JP5711510B2 - Acrylic resin for adsorbent, water treatment column, and water treatment method - Google Patents

Acrylic resin for adsorbent, water treatment column, and water treatment method Download PDF

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本発明の実施形態は、吸着材用アクリル系樹脂、水処理用カラム、および水処理方法
に関する。
Embodiments described herein relate generally to an adsorbent acrylic resin, a water treatment column, and a water treatment method.

産業排水、地下水、海水といった水の中には様々なイオンが含まれている。近年の人口
増加や産業の発達により、資源の有効利用は重要な問題となっている。従って、水とイオ
ンを分離し、水資源を回収する水処理技術は非常に重要である。液体からその他の物質を
分離する方法として様々な方法が知られており、凝集による固液分離、遠心分離、膜分離
、活性炭吸着、オゾン処理などが挙げられる。このような方法を用いることで、水に含ま
れるリンや窒素などの環境に影響の大きい化学物質の除去や水中に分散した油類、クレイ
などの除去をすることができる。
Water such as industrial wastewater, groundwater, and seawater contains various ions. Effective use of resources has become an important issue due to population growth and industrial development in recent years. Therefore, water treatment technology that separates water and ions and recovers water resources is very important. Various methods are known as a method for separating other substances from a liquid, and examples thereof include solid-liquid separation by aggregation, centrifugation, membrane separation, activated carbon adsorption, and ozone treatment. By using such a method, it is possible to remove chemical substances having a great influence on the environment such as phosphorus and nitrogen contained in water, and oils and clay dispersed in water.

また、水中に溶解しているイオンを除去する方法としては、膜分離、電気的分離、イオ
ン交換、凝集沈殿などが知られている。この中で最もホウ酸イオンを除去するのに一般的
な方法はイオン交換である。例えば、ホウ酸イオンのアクリル系樹脂としては、グルカミ
ン型のものが知られている。
As methods for removing ions dissolved in water, membrane separation, electrical separation, ion exchange, coagulation precipitation, and the like are known. Of these, the most common method for removing borate ions is ion exchange. For example, as an acrylic resin of borate ion, a glucamine type is known.

イオン交換を用いて水処理を行う場合、アクリル系樹脂が充填されたカラムに水を通し
て目的イオンをアクリル系樹脂に吸着させる。その後、カラムに酸、塩基を通水すること
によりアクリル系樹脂は再生する。アクリル系樹脂の吸着量を大きくすることにより、ラ
ンニングコストを低減させることができる。また、一度に大量のイオンを処理することが
できる。また、様々な種類の廃水の処理に対応できるアクリル系樹脂の開発が望まれてい
る。
When water treatment is performed using ion exchange, water is passed through a column filled with an acrylic resin to adsorb target ions to the acrylic resin. Thereafter, the acrylic resin is regenerated by passing acid and base through the column. By increasing the adsorption amount of the acrylic resin, the running cost can be reduced. In addition, a large amount of ions can be processed at a time. In addition, the development of acrylic resins that can handle various types of wastewater is desired.

特開2003−64128号公報JP 2003-64128 A

本発明が解決しようとする課題は、吸着量が多い吸着材用アクリル系樹脂、水処理用カ
ラム、および水処理方法を提供することである。
The problem to be solved by the present invention is to provide an adsorbent acrylic resin, a water treatment column, and a water treatment method with a large amount of adsorption.

本発明の一態様の吸着材用アクリル系樹脂は、(1)式で表される構造単位を有する。
(Rは水素またはメチル基、Rは1級水酸基を2つ以上有するアルキル基、nは3以
上100万以下の整数。)

Figure 0005711510
The acrylic resin for adsorbents according to one embodiment of the present invention has a structural unit represented by the formula (1).
(R 1 is hydrogen or a methyl group, R 2 is an alkyl group having two or more primary hydroxyl groups, and n is an integer of 3 to 1,000,000.)
Figure 0005711510

第4の実施形態に係る水処理に用いる装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the apparatus used for the water treatment which concerns on 4th Embodiment.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の
大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones.

(第1の実施形態)
吸着材は、カラムに充填されて用いられる。カラムの入り口から吸着する目的のイオン
を含んだ水を入れると、目的のイオンは吸着材に吸着され、カラムの出口から目的のイオ
ンが取り除かれた水が出る。
(First embodiment)
The adsorbent is used by being packed in a column. When water containing target ions to be adsorbed is introduced from the column inlet, the target ions are adsorbed by the adsorbent, and water from which the target ions have been removed comes out from the column outlet.

以下に、アクリル系樹脂粒子について説明する。このアクリル系樹脂粒子は、化学反応
を経て様々な吸着材を生成することができる。従って、目的のイオンを吸着する置換基を
有する吸着材を得ることができる。また、このアクリル系樹脂粒子自身は、例えばホウ酸
イオンなどを吸着する吸着材として用いることもできる。
Below, an acrylic resin particle is demonstrated. The acrylic resin particles can generate various adsorbents through a chemical reaction. Therefore, an adsorbent having a substituent that adsorbs the target ions can be obtained. The acrylic resin particles themselves can also be used as an adsorbent that adsorbs borate ions, for example.

本実施形態におけるアクリル系樹脂は、例えば粒子状であり、各々の粒子は(1)式で
示される構造単位を有するアクリル系樹脂から構成される。

Figure 0005711510
The acrylic resin in this embodiment is, for example, in the form of particles, and each particle is composed of an acrylic resin having a structural unit represented by the formula (1).
Figure 0005711510

ここで、Rは水素又はメチル基を表す。R2は分枝を持つアルキル鎖で、そのアルキ
ル鎖に対し1級水酸基を少なくとも2つ以上有する。アルキル鎖は環状構造であっても良
い。また、このアルキル鎖は一部が置換されていてもよく、置換されていなくても良い。
nは3〜100万の整数である。すなわち、アクリル系樹脂の1分子は、(1)式で表さ
れる構造単位をn個有する。
Here, R 1 represents hydrogen or a methyl group. R 2 is a branched alkyl chain having at least two primary hydroxyl groups with respect to the alkyl chain. The alkyl chain may have a cyclic structure. Further, this alkyl chain may be partially substituted or unsubstituted.
n is an integer of 3 to 1 million. That is, one molecule of the acrylic resin has n structural units represented by the formula (1).

すなわち、アクリル系樹脂の構造単位は、アクリル酸エステルのエステル構造がアミド
構造に変換されており、前記アミド構造のN原子にアルキル鎖を介して1級多価水酸基が
結合した構造を有する。前記構造としては、トリスヒドロキシメチルアミノメタンを導入
したものを具体例の一つとして挙げられる。トリスヒドロキシメチルアミノメタンを導入
した場合、(1)式は(2)式のように表すことができる。

Figure 0005711510
That is, the structural unit of the acrylic resin has a structure in which an ester structure of an acrylate ester is converted to an amide structure, and a primary polyvalent hydroxyl group is bonded to the N atom of the amide structure via an alkyl chain. An example of the structure is one in which trishydroxymethylaminomethane is introduced. When trishydroxymethylaminomethane is introduced, the formula (1) can be expressed as the formula (2).
Figure 0005711510

ここでRは水素又はメチル基を表す。nは3〜100万の整数である。すなわち、ア
クリル系樹脂の1分子は、(2)式で表される構造単位をn個有する。
Here, R 1 represents hydrogen or a methyl group. n is an integer of 3 to 1 million. That is, one molecule of the acrylic resin has n structural units represented by the formula (2).

アクリル系樹脂は、水に浸漬されていない状態においては、後述する製造方法等に起因
してゲル状または多孔質となる。この場合のゲル状とは、樹脂が三次元的に架橋され、連
続的な孔が開いていない状態を指す。多孔質とは、樹脂の立体構造の内部に1個の独立し
た穴が形成されていたり、複数の孔が連続的に形成されていたりする状態を指す。
In a state where the acrylic resin is not immersed in water, the acrylic resin becomes gel or porous due to a manufacturing method described later. The gel state in this case refers to a state in which the resin is three-dimensionally crosslinked and no continuous pores are opened. The term “porous” refers to a state in which one independent hole is formed inside the three-dimensional structure of the resin, or a plurality of holes are continuously formed.

アクリル系樹脂は、吸着する目的のイオンを立体構造の内部に取り込む。立体構造の内
部に水酸基と結合しやすいイオンが取り込まれると、吸着される。このように、上述のア
クリル系樹脂を吸着材として用いることができる。R2のアルキル鎖は分枝を持つため、
水酸基が結合する枝が多いほど吸着する目的のイオンの量が多い。
The acrylic resin takes in the target ions to be adsorbed into the three-dimensional structure. When ions that easily bind to a hydroxyl group are taken into the interior of the three-dimensional structure, they are adsorbed. Thus, the above-mentioned acrylic resin can be used as an adsorbent. Since the alkyl chain of R 2 has a branch,
The more branches to which a hydroxyl group is bonded, the more ions are adsorbed.

