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JP2019063771A - Metal absorption fiber, production method thereof and metal absorption method - Google Patents

Metal absorption fiber, production method thereof and metal absorption method Download PDF

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JP2019063771A
JP2019063771A JP2017194630A JP2017194630A JP2019063771A JP 2019063771 A JP2019063771 A JP 2019063771A JP 2017194630 A JP2017194630 A JP 2017194630A JP 2017194630 A JP2017194630 A JP 2017194630A JP 2019063771 A JP2019063771 A JP 2019063771A
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JP2017194630A
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Japanese (ja)
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敏文 加藤
Toshifumi Kato
敏文 加藤
重浩 加賀谷
Shigehiro Kagaya
重浩 加賀谷
藍 小谷田
Ai Koyata
藍 小谷田
満 齊藤
Mitsuru Saito
満 齊藤
孝幸 納富
Takayuki Notomi
孝幸 納富
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Nippon Filcon Co Ltd
University of Toyama NUC
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Nippon Filcon Co Ltd
University of Toyama NUC
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Abstract

【課題】被処理液体中に含有する重金属を効率良く吸着すると共に、アルカリ金属及びアルカリ土類金属成分を吸着しない金属吸着繊維及びその製法を提供する。【解決手段】重金属を吸着する金属吸着高分子(20)と、繊維を形成するセルロース(5)とを備え、金属吸着高分子(20)は、カルボキシメチル基(11’)を有しかつ重金属(M)に配位結合する金属捕捉部(11)と、アミンを有しかつ被処理液体中のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の吸着を阻止する反発部(12)とを側鎖に備える。反発部(12)のアミンの窒素原子(12a)とセルロース(5)の水素原子(5a)との水素結合により、金属吸着高分子(20)とセルロース(5)とが結合される。このため、重金属を効率良く吸着すると共に、金属吸着繊維に強固に固定した金属吸着高分子の離脱を防止する。【選択図】図3PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal adsorption fiber which efficiently adsorbs a heavy metal contained in a liquid to be treated and does not adsorb an alkali metal and an alkaline earth metal component, and a method for producing the same. SOLUTION: The metal adsorbing polymer (20) for adsorbing a heavy metal and the cellulose (5) forming a fiber are provided, and the metal adsorbing polymer (20) has a carboxymethyl group (11') and is a heavy metal. The side chain is provided with a metal trapping portion (11) that coordinates with (M) and a repulsing portion (12) that has an amine and prevents the adsorption of alkali metal and alkaline earth metal in the liquid to be treated. The metal adsorption polymer (20) and cellulose (5) are bonded by hydrogen bonds between the nitrogen atom (12a) of the amine of the repulsion portion (12) and the hydrogen atom (5a) of the cellulose (5). Therefore, the heavy metal is efficiently adsorbed, and the metal adsorbing polymer firmly fixed to the metal adsorbing fiber is prevented from coming off. [Selection diagram] Fig. 3

Description

本発明は、被処理液体中に含まれる重金属を吸着する金属吸着繊維、金属吸着繊維の製法及び金属吸着法に関連する。   The present invention relates to a metal-adsorbed fiber that adsorbs heavy metals contained in a liquid to be treated, a method for producing the metal-adsorbed fiber, and a metal adsorption method.

ヒ素(As)、カドミウム(Cd)、鉛(Pb)、亜鉛(Zn)等の重金属は、環境及び人体への有害性が高く、土中残留性、生体濃縮性を有するため、環境中に排出される工場排水、飲料用水源等から完全に除去されなければならない。これらの有害な重金属は、水質汚濁防止法により排水基準値が定められており、適正な処理なしに重金属を含む排水を河川に放流できない。飲料水源の河川に重金属が放出され人がその飲料水を摂取すれば、中毒を引き起こすおそれがある。また、古い水道管は、赤錆の鉄(Fe)の他、鉛、亜鉛等の重金属が管内の上水中に溶解する。それらの重金属が微量に含まれる飲料水を微量でも長期間摂取すると、体内に重金属が蓄積し機能障害を生じるおそれがある。そのため排水、飲料水源及び上水中に溶解する特定の重金属を効率良く除去し、除去作用の寿命が持続する金属吸着技術が望まれる。   Heavy metals such as arsenic (As), cadmium (Cd), lead (Pb), zinc (Zn), etc. are highly harmful to the environment and the human body, and are persistent in the earth and bioconcentrated, so they are discharged into the environment Must be completely removed from industrial wastewater, drinking water sources, etc. These harmful heavy metals have effluent standard values defined by the Water Pollution Control Law, and wastewater containing heavy metals can not be discharged to rivers without proper treatment. Heavy metals can be released into the rivers of drinking water sources and people ingesting their drinking water can cause poisoning. In addition, in old water pipes, in addition to iron (Fe) of red rust, heavy metals such as lead and zinc dissolve in the upper water of the pipe. If a small amount of drinking water containing a trace amount of heavy metals is ingested for a long time, heavy metals may be accumulated in the body to cause dysfunction. Therefore, metal adsorption technology is desired which can efficiently remove specific heavy metals dissolved in waste water, drinking water sources and drinking water, and the life of the removal action can be sustained.

従来より、凝集剤を用いた凝集沈殿による重金属除去が知られる。また、高度かつ高速な除去法として、イオン交換樹脂及びキレート樹脂が用いられる。しかし、排水中には、ナトリウム(Na)や塩化物等の高濃度の塩類、有機物が含まれることが多く、イオン交換樹脂では、イオン交換能(吸着能)が短時間で飽和し、重金属除去の長期持続が困難である。   Heretofore, heavy metal removal by flocculating and settling using a flocculant is known. In addition, ion exchange resins and chelate resins are used as high-speed and high-speed removal methods. However, waste water often contains high concentrations of salts such as sodium (Na) and chloride, and organic matter, and ion exchange resin saturates ion exchange capacity (adsorption capacity) in a short time, and removes heavy metals It is difficult to maintain the

特許文献1は、ポリエチレンイミン骨格を有する化合物の窒素量の1.0〜3.0倍モルのハロゲン化酢酸を用いてカルボキシメチル化したキレート樹脂を示し、アルカリ土類金属類による妨害を受け難く、元素選択性に優れたキレート樹脂を開示する。粒状又は粉状のキレート樹脂は、被処理液体の処理量、用途及び処理装置の設置環境に応じて、容器充填によりあらゆる形状に変形して利用できる。また、粒径及び充填量を選択し、被処理物質の除去率及び処理速度を容易に調整できる。   Patent Document 1 shows a chelate resin which is carboxymethylated using 1.0 to 3.0 moles of a halogenated acetic acid which is 1.0 to 3.0 times the nitrogen amount of a compound having a polyethyleneimine skeleton, and is less susceptible to interference by alkaline earth metals. And a chelate resin excellent in element selectivity. The particulate or powdery chelate resin can be used by being transformed into any shape by container filling, depending on the processing amount of the liquid to be treated, the application and the installation environment of the treatment apparatus. In addition, the particle size and the loading amount can be selected, and the removal rate of the substance to be treated and the processing speed can be easily adjusted.

しかしながら、特許文献1のキレート樹脂の微細な粒状体又は粉状体は、容器充填時に、激しく舞い上がり飛散し、作業者は、粒状体又は粉状体を吸引し又は目に入れるおそれがある。また、容器充填後は、自己荷重、搬送時の振動、使用時の流体の流動又は圧力により、充填した粒状又は粉状のキレート樹脂の空隙が詰まり、充填物全体が徐々に圧縮する。圧縮すると、液体の処理量及び処理速度が著しく低下し、長時間の使用により、目詰り及び閉塞が早期に生じる。処理速度低下及び目詰り防止のために、多量の粒状体又は粉状体の隙間に、比較的大きい空隙を設けながら容器に積層充填することは不可能である。   However, the fine particles or powder of the chelate resin of Patent Document 1 are violently shattered and scattered at the time of filling the container, and the worker may suck the particles or powder or put them in the eyes. In addition, after filling the container, voids of the filled granular or powdery chelate resin are clogged due to self-load, vibration during conveyance, fluid flow or pressure during use, and the entire filling gradually compresses. Compression results in a significant reduction in liquid throughput and throughput, and prolonged use leads to premature clogging and blockage. It is not possible to laminate-fill the container with relatively large voids in the interstices of a large amount of particles or powder to prevent processing speed reduction and clogging.

これに対し、金属吸着材の積層体に多数の空隙を設ける場合、繊維状金属吸着材が好ましい。柔軟な繊維状金属吸着材は、充填時に飛散のおそれが無く、複数の繊維間で複雑に絡み合い、所望の空隙を維持でき、自己荷重や振動によって圧縮されても弾力により元の形状に回復する。また、繊維状金属吸着材は、被処理液体に含まれる金属との接触面積を大きくできると共に、繊維の柔軟性により加工及び成形が容易である。更に、繊維は液体の流動により僅かに揺動するため、逆方向に液体を流して吸着金属を除去する場合、繊維からの金属脱着が容易である。   On the other hand, in the case of providing a plurality of voids in the laminate of the metal adsorbent, a fibrous metal adsorbent is preferable. The flexible fibrous metal adsorbent does not have the possibility of scattering during filling, and can be intertwined between multiple fibers in a complicated manner, maintain a desired void, and recover to its original shape by elasticity even when compressed by self load or vibration. . Further, the fibrous metal adsorbing material can increase the contact area with the metal contained in the liquid to be treated, and can be easily processed and formed due to the flexibility of the fiber. Furthermore, since the fibers are slightly shaken by the flow of the liquid, it is easy to desorb the metal from the fibers when flowing the liquid in the reverse direction to remove the adsorbed metal.

