JPH05168917A - 活性炭吸着材の製造方法 - Google Patents

活性炭吸着材の製造方法

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JPH05168917A
JPH05168917A JP3353253A JP35325391A JPH05168917A JP H05168917 A JPH05168917 A JP H05168917A JP 3353253 A JP3353253 A JP 3353253A JP 35325391 A JP35325391 A JP 35325391A JP H05168917 A JPH05168917 A JP H05168917A
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Yasuyuki Nakajima
康行 中島
Tadahiro Mori
忠弘 森
Haruhiko Hisada
晴彦 久田
Fumihiko Kizaki
文彦 木崎
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 重金属、特に放射性核種を吸着するのに好適
な活性炭吸着材の製造方法を提供する。 【構成】 第1工程で、フェノールとホルマリンとを,
フェノール1モルに対してホルムアルデヒド0.05〜1モ
ルとなる割合で濃硫酸溶液中で反応させる。次に、第2
工程で程で、第1工程の反応液に、亜燐酸、ホルマリン
及び活性炭と、エチレンジアミン又はポリエチレンイミ
ンを添加、混合し、加温下で反応させてアミノメチルホ
スホン酸系の官能基を活性炭に添着させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、重金属、特に放射性核
種を吸着するのに好適な活性炭吸着材の製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】工場廃液あるいは各種の処理場廃液には
種々の重金属が含まれており、これらの廃液を直接排水
すると河川等の汚染をまねき、環境汚染の問題が生じる
ため、発生源において、蒸発濃縮、イオン交換、凝集沈
澱など種々の方法で除去処理がなされている。
【0003】これら重金属の処理方法の中で、イオン交
換樹脂による吸着処理方法は操作性に優れ、作業が簡便
で、処理コストが安価なため、近年一般に採用されてい
る。特に、有害金属のみを選択的に吸着するように特殊
な官能基を有するキレート樹脂の開発が盛んになされ、
現在では、スチレン系あるいはフェノール系を樹脂母体
とした種々のキレート樹脂が使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これらイオン交換樹脂
あるいはキレート樹脂は、高分子骨格に官能基を側鎖と
して共有結合させた樹脂を球状又は繊維状に成形したも
のである。この場合、官能基の導入方法は、一般的に
は、まず球状又は繊維状の高分子骨格を有する樹脂を製
造した後、反応により官能基を導入する方法が採られて
いる。しかしながら、このような反応方法では、官能基
が樹脂内部に入り難く、多くの官能基は樹脂の表面に存
在するようになるため、吸着量を増加するために官能基
量を増加するには、樹脂の比表面積を大きくする必要が
ある。しかるに、比表面積の大きな樹脂あるいは繊維状
成形物は機械的強度が低下し、その増加には限度があっ
た。
【0005】本発明は、上記の欠点を解消し,吸着材の
強度が強く、官能基量の増加も容易で、しかも、重金属
の吸着性にも優れた活性炭吸着材の製造方法を提供する
ことを技術的な課題とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な課題を解決するために鋭意検討の結果、従来から使用
されている比表面積が広く、機械的性質の優れた吸着材
である活性炭を用い、その表面に、比表面積をできる限
りつぶすことなく、しかも吸着性能の優れた特殊官能基
を多量に添着させれば、吸着性能が優れ、しかも、化学
的、物理的に安定な吸着材を製造できることを知見して
本発明に到達した。
【0007】すなわち、本発明は、フェノールとホルマ
リンとを,フェノール1モルに対してホルムアルデヒド
0.05〜1モルとなる割合で濃硫酸溶液中で反応させる工
程と、この反応液に亜燐酸、ホルマリン及び活性炭と、
エチレンジアミン又はポリエチレンイミンを添加、混合
し、加温下で反応させる工程からなるアミノメチルホス
ホン酸系官能基を添着した活性炭吸着材の製造方法を要
旨とするものである。
【0008】以下、本発明を詳細に説明する。本発明
は、2段階の工程に別れている。第1段の工程は、フェ
ノールとホルマリンとを,フェノール1モルに対してホ
ルムアルデヒド0.05〜1モルとなる割合で濃硫酸溶液中
で反応させ、メチロール化フェノールを合成する工程で
ある。この反応の特徴は、酸濃度が, 例えば1〜2モル
と非常に高いことである。この様に高い酸濃度を使用す