また、このアクリル系樹脂を化学反応させて得る吸着材も、上述のアクリル系樹脂に由
来する立体構造を有するため、内部にイオンを取り込んで吸着することができる。
Moreover, since the adsorbent obtained by chemically reacting the acrylic resin also has a three-dimensional structure derived from the above-mentioned acrylic resin, ions can be taken in and adsorbed therein.

(1)式の構造の水酸基が1級である理由は、2級、3級水酸基と比べ反応性が高いた
めである。これは2級、3級となるにつれて水酸基の周りの置換基が嵩高くなることに起
因する。
The reason why the hydroxyl group in the structure of the formula (1) is primary is that it has higher reactivity than secondary and tertiary hydroxyl groups. This is because the substituents around the hydroxyl group become bulky as it becomes secondary and tertiary.

(1)式で表されるアクリル系樹脂は、エステル構造などと違って酸やアルカリに強く
、耐薬品性に優れる。
Unlike the ester structure, the acrylic resin represented by the formula (1) is resistant to acids and alkalis and has excellent chemical resistance.

また、(1)式で表されるアクリル系樹脂は構造内にアミド構造を有するため、親水性
が高く、粒子の内部まで水が拡散しやすい。したがって、水処理速度を速くすることがで
きる。
Moreover, since the acrylic resin represented by the formula (1) has an amide structure in the structure, it has high hydrophilicity and water easily diffuses into the inside of the particles. Therefore, the water treatment speed can be increased.

(1)式で表されるアクリル系樹脂は、制御が難しい禁水反応などを製造工程内に含ま
ずに製造できるので、少ない工程で簡単に製造することができる。
Since the acrylic resin represented by the formula (1) can be manufactured without including a water-inhibiting reaction that is difficult to control in the manufacturing process, the acrylic resin can be easily manufactured with fewer processes.

なお、重合度を示すnは10以上の範囲であり、好ましくは100以上であり、より好
ましくは1万以上である。nが10未満であると、分子量が小さすぎて軟化点が低くなり
、室温で粒子状の固体として存在できない。粒子状で存在できないと、上述した作用効果
を奏することができなくなる。
In addition, n which shows a polymerization degree is the range of 10 or more, Preferably it is 100 or more, More preferably, it is 10,000 or more. When n is less than 10, the molecular weight is too small and the softening point becomes low, and it cannot exist as a particulate solid at room temperature. If it cannot exist in the form of particles, the above-described effects cannot be achieved.

一方、nが100万を超えると、(1)式で表されるアクリル系樹脂を製造するために
用いるアクリル酸エステル樹脂の分子量が大きくなり過ぎ、アクリル酸エステル樹脂の反
応性が低下する。(1)式で表されるアクリル系樹脂は、アクリル酸エステル樹脂と試薬
とを反応させ、目的のイオンを吸着する官能基を付加することによって得る。(1)式で
表されるアクリル酸エステル樹脂が試薬と反応しにくくなると、得られるアクリル系樹脂
に含まれるこの官能基の数が減る。従って、(1)式で表されるアクリル系樹脂の吸着作
用が低減する。
On the other hand, when n exceeds 1,000,000, the molecular weight of the acrylate resin used for producing the acrylic resin represented by the formula (1) becomes too large, and the reactivity of the acrylate resin decreases. The acrylic resin represented by the formula (1) is obtained by reacting an acrylic ester resin with a reagent and adding a functional group that adsorbs a target ion. When the acrylic ester resin represented by the formula (1) becomes difficult to react with the reagent, the number of functional groups contained in the resulting acrylic resin is reduced. Accordingly, the adsorption action of the acrylic resin represented by the formula (1) is reduced.

(1)式で表されるアクリル系樹脂の分子量は、ポリスチレン換算平均分子量において
1万以上が好ましく、さらには20万以上であることが好ましい。分子量が1万より小さ
いと、親水性の官能基を付加する場合、水に浸漬すると軟化する虞がある。軟化した樹脂
粒子は使用しにくい場合がある。また分子量の上限は特にないが好ましくは300万以下
が好ましい。分子量が大きくなればなるほど反応性が低下し、アクリル系樹脂の吸着作用
が低減する虞がある。
The molecular weight of the acrylic resin represented by the formula (1) is preferably 10,000 or more, more preferably 200,000 or more in terms of polystyrene-converted average molecular weight. When the molecular weight is less than 10,000, when adding a hydrophilic functional group, there is a risk of softening when immersed in water. Softened resin particles may be difficult to use. The upper limit of the molecular weight is not particularly limited, but preferably 3 million or less. As the molecular weight increases, the reactivity decreases, and the adsorption action of the acrylic resin may decrease.

ポリスチレン換算分子量の測定方法は、上記アクリル系樹脂をテトラヒドロフランに溶
解し、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)で保持時間を測定し、標準物質である分子量
が制御されたポリスチレンと比較して、ポリスチレン換算分子量を算出する。
The polystyrene conversion molecular weight is measured by dissolving the above acrylic resin in tetrahydrofuran, measuring the retention time by GPC (gel permeation chromatography), and comparing the polystyrene with standard molecular weight controlled polystyrene. Is calculated.

また、(1)式で表されるアクリル系樹脂の平均粒径は100μm〜5000μmの範
囲であることが好ましい。これによって、水処理において、カラムへの充填率の高さと通
水のしやすさとを両立させることができる。平均粒径は、レーザー回折法により測定する
ことができる。具体的には、株式会社島津製作所製のSALD−DS21型測定装置など
により測定することができる。
Moreover, it is preferable that the average particle diameter of acrylic resin represented by Formula (1) is in the range of 100 μm to 5000 μm. As a result, in the water treatment, it is possible to achieve both a high filling rate of the column and ease of water flow. The average particle diameter can be measured by a laser diffraction method. Specifically, it can be measured by a SALD-DS21 type measuring device manufactured by Shimadzu Corporation.

(1)式で表されるアクリル系樹脂のかさ密度は0.2g/cm〜1.0g/cm
の範囲であることが好ましい。かさ密度とは、一定容量の容器に一定の高さから粉を入れ
、容器に充填してその重さを測ることにより測定できる。ここでは10mlのメスシリン
ダーの中に上から作製した粒子を1mlの目盛まで落としていき、その質量を量ることで
嵩密度を決定する。特に、アクリル系樹脂が多孔質体である場合には、かさ密度が0.2
g/cmより小さいと、孔の割合が多すぎて粒子の強度を維持することが困難になる。
またかさ密度を1.0g/cm以上とすることは理論上難しい。
The bulk density of the acrylic resin represented by the formula (1) is 0.2 g / cm 3 to 1.0 g / cm 3.
It is preferable that it is the range of these. The bulk density can be measured by putting powder from a certain height into a container having a certain volume, filling the container, and measuring its weight. Here, particles produced from above are dropped into a 1 ml scale in a 10 ml graduated cylinder, and the bulk density is determined by measuring its mass. In particular, when the acrylic resin is a porous body, the bulk density is 0.2.
If it is smaller than g / cm 3 , the proportion of pores is too large, and it becomes difficult to maintain the strength of the particles.
It is theoretically difficult to set the bulk density to 1.0 g / cm 3 or more.

(1)式で表されるアクリル系樹脂を原料として、1級水酸基にエポキシ基を導入し、
さらにエポキシ基にイオンと親和性の高い置換基を導入することで吸着材を生成すること
が可能である。
Using an acrylic resin represented by the formula (1) as a raw material, an epoxy group is introduced into the primary hydroxyl group,
Furthermore, it is possible to produce an adsorbent by introducing a substituent having high affinity for ions into the epoxy group.

すなわち、アミド構造にアルキル鎖を介して分枝鎖構造の1級水酸基を導入し、前記水
酸基にエポキシ基を導入し、さらにエポキシ基にイオンと親和性の高い置換基を付加する
ことも可能ということである。エポキシ基が導入されたアクリル系樹脂は、(1)式で表
されるアクリル樹脂から(3)式のように表すことができる。

Figure 0005711510
That is, it is also possible to introduce a branched primary hydroxyl group into the amide structure via an alkyl chain, introduce an epoxy group into the hydroxyl group, and add a substituent having high affinity for ions to the epoxy group. That is. An acrylic resin into which an epoxy group has been introduced can be represented by the formula (3) from the acrylic resin represented by the formula (1).
Figure 0005711510

ここで、Rは水素又はメチル基を表す。Rは分枝を持つアルキル鎖で、R、R
はアルキル鎖を含むエポキシ基である。それぞれのアルキル鎖は環状構造であっても良い
。また、このアルキル鎖は一部が置換されていてもよく、置換されていなくても良い。n
は3〜100万の整数である。すなわち、アクリル系樹脂の1分子は、(3)式で表され
る構造単位をn個有する。
Here, R 1 represents hydrogen or a methyl group. R 3 is a branched alkyl chain, and R 4 , R 5
Is an epoxy group containing an alkyl chain. Each alkyl chain may have a cyclic structure. Further, this alkyl chain may be partially substituted or unsubstituted. n
Is an integer from 3 to 1 million. That is, one molecule of the acrylic resin has n structural units represented by the formula (3).

