JP2006008732A - Metal ion scavenger and method for scavenging metal ion - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属イオンを捕捉する捕捉剤、及び該捕捉剤を用いた金属イオンの捕捉方法に関する。 The present invention relates to a capture agent that captures metal ions, and a method for capturing metal ions using the capture agent.
金属イオンの分離、除去、回収は環境浄化、環境保護の視点から、産業問題の枠を越えた全社会的な課題として、ますます重視されている。従って、効率的な金属イオン捕捉剤または捕捉方法についての技術開発においては、従来の有機系ポリマー、例えばイオン交換樹脂系より、多くの優位性、例えば、速いイオン交換速度、高いイオン選択性、高いイオン交換率、簡易なイオン回収性、耐熱性、環境適切性などを有する新しい材料系に転換されて行く傾向がある。 Separation, removal, and recovery of metal ions are increasingly emphasized as a social issue that goes beyond industrial issues from the viewpoint of environmental purification and environmental protection. Therefore, in technical development for efficient metal ion scavengers or trapping methods, there are many advantages over conventional organic polymers such as ion exchange resin systems, such as fast ion exchange rate, high ion selectivity, high There is a tendency to switch to a new material system having ion exchange rate, simple ion recovery, heat resistance, environmental suitability, and the like.
こうした金属イオンの捕捉剤として近年注目されているのがシリカ(珪素)系の捕捉剤である。珪素は地殻上で酸素に次ぐ第二番目を誇る豊富な存在であり、自然界の石英、水晶、オパール、雲母、石綿などはよく知られている珪素の酸化物である。規則的な空間構造やパターン構造を有するシリカ系材料は様々な機能系材料、例えば、分離、精製、または触媒担持体用の材料として極めて有望であり、この機能または効能が従来のポリマー樹脂系より優れていることから、これに関する技術開発がこの数年大きく進歩している。 In recent years, silica (silicon) -based scavengers are attracting attention as such metal ion scavengers. Silicon is the second most abundant existence after oxygen on the earth's crust, and natural quartz, quartz, opal, mica, asbestos, etc. are well-known oxides of silicon. Silica-based materials having a regular spatial structure or pattern structure are extremely promising as various functional materials, for example, materials for separation, purification, or catalyst support, and this function or effect is more than that of conventional polymer resin systems. Due to its excellence, technological development in this regard has made great progress over the past few years.
シリカ系金属イオン捕捉剤としては、主にメソポーラスシリカが使用されている。シリカ中にメソポーラス空洞構造を発現させるための方法としては、分子組織体、例えば、低分子または高分子系の会合体をテンプレートとして用い、その会合体周辺でシリカソースであるアルコキシシランのゾルゲル反応を行うことで、シリカゲルが与えられる。このシリカゲルを高温で焼結し、内部の有機テンプレートを除去することにより、シリカ中空洞が残る。テンプレートとしては、界面活性剤(非特許文献1参照)、ブロックポリマー(非特許文献2参照)、ウイルス、バクテリア(非特許文献3参照)などが使用されている。テンプレートの種類により、得られるシリカ中の空洞が2〜20nm程度の範囲で変化し、かつその空洞は平行したチャンネルとして規則的に配列される。このようなことから、メソポーラスシリカ材料は、触媒、電子材料、ナノフィルター、クロマトグラフィー、分離、バイオ工学などの分野で多くの関心を集めている。 As the silica-based metal ion scavenger, mesoporous silica is mainly used. As a method for expressing a mesoporous cavity structure in silica, a molecular organization, for example, a low molecular weight or high molecular weight aggregate is used as a template, and a sol-gel reaction of alkoxysilane, which is a silica source, around the aggregate. Doing gives silica gel. The silica gel is sintered at a high temperature to remove the organic template inside, thereby leaving a cavity in the silica. As the template, a surfactant (see Non-Patent Document 1), a block polymer (see Non-Patent Document 2), a virus, a bacterium (see Non-Patent Document 3), and the like are used. Depending on the type of template, the cavities in the resulting silica vary in the range of about 2-20 nm, and the cavities are regularly arranged as parallel channels. For this reason, mesoporous silica materials have attracted a lot of interest in the fields of catalysts, electronic materials, nanofilters, chromatography, separation, biotechnology, and the like.
しかし、メソポーラスシリカを金属イオン捕捉剤として用いるには、そのシリカ空洞表面に、アミン、チオールなどの金属イオンに配位能力を有する官能基を導入しなければならない(非特許文献4〜6参照)。メソポーラスシリカは球状の形に作製することができるが、多くの場合、これらのシリカは形状が制御されてない粉末または塊である。従って、金属イオン捕捉のプロセスからいえば、メソポーラスシリカ中の空洞中に金属イオンが入り込み、さらに該金属イオンが空洞内部のアミン、チオールなどの官能基に安定して配位されるには、金属イオンの拡散、配位など全プロセスにおける長い時間を要するものであった。また、メソポーラスシリカ中に固定化できる官能基の数にも制限があり、多量の金属イオンを捕捉する場合にはシリカ量を多くする必要があった。 However, in order to use mesoporous silica as a metal ion scavenger, a functional group having a coordination ability to metal ions such as amine and thiol must be introduced into the silica cavity surface (see Non-Patent Documents 4 to 6). . Mesoporous silicas can be made into spherical shapes, but in many cases these silicas are uncontrolled shaped powders or lumps. Therefore, in terms of the process of capturing metal ions, metal ions enter into the cavities in mesoporous silica, and in order for the metal ions to be stably coordinated with functional groups such as amines and thiols in the cavities, It took a long time in the whole process such as ion diffusion and coordination. In addition, there is a limit to the number of functional groups that can be immobilized in mesoporous silica, and it is necessary to increase the amount of silica when capturing a large amount of metal ions.
本発明が解決しようとする課題は、金属イオンを速やかに捕捉できる金属イオン捕捉剤、及び金属イオンを速やかに捕捉可能な金属イオン捕捉方法を提供すること、特に、多くの金属イオンを速やかに捕捉でき、且つ各種形状に成形可能である金属イオン捕捉剤を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a metal ion scavenger that can quickly capture metal ions and a metal ion capture method that can quickly capture metal ions, and in particular, quickly capture many metal ions. An object of the present invention is to provide a metal ion scavenger that can be formed into various shapes.
本発明においては、金属イオンに高い配位能力を有する直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの結晶をシリカが被覆した、太さがナノメートルオーダーの繊維状複合体を会合させ、全体のネットワークを形成させた捕捉剤が、スポンジのようにその内部に微少な空間と、大きな表面積を確保できるため、多くの金属イオンを速やかに捕捉することができる。さらに、太さがナノメートルオーダーの繊維状複合体の会合体からなるものであるため任意の形状への成形が可能である。 In the present invention, a silica-coated polymer crystal having a linear polyethyleneimine skeleton having a high coordination ability to metal ions is associated with a fibrous composite having a thickness on the order of nanometers. Since the formed trapping agent can secure a small space and a large surface area inside a sponge like a sponge, a large amount of metal ions can be quickly trapped. Furthermore, since it consists of an aggregate of fibrous composites with a thickness of the order of nanometers, it can be molded into any shape.
すなわち、本発明は直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの結晶をシリカが被覆した、太さが15〜100nmの範囲にある繊維状複合体同士が会合してなる金属イオン捕捉剤を提供することにある。 That is, the present invention provides a metal ion scavenger formed by associating fibrous composites having a thickness in the range of 15 to 100 nm, in which a polymer crystal having a linear polyethyleneimine skeleton is coated with silica. It is in.
さらに本発明は、金属イオンを含有する溶液と、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの結晶をシリカが被覆した、太さが15〜100nmの範囲にある繊維状複合体同士が会合してなる金属イオン捕捉剤とを接触させて、前記溶液中に含まれる金属イオンを、前記遷移金属捕捉剤中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格に配位させることからなる金属の捕捉方法、及び金属イオン捕捉剤に捕捉された金属イオンを酸性処理により金属捕捉剤から分離する方法を提供することにある。 Furthermore, the present invention comprises a solution containing metal ions and a fibrous composite having a thickness in the range of 15 to 100 nm, in which a silica crystal is coated with a polymer crystal having a linear polyethyleneimine skeleton. Metal capture method comprising contacting metal ion scavenger and coordinating metal ions contained in the solution to linear polyethyleneimine skeleton in the transition metal scavenger, and metal ion scavenger It is an object of the present invention to provide a method for separating metal ions trapped in a metal scavenger by an acid treatment.
本発明の金属イオン捕捉剤は、ナノメートルオーダーの繊維状複合体が会合した三次元網目構造、即ち、シリカスポンジ構造を有する。従って、そのスポンジ内部は繊維状複合体と空隙で構成され、かつ内部の繊維状複合体の表面積が非常に大きい。このため、本発明の金属イオン捕捉剤は金属イオン水溶液と接触させた際、金属イオンがシリカの全表面と接触することができ、多くの金属イオンを速やかに捕捉することが可能となる。更に、本発明の金属イオン捕捉剤は、成形が容易であることから、カラム状や板状への加工により、ナノフィルター形式の金属イオン捕捉剤として用いることができる。 The metal ion scavenger of the present invention has a three-dimensional network structure in which fibrous composites of nanometer order are associated, that is, a silica sponge structure. Therefore, the inside of the sponge is composed of a fibrous composite and a void, and the surface area of the internal fibrous composite is very large. For this reason, when the metal ion scavenger of the present invention is brought into contact with a metal ion aqueous solution, the metal ions can come into contact with the entire surface of silica, and many metal ions can be quickly captured. Furthermore, since the metal ion scavenger of the present invention is easy to mold, it can be used as a nanofilter type metal ion scavenger by processing into a column or plate.
また、本発明の金属イオン捕捉剤中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーは、溶液のpHの変化より、プロトン化されたカチオン状態、または脱プロトンのアミン状態に変化できる。このため、本発明の金属イオン捕捉剤は、金属イオンを選択的に捕捉することが可能である。 Further, the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in the metal ion scavenger of the present invention can be changed to a protonated cationic state or a deprotonated amine state by changing the pH of the solution. For this reason, the metal ion scavenger of the present invention can selectively capture metal ions.
さらに、本発明の金属イオン捕捉剤においては、シリカの有する耐酸性、耐酸化性、耐有機溶剤性に優れ、繊維状複合体中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーは該繊維状複合体から溶出されることがない。従って、金属と配位する活性部が繊維状複合体中に安定に固定化された状態を保持できる。 Furthermore, in the metal ion scavenger of the present invention, the polymer having excellent acid resistance, oxidation resistance, and organic solvent resistance possessed by silica and having a linear polyethyleneimine skeleton in the fibrous composite is the fibrous composite. It is not eluted from. Therefore, it is possible to maintain a state in which the active part coordinated with the metal is stably immobilized in the fibrous composite.
また、本発明のポリマー結晶とシリカからなる捕捉剤の形成において、その結晶フィラメント中に機能性物質、例えば、蛍光物質など機能性化合物を含有させることが可能であり、含有させた機能性物質に由来する機能を発現させることもできる。 Further, in the formation of the scavenger comprising the polymer crystal and silica of the present invention, it is possible to contain a functional compound such as a fluorescent substance in the crystal filament, and the functional substance contained The derived function can also be expressed.
また、本発明の金属イオン捕捉剤を使用した捕捉方法によると、多くの金属イオンを速やかに捕捉でき、さらに、シリカ繊維中に捕捉された金属イオンを酸性水溶液で洗浄することにより、その金属を容易に回収できる。 In addition, according to the trapping method using the metal ion scavenger of the present invention, many metal ions can be quickly trapped, and further, the metal ions trapped in the silica fiber can be washed with an acidic aqueous solution to thereby remove the metal. It can be easily recovered.
本発明の捕捉剤は、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの結晶をシリカが被覆した、太さがナノメートルオーダーの範囲にある繊維状複合体同士が会合してなるものである。 The scavenger of the present invention is obtained by associating fibrous composites having a thickness in the order of nanometers, in which a polymer crystal having a linear polyethyleneimine skeleton is coated with silica.
