JP7442844B2 - 吸着剤の使用方法、及び、吸着剤セット - Google Patents
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Description
陰イオン及び陽イオンを含有する水溶液中にカチオン性高分子ゲルから構成されるカチオン性吸着剤とアニオン性高分子ゲルから構成されるアニオン性吸着剤とを共在させ、
前記カチオン性高分子ゲルのイオン化したカチオン基に前記陰イオンを吸着させるとともに、前記アニオン性高分子ゲルのイオン化したアニオン基に前記陽イオンを吸着させる、
ことを特徴とする。
温度応答性のカチオン性高分子ゲルから構成されるカチオン性吸着剤と、
温度応答性のアニオン性高分子ゲルから構成されるアニオン性吸着剤と、を備える、
ことを特徴とする。
吸着剤セットは、温度応答性のカチオン性高分子ゲルから構成されるカチオン性吸着剤と、温度応答性のアニオン性高分子ゲルから構成されるアニオン性吸着剤と、を備える。吸着剤セットは、乾燥状態のカチオン性高分子ゲル、及び、アニオン性高分子ゲルが均一に分散して配合されてパッケージ化されていればよい。また、カチオン性高分子ゲル、及び、アニオン性高分子ゲルは、粒状、球状、多角形状などどのような形態であってもよい。また、吸着剤セットは、カチオン性吸着剤とアニオン性吸着剤とが重量比で0.9:1.1~1.1:0.9で配合されていることが好ましい。
表1に示すモノマー、コモノマー、架橋剤、促進剤、開始剤、溶媒を反応容器に加えた混合溶液を調製した。混合溶液を窒素曝気しつつ、恒温水槽で合成温度10℃、合成時間6時間で重合した。生成物を水で洗浄し、乾燥することで乾燥状態の高分子ゲルを得た。高分子ゲルを粉砕し、ふるいで粒径0.6~1.0mmのものを選別し、以下の実験に用いた。なお、NIPA(登録商標)はN-isopropyl acrylamide、NTBAはN-tert butyl acrylamide、AAcはAcrylic Acid、DMAPAA(登録商標)はN,N-dimethylaminopropyl acrylamide、MBAAはNN’-methylenebisacrylamide、TEMEDはN,N,N',N'-tetramethylethylenediamine、APSはAmmonium peroxodisulfateである。
コモノマーとしてDMAPAA(登録商標)を用い、カチオン性高分子ゲルを合成した。この高分子ゲルをNIPA-co-DMAPAAとも記す。
また、コモノマーとしてアクリル酸を用いることで、アニオン性高分子ゲルを合成した。この高分子ゲルをNIPA-co-AAcとも記す。
また、コモノマーとしてDMAPAA(登録商標)、及び、NTBAを用い、カチオン性高分子ゲルを合成した。このゲルをNIPA-co-NTBA-co-DMAPAAとも記す。
また、コモノマーとしてアクリル酸、及び、NTBAを用いることで、アニオン性高分子ゲルを合成した。この高分子ゲルをNIPA-co-NTBA-co-AAcとも記す。
カチオン性高分子ゲル及びアニオン性高分子ゲルの共在が膨潤収縮に及ぼす影響について、沈降体積変化を測定することにより検証した。
目盛り付き試験管に所定濃度の硝酸ナトリウム水溶液(12mL)を入れ、これに乾燥状態の高分子ゲル(0.12g)を浸漬させた。そして、振盪器(100rpm、20℃)を用い、12時間高分子ゲルを膨潤させ、沈降体積を目視で測定した。
硝酸ナトリウム水溶液にカチオン性高分子ゲル及びアニオン性高分子ゲルを共在させた際の膨潤収縮挙動に及ぼす塩濃度及び温度変化の影響について検証した。
1mM、3mM、5mMの硝酸ナトリウム水溶液(12mL)をそれぞれ入れた試験管を用意し、カチオン性高分子ゲル及びアニオン性高分子ゲルを入れた。振盪器(100rpm、20℃)を用い、硝酸イオン及びナトリウムイオンの吸着を行った。その後、20℃から80℃まで温度を変化(12時間ごとに10℃昇温)させ、高分子ゲルの沈降体積の変化をそれぞれ測定した。
使用した高分子ゲルは以下の通りである。
・カチオン性高分子ゲル:NIPA-co-DMAPAA(0.06g)
・アニオン性高分子ゲル:NIPA-co-AAc(0.06g)
硝酸ナトリウム水溶液を用い、高分子ゲルへの陰イオン、陽イオンの吸脱着挙動を検証した。
所定濃度の硝酸ナトリウム水溶液(4mL)それぞれについて、カチオン性高分子ゲル(0.01g)及びアニオン性高分子ゲル(0.01g)を入れ、振盪器(100rpm、20℃)を用い、24時間硝酸イオン、ナトリウムイオンの吸着を行った。
吸着後、水溶液を昇温して硝酸イオン、ナトリウムイオンの脱着を行った。温度変化の条件は、20℃から80℃まで、12時間ごとに10℃ずつ昇温することで行った。
吸着、脱着後の硝酸ナトリウム水溶液中の硝酸イオン濃度を吸光光度計で測定し、また、ナトリウムイオン濃度を液体クロマトグラフィーで測定した。そして、吸着前後の濃度差により高分子ゲルの硝酸イオン、ナトリウムイオンの吸着量を算出した。
・カチオン性高分子ゲル:NIPA-co-DMAPAA(0.01g)
・アニオン性高分子ゲル:NIPA-co-AAc(0.01g)
疎水性を増したカチオン性高分子ゲル、アニオン性高分子ゲルを用い、吸脱着特性に及ぼす影響について検証した。
