JP7014939B1 - 光制御徐放性ゲル触媒を使用してＣｒ（ＶＩ）を効率的に還元する方法 - Google Patents
光制御徐放性ゲル触媒を使用してＣｒ（ＶＩ）を効率的に還元する方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】光制御徐放性ゲル触媒を使用してＣｒ（ＶＩ）を効率的に還元する方法を提供する。
【解決手段】ポリアクリル酸ナトリウムヒドロゲルを調製し、調製したポリアクリル酸ナトリウムヒドロゲルをＦｅ（ＩＩＩ）溶液に入れて二次架橋反応を行い光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを調製し、この光制御徐放性ゲル触媒を使用してＣｒ（ＶＩ）を還元する方法である。
【効果】ヒドロゲル触媒の調製プロセスが簡単で、安定性が高く、容易に分離して再利用でき、効率的かつ低消費な光制御徐放性を持ち、Ｃｒ（ＶＩ）を除去するときに高い除去率を有し、幅広い応用の見通しがある。
【選択図】図１
【解決手段】ポリアクリル酸ナトリウムヒドロゲルを調製し、調製したポリアクリル酸ナトリウムヒドロゲルをＦｅ（ＩＩＩ）溶液に入れて二次架橋反応を行い光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを調製し、この光制御徐放性ゲル触媒を使用してＣｒ（ＶＩ）を還元する方法である。
【効果】ヒドロゲル触媒の調製プロセスが簡単で、安定性が高く、容易に分離して再利用でき、効率的かつ低消費な光制御徐放性を持ち、Ｃｒ（ＶＩ）を除去するときに高い除去率を有し、幅広い応用の見通しがある。
【選択図】図１
Description
本発明は、Ｃｒ（ＶＩ）処理の技術分野に関し、具体的に光制御徐放性ゲル触媒を使用し
てＣｒ（ＶＩ）を効率的に還元する方法に関する。
てＣｒ（ＶＩ）を効率的に還元する方法に関する。
電気めっき、鉱業、ステンレス鋼生産などの産業活動で生産されるＣｒ（ＶＩ）は、ます
ます顕著な環境問題になって、現在、ほとんどの産業は処理に化学還元法を使用し、その
中で、硫酸第一鉄は一般的に使用される還元剤の１つであるが、Ｆｅ（ＩＩ）の利用率が
低く、鉄スラッジが多く、リサイクルできないなどの問題があり、したがって、Ｆｅ（Ｉ
Ｉ）の利用率を改善し、鉄スラッジの生成量を減らすことが急務である。Ｆｅ（ＩＩ）酸
化副反応はＦｅ（ＩＩ）還元Ｃｒ（ＶＩ）の過程にも存在し、かつ副反応の反応順序はよ
り高いため、したがって、Ｆｅ（ＩＩ）の濃度は、副反応の反応速度により大きな影響を
与える。このため、Ｆｅ（ＩＩ）濃度を調整し、副反応の反応速度を低下させることによ
り、Ｆｅ（ＩＩ）の利用率を向上させる上で重要な役割を果たしている。
ます顕著な環境問題になって、現在、ほとんどの産業は処理に化学還元法を使用し、その
中で、硫酸第一鉄は一般的に使用される還元剤の１つであるが、Ｆｅ（ＩＩ）の利用率が
低く、鉄スラッジが多く、リサイクルできないなどの問題があり、したがって、Ｆｅ（Ｉ
Ｉ）の利用率を改善し、鉄スラッジの生成量を減らすことが急務である。Ｆｅ（ＩＩ）酸
化副反応はＦｅ（ＩＩ）還元Ｃｒ（ＶＩ）の過程にも存在し、かつ副反応の反応順序はよ
り高いため、したがって、Ｆｅ（ＩＩ）の濃度は、副反応の反応速度により大きな影響を
与える。このため、Ｆｅ（ＩＩ）濃度を調整し、副反応の反応速度を低下させることによ
り、Ｆｅ（ＩＩ）の利用率を向上させる上で重要な役割を果たしている。
徐放性とは、物理的または化学的方法によって有効成分の放出速度を遅らせることを指し
、現在、主に医療分野で使用されている。その中で、光制御徐放は通常、材料の感光性を
使用して有効成分を定量的に放出し、その主な利点は、有効成分の有効期間を延長し、徐
放により利用率を高めることができることである。
、現在、主に医療分野で使用されている。その中で、光制御徐放は通常、材料の感光性を
使用して有効成分を定量的に放出し、その主な利点は、有効成分の有効期間を延長し、徐
放により利用率を高めることができることである。
従来技術において、いくつかの文献は、Ｆｅ（ＩＩＩ）－カルボキシル錯体が、紫外線下
でのリガンド－金属電荷移動メカニズムに基づいて、Ｆｅ（ＩＩ）を放出することができ
ることを指摘しているが、Ｆｅ（ＩＩＩ）-カルボキシル錯体に基づく現在の研究は、主
に均一系に焦点を当て、大量の鉄泥やクロムのリサイクルの難しさの問題はまだ効果的に
解決されていないため、Ｃｒ（ＶＩ）を還元するための触媒として、経済的で環境に優し
い不均一徐放性材料を調製する必要がある。
でのリガンド－金属電荷移動メカニズムに基づいて、Ｆｅ（ＩＩ）を放出することができ
ることを指摘しているが、Ｆｅ（ＩＩＩ）-カルボキシル錯体に基づく現在の研究は、主
に均一系に焦点を当て、大量の鉄泥やクロムのリサイクルの難しさの問題はまだ効果的に
解決されていないため、Ｃｒ（ＶＩ）を還元するための触媒として、経済的で環境に優し
い不均一徐放性材料を調製する必要がある。
本発明は、光制御徐放性ゲル触媒を使用してＣｒ（ＶＩ）を効率的に還元する方法を提供
する。
する。
本発明の技術的解決策は、光制御徐放性ゲル触媒を使用してＣｒ（ＶＩ）を効率的に還元
する方法を提供し、それは、
