JP6855187B2 - 陰イオン吸着方法 - Google Patents
陰イオン吸着方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6855187B2 JP6855187B2 JP2016151916A JP2016151916A JP6855187B2 JP 6855187 B2 JP6855187 B2 JP 6855187B2 JP 2016151916 A JP2016151916 A JP 2016151916A JP 2016151916 A JP2016151916 A JP 2016151916A JP 6855187 B2 JP6855187 B2 JP 6855187B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- acaganate
- aqueous solution
- chloride
- iron
- anion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Water Treatment By Sorption (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Description
そこで、本発明者らはより優れた吸着効率を示す鉱物を種々検討したところ、アカガネイト(赤金鉱)(Akaganeite)は、目的の陰イオンに対して優れた吸着効率を示すことを見出した。
[2]前記水溶液のpHが2〜3であることを特徴とする[1]に記載の陰イオン吸着方法。
本発明の第一態様の陰イオン吸着方法は、無機化合物の陰イオンを含み、且つpH2〜10である溶液(以下、処理対象液と呼ぶことがある。)をアカガネイトに接触させることにより、前記陰イオンを前記アカガネイトに吸着させる方法である。
ここで、オキソ酸とは、1つの無機原子に水酸基(−OH)及びオキソ基(=O)が結合しており、且つその水酸基のプロトンが脱離し得る無機化合物である。オキソ酸は水中では前記プロトンが脱離したオキソ酸イオンとなり得る。
図2は、上記トンネル構造を模式的に表した図である。図中、灰色丸は酸素原子を表し、白色丸は水素原子を表し、八面体の中央の丸は鉄原子を表し、トンネル内の黒色丸は、塩化物イオン及び水素イオンが同じ占有率(50:50)で存在することを示す。
処理対象液にアカガネイトを添加し、目的の陰イオンをアカガネイトに吸着させる際の処理中の処理対象液(アカガネイト分散液)のpHは、2以上10以下が好ましく、3以上7以下がより好ましく、4以上6以下がさらに好ましい。
処理中の処理対象液のpHが9以下であると、アカガネイトの分解を防止し、アカガネイトによる目的の陰イオンの吸着力を高めることができる。
処理中の処理対象液のpHが低いほど、アカガネイトの前記トンネル構造の中心を向く水酸基に結合するプロトンが増える。これにより前記トンネル構造内が負電荷を帯びることを抑制し、前記トンネル構造内に目的の陰イオンをより容易に吸着させることができる。したがって、目的の陰イオンの吸着力を高める観点から、処理中の処理対象液のpHは、pH2〜5が好ましく、pH2〜4がより好ましく、pH2〜3がさらに好ましい。
処理中の処理対象液のpHが4以上6以下であると、アカガネイト同士が凝集し易くなり、アカガネイトの回収が容易になる観点から好ましい。
処理対象液のpHを調整する方法は特に限定されず、例えば、塩酸、水酸化ナトリウム、後述する1種以上の塩(S)を添加する方法が挙げられる。
上記温度範囲であると、アカガネイトによる目的の陰イオンの吸着力を高めることができる。上記温度範囲の下限値以上であると、処理対象液中における目的の陰イオンの拡散速度が高まり、アカガネイトに接触して吸着する効率がより高められる。上記温度範囲の上限値以下であると、一度吸着した陰イオンがアカガネイトから脱離することをより低減することができる。
通常、アカガネイトの添加量を多くすれば、吸着可能な陰イオンの量も多くなり、例えば、アカガネイトによる無機オキソ酸イオンの吸着量として0.3〜0.5mol/kgが挙げられる。
処理対象液からアカガネイトの粉末を回収する方法としては、例えば、沈殿法、濾過法等が挙げられる。沈殿法としては、例えば、処理対象液を静置して沈殿させる方法、処理対象液に硫酸バンド、PAC、高分子ポリマー凝集剤等を添加して凝集させて沈殿させる方法、処理対象液のpHを4〜6に調整してアカガネイト同士を凝集させる方法等が挙げられる。