上記エポキシ基にイオンと親和性の高い置換基を導入したアクリル系樹脂は(4)式の
ように表すことができる。

Figure 0005711510
An acrylic resin in which a substituent having a high affinity for ions is introduced into the epoxy group can be represented by the formula (4).
Figure 0005711510

ここで、Rは水素又はメチル基を表す。Rは分枝を持つアルキル鎖で、R、R
はアルキル鎖を含むイオンと親和性の高い置換基、Rはエポキシ基が開環した構造を持
つアルキル基。それぞれのアルキル鎖は環状構造であっても良い。また、このアルキル鎖
は一部が置換されていてもよく、置換されていなくても良い。nは3〜100万の整数で
ある。すなわち、アクリル系樹脂の1分子は、(4)式で表される構造単位をn個有する
Here, R 1 represents hydrogen or a methyl group. R 3 is a branched alkyl chain, and R 6 , R 8
Is a substituent having high affinity for an ion containing an alkyl chain, and R 7 is an alkyl group having a structure in which an epoxy group is opened. Each alkyl chain may have a cyclic structure. Further, this alkyl chain may be partially substituted or unsubstituted. n is an integer of 3 to 1 million. That is, one molecule of the acrylic resin has n structural units represented by the formula (4).

イオンと親和性の高い置換基とは、R、Rに含まれ、例えばポリオール、イミノ二
酢酸、ポリアミン、スルホ基、カルボキシル基、アミノ基などが挙げられる。
The substituent having high affinity for ions is included in R 6 and R 8 , and examples thereof include polyol, iminodiacetic acid, polyamine, sulfo group, carboxyl group, and amino group.

このような反応をさせることにより得られる樹脂を、吸着材として用いることができる
。分枝鎖構造のそれぞれの枝の先にイオンと親和性の高い置換基が導入されると、多量の
イオンを吸着することができる。
A resin obtained by performing such a reaction can be used as an adsorbent. When a substituent having a high affinity for ions is introduced at the end of each branch of the branched chain structure, a large amount of ions can be adsorbed.

例えば、アミノポリオール基が導入された(4)式で表されるアクリル系樹脂は、ホウ
酸イオンを含む半金属イオンを吸着できる。このアミノポリオールの具体例の一つとして
、N−メチルグルカミンが挙げられる。分枝鎖構造としてトリスヒドロキシメチルアミノ
メタンを、アミノポリオールとしてN−メチルグルカミンを用いた場合、(4)式のアク
リル樹脂は(5)式で表される。

Figure 0005711510
For example, the acrylic resin represented by the formula (4) having an amino polyol group introduced can adsorb metalloid ions including borate ions. One specific example of this amino polyol is N-methylglucamine. When trishydroxymethylaminomethane is used as the branched chain structure and N-methylglucamine is used as the aminopolyol, the acrylic resin of the formula (4) is represented by the formula (5).
Figure 0005711510

ここで、Rは水素又はメチル基を表す。Rはエポキシ基が開環した構造を持つアルキ
ル鎖で、R10はN−メチルグルカミンである。R11、R12は水素またはエポキシ基
またはエポキシ基が開環したアルキル鎖の先に導入したN−メチルグルカミンである。そ
れぞれのアルキル鎖は環状構造であっても良い。また、このアルキル鎖は一部が置換され
ていてもよく、置換されていなくても良い。nは3〜100万の整数である。すなわち、
アクリル系樹脂の1分子は、(5)式で表される構造単位をn個有する。
Here, R 1 represents hydrogen or a methyl group. R 9 is an alkyl chain having a structure in which an epoxy group is opened, and R 10 is N-methylglucamine. R 11 and R 12 are hydrogen, an epoxy group, or N-methylglucamine introduced at the end of an alkyl chain having an epoxy group opened. Each alkyl chain may have a cyclic structure. Further, this alkyl chain may be partially substituted or unsubstituted. n is an integer of 3 to 1 million. That is,
One molecule of the acrylic resin has n structural units represented by the formula (5).

(第2の実施形態)
(1)式で表すアクリル系樹脂の製造方法、および(1)式で表すアクリル系樹脂を原
料にして得る吸着材の製造方法の一例を以下に説明する。すなわち、アクリル酸エステル
樹脂のエステル結合部位をアミド構造に変更し、前記アミド構造のN原子にアルキル鎖を
介して1級水酸基を結合させ、この水酸基にエポキシ基を導入し、さらにこのエポキシ基
にイオンと親和性の高い置換基を導入する。それぞれの反応の詳細について以下に説明す
る。
(Second Embodiment)
An example of the method for producing an acrylic resin represented by the formula (1) and the method for producing an adsorbent obtained using the acrylic resin represented by the formula (1) as a raw material will be described below. That is, the ester bond site of the acrylic ester resin is changed to an amide structure, a primary hydroxyl group is bonded to the N atom of the amide structure via an alkyl chain, an epoxy group is introduced into this hydroxyl group, and further to this epoxy group Introduce a substituent with high affinity for ions. Details of each reaction will be described below.

まず、アクリル酸エステル樹脂を得る方法について説明する。   First, a method for obtaining an acrylic ester resin will be described.

アクリル酸エステル樹脂は、懸濁重合、乳化重合、塊重合、溶液重合、ソープフリー重
合、沈殿重合等の汎用の合成法を用いて得ることができる。
The acrylic ester resin can be obtained by using a general synthesis method such as suspension polymerization, emulsion polymerization, bulk polymerization, solution polymerization, soap-free polymerization, precipitation polymerization or the like.

アクリル酸エステルモノマーとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル
(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、
ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレートなどのアルキル(メタ
)アクリレート類や、ヒドロキシメチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ
)アクリレート、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエ
チレングリコール(メタ)アクリレート等の非架橋性(メタ)アクリル酸エステル単量体
等が挙げられる。これらの中でも特に(メタ)アクリル酸エステル単量体を用いることが
好ましい。
Examples of acrylic ester monomers include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate,
Alkyl (meth) acrylates such as lauryl (meth) acrylate and stearyl (meth) acrylate, hydroxymethyl (meth) acrylate, hydroxyethyl (meth) acrylate, methoxydiethylene glycol (meth) acrylate, methoxypolyethylene glycol (meth) acrylate, etc. Non-crosslinkable (meth) acrylic acid ester monomers. Among these, it is particularly preferable to use a (meth) acrylic acid ester monomer.

一方、上述のようにして得たアクリル酸エステル樹脂は、その分子量を、例えば1万以
上、特には20万以上に増大させるに際して、オレフィンを含む架橋剤を用いて架橋する
ことができる。
On the other hand, the acrylic ester resin obtained as described above can be cross-linked using a cross-linking agent containing an olefin when the molecular weight is increased to, for example, 10,000 or more, particularly 200,000 or more.

このようなオレフィンを含む架橋剤の例としては、目的とするポリマー粒子に応じて架
橋しうるポリビニルモノマーが挙げられ、例えばジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン
、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン、トリビニルベンゼン、1,3,5−トリアクリ
ロイルヘキサヒドロ−1,3,5−トリアジン等の芳香族ポリビニルモノマー、ジアクリル
酸エチレングリコールエステル、ジメタクリル酸エチレングリコールエステル、トリメチ
ロールプロパントリアクリレート、ジアクリル酸ブチレングリコールエステル、ジメタア
クリル酸ブチレングリコールエステル等の脂肪族ポリビニルモノマーなどが挙げられる。
これらは2種以上混合して用いてもよい。これらの中でも、芳香族ポリビニルモノマー、
特にジビニルベンゼンを用いるのが好ましい。
Examples of such cross-linking agents containing olefins include polyvinyl monomers that can be cross-linked according to the intended polymer particles, such as divinylbenzene, divinylnaphthalene, divinyltoluene, divinylxylene, trivinylbenzene, 1,3. , 5-triacryloylhexahydro-1,3,5-triazine and other aromatic polyvinyl monomers, ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, butylene glycol diacrylate, butylene dimethacrylate Examples include aliphatic polyvinyl monomers such as glycol esters.
You may use these in mixture of 2 or more types. Among these, aromatic polyvinyl monomers,
In particular, it is preferable to use divinylbenzene.

架橋剤として芳香族ポリビニルモノマーを用いた場合には、アクリル酸エステル樹脂の
エステル構造をアミド構造に変換し前記アミド構造のN原子にアルキル鎖を介して結合し
た1級多価水酸基を導入した構造単位は(1)式の代わりに(6)式のように表すことも
できる。

Figure 0005711510
When an aromatic polyvinyl monomer is used as a crosslinking agent, a structure in which an ester structure of an acrylic ester resin is converted to an amide structure and a primary polyvalent hydroxyl group bonded to an N atom of the amide structure via an alkyl chain is introduced The unit can also be expressed as in equation (6) instead of equation (1).
Figure 0005711510

ここで、Rは水素又はメチル基を表す。Rは直鎖または分枝またはその両方の構造
を持つアルキル鎖で、そのアルキル鎖に対し1級水酸基を少なくとも2つ以上有すること
を示す。アルキル鎖は環状構造であっても良い。また、このアルキル基は一部が置換され
ていてもよく、置換されていなくても良い。l、m、nは3〜100万の整数である。
Here, R 1 represents hydrogen or a methyl group. R 2 is an alkyl chain having a straight chain structure, a branched structure, or both, and indicates that the alkyl chain has at least two primary hydroxyl groups. The alkyl chain may have a cyclic structure. Moreover, this alkyl group may be partially substituted or may not be substituted. l, m, and n are integers of 3 to 1 million.

