JP5283963B2 - 樹脂複合体、およびそれを用いた水処理方法、ならびにその樹脂複合体の製造法 - Google Patents
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Description
本発明による樹脂複合体は、ポリマーにより表面が被覆された磁性粉が凝集した2次凝集体を含んでなる。すなわち、磁性粉をコア、その表面を被覆するポリマーの層がシェルを構成するコア/シェル構造の1次粒子が凝集して2次凝集体を構成している。
本発明による樹脂複合体は、前記したような本発明による樹脂複合体の構造を実現できるものであれば任意の方法により製造することができる。このような方法の一例として、ポリマーを溶解し得る有機溶媒にポリマーを溶解させ、その溶液中に磁性粉を分散させた組成物を調整し、その組成物を噴霧することにより有機溶媒を除去するスプレードライ法が挙げられる。この方法によれば、スプレードライの環境温度や噴出速度などを調整することにより1次粒子が凝集した2次凝集体の平均粒子径が調整できる上、凝集した1次粒子の間から有機溶媒が除去される際に孔が形成され、好適な多孔質構造を容易に形成させることもできる。
本発明による水処理方法は、不純物を含んでなる水から、不純物を分離するものである。ここで、不純物とは、処理しようとする水に含まれており、その水を利用するに当たって除去すべきものを意味する。したがって、本発明における不純物とは、有機物、無機物、またはイオンのいずれの形態であってもよい。しかしながら、本発明による樹脂複合体は、吸着性、吸着後の形態保存性、吸着後の回収方法などの観点から、不純物として有機物、特に油類を含む水を処理するのに用いることが好ましい。ここで油類とは、一般に常温において液体であり、水に難溶性であり、粘性が比較的高く、水よりも比重が低いものをいう。より具体的には、動植物性油脂、炭化水素、芳香油などである。これらは、脂肪酸グリセリド、石油、高級アルコールなどに代表される。これらの油類はそれぞれ有する官能基などに特徴があるので、それに応じて樹脂複合体を構成するポリマーを選択することがこのましい。
ポリスチレン(密度1.05g/cm3)3重量部を、300mlのテトラヒドロフラン中に溶解させて溶液とし、その溶液中に平均粒子径800nmの球状マグネタイト粒子20重量部(比表面積5.7m2/g)を分散させて組成物を得た。この組成物を、ミニスプレードライヤー(柴田科学株式会社製、B−290型)を用いて噴霧し、球状に凝集した平均2次粒子径が約10μm(Z/X=12.5)の樹脂複合体を作成した。熱重量分析装置(以下、TG)を用いて実際の被覆ポリマー量を求めたところ、全体の14.1%であり、F/(C×D×E)の値は0.027であった。
実施例1と同じ組成の組成物を用い、スプレードライヤーの噴霧条件を変化させ、平均2次粒子径が異なる樹脂複合体を作成し、油吸着量を測定した。結果は表1に示すとおりであった。
実施例1とポリスチレンの配合量を変えたこと以外は同様にして樹脂複合体を作成した。実施例8〜14の樹脂複合体に関しては、実施例1と同様に水中の油を吸着させ、容易に磁気分離することが可能であった。比較例Aの樹脂量を減らしたものは、比色管で撹拌中に水が黒くにごる現象が観察された。SEMで分析したところ、多孔質構造の2次凝集体が壊れていることが確認された。しかしながら、80%以上の油を吸着させることができ、十分な吸着性があることは確認された。また比較例Bは、SEMで観察したところ多孔質構造は見られなかった。また油を吸着した後は、2次凝集粒子同士がさらに凝集し、回収後には大きな塊となってしまい、比色管の壁面に付着し、分離が困難であった。
しかし、この場合であっても97.5%という、非常に高い効率で油を吸着させることができた。
平均粒子径の異なるマグネタイトを用いたこと以外は実施例1と同様に樹脂複合体を作成した。マグネタイトの平均粒子径が50nm〜4.9μmの範囲で作製したものは、実施例1と同様に水中の油を吸着し、容易に磁気分離可能であった。