Ｓ１：光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲル触媒を調製するステップと、具体的
に、
１）ポリアクリル酸ナトリウムヒドロゲルの調製：ポリアクリル酸と架橋剤を水に溶解し
て溶液Ａを調製し、氷水浴下で溶液Ａにアルカリ溶液を加えて溶液Ｂを調製し、溶液Ｂを
不活性ガスでパージした後開始剤を加えて溶液Ｃを調製し、溶液Ｃを３０～７０℃に加熱
して０．５～１２時間架橋反応させて、ポリアクリル酸ナトリウムヒドロゲルを調製し、
２）光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルの調製：Ｓ１で調製されたポリアクリ
ル酸ナトリウムヒドロゲルをＦｅ（ＩＩＩ）溶液に入れ、２０～５０℃条件下で０．５～
８時間二次架橋反応させて、光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを調製し、
Ｓ２：Ｓ１で調製された光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを使用して、Ｃｒ
（ＶＩ）を還元するステップと、を含む。
する方法を提供し、それは、
Ｓ１：光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲル触媒を調製するステップと、具体的
に、
１）ポリアクリル酸ナトリウムヒドロゲルの調製：ポリアクリル酸と架橋剤を水に溶解し
て溶液Ａを調製し、氷水浴下で溶液Ａにアルカリ溶液を加えて溶液Ｂを調製し、溶液Ｂを
不活性ガスでパージした後開始剤を加えて溶液Ｃを調製し、溶液Ｃを３０～７０℃に加熱
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２）光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルの調製：Ｓ１で調製されたポリアクリ
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８時間二次架橋反応させて、光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを調製し、
Ｓ２：Ｓ１で調製された光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを使用して、Ｃｒ
（ＶＩ）を還元するステップと、を含む。
改善として、光制御徐放性ゲル触媒を使用してＣｒ（ＶＩ）を効率的に還元する方法は、
Ｓ１：光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲル触媒を調製するステップと、具体的
に、
１）ポリアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲル
の調製：重量％で２２～２５％のポリアクリル酸ナトリウム、５～８％ポリビニルアルコ
ール、３～５％のアクリルアミドと、残りの脱イオン水と混合し、５０～７０℃に加熱し
て０．５～２時間攪拌し続けた後、５～１０℃に冷却して、高エネルギー電子ビームを照
射してマトリックスゲルを得、ＵＶ光開始剤を加えて３０～５０℃条件下でＵＶ光を１～
２時間照射して、ポリアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミ
ドヒドロゲルを調製し、
２）光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲルの調製：Ｓ１で調製されたポリアクリ
ル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲルをＦｅ（ＩＩＩ
）溶液に入れ２０～５０℃条件下で０．５～８時間二次架橋反応させて、光制御徐放性デ
ュアルネットワークヒドロゲルを調製し、
Ｓ２：Ｓ１で調製された光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲルを使用して、Ｃｒ
（ＶＩ）を還元するステップと、を含む。
Ｓ１：光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲル触媒を調製するステップと、具体的
に、
１）ポリアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲル
の調製：重量％で２２～２５％のポリアクリル酸ナトリウム、５～８％ポリビニルアルコ
ール、３～５％のアクリルアミドと、残りの脱イオン水と混合し、５０～７０℃に加熱し
て０．５～２時間攪拌し続けた後、５～１０℃に冷却して、高エネルギー電子ビームを照
射してマトリックスゲルを得、ＵＶ光開始剤を加えて３０～５０℃条件下でＵＶ光を１～
２時間照射して、ポリアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミ
ドヒドロゲルを調製し、
２）光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲルの調製：Ｓ１で調製されたポリアクリ
ル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲルをＦｅ（ＩＩＩ
）溶液に入れ２０～５０℃条件下で０．５～８時間二次架橋反応させて、光制御徐放性デ
