JPWO2012133537A1 - 混合物の分離方法及び分離装置 - Google Patents

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Abstract

混合物に含まれる粒子の凝集が抑制され、従来方法と比較して支持液体の蒸留処理に必要なエネルギーが小さく、従来方法では分離できない粒子を含む混合物から当該粒子を分離できる混合物の分離方法及び分離装置を提供する。
本発明の分離方法及び分離装置は、形成物質が異なる複数種類の粒子を含む混合物に、磁場勾配を有する磁場を支持液体中にて印加することで、複数種類の粒子を種類ごとに分離する。或いは、本発明の分離方法及び分離装置は、このような混合物から特定種類の粒子を分離する。支持液体は、１又は複数種の常磁性化合物が有機溶媒に溶解した有機溶媒溶液である。複数種類の粒子には、無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物の粒子が含まれる。有機溶媒は、アルコール、エーテル、ニトリル、ケトン、エステル、アミド、スルホキシド、ハロメタン、及び炭化水素溶媒からなる群から選択されてよい。

Description

本発明は、複数種類の粒子を含む混合物を勾配磁場を利用して粒子の種類ごとに分離する、又は当該混合物から特定の種類の粒子を分離する混合物の分離方法及び分離装置に関する。
磁場勾配を有する磁場(以下、「勾配磁場」)による磁気アルキメデス効果を用いて、物質を支持液体中に浮遊又は浮揚させることは知られている。例えば、下記の特許文献１と非特許文献１には、磁気アルキメデス効果を用いて複数種類のプラスチック粒子からなる混合物を粒子の種類ごとに分離する方法が開示されている。
特開２００２−５９０２６号公報
木村恒久、間々田祥吾「化学と教育 ５０巻４号」、第２６４〜２６５ページ、日本化学会、２００２年
特許文献１と非特許文献１には、支持液体として常磁性無機塩の水溶液を使用できる旨が述べられており、塩化マンガン水溶液を使用して混合物を分離した結果が、具体的に開示されている。しかしながら、小さい粒子は、塩化マンガン水溶液などの常磁性無機塩の水溶液中にて凝集を起こしやすい。このような凝集は、混合物の粒子が小さいと、種類が異なる粒子からなる凝集物を発生させて、混合物の分離精度を悪化させる恐れがあるので、勾配磁場と支持液体を用いた混合物の分離では好ましくない。
水の蒸発潜熱と比熱容量(２０℃)は夫々、５３９ｋｃａｌ/ｇ及び０．９９８６ｋｃａｌ/ｇ℃であって、有機溶媒の蒸発潜熱と比熱容量と比較して大きい。故に、勾配磁場を用いた混合物の分離において、支持液体として塩化マンガン水溶液などの常磁性無機塩の水溶液を使用する場合、使用済みの支持液体を蒸留して、リサイクルや回収のために塩化マンガンなどの無機塩やその他の溶解物を回収する際に、大きなエネルギーが必要とされる。
特許文献１と非特許文献１では、非水溶性である複数種類のプラスチック粒子からなる混合物が分離されている。しかしながら、混合物に含まれる粒子が支持液体に完全に、又はほとんど溶解してしまうと、勾配磁場を印加して当該粒子を分離、さらには回収することは困難である。産業廃棄物、特に焼却灰には、塩化カリウムや塩化ナトリウムなどの無機酸塩類の粒子が含まれている。無機酸塩類の粒子は、水溶性であって、常磁性無機塩の水溶液に完全に、又はほとんど溶解してしまう。故に、特許文献１及び非特許文献１に開示されているように常磁性無機塩の水溶液を支持液体として使用すると、このような水溶性の粒子を含む混合物を勾配磁場を用いて分離回収することは困難である。
本発明は、以上の問題を解決するものであり、混合物に含まれる粒子の凝集が抑制され、支持液体の蒸留処理に必要なエネルギーが小さく、従来方法では分離回収できない粒子を含む混合物から当該粒子を分離回収できる混合物の分離方法及び分離装置を提供する。
本発明の混合物の分離方法は、形成物質が異なる複数種類の粒子を含む混合物に、磁場勾配を有する磁場を支持液体中にて印加することで、前記複数種類の粒子を種類ごとに分離する、又は、前記混合物から特定種類の粒子を分離する混合物の分離方法において、前記支持液体は、１又は複数種の常磁性化合物が有機溶媒に溶解した有機溶媒溶液であり、前記複数種類の粒子には、無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物の粒子が含まれることを特徴とする。
本発明の混合物の分離装置は、形成物質が異なる複数種類の粒子を含む混合物に、磁場勾配を有する磁場を支持液体中にて印加することで、前記複数種類の粒子を粒子の種類ごとに分離する、又は、前記混合物から特定種類の粒子を分離する混合物の分離装置において、前記支持液体を貯留する分離槽と、前記分離槽内に前記混合物を導入する導入手段と、前記磁場を生成する磁場生成手段とを備えており、前記支持液体は、１又は複数種の常磁性化合物が有機溶媒に溶解した有機溶媒溶液であり、前記複数種類の粒子には、無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物の粒子が含まれており、前記磁場の磁場勾配は、鉛直成分を、又は、鉛直成分に加えて水平成分を有していることを特徴とする。
本発明において、前記有機溶媒は、アルコール、エーテル、ニトリル、ケトン、エステル、アミド、スルホキシド、ハロメタン、及び炭化水素溶媒からなる群から選択された有機溶媒であってよい。
本発明において、前記有機溶媒は、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉｓｏ−プロパノール、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、アセトン、酢酸エチル、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジクロロメタン、ヘキサン、及びトルエンからなる群から選択された有機溶媒であってよい。
本発明において、前記１又は複数種の常磁性化合物の各々は、常磁性無機塩、常磁性有機フリーラジカル、及び常磁性有機化合物錯体からなる群から選択された常磁性化合物であってよい。
本発明において、前記１又は複数種の常磁性化合物の各々は、塩化マンガン(ＭｎＣｌ２)、塩化コバルト(ＣｏＣｌ２)、塩化鉄(ＦｅＣｌ２)、硝酸ジスプロシウム（ＤｙＮ３Ｏ９）、硝酸テルビウム(ＴｂＮ３Ｏ９)、硝酸ガドリニウム(ＧｄＮ３Ｏ９)、硝酸ホルミウム(ＨｏＮ３Ｏ９)、硝酸コバルト(ＣｏＮ２Ｏ６)、２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−1−オキシルフリーラジカル、オクチル酸コバルト、フタロシアニン鉄(ＩＩ)、アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)、トリス(ジベンゾイルメタナト)鉄、及びＮ，Ｎ’−ビス(サリチリデン)エチレンジアミン鉄(ＩＩ)からなる群から選択された常磁性化合物であってよい。
本発明において、前記無機塩は、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属のリン酸塩、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ土類金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ土類金属の硝酸塩、アルカリ土類金属の硫酸塩、及び強酸のアンモニウム塩からなる群から選択された無機塩であってよい。
本発明において、前記有機酸塩は、有機カルボン酸又は有機スルホン酸のアルカリ金属塩であってよく、前記無機酸化物は、半金属元素の酸化物であってよく、前記高分子化合物は、ポリマー(プラスチックス)であってよい。
本発明において、前記磁場の前記磁場勾配は、鉛直成分を有しており、前記支持液体中にて前記混合物に前記勾配磁場を印加することで、前記支持液体中にて前記複数種類の粒子が種類ごとに異なる高さに配置されてよい。
本発明において、前記特定種類の粒子は、無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物の粒子であり、前記支持液体中にて前記混合物に前記勾配磁場を印加することで、前記支持液体中に浮遊してよい。
前記磁場の前記磁場勾配は、水平成分を有しており、前記支持液体中にて前記混合物に前記勾配磁場を印加することで、前記支持液体中にて前記複数種類の粒子が横に移動してよい。
本発明では、１又は複数種の常磁性化合物が有機溶媒に溶解した有機溶媒溶液が支持液体として用いられているので、塩化マンガン水溶液などの常磁性無機塩の水溶液を支持液体として使用した場合と比較して、支持液体中の粒子の凝集が抑制される。本発明では、１又は複数種の常磁性化合物が有機溶媒に溶解した有機溶媒溶液が支持液体として用いているので、常磁性無機塩の水溶液を支持液体として使用した場合と比較して、支持液体の蒸留処理に必要なエネルギーが小さい。さらに、本発明は、このような有機溶媒溶液を支持液体として用いているので、従来方法では支持液体に溶解して分離回収できない粒子を含む混合物から、当該粒子を分離回収することができる。
本発明の第１実施形態に係る混合物の分離装置の概要を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る混合物の分離装置の概要を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る混合物の分離装置の概要を示す説明図である。 本発明の第１０実施例にて、シリカガラス粒子とアルミナ粒子を含む混合物が種類ごとに分離した模様を示す写真である。 図５(ａ)及び(ｂ)は、本発明の第１４乃至第２６実施例の分離工程を模式的に示す説明図である。 図６(ａ)乃至(ｃ)は夫々、本発明の第１４乃至第１６実施例にて、混合物が種類ごとに分離した模様を撮影した写真である。 図７(ａ)乃至(ｃ)は夫々、本発明の第１７乃至第１９実施例にて、混合物が種類ごとに分離した模様を撮影した写真である。 図８(ａ)及び(ｂ)は夫々、本発明の第２０及び第２１実施例にて、混合物が種類ごとに分離した模様を撮影した写真である。 図９(ａ)乃至(ｃ)は夫々、本発明の第２２乃至第２４実施例にて、混合物が種類ごとに分離した模様を撮影した写真である。 図１０(ａ)及び(ｂ)は夫々、本発明の第２５及び第２６実施例にて、混合物が種類ごとに分離した模様を撮影した写真である。 本発明に係る第６実験例にて、支持液体中にナイロン６樹脂粒子が浮遊した模様を撮影した写真である。 本発明に係る第７実験例にて、支持液体中にポリプロピレン樹脂粒子が浮遊した模様を撮影した写真である。 本発明に係る第１５実験例にて、支持液体中に塩化カリウム粒子が浮遊した模様を撮影した写真である。
以下、本発明の実施形態について詳述する。本発明は、勾配磁場を用いた混合物の分離方法であり、混合物が入れられる支持液体として、１又は複数種の常磁性化合物が有機溶媒に溶解した有機溶媒溶液を使用しており、分離処理される混合物には、無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物の粒子が含まれている。
例えば、本発明で分離される混合物に含まれる無機塩の粒子は、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属のリン酸塩、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ土類金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ土類金属の硝酸塩、アルカリ土類金属の硫酸塩、及び強酸のアンモニウム塩からなる群から選択された物質で形成された粒子であってよい。アルカリ金属のハロゲン化物としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化セシウム、塩化リチウムなどがある。アルカリ金属のリン酸塩としては、リン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウムなどがある。アルカリ金属の炭酸塩としては、炭酸ナトリウムなどがある。アルカリ土類金属のハロゲン化物としては、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化バリウム、臭化バリウムなどがある。アルカリ土類金属の炭酸塩、硝酸塩や硫酸塩としては、炭酸カルシウム、硝酸カルシウム、硫酸マグネシウムなどがある。強酸のアンモニウム塩としては、硫酸アンモニウムなどがある。
例えば、本発明で分離される混合物に含まれる有機酸塩の粒子は、有機カルボン酸又は有機スルホン酸のアルカリ金属塩で形成された粒子であってよい。有機カルボン酸又は有機スルホン酸のアルカリ金属塩には、酢酸ナトリウム、オクタン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、１−ヘプタンスルホン酸ナトリウムなどがある。
例えば、本発明で分離される混合物に含まれる無機酸化物の粒子は、半金属元素の酸化物で形成された粒子であってよい。半金属元素の酸化物には、二酸化ケイ素、酸化アルミニウムなどがある。