[直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー]
本発明でいう直鎖状ポリエチレンイミン骨格とは、二級アミンのエチレンイミン単位を主たる構造単位とするポリマー骨格をいう。該骨格中においては、エチレンイミン単位以外の構造単位が存在していてもよいが、ポリマー結晶を形成させるためには、ポリマー鎖の一定鎖長が連続的なエチレンイミン単位であることが好ましい。該直鎖状ポリエチレンイミン骨格の長さは、該骨格を有するポリマーが結晶を形成できる範囲であれば特に制限されないが、好適にポリマー結晶を形成するためには、該骨格部分のエチレンイミン単位の繰り返し単位数が10以上であることが好ましく、20〜10000の範囲であることが特に好ましい。
[Polymer having linear polyethyleneimine skeleton]
The linear polyethyleneimine skeleton as used in the present invention refers to a polymer skeleton having an ethyleneimine unit of a secondary amine as a main structural unit. In the skeleton, structural units other than the ethyleneimine unit may exist, but in order to form a polymer crystal, it is preferable that a constant chain length of the polymer chain is a continuous ethyleneimine unit. The length of the linear polyethyleneimine skeleton is not particularly limited as long as the polymer having the skeleton can form a crystal, but in order to form a polymer crystal suitably, the ethyleneimine unit of the skeleton portion is not limited. The number of repeating units is preferably 10 or more, and particularly preferably in the range of 20 to 10,000.
本発明において使用するポリマーは、その構造中に直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するものであればよく、その形状が線状、星状または櫛状であっても、水中または水と水溶性有機溶媒混合の水性媒体中で結晶体を与えることができる。 The polymer used in the present invention may be any polymer as long as it has a linear polyethyleneimine skeleton in its structure. Even if the shape is linear, star-shaped or comb-shaped, it is water or water and a water-soluble organic solvent. Crystals can be provided in a mixed aqueous medium.
また、これら線状、星状または櫛状のポリマーは、直鎖状ポリエチレンイミン骨格のみからなるものであっても、直鎖状ポリエチレンイミン骨格からなるブロック(以下、ポリエチレンイミンブロックと略記する。)と他のポリマーブロックとのブロックコポリマーからなるものであってもよい。他のポリマーブロックとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピオニルエチレンイミン、ポリアクリルアミドなどの水溶性のポリマーブロック、あるいは、ポリスチレン、ポリオキサゾリン類のポリフェニルオキサゾリン、ポリオクチルオキサゾリン、ポリドデシルオキサゾリン、ポリアクリレート類のポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレートなどの疎水性のポリマーブロックを使用できる。これら他のポリマーブロックとのブロックコポリマーとすることで、ポリマー結晶の形状や特性を調整することができる。 Further, these linear, star-shaped or comb-shaped polymers may be composed of only a linear polyethyleneimine skeleton or a block composed of a linear polyethyleneimine skeleton (hereinafter abbreviated as a polyethyleneimine block). And a block copolymer of the other polymer block. Other polymer blocks include, for example, water-soluble polymer blocks such as polyethylene glycol, polypropionylethyleneimine, polyacrylamide, or polystyrene, polyoxazoline polyphenyloxazoline, polyoctyloxazoline, polydodecyloxazoline, polyacrylates Hydrophobic polymer blocks such as polymethyl methacrylate and polybutyl methacrylate can be used. By using a block copolymer with these other polymer blocks, the shape and characteristics of the polymer crystal can be adjusted.
直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーが、ブロックコポリマーである場合の該ポリマー中における直鎖状ポリエチレンイミン骨格の割合は、ポリマー結晶を形成できる範囲であれば特に制限されないが、好適にポリマー結晶を形成するためには、ポリマー中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格の割合が40モル%以上であることが好ましく、50モル%以上であることがさらに好ましい。 When the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is a block copolymer, the proportion of the linear polyethyleneimine skeleton in the polymer is not particularly limited as long as the polymer crystal can be formed. In order to form the polymer, the proportion of the linear polyethyleneimine skeleton in the polymer is preferably 40 mol% or more, and more preferably 50 mol% or more.
上記直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーは、その前駆体となるポリオキサゾリン類からなる直鎖状の骨格を有するポリマー(以下、前駆体ポリマーと略記する。)を、酸性条件下またはアルカリ条件下で加水分解することで容易に得ることができる。従って、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの線状、星状、または櫛状などの形状は、この前駆体ポリマーの形状を制御することで容易に設計することができる。また、重合度や末端構造も、前駆体ポリマーの重合度や末端機能団を制御することで容易に調整できる。さらに、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するブロックコポリマーを形成する場合には、前駆体ポリマーをブロックコポリマーとし、該前駆体中のポリオキサゾリン類からなる直鎖状の骨格を選択的に加水分解することで得ることができる。 The polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is a polymer having a linear skeleton composed of polyoxazolines serving as a precursor thereof (hereinafter abbreviated as a precursor polymer) under acidic conditions or alkaline conditions. It can be easily obtained by hydrolysis. Therefore, the shape of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton such as a linear shape, a star shape, or a comb shape can be easily designed by controlling the shape of the precursor polymer. Further, the degree of polymerization and the terminal structure can be easily adjusted by controlling the degree of polymerization and the terminal functional group of the precursor polymer. Furthermore, when forming a block copolymer having a linear polyethyleneimine skeleton, the precursor polymer is used as a block copolymer, and the linear skeleton composed of polyoxazolines in the precursor is selectively hydrolyzed. Can be obtained at
前駆体ポリマーは、オキサゾリン類のモノマーを使用して、カチオン型の重合法、あるいは、マクロモノマー法などの合成方法により合成が可能であり、合成方法や開始剤を適宜選択することにより、線状、星状、あるいは櫛状などの各種形状の前駆体ポリマーを合成できる。 The precursor polymer can be synthesized by a cationic polymerization method or a synthesis method such as a macromonomer method using an oxazoline monomer. By selecting an appropriate synthesis method and initiator, a linear polymer can be obtained. It is possible to synthesize precursor polymers having various shapes such as a star shape or a comb shape.
ポリオキサゾリン類からなる直鎖状の骨格を形成するモノマーとしては、メチルオキサゾリン、エチルオキサゾリン、メチルビニルオキサゾリン、フェニルオキサゾリンなどのオキサゾリンモノマーを使用できる。 Oxazoline monomers such as methyl oxazoline, ethyl oxazoline, methyl vinyl oxazoline, and phenyl oxazoline can be used as the monomer that forms a linear skeleton composed of polyoxazolines.
重合開始剤としては、分子中に塩化アルキル基、臭化アルキル基、ヨウ化アルキル基、トルエンスルホニルオキシ基、あるいはトリフルオロメチルスルホニルオキシ基などの官能基を有する化合物を使用できる。これら重合開始剤は、多くのアルコール類化合物の水酸基を他の官能基に変換させることで得られる。なかでも、官能基変換として、臭素化、ヨウ素化、トルエンスルホン酸化、およびトリフルオロメチルスルホン酸化されたものは重合開始効率が高いため好ましく、特に臭化アルキル、トルエンスルホン酸アルキルが好ましい。 As the polymerization initiator, a compound having a functional group such as an alkyl chloride group, an alkyl bromide group, an alkyl iodide group, a toluenesulfonyloxy group, or a trifluoromethylsulfonyloxy group in the molecule can be used. These polymerization initiators can be obtained by converting the hydroxyl groups of many alcohol compounds into other functional groups. Of these, brominated, iodinated, toluene sulfonated and trifluoromethyl sulfonated functional groups are preferred because of high polymerization initiation efficiency, and alkyl bromide and toluene sulfonate alkyl are particularly preferred.
また、ポリ(エチレングリコール)の末端水酸基を臭素あるいはヨウ素に変換したもの、またはトルエンスルホニル基に変換したものを重合開始剤として使用することもできる。その場合、ポリ(エチレングリコール)の重合度は5〜100の範囲であることが好ましく、10〜50の範囲であれば特に好ましい。 Moreover, what converted the terminal hydroxyl group of poly (ethylene glycol) into bromine or iodine, or converted into a toluenesulfonyl group can also be used as a polymerization initiator. In that case, the degree of polymerization of poly (ethylene glycol) is preferably in the range of 5 to 100, particularly preferably in the range of 10 to 50.
また、カチオン開環リビング重合開始能を有する官能基を有し、かつ光による発光機能、エネルギー移動機能、電子移動機能を有するポルフィリン骨格、フタロシアニン骨格、またはピレン骨格のいずれかの骨格を有する色素類は、得られるポリマーに特殊な機能を付与することができる。 Also, dyes having a functional group having the ability to initiate cationic ring-opening living polymerization and having a skeleton of any of a porphyrin skeleton, a phthalocyanine skeleton, or a pyrene skeleton having a light emission function, an energy transfer function, and an electron transfer function by light Can impart a special function to the resulting polymer.
線状の前駆体ポリマーは、上記オキサゾリンモノマーを1価または2価の官能基を有する重合開始剤により重合することで得られる。このような重合開始剤としては、例えば、塩化メチルベンゼン、臭化メチルベンゼン、ヨウ化メチルベンゼン、トルエンスルホン酸メチルベンゼン、トリフルオロメチルスルホン酸メチルベンゼン、臭化メタン、ヨウ化メタン、トルエンスルホン酸メタンまたはトルエンスルホン酸無水物、トリフルオロメチルスルホン酸無水物、5−(4−ブロモメチルフェニル)−10,15,20−トリ(フェニル)ポルフィリン、またはブロモメチルピレンなどの1価のもの、ジブロモメチルベンゼン、ジヨウ化メチルベンゼン、ジブロモメチルビフェニレン、またはジブロモメチルアゾベンゼンなどの2価のものが挙げられる。また、ポリ(メチルオキサゾリン)、ポリ(エチルオキサゾリン)、または、ポリ(メチルビニルオキサゾリン)などの工業的に使用されている線状のポリオキサゾリンを、そのまま前駆体ポリマーとして使用することもできる。 The linear precursor polymer is obtained by polymerizing the oxazoline monomer with a polymerization initiator having a monovalent or divalent functional group. Examples of such a polymerization initiator include methyl benzene, methyl benzene bromide, methyl benzene iodide, methyl benzene toluene sulfonate, methyl benzene trifluoromethyl sulfonate, methane bromide, methane iodide, toluene sulfonic acid. Monovalent ones such as methane or toluenesulfonic anhydride, trifluoromethylsulfonic anhydride, 5- (4-bromomethylphenyl) -10,15,20-tri (phenyl) porphyrin, or bromomethylpyrene, dibromo Divalent ones such as methylbenzene, diiodomethylbenzene, dibromomethylbiphenylene, or dibromomethylazobenzene can be mentioned. In addition, linear polyoxazolines that are industrially used such as poly (methyloxazoline), poly (ethyloxazoline), or poly (methylvinyloxazoline) can be used as a precursor polymer as they are.
星状の前駆体ポリマーは、上記したようなオキサゾリンモノマーを3価以上の官能基を有する重合開始剤により重合することで得られる。3価以上の重合開始剤としては、例えば、トリブロモメチルベンゼン、などの3価のもの、テトラブロモメチルベンゼン、テトラ(4−クロロメチルフェニル)ポルフィリン、テトラブロモエトキシフタロシアニンなどの4価のもの、ヘキサブロモメチルベンゼン、テトラ(3,5−ジトシリルエチルオキシフェニル)ポルフィリンなどの5価以上のものが挙げられる。 The star-shaped precursor polymer is obtained by polymerizing the oxazoline monomer as described above with a polymerization initiator having a trivalent or higher functional group. Examples of the trivalent or higher polymerization initiator include trivalent compounds such as tribromomethylbenzene, tetravalent compounds such as tetrabromomethylbenzene, tetra (4-chloromethylphenyl) porphyrin, and tetrabromoethoxyphthalocyanine. A pentavalent or higher valent compound such as hexabromomethylbenzene and tetra (3,5-ditosilylethyloxyphenyl) porphyrin can be used.