ュアルネットワークヒドロゲルを調製し、
Ｓ２：Ｓ１で調製された光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲルを使用して、Ｃｒ
（ＶＩ）を還元するステップと、を含む。
本発明の一側面として、Ｓ１に記載の架橋剤はＮ，Ｎ―メチレンビスアクリルアミド、グ
ルタルアルデヒド、エピクロロヒドリンのいずれか１つまたは混合物であり、溶液Ａ中の
ポリアクリル酸と架橋剤のモル比が５０～４００:１になるように制御する。
ルタルアルデヒド、エピクロロヒドリンのいずれか１つまたは混合物であり、溶液Ａ中の
ポリアクリル酸と架橋剤のモル比が５０～４００:１になるように制御する。
本発明の一側面として、Ｓ１に記載のアルカリ溶液は水酸化ナトリウム、水酸化カリウム
のいずれか１つまたは混合物であり、溶液Ｂ中のポリアクリル酸とアルカリのモル比が１
:１～１０になるように制御し、不活性ガスは窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれか１つ
または混合物であり、前記不活性ガスのパージ時間は５～６０分である。
のいずれか１つまたは混合物であり、溶液Ｂ中のポリアクリル酸とアルカリのモル比が１
:１～１０になるように制御し、不活性ガスは窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれか１つ
または混合物であり、前記不活性ガスのパージ時間は５～６０分である。
本発明の一側面として、Ｓ１に記載の開始剤は過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過
硫酸ナトリウムのいずれか１つまたは混合物であり、溶液Ｃ中のポリアクリル酸と開始剤
のモル比が２００～５００:１になるように制御する。
硫酸ナトリウムのいずれか１つまたは混合物であり、溶液Ｃ中のポリアクリル酸と開始剤
のモル比が２００～５００:１になるように制御する。
本発明の一側面として、Ｓ１に記載のＵＶ光開始剤は２―ヒドロキシ―４―（２―ヒドロ
キシエトキシ）―２―メチルプロピオフェノンであり、濃度が１～１．５ｍｏｌ／Ｌであ
る。
キシエトキシ）―２―メチルプロピオフェノンであり、濃度が１～１．５ｍｏｌ／Ｌであ
る。
本発明の一側面として、Ｓ２に記載のＦｅ（ＩＩＩ）溶液は、塩化第二鉄、硝酸第二鉄、
硫酸第二鉄のいずれか１つまたは混合物であり、濃度が０．１～１０ｍｏｌ／Ｌである。
硫酸第二鉄のいずれか１つまたは混合物であり、濃度が０．１～１０ｍｏｌ／Ｌである。
従来技術と比較して、本発明は以下の有益な効果を有する。
１）本発明では、結合した金属イオンとカルボン酸塩の配位効果および配位子-金属電荷
移動メカニズムを使用して、Ｆｅ（ＩＩＩ）の高効率濃縮およびＦｅ（ＩＩ）の光制御徐
放を実現し、Ｆｅ（ＩＩ）の酸化副反応速度を遅くすることで、Ｆｅ（ＩＩ）の利用率を
高め、鉄スラッジの生成量を減らし、高効率で低消費量にすることができる。
２）現在の一般的な鉄還元試薬およびほとんどの粉末触媒と比較して、本発明は、還元剤
の利用率が低く、均一反応等における粉末触媒の分離・回収が困難であるという問題を解
決し、二次汚染を避けるためにリサイクルすることができる。
３）本発明は、汚染制御の分野で初めて光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを
適用し、Ｃｒ（ＶＩ）の効率的な還元の新しい方法を提供する。
４）本発明の全体的な方法は単純であり、Ｃｒ（ＶＩ）を処理するときのより良い除去率
を有し、幅広く普及するのに適している。
１）本発明では、結合した金属イオンとカルボン酸塩の配位効果および配位子-金属電荷
移動メカニズムを使用して、Ｆｅ（ＩＩＩ）の高効率濃縮およびＦｅ（ＩＩ）の光制御徐
放を実現し、Ｆｅ（ＩＩ）の酸化副反応速度を遅くすることで、Ｆｅ（ＩＩ）の利用率を
高め、鉄スラッジの生成量を減らし、高効率で低消費量にすることができる。
２）現在の一般的な鉄還元試薬およびほとんどの粉末触媒と比較して、本発明は、還元剤
の利用率が低く、均一反応等における粉末触媒の分離・回収が困難であるという問題を解
決し、二次汚染を避けるためにリサイクルすることができる。
３）本発明は、汚染制御の分野で初めて光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを
適用し、Ｃｒ（ＶＩ）の効率的な還元の新しい方法を提供する。
４）本発明の全体的な方法は単純であり、Ｃｒ（ＶＩ）を処理するときのより良い除去率
を有し、幅広く普及するのに適している。
実施例１：
光制御徐放性ゲル触媒を使用してＣｒ（ＶＩ）を効率的に還元する方法は、
Ｓ１：光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲル触媒を調製するステップと、具体的
に、
１）ポリアクリル酸ナトリウムヒドロゲルの調製：１５ｍＬのＡＡと０．１５ｇのＮ，Ｎ
―メチレンビスアクリルアミドを５０ｍＬの超純水に溶解して溶液Ａを調製し、８．８４
ｇの水酸化ナトリウムを２５ｍＬの超純水にゆっくりと溶解して溶液Ｂを調製し、氷水浴
下で、溶液Ｂを溶液Ａにゆっくりと加えて溶液Ｃを調製し、溶液Ｃを窒素で１０分間パー