例えば、本発明で分離される混合物に含まれる高分子化合物の粒子は、ポリマー(プラスチックス)で形成された粒子であってよい。ポリマーには、ポリプロピレン樹脂やナイロン６樹脂などがある。
分離される混合物に含まれる粒子の種類の数は、２以上であればよく、本発明において限定されない。混合物に含まれる少なくとも一種の粒子を形成する物質が、無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物であってよく、例えば、混合物は、複数種類の無機塩の粒子や複数種類の有機酸塩の粒子で構成されてよい。本発明の作用効果が得られる限りにおいて、本発明で処理される混合物には、無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物で形成された粒子に加えて、これらとは異なる種類の物質で形成された粒子が含まれてもよい。粒子が種類ごとに分離される、又は混合物から所望の種類の粒子が分離されるならば、例えば、銅などの反磁性金属や鉄などの強磁性金属で形成された粒子が本発明で分離される混合物に含まれていてもよい。
本発明において、混合物に含まれる粒子の大きさや粒径は限定されないが、粒子の分離精度に影響を与えないような大きさや粒径にされるのが好ましい。粒子の大きさや粒径は、数十ミクロン〜数センチ程度にされるであろう。本発明において、粒子の形状は限定されない。混合物に含まれる粒子の形状や大きさは均一でなくともよい。例えば、混合物は、廃棄物の塊を破砕して生成されてもよい。
本発明では、支持液体中の混合物に磁場勾配(磁束密度勾配)を有する磁場(磁束密度)を印加することで、混合物に含まれる粒子が種類ごとに分離される。または、本発明では、支持液体中の混合物に磁場勾配を有する磁場を印加することで、混合物から特定の種類の粒子が分離される。
支持液体中の粒子に、鉛直方向(ｚ方向)の磁場勾配を有する磁場を印加すると、鉛直方向に沿って粒子に働く単位体積あたりの力Ｆｚは、以下の式で与えられる(ｚは、鉛直下向きを正とする)。
Ｆｚ＝(ρｉ−ρｆ)ｇ＋(χｉ−χｆ)Ｂ∂Ｂ／∂ｚ／μ０
ここで、Ｂは磁場(磁束密度)、ｇは重力加速度、ρｉは粒子の密度、ρｆは支持液体の密度、χｉは粒子の磁化率(体積磁化率)、χｆは支持液体の磁化率(体積磁化率)、μ０は真空中の透磁率であり、添字ｉは、粒子の種類を示す正の整数である。Ｆｚが負である場合、粒子は支持液体中にて上昇し、Ｆｚが正である場合、粒子は支持液体中にて下降する。Ｆｚがゼロである場合、磁気アルキメデス効果によって、粒子は、鉛直方向のある位置又は高さに安定に浮遊する。
（ρｉ−ρｆ)＞０である場合(つまり、勾配磁場が印加されないと、粒子が支持液体中にて下降する場合)、(χｉ−χｆ)＜０となるように支持液体を選択又は調製し、磁場と磁場勾配の積(Ｂ∂Ｂ／∂ｚ)を正で大きくすると(例えば、鉛直下向きに移動するにつれて磁場が増加する勾配磁場を支持液体中の粒子に印加すると)、Ｆｚを負にして、支持液体中にて粒子を上昇させることができる。Ｆｚがゼロになる高さに至ると、粒子は、その高さにて安定に浮遊する。なお、Ｆｚがゼロになる高さが、支持液体の液面の高さを越える場合には、粒子は、支持液体の液面に浮遊する。
（ρｉ−ρｆ)＜０である場合(つまり、勾配磁場が印加されないと、粒子が支持液体の液面に浮上する場合)、(χｉ−χｆ)＜０となるように支持液体を選択又は調製し、磁場と磁場勾配の積を負で大きくすると(例えば、鉛直下向きに移動するにつれて磁場が減少する勾配磁場を支持液体中の粒子に印加すると)、Ｆｚを正にして、支持液体中にて粒子を下降させることができる。Ｆｚがゼロになる高さに至ると、粒子は、その高さにて安定に浮遊する。なお、Ｆｚがゼロになる高さが、支持液体を貯留する槽の底面又はそれより下である場合には、粒子は、その底面に沈殿する。
本発明で分離される混合物の粒子の体積磁化率(ＳＩ単位系)は、−９×１０−６〜−１×１０−３なる範囲内であるのが好ましく、密度(比重)は、０．７〜２０ｇ／ｃｍ３なる範囲内であるのが好ましい。
Ｆｚがゼロとなり、磁気アルキメデス効果によって粒子が安定に浮遊する高さ又は位置は、粒子の物性、つまり、粒子の密度ρｉと体積磁化率χｉに応じて異なる。故に、磁気アルキメデス効果を利用して、複数種類の粒子を種類ごとに異なる高さ(支持液体の液面及び槽の底面も含む)に分離することができる。勾配磁場がないと支持液体で沈殿又は沈降する特定の種類の粒子を、支持液体中にて浮遊させて混合物(その他の種類の粒子)から分離することができる。また、勾配磁場がないと支持液体の液面に浮遊する特定の種類の粒子を、支持液体中にて液面より低い位置に浮遊させて、又は底面に沈殿させて混合物から分離することができる。
本発明で使用される(勾配)磁場の磁場勾配は、鉛直方向(ｚ方向)の成分に加えて水平方向(ｘ方向)の成分を有していてもよい。水平方向に沿って粒子に働く単位体積あたりの力Ｆｘは、以下の式で与えられる。
Ｆｘ＝(χｉ−χｆ)Ｂ∂Ｂ／∂ｘ／μ０
水平方向の力Ｆｘが働くことで、支持液体中にて粒子は横方向に移動する。磁場勾配が鉛直成分と水平成分とを有しており、横方向への粒子の移動に伴ってＦｚがゼロとなる高さが変化する場合、鉛直方向について磁気アルキメデス効果が維持されるように支持液体中の粒子の高さは変化し得る。例えば、勾配磁場が印加された分離槽内の支持液体に混合物を投入した場合、支持液体中の粒子の軌跡は、粒子の種類に応じて異なり得る。水平方向の力Ｆｘを利用して、回収場所に粒子を移動させると共に、粒子の分離を促進することができる。例えば、水平方向の力Ｆｘを利用して、分離槽内にて仕切られた個々の領域に、粒子を種類ごとに導くことができる。
本発明の作用効果が得られる限りにおいて、粒子に印加する勾配磁場の大きさや向きは限定されない。本発明の作用効果が得られる限りにおいて、勾配磁場を生成する手段は限定されず、永久磁石、常伝導電磁石、超伝導バルク磁石、又は超伝導電磁石が使用されてよい。印加する勾配磁場は、複数の磁石が生成する磁場を合成することで与えられてもよい。また、例えば、粒子に印加する勾配磁場は、鉛直軸回りに回転対称性を有していてよい(このような勾配磁場は、例えば、円柱状又は円盤状のバルク磁石やソレノイドコイルを用いた電磁石を用いて生成できる)。この場合、磁場勾配の水平方向は、磁場又は磁石の中心軸に垂直な径方向となる。
本発明で処理される混合物に、無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物の粒子に加えて、鉄などの強磁性体で形成された粒子が含まれる場合、強磁性体の粒子は、磁場を生成する手段、つまり磁石の磁極に向かって吸引されるであろう。この場合、無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物の粒子が支持液体中に浮遊することで、当該粒子と、強磁性体の粒子とが分離できる。
本発明では、支持液体として、１又は複数種の常磁性化合物が有機溶媒に溶解した有機溶媒溶液が使用される。常磁性化合物が溶解する有機溶媒としては、アルコール、エーテル、ニトリル、ケトン、エステル、アミド、スルホキシド、ハロメタンや炭化水素溶媒などがある。
アルコール、つまりアルコール系溶媒としては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉｓｏ−プロパノール、エチレングリコールなどがある。エーテル、つまりエーテル系溶媒としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(ＴＨＦ)などがある。ニトリル、つまりニトリル系溶媒としては、例えば、アセトニトリルがある。ケトン、つまりケトン系溶媒としては、例えば、アセトンがある。エステル、つまりエステル系溶媒としては、例えば、酢酸エチルがある。アミド、つまりアミド系溶媒としては、Ｎ−メチルピロリドン(ＮＭＰ)やＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドなどがある。スルホキシド、つまりスルホキシド系溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド(ＤＭＳＯ)がある。ハロメタン、つまりハロメタン系溶媒としては、例えば、ジクロロメタンがある。炭化水素溶媒としては、ヘキサンやトルエンなどがある。
(χｉ−χｆ)＜０となる支持液体を得るために、常磁性化合物が有機溶媒に溶解される。常磁性化合物は、常磁性無機塩、常磁性有機フリーラジカル、又は、常磁性有機化合物錯体から選択されてよい。なお、有機溶媒には、２種以上の常磁性化合物が溶解されてよい。
常磁性無機塩としては、塩化マンガン、塩化コバルト、塩化鉄、硝酸ジスプロシウム、硝酸テルビウム、硝酸ガドリニウム、硝酸ホルミウムや硝酸コバルトなどがある。常磁性有機フリーラジカルとしては、例えば、２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−1−オキシルフリーラジカル(ＴＥＭＰＯ)がある。常磁性有機化合物錯体としては、オクチル酸コバルト、フタロシアニン鉄(ＩＩ)、アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)、トリス(ジベンゾイルメタナト)鉄やＮ，Ｎ‘−ビス(サリチリデン)エチレンジアミン鉄(ＩＩ)などがある。
例えば、メタノールの蒸発潜熱(室温２０℃における蒸発潜熱、以下同様)は２６４ｋｃａｌ／ｇ、比熱容量(室温２０℃における比熱容量、以下同様)は０．５９９ｋｃａｌ／ｇ℃である。エタノールの蒸発潜熱は２０１ｋｃａｌ／ｇ、比熱容量は０．５６９ｋｃａｌ／ｇ℃である。ｉｓｏ−プロパノール(イソプロピルアルコール)の蒸発潜熱は１６３ｋｃａｌ／ｇ、比熱容量は０．６４８ｋｃａｌ／ｇ℃である。ジエチルエーテルの蒸発潜熱は８５ｋｃａｌ／ｇ、比熱容量は０．５５６ｋｃａｌ／ｇ℃である。テトラヒドロフランの蒸発潜熱は１１６ｋｃａｌ／ｇ、比熱容量は０．４１１ｋｃａｌ／ｇ℃である。アセトニトリルの蒸発潜熱は１９１ｋｃａｌ／ｇ、比熱容量は０．５３２ｋｃａｌ／ｇ℃である。酢酸エチルの蒸発潜熱は８８ｋｃａｌ／ｇ、比熱容量は０．４５９ｋｃａｌ／ｇ℃である。ジメチルスルホキシドの蒸発潜熱は１３１ｋｃａｌ／ｇ、比熱容量は０．４６９ｋｃａｌ／ｇ℃である。ジクロロメタンの蒸発潜熱は７９ｋｃａｌ／ｇ、比熱容量は０．２８８ｋｃａｌ／ｇ℃である。アセトンの蒸発潜熱は１２０ｋｃａｌ／ｇ、比熱容量は０．４８７ｋｃａｌ／ｇ℃である。ヘキサンの蒸発潜熱は８０ｋｃａｌ／ｇ、比熱容量は０．５４０ｋｃａｌ／ｇ℃である。トルエンの蒸発潜熱は８７ｋｃａｌ／ｇ、比熱容量は０．４０５ｋｃａｌ／ｇ℃である。このように、有機溶媒の蒸発潜熱と比熱容量は強固な水素結合を持つ水と比較して小さいことから、常磁性化合物が溶解した有機溶媒を支持液体として使用すると、従来技術と比較して、支持液体の蒸留処理の際に必要なエネルギーが少なくなる。
また、常磁性化合物が溶解した有機溶媒を支持液体として使用することで、支持液体中における粒子の凝集が抑制される。支持液体中における粒子の凝集が抑制されることで、凝集物の大きな塊や複数種類の粒子が混在した凝集物が生じることなく、単一種類の粒子が支持液体中にその粒子の種類に応じた高さに集まって浮遊する(又は沈殿する)。
常磁性化合物が溶解した有機溶媒を支持液体として使用することで、塩化マンガン水溶液などの常磁性無機塩の水溶液を支持液体として使用した場合には分離回収できない物質の粒子、無機塩(例えば、塩化カリウムや塩化ナトリウム)の粒子や有機酸塩(例えば、酢酸ナトリウム)の粒子が分離回収可能となる。
本発明の作用効果が得られる限りにおいて、支持液体における常磁性化合物の濃度、つまり常磁性化合物の有機溶媒溶液の濃度は限定されず、処理対象となる混合物や分離される粒子の種類に応じて、或いは使用する有機溶媒の種類に応じて、適宜調製されてよい。また、常磁性化合物の有機溶媒溶液の濃度は、印加する勾配磁場に応じて、適宜調製されてよい。また、支持液体の体積磁化率χｆを大きくするために、常磁性化合物の有機溶媒溶液の濃度は、飽和濃度にされてもよい。
例えば、常磁性化合物として塩化マンガンが使用され、有機溶媒としてメタノールが使用される場合、支持液体における塩化マンガンの濃度、つまり塩化マンガンのメタノール溶液の濃度は、１〜４０ｗｔ％(飽和濃度)にされてよい。さらには、塩化マンガンのメタノール溶液の濃度は、２０〜４０ｗｔ％にされるのが好ましい。なお、本発明において、有機溶媒に溶解した常磁性化合物と比較して僅かな量の混合物が有機溶媒に溶解してもよく、又は、当該混合物に含まれるある種の物質が僅かに有機溶媒に溶解してもよい。特定の種類の粒子を混合物から分離回収する場合には、それ以外の粒子の中で有機溶媒に溶解するものがあってもよい。
本発明を用いて分離される混合物には、塩化マンガンなどの常磁性化合物で形成された粒子が含まれてもよく、本発明を用いて、常磁性化合物の粒子とその他の種類の粒子とが種類ごとに分離され、又は、常磁性化合物の粒子が混合物から分離されてもよい。この場合、支持液体として使用する常磁性化合物の有機溶媒溶液の濃度は、飽和濃度又はほぼ飽和濃度にされるのが好ましい。
