粒子の場合は、グラフト線量が30kGyを超えると、基材に大きなダメージを与え機械強度が著しく低下する。しかし、粒子状セルロース系吸着材に必要な反応性モノマーのグラフト率を得るためには通常少なくとも50kGyの線量が必要である。   However, the spherical particles of cellulose having a high degree of crystallinity have a low radical yield at the crystal interface, and a high graft rate cannot be obtained. Although it is known that the radical yield of the cellulose base material is increased by irradiating a high dose of radiation, there is a problem that the base material is seriously damaged. In particular, since crystalline cellulose is a typical radiolytic polymer, in the case of spherical particles of cellulose having a high degree of crystallinity, if the graft dose exceeds 30 kGy, the base material is greatly damaged and the mechanical strength is significantly reduced. To do. However, a dose of at least 50 kGy is usually required to obtain the grafting rate of the reactive monomer necessary for the particulate cellulose-based adsorbent.

また、放射線グラフト法以外の方法においても、結晶化度の高いセルロースの球状粒子を基材として、反応性モノマーを、高グラフト率で重合させる例は未だ知られていない。   Further, in methods other than the radiation grafting method, an example in which a reactive monomer is polymerized at a high graft ratio using cellulose spherical particles having a high crystallinity as a base material has not been known yet.

本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、結晶化度が高いセルロースの球状粒子を基材として、基材本来の構造と強度を壊さず、反応性モノマーを効率よく重合させて所望の吸着特性を付与された粒子状セルロース系吸着材及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to use a spherical particle of cellulose having a high degree of crystallinity as a base material, without destroying the original structure and strength of the base material, and to react the reactive monomer. An object of the present invention is to provide a particulate cellulose-based adsorbent that is efficiently polymerized and imparted with desired adsorption characteristics, and a method for producing the same.

前記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明者らは、代表的な放射線分解型高分子であるため、放射線グラフト法を適用するとの発想自体がなかった、結晶化度の高いセルロースの球状粒子に通常では活性化に到底足りない低線量の放射線を照射した場合でも、高濃度の反応性モノマーを含有するエマルジョン中でのグラフト重合により、高いグラフト率を得ることに成功し、本発明を完成させるに至った。   As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors are a typical radiolytic polymer, and therefore have no idea of applying the radiation grafting method. Even when the spherical particles were irradiated with a low dose of radiation that normally did not reach activation, the present invention succeeded in obtaining a high graft ratio by graft polymerization in an emulsion containing a high concentration of reactive monomer. It came to complete.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材は、前記課題を解決するために、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材に、キレート形成基及び/又はイオン交換基が導入されている粒子状セルロース系吸着材であって、当該キレート形成基及び/又はイオン交換基は、前記粒子状セルロース系基材に疎水性モノマーをグラフト重合することによって導入されたグラフト鎖に結合しており、当該グラフト鎖のグラフト率は100%以上であることを特徴としている。   In order to solve the above-mentioned problem, the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention has a chelating group and / or an ion-exchange group on a particulate cellulose-based substrate mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more. A particulate cellulose-based adsorbent into which groups are introduced, wherein the chelate-forming group and / or ion-exchange group is introduced by graft polymerization of a hydrophobic monomer on the particulate cellulose-based substrate. The graft ratio of the graft chain is 100% or more.

前記の構成によれば、化学的安定性及び機械的強度に優れ、環境に対する負荷が少なく、安価で、水中の吸着性能を向上することができ、従来のイオン交換/キレート樹脂球用の吸着塔、再生設備等をそのまま使用することができる吸着材を実現することができる。   According to the above configuration, the adsorption tower for conventional ion exchange / chelate resin spheres is excellent in chemical stability and mechanical strength, has low environmental burden, is inexpensive, and can improve the adsorption performance in water. In addition, it is possible to realize an adsorbent that can be used as it is, such as regeneration equipment.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材では、前記キレート形成基及び/又はイオン交換基の平均密度は、1.0mmol/g以上であることが好ましい。   In the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, the average density of the chelate-forming groups and / or ion exchange groups is preferably 1.0 mmol / g or more.

前記キレート形成基及び/又はイオン交換基の平均密度が1.0mmol/g以上であることにより、吸着材として優れた吸着能力を有する粒子状セルロース系吸着材を得ることができる。   When the average density of the chelate-forming groups and / or ion exchange groups is 1.0 mmol / g or more, a particulate cellulose-based adsorbent having an excellent adsorbing ability as an adsorbent can be obtained.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材では、前記疎水性モノマーは、エポキシ基含有エチレン性不飽和モノマーであることが好ましい。   In the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, the hydrophobic monomer is preferably an epoxy group-containing ethylenically unsaturated monomer.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材では、前記グラフト鎖に残存するエポキシ基はジオール化されていることが好ましい。   In the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, the epoxy group remaining in the graft chain is preferably dioled.

残存するエポキシ基はジオール化されていることにより、かかるジオールも、キレートの形成に寄与することができるため、さらに粒子状セルロース系吸着材の吸着能力を向上させることができるというさらなる効果を奏する。   Since the remaining epoxy group is converted into a diol, such a diol can also contribute to the formation of a chelate, so that the adsorption ability of the particulate cellulose-based adsorbent can be further improved.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材は、平均粒子径が100〜1500μmであることが好ましい。   The particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention preferably has an average particle size of 100 to 1500 μm.

平均粒子径が100〜1500μmであることにより、カラムの通水時の抵抗を低減できる。また、従来のイオン交換/キレート樹脂球用の吸着塔、再生設備等をそのまま使用することができる。   When the average particle diameter is 100 to 1500 μm, it is possible to reduce the resistance when the column is passed through. Further, conventional adsorption towers for ion exchange / chelating resin spheres, regeneration facilities, etc. can be used as they are.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材では、前記キレート形成基は、グルカミン基、ジオール基、ポリオール基、イミノジ酢酸基、ポリアミン基、アミドキシム基、ジチオカルバミン酸基、チオ尿素基、又は、アミノリン酸基であることが好ましい。   In the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, the chelate-forming group is a glucamine group, a diol group, a polyol group, an iminodiacetic acid group, a polyamine group, an amidoxime group, a dithiocarbamic acid group, a thiourea group, or an aminophosphate group. It is preferable that

前記キレート形成基は、グルカミン基、ジオール基、ポリオール基、イミノジ酢酸基、ポリアミン基、アミドキシム基、ジチオカルバミン酸基、チオ尿素基、又は、アミノリン酸基であることにより、吸着材に選択吸着性を付与することができる。   The chelate-forming group is a glucamine group, a diol group, a polyol group, an iminodiacetic acid group, a polyamine group, an amidoxime group, a dithiocarbamic acid group, a thiourea group, or an aminophosphate group. Can be granted.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材では、前記粒子状セルロース系基材は結晶化度が95%以上のセルロースからなることが好ましい。   In the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, the particulate cellulose-based substrate is preferably made of cellulose having a crystallinity of 95% or more.

本発明にかかる半金属吸着材は、前記粒子状セルロース系吸着材からなることが好ましい。また、本発明にかかる半金属吸着材は、ホウ素吸着材、ゲルマニウム吸着材又はヒ素吸着材であることが好ましい。   The metalloid adsorbent according to the present invention is preferably composed of the particulate cellulose-based adsorbent. The metalloid adsorbent according to the present invention is preferably a boron adsorbent, a germanium adsorbent or an arsenic adsorbent.

半金属吸着材として用いることにより、これらの半金属の除去や有益資源としての分離、濃縮、回収を工業的に行う場合に非常に有利である。   Use as a semi-metal adsorbent is very advantageous when industrially removing these semi-metals and separating, concentrating and recovering them as useful resources.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材の製造方法は、前記課題を解決するために、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材に、キレート形成基及び/又はイオン交換基が導入されている粒子状セルロース系吸着材の製造方法であって、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材を活性化する活性化工程と、活性化された粒子状セルロース系基材を、疎水性モノマーを含むエマルジョンと接触させて、当該疎水性モノマーを前記粒子状セルロース系基材にグラフト重合させてグラフト鎖を導入するグラフト鎖導入工程と、導入された前記グラフト鎖にキレート形成基及び/又はイオン交換基を結合させる官能基結合工程とを含み、前記エマルジョンに含まれる前記疎水性モノマーの量は、エマルジョン全量に対して30重量%より大きく80重量%以下であることを特徴としている。   In order to solve the above-mentioned problem, the method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention comprises adding a chelate-forming group and / or a particulate cellulose-based substrate mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more. Or a method for producing a particulate cellulose-based adsorbent into which an ion-exchange group has been introduced, which comprises an activation step of activating a particulate cellulose-based substrate whose main component is cellulose having a crystallinity of 80% or more; A graft chain introducing step of bringing an activated particulate cellulose base material into contact with an emulsion containing a hydrophobic monomer, and grafting the hydrophobic monomer onto the particulate cellulose base material to introduce a graft chain; And a functional group binding step of binding a chelate-forming group and / or an ion exchange group to the introduced graft chain, and the hydrophobicity contained in the emulsion The amount of Nomar is characterized in that 80 wt% or less greater than 30% by weight relative to the emulsion total amount.

前記の構成によれば、機械的強度に優れ、環境に対する負荷が少なく、安価で、水中の吸着性能を向上することができ、従来のイオン交換/キレート樹脂球用の吸着塔、再生設備等をそのまま使用することができる吸着材を実現することができる。   According to the above configuration, the mechanical strength is excellent, the load on the environment is low, the cost is low, and the adsorption performance in water can be improved. Conventional adsorption towers for ion exchange / chelate resin balls, regeneration facilities, etc. An adsorbent that can be used as is can be realized.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材の製造方法では、前記エマルジョンは、さらに、疎水性モノマーに対して、3〜10重量%の界面活性剤を含むことが好ましい。   In the method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, the emulsion preferably further contains 3 to 10% by weight of a surfactant with respect to the hydrophobic monomer.

前記の構成によれば、機械的強度に優れ、環境に対する負荷が少なく、安価で、水中の吸着性能を向上することができ、従来のイオン交換/キレート樹脂球用の吸着塔、再生設備等をそのまま使用することができる吸着材をより好適に実現することができる。   According to the above configuration, the mechanical strength is excellent, the load on the environment is low, the cost is low, and the adsorption performance in water can be improved. Conventional adsorption towers for ion exchange / chelate resin balls, regeneration facilities, etc. An adsorbent that can be used as it is can be more suitably realized.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材の製造方法では、前記活性化工程は、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材に、線量が1〜30kGyの電離放射線を照射することが好ましい。   In the method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, the activation step is performed by ionizing a particulate cellulose-based substrate mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more with a dose of 1 to 30 kGy. It is preferable to irradiate with radiation.

電離放射線の線量が30kGy以下であることにより、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材に加えられるダメージを抑制することができるという効果を奏する。   When the dose of ionizing radiation is 30 kGy or less, there is an effect that damage applied to the particulate cellulose base material mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more can be suppressed.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材の製造方法では、含水率が10%を超え50%以下の前記粒子状セルロース系基材に、電離放射線を照射することが好ましい。   In the method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, it is preferable to irradiate the particulate cellulose-based substrate having a water content of more than 10% and 50% or less with ionizing radiation.

含水率が10%を超え50%以下の前記粒子状セルロース系基材に、電離放射線を照射することにより、続くグラフト鎖導入工程で、導入されるグラフト鎖のグラフト率をさらに高めることができる。   By irradiating the particulate cellulose base material having a water content of more than 10% and 50% or less with ionizing radiation, the graft rate of graft chains introduced can be further increased in the subsequent graft chain introduction step.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材の製造方法では、前記エマルジョンは、水系エマルジョンであることが好ましい。   In the method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, the emulsion is preferably a water-based emulsion.

前記エマルジョンは、水系エマルジョンであることにより、有機溶媒を使用しないため、プロセスのコスト低減、環境に対する負荷の低減、及び、プロセスの安全性向上の点から好ましい。   Since the emulsion is an aqueous emulsion and does not use an organic solvent, it is preferable from the viewpoints of reducing process costs, reducing environmental burden, and improving process safety.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材の製造方法では、前記疎水性モノマーはエポキシ基含有エチレン性不飽和モノマーであることが好ましい。   In the method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, the hydrophobic monomer is preferably an epoxy group-containing ethylenically unsaturated monomer.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材の製造方法は、前記官能基結合工程の後に、さらに、前記グラフト鎖に残存するエポキシ基をジオール化する工程を含むことが好ましい。   The method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention preferably further includes a step of diolating the epoxy group remaining in the graft chain after the functional group binding step.

残存するエポキシ基はジオール化されていることにより、かかるジオールも、キレートの形成に寄与することができるため、さらに粒子状セルロース系吸着材の吸着能力を向上させることができるというさらなる効果を奏する。   Since the remaining epoxy group is converted into a diol, such a diol can also contribute to the formation of a chelate, so that the adsorption ability of the particulate cellulose-based adsorbent can be further improved.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材の製造方法では、前記粒子状セルロース系基材の平均粒子径は、30〜800μmであることが好ましい。   In the method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, the particulate cellulose-based substrate preferably has an average particle diameter of 30 to 800 μm.