ジし、そして、１ｇの過硫酸アンモニウムを２０ｍＬの超純水に溶解して溶液Ｄを調製し
、４ｍＬの溶液Ｄを溶液Ｃに加え、均一に攪拌して４０℃で１時間架橋反応させて、ポリ
アクリル酸ナトリウムヒドロゲルを調製し、
２）光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルの調製：Ｓ１で調製されたポリアクリ
ル酸ナトリウムヒドロゲルを５０ｍＬの初期濃度１ｍｏｌ／Ｌの硝酸第二鉄溶液に加えて
２５℃で２時間二次架橋反応させて、図１に示すような光制御徐放性デュアルネットワー
クヒドロゲルを調製し、
Ｓ２：Ｓ１で調製された光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを使用して、Ｃｒ
（ＶＩ）を酸性および光照射条件下で還元するステップと、を含む。
光制御徐放性ゲル触媒を使用してＣｒ（ＶＩ）を効率的に還元する方法は、
Ｓ１：光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲル触媒を調製するステップと、具体的
に、
１）ポリアクリル酸ナトリウムヒドロゲルの調製：１５ｍＬのＡＡと０．１５ｇのＮ，Ｎ
―メチレンビスアクリルアミドを５０ｍＬの超純水に溶解して溶液Ａを調製し、８．８４
ｇの水酸化ナトリウムを２５ｍＬの超純水にゆっくりと溶解して溶液Ｂを調製し、氷水浴
下で、溶液Ｂを溶液Ａにゆっくりと加えて溶液Ｃを調製し、溶液Ｃを窒素で１０分間パー
ジし、そして、１ｇの過硫酸アンモニウムを２０ｍＬの超純水に溶解して溶液Ｄを調製し
、４ｍＬの溶液Ｄを溶液Ｃに加え、均一に攪拌して４０℃で１時間架橋反応させて、ポリ
アクリル酸ナトリウムヒドロゲルを調製し、
２）光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルの調製：Ｓ１で調製されたポリアクリ
ル酸ナトリウムヒドロゲルを５０ｍＬの初期濃度１ｍｏｌ／Ｌの硝酸第二鉄溶液に加えて
２５℃で２時間二次架橋反応させて、図１に示すような光制御徐放性デュアルネットワー
クヒドロゲルを調製し、
Ｓ２：Ｓ１で調製された光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを使用して、Ｃｒ
（ＶＩ）を酸性および光照射条件下で還元するステップと、を含む。
実施例２：実施例１と異なり、
Ｓ１の１）では、Ｎ，Ｎ―メチレンビスアクリルアミドの質量を０．６８ｇとし、水酸化
カリウムの質量を１２．３９ｇとし、窒素パージ時間を３０分とし、過硫酸アンモニウム
の質量を１．２６ｇとし、架橋反応温度を３０℃とし、架橋反応時間を１２時間とし、Ｓ
１中の２では、硝酸第二鉄溶液濃度を１０ｍｏｌ／Ｌとし、架橋反応温度を２０℃とし、
架橋反応時間を８時間とする。
Ｓ１の１）では、Ｎ，Ｎ―メチレンビスアクリルアミドの質量を０．６８ｇとし、水酸化
カリウムの質量を１２．３９ｇとし、窒素パージ時間を３０分とし、過硫酸アンモニウム
の質量を１．２６ｇとし、架橋反応温度を３０℃とし、架橋反応時間を１２時間とし、Ｓ
１中の２では、硝酸第二鉄溶液濃度を１０ｍｏｌ／Ｌとし、架橋反応温度を２０℃とし、
架橋反応時間を８時間とする。
実施例３：実施例１と異なり、
Ｓ１の１）では、Ｎ，Ｎ―メチレンビスアクリルアミドの質量を０．０８ｇとし、窒素パ
ージ時間を６０分とし、過硫酸アンモニウムの質量を０．５０ｇとし、架橋反応温度を７
０℃とし、架橋反応時間を０．５時間とし、Ｓ１の２）では、硝酸第二鉄溶液濃度を０．
１ｍｏｌ／Ｌとし、架橋反応温度を４０℃とし、架橋反応時間を０．５時間とする。
Ｓ１の１）では、Ｎ，Ｎ―メチレンビスアクリルアミドの質量を０．０８ｇとし、窒素パ
ージ時間を６０分とし、過硫酸アンモニウムの質量を０．５０ｇとし、架橋反応温度を７
０℃とし、架橋反応時間を０．５時間とし、Ｓ１の２）では、硝酸第二鉄溶液濃度を０．
１ｍｏｌ／Ｌとし、架橋反応温度を４０℃とし、架橋反応時間を０．５時間とする。
実施例４：実施例１と異なり、
Ｓ１の１）では、Ｎ，Ｎ―メチレンビスアクリルアミドの質量を０．３０ｇとし、窒素パ
ージ時間を２０分とし、過硫酸アンモニウムの質量を０．７５ｇとし、架橋反応温度を５
０℃とし、架橋反応時間を４時間とし、Ｓ１の２）では、硝酸第二鉄溶液濃度を２ｍｏｌ
／Ｌとし、架橋反応温度を３０℃とし、架橋反応時間を３時間とする。
Ｓ１の１）では、Ｎ，Ｎ―メチレンビスアクリルアミドの質量を０．３０ｇとし、窒素パ
ージ時間を２０分とし、過硫酸アンモニウムの質量を０．７５ｇとし、架橋反応温度を５
０℃とし、架橋反応時間を４時間とし、Ｓ１の２）では、硝酸第二鉄溶液濃度を２ｍｏｌ
／Ｌとし、架橋反応温度を３０℃とし、架橋反応時間を３時間とする。
実施例５：実施例１と異なり、
Ｓ１の１）では、架橋剤としてグルタルアルデヒドを使用し、その使用質量を０．４４ｇ
とし、窒素パージ時間を５分とし、過硫酸カリウムの質量を１．４９ｇとし、架橋反応温
度を３０℃とし、架橋反応時間を８時間とし、Ｓ１の２）では、硝酸第二鉄溶液の濃度を
５ｍｏｌ／Ｌとし、架橋反応温度を３０℃とし、架橋反応時間を０．５時間とする。
Ｓ１の１）では、架橋剤としてグルタルアルデヒドを使用し、その使用質量を０．４４ｇ
とし、窒素パージ時間を５分とし、過硫酸カリウムの質量を１．４９ｇとし、架橋反応温