以下、本発明の実施形態に係る混合物の分離装置について、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態である混合物の分離装置の概要を示す説明図である。第１実施形態の分離装置(1)は、形成物質が異なる２種類の物質の粒子を含む混合物を粒子の種類ごとに分離するものである。図１では、一方の種類の粒子(以下、第１粒子)が●で、他方の種類の粒子(以下、第２粒子)が○で示されている。第１粒子及び第２粒子の少なくとも一方は、無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物で形成されており、第１粒子と第２粒子の密度及び/又は磁化率は異なっている。
分離装置(1)は、混合物が懸濁又は分散した支持液体(１又は複数種の常磁性化合物が有機溶媒に溶解した有機溶媒溶液)を貯留する貯槽(21)を備えている。貯槽(21)に貯留されている支持液体は、支持液体を貯留する分離槽(11)に循環ポンプ(41)を介して送られる。循環ポンプ(41)から分離槽(11)に至る流路には第１バルブ(51)が設けられている。循環ポンプ(41)から分離槽(11)に至る流路は、第１バルブ(51)の上流側にて分岐しており、分岐した流路は、第２バルブ(53)を介して貯槽(21)に戻るように構成されている。分離装置(1)が混合物の分離処理を行わない場合には、第１バルブ(51)が閉に、第２バルブ(53)が開にされて、支持液体は分離処理されることなく、貯槽(21)、循環ポンプ(41)及び第２バルブ(53)を通って循環する。
分離装置(1)が混合物の分離処理を行う場合、第２バルブ(53)が閉に、第１バルブ(51)が開にされて、混合物を含む支持液体が、貯槽(21)から分離槽(11)に導入される。分離槽(11)の外側には、支持液体中の粒子に印加する勾配磁場を生成する磁場生成手段である電磁石(61)が設けられている。本実施例では、電磁石(61)はソレノイドコイルを用いた超伝導電磁石であって、例えば、磁場勾配が鉛直成分を有する鉛直方向に沿った磁場を生成する(磁場は、分離槽(11)の液面から下がるほど大きくなる)。支持液体中の第１粒子と第２粒子は、勾配磁場が印加されることによって、分離槽(11)にて、鉛直方向について異なる高さ又は位置に分離される。分離槽(11)は、プラスチックや非磁性金属(例えば、非磁性のステンレス鋼)などの非磁性材料を用いて作製されるのが好ましい。
分離槽(11)には、第１粒子を回収するための第１吸引管(71)と、第２粒子を回収するための第２吸引管(73)とが設けられている。第１吸引管(71)の一端は、分離槽(11)における第１粒子の浮遊高さに合わせて配置されている。第１吸引管(71)の他端側は、流路を介して第１吸引ポンプ(43)に接続されており、分離された第１粒子は、支持液体と共に第１吸引管(71)に吸引されて、第１吸引ポンプ(43)の下流側に設けられた第１粒子用貯槽(23)に送られる。第２吸引管(73)の一端は、分離槽(11)における第２粒子の浮遊高さに合わせて配置されている。第２吸引管(73)の他端側は、流路を介して第２吸引ポンプ(45)に接続されている。分離された第２粒子は、支持液体と共に第２吸引管(73)に吸引されて、第２吸引ポンプ(45)の下流側に設けられた第２粒子用貯槽(25)に送られる。第１粒子用貯槽(23)内の第１粒子と、第２粒子用貯槽(25)内の第２粒子とは、図示を省略した回収手段(例えば、濾過装置)を用いて、支持液体から取り出される。
第３バルブ(55)を介して分離槽(11)から貯槽(21)に至る流路が設けられており、第１粒子及び第２粒子を含まない支持液体が、分離槽(11)から貯槽(21)に戻される。分離装置(1)が混合物の分離処理を行わない場合には、第３バルブ(55)は閉にされる。混合物の分離処理中、分離槽(11)に入る支持液体の流量と、分離槽(11)から出る支持液体の流量とは同じにされて、分離槽(11)内の支持液体の液面の高さ、又は、分離槽(11)内に貯留する支持液体の量は一定にされる。貯槽(21)内の支持液体には、処理される混合物が適宜投入されてよく、図示を省略した貯蔵タンクから、支持液体が貯槽(21)に適宜補充されてよい。
混合物が２種類の物質の粒子を含む場合を例として説明したが、第１粒子及び第２粒子とは形成物質が異なる１又は複数種類の粒子がさらに混合物に含まれてもよい。この場合、第１実施形態の分離装置(1)に、これら１又は複数種類の物質の粒子の各々について、吸引管や貯槽などが設けられる。ある種類の粒子は、分離槽(11)内の支持液体の液面に浮遊してよく、又は、分離槽(11)の底面に沈殿してもよい。
第１実施形態の分離装置(1)は、特定種類の粒子を、特に無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物で形成された粒子を混合物から分離回収する目的で使用することができるのは明らかである。この場合、分離回収されない粒子については、吸引管、吸引ポンプや貯槽等を設ける必要はないであろう。特定種類の粒子を回収する場合には、当該特定種類の粒子以外の全て種類の粒子が、分離槽(11)の底面に沈殿し、又は、支持液体の液面に浮遊してもよい。
図２は、混合物の分離方法を実施するための分離装置の第２実施形態を示す説明図である。第２実施形態の分離装置(3)は、第１実施形態の分離装置(1)と同様に、第１粒子(●)と第２粒子(○)を含む混合物を粒子の種類ごとに分離するものである。第１粒子及び第２粒子の少なくとも一方は、無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物で形成されており、第１粒子と第２粒子の密度及び/又は磁化率は異なっている。
分離装置(3)は、混合物が懸濁した支持液体(１又は複数種の常磁性化合物が有機溶媒に溶解した有機溶媒溶液)が貯留される貯槽(27)を備えている。貯槽(27)に貯留された支持液体は、支持液体が貯留される分離槽(13)に循環ポンプ(47)を介して送られる。循環ポンプ(47)から分離槽(13)に至る流路は、当該流路に設けられた第１バルブ(57)の上流側にて分岐しており、分岐した流路は、第２バルブ(59)を介して貯槽(27)に戻る。分離装置(3)が混合物の分離処理を行わない場合には、第１バルブ(57)が閉に、第２バルブ(59)が開にされ、支持液体は、貯槽(27)、循環ポンプ(47)及び第２バルブ(59)を通って循環する。
分離装置(3)が混合物の分離処理を行う場合には、第２バルブ(59)が閉に、第１バルブ(57)が開にされて、混合物が懸濁した支持液体が、貯槽(27)から分離槽(13)に送られる。第２実施形態の分離装置(3)の分離槽(13)は、オーバーフロー型であって、内槽(13a)と外槽(13b)とを有している。内槽(13a)には、循環ポンプ(47)を介して貯槽(27)から支持液体が送られる。分離槽(13)は、非磁性材料を用いて作製されるのが好ましい。
分離装置(3)には、内槽(13a)に貯留された支持液体中の粒子に勾配磁場を印加する磁場生成手段である電磁石(63)が設けられている。本実施例では、電磁石(63)はソレノイドコイルを用いた超伝導電磁石であって、第１実施形態の分離装置(1)の電磁石(61)と同様な勾配磁場を生成する。電磁石(63)が生成する勾配磁場により、第２粒子は、支持液体の液面に浮遊し、第１粒子は、内槽(13a)の壁よりも低い高さに浮遊する(内槽(13a)の底面に沈殿してもよい)。なお、第２粒子の密度は小さく、勾配磁場が印加されなくとも支持液体の液面に浮遊してもよい。
内槽(13a)に導入された支持液体は、内槽(13a)の壁を越えて外槽(13b)に入るように構成されているので、支持液体の液面に浮遊した第２粒子は、支持液体と共に外槽(13b)に流れ込む。そして、第２粒子を含む外槽(13b)の支持液体は、第２粒子用貯槽(29)に送られる。内槽(13a)内の第１粒子は、第１実施形態の分離装置(1)と同じように吸引管(75)及び吸引ポンプ(49)を介して、第１粒子用貯槽(31)に送られる。貯槽(27)中の支持液体には、処理される混合物が適宜投入され、図示を省略した貯蔵タンクから、支持液体が貯槽(27)に適宜補充されてよい。第１粒子用貯槽(23)内の第１粒子と、第２粒子用貯槽(25)内の第２粒子とは、図示を省略した回収手段を用いて、支持液体から取り出される。
混合物が２種類の粒子を含む場合を例として説明したが、第１粒子及び第２粒子とは形成物質が異なる１又は複数種類の粒子がさらに混合物に含まれてもよい。この場合、追加される１又は複数種類の粒子と第１粒子とは、内槽(13a)内にて、異なる高さに浮遊し、第２実施形態の分離装置(3)には、１又は複数種類の物質の粒子の各々について、吸引管や貯留槽などが設けられる。
第２実施形態の分離装置(3)は、特定種類の粒子を、特に無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物で形成された粒子を混合物から分離回収する目的で使用することができるのは明らかである。この場合、特定種類の粒子以外の粒子が、内槽(13a)内の支持液体の液面に浮遊し、外槽(13b)に送られてもよい。また、分離回収されない幾つかの種類の粒子は、内槽(13a)に留められてもよい。
本発明の第１実施形態及び第２実施形態では、支持液体中の粒子に印加する勾配磁場を電磁石を用いて生成しているが、本発明は、バルク磁石や永久磁石を用いても実施可能である。図３は、本発明の第３実施形態である混合物の分離装置(5)の概要を示す鉛直断面図である。第３実施形態の分離装置(5)では、超伝導バルク磁石(65)を用いて勾配磁場を生成している。
超伝導バルク磁石(65)は、円盤状又は円柱状に形成されており、上側に配置された円状の磁極面上に略直方体状又は箱状の分離槽(15)が配置されている。超伝導バルク磁石(65)の中心軸Ｃは、鉛直に配置される。分離槽(15)内には、支持液体(１又は複数種の常磁性化合物が有機溶媒に溶解した有機溶媒溶液)が貯蔵されている。分離槽(15)は、その長手方向が超伝導バルク磁石(65)の磁極面の径方向に沿うように配置されており、分離槽(15)の一端側の壁部(15a)は、超伝導バルク磁石(65)の中心軸Ｃ付近に、分離槽(15)の他端側の壁部(15b)は、超伝導バルク磁石(65)の外縁付近に配置されている。分離槽(15)の幅は、分離槽(15)の長さや超伝導バルク磁石(65)の半径と比較してかなり短くされている。超伝導バルク磁石(65)に対する分離槽(15)の位置は、適宜調整されてよい。
壁部(15a)側、つまり、超伝導バルク磁石(65)の中心軸Ｃ側にて、混合物を投入するホッパー(17)が分離槽(15)の上部に設けられており、図３には、第１粒子(●で示す)及び第２粒子(○で示す)からなる混合物が、支持液体に投入される模様が例示されている(第１粒子と第２粒子については先の実施形態と同様)。超伝導バルク磁石(65)は、その中心軸Ｃについて軸対称な磁場を生成する。磁石(65)の磁極面から鉛直方向に沿って離れるにつれて、磁場は小さくなる。さらに、磁石(65)の中心軸Ｃから水平方向(径方向)に沿って離れるにつれて、磁場は小さくなる。故に、支持液体中の粒子に印加される磁場の磁場勾配は、鉛直成分に加えて水平成分を有しており、第１粒子と第２粒子は、径方向に沿って分離槽(15)の壁部(15b)に向かって移動する。
分離槽(15)の壁部(15b)に向かって移動するにつれて、磁気アルキメデス効果による釣り合い位置が変化することから、第１粒子と第２粒子の高さは変化する(低くなる)。第１粒子と第２粒子の物性(磁化率及び/又は密度)が異なることから、第１粒子と第２粒子は、分離槽(15)の壁部(15b)に向かって移動するにつれて、鉛直方向に離間する。分離槽(15)の壁部(15b)には、棚板(19)が水平に突設されている。水平移動した第１粒子は、棚板(19)に当たって、棚板(19)上に集められ、壁部(15b)に設けられた排出口に繋がれた第１吸引管(77)を用いて、支持液体と共に分離槽(15)から回収される。また、第２粒子は、壁部(15b)付近にて、分離槽(15)の底面上に集められ、壁部(15b)に設けられた排出口に繋がれた第２吸引管(79)を用いて、支持液体と共に分離槽(15)から回収される。図示を省略した管路を介して、分離槽(15)内には支持液体が供給され、分離槽(15)に貯留する支持液体の量は一定にされてよい。また、第１吸引管(77)及び第２吸引管(79)は間欠的に吸引を行って良く、この場合、分離槽(15)内には支持液体が適宜供給されてよい。
第１粒子は、棚板(19)に当たると、棚板(19)上を壁部(15b)に向かって移動し、第２粒子は、分離槽(15)の底面に当たると、該底面上を壁部(15b)に向かって移動する。例えば、第１吸引管(77)及び第２吸引管(79)が粒子(及び支持液体)を吸引していない場合には、これら粒子は、壁部(15b)まで至るか、支持液体の流体抵抗に抗じて移動できなくなると停止する。分離された第１粒子と第２粒子が、棚板(19)で仕切られることで、分離精度が向上し、これら粒子を個別に回収し易くなる。第１粒子と第２粒子は、壁部(15b)に至って、磁気アルキメデス効果により浮遊してもよく、この場合、棚板(19)は設けられなくともよい。
混合物が２種類の粒子を含む場合を例として説明したが、第１粒子及び第２粒子とは形成物質が異なる１又は複数種類の粒子がさらに混合物に含まれてもよい。この場合、追加された粒子の種類の各々に対応した棚板と吸引管が分離槽(15)に設けられてよい。
