JPH10130623A

JPH10130623A - 金属イオン捕捉剤及び土壌の浄化方法

Info

Publication number: JPH10130623A
Application number: JP8302465A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ishigami; 裕石上; Shuzo Tokunaga; 修三徳永; Kiyouchin Kou; 京珍洪; Toshio Kajiuchi; 敏夫梶内; Eikoku Sai; 永國崔; Akio Tomikawa; 昭男富川
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1996-10-28
Filing date: 1996-10-28
Publication date: 1998-05-19
Anticipated expiration: 2016-10-28
Also published as: JP2835442B2

Abstract

(57)【要約】【課題】水溶性でかつ生分解性の金属イオン捕捉剤
と、これを用いる土壌の浄化方法を提供する。【解決手段】トチノキ科の落葉高木の果実から得られ
る３個の糖基と１個のカルボキシル基を有するサポニン
からなる金属イオン捕捉剤。重金属で汚染された土壌の
浄化方法において、該土壌に対し、前記金属イオン捕捉
剤を含む水溶液を接触させることを特徴とする土壌の浄
化方法

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生分解性を有し、
生物に対して高い安全性を有する金属イオン捕捉剤及び
それを用いる土壌の浄化方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自然環境保全の観点から、土壌中に存在
する有害重金属を除去することが強く要望されている。
このような土壌中の有害重金属を除去するための方法と
しては、金属イオン捕捉剤を用いる方法が考えられる
が、従来の一般的金属イオン捕捉剤は非水溶性であり、
土壌中の重金属を捕捉除去するためには適用することが
できない。また、従来の金属イオン捕捉剤は、生分解性
の点でも問題があり、自然環境に放出されたときに、環
境汚染の原因ともなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は水溶性でかつ
生分解性の金属イオン捕捉剤と、これを用いる土壌の浄
化方法を提供することをその課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、トチノキ科の落葉高
木の果実から得られる３個の糖基と１個のカルボキシル
基を有するサポニンからなる金属イオン捕捉剤が提供さ
れる。また、本発明によれば、重金属で汚染された土壌
の浄化方法において、該土壌に対し、前記金属イオン捕
捉剤を含む水溶液を接触させることを特徴とする土壌の
浄化方法が提供される。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明で用いる前記サポニンは、
トチノキ科（Ａｅｓｃｕｌｕｓ）の落葉高木の果実に含
まれ、その果実から抽出分離することにより、容易に入
手することができる。前記トチノキ科の木には、トチノ
キ及びマロニエが包含され、日本トチノキ（Ａ．ｔｕｒ
ｂｉｎａｔａＢｌｕｍｅ）、シナトチノキ（Ａ．ｃｈ
ｉｎｅｎｓｉｓＢｕｎｇｅ）、セイヨウトチノキ
（Ａ．ｈｉｐｐｏｃａｓｔａｎｕｍＬ．）等が挙げら
れる前記トチノキ科の木の実からは、３個の糖基と１個のカ
ルボキシル基を有するサポニンが得られる。この場合の
糖基は、グルクロン酸、グルコース及びキシロースの残
基を含む。このサポニンは、エスシン（Ｅｓｃｉｎ）と
呼ばれ、従来公知の常温固体の物質であり、例えば、メ
ルクインデックスに示されている。本明細書において
は、前記サポニンを以下においてエスシンと呼称する。
エスシンは、水溶性を示し、特にアルカリ性で水によく
溶解し、表面張力低下作用の大きい界面活性作用を示
す。酸性下でも水溶性を示すが、ｐＨ２．５以下では水
素結合により徐々に会合し、沈澱を生じる〔Ｓｈｕｌｍ
ａｎ，Ｈ．Ｅｒｂｒｉｎｇ，Ｗ．Ｗｉｎｋｌｅｒ，
Ｋｏｌｌｏｉｄｅ−Ｚ．Ｚ．Ｐｏｌｙｍｅｒｅ，
２１６−２１７，３４７（１９６３）〕。また、前記
エスシンは、生体の代謝物であり、生分解性を示し、か
つ生体に対して高い安全性を示す。このものは自然環境
に排出されると容易に分解してその界面活性を失い、自
然界に戻される。

【０００６】本発明者らの研究によれば、エスシンは、
すぐれた金属イオン捕捉性を有するとともに、フミン酸
重金属塩や金属酸化物を微粒子化して分散させる分散剤
としての機能を有することが確認された。本発明におい
ては、エスシンは、金属イオン捕捉剤として用いられ、
水中に溶存している各種金属イオンを捕捉する。この場
合の金属イオンとしては、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｃｕ、Ａ
ｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｚｎ等の金属イオ
ンが挙げられる。また、エスシンは、非水溶性の金属化
合物を水中に分散化させる作用を有し、分散剤として用
いることができる。従って、エスシンを用いることによ
り、有害重金属、例えば、Ｃｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ等の
重金属で汚染された土壌を浄化することができる。

