JP5170563B2 - Humic substance removing agent and method for removing humic substance contained in water - Google Patents

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Description

本発明はフミン質除去剤および水に含まれるフミン質を水から除去する方法に関し、詳しくはアミジン構造を含有するカチオン性高分子よりなるフミン質除去剤、およびフミン質を含有する水に、アミジン構造を含有するカチオン性高分子を添加し複合体を形成させた後、水から複合体を分離することを特徴とするフミン質の除去方法に関する。 The present invention relates to a humic substance removing agent and a method for removing humic substances contained in water from water, and more particularly, to a humic substance removing agent comprising a cationic polymer containing an amidine structure, and amidine containing water containing humic substances. The present invention relates to a method for removing humic substances, comprising adding a cationic polymer containing a structure to form a complex, and then separating the complex from water.

フミン質は、トリハロメタンの原因物質になること、排水中にCOD成分として含まれることなどから、その除去が必要とされる。上水においては一般的にフミン質を活性炭吸着除去する、あるいは塩素処理後分解物を活性炭処理する等の方法がとられているが、フミン質は活性炭の吸着性能を低下させ結果として大量の活性炭を必要とするという問題がある。また凝集剤による除去も検討されている。無機凝集剤により凝集沈殿させようとすれば、大量の凝集剤を必要とし、また大量のスラッジが生成する等の問題がある。従来の高分子量の有機系凝集剤を用いる場合には、生成するフロックが小さく排液からの分離が容易でない等の問題がある。無機系凝集剤と有機系凝集剤を併用する方法が開示されているが(特許文献1)両者を予め混合する必要がある等取り扱いが煩雑になる等の問題がある。 Since humic substances become a causative substance of trihalomethane and are contained as a COD component in waste water, it is necessary to remove the humic substances. In general, humic substances are adsorbed and removed by activated charcoal, or the decomposition products after chlorination are activated charcoal. However, humic substances reduce the adsorption performance of activated carbon and result in a large amount of activated carbon. There is a problem of needing. Also, removal by a flocculant is being studied. If the inorganic coagulant is used for coagulation precipitation, a large amount of coagulant is required, and a large amount of sludge is generated. When a conventional high molecular weight organic flocculant is used, there are problems that the generated floc is small and separation from the drainage is not easy. Although a method of using an inorganic flocculant and an organic flocculant in combination has been disclosed (Patent Document 1), there is a problem that handling is complicated, for example, it is necessary to mix both in advance.

カチオン系界面活性剤をフミン質含有水に添加しフミン質を除去する方法が開示されているが(特許文献2)、カチオン系界面活性剤のみでは形成される凝集物が小さく、後工程でポリプロピレン樹脂等のビーズに吸着させる等の操作が必要となる。
特開平6−182355号公報 特許3639872号公報
Although a method of adding a cationic surfactant to humic substance-containing water and removing the humic substance has been disclosed (Patent Document 2), the aggregate formed is small only with the cationic surfactant, and polypropylene is used in the subsequent step. An operation such as adsorption to beads such as resin is required.
JP-A-6-182355 Japanese Patent No. 3639872

本発明の課題は、水中のフミン質を効果的に除去する方法を提供することにある。 The subject of this invention is providing the method of removing the humic substance in water effectively.

上記課題を解決する方法として、分子中にアミジン構造を含有するカチオン性高分子をフミン質が含有する水に添加し、フミン質とカチオン性高分子の間に複合体を形成させ、この複合体を除去することにより達成できることを見出した。 As a method for solving the above-mentioned problem, a cationic polymer containing an amidine structure in the molecule is added to water containing humic substance, and a complex is formed between the humic substance and the cationic polymer. It has been found that this can be achieved by removing.

分子内にアミジン構造を有しているカチオン性高分子は、そのカチオン性基とフミン質のアニオン性基との間のイオン性相互作用と、同時にアミジン構造に由来する環構造とフミン質のベンゼン環部分の相互作用との相乗効果により複合体が生成し、効果的に除去可能となるものと考えられる。 A cationic polymer having an amidine structure in the molecule is composed of an ionic interaction between the cationic group and the anionic group of the humic substance, as well as a ring structure derived from the amidine structure and a humic benzene. It is considered that a complex is formed by a synergistic effect with the interaction of the ring portion and can be effectively removed.

アミジン構造を有するカチオン性高分子は、通常の方法で得られる。例えば、N−ビニルホルムアミドとアクリロニトリルの共重合体を塩酸等で加水分解することにより得ることができる。また、アクリルアミドとアクリロニトリルの共重合体を次亜塩素酸ナトリウム等によりホフマン反応することにより得ることができる。 The cationic polymer having an amidine structure can be obtained by a usual method. For example, it can be obtained by hydrolyzing a copolymer of N-vinylformamide and acrylonitrile with hydrochloric acid or the like. Further, it can be obtained by subjecting a copolymer of acrylamide and acrylonitrile to a Hofmann reaction with sodium hypochlorite or the like.