第３実施形態の分離装置(5)は、特定種類の粒子を、特に無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物で形成された粒子を混合物から分離回収する目的で使用することができるのは明らかである。この場合、例えば、分離回収される特定種類の粒子以外の粒子は、分離槽(15)の底面に集められてよい。
第３実施形態の混合物の分離装置(5)の分離槽(15)を円筒状に構成し、その円状の上面部の中心にホッパー(17)を配置し、さらに、分離槽(15)又はホッパー(17)の中心軸が、超伝導バルク磁石(65)の中心軸Ｃに重なるように、超伝導バルク磁石(65)の上に分離槽(15)を配置してもよい。この場合、環状の棚板(19)が分離槽(15)の壁部に内向きに突設される。このような変形が行われた第３実施形態の混合物の分離装置(5)では、ホッパー(17)を介して支持液体中に投入された第１粒子及び第２粒子は、支持液体中にて中心軸Ｃに垂直な方向に(つまり、磁石(65)の磁極端面の径方向に)移動しつつ下降する。つまり、支持液体に連続して投入された混合物の第１粒子及び第２粒子は、磁石(65)の中心軸Ｃから放射状に拡散することになる。
本発明の混合物の分離方法は、連続法とバッチ法の何れでも実施可能である。また、上記の実施形態では、混合物を分離槽に導入する導入手段として、貯槽(21)に繋がれた流路やホッパー(17)等が用いられているが、本発明の作用効果が得られる限りにおいて、混合物を分離槽に導入する導入手段は限定されない。
例えば、第１実施形態の分離装置(1)及び第２実施形態の分離装置(3)では、混合物の第１粒子は、塩化ナトリウムであり、第２粒子は塩化カリウムとされてよい(第１実施例などを参照)。例えば、混合物の第１粒子がステアリン酸ナトリウムであり、第２粒子がオクタン酸ナトリウムであるような場合(表１を参照)、電磁石(61)(63)は、分離槽(11)の上側に配置されて、鉛直方向に向いており、下向きに移動するにつれて減少する勾配磁場を生成するように構成されてよい。また、例えば、混合物の第１粒子が１−へプタンスルホン酸ナトリウムであり、第２粒子が酢酸カリウムであるような場合(表１を参照)、特許文献１の図１に示すような磁石が電磁石(61)(63)の代わりに磁場生成手段として使用されて、その磁極間に分離槽(11)(13)が配置されてよい。
以下、本発明を実際に実施して混合物を分離した実施例について詳述する。
[第１実施例(塩化カリウム粒子と塩化ナトリウム粒子の分離)]
塩化マンガン四水和物３１４．３７ｇを有機溶媒(アルコール系溶媒)であるメタノール１８５．６３ｇに溶解させて、常磁性無機塩である塩化マンガンを４０ｗｔ％の濃度で含有するメタノール溶液を調製した。そして、調製した４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液１０ｍｌと、無機塩である塩化カリウムの粒子(粉体)０．１ｇと無機塩である塩化ナトリウムの粒子(粉体)０．１ｇからなる混合物とを、内径２５ｍｍ、高さ４０ｍｍ、厚さ１ｍｍの有底筒状のガラス製容器に入れて、ガラス攪拌棒を用いて攪拌した。そして、そのガラス製容器を、円柱状のネオジウム磁石の磁極面の中央に載置して、鉛直方向の磁場勾配を有する勾配磁場を印加した。使用したネオジウム磁石は、外径３０ｍｍ、高さ１５ｍｍであり、最大磁場(最大磁束密度)は、磁極面中心で０．５Ｔであった。なお、磁場勾配の絶対値を大きくするために、当該ネオジウム磁石は、外径７０ｍｍ、内径３０ｍｍ、高さ１０ｍｍのリング状のネオジウム磁石(最大磁場０．４Ｔ)と組み合わされて使用された。円柱状のネオジウム磁石は、リング状のネオジウム磁石の内側空間に挿入された。
上述したように、塩化カリウム粒子０．１ｇと塩化ナトリウム粒子０．１ｇからなる混合物を含む４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液１０ｍｌが入れられたガラス製容器を、円柱状のネオジウム磁石の磁極面上に置いたところ、磁極面から鉛直方向に４．５ｍｍと６ｍｍの位置(つまり、ガラス容器の底面から鉛直方向に３．５ｍｍと５ｍｍの位置)に、粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に集まった。粒子の高さは定規で測定した。
上側(５ｍｍ)に集まった粒子と下側(３．５ｍｍ)に集まった粒子を夫々ピペットで採取して、メンブランフィルタ(テフロン(登録商標)製、孔径０．２μｍ)でろ過後、メタノールで洗浄し、１２５℃で１時間乾燥した。回収された(つまり乾燥後の)下側の粒子と上側の粒子とを蛍光Ｘ線で分析した結果、下側の粒子は塩化ナトリウム粒子で、上側の粒子は塩化カリウム粒子であることが分かった。
このように、４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液を支持液体として用いて勾配磁場を印加することで、塩化カリウム粒子と塩化ナトリウム粒子からなる混合物を粒子の種類に応じて異なる高さに配置し、混合物を粒子の種類ごとに分離することができた。なお、回収された(つまり乾燥後の)粒子の総質量は、略０．１７ｇであった。支持液体への溶解やメンブランフィルタへの付着などにより、混合物の１５ｗｔ％程度は回収されなかった。
[第２実施例(塩化カリウム粒子と塩化ナトリウム粒子の分離)]
塩化マンガン四水和物２３５．７８ｇをメタノール２６４．２２ｇに溶解させて、塩化マンガンを３０ｗｔ％の濃度で含有するメタノール溶液を調製した。そして、調製した３０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液を用いた以外は、第１実施例と同様な処理や測定を行ったところ、ネオジウム磁石の磁極面から鉛直方向に４ｍｍの位置に、塩化ナトリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に集まり、磁極面から鉛直方向に５ｍｍの位置に、塩化カリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に集まったことが確認された。
このように、３０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液を支持液体として用いて勾配磁場を印加した場合でも、塩化カリウム粒子と塩化ナトリウム粒子からなる混合物を粒子の種類に応じて異なる高さに配置して、混合物を粒子の種類ごとに分離することができた。なお、回収された粒子の総質量は、略０．１４ｇであった。支持液体への溶解やメンブランフィルタへの付着などにより、混合物の３０ｗｔ％程度は回収されなかった。
[第３実施例(塩化カリウム粒子と塩化ナトリウム粒子の分離)]
塩化マンガン四水和物１５７．１８ｇをメタノール３４２．８２ｇに溶解させて、塩化マンガンを２０ｗｔ％の濃度で含有するメタノール溶液を調製した。そして、調製した２０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液を用いた以外は、第１実施例と同様な処理や測定を行ったところ、磁極面から鉛直方向に２ｍｍの位置に、塩化カリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に集まったことが確認された。塩化ナトリウム粒子は、浮遊することなくガラス容器の底部に沈殿した。
このように、２０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液を支持液体として用いて勾配磁場を印加することで、塩化カリウム粒子と塩化ナトリウム粒子からなる混合物を粒子の種類に応じて異なる高さに配置して、混合物を粒子の種類ごとに分離することができた。
[第４実施例(炭酸カルシウム粒子と炭酸ナトリウム粒子の分離)]
無機塩である炭酸カルシウムの粒子(粉体)０．１ｇと無機塩である炭酸ナトリウムの粒子(粉体)０．１ｇとからなる混合物を用いた以外、第１実施例と同様な処理や測定を行ったところ、磁極面から鉛直方向に３ｍｍの位置に、炭酸カルシウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に集まり、磁極面から鉛直方向に５ｍｍの位置に、炭酸ナトリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に集まったことが確認された。
このように、４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液を支持液体として用いて勾配磁場を印加することで、炭酸カルシウム粒子と炭酸ナトリウム粒子からなる混合物を粒子の種類に応じて異なる高さに配置し、混合物を粒子の種類ごとに分離することができた。なお、回収された粒子の総質量は、略０．１９ｇであった。支持液体への溶解やメンブランフィルタへの付着などにより、混合物の０．５ｗｔ％程度は回収されなかった。
[第５実施例(塩化カリウム粒子と塩化バリウム粒子の分離)]
無機塩である塩化カリウムの粒子(粉体)０．１ｇと無機塩である塩化バリウムの粒子(粉体)０．１ｇとからなる混合物を用いた以外、第１実施例と同様な処理や測定を行ったところ、磁極面から鉛直方向に１．５ｍｍの位置に、塩化バリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に集まり、磁極面から鉛直方向に６ｍｍの位置に、塩化カリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に集まったことが確認された。
このように、４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液を支持液体として用いて勾配磁場を印加することで、塩化カリウム粒子と塩化バリウム粒子からなる混合物を粒子の種類に応じて異なる高さに配置し、混合物を粒子の種類ごとに分離することができた。なお、回収された粒子の総質量は、略０．１８ｇであった。支持液体への溶解やメンブランフィルタへの付着などにより、混合物の１０ｗｔ％程度は回収されなかった。
[第６実施例(塩化ナトリウム粒子と塩化バリウム粒子の分離)]
無機塩である塩化ナトリウムの粒子(粉体)０．１ｇと無機塩である塩化バリウムの粒子(粉体)０．１ｇとからなる混合物を用いた以外、第１実施例と同様な処理や測定を行ったところ、磁極面から鉛直方向に１．５ｍｍの位置に、塩化バリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に集まり、磁極面から鉛直方向に４．５ｍｍの位置に、塩化ナトリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に集まったことが確認された。
このように、４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液を支持液体として用いて勾配磁場を印加することで、塩化ナトリウム粒子と塩化バリウム粒子からなる混合物を粒子の種類に応じて異なる高さに配置し、混合物を粒子の種類ごとに分離することができた。なお、回収された粒子の総質量は、略０．１８ｇであった。支持液体への溶解やメンブランフィルタへの付着などにより、混合物の１０ｗｔ％程度は回収されなかった。
[第７実施例(臭化カリウム粒子と塩化カリウム粒子の分離)]
無機塩である臭化カリウムの粒子(粉体)０．１ｇと無機塩である塩化カリウムの粒子(粉体)０．１ｇとからなる混合物を用いた以外、第１実施例と同様な処理や測定を行ったところ、磁極面から鉛直方向に４ｍｍの位置に、臭化カリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に集まり、磁極面から鉛直方向に６ｍｍの位置に、塩化カリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に集まったことが確認された。
このように、４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液を支持液体として用いて勾配磁場を印加することで、臭化カリウム粒子と塩化カリウム粒子からなる混合物を粒子の種類に応じて異なる高さに配置し、混合物を粒子の種類ごとに分離することができた。なお、回収された粒子の総質量は、略０．１５ｇであった。支持液体への溶解やメンブランフィルタへの付着などにより、混合物の２５ｗｔ％程度は回収されなかった。
[第８実施例(塩化カリウム粒子と塩化セシウム粒子の分離)]
無機塩である塩化カリウムの粒子(粉体)０．１ｇと無機塩である塩化セシウムの粒子(粉体)０．１ｇとからなる混合物を用いた以外、第１実施例と同様な処理や測定を行ったところ、磁極面から鉛直方向に２ｍｍの位置に、塩化セシウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に集まり、磁極面から鉛直方向に６ｍｍの位置に、塩化カリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に集まったことが確認された。
このように、４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液を支持液体として用いて勾配磁場を印加することで、塩化カリウム粒子と塩化セシウム粒子からなる混合物を粒子の種類に応じて異なる高さに配置し、混合物を粒子の種類ごとに分離することができた。なお、回収された粒子の総質量は、略０．１５ｇであった。支持液体への溶解やメンブランフィルタへの付着などにより、混合物の２５ｗｔ％程度は回収されなかった。