る理由は、第2段の反応工程において、フェノールとホ
ルムアルデヒドの反応により得られる縮合物が3次元化
することを抑制するためである。第1段の工程の反応温
度は50〜90℃、特に60〜80℃が好ましい。また、反応時
間は1〜2時間が好ましく用いられる。反応終了後は常
温に冷却することがよく、できる限り早く次の工程に供
することが好ましい。なお,ホルムアルデヒドは、ホル
マリンとして使用するのが好ましい。
【0009】本発明の第2段の工程は、第1段の工程で
得た反応物に、亜燐酸、ホルマリン及び活性炭と、エチ
レンジアミン又はポリエチレンイミンを添加、混合し、
加温下で反応させる工程である。
【0010】第2段の工程では、好ましくは常温で所定
量の亜燐酸、ホルマリン、水を添加し、十分混合した
後、活性炭を添加する。反応液が活性炭と十分に接触し
た後、エチレンジアミン又はポリエチレンイミンを添加
し、混合下で50〜90℃の温度で1〜4時間反応させる。
反応終了後は活性炭を反応液から分離し、十分洗浄した
後、 120〜 130℃で1〜2時間乾熱処理を行って本発明
の活性炭吸着材を得る。
【0011】第2段の工程で使用される亜燐酸の添加量
は得られる反応物中のホスホン基の数に関係し、好まし
い量はフェノール1モルに対して0.5〜1.5モルであ
る。亜燐酸の添加に際しては、あらかじめ水溶液にして
添加する方法も好ましく用いられる。
【0012】また、ポリエチレンイミンは重合度が2〜
5のものが好ましく、特にジエチレントリアミンがよい
が、これに限定されるものではない。エチレンジアミン
又はポリエチレンイミンの配合量は、フェノール1モル
に対して0.2〜1.5単位モルが好ましいが、重合度が高
いときは含有するアミンの量が、亜燐酸と等モルである
ことが好ましい。さらに,ホルマリンの配合量は、フェ
ノール1モルに対してホルムアルデヒド2.5〜6モルと
なる割合が好ましい。
【0013】本発明で使用する活性炭は、粉末、粒状、
繊維状のいずれでもよく、またその原料は木材、椰子
殻、石炭タールピッチ、有機繊維等いずれでもよい。中
でも繊維状活性炭は比表面積が大きいものが製造可能
で、しかもシート、カートリッジ、成形物等に容易に成
形することができるので好ましく用いられる。活性炭の
比表面積は 500〜2500m2/gが好ましい、より好ましく
は1500〜2500m2/gである。比表面積は大きい方が官能
基の添着量が増大し、有害金属の吸着量も増大するので
好ましい。
【0014】第2段の工程における活性炭と添加物との
混合比率は、活性炭1kgに対して、フェノールで0.6〜
20モル、好ましくは0.6〜10モルの範囲であり、他成分
の混合比率は上記条件で調整した量である。
【0015】第2段の工程で、活性炭をカラムに充填
し、反応液を循環させて連続的に反応させる方法を採る
場合は水を特別に添加する必要はなく,例えばホルマリ
ンに含まれる水だけでよいが、上記以外の方法で反応さ
せる場合は、活性炭の種類により添加する水の量を調整
する。ここで使用する水の量は少ない方がよく、活性炭
が反応液と接触できる最低量でよい。
【0016】本発明における反応は、バッチ法、連続法
の何れで行ってもよく、特に限定されるものではない。
バッチ法の場合の添加順序は、第1段の工程の反応にお
いては、フェノールに対して先ず濃硫酸、次いでホルマ
リンを添加することが好ましく、また添加時の温度は50
℃を超えないようにすることが好ましい。次に、第2段
の工程の反応においては、反応生成物に対し、亜燐酸水
溶液、ホルマリン、水、活性炭、エチレンジアミン又は
ポリエチレンイミンの順で添加することが好ましいが、
これに限定されるものではない。
【0017】また、第1段の工程の反応をバッチ式に
し、第2段の工程はカラム法を採用することが特に好ま
しい。カラム法の場合は、活性炭をカラムに充填し、こ
こに活性炭以外の反応物を混合した液を連続的に流通さ
せ、活性炭に接触させて反応させる方法が好ましいが、
これに限定されるものではない。
【0018】本発明で得られる活性炭吸着材は、活性炭
の表面に、その比表面積をできるだけ減じることなく、
重金属に対して特異的な吸着性を有するアミノメチルホ
スホン酸系の官能基を添着したものである。このため、
従来の吸着材は比表面積が最大のものでも 500m2/gを
超えるものがないのに対し、本発明では、原料となる活
性炭にもよるが、 500m2/g以上の活性炭吸着材を容易
に得ることができる。このため、本発明で得られる活性
炭吸着材は、吸着速度の向上と同時に、従来の吸着材で
は困難であった、わずかの選択性の異なる物質を容易に
カラム法で分別できるものであり、ウラン、プルトニウ
ム等の放射性金属に対しても優れた選択吸着性を有す
る。
【0019】
【実施例】次に、本発明を実施例によって具体的に説明
する。
【0020】実施例1 5リツトルの硝子製ビーカーにフェノール94gを採取
し, フェノールの温度を50℃以下に保ちながら98%濃硫