N−ビニルホルムアミドとアクリロニトリルの共重合体を塩酸等で加水分解することにより得られるアミジン構造を有するカチオン性高分子は、特開平5−192513号公報記載の製造方法によって製造することができる。すなわち一般的には一級アミノ基または変換反応により一級アミノ基が生成しうる置換アミノ基を有するエチレン性不飽和モノマーと、アクリロニトリルまたはメタアクリロニトリルのニトリル類との共重合体を製造し、更に、該共重合体中のシアノ基と一級アミノ基を反応させてアミジン化することにより得ることができる。 A cationic polymer having an amidine structure obtained by hydrolyzing a copolymer of N-vinylformamide and acrylonitrile with hydrochloric acid or the like can be produced by a production method described in JP-A-5-192513. That is, in general, a copolymer of an ethylenically unsaturated monomer having a primary amino group or a substituted amino group capable of forming a primary amino group by a conversion reaction, and an nitrile of acrylonitrile or methacrylonitrile, It can be obtained by reacting a cyano group and a primary amino group in the copolymer to form an amidine.

上記のエチレン性不飽和モノマーとしては、一般式CH2 =CR2 −NHCOR3 (式中、R2 は水素原子またはメチル基を、R3 は炭素数1〜4のアルキル基または水素原子を表わす。)で表わされる化合物が好ましい。共重合体中において、かかる化合物に由来する置換アミノ基は、加水分解あるいは加アルコール分解により容易に一級アミノ基に変換される。更にこの一級アミノ基は、隣接したシアノ基と反応してアミジン化する。該化合物としては、N−ビニルホルムアミド(R2 =H、R3 =H)、N−ビニルアセトアミド(R2 =H、R3 =Me)等が例示される。 Examples of the ethylenically unsaturated monomer include the general formula CH 2 ═CR 2 —NHCOR 3 (wherein R 2 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 3 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a hydrogen atom). .) Are preferred. In the copolymer, a substituted amino group derived from such a compound is easily converted to a primary amino group by hydrolysis or alcoholysis. Furthermore, this primary amino group reacts with an adjacent cyano group to be amidined. Examples of the compound include N-vinylformamide (R 2 = H, R 3 = H), N-vinylacetamide (R 2 = H, R 3 = Me) and the like.

これらのエチレン性不飽和モノマーとニトリル類との重合モル比は、通常20:80〜80:20であるが、若し所望ならばこの範囲外の重合モル比、例えば、更にエチレン性不飽和モノマーの比率の大きい重合モル比を採用することもできる。一般的にカチオン性高分子凝集剤中に占めるアミジン単位の比率が多い方が凝集剤としての性能は優れている。また、アミン単位も凝集剤としての性能に有利に寄与していると考えられる。従って、凝集剤として好適な共重合体を与えるエチレン性不飽和モノマーとニトリル類との重合モル比は、一般に20:80〜80:20、特に40:60〜60:40である。 The polymerization molar ratio of these ethylenically unsaturated monomers and nitriles is usually 20:80 to 80:20, but if desired, a polymerization molar ratio outside this range, such as further ethylenically unsaturated monomers. It is also possible to employ a polymerization molar ratio with a large ratio. Generally, the higher the ratio of amidine units in the cationic polymer flocculant, the better the performance as the flocculant. Moreover, it is thought that the amine unit has also contributed favorably to the performance as a flocculant. Accordingly, the polymerization molar ratio of ethylenically unsaturated monomer and nitrile that gives a copolymer suitable as a flocculant is generally 20:80 to 80:20, particularly 40:60 to 60:40.

アミジン化反応は、エチレン性不飽和モノマーとして前記一般式で示されるN−ビニルアミド化合物を用いた場合には、共重合体の置換アミノ基を一級アミノ基に変換し、次いで、生成した一級アミノ基と隣接するシアノ基と反応させてアミジン構造を生成させるという2段階反応により本発明に係るカチオン性高分子凝集剤を製造することができる。そして、好ましくは、該共重合体を、強酸また強塩基の存在下、水またはアルコール溶液中で加温して、一段階でアミジン構造を生成させる。この場合においても、先ず、一級アミノ基が中間構造として生成しているものと考えられる。 When the N-vinylamide compound represented by the above general formula is used as the ethylenically unsaturated monomer, the amidine reaction is performed by converting the substituted amino group of the copolymer into a primary amino group, and then forming the primary amino group. The cationic polymer flocculant according to the present invention can be produced by a two-step reaction in which an amidine structure is formed by reacting with an adjacent cyano group. Preferably, the copolymer is heated in water or an alcohol solution in the presence of a strong acid or a strong base to produce an amidine structure in one step. Even in this case, it is considered that a primary amino group is first generated as an intermediate structure.

該反応の具体的条件としては、例えば、共重合体に対し、その置換アミノ基に対して通常0.9〜5.0倍、好ましくは1.0〜3.0倍当量の強酸、好ましくは塩酸を加え、通常80〜150℃、好ましくは90〜120℃の温度で、通常0.5〜20時間加熱することによりアミジン単位を有するカチオン化高分子とすることができる。一般に置換アミノ基に対する強酸の当量比が大きいほど、かつ、反応温度が高いほど、アミジン化が進行する。また、アミジン化に際しては反応に供する共重合体に対し、通常10重量%以上、好ましくは20重量%以上の水を反応系内に存在させる。 Specific conditions for the reaction include, for example, 0.9 to 5.0 times, preferably 1.0 to 3.0 times equivalent of strong acid, preferably 1.0 to 3.0 times the substituted amino group of the copolymer. By adding hydrochloric acid and heating at a temperature of usually 80 to 150 ° C., preferably 90 to 120 ° C. for usually 0.5 to 20 hours, a cationized polymer having amidine units can be obtained. In general, the larger the equivalent ratio of strong acid to substituted amino group and the higher the reaction temperature, the more the amidation proceeds. In addition, in the case of amidine formation, water of usually 10% by weight or more, preferably 20% by weight or more is present in the reaction system with respect to the copolymer used for the reaction.