しかしながら、特許文献1の原料及びキレート樹脂から、金属吸着材に適した繊維を製造できない。特許文献1のキレート樹脂の原料:ポリエチレンイミンの構造式を(1)式に示す。   However, fibers suitable for metal adsorbents can not be produced from the raw material and chelate resin of Patent Document 1. The raw material of the chelate resin of Patent Document 1: The structural formula of polyethylenimine is shown in Formula (1).

Figure 2019063771
Figure 2019063771

特許文献1では、前記(1)式のポリエチレンイミンをエポキシ基との共有結合により基材樹脂(高分子担体)に固定化し、アルカリ溶液中でハロゲン化酢酸によりカルボキシメチル化して、金属捕捉部を有するキレート樹脂を形成する。化学反応式を図19に示す。ポリエチレンイミンの側鎖の第1級アミン(30)は、反応性が高く、カルボキシメチル化され、金属捕捉部(31)としてカルボキシメチル基(アミノカルボン酸基)(31’)を形成する。一方、ポリエチレンイミンの直鎖の第2級アミン(34)及び第3級アミン(35)は、第1級アミン(30)に比べ、反応性が低く、ハロゲン化酢酸を加えてもカルボキシメチル化せずに残存する。残存する直鎖中の第2級及び第3級アミン(36,37)は、アルカリ土類金属による妨害を受け難い作用(排除効果)を発揮する。側鎖では、アルカリ土類金属の排除効果を発揮しない。   In Patent Document 1, the polyethyleneimine of the above formula (1) is immobilized on a base resin (polymer carrier) by covalent bond with an epoxy group, carboxymethylated with a halogenated acetic acid in an alkaline solution, and a metal capturing portion Form a chelate resin. The chemical reaction formula is shown in FIG. The primary amine (30) in the side chain of polyethylenimine is highly reactive and is carboxymethylated to form a carboxymethyl group (amino carboxylic acid group) (31 ') as a metal capture portion (31). On the other hand, linear secondary amines (34) and tertiary amines (35) of polyethylenimine have lower reactivity than primary amines (30) and can be carboxymethylated even if halogenated acetic acid is added. Remain without. The secondary and tertiary amines (36, 37) in the remaining straight chain exert an effect (elimination effect) that is less likely to be disturbed by alkaline earth metals. The side chain does not exert the effect of eliminating alkaline earth metals.

カルボキシメチル化して得られたキレート樹脂を構成する金属吸着高分子(40)を、例えば、公知のビスコースレーヨン法により紡糸する場合、カルボキシメチル基(31’)とセルロースとが水素結合し、金属吸着高分子(40)とセルロースとを結合する。同時に、金属吸着高分子(40)の直鎖の第2級アミン(36)及び第3級アミン(37)の窒素原子(36a,37a)もセルロースの水素原子と水素結合する。しかし、直鎖の第2級及び第3級アミン(36,37)の窒素原子(36a,37a)は、セルロースとの水素結合性が弱い。このため、ポリエチレンイミンによる金属吸着高分子(40)により形成したセルロース繊維は、金属吸着高分子(40)が離脱し水に溶解し易い。また、加熱により水素結合が破壊されて、金属吸着高分子(40)がセルロース繊維から分離するおそれがある。更に、紡糸工程における延伸時の糸切れが発生し易い。即ち、水素結合力の弱い第2級及び第3級アミン(36,37)がアミンの大部分を占める金属吸着高分子(40)では、セルロースとの結合性に欠点があり、ポリエチレンイミンを原料とする特許文献1のキレート樹脂を構成する金属吸着高分子(40)は、繊維化に適していない。他方、特許文献1のキレート樹脂(固体粒子)を粉砕して繊維に混入することも可能だが、適量のキレート樹脂を繊維に均一混入できず、また、キレート樹脂は繊維内部に埋没するため、十分な金属吸着量が得られない。更に、繊維に比べ比重が大きいキレート樹脂粒子は繊維から離脱し易い。以上より、特許文献1では、繊維化の着想及び記載が無い。   When a metal-adsorbed polymer (40) constituting a chelate resin obtained by carboxymethylation is spun by, for example, a known viscose rayon method, a carboxymethyl group (31 ') and cellulose are hydrogen-bonded to form a metal The adsorbed polymer (40) is bound to cellulose. At the same time, the linear secondary amine (36) of the metal-adsorbed polymer (40) and the nitrogen atoms (36a, 37a) of the tertiary amine (37) also hydrogen bond with the hydrogen atoms of cellulose. However, nitrogen atoms (36a, 37a) of linear secondary and tertiary amines (36, 37) have weak hydrogen bonding with cellulose. For this reason, in the cellulose fiber formed of the metal adsorbing polymer (40) of polyethyleneimine, the metal adsorbing polymer (40) is easily detached and dissolved in water. In addition, the hydrogen bond may be broken by heating, and the metal adsorbing polymer (40) may be separated from the cellulose fiber. Furthermore, yarn breakage is likely to occur during drawing in the spinning process. That is, in the metal-adsorbing polymer (40) in which the secondary and tertiary amines (36, 37) having weak hydrogen bonding power account for the majority of the amines, there is a defect in the bonding property with cellulose The metal-adsorbed polymer (40) constituting the chelate resin of Patent Document 1 is not suitable for fiberization. On the other hand, although it is possible to grind the chelate resin (solid particles) of Patent Document 1 and mix it into the fiber, it is impossible to mix the appropriate amount of chelate resin uniformly into the fiber, and the chelate resin is buried inside the fiber. Metal adsorption amount can not be obtained. Furthermore, chelate resin particles having a specific gravity larger than that of fibers are easily detached from the fibers. As mentioned above, in patent document 1, there is no idea and description of fiberization.

また、図19の反応は、ポリエチレンイミンを固定化(導入)した固体の高分子担体とハロゲン化酢酸とを固−液反応させるため、不均一反応により反応効率は極めて低い。このため、実際にはポリエチレンイミン骨格を有する化合物の窒素量の約3倍モルのハロゲン化酢酸が無ければ、十分にカルボキシメチル化できない。   In addition, since the reaction shown in FIG. 19 causes solid-liquid reaction of a solid polymer carrier on which polyethylenimine is immobilized (introduced) and halogenated acetic acid, the reaction efficiency is extremely low due to heterogeneous reaction. For this reason, in practice, sufficient carboxymethylation can not be achieved without about 3 moles of the halogenated acetic acid of the nitrogen amount of the compound having a polyethyleneimine skeleton.

また、(2)式に示すテトラエチレンペンタミンをカルボキシメチル化して、特許文献1のポリエチレンイミンと同様に、直鎖にアミンを含む金属吸着高分子を形成できる。しかし、特許文献1のポリエチレンイミンと同様に、テトラエチレンペンタミンは、直鎖に第2級アミンの窒素原子を含むため、セルロースとの水素結合性が弱く、金属吸着高分子が繊維に十分に固定化されない。従って、テトラエチレンペンタミンによる金属吸着高分子を含有するセルロース繊維は、特許文献1と同様に金属吸着高分子が繊維から離脱して水に溶解するおそれがある。   Further, tetraethylenepentamine represented by the formula (2) can be carboxymethylated to form a metal-adsorbable polymer containing an amine in a straight line, like the polyethyleneimine of Patent Document 1. However, as in the case of polyethyleneimine of Patent Document 1, since tetraethylenepentamine contains nitrogen atoms of secondary amine in a straight chain, hydrogen bondability with cellulose is weak, and metal-adsorbed polymer is enough for fibers. It is not fixed. Therefore, in the case of a cellulose fiber containing a metal-adsorbed polymer of tetraethylenepentamine, the metal-adsorbed polymer may be separated from the fiber and dissolved in water as in Patent Document 1.

