JPS6248725A - 金属キレート形成能を有する架橋ポリエチレンイミン系高分子化合物の製法 - Google Patents

金属キレート形成能を有する架橋ポリエチレンイミン系高分子化合物の製法

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JPS6248725A
JPS6248725A JP18708085A JP18708085A JPS6248725A JP S6248725 A JPS6248725 A JP S6248725A JP 18708085 A JP18708085 A JP 18708085A JP 18708085 A JP18708085 A JP 18708085A JP S6248725 A JPS6248725 A JP S6248725A
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Kunihiro Ichimura
市村 国宏
Takahiro Hirotsu
孝弘 廣津
Masako Sakuragi
桜木 雅子
Naoyuki Morii
森井 尚之
Masao Suda
須田 昌男
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、海水その他の天然水や産業排水などから、溶
存する微量の金属イオンを吸着回収するのに好適な新規
なキレート樹脂及びその製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
海水中のウランのように希薄な微量の金属イオンを吸着
回収するには、吸着速度及び吸着容量の大きい吸着剤が
望ましく、また海水などの被処理液及び脱着処理液に対
し高い安定性を有することが重要である。
一方、ヒドロキサム酸化合物は、多くの重金属イオンと
キレート錯体を形成することが知られ。
その性質を利用して、溶媒抽出法による重金属イオンの
定量や分離に使用され、浮選法による鉱山排水からの重
金属イオンの回収などへの応用も試みられている。
ヒドロキサム酸化合物がキレート錯体を形成する重金属
イオンは多種にわたり9例えば遷移金属テハチタン、バ
ナジウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜
鉛、ジルコニウム、ニオブ。
モリブデン、カドミウム、スズ、ハフニウム、タングス
テン、水銀、ビスマス等が挙げられ、またランタニド系
列ではプラセオジム、ネオジム、サマリウム、ガドリニ
ウム、ジスプロシウム、アクチニド系列ではプロトアク
チニウム、ウラン、ネプツニウム、プルトニウム等が挙
げられる。
このようなヒドロキサム酸化合物の重金属吸着特性を活
かし9例えば海水中のウランを吸着採取したり、排水中
に溶存する微量の金属イオンを吸着回収するための吸着
剤として利用するには、ヒドロキサム酸化合物を安定な
親水性の高分子中に導入固定化することが必要である。
このようなヒドロキサム酸橘造を固定化した高分子とし
てポリアクリルヒドロキサム酸が知られ。
この樹脂が銅イオンなどの金属イオンに対して良 ゛好
な吸着捕集能を有することも知られている〔W。
Kern、 R,C−5chulz、 Angew、 
Chem 、 、 69 s 153 (1957)。
山本隆−他、王化、70  (5)、152 (196
7)参照〕。 このポリアクリルヒドロキサム酸はポリ
アクリルエステルにヒドロキシルアミンを反応させて製
造されるが、その反応は必らずしも円滑に進行するもの
ではなく、ヒドロキサム酸が形成されるはずのエステル
部がかなり残存し、高い吸着能を有するキレート樹脂を
形成させることは困ガ2である。
エステルとヒドロキシルアミンとの反応を促進するため
に、より活性なエステルであるマロン酸ジエステル残基
をポリスチレン樹脂に導入し、これをヒドロキシルアミ
ンで処理することにより。
ヒドロキサム酸残基の導入を容易にする方法が提案され
ている(特開昭 59−84907号公報)。
しかし、この方法ではエステルの加水分解が平行して起
こり、カルボン酸残基が生成する上、得られた樹脂の親
水性が十分でないという問題点を有している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、このようなヒドロキサム酸残基を高分子中に
導入固定する方法の従来の問題点を克服し、カルボン酸
の副生を伴なうことなく、できるだけ多(のヒドロキサ
ム酸残基が導入され、しかも、親水性に富んだキレート
樹脂を得ることを目的とする。
本発明者は、高分子に結合したエステル基と親水性の高
いヒドロキシルアミンを反応させるために、高分子自体
が高い親水性を持つことが望ましいこと、また、この反
応が塩基性触媒下で促進されることなどに着目し、これ
らの点を満足する高分子としてポリエチレンイミンを選
んで鋭意研究を重ねた結果、高い導入率でヒドロキサム
酸残基を含有する高親水性キレート樹脂及びその製法を