本発明に係るカチオン性高分子から成る凝集剤は、最も典型的には、上記で説明したところに従い、N−ビニルホルムアミドとアクリロニトリルとを共重合させ、生成した共重合体を、通常、水懸濁液として塩酸の存在下に加熱して置換アミノ基と隣接するシアノ基からアミジン単位を形成させることにより製造される。そして、共重合に供するN−ビニルホルムアミドとアクリロニトリルとのモル比、及び共重合体のアミジン化条件を選択することにより、各種の組成のカチオン性高分子を製造することができる。 The flocculant composed of the cationic polymer according to the present invention is most typically prepared by copolymerizing N-vinylformamide and acrylonitrile in accordance with the above-described manner, and the resulting copolymer is usually subjected to water suspension. It is produced by heating in the presence of hydrochloric acid as a suspension to form amidine units from cyano groups adjacent to substituted amino groups. And the cationic polymer of various compositions can be manufactured by selecting the molar ratio of N-vinylformamide and acrylonitrile to be subjected to copolymerization, and the amidation conditions of the copolymer.

上記これらのアミジン構造を有するカチオン性高分子のアミジン構造単位の含有率として、10〜90モル%であり、好ましくは30〜90モル%である。アミジン構造単位の含有量がこれらの範囲より少ないと、そのカチオン性基とフミン質のアニオン性基との間のイオン性相互作用、およびアミジン構造に由来する環構造とフミン質のベンゼン環部分の相互作用との相乗効果により複合体生成が十分ではなくなり性能が低下する。 The content of the amidine structural unit of the cationic polymer having these amidine structures is 10 to 90 mol%, preferably 30 to 90 mol%. If the content of the amidine structural unit is less than these ranges, the ionic interaction between the cationic group and the anionic group of the humic substance, and the ring structure derived from the amidine structure and the benzene ring part of the humic substance Due to a synergistic effect with the interaction, complex formation is not sufficient and performance is degraded.

一方、アクリルアミドとアクリロニトリルの共重合体を次亜塩素酸ナトリウム等によりホフマン反応後、アミジン化する製造する方法は、開特2008−156542号公報に開示されているが、以下のように行う。すなわち(メタ)アクリルアミドと(メタ)アクリロニトリルの共重合比としては、アクリルアミド60〜90モル%、(メタ)アクリロニトリル10〜40モル%であり、好ましくはアクリルアミド60〜80モル%、(メタ)アクリロニトリル20〜40モル%である。またポリアミジン化反応に影響がない範囲で他の共重合可能な単量体を共重合することができる。さらにホフマン反応は強アルカリ性領域で実施するので、共重合体中に耐アルカリ加水分解性がなければ成らない。そのような単量体の例としては、エチレン、スチレン、(メタ)アクリル酸、イタコン酸あるいはマレイン酸などである。従ってそのような単量体の範囲としては、0〜10モル%である。 On the other hand, a method for producing a copolymer of acrylamide and acrylonitrile by amidating with a Hofmann reaction with sodium hypochlorite or the like is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-156542, and is performed as follows. That is, the copolymerization ratio of (meth) acrylamide and (meth) acrylonitrile is acrylamide 60 to 90 mol%, (meth) acrylonitrile 10 to 40 mol%, preferably 60 to 80 mol%, and (meth) acrylonitrile 20 -40 mol%. In addition, other copolymerizable monomers can be copolymerized as long as the polyamidine reaction is not affected. Furthermore, since the Hoffman reaction is carried out in a strongly alkaline region, the copolymer must be resistant to alkali hydrolysis. Examples of such monomers are ethylene, styrene, (meth) acrylic acid, itaconic acid or maleic acid. Therefore, the range of such a monomer is 0 to 10 mol%.

ホフマン反応前の共重合体の重合方法は、既知の重合法である水溶液重合法、油中水型エマルジョン重合法、油中水型分散重合法、塩水溶液中分散重合法などにより合成することができる。そのため重合濃度としては、5〜60重量%までの範囲実施が可能であり、好ましくは20〜50重量%で行うのが適当である。また、反応の温度としては、10〜100℃の範囲で行うことができる。 The copolymerization method before the Hoffman reaction can be synthesized by a known polymerization method such as an aqueous solution polymerization method, a water-in-oil emulsion polymerization method, a water-in-oil dispersion polymerization method, or a salt-water dispersion polymerization method. it can. Therefore, the polymerization concentration can be in the range of 5 to 60% by weight, preferably 20 to 50% by weight. Moreover, as reaction temperature, it can carry out in the range of 10-100 degreeC.