オレフィンを含む架橋剤の使用量は、アクリル酸エステル樹脂の特性に応じて任意の添
加量が可能であり、特に限定されるものではないが、例えば、全モノマー重量に対し0.
5〜90質量%とすることができる。
The amount of the olefin-containing cross-linking agent used can be arbitrarily added depending on the properties of the acrylate resin, and is not particularly limited.
It can be 5-90 mass%.

また、上述したモノマーを重合させるに際しては適宜重合開始剤を用いることができる
。このような重合開始剤としては、例えば公知の油溶性ラジカル発生剤が用いられ、過酸
化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、第3級ブチルヒドロキシパーオキシドなどの過酸化物
触媒や、アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ重合開始剤があげられる。重合開始剤の
使用量は、通常、モノマー成分に対して、500〜30,000ppm、好ましくは50
0〜10,000ppmである。
In addition, when the above-described monomer is polymerized, a polymerization initiator can be appropriately used. As such a polymerization initiator, for example, a known oil-soluble radical generator is used, such as a peroxide catalyst such as benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, tertiary butylhydroxyperoxide, or azobisisobutyronitrile. And azo polymerization initiators. The amount of the polymerization initiator used is usually 500 to 30,000 ppm, preferably 50, based on the monomer component.
0 to 10,000 ppm.

さらに、上述したモノマーに対して分散安定剤を用いてもよい。分散安定剤としては、
例えば、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ゼラチン、デンプンなど
の水溶性高分子化合物が挙げられる。分散安定剤の使用量は、通常、モノマー層に対して
0.001質量%〜1質量%であることが好ましく、さらには0.01質量%〜0.1質
量%であることが好ましい。
Furthermore, you may use a dispersion stabilizer with respect to the monomer mentioned above. As a dispersion stabilizer,
Examples thereof include water-soluble polymer compounds such as carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, gelatin, and starch. Usually, the amount of the dispersion stabilizer used is preferably 0.001% by mass to 1% by mass with respect to the monomer layer, and more preferably 0.01% by mass to 0.1% by mass.

その他、アクリル酸エステル樹脂の粒子を多孔質化する材料として、モノマーや架橋剤
には可溶で、重合体および分散媒体には不溶な有機溶媒を反応系内に加えることができる
。多孔質化すると、吸着材が水と接触する表面積を広げることができるので、吸着材が目
的のイオンを吸着する量を大きくすることができる。
In addition, as a material for making the acrylic ester resin particles porous, an organic solvent that is soluble in the monomer and the crosslinking agent and insoluble in the polymer and the dispersion medium can be added to the reaction system. Since the surface area where the adsorbent comes into contact with water can be increased by increasing the porosity, the amount of the adsorbent adsorbing target ions can be increased.

多孔質化する材料としては、例えばベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、
ヘプタン、イソオクタン、2−エチルヘキサノール、tert−アミルアルコール、デカ
ノール、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトンなどの有機溶媒があげられる。こ
れらは2種類以上混合して用いてもよい。多孔質剤の使用量は通常、全モノマーおよび架
橋剤重量に対して300質量%以下であることが好ましく、さらには250質量%以下で
あることが好ましい。
Examples of porous materials include benzene, toluene, xylene, chlorobenzene,
Organic solvents such as heptane, isooctane, 2-ethylhexanol, tert-amyl alcohol, decanol, methyl isobutyl ketone, diisobutyl ketone and the like can be mentioned. You may use these in mixture of 2 or more types. Usually, the amount of the porous agent used is preferably 300% by mass or less, more preferably 250% by mass or less, based on the weight of all monomers and the crosslinking agent.

次に、アクリル酸エステル樹脂から(1)式、で表されるアクリル系樹脂を得る方法に
ついて説明する。
Next, a method for obtaining an acrylic resin represented by the formula (1) from an acrylic ester resin will be described.

(1)式で表されるアクリル系樹脂は、アクリル系樹脂と、アミノ基にアルキル鎖を介
して1級水酸基が結合した構造を有する試薬を反応させることにより得ることができる。
この反応は、任意の塩基、溶媒存在下にて行うことができる。試薬としては、トリスヒド
ロキシメチルアミノメタン、2−アミノ−1,3−プロパンジオール、2−アミノ−2−
メチル−1,3−プロパンジオール、2−アミノ−2−エチル−1,3−プロパンジオー
ルなどが挙げられる。この中でも特にトリスヒドロキシメチルアミノメタンを用いること
が望ましい。
The acrylic resin represented by the formula (1) can be obtained by reacting an acrylic resin with a reagent having a structure in which a primary hydroxyl group is bonded to an amino group via an alkyl chain.
This reaction can be carried out in the presence of any base and solvent. Examples of the reagent include trishydroxymethylaminomethane, 2-amino-1,3-propanediol, 2-amino-2-
Examples include methyl-1,3-propanediol and 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol. Of these, it is particularly desirable to use trishydroxymethylaminomethane.

続いて、(1)式で表されるアクリル系樹脂にエポキシ基を導入する方法について説明
する。
Next, a method for introducing an epoxy group into the acrylic resin represented by the formula (1) will be described.

この方法としては、エポキシ基を持つ試薬と上記1級水酸基を導入したアクリル樹脂と
を反応させる方法が挙げられる。また、アリル基を持つ試薬と上記1級水酸基を導入した
アクリル樹脂を反応させた後、任意の酸化剤を用いて反応物を酸化させる方法などが挙げ
られる。
As this method, a method of reacting a reagent having an epoxy group with an acrylic resin into which the primary hydroxyl group has been introduced can be mentioned. Moreover, after reacting the reagent which has an allyl group, and the acrylic resin which introduce | transduced the said primary hydroxyl group, the method of oxidizing a reaction material using arbitrary oxidizing agents, etc. are mentioned.

試薬としては、エポキシ基を持つ試薬ではエピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、
エチレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテ
ル、グリセリンジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル
、4-クロロ-1,2エポキシブタン、4-ブロモ-1,2エポキシブタンが挙げられ、アリル
基を持つ試薬としては、塩化アリル、臭化アリル、4−ブロモ−1−ブテン、4−クロロ
−1−ブテンなどが挙げられる。
Reagents that have an epoxy group include epichlorohydrin, epibromohydrin,
Examples include ethylene glycol diglycidyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, glycerin diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, 4-chloro-1,2-epoxybutane, 4-bromo-1,2-epoxybutane. Examples of the reagent possessed include allyl chloride, allyl bromide, 4-bromo-1-butene, and 4-chloro-1-butene.

続いて、エポキシ基を導入したアクリル系樹脂からイオンと親和性の高い置換基を導入
したアクリル系樹脂を得る方法について説明する。
Subsequently, a method for obtaining an acrylic resin into which a substituent having a high affinity for ions is introduced from an acrylic resin into which an epoxy group has been introduced will be described.

エポキシ基は反応性に富み、エポキシ基が開環することにより種々の官能基と反応する
ことができる。したがって、エポキシ基と反応する第1の官能基及びイオンに対して吸着
性(反応性)を有する第2の官能基を有する化合物を、上記エポキシ基と反応させること
によって様々な吸着材を生成することができる。
Epoxy groups are highly reactive, and can react with various functional groups by opening the epoxy group. Therefore, various adsorbents are generated by reacting a compound having a first functional group that reacts with an epoxy group and a second functional group that has adsorptivity (reactivity) with respect to ions with the epoxy group. be able to.

前記化合物は、樹脂のエポキシ基と前記化合物の第1の官能基との反応を通じて、樹脂
に対して結合するようになる。この結果、所定の物質に対して吸着性を有する第2の官能
基を含む吸着材を提供することができるようになる。換言すれば、エポキシ基を有するア
クリル系樹脂に対して簡単な修飾を施すのみで種々の吸着材を提供することができるよう
になる。エポキシ基と反応する第1の官能基としては、水酸基、アミノ基、カルボキシル
基、チオール基などが挙げられる。第2の置換基としては、ポリオール、イミノ二酢酸、
ポリアミン、スルホ基、カルボキシル基、アミノ基などが挙げられる。この第2の官能基
は上記化合物中に当初から含まれていなくてもよく、エポキシ基と第1の官能基との反応
の結果生成するような官能基であってもよい。
The compound becomes bonded to the resin through a reaction between the epoxy group of the resin and the first functional group of the compound. As a result, it is possible to provide an adsorbent containing a second functional group having adsorptivity to a predetermined substance. In other words, it is possible to provide various adsorbents by simply modifying the acrylic resin having an epoxy group. Examples of the first functional group that reacts with the epoxy group include a hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, and a thiol group. As the second substituent, polyol, iminodiacetic acid,
A polyamine, a sulfo group, a carboxyl group, an amino group, etc. are mentioned. The second functional group may not be included in the compound from the beginning, and may be a functional group that is generated as a result of the reaction between the epoxy group and the first functional group.