櫛状の前駆体ポリマーを得るためには、多価の重合開始基を有する線状のポリマーを用いて、該重合開始基からオキサゾリンモノマーを重合させることができるが、例えば、通常のエポキシ樹脂やポリビニルアルコールなどの側鎖に水酸基を有するポリマーの水酸基を、臭素やヨウ素等でハロゲン化するか、あるいはトルエンスルホニル基に変換させた後、該変換部分を重合開始基として用いることでも得ることができる。 In order to obtain a comb-like precursor polymer, an oxazoline monomer can be polymerized from the polymerization initiating group using a linear polymer having a polyvalent polymerization initiating group. It can also be obtained by halogenating a hydroxyl group of a polymer having a hydroxyl group in a side chain such as polyvinyl alcohol with bromine or iodine, or converting it to a toluenesulfonyl group and then using the converted moiety as a polymerization initiating group. .
また、櫛状の前駆体ポリマーを得る方法として、ポリアミン型重合停止剤を用いることもできる。例えば、一価の重合開始剤を用い、オキサゾリンを重合させ、そのポリオキサゾリンの末端をポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリプロピルアミンなどのポリアミンのアミノ基に結合させることで、櫛状のポリオキサゾリンを得ることができる。 As a method for obtaining a comb-like precursor polymer, a polyamine type polymerization terminator can also be used. For example, a monovalent polymerization initiator is used to polymerize oxazoline, and the end of the polyoxazoline is bonded to the amino group of a polyamine such as polyethyleneimine, polyvinylamine, or polypropylamine to obtain a comb-shaped polyoxazoline. Can do.
上記により得られる前駆体ポリマーのポリオキサゾリン類からなる直鎖状の骨格の加水分解は、酸性条件下またはアルカリ条件下のいずれの条件下でもよい。酸性条件下での加水分解は、例えば、塩酸水溶液中でポリオキサゾリンを加熱下で攪拌することにより、ポリエチレンイミンの塩酸塩を得ることができる。得られた塩酸塩を過剰のアンモニウム水で処理することで、塩基性のポリエチレンイミンの結晶粉末を得ることができる。用いる塩酸水溶液は、濃塩酸でも、1mol/L程度の水溶液でもよいが、加水分解を効率的に行うには、5mol/Lの塩酸水溶液を用いることが望ましい。また、反応温度は80℃前後が望ましい。 Hydrolysis of the linear skeleton composed of the polyoxazolines of the precursor polymer obtained as described above may be carried out under either acidic conditions or alkaline conditions. Hydrolysis under acidic conditions can obtain polyethyleneimine hydrochloride, for example, by stirring polyoxazoline under heating in an aqueous hydrochloric acid solution. By treating the obtained hydrochloride with excess ammonium water, a basic polyethyleneimine crystal powder can be obtained. The hydrochloric acid aqueous solution used may be concentrated hydrochloric acid or an aqueous solution of about 1 mol / L, but it is desirable to use a 5 mol / L aqueous hydrochloric acid solution for efficient hydrolysis. The reaction temperature is preferably around 80 ° C.
アルカリ条件下での加水分解は、例えば、水酸化ナトリウム水溶液を用いることで、ポリオキサゾリンをポリエチレンイミンに変換させることができる。アルカリ条件下で反応させた後、反応液を透析膜にて洗浄することで、過剰な水酸化ナトリウムを除去し、ポリエチレンイミンの結晶粉末を得ることができる。用いる水酸化ナトリウムの濃度は1〜10mol/Lの範囲であればよく、より効率的な反応を行うには3〜5mol/Lの範囲であることが好ましい。また、反応温度は80℃前後が好ましい。 For hydrolysis under alkaline conditions, polyoxazoline can be converted into polyethyleneimine by using, for example, an aqueous sodium hydroxide solution. After reacting under alkaline conditions, the reaction solution is washed with a dialysis membrane to remove excess sodium hydroxide and to obtain polyethyleneimine crystal powder. The concentration of sodium hydroxide to be used may be in the range of 1 to 10 mol / L, and is preferably in the range of 3 to 5 mol / L in order to perform a more efficient reaction. The reaction temperature is preferably around 80 ° C.
酸性条件下またはアルカリ条件下での加水分解における、酸またはアルカリの使用量は、ポリマー中のオキサゾリン単位に対し、1〜10当量でよく、反応効率の向上と後処理の簡便化のためには、3当量程度とすることが好ましい。 In the hydrolysis under acidic conditions or alkaline conditions, the amount of acid or alkali used may be 1 to 10 equivalents relative to the oxazoline unit in the polymer. In order to improve reaction efficiency and simplify post-treatment. About 3 equivalents are preferred.
上記加水分解により、前駆体ポリマー中のポリオキサゾリン類からなる直鎖状の骨格が、直鎖状ポリエチレンイミン骨格となり、該ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーが得られる。 By the hydrolysis, a linear skeleton composed of polyoxazolines in the precursor polymer becomes a linear polyethyleneimine skeleton, and a polymer having the polyethyleneimine skeleton is obtained.
また、直鎖状ポリエチレンイミンブロックと他のポリマーブロックとのブロックコポリマーを形成する場合には、前駆体ポリマーをポリオキサゾリン類からなる直鎖状のポリマーブロックと、他のポリマーブロックとからなるブロックコポリマーとし、該前駆体ポリマー中のポリオキサゾリン類からなる直鎖状のブロックを選択的に加水分解することで得ることができる。 In the case of forming a block copolymer of a linear polyethyleneimine block and another polymer block, the precursor polymer is a block copolymer composed of a linear polymer block composed of polyoxazolines and another polymer block. And a linear block composed of polyoxazolines in the precursor polymer can be selectively hydrolyzed.
他のポリマーブロックが、ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)などの水溶性ポリマーブロックである場合には、ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)が、ポリ(N−ホルミルエチレンイミン)やポリ(N−アセチルエチレンイミン)に比べて、有機溶媒への溶解性が高いことを利用してブロックコポリマーを形成することができる。即ち、2−オキサゾリンまたは2−メチル−2−オキサゾリンを、前記した重合開始化合物の存在下でカチオン開環リビング重合した後、得られたリビングポリマーに、さらに2−エチル−2−オキサゾリンを重合させることによって、ポリ(N−ホルミルエチレンイミン)ブロックまたはポリ(N−アセチルエチレンイミン)ブロックと、ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)ブロックとからなる前駆体ポリマーを得る。該前駆体ポリマーを水に溶解させ、該水溶液にポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)ブロックを溶解する水とは非相溶の有機溶媒を混合して攪拌することによりエマルジョンを形成する。該エマルジョンの水相に、酸またはアルカリを添加することによりポリ(N−ホルミルエチレンイミン)ブロックまたはポリ(N−アセチルエチレンイミン)ブロックを優先的に加水分解させることにより、直鎖状ポリエチレンイミンブロックと、ポリ(N−プロピオニルエチレンイミン)ブロックとを有するブロックコポリマーを形成できる。 When the other polymer block is a water-soluble polymer block such as poly (N-propionylethyleneimine), poly (N-propionylethyleneimine) is converted to poly (N-formylethyleneimine) or poly (N-acetyl). A block copolymer can be formed by taking advantage of its higher solubility in organic solvents than ethyleneimine). That is, 2-oxazoline or 2-methyl-2-oxazoline is subjected to cationic ring-opening living polymerization in the presence of the above-described polymerization initiating compound, and then 2-ethyl-2-oxazoline is further polymerized to the obtained living polymer. Thus, a precursor polymer composed of a poly (N-formylethyleneimine) block or a poly (N-acetylethyleneimine) block and a poly (N-propionylethyleneimine) block is obtained. The precursor polymer is dissolved in water, and an emulsion is formed by mixing and stirring an organic solvent incompatible with water in which the poly (N-propionylethyleneimine) block is dissolved in the aqueous solution. A linear polyethyleneimine block is obtained by preferentially hydrolyzing a poly (N-formylethyleneimine) block or a poly (N-acetylethyleneimine) block by adding an acid or an alkali to the aqueous phase of the emulsion. And a block copolymer having a poly (N-propionylethyleneimine) block.
ここで使用する重合開始化合物の価数が1および2の場合には、直鎖状のブロックコポリマーとなり、それ以上の価数であれば星型のブロックコポリマーが得られる。また、前駆体ポリマーを多段のブロックコポリマーとすることで、得られるポリマーも多段のブロック構造とすることも可能である。 When the valence of the polymerization initiating compound used here is 1 or 2, a linear block copolymer is obtained. When the valence is higher than that, a star-shaped block copolymer is obtained. Further, by making the precursor polymer a multistage block copolymer, the resulting polymer can also have a multistage block structure.
[ポリマー結晶]
上記ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーは、一次構造中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格が、水又は水と親水性溶媒の混合溶液中で結晶性を発現してポリマー結晶を形成する。該ポリマー結晶は、水の存在下でのポリマー結晶同士の物理的な結合により三次元網目構造を有するヒドロゲルを形成することもでき、さらにポリマー結晶同士を架橋剤で架橋することにより化学的な架橋結合を有する架橋ヒドロゲルを形成することもできる。
[Polymer crystals]
In the polymer having a polyethyleneimine skeleton, the linear polyethyleneimine skeleton in the primary structure exhibits crystallinity in water or a mixed solution of water and a hydrophilic solvent to form a polymer crystal. The polymer crystals can also form a hydrogel having a three-dimensional network structure by physical bonding between the polymer crystals in the presence of water, and further chemically crosslinked by crosslinking the polymer crystals with a crosslinking agent. Crosslinked hydrogels with bonds can also be formed.
従来広く使用されてきたポリエチレンイミンは、環状エチレンイミンの開環重合により得られる分岐状ポリマーであり、その一次構造には一級アミン、二級アミン、三級アミンが存在する。従って、分岐状ポリエチレンイミンは水溶性であるが、結晶性は持たないため、分岐状ポリエチレンイミンを用いてヒドロゲルを作るためには、架橋剤による共有結合により網目構造を与えなくてはならない。しかしながら本発明に使用するポリマーが骨格として有する直鎖状ポリエチレンイミンは、二級アミンだけで構成されており、該二級アミン型の直鎖状ポリエチレンイミンは水溶性でありながら、優れた結晶性を有する。 Polyethyleneimine that has been widely used heretofore is a branched polymer obtained by ring-opening polymerization of cyclic ethyleneimine, and has primary amine, secondary amine, and tertiary amine in its primary structure. Therefore, branched polyethyleneimine is water-soluble, but has no crystallinity. Therefore, in order to make a hydrogel using branched polyethyleneimine, a network structure must be provided by covalent bonding with a crosslinking agent. However, the linear polyethyleneimine that the polymer used in the present invention has as a skeleton is composed only of a secondary amine, and the secondary amine type linear polyethyleneimine is water-soluble and has excellent crystallinity. Have
このような、直鎖状ポリエチレンイミンの結晶は、そのポリマーのエチレンイミン単位に含まれる結晶水数により、ポリマー結晶構造が大きく異なることが知られている(Y.Chatani et al.、Macromolecules、1981年、第14巻、p.315−321)。無水のポリエチレンイミンは二重螺旋構造を特徴とする結晶構造を優先するが、モノマー単位に2分子の水が含まれると、ポリマーはzigzag構造を特徴とする結晶体に成長することが知られている。実際、水中から得られる直鎖状ポリエチレンイミンの結晶は一つのモノマー単位に2分子水を含む結晶であり、その結晶は室温状態では水中不溶である。 Such linear polyethyleneimine crystals are known to vary greatly in polymer crystal structure depending on the number of water of crystallization contained in the ethyleneimine unit of the polymer (Y. Chatani et al., Macromolecules, 1981). Year, Vol. 14, pp. 315-321). Anhydrous polyethylenimine prefers a crystal structure characterized by a double helix structure, but if the monomer unit contains two molecules of water, the polymer is known to grow into a crystal characterized by a zigzag structure. Yes. Actually, the crystal of linear polyethyleneimine obtained from water is a crystal containing bimolecular water in one monomer unit, and the crystal is insoluble in water at room temperature.