ホフマン反応前のポリアクリルアミド系共重合体の重量平均分子量は、用途により任意に調節することが可能であり、約10万〜1500万であり、好ましくは10万〜1000万であるが、この範囲であれば製造上の問題はない。 The weight average molecular weight of the polyacrylamide copolymer before the Hoffman reaction can be arbitrarily adjusted depending on the application, and is about 100,000 to 15 million, preferably 100,000 to 10 million. If so, there is no problem in manufacturing.

次ぎにホフマン反応の条件について説明する。使用する次亜ハロゲン酸の例としては、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カリウム、次亜臭素ナトリウム、次亜臭素酸カリウム、次亜ヨウ素酸ナトリウム、次亜ヨウ素酸カリウムなどである。共存させるアルカリとしては、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどである。次亜ハロゲン酸の添加量は、対アミド基10モル%〜150モル%であり、好ましくは20基%〜120モル%である。また、共存させるアルカリの量としては、アミド基に対し10〜250モル%である。反応後は溶液pHを0.5〜6.0、好ましくは0.5〜4の範囲に中和する。これは、次工程のアミジン化反応を考慮してのpH範囲である。 Next, the conditions for the Hoffman reaction will be described. Examples of hypohalous acid to be used include sodium hypochlorite, potassium hypochlorite, sodium hypobromite, potassium hypobromite, sodium hypoiodite, potassium hypoiodite and the like. Examples of the coexisting alkali include sodium hydroxide and potassium hydroxide. The addition amount of hypohalous acid is 10 mol% to 150 mol% with respect to the amide group, preferably 20 group% to 120 mol%. Further, the amount of alkali to be coexisted is 10 to 250 mol% with respect to the amide group. After the reaction, the solution pH is neutralized to a range of 0.5 to 6.0, preferably 0.5 to 4. This is a pH range in consideration of the amidation reaction in the next step.

ホフマン反応の反応温度は、0〜50℃の範囲の中から選択可能であるが、0〜30℃である方がより好ましい。反応時間は、反応温度、および反応溶液中のポリマー濃度に依存するため一概には言えないが、例えばポリマー濃度が10重量%の場合、5℃では数十分以内、20℃では数分以内で十分である。さらにポリマー濃度が高くなれば、反応時間はより短くてすむ。次に上記した条件でホフマン反応を行った後、副反応の進行を抑制するために反応を停止することが望ましい。ただし、反応後直ちに使用する場合には反応停止を行わなくともよい場合がある。反応停止の方法としては、(1)還元剤を添加する、(2)冷却する、(3)溶液のpHを酸添加により低下させる、等の方法を単独あるいは組み合わせて用いることができる。(1)は残存する次亜ハロゲン酸塩等を還元剤との反応により失活させる方法である。使用する還元剤の具体例として、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、マロン酸エチル、チオグリセロール、トリエチルアミン等が挙げられる。その還元剤の使用量は、通常反応に使用された次亜ハロゲン酸塩に対して、0.005〜0.15倍モル、好ましくは0.01〜0.10倍モルである。(2)は冷却により反応進行を抑える方法であり、その方法としては、熱交換器を用いて冷却する、または冷水で希釈する等の方法が挙げられる。そのときの温度は、通常50℃以下、好ましくは45℃以下、さらに好ましくは40℃以下である。(3)は、通常pH12〜13のアルカリ性を示す反応終了液を、酸を用いてpHを下げることによりホフマン反応を停止させ、同時に加水分解の進行を抑制する方法である。そのときのpHは中性以下であればよくpH0.5〜6の範囲であればよいが、後のアミジン化反応を考慮するとpH0.5〜4であることが好ましい。pH調整で使用する酸としては、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸等の鉱酸、あるいはギ酸、酢酸、クエン酸等の有機酸があげられる。また最も好ましい酸は、塩酸である。 The reaction temperature of the Hoffman reaction can be selected from the range of 0 to 50 ° C, but more preferably 0 to 30 ° C. Although the reaction time depends on the reaction temperature and the polymer concentration in the reaction solution, it cannot be generally stated. For example, when the polymer concentration is 10% by weight, the reaction time is within several tens of minutes at 5 ° C and within several minutes at 20 ° C. It is enough. Furthermore, the higher the polymer concentration, the shorter the reaction time. Next, after performing the Hoffman reaction under the above-described conditions, it is desirable to stop the reaction in order to suppress the progress of the side reaction. However, when used immediately after the reaction, it may not be necessary to stop the reaction. As a method for stopping the reaction, methods such as (1) adding a reducing agent, (2) cooling, and (3) lowering the pH of the solution by adding an acid can be used alone or in combination. (1) is a method in which the remaining hypohalite or the like is deactivated by reaction with a reducing agent. Specific examples of the reducing agent used include sodium sulfite, sodium thiosulfate, ethyl malonate, thioglycerol, triethylamine and the like. The amount of the reducing agent to be used is 0.005 to 0.15 times mol, preferably 0.01 to 0.10 times mol, of the hypohalite used in the normal reaction. (2) is a method of suppressing the progress of the reaction by cooling, and examples of the method include cooling with a heat exchanger or diluting with cold water. The temperature at that time is usually 50 ° C. or lower, preferably 45 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or lower. (3) is a method of stopping the Hoffman reaction by lowering the pH of a reaction completion solution, which usually shows pH 12-13, using an acid, and at the same time suppressing the progress of hydrolysis. The pH at that time may be not more than neutral and may be in the range of pH 0.5 to 6, but is preferably pH 0.5 to 4 in consideration of the subsequent amidation reaction. Examples of the acid used for pH adjustment include mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and nitric acid, and organic acids such as formic acid, acetic acid and citric acid. The most preferred acid is hydrochloric acid.