ホウ酸イオンを目的イオンとすると、第2の官能基としてはポリオール構造が挙げられ
る。ポリオールはホウ酸イオンだけでなく、セレン、ヒ素、テルル、ゲルマニウムなどの
半金属イオンとも親和性が高い。
When the borate ion is the target ion, the second functional group includes a polyol structure. Polyol has a high affinity not only for borate ions but also for semi-metal ions such as selenium, arsenic, tellurium and germanium.

例えば、N−メチルグルカミンでは構造中には二級アミノ基と水酸基とが存在する。こ
の二級アミノ基が第1の置換基と水酸基が第2の置換基として働く。このどちらの置換基
もエポキシ基と反応するが、二級アミノ基の方が、反応が早いため、このアミノ基が第1
の官能基としてエポキシ基と反応する。その結果、多価水酸基が第2の官能基として生成
される。この多価水酸基が水中のホウ酸イオンと結合して吸着し、水中からホウ酸イオン
を除去することができる。
For example, N-methylglucamine has a secondary amino group and a hydroxyl group in the structure. This secondary amino group serves as the first substituent and the hydroxyl group as the second substituent. Both of these substituents react with the epoxy group, but the secondary amino group reacts faster, so this amino group is the first.
Reacts with an epoxy group as a functional group. As a result, a polyvalent hydroxyl group is generated as the second functional group. This polyvalent hydroxyl group is bonded to and adsorbed with borate ions in water, and borate ions can be removed from water.

このようにして得られる吸着材はアクリル酸エステルのエステル構造がアミド構造に変
換されており、前記アミド構造のN原子にアルキル鎖を介して結合した1級多価水酸基と
、この水酸基にエポキシ基と、このエポキシ基にポリオール、イミノ二酢酸、ポリアミン
、スルホ基、カルボキシル基、アミノ基などの第2の置換基を有するアクリル系の樹脂で
ある。
The adsorbent thus obtained has an ester structure of an acrylate ester converted to an amide structure, a primary polyvalent hydroxyl group bonded to the N atom of the amide structure via an alkyl chain, and an epoxy group attached to the hydroxyl group. And an acrylic resin having a second substituent such as a polyol, iminodiacetic acid, polyamine, sulfo group, carboxyl group or amino group in the epoxy group.

吸着材のアクリル系樹脂粒子の重合度は、10以上100万以下とする。吸着材の分子
量は、ポリスチレン換算平均分子量において1万以上が好ましく、さらには20万以上で
あることが好ましい。吸着材の平均粒径は100μm〜5000μmの範囲であることが
好ましい。また、吸着材のかさ密度は0.2g/cm〜1.0g/cmの範囲である
ことが好ましい。
The degree of polymerization of the acrylic resin particles of the adsorbent is from 10 to 1,000,000. The molecular weight of the adsorbent is preferably 10,000 or more, more preferably 200,000 or more in terms of polystyrene-converted average molecular weight. The average particle size of the adsorbent is preferably in the range of 100 μm to 5000 μm. Further, it is preferable that the bulk density of the adsorbent is in the range of 0.2g / cm 3 ~1.0g / cm 3 .

なお、上述した種種のアクリル系樹脂粒子の化学式は、赤外分光法(IR)でKBR法
を用いたり、固体核磁気共鳴(固体NMR)を用いたりすることによって知ることができ
る。
Note that the chemical formulas of the various types of acrylic resin particles described above can be known by using the KBR method in infrared spectroscopy (IR) or using solid nuclear magnetic resonance (solid NMR).

(第3の実施形態)
第2の実施形態で説明した第1、第2の官能基を有する化合物として、第2の官能基に
重金属と親和性の高い置換基を導入すると、重金属を処理する吸着材を提供することがで
きるようになる。
(Third embodiment)
As a compound having the first and second functional groups described in the second embodiment, when a substituent having a high affinity for heavy metals is introduced into the second functional groups, an adsorbent for treating heavy metals can be provided. become able to.

第2の置換基としてイミノ二酢酸、ポリアミンを挙げることができる。イミノ二酢酸、
ポリアミンは銅、亜鉛、カドミウム、ニッケルなどの重金属イオンを吸着することができ
る。また、この他にも上記以外のキレート構造やスルホ基、カルボキシル基、アミノ基を
持つ置換基を第2の置換基として導入することで、種々のイオンを吸着することができる
。なお、第2の官能基は上記化合物中に当初から含まれていなくてもよく、エポキシ基と
第1の官能基との反応の結果生成するような官能基であってもよい。
Examples of the second substituent include iminodiacetic acid and polyamine. Iminodiacetic acid,
Polyamines can adsorb heavy metal ions such as copper, zinc, cadmium and nickel. In addition, various ions can be adsorbed by introducing a chelate structure other than the above, or a substituent having a sulfo group, a carboxyl group, or an amino group as the second substituent. The second functional group may not be included in the compound from the beginning, and may be a functional group that is generated as a result of the reaction between the epoxy group and the first functional group.

上記アクリル系樹脂も、アミド構造を含むアクリル樹脂であるため、酸やアルカリに強
く、アミド結合構造を有するため親水性が高いので水処理速度を速くすることができる。
さらに、制御が難しい禁水反応などを製造工程内に含まずに製造できるので、少ない工程
で簡単に製造することができる。
Since the acrylic resin is also an acrylic resin containing an amide structure, it is resistant to acids and alkalis, and since it has an amide bond structure, it has high hydrophilicity, so that the water treatment speed can be increased.
Further, since it can be produced without including a water-inhibiting reaction that is difficult to control in the production process, it can be produced easily with fewer steps.

(第4の実施形態)
アクリル系樹脂を用いて目的のイオンを吸着し水を浄化する方法について以下に説明す
る。ここでは目的のイオンをホウ酸イオンとして説明する。まず、吸着する操作に使用す
る装置について説明する。
(Fourth embodiment)
A method for purifying water by adsorbing target ions using an acrylic resin will be described below. Here, the target ions will be described as borate ions. First, an apparatus used for the adsorption operation will be described.

図1は、本実施形態におけるホウ酸イオン吸着に使用する装置の概略構成を示す図であ
る。図1に示すように、本装置においては、上述したホウ酸イオンアクリル系樹脂が充填
された吸着手段T1及びT2が並列に配置されるとともに、吸着手段T1及びT2の外方
には接触効率促進手段X1及びX2が設けられている。接触効率促進手段X1及びX2は
、機械攪拌装置又は非接触の磁気攪拌装置とすることができるが、必須の構成要素ではな
く省略してもよい。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus used for borate ion adsorption in the present embodiment. As shown in FIG. 1, in this apparatus, the adsorption means T1 and T2 filled with the borate ion acrylic resin described above are arranged in parallel, and contact efficiency is promoted outside the adsorption means T1 and T2. Means X1 and X2 are provided. The contact efficiency promoting means X1 and X2 can be a mechanical stirrer or a non-contact magnetic stirrer, but they are not essential components and may be omitted.

また、吸着手段T1及びT2には、供給ラインL1、L2及びL4を介して、ホウ酸イ
オンを含む被処理媒体が貯留された被処理媒体貯留タンクW1が設けられており、排出ラ
インL3、L5及びL6を介して外部に接続されている。さらに、吸着手段T1及びT2
には、供給ラインL11、L12及びL14を介して、脱離媒体が貯留された脱離媒体貯
留タンクD1が接続されており、排出ラインL13、L15及びL16を介して、脱離媒
体回収タンクR1が接続されている。
Further, the adsorption means T1 and T2 are provided with a to-be-treated medium storage tank W1 in which a to-be-treated medium containing borate ions is stored through supply lines L1, L2 and L4, and discharge lines L3 and L5. And L6. Further, the suction means T1 and T2
Is connected to a desorption medium storage tank D1 in which a desorption medium is stored via supply lines L11, L12, and L14, and a desorption medium recovery tank R1 via discharge lines L13, L15, and L16. Is connected.

なお、吸着手段T1及びT2は、それぞれ上述したようなホウ酸イオンアクリル系樹脂
、例えば(1)式で示される構造単位を有するホウ酸イオンアクリル系樹脂が充填されて
なるカラムを含んでいる。
The adsorbing means T1 and T2 each include a column filled with a borate ion acrylic resin as described above, for example, a borate ion acrylic resin having a structural unit represented by the formula (1).