前記粒子状セルロース系基材の平均粒子径が、30〜800μmであることにより、所望の平均粒子径を有する粒子状セルロース系吸着材を得ることができる。   When the average particle diameter of the particulate cellulose-based substrate is 30 to 800 μm, a particulate cellulose-based adsorbent having a desired average particle diameter can be obtained.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材の製造方法では、前記キレート形成基は、ジオール基、ポリオール基、イミノジ酢酸基、ポリアミン基、アミドキシム基、ジチオカルバミン酸基、チオ尿素基、又は、アミノリン酸基であることが好ましい。   In the method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, the chelate-forming group is a diol group, a polyol group, an iminodiacetic acid group, a polyamine group, an amidoxime group, a dithiocarbamic acid group, a thiourea group, or an aminophosphate group. It is preferable that

前記キレート形成基は、ジオール基、ポリオール基、イミノジ酢酸基、ポリアミン基、アミドキシム基、ジチオカルバミン酸基、チオ尿素基、又は、アミノリン酸基であることにより、吸着材に選択吸着性を付与することができる。   The chelate-forming group is a diol group, a polyol group, an iminodiacetic acid group, a polyamine group, an amidoxime group, a dithiocarbamic acid group, a thiourea group, or an aminophosphate group, thereby imparting selective adsorption to the adsorbent. Can do.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材の製造方法では、前記電離放射線は、γ線、電子線、又はX線であることが好ましい。   In the method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, the ionizing radiation is preferably γ-rays, electron beams, or X-rays.

前記前記電離放射線が、γ線、電子線、又はX線であることにより、製造プロセスが簡単、安全、低公害であるというさらなる効果を奏する。   When the ionizing radiation is γ-rays, electron beams, or X-rays, the manufacturing process is simple, safe, and low pollution.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材は、以上のように、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材に、キレート形成基及び/又はイオン交換基が導入されている粒子状セルロース系吸着材であって、当該キレート形成基及び/又はイオン交換基は、前記粒子状セルロース系基材に疎水性モノマーをグラフト重合することによって導入されたグラフト鎖に結合しており、当該グラフト鎖のグラフト率は100%以上である構成を備えているので、機械的強度に優れ、環境に対する負荷が少なく、安価で、水中の吸着性能を向上することができ、従来のイオン交換/キレート樹脂球用の吸着塔、再生設備等をそのまま使用することができる吸着材を実現することができるという効果を奏する。   As described above, the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention introduces a chelate-forming group and / or an ion-exchange group into a particulate cellulose-based substrate mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more. In the particulate cellulose-based adsorbent, the chelate-forming group and / or ion-exchange group is bonded to a graft chain introduced by graft polymerization of a hydrophobic monomer on the particulate cellulose-based substrate. Since the graft ratio of the graft chain is 100% or more, the mechanical strength is excellent, the environmental load is low, the cost is low, and the adsorption performance in water can be improved. There is an effect that it is possible to realize an adsorbent that can use an adsorption tower for ion exchange / chelate resin spheres, a regeneration facility, and the like.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材の製造方法は、以上のように、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材に、キレート形成基及び/又はイオン交換基が導入されている粒子状セルロース系吸着材の製造方法であって、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材を活性化する活性化工程と、活性化された粒子状セルロース系基材を、疎水性モノマーを含むエマルジョンと接触させて、当該疎水性モノマーを前記粒子状セルロース系基材にグラフト重合させてグラフト鎖を導入するグラフト鎖導入工程と、導入された前記グラフト鎖にキレート形成基及び/又はイオン交換基を結合させる官能基結合工程とを含み、前記エマルジョンに含まれる前記疎水性モノマーの量は、エマルジョン全量に対して30重量%より大きく80重量%以下である構成を備えているので、機械的強度に優れ、環境に対する負荷が少なく、安価で、水中の吸着性能を向上することができ、従来のイオン交換/キレート樹脂球用の吸着塔、再生設備等をそのまま使用することができる吸着材を実現することができるという効果を奏する。   As described above, the method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention includes a chelating group and / or ion-exchange on a particulate cellulose-based substrate mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more. A method for producing a particulate cellulose-based adsorbent in which a group is introduced, the activation step of activating a particulate cellulose-based substrate mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more, and activation A graft chain introducing step of bringing the resulting particulate cellulose base material into contact with an emulsion containing a hydrophobic monomer, grafting the hydrophobic monomer onto the particulate cellulose base material, and introducing a graft chain; A functional group binding step of binding a chelate-forming group and / or an ion exchange group to the grafted chain, and the amount of the hydrophobic monomer contained in the emulsion Since it has a constitution that is greater than 30% by weight and less than or equal to 80% by weight with respect to the total amount of the emulsion, it has excellent mechanical strength, has a low environmental load, is inexpensive, and can improve the adsorption performance in water. There is an effect that it is possible to realize an adsorbent that can use a conventional adsorption tower for an ion exchange / chelate resin sphere, a regeneration facility, and the like.

以下本発明について(I)粒子状セルロース系吸着材、(II)粒子状セルロース系吸着材の製造方法の順に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in the order of (I) a particulate cellulose-based adsorbent and (II) a method for producing a particulate cellulose-based adsorbent.

(I)粒子状セルロース系吸着材
本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材は、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材に、キレート形成基及び/又はイオン交換基が導入されている粒子状セルロース系吸着材であって、当該キレート形成基及び/又はイオン交換基は、前記粒子状セルロース系基材に疎水性モノマーをグラフト重合することによって導入されたグラフト鎖に結合しており、当該グラフト鎖のグラフト率は100%以上である。
(I) Particulate Cellulosic Adsorbent The particulate cellulose adsorbent according to the present invention has a chelating group and / or an ion on a particulate cellulose base material mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more. A particulate cellulose-based adsorbent into which an exchange group has been introduced, wherein the chelate-forming group and / or ion-exchange group is introduced by graft polymerization of a hydrophobic monomer on the particulate cellulose-based substrate. The graft ratio of the graft chain is 100% or more.

ここで、グラフト率とは、前記粒子状セルロース系基材に対する、グラフト重合により導入されている疎水性モノマーの量(重量百分率)をいい、後述する実施例に記載の方法により算出される値をいう。   Here, the graft ratio refers to the amount (weight percentage) of the hydrophobic monomer introduced by graft polymerization with respect to the particulate cellulose-based substrate, and the value calculated by the method described in the examples described later. Say.

(I−1)粒子状セルロース基材
本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材は、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材に、キレート形成基及び/又はイオン交換基が導入されているものである。基材として、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材を用いることにより、結晶化度が高いために、化学的安定性を有し、機械的強度にすぐれた吸着材を得ることができる。また、天然素材であるセルロースを用いることから、環境に対する負荷が少なく、安価な吸着材を得ることができるとともに、親水性であるため水中での吸着性能を向上することができる。さらに、粒子状であることにより、従来のイオン交換/キレート樹脂球用の吸着塔、再生設備等をそのまま使用することができる。
(I-1) Particulate Cellulosic Base Material The particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention has a chelating group and / or a particulate cellulose base material mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more. An ion exchange group is introduced. By using a particulate cellulose base material mainly composed of cellulose with a crystallinity of 80% or more as the base material, the crystallinity is high, so that it has chemical stability and excellent mechanical strength. Adsorbent can be obtained. In addition, since cellulose, which is a natural material, is used, an environmentally friendly and inexpensive adsorbent can be obtained, and since it is hydrophilic, the adsorption performance in water can be improved. Furthermore, since it is in the form of particles, conventional adsorption towers for ion exchange / chelating resin spheres, regeneration facilities, etc. can be used as they are.

前記粒子状セルロース系基材は、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材であればよい。すなわち、前記粒子状セルロース系基材は、結晶化度が80%以上のセルロースのみからなるものであることが好ましいが、吸着性能に悪影響を与えない限り他の成分が含まれていてもよい。より具体的には、「主成分とする」とは、前記粒子状セルロース系基材中に結晶化度が80%以上のセルロースが、90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは99%以上含まれていればよい。また、含まれうる他の成分は特に限定されるものではないが、例えば、ヘミセルロース、リグニン、スターチ等を挙げることができる。   The particulate cellulose base material may be a particulate cellulose base material mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more. That is, the particulate cellulose-based substrate is preferably composed only of cellulose having a crystallinity of 80% or more, but may contain other components as long as it does not adversely affect the adsorption performance. More specifically, “main component” means that the cellulose having a crystallinity of 80% or more in the particulate cellulose base material is 90% or more, more preferably 95% or more, and still more preferably 99%. % Should be included. Further, other components that can be included are not particularly limited, and examples thereof include hemicellulose, lignin, and starch.

前記粒子状セルロース系基材の主成分であるセルロースは結晶化度が80%以上の粒子状セルロースである。ここで、結晶化度が80%以上の粒子状セルロースとは、粒子状セルロースの粒子において、結晶性部分の重量分率が80%以上のものであればよく、通常の結晶性部分と非結晶性部分とからなるセルロース粒子で結晶化度が80%以上のもの、80%以上が微結晶セルロースからなるセルロース粒子等を含む趣旨である。なお、ここで、微結晶セルロースとは、通常のセルロースの非結晶性部分を取り除いて精製したものであり、結晶化度は100%に近い。   Cellulose, which is the main component of the particulate cellulose-based substrate, is particulate cellulose having a crystallinity of 80% or more. Here, the particulate cellulose having a degree of crystallinity of 80% or more is not limited as long as the weight fraction of the crystalline part in the particulate cellulose particles is 80% or more. This is intended to include cellulose particles having a crystalline part having a crystallinity of 80% or more, cellulose particles having 80% or more of microcrystalline cellulose, and the like. Here, the microcrystalline cellulose is obtained by removing a non-crystalline part of normal cellulose and purifying, and the crystallinity is close to 100%.

前記粒子状セルロース系基材の主成分であるセルロースは結晶化度が80%以上のものであればよいが、90%以上のものであることがより好ましく、95%以上のものであることがさらに好ましく、99%以上のものであることが特に好ましい。結晶化度が99%以上の粒子状セルロース系基材としては、例えば、微結晶セルロース100%の集合体を挙げることができる。前記微結晶セルロースとしては、具体的には、例えば、薬剤用等に市販されている微結晶セルロースを挙げることができ、一例として、例えば、旭化成ケミカルズのセオラス(登録商標)、セルフィア(登録商標)等を挙げることができる。   Cellulose, which is the main component of the particulate cellulose base material, may have a crystallinity of 80% or more, more preferably 90% or more, and 95% or more. More preferred is 99% or more. Examples of the particulate cellulose base material having a crystallinity of 99% or more include an aggregate of 100% microcrystalline cellulose. Specific examples of the microcrystalline cellulose include, for example, microcrystalline cellulose that is commercially available for pharmaceutical use. Examples of the microcrystalline cellulose include, for example, Asahi Kasei Chemicals' Theolas (registered trademark), Serfia (registered trademark). Etc.

また、前記粒子状セルロース系基材の形状は粒子状であれば特に限定されるものではなく、球形、楕円形、不定径破砕形状等であればよい。中でも、前記粒子状セルロース系基材の形状は機械的強度の観点から、球形であることがより好ましい。   Further, the shape of the particulate cellulose-based substrate is not particularly limited as long as it is particulate, and may be a spherical shape, an elliptical shape, an indefinite diameter crushing shape, or the like. Among these, the shape of the particulate cellulose-based substrate is more preferably spherical from the viewpoint of mechanical strength.

また、前記粒子状セルロース系基材の平均粒子径は、乾燥状態で、30〜800μmであればよいが、50〜500μmであることがより好ましく、100〜300μmであることがさらに好ましい。   Moreover, although the average particle diameter of the said particulate cellulose base material should just be 30-800 micrometers in a dry state, it is more preferable that it is 50-500 micrometers, and it is further more preferable that it is 100-300 micrometers.

なお、本明細書において、他に特に規定する場合を除き、平均粒子径とは以下の方法で決定された値をいう。まず、試料となる粒子の集合の数箇所から試料を採取する。それぞれの試料について、電子顕微鏡による観察を行い、数箇所から採取した試料全体で、合計100個以上の粒子に対して、それぞれ、対象となる粒子1つの長軸径、すなわち、粒子の形状の最も寸法の大きい方向の寸法を計測する。計測した100個以上の値のうち、上下各20%を除いた、60%の計測値の平均を本発明における平均粒子径とする。   In the present specification, unless otherwise specified, the average particle diameter means a value determined by the following method. First, samples are collected from several locations of a set of particles serving as samples. Each sample is observed with an electron microscope, and the entire sample taken from several locations is the largest in diameter of one target particle, that is, the shape of the particle, for a total of 100 or more particles. Measure the dimension in the larger dimension. Among the 100 or more measured values, an average of 60% of measured values excluding 20% in the upper and lower directions is defined as an average particle diameter in the present invention.

また、前記粒子状セルロース系基材は多孔質セルロースであってもよい。多孔質セルロースを用いることにより、得られる粒子状セルロース系吸着材は、細孔内にもキレート形成基及び/又はイオン交換基が導入されており、また、吸着対象が細孔内を流れることができる。それゆえ、吸着性能により優れた粒子状セルロース系吸着材を得ることができる。   The particulate cellulose base material may be porous cellulose. By using porous cellulose, the resulting cellulose-based adsorbent has chelate-forming groups and / or ion-exchange groups introduced into the pores, and the adsorption target may flow through the pores. it can. Therefore, it is possible to obtain a particulate cellulose-based adsorbent having better adsorption performance.