[第９実施例(二酸化セリウム粒子と二酸化珪素粒子の分離)]
無機酸化物である二酸化セリウムの粒子(粉体)０．１ｇと無機酸化物である二酸化珪素(シリカ)の粒子(粉体)０．１ｇとからなる混合物を用いた以外、第１実施例と同様な処理や測定を行ったところ、ガラス容器の底面に、二酸化セリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に集まり、磁極面から鉛直方向に５ｍｍの位置に、二酸化珪素粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に集まったことが確認された。
このように、４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液を支持液体として用いて勾配磁場を印加することで、二酸化セリウム粒子と二酸化珪素粒子からなる混合物を粒子の種類に応じて異なる高さに配置し、混合物を粒子の種類ごとに分離することができた。なお、回収された粒子の総質量は、略０．１５ｇであった。メンブランフィルタへの付着などにより、混合物の２５ｗｔ％程度は回収されなかった。
[第１０実施例(シリカガラス粒子とアルミナ粒子の分離)]
塩化マンガン四水和物を有機溶媒(スルホキシド系溶媒)であるジメチルスルホキシドに溶解させて、常磁性無機塩である塩化マンガンを２０ｗｔ％の濃度で含む２０ｗｔ％塩化マンガンジメチルスルホキシド溶液を調製した。この２０ｗｔ％塩化マンガンジメチルスルホキシド溶液１５ｍｌと、無機酸化物である透明なシリカガラスの玉３個と無機酸化物であるアルミナの玉３個とからなる混合物とを、第１実施例で使用したガラス容器に入れて攪拌した(シリカガラス玉とアルミナ玉の直径は、約１.５ｍｍであった)。そして、そのガラス容器を、円柱状の超伝導バルク磁石の磁極面の中央に配置した。超伝導バルク磁石の直径は６０ｍｍ、高さは２０ｍｍであった。超伝導バルク磁石は、ソレノイド型超伝導電磁石を用いて着磁され、磁極面中心での磁場の大きさは３Ｔであった。
ガラス容器を超伝導バルク磁石上に置くと、図４に示すように、磁極面から鉛直方向に１８ｍｍの高さにアルミナ玉が浮遊し、２５ｍｍの高さにシリカガラス玉が浮遊した。このように、塩化マンガンのジメチルスルホキシド溶液を支持液体として用いて勾配磁場を印加することで、シリカガラス粒子(シリカガラス玉)とアルミナ粒子(アルミナ玉)からなる混合物を粒子の種類に応じて異なる高さに配置し、混合物を粒子の種類ごとに分離することができた。
[第１１実施例(シリカガラス粒子とアルミナ粒子の分離)]
塩化マンガン四水和物を有機溶媒(アミノ系溶媒)であるＮ−メチルピロリドン(Ｎ−メチル−２−ピロリドン)に溶解させて、塩化マンガンを２０ｗｔ％の濃度で含む２０ｗｔ％塩化マンガンＮ−メチルピロリドン溶液を調製した。この２０ｗｔ％塩化マンガンＮ−メチルピロリドン溶液１５ｍｌを支持液体として用いた以外、第１０実施例と同様な処理を行った。すると、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に１７ｍｍの高さにアルミナ玉が浮遊し、２４ｍｍの高さにシリカガラス玉が浮遊した。このように、塩化マンガンのＮ−メチルピロリドン溶液を支持液体として用いて勾配磁場を印加することで、シリカガラス粒子とアルミナ粒子からなる混合物を粒子の種類に応じて異なる高さに配置し、混合物を粒子の種類ごとに分離することができた。
[第１２実施例(シリカガラス粒子とアルミナ粒子の分離)]
塩化マンガン四水和物を有機溶媒(アミノ系溶媒)であるＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドに溶解させて、塩化マンガンを２０ｗｔ％の濃度で含む２０ｗｔ％塩化マンガンＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド溶液を調製した。この２０ｗｔ％塩化マンガンＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド溶液１５ｍｌを支持液体として用いた以外、第１０実施例と同様な処理を行った。すると、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に１６ｍｍの高さにアルミナ玉が浮遊し、２３ｍｍの高さにシリカガラス玉が浮遊した。このように、塩化マンガンのＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド溶液を支持液体として用いて勾配磁場を印加することで、シリカガラス粒子とアルミナ粒子からなる混合物を粒子の種類に応じて異なる高さに配置し、混合物を粒子の種類ごとに分離することができた。
[第１３実施例(シリカガラス粒子とアルミナ粒子の分離)]
硝酸コバルト六水和物を有機溶媒(ケトン系溶媒)であるアセトンに溶解させて、常磁性無機塩である硝酸コバルトを２０ｗｔ％の濃度で含む２０ｗｔ％硝酸コバルトアセトン溶液を調製した。この２０ｗｔ％硝酸コバルトアセトン溶液１０ｍｌを支持液体として用いた以外、第１０実施例と同様な処理を行った。すると、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に１０ｍｍの高さにアルミナ玉が浮遊し、１４ｍｍの高さにシリカガラス玉が浮遊した。このように、硝酸コバルトのアセトン溶液を支持液体として用いて勾配磁場を印加することで、シリカガラス粒子とアルミナ粒子からなる混合物を粒子の種類に応じて異なる高さに配置し、混合物を粒子の種類ごとに分離することができた。
[第１４実施例(シリカガラス粒子とアルミナ粒子の分離)]
図５(ａ)及び(ｂ)は、上述の第３実施形態に関連して行った第１４実施例の分離工程を模式的に説明する説明図である。略Ｕ字状の外形を有する分離槽(81)を、透明なカーボネートを材料として作製した。分離槽(81)の長さは７０ｍｍであり、高さは６０ｍｍ、幅は２ｍｍであり、底面から高さ１０ｍｍの位置に水平な棚板(83)が設けられた。分離槽(81)の両端の延出部分(85a)(85b)の上端は開放しており、一方の延出部分(85b)内には、棚板(83)と繋がる仕切り板(87)が鉛直に設けられた。塩化マンガン四水和物をメタノールに溶解させて、塩化マンガンを１５ｗｔ％の濃度で含む１５ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液を調製し、支持液体として分離槽(81)に入れた。
無機酸化物であるガラスシリカ粒子と無機酸化物であるアルミナ粒子とからなる混合物を調製し、図５(ａ)に示すように超伝導バルク磁石(91)の磁極面の上に配置された分離槽(81)内に、延出部分(85a)の開口から投入した。分離槽(81)と超伝導バルク磁石(91)の磁極面の間には、厚さ３ｍｍのアクリル板が挿入された(図示せず)。アルミナ粒子には、第１０実施例で用いたものと同じアルミナ玉が使用された。ガラスシリカ粒子には、第１０実施例で用いたものと同じ透明なガラスシリカ玉に加えて、赤色ガラス玉を破砕して得られた赤色のガラスシリカ粒子が含められた。赤色のガラスシリカ粒子の大きさは、最大で１ｍｍ程度であった。
超伝導バルク磁石(91)は、第１０実施例で用いたものと同じ磁石であり、分離槽(81)は、その長手方向が、バルク磁石(91)の径方向に沿うように、バルク磁石(91)の磁極面の上に配置された。さらに、分離槽(81)の延出部分(85a)の内壁から若干離間して(数ｍｍ程度)、超伝導バルク磁石(91)の中心軸Ｃが分離槽(81)を通るように、分離槽(81)は、超伝導バルク磁石(91)に対して位置決めされた。
分離槽(81)の支持液体に入れられたシリカガラス粒子とアルミナ粒子は、延出部分(85a)の内壁付近に浮遊した。その状態で、図５(ｂ)に示すように、分離槽(81)を、超伝導バルク磁石(91)の径方向に沿って外向きに若干水平移動させた。超伝導バルク磁石(91)の中心軸Ｃは、分離槽(81)の外側に移動し、分離槽(81)の外面から数ｍｍ程度離間するように配置された。
分離槽(81)が移動すると、支持液体中のシリカガラス粒子とアルミナ粒子は、一旦上昇した後、図５(ｂ)に模式的に示すように、延出部分(85b)側に移動しつつ降下した。そして、図６(ａ)の写真に示すように、シリカガラス粒子は棚板(83)に集められ、アルミナ粒子は分離槽(81)の底面に集められた(図６(ａ)の写真に示すように、形状が理解できるように、分離槽(81)は部分的にマーカーで着色された。第１５乃至第２６実施例に係る写真でも同様)。このように、塩化マンガンメタノール溶液を支持液体として用い、磁場勾配が鉛直成分と水平成分を有する磁場を印加することで、シリカガラス粒子とアルミナ粒子からなる混合物を支持液体中にて(降下させると共に)横移動させて種類ごとに分離することができた。
[第１５乃至２６実施例(シリカガラス粒子とアルミナ粒子の分離)]
第１５実施例では、硝酸ジスプロシウム六水和物をメタノールに溶解させて、常磁性無機塩である硝酸ジスプロシウムを１５ｗｔ％の濃度で含む１５ｗｔ％硝酸ジスプロシウムメタノール溶液を調製し、支持液体として使用した以外、第１４実施例と同様な処理を行った。その結果、図６(ｂ)の写真に示すように、シリカガラス粒子は棚板(83)に集められ、アルミナ粒子は分離槽(81)の底面に集められた。
第１６実施例では、硝酸テルビウム六水和物をメタノールに溶解させて、常磁性無機塩である硝酸テルビウムを１５ｗｔ％の濃度で含む１５ｗｔ％硝酸テルビウムメタノール溶液を調製し、支持液体として使用した以外、第１４実施例と同様な処理を行った。その結果、図６(ｃ)の写真に示すように、シリカガラス粒子は棚板(83)に集められ、アルミナ粒子は分離槽(81)の底面に集められた。
第１７実施例では、硝酸ガドリニウム六水和物をメタノールに溶解させて、常磁性無機塩である硝酸ガドリニウムを１５ｗｔ％の濃度で含む１５ｗｔ％硝酸ガドリニウムメタノール溶液を調製し、支持液体として使用した以外、第１４実施例と同様な処理を行った(アクリル板は使用されなかった)。その結果、図７(ａ)の写真に示すように、シリカガラス粒子は棚板(83)に集められ、アルミナ粒子は分離槽(81)の底面に集められた。
第１８実施例では、硝酸ホルミウム五水和物をメタノールに溶解させて、常磁性無機塩である硝酸ホルミウムを１５ｗｔ％の濃度で含む１５ｗｔ％硝酸ホルミウムメタノール溶液を調製し、支持液体として使用した以外、第１４実施例と同様な処理を行った。その結果、図７(ｂ)の写真に示すように、シリカガラス粒子は棚板(83)に集められ、アルミナ粒子は分離槽(81)の底面に集められた。
第１９実施例では、硝酸コバルト六水和物をメタノールに溶解させて、常磁性無機塩である硝酸コバルトを１５ｗｔ％の濃度で含む１５ｗｔ％硝酸コバルトメタノール溶液を調製し、支持液体として使用した以外、第１４実施例と同様な処理を行った(アクリル板は使用されなかった)。その結果、図７(ｃ)の写真に示すように、シリカガラス粒子は浮遊した状態で棚板(83)の端部に集められ(棚板(83)の厚さは２ｍｍであった)、アルミナ粒子は分離槽(81)の底面に集められた。
第２０実施例では、塩化コバルト六水和物をメタノールに溶解させて、常磁性無機塩である塩化コバルトを１５ｗｔ％の濃度で含む１５ｗｔ％塩化コバルトメタノール溶液を調製し、支持液体として使用した以外、第１４実施例と同様な処理を行った(アクリル板は使用されなかった)。その結果、図８(ａ)の写真に示すように、シリカガラス粒子は棚板(83)に集められ、アルミナ粒子は分離槽(81)の底面に集められた。
第２１実施例では、塩化鉄四水和物をメタノールに溶解させて、常磁性無機塩である塩化鉄を１５ｗｔ％の濃度で含む１５ｗｔ％塩化鉄メタノール溶液を調製し、支持液体として使用した以外、第１４実施例と同様な処理を行った。その結果、図８(ｂ)の写真に示すように、シリカガラス粒子は棚板(83)に集められ、アルミナ粒子は分離槽(81)の底面に集められた。
第２２実施例では、塩化マンガン四水和物を有機溶媒(アルコール系溶媒)であるエタノールに溶解させて、塩化マンガンを１５ｗｔ％の濃度で含む１５ｗｔ％塩化マンガンエタノール溶液を調製し、支持液体として使用した以外、第１４実施例と同様な処理を行った。その結果、図９(ａ)の写真に示すように、シリカガラス粒子は棚板(83)に集められ、アルミナ粒子は分離槽(81)の底面に集められた。
第２３実施例では、硝酸ジスプロシウム六水和物をエタノールに溶解させて、硝酸ジスプロシウムを１５ｗｔ％の濃度で含む１５ｗｔ％硝酸ジスプロシウムエタノール溶液を調製し、支持液体として使用した以外、第１４実施例と同様な処理を行った。その結果、図９(ｂ)の写真に示すように、シリカガラス粒子は棚板(83)に集められ、アルミナ粒子は分離槽(81)の底面に集められた。
第２４実施例では、硝酸ガドリニウム六水和物をエタノールに溶解させて、硝酸ガドリニウムを１５ｗｔ％の濃度で含む１５ｗｔ％硝酸ガドリニウムエタノール溶液を調製し、支持液体として使用した以外、第１４実施例と同様な処理を行った(アクリル板は使用されなかった)。その結果、図９(ｃ)の写真に示すように、シリカガラス粒子は棚板(83)に集められ、アルミナ粒子は分離槽(81)の底面に集められた。