見い出し9本発明をなすに至った。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、架橋ポリエチレンイミン系高分子化合物にア
クリル酸エステルを反応させて、側鎖にプロピオン酸エ
ステル残基を有するポリエチレンイミン誘導体とし2次
いで、これにヒドロキシルアミンを反応させることを特
徴とする。
式 %式% で表わされるヒドロキサム酸残基を側鎖に有する架橋ポ
リエチレンイミン系高分子化合物より成る新規なキレー
ト樹脂及びその製法を提供するものである。
本発明のキレート樹脂は、ポリエチレンイミン鎖の窒素
原子にプロピオニルヒドロキサム酸が結合した構造を有
し、配位子として有効な脂肪族三級アミンが保存されて
いる。したがって、アミン窒素はヒドロキサム酸残基と
協同的に作用して金属イオンとキレート結合するのに適
しており、キレート形成能を向上する上でも有効な役割
を果たす。しかも、水溶性のポリエチレンイミンを素材
としているために、このキレート樹脂は高い親水性を有
しており、キレート形成速度が高いという特性も合わせ
持っている。
本発明のキレート樹脂を製造するために必要な前駆体で
ある架橋ポリエチレンイミン系高分子化合物をはじめに
説明する。架橋ポリエチレンイミン系高分子化合物とし
ては、架橋ポリスチレンにポリエチレンイミンをグラフ
ト重合させて得られる樹脂や適当な架橋剤で架橋不溶化
された直鎖状または分岐状のポリエチレンイミンを用い
ることができる。これらは粒状、粉状、膜状、繊維状な
どに賦形化した状態で用いる。粒状の架橋ポリエチレン
イミン高分子化合物を製゛造する方法の一つとして、市
販のポリエチレンイミン水溶液を逆相−懸濁させて架橋
させるも゛のがある。すなわち、水と混合しない有機溶
媒中にポリエチレンイミン水溶液を懸濁させ、これを撹
拌して粒状に分散させた状態でメチレンビスアクリルア
ミドなどの架橋剤を添加し、架橋不溶化した粒状樹脂を
得る方法である。こうして得た架橋ポリエチレンイミン
高分子化合物をアルコールで洗浄したものは、直ちに次
の反応に用いることができる。
次に、ヒドロキサム酸残基を導入するために必要なエス
テル残基を持つポリエチレンイミン高分子化合物につい
て説明する。このためには、ポリエチレンイミンの一級
及び二級のアミノ基への。
α、β−不飽和カルボン酸エステルの付加反応が好適で
ある。と(に、α、β−不飽和カルボン酸エステルとし
ては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル
酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2−ヒドロ
キシエチル、アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、アク
リル酸2−メトキシエチル、アクリル酸ベンジル、アク
リル酸テトラヒドロフルフリルなどのアクリル酸エステ
ル力竿反応性、入手しやすさなどの点で最も望ましい。
分散媒としては、アミン及び不飽和カルボン酸エステル
と反応しないものであればいかなるものでもよいが、架
橋ポリエチレンイミンとα、β−不飽和カルボン酸との
反応は非常に効率良(進行するので、水やメタノールあ
るいはエタノールを用いることができる。さらにまた、
ポリエチレンイミンの水溶液を逆相懸濁で架橋させたも
のは。
架橋反応終了後、引き続きα、β−不飽和カルボン酸エ
ステルを添加して反応させることができる。
この場合には、架橋ポリエチレンイミンは水によって膨
潤状態にあるので、水溶性のアクリル酸エステル、たと
えば、アクリル酸2−ヒドロキシエチルを用いることが
好適である。通常9反応温度は室温程度で良いが、溶媒
の沸点程度まで上昇し。
反応を促進させても良い。反応時間は反応温度にもよる
が9通常5時間から30時間の範囲である。
このようにして得たプロピオン酸エステル残基で置換さ
れた架橋ポリエチレンイミン高9分子化合物をヒドロキ
シルアミンを含む溶媒中に懸濁し。
室温から溶媒の沸点までの範囲の温度で1日〜5右間反
応させる。溶媒としてメタノールやエタノールがとくに
好ましいが、水あるいは、含水有機溶媒をも用いること
ができる。この反応を促進させるために、アルコラード
や水酸化アルカリが有効であるが、架橋ポリエチレンイ
ミン自身が触媒として有効な三級アミノ基を内蔵してお
り、上記の触媒の不存在下でもヒドロキサム酸化は円滑
に進行する。また、その方が、エステルの加水分解を防
止できるので高収率で9式 %式% で表わされるプロピオニルヒドロキサム酸残基を。
導入す゛ることができる。
この方法によれば、ポリアクリル酸エステルにヒドロキ
シルアミンを反応させる場合よりもはるかに高い反応率
でエステルをヒドロキサム酸に変換することができる上
、カルボン酸の副生が防止される。
〔発明の効果〕
本発明で得られるヒドロキサム酸残基を側鎖に持つ架橋
ポリエチレンイミン系高分子化合物からなるキレート樹
脂は、前述の各種金属イオンに対し優れた吸着能を有し