(I−2)グラフト鎖
本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材は、前記粒子状セルロース系基材に疎水性モノマーをグラフト重合することによって導入されたグラフト鎖にキレート形成基及び/又はイオン交換基が結合している。
(I-2) Graft chain The particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention is a chelate-forming group and / or ion-exchange group in a graft chain introduced by graft polymerization of a hydrophobic monomer on the particulate cellulose-based substrate. A group is attached.

ここで、疎水性モノマーは、エチレン性不飽和基を1つ有する疎水性モノマーであれば特に限定されるものではない。エチレン性不飽和基を1つ有する疎水性モノマーとしては、特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ基含有エチレン性不飽和モノマー;スチレン;クロロスチレン等のスチレン誘導体等を好適に用いることができる。中でも、エポキシ基含有エチレン性不飽和モノマーをより好適に用いることができる。   Here, the hydrophobic monomer is not particularly limited as long as it is a hydrophobic monomer having one ethylenically unsaturated group. The hydrophobic monomer having one ethylenically unsaturated group is not particularly limited. For example, an epoxy group-containing ethylenically unsaturated monomer; styrene; a styrene derivative such as chlorostyrene, or the like is preferably used. it can. Among these, an epoxy group-containing ethylenically unsaturated monomer can be more suitably used.

エポキシ基含有エチレン性不飽和モノマーとしては、特に限定されるものではないが、例えば、下記一般式   The epoxy group-containing ethylenically unsaturated monomer is not particularly limited. For example, the following general formula

で表される構造を有するモノマーを好適に用いることができる。ここで、前記一般式において、R、R、R、R、R、及びRは、それぞれ独立して、置換基を有するか有しない飽和炭化水素基又は水素原子を示す。また、該飽和炭化水素基は、一部の炭素原子が、O、N、P、S、又は、Siで置換されてもよい。置換基としても特に限定されるものではなく、例えば、アリール基、アルキル基、アルカノイル基、オキソ基(=O)等を挙げることができる。 A monomer having a structure represented by can be suitably used. Here, in the said general formula, R < 1 >, R < 2 >, R < 3 >, R < 4 >, R < 5 > and R < 6 > show a saturated hydrocarbon group or a hydrogen atom which has a substituent each independently. In the saturated hydrocarbon group, some carbon atoms may be substituted with O, N, P, S, or Si. The substituent is not particularly limited, and examples thereof include an aryl group, an alkyl group, an alkanoyl group, and an oxo group (═O).

中でも、R、R、R、R、R、及びRは、炭素数1〜6のアルキル基又は水素原子であることがより好ましい。 Among these, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , and R 6 are more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a hydrogen atom.

また、前記一般式において、Aは、置換基を有するか有しない飽和炭化水素鎖、すなわち、置換基を有するか有しない2価の飽和炭化水素基を示す。また、該飽和炭化水素鎖は、一部の炭素原子が、O、N、P、S、又は、Siで置換されてもよい。置換基としても特に限定されるものではなく、例えば、アリール基、アルキル基、アルカノイル基、オキソ基等を挙げることができる。また、前記一般式において、nは0又は1である。   In the general formula, A represents a saturated hydrocarbon chain having or not having a substituent, that is, a divalent saturated hydrocarbon group having or not having a substituent. In the saturated hydrocarbon chain, some carbon atoms may be substituted with O, N, P, S, or Si. The substituent is not particularly limited, and examples thereof include an aryl group, an alkyl group, an alkanoyl group, and an oxo group. In the above general formula, n is 0 or 1.

中でも、Aは、炭素数が1〜2の飽和炭化水素鎖、又は、該飽和炭化水素鎖中に少なくとも1つのオキシ基(−O−)を含むものであることがより好ましい。また、置換基として、オキソ基等を有するものであることがより好ましい。   Among these, A is more preferably a saturated hydrocarbon chain having 1 to 2 carbon atoms, or one containing at least one oxy group (—O—) in the saturated hydrocarbon chain. Moreover, it is more preferable that it has an oxo group etc. as a substituent.

より具体的には、前記疎水性モノマーとしては、例えば、(メタ)アルリル酸グリシジル、アリルグリシジルエーテル、グリシジルビニルエーテル、2−ビニルオキシラン、(メタ)アクリル酸2−メチルオキシラニルメチル、イタコン酸ジグリシジル、ペンテン酸グリシジル、ヘキセン酸グリシジル、ヘプテン酸グリシジル等を挙げることができる。   More specifically, examples of the hydrophobic monomer include glycidyl (meth) allylate, allyl glycidyl ether, glycidyl vinyl ether, 2-vinyloxirane, 2-methyloxiranylmethyl (meth) acrylate, and diglycidyl itaconate. Glycidyl pentenoate, glycidyl hexenoate, glycidyl heptenoate and the like.

前記疎水性モノマーは、単独で用いてもよいし、2以上を組み合わせて用いても良い。また、本発明においては、前記粒子状セルロース基材に前記エチレン性不飽和基を1つ有する疎水性モノマーがグラフト重合されていればよいが、さらに、その他のモノマーがグラフト重合されていてもよい。例えば、エチレン性不飽和基を2つ以上有する多官能性モノマーを共存させることにより、グラフト鎖が架橋した構造を得ることができる。これにより、粒子状セルロース系吸着材の表面の膨潤度を調整することができる。かかるエチレン性不飽和基を2つ以上有する多官能性モノマーとしては、例えば、ポリエチレングリコール#400〜1000ジアクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート、ジビニルベンゼン等を好適に用いることができる。前記エチレン性不飽和基を2つ以上有する多官能性モノマーを用いる場合、その使用量は、前記エチレン性不飽和基を1つ有する疎水性モノマーに対して1〜20モル%であることが好ましく、3〜10モル%であることがより好ましい。   The hydrophobic monomers may be used alone or in combination of two or more. In the present invention, it is sufficient that the hydrophobic monomer having one ethylenically unsaturated group is graft-polymerized on the particulate cellulose base material, and other monomers may be further graft-polymerized. . For example, by allowing a polyfunctional monomer having two or more ethylenically unsaturated groups to coexist, a structure in which graft chains are crosslinked can be obtained. Thereby, the swelling degree of the surface of a particulate cellulose type adsorbent can be adjusted. As the polyfunctional monomer having two or more ethylenically unsaturated groups, for example, polyethylene glycol # 400 to 1000 diacrylate, ethoxylated bisphenol A diacrylate, divinylbenzene and the like can be suitably used. When using the polyfunctional monomer which has 2 or more of the said ethylenically unsaturated groups, it is preferable that the usage-amount is 1-20 mol% with respect to the hydrophobic monomer which has one said ethylenically unsaturated group. More preferably, it is 3-10 mol%.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材においては、前記粒子状セルロース系基材に疎水性モノマーをグラフト重合することによって導入されたグラフト鎖のグラフト率は、100%以上となっている。グラフト率が100%以上であることにより、得られる粒子状セルロース系吸着材のキレート形成基及び/又はイオン交換基の平均密度を高くすることができる。それゆえ、吸着能力の高い粒子状セルロース系吸着材を得ることができる。   In the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, the graft ratio of graft chains introduced by graft polymerization of a hydrophobic monomer on the particulate cellulose-based substrate is 100% or more. When the graft ratio is 100% or more, the average density of the chelate-forming groups and / or ion exchange groups of the obtained particulate cellulose-based adsorbent can be increased. Therefore, a particulate cellulose-based adsorbent having a high adsorption capacity can be obtained.

前記グラフト率は100%以上であればよいが、150%以上であることがより好ましく、200%以上であることがさらに好ましい。   The graft ratio may be 100% or more, more preferably 150% or more, and further preferably 200% or more.

(I−3)官能基
本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材は、前記粒子状セルロース系基材に前記疎水性モノマーをグラフト重合することによって導入されたグラフト鎖に吸着材を構成することができる官能基が結合している。なお、ここで、官能基とは、導入されることによって吸着材を構成することができるものであれば、特に限定されるものではないが、キレート形成基、イオン交換基等を好適に用いることができる。すなわち、本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材は、キレート形成基が導入されたもの、イオン交換基が導入されたもの、又は、キレート形成基とイオン交換基とが両方導入されたものであることがより好ましい。
(I-3) Functional group The particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention may constitute an adsorbent on a graft chain introduced by graft polymerization of the hydrophobic monomer on the particulate cellulose-based substrate. Possible functional groups are attached. Here, the functional group is not particularly limited as long as it can form an adsorbent by being introduced, but a chelate-forming group, an ion exchange group, or the like is preferably used. Can do. That is, the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention has a chelate-forming group introduced, an ion-exchange group introduced, or both a chelate-forming group and an ion-exchange group introduced. It is more preferable.

本発明で用いられるキレート形成基としては、吸着対象とキレート化合物を形成する基であれば特に限定されるものではないが、例えば、グルカミン基、ジオール基、ポリオール基、ポリオールと窒素原子とから構成される基、イミノジ酢酸基、ポリアミン基、アミドキシム基、ジチオカルバミン酸基、チオ尿素基、アミノリン酸基等を好適に用いることができる。なお、ここでポリオール基とは、3個以上のヒドロキシル基を有する基をいう。   The chelate-forming group used in the present invention is not particularly limited as long as it is a group that forms a chelate compound with an adsorption target. For example, it is composed of a glucamine group, a diol group, a polyol group, a polyol and a nitrogen atom. Group, iminodiacetic acid group, polyamine group, amidoxime group, dithiocarbamic acid group, thiourea group, aminophosphoric acid group and the like can be suitably used. Here, the polyol group means a group having 3 or more hydroxyl groups.

前記キレート形成基は、前記グラフト鎖と反応することにより前記キレート形成基が結合されるような化合物と、前記グラフト鎖とを反応させることにより導入される。従って、前記グラフト鎖がエポキシ基を有する場合には、前記化合物としては、エポキシ基と反応して、前記キレート形成基を導入できるような化合物を用いればよい。   The chelate-forming group is introduced by reacting the graft chain with a compound capable of binding the chelate-forming group by reacting with the graft chain. Therefore, when the graft chain has an epoxy group, a compound that can react with the epoxy group to introduce the chelate-forming group may be used as the compound.

かかる化合物としては、例えば、N−メチルグルカミン(N−メチル−D−(−)−グルカミン);2,2’−イミノジエタノール;3−アミノ−1,2−プロパンジオール、ジ−2−プロパノールアミン等のジオール基含化合物等を例示することができる。   Examples of such compounds include N-methylglucamine (N-methyl-D-(-)-glucamine); 2,2′-iminodiethanol; 3-amino-1,2-propanediol, di-2-propanol. Examples thereof include diol group-containing compounds such as amines.

また、本発明で用いられるイオン交換基は、通常イオン交換基として用いられるものであればどのようなものであってもよいが、例えば、酸性水酸基、カルボキシル基、スルホ基等の陽イオン交換基;アミノ基、イミノ基、アンモニウム基等の陰イオン交換基等を挙げることができる。前記イオン交換基の導入方法も特に限定されるものではなく、従来公知の方法を好適に用いることができる。   The ion exchange group used in the present invention may be any ion exchange group that is usually used as an ion exchange group. For example, a cation exchange group such as an acidic hydroxyl group, a carboxyl group, or a sulfo group. An anion exchange group such as an amino group, an imino group, and an ammonium group. The method for introducing the ion exchange group is not particularly limited, and a conventionally known method can be suitably used.

前記キレート形成基及び/又はイオン交換基の平均密度、すなわち、粒子状セルロース系吸着材1g中に含まれるキレート形成基及び/又はイオン交換基の量は、1.0mmol/g以上であることが好ましく、1.3mmol/g以上であることがより好ましく、1.5mmol/g以上であることがさらに好ましい。   The average density of the chelate-forming groups and / or ion-exchange groups, that is, the amount of chelate-forming groups and / or ion-exchange groups contained in 1 g of the particulate cellulose-based adsorbent is 1.0 mmol / g or more. Preferably, it is 1.3 mmol / g or more, more preferably 1.5 mmol / g or more.

キレート形成基及び/又はイオン交換基の平均密度が1.0mmol/g以上であることにより、吸着材として利用可能な吸着能力を有する粒子状セルロース系吸着材を得ることができる。   When the average density of the chelate-forming group and / or ion-exchange group is 1.0 mmol / g or more, a particulate cellulose-based adsorbent having adsorbability that can be used as an adsorbent can be obtained.

なお、前記グラフト鎖がエポキシ基を有する場合には、前記キレート形成基及び/又はイオン交換基の導入後においても残存するエポキシ基はジオール化されていることがより好ましい。これにより、かかるジオールも、キレートの形成に寄与することができるため、さらに粒子状セルロース系吸着材の吸着能力を向上させることができる。   In the case where the graft chain has an epoxy group, it is more preferable that the epoxy group remaining after the introduction of the chelate-forming group and / or the ion exchange group is dioled. Thereby, since this diol can also contribute to chelate formation, the adsorption capacity of the particulate cellulose-based adsorbent can be further improved.