度を３０℃とし、架橋反応時間を８時間とし、Ｓ１の２）では、硝酸第二鉄溶液の濃度を
５ｍｏｌ／Ｌとし、架橋反応温度を３０℃とし、架橋反応時間を０．５時間とする。
実施例６：実施例５と異なり、
Ｓ１の１）では、グルタルアルデヒドの質量を０．０５ｇとし、窒素パージ時間を１５分
とし、過硫酸カリウムの質量を０．６０ｇとし、架橋反応温度を６０℃とし、架橋反応時
間を１時間とし、Ｓ１の２）では、Ｆｅ（ＩＩＩ）溶液として塩化第二鉄溶液を使用し、
その濃度を１０ｍｏｌ／Ｌとし、架橋反応温度を４０℃とし、架橋反応時間を８時間とす
る。
Ｓ１の１）では、グルタルアルデヒドの質量を０．０５ｇとし、窒素パージ時間を１５分
とし、過硫酸カリウムの質量を０．６０ｇとし、架橋反応温度を６０℃とし、架橋反応時
間を１時間とし、Ｓ１の２）では、Ｆｅ（ＩＩＩ）溶液として塩化第二鉄溶液を使用し、
その濃度を１０ｍｏｌ／Ｌとし、架橋反応温度を４０℃とし、架橋反応時間を８時間とす
る。
実施例７：実施例１と異なり、
Ｓ１の１）では、架橋剤としてエピクロロヒドリンを使用し、その使用質量を０．４１ｇ
とし、水酸化ナトリウムの質量を８８．３５ｇとし、アルゴンパージ時間を２０分とし、
過硫酸ナトリウムの質量を１．３１５ｇとし、架橋反応温度を３０℃とし、架橋反応時間
を２時間とし、Ｓ１の２）では、Ｆｅ（ＩＩＩ）溶液として硫酸第二鉄溶液を使用し、そ
の濃度を１０ｍｏｌ／Ｌとし、架橋反応温度を５０℃とし、架橋反応時間を６時間とする
。
Ｓ１の１）では、架橋剤としてエピクロロヒドリンを使用し、その使用質量を０．４１ｇ
とし、水酸化ナトリウムの質量を８８．３５ｇとし、アルゴンパージ時間を２０分とし、
過硫酸ナトリウムの質量を１．３１５ｇとし、架橋反応温度を３０℃とし、架橋反応時間
を２時間とし、Ｓ１の２）では、Ｆｅ（ＩＩＩ）溶液として硫酸第二鉄溶液を使用し、そ
の濃度を１０ｍｏｌ／Ｌとし、架橋反応温度を５０℃とし、架橋反応時間を６時間とする
。
実施例８：実施例１と異なり、
Ｓ１の１）では、Ｎ，Ｎ―メチレンビスアクリルアミドの質量を０．２０ｇとし、ヘリウ
ムパージ時間を３０分とし、過硫酸カリウムの質量を１．２５ｇとし、架橋反応温度を３
０℃とし、架橋反応時間を３時間とし、Ｓ１の２）では、硝酸第二鉄溶液の濃度を１ｍｏ
ｌ／Ｌとし、架橋反応温度を３０℃とし、架橋反応時間を４時間とする。
Ｓ１の１）では、Ｎ，Ｎ―メチレンビスアクリルアミドの質量を０．２０ｇとし、ヘリウ
ムパージ時間を３０分とし、過硫酸カリウムの質量を１．２５ｇとし、架橋反応温度を３
０℃とし、架橋反応時間を３時間とし、Ｓ１の２）では、硝酸第二鉄溶液の濃度を１ｍｏ
ｌ／Ｌとし、架橋反応温度を３０℃とし、架橋反応時間を４時間とする。
実施例９：
光制御徐放性ゲル触媒を使用してＣｒ（ＶＩ）を効率的に還元する方法は、
Ｓ１：光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲル触媒を調製するステップと、具体的
に、
１）ポリアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲル
の調製：２２．２０ｇのポリアクリル酸ナトリウム、７．８０ｇのポリビニルアルコール
、５．００ｇのアクリルアミドおよび６５ｍｌの脱イオン水を混合し、５０℃に加熱して
０．５時間攪拌し続け、そして５℃に冷却し、高エネルギー電子ビームを照射して、マト
リックスゲルを得、次にＵＶ光開始剤を加えて３０℃条件下でＵＶ光を１時間照射して、
ポリアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲルを調
製し、ただし、高エネルギー電子ビームの線量率を１５ｋＧｙ／回とし、線量を６０ｋＧ
ｙとし、
２）光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲルの調製：Ｓ１で調製されたポリアクリ
ル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲルを５０ｍＬの初
期濃度１０ｍｏｌ／Ｌの硫酸第二鉄溶液に加え、２０℃条件下で０．５時間二次架橋反応
させて、光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを調製し、
Ｓ２：Ｓ１で調製された光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲルを使用して、Ｃｒ
（ＶＩ）を、酸性および光照射条件下で還元するステップと、を含む。
光制御徐放性ゲル触媒を使用してＣｒ（ＶＩ）を効率的に還元する方法は、
Ｓ１：光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲル触媒を調製するステップと、具体的
に、
１）ポリアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲル
の調製：２２．２０ｇのポリアクリル酸ナトリウム、７．８０ｇのポリビニルアルコール
、５．００ｇのアクリルアミドおよび６５ｍｌの脱イオン水を混合し、５０℃に加熱して
０．５時間攪拌し続け、そして５℃に冷却し、高エネルギー電子ビームを照射して、マト
リックスゲルを得、次にＵＶ光開始剤を加えて３０℃条件下でＵＶ光を１時間照射して、
ポリアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲルを調
製し、ただし、高エネルギー電子ビームの線量率を１５ｋＧｙ／回とし、線量を６０ｋＧ
ｙとし、
２）光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲルの調製：Ｓ１で調製されたポリアクリ
ル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲルを５０ｍＬの初
期濃度１０ｍｏｌ／Ｌの硫酸第二鉄溶液に加え、２０℃条件下で０．５時間二次架橋反応
させて、光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを調製し、
Ｓ２：Ｓ１で調製された光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲルを使用して、Ｃｒ
（ＶＩ）を、酸性および光照射条件下で還元するステップと、を含む。
実施例１０：実施例９と異なり、
Ｓ１：光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲル触媒を調製し、具体的に、
１）ポリアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲル
の調製：重量％で２３．００ｇのポリアクリル酸ナトリウム、６．０５ｇのポリビニルア
ルコール、４．８５ｇのアクリルアミドおよび６６ｍｌの脱イオン水を混合し、６０℃に
加熱して１．０時間攪拌し続け、そして８℃に冷却し、高エネルギー電子ビームを照射し
てマトリックスゲルを得、次にＵＶ光開始剤を加え４０℃条件下でＵＶ光を１．５時間照
射して、ポリアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロ
ゲルを調製し、
２）光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲルの調製：Ｓ１で調製されたポリアクリ
ル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲルを６０ｍＬの初
期濃度１ｍｏｌ／Ｌの硝酸第二鉄溶液に加え、４０℃条件下で４時間二次架橋反応させて
、光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを調製する。
Ｓ１：光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲル触媒を調製し、具体的に、
１）ポリアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲル
の調製：重量％で２３．００ｇのポリアクリル酸ナトリウム、６．０５ｇのポリビニルア
ルコール、４．８５ｇのアクリルアミドおよび６６ｍｌの脱イオン水を混合し、６０℃に
加熱して１．０時間攪拌し続け、そして８℃に冷却し、高エネルギー電子ビームを照射し
てマトリックスゲルを得、次にＵＶ光開始剤を加え４０℃条件下でＵＶ光を１．５時間照
射して、ポリアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロ
ゲルを調製し、
２）光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲルの調製：Ｓ１で調製されたポリアクリ
ル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲルを６０ｍＬの初
期濃度１ｍｏｌ／Ｌの硝酸第二鉄溶液に加え、４０℃条件下で４時間二次架橋反応させて
、光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを調製する。
実施例１１：実施例９と異なり、
Ｓ１：光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲル触媒を調製し、具体的に、
１）ポリアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲル
の調製：重量％で２４．９５ｇのポリアクリル酸ナトリウム、６．０５ｇのポリビニルア
ルコール、５．００ｇのアクリルアミドおよび６４ｍｌの脱イオン水を混合し、７０℃に
加熱して２時間攪拌し続け、そして１０℃に冷却し、高エネルギー電子ビームを照射して
マトリックスゲルを得、次にＵＶ光開始剤を５０℃条件下でＵＶ光を２時間照射して、ポ
リアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲルを調製
し、
２）光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲルの調製：Ｓ１で調製されたポリアクリ
ル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲルを５０ｍＬの初
期濃度１．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸第二鉄溶液に加え、５０℃条件下で８時間二次架橋反応さ