・カチオン性高分子ゲル:NIPA-co-NTBA-co-DMAPAA(0.01g)
・アニオン性高分子ゲル:NIPA-co-AAc(0.01g)
・カチオン性高分子ゲル:NIPA-co-DMAPAA(0.01g)
・アニオン性高分子ゲル:NIPA-co-NTBA-co-AAc(0.01g)
・カチオン性高分子ゲル:NIPA-co-NTBA-co-DMAPAA(0.01g)
・アニオン性高分子ゲル:NIPA-co-NTBA-co-AAc(0.01g)
7.5mLの塩化ナトリウム水溶液(5mM,0.029wt%)に、乾燥状態のNIPA-co-DMAPAA及びNIPA-co-AMPSを0.06gずつ(計0.12g)添加し、25℃で24時間、高分子ゲルに塩化ナトリウムを吸着させた。その後、高分子ゲルを塩化ナトリウム水溶液から取出して、5mLの蒸留水、水酸化ナトリウム水溶液(0.1mM)、及び、硝酸水溶液(0.1mmol/L)の各脱着液に入れ、50℃で24時間Na+を脱着させた。
15mLの塩化鉛水溶液(5mmol/L)に、乾燥状態のNIPA-co-DMAPAA及びNIPA-co-AMPSを0.06gずつ(計0.12g)添加した。そして、水溶液の温度を変化(25℃(24時間)、50℃(24時間))を繰り返し行い、Pb2+の吸着、脱着を行った。
15mLの蒸留水に、乾燥状態の各種高分子ゲルを添加し、25℃で24時間、高分子ゲルに吸水させた。高分子ゲルは、ND、NS、NA、NAsの単体で添加(それぞれ0.12g)、NDとNA(ND+NA)の併用、NDとNSの併用(ND+NS)で添加(0.06gずつ、計0.12g)の6パターンで行った。
15mLの塩化鉛水溶液(5mmol/L)に、乾燥状態の各種高分子ゲルを0.12g添加し、25℃で24時間、高分子ゲルにPb2+を吸着させた。また、15mLの塩化亜鉛水溶液(5mmol/L)を用いて、同様にして行い、高分子ゲルにZn2+を吸着させた。高分子ゲルは、ND、NS、NA、NAsの単体で添加(それぞれ0.12g)、NDとNA(ND+NA)の併用、NDとNSの併用(ND+NS)で添加(0.06gずつ、計0.12g)の6パターンで行った。
5mM(0.029wt%)の塩化ナトリウム溶液7.5mLに、乾燥状態の各種高分子ゲルを添加し、25℃で24時間浸漬させ、高分子ゲルに塩化ナトリウムを吸着させた。高分子ゲルは、ND、NS、NA、NAsの単体で添加(それぞれ0.12g)、NDとNA(ND+NA)の併用、NDとNSの併用(ND+NS)で添加(0.06gずつ、計0.12g)の6パターンで行った。
Claims (9)
- 陰イオン及び陽イオンを含有する水溶液中に温度応答性のカチオン性高分子ゲルから構成されるカチオン性吸着剤と温度応答性のアニオン性高分子ゲルから構成されるアニオン性吸着剤とを共在させ、
前記カチオン性高分子ゲルのイオン化したカチオン基に前記陰イオンを吸着させるとともに、前記アニオン性高分子ゲルのイオン化したアニオン基に前記陽イオンを吸着させ、
前記陰イオンを吸着した前記カチオン性吸着剤及び前記陽イオンを吸着した前記アニオン性吸着剤を昇温させて前記陰イオン及び前記陽イオンをそれぞれ脱着させ、前記カチオン性吸着剤及び前記アニオン性吸着剤を再利用する、
ことを特徴とする吸着剤の使用方法。 - 前記カチオン性吸着剤と前記アニオン性吸着剤を重量比で0.9:1.1~1.1:0.9で用いる、
ことを特徴とする請求項1に記載の吸着剤の使用方法。 - (削除)
- (削除)
- 温度応答性のカチオン性高分子ゲルから構成されるカチオン性吸着剤と、
温度応答性のアニオン性高分子ゲルから構成されるアニオン性吸着剤と、を備える吸着材セットであって、
前記吸着材セットは、陰イオン及び陽イオンを含有する水溶液中にて、前記カチオン性高分子ゲルのイオン化したカチオン基に前記陰イオンが吸着するとともに、前記アニオン性高分子ゲルのイオン化したアニオン基に前記陽イオンが吸着し、
前記吸着材セットは、昇温によって前記カチオン性吸着剤に吸着した前記陰イオン及び前記アニオン性吸着剤に吸着した前記陽イオンがそれぞれ脱着し、再利用可能である、
ことを特徴とする吸着剤セット。 - 前記カチオン性吸着剤と前記アニオン性吸着剤とが重量比で0.9:1.1~1.1:0.9で配合されている、
ことを特徴とする請求項5に記載の吸着剤セット。 - 前記カチオン性高分子ゲルは、温度応答性のモノマーとカチオン性モノマーとの共重合体であり、温度応答性成分とカチオン性成分とのモル比が17:3~99:1である、
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の吸着剤セット。 - 前記カチオン性モノマーが、末端に第3級アミノ基を有するアクリルアミドモノマー又はメタクリルアミドモノマーである、
ことを特徴とする請求項7に記載の吸着剤セット。 - 前記アニオン性高分子ゲルは、温度応答性のモノマーとアニオン性モノマーとの共重合体であり、温度応答性成分とアニオン性成分とのモル比が17:3~99:1である、
ことを特徴とする請求項5乃至8のいずれか一項に記載の吸着剤セット。
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