(I−4)粒子状セルロース系吸着材
本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材の形状は、前記粒子状セルロース基材と同様、粒子状であれば特に限定されるものではなく、球形、楕円形、不定径破砕形状等であればよい。中でも、前記粒子状セルロース系吸着材の形状は機械的強度の観点から、球形であることがより好ましい。
(I-4) Particulate cellulose-based adsorbent The shape of the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention is not particularly limited as long as it is particulate, as in the case of the particulate cellulose substrate. Any shape, indefinite diameter crushing shape, etc. may be used. Among these, the shape of the particulate cellulose-based adsorbent is more preferably spherical from the viewpoint of mechanical strength.

また、本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材の平均粒子径は、100〜1500μmであればよいが、100〜800μmであることがより好ましく、200〜500μmであることがさらに好ましい。平均粒子径が上記範囲であることにより、従来のイオン交換/キレート樹脂球用の吸着塔、再生設備等をそのまま使用することができる。   Moreover, the average particle diameter of the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention may be 100 to 1500 μm, more preferably 100 to 800 μm, and further preferably 200 to 500 μm. When the average particle diameter is in the above range, conventional adsorption towers for ion exchange / chelating resin spheres, regeneration facilities, etc. can be used as they are.

また、本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材は多孔質であってもよい。これにより吸着対象が細孔内を流れることができる。それゆえ、より優れた吸着性能を得ることができる。   The particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention may be porous. Thereby, the adsorption target can flow in the pores. Therefore, more excellent adsorption performance can be obtained.

本発明の粒子状セルロース系吸着材は、導入されているキレート基を適宜選択することにより、様々な半金属、半金属化合物、金属又は金属化合物を吸着することができる。前記半金属としては、ホウ素、ゲルマニウム、テルル、セレン、ヒ素等を挙げることができる。また、前記金属としては、Cu、Cd、Hg、Zn、Fe、Cr、Mn、Ca、Mg、Na等を挙げることができる。中でも、本発明の粒子状セルロース系吸着材は、ホウ素吸着材、ゲルマニウム吸着材、ヒ素吸着材、重金属吸着材等として好適に用いることができる。   The particulate cellulose-based adsorbent of the present invention can adsorb various metalloids, metalloid compounds, metals or metal compounds by appropriately selecting the introduced chelate group. Examples of the metalloid include boron, germanium, tellurium, selenium, and arsenic. Examples of the metal include Cu, Cd, Hg, Zn, Fe, Cr, Mn, Ca, Mg, and Na. Among these, the particulate cellulose adsorbent of the present invention can be suitably used as a boron adsorbent, a germanium adsorbent, an arsenic adsorbent, a heavy metal adsorbent, and the like.

特に、本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材が、キレート形成基としてグルカミン基、ポリオール基を導入されたものである場合には、かかる粒子状セルロース系吸着材は、水中のホウ素、ゲルマニウム、ヒ素を吸着する吸着材としてより好適に用いることができる。かかる場合、残存するエポキシ基をジオール化することによって、ホウ素、ゲルマニウム等とキレート化合物を形成するジオール基をさらに提供することによって、吸着性能をさらに向上させることができる。また、セルロース自体が親水性のポリヒドロキシ化合物であるため、高い吸着能力を有するホウ素、ゲルマニウム、ヒ素等の吸着材を提供することができる。   In particular, when the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention is one in which a glucamine group or a polyol group is introduced as a chelate-forming group, the particulate cellulose-based adsorbent includes boron, germanium, arsenic in water. Can be more suitably used as an adsorbent for adsorbing. In such a case, the adsorption performance can be further improved by providing a diol group that forms a chelate compound with boron, germanium, or the like by diol-forming the remaining epoxy group. In addition, since cellulose itself is a hydrophilic polyhydroxy compound, it is possible to provide an adsorbent such as boron, germanium, and arsenic having a high adsorption ability.

本発明にかかるキレート形成基が導入されている粒子状セルロース系吸着材は、例えば、半金属、半金属化合物、金属、金属化合物等を含有する水溶液、有機溶媒溶液、土壌、海水、工場廃水、温泉水、鉱山廃水等の処理対象と接触させることにより、有害金属の除去、有用金属の回収、多成分金属系からの特定金属の分離生成等に利用することができる。   The particulate cellulose-based adsorbent into which the chelate-forming group according to the present invention is introduced is, for example, an aqueous solution, organic solvent solution, soil, seawater, factory wastewater containing metalloid, metalloid compound, metal, metal compound, It can be used for removing harmful metals, recovering useful metals, separating and producing specific metals from multi-component metal systems, etc. by bringing them into contact with treatment objects such as hot spring water and mine wastewater.

また、本発明の粒子状セルロース系吸着材は、導入されているイオン交換基を適宜選択することにより、様々な金属イオン;アミノ酸、ビタミン、タンパク質、核酸、糖等の生体高分子;イオン性染料等を吸着、分離することができる。特に、セルロースは、親水性が大きいため生体高分子の吸着、分離に好適に用いることができる。   In addition, the particulate cellulose-based adsorbent of the present invention can be obtained by appropriately selecting the ion exchange group introduced, and various metal ions; biopolymers such as amino acids, vitamins, proteins, nucleic acids, sugars; ionic dyes Etc. can be adsorbed and separated. In particular, since cellulose is highly hydrophilic, it can be suitably used for the adsorption and separation of biopolymers.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材を処理対象と接触させる方法は特に限定されるものではないが、例えば、前記処理対象中に本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材を投入して攪拌し又は振り混ぜる方法、或いは、本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材を充填したカラム又は吸着塔に前記処理対象を通過させる方法等を用いることができる。   The method for bringing the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention into contact with the object to be treated is not particularly limited. For example, the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention is introduced into the object to be treated and stirred. Alternatively, a method of shaking and mixing, a method of passing the treatment target through a column or adsorption tower packed with the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, and the like can be used.

また、半金属、金属等を吸着させた後の粒子状セルロース系吸着材は、希塩酸、希硫酸、希硝酸等の溶離剤に接触させて半金属、金属等を溶離させることにより再生することができる。また、溶離された半金属、金属等は同時に回収することができる。溶離後の粒子状セルロース系吸着材は、純水で洗浄後、再び吸着材として利用することができる。   The particulate cellulose adsorbent after adsorbing metalloid, metal, etc. can be regenerated by contacting the metallurgical metal, metal, etc. with an eluent such as dilute hydrochloric acid, dilute sulfuric acid, dilute nitric acid. it can. Also, the eluted metalloid, metal, etc. can be recovered simultaneously. The particulate cellulose-based adsorbent after elution can be used again as an adsorbent after washing with pure water.

(II)粒子状セルロース系吸着材の製造方法
本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材は、従来は、グラフト鎖を高いグラフト率で導入することが困難であった、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材に高いグラフト率でグラフト鎖が導入されているものである。かかる、高いグラフト率は、粒子状セルロース系基材を活性化後、高濃度の反応性モノマーを含有するエマルジョン中でグラフト重合することにより達成されると考えられる。したがって、かかる粒子状セルロース系吸着材の製造方法も本発明に含まれる。
(II) Production method of particulate cellulose-based adsorbent The particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention has hitherto been difficult to introduce graft chains at a high graft ratio, and has a crystallinity of 80% or more. A graft chain is introduced at a high graft ratio into a particulate cellulose base material mainly composed of cellulose. Such a high graft rate is considered to be achieved by activating the particulate cellulose-based substrate and then graft polymerization in an emulsion containing a high concentration of reactive monomer. Therefore, the manufacturing method of this particulate cellulose adsorbent is also included in the present invention.

すなわち、本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材は、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材を活性化する活性化工程と、活性化された粒子状セルロース系基材を、疎水性モノマーを含むエマルジョンと接触させて、当該疎水性モノマーを前記粒子状セルロース系基材にグラフト重合させてグラフト鎖を導入するグラフト鎖導入工程と、導入された前記グラフト鎖にキレート形成基及び/又はイオン交換基を結合させる官能基結合工程とを含み、前記エマルジョンに含まれる前記疎水性モノマーの量は、エマルジョン全量に対して30重量%より大きく80重量%以下である。   That is, the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention includes an activation step of activating a particulate cellulose-based substrate mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more, and an activated particulate cellulose. A graft chain introducing step of bringing a graft substrate into contact with an emulsion containing a hydrophobic monomer, grafting the hydrophobic monomer onto the particulate cellulose substrate, and introducing the graft chain; And a functional group binding step of binding a chelate-forming group and / or an ion exchange group to the emulsion, and the amount of the hydrophobic monomer contained in the emulsion is greater than 30% by weight and less than 80% by weight based on the total amount of the emulsion .

(II−1)活性化工程
本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材の製造方法では、まず、活性化工程において、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材を活性化する。
(II-1) Activation Step In the method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, first, in the activation step, a particulate cellulose-based substrate mainly comprising cellulose having a crystallinity of 80% or more. Activate.

ここで、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材については、前記(I−1)で説明したとおりであるのでここでは説明を省略する。   Here, the particulate cellulose base material mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more is as described in the above (I-1), and therefore the description thereof is omitted here.

活性化は、続くグラフト鎖導入工程で、導入されるグラフト鎖のグラフト率が100%以上となるように、ラジカル活性点を生成させることができれば、その方法は特に限定されるものではなく、例えば、ラジカル重合開始剤を用いて化学的に活性化を行う方法、電離放射線を照射することにより活性化を行う方法、紫外線を照射することにより活性化を行う方法、超音波により活性化を行う方法、プラズマ照射により活性化を行う方法等を用いることができる。中でも電離放射線を照射する方法は、製造プロセスが簡単、安全、且つ、低公害であるという利点を有する。また、グラフト鎖を粒子状セルロース系基材の表面から内部まで導入することができ、吸着能力により優れた吸着材得ることができる。   The activation is not particularly limited as long as the radical active site can be generated in the subsequent graft chain introduction step so that the graft rate of the graft chain to be introduced is 100% or more. , A method of chemically activating using a radical polymerization initiator, a method of activating by irradiating with ionizing radiation, a method of activating by irradiating with ultraviolet rays, a method of activating by ultrasound A method of activation by plasma irradiation can be used. Among them, the method of irradiating with ionizing radiation has an advantage that the manufacturing process is simple, safe and low pollution. Further, the graft chain can be introduced from the surface to the inside of the particulate cellulose-based substrate, and an adsorbent having an excellent adsorption ability can be obtained.

電離放射線を照射することにより活性化を行う場合、結晶化度の高いセルロースの球状粒子は代表的な放射線分解型高分子であるため、粒子状セルロース系基材にダメージを与えない線量の電離放射線を照射する。かかる線量としては、1〜30kGyであることが好ましく、1〜25kGyであることがより好ましく、10〜20kGyであることがさらに好ましい。電離放射線の線量が1kGy以上であることにより、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材に必要なラジカル活性点を生成することができる。また、電離放射線の線量が30kGy以下であることにより、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材に加えられるダメージを抑制することができるという効果を奏する。それゆえ機械的強度が低下せず、化学的安定性にすぐれた粒子状セルロース系吸着材を製造することができる。また、低線量の電離放射線を照射することにより、エネルギーと照射時間を節約することができるため、製造コストを低減することができる。   When activated by irradiating with ionizing radiation, spherical cellulose particles with high crystallinity are typical radiation-decomposable polymers, so doses of ionizing radiation that do not damage particulate cellulose-based substrates Irradiate. The dose is preferably 1 to 30 kGy, more preferably 1 to 25 kGy, and still more preferably 10 to 20 kGy. When the dose of ionizing radiation is 1 kGy or more, a radical active site necessary for a particulate cellulose base material mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more can be generated. Moreover, when the dose of ionizing radiation is 30 kGy or less, there is an effect that it is possible to suppress damage applied to the particulate cellulose base material mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more. Therefore, it is possible to produce a particulate cellulose-based adsorbent excellent in chemical stability without lowering mechanical strength. Further, by irradiating with a low dose of ionizing radiation, energy and irradiation time can be saved, so that the manufacturing cost can be reduced.

前記電離放射線としては、α線、β線、γ線、電子線、X線等を挙げることができるが、中でも、工業的な生産性の観点から、例えばコバルト−60からのγ線、電子線加速器による電子線、X線等をより好適に用いることができる。また、電子線加速器による電子線を用いる場合、電子線加速器としては、厚物の照射を行うことができる電子線加速器を用いることがより好ましく、加速電圧1MeV以上の中エネルギーから高エネルギーの電子線加速器を好適に用いることができる。また、照射時に、前記粒子状セルロース系基材の粒子層を、例えばプラスチックバッグの中に、平板化して封着すれば、1MeV以下の中低エネルギー電子線加速器でも電子線を透過させることができるため、好適に前記粒子状セルロース系基材を活性化することができる。   Examples of the ionizing radiation include α-rays, β-rays, γ-rays, electron beams, and X-rays. Among these, from the viewpoint of industrial productivity, for example, γ-rays and electron beams from cobalt-60. An electron beam, an X-ray, etc. by an accelerator can be used more suitably. Moreover, when using an electron beam by an electron beam accelerator, it is more preferable to use an electron beam accelerator capable of performing irradiation of a thick material as the electron beam accelerator, and an electron beam having a medium energy to a high energy with an acceleration voltage of 1 MeV or more. An accelerator can be used suitably. Further, when the particle layer of the particulate cellulose base material is flattened and sealed, for example, in a plastic bag at the time of irradiation, an electron beam can be transmitted even with a medium to low energy electron beam accelerator of 1 MeV or less. Therefore, the particulate cellulose base material can be preferably activated.