本発明の第二態様の陰イオン吸着体は、無機化合物の陰イオンを吸着する吸着剤の主要な成分としてアカガネイトを有する。ここで「主要な成分」とは、吸着剤の各成分間における目的の陰イオンの吸着量を比較した場合、最も吸着量の多い成分ということを意味する。前記吸着体は、前記吸着剤を保持する保持部材をさらに有していてもよい。
本発明で用いるアカガネイトは公知の方法で化学合成されたものであってもよいし、天然に産出されたものであってもよいが、以下に説明する方法で合成したアカガネイトは高品質であり、吸着力が優れているので好ましい。
アカガネイトを高収率で合成する観点から、前記1種以上の塩(S)は水に易溶性であることが好ましく、例えば、下記のカチオンを含む塩が好ましい。
前記アルカリ金属は周期表の第1族元素であり、ナトリウム、カリウムが好ましい。
前記アルカリ土類金属は周期表の第2族元素であり、マグネシウム、カルシウム、バリウムが好ましい。
アカガネイトの生成反応を促進するために、前記水溶液(反応液)を例えば40〜100℃程度に加熱してもよい。
pH7未満であると、塩化物イオン存在下においてアカガネイトが容易に生成される。
pH4未満であると、特にpH3以下であると、塩化物イオン存在下において高収率でアカガネイトを生成することができる。なお、pH4〜6でもアカガネイトは容易に形成されるが、このpH範囲であると、生成しつつあるアカガネイト同士が凝集して未反応の塩化鉄(III)又は塩(S)が取り込まれる場合がある。一方、pHがアルカリ性であると、異なる構造の酸化鉄鉱物(例えば、ゲータイト、スクメタイト等)が生成される可能性が高い。
前記水溶液を調製する際に、塩化鉄(III)と前記1種以上の塩(S)を溶解させる順序は特に限定されないが、水溶液のpHを酸性に維持するために、塩化鉄(III)を先に溶解することが望ましい。
上記モル比が1:2に近い上記範囲であると、前記水溶液中のFe3+が有する正電荷量と、OH−が有する負電荷量とがアカガネイトの生成に適したバランスとなり、塩化鉄(III)に由来するFe3+のほとんど全てを反応で消費して、アカガネイトを容易に高い収率で生成させることができる。
また、例えば、0.1モルの炭酸ナトリウムを溶解させた1Lの水溶液中において、炭酸の酸解離定数pKa2=10.3及び上記みかけの酸解離定数pKa1=6.3を考慮して、溶液pHが5.3以下において、水溶液中に生成する水酸化物イオン濃度(炭酸分子濃度)は0.18〜0.2モル/L程度と考えられる。これに基づき、塩化鉄(III)の濃度は、0.18〜0.2モル/Lの1/3〜1倍の濃度が好ましく、1/2〜1倍の濃度がより好ましい。
また、例えば、0.1モルの水酸化ナトリウムを溶解させた1Lの水溶液中において、その酸解離定数pKa=13を考慮して、溶液pHが7以下の酸性域において、水溶液中に生成する水酸化物イオン濃度はほぼ0.1モル/Lと考えられる。これに基づき、塩化鉄(III)の濃度は、0.1モル/Lの1/3〜1倍の濃度が好ましく、1/2〜1倍の濃度がより好ましい。
上記モル比の範囲であると、前記水溶液中のFe3+とOH−の電荷バランスが良好となり、アカガネイトを容易に高い収率で生成させることができる。
アカガネイトの生成反応の開始後、その反応が一段落するまでに要する時間は、生成するアカガネイトの濃度にもよるが、10〜25℃において例えば3〜5分程度である。
ここで前記水溶液のpHを4以上〜pH6以下に調整する方法としては、前記水溶液に前記1種以上の塩(S)を追加して添加する方法が好ましい。前記1種以上の塩(S)を用いることにより、余計な陰イオン(例えば硫酸イオン等)が前記水溶液に混入してアカガネイトに吸着することを防止できる。
回収したアカガネイトは、乾燥して使用時まで保存することができる。
濾過により得た乾燥後のアカガネイトの形態は、通常は粘土状の塊であり、乳鉢等で粉砕して粉末状にすることができる。
0.2mol/Lの塩化鉄(III)水溶液1Lに、0.4mol/Lの水酸化ナトリウム1Lを添加して、5分間穏やかに撹拌しながら、約pH2の水溶液(Fe3+:OH−=約1:2)中でアカガネイトを生成した。次いで、生成したアカガネイトが含まれた懸濁液に、水酸化ナトリウムをさらに添加し、pH4〜5に調整し、5分間穏やかに撹拌しながら、アカガネイト同士を凝集させた。凝集したアカガネイトを濾過で回収し、乾燥した粘土状のアカガネイトの塊を得た。この塊を乳鉢で砕いて粉体としたアカガネイトを以下の実験に用いた。
塩化鉄(III)として投入した鉄イオンの全てがアカガネイトになった場合の収率をモル基準で100%であるとした場合、収率95%でアカガネイトを回収して得た。