なお、供給ラインL1、L2、L4、L12及びL14には、それぞれバルブV1、V
2、V4、V12及びV14が設けられており、排出ラインL3、L5、L13、L15
及びL16には、それぞれバルブV3、V5、V13、V15及びV16が設けられてい
る。また、供給ラインL1及びL11にはポンプP1及びP2が設けられている。さらに
、被処理媒体貯留タンクW1、供給ラインL1及び排出ラインL6には、それぞれ濃度測
定手段M1、M2及びM3が設けられ、脱離媒体貯留タンクD1、排出ラインL16及び
脱離媒体回収タンクR1には、それぞれ濃度測定手段M11、M12及びM13が設けら
れている。
The supply lines L1, L2, L4, L12 and L14 have valves V1, V, respectively.
2, V4, V12 and V14 are provided, and the discharge lines L3, L5, L13 and L15 are provided.
And L16 are provided with valves V3, V5, V13, V15 and V16, respectively. The supply lines L1 and L11 are provided with pumps P1 and P2. Further, concentration measuring means M1, M2, and M3 are provided in the medium to be treated storage tank W1, the supply line L1, and the discharge line L6, respectively, and the desorption medium storage tank D1, the discharge line L16, and the desorption medium recovery tank R1 are provided. Are provided with concentration measuring means M11, M12 and M13, respectively.

また、上述したバルブ、ポンプの制御及び測定装置における測定値のモニタリングは、
制御手段C1によって一括集中管理されている。
In addition, monitoring of measured values in the above-described valve and pump control and measurement device is as follows.
Centralized management is performed by the control means C1.

次に、図1に示す装置を用いたホウ酸イオンの吸着操作について説明する。   Next, boric acid ion adsorption operation using the apparatus shown in FIG. 1 will be described.

最初に、吸着手段T1及びT2に対して、被処理媒体をタンクW1からポンプP1によ
り供給ラインL1、L2及びL4を通じて吸着手段T1及びT2に供給する。このとき、
前記被処理媒体中のホウ酸イオンは吸着手段T1及びT2(のカラム中に充填されたホウ
酸イオンアクリル系樹脂)に吸着され、吸着後の前記被処理媒体は排出ラインL3、L5
及びL6を通じて外部に排出される。
First, the medium to be treated is supplied from the tank W1 to the suction means T1 and T2 through the supply lines L1, L2, and L4 to the suction means T1 and T2. At this time,
The borate ions in the medium to be treated are adsorbed by adsorption means T1 and T2 (borate ion acrylic resin packed in the column), and the medium to be treated after adsorption is the discharge lines L3 and L5.
And discharged through L6.

この際、必要に応じて接触効率促進手段X1及びX2を駆動させ、吸着手段T1及びT
2内に充填されたホウ酸イオンアクリル系樹脂と前記被処理媒体との接触面積を増大させ
、吸着手段T1及びT2によるホウ酸イオンの吸着効率を向上させることができる。
At this time, the contact efficiency promoting means X1 and X2 are driven as necessary, and the adsorption means T1 and T2 are driven.
The contact area between the boric acid ion acrylic resin filled in the medium 2 and the medium to be treated can be increased, and the adsorption efficiency of boric acid ions by the adsorption means T1 and T2 can be improved.

ここで、吸着手段T1及びT2の、供給側に設けた濃度測定手段M2と排出側に設けた
濃度測定手段M3により吸着手段T1及びT2の吸着状態を観測する。吸着が順調に行わ
れている場合、濃度測定手段M3により測定されるホウ酸イオンの濃度は、濃度測定手段
M2で測定されるホウ酸イオンの濃度よりも低い値を示す。しかしながら、吸着手段T1
及びT2におけるホウ酸イオンの吸着が次第に進行するにつれ、供給側及び排出側に配置
された濃度測定手段M2及びM3における前記ホウ酸イオンの濃度差が減少する。
Here, the adsorption states of the adsorption means T1 and T2 are observed by the concentration measurement means M2 provided on the supply side and the concentration measurement means M3 provided on the discharge side of the adsorption means T1 and T2. When the adsorption is performed smoothly, the borate ion concentration measured by the concentration measuring means M3 is lower than the borate ion concentration measured by the concentration measuring means M2. However, the adsorption means T1
As the adsorption of borate ions at T2 and T2 progresses gradually, the concentration difference between the borate ions at the concentration measuring means M2 and M3 arranged on the supply side and the discharge side decreases.

したがって、濃度測定手段M3が予め設定した所定の値に達し、吸着手段T1及びT2
によるホウ酸イオンの吸着能が飽和に達したと判断した場合は、濃度測定手段M2、M3
からの情報に基づき、制御手段C1がポンプP1を一旦停止し、バルブV2、V4を閉め
、吸着手段T1及びT2への前記被処理媒体の供給を停止する。
Therefore, the concentration measuring means M3 reaches a predetermined value set in advance, and the adsorption means T1 and T2
When it is determined that the boric acid ion adsorption capacity by water reaches saturation, the concentration measuring means M2, M3
Based on the information from the control unit C1, the control unit C1 temporarily stops the pump P1, closes the valves V2 and V4, and stops the supply of the processing medium to the suction units T1 and T2.

なお、図1には図示していないが、前記被処理媒体のpHが変動する場合、あるいはp
Hが強酸性あるいは強塩基性であって本実施形態に係るアクリル系樹脂に適したpH領域
を外れている場合には、濃度測定手段M1または/およびM2により前記被処理媒体のp
Hを測定し、制御手段C1を通じて前記被処理媒体のpHを調整してもよい。
Although not shown in FIG. 1, the pH of the medium to be treated fluctuates or p
When H is strongly acidic or strongly basic and is out of the pH range suitable for the acrylic resin according to the present embodiment, the concentration measurement means M1 and / or M2 causes the p of the medium to be treated.
H may be measured and the pH of the medium to be treated may be adjusted through the control means C1.

吸着手段T1及びT2が飽和に達した後は、脱離媒体貯留タンクD1からポンプP2に
より供給ラインL11、L12及びL14を通じて脱離媒体が吸着手段T1及びT2に供
給される。吸着手段T2に吸着されているホウ酸イオンは、前記脱離媒体中に溶出(脱離
)し、排出ラインL13、L15及びL16を通じて吸着手段T1及びT2の外部に排出
され、回収タンクR1に回収される。なお、回収タンクR1に回収することなく、外部に
排出するようにすることもできる。また、析出させてホウ酸イオンを濾別して回収しても
よい。
After the adsorption means T1 and T2 reach saturation, the desorption medium is supplied from the desorption medium storage tank D1 to the adsorption means T1 and T2 through the supply lines L11, L12, and L14 by the pump P2. The borate ions adsorbed on the adsorbing means T2 are eluted (desorbed) into the desorption medium, discharged to the outside of the adsorbing means T1 and T2 through the discharge lines L13, L15, and L16, and recovered in the recovery tank R1. Is done. In addition, it can also be made to discharge | emit outside, without collect | recovering to collection tank R1. Alternatively, the borate ions may be separated by filtration and recovered.

吸着手段T1及びT2から前記脱離媒体によるホウ酸イオンの脱離が順調に行われてい
る場合、前記脱離媒体の、排出側に設けた濃度測定手段M12により測定されるホウ酸イ
オンの濃度は、供給側に設けた濃度測定手段M11よりも高い値を示す。しかしながら、
吸着手段T1及びT2におけるホウ酸イオンの脱離が次第に進行するにつれ、供給側及び
排出側に配置された濃度測定手段M11及びM12における前記ホウ酸イオンの濃度差が
減少する。
When borate ions are smoothly desorbed from the adsorption means T1 and T2 by the desorption medium, the concentration of borate ions measured by the concentration measurement means M12 provided on the discharge side of the desorption medium. Indicates a higher value than the concentration measuring means M11 provided on the supply side. However,
As the desorption of borate ions in the adsorbing means T1 and T2 progresses gradually, the difference in concentration of the borate ions in the concentration measuring means M11 and M12 arranged on the supply side and the discharge side decreases.

したがって、濃度測定手段M12が予め設定した所定の値に達し、前記脱離媒体による
吸着手段T1及びT2によるホウ酸イオンの脱離能が飽和に達したと判断した場合は、濃
度測定手段M11、M12からの情報に基づき、制御手段C1がポンプP2を一旦停止し
、バルブV12、V14を閉め、吸着手段T1及びT2に対する前記被処理媒体の供給を
停止する。
Therefore, when the concentration measuring means M12 reaches a predetermined value set in advance and it is determined that the boric acid ion desorption ability by the adsorption means T1 and T2 by the desorption medium has reached saturation, the concentration measuring means M11, Based on the information from M12, the control means C1 temporarily stops the pump P2, closes the valves V12 and V14, and stops the supply of the processing medium to the suction means T1 and T2.

以上のようにして、吸着手段T1及びT2からのホウ酸イオンの脱離が完了した後は、
再び被処理媒体貯留タンクW1から前記被処理媒体を供給し、ホウ酸イオンを吸着して前
記被処理媒体中のホウ酸イオンを低減させることができる。
After the desorption of borate ions from the adsorption means T1 and T2 is completed as described above,
The medium to be treated can be supplied again from the medium to be treated tank W1, and borate ions can be adsorbed to reduce borate ions in the medium to be treated.

なお、濃度測定手段M13は、脱離媒体回収タンクR1中のホウ酸イオンの濃度を必要
に応じて適宜測定するように構成されている。
The concentration measuring means M13 is configured to appropriately measure the concentration of borate ions in the desorption medium recovery tank R1 as necessary.