また、電離放射線は、含水率が10%を超え50%以下の状態の前記粒子状セルロース系基材に照射することがより好ましい。これにより、続くグラフト鎖導入工程で、導入されるグラフト鎖のグラフト率をさらに高めることができる。なお、含水率が10%を超え50%以下の状態の前記粒子状セルロース系基材を照射することにより、グラフト率を高めることができる理由は明らかではないが、前記粒子状セルロース系基材内部、例えば、微結晶セルロースを含む粒子状セルロース系基材の場合は微結晶体の間に分布する水分子が照射によりラジカルを発生させ、ラジカル活性点の生成収率を高めることが考えられる。電離放射線を照射する前記粒子状セルロース系基材の含水率は、15〜35%であることがさらに好ましく、15〜25%であることが特に好ましい。また、含水率が50%を超えると、かかる量の水を含む粒子状セルロース系基材を調製すること自体が困難になる。   Further, it is more preferable that the ionizing radiation is irradiated to the particulate cellulose base material having a moisture content of more than 10% and 50% or less. Thereby, the graft ratio of the graft chain introduced can be further increased in the subsequent graft chain introducing step. The reason why the graft ratio can be increased by irradiating the particulate cellulose-based substrate having a water content of more than 10% and not more than 50% is not clear, but the inside of the particulate cellulose-based substrate is not clear. For example, in the case of a particulate cellulose-based substrate containing microcrystalline cellulose, it is considered that water molecules distributed between the microcrystalline bodies generate radicals by irradiation to increase the yield of radical active sites. The moisture content of the particulate cellulose base material that is irradiated with ionizing radiation is more preferably 15 to 35%, and particularly preferably 15 to 25%. On the other hand, when the water content exceeds 50%, it becomes difficult to prepare a particulate cellulose base material containing such an amount of water.

さらに、電離放射線の照射は、窒素ガス、ネオンガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で行うことがより好ましい。これにより、グラフト鎖の導入を効果的に行うことができるため好ましい。   Further, the irradiation with ionizing radiation is more preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, neon gas, or argon gas. This is preferable because the graft chain can be effectively introduced.

(II−2)グラフト鎖導入工程
前記活性化工程で活性化された粒子状セルロース系基材は、グラフト鎖導入工程で、疎水性モノマーを含むエマルジョンと接触させて、当該疎水性モノマーを前記粒子状セルロース系基材にグラフト重合させる。これにより、前記粒子状セルロース系基材にグラフト鎖が導入される。
(II-2) Graft chain introduction step The particulate cellulose base material activated in the activation step is brought into contact with an emulsion containing a hydrophobic monomer in the graft chain introduction step, and the hydrophobic monomer is introduced into the particles. Graft-polymerize on a cellulosic base material. Thereby, a graft chain is introduced into the particulate cellulose base material.

ここで、「疎水性モノマー」については、前記(I−2)で説明したとおりであるのでここでは説明を省略する。   Here, since the “hydrophobic monomer” is as described in the above (I-2), the description is omitted here.

本工程において用いられるエマルジョンに含まれる前記疎水性モノマーの量は、エマルジョン全量に対して30重量%より大きく80重量%以下であることが好ましく、40〜60重量%であることがより好ましく、45〜55重量%であることがさらに好ましい。これにより、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材に、高いグラフト率で疎水性モノマーをグラフト重合することができる。さらに活性化された粒子状セルロース系基材と、疎水性モノマーを含むエマルジョンとの接触時間も短縮することができる。また、前記疎水性モノマーの量が、エマルジョン全量に対して80重量%より大きくなると、エマルジョンが調製しにくくなり、分散が不均一になったり安定性が悪くなったりするため好ましくない。   The amount of the hydrophobic monomer contained in the emulsion used in this step is preferably more than 30% by weight and 80% by weight or less, more preferably 40 to 60% by weight, more preferably 45%. More preferably, it is -55 weight%. Thereby, a hydrophobic monomer can be graft-polymerized with a high graft ratio on a particulate cellulose base material mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more. Furthermore, the contact time of the activated particulate cellulose base material and the emulsion containing a hydrophobic monomer can also be shortened. On the other hand, when the amount of the hydrophobic monomer is more than 80% by weight based on the total amount of the emulsion, it is difficult to prepare an emulsion, and dispersion is not uniform or stability is not preferable.

また、前記エマルジョンは水系エマルジョン、すなわち、前記疎水性モノマーと水とを含むエマルジョンであることがより好ましい。なお、ここで用いられる水としては、イオン交換水、純水、超純水等を用いればよい。これにより、前記疎水性モノマーは小さいミセル中に分散し、ラジカルの利用率と重合速度が高くなるため、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材に、高いグラフト率で疎水性モノマーをグラフト重合することができる。また、グラフト鎖導入工程において有機溶媒を使用しないため、プロセスのコスト低減、環境に対する負荷の低減、及び、プロセスの安全性向上の点から好ましい。   The emulsion is more preferably a water-based emulsion, that is, an emulsion containing the hydrophobic monomer and water. In addition, what is necessary is just to use ion-exchange water, a pure water, an ultrapure water etc. as water used here. As a result, the hydrophobic monomer is dispersed in small micelles, and the utilization rate of the radicals and the polymerization rate are increased, so that the degree of crystallinity is high in the particulate cellulose base material mainly composed of cellulose of 80% or more. Hydrophobic monomers can be graft polymerized at a graft rate. Further, since an organic solvent is not used in the graft chain introduction step, it is preferable from the viewpoint of reducing process costs, reducing environmental burden, and improving process safety.

また、前記エマルジョンは、さらに、疎水性モノマーに対して、3〜10重量%、より好ましくは3〜8重量%の界面活性剤を含むことが好ましい。これにより、結晶化度が80%以上のセルロースを主成分とする粒子状セルロース系基材に、高いグラフト率で疎水性モノマーをグラフト重合することができる。さらに粒子状セルロース系基材と、活性化された粒子状セルロース系基材と疎水性モノマーを含むエマルジョンとの接触時間も短縮することができる。   Moreover, it is preferable that the said emulsion contains 3-10 weight% of surfactant further with respect to a hydrophobic monomer, More preferably, it is 3-8 weight%. Thereby, a hydrophobic monomer can be graft-polymerized with a high graft ratio on a particulate cellulose base material mainly composed of cellulose having a crystallinity of 80% or more. Furthermore, the contact time between the particulate cellulose-based substrate, the activated particulate cellulose-based substrate and the emulsion containing the hydrophobic monomer can also be shortened.

本工程で用いることができる界面活性剤も、特に限定されるものではなく、通常エマルジョン重合で用いられている界面活性剤を好適に用いることができる。かかる界面活性剤としては、具体的には、例えば、アルキルポリオキシエチレンエーテル、S−アルキルポリオキシエチレンエーテル、アルキルフェニルポリオキシエチレンエーテル、N,N’−ジ(アルカノール)アルカンアミド、アミンオキシド等の非イオン界面活性剤;セッケン、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルジフェニルエーテルスルホン酸塩、アルカンスルホン酸塩、α―オレフィンスルホン酸塩、α−スルホ脂肪酸メチル、硫酸アルキル塩、硫酸アルキル(ポリオキシエチレン)塩、リン酸アルキル塩、N−アシルアミノ酸塩、ジアルキルジメチルアンモニウムクロリド、モノアルキルトリメチルアンモニウムクロリド等のイオン性界面活性剤;スルホベタイン、ベタイン等の両性界面活性剤を挙げることができる。   The surfactant that can be used in this step is not particularly limited, and a surfactant that is usually used in emulsion polymerization can be suitably used. Specific examples of such surfactants include alkyl polyoxyethylene ether, S-alkyl polyoxyethylene ether, alkylphenyl polyoxyethylene ether, N, N′-di (alkanol) alkanamide, amine oxide and the like. Nonionic surfactants: soap, alkylbenzene sulfonate, alkyl diphenyl ether sulfonate, alkane sulfonate, α-olefin sulfonate, α-sulfo fatty acid methyl, alkyl sulfate, alkyl sulfate (polyoxyethylene) salt Ionic surfactants such as alkyl phosphate salts, N-acyl amino acid salts, dialkyldimethylammonium chlorides and monoalkyltrimethylammonium chlorides; amphoteric surfactants such as sulfobetaines and betaines.

また、活性化された粒子状セルロース系基材と疎水性モノマーを含むエマルジョンとの接触方法は特に限定されるものではないが、例えば、活性化された粒子状セルロース系基材を、前記エマルジョンに浸漬する方法等を挙げることができる。   The method for contacting the activated particulate cellulose substrate with the emulsion containing the hydrophobic monomer is not particularly limited. For example, the activated particulate cellulose substrate is added to the emulsion. The method of immersing etc. can be mentioned.

活性化された粒子状セルロース系基材と疎水性モノマーを含むエマルジョンとの接触時間は、接触方法として浸漬する方法を用いる場合5分〜8時間であり、より好ましくは30分〜60分である。本発明においては、短い接触時間で、高いグラフト率を達成することができる。   The contact time between the activated particulate cellulose-based substrate and the emulsion containing the hydrophobic monomer is 5 minutes to 8 hours, more preferably 30 minutes to 60 minutes, when the immersion method is used. . In the present invention, a high graft ratio can be achieved with a short contact time.

また、反応温度、すなわち、活性化された粒子状セルロース系基材と疎水性モノマーを含むエマルジョンとを接触させる温度は、接触方法として浸漬する方法を用いる場合、40〜80℃であり、より好ましくは、50〜60℃である。   In addition, the reaction temperature, that is, the temperature at which the activated particulate cellulose-based substrate and the emulsion containing the hydrophobic monomer are brought into contact with each other is preferably 40 to 80 ° C. when the immersion method is used. Is 50-60 ° C.

また、活性化された粒子状セルロース系基材と疎水性モノマーを含むエマルジョンとの接触は、窒素ガス、ネオンガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。これにより、ラジカルと酸素との反応を防止することができる。   Further, the contact between the activated particulate cellulose base material and the emulsion containing the hydrophobic monomer is preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, neon gas, or argon gas. Thereby, reaction of a radical and oxygen can be prevented.

(II−3)官能基結合工程
官能基結合工程では前記グラフト鎖導入工程で導入された前記グラフト鎖にキレート形成基及び/又はイオン交換基を結合させる。ここで、前記キレート形成基及び/又はイオン交換基については、(I−3)で説明したとおりであるのでここでは説明を省略する。
(II-3) Functional group bonding step In the functional group bonding step, a chelate-forming group and / or an ion exchange group is bonded to the graft chain introduced in the graft chain introducing step. Here, since the chelate-forming group and / or the ion-exchange group are as described in (I-3), the description thereof is omitted here.

本工程における反応条件は、グラフト鎖、キレート形成基及び/又はイオン交換基に応じて、適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。   The reaction conditions in this step may be appropriately selected according to the graft chain, chelate forming group and / or ion exchange group, and are not particularly limited.

(II−4)その他
また、本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材の製造方法は、前記疎水性モノマーとしてエポキシ基含有エチレン性不飽和モノマーを用いる場合には、前記官能基結合工程後に、さらに、グラフト鎖に残存するエポキシ基をジオール化する工程を含んでいることが好ましい。
(II-4) Other Further, in the method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention, when an epoxy group-containing ethylenically unsaturated monomer is used as the hydrophobic monomer, after the functional group binding step, It is preferable to include a step of diol-forming the epoxy group remaining in the graft chain.

グラフト鎖に残存するエポキシ基をジオール化する方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知の方法を適宜選択すればよい。具体的には、0.1〜1mol/lの希塩酸で洗浄する方法等を好適に用いることができる。   The method for diol-forming the epoxy group remaining in the graft chain is not particularly limited, and a conventionally known method may be appropriately selected. Specifically, a method of washing with 0.1 to 1 mol / l dilute hydrochloric acid can be suitably used.

また、半金属、金属等を吸着させた後の粒子状セルロース系吸着材は、希塩酸、希硫酸、希硝酸等の溶離剤に接触させて半金属、金属等を溶離させることによって再生することができる。かかる再生の過程で、残存するエポキシ基がジオール化されると考えられる。このため、本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材は、繰り返し使用しても、吸着能力が低減せず、逆に、使用回数の増加とともに吸着能力が向上するという好ましい特性を有する。   The particulate cellulose-based adsorbent after adsorbing metalloid, metal, etc. can be regenerated by contacting the metalloid, metal, etc. with an eluent such as dilute hydrochloric acid, dilute sulfuric acid, dilute nitric acid. it can. It is considered that the remaining epoxy group is converted into a diol during the regeneration process. For this reason, the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention has a preferable characteristic that the adsorption capacity does not decrease even when it is repeatedly used, and conversely, the adsorption capacity improves as the number of uses increases.

以下に、実施例および比較例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。まず、実施例および比較例における、グラフト率の決定方法を以下に示す。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto. First, the determination method of the graft ratio in an Example and a comparative example is shown below.