せて、光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを調製する。
Ｓ１：光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲル触媒を調製し、具体的に、
１）ポリアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲル
の調製：重量％で２４．９５ｇのポリアクリル酸ナトリウム、６．０５ｇのポリビニルア
ルコール、５．００ｇのアクリルアミドおよび６４ｍｌの脱イオン水を混合し、７０℃に
加熱して２時間攪拌し続け、そして１０℃に冷却し、高エネルギー電子ビームを照射して
マトリックスゲルを得、次にＵＶ光開始剤を５０℃条件下でＵＶ光を２時間照射して、ポ
リアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲルを調製
し、
２）光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲルの調製：Ｓ１で調製されたポリアクリ
ル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲルを５０ｍＬの初
期濃度１．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸第二鉄溶液に加え、５０℃条件下で８時間二次架橋反応さ
せて、光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを調製する。
実験例：
実施例１～１１に記載の方法を使用してＣｒ（ＶＩ）に対して模擬実験を実行し、具体的
な実験は以下のとおりである。
１）２組の０．８ｇの実施例１で調製されたヒドロゲルを取り、初期濃度１００μｍｏｌ
／Ｌ、初期ｐＨ３．０の５０ｍＬのＣｒ（ＶＩ）溶液に入れ、それぞれ暗所での吸着およ
び５００Ｗキセノンランプ下で光触媒処理を継続的に実行し、定期的にサンプルを採取し
てＣｒ（ＶＩ）濃度を測定し、図２に示すようなＣｒ（ＶＩ）除去性能結果を得、結果は
、処理時間が６０分に達すると反応が遮断されることを示した。
２）それぞれ２組の０．８ｇの実施例１～１１で調製されたヒドロゲルを取り、初期濃度
１００μｍｏｌ／Ｌ、初期ｐＨ３．０の５０ｍＬＣｒ（ＶＩ）溶液に入れ、それぞれ暗所
での吸着および５００Ｗキセノンランプ下で光触媒処理を５０分間実行し、定期的にサン
プルを採取してＣｒ（ＶＩ）濃度を測定し、表１のＣｒ（ＶＩ）除去性能結果を得た。
表１：実施例１～１１Ｃｒ（ＶＩ）除去性能結果
実施例１～１１に記載の方法を使用してＣｒ（ＶＩ）に対して模擬実験を実行し、具体的
な実験は以下のとおりである。
１）２組の０．８ｇの実施例１で調製されたヒドロゲルを取り、初期濃度１００μｍｏｌ
／Ｌ、初期ｐＨ３．０の５０ｍＬのＣｒ（ＶＩ）溶液に入れ、それぞれ暗所での吸着およ
び５００Ｗキセノンランプ下で光触媒処理を継続的に実行し、定期的にサンプルを採取し
てＣｒ（ＶＩ）濃度を測定し、図２に示すようなＣｒ（ＶＩ）除去性能結果を得、結果は
、処理時間が６０分に達すると反応が遮断されることを示した。
２）それぞれ２組の０．８ｇの実施例１～１１で調製されたヒドロゲルを取り、初期濃度
１００μｍｏｌ／Ｌ、初期ｐＨ３．０の５０ｍＬＣｒ（ＶＩ）溶液に入れ、それぞれ暗所
での吸着および５００Ｗキセノンランプ下で光触媒処理を５０分間実行し、定期的にサン
プルを採取してＣｒ（ＶＩ）濃度を測定し、表１のＣｒ（ＶＩ）除去性能結果を得た。
表１：実施例１～１１Ｃｒ（ＶＩ）除去性能結果
結論：本実施例１～１１の方法を使用すると、Ｃｒ（ＶＩ）を効果的に還元することがで
き、Ｃｒ（ＶＩ）の除去率が光触媒条件下で９０％以上に達し、特に実施例９～１１の方
法による除去率がより優れた。
３）実施例１の実験組を基に、触媒の再利用性能を検証するために、実施例１で使用され
たヒドロゲルを水で洗浄して同様な方法によって実験を行って、図３に示すような再利用
性能結果を得、５回再利用してもヒドロゲルによるＣｒ（ＶＩ）の除去率が顕著な低下が
なかった。
４）ポリアクリル酸ヒドロゲルと配合したＦｅ（ＩＩＩ）の相乗効果を検証するために、
ポリアクリル酸ヒドロゲルを光触媒とする実験を比較例１にして、光触媒としてのポリア
クリル酸ヒドロゲルと実施例１で調製された光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲ
ル光触媒の触媒性能の差を比較し、具体的な調製方法は実施例１のＳ１の１）と同様であ
り、図４に示すような性能比較を得、図から分かるように、単一なポリアクリル酸ヒドロ
ゲルは、Ｃｒ（ＶＩ）の除去性能が非常に弱い。
き、Ｃｒ（ＶＩ）の除去率が光触媒条件下で９０％以上に達し、特に実施例９～１１の方
法による除去率がより優れた。
３）実施例１の実験組を基に、触媒の再利用性能を検証するために、実施例１で使用され
たヒドロゲルを水で洗浄して同様な方法によって実験を行って、図３に示すような再利用
性能結果を得、５回再利用してもヒドロゲルによるＣｒ（ＶＩ）の除去率が顕著な低下が
なかった。
４）ポリアクリル酸ヒドロゲルと配合したＦｅ（ＩＩＩ）の相乗効果を検証するために、