本発明における直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの結晶は、上記の場合と同様に直鎖状ポリエチレンイミン骨格の結晶発現により形成されるものであり、ポリマー形状が線状、星状、または櫛状などの形状であっても、一次構造に直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーであれば、ポリマーの結晶が得られる。 The polymer crystal having a linear polyethyleneimine skeleton in the present invention is formed by crystal expression of the linear polyethyleneimine skeleton in the same manner as described above, and the polymer shape is linear, star-shaped, or comb-like. Even if it is a shape such as a shape, a polymer crystal can be obtained if it is a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in the primary structure.
本発明におけるポリマー結晶の存在はX線散乱により確認でき、広角X線回折計(WAXS)における2θ角度値で20°,27°,28°近傍の結晶性ヒドロゲル中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格に由来するピーク値により確認される。 The presence of the polymer crystal in the present invention can be confirmed by X-ray scattering, and the linear polyethyleneimine skeleton in the crystalline hydrogel in the vicinity of 20 °, 27 °, and 28 ° in terms of 2θ angle values in a wide angle X-ray diffractometer (WAXS). Confirmed by the derived peak value.
また、本発明におけるポリマー結晶の示差走査熱量計(DSC)における融点は、ポリエチレンイミン骨格のポリマーの一次構造にも依存するが、概ねその融点が45〜90℃で現れる。 Moreover, although the melting point in the differential scanning calorimeter (DSC) of the polymer crystal in the present invention depends on the primary structure of the polymer having a polyethyleneimine skeleton, the melting point generally appears at 45 to 90 ° C.
本発明におけるポリマー結晶は、その結晶を構成するポリマー構造の幾何学的な形状や、分子量、一次構造中に導入できる非エチレンイミン部分、さらにはポリマー結晶の形成条件などの影響により各種形状を取り得ることができ、例えば繊維状、ブラシ状、星状などの形状を有する。 The polymer crystal in the present invention takes various shapes due to the influence of the geometric shape of the polymer structure constituting the crystal, the molecular weight, the non-ethyleneimine moiety that can be introduced into the primary structure, and the formation conditions of the polymer crystal. For example, it has a fiber shape, a brush shape, a star shape, or the like.
上記ポリマー結晶は、5〜30nm程度のナノメートルオーダーの繊維状ポリマー結晶(以下、該結晶を繊維状ナノ結晶と略記する。)を基礎とするものであり、該繊維状ナノ結晶表面に存在するフリーなエチレンイミン鎖により、繊維状ナノ結晶同士が水素結合による物理的な結合で繋がれて空間に配置され、上記したような三次元形状に成長する。これらポリマー結晶間が、さらに物理的に結合し、該ポリマー結晶の三次元網目構造を作り上げる。これらは水の存在下で生じるため、結果的には該三次元網目構造中に水を包含したヒドロゲルが与えられる。 The polymer crystal is based on a nanometer-order fibrous polymer crystal (hereinafter, the crystal is abbreviated as a fibrous nanocrystal) of about 5 to 30 nm, and is present on the surface of the fibrous nanocrystal. By the free ethyleneimine chain, the fibrous nanocrystals are connected by physical bonds by hydrogen bonds, arranged in the space, and grow in the three-dimensional shape as described above. These polymer crystals are further physically bonded to form a three-dimensional network structure of the polymer crystals. Since these occur in the presence of water, the result is a hydrogel that includes water in the three-dimensional network structure.
ここでいう三次元網目構造とは、通常の高分子ヒドロゲルと異なり、マイクロ、またはナノスケールの結晶同士が、その結晶表面に存在するフリーなエチレンイミン鎖の水素結合により、物理的に架橋化された網目構造を言う。従って、その結晶の融点以上の温度では、結晶が水中溶解されてしまい、三次元網目構造も解体される。ところが、それが室温に戻ると、ポリマー結晶が成長し、その結晶間では水素結合による物理的な架橋が形成するため、再び、三次元網目構造が現れる。 The three-dimensional network structure here is different from ordinary polymer hydrogels. Micro- or nano-scale crystals are physically cross-linked by hydrogen bonds of free ethyleneimine chains existing on the crystal surface. Say a net structure. Therefore, at a temperature higher than the melting point of the crystal, the crystal is dissolved in water, and the three-dimensional network structure is also dismantled. However, when it returns to room temperature, polymer crystals grow, and physical crosslinks due to hydrogen bonds are formed between the crystals, so that a three-dimensional network structure appears again.
本発明のポリマー結晶は、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーが室温の水に不溶である性質を利用し、該直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの水中での溶解−結晶変換により得ることができる。 The polymer crystal of the present invention can be obtained by dissolution-crystal conversion of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in water utilizing the property that a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is insoluble in water at room temperature. Can do.
また、ヒドロゲルは、まず直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーを一定量水中に分散し、該分散液を加熱することにより、ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの透明な水溶液を得る。次いで、加熱状態のポリマーの水溶液を室温に冷やすことにより得られる。該ヒドロゲルは、剪断力等の外力により変形を生じるが、概ねの形状を保持できるアイスクリームのような状態を有し、多様な形状に変形させることが可能である。 In the hydrogel, a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is first dispersed in water, and the dispersion is heated to obtain a transparent aqueous solution of the polymer having a polyethyleneimine skeleton. Subsequently, it is obtained by cooling the heated polymer aqueous solution to room temperature. The hydrogel is deformed by an external force such as a shearing force, but has a state like an ice cream capable of maintaining a general shape, and can be deformed into various shapes.
上記ポリマー分散液の加熱温度は100℃以下が好ましく、90〜95℃の範囲であることがより好ましい。また、ポリマー分散液中のポリマー含有量は、ヒドロゲルが得られる範囲であれば特に限定されないが、0.01〜20質量%の範囲であることが好ましく、安定形状の結晶体からなるヒドロゲルを得るためには0.1〜10質量%の範囲がさらに好ましい。このように、本発明においては、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーを使用すると、ごく少量のポリマー濃度でもヒドロゲルを形成することができる。 The heating temperature of the polymer dispersion is preferably 100 ° C. or less, and more preferably in the range of 90 to 95 ° C. The polymer content in the polymer dispersion is not particularly limited as long as the hydrogel can be obtained, but is preferably in the range of 0.01 to 20% by mass, and a hydrogel composed of a stable-shaped crystal is obtained. Therefore, the range of 0.1 to 10% by mass is more preferable. Thus, in the present invention, when a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is used, a hydrogel can be formed even with a very small polymer concentration.
上記ポリマー水溶液の温度を室温まで低下させる過程により、得られるヒドロゲル中の結晶形状を調整することができる。例えば、ポリマー水溶液を80℃に1時間保持した後、1時間かけて60℃にし、該温度でさらに1時間保持する。その後1時間かけて40℃まで低下させた後、自然に室温まで下げることで、水溶液の水が流動性をなくした状態のヒドロゲル結晶体を得ることができる。また、上記ポリマー水溶液を一気に氷点の氷り水、または氷点下のメタノール/ドライアイス、あるいはアセトン/ドライアイスの冷媒液にて冷却させた後、その状態のものを室温のワータバスにて保持させることでヒドロゲル結晶体を得ることができる。さらには、上記のポリマー水溶液を室温のワータバスまたは室温空気環境にて、室温まで温度を低下させることで、ヒドロゲル結晶体を得ることができる。 The crystal shape in the obtained hydrogel can be adjusted by the process of lowering the temperature of the aqueous polymer solution to room temperature. For example, the polymer aqueous solution is kept at 80 ° C. for 1 hour, then brought to 60 ° C. over 1 hour, and kept at this temperature for another 1 hour. Thereafter, the temperature is lowered to 40 ° C. over 1 hour, and then naturally lowered to room temperature, whereby a hydrogel crystal in which the water of the aqueous solution has lost its fluidity can be obtained. In addition, after the above polymer aqueous solution is cooled at once with freezing water at a freezing point, or with a refrigerant liquid of methanol / dry ice or acetone / dry ice below freezing point, the state of the polymer is held in a water bath at room temperature, thereby hydrogel Crystals can be obtained. Furthermore, a hydrogel crystal can be obtained by lowering the temperature of the aqueous polymer solution to room temperature in a water bath or room temperature air environment.
上記ポリマー水溶液の温度を低下させる工程は、得られるヒドロゲル中のポリマー結晶の形状に強く影響を与えるため、上記異なる工程により得られるヒドロゲル中のポリマーの結晶形態は同一ではない。 Since the step of lowering the temperature of the aqueous polymer solution strongly affects the shape of the polymer crystals in the resulting hydrogel, the crystalline form of the polymers in the hydrogel obtained by the different steps is not the same.
上記のポリマー水溶液の温度を、濃度を一定として多段階的に低下させた場合、ヒドロゲル中におけるポリマーの結晶形態を、ファイバー状のポリマー結晶形態とすることができる。これを急冷した後、室温に戻した場合には、花弁状のポリマー結晶形態とすることができ。また、これをドライアイス上のアセトンで再度急冷して、室温に戻した場合、波状のポリマー結晶形態とすることができる。このように、本発明のヒドロゲル中におけるポリマーの結晶形態を、各種形状に設定することができる。 When the temperature of the polymer aqueous solution is lowered in a multistage manner with a constant concentration, the polymer crystal form in the hydrogel can be made into a fiber-like polymer crystal form. When this is rapidly cooled and then returned to room temperature, it can be made into a petal-like polymer crystal form. Moreover, when this is rapidly cooled again with acetone on dry ice and returned to room temperature, it can be made into a wavy polymer crystal form. Thus, the crystal form of the polymer in the hydrogel of the present invention can be set to various shapes.
上記により得られるヒドロゲルは、不透明なゲルであり、ゲル中にはポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの結晶が形成し、その結晶体同士の水素結合により物理的に架橋化され、三次元の物理的な網目構造を形成している。一旦形成したヒドロゲル中のポリマー結晶は室温中では不溶状態を保つが、加熱するとポリマー結晶が解離し、ヒドロゲルはゾル状態に変化してしまう。従って、本発明の物理的なヒドロゲルは、熱処理を行うことでゾルからゲル、またゲルからゾルへと可逆的な変化が可能である。 The hydrogel obtained as described above is an opaque gel, in which a polymer crystal having a polyethyleneimine skeleton is formed, and is physically crosslinked by hydrogen bonding between the crystals, and thus a three-dimensional physical gel is formed. A network structure is formed. Once formed, the polymer crystals in the hydrogel remain insoluble at room temperature, but when heated, the polymer crystals dissociate and the hydrogel changes to a sol state. Therefore, the physical hydrogel of the present invention can be reversibly changed from sol to gel and from gel to sol by heat treatment.
本発明でいうヒドロゲルは三次元網目構造中に少なくとも水を含有するが、該ヒドロゲルの調製時に、水溶性有機溶剤を加えることで、有機溶剤を含有したヒドロゲルが得られる。該親水性有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、テトラヒドロフラン、アセトン、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルフォンオキシド、ジオキシラン、ピロリドンなどの水溶性有機溶剤を取りあげることができる。 The hydrogel referred to in the present invention contains at least water in the three-dimensional network structure, and a hydrogel containing an organic solvent can be obtained by adding a water-soluble organic solvent during preparation of the hydrogel. Examples of the hydrophilic organic solvent include water-soluble organic solvents such as methanol, ethanol, tetrahydrofuran, acetone, dimethylacetamide, dimethylsulfone oxide, dioxirane, and pyrrolidone.
有機溶剤の含有量は、水の体積に対し、0.1〜5倍の範囲であることが好ましく、1〜3倍の範囲であればより好ましい。 The content of the organic solvent is preferably in the range of 0.1 to 5 times the volume of water, more preferably in the range of 1 to 3 times.