9例えば海水中に数ppb程度しか存在しない極めて低
い濃度のウランを高い効率で吸着捕集することができ、
その他の微量の有価金属2例えばコバルト、ニッケル、
銅、亜鉛、ストロンチウムなども効率よ(吸着捕集し。
これらを容易に分離回収することができるので。
金属イオン吸着回収用として極めて有用な吸着剤である
以下に、実施例によってさらに具体的に説明するが、こ
れらの説明に限定されるのではない。
実施例 コンデンサー及び撹拌機を組み込んだ200 crn3
三ツロフラスコにヘキサン90cm3と四塩化炭素55
cm3を取り、撹拌しながらソルビタンモノオレート(
SPAN80)を数滴加えた後、3096ポリ工チレン
イミン水溶液100m3を加えた。氷冷して撹拌2しな
がら、メタノール3.5 cm3  とイオン交換水(
以下水と言う)3.0cm3の混合溶液に溶解したN、
N’−メチレンビスアクリルアミド0.538gの溶液
を加えた。約30分間水冷下で撹拌した後、60’Cで
7時間撹拌を続けた。反応終了後、生成した架橋ポリエ
チレンイミン(CPEI)の粒状物を濾過して集め、ソ
ックスレー抽出器を用いてメタノールで、続いてヘキサ
ンで各々18〜24時間洗浄した。40℃で真空乾燥し
て粒状の架橋ポリエチレンイミンを得た。収率はほぼ定
量的であった。
200 cm3三角フラスコに架橋ポリエチレンイミン
1.859gを取り、−晩メタノールに浸せきしてから
余分のメタノールをデカントにより除いた。
アクリル酸2−ヒドロキシエチル7、ag(エチレンイ
ミン単位の約2倍のモル量)をメタノール6.1cm3
に溶かし、これに少量の2,2′−メチレンビス(6−
tttrt−ブチル−p−クレゾール)を加えた溶液を
、上記の架橋ポリエチレンイミンに少量ずつ添加し、添
加後暗所で時々振とうしながら8日間放置した。反応終
了後粒状樹脂を濾過して集め。
ソックスレー抽出器を用いてメタノールで一晩洗浄した
。40℃で真空乾燥することにより、アクリル酸ヒドロ
キシエチルが付加したポリエチレンイミンビーズを得た
。付加率は重量増加によって求めたところ60モル%で
あった。
100cm3の三ツロフラスコにアクリル酸2−ヒドロ
キシエチルを付加させた架橋ポリエチレンイミン1.8
3gを取り、テトラヒドロフラン10 cm3を加えて
一晩放置した。これに冷却器および撹拌機を取りつけ室
温で撹拌した。別の200 cm3三つロフラスコに冷
却器を取りつけ、磁気撹拌しながらメタノール50cm
3に金属ナトリウム1.2g を少量ずつ加えてす) 
IJウムメトキシド溶液を調製した。これに塩酸ヒドロ
キシルアミン5.0gの50cmgメタノール溶液を滴
下ロートでゆっくり滴下した。約一時間撹拌してから生
成した塩化す) IJウムを濾過して除去し、濾液をエ
バポレータで濃縮した。濃縮したヒドロキシルアミン溶
液を上記の樹脂を入れた三つロフラスコ内にゆっ<す滴
下して加え、約一時間室温で撹拌しながら反応させてカ
Jlp40°Cに加温して70時間反応させた。反応終
了後樹脂を濾過して集め、メタノール、水、メタノール
の順に、充分洗浄した。室温で真空乾燥することにより
、ヒドロキサム酸化された樹脂を得た。重量減少により
求めたヒドロキサム酸の量は、約3.3 rrrnol
 / gであった。
こうして得たヒドロキサム酸残基を有するポリエチレン
イミン樹111. 銅、  コバルト、ニッケルなどの
水溶液に浸漬すると、直ちに金属錯体に特有の呈色を示
す。また9粒径0.5〜1 mmのこの樹脂50 mg
を海水21中に懸濁し、1日に2回この海水を取りかえ
たところ、4日後に16.3μg/gのウランが吸着さ
れていた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 式 ▲数式、化学式、表等があります▼ で表わされるヒドロキサム酸残基を側鎖に有する架橋ポ
    リエチレンイミン系高分子化合物より成る、新規なキレ
    ート樹脂。 2 架橋ポリエチレンイミン系高分子化合物にアクリル
    酸エステルを反応させて、側鎖にプロピオン酸エステル
    残基を有するポリエチレンイミン誘導体とし、次いでこ
    れにヒドロキシルアミンを反応させることを特徴とする
    、 式 −CH_2CH_2CONHOH で表わされるヒドロキサム酸残基を側鎖に有する架橋ポ
    リエチレンイミン系高分子化合物より成る、新規なキレ
    ート樹脂の製法。
JP18708085A 1985-08-26 1985-08-26 金属キレート形成能を有する架橋ポリエチレンイミン系高分子化合物の製法 Granted JPS6248725A (ja)

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JPH0420932B2 JPH0420932B2 (ja) 1992-04-07

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