また、上記例では、吸着手段T1及びT2に対して同時にホウ酸イオンを吸着させると
ともに、ホウ酸イオンを脱離させるようにしているが、吸着手段T1及びT2でこれらの
操作を交互に行うこともできる。例えば、吸着手段T1で最初にホウ酸イオンの吸着を行
い、吸着能が飽和に達した後、吸着手段T1に対して上述のようなホウ酸イオンの脱離を
行うとともに、同時に吸着手段T2でホウ酸イオンの吸着を行うようにすることもできる
In the above example, boric acid ions are simultaneously adsorbed and desorbed by the adsorbing means T1 and T2, but these operations are alternately performed by the adsorbing means T1 and T2. You can also. For example, boric acid ions are first adsorbed by the adsorbing means T1, and after the adsorbing capacity reaches saturation, the boric acid ions are desorbed as described above from the adsorbing means T1 and at the same time by the adsorbing means T2. It is also possible to adsorb borate ions.

この場合、図1に示す装置においては、吸着手段T1又はT2のいずれかにおいて常に
ホウ酸イオンの吸着を行うことができるので、連続運転が可能となる。
In this case, in the apparatus shown in FIG. 1, boric acid ions can always be adsorbed in either the adsorbing means T1 or T2, so that continuous operation is possible.

上記脱離媒体としては、pH1〜5程度の希塩酸水溶液または希硫酸水溶液等の酸性溶
媒を用いることができる。また、前記脱離溶媒の量は、吸着手段T1及びT2の容積の2
倍以上10倍以下であることが好ましい。2倍よりも小さいと、ホウ酸イオンの脱離を十
分効率良く実施することができない場合があり、10倍よりも大きいと薬剤コストが高く
なって、非効率的である。
As the desorption medium, an acidic solvent such as dilute hydrochloric acid aqueous solution or dilute sulfuric acid aqueous solution having a pH of about 1 to 5 can be used. The amount of the desorption solvent is 2 of the volume of the adsorption means T1 and T2.
It is preferable that they are 10 times or more. If it is less than 2 times, the borate ion may not be desorbed sufficiently efficiently. If it is more than 10 times, the cost of the drug is increased, which is inefficient.

次に、実施例を具体的に説明する。   Next, specific examples will be described.

(実施例1)
吸着材の合成について説明する。
(Example 1)
The synthesis of the adsorbent will be described.

油層としてアクリル酸メチル7.8mlと55%ジビニルベンゼン4.9mlとモノク
ロロベンゼン17mlとアゾビスイソブチロニトリル0.1gを、水層として水250m
lと塩化ナトリウム9.8gとポリビニルアルコール0.04gを用いて、懸濁重合を8
0℃にて6時間行った。これにより、平均粒径400μmの球状粒子のアクリル系樹脂を
得た。このアクリル系樹脂1.50gとトリスヒドロキシメチルアミノメタン2.85g
と炭酸カリウム3.47gとを、ジメチルスルホキシド18ml中で室温にて24時間撹
拌した。反応終了後、ろ過をし、水およびアセトンにて洗浄を行った後、乾燥させてアク
リル系樹脂を得た。
As the oil layer, 7.8 ml of methyl acrylate, 4.9 ml of 55% divinylbenzene, 17 ml of monochlorobenzene, and 0.1 g of azobisisobutyronitrile were used.
l, 9.8 g of sodium chloride and 0.04 g of polyvinyl alcohol,
6 hours at 0 ° C. Thereby, an acrylic resin of spherical particles having an average particle diameter of 400 μm was obtained. 1.50 g of this acrylic resin and 2.85 g of trishydroxymethylaminomethane
And 3.47 g of potassium carbonate were stirred in 18 ml of dimethyl sulfoxide at room temperature for 24 hours. After completion of the reaction, the mixture was filtered, washed with water and acetone, and then dried to obtain an acrylic resin.

乾燥して得られたアクリル系樹脂1gと臭化アリル5.64gを10wt%NaOH水
溶液18.4ml中に投入し60度にて24時間反応させた。反応後、ろ過をし、十分に
水およびアセトンにて洗浄後乾燥させ、さらにこれとメタクロロ過安息香酸7.5gを1
.2−ジクロロエタン10mlに加え、25℃で24時間攪拌した。反応後、ろ過し、十
分水で洗浄させてアクリル系樹脂粒子を得た。洗浄して得られたアクリル系樹脂粒子0.
5gとN−メチルグルカミン1gとを、メタノール10ml中に投入し、60℃で3時間
反応させた。反応後に、水とメタノールとで洗浄し、乾燥させて吸着材を得た。
1 g of acrylic resin obtained by drying and 5.64 g of allyl bromide were put into 18.4 ml of 10 wt% NaOH aqueous solution and reacted at 60 ° C. for 24 hours. After the reaction, the mixture is filtered, washed thoroughly with water and acetone and then dried. Further, 7.5 g of metachloroperbenzoic acid is added to 1 g.
. The mixture was added to 10 ml of 2-dichloroethane and stirred at 25 ° C. for 24 hours. After the reaction, it was filtered and sufficiently washed with water to obtain acrylic resin particles. Acrylic resin particles obtained by washing
5 g and 1 g of N-methylglucamine were put into 10 ml of methanol and reacted at 60 ° C. for 3 hours. After the reaction, it was washed with water and methanol and dried to obtain an adsorbent.

この吸着材は(4)式で表されるアクリル系樹脂であり、RがN−メチルグルカミン
である。
This adsorbent is an acrylic resin represented by the formula (4), and R 8 is N-methylglucamine.

(実施例2)
実施例2におけるN−メチルグルカミンをトリスヒドロキシメチルアミノメタンに変更
した以外は同様に一連の合成を行った。
(Example 2)
A series of syntheses were performed in the same manner except that N-methylglucamine in Example 2 was changed to trishydroxymethylaminomethane.

すなわち、得られる吸着材は、(4)式で表されるアクリル系樹脂粒子のうち、Nメチ
ルグルカミン部分がトリスヒドロキシメチルアミノメタンとなったものである。
That is, the adsorbent obtained is an acrylic resin particle represented by the formula (4) in which the N-methylglucamine moiety is trishydroxymethylaminomethane.

参考例3)
油層としてアクリル酸メチル9.3mlと55%ジビニルベンゼン2.0mlとモノクロロベンゼン17mlとアゾビスイソブチロニトリル0.1gを、水層として水250mlと塩化ナトリウム9.8gとポリビニルアルコール0.04gを用いて、懸濁重合を80℃にて6時間行った。これにより、平均粒径400μmの球状粒子のアクリル系樹脂を得た。このアクリル系樹脂2.00gとトリスヒドロキシメチルアミノメタン3.80gと炭酸カリウム4.63gとを、ジメチルスルホキシド24ml中で室温にて24時間撹拌した。反応終了後、ろ過をし、水およびアセトンにて洗浄を行った後、乾燥させて吸着材を得た。この吸着材は(2)式で表されるものである。
( Reference Example 3)
As the oil layer, 9.3 ml of methyl acrylate, 2.0 ml of 55% divinylbenzene, 17 ml of monochlorobenzene, and 0.1 g of azobisisobutyronitrile, and 250 ml of water, 9.8 g of sodium chloride, and 0.04 g of polyvinyl alcohol as the water layer. The suspension polymerization was carried out at 80 ° C. for 6 hours. Thereby, an acrylic resin of spherical particles having an average particle diameter of 400 μm was obtained. 2.00 g of this acrylic resin, 3.80 g of trishydroxymethylaminomethane and 4.63 g of potassium carbonate were stirred in 24 ml of dimethyl sulfoxide at room temperature for 24 hours. After completion of the reaction, the mixture was filtered, washed with water and acetone, and then dried to obtain an adsorbent. This adsorbent is represented by the formula (2).

(比較例1)
実施例1の様に縣濁重合により得た球状アクリル系樹脂1.5gをエチレンジアミン2
0ml中で100℃にて12時間撹拌を行った。反応終了後、ろ過をし、水およびアセト
ンにて洗浄を行った後、乾燥させ吸着材を得た。その後のエポキシ化の反応およびN−メ
チルグルカミンを導入する反応も実施例1と同様に行った。
(Comparative Example 1)
1.5 g of the spherical acrylic resin obtained by suspension polymerization as in Example 1 was added to ethylenediamine 2
Stirring was performed in 0 ml at 100 ° C. for 12 hours. After completion of the reaction, the mixture was filtered, washed with water and acetone, and then dried to obtain an adsorbent. The subsequent epoxidation reaction and the reaction for introducing N-methylglucamine were carried out in the same manner as in Example 1.

(比較例2)
実施例1の様に縣濁重合により得た球状アクリル系樹脂1.5gとモノエタノールアミ
ン1.44gと炭酸カリウム3.47gとを、ジメチルスルホキシド18ml中で室温に
て24時間撹拌した。反応終了後、ろ過をし、水およびアセトンにて洗浄を行った後、乾
燥させ吸着材を得た。その後のエポキシ化の反応およびN−メチルグルカミンを導入する
反応も実施例1と同様に一連の合成を行った。
(Comparative Example 2)
As in Example 1, 1.5 g of spherical acrylic resin obtained by suspension polymerization, 1.44 g of monoethanolamine and 3.47 g of potassium carbonate were stirred in 18 ml of dimethyl sulfoxide at room temperature for 24 hours. After completion of the reaction, the mixture was filtered, washed with water and acetone, and then dried to obtain an adsorbent. The subsequent epoxidation reaction and the reaction for introducing N-methylglucamine were also synthesized in the same manner as in Example 1.