上記親水性有機溶媒を含有させることにより、ポリマー結晶の形態を変えることができ、単純な水系と異なる形態の結晶を与えることができる。例えば、水中では繊維状の広がりを有する分岐結晶形態であっても、その調製に一定量のエタノールが含まれた場合、繊維が収縮したような球状結晶形態を得ることができる。 By containing the hydrophilic organic solvent, the form of the polymer crystal can be changed, and a crystal having a form different from that of a simple aqueous system can be provided. For example, even in a branched crystal form having a fiber-like spread in water, when a certain amount of ethanol is included in the preparation, a spherical crystal form in which the fiber contracts can be obtained.
本発明でいうヒドロゲル調製時に、他の水溶性ポリマーを加えることで、水溶性ポリマーを含有するヒドロゲルが得られる。該水溶性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポリメチルオキサゾリン、ポリエチルオキサゾリンなどを取りあげることができる。 The hydrogel containing a water-soluble polymer can be obtained by adding another water-soluble polymer during the preparation of the hydrogel in the present invention. Examples of the water-soluble polymer include polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylamide, poly (N-isopropylacrylamide), polyhydroxyethyl acrylate, polymethyloxazoline, polyethyloxazoline, and the like.
水溶性ポリマーの含有量は、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの質量に対し、0.1〜5倍の範囲であることが好ましく、0.5〜2倍の範囲であればより好ましい。 The content of the water-soluble polymer is preferably in the range of 0.1 to 5 times, more preferably in the range of 0.5 to 2 times the mass of the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton.
上記水溶性ポリマーを含有させることによっても、ポリマー結晶の形態を変えることができ、単純な水系と異なる形態の結晶を与えることができる。また、ヒドロゲルの粘性を増大させ、ヒドロゲルの安定性を向上させることに有効である。 By containing the water-soluble polymer, the form of the polymer crystal can be changed, and a crystal having a form different from that of a simple aqueous system can be provided. It is also effective in increasing the viscosity of the hydrogel and improving the stability of the hydrogel.
上記方法で得られたヒドロゲルを、ポリエチレンイミンのアミノ基と反応する2官能基以上を含む化合物で処理することで、ヒドロゲル中のポリマー結晶表面同士を化学結合でリンクさせた架橋ヒドロゲルを得ることができる。 By treating the hydrogel obtained by the above method with a compound containing at least two functional groups that react with the amino group of polyethyleneimine, a crosslinked hydrogel in which polymer crystal surfaces in the hydrogel are linked by chemical bonds can be obtained. it can.
前記アミノ基と室温状態で反応できる2官能基以上を含む化合物としては、アルデヒド類架橋剤、エポキシ類架橋剤、酸クロリド類、酸無水物、エステル類架橋剤を用いることができる。アルデヒド類架橋剤としては、例えば、マロニルアルデヒド、スクシニルアルデヒド、グルタリルアルデヒド、アジホイルアルデヒド、フタロイルアルデヒド、イソフタロイルアルデヒド、テレフタロイルアルデヒドなどがあげられる。また、エポキシ類架橋剤としては、例えば、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、グリシジルクロライド、グリシジルブロマイドなどがあげられる。酸クロリド類としては、例えば、マロニル酸クロリド、スクシニル酸クロリド、グルタリル酸クロリド、アジホイル酸クロリド、フタロイル酸クロリド、イソフタロイル酸クロリド、テレフタロイル酸クロリドなどがあげられる。また、酸無水物としては、例えば、フタル酸無水物、スクシニル酸無水物、グルタリル酸無水物などがあげられる。また、エステル類架橋剤としては、マロニル酸メチルエステル、スクシニル酸メチルエステル、グルタリル酸メチルエステル、フタロイル酸メチルエステル、ポリエチレングリコールカルボン酸メチルエステルなどがあげられる。 As the compound containing at least two functional groups capable of reacting with the amino group at room temperature, aldehyde crosslinking agents, epoxy crosslinking agents, acid chlorides, acid anhydrides, and ester crosslinking agents can be used. Examples of the aldehyde crosslinking agent include malonyl aldehyde, succinyl aldehyde, glutaryl aldehyde, adifoyl aldehyde, phthaloyl aldehyde, isophthaloyl aldehyde, terephthaloyl aldehyde, and the like. Examples of the epoxy crosslinking agent include polyethylene glycol diglycidyl ether, bisphenol A diglycidyl ether, glycidyl chloride, and glycidyl bromide. Examples of the acid chlorides include malonyl chloride, succinyl chloride, glutaryl chloride, adifoyl chloride, phthaloyl chloride, isophthaloyl chloride, terephthaloyl chloride, and the like. Examples of the acid anhydride include phthalic anhydride, succinic anhydride, and glutaric anhydride. Examples of the ester crosslinking agent include malonic acid methyl ester, succinic acid methyl ester, glutaric acid methyl ester, phthaloyl acid methyl ester, and polyethylene glycol carboxylic acid methyl ester.
架橋反応は、得られたヒドロゲルを架橋剤の溶液に浸す方法にでも、架橋剤溶液をヒドロゲル中に加える方法でも可能である。この際、架橋剤は系内での浸透圧変化と共に、ヒドロゲル内部へ浸透し、そこで結晶体同士を水素結合で繋いでエチレンイミンの窒素原子との化学反応を引き起こす。 The cross-linking reaction can be carried out by immersing the obtained hydrogel in a solution of the cross-linking agent or by adding the cross-linking agent solution into the hydrogel. At this time, the cross-linking agent penetrates into the hydrogel as the osmotic pressure changes in the system, and connects the crystals with hydrogen bonds to cause a chemical reaction with the nitrogen atom of ethyleneimine.
架橋反応は、ポリエチレンイミン結晶体表面のフリーなエチレンイミンとの反応により進行するが、その反応を結晶内部では起こらないようにするためには、ヒドロゲルを形成する結晶体の融点以下の温度で反応を行うことが望ましく、さらには架橋反応を室温で行うことが最も望ましい。 The crosslinking reaction proceeds by reaction with free ethyleneimine on the polyethyleneimine crystal surface, but in order to prevent the reaction from occurring inside the crystal, the reaction is performed at a temperature below the melting point of the crystal forming the hydrogel. It is desirable to carry out the crosslinking, and it is most desirable to carry out the crosslinking reaction at room temperature.
架橋反応を室温で進行させる場合には、ヒドロゲルを架橋剤溶液と混合した状態で放置しておくことで、架橋ヒドロゲルを得ることができる。架橋反応させる時間は、数分から数日でよく、概ね一晩放置することで好適に架橋が進行する。 When the crosslinking reaction proceeds at room temperature, the crosslinked hydrogel can be obtained by leaving the hydrogel mixed with the crosslinking agent solution. The time for the crosslinking reaction may be from a few minutes to a few days, and the crosslinking proceeds suitably by leaving it to stand overnight.
架橋剤量はヒドロゲル形成に用いるポリエチレンイミン骨格を有するポリマー中のエチレンイミンユニットのモル数に対し、0.05〜20%であればよく、それが1〜10%であればもっと好適である。 The amount of the crosslinking agent may be 0.05 to 20% with respect to the number of moles of ethyleneimine units in the polymer having a polyethyleneimine skeleton used for hydrogel formation, and more preferably 1 to 10%.
上記ヒドロゲルは、ゲル化剤が結晶性のポリマーであるため多様なモルフォロジーのゲル構造を発現できる。また少量のポリマー結晶であっても水中で好適に三次元網目構造を形成するため高い水保持性を有する。さらに、使用する直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーは構造設計や合成が容易であり、かつヒドロゲルの調整が簡便である。また、該ヒドロゲル中のポリマー結晶間を架橋剤により架橋することにより、ヒドロゲルの形状を固定化できる。 In the hydrogel, since the gelling agent is a crystalline polymer, it can express gel structures having various morphologies. Further, even a small amount of polymer crystal has a high water retention property because it suitably forms a three-dimensional network structure in water. Furthermore, the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton to be used is easy to design and synthesize, and easy to adjust the hydrogel. Moreover, the shape of a hydrogel is fixable by bridge | crosslinking between the polymer crystals in this hydrogel with a crosslinking agent.
[繊維状複合体、繊維状複合体の会合]
本発明の金属イオン捕捉剤は、上記のポリマー結晶の水中分散液またはポリマー結晶のヒドロゲル中に、通常のゾルゲル反応において使用できる溶媒にシリカソースを溶解した溶液を加えて、室温下でゾルゲル反応させることにより容易に得ることができる。
[Fibrous composite, association of fibrous composite]
The metal ion scavenger of the present invention is subjected to a sol-gel reaction at room temperature by adding a solution in which a silica source is dissolved in a solvent that can be used in a normal sol-gel reaction to the above-described dispersion of polymer crystals in water or hydrogel of polymer crystals. Can be easily obtained.
ポリマー結晶表面には不可避的に結晶に関わりがないフリーなポリエチレンイミンの鎖が多数存在し、これらフリーな鎖は結晶表面でブラシのように存在する。これらのブラシのような鎖はシリカソースを引き寄せる足場であり、同時にシリカソースを重合させる触媒の働きをする。これにより、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの繊維状ナノ結晶表面でゾルゲル反応が進行し、該繊維状ナノ結晶表面がシリカで被覆され、結果的には、結繊維状ナノ結晶がシリカ被覆された繊維状複合体が相互に会合した状態の金属イオン捕捉剤が得られる。 The polymer crystal surface inevitably has many free polyethyleneimine chains that are not related to the crystal, and these free chains exist like a brush on the crystal surface. These brush-like chains are scaffolds that attract the silica source and at the same time act as a catalyst to polymerize the silica source. As a result, a sol-gel reaction proceeds on the surface of the fiber nanocrystal of the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton, and the surface of the fiber nanocrystal is coated with silica, and as a result, the fiber-like nanocrystal is coated with silica. A metal ion scavenger in a state in which the formed fibrous composites are associated with each other is obtained.
シリカソースとして用いる化合物としては、テトラアルコキシシラン類、アルキルトリアルコキシシラン類などが挙げられる。 Examples of the compound used as the silica source include tetraalkoxysilanes and alkyltrialkoxysilanes.
テトラアルコキシシラン類としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラ−t−ブトキシシランなどを挙げられる。 Examples of tetraalkoxysilanes include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, and tetra-t-butoxysilane.
アルキルトリアルコキシシラン類としては、メチルトリメトキシラン、メチルトリエトキシラン、エチルトリメトキシラン、エチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシラン、n−プロピルトリエトキシラン、iso−プロピルトリメトキシシラン、iso−プロピルトリエトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−グリシトキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシトキシプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシラン、3−メルカプトプロピルトメトキシシラン、3−メルカプトトリエトキシシラン、3,3,3−トリフロロプロピルトリメトシシラン、3,3,3−トリフロロプロピルトリエトシシラン、3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシラン、p−クロロメチルフェニルトリメトキシラン、p−クロロメチルフェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシアンなどを挙げられる。 Examples of alkyltrialkoxysilanes include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, iso-propyltrimethoxysilane, iso -Propyltriethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3-glycitoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycitoxypropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltomethoxysilane, 3-mercaptotriethoxysilane, 3,3,3-trifluoropropylto Methoxysilane, 3,3,3-trifluoropropyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxylane, p-chloromethylphenyltrimethoxy Orchid, p-chloromethylphenyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxycyan and the like.
本発明の金属イオン捕捉剤を与える上記ゾルゲル反応は、水、あるいは水と親水性有機溶媒の混合溶液などの水性液体中、ポリマー結晶の存在下で進行するが、その反応は水性液体相では起こらず、結晶体の表面で進行する。従って、複合化反応条件ではポリマー結晶が溶解することがなければ、反応条件は任意である。 The sol-gel reaction that gives the metal ion scavenger of the present invention proceeds in the presence of polymer crystals in an aqueous liquid such as water or a mixed solution of water and a hydrophilic organic solvent, but the reaction does not occur in the aqueous liquid phase. Instead, it proceeds on the surface of the crystal. Accordingly, the reaction conditions are arbitrary as long as the polymer crystals are not dissolved under the complexing reaction conditions.