Figure 2019063771
Figure 2019063771

特許文献2は、N−カルボキシメチル化ポリアミン系高分子を含有する繊維状金属吸着材を開示する。柔軟性に富む繊維状金属吸着材は、充填時に飛散のおそれが無く、容易に加工及び圧縮できるため、多彩な形状を有しかつ空隙の大きさを自由に調節した吸着材を形成できる。しかし、特許文献2の繊維状金属吸着材では、原料のポリアミン系高分子のアミンに対し、過剰量(4倍モル)のクロロ酢酸ナトリウムを添加する。このため、側鎖のアミンは完全にカルボキシメチル化されてN−カルボキシメチル化ポリアミン系高分子を形成する。この高分子は、側鎖には、第3級アミン(-NR2)を形成するが、窒素原子にカルボキシメチル基を2個結合したアミノカルボン酸基を形成する。アミノカルボン酸基は、カルシウム、マグネシウム等の硬度成分を排除する効果を発現しない。また、直鎖にはアミンを一切含まないため、特許文献2の繊維状金属吸着材では、被処理液体中に含まれるカルシウム、マグネシウム等の硬度成分を排除できず、カルボキシメチル基に硬度成分が吸着する。その結果、目的の重金属を除去する前に吸着飽和を生じるおそれがある。工場排水では、有害な重金属を完全に除去しなければならないが、硬度成分除去まで必要としない。従って、重金属を確実に吸着するが、硬度成分を吸着しない選択吸着特性を有する金属吸着材の開発が望まれる。 Patent Document 2 discloses a fibrous metal adsorbent containing an N-carboxymethylated polyamine-based polymer. The flexible fibrous metal adsorbent can be easily processed and compressed without the possibility of scattering at the time of filling, and therefore can form an adsorbent having various shapes and freely adjusting the size of the voids. However, in the fibrous metal adsorbent of Patent Document 2, an excess amount (4 times mole) of sodium chloroacetate is added to the amine of the raw material polyamine polymer. For this reason, the side chain amine is completely carboxymethylated to form an N-carboxymethylated polyamine-based polymer. This polymer forms a tertiary amine (-NR 2 ) in the side chain, but forms an aminocarboxylic acid group in which two carboxymethyl groups are bonded to a nitrogen atom. The amino carboxylic acid group does not exhibit the effect of eliminating hardness components such as calcium and magnesium. In addition, since the linear metal chain does not contain any amine, the fibrous metal adsorbent of Patent Document 2 can not exclude hardness components such as calcium and magnesium contained in the liquid to be treated, and the hardness component is a carboxymethyl group. Adsorb. As a result, adsorption saturation may occur prior to removal of the target heavy metal. In industrial waste water, harmful heavy metals must be completely removed, but it is not necessary to remove hardness components. Therefore, development of a metal adsorbent having selective adsorption characteristics that adsorbs heavy metals reliably but does not adsorb hardness components is desired.

また、特許文献2では、N−カルボキシメチル化ポリアミン系高分子を形成する際、第1級アミンを残さず、原料中のアミンを完全にカルボキシメチル化するため、過剰量のクロロ酢酸ナトリウムを添加する。そのため反応副生成物(塩類)を完全に除去する多工程を必要とする。即ち、特許文献2では、ポリアミン系高分子水溶液を、クロロ酢酸ナトリウムを溶かした水酸化ナトリウム水溶液に加え、撹拌しながら50℃で6時間反応させてカルボキシメチル化を行う。得られたN−カルボキシメチル化ポリアミン系高分子の溶液に塩酸を加え反応生成物を沈殿させ上澄みを除去する。得られた沈殿物に水酸化ナトリウム水溶液を加えて溶解後、再度塩酸を加え反応生成物を沈殿させ上澄みを除去する。以上の沈殿溶解及び上澄み除去の操作を更に2回(合計4回)繰り返し、得られた沈殿物をメタノールで洗浄後、真空乾燥し、更に水酸化ナトリウム溶液を加えて溶解し、N−カルボキシメチル化ポリアミン系高分子が得られる。その後、得られたN−カルボキシメチル化ポリアミン系高分子をビスコース法により繊維化する。このように、完全にカルボキシメチル化したN−カルボキシメチル化ポリアミン系高分子を形成する工程では、多工程による処理が必要であるため、多量のpH調整剤と共に、pH及び温度の制御工程並びにその制御装置を必要とし、反応及び乾燥の工程に長時間を要する。従って、簡易かつ短時間で製造可能な金属吸着材の開発が望まれている。   Further, in Patent Document 2, when forming an N-carboxymethylated polyamine-based polymer, an excess amount of sodium chloroacetate is added to completely carboxymethylate the amine in the raw material without leaving a primary amine. Do. Therefore, multiple steps are required to completely remove reaction by-products (salts). That is, in Patent Document 2, an aqueous solution of a polyamine-based polymer is added to an aqueous solution of sodium hydroxide in which sodium chloroacetate is dissolved, and reacted with stirring at 50 ° C. for 6 hours to perform carboxymethylation. Hydrochloric acid is added to the obtained solution of N-carboxymethylated polyamine-based polymer to precipitate a reaction product, and the supernatant is removed. An aqueous solution of sodium hydroxide is added to the obtained precipitate to dissolve it, and then hydrochloric acid is added again to precipitate a reaction product, and the supernatant is removed. The above precipitation dissolution and supernatant removal operations are further repeated twice (four times in total), and the resulting precipitate is washed with methanol and then vacuum dried, and then sodium hydroxide solution is added to dissolve, N-carboxymethyl The resulting polyamine-based polymer is obtained. Thereafter, the obtained N-carboxymethylated polyamine-based polymer is fiberized by the viscose method. Thus, in the step of forming a completely carboxymethylated N-carboxymethylated polyamine-based polymer, a multistep process is required, and therefore, a step of controlling pH and temperature together with a large amount of pH adjuster, and It requires a control device, and the reaction and drying steps take a long time. Therefore, development of a metal adsorbent that can be manufactured easily and in a short time is desired.

近年、植物油、獣脂及び廃食用油等の油脂を原料としたバイオディーゼル燃料が石油系燃料の代替エネルギーとして注目されている。菜種油、パーム油、オリーブ油、ひまわり油、大豆油、コメ油、大麻油、魚油、豚脂、牛脂、天ぷら油等の原料油脂と、メタノールとを触媒中で反応させ、グリセリンを分離除去して得られた脂肪酸メチルエステルをバイオディーゼル燃料として使用する。しかし、バイオディーゼル燃料は、含水し易く、燃料タンク及び配管から微量の重金属、例えば、鉄、亜鉛、銅が水中に溶出する。セルロース繊維材料等を用いる現行の燃料フィルタでは、燃料中の異物及び水分を除去するが、重金属を除去しない。燃料中に重金属を含むと、燃焼によるエネルギ効率を大幅に低減すると共に、環境中へ重金属が拡散するおそれがある。バイオディーゼル燃料だけでなく、石油系燃料の軽油も重金属含有による前記同様の課題を有する。従って、バイオディーゼル燃料及び軽油中の重金属を簡易かつ効率的に除去できる金属吸着材の開発が望まれる。   BACKGROUND ART In recent years, biodiesel fuel derived from fats and oils such as vegetable oil, tallow and waste edible oil has attracted attention as an alternative energy to petroleum fuels. Obtained by reacting with raw materials fats and oils such as rapeseed oil, palm oil, olive oil, sunflower oil, soybean oil, rice oil, hemp oil, fish oil, fish oil, pork fat, beef fat, tempura oil and methanol in the catalyst and separating and removing glycerin. The used fatty acid methyl ester is used as biodiesel fuel. However, biodiesel fuel is easily hydrated, and trace amounts of heavy metals such as iron, zinc and copper elute from the fuel tank and piping into water. Current fuel filters using cellulose fiber material etc. remove foreign substances and moisture in the fuel but do not remove heavy metals. When heavy metals are contained in the fuel, the energy efficiency due to combustion is significantly reduced, and the heavy metals may be diffused into the environment. Not only biodiesel fuels, but also petroleum-based fuels have the same problems as described above due to heavy metal content. Therefore, development of a metal adsorbent capable of easily and efficiently removing heavy metals in biodiesel fuel and light oil is desired.

特開2010−194509公報JP, 2010-194509, A 特開2011−92864公報JP, 2011-92864, A

そこで本発明は、被処理液体中に含有する重金属を効率良く吸着すると共に、アルカリ金属及びアルカリ土類金属を吸着しない金属吸着繊維、その製法及び金属吸着法を提供することを目的とする。また、従来着想が無かった側鎖に第1級アミンを含む構成により、アルカリ金属及びアルカリ土類金属を吸着せずに重金属を選択的に吸着できる金属吸着繊維、その製法及び金属吸着法を提供することを目的とする。また、金属吸着成分が繊維から離脱しない金属吸着繊維、その製法及び金属吸着法を提供することを目的とする。また、簡易かつ短時間で製造可能な金属吸着繊維、その製法及び金属吸着法を提供することを目的とする。更に、燃料中に含有する重金属を除去する金属吸着繊維、その製法及び金属吸着法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a metal-adsorbed fiber which adsorbs heavy metals contained in a liquid to be treated efficiently and does not adsorb alkali metals and alkaline earth metals, and a process for producing the same and a metal adsorption method. The present invention also provides a metal-adsorbed fiber capable of selectively adsorbing heavy metals without adsorbing alkali metals and alkaline earth metals by a structure including a primary amine in a side chain which has not been conceived before, a process for producing the same and a metal adsorption method The purpose is to Another object of the present invention is to provide a metal-adsorbing fiber in which the metal-adsorbing component does not separate from the fiber, a process for producing the same and a metal-adsorbing method. Another object of the present invention is to provide a metal-adsorbed fiber which can be manufactured easily and in a short time, a process for producing the same and a metal adsorption method. Another object of the present invention is to provide a metal-adsorbed fiber for removing heavy metals contained in fuel, a process for producing the same and a metal adsorption method.

本発明の金属吸着繊維は、重金属を吸着する金属吸着高分子(20)と、繊維を形成するセルロース(5)とを備える。金属吸着高分子(20)の側鎖は、カルボキシメチル基(-CH2COOH)(11’)を有しかつ重金属(M)に配位結合する金属捕捉部(11)と、アミンを有しかつ被処理液体中のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の吸着を阻止する反発部(12)とを備える。反発部(12)のアミンの窒素原子(12a)とセルロース(5)の水素原子(5a)との水素結合により、金属吸着高分子(20)とセルロース(5)とが結合される。 The metal-adsorbed fiber of the present invention comprises a metal-adsorbed polymer (20) that adsorbs heavy metals, and a cellulose (5) that forms fibers. The side chain of the metal-adsorbed polymer (20) has a carboxyl group (-CH 2 COOH) (11 ') and has a metal trapping portion (11) coordinated to a heavy metal (M) and an amine And a repulsive portion (12) for preventing adsorption of alkali metal and alkaline earth metal in the liquid to be treated. The metal-adsorbable polymer (20) and the cellulose (5) are bonded by the hydrogen bond between the nitrogen atom (12a) of the amine of the repelling part (12) and the hydrogen atom (5a) of the cellulose (5).

アルカリ金属及びアルカリ土類金属成分の吸着を阻止する反発部(12)と、重金属(M)を選択的に吸着する金属捕捉部(11)とを有する金属吸着高分子(20)を含む本発明の金属吸着繊維では、例えば、被処理液体中のカルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、ストロンチウム(Sr)及びバリウム(Ba)のイオンが金属吸着高分子(20)の側鎖のアミンに接近すると、正電荷に帯電するアミンの窒素原子(12a)は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオンを寄せ付けずに反発して、金属吸着高分子への接近と吸着を強力に阻止する。また、アミンは、前記反発作用のみならず、高反応性のため、アミンの窒素原子(12a)とセルロース(5)の水素原子(5a)とが水素結合して、金属吸着高分子(20)とセルロース(5)との間で強固な化学結合を形成する。このため、金属吸着高分子(20)は、セルロース(5)に強固に固定されて、金属吸着繊維からの金属吸着高分子(20)の離脱を確実に防止する。   The present invention includes a metal-adsorbed polymer (20) having a repelling portion (12) for blocking adsorption of alkali metal and alkaline earth metal components and a metal capturing portion (11) for selectively adsorbing heavy metal (M) In the metal-adsorbed fiber of the present invention, for example, when ions of calcium (Ca), magnesium (Mg), strontium (Sr) and barium (Ba) in the liquid to be treated approach the amine on the side chain of the metal-adsorbed polymer (20) The positively charged amine nitrogen atom (12a) repels ions of alkali metals and alkaline earth metals without repulsion, and strongly blocks access and adsorption to metal adsorbing polymers. In addition, since the amine has high reactivity as well as the repulsion, the nitrogen atom (12a) of the amine and the hydrogen atom (5a) of the cellulose (5) are hydrogen bonded to each other, whereby the metal-adsorbed polymer (20) And form a strong chemical bond between cellulose and cellulose (5). For this reason, the metal adsorbing polymer (20) is firmly fixed to the cellulose (5), and the detachment of the metal adsorbing polymer (20) from the metal adsorbing fiber is reliably prevented.

金属捕捉部(11)のカルボキシメチル基(11’)は、液体中の重金属(M)、例えば鉄(Fe)、鉛(Pb)、銅(Cu)、クロム(Cr)、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)、亜鉛(Zn)、ヒ素(As)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、錫(Sn)及びビスマス(Bi)と共に配位結合による錯体を形成し、重金属成分を確実かつ選択的に吸着する。金属捕捉部(11)のカルボキシメチル基(11’)の酸素原子及び水素原子は、セルロース(5)の水素原子及び酸素原子と水素結合し、金属吸着高分子(20)が強固に結合する金属吸着繊維を形成する。高親水性のセルロース繊維を母材とする本発明の金属吸着繊維は、撥水せずに被処理液体に馴染み易く、被処理液体中に溶解する重金属(M)を確実に取り込み吸着する。   The carboxymethyl group (11 ') of the metal capture portion (11) is a heavy metal (M) in liquid, such as iron (Fe), lead (Pb), copper (Cu), chromium (Cr), cadmium (Cd), Along with mercury (Hg), zinc (Zn), arsenic (As), manganese (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni), molybdenum (Mo), tungsten (W), tin (Sn) and bismuth (Bi) It forms a complex by coordination bond and adsorbs heavy metal components reliably and selectively. A metal such that the oxygen atom and hydrogen atom of the carboxymethyl group (11 ′) of the metal capture portion (11) form a hydrogen bond with the hydrogen atom and the oxygen atom of cellulose (5) and the metal adsorbing polymer (20) is firmly bonded Form adsorption fibers. The metal-adsorbed fiber of the present invention having a highly hydrophilic cellulose fiber as a base material is easily compatible with the liquid to be treated without water repellency, and reliably incorporates and adsorbs the heavy metal (M) dissolved in the liquid to be treated.

本発明の金属吸着繊維の製法は、窒素原子を側鎖に含みかつ直鎖に含まないポリアミン系高分子をカルボキシメチル化して、重金属(M)を吸着する金属吸着高分子(20)を形成する工程と、金属吸着高分子(20)にビスコースを混合し、金属吸着高分子(20)とセルロース(5)とを結合した金属吸着繊維を形成する工程とを含む。金属吸着高分子(20)を形成する工程は、カルボキシメチル基(11’)を有しかつ重金属(M)に配位結合する金属捕捉部(11)と、第1級アミンを有しかつ被処理液体中のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の吸着を阻害する反発部(12)とを金属吸着高分子(20)の側鎖に形成する工程を含む。金属吸着繊維を形成する工程は、反発部(12)の第1級アミンの窒素原子(12a)とセルロース(5)の水素原子(5a)とが水素結合して、金属吸着高分子(20)とセルロース(5)とが結合する工程を含む。本発明では、重金属(M)を吸着すると共に、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の吸着を阻害する金属吸着繊維を簡易かつ短時間で形成することができる。また、原料のポリアミン系高分子を基材樹脂(高分子担体)に固定化せずに、ポリアミン系高分子を液体中でカルボキシメチル化できるので、反応効率が高く、短時間で金属吸着高分子(20)を形成できる。   The process for producing a metal-adsorbed fiber according to the present invention forms a metal-adsorbed polymer (20) which adsorbs a heavy metal (M) by carboxymethylating a polyamine-based polymer which contains a nitrogen atom in a side chain and does not contain a linear chain. And a step of mixing viscose with the metal adsorbing polymer (20) to form a metal adsorbing fiber in which the metal adsorbing polymer (20) and the cellulose (5) are combined. The step of forming the metal-adsorbed polymer (20) comprises a metal capturing portion (11) having a carboxymethyl group (11 ') and coordinating to a heavy metal (M), a primary amine and And a step of forming a repulsive portion (12) which inhibits the adsorption of the alkali metal and the alkaline earth metal in the treatment liquid in the side chain of the metal adsorbing polymer (20). In the step of forming the metal-adsorbed fiber, the nitrogen atom (12a) of the primary amine in the repelling part (12) and the hydrogen atom (5a) of the cellulose (5) are hydrogen-bonded to form a metal-adsorbed polymer (20) And cellulose (5) are combined. In the present invention, a metal-adsorbed fiber that adsorbs heavy metals (M) and inhibits adsorption of alkali metals and alkaline earth metals can be formed simply and in a short time. In addition, since the polyamine-based polymer can be carboxymethylated in a liquid without immobilizing the raw material polyamine-based polymer on the base resin (polymer carrier), the reaction efficiency is high, and the metal-adsorbed polymer can be produced in a short time. (20) can be formed.

本発明による金属吸着法は、本発明の金属吸着繊維の製法により製造された金属吸着繊維にpH4〜7の被処理液体を通液して、金属吸着高分子(20)の金属捕捉部(11)及び反発部(12)に被処理液体を接触させる工程と、金属吸着高分子(20)の金属捕捉部(11)により、被処理液体中のヒ素、カドミウム、銅、鉄、鉛及び亜鉛から選択された1又は2以上の重金属を吸着する過程と、金属吸着高分子(20)の反発部(12)により、被処理液体中のアルカリ土類金属の吸着を阻止する過程とを含む。また、本発明による他の金属吸着法は、本発明の金属吸着繊維の製法により製造された金属吸着繊維にpH6〜7の被処理液体を通液して、金属吸着高分子(20)の金属捕捉部(11)及び反発部(12)に被処理液体を接触させる工程と、金属吸着高分子(20)の金属捕捉部(11)により、被処理液体中のヒ素、カドミウム、銅、鉄、ニッケル、鉛及び亜鉛から選択された1又は2以上の重金属を吸着する過程と、金属吸着高分子(20)の反発部(12)により、被処理液体中のアルカリ土類金属の吸着を阻止する過程とを含む。本発明では、被処理液体中のアルカリ土類金属の排除効果を維持しながら、特定の重金属を高効率で吸着できる。   In the metal adsorption method according to the present invention, a liquid to be treated having a pH of 4 to 7 is passed through a metal adsorption fiber produced by the method for producing a metal adsorption fiber according to the present invention to obtain a metal trapping portion (11 of metal adsorption polymer (20) And the repelling part (12) by contacting the liquid to be treated with the metal trapping part (11) of the metal adsorbing polymer (20), from arsenic, cadmium, copper, iron, lead and zinc in the liquid to be treated The process of adsorbing the selected one or more heavy metals and the process of blocking the adsorption of the alkaline earth metal in the liquid to be treated by the repulsive portion (12) of the metal adsorbing polymer (20) are included. In another metal adsorption method according to the present invention, a liquid to be treated having a pH of 6 to 7 is passed through a metal adsorption fiber produced by the method for producing a metal adsorption fiber according to the present invention to obtain a metal of metal adsorption polymer (20) Arsenic, cadmium, copper, iron, etc. in the liquid to be treated by the step of bringing the liquid to be treated into contact with the trapping portion (11) and the repelling portion (12), and the metal trapping portion (11) of the metal adsorbing polymer (20) A process of adsorbing one or more heavy metals selected from nickel, lead and zinc and a repulsive portion (12) of the metal adsorbing polymer (20) prevent the adsorption of alkaline earth metals in the liquid to be treated And process. In the present invention, specific heavy metals can be adsorbed with high efficiency while maintaining the effect of removing alkaline earth metals in the liquid to be treated.

本発明では、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の吸着を阻止できるため、重金属のみを効率良く吸着可能である。また、金属吸着高分子は繊維に強固に結合するため離脱しない。従って、重金属吸着能を長期間持続でき、長寿命の金属吸着繊維を提供できる。また、本発明では、有害な重金属の環境への排出及び分散を防ぎ、土壌、作物及び生物への重金属の残留及び蓄積を抑止できる。バイオディーゼル燃料及び軽油中の重金属を除去し、燃費を向上すると共に環境への重金属拡散を防止する。更に、本発明の金属吸着繊維を簡易かつ短時間に製造できるため、製造コストを削減し安価な金属吸着繊維を提供できる。   In the present invention, since adsorption of alkali metals and alkaline earth metals can be prevented, only heavy metals can be adsorbed efficiently. In addition, the metal-adsorbed polymer does not separate because it is strongly bonded to the fiber. Therefore, the heavy metal adsorption capacity can be maintained for a long time, and a long-life metal adsorption fiber can be provided. In addition, the present invention can prevent harmful heavy metals from being emitted and dispersed into the environment, and can prevent the retention and accumulation of heavy metals in soil, crops and organisms. It removes heavy metals in biodiesel fuel and light oil, improves fuel efficiency and prevents heavy metal diffusion into the environment. Furthermore, since the metal-adsorbed fiber of the present invention can be manufactured simply and in a short time, the manufacturing cost can be reduced and an inexpensive metal-adsorbed fiber can be provided.

本発明による金属吸着繊維の金属吸着高分子が重金属を吸着する状態を示す概念図A conceptual diagram showing a state in which the metal-adsorbed polymer of the metal-adsorbed fiber according to the present invention adsorbs heavy metals 本発明による金属吸着繊維の金属吸着高分子を示す概念図A conceptual diagram showing a metal-adsorbed polymer of metal-adsorbed fiber according to the present invention 本発明による金属吸着繊維の金属吸着高分子がアルカリ金属及びアルカリ土類金属を排除する機構を示す概念図The metal adsorbing polymer of the metal adsorbing fiber according to the present invention is a conceptual diagram showing a mechanism for excluding alkali metals and alkaline earth metals 金属吸着高分子とセルロースとの結合状態を示す概念図Conceptual diagram showing the bonding between metal-adsorbed polymer and cellulose 第1級、第2級及び第3級アミンとセルロースとの結合状態を示す概念図Conceptual diagram showing the bonding state of primary, secondary and tertiary amines with cellulose 本発明による金属吸着繊維の金属吸着高分子を製造する化学反応式を示す図The figure which shows the chemical reaction formula which manufactures the metal adsorption polymer of the metal adsorption fiber by this invention 通液試験装置の概略図Schematic diagram of the liquid flow test device 通液試験による金属(カルシウム)回収率の結果を示すグラフGraph showing the result of metal (calcium) recovery rate by liquid flow test 通液試験による金属(マグネシウム)回収率の結果を示すグラフGraph showing the result of metal (magnesium) recovery rate by liquid flow test 通液試験による金属(ストロンチウム)回収率の結果を示すグラフGraph showing the result of metal (strontium) recovery rate by liquid flow test 通液試験による金属(ヒ素)回収率の結果を示すグラフGraph showing the result of metal (arsenic) recovery rate by liquid flow test 通液試験による金属(カドミウム)回収率の結果を示すグラフGraph showing the result of metal (cadmium) recovery rate by liquid flow test 通液試験による金属(銅)回収率の結果を示すグラフGraph showing the result of metal (copper) recovery rate by liquid flow test 通液試験による金属(鉄)回収率の結果を示すグラフGraph showing the result of metal (iron) recovery rate by liquid flow test 通液試験による金属(マンガン)回収率の結果を示すグラフGraph showing the result of metal (manganese) recovery rate by liquid flow test 通液試験による金属(ニッケル)回収率の結果を示すグラフGraph showing the result of metal (nickel) recovery rate by liquid flow test 通液試験による金属(鉛)回収率の結果を示すグラフGraph showing the result of metal (lead) recovery rate by liquid flow test 通液試験による金属(亜鉛)回収率の結果を示すグラフGraph showing the result of metal (zinc) recovery rate by liquid flow test 従来の金属吸着高分子(キレート性高分子)を製造する化学反応式を示す図Diagram showing the chemical reaction formula for producing a conventional metal-adsorbed polymer (chelating polymer)

本発明による金属吸着繊維、その製法及び金属吸着法の実施の形態を図1〜図18に説明する。   Embodiments of a metal-adsorbed fiber according to the present invention, a method of manufacturing the metal-adsorbed fiber, and a metal adsorption method will be described with reference to FIGS.

本発明による金属吸着繊維は、重金属を吸着する金属吸着高分子(20)と、繊維を形成するセルロース(5)とを備える。図1は、カルボキシメチル基(-CH2COOH)(11’)を有しかつ重金属(M)に配位結合する金属捕捉部(11)を側鎖に備える金属吸着高分子(20)の一部分を示す。金属捕捉部(11)のカルボキシメチル基(アミノカルボン酸基)(11’)は、液体中の重金属(M)、例えば、鉄、鉛、銅、クロム、カドミウム、水銀、亜鉛、ヒ素、マンガン、コバルト、ニッケル、モリブデン、タングステン、錫及びビスマスと共に配位結合による錯体を形成し、重金属成分を確実かつ選択的に吸着する。 The metal-adsorbed fiber according to the present invention comprises a metal-adsorbed polymer (20) that adsorbs heavy metals, and a cellulose (5) that forms fibers. FIG. 1 shows a part of a metal-adsorbed polymer (20) having a carboxymethyl group (—CH 2 COOH) (11 ′) and a metal capture portion (11) in a side chain which coordinates to a heavy metal (M) Indicates The carboxymethyl group (amino carboxylic acid group) (11 ′) of the metal capture portion (11) is a heavy metal (M) in liquid, such as iron, lead, copper, chromium, cadmium, mercury, zinc, arsenic, manganese, It forms a coordination complex with cobalt, nickel, molybdenum, tungsten, tin and bismuth and reliably and selectively adsorbs heavy metal components.

金属吸着高分子(20)の金属捕捉部(11)は、第3級アミンを含み、第3級アミンの窒素原子(11a)に2個のカルボキシメチル基(11’)が結合される。このとき、被処理液体中に含まれる重金属(M)は、図1の通り、2個のカルボキシメチル基(11’)の鋏状構造により包囲され配位結合による錯体を形成する。これにより、重金属(M)と金属吸着高分子(20)の金属捕捉部(11)とが強固に結合し、金属吸着繊維によって重金属成分を確実に捕捉吸着できる。結合状態を図示しないが、金属捕捉部(11)のカルボキシメチル基(11’)の酸素原子及び水素原子は、セルロース(5)の水素原子及び酸素原子と水素結合を形成し、金属吸着高分子(20)が強固に結合する金属吸着繊維(セルロース繊維)を形成する。   The metal trapping portion (11) of the metal adsorbing polymer (20) contains a tertiary amine, and two carboxymethyl groups (11 ') are bonded to the nitrogen atom (11a) of the tertiary amine. At this time, as shown in FIG. 1, the heavy metal (M) contained in the liquid to be treated is surrounded by a cage structure of two carboxymethyl groups (11 ') to form a complex by coordination bond. As a result, the heavy metal (M) and the metal trapping portion (11) of the metal adsorbing polymer (20) are firmly bonded, and the metal adsorbing fiber can reliably capture and adsorb the heavy metal component. Although the bonding state is not illustrated, the oxygen atom and hydrogen atom of the carboxymethyl group (11 ') of the metal trapping portion (11) form a hydrogen bond with the hydrogen atom and oxygen atom of cellulose (5), and metal adsorbing polymer (20) form a metal-adsorbed fiber (cellulose fiber) to be firmly bonded.

図2は、アミンを有する反発部(12)を側鎖に備える金属吸着高分子(20)の一部分を示す。本発明による金属吸着繊維は、アミンの正電荷により、pH8以下、好ましくはpH7以下のとき被処理液体中のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の吸着を阻止する。図3のように、被処理液体中のアルカリ金属又はアルカリ土類金属のイオンが金属吸着高分子(20)の側鎖のアミンに接近すると、アミンの窒素原子(12a)が正電荷に帯電し、窒素原子(12a)は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオンを寄せ付けずに反発し、金属吸着高分子(20)への接近と吸着を強力に阻止する。アルカリ金属は、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)及びセシウム(Cs)を含む。アルカリ土類金属は、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)及びバリウム(Ba)を含み、更に、本明細書では、ベリリウム(Be)及びマグネシウム(Mg)もアルカリ土類金属に含む。   FIG. 2 shows a portion of a metal adsorbing polymer (20) provided with a repelling moiety (12) having an amine in its side chain. The metal-adsorbed fiber according to the present invention prevents adsorption of alkali metals and alkaline earth metals in the liquid to be treated when the pH is 8 or less, preferably 7 or less, due to the positive charge of the amine. As shown in FIG. 3, when the alkali metal or alkaline earth metal ion in the liquid to be treated approaches the amine on the side chain of the metal adsorbing polymer (20), the nitrogen atom (12a) of the amine is positively charged. The nitrogen atom (12a) repels ions of alkali metal and alkaline earth metal without repelling, and strongly prevents access and adsorption to the metal adsorbing polymer (20). Alkali metals include lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb) and cesium (Cs). The alkaline earth metals include calcium (Ca), strontium (Sr) and barium (Ba), and further, in the present specification, beryllium (Be) and magnesium (Mg) are also included in the alkaline earth metals.

本発明に用いる金属吸着高分子(20)の反発部(12)のアミンは、側鎖の第1級アミンである。側鎖の第1級アミンは、正に帯電し、アルカリ金属及びアルカリ土類金属成分を反発して押し返す作用が強力である。特に、酸性の被処理液体では、反発効果が顕著である。例えば、第1級アミンの窒素原子(12a)に、酸性下、プロトン(H)が付加され(図3)、第1級アミンは、正電荷を帯びる。被処理液体中で強くプラスに帯電するカルシウムイオン(Ca2+)及びナトリウムイオン(Na)を電気的に反発し、接近及び吸着を阻止できる。これに対し、前記特許文献1では、直鎖(主鎖)の第2級及び第3級アミンによりアルカリ土類金属を排除するため、本発明とは、排除機構及び反発部の部位が明らかに相違する。 The amine in the repulsive portion (12) of the metal-adsorbed polymer (20) used in the present invention is a side chain primary amine. The primary amine in the side chain is positively charged and has a strong action to repel and push back the alkali metal and alkaline earth metal components. In particular, in the case of an acidic liquid to be treated, the repulsive effect is remarkable. For example, under acidity, proton (H + ) is added to the nitrogen atom (12a) of the primary amine (FIG. 3), and the primary amine bears a positive charge. In the liquid to be treated, calcium ions (Ca 2+ ) and sodium ions (Na + ) which are strongly positively charged can be electrically repelled to prevent approach and adsorption. On the other hand, in the Patent Document 1, since the alkaline earth metal is excluded by the linear (main chain) secondary and tertiary amines, the exclusion mechanism and the repelling site are clearly understood in the present invention. It is different.

第2級アミン及び第3級アミンも正電荷に帯電して、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の接近を排除する。一方、従来技術の特許文献2の繊維状金属吸着材では、側鎖に第3級アミンを有するが、アルカリ金属及びアルカリ土類金属を押し返す作用がないアミノカルボン酸基を形成するため、これらの接近及び吸着を阻止できない。これに対し、本発明では側鎖の第1級アミンの存在により反発力を具備する。従って、金属吸着高分子(20)の側鎖に第1級アミンを含む本発明の金属吸着繊維は、例えば飲料用途の被処理液体では除去する必要が無い硬度成分(カルシウム、マグネシウム)を残留させ、除去が必要な重金属(M)を最初に確実に吸着する。また、側鎖の第1級アミンは、第2級及び第3級アミンに比べ、水素結合によるセルロース(5)との結合力も強力なため、金属吸着高分子(20)が繊維から離脱せずに、アルカリ金属及びアルカリ土類金属成分の排除を長期間持続できる。従来技術の特許文献1の金属吸着高分子(40)では、図19の通り、直鎖に含まれる第2級及び第3級アミンとセルロース(5)との結合力が弱く、繊維形成できないか又は繊維形成しても金属吸着高分子(20)とセルロース(5)とが容易に分離する。   Secondary and tertiary amines are also positively charged, eliminating the access of alkali metals and alkaline earth metals. On the other hand, the fibrous metal adsorbent of Patent Document 2 of the prior art has a tertiary amine in the side chain, but forms an aminocarboxylic acid group which does not have the function of pushing back the alkali metal and the alkaline earth metal. It can not prevent access and adsorption. On the contrary, in the present invention, the repulsive force is provided by the presence of the primary amine in the side chain. Therefore, the metal-adsorbed fiber of the present invention containing a primary amine in the side chain of the metal-adsorbed polymer (20) has, for example, residual hardness components (calcium, magnesium) which need not be removed in treated liquids for use in beverages. Make sure to first adsorb heavy metals (M) that need to be removed. In addition, since the primary amine in the side chain is stronger than the secondary and tertiary amines in bonding with cellulose (5) by hydrogen bonding, the metal adsorbing polymer (20) does not separate from the fiber In addition, elimination of alkali metal and alkaline earth metal components can be sustained for a long time. In the metal-adsorbed polymer (40) of Patent Document 1 of the prior art, as shown in FIG. 19, the bond between the secondary and tertiary amines contained in the straight chain and the cellulose (5) is weak and can not be formed? Alternatively, even if fibers are formed, the metal adsorbing polymer (20) and the cellulose (5) are easily separated.

金属吸着高分子(20)は、側鎖に金属捕捉部(11)を有する第1の構成単位(A)(図1)と、第1の構成単位(A)と化学組成が異なり側鎖に反発部(12)を有する第2の構成単位(B)(図2)とを含む。金属吸着高分子(20)は、第1及び第2の構成単位(A,B)を備え、金属吸着高分子(20)の複数の側鎖に、金属捕捉部(11)と反発部(12)とが離間して混在するため、本発明の金属吸着繊維は、重金属(M)を吸着すると共に、硬度成分の吸着を阻止する2機能を併有する。   The metal-adsorbed polymer (20) is different in chemical composition from the first structural unit (A) (FIG. 1) having a metal capture portion (11) in the side chain and in the first structural unit (A), and is in the side chain And a second structural unit (B) (FIG. 2) having a repulsive portion (12). The metal adsorbing polymer (20) includes the first and second structural units (A, B), and a plurality of side chains of the metal adsorbing polymer (20), the metal capturing portion (11) and the repelling portion (12) Since the metal-adsorbed fiber of the present invention adsorbs the heavy metal (M) and has the function of preventing the adsorption of the hardness component, the metal-adsorbed fiber of the present invention has two functions to prevent the adsorption of the hardness component.

金属吸着高分子(20)の複数の側鎖には、第1及び第2の構成単位(A,B)だけでなく、第3の構成単位(C)を含む。第3の構成単位(C)は、側鎖の窒素原子にカルボキシメチル基が1個結合された第2級アミン(図6符号13)を含み、カルボキシメチル基の酸素原子及び水素原子と共に第2級アミンの窒素原子及び水素原子が、セルロースと水素結合を形成し、金属吸着高分子(20)とセルロース(5)との結合を強固にする。   The plurality of side chains of the metal adsorbing polymer (20) include not only the first and second structural units (A, B) but also the third structural unit (C). The third structural unit (C) contains a secondary amine (13 in FIG. 6) in which one carboxymethyl group is bonded to the nitrogen atom of the side chain, and the second structural unit together with the oxygen atom and hydrogen atom of the carboxymethyl group. The nitrogen atom and hydrogen atom of the secondary amine form a hydrogen bond with cellulose to strengthen the bond between the metal-adsorbed polymer (20) and the cellulose (5).

図4は、反発部(12)のアミン(第1級アミン)とセルロース(5)との水素結合(6)により、金属吸着高分子(20)とセルロース(5)とが結合された本発明の金属吸着繊維を示す。反発部(12)のアミンは、アルカリ金属及びアルカリ土類金属成分を反発して押し返す作用のみならず、高反応性のため、アミンの窒素原子(12a)とセルロース(5)の水素原子(5a)とが水素結合し、及びアミンの水素原子とセルロース(5)の酸素原子とが水素結合して、金属吸着高分子(20)とセルロース(5)との間で強固な化学結合を形成する。   FIG. 4 shows the present invention in which the metal-adsorbed polymer (20) and the cellulose (5) are bound by the hydrogen bond (6) of the amine (primary amine) of the repelling part (12) and the cellulose (5). Shows a metal-adsorbed fiber of The amine in the repelling part (12) not only functions to repel and push back the alkali metal and alkaline earth metal components but also has high reactivity, so the nitrogen atom (12a) of the amine and the hydrogen atom (5a of cellulose (5) And hydrogen bond of amine and hydrogen atom of cellulose (5) with hydrogen atom of amine to form a strong chemical bond between metal adsorbing polymer (20) and cellulose (5) .

このため、金属吸着高分子(20)は、本発明の金属吸着繊維に強固に固定されて、繊維からの金属吸着高分子(20)の離脱が確実に防止される。高親水性のセルロース繊維を母材とする本発明の金属吸着繊維は、撥水せずに被処理液体に馴染み易く、被処理液体中に溶解する重金属(M)を確実に取り込み吸着する。また、生分解性を有し環境上好ましい。   For this reason, the metal adsorbing polymer (20) is firmly fixed to the metal adsorbing fiber of the present invention, and the detachment of the metal adsorbing polymer (20) from the fiber is surely prevented. The metal-adsorbed fiber of the present invention having a highly hydrophilic cellulose fiber as a base material is easily compatible with the liquid to be treated without water repellency, and reliably incorporates and adsorbs the heavy metal (M) dissolved in the liquid to be treated. Moreover, it is biodegradable and environmentally preferable.

側鎖の第1級アミンは、第2級及び第3級アミンに比べて、セルロース(5)との水素結合力が高い。図5は、金属吸着高分子(20)の側鎖の第1級、第2級及び第3級アミンとセルロース(5)との結合状態を概略的に示す。図5は、カルボキシメチル基の水素結合の影響を考慮しない。図5(a)の第1級アミンは、セルロース(5)との多数の水素結合(6)を形成し、金属吸着高分子(20)とセルロース(5)とが強固に結合する。図5(b)の第2級アミンは、セルロース(5)との水素結合(6)が中程度存在し、図5(c)の第3級アミンは、セルロース(5)との水素結合(6)が少数存在する。図5(a)〜(c)より、側鎖の第1級アミン(図5(a))は、セルロース(5)との高結合性を形成することが化学構造的に分かる。   The side chain primary amine has a higher hydrogen bonding strength with cellulose (5) than secondary and tertiary amines. FIG. 5 schematically shows the bonding state of the primary, secondary and tertiary amines of the side chain of the metal-adsorbing polymer (20) and the cellulose (5). FIG. 5 does not consider the effect of hydrogen bonding of carboxymethyl groups. The primary amine of FIG. 5 (a) forms a large number of hydrogen bonds (6) with cellulose (5), and the metal-adsorbed polymer (20) and cellulose (5) are strongly bonded. The secondary amine in FIG. 5 (b) has a moderate degree of hydrogen bonding (6) with cellulose (5), and the tertiary amine in FIG. 5 (c) has hydrogen bonding with cellulose (5) ( There are a few 6). From FIGS. 5 (a) to 5 (c), it can be seen from the chemical structure that the side chain primary amine (FIG. 5 (a)) forms high bondability with cellulose (5).

本実施の形態の金属吸着高分子(20)を形成する原料樹脂は、直鎖(主鎖)に窒素原子を含有しない炭素骨格を構成するポリアミン系高分子である。平均分子量が2,000〜100,000のポリアミン系高分子を使用できる。金属吸着高分子(20)の直鎖に窒素及びアミンを含まないため、低反応性の第2又は第3級アミンが直鎖に介在することによる金属吸着高分子(20)の結合力低下(図19)を防止でき、従来の問題点、即ち金属吸着高分子(20)のセルロース繊維からの離脱を完全に抑止できる。   The raw material resin for forming the metal-adsorbed polymer (20) of the present embodiment is a polyamine-based polymer having a carbon skeleton containing no nitrogen atom in a straight chain (main chain). Polyamine polymers having an average molecular weight of 2,000 to 100,000 can be used. Since the linear chain of the metal-adsorbing polymer (20) does not contain nitrogen and amine, the avidity of the metal-adsorbing polymer (20) is lowered by the presence of the low-reactive secondary or tertiary amine in the linear chain ((20) FIG. 19 can be prevented, and the conventional problem, that is, the detachment of the metal adsorbing polymer (20) from the cellulose fiber can be completely suppressed.

金属吸着高分子(20)を形成する原料樹脂は、(3)式、(4)式及び(5)式にそれぞれ示すポリビニルアミン、ポリアリルアミン及びポリジアリルアミンから選択される1又は2以上のポリアミン系高分子である。   The raw material resin for forming the metal adsorbing polymer (20) is one or more polyamines selected from polyvinylamine, polyallylamine and polydiallylamine shown in the formulas (3), (4) and (5) respectively. It is a polymer.

Figure 2019063771
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金属吸着高分子(20)を形成する樹脂のアミンは、pH8以下、好ましくはpH7以下の被処理液体中で正電荷に帯電して、溶解するアルカリ金属及びアルカリ土類金属との吸着を阻害する。これにより、飲料用途の被処理水では除去する必要が無い硬度成分を残留させ、除去が必要な重金属(M)を最初に確実に吸着する。   The amine of the resin forming the metal adsorbing polymer (20) is charged to a positive charge in the liquid to be treated having a pH of 8 or less, preferably 7 or less, to inhibit the adsorption with the dissolved alkali metal and alkaline earth metal . As a result, a hardness component that does not need to be removed remains in the treated water for beverage use, and the heavy metal (M) that needs to be removed is surely adsorbed first.

次に、本発明による金属吸着繊維の製法の実施の形態を説明する。   Next, an embodiment of a method for producing a metal-adsorbed fiber according to the present invention will be described.

最初に、窒素原子を側鎖に含みかつ直鎖(主鎖)に含まないポリアミン系高分子をカルボキシメチル化して、重金属(M)を吸着する金属吸着高分子(20)を形成する。カルボキシメチル化は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は炭酸ナトリウムの0.5〜2Mアルカリ溶液中で、ポリアミン系高分子、例えばポリアリルアミンと、ハロゲン化酢酸、例えばクロロ酢酸又はブロモ酢酸とを反応させる。金属吸着高分子(20)を形成する工程は、カルボキシメチル基(11’)を有しかつ重金属(M)に配位結合する金属捕捉部(11)と、第1級アミンを有しかつ被処理液体中のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の吸着を阻害する反発部(12)とを金属吸着高分子(20)の側鎖に形成する工程を含む。   First, a polyamine-based polymer containing a nitrogen atom in a side chain and not in a linear chain (main chain) is carboxymethylated to form a metal-adsorbed polymer (20) that adsorbs a heavy metal (M). Carboxymethylation is reacted with a polyamine-based polymer such as polyallylamine and a halogenated acetic acid such as chloroacetic acid or bromoacetic acid in a 0.5 to 2 M alkaline solution of sodium hydroxide, potassium hydroxide or sodium carbonate . The step of forming the metal-adsorbed polymer (20) comprises a metal capturing portion (11) having a carboxymethyl group (11 ') and coordinating to a heavy metal (M), a primary amine and And a step of forming a repulsive portion (12) which inhibits the adsorption of the alkali metal and the alkaline earth metal in the treatment liquid in the side chain of the metal adsorbing polymer (20).

図6は、ポリアリルアミンをカルボキシメチル化して、金属吸着高分子(20)を形成する化学反応式を示す。金属吸着高分子(20)は、側鎖の窒素原子に2個のカルボキシメチル基(-CH2COOH)(11’)が結合された金属捕捉部(11)を有する第1の構成単位(A)と、側鎖の窒素原子に水素原子が2個結合された反発部(12)を有する第2の構成単位(B)と、側鎖の窒素原子にカルボキシメチル基及び水素原子が結合された第2級アミン(13)を有する第3の構成単位(C)とを備える。 FIG. 6 shows a chemical reaction formula for carboxymethylating polyallylamine to form a metal adsorbing polymer (20). The metal-adsorbing polymer (20) is a first structural unit (A) having a metal capture portion (11) in which two carboxymethyl groups (—CH 2 COOH) (11 ′) are bonded to a nitrogen atom of a side chain And a second structural unit (B) having a repulsive portion (12) in which two hydrogen atoms are bonded to a nitrogen atom in the side chain, and a carboxymethyl group and a hydrogen atom are bonded to a nitrogen atom in the side chain And a third structural unit (C) having a secondary amine (13).