合成したアカガネイトをXRDで分析したところ、アカガネイトを示すピークが確認された。
セレンを10mg/L含むセレン酸ナトリウム水溶液(pH9)を調製した。上記合成で得たアカガネイトを用いて、以下の実験手順を行った。
(1)セレン酸イオンを含む上記水溶液に、上記で合成したアカガネイトを、0.015、0.025、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0(単位:w/w%)の各濃度で添加した。pH6に調整した上記水溶液を20℃で1時間撹拌した後に、アカガネイトを沈殿させ、上澄み液を回収し、セレン酸イオン濃度をJIS K0102:2013年の「67.セレンの水素化合物発生ICP発光分光分析法」によって測定した。
(2)セレン酸イオンを含む上記水溶液に、グリーンラストを、0.15w/w%〜1.0w/w%の重量比となるように添加した。pH6となった上記水溶液を20℃で1時間撹拌した後に、グリーンラストを沈殿させ、上澄み液を回収し、セレン酸イオン濃度を上記方法で測定した。
(3)セレン酸イオンを含む上記水溶液に、シュベルトマナイトを、0.015、0.025、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0(単位:w/w%)の各濃度で添加した。pH6に調整した上記水溶液を20℃で1時間撹拌した後に、シュベルトマナイトを沈殿させ、上澄み液を回収し、セレン酸イオン濃度を上記方法で測定した。
上記実験によって、アカガネイト、グリーンラスト、シュベルトマナイトの各酸化鉄鉱物におけるセレン酸イオンに対する吸着等温線を得た(図1)。
図1に示す結果から、溶存セレン酸イオンの平衡濃度が環境基準(0.01 mg/L)以下になる酸化鉄鉱物は、アカガネイトだけであり、その吸着量が最も高いことが明らかである。
セレン酸ナトリウムを1.152mg/Lで含む水溶液(pH7程度)を調製した。上記合成で得たアカガネイトを用いて、以下の実験手順を行った。
調製したセレン酸ナトリウムの水溶液を複数に分け、上記で合成したアカガネイトを0.2(w/w)%で各水溶液に添加した。続いて、水酸化ナトリウムまたは塩酸を用いて、各水溶液のpHを2〜10に調整し、アカガネイトにセレン酸イオンを吸着させた。約20℃で数分間穏やかに撹拌した後、各水溶液の上澄み液の溶存セレン濃度を上記と同様のICP発光分光分析法によって測定した。
上記実験の結果を図3のグラフに示す。図3において、破線は水溶液中の溶存セレンの初期濃度(1.152mg/L)を表し、縦軸は水溶液中の溶存セレン濃度を表し、横軸はpH調整後の各水溶液のpHを表す。
図3の結果から、p4〜7の範囲においてアカガネイトによるセレン酸イオンの吸着が優れていること、pH3.5以下およびpH8超であるとその吸着量が減ること、が明らかである。
硫酸を約1200mg/L(約12.5mmol/L)で含む水溶液(pH10)に、上記で合成したアカガネイトを、0.1、0.5、1.0、2.0、3.0(単位:w/w%)の各濃度で添加した。pHを6に調整した上記水溶液を20℃で1時間撹拌した後に、アカガネイトを沈殿させ、上澄み液を回収し、硫酸イオンと、塩化物イオンの濃度をそれぞれイオンクロマトグラフ法によって測定した。
その結果、図4のグラフに示すように、アカガネイトの添加量に比例して、水溶液中の塩化物イオン濃度が増加し、それに伴って硫酸イオン濃度が低下した。増加した塩化物イオン濃度は、低下した硫酸イオン濃度の約2倍であった。この結果は、アカガネイトから脱離した塩化物イオンの電荷量と、アカガネイトに吸着した硫酸イオンの電荷量とがほぼ同じであることを意味する。
以上の結果から、アカガネイトを構成する塩化物イオンは、別の陰イオンを吸着する際に置換されると考えられる。
(アカガネイト(酸化鉄鉱物)を合成する際のpHと、吸着能力との関係)
アカガネイト(酸化鉄鉱物)を合成する際の反応液のpHを2〜10で1刻みずつ変更した後一昼夜静置し、酸化鉄鉱物を含む懸濁液を得た。
上記の合成で得た酸化鉄鉱物をXRDで分析した結果、pH2,pH3で合成した酸化鉄鉱物はアカガネイトであることを示すピークが確認された。一方、pH4以上で合成した酸化鉄鉱物は明確なピークを示さず、非結晶性の酸化鉄鉱物であった。
何れのpHで合成した場合においても、アカガネイト又はその他の酸化鉄鉱物の収率は90%以上であった。
図5において、「○」のプロットは上記のpH2〜3で合成したアカガネイトを吸着剤として使用したことを示し、「◇」のプロットは上記のpH4〜10で合成したその他の酸化鉄鉱物を吸着剤として使用したことを示す。