ポリマー結晶を不溶とするためには、ゾルゲル反応の際、親水性有機溶媒を含む水性液体中、水の存在が20%以上とすることが好ましく、それが40%以上であればさらに好ましい。 In order to make the polymer crystals insoluble, the presence of water is preferably 20% or more in the aqueous liquid containing the hydrophilic organic solvent in the sol-gel reaction, and more preferably 40% or more.
ゾルゲル反応においては、ポリエチレンイミンのモノマー単位であるエチレンイミンに対し、シリカソースであるアルコキシシランの量を過剰とすれば好適に捕捉剤を形成できる。過剰の度合いとしては、エチレンイミンに対し4〜1000倍等量の範囲であることが好ましい。 In the sol-gel reaction, a scavenger can be suitably formed if the amount of alkoxysilane as a silica source is excessive with respect to ethyleneimine as a monomer unit of polyethyleneimine. The degree of excess is preferably in the range of 4 to 1000 times equivalent to ethyleneimine.
また、ポリマー結晶を形成する際の水、水性液体中のポリマー濃度はそのポリマー中に含まれるポリエチレンイミンの量を基準に、0.1〜30%にすることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the polymer concentration in the water and the aqueous liquid when forming the polymer crystal is 0.1 to 30% based on the amount of polyethyleneimine contained in the polymer.
ゾルゲル反応の時間は1分から数日まで様々であるが、アルコキシシランの反応活性が高いメトキシシラン類の場合は、反応時間は1分〜24時間でよく、反応効率を上げることから、反応時間を30分〜5時間に設定すればさらに好適である。また、反応活性が低い、エトキシシラン類、ブトキシシラン類の場合は、ゾルゲル反応時間が24時間以上が好ましく、その時間を一週間程度とすることも望ましい。 The sol-gel reaction time varies from 1 minute to several days. In the case of methoxysilanes having a high alkoxysilane reaction activity, the reaction time may be from 1 minute to 24 hours. It is more preferable to set it to 30 minutes to 5 hours. In the case of ethoxysilanes and butoxysilanes having low reaction activity, the sol-gel reaction time is preferably 24 hours or longer, and it is also desirable to set the time to about one week.
本発明の金属イオン捕捉剤は、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの結晶をシリカが被覆した、太さが15〜100nmの繊維状複合体(以下、単に繊維状複合体と略記する。)の会合と空間配置から形成された三次元網目形状を有する。該金属イオン捕捉剤の三次元網目構造は、太さがナノメートルオーダーの繊維状複合体を基本ユニットとし、該基本ユニットが相互に会合して三次元網目構造を形成したものである。該金属イオン捕捉剤の内部では、基本ユニットとなる繊維状複合体が、繊維状ナノ結晶が形成したマイクロメートルオーダーの二次的な形状を転写して、微細な会合形状を有している場合が多く、該微細な会合形状の会合体がさらに会合して全体として三次元網目構造を有する金属イオン捕捉剤が形成される。 The metal ion scavenger of the present invention is a fibrous composite having a thickness of 15 to 100 nm, which is obtained by coating a polymer crystal having a linear polyethyleneimine skeleton with silica (hereinafter simply referred to as a fibrous composite). It has a three-dimensional mesh shape formed from the association and spatial arrangement. The metal ion scavenger has a three-dimensional network structure in which a fibrous composite having a thickness of nanometer order is used as a basic unit, and the basic units associate with each other to form a three-dimensional network structure. Inside the metal ion scavenger, when the fibrous composite serving as a basic unit has a fine association shape by transferring a secondary shape of the micrometer order formed by fibrous nanocrystals In many cases, the finely-aggregated aggregates further associate to form a metal ion scavenger having a three-dimensional network structure as a whole.
繊維状複合体が形成するマイクロメートルオーダーの二次的な形状は、上記したようにポリマー構造の幾何学的な形状や、分子量、一次構造中に導入できる非エチレンイミン部分、さらにはポリマー結晶の形成条件等により調整でき、レタス状、ファイバー状、スポンジ状、アスター状、サボテン状、タンポポ状など様々な形状に調整できる。これら形状は、使用するポリマーの分子構造、重合度、組成、及びポリマー結晶調製時の温度低下の方法によく依存する。 The secondary shape formed by the fibrous composite on the order of micrometers is the geometric shape of the polymer structure as described above, the molecular weight, the non-ethyleneimine moiety that can be introduced into the primary structure, and the polymer crystals. It can be adjusted according to the formation conditions, and can be adjusted to various shapes such as lettuce, fiber, sponge, aster, cactus, and dandelion. These shapes are highly dependent on the molecular structure of the polymer used, the degree of polymerization, the composition, and the method of temperature reduction during polymer crystal preparation.
また、本発明の金属イオン捕捉剤は、形状を任意に制御できるヒドロゲルの形状をシリカにより固定化できるため、任意の形状に成形することが可能である。この場合には、ポリマー結晶間が化学結合で架橋された架橋ヒドロゲルを用いると、成形が容易となるため好ましい。該金属イオン捕捉剤の形状や大きさは、ヒドロゲル調製時に用いた容器の大きさ及び形状と同一なものにすることができ、例えば、円盤状、円柱状、プレート状、球状などの任意の形状に調製できる。さらに、架橋させたヒドロゲルを切断したり、削ったりすることにより、目的の形に成形することもできる。このように成形したヒドロゲルをシリカソースの溶液と浸漬等により接触させることにより、ポリマー結晶とシリカからなる成形体が簡単に得られる。シリカソースの溶液に浸漬する時間としては、使用するシランソースの種類により1時間〜1週間と様々であるため適宜調製する必要があるが、メトキシシラン類の溶液中では1〜48時間程度であればよく、エトキシシラン類の溶液中では、1〜7日間程度が好適である。 Moreover, since the shape of the hydrogel whose shape can be arbitrarily controlled can be fixed with silica, the metal ion scavenger of the present invention can be formed into any shape. In this case, it is preferable to use a cross-linked hydrogel in which polymer crystals are cross-linked by a chemical bond because molding becomes easy. The shape and size of the metal ion scavenger can be the same as the size and shape of the container used in the preparation of the hydrogel, for example, any shape such as a disk shape, a column shape, a plate shape, a spherical shape, etc. Can be prepared. Further, the crosslinked hydrogel can be cut or scraped to be formed into a desired shape. By bringing the hydrogel thus formed into contact with a silica source solution by dipping or the like, a molded body composed of polymer crystals and silica can be easily obtained. The time for immersing in the silica source solution varies from 1 hour to 1 week depending on the type of silane source to be used, so it is necessary to prepare it appropriately. However, in the methoxysilane solution, it may be about 1 to 48 hours. In the solution of ethoxysilanes, about 1 to 7 days is preferable.
通常、本発明の捕捉剤はポリマー結晶とシリカとから構成され、捕捉剤中のシリカの含有量は、反応条件などにより一定の幅で変化するが、捕捉剤全体の30〜90質量%の範囲のものを得ることができる。なかでもシリカ含有量が捕捉剤全体の40〜80質量%のものが好ましく使用できる。 Usually, the scavenger of the present invention is composed of polymer crystals and silica, and the content of silica in the scavenger varies within a certain range depending on reaction conditions and the like, but is in the range of 30 to 90% by mass of the entire scavenger. You can get things. Among them, those having a silica content of 40 to 80% by mass of the total scavenger can be preferably used.
シリカの含有量はゾルゲル反応の際用いたポリエチレンイミンポリマーの量、すなわちヒドロゲル中のポリマー濃度が増えることにつれて増える。また、ゾルゲル反応時間を長くする事により増大する。 The silica content increases as the amount of polyethyleneimine polymer used in the sol-gel reaction, ie the polymer concentration in the hydrogel, increases. Moreover, it increases by lengthening the sol-gel reaction time.
本発明の金属イオン捕捉剤は、繊維状複合体中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーに蛍光性物質を組み込むことができる。例えば、酸性基を有するポルフィリンとポリエチレンイミンを混合した後、ゾルゲル反応をすることで、ポルフィリンの残基が金属イオン捕捉剤中に取り込まれる。また、例えば、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの側鎖に少量のピレン類、例えば、ピレンアルデヒド(好ましくは、イミンに対し10モル%以下)を反応させたポリマー結晶を用いることで、ピレン残基を金属イオン捕捉剤に取り込むことができる。さらに、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの塩基に酸性基、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基を有するポルフィリン類、フタロシアニン類、ピレン類など蛍光性染料を(好ましくは、イミンのモル数に対し0.1モル%以下)少量混合させ、その結晶体をテンプレートとした金属イオン捕捉剤中には、これらの蛍光性物質を取り込むことができる。 The metal ion scavenger of the present invention can incorporate a fluorescent substance into the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in the fibrous composite. For example, after porphyrin having an acidic group and polyethyleneimine are mixed, a sol-gel reaction is performed, whereby the porphyrin residue is incorporated into the metal ion scavenger. Further, for example, by using a polymer crystal in which a side chain of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is reacted with a small amount of pyrene, for example, pyrenealdehyde (preferably, 10 mol% or less based on imine), pyrene is used. Residues can be incorporated into the metal ion scavenger. Furthermore, a fluorescent dye such as porphyrins, phthalocyanines, pyrenes having an acidic group, for example, a carboxylic acid group or a sulfonic acid group is added to the base of the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton (preferably in the number of moles of imine). These fluorescent substances can be incorporated into a metal ion scavenger that is mixed in a small amount and uses the crystal as a template.
本発明の金属イオン捕捉剤の窒素原子の含有量は、金属イオン捕捉剤を調製するとき、ヒドロゲル中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー濃度を変えることで変えることができる。濃度が高くなると、得られたシリカ捕捉剤中の窒素原子の含有量は増大する。通常、窒素原子の含有量は1〜15質量%の範囲にすることができる。本発明の金属イオン捕捉剤中の窒素原子は、金属イオンに高い配位能力を有する部分であり、該窒素原子の含有量に応じて本発明の金属イオン捕捉剤が捕捉できる金属イオンの量を調製でき、該窒素原子の含有量が多い程、捕捉できる金属イオンの量が多くなる。本発明の金属捕捉剤が捕捉できる金属イオンの捕捉量としては、最大、金属イオン捕捉剤中の窒素原子4モルに対し、金属イオン1モルの捕捉が可能である。 The nitrogen atom content of the metal ion scavenger of the present invention can be changed by changing the polymer concentration having a linear polyethyleneimine skeleton in the hydrogel when preparing the metal ion scavenger. As the concentration increases, the content of nitrogen atoms in the obtained silica scavenger increases. Usually, the content of nitrogen atoms can be in the range of 1 to 15% by mass. The nitrogen atom in the metal ion scavenger of the present invention is a part having a high coordination ability to the metal ion, and the amount of metal ion that can be captured by the metal ion scavenger of the present invention is determined according to the content of the nitrogen atom. The greater the nitrogen atom content that can be prepared, the greater the amount of metal ions that can be captured. The maximum amount of metal ions that can be captured by the metal scavenger of the present invention is that 1 mol of metal ions can be captured per 4 mol of nitrogen atoms in the metal ion scavenger.
本発明の金属イオン捕捉剤は、ナノメートルオーダーの繊維状複合体が会合した三次元網目構造を有することから、その内部には空隙が多く、かつ繊維状複合体の表面積が非常に大きい。このため、本発明の金属イオン捕捉剤は金属イオン水溶液と接触させた際、金属イオンがシリカの全表面と接触することができ、多くの金属イオンを速やかに捕捉することが可能となる。更に、本発明の金属イオン捕捉剤は、成形が容易であることから、カラム状や板状への加工により、ナノフィルター形式の金属イオン捕捉剤として用いることができる。 Since the metal ion scavenger of the present invention has a three-dimensional network structure in which nanometer-order fibrous composites are associated, there are many voids in the interior and the surface area of the fibrous composite is very large. For this reason, when the metal ion scavenger of the present invention is brought into contact with a metal ion aqueous solution, the metal ions can come into contact with the entire surface of silica, and many metal ions can be quickly captured. Furthermore, since the metal ion scavenger of the present invention is easy to mold, it can be used as a nanofilter type metal ion scavenger by processing into a column or plate.
また、本発明の金属イオン捕捉剤中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーは、溶液のpHの変化より、プロトン化されたカチオン状態、または脱プロトンのアミン状態に変化できる。このため、本発明の金属イオン捕捉剤は、金属イオンを選択的に捕捉することが可能である。 Further, the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in the metal ion scavenger of the present invention can be changed to a protonated cationic state or a deprotonated amine state by changing the pH of the solution. For this reason, the metal ion scavenger of the present invention can selectively capture metal ions.
さらに、本発明の金属イオン捕捉剤においては、シリカの有する耐酸性、耐酸化性、耐有機溶剤性に優れ、繊維状複合体中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーは該繊維状複合体から溶出されることができない。従って、金属と配位する活性部が繊維状複合体中に安定に固定化された状態を保持できる。 Furthermore, in the metal ion scavenger of the present invention, the polymer having excellent acid resistance, oxidation resistance, and organic solvent resistance possessed by silica and having a linear polyethyleneimine skeleton in the fibrous composite is the fibrous composite. Cannot be eluted. Therefore, it is possible to maintain a state in which the active part coordinated with the metal is stably immobilized in the fibrous composite.
本発明の金属イオン捕捉剤は、有機ポリマーに配位子を結合した従来のイオン交換樹脂の使用条件と同様なプロセスで使用できる。また、有機ポリマー系イオン交換樹脂は耐酸化性、耐酸性が弱く、そのような条件下では使用できない場合があるが、本発明の金属イオン捕捉剤はシリカの耐酸化性、耐酸性が高いので、そのような環境でも使用することができる。即ち、pH<1の環境でも十分安定に使用できる。 The metal ion scavenger of the present invention can be used in a process similar to the use conditions of a conventional ion exchange resin in which a ligand is bound to an organic polymer. In addition, the organic polymer ion exchange resin is weak in oxidation resistance and acid resistance and may not be used under such conditions. However, the metal ion scavenger of the present invention has high oxidation resistance and acid resistance of silica. Can be used in such an environment. That is, it can be used sufficiently stably even in an environment of pH <1.
本発明での捕捉剤はシリカが支持体として機能するため、水中使用は勿論、有機溶剤が含まれた水中、または有機溶剤中でも使用することができる。 Since the scavenger in the present invention functions as a support, silica can be used not only in water but also in water containing an organic solvent or in an organic solvent.
[金属イオン分離方法]
本発明の金属イオン捕捉剤において、金属イオンを取り込むのは繊維状複合体中に含まれたポリエチレンイミン骨格を有するポリマーの金属イオンに対する強い配位能力によるものである。この際、シリカはその配位子を支える支持体として機能する。
[Metal ion separation method]
In the metal ion scavenger of the present invention, the metal ions are taken in by the strong coordination ability of the polymer having a polyethyleneimine skeleton contained in the fibrous composite to the metal ions. At this time, silica functions as a support for supporting the ligand.
本発明の金属イオン捕捉剤が捕捉可能な金属イオンとしては、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、遷移金属イオン、ランタン金属イオン、ポリオキソメタレートイオンなどが挙げられる。 Examples of metal ions that can be captured by the metal ion scavenger of the present invention include alkali metal ions, alkaline earth metal ions, transition metal ions, lanthanum metal ions, polyoxometalate ions, and the like.
本発明での捕捉剤が金属イオンを捕捉する機構は、シリカ中のポリエチレンイミンが金属イオンに配位することにより、金属イオンを水液相から、シリカ中に取り込まれ、そのままシリカ中に固定化される。これは、イオン結合等の過程と異なり、金属がカチオンでも、またはアニオンでも、ポリエチレンイミンの配位により、捕捉されることになる。従って、本発明の金属イオン捕捉剤は、遷移金属イオンの捕捉に特に好適に用いることができる。遷移金属イオンとして、それが金属カチオン(Mn+)であっても、または遷移金属が酸素との結合からなる酸根アニオン(MOx n−)、またはハロゲン類結合からなるアニオン(MLx n−)であっても、本捕捉剤はそれらの捕捉、固定、除去、回収に好適に用いることができる。 The mechanism by which the scavenger in the present invention captures metal ions is that the polyethyleneimine in silica is coordinated to the metal ions so that the metal ions are taken into the silica from the aqueous liquid phase and immobilized in the silica as it is. Is done. Unlike processes such as ionic bonding, this is trapped by the coordination of polyethyleneimine, whether the metal is a cation or an anion. Therefore, the metal ion scavenger of the present invention can be particularly suitably used for trapping transition metal ions. As a transition metal ion, even if it is a metal cation (M n + ), an acid radical anion (MO x n− ) consisting of a bond with oxygen, or an anion (ML x n− ) consisting of a halogen bond Even so, the present scavengers can be suitably used for capturing, fixing, removing and recovering them.
遷移金属イオンとしては、下記の遷移金属のカチオン(Mn+)、例えば、Cu,Zn,Co,Ni,Cr,Mn,Mo,Fe,Ru,W,Rh,Cd,Os,Hg,Cd,Ir,Ag,Pt,Sn,Pb,Gaの一価、二価、三価または四価のカチオンなどが挙げられる。これら金属カチオンの捕捉においては、その金属カチオンの対アニオンは、Cl,NO3,SO4、またはポリオキソメタレート類アニオン、あるいはカルボン酸類の有機アニオンのいずれであってもよい。 Transition metal ions include the following transition metal cations (M n + ), such as Cu, Zn, Co, Ni, Cr, Mn, Mo, Fe, Ru, W, Rh, Cd, Os, Hg, Cd, and Ir. , Ag, Pt, Sn, Pb, Ga monovalent, divalent, trivalent or tetravalent cations. In capturing these metal cations, the counter anion of the metal cation may be Cl, NO 3 , SO 4 , a polyoxometalate anion, or an organic anion of a carboxylic acid.
また、下記の遷移金属アニオン(MOx n−)、例えば、MnO4,MoO4,ReO4,WO3,RuO4,CoO4,CrO4,VO3,NiO4のアニオンが挙げられる。 In addition, the following transition metal anions (MO x n− ), for example, anions of MnO 4 , MoO 4 , ReO 4 , WO 3 , RuO 4 , CoO 4 , CrO 4 , VO 3 , NiO 4 can be mentioned.
本発明での捕捉剤は、ポリオキソメタレート類の金属化合物にも好適に用いることができるが、具体的には、遷移金属カチオンと組み合わせられたモリブデン酸塩、タングステン酸塩、バナジン酸塩類である。 The scavenger in the present invention can be suitably used for metal compounds of polyoxometalates, but specifically, molybdate, tungstate and vanadate in combination with a transition metal cation. is there.
さらに、下記の金属が含まれたアニオン(MLx n−)、例えば、AuCl4,PtCl6,RhCl4,RoF6,NiF6,CuF6,RuCl6,In2Cl6の如く、金属がハロゲンに配位されてからなるアニオンの捕捉、濃縮、回収または除去などにも好適に用いることができる。 Further, an anion (ML x n− ) containing the following metal, for example, AuCl 4 , PtCl 6 , RhCl 4 , RoF 6 , NiF 6 , CuF 6 , RuCl 6 , In 2 Cl 6 , the metal is arranged on the halogen. It can also be suitably used for trapping, concentrating, recovering or removing anions after being positioned.
アルカリ金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウムなどが挙げられる。この場合、媒体の使用条件としては、pHが5〜14の範囲であることが好ましく、pHが7〜9の範囲であれば更に好ましい。また、アルカリ金属イオンの捕捉においては、アルカリ金属イオンがカチオンである場合に、そのアルカリ金属カチオンの対アニオンが、Cl,NO3,SO4,PO4,ClO4,PF6,BF4などである系にも好ましく用いることができる。 Examples of the alkali metal include lithium, sodium, potassium, cesium and the like. In this case, as a use condition of the medium, the pH is preferably in the range of 5 to 14, and more preferably in the range of 7 to 9. In capturing alkali metal ions, when the alkali metal ion is a cation, the counter anion of the alkali metal cation is Cl, NO 3 , SO 4 , PO 4 , ClO 4 , PF 6 , BF 4 or the like. It can be preferably used for some systems.
アルカリ土類金属イオンとしては、例えば、バリウム、マグネシウム、カルシウムなどが挙げられる。 Examples of the alkaline earth metal ion include barium, magnesium, calcium and the like.
ランタン金属イオンとしては、例えば、La,Eu,Gd,Yb,Euなど3価のカチオンが挙げられる。 Examples of the lanthanum metal ion include trivalent cations such as La, Eu, Gd, Yb, and Eu.
本発明の金属イオン捕捉剤は、粉末、粒子、多面体、シリンダーなど様々な形状で使用することができる。このため、本発明の金属イオン捕捉剤を使用して金属イオンを捕捉する場合には、これらのシリカ捕捉剤をバッチ法またはフロー法で用いることができる。 The metal ion scavenger of the present invention can be used in various shapes such as powders, particles, polyhedrons and cylinders. For this reason, when capturing metal ions using the metal ion scavenger of the present invention, these silica scavengers can be used in a batch method or a flow method.
バッチ法で捕捉する際は、シリカ粉末または粒子を金属のイオンの水液に加える方法や、金属イオンの水液をシリカ粉末に加える方法などにより、好適に金属イオンを捕捉できる。 When capturing by the batch method, the metal ions can be preferably captured by a method of adding silica powder or particles to a metal ion aqueous solution, a method of adding a metal ion aqueous solution to the silica powder, or the like.
バッチ法で金属イオンを捕捉する際は、混合系を10分から24時間までシェイキングすることで行う。シェイキング時間は、金属種類により大きく異なるが、カチオン類金属イオンでは、数時間であれば好適に捕捉することができる。 When capturing metal ions by the batch method, the mixing system is shaken from 10 minutes to 24 hours. Although the shaking time varies greatly depending on the type of metal, a cation metal ion can be suitably captured within a few hours.
また、フロー法の場合は、シリカ粉末、粒子などを湿式でガラスカラムに充填し、そのカラムに金属イオン水液を流すことで、好適に金属イオンを捕捉できる。特に、カチオン性金属イオンには、フロー法が好適である。 In the case of the flow method, silica ions, particles, and the like are filled in a glass column in a wet manner, and metal ions can be suitably captured by flowing a metal ion aqueous solution through the column. In particular, the flow method is suitable for cationic metal ions.
本発明の金属イオン捕捉剤中の直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー由来の窒素の含有量は、金属イオンに配位する活性点であるため、窒素原子が配位に全部使われたら、金属イオン捕捉剤は飽和状態となる。この際には、金属イオン捕捉剤を取り出し、これを塩酸水溶液または硝酸水溶液で洗浄し、金属イオンを容易に脱配位させることができる。即ち、捕捉剤はこれで再生される。この再生に用いる塩酸または硝酸水溶液の濃度は、1〜7Mであればよく、好ましくは3〜5Mである。 Since the content of nitrogen derived from the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in the metal ion scavenger of the present invention is an active point that coordinates to the metal ion, if all the nitrogen atoms are used for coordination, the metal The ion scavenger becomes saturated. At this time, the metal ion scavenger is taken out and washed with an aqueous hydrochloric acid solution or an aqueous nitric acid solution, and the metal ions can be easily decoordinated. That is, the scavenger is regenerated. The concentration of the hydrochloric acid or nitric acid aqueous solution used for this regeneration may be 1 to 7M, preferably 3 to 5M.
酸で捕捉された金属イオンを金属イオン捕捉剤から脱離させた後、金属イオン捕捉剤を蒸留水、0.001Mのアルカリ水溶液や蒸留水で洗浄した後、再び、金属イオンの捕捉に用いることができる。 After desorbing the metal ions captured by the acid from the metal ion scavenger, the metal ion scavenger is washed with distilled water, 0.001 M aqueous alkali solution or distilled water, and then used again to capture the metal ions. Can do.
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。特に断らない限り、「%」は「質量%」を表す。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. Unless otherwise specified, “%” represents “mass%”.
[X線回折法による捕捉剤の分析]
単離乾燥した試料を測定試料用ホルダーにのせ、それを株式会社リガク製広角X線回折装置「Rint−Ultma」にセットし、Cu/Kα線、40kV/30mA、スキャンスピード1.0°/分、走査範囲10〜40°の条件で測定を行った。
[Analysis of scavenger by X-ray diffraction method]
Place the isolated and dried sample on the holder for the measurement sample, set it on the wide-angle X-ray diffractometer “Rint-Ultma” manufactured by Rigaku Corporation, Cu / Kα ray, 40 kV / 30 mA, scan speed 1.0 ° / min. The measurement was performed under conditions of a scanning range of 10 to 40 °.
[走査電子顕微鏡による捕捉剤の形状分析]
単離乾燥した試料をガラススライドに乗せ、それをキーエンス製表面観察装置VE−7800にて観察した。
[Shape analysis of capture agent by scanning electron microscope]
The isolated and dried sample was placed on a glass slide and observed with a surface observation device VE-7800 manufactured by Keyence.
[透過電子顕微鏡による捕捉剤の観察]
単離乾燥した試料を炭素蒸着された銅グリッドに乗せ、それを日本電子製JEM-200CX透過型電子顕微鏡にて観察した。
[Observation of capture agent by transmission electron microscope]
The isolated and dried sample was placed on a carbon-deposited copper grid and observed with a JEM-200CX transmission electron microscope manufactured by JEOL.
(作製例1)
<線状のポリエチレンイミン(L−PEI)の合成>
ポリエチルオキサゾリン(数平均分子量500000,平均重合度5000,Aldrich社製)5gを、5Mの塩酸水溶液20mLに溶解させた。その溶液をオイルバスにて90℃に加熱し、その温度で10時間攪拌した。反応液にアセトン50mLを加え、ポリマーを完全に沈殿させ、それを濾過し、メタノールで3回洗浄し、白色のポリエチレンイミンの粉末を得た。得られた粉末を1H−NMR(重水)にて同定したところ、ポリエチルオキサゾリンの側鎖エチル基に由来したピーク1.2ppm(CH3)と2.3ppm(CH2)が完全に消失していることが確認された。即ち、ポリエチルオキサゾリンが完全に加水分解され、ポリエチレンイミンに変換されたことが示された。
(Production Example 1)
<Synthesis of linear polyethyleneimine (L-PEI)>
5 g of polyethyloxazoline (number average molecular weight 500000, average polymerization degree 5000, manufactured by Aldrich) was dissolved in 20 mL of 5M aqueous hydrochloric acid. The solution was heated to 90 ° C. in an oil bath and stirred at that temperature for 10 hours. Acetone 50 mL was added to the reaction solution to completely precipitate the polymer, which was filtered and washed with methanol three times to obtain white polyethyleneimine powder. When the obtained powder was identified by 1 H-NMR (heavy water), peaks 1.2 ppm (CH 3 ) and 2.3 ppm (CH 2 ) derived from the side chain ethyl group of polyethyloxazoline completely disappeared. It was confirmed that That is, it was shown that polyethyloxazoline was completely hydrolyzed and converted to polyethyleneimine.
その粉末を5mLの蒸留水に溶解し、攪拌しながら、その溶液に15%のアンモニア水50mLを滴下した。その混合液を一晩放置した後、沈殿したポリマー結晶粉末を濾過し、その結晶粉末を冷水で3回洗浄した。洗浄後の結晶粉末をデシケータ中で室温乾燥し、線状のポリエチレンイミン(L−PEI)を得た。収量は4.2g(結晶水含有)であった。ポリオキサゾリンの加水分解により得られるポリエチレンイミンは、側鎖だけが反応し、主鎖には変化がない。従って、L−PEIの重合度は加水分解前の5000と同様である。 The powder was dissolved in 5 mL of distilled water, and 50 mL of 15% aqueous ammonia was added dropwise to the solution while stirring. The mixture was allowed to stand overnight, the precipitated polymer crystal powder was filtered, and the crystal powder was washed with cold water three times. The crystal powder after washing was dried at room temperature in a desiccator to obtain linear polyethyleneimine (L-PEI). The yield was 4.2 g (including crystal water). In polyethyleneimine obtained by hydrolysis of polyoxazoline, only the side chain reacts and the main chain does not change. Therefore, the polymerization degree of L-PEI is the same as 5000 before hydrolysis.
<線状ポリエチレンイミン系からの捕捉剤の作製>
合成例1で得られたL−PEI粉末を蒸留水中に分散させ、その分散液をオイルバスにて、90℃に加熱し、濃度が2%となる完全透明な水溶液を得た。その水溶液を室温に放置し、自然に室温までに冷やし、不透明なL−PEIヒドロゲルを得た。得られたヒドロゲルは、剪断力を加えると変形を生じるが、概ねの形状を保持できるアイスクリーム状態のヒドロゲルであった。
<Production of scavenger from linear polyethyleneimine system>
The L-PEI powder obtained in Synthesis Example 1 was dispersed in distilled water, and the dispersion was heated to 90 ° C. in an oil bath to obtain a completely transparent aqueous solution having a concentration of 2%. The aqueous solution was left at room temperature and naturally cooled to room temperature to obtain an opaque L-PEI hydrogel. The obtained hydrogel was deformed when a shearing force was applied, but was an ice cream-like hydrogel capable of maintaining a general shape.
得られたヒドロゲルにつき、X線回折測定を行った結果、20.7°、27.6°、28.4°に散乱強度のピークが表れることが確認された。また、熱量分析装置による吸熱状態変化の測定結果により、64.5℃で吸熱のピークが確認された。これら測定結果より、ヒドロゲル中におけるL−PEIの結晶の存在が確認された。 As a result of X-ray diffraction measurement of the obtained hydrogel, it was confirmed that peaks of scattering intensity appeared at 20.7 °, 27.6 °, and 28.4 °. Moreover, the endothermic peak was confirmed at 64.5 ° C. from the measurement result of the endothermic state change by the calorimeter. From these measurement results, the presence of L-PEI crystals in the hydrogel was confirmed.
これで得られたヒドロゲル20mL中に、テトラメトキシシラン(TMSO)とエタノールの1/1(体積比)の混合液を20mL加え、アイスクリーム状態のものを軽く一分間かき混ぜた後、そのまま40分放置した。その後、過剰なアセトンで洗浄し、それを円心分離器にて3回洗浄を行った。固形物を回収し、室温で乾燥し、白色の金属イオン捕捉剤を得た。捕捉剤のX線回折測定から、L−PEIの結晶由来のピークが20.5°、27.2°、28.2°に表れた。 20 mL of a mixture of tetramethoxysilane (TMSO) and ethanol (volume ratio) of 1/1 (volume ratio) is added to 20 mL of the hydrogel thus obtained, and the ice cream is lightly stirred for 1 minute and then left for 40 minutes. did. Then, it wash | cleaned with excess acetone and performed it 3 times with the concentric separator. The solid was collected and dried at room temperature to obtain a white metal ion scavenger. From the X-ray diffraction measurement of the scavenger, L-PEI crystal-derived peaks appeared at 20.5 °, 27.2 °, and 28.2 °.
得られた金属イオン捕捉剤を走査型顕微鏡により観察したところ、図1に示したように繊維状複合体の三次元網目構造を有するものであった。 When the obtained metal ion scavenger was observed with a scanning microscope, it had a three-dimensional network structure of a fibrous composite as shown in FIG.
捕捉剤の元素分析から、窒素の含有量は8.5%であることが確認された。このことから、1グラムの該捕捉剤中、配位子である窒素のミリモル数は、6.07と換算された。これは、メソポーラス系シリカ中の配位子導入が通常2ミリモル以下であることに比べると、極めて大きいものであった。 Elemental analysis of the scavenger confirmed that the nitrogen content was 8.5%. From this, in 1 gram of the scavenger, the number of millimolar nitrogen of the ligand was converted to 6.07. This was extremely large compared to the fact that the ligand introduction in the mesoporous silica was usually 2 mmol or less.
(実施例1)
<銅イオンの捕捉>
上記により得られた金属イオン捕捉剤50mgを秤取り、それに10mLの1mM硝酸銅水溶液を加えた。混合物中の白色の金属イオン捕捉剤は、一瞬で青色に変わった。その代わり、液部はほぼ無色に近い状態であった。これにより銅イオンが金属イオン捕捉剤に迅速に取り込まれることが確認された。このまま、2時間静置させた後、液部を取り出し、吸収スペクトル測定を行ったが、残存銅イオンは認められる濃度ではないことが判断された。即ち、銅イオンはほぼ完全に金属イオン捕捉剤に捕捉された。
濾過により、青く染まった金属イオン捕捉剤を回収し、それを2Mの硝酸水溶液で洗浄したところ、水液は青色になることが確認された。これより、金属イオン捕捉剤に捕捉された銅イオンは簡単に回収されることが示された。
Example 1
<Capture of copper ions>
50 mg of the metal ion scavenger obtained above was weighed, and 10 mL of 1 mM copper nitrate aqueous solution was added thereto. The white metal ion scavenger in the mixture turned blue in an instant. Instead, the liquid part was almost colorless. As a result, it was confirmed that copper ions were rapidly taken into the metal ion scavenger. The solution was allowed to stand for 2 hours, and then the liquid part was taken out and the absorption spectrum was measured. It was determined that the remaining copper ions were not in a recognized concentration. That is, copper ions were almost completely trapped by the metal ion scavenger.
The metal ion scavenger dyed blue was collected by filtration and washed with a 2M aqueous nitric acid solution, and it was confirmed that the aqueous solution turned blue. From this, it was shown that the copper ion trapped by the metal ion scavenger is easily recovered.
(実施例2)
<パラジウムイオンの捕捉と還元>
上記金属イオン捕捉剤20mgを秤取り、それを4mLの0.5Mパラジウム硝酸水溶液に加え、そのまま、2時間静置させた。混合物を濾過し、金属イオン捕捉剤を蒸留水で洗浄した後、それを3mLのNaBH4水溶液(重量濃度2%)中に加え、30分間シェイクした。混合物を濾過し、それを蒸留水、アセトン順で洗浄した。白色の金属イオン捕捉剤は黒色に変化した。これにより、金属イオン捕捉剤に捕捉されたパラジウムイオンが還元剤より、パラジウム金属に還元されたことが示された。
該金属イオン捕捉剤をXRDで観測した結果、金属パラジウム結晶に由来のピークが36,43,66°に顕著に現れた。また、TEM観察から(図2)、シリカ繊維中にパラジウムの多量のナノ粒子が固定されていることが確認された。これより、捕捉剤に捕捉された金属イオンを金属状態で固定化できることが示された。
(Example 2)
<Palladium ion capture and reduction>
20 mg of the above metal ion scavenger was weighed and added to 4 mL of 0.5 M palladium nitric acid aqueous solution and allowed to stand for 2 hours. After the mixture was filtered and the metal ion scavenger was washed with distilled water, it was added into 3 mL of NaBH 4 aqueous solution (weight concentration 2%) and shaken for 30 minutes. The mixture was filtered and it was washed with distilled water and then acetone. The white metal ion scavenger turned black. Thereby, it was shown that the palladium ion trapped by the metal ion scavenger was reduced to palladium metal by the reducing agent.
As a result of observing the metal ion scavenger by XRD, peaks derived from metal palladium crystals appeared remarkably at 36, 43 and 66 °. From TEM observation (FIG. 2), it was confirmed that a large amount of palladium nanoparticles were fixed in the silica fiber. From this, it was shown that the metal ions captured by the capturing agent can be immobilized in a metallic state.
Claims (8)
The metal ion separation method which isolate | separates the metal ion trapped by the metal ion scavenger by the method of Claim 7 from a metal scavenger by an acidic process.
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