(比較例3)
参考例3の様に顕濁重合により得た球状アクリル系樹脂1.5gについて、比較例1の条件でエチレンジアミン導入、エポキシ化、N−メチルグルカミン導入を行った。
(Comparative Example 3)
About 1.5 g of spherical acrylic resin obtained by turbid polymerization as in Reference Example 3, ethylenediamine introduction, epoxidation, and N-methylglucamine introduction were performed under the conditions of Comparative Example 1.

[吸着試験]
上述のようにして得た吸着材を用いて、ホウ酸イオンに対する吸着性能の試験を行った
[Adsorption test]
Using the adsorbent obtained as described above, an adsorption performance test for borate ions was performed.

ホウ砂十水和物(Na・10HO)4410mg、硫酸カルシウム(Ca
SO4・2H2O)2577mg、塩化ナトリウム(NaCl)2460mgを1000
mlの純水に溶解し、500ppm Bの濃度にして試験液を調整した。この溶液10ml
に実施例1、2、比較例1、2それぞれの吸着材を250mg加え、ミキサーで回転速度
16rpmにして撹拌した。1時間後の被処理水のホウ酸イオン濃度をICP発光分析装
置にて測定を行い、残留ホウ酸イオン濃度から吸着材の単位質量あたりのホウ酸イオン吸
着量(単位:mg−B/g)を計算した。
Borax decahydrate dihydrate (Na 2 B 4 O 7 · 10H 2 O) 4410mg, calcium sulfate (Ca
SO4 · 2H2O) 2577 mg, sodium chloride (NaCl) 2460 mg 1000
The test solution was prepared by dissolving in ml of pure water to a concentration of 500 ppm B. 10 ml of this solution
250 mg of each of the adsorbents of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 was added, and the mixture was stirred at a rotational speed of 16 rpm with a mixer. The boric acid ion concentration after 1 hour is measured with an ICP emission spectrometer, and the boric acid ion adsorption amount per unit mass of the adsorbent from the residual boric acid ion concentration (unit: mg-B / g) Was calculated.

(実施例4)
実施例1で作製した吸着剤を用いて、ゲルマニウムに対する吸着性能試験を行った。
Example 4
Using the adsorbent prepared in Example 1, an adsorption performance test for germanium was performed.

二酸化ゲルマニウムを水酸化ナトリウム水溶液にて溶解し、塩酸にて中和することで1
0ppm Geの濃度の試験液を調整した。この溶液50mlに実施例1の吸着剤を10
0mg加え、ミキサーで回転速度16rpmにして撹拌した。6時間後の比処理水のゲル
マニウム濃度をICP発光分析装置にて測定を行い、残留ゲルマニウム濃度を測定したと
ころ0.8ppm以下であった。
1 by dissolving germanium dioxide in aqueous sodium hydroxide solution and neutralizing with hydrochloric acid
A test solution having a concentration of 0 ppm Ge was prepared. 10 ml of the adsorbent of Example 1 was added to 50 ml of this solution.
0 mg was added and stirred at a rotational speed of 16 rpm with a mixer. The germanium concentration of the specific treated water after 6 hours was measured with an ICP emission analyzer, and the residual germanium concentration was measured and found to be 0.8 ppm or less.

(実施例5)
実施例1のメタクロロ過安息香酸にて処理を行ったアクリル樹脂0.5gをジエチレン
トリアミン10ml中100℃にて6時間撹拌を行った。反応終了後、ろ過をし、水およ
びアセトンにて洗浄を行った後、乾燥させ吸着材を得た。この吸着材は(2)式で表され
るアクリル系樹脂粒子であり、Rをポリアミンであるジエチレントリアミンとしたもの
である。
(Example 5)
0.5 g of the acrylic resin treated with metachloroperbenzoic acid of Example 1 was stirred at 100 ° C. for 6 hours in 10 ml of diethylenetriamine. After completion of the reaction, the mixture was filtered, washed with water and acetone, and then dried to obtain an adsorbent. This adsorbent is acrylic resin particles represented by the formula (2), and R 8 is polyethylene diethylenetriamine.

この吸着剤を用いてニッケルに対する吸着性能試験を行った。すなわち、塩化ニッケル
を純水に溶解させ、10ppm Niの濃度の試験液を調整した。この溶液50mlに上
記ジエチレントリアミンを修飾した吸着剤を100mg加え、ミキサーで回転速度16r
pmにして撹拌した。6時間後の比処理水のニッケル濃度をICP発光分析装置にて測定
を行い、残留ニッケル濃度を測定したところ1.0ppm以下であった。
An adsorption performance test for nickel was conducted using this adsorbent. That is, nickel chloride was dissolved in pure water to prepare a test solution having a concentration of 10 ppm Ni. 100 mg of the adsorbent modified with diethylenetriamine was added to 50 ml of this solution, and the rotation speed was 16 r with a mixer.
Stir to pm and stir. The nickel concentration of the specific treated water after 6 hours was measured with an ICP emission analyzer, and the residual nickel concentration was measured and found to be 1.0 ppm or less.

実施例1乃至2、参考例3、及び比較例1乃至3のホウ酸イオンについての吸着試験と、実施例4のゲルマニウムについての吸着試験、実施例5のニッケルについての吸着試験の結果を表1に示す。

Figure 0005711510
Table 1 shows the results of the adsorption test for borate ions in Examples 1 to 2, Reference Example 3 and Comparative Examples 1 to 3, the adsorption test for germanium in Example 4, and the adsorption test for nickel in Example 5. Shown in
Figure 0005711510

表1から明らかなように、実施例1乃至2、参考例3の吸着材は、ホウ酸イオン吸着性に優れるのに対し、比較例1乃至3の吸着材は吸着性が低かった。また実施例4の吸着材はゲルマニウムの吸着性に優れていた。また実施例5の吸着材はニッケルの吸着性に優れていた。
As is clear from Table 1, the adsorbents of Examples 1 and 2 and Reference Example 3 were excellent in borate ion adsorbability, whereas the adsorbents of Comparative Examples 1 to 3 were low in adsorbability. Moreover, the adsorbent of Example 4 was excellent in the adsorptivity of germanium. Further, the adsorbent of Example 5 was excellent in nickel adsorptivity.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。本発明の実施形態
は、これらの具体例に限定されるものではない。当業者が公知の範囲から適宜選択するこ
とにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包
含される。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. The embodiments of the present invention are not limited to these specific examples. It is included in the scope of the present invention as long as a person skilled in the art can carry out the present invention by selecting appropriately from the known ranges and obtain the same effect.

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想
到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了
解される。
In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .

Claims (4)

(4)式で表される構造単位を有する吸着材用アクリル樹脂。(R1は水素又はメチル基、R3は分枝を持つアルキル鎖、R6、R8はアルキル鎖を含むポリオール、イミノ二酢酸、ポリアミン、スルホ基、カルボキシル基、アミノ基の少なくもいずれか1つを含むアルキル鎖、R7はエポキシ基が開環した構造を持つアルキル基、nは3〜100万の整数。)
Figure 0005711510
(4) An acrylic resin for adsorbent having a structural unit represented by the formula: (R1 is hydrogen or a methyl group, R3 is a branched alkyl chain, R6, R8 contains a polyol containing an alkyl chain, iminodiacetic acid, polyamine, sulfo group, carboxyl group, and at least one of amino groups. The alkyl chain, R7 is an alkyl group having a structure in which an epoxy group is opened, and n is an integer of 3 to 1,000,000.)
Figure 0005711510
(5)式で表される構造単位を有する、請求項に記載の吸着材用アクリル樹脂。(R1は水素又はメチル基、R9はエポキシ基が開環した構造を持つアルキル基、R10はN−メチルグルカミン、R11、R12は水素またはエポキシ基またはエポキシ基が開環した構造を持つアルキル基に結合したN−メチルグルカミン、nは3〜100万の整数。)
Figure 0005711510
The acrylic resin for adsorbents according to claim 1 , which has a structural unit represented by the formula (5). (R1 is hydrogen or a methyl group, R9 is an alkyl group having a structure in which an epoxy group is opened, R10 is an N-methylglucamine, R11 and R12 are alkyl groups having a structure in which a hydrogen, an epoxy group or an epoxy group is opened. N-methylglucamine bound to, n is an integer from 3 to 1 million.)
Figure 0005711510
請求項1または2に記載の吸着材用アクリル系樹脂を充填した水処理用カラム。 A water treatment column packed with the acrylic resin for adsorbent according to claim 1 or 2 . 請求項3に記載の水処理用カラムに通水することによって水を浄化する水処理方法。 A water treatment method for purifying water by passing water through the water treatment column according to claim 3.
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