<グラフト率>
粒子状セルロース系吸着材のグラフト率、すなわち、前記粒子状セルロース系基材に対する、グラフト重合により導入されている疎水性モノマーの量(重量百分率)は、以下の方法で求めた。
<Graft ratio>
The graft ratio of the particulate cellulose-based adsorbent, that is, the amount (weight percentage) of the hydrophobic monomer introduced by graft polymerization with respect to the particulate cellulose-based substrate was determined by the following method.

グラフト重合後、疎水性モノマーが導入されたセルロース系粒子を、メタノール、アセトン等の有機溶媒に48時間浸漬して未反応の疎水性モノマー及びホモポリマーを除去した。その後、セルロース系粒子をさらに水に24時間浸漬した後、水で洗浄し、50℃で24時間乾燥した。この乾燥後のセルロース系粒子の重量(W)と、疎水性モノマーを導入する前の粒子状セルロース系基材の乾燥重量(W)とからグラフト率を次式により算出した。
グラフト率(%)=((W−W)/W)×100
<キレート形成基及び/又はイオン交換基の平均密度>
キレート形成基及び/又はイオン交換基の平均密度は、上記方法で求めたセルロース系粒子の重量(W)、キレート形成基及び/又はイオン交換基の分子量(M)、キレート形成基及び/又はイオン交換基を結合し洗浄乾燥して得られた粒子状セルロース系吸着材の重量(W)から次式により算出した。
キレート形成基及び/又はイオン交換基の平均密度(mmol/g)=
((W−W)/M)/W
〔実施例1〕
市販の微結晶セルロースのみで構成されたセルロース微粒子を粒子状セルロース系基材として用い、市販のホウ素吸着樹脂と同様の粒子径を有する粒子状セルロース系吸着材を製造した。
After graft polymerization, the cellulose-based particles into which the hydrophobic monomer was introduced were immersed in an organic solvent such as methanol and acetone for 48 hours to remove unreacted hydrophobic monomer and homopolymer. Thereafter, the cellulose particles were further immersed in water for 24 hours, washed with water, and dried at 50 ° C. for 24 hours. The graft ratio was calculated from the weight (W g ) of the cellulose-based particles after drying and the dry weight (W 0 ) of the particulate cellulose-based substrate before introducing the hydrophobic monomer by the following formula.
Graft ratio (%) = ((W g −W 0 ) / W 0 ) × 100
<Average density of chelate forming groups and / or ion exchange groups>
The average density of the chelate-forming group and / or ion-exchange group is the weight (W g ) of the cellulosic particles determined by the above method, the molecular weight (M) of the chelate-forming group and / or ion-exchange group, the chelate-forming group and / or The weight was calculated from the following formula from the weight (W p ) of the particulate cellulose-based adsorbent obtained by binding ion exchange groups, washing and drying.
Average density of chelating groups and / or ion exchange groups (mmol / g) =
((W p −W g ) / M) / W p
[Example 1]
A particulate cellulose-based adsorbent having the same particle diameter as that of a commercially available boron-adsorbing resin was produced using cellulose fine particles composed of only commercially available microcrystalline cellulose as a particulate cellulose-based substrate.

<粒子状セルロース系吸着材の製造>
市販の微結晶セルロースのみで構成されたセルロース微粒子(旭化成ケミカルズ製、セルフィア(登録商標)203)10g(平均粒子径150〜300μm)を粒子状セルロース系基材として用い、その表面に、スプレーで水を噴霧し、含水率が20%の含水粒子状セルロース系基材を得た。
<Manufacture of particulate cellulose adsorbent>
10 g of cellulose fine particles composed of only commercially available microcrystalline cellulose (manufactured by Asahi Kasei Chemicals, SELFIA (registered trademark) 203) (average particle size: 150 to 300 μm) are used as the particulate cellulose base material, and water is sprayed on the surface. Was sprayed to obtain a water-containing particulate cellulose base material having a water content of 20%.

得られた含水粒子状セルロース系基材を、薄いプラスチックバッグの中に配置し、このプラスチックバッグを窒素で数回パージし封着した。続いて含水粒子状セルロース系基材に、窒素雰囲気中、ドライアイスによる冷却条件下、電子線加速器(NHVコーポレーション製、EPS−800)を用いて、電子線を20kGy照射し、ラジカル活性点を生成させた。   The obtained water-containing particulate cellulosic substrate was placed in a thin plastic bag, which was purged several times with nitrogen and sealed. Subsequently, the water-containing particulate cellulose-based substrate is irradiated with 20 kGy of electron beam using an electron beam accelerator (NEPS Corporation, EPS-800) under a cooling condition with dry ice in a nitrogen atmosphere to generate radical active sites. I let you.

照射後の粒子状セルロース系基材は、すぐに予め調製し窒素置換されたメタクリル酸グリシジル(GMA)を含むエマルジョンに浸漬して、50℃で1時間反応させた。使用したエマルジョンの組成は、エマルジョン液全量に対して、界面活性剤(和光純薬株式会社製、Tween20)4重量%、メタクリル酸グリシジル40重量%、水56重量%であった。   The particulate cellulose-based substrate after irradiation was immediately immersed in an emulsion containing glycidyl methacrylate (GMA) previously prepared and nitrogen-substituted, and reacted at 50 ° C. for 1 hour. The composition of the emulsion used was 4% by weight of a surfactant (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Tween 20), 40% by weight of glycidyl methacrylate, and 56% by weight of water based on the total amount of the emulsion liquid.

メタクリル酸グリシジルのグラフト率は270%〜280%であった。メタクリル酸グリシジルのグラフト率、すなわち、エポキシ官能基の数が、後に導入されるグルカミン化転換率を左右する。一般的に、メタクリル酸グリシジルのグラフト率が100%以上になるとホウ素等を吸着する官能基として有効に作用するグルカミン基の量を得ることができる。   The graft ratio of glycidyl methacrylate was 270% to 280%. The grafting rate of glycidyl methacrylate, that is, the number of epoxy functional groups, determines the glucamination conversion rate to be introduced later. Generally, when the graft ratio of glycidyl methacrylate is 100% or more, the amount of glucamine group that effectively acts as a functional group that adsorbs boron or the like can be obtained.

前記のようにして得られた270%〜280%のグラフト率で、メタクリル酸グリシジルがグラフトされた粒子状セルロース系吸着材を、20%のN−メチルD−(−)−グルカミン(NMG)水溶液に投入して、80℃で12時間反応させ、グルカミン型粒子状セルロース系吸着材を得た。   A 20% N-methyl D-(-)-glucamine (NMG) aqueous solution was prepared from the particulate cellulose-based adsorbent grafted with glycidyl methacrylate at a graft ratio of 270% to 280% obtained as described above. And reacted at 80 ° C. for 12 hours to obtain a glucamine type particulate cellulose adsorbent.

本実施例で得られたグルカミン型粒子状セルロース系吸着材を、水、メタノールで順次洗浄後乾燥し、目的とする粒子状セルロース系吸着材(直径400〜500μm、平均粒子径450μm)を得た。また、キレート形成基の平均密度は、1.7mmol/gであった。   The glucamine-type particulate cellulose-based adsorbent obtained in this example was washed with water and methanol sequentially and then dried to obtain the desired particulate cellulose-based adsorbent (diameter 400 to 500 μm, average particle diameter 450 μm). . Moreover, the average density of the chelate-forming group was 1.7 mmol / g.

<粒子状セルロース系吸着材の構造解析>
本実施例で得られた粒子状セルロース系吸着材を、電子顕微鏡(日本電子製、JXA−840A)により観察した結果を図1に示す。図1中(A)は、粒子状セルロース系吸着材全体を示す電子顕微鏡写真であり、(B)は粒子状セルロース系吸着材の表面構造を示す電子顕微鏡写真であり、(C)は粒子状セルロース系吸着材の断面構造を示す電子顕微鏡写真である。図1(B)、(C)から、本発明で得られた粒子状セルロース系吸着材は構造的に液が流れやすい多孔性の構造を有することが判明した。
<Structural analysis of particulate cellulose adsorbent>
The result of observing the particulate cellulose-based adsorbent obtained in this example with an electron microscope (JEOL Ltd., JXA-840A) is shown in FIG. In FIG. 1, (A) is an electron micrograph showing the entire particulate cellulose-based adsorbent, (B) is an electron micrograph showing the surface structure of the particulate cellulose-based adsorbent, and (C) is particulate. It is an electron micrograph which shows the cross-sectional structure of a cellulose type adsorbent. 1 (B) and (C), it was found that the particulate cellulose-based adsorbent obtained in the present invention has a porous structure in which the liquid easily flows.

〔実施例2〕
使用したエマルジョンの組成を、エマルジョン液全量に対して、界面活性剤(和光純薬株式会社製、Tween20)5重量%、メタクリル酸グリシジル50重量%、水45重量%とした以外は実施例1と同様にして粒子状セルロース系吸着材を製造した。
[Example 2]
Example 1 except that the composition of the emulsion used was 5% by weight of surfactant (Tween 20 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 50% by weight of glycidyl methacrylate, and 45% by weight of water with respect to the total amount of the emulsion liquid. Similarly, a particulate cellulose-based adsorbent was produced.

メタクリル酸グリシジルのグラフト率は341.66%であり、高いグラフト率が達成された。また、得られた粒子状セルロース系吸着材の平均粒子径は600μmであった。また、キレート形成基の平均密度は、1.8mmol/gであった。   The graft ratio of glycidyl methacrylate was 341.66%, and a high graft ratio was achieved. Moreover, the average particle diameter of the obtained particulate cellulose-based adsorbent was 600 μm. Moreover, the average density of the chelate-forming group was 1.8 mmol / g.

〔比較例1〕
実施例1で用いたものと同じ粒子状セルロース系基材に、実施例1と同様にして電子線を照射し、ラジカル活性点を生成させた。
[Comparative Example 1]
The same particulate cellulose base material as used in Example 1 was irradiated with an electron beam in the same manner as in Example 1 to generate radical active sites.

照射後の粒子状セルロース系基材は、すぐに予め調製し窒素置換された30%メタクリル酸グリシジル(GMA)メタノール溶液に浸漬して、50℃で1時間反応させた。メタクリル酸グリシジルのグラフト率は30%であった。   The particulate cellulose-based substrate after irradiation was immediately immersed in a 30% glycidyl methacrylate (GMA) methanol solution prepared in advance and purged with nitrogen, and reacted at 50 ° C. for 1 hour. The graft ratio of glycidyl methacrylate was 30%.

〔比較例2〕
使用したエマルジョンの組成を、エマルジョン液全量に対して、界面活性剤(和光純薬株式会社製、Tween20)2重量%、メタクリル酸グリシジル20重量%、水78重量%とした以外は実施例1と同様にして粒子状セルロース系吸着材を製造した。メタクリル酸グリシジルのグラフト率は74%であった。
[Comparative Example 2]
Example 1 except that the composition of the emulsion used was 2% by weight of a surfactant (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Tween 20), 20% by weight of glycidyl methacrylate, and 78% by weight of water based on the total amount of the emulsion liquid. Similarly, a particulate cellulose-based adsorbent was produced. The graft ratio of glycidyl methacrylate was 74%.

〔比較例3〕
使用したエマルジョンの組成を、エマルジョン液全量に対して、界面活性剤(和光純薬株式会社製、Tween20)1重量%、メタクリル酸グリシジル10重量%、水89重量%とした以外は実施例1と同様にして粒子状セルロース系吸着材を製造した。メタクリル酸グリシジルのグラフト率は50%であった。
[Comparative Example 3]
Example 1 except that the composition of the emulsion used was 1% by weight of surfactant (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Tween 20), 10% by weight of glycidyl methacrylate, and 89% by weight of water based on the total amount of the emulsion liquid. Similarly, a particulate cellulose-based adsorbent was produced. The graft ratio of glycidyl methacrylate was 50%.

〔実施例3〕
実施例1で得られた粒子状セルロース系吸着材を用いて、ホウ素、ゲルマニウム、及びヒ素のバッチ吸着試験を行った。
Example 3
Using the particulate cellulose-based adsorbent obtained in Example 1, a batch adsorption test of boron, germanium, and arsenic was performed.

<ホウ素のバッチ吸着試験>
市販の1000ppmホウ素標準液(和光純薬社製)を緩衝液で希釈して、100ppmホウ素水溶液を調製し、塩酸と水酸化ナトリウムとでpHを様々に調整した。実施例1で製造した粒子状セルロース系吸着材0.1gを、100mlの100ppmホウ素水溶液に添加して室温で24時間攪拌した。
<Boron batch adsorption test>
A commercially available 1000 ppm boron standard solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was diluted with a buffer solution to prepare a 100 ppm boron aqueous solution, and the pH was variously adjusted with hydrochloric acid and sodium hydroxide. 0.1 g of the particulate cellulose-based adsorbent produced in Example 1 was added to 100 ml of 100 ppm boron aqueous solution and stirred at room temperature for 24 hours.

その後、上澄み液中のホウ素量をIPC発光分析装置により測定し、粒子状セルロース系吸着材添加前のホウ素量と、24時間攪拌後のホウ素量からホウ素の吸着量を求めた。結果を、市販のホウ素吸着材CRB−05及びGRY−Lについて同様の測定を行った結果とともに表1に示す。なお、表1中、「CCM」が実施例1で製造した粒子状セルロース系吸着材を示す。   Thereafter, the amount of boron in the supernatant was measured with an IPC emission spectrometer, and the amount of boron adsorbed was determined from the amount of boron before addition of the particulate cellulose-based adsorbent and the amount of boron after stirring for 24 hours. A result is shown in Table 1 with the result of having performed the same measurement about commercially available boron adsorbent CRB-05 and GRY-L. In Table 1, “CCM” indicates the particulate cellulose-based adsorbent produced in Example 1.