図5の結果から、合成時のpHが低いほど、セレン(セレン酸イオン)の吸着力が高いことが理解される。つまり、pH2〜3で合成されたアカガネイトは優れた陰イオン吸着力を示すことが明らかである。
Claims (2)
- アルカリ金属の炭酸水素塩、炭酸塩及び水酸化物塩、並びに、アルカリ土類金属の炭酸水素塩、炭酸塩及び水酸化物塩から選ばれる1種以上の塩(S)と塩化鉄(III)を水に溶解させることにより、前記塩化鉄(III)と前記1種以上の塩(S)とのモル比が2:1〜1:3であり、かつpHが1〜3の水溶液中で電離したイオン同士を反応させてアカガネイトを生成し、無機化合物の陰イオンを含み、且つpH2〜10である溶液を前記アカガネイトに接触させることにより、前記陰イオンを前記アカガネイトに吸着させることを特徴とする陰イオン吸着方法。
- 前記水溶液のpHが2〜3であることを特徴とする請求項1に記載の陰イオン吸着方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016151916A JP6855187B2 (ja) | 2016-08-02 | 2016-08-02 | 陰イオン吸着方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016151916A JP6855187B2 (ja) | 2016-08-02 | 2016-08-02 | 陰イオン吸着方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018020273A JP2018020273A (ja) | 2018-02-08 |
JP6855187B2 true JP6855187B2 (ja) | 2021-04-07 |
Family
ID=61164924
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016151916A Active JP6855187B2 (ja) | 2016-08-02 | 2016-08-02 | 陰イオン吸着方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6855187B2 (ja) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003334542A (ja) * | 2002-03-15 | 2003-11-25 | Tohoku Techno Arch Co Ltd | 陰イオン吸着剤およびこれを用いた陰イオン除去方法、陰イオン吸着剤の再生方法並びに元素回収方法。 |
JP4958293B2 (ja) * | 2007-08-16 | 2012-06-20 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 臭素酸イオン用吸着剤 |
JP5568751B2 (ja) * | 2010-05-08 | 2014-08-13 | 高橋金属株式会社 | 次亜リン酸系イオン吸着材、次亜リン酸系イオン処理方法および次亜リン酸系イオン処理装置 |
WO2013041898A1 (en) * | 2011-09-19 | 2013-03-28 | Compagnie Gervais Danone | A process for treating drinking water |
JP2016123902A (ja) * | 2014-12-26 | 2016-07-11 | 東亞合成株式会社 | ヨウ素酸イオン捕捉剤及びヨウ素酸イオンの除去方法 |
JP6644805B2 (ja) * | 2015-10-09 | 2020-02-12 | ▲高▼橋金属株式会社 | 陰イオン吸着方法 |
-
2016
- 2016-08-02 JP JP2016151916A patent/JP6855187B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018020273A (ja) | 2018-02-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Benhammou et al. | Adsorption of metal ions onto Moroccan stevensite: kinetic and isotherm studies | |
JP6078987B2 (ja) | 放射性ストロンチウム含有排水の処理方法及び処理装置 | |