ホフマン反応後高分子中の一級アミノ基の含有量としては、5モル%〜60モル%であり、好ましくは10モル%〜50モル%である。5モル%未満であると、アミジン化反応が進行し難くなり好ましくない。また、50モル%より高く一級アミノ基を導入しようとすると、(メタ)アクリルアミドの共重合比を増加しなくてはならず、その結果(メタ)アクリロニトリルの共重合比が低下する。 The content of the primary amino group in the polymer after the Hoffman reaction is 5 to 60 mol%, preferably 10 to 50 mol%. If it is less than 5 mol%, it is difficult to proceed with the amidation reaction. Further, if it is attempted to introduce a primary amino group higher than 50 mol%, the copolymerization ratio of (meth) acrylamide must be increased, and as a result, the copolymerization ratio of (meth) acrylonitrile is lowered.

ホフマン反応の後、反応溶液を酸性にしてアミジン化反応を行う。この条件として温度を20〜100℃、好ましくは30〜80℃、pH0.5〜6、好ましくはpH0.5〜4の範囲に反応物を保持することによりアミジン化反応を行うことができる。使用する酸は、塩酸、硝酸、スルファミン酸などの強酸が好ましく、塩酸であることが最も好ましい。具体的条件としては、例えば、共重合物中の置換アミノ基に対して通常0.7〜5.0倍、好ましくは1.0〜2.5倍当量の強酸を加え、通常20〜100℃、好ましくは30〜90℃の温度で、通常0.5〜20時間加熱することによりアミジン単位を有するカチオン化高分子とすることができる。これは側鎖官能基である一級アミノ基とシアノ基が反応しイミノ基となりアミジン化することによる。一般に置換アミノ基に対する強酸の当量比が大きいほど、かつ、反応温度は比較的高いほうがアミジン化は進行する。また、アミジン化に際しては反応に供する共重合体に対し、通常10重量%以上、好ましくは20重量%以上の水を反応系内に存在させるとよい。 After the Hoffmann reaction, the reaction solution is acidified to carry out an amidation reaction. As this condition, the amidine reaction can be carried out by keeping the reaction product at a temperature of 20 to 100 ° C., preferably 30 to 80 ° C., pH 0.5 to 6, preferably pH 0.5 to 4. The acid used is preferably a strong acid such as hydrochloric acid, nitric acid or sulfamic acid, and most preferably hydrochloric acid. As specific conditions, for example, 0.7 to 5.0 times, preferably 1.0 to 2.5 times equivalent of strong acid is added to the substituted amino group in the copolymer, and usually 20 to 100 ° C. The cationized polymer having an amidine unit can be obtained by heating at a temperature of preferably 30 to 90 ° C., usually for 0.5 to 20 hours. This is because the primary amino group, which is a side chain functional group, reacts with a cyano group to become an imino group and amidine. In general, the larger the equivalent ratio of strong acid to substituted amino group, and the higher the reaction temperature, the more the amidine formation proceeds. In addition, in the case of amidine formation, it is preferable that 10% by weight or more, preferably 20% by weight or more of water is usually present in the reaction system with respect to the copolymer used for the reaction.

上記これらのアミジン構造を有するカチオン性高分子のアミジン構造単位の含有率としては、Nービニルホルムアミド/アクリロニトリル共重合物の場合と同様であるが、20〜80モル%であり、好ましくは30〜80モル%である。アミジン構造単位の含有量がこれらの範囲より少ないと、そのカチオン性基とフミン質のアニオン性基との間のイオン性相互作用、およびアミジン構造に由来する環構造とフミン質のベンゼン環部分の相互作用との相乗効果により複合体生成が十分ではなくなり性能が低下する。 The content of the amidine structural unit of the cationic polymer having these amidine structures is the same as in the case of N-vinylformamide / acrylonitrile copolymer, but is 20 to 80 mol%, preferably 30 to 80 mol%. If the content of the amidine structural unit is less than these ranges, the ionic interaction between the cationic group and the anionic group of the humic substance, and the ring structure derived from the amidine structure and the benzene ring part of the humic substance Due to a synergistic effect with the interaction, complex formation is not sufficient and performance is degraded.