第２５実施例では、硝酸ホルミウム五水和物をエタノールに溶解させて、硝酸ホルミウムを１５ｗｔ％の濃度で含む１５ｗｔ％硝酸ホルミウムエタノール溶液を調製し、支持液体として使用した以外、第１４実施例と同様な処理を行った。その結果、図１０(ａ)の写真に示すように、シリカガラス粒子は棚板(83)に集められ、アルミナ粒子は分離槽(81)の底面に集められた。
第２６実施例では、硝酸コバルト六水和物をエタノールに溶解させて、硝酸コバルトを１５ｗｔ％の濃度で含む１５ｗｔ％硝酸コバルトエタノール溶液を調製し、支持液体として使用した以外、第１４実施例と同様な処理を行った(アクリル板は使用されなかった)。その結果、図１０(ｂ)の写真に示すように、シリカガラス粒子は浮遊した状態で棚板(83)の端部に集められ、アルミナ粒子は分離槽(81)の底面に集められた。
以上のように、第１５乃至第２６実施例では、硝酸ジスプロシウムメタノール溶液、硝酸テルビウムメタノール溶液、硝酸ガドリニウムメタノール溶液、硝酸ホルミウムメタノール溶液、硝酸コバルトメタノール溶液、塩化コバルトメタノール溶液、塩化鉄メタノール溶液、塩化マンガンエタノール溶液、硝酸ジスプロシウムエタノール溶液、硝酸ガドリニウムエタノール溶液、硝酸ホルミウムエタノール溶液、及び硝酸コバルトエタノール溶液を支持液体として用い、磁場勾配が鉛直成分と水平成分を有する磁場を印加することで、シリカガラス粒子とアルミナ粒子からなる混合物を支持液体中にて横移動させて種類ごとに分離することができた。
上述した第１乃至第２６実施例では、２種類の粒子を含む混合物から一方の種類の粒子が分離されていると理解することもできる。
以下、本発明に関連して行われた実験例について詳述する。
[第１実験例]
第１０実施例で用いた２０ｗｔ％塩化マンガンジメチルスルホキシド溶液１０ｍｌと塩化カリウムの粒子(粉体)０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、そのガラス容器を第１実施例で用いたネオジウム磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、磁極面から鉛直方向に３ｍｍの高さに、塩化カリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、塩化カリウム粒子などの無機塩粒子を含む混合物を分離するために、塩化マンガンなどの常磁性無機塩のジメチルスルホキシド溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
[第２実験例]
第１１実施例で用いた２０ｗｔ％塩化マンガンＮ−メチルピロリドン溶液１０ｍｌと塩化カリウムの粒子(粉体)０．１ｇを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、そのガラス容器を第１実施例で用いたネオジウム磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、磁極面から鉛直方向に３ｍｍの高さに、塩化カリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、塩化カリウム粒子などの無機塩粒子を含む混合物を分離するために、塩化マンガンなどの常磁性無機塩のＮ−メチルピロリドン溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
[第３実験例]
常磁性有機フリーラジカルである２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−１−オキシルフリーラジカル(ＴＥＭＰＯ)を３ｗｔ％の濃度で有機溶媒(炭化水素溶媒)であるｎ−ヘキサンに溶解させ、３ｗｔ％ＴＥＭＰＯヘキサン溶液を調製した。ＴＥＭＰＯの化学式は以下の通りである。
調製した３ｗｔ％ＴＥＭＰＯヘキサン溶液１０ｍｌと、高分子化合物(ポリマー)であるポリプロピレン樹脂の粒子０．１ｇを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した後、第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石の上に同実施例と同様に載置した。ポリプロピレン樹脂粒子は、５ｍｍ角、厚さ１ｍｍの矩形にされた。ガラス容器が超伝導バルク磁石に置かれると、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に５ｍｍの高さに、ポリプロピレン樹脂粒子が浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、ＴＥＭＰＯなどの常磁性有機フリーラジカルのヘキサン溶液を支持液体として使用できることが理解できる。また、ポリプロピレン樹脂などの高分子化合物で形成された粒子を含む混合物を分離するのに、本発明を適用できることが理解できる。
[第４実験例]
ＴＥＭＰＯを３ｗｔ％の濃度で有機溶媒(炭化水素溶媒)であるトルエンに溶解させて、３ｗｔ％ＴＥＭＰＯトルエン溶液を調製した。調製した３ｗｔ％ＴＥＭＰＯトルエン溶液１０ｍｌと第３実験例と同じポリプロピレン樹脂粒子０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した後、第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に１８ｍｍの高さに、ポリプロピレン樹脂粒子が浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、ＴＥＭＰＯなどの常磁性有機フリーラジカルのトルエン溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
[第５実験例]
常磁性有機化合物錯体であるオクチル酸コバルト(Ｃ１６Ｈ３０Ｏ４Ｃｏ)を３ｗｔ％の濃度でｎ−ヘキサンに溶解させて、３ｗｔ％コバルトヘキサン溶液を調製した。調製した３ｗｔ％コバルトヘキサン溶液１０ｍｌと第３実験例と同じポリプロピレン樹脂粒子０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、ガラス容器を、第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に９ｍｍの高さに、ポリプロピレン樹脂粒子が浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、オクチル酸コバルトなどの常磁性有機化合物錯体のヘキサン溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
[第６実験例]
オクチル酸コバルトを３ｗｔ％の濃度でトルエンに溶解させて３ｗｔ％オクチル酸コバルトトルエン溶液を調製した。調製した３ｗｔ％オクチル酸コバルトトルエン溶液１０ｍｌと球形のナイロン６樹脂粒子０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、ガラス容器を、第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、図１１の写真に示すように、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に８ｍｍの高さに、ナイロン６樹脂粒子が浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、オクチル酸コバルトなどの常磁性有機化合物錯体のトルエン溶液を支持液体として使用できることが理解できる。また、ナイロン６樹脂で形成された粒子を含む混合物を分離するのに、本発明を適用できることが理解できる。
[第７実験例]
常磁性有機化合物錯体であるフタロシアニン鉄(ＩＩ)を飽和濃度でトルエンに溶解させて、フタロシアニン鉄(ＩＩ)飽和トルエン溶液を調製した。フタロシアニン鉄(ＩＩ)の化学式は以下の通りである。
調製したフタロシアニン鉄(ＩＩ)飽和トルエン溶液１０ｍｌと第３実験例と同じポリプロピレン樹脂粒子０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、ガラス容器を、第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、図１２の写真に示すように、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に１０ｍｍの高さに、ポリプロピレン樹脂粒子が浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、フタロシアニン鉄(ＩＩ)のトルエン溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
[第８実験例]
常磁性有機化合物錯体であるアセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)を飽和濃度でヘキサンに溶解させて、アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)飽和ヘキサン溶液を調製した。アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)の化学式は以下の通りである。
調製したアセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)飽和ヘキサン溶液１０ｍｌと第３実験例と同じポリプロピレン樹脂粒子０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、ガラス容器を、第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に２ｍｍの高さに、ポリプロピレン樹脂粒子が浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)のヘキサン溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
[第９実験例]
アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)を飽和濃度でトルエンに溶解させて、アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)飽和トルエン溶液を調製した。調製したアセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)飽和トルエン溶液１０ｍｌと球形のナイロン６樹脂粒子０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、ガラス容器を第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石の上に載置した。すると、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に１５ｍｍの高さに、ナイロン６樹脂粒子が浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)のトルエン溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
[第１０実験例]
常磁性有機化合物錯体であるトリス(ジベンゾイルメタナト)鉄を飽和濃度でトルエンに溶解させて、トリス(ジベンゾイルメタナト)鉄飽和トルエン溶液を調製した。トリス(ジベンゾイルメタナト)鉄の化学式は以下の通りである。
調製したトリス(ジベンゾイルメタナト)鉄飽和トルエン溶液１０ｍｌと第３実験例で使用したポリプロピレン樹脂粒子０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、ガラス容器を、第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に１５ｍｍの高さに、ポリプロピレン樹脂粒子が浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、トリス(ジベンゾイルメタナト)鉄のトルエン溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
[第１１実験例]
Ｎ，Ｎ‘−ビス(サリチリデン)エチレンジアミン鉄(ＩＩ)を飽和濃度でトルエンに溶解させて、Ｎ，Ｎ‘−ビス(サリチリデン)エチレンジアミン鉄(ＩＩ)飽和トルエン溶液を調製した。Ｎ，Ｎ‘−ビス(サリチリデン)エチレンジアミン鉄(ＩＩ)の化学式は以下の通りである。
調製したＮ，Ｎ‘−ビス(サリチリデン)エチレンジアミン鉄(ＩＩ) 飽和トルエン溶液１０ｍｌと第３実験例と同じポリプロピレン樹脂粒子０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、ガラス容器を、第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に１０ｍｍの高さに、ポリプロピレン樹脂粒子が浮遊しているのが確認された。上述したガラス容器に入れて攪拌した後、第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石の上に載置した。この結果から、本発明において、Ｎ，Ｎ‘−ビス(サリチリデン)エチレンジアミン鉄(ＩＩ)のトルエン溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