【０００７】水溶液中における金属イオンを捕捉したエ
スシンの状態は、ｐＨによって変化し、ｐＨ７以上では
溶解状態で存在するが、約２．５〜７の間のｐＨでは微
粒子状で存在する。ｐＨ２．５以下、特に、ｐＨ２以下
では、金属イオンを放出して沈澱する。

【０００８】有害重金属で汚染された土壌を浄化するに
は、その土壌に対して、エスシンを含む水溶液を接触さ
せる。この場合の水溶液中のエスシン濃度は、０．８〜
７重量％、好ましくは１．５〜５．０重量％である。土
壌に対してエスシンの水溶液を接触させる方法として
は、エスシン水溶液中で土壌を撹拌する方法、土壌中に
エスシン水溶液を透過させる方法、土壌の水性スラリー
液にエスシン又はその水溶液を混合する方法等がある。
このような接触方法においては、土壌中の重金属イオン
は、水溶液中のエスシンに捕捉され、また、非水溶性金
属化合物は水溶液中に分散化されて、水溶液に移行す
る。次に、重金属を含む水溶液を土壌から分離し、回収
する。重金属とともに水溶液中に含まれるエスシンは、
その水溶液のｐＨを２．５以下、好ましくはｐＨ２〜１
に調整すると、エスシンは金属イオンを放して沈澱す
る。この沈澱したエスシンは、これを水溶液から分離回
収する。この分離回収されたエスシンは、金属イオン捕
捉能を有し、再使用することができる。

【０００９】

【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。なお、以下においては、エスシンとしては、β−
エスシンとして市販されている市販品（シグマケミカル
ズ社からの市販品）を用いた。また、以下に示す重金属
除去率は、土壌中に含まれていた重金属が水溶液中に移
行した割合（％）を示す。

【００１０】参考例１（モデル重金属汚染土壌の調製）茨城県土浦市の畑土、黒ボク土の粒径２ｍｍ以下の土壌
をフルイ分けした。ｐＨ４．３、フミン酸含量４．５
％、水分含量８．２％であった。これを２０ｇ秤量して
５００ｍｌ容三角フラスコに入れ、５０ｍｌの２０ｍＭ
Ｐｂ（ＮＯ₃）₂水溶液又は２０ｍＭＣｄ（ＮＯ₃）₂
水溶液を加えてからｐＨ５．５に調整し、撹拌しながら
１ヶ月間処理して汚染させた。水相を濾別し、残渣を風
乾してそれぞれ鉛及びカドミウム汚染土壌を得た。土壌
中に含まれる鉛は５．８４ｐｐｍ、カドミウムは２．７
０ｐｐｍであった。

【００１１】参考例２（土壌浄化実験）３５ｍｌ容ポリカーボネート製遠心沈澱管に重金属汚染
土壌１．０ｇとエスシン水溶液２５ｍｌを入れ、振とう
器にて横方向（振幅１０ｃｍ）に２４時間（２０℃）振
とうした。次いで、８０００ｒｐｍで２０分間遠心分離
し、分離した上澄液を孔径０．４５μｍのメンブランフ
ィルターで濾過した。得られた濾液を希釈して、鉛又は
カドミウム含量を高周波誘導プラズマ発光分析装置（Ｉ
ＣＰ−ＡＥＳ）を用いて定量した。

【００１２】実施例１エスシンをその最終濃度が３．０、１５、３０、４５及
び６０ｍＭとなるように２５ｍｌ容メスフラスコに入
れ、水を加えてｐＨ６．８に調整した。次いで、参考例
１のカドミウム汚染土壌（カドミウム含量２．７０ｐｐ
ｍ）１．０ｇを３５ｍｌ容ポリカーボネート製遠心沈澱
管に入れ、前記のｐＨ６．８に調整したエスシン溶液２
５ｍｌを加え、参考例２に従って土壌浄化実験を行っ
た。水溶液中のエスシン濃度を増すとともにカドミウム
汚染土壌からエスシンを含む水相へ移行するカドミウム
濃度が増大し、エスシン３０ｍＭのときのカドミウム除
去率は３０％、４５ｍＭのときの除去率３２％の平衡値
に達し、６０ｍＭでもカドミウムの除去率は３２％であ
った。

【００１３】実施例２実施例１と同様にして、参考例１の鉛汚染土壌（鉛含量
５．８４ｐｐｍ）１．０ｇを３５ｍｌ容ポリカーボネー
ト製遠心沈澱管に入れ、ｐＨ６．８に調整したエスシン
水溶液２５ｍｌを加え、参考例２に従って、土壌浄化実
験を行った。エスシン濃度が１５、３０、４５及び６０
ｍＭで鉛の除去率は７％となった。エスシン３ｍｌ以下
では鉛は除去されなかった。