マグネタイトを含まないこと以外は実施例1と同様の方法によって、コアのない樹脂粒子を作成した。得られた樹脂粒子は、平均粒子径約4μmの多孔質構造を有していない粒子であった。実施例1と同様に油の吸着試験を行ったところ、油を吸着することが確認できたが、油を吸着した後は粒子同士がさらに凝集し、回収後には粘着力のある大きな塊となってしまった。この塊は比色管の壁面に付着し、磁気による分離ができず、水からの分離が困難であった。
ポリスチレン樹脂を含まないこと以外は実施例1と同様の方法によって、ポリマー層のない磁性粉粒子を作成した。噴霧後に得られた粒子は、噴霧前と変わらない平均粒子径800nmのマグネタイト粒子であった。この粒子を用いて実施例1と同様に油の吸着試験を行ったが、ポリマー層を有していないために油は吸着されなかった。
被覆するポリマーをポリスチレンから様々なポリマーに変えたこと以外は実施例1と同様に樹脂複合体を作成し、水中の油の吸着試験を行った。どの樹脂を用いた時も、良好に油を吸着し、比色管壁面に付着することなく磁気分離を行うことができた。
Claims (9)
- ポリマーにより表面が被覆された磁性粉が凝集した、多孔質構造を有する2次凝集体を含んでなり、前記磁性粉の比表面積をC[m2/g]、磁性粉の樹脂複合体を基準とした含有率をD[重量%]、磁性粉の粒子径をX[μm]、ポリマーの密度をE[g/cm3]、ポリマーの樹脂複合体を基準とした含有率をF[重量%]とした時、0.001≦F/(C×D×E)≦X/10の関係を満たすことを特徴とする樹脂複合体。
- 0.005≦F/(C×D×E)≦X/10の関係を満たす、請求項1に記載の樹脂複合体。
- 前記2次凝集体の平均粒子径Zと、前記磁性粉の平均粒子径Xとの比Z/Xが、10〜10000の範囲にある、請求項1または2に記載の樹脂複合体。
- 前記ポリマーが水不溶性であり、かつメタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、アセトン、テトラヒドロフラン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、およびそれらの混合物から選ばれるいずれか1種類の有機溶媒に不溶性である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の樹脂複合体。
- 前記ポリマーが、ポリスチレン樹脂、水添加ポリスチレン樹脂、ブタジエン樹脂、イソプレン樹脂、アクリロニトリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリビニルピリジン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、およびそれらの混合物から選ばれるものである、請求項4に記載の樹脂複合体。
- 不純物を含んでなる水に、請求項1〜5のいずれか1項に記載の樹脂複合体を分散させ、前記樹脂複合体の表面に前記不純物を吸着させ、吸着後の前記樹脂複合体を磁力を利用して前記水から分離することを含んでなることを特徴とする、水処理方法。
- 前記の不純物を含んでなる水が工業排水である、請求項6に記載の水処理方法。
- 前記の吸着後の樹脂複合体を、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、アセトン、テトラヒドロフラン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、およびそれらの混合物から選ばれるいずれか1種類の有機溶媒により洗浄して再生し、さらなる水処理に利用する請求項6または7に記載の水処理方法。
- ポリマーにより表面が被覆された磁性粉が凝集した、多孔質構造を有する2次凝集体を含んでなり、前記磁性粉の比表面積をC[m 2 /g]、磁性粉の樹脂複合体を基準とした含有率をD[重量%]、磁性粉の粒子径をX[μm]、ポリマーの密度をE[g/cm 3 ]、ポリマーの樹脂複合体を基準とした含有率をF[重量%]とした時、0.001≦F/(C×D×E)≦X/10の関係を満たす樹脂複合体の製造法であって、
磁性粉と、ポリマーと、前記ポリマーを溶解し得る有機溶媒とを含んでなる組成物を噴霧して、前記有機溶媒を除去する工程を含んでなることを特徴とする、樹脂複合体の製造法。
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