<ゲルマニウムのバッチ吸着試験>
市販の1000ppmゲルマニウム標準液(和光純薬社製)を緩衝液で希釈して、100ppmゲルマニウム水溶液を調製し、塩酸と水酸化ナトリウムとでpHを様々に調整した。実施例1で製造した粒子状セルロース系吸着材0.1gを、100mlの100ppmゲルマニウム水溶液に添加して室温で24時間攪拌した。
<Batch adsorption test of germanium>
A commercially available 1000 ppm germanium standard solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was diluted with a buffer solution to prepare a 100 ppm germanium aqueous solution, and the pH was variously adjusted with hydrochloric acid and sodium hydroxide. 0.1 g of the particulate cellulose-based adsorbent produced in Example 1 was added to 100 ml of a 100 ppm germanium aqueous solution and stirred at room temperature for 24 hours.

その後、上澄み液中のゲルマニウム量をIPC発光分析装置により測定し、粒子状セルロース系吸着材添加前のゲルマニウム量と、24時間攪拌後のゲルマニウム量からゲルマニウムの吸着量を求めた。結果を、市販のゲルマニウム吸着材CRB−05及びGRY−Lについて同様の測定を行った結果とともに表2に示す。   Thereafter, the amount of germanium in the supernatant was measured with an IPC emission spectrometer, and the amount of germanium adsorbed was determined from the amount of germanium before addition of the particulate cellulose-based adsorbent and the amount of germanium after stirring for 24 hours. The results are shown in Table 2 together with the results of performing the same measurement on commercially available germanium adsorbents CRB-05 and GRY-L.

<ヒ素(3価)のバッチ吸着試験>
市販の100ppmヒ素標準液(和光純薬社製)を緩衝液で希釈して、0.1ppm〜30ppmの範囲で6種類の濃度のヒ素水溶液を調製し、塩酸と水酸化ナトリウムとでpHを6.5に調整した。実施例1で製造した粒子状セルロース系吸着材0.5gを、それぞれの濃度の100mlのヒ素水溶液に添加して室温で24時間攪拌した。
<Arsenic (trivalent) batch adsorption test>
A commercially available 100 ppm arsenic standard solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is diluted with a buffer solution to prepare arsenic aqueous solutions having six concentrations in the range of 0.1 ppm to 30 ppm. Adjusted to .5. 0.5 g of the particulate cellulose-based adsorbent produced in Example 1 was added to 100 ml arsenic aqueous solution of each concentration and stirred at room temperature for 24 hours.

ヒ素の吸着量は、上澄み液中のヒ素を水素化後、ヒ素量をIPC発光分析装置により測定し、24時間攪拌後のヒ素量と粒子状セルロース系吸着材添加前のヒ素量との差を求めヒ素の吸着量とした。各ヒ素濃度におけるヒ素の吸着量を表3に示す。   The amount of arsenic adsorbed was determined by hydrogenating the arsenic in the supernatant and measuring the amount of arsenic with an IPC emission spectrometer. The difference between the amount of arsenic after stirring for 24 hours and the amount of arsenic before addition of particulate cellulose-based adsorbent was calculated. The amount of arsenic adsorption was determined. The amount of arsenic adsorption at each arsenic concentration is shown in Table 3.

本発明の粒子状セルロース系吸着材は、キレート形成基を高密度に有し、さらに親水性ポリマーからなり水に馴染みやすいために、表1、2及び3に示すように、ホウ素、ゲルマニウム、ヒ素を容易に吸着した。後述する比較例4の結果と比較しても、本発明の粒子状セルロース系吸着材は、ホウ素については市販のホウ素吸着材の約1.6倍、ゲルマニウムについては市販のゲルマニウム吸着材の約1.3倍もの吸着量を示した。また、ヒ素の吸着試験の結果より、本発明の粒子状セルロース系吸着材は、低濃度の吸着対象物質の溶液においても、高い効率で対象物質を吸着することが判明した。   Since the particulate cellulose-based adsorbent of the present invention has a chelate-forming group at a high density, and further comprises a hydrophilic polymer and is easily adapted to water, as shown in Tables 1, 2 and 3, boron, germanium, arsenic Easily adsorbed. Even when compared with the results of Comparative Example 4 described later, the particulate cellulose-based adsorbent of the present invention is about 1.6 times the commercially available boron adsorbent for boron, and about 1 of the commercially available germanium adsorbent for germanium. .3 adsorption amount was shown. Further, from the result of the arsenic adsorption test, it was found that the particulate cellulose-based adsorbent of the present invention adsorbs the target substance with high efficiency even in a low concentration solution of the adsorption target substance.

〔比較例4〕
市販のメチルグルカミン型キレート吸着樹脂球(CRB−05、三菱化学株式会社製)と、グルカミン型セルロース系キレート繊維(GRY−L、キレスト株式会社製)とについて、実施例3と同様にしてホウ素とゲルマニウムのバッチ吸着試験を行った。結果を表1及び2に示す。
[Comparative Example 4]
Boron in the same manner as in Example 3 for commercially available methylglucamine-type chelate adsorbent resin spheres (CRB-05, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and glucamine-type cellulose-based chelate fibers (GRY-L, manufactured by Kirest Corporation) And a batch adsorption test of germanium. The results are shown in Tables 1 and 2.

〔実施例4〕
実施例1で得られた粒子状セルロース系吸着材を用いて、ホウ素のカラム吸着/溶離実験を行った。
Example 4
Using the particulate cellulose-based adsorbent obtained in Example 1, a boron column adsorption / elution experiment was conducted.

<ホウ素のカラム吸着実験>
まず、実施例1で得られた粒子状セルロース系吸着材のコンディショニングを行った。コンディショニング済みの粒子状セルロース系吸着材を、スラリー状態で、内径16mm、高さ77.5mm(床容積:約15ml)のカラムに充填した。pH8.0でホウ素の漏出曲線を求めた。
<Boron column adsorption experiment>
First, the particulate cellulose adsorbent obtained in Example 1 was conditioned. The conditioned particulate cellulose-based adsorbent was packed in a slurry state into a column having an inner diameter of 16 mm and a height of 77.5 mm (bed volume: about 15 ml). Boron leakage curves were determined at pH 8.0.

カラム通液実験はミニポンプを使って2種類の流速(2.5ml/min(SV=10)、12.5ml/min(SV=50))を用い、室温で行った。試料溶液としては、100ppmホウ素リン酸緩衝溶液(pH8)を用いた。結果を、市販のホウ素吸着材について同様の測定を行った結果とともに図2に示す。   The column flow experiment was performed at room temperature using two kinds of flow rates (2.5 ml / min (SV = 10), 12.5 ml / min (SV = 50)) using a mini pump. As a sample solution, a 100 ppm boron phosphate buffer solution (pH 8) was used. A result is shown in FIG. 2 with the result of having performed the same measurement about the commercially available boron adsorbent.

<ホウ素のカラム溶離実験>
溶離実験は、ホウ素飽和吸着後のカラムを用い、純水を12.5ml/minで30分流した後、0.1mol/lのHCl溶液を12.5ml/minで流して吸着したホウ素が溶離するか実験を行った。結果を、市販のホウ素吸着材について同様の測定を行った結果とともに図3に示す。
<Boron column elution experiment>
In the elution experiment, a column after saturated adsorption of boron was used. After flowing pure water at 12.5 ml / min for 30 minutes, 0.1 mol / l HCl solution was flowed at 12.5 ml / min to elute adsorbed boron. I did an experiment. A result is shown in FIG. 3 with the result of having performed the same measurement about the commercially available boron adsorbent.

図2、3に示すように、本発明の粒子状セルロース系吸着材は、キレート形成基を高密度に有し、さらに親水性ポリマーからなり水に馴染みやすいために、実用化を前提としたカラム吸着実験においても、市販品より漏出が遅く、ホウ素吸着能に優れていた。また、吸着したホウ素の塩酸による回収処理の速度も市販品より速く、回収用塩酸の使用量も市販品より少なかった。この結果より、本発明の粒子状セルロース系吸着材は、市販のホウ素吸着材よりも再生しやすいことが判明した。   As shown in FIGS. 2 and 3, the particulate cellulose-based adsorbent of the present invention has a chelate-forming group at a high density, and is made of a hydrophilic polymer and easily adaptable to water. Also in the adsorption experiment, the leakage was slower than the commercial product and the boron adsorption ability was excellent. Further, the rate of recovery treatment of adsorbed boron with hydrochloric acid was faster than the commercial product, and the amount of hydrochloric acid used for recovery was less than that of the commercial product. From this result, it was found that the particulate cellulose adsorbent of the present invention is easier to regenerate than the commercially available boron adsorbent.

〔比較例5〕
略同じ大きさの粒子径を有する市販のホウ素吸着専用吸着材であるメチルグルカミン型キレート吸着スチレン樹脂球(CRB−05、400μm、三菱化学株式会社製)について、実施例4と同様にしてホウ素のカラム吸着/溶離実験を行った。結果を、それぞれ、図2及び3に示す。
[Comparative Example 5]
Boron in the same manner as in Example 4 was used for a methylglucamine-type chelate-adsorbed styrene resin sphere (CRB-05, 400 μm, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), which is a commercially available adsorbent for boron adsorption having substantially the same particle size Column adsorption / elution experiments were performed. The results are shown in FIGS. 2 and 3, respectively.

〔実施例5〕
実用性を評価するために、実施例1で得られた粒子状セルロース系吸着材を充填したカラムの再生使用回数から、ホウ素の吸着性能への影響を検討した。実施例4と同様にして、SV=50の流速で吸着/溶離を8回繰り返し、カラムのホウ素吸着試験を行った。結果を図4に示す。
Example 5
In order to evaluate practicality, the influence on the adsorption performance of boron was examined from the number of times of reusing the column packed with the particulate cellulose-based adsorbent obtained in Example 1. In the same manner as in Example 4, adsorption / elution was repeated 8 times at a flow rate of SV = 50, and a column boron adsorption test was conducted. The results are shown in FIG.

図4に示すように、ホウ素吸着において、繰り返し再生した後も、本発明の粒子状セルロース系吸着材を充填したカラムの吸着能力は低下せず、逆に、使用回数の増加とともに吸着能力が向上することが明らかになった。これは、メタクリル酸グリシジル(GMA)グラフトセスロース粒子に残存するエポキシ官能基とホウ素回収用塩酸とが反応してエポキシ基がジオールになるためであると考えられる。従来の市販品がエポキシ基を有していないため、本発明の粒子状セルロース系吸着材は、繰り返し使用した場合の優れた吸着能力という点で、市販品と比較した大きな優位性を示す。   As shown in FIG. 4, the adsorption capacity of the column packed with the particulate cellulose-based adsorbent of the present invention does not decrease even after repeated regeneration in boron adsorption, and conversely, the adsorption capacity improves as the number of uses increases. It became clear to do. This is presumably because the epoxy functional group remaining in the glycidyl methacrylate (GMA) grafted sesulose particles reacts with the hydrochloric acid for boron recovery to convert the epoxy group into a diol. Since the conventional commercial product does not have an epoxy group, the particulate cellulose-based adsorbent of the present invention shows a great advantage compared to the commercial product in terms of excellent adsorption ability when repeatedly used.

〔実施例6〕
実施例1で得られた粒子状セルロース系吸着材を用いて、ゲルマニウムのカラム吸着実験を行った。まず、実施例1で得られた粒子状セルロース系吸着材のコンディショニングを行った。コンディショニング済みの粒子状セルロース系吸着材を、スラリー状態で、内径16mm、高さ77.5mm(床容積:約15ml)のカラムに充填した。pH8.0でホウ素の漏出曲線を求めた。
Example 6
Using the particulate cellulose-based adsorbent obtained in Example 1, a germanium column adsorption experiment was conducted. First, the particulate cellulose adsorbent obtained in Example 1 was conditioned. The conditioned particulate cellulose-based adsorbent was packed in a slurry state into a column having an inner diameter of 16 mm and a height of 77.5 mm (bed volume: about 15 ml). Boron leakage curves were determined at pH 8.0.

カラム通液実験はミニポンプを使って2種類の流速(2.5ml/min(SV=10)、12.5ml/min(SV=50))を用い、室温で行った。試料溶液としては、100ppmホウ素リン酸緩衝溶液(pH8.0)を用いた。結果を図5に示す。   The column flow experiment was performed at room temperature using two kinds of flow rates (2.5 ml / min (SV = 10), 12.5 ml / min (SV = 50)) using a mini pump. As a sample solution, a 100 ppm boron phosphate buffer solution (pH 8.0) was used. The results are shown in FIG.

図5に示すように、本発明の粒子状セルロース系吸着材は、ゲルマニウムに対して、同条件下では、ホウ素よりよく吸着する。ゲルマニウムの破壊曲線のBV値はホウ素の4〜6倍であった。   As shown in FIG. 5, the particulate cellulose adsorbent of the present invention adsorbs better to germanium than boron under the same conditions. The BV value of the germanium fracture curve was 4-6 times that of boron.