[第１２実験例]
常磁性無機塩である硝酸コバルトを飽和濃度で有機溶媒(ニトリル系溶媒)であるアセトニトリルに溶解させ、硝酸コバルト飽和アセトニトリル溶液を調製した。調製した硝酸コバルト飽和アセトニトリル溶液１０ｍｌと第３実験例と同じポリプロピレン樹脂粒子０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、ガラス容器を、第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に８ｍｍの高さにポリプロピレン樹脂粒子が浮揚しているのが確認された。この結果から、本発明において、硝酸コバルトなどの常磁性無機塩のアセトニトリル溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
[第１３実験例]
常磁性有機化合物錯体であるアセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)を５ｗｔ％の濃度で有機溶媒(エステル系溶媒)である酢酸エチルに溶解させ、５ｗｔ％アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)酢酸エチル溶液を調製した。調製した５ｗｔ％アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)酢酸エチル溶液１０ｍｌと塩化カリウムの粒子(粉体)０．１ｇを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、ガラス容器を、第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に４ｍｍの高さに塩化カリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)などの常磁性有機化合物錯体の酢酸エチル溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
[第１４実験例]
アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)を飽和濃度で有機溶媒(エーテル系溶媒)であるジエチルエーテルに溶解させて、アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)飽和ジエチルエーテル溶液を調製した。調製したアセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)飽和ジエチルエーテル溶液１０ｍｌと第３実験例と同じポリプロピレン樹脂粒子０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、ガラス容器を、第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、磁極面から鉛直方向に６ｍｍの高さに、ポリプロピレン樹脂粒子が浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)などの常磁性有機化合物錯体のジエチルエーテル溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
[第１５実験例]
アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)を５ｗｔ％の濃度で有機溶媒(ハロメタン系溶媒)であるジクロロメタンに溶解させ、５ｗｔ％アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)ジクロロメタン溶液を調製した。調製した５ｗｔ％アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)ジクロロメタン溶液１０ｍｌと塩化カリウムの粒子(粉体)０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、ガラス容器を、第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、図１３の写真に示すように、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に１２ｍｍの高さに、塩化カリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)などの常磁性有機化合物錯体のジクロロメタン溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
[第１６実験例]
アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)を５ｗｔ％の濃度で有機溶媒(エーテル系溶媒)であるテトラヒドロフランに溶解させ、５ｗｔ％アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)テトラヒドロフラン溶液を調製した。調製した５ｗｔ％アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)テトラヒドロフラン溶液１０ｍｌと塩化カリウムの粒子(粉体)０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、ガラス容器を、第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、その後、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に４ｍｍの高さに、塩化カリウム粒子がガラス容器の内壁に沿って円環状に浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)などの常磁性有機化合物錯体のテトラヒドロフラン溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
[第１７実験例]
硝酸コバルト六水和物を有機溶媒(アルコール系溶媒)であるｎ−プロパノールに溶解させ、硝酸コバルトを１０ｗｔ％の濃度で含む１０ｗｔ％硝酸コバルトｎ−プロパノール溶液を調製した。調製した１０ｗｔ％硝酸コバルトｎ−プロパノール溶液１０ｍｌと第３実験例と同じポリプロピレン樹脂粒子０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、ガラス容器を、第１実施例で用いたネオジウム磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、ネオジウム磁石の磁極面から鉛直方向に８ｍｍの高さにポリプロピレン樹脂粒子が浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、硝酸コバルトなどの常磁性無機塩のｎ−プロパノール溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
[第１８実験例]
硝酸コバルト六水和物を有機溶媒(アルコール系溶媒)であるｉｓｏ−プロパノールに溶解させ、硝酸コバルトを１０ｗｔ％の濃度で含む１０ｗｔ％硝酸コバルトｉｓｏ−プロパノール溶液を調製した。調製した１０ｗｔ％硝酸コバルトｉｓｏ−プロパノール溶液１０ｍｌと第３実験例と同じポリプロピレン樹脂粒子０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、ガラス容器を、第１実施例で用いたネオジウム磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、ネオジウム磁石の磁極面から鉛直方向に５ｍｍの高さにポリプロピレン樹脂粒子が浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、硝酸コバルトなどの常磁性無機塩のｉｓｏ−プロパノール溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
[他の実験例]
以下の表１には、種々の無機塩、無機酸化物及び有機酸塩の粒子について、４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液と第１実施例に使用したネオジウム磁石とを用いた場合の浮遊高さと、２０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液と第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石を用いた場合の浮遊高さと、４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液と第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石を用いた場合の浮遊高さとが示されている(幾つかのケースについては、浮遊高さは記載されていない)。表１では、各粒子(又は物質)について、体積磁化率(ＳＩ単位系)と比重(ｇ/ｃｍ３)も併せて示されている(幾つかの種類の粒子については、体積磁化率又は比重は記載されていない)。なお、無機塩と無機酸化物の体積磁化率は、化学便覧(出版社：丸善株式会社 編者：社団法人 日本化学会改訂５版 基礎編II ６２９〜６３８ページ)記載のモル磁化率を変換して求めた値である。有機酸塩の体積磁化率は、超伝導磁束量子干渉計(ＳＱＵＩＤ)での測定値である。
表１に粒子の浮遊高さを示した無機塩は、次の通りである：塩化カルシウム(ＣａＣｌ２)、塩化マグネシウム(ＭｇＣｌ２)、塩化リチウム(ＬｉＣｌ)、塩化カリウム(ＫＣｌ)、塩化ナトリウム(ＮａＣｌ)、臭化カリウム(ＫＢｒ)、塩化セシウム(ＣｓＣｌ)、塩化バリウム(ＢａＣｌ２)、塩化アンモニウム(ＮＨ４Ｃｌ)、炭酸ナトリウム(Ｎａ２ＣＯ３)、炭酸カルシウム(ＣａＣＯ３)、リン酸三ナトリウム・１２水和物(Ｎａ３ＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ)、リン酸水素二ナトリウム・１２水和物(Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ)、リン酸二水素ナトリウム・２水和物(ＮａＨ２ＰＯ４・２Ｈ２Ｏ)、リン酸二水素カリウム(ＫＨ２ＰＯ４)、硝酸カルシウム・４水和物(Ｃａ(ＮＯ３)２・４Ｈ２Ｏ)、硫酸アンモニウム((ＮＨ４)２ＳＯ４)、及び硫酸マグネシウム(ＭｇＳＯ４)。
表１に粒子の浮遊高さを示した無機酸化物は、次の通りである：二酸化珪素(ＳｉＯ２)、酸化ジルコニウム(ＺｒＯ２)、酸化アルミニウム(アルミナ)(Ａｌ２Ｏ３)及び酸化パラジウム(ＰｄＯ)。
表１に粒子の浮遊高さを示した有機酸塩は、次の通りである：酢酸カリウム(ＣＨ３ＣＯＯＫ)、酢酸ナトリウム(ＣＨ３ＣＯＯＮａ)、オクタン酸ナトリウム(ＣＨ３(ＣＨ２)６ＣＯＯＮａ)、ステアリン酸ナトリウム(ＣＨ３(ＣＨ２)１６ＣＯＯＮａ)及び１−ヘプタンスルホン酸ナトリウム(Ｃ７Ｈ１５ＮａＯ３Ｓ)。
４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液とネオジウム磁石を用いた場合の浮遊高さの測定は、４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液(第１実施例と同様に調製)１０ｍｌと共に粒子０．１ｇを第１実施例で用いたガラス容器に入れて、第１実施例と同じようにネオジウム磁石の磁極面にガラス容器を載置して行われた(＊印を付したケースを除く)。２０ｗｔ％又は４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液と超伝導バルク磁石を用いた場合の浮遊高さの測定は、２０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液(第３実施例と同様に調製)又は４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液(第１実施例と同様に調製)２０ｍｌと共に粒子０．１ｇを第１実施例で用いたガラス容器に入れて、第１０実施例と同じように超伝導バルク磁石の磁極面にガラス容器を載置して行われた。
表１に示す測定結果は、磁極面からの浮遊高さを測定した値を記載している。浮揚高さが１ｍｍである酸化パラジウム(ＰｄＯ)粒子は、ネオジウム磁石を用いた場合においてガラス容器の底面にあった。
表１に示す測定結果において＊印を付したケースでは、ガラス容器に４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液２３．５ｍｌと粒子０．１ｇを入れて攪拌し、さらにガラス容器に蓋がされた。そして、第１実施例と同様にガラス容器をネオジウム磁石の磁極面に載置して、ガラス容器の底部がネオジウム磁石の磁極面に当接した状態を維持したまま、ガラス容器とネオジウム磁石が逆さにされた。そして、ガラス容器が当接するネオジウム磁石の磁極面からの粒子の浮遊位置を測定した(磁極面より下にあるので、測定値には"−"を付している)。