酸 170gを攪拌しながら徐々に添加した。次に、37%ホ
ルマリン9mlを同様に添加した後、液温を70℃に上げて
1時間反応させ、その後ただちに常温に冷却した。この
液に亜燐酸70gと水25gの混合物を攪拌しながら添加
し、次に、37%ホルマリン 300mlを同様に添加した。こ
の混合液に、椰子殻活性炭(粒状、20〜40メッシュ、比
表面積約900m2/g)100 gを添加した後、水を活性炭が
完全に反応液と接触するようになる量(約 200ml)添加
し、さらにジエチレントリアミン40mlを添加した。この
液の温度を80℃にして3時間反応させ、終了後直ちに反
応液を分離し、活性炭を十分水洗した。水洗後、 125℃
で1.5時間乾熱処理して本発明の活性炭吸着材 132gを
得た。また、この活性炭吸着材の燐添着量は4.9g/k
g、比表面積は 650m2/gであった。
【0021】この吸着材1gをCe3+濃度4.87mg/l の
Ce(NO3)3 100ml中に添加し、吸着させた。その結
果、Ce吸着量は0.40mg/g(吸着率82%)であった。
【0022】比較のため、原料の椰子殻活性炭をそのま
ま使用して同様の条件で吸着させたが、Ce吸着量は0.
03mg/g(吸着率6%)にすぎなかった。
【0023】実施例2 5リットルの硝子製ビーカーに、実施例1と同一の条件
で製造した第1工程の反応液72gを採取し、これに亜燐
酸17.4g、水6.2g、37%ホルマリン74mlの順に常温で
攪拌しながら添加した。この液を、さらに水 300mlで希
釈した後、繊維状活性炭(ユニチカ社製A−20:比表
面積2116m2/g)30gを添加して十分反応液と接触さ
せ、直ちにジエチレントリアミン9.9mlを添加した。こ
の液の温度を80℃とし3時間反応させた後、残液を分離
除去した。さらに水洗した後、反応物を 100℃で1.5時
間乾熱処理して本発明の活性炭吸着材56gを得た。ま
た、この活性炭吸着材の燐添着量は10.3g/kg、比表面
積は1014m2/gであった。
【0024】この吸着材1gをCe3+濃度4.86mg/l の
Ce(NO3)3 100ml中に添加し、吸着させた。その結
果、Ce吸着量は0.48mg/g(吸着率99%)であった。
【0025】比較のため、原料の繊維状活性炭(A−2
0)をそのまま使用して同様の条件で吸着させたが、C
e吸着量は0.026mg /g(吸着率5%)にすぎなかっ
た。
【0026】実施例3 実施例2で得られた活性炭吸着材10gを,内径14.8mm,
高さ 500mmのガラス製カラムに充填し, カートリッジを
作成した。このカートリツジに, Ce3+濃度2mg/l ,
Ca2+濃度 100mg/l ,Na+ 濃度 10g/l の溶液を2
リットル通液して吸着させた。その結果、吸着率は,C
3+が100 %, Ca2+が1%,Na+ が0%であり,高
い選択吸着性を示した。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、吸着材の強度が強く、
官能基量の増加も容易で、しかも、重金属の吸着性にも
優れた活性炭吸着材を容易に安定して製造することが可
能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 忠弘 京都府宇治市宇治小桜23番地 ユニチカ株 式会社中央研究所内 (72)発明者 久田 晴彦 大阪府八尾市山本町南4−10−14 (72)発明者 木崎 文彦 大阪府泉南郡熊取町野田644−33

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フェノールとホルマリンとを,フェノー
    ル1モルに対してホルムアルデヒド0.05〜1モルとなる
    割合で濃硫酸溶液中で反応させる工程と、この反応液に
    亜燐酸、ホルマリン及び活性炭と、エチレンジアミン又
    はポリエチレンイミンを添加、混合し、加温下で反応さ
    せる工程からなるアミノメチルホスホン酸系官能基を添
    着した活性炭吸着材の製造方法。
  2. 【請求項2】 活性炭が繊維状活性炭である請求項1記
    載の活性炭吸着材の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108940223A (zh) * 2018-08-04 2018-12-07 安徽科浦环保科技有限公司 一种室内甲醛复合清除剂的制备方法
CN114849664A (zh) * 2022-04-20 2022-08-05 齐鲁工业大学 一种亚磷酸改性聚酚胺吸附材料及其制备方法与应用

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CN114849664B (zh) * 2022-04-20 2023-09-29 齐鲁工业大学 一种亚磷酸改性聚酚胺吸附材料及其制备方法与应用

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