【００１４】実施例３エスシンの最終濃度が３０ｍＭで一定として、ｐＨをそ
れぞれ２．８、４．８、６．８、７．８、９．８及び１
１．８でカドミウム汚染土壌からのカドミウムの除去実
験を参考例２に従って行った。ｐＨ７．８でカドミウム
の除去率が４１％の最大値を示した。ｐＨ４．８で３５
％、ｐＨ９．８で３０％であった。

【００１５】次に、カドミウムの除去機構を明らかにす
るために、エスシンのカルボキシル基を水酸化ナトリウ
ムで中和し、ＦＴ−ＩＲ測定をすると、エスシンのカル
ボキシル基の吸収（１７１９ｃｍ^-1）が小さくなり、代
わってカルボキシレート（ＣＯＯ）の吸収（１６１１ｃ
ｍ^-1）が現れた。カドミウムイオンで複分解すると１６
０１ｃｍ^-1にシフトした。このような変化はエスシンの
カルボキシル基がカドミウムイオンと複合体を形成した
ためと思われる。他方、３ｍＭエスシン水溶液（ｐＨ
７．０に調整）を０．４５μｍの孔径のフィルターで濾
過した後、動的光散乱測定〔大塚電子（株）製〕する
と、数平均の粒子径は６１．９ｎｍであった。このエス
シン水溶液に１ｍＭ硝酸カドミウム水溶液（ｐＨ７．
０）を等容量加えると、粒子径は１１５．１ｎｍにまで
増大し、カドミウムイオンとエスシンの複合体形成が考
えられた。

【００１６】実施例４エスシンの最終濃度が３０ｍＭで一定として、ｐＨをそ
れぞれ２．８、４．８、６．８、７．８、９．８及び１
１．８で鉛汚染土壌からの鉛の除去実験を参考例２に従
って行った。ｐＨ３．８で鉛の除去率が２５％、ｐＨ
３．８で１９％であった。エスシンの鉛塩は、ＦＴ−Ｉ
Ｒによりカルボキシレートの吸収が１５８６ｃｍ^-1にあ
ることがわかった。

【００１７】実施例５実施例１〜４のカドミウム土壌の浄化処理により得られ
た水相は、エスシン水溶液の濃度が３０ｍＭの場合、ア
ルカリ側で透明な水溶液であるが、ｐＨ７．０からやや
薄濁りとなり、このときのエスシンは６１．９ｎｍの粒
子径であった。エスシンの３０ｍＭ水溶液はｐＨ３．８
で濁りがあるだけで、沈澱を生じないが、硝酸カドミウ
ムを加えると濁度が大きくなりヘーズメーター〔日本電
色（株）〕による濁度は６３％であり、数平均の粒子径
は３１６ｎｍに達する。この溶液にＩＮ塩酸を加えてｐ
Ｈ１．５に調整すると沈澱が生じた。沈澱を濾別し、乾
燥した後ＫＢｒ錠剤法によってＦＴ−ＩＲ測定するとカ
ルボキシレートの吸収がなく、エスシンのカルボキシル
基（１７１９ｃｍ^-1）が生成した。こうして得たエスシ
ンは土壌浄化のために再使用できる。他方、沈澱を濾別
した濾液中にはカドミウムが存在していた。

【００１８】実施例６実施例５において、鉛汚染土壌の浄化処理によって得ら
れた水相をｐＨ１．５に調整すると沈澱が生じた。沈澱
を濾別するとＦＴ−ＩＲ測定からエスシンであることが
分かった。一方、濾液中には鉛イオンが溶解しているこ
とが分かった。沈澱として回収されたエスシンは再使用
可能であった。

【００１９】

【発明の効果】本発明の金属イオン捕捉剤を用いること
により、有害重金属で汚染された土壌を浄化することが
できる。本発明の金属イオン捕捉剤は、水溶性を示しか
つ生分解性を示すことから、自然環境に放出されたとき
に、公害を生じることはない。本発明の金属イオン捕捉
剤は、土壌の浄化剤として使用される他、金属イオン捕
捉剤の要望される他の分野、例えば、化粧品分野や、食
品分野等においても有利に利用される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梶内敏夫横浜市港北区小机町103−１−801 (72)発明者崔永國横浜市緑区長津田２−11−５−603 (72)発明者富川昭男茨城県つくば市吾妻４−204−104

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トチノキ科の落葉高木の果実から得られ
る３個の糖基と１個のカルボキシル基を有するサポニン
からなる金属イオン捕捉剤。
【請求項２】重金属で汚染された土壌の浄化方法にお
いて、該土壌に対し、請求項１の金属イオン捕捉剤の水
溶液を接触させ、該土壌中に含まれる重金属を該水溶液
中に移行させることを特徴とする土壌の浄化方法。