表１に示した各種粒子は、支持液体中で浮遊することから本発明で処理される混合物に含まれてよく、また、本発明を用いて混合物から分離可能であることは自明であろう。また、表１から、磁場又は磁場勾配が大きくなると、或いは支持液体における常磁性化合物(塩化マンガン)の濃度が高いと、粒子分離(粒子の位置)の分解能が向上することが理解できる。
以下、本発明に関連して比較例して実施された実験について詳述する。
[第１比較例]
塩化マンガンを４０ｗｔ％の濃度で含む水溶液を調製し、調製した４０ｗｔ％塩化マンガン水溶液１０ｍｌと、塩化カリウム粒子０．１ｇと塩化ナトリウム粒子０．１ｇからなる混合物とを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。しかしながら、混合物は溶解してしまい、目視では確認できなかった。
[第２比較例]
塩化マンガンを３０ｗｔ％の濃度で含む水溶液を調製し、調製した３０ｗｔ％塩化マンガン水溶液１０ｍｌと、塩化カリウム粒子０．１ｇと塩化ナトリウム粒子０．１ｇからなる混合物とを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。しかしながら、混合物は溶解してしまい、目視では確認できなかった。
第１比較例及び第２比較例から理解できるように、塩化マンガンなどの常磁性無機塩の水溶液を支持液体として用いた従来方法では、塩化カリウム粒子と塩化ナトリウム粒子の磁気アルキメデス効果を用いた磁気浮揚は困難であり、そして、塩化カリウム粒子と塩化ナトリウム粒子を含む混合物を塩化カリウム粒子と塩化ナトリウム粒子とに分離することは困難である。また、従来方法では、塩化カリウム粒子又は塩化ナトリウム粒子を含む混合物から塩化カリウム粒子又は塩化ナトリウム粒子を分離することも困難である。一方、本発明を用いると、塩化カリウム粒子と塩化ナトリウム粒子を含む混合物を分離することができる(第１実施例等を参照)。
[第３比較例]
４０ｗｔ％塩化マンガン水溶液１０ｍｌと酢酸ナトリウム粒子０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。しかしながら、酢酸ナトリウム粒子は溶解して、目視では確認できなかった。一方、表１に示すように、４０ｗｔ％塩化マンガン水溶液の代わりに４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液を支持液体として用いると、酢酸ナトリウム粒子を磁気浮揚させることができる。
[第４比較例]
４０ｗｔ％塩化マンガン水溶液１０ｍｌとステアリン酸ナトリウム粒子と０．１ｇとを、上述したガラス容器に入れて攪拌した。しかしながら、４０ｗｔ％塩化マンガン水溶液にて、ステアリン酸ナトリウム粒子は凝集してしまい、大きな塊となった。一方、表１に示すように、４０ｗｔ％塩化マンガン水溶液の代わりに４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液を支持液体として用いて勾配磁場を印加すると、ステアリン酸ナトリウム粒子はガラス容器の内壁に沿って円環状に浮遊した。
本発明により、無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物の粒子を含む複数種類の粒子の混合物を、粒子の種類ごとに分離し、或いは、当該混合物から特定の種類の粒子を、特に、無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は有機機化合物の粒子を分離することが可能となる。本発明で処理される混合物は、産業廃棄物であってよく、例えば、都市ゴミの焼却により発生した焼却灰を処理して、当該焼却灰に含まれる塩化カリウムや塩化ナトリウムを回収するのに使用できる。
工業的に行われる炭化水素の空気酸化では、様々な炭素鎖の有機酸を含む混合物が生成される。現在、この混合物から特定の有機酸を分離する場合、エステル化、蒸留精製及び加水分解が行われている。炭化水素の空気酸化で生成した混合物から所望の有機酸を分離するプロセスに本発明を適用することで、分離プロセスの簡便化が期待できる。
天然にがりには、塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム及び塩化マグネシウムが含まれている。本発明は、天然にがりからこれらの粒子を種類別に分離回収するプロセスに使用できる。
上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
(1) 分離装置
(3) 分離装置
(5) 分離装置
(11) 分離槽
(13) 分離槽
(15) 分離槽
(17) ホッパー
(19) 棚板
(21) 混合物用貯槽
(23) 第１粒子用貯槽
(25) 第２粒子用貯槽
(27) 混合物用貯槽
(29) 第２粒子用貯槽
(31) 第１粒子用貯槽
(61) 電磁石
(63) 電磁石
(65) バルク磁石
(71) 第１粒子用吸引管
(73) 第２粒子用吸引管
(75) 第１粒子用吸引管
(77) 第１粒子用吸引管
(79) 第２粒子用吸引管
内槽(13a)に導入された支持液体は、内槽(13a)の壁を越えて外槽(13b)に入るように構成されているので、支持液体の液面に浮遊した第２粒子は、支持液体と共に外槽(13b)に流れ込む。そして、第２粒子を含む外槽(13b)の支持液体は、第２粒子用貯槽(29)に送られる。内槽(13a)内の第１粒子は、第１実施形態の分離装置(1)と同じように吸引管(75)及び吸引ポンプ(49)を介して、第１粒子用貯槽(31)に送られる。貯槽(27)中の支持液体には、処理される混合物が適宜投入され、図示を省略した貯蔵タンクから、支持液体が貯槽(27)に適宜補充されてよい。第１粒子用貯槽(31)内の第１粒子と、第２粒子用貯槽(29)内の第２粒子とは、図示を省略した回収手段を用いて、支持液体から取り出される。
このように、４０ｗｔ％塩化マンガンメタノール溶液を支持液体として用いて勾配磁場を印加することで、炭酸カルシウム粒子と炭酸ナトリウム粒子からなる混合物を粒子の種類に応じて異なる高さに配置し、混合物を粒子の種類ごとに分離することができた。なお、回収された粒子の総質量は、略０．１９ｇであった。支持液体への溶解やメンブランフィルタへの付着などにより、混合物の５ｗｔ％程度は回収されなかった。
無機酸化物であるシリカガラス粒子と無機酸化物であるアルミナ粒子とからなる混合物を調製し、図５(ａ)に示すように超伝導バルク磁石(91)の磁極面の上に配置された分離槽(81)内に、延出部分(85a)の開口から投入した。分離槽(81)と超伝導バルク磁石(91)の磁極面の間には、厚さ３ｍｍのアクリル板が挿入された(図示せず)。アルミナ粒子には、第１０実施例で用いたものと同じアルミナ玉が使用された。シリカガラス粒子には、第１０実施例で用いたものと同じ透明なシリカガラス玉に加えて、赤色ガラス玉を破砕して得られた赤色のシリカガラス粒子が含められた。赤色のシリカガラス粒子の大きさは、最大で１ｍｍ程度であった。
調製したＮ，Ｎ‘−ビス(サリチリデン)エチレンジアミン鉄(ＩＩ) 飽和トルエン溶液１０ｍｌと第３実験例と同じポリプロピレン樹脂粒子０．１ｇとを、第１実施例で用いたガラス容器に入れて攪拌した。そして、ガラス容器を、第１０実施例で用いた超伝導バルク磁石の上に同実施例と同様に載置した。すると、超伝導バルク磁石の磁極面から鉛直方向に１０ｍｍの高さに、ポリプロピレン樹脂粒子が浮遊しているのが確認された。この結果から、本発明において、Ｎ，Ｎ‘−ビス(サリチリデン)エチレンジアミン鉄(ＩＩ)のトルエン溶液を支持液体として使用できることが理解できる。
天然にがりには、塩化カリウム、塩化ナトリウム及び塩化マグネシウムが含まれている。本発明は、天然にがりからこれらの粒子を種類別に分離回収するプロセスに使用できる。

Claims (15)

  1. 形成物質が異なる複数種類の粒子を含む混合物に、磁場勾配を有する磁場を支持液体中にて印加することで、前記複数種類の粒子を種類ごとに分離する、又は、前記混合物から特定種類の粒子を分離する混合物の分離方法において、
    前記支持液体は、１又は複数種の常磁性化合物が有機溶媒に溶解した有機溶媒溶液であり、
    前記複数種類の粒子には、無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物の粒子が含まれることを特徴とする混合物の分離方法。
  2. 前記有機溶媒は、アルコール、エーテル、ニトリル、ケトン、エステル、アミド、スルホキシド、ハロメタン、及び炭化水素溶媒からなる群から選択された有機溶媒である、請求項１に記載の混合物の分離方法。
  3. 前記有機溶媒は、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉｓｏ−プロパノール、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、アセトン、酢酸エチル、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジクロロメタン、ヘキサン、及びトルエンからなる群から選択された有機溶媒である、請求項１又は請求項２に記載の混合物の分離方法。
  4. 前記１又は複数種の常磁性化合物の各々は、常磁性無機塩、常磁性有機フリーラジカル、及び常磁性有機化合物錯体からなる群から選択された常磁性化合物である、請求項１乃至３の何れかに記載の混合物の分離方法。
  5. 前記１又は複数種の常磁性化合物の各々は、塩化マンガン、塩化コバルト、塩化鉄、硝酸ジスプロシウム、硝酸テルビウム、硝酸ガドリニウム、硝酸ホルミウム、硝酸コバルト、２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−1−オキシルフリーラジカル、オクチル酸コバルト、フタロシアニン鉄(ＩＩ)、アセチルアセトン鉄(ＩＩＩ)、トリス(ジベンゾイルメタナト)鉄、及びＮ，Ｎ‘−ビス(サリチリデン)エチレンジアミン鉄(ＩＩ)からなる群から選択された常磁性化合物である、請求項１乃至４の何れかに記載の混合物の分離方法。
  6. 前記無機塩は、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属のリン酸塩、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ土類金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ土類金属の硝酸塩、アルカリ土類金属の硫酸塩、及び強酸のアンモニウム塩からなる群から選択される、請求項１乃至５の何れかに記載の混合物の分離方法。
  7. 前記有機酸塩は、有機カルボン酸又は有機スルホン酸のアルカリ金属塩である、請求項１乃至６の何れかに記載の混合物の分離方法。
  8. 前記無機酸化物は、半金属元素の酸化物である、請求項１乃至７の何れかに記載の混合物の分離方法。
  9. 前記高分子化合物は、ポリマーである、請求項１乃至８の何れかに記載の混合物の分離方法。
  10. 前記磁場の前記磁場勾配は、鉛直成分を有しており、前記支持液体中にて前記混合物に前記勾配磁場を印加することで、前記支持液体中にて前記複数種類の粒子が種類ごとに異なる高さに配置される、請求項１乃至９の何れかに記載の混合物の分離方法。
  11. 前記特定種類の粒子は、無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物の粒子であり、前記支持液体中にて前記混合物に前記勾配磁場を印加することで、前記支持液体中に浮遊する、請求項１乃至１０の何れかに記載の混合物の分離方法。
  12. 前記磁場の前記磁場勾配は、水平成分を有しており、前記支持液体中にて前記混合物に前記勾配磁場を印加することで、前記支持液体中にて前記複数種類の粒子が横に移動する、請求項１乃至１１の何れかに記載の混合物の分離方法。
  13. 形成物質が異なる複数種類の粒子を含む混合物に、磁場勾配を有する磁場を支持液体中にて印加することで、前記複数種類の粒子を粒子の種類ごとに分離する、又は、前記混合物から特定種類の粒子を分離する混合物の分離装置において、
    前記支持液体を貯留する分離槽と、
    前記分離槽内に前記混合物を導入する導入手段と、
    前記磁場を生成する磁場生成手段とを備えており、
    前記支持液体は、１又は複数種の常磁性化合物が有機溶媒に溶解した有機溶媒溶液であり、
    前記複数種類の粒子には、無機塩、有機酸塩、無機酸化物、又は高分子化合物の粒子が含まれており、
    前記磁場の磁場勾配は、鉛直成分を、又は、鉛直成分に加えて水平成分を有していることを特徴とする混合物の分離装置。
  14. 前記有機溶媒は、アルコール、エーテル、ニトリル、ケトン、エステル、アミド、スルホキシド、ハロメタン、及び炭化水素溶媒からなる群から選択された有機溶媒である、請求項１３に記載の混合物の分離装置。
  15. 前記１又は複数種の常磁性化合物の各々は、常磁性無機塩、常磁性有機フリーラジカル、及び常磁性有機化合物錯体からなる群から選択された常磁性化合物である、請求項１３又は請求項１４に記載の混合物の分離装置。
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