〔実施例7〕
電子線照射時の粒子状セルロース系吸着材の含水率が、グラフト率に及ぼす影響について調べるため、種々の含水率を有する粒子状セルロース系吸着材を用いた以外は実施例1と同様にして、グラフト鎖を導入した。その結果、含水率が0〜10%ではグラフト率の変化は認められなかった。これに対して、含水率が10%を超えると、グラフト率は10〜20%増加した。含水率が20%であるときが最も高いグラフト率が得られた。
Example 7
In order to examine the influence of the moisture content of the particulate cellulose-based adsorbent upon irradiation with the electron beam on the graft ratio, in the same manner as in Example 1 except that the particulate cellulose-based adsorbent having various moisture contents was used, Graft chains were introduced. As a result, when the moisture content was 0 to 10%, no change in the graft rate was observed. On the other hand, when the water content exceeded 10%, the graft ratio increased by 10 to 20%. The highest graft ratio was obtained when the water content was 20%.

本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材は、以上のように、結晶化度が高いセルロースの球状粒子を基材として、本来の構造と強度を壊さず、反応性モノマーを効率よく重合させて所望の吸着特性を付与された粒子状セルロース系吸着材である。   As described above, the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention is desired by efficiently polymerizing a reactive monomer without destroying the original structure and strength, using cellulose spherical particles having a high degree of crystallinity as a base material. This is a particulate cellulose-based adsorbent imparted with the above adsorption characteristics.

それゆえ、本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材は、ホウ素、ゲルマニウム、ヒ素をはじめとする半金属、金属等に対する優れた吸着能を有しており、これらの半金属や金属で汚染された土壌、海水、工場廃水、温泉水、鉱山廃水等の浄化、及び、これらの半金属や金属の有益資源としての分離、濃縮、回収を工業的に行う場合に非常に有利である。また、本発明の粒子状セルロース系吸着材は、導入されているイオン交換基を適宜選択することにより、様々なアミノ酸、ビタミン、タンパク質、核酸、糖等の生体高分子等を吸着、分離することができる。特に、セルロースは、親水性が大きいため生体高分子の吸着、分離に好適に用いることができる。   Therefore, the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention has an excellent adsorbing ability for boron, germanium, arsenic and other semimetals, metals, etc., and is contaminated with these semimetals and metals. This is very advantageous when industrially purifying soil, seawater, factory wastewater, hot spring water, mine wastewater, etc., and separating, concentrating and recovering these semimetals and metals as beneficial resources. In addition, the particulate cellulose-based adsorbent of the present invention can adsorb and separate various amino acids, vitamins, proteins, nucleic acids, biopolymers such as sugars, etc. by appropriately selecting the ion exchange groups introduced. Can do. In particular, since cellulose is highly hydrophilic, it can be suitably used for the adsorption and separation of biopolymers.

さらに、本発明の粒子状セルロース系吸着材の形状は従来の市販イオン交換樹脂球/キレート樹脂球と同様の形状を有するため、イオン交換/キレート樹脂球用の吸着塔、再生設備等をそのまま使用することができる。それゆえ、製造プロセス、吸着能力、再生速度、環境面などの要素を考えると、本発明にかかる粒子状セルロース系吸着材は、従来のキレート樹脂球を代替することができると考えられる。   Furthermore, since the shape of the particulate cellulose-based adsorbent of the present invention has the same shape as conventional commercial ion exchange resin spheres / chelate resin spheres, the adsorption tower for ion exchange / chelate resin spheres, regeneration equipment, etc. are used as they are. can do. Therefore, it is considered that the particulate cellulose-based adsorbent according to the present invention can replace conventional chelate resin spheres in consideration of factors such as the manufacturing process, adsorption capacity, regeneration speed, and environmental aspect.

本発明の実施例で得られた粒子状セルロース系吸着材を、電子顕微鏡により観察した結果を示す図であり、(A)は、粒子状セルロース系吸着材全体を示す図であり、(B)は粒子状セルロース系吸着材の表面構造を示す図であり、(C)は粒子状セルロース系吸着材の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the particulate cellulose adsorbent obtained in the Example of this invention with the electron microscope, (A) is a figure which shows the whole particulate cellulose adsorbent, (B) Is a diagram showing the surface structure of the particulate cellulose-based adsorbent, (C) is a diagram showing a cross-sectional structure of the particulate cellulose-based adsorbent. 本発明の実施例で得られた粒子状セルロース系吸着材及び比較対照について行った、カラム吸着実験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the column adsorption | suction experiment conducted about the particulate cellulose type adsorbent obtained in the Example of this invention, and the comparison control. 本発明の実施例で得られた粒子状セルロース系吸着材及び比較対照について行った、カラム溶離実験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the column elution experiment performed about the particulate cellulose adsorbent obtained in the Example of this invention, and the comparison control. 本発明の実施例で得られた粒子状セルロース系吸着材を充填したカラムの再生使用回数から、ホウ素の吸着性能への影響を検討した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having examined the influence on the adsorption | suction performance of boron from the reproduction | regeneration use frequency of the column filled with the particulate cellulose type adsorbent obtained in the Example of this invention. 本発明の実施例で得られた粒子状セルロース系吸着材及び比較対照について行った、カラム吸着実験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the column adsorption | suction experiment conducted about the particulate cellulose type adsorbent obtained in the Example of this invention, and the comparison control.

Claims (18)

微結晶セルロースからなる粒子状セルロース系基材に、キレート形成基及び/又はイオン交換基が導入されている粒子状セルロース系吸着材であって、
当該キレート形成基及び/又はイオン交換基は、前記粒子状セルロース系基材に疎水性モノマーをグラフト重合することによって導入されたグラフト鎖に結合しており、
当該グラフト鎖のグラフト率は150%以上であることを特徴とする粒子状セルロース系吸着材。
A particulate cellulose-based adsorbent in which a chelate-forming group and / or an ion-exchange group are introduced into a particulate cellulose-based substrate made of microcrystalline cellulose ,
The chelate-forming group and / or ion-exchange group is bonded to a graft chain introduced by graft polymerization of a hydrophobic monomer on the particulate cellulose base material,
A particulate cellulose-based adsorbent, wherein the graft chain has a graft ratio of 150 % or more.
前記キレート形成基及び/又はイオン交換基の平均密度は、1.0mmol/g以上であることを特徴とする請求項1に記載の粒子状セルロース系吸着材。   The particulate cellulose-based adsorbent according to claim 1, wherein an average density of the chelate-forming groups and / or ion exchange groups is 1.0 mmol / g or more. 前記疎水性モノマーは、エポキシ基含有エチレン性不飽和モノマーであることを特徴とする請求項1又は2に記載の粒子状セルロース系吸着材。   The particulate cellulose-based adsorbent according to claim 1 or 2, wherein the hydrophobic monomer is an epoxy group-containing ethylenically unsaturated monomer. 前記グラフト鎖に残存するエポキシ基はジオール化されていることを特徴とする請求項3に記載の粒子状セルロース系吸着材。   The particulate cellulose-based adsorbent according to claim 3, wherein the epoxy group remaining in the graft chain is dioled. 平均粒子径が100〜1500μmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の粒子状セルロース系吸着材。   The particulate cellulose-based adsorbent according to any one of claims 1 to 4, wherein an average particle diameter is 100 to 1500 µm. 前記キレート形成基は、グルカミン基、ジオール基、ポリオール基、イミノジ酢酸基、ポリアミン基、アミドキシム基、ジチオカルバミン酸基、チオ尿素基、又は、アミノリン酸基であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の粒子状セルロース系吸着材。   The chelate-forming group is a glucamine group, a diol group, a polyol group, an iminodiacetic acid group, a polyamine group, an amidoxime group, a dithiocarbamic acid group, a thiourea group, or an aminophosphate group. The particulate cellulose-based adsorbent according to any one of the above. 請求項1〜のいずれか1項に記載の粒子状セルロース系吸着材からなることを特徴とする半金属吸着材。 A metalloid adsorbent comprising the particulate cellulose adsorbent according to any one of claims 1 to 6 . ホウ素吸着材、ゲルマニウム吸着材又はヒ素吸着材であることを特徴とする請求項に記載の半金属吸着材。 The metalloid adsorbent according to claim 7 , which is a boron adsorbent, a germanium adsorbent or an arsenic adsorbent. 微結晶セルロースからなる粒子状セルロース系基材に、キレート形成基及び/又はイオン交換基が導入されている粒子状セルロース系吸着材の製造方法であって、
微結晶セルロースからなる粒子状セルロース系基材を活性化する活性化工程と、
活性化された粒子状セルロース系基材を、疎水性モノマーを含むエマルジョンと接触させることにより、当該疎水性モノマーを前記粒子状セルロース系基材にグラフト重合させてグラフト鎖を導入するグラフト鎖導入工程と、
導入された前記グラフト鎖にキレート形成基及び/又はイオン交換基を結合させる官能基結合工程と、
を含み、
前記エマルジョンに含まれる前記疎水性モノマーの量は、エマルジョン全量に対して30重量%より大きく80重量%以下であることを特徴とする粒子状セルロース系吸着材の製造方法。
A method for producing a particulate cellulose-based adsorbent in which a chelate-forming group and / or an ion-exchange group are introduced into a particulate cellulose-based substrate made of microcrystalline cellulose ,
An activation step of activating a particulate cellulose-based substrate made of microcrystalline cellulose ;
A graft chain introducing step of introducing a graft chain by bringing the activated particulate cellulose base material into contact with an emulsion containing a hydrophobic monomer to graft polymerize the hydrophobic monomer to the particulate cellulose base material. When,
A functional group binding step of binding a chelate-forming group and / or an ion-exchange group to the introduced graft chain;
Including
The method for producing a particulate cellulose-based adsorbent, wherein the amount of the hydrophobic monomer contained in the emulsion is greater than 30% by weight and 80% by weight or less based on the total amount of the emulsion.
前記エマルジョンは、さらに、疎水性モノマーに対して、3〜10重量%の界面活性剤を含むことを特徴とする請求項に記載の粒子状セルロース系吸着材の製造方法。 The method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to claim 9 , wherein the emulsion further contains 3 to 10% by weight of a surfactant with respect to the hydrophobic monomer. 前記活性化工程は、微結晶セルロースからなる粒子状セルロース系基材に、線量が1〜25kGyの電離放射線を照射することを特徴とする請求項又は10に記載の粒子状セルロース系吸着材の製造方法。 The particulate cellulose-based adsorbent according to claim 9 or 10 , wherein in the activation step, a particulate cellulose-based substrate made of microcrystalline cellulose is irradiated with an ionizing radiation having a dose of 1 to 25 kGy. Manufacturing method. 含水率が10%を超え50%以下の前記粒子状セルロース系基材に、電離放射線を照射することを特徴とする請求項11に記載の粒子状セルロース系吸着材の製造方法。 The method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to claim 11 , wherein the particulate cellulose-based substrate having a water content of more than 10% and 50% or less is irradiated with ionizing radiation. 前記エマルジョンは、水系エマルジョンであることを特徴とする請求項12のいずれか1項に記載の粒子状セルロース系吸着材の製造方法。 The method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to any one of claims 9 to 12 , wherein the emulsion is an aqueous emulsion. 前記疎水性モノマーはエポキシ基含有エチレン性不飽和モノマーであることを特徴とする請求項13のいずれか1項に記載の粒子状セルロース系吸着材の製造方法。 The method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to any one of claims 9 to 13 , wherein the hydrophobic monomer is an epoxy group-containing ethylenically unsaturated monomer. 前記官能基結合工程の後に、さらに、前記グラフト鎖に残存するエポキシ基をジオール化する工程を含むことを特徴とする請求項14に記載の粒子状セルロース系吸着材の製造方法。 The method for producing a particulate cellulose-based adsorbent according to claim 14 , further comprising, after the functional group binding step, a step of diolizing an epoxy group remaining in the graft chain. 前記粒子状セルロース系基材の平均粒子径は、30〜800μmであることを特徴とする請求項15のいずれか1項に記載の粒子状セルロース系吸着材の製造方法。 The average particle diameter of the particulate cellulosic substrate, the manufacturing method of the particulate cellulosic adsorbing material according to any one of claims 9-15 which is a 30 to 800 m. 前記キレート形成基は、グルカミン基、ジオール基、ポリオール基、イミノジ酢酸基、ポリアミン基、アミドキシム基、ジチオカルバミン酸基、チオ尿素基、又は、アミノリン酸基であることを特徴とする請求項16のいずれか1項に記載の粒子状セルロース系吸着材の製造方法。 The chelating group may, glucamine group, a diol group, a polyol group, iminodiacetic acid group, a polyamine group, an amidoxime group, dithiocarbamic acid group, thiourea group, or claims 9 to 16, characterized in that an amino phosphoric acid group The manufacturing method of the particulate cellulose adsorbent of any one of these. 前記電離放射線は、γ線、電子線、又はX線であることを特徴とする請求項1117のいずれか1項に記載の粒子状セルロース系吸着材の製造方法。 The ionizing radiation, gamma rays, electron beams, or the manufacturing method of the particulate cellulosic adsorbing material according to any one of claims 11 to 17, characterized in that an X-ray.
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