本発明のフミン質除去方法においては、N−ビニルホルムアミドとアクリロニトリルの共重合体を塩酸等で加水分解することにより得られる方法、あるいはアクリルアミドとアクリロニトリルの共重合体を次亜塩素酸ナトリウム等によりホフマン反応後、アミジン化する製造する方法とも、アミジン構造を有するカチオン性高分子の分子量は、重量平均分子量で1万〜500万が好ましい。500万を超えると膜分離に要する時間が長くなり、実際の使用に適さない。高分子量カチオン性高分子とフミン質の形成する複合体が膜表面で目詰まりを起こしやすい(ファウリングしやすい)構造をもつことによると推定される。また1万未満の場合には、フミン質との複合体形成、不溶化が不十分になる。 In the humic substance removing method of the present invention, a method obtained by hydrolyzing a copolymer of N-vinylformamide and acrylonitrile with hydrochloric acid or the like, or a copolymer of acrylamide and acrylonitrile with sodium hypochlorite or the like is used. The molecular weight of the cationic polymer having an amidine structure is preferably 10,000 to 5,000,000 in terms of the weight average molecular weight in both the method for producing amidine after the reaction. If it exceeds 5 million, the time required for membrane separation becomes long, and it is not suitable for actual use. It is presumed that the complex formed by the high molecular weight cationic polymer and the humic substance has a structure that easily causes clogging on the membrane surface (easy to foul). When it is less than 10,000, formation of a complex with humic substances and insolubilization are insufficient.

アミジン構造を有するカチオン性高分子の添加量は、水中のフミン質量に対して重量で0.1〜10倍が好ましい。これより少ない場合、または多い場合には複合体形成が不十分となり、除去率が低下する。 The addition amount of the cationic polymer having an amidine structure is preferably 0.1 to 10 times by weight with respect to the mass of humin in water. When the amount is smaller or larger than this, complex formation is insufficient and the removal rate is lowered.

フミン質と本発明の高分子が形成する複合体は、沈降分離、浮上分離、膜分離等で分離可能である。確実な除去が可能である点で膜分離が特に好ましい。カチオン高分子とフミン質が形成する複合体は孔径1マイクロメートル程度のフィルタで除去可能である。従って膜としては精密ろ過膜、限外ろ過膜、逆浸透膜等が使用可能である。 The complex formed by the humic substance and the polymer of the present invention can be separated by sedimentation separation, flotation separation, membrane separation or the like. Membrane separation is particularly preferred in that reliable removal is possible. The complex formed by the cationic polymer and the humic substance can be removed with a filter having a pore size of about 1 micrometer. Therefore, a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, a reverse osmosis membrane, or the like can be used as the membrane.

フミン質と本発明の高分子との複合体形成をさらに促進するために、他の助剤を併用することができる。そのような助剤としては、一般のカチオン性高分子、アニオン性高分子、ノニオン性高分子等の有機系高分子系凝集剤、または塩化第二鉄等の無機系凝集剤が挙げられる。 In order to further promote the complex formation between the humic substance and the polymer of the present invention, other auxiliary agents can be used in combination. Examples of such auxiliary agents include organic polymer flocculants such as general cationic polymers, anionic polymers, and nonionic polymers, or inorganic flocculants such as ferric chloride.

(実施例)以下、実施例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に制約されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.

(製造例1)撹拌機、窒素導入管、冷却管を備えた500mlの四つ口フラスコに、アクリロニトリル50モル%とN−ビニルホルムアミド50モル%からなる混合物60.0gおよび240.0gの脱塩水を入れた。窒素ガス気流中、撹拌しつつ30℃に昇温したのち、10%の2,2′−アゾビス−2−アミジノプロパン・2塩酸塩水溶液0.3gを添加した。40℃で4時間、撹拌保持した後、50℃に昇温し、更に3時間保持し、水中に重合体が析出した懸濁物を得た。該懸濁物に水を20g添加し、次いで、重合体中のホルミル基に対して1.25当量の濃塩酸を添加して撹拌しつつ100℃に4時間保持し、重合体をアミジン化した。得られた重合体の溶液をアセトン中に添加し、析出せしめ試料−1を得た。得られた試料のアミジン化率は、13C−NMRスペクトル(13C−該磁気共鳴スペクトル)によって分析し、その結果アミジン化率は83モル%、一級アミノ基8モル%、N−ビニルホルムアミド基5モル%、シアノ基4モル%であった。また光散乱法による分子量は約300万であった。 (Production Example 1) In a 500 ml four-necked flask equipped with a stirrer, a nitrogen inlet tube, and a condenser tube, 60.0 g of a mixture of 50 mol% of acrylonitrile and 50 mol% of N-vinylformamide and 240.0 g of demineralized water Put. The temperature was raised to 30 ° C. with stirring in a nitrogen gas stream, and 0.3 g of a 10% 2,2′-azobis-2-amidinopropane dihydrochloride aqueous solution was added. After stirring and holding at 40 ° C. for 4 hours, the temperature was raised to 50 ° C. and further maintained for 3 hours to obtain a suspension in which the polymer was precipitated in water. 20 g of water was added to the suspension, and then 1.25 equivalents of concentrated hydrochloric acid with respect to the formyl group in the polymer was added and kept at 100 ° C. for 4 hours with stirring to amidinate the polymer. . The obtained polymer solution was added to acetone and precipitated to obtain Sample-1. The obtained sample was analyzed for amidation rate by 13 C-NMR spectrum ( 13 C-magnetic resonance spectrum). As a result, the amidation rate was 83 mol%, primary amino group 8 mol%, and N-vinylformamide group. They were 5 mol% and cyano group 4 mol%. The molecular weight determined by the light scattering method was about 3 million.