ポリアクリル酸ヒドロゲルを光触媒とする実験を比較例１にして、光触媒としてのポリア
クリル酸ヒドロゲルと実施例１で調製された光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲ
ル光触媒の触媒性能の差を比較し、具体的な調製方法は実施例１のＳ１の１）と同様であ
り、図４に示すような性能比較を得、図から分かるように、単一なポリアクリル酸ヒドロ
ゲルは、Ｃｒ（ＶＩ）の除去性能が非常に弱い。
Claims (7)
- Ｓ１：
１）ポリアクリル酸ナトリウムヒドロゲルの調製：ポリアクリル酸と架橋剤を水に溶解
して溶液Ａを調製し、氷水浴下で溶液Ａにアルカリ溶液を加えて溶液Ｂを調製し、溶液Ｂ
を不活性ガスでパージした後開始剤を加えて溶液Ｃを調製し、溶液Ｃを３０～７０℃に加
熱して０．５～１２時間架橋反応させて、ポリアクリル酸ナトリウムヒドロゲルを調製し
、
２）光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルの調製：１）で調製されたポリアク
リル酸ナトリウムヒドロゲルをＦｅ（ＩＩＩ）溶液に入れ、２０～５０℃条件下で０．５
～８時間二次架橋反応させて、光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを調製する
、
光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲル触媒を調製するステップと、
Ｓ２：Ｓ１で調製された光制御徐放性デュアルネットワークヒドロゲルを使用して、Ｃｒ
（ＶＩ）を還元するステップと、
を含むことを特徴とする光制御徐放性ゲル触媒を使用してＣｒ（ＶＩ）を効率的に還元す
る方法。 - Ｓ１：
１）ポリアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲ
ルの調製：重量％で２２～２５％のポリアクリル酸ナトリウム、５～８％ポリビニルアル
コール、３～５％のアクリルアミドと、残りの脱イオン水と混合し、５０～７０℃に加熱
して０．５～２時間攪拌し続けた後、５～１０℃に冷却して、高エネルギー電子ビームを
照射してマトリックスゲルを得て、ＵＶ光開始剤を加えて３０～５０℃条件下でＵＶ光を
１～２時間照射して、ポリアクリル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリル
アミドヒドロゲルを調製し、
２）光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲルの調製：１）で調製されたポリアク
リル酸ナトリウム／ポリビニルアルコール／ポリアクリルアミドヒドロゲルをＦｅ（ＩＩ
Ｉ）溶液に入れ２０～５０℃条件下で０．５～８時間二次架橋反応させて、光制御徐放性
デュアルネットワークヒドロゲルを調製する、
光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲル触媒を調製するステップと、
Ｓ２：Ｓ１で調製された光制御徐放性トリプルネットワークヒドロゲルを使用して、Ｃｒ
（ＶＩ）を還元するステップと、
を含むことを特徴とする光制御徐放性ゲル触媒を使用してＣｒ（ＶＩ）を効率的に還元す
る方法。 - Ｓ１に記載の架橋剤はＮ，Ｎ―メチレンビスアクリルアミド、グルタルアルデヒド、エピ
クロロヒドリンのいずれか１つまたは混合物であり、溶液Ａ中のポリアクリル酸と架橋剤
のモル比が５０～４００:１になるように制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の
方法。 - Ｓ１に記載のアルカリ溶液は水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのいずれか１つまたは混
合物であり、溶液Ｂ中のポリアクリル酸とアルカリのモル比が１:１～１０になるように
制御し、不活性ガスは窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれか１つまたは混合物であり、前
記不活性ガスのパージ時間は５～６０分である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法
。 - Ｓ１に記載の開始剤は過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウムのいずれ
か１つまたは混合物であり、溶液Ｃ中のポリアクリル酸と開始剤のモル比が２００～５０
０:１になるように制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - Ｓ１に記載のＵＶ光開始剤は２―ヒドロキシ―４―（２―ヒドロキシエトキシ）―２―メ
チルプロピオフェノンであり、濃度が１～１．５ｍｏｌ／Ｌである、ことを特徴とする請
求項２に記載の方法。 - Ｓ１の２）に記載のＦｅ（ＩＩＩ）溶液は、塩化第二鉄、硝酸第二鉄、硫酸第二鉄のいず
れか１つまたは混合物であり、濃度が０．１～１０ｍｏｌ／Ｌである、ことを特徴とする
請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
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