JPWO2009072488A1 (ja) | 陰イオン交換性層状複水酸化物の製造方法 | |
CN103170302B (zh) | 具有不同表面特征的活性铝氧化物除氟吸附材料及其制备方法和应用 | |
CN103303996B (zh) | 具有不同表面特征的活性铝氧化物除氟吸附材料的应用 | |
JP5201680B2 (ja) | ハイドロタルサイト様粒状体およびその製造方法 | |
JP6448820B2 (ja) | 吸着材粒子 | |
JP6644805B2 (ja) | 陰イオン吸着方法 | |
JP2013244481A (ja) | ストロンチウム含有排水の処理方法、処理装置及びストロンチウム吸着剤スラリー | |
JPWO2009066461A1 (ja) | ハイドロタルサイト様物質の層間イオン置換方法、再生方法および層間イオン置換装置 | |
JP2009034564A (ja) | アルカリ溶液中でイオン化する物質xの吸着剤および分離方法 | |
JP6855187B2 (ja) | 陰イオン吸着方法 | |
JP6853629B2 (ja) | 無機オキソ酸イオンの吸着方法 | |
WO2017061115A1 (ja) | 吸着材粒子及び造粒吸着材 | |
JP6796823B2 (ja) | 水処理方法 | |
JP6820510B2 (ja) | 水処理システム及び水処理方法 | |
JP2018015703A (ja) | 陰イオン吸着方法及び陰イオン吸着体 | |
JP2018020920A (ja) | アカガネイトの製造方法 | |
Borrmann et al. | Nano-structured calcium silicate as sorbent in a study of artificial mining waste | |
EP3564191A1 (en) | Water purification apparatus and water purification method using layered double hydroxide | |
JP2019076863A (ja) | 陰イオン処理方法、及びアカガネイト再生方法 | |
Chitrakar et al. | Cesium adsorption by synthetic todorokite-type manganese oxides | |
JP4439067B2 (ja) | 鉄系複水酸化物の製造方法及び該複水酸化物を用いた水処理材 | |
JP2018030748A (ja) | アカガネイトの製造方法、及び陰イオン吸着方法 | |
Li et al. | Efficient recovery of lithium from spent lithium-ion battery raffinate by Mn and Al-based adsorbents: pretreatment, adsorption mechanism, and performance comparison |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20181005 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190626 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200326 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200407 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200608 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20201013 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201214 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210309 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210317 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6855187 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |