JP2014109064A - Metal recovery method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶液中に溶解する金属を捕捉して回収する金属回収方法に関する。 The present invention relates to a metal recovery method for capturing and recovering a metal dissolved in a solution.
金、白金、パラジウム等の貴金属は電子部品や半導体、自動車の排気ガスの浄化に不可欠な触媒、液晶ガラス、LED等の最先端分野において極めて重要な物質であるが、非常に高価であるためコストが嵩むことが問題であった。一方、電気・電子機器廃棄物(e-waste)には多量の貴金属が含まれており、時には鉱石中に含まれる量の10倍以上も含有する場合がある。そのため、電気・電子機器廃棄物から貴金属を安価且つ簡便な方法により分離・回収して再利用することが求められている。 Precious metals such as gold, platinum, and palladium are extremely important substances in cutting-edge fields such as electronic parts, semiconductors, automobile exhaust gas purification catalysts, liquid crystal glass, and LEDs. Was a problem. On the other hand, electrical and electronic equipment waste (e-waste) contains a large amount of precious metals, sometimes containing more than 10 times the amount contained in ores. For this reason, it is required to separate and recover precious metals from wastes of electric and electronic equipment by an inexpensive and simple method and reuse them.
特許文献1〜3には、貴金属メッキ処理工程における処理液の溶質から貴金属だけを分離回収する方法について、金、銀、パラジウム、ロジウム等の貴金属のみを選択的に透過させるセルロースアセテート系逆浸透膜を使用する方法が記載されている。しかし、セルロースアセテート系逆浸透膜により透過して得られた透過液は、その後、電気透析により濃縮する必要があり、作業工程が複雑であることが問題であった。その上、金、銀、パラジウム、ロジウム等の貴金属の中から特定の貴金属のみを選択的に回収するということはできなかった。 Patent Documents 1 to 3 disclose a cellulose acetate reverse osmosis membrane that selectively permeates only a noble metal such as gold, silver, palladium, rhodium, etc., for a method of separating and recovering only a noble metal from a solute of a processing solution in a noble metal plating treatment process. How to use is described. However, the permeate obtained by permeation through the cellulose acetate reverse osmosis membrane needs to be concentrated by electrodialysis, and the work process is complicated. Moreover, it has not been possible to selectively recover only specific noble metals from among noble metals such as gold, silver, palladium and rhodium.
特許文献4には、チラミン重合体を金属吸着剤として使用して、溶液中の貴金属(金、白金、及びパラジウム)を回収する方法が記載されている。しかし、この方法でも金、白金、及びパラジウムの中から特定の貴金属のみを選択的に回収するということはできなかった。 Patent Document 4 describes a method for recovering noble metals (gold, platinum, and palladium) in a solution using a tyramine polymer as a metal adsorbent. However, even this method cannot selectively recover only a specific noble metal from gold, platinum, and palladium.
従って、本発明の目的は、安価且つ簡便な方法により、効率よく金属を回収することができる金属回収方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、安価且つ簡便な方法により、金を効率よく且つ選択的に回収することができる金属回収方法を提供することにある。
更に、本発明の他の目的は、安価に、効率よく且つ選択的に金を回収することができる金属捕捉材を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a metal recovery method capable of recovering metal efficiently by an inexpensive and simple method.
Another object of the present invention is to provide a metal recovery method capable of recovering gold efficiently and selectively by an inexpensive and simple method.
Furthermore, another object of the present invention is to provide a metal capturing material capable of recovering gold efficiently and selectively at low cost.
本発明者等は上記課題を解決するため鋭意検討した結果、安価な多糖のカルボン酸エステルを金属捕捉材として使用することにより、簡便且つ効率よく金属を吸着して回収することができることを見いだした。本発明はこれらの知見に基づいて完成させたものである。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that by using an inexpensive polysaccharide carboxylic acid ester as a metal-trapping material, it is possible to adsorb and recover metals easily and efficiently. . The present invention has been completed based on these findings.
すなわち、本発明は金属捕捉材として多糖のカルボン酸エステルを使用し、溶液中に溶解する金属を捕捉する金属回収方法を提供する。 That is, the present invention provides a metal recovery method for capturing a metal dissolved in a solution using a polysaccharide carboxylic acid ester as a metal capturing material.
前記金属回収方法は、酸性溶液中に溶解する金を選択的に捕捉する方法であることが好ましい。 The metal recovery method is preferably a method for selectively capturing gold dissolved in an acidic solution.
前記多糖のカルボン酸エステルとしてはセルロースのカルボン酸エステルが好ましく、特に酢酸セルロースが好ましい。 As the carboxylic acid ester of the polysaccharide, a carboxylic acid ester of cellulose is preferable, and cellulose acetate is particularly preferable.
前記多糖のカルボン酸エステルのアシル基総置換度は2.2〜2.7が好ましい。 The acyl group total substitution degree of the carboxylic acid ester of the polysaccharide is preferably 2.2 to 2.7.
前記多糖のカルボン酸エステルは繊維状であることが好ましく、特に単繊度が0.5〜5.0デニールの繊維状であることが好ましい。 The polysaccharide carboxylic acid ester is preferably in the form of a fiber, particularly preferably in the form of a fiber having a single fineness of 0.5 to 5.0 denier.
本発明は、また、単繊度が0.5〜5.0デニールの繊維状酢酸セルロースを含む金属捕捉材を提供する。 The present invention also provides a metal-capturing material containing fibrous cellulose acetate having a single fineness of 0.5 to 5.0 denier.
前記酢酸セルロースは、アセチル基総置換度が2.2〜2.7の酢酸セルロースであることが好ましい。 The cellulose acetate is preferably cellulose acetate having a total acetyl group substitution degree of 2.2 to 2.7.
本発明の金属回収方法は金属捕捉材として安価な多糖のカルボン酸エステルを使用するため、金属回収におけるコストを削減することができ、簡便な方法により効率よく溶液中に溶解する金属を回収することができる。特に金属が溶解している溶液を酸性に調整すると、金属の中でも特に金を選択的且つ効率よく回収することができる。本発明の金属回収方法によれば、電気・電子機器廃棄物(e-waste)中に含まれる金属を効率よく回収して有効に再利用することができ、コストの削減及び最先端分野において極めて重要な金属の安定的供給を実現することができる。 Since the metal recovery method of the present invention uses an inexpensive polysaccharide carboxylic acid ester as a metal scavenger, the cost of metal recovery can be reduced, and a metal that dissolves in a solution efficiently can be recovered by a simple method. Can do. In particular, when a solution in which a metal is dissolved is adjusted to be acidic, gold can be selectively and efficiently recovered among metals. According to the metal recovery method of the present invention, the metal contained in the electrical and electronic equipment waste (e-waste) can be efficiently recovered and reused effectively, and the cost reduction and the cutting-edge field are extremely effective. A stable supply of important metals can be realized.
[金属回収方法]
本発明の金属回収方法は金属捕捉材として多糖のカルボン酸エステルを使用して溶液中に溶解する金属を捕捉することを特徴とし、例えば、金属を溶解した溶液(=金属溶液)中に前記多糖のカルボン酸エステルを投入し、撹拌することにより金属を捕捉して回収することができる。
[Metal recovery method]
The metal recovery method of the present invention is characterized by capturing a metal dissolved in a solution using a polysaccharide carboxylic acid ester as a metal capturing material. For example, the polysaccharide is contained in a solution in which a metal is dissolved (= metal solution). The carboxylic acid ester can be added and stirred to capture and recover the metal.
本発明の金属回収方法においては、金属溶液を酸性に調製することが、金を含む2種以上の金属(例えば、金、パラジウム、及び白金等)を溶解する金属溶液から、金のみを選択的に捕捉することができる点で好ましい。酸性の金属溶液中において他の金属(例えば、パラジウム、白金等)はカチオンとして安定的に存在するが、金はカチオンとしてではなくアニオン(例えば、塩酸酸性金属溶液中ではAuCl4 -、硫酸酸性金属溶液中ではAu(SO4)2 -)として安定的に存在する。そして、多糖のカルボン酸エステルの表面は電子受容性が特異的に大きいという特徴を有するため、金を含むアニオン(=金アニオン)と相互作用することにより金を選択的に吸着することができる。 In the metal recovery method of the present invention, preparing the metal solution in an acidic manner selectively selects only gold from a metal solution that dissolves two or more kinds of metals including gold (for example, gold, palladium, and platinum). It is preferable in that it can be captured. Other metals (eg, palladium, platinum, etc.) exist stably as cations in the acidic metal solution, but gold is not as a cation but an anion (eg, AuCl 4 − , acidic metal sulfate in hydrochloric acid metal solution). In the solution, it is stably present as Au (SO 4 ) 2 − ). And since the surface of the polysaccharide carboxylate ester has the characteristic that electron acceptability is large specifically, gold | metal | money can be selectively adsorb | sucked by interacting with the anion (= gold | metal anion) containing gold | metal | money.
金属溶液を酸性に調整する際に使用する酸としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、及びこれらの混酸等を挙げることができる。本発明においては、なかでもより小さい半径を有し、多糖のカルボン酸エステルの表面により一層吸着され易い金アニオンを形成することができ、金の吸着性を向上することができる点で塩酸又は硫酸を使用することが好ましい。 Examples of the acid used for adjusting the metal solution to be acidic include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and mixed acids thereof. In the present invention, among them, hydrochloric acid or sulfuric acid has a smaller radius, can form a gold anion that is more easily adsorbed by the surface of the polysaccharide carboxylic acid ester, and can improve the adsorptivity of gold. Is preferably used.
金属溶液は、pHを、例えば4〜1(好ましくは3〜1、特に好ましくは2〜1)に調製することが、金属(特に、金)の捕捉性を向上することができる点で好ましい。pHが上記範囲を下回ると、金属捕捉材として使用する多糖のカルボン酸エステルの分解が進行する傾向がある。一方、pHが上記範囲を上回ると、金属(特に、金)の捕捉量が低下する傾向がある。例えば塩酸酸性金属溶液中では、下記式で表される様に、pHによって安定的に存在する金アニオンが異なり、特に[AuCl4 -]で表される金アニオンが多糖のカルボン酸エステルの表面に吸着されやすいためである。 The metal solution is preferably adjusted to a pH of, for example, 4 to 1 (preferably 3 to 1 and particularly preferably 2 to 1) in terms of improving metal (especially gold) scavenging properties. When the pH is below the above range, the decomposition of the polysaccharide carboxylic acid ester used as the metal-trapping material tends to proceed. On the other hand, when pH exceeds the said range, there exists a tendency for the capture amount of a metal (especially gold) to fall. For example, in an acidic metal solution of hydrochloric acid, as represented by the following formula, the gold anion stably present varies depending on the pH, and in particular, the gold anion represented by [AuCl 4 − ] is present on the surface of the polysaccharide carboxylate ester. This is because it is easily adsorbed.
金属の捕捉に要する時間(すなわち、金属捕捉材を金属溶液に浸漬する時間)は、例えば10分以上、好ましくは50〜300分程度である。浸漬時間が短すぎると、金属が十分に捕捉されない傾向がある。 The time required for capturing the metal (that is, the time for immersing the metal capturing material in the metal solution) is, for example, 10 minutes or more, preferably about 50 to 300 minutes. If the immersion time is too short, the metal tends not to be captured sufficiently.
本発明の金属回収方法では、多糖のカルボン酸エステルを金属捕捉材として使用するため温和な温度環境下で金属を捕捉することができ、金属捕捉時の温度(すなわち、金属捕捉材を金属溶液に浸漬する際の金属溶液の温度)としては、例えば5〜60℃程度、好ましくは5〜30℃である。 In the metal recovery method of the present invention, a polysaccharide carboxylic acid ester is used as a metal-capturing material, so that the metal can be captured in a mild temperature environment. The temperature of the metal solution during immersion is, for example, about 5 to 60 ° C., preferably 5 to 30 ° C.
本発明の金属回収方法により多糖のカルボン酸エステルに吸着して捕捉された金属は、例えば、金属を捕捉した多糖のカルボン酸エステルを焼却処理、又は焼成処理に付すことにより分離・回収することができる。 The metal adsorbed and captured on the polysaccharide carboxylic acid ester by the metal recovery method of the present invention can be separated and recovered by subjecting the polysaccharide carboxylic acid ester capturing the metal to incineration or calcination, for example. it can.
[金属捕捉材]
本発明の金属捕捉材は、多糖のカルボン酸エステルを含む。
[Metal capture material]
The metal-trapping material of the present invention contains a polysaccharide carboxylic acid ester.
多糖とは単糖がグルコシド結合することにより得られる化合物であり、例えば、セルロース、デンプン等を挙げることができる。本発明においては、なかでも単糖がβ−グルコシド結合して得られる多糖(=β−グルコシド結合を有する多糖)を使用することが好ましく、特にセルロース(なかでも、コットンリンターパルプ由来のセルロース)を使用することが捕捉した金属を容易に回収することができる点で好ましい。 A polysaccharide is a compound obtained by a glucoside bond between monosaccharides, and examples thereof include cellulose and starch. In the present invention, it is preferable to use a polysaccharide obtained by β-glucoside bond of monosaccharide (= polysaccharide having β-glucoside bond), especially cellulose (especially cellulose derived from cotton linter pulp). Use is preferable in that the captured metal can be easily recovered.
多糖のカルボン酸エステルは多糖の水酸基にアシル基(RC(=O)−基)が導入された化合物である。前記RC(=O)−基におけるRは炭化水素基であり、なかでもセルロース表面(特に[1,−1,0]面)における電子受容性に優れる点で、Rがメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、へキシル基等の炭素数1〜10程度(好ましくは1〜2)のアルキル基が好ましい。 A polysaccharide carboxylic acid ester is a compound in which an acyl group (RC (═O) — group) is introduced into the hydroxyl group of the polysaccharide. R in the RC (═O) — group is a hydrocarbon group, and in particular, R is methyl, ethyl, propyl, in terms of excellent electron acceptability on the cellulose surface (particularly [1, -1,0] plane). Alkyl groups having about 1 to 10 carbon atoms (preferably 1 to 2) such as butyl, pentyl and hexyl groups are preferred.
本発明における多糖のカルボン酸エステルとしては、特に、下記式(1)で表されるセルロースの水酸基にアシル基(RC(=O)−基)が導入されたセルロースのカルボン酸エステルを使用することが好ましい。式(1)中、Xは同一又は異なって、アシル基(RC(=O)−基:Rは前記に同じ)又は水素原子を示す(全てのXが水素原子である場合を除く)。nは括弧内に示される構成単位の繰り返しの数を示し、例えば100〜250である。 As the carboxylic acid ester of the polysaccharide in the present invention, a carboxylic acid ester of cellulose in which an acyl group (RC (= O) -group) is introduced into the hydroxyl group of cellulose represented by the following formula (1) is used. Is preferred. In formula (1), X is the same or different and represents an acyl group (RC (═O) —group: R is the same as described above) or a hydrogen atom (except when all X are hydrogen atoms). n shows the number of repetition of the structural unit shown in a parenthesis, for example, is 100-250.
上記式(1)で表されるセルロースのカルボン酸エステルとしては、例えば、酢酸セルロース(セルロースアセテート)、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート等を挙げることができる。本発明においては、なかでも、セルロース表面(特に[1,−1,0]面)における電子受容性に優れる点で酢酸セルロースが好ましい。 Examples of the carboxylic acid ester of cellulose represented by the above formula (1) include cellulose acetate (cellulose acetate), cellulose propionate, cellulose butyrate, cellulose acetate propionate, and cellulose acetate butyrate. it can. In the present invention, among them, cellulose acetate is preferable because of its excellent electron accepting property on the cellulose surface (particularly [1, -1, 0] plane).
また、酢酸セルロースの表面自由エネルギーはアシル基総置換度(平均置換度)に依存し、アシル基総置換度(平均置換度)が2.2〜2.7である酢酸セルロースは、疎水面(=[1,−1,0]面)における電子受容性と、金属イオン(特に、AuCl4 -等の金アニオン)の電子供与性のバランスがとれて安定化するため、特に優れた金属イオンの吸着性を発揮する点で好ましい。一方、アシル基総置換度が上記範囲を外れる酢酸セルロースは疎水面(=[1,−1,0]面)における電子受容性と、金属イオン(特に、AuCl4 -等の金アニオン)の電子供与性のバランスが崩れるため、金属イオンの吸着力が低下する傾向がある。 The surface free energy of cellulose acetate depends on the acyl group total substitution degree (average substitution degree), and cellulose acetate having an acyl group total substitution degree (average substitution degree) of 2.2 to 2.7 is hydrophobic ( = [1, -1,0] plane) and the electron donating property of metal ions (especially gold anions such as AuCl 4 − ) are balanced and stabilized. It is preferable at the point which exhibits adsorptivity. Meanwhile, cellulose acetate acyl total substitution degree is outside the above range hydrophobic face (= [1, -1,0] surface) and an electron-accepting in the metal ions (especially, AuCl 4 - or the like gold anion) Electronic Since the balance of donating property is lost, the metal ion adsorption power tends to decrease.
尚、本発明において、酢酸セルロースのグルコース環のアセチル基総置換度は、下記手塚(Tezuka,Carbonydr.Res.273,83(1995))の方法に従いNMR法で測定した値である。
1.酢酸セルロース試料の遊離水酸基をピリジン中で無水プロピオン酸によりプロピオニル化する。
2.得られた試料を重クロロホルムに溶解し、13C−NMRスペクトルを測定する。
3.アセチル基の炭素シグナルは169ppmから171ppmの領域に高磁場から2位、3位、6位の順序で、そして、プロピオニル基のカルボニル炭素のシグナルは、172ppmから174ppmの領域に同じ順序で現れる。それぞれ対応する位置でのアセチル基とプロピオニル基の存在比から、元の酢酸セルロースにおけるグルコース環の2,3,6位の各アセチル置換度を求めることができる。
In the present invention, the total degree of acetyl group substitution on the glucose ring of cellulose acetate is a value measured by NMR according to the method of Tezuka, Carbondr. Res. 273, 83 (1995) below.
1. The free hydroxyl group of the cellulose acetate sample is propionylated with propionic anhydride in pyridine.
2. The obtained sample is dissolved in deuterated chloroform, and a 13 C-NMR spectrum is measured.
3. The carbon signal of the acetyl group appears in the order of 2, 3, 6 from the high magnetic field in the region of 169 ppm to 171 ppm, and the signal of the carbonyl carbon of the propionyl group appears in the same order in the region of 172 ppm to 174 ppm. From the abundance ratios of acetyl groups and propionyl groups at the corresponding positions, the degree of acetyl substitution at the 2, 3, 6 positions of the glucose ring in the original cellulose acetate can be determined.
更に、酢酸セルロースの構成単位であるグルコース環のC−H結合は前記グルコース環に対して垂直なアキシャル結合であり、OH基及びアシル基が導入された基(=上記式(1)中のOXで表される基)は前記グルコース環に対して平行なエカトリアル結合である。このことから、酢酸セルロースには分子中にOH基及びアシル基が導入された基がリッチな親水面([1,1,0]面)とC−H結合がリッチな疎水面([1,−1,0]面)が局在している。そして、前記疎水面は優れた電子受容性を有するため、より多くの疎水面を表面に露出させることにより金属イオンの吸着性をより一層向上させることができる。 Furthermore, the C—H bond of the glucose ring, which is a structural unit of cellulose acetate, is an axial bond perpendicular to the glucose ring, and a group into which an OH group and an acyl group have been introduced (= OX in the above formula (1)) Is a equatorial bond parallel to the glucose ring. From this, cellulose acetate has a hydrophilic surface ([1,1,0] surface) rich in a group having an OH group and an acyl group introduced in the molecule and a hydrophobic surface ([1,1,0] surface rich in C—H bond). -1,0) plane) is localized. And since the said hydrophobic surface has the outstanding electron accepting property, the adsorptivity of a metal ion can be improved further by exposing more hydrophobic surfaces to the surface.
多糖のカルボン酸エステルは、その表面(特に[1,−1,0]面)の電子受容性が特異的に大きいため金属イオン(特に、金イオン)の吸着性に優れるが、なかでも粉末状(例えば、平均粒子径が0.5〜1μm程度)又は繊維状の多糖のカルボン酸エステル、特に、電解紡糸法等の乾式紡糸法により得られる単繊度が、例えば0.05〜10デニール(好ましくは0.5〜5.0デニール、特に好ましくは0.5〜1.0デニール)、トータル繊度が、例えば600〜60000デニール(特に好ましくは3000〜30000デニール)の繊維状の多糖のカルボン酸エステルは、表面に多くの疎水面を露出し、特に優れた金属イオンの吸着性を有する点で好ましい。また、繊維状の多糖のカルボン酸エステルについて、その繊度が上記範囲を上回ると、金属イオンの吸着性が低下する傾向がある。一方、繊度が上記範囲を下回ると、切れやすく取り扱いが煩雑となる傾向がある。 Polysaccharide carboxylic acid esters have a particularly large electron accepting property on the surface (especially [1, -1,0] plane), and thus are excellent in adsorbing metal ions (especially gold ions). (For example, the average particle size is about 0.5 to 1 μm) or a carboxylic acid ester of a fibrous polysaccharide, in particular, a single fineness obtained by a dry spinning method such as an electrospinning method is, for example, 0.05 to 10 denier (preferably Is a carboxylic acid ester of a fibrous polysaccharide having a total fineness of 600 to 60000 denier (particularly preferably 3000 to 30000 denier), for example, 0.5 to 5.0 denier, particularly preferably 0.5 to 1.0 denier. Is preferable because it exposes many hydrophobic surfaces on the surface and has particularly excellent metal ion adsorption. Moreover, about the fibrous polysaccharide carboxylic acid ester, when the fineness exceeds the said range, there exists a tendency for the adsorptivity of a metal ion to fall. On the other hand, if the fineness is less than the above range, it tends to be easily cut and complicated to handle.
多糖のカルボン酸エステルの重量平均分子量(Mw)は、例えば100000〜1000000、好ましくは100000〜500000、特に好ましくは100000〜300000である。重量平均分子量(Mw)が上記範囲を下回ると、粘度が低くなりすぎ、加工性が低下する傾向がある。一方、重量平均分子量(Mw)が上記範囲を下回ると、粘度が高くなりすぎ、加工性が低下する傾向がある。 The weight average molecular weight (Mw) of the carboxylic acid ester of the polysaccharide is, for example, 100,000 to 1,000,000, preferably 100,000 to 500,000, particularly preferably 100,000 to 300,000. When the weight average molecular weight (Mw) is below the above range, the viscosity tends to be too low, and the processability tends to decrease. On the other hand, when the weight average molecular weight (Mw) is lower than the above range, the viscosity tends to be too high, and the workability tends to decrease.
多糖のカルボン酸エステルの分散度(重量平均分子量(Mw)を数平均分子量(Mn)で除した分子量分布:Mw/Mn)は、例えば2〜10、好ましくは3〜8、特に好ましくは4〜6である。分散度(Mw/Mn)が上記範囲を下回ると、繊維が脆くなる傾向がある。一方、分散度(Mw/Mn)が上記範囲を上回ると、オリゴマー成分の溶出により繊維が脆くなる傾向がある。 The dispersity of the carboxylic acid ester of the polysaccharide (molecular weight distribution obtained by dividing the weight average molecular weight (Mw) by the number average molecular weight (Mn): Mw / Mn) is, for example, 2 to 10, preferably 3 to 8, particularly preferably 4 to 6. If the degree of dispersion (Mw / Mn) is below the above range, the fiber tends to become brittle. On the other hand, when the dispersity (Mw / Mn) exceeds the above range, the fiber tends to become brittle due to elution of the oligomer component.
多糖のカルボン酸エステルの数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、及び分散度(Mw/Mn)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(Gel Permeation Chromatography)を用いて公知の方法で求めることができる。平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、及び分散度(Mw/Mn)は、異なる平均分子量と分散度を有する多糖のカルボン酸エステルを適宜選択して混合することにより、所望の範囲に調整することができる。 The number average molecular weight (Mn), weight average molecular weight (Mw), and dispersity (Mw / Mn) of a carboxylic acid ester of a polysaccharide can be determined by a known method using gel permeation chromatography (Gel Permeation Chromatography). . The average molecular weight (Mn), weight average molecular weight (Mw), and dispersity (Mw / Mn) are within a desired range by appropriately selecting and mixing polysaccharide carboxylic acid esters having different average molecular weights and dispersities. Can be adjusted.
金属イオンの吸着は原子吸光分析法を用いて確認することができる。 Adsorption of metal ions can be confirmed using atomic absorption spectrometry.
本発明の金属捕捉材は金属イオンの吸着性に優れ、その吸着能(Q:多糖のカルボン酸エステル1kgにおける金属イオンの吸着量)は、例えば0.5g/kg以上、好ましくは0.5〜150g/kgである。 The metal-trapping material of the present invention is excellent in metal ion adsorption, and its adsorption capacity (Q: metal ion adsorption amount in 1 kg of polysaccharide carboxylate ester) is, for example, 0.5 g / kg or more, preferably 0.5 to 150 g / kg.
[多糖のカルボン酸エステルの製造方法]
多糖のカルボン酸エステルは公知の方法により製造できる。また、市販品を用いることもできる。以下、多糖のカルボン酸エステルの代表的な例として酢酸セルロースの製造法を説明する。酢酸セルロース以外の多糖のカルボン酸エステルは、公知慣用の方法により製造することができる。
[Production method of polysaccharide carboxylate ester]
Polysaccharide carboxylic acid esters can be produced by known methods. Commercial products can also be used. Hereinafter, a method for producing cellulose acetate will be described as a typical example of a carboxylic acid ester of a polysaccharide. Polysaccharide carboxylic acid esters other than cellulose acetate can be produced by known and commonly used methods.
酢酸セルロースは、(A)活性化工程(前処理工程)、(B)アセチル化工程、(C)アセチル化反応の停止工程、(D)熟成工程(加水分解工程)、(E)熟成反応の停止工程、(F)分別工程、及び(G)成形工程を経て製造することができる。 Cellulose acetate consists of (A) activation step (pretreatment step), (B) acetylation step, (C) acetylation reaction termination step, (D) ripening step (hydrolysis step), and (E) ripening reaction. It can be manufactured through a stop process, (F) a fractionation process, and (G) a molding process.
[(A)活性化工程]
活性化工程(又は前処理工程)では、原料セルロースをアセチル化溶媒で処理し、セルロースを活性化させる。アセチル化溶媒としては、酢酸や塩化メチレン等を単独で又は混合して使用することができる。通常、原料セルロースはシート状の形態で供給される場合が多いため、セルロースを乾式で解砕処理し、その後、活性化処理(又は前処理)を施す。
[(A) Activation step]
In the activation step (or pretreatment step), the raw material cellulose is treated with an acetylated solvent to activate the cellulose. As the acetylated solvent, acetic acid, methylene chloride, and the like can be used alone or in combination. Usually, since raw material cellulose is often supplied in the form of a sheet, the cellulose is pulverized in a dry manner and then subjected to an activation treatment (or pretreatment).
原料セルロースとしては、木材パルプ(針葉樹パルプ、広葉樹パルプ)、リンターパルプ(コットンリンターパルプ等)等の種々のセルロース源を用いることができる。これらのパルプは、通常、ヘミセルロース等の異成分を含有している。従って、本明細書において、用語「セルロース」は、ヘミセルロース等の異成分も含有する意味で用いる。木材パルプとしては、広葉樹パルプ及び針葉樹パルプから選択される1種又は2種以上を使用することができる。また、木材パルプとリンターパルプを併用してもよい。本発明においては、重合度の高いセルロースを含有する点でリンターパルプ(特にコットンリンターパルプ)を少なくとも使用することが好ましい。原料セルロースは、セルロース分子及び/又はヘミセルロース分子に結合した状態で多少のカルボキシル基を含有しているものであってもよい。 As the raw material cellulose, various cellulose sources such as wood pulp (conifer pulp, hardwood pulp) and linter pulp (cotton linter pulp, etc.) can be used. These pulps usually contain foreign components such as hemicellulose. Accordingly, in the present specification, the term “cellulose” is used in the sense that it also contains different components such as hemicellulose. As a wood pulp, the 1 type (s) or 2 or more types selected from a hardwood pulp and a conifer pulp can be used. Wood pulp and linter pulp may be used in combination. In the present invention, it is preferable to use at least linter pulp (particularly cotton linter pulp) in terms of containing cellulose having a high degree of polymerization. The raw material cellulose may contain some carboxyl groups in a state of being bonded to cellulose molecules and / or hemicellulose molecules.
活性化工程の処理時間は、例えば10時間以上である。 The processing time of the activation process is, for example, 10 hours or more.
活性化工程におけるアセチル化溶媒の使用量は、原料セルロース100重量部当たり、例えば10〜100重量部程度である。活性化工程における温度は、例えば10〜40℃の範囲である。 The usage-amount of the acetylation solvent in an activation process is about 10-100 weight part per 100 weight part of raw material cellulose, for example. The temperature in the activation step is, for example, in the range of 10 to 40 ° C.
[(B)アセチル化工程]
前記活性化処理により活性化されたセルロースを、アセチル化溶媒中、アセチル化触媒の存在下でアセチル化剤と反応させることにより酢酸セルロースを生成することができる。
[(B) Acetylation step]
Cellulose acetate can be produced by reacting cellulose activated by the activation treatment with an acetylating agent in the presence of an acetylation catalyst in an acetylation solvent.
アセチル化触媒としては、強酸(特に、硫酸)を使用することが好ましい。アセチル化触媒の使用量は、原料セルロース100重量部に対して、例えば1〜20重量部程度である。 As the acetylation catalyst, it is preferable to use a strong acid (particularly sulfuric acid). The usage-amount of an acetylation catalyst is about 1-20 weight part with respect to 100 weight part of raw material cellulose, for example.
アセチル化剤としては、例えば、酢酸クロライド、プロピオン酸クロライド等のカルボン酸ハライドや無水酢酸、無水プロピオン酸等のカルボン酸無水物を使用することができる。アセチル化剤の使用量は、セルロースの水酸基に対して、例えば1.1〜4当量程度である。また、アセチル化剤の使用量は、原料セルロース100重量部に対して、例えば200〜400重量部である。 As the acetylating agent, for example, carboxylic acid halides such as acetic acid chloride and propionic acid chloride, and carboxylic acid anhydrides such as acetic anhydride and propionic anhydride can be used. The usage-amount of an acetylating agent is about 1.1-4 equivalent with respect to the hydroxyl group of a cellulose, for example. Moreover, the usage-amount of an acetylating agent is 200-400 weight part with respect to 100 weight part of raw material cellulose, for example.
アセチル化溶媒としては、酢酸、塩化メチレン等を単独で又は混合して使用することができる。アセチル化溶媒の使用量は、セルロース100重量部に対して、例えば50〜700重量部程度である。 As the acetylated solvent, acetic acid, methylene chloride and the like can be used alone or in combination. The amount of the acetylated solvent used is, for example, about 50 to 700 parts by weight with respect to 100 parts by weight of cellulose.
アセチル化反応は、例えば0〜55℃程度の温度で行うことができる。また、アセチル化反応時間(総アセチル化反応時間)は、反応温度等によっても異なるが、例えば20分〜36時間の範囲である。 The acetylation reaction can be performed at a temperature of about 0 to 55 ° C., for example. The acetylation reaction time (total acetylation reaction time) varies depending on the reaction temperature and the like, but is, for example, in the range of 20 minutes to 36 hours.
[(C)アセチル化反応の停止工程]
アセチル化反応の終了後、反応系に残存するアセチル化剤を失活させるため、反応系に反応停止剤を添加する。
[(C) Stopping step of acetylation reaction]
After the acetylation reaction is completed, a reaction terminator is added to the reaction system in order to deactivate the acetylating agent remaining in the reaction system.
反応停止剤としては、例えば、水単独、又は水と上記アセチル化溶媒、アルコール及び中和剤から選択される少なくとも一種の混合物を挙げることができる。 Examples of the reaction terminator include water alone or at least one mixture selected from water and the above acetylated solvent, alcohol and neutralizing agent.
前記中和剤としては塩基性物質を使用することが好ましい。塩基性物質としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩;炭酸水素ナトリウム等のアルカリ金属炭酸水素塩;酢酸ナトリウム、酢酸カリウム等のアルカリ金属カルボン酸塩;ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド等のアルカリ金属アルコキシド等;水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属水酸化物;炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム等のアルカリ土類金属炭酸塩;酢酸マグネシウム、酢酸カルシウム等のアルカリ土類金属カルボン酸塩;マグネシウムエトキシド等のアルカリ土類金属アルコキシド等を挙げることができる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。本発明においては、なかでも、アルカリ土類金属カルボン酸塩(特に、酢酸マグネシウム)を使用することが好ましい。 It is preferable to use a basic substance as the neutralizing agent. Examples of the basic substance include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide; alkali metal carbonates such as sodium carbonate and potassium carbonate; alkali metal hydrogen carbonates such as sodium hydrogen carbonate; sodium acetate and acetic acid Alkali metal carboxylates such as potassium; alkali metal alkoxides such as sodium methoxide and sodium ethoxide; alkaline earth metal hydroxides such as magnesium hydroxide and calcium hydroxide; alkaline earths such as magnesium carbonate and calcium carbonate Examples thereof include metal carbonates; alkaline earth metal carboxylates such as magnesium acetate and calcium acetate; alkaline earth metal alkoxides such as magnesium ethoxide. These can be used alone or in combination of two or more. In the present invention, it is particularly preferable to use an alkaline earth metal carboxylate (particularly magnesium acetate).
アセチル化反応の停止時間は10分未満であることが好ましい。 The stop time of the acetylation reaction is preferably less than 10 minutes.
[(D)熟成工程(加水分解工程)]
アセチル化反応を停止した後、生成した酢酸セルロースを酢酸中で熟成[加水分解(脱アセチル化)]することにより、アセチル基総置換度及び置換度分布を調整する。(B)アセチル化工程において利用したアセチル化触媒(特に硫酸)を、その一部を中和剤で中和して又は中和すること無く、熟成触媒として利用してもよい。尚、熟成工程において、必要に応じて新たに溶媒等(酢酸、塩化メチレン、水、アルコール等)を添加してもよい。前記中和剤としては、アセチル化反応の停止工程(C)で例示のものを使用することができる。
[(D) Aging step (hydrolysis step)]
After stopping the acetylation reaction, the generated cellulose acetate is aged [hydrolyzed (deacetylated)] in acetic acid to adjust the total substitution degree of acetyl groups and the substitution degree distribution. (B) The acetylation catalyst (especially sulfuric acid) used in the acetylation step may be used as an aging catalyst with a part thereof neutralized or neutralized with a neutralizing agent. In the aging step, a solvent or the like (acetic acid, methylene chloride, water, alcohol, etc.) may be newly added as necessary. As the neutralizing agent, those exemplified in the acetylation reaction termination step (C) can be used.
熟成温度(加水分解温度)は例えば40〜90℃である。 The aging temperature (hydrolysis temperature) is, for example, 40 to 90 ° C.
[(E)熟成反応の停止工程]
酢酸セルロースを熟成させた後は、必要により前記アセチル化反応の停止工程(C)で例示の中和剤(水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属水酸化物を使用することが好ましい)を添加して熟成反応を停止させる。
[(E) Aging reaction stopping step]
After ripening the cellulose acetate, the neutralizing agent exemplified (preferably using an alkaline earth metal hydroxide such as calcium hydroxide) is added if necessary in the acetylation termination step (C). To stop the ripening reaction.
[(F)分別工程]
上記の工程を経て得られた酢酸セルロースは、その後、分別して精製することが好ましい。分別の方法については、特開平09−77801号公報に記載されている方法を利用することができる。
[(F) Sorting step]
The cellulose acetate obtained through the above steps is preferably fractionated and purified thereafter. For the separation method, the method described in JP-A-09-77801 can be used.
具体的には、酢酸セルロースを、高酢化度成分、低酢化度成分の各々に選択性がある溶媒系で沈澱分別あるいは溶解分別を行う。高酢化度成分に対する選択溶解性が高い溶媒としては、ジクロロメタン、クロロホルム等の塩化メチレン等を挙げることができる。低酢化度成分に対する選択溶解性が高い溶媒としては、メタノール、アセトン/メタノール(20/80、重量比)等を挙げることができる。 Specifically, cellulose acetate is subjected to precipitation fractionation or dissolution fractionation in a solvent system in which each of the high acetylation degree component and the low acetylation degree component is selective. Examples of the solvent having high selective solubility for the high acetylation component include methylene chloride such as dichloromethane and chloroform. Examples of the solvent having high selective solubility for the low acetylation component include methanol, acetone / methanol (20/80, weight ratio) and the like.
[(G)成形工程]
分別して精製された酢酸セルロースは、周知慣用の方法により所望の形状に成形することができる。例えば、繊維状の酢酸セルロースは、上記工程を経て得られた酢酸セルロースを、適切な溶媒に溶かした上でノズルから押し出し、温風で溶媒を乾燥させる乾式紡糸法等(特に、ポリマー溶液をシリンジに入れ、シリンジのニードルとコレクター間に高電圧をかけながらポリマー溶液を射出させて、電荷を帯びた噴流を発生させ電場内で噴流を伸長してファイバーを形成し、コレクター上に集積する電解紡糸法)により製造することができる。また、粉末状の酢酸セルロースは、上記工程を経て得られた酢酸セルロースを含む溶液に該酢酸セルロースの貧溶媒を逐次添加する、又は上記工程を経て得られた酢酸セルロースを含む溶液と該酢酸セルロースの貧溶媒との混合溶液を冷却して、粒状の酢酸セルロースを析出させる方法等により製造することができる。
[(G) Molding process]
The cellulose acetate that has been separated and purified can be formed into a desired shape by a well-known and commonly used method. For example, fibrous cellulose acetate is prepared by dissolving the cellulose acetate obtained through the above steps in a suitable solvent, extruding it from a nozzle, and drying the solvent with warm air (especially, the polymer solution is syringed). Electrospinning is performed by injecting a polymer solution while applying a high voltage between the syringe needle and the collector, generating a charged jet, extending the jet in the electric field to form a fiber, and collecting it on the collector Method). The powdered cellulose acetate is prepared by sequentially adding a poor solvent for cellulose acetate to the solution containing cellulose acetate obtained through the above steps, or the cellulose acetate solution obtained through the above steps and the cellulose acetate. It can manufacture by the method of cooling the mixed solution with the poor solvent, and depositing a granular cellulose acetate.
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited by these Examples.
実施例1
室温において、金イオンを10ppm(Au換算)含む塩酸酸性溶液(塩酸濃度:0.1M)5mLに、金属捕捉材として10mgの酢酸セルロース(粉末状、置換度:2.5、重量平均分子量(Mw):200000、分子量分布(Mw/Mn):5.0、商品名「L−50」、(株)ダイセル製)を添加し、300分間撹拌した。その後、溶液のICP発光スペクトルを誘導結合プラズマ発光分光分析装置(商品名「Perkin-Elmer Optima 3100 RL」、Glass Expansion社製)を使用して測定し、溶液中の金イオンの濃度を求め、金属捕捉材に吸着した金イオン量(Au換算)を算出した。結果を下記表に示す。
Example 1
At room temperature, 10 mg of cellulose acetate (powder, substitution degree: 2.5, weight average molecular weight (Mw) as a metal-trapping material in 5 mL of hydrochloric acid acidic solution (hydrochloric acid concentration: 0.1 M) containing 10 ppm of gold ions (Au conversion) ): 200000, molecular weight distribution (Mw / Mn): 5.0, trade name “L-50” (manufactured by Daicel Corporation) was added and stirred for 300 minutes. Then, the ICP emission spectrum of the solution was measured using an inductively coupled plasma emission spectrometer (trade name “Perkin-Elmer Optima 3100 RL”, manufactured by Glass Expansion) to determine the concentration of gold ions in the solution. The amount of gold ions adsorbed on the trapping material (Au conversion) was calculated. The results are shown in the table below.
実施例2〜12、比較例1
金属捕捉材の素材及び形状、塩酸酸性溶液の塩酸濃度、塩酸酸性溶液中の金属イオンの種類及びその初期濃度、処理時間(=撹拌時間)を表に記載のものに変更した以外は実施例1と同様にした。結果を下記表に示す。
尚、実施例2では、酢酸セルロース(粉末状、置換度:2.9、重量平均分子量(Mw):200000、商品名「LT−35」、(株)ダイセル製)を使用した。
実施例3〜11では、酢酸セルロース(単繊度3.0デニール、トータル繊度25000デニールの長繊維束状、置換度:2.5、商品名「Cigatow(登録商標)」、(株)ダイセル製)を使用した。
実施例12では、前記商品名「L−50」(置換度:2.5)を乾式紡糸法により紡糸して得られる、単繊度0.9デニール、トータル繊度20000の長繊維束状の酢酸セルロースを使用した。
比較例1ではセルロース(コットンリンターパルプ由来、綿状、置換度:0、商品名「フラッフパルプ」、日本製紙(株)製)を使用した。
Examples 2 to 12, Comparative Example 1
Example 1 except that the material and shape of the metal-trapping material, the hydrochloric acid concentration in the hydrochloric acid acidic solution, the type and initial concentration of the metal ions in the hydrochloric acid acidic solution, and the treatment time (= stirring time) were changed to those shown in the table. And so on. The results are shown in the table below.
In Example 2, cellulose acetate (powder, substitution degree: 2.9, weight average molecular weight (Mw): 200000, trade name “LT-35”, manufactured by Daicel Corporation) was used.
In Examples 3 to 11, cellulose acetate (single fineness 3.0 denier, long fiber bundle shape with total fineness 25000 denier, substitution degree: 2.5, trade name “Cigatow (registered trademark)”, manufactured by Daicel Corporation) It was used.
In Example 12, cellulose acetate in the form of a long fiber bundle having a single fineness of 0.9 denier and a total fineness of 20000 obtained by spinning the above-mentioned trade name “L-50” (substitution degree: 2.5) by a dry spinning method. It was used.
In Comparative Example 1, cellulose (derived from cotton linter pulp, cotton-like, substitution degree: 0, trade name “fluff pulp”, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) was used.
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