(製造例2)撹拌機、窒素導入管、冷却管を備えた500mlの四つ口フラスコに、アクリロニトリル40モル%とアクリルアミド60モル%からなる混合物60.0gおよび240.0gの脱塩水を入れた。窒素ガス気流中、撹拌しつつ30℃に昇温したのち、1%の2,2′−アゾビス−2−アミジノプロパン・2塩酸塩水溶液0.3gを添加した。30℃で4時間、撹拌保持した後、50℃に昇温し、更に3時間保持し、水中に重合体が析出した懸濁物を得た。次に反応物の温度を10℃に冷却し次亜塩素酸ナトリウムをアクリルアミドに対し120モル%、水酸化ナトリウムをアクリルアミドに対し100モル%それぞれ添加しホフマン反応を実施した。反応後、亜硫酸ナトリウムを次亜塩素酸ナトリウムに対し0.08モル%添加し未反応物を処理し、さらに塩酸を水酸化ナトリウムに対し120モル%添加し、アルカリを中和するとともに酸性にし、85℃に4時間保持し、重合体をアミジン化した。得られた重合体の溶液をアセトン中に添加し、析出せしめ、これを真空乾燥して試料―2を得た。試料−2のアミジン化率は、57モル%、一級アミノ基10モル%、酸アミド基18モル%、シアノ基10モル%、カルボキシル基5モル%であった。また光散乱法による分子量は約115万であった。 (Production Example 2) 60.0 g of a mixture composed of 40 mol% of acrylonitrile and 60 mol% of acrylamide and 240.0 g of demineralized water were placed in a 500 ml four-necked flask equipped with a stirrer, a nitrogen introduction tube, and a cooling tube. . After raising the temperature to 30 ° C. with stirring in a nitrogen gas stream, 0.3 g of a 1% 2,2′-azobis-2-amidinopropane dihydrochloride aqueous solution was added. After stirring and maintaining at 30 ° C. for 4 hours, the temperature was raised to 50 ° C. and further maintained for 3 hours to obtain a suspension in which a polymer was precipitated in water. Next, the temperature of the reaction product was cooled to 10 ° C., sodium hypochlorite was added at 120 mol% with respect to acrylamide, and sodium hydroxide was added at 100 mol% with respect to acrylamide, and Hoffman reaction was carried out. After the reaction, 0.08 mol% of sodium sulfite is added to sodium hypochlorite to treat the unreacted substance, and further, 120 mol% of hydrochloric acid is added to sodium hydroxide to neutralize the alkali and make it acidic. The polymer was amidined by holding at 85 ° C. for 4 hours. The obtained polymer solution was added to acetone to cause precipitation, and this was vacuum-dried to obtain Sample-2. The amidation rate of Sample-2 was 57 mol%, primary amino group 10 mol%, acid amide group 18 mol%, cyano group 10 mol%, and carboxyl group 5 mol%. The molecular weight determined by the light scattering method was about 1.15 million.

(比較製造例1)攪拌機、還流冷却管、温度計および窒素導入管を備えた4つ口500mlセパラブルフラスコに脱イオン水225.0g、80%メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド水溶液75.0g、を加え、均一な混合溶液とした。その後、攪拌しながら窒素導入管より窒素を導入し溶存酸素の除去を行う。この間恒温水槽により33〜35℃に内部温度を調整する。窒素導入30分後、2、2’−アゾビス〔2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕二塩化水素化物0.06g添加し重合を開始させた。7時間重合を継続し反応を終了した.これを比較試料−1とする。光散乱法による分子量は約90万であった。 (Comparative Production Example 1) In a four-necked 500 ml separable flask equipped with a stirrer, a reflux condenser, a thermometer, and a nitrogen introduction tube, 225.0 g of deionized water and 75.0 g of 80% methacryloyloxyethyltrimethylammonium chloride aqueous solution were added. In addition, a uniform mixed solution was obtained. Thereafter, nitrogen is introduced from the nitrogen introduction tube while stirring to remove dissolved oxygen. During this time, the internal temperature is adjusted to 33 to 35 ° C. using a constant temperature water bath. 30 minutes after the introduction of nitrogen, 0.06 g of 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride was added to initiate polymerization. Polymerization was continued for 7 hours to complete the reaction. This is designated as comparative sample-1. The molecular weight by the light scattering method was about 900,000.

(比較製造例2)攪拌機、還流冷却管、温度計および窒素導入管を備えた4つ口500mlセパラブルフラスコに脱イオン水225.0g、80%アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド水溶液75.0g、を加え、均一な混合溶液とした。その後、攪拌しながら窒素導入管より窒素を導入し溶存酸素の除去を行う。この間恒温水槽により33〜35℃に内部温度を調整する。窒素導入30分後、2、2’−アゾビス〔2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕二塩化水素化物0.06gを添加し重合を開始させた。7時間重合を継続し反応を終了した.これを比較試料−2とする。光散乱法による平均分子量は約100万であった。 (Comparative Production Example 2) 225.0 g of deionized water and 75.0 g of 80% acryloyloxyethyltrimethylammonium chloride aqueous solution were added to a four-necked 500 ml separable flask equipped with a stirrer, a reflux condenser, a thermometer and a nitrogen inlet tube. In addition, a uniform mixed solution was obtained. Thereafter, nitrogen is introduced from the nitrogen introduction tube while stirring to remove dissolved oxygen. During this time, the internal temperature is adjusted to 33 to 35 ° C. using a constant temperature water bath. 30 minutes after the introduction of nitrogen, 0.06 g of 2,2′-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride was added to initiate polymerization. Polymerization was continued for 7 hours to complete the reaction. This is designated as Comparative Sample-2. The average molecular weight by the light scattering method was about 1 million.

フミン酸(和光純薬製)0.002g、1N水酸化ナトリウム0.014g、脱塩水100mlを混合、溶解した後、不溶部分をNo2濾紙で除去し、さらに脱塩水で2000mlに希釈し1ppmフミン酸水溶液とした。分子内にアミジン構造を有する高分子としてアクリルアミド/アクリロニトリル共重合物のホフマン反応物をアミジン化したもの(試料−2、分子量115万)、比較製造例1の比較試料−1(分子量90万)、比較製造例2の比較試料−2(分子量100万)、比較試料−3(市販カチオン性凝集剤;アクリルアミド/アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド共重合物、重量平均分子量500万)をそれぞれ0.1重量%になるように溶解した。上記フミン酸水溶液50mlに、0.1%に溶解した上記高分子水溶液をフミン酸水溶液に対し所定濃度となるように添加し5分間攪拌した。その後GS−25(東洋濾紙株式会社製)で濾過し、波長254nmでのろ液の吸光度を測定した。この数値と、フミン酸水溶液に高分子を添加せずにGS−25でろ過した濾液の吸光度から除去率を求めた。結果を表1に示す。アミジン構造を有するポリマーは良好な除去率を示した。 After mixing and dissolving 0.002 g of humic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.014 g of 1N sodium hydroxide and 100 ml of demineralized water, the insoluble part was removed with No2 filter paper, and further diluted to 2000 ml with demineralized water, and 1 ppm humic acid An aqueous solution was obtained. An amidinized Hoffman reaction product of acrylamide / acrylonitrile copolymer as a polymer having an amidine structure in the molecule (sample-2, molecular weight 1.15 million) , comparative sample-1 of comparative production example 1 (molecular weight 900,000), Comparative sample 2 of comparative production example 2 (molecular weight 1 million), comparative sample 3 (commercially available cationic flocculant; acrylamide / acryloyloxyethyltrimethylammonium chloride copolymer, weight average molecular weight 5 million) each 0.1 weight % Was dissolved. The polymer aqueous solution dissolved in 0.1% was added to 50 ml of the humic acid aqueous solution so as to have a predetermined concentration with respect to the humic acid aqueous solution, followed by stirring for 5 minutes. Thereafter, the mixture was filtered through GS-25 (manufactured by Toyo Roshi Kaisha, Ltd.), and the absorbance of the filtrate at a wavelength of 254 nm was measured. The removal rate was determined from this value and the absorbance of the filtrate filtered through GS-25 without adding a polymer to the humic acid aqueous solution. The results are shown in Table 1. The polymer having an amidine structure showed a good removal rate.

表1
( Table 1 )

Claims (4)

(メタ)アクリルアミドと(メタ)アクリロニトリルの共重合物をホフマン反応後、アミジン化反応を行い製造したアミジン構造を含有するカチオン性高分子であり、該カチオン性高分子のアミジン構造単位が57〜80モル%であることを特徴とするフミン質除去剤。A cationic polymer containing an amidine structure produced by carrying out a Hoffman reaction on a copolymer of (meth) acrylamide and (meth) acrylonitrile followed by an amidination reaction. The amidine structural unit of the cationic polymer is 57-80. A humic substance-removing agent characterized by being in mol%. アミジン構造を含有するカチオン性高分子の分子量が、重量平均分子量として1万〜500万であることを特徴とする請求項に記載のフミン質除去剤。 The humic substance-removing agent according to claim 1 , wherein the molecular weight of the cationic polymer containing an amidine structure is 10,000 to 5,000,000 as a weight average molecular weight. フミン質を含有する水に、(メタ)アクリルアミドと(メタ)アクリロニトリルの共重合物をホフマン反応後、アミジン化反応を行い製造したアミジン構造を含有するカチオン性高分子であり、該カチオン性高分子のアミジン構造単位が57〜80モル%であるカチオン性高分子を添加し複合体を形成させた後、水から複合体を分離することを特徴とするフミン質の除去方法。 A cationic polymer containing an amidine structure produced by carrying out a Hoffman reaction of a copolymer of (meth) acrylamide and (meth) acrylonitrile in water containing humic substance, followed by an amidation reaction, and the cationic polymer A method for removing humic substances, comprising adding a cationic polymer having an amidine structural unit of 57 to 80 mol% to form a complex, and then separating the complex from water. 前記複合体を分離する工程が、膜による分離工程であることを特徴とする請求項に記載のフミン質の除去方法。 The method for removing humic substances according to claim 3 , wherein the step of separating the complex is a separation step using a membrane.
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