また、金属吸着高分子(20)を形成する工程では、ポリアミン系高分子中の窒素原子に対して、1.0〜2.5倍モルのハロゲン化酢酸を加えてカルボキシメチル化し、金属捕捉部(11)(第1の構成単位(A))及び反発部(12)(第2の構成単位(B))を混在して形成する。原料のポリアミン系高分子中の窒素原子に対して、1.0〜2.5倍モルのハロゲン化酢酸を添加して、ポリアミン系高分子の側鎖の窒素原子を部分的にカルボキシメチル化すると共にアミンを部分的に残留させる。これにより、重金属を吸着する金属捕捉部(11)と、アルカリ金属及びアルカリ土類金属を寄せ付けない反発部(12)とを混在して形成する。従って、本発明では、重金属(M)を吸着すると共に、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の吸着を阻止する2機能を同時に達成する。ハロゲン化酢酸の添加量が1.0倍モル未満であると、金属吸着高分子(20)とセルロース(5)との結合が脆弱化し繊維化形成が困難となる。ハロゲン化酢酸の添加量が2.5倍モルを超えると、セルロース(5)との結合は強固であるが、アルカリ金属及びアルカリ土類金属を阻害する作用が低下する。ハロゲン化酢酸の添加割合は、ポリアミン系高分子中の窒素原子に対して、特に1.2〜2.0倍モルが好ましい。2.0倍モル以上のハロゲン化酢酸を添加しなくても、ポリアミン系高分子とハロゲン化酢酸とは、効率良く反応する。これは、従来技術の特許文献1と異なり、ポリアミン系高分子を基材樹脂(高分子担体)に固定化する必要無く、均一系での反応によりカルボキシメチル化できるためである。   In addition, in the step of forming the metal-adsorbed polymer (20), 1.0 to 2.5 moles of a halogenated acetic acid is added to the nitrogen atom in the polyamine-based polymer to be carboxymethylated, and the metal capturing portion is formed. (11) (First structural unit (A)) and repulsive portion (12) (second structural unit (B)) are mixedly formed. 1.0 to 2.5 moles of a halogenated acetic acid is added to the nitrogen atom in the raw material polyamine polymer to partially carboxymethylate the nitrogen atom of the side chain of the polyamine polymer Together with some of the amine. As a result, the metal capture portion (11) that adsorbs heavy metals and the repulsion portion (12) that does not move the alkali metal and the alkaline earth metal are formed in combination. Therefore, in the present invention, the dual function of adsorbing heavy metal (M) and preventing adsorption of alkali metal and alkaline earth metal is simultaneously achieved. When the amount of the halogenated acetic acid added is less than 1.0 times the molar amount, the bond between the metal-adsorbable polymer (20) and the cellulose (5) is weakened to make it difficult to form a fiber. When the amount of the halogenated acetic acid added exceeds 2.5 times the molar, the bond with the cellulose (5) is strong but the action of inhibiting the alkali metal and the alkaline earth metal is reduced. The addition ratio of the halogenated acetic acid is preferably 1.2 to 2.0 times the mole of the nitrogen atom in the polyamine polymer. The polyamine-based polymer and the halogenated acetic acid react efficiently without adding 2.0 times or more moles of the halogenated acetic acid. This is because, unlike Patent Document 1 of the prior art, there is no need to immobilize a polyamine-based polymer on a base resin (polymer carrier), and carboxymethylation can be performed by a reaction in a homogeneous system.

金属吸着高分子(20)にビスコースを混合し、公知のビスコースレーヨン法により、金属吸着高分子(20)とセルロース(5)とを結合した本発明による金属吸着繊維を形成する。具体的には、セルロースを水酸化ナトリウムで処理したアルカリセルロースを二硫化炭素と混合し、セルロースキサントゲン酸ナトリウム(ビスコース)を形成する。次に、金属吸着高分子(20)とビスコースとを混合し、混合液を紡糸ノズルから押し出し、希硫酸凝固浴中の紡糸工程で、ビスコースはセルロースに戻り分子間の水素結合により繊維として再生する。紡糸された繊維を水洗、脱硫、漂白及び乾燥させて、本発明の金属吸着繊維を形成する。これにより、反発部(12)の第1級アミンの窒素原子(12a)とセルロース(5)の水素原子(5a)とが水素結合して、金属吸着高分子(20)がセルロース(5)に結合する。   Viscose is mixed with the metal-adsorbed polymer (20), and a metal-adsorbed fiber according to the present invention in which the metal-adsorbed polymer (20) and the cellulose (5) are combined is formed by a known viscose rayon method. Specifically, alkali cellulose obtained by treating cellulose with sodium hydroxide is mixed with carbon disulfide to form sodium cellulose xanthate (viscose). Next, the metal-adsorbed polymer (20) and viscose are mixed, the mixed solution is extruded from a spinning nozzle, and in the spinning step in a dilute sulfuric acid coagulating bath, the viscose returns to cellulose and becomes a fiber by hydrogen bonding between molecules Reproduce. The spun fibers are washed with water, desulfurized, bleached and dried to form the metal-adsorbed fibers of the present invention. As a result, the nitrogen atom (12a) of the primary amine in the repelling portion (12) and the hydrogen atom (5a) of the cellulose (5) are hydrogen-bonded, and the metal adsorbing polymer (20) is bonded to the cellulose (5). Join.

本発明では、被処理液体として水中の重金属を吸着するだけでなく、あらゆる液体、例えば、バイオディーゼル燃料及び軽油燃料中の重金属除去にも本発明の金属吸着繊維を適用できる。燃料中の異物及び水分の除去に従来からセルロース製燃料フィルタを使用するが、本発明による金属吸着繊維を使用すれば、従来の除去効果を維持しながら、燃料中に含有する重金属も効率的に除去できる。また、既存装置を変更することなく、本発明の金属吸着繊維(セルロース繊維)を含むフィルタを既存のフィルタ装置にそのまま適用できる。   In the present invention, the metal-adsorbed fiber of the present invention can be applied not only to adsorb heavy metals in water as the liquid to be treated but also to remove heavy metals in any liquid such as biodiesel fuel and light oil fuel. Conventionally, a cellulose fuel filter is used to remove foreign matter and moisture in the fuel, but if the metal-adsorbed fiber according to the present invention is used, the heavy metals contained in the fuel can be efficiently maintained while maintaining the conventional removal effect. It can be removed. Moreover, the filter containing the metal-adsorbed fiber (cellulose fiber) of the present invention can be applied as it is to the existing filter device without changing the existing device.

本発明の金属吸着繊維について繊維評価、通液試験1及び2並びに元素分析を行った実施例を以下説明する。   Examples of fiber evaluation, liquid flow tests 1 and 2 and elemental analysis of the metal-adsorbed fiber of the present invention will be described below.

[本発明の金属吸着繊維(実施例1)の製造]
平均分子量8,000のポリアリルアミン水溶液(ニットーボーメディカル社製、PAA−08、濃度15%)100gと、ポリアリルアミンの窒素量に対して等モル(1.0倍モル)のクロロ酢酸ナトリウム30.7gを溶解した水酸化ナトリウム水溶液とを混合した。混合液を70℃で3時間撹拌してカルボキシメチル化し、側鎖に、第1級アミンとカルボキシメチル基とを含む金属吸着高分子(20)を形成した。次に、金属吸着繊維中に金属吸着高分子(20)が2.5重量%(設定混率)含有するように、金属吸着高分子(20)とビスコースとを混合し、公知のビスコースレーヨン法により紡糸して、繊度1.7dtex及び繊維長51mmの金属吸着繊維(実施例1)を製造した。
[Production of Metal-Adsorbed Fiber of the Present Invention (Example 1)]
100 g of an aqueous solution of polyallylamine having an average molecular weight of 8,000 (PAN-08 manufactured by Nittobo Medical, 15% concentration) and 30.7 g of sodium chloroacetate equimolar (1.0-fold molar) with respect to the amount of nitrogen of polyallylamine Were mixed with an aqueous solution of sodium hydroxide in which The mixture was stirred at 70 ° C. for 3 hours for carboxymethylation to form a metal adsorbing polymer (20) containing a primary amine and a carboxymethyl group in the side chain. Next, the metal-adsorbed polymer (20) and viscose are mixed so that the metal-adsorbed polymer (20) contains 2.5% by weight (predetermined mixing ratio) in the metal-adsorbed fiber, and known viscose rayon The resultant was spun by a method to produce a metal-adsorbed fiber (Example 1) having a fineness of 1.7 dtex and a fiber length of 51 mm.

[本発明の金属吸着繊維(実施例2〜5)の製造]
平均分子量8,000のポリアリルアミン水溶液(ニットーボーメディカル社製、PAA−08、濃度15%)100gと、ポリアリルアミンの窒素量に対して1.2倍モル(36.1g)、1.5倍モル(45.4g)、2.0倍モル(60.6g)及び3.0倍モル(90.9g)のクロロ酢酸ナトリウムをそれぞれ溶解した水酸化ナトリウム水溶液とを混合した。その他は前記実施例1と同様の方法により、金属吸着高分子(20)を形成し、金属吸着繊維(実施例2〜5)を製造した。
[Production of metal-adsorbed fiber of the present invention (Examples 2 to 5)]
100 g of an aqueous solution of polyallylamine having an average molecular weight of 8,000 (PAN-08 manufactured by Nittobo Medical, 15% concentration) and 1.2 times the molar (36.1 g), 1.5 times the amount of nitrogen of the polyallylamine It mixed with the sodium hydroxide aqueous solution which each melt | dissolved (45.4g), 2.0 times mole (60.6g), and 3.0 times mole (90.9g) sodium chloroacetate. A metal adsorbing polymer (20) was formed in the same manner as in Example 1 except for the above, to produce metal adsorbing fibers (Examples 2 to 5).

[本発明の金属吸着繊維(実施例6)の製造]
平均分子量8,000のポリアリルアミン水溶液(ニットーボーメディカル社製、PAA−08、濃度15%)100gと、ポリアリルアミンの窒素量に対して2.0倍モルのクロロ酢酸ナトリウム60.6gを溶解した水酸化ナトリウム水溶液とを混合し、前記実施例1と同様の方法により、金属吸着高分子(20)を形成した。次に、金属吸着繊維中に金属吸着高分子(20)が6.0重量%(設定混率)含有するように、金属吸着高分子(20)とビスコースとを混合し、公知のビスコースレーヨン法により紡糸して、繊度1.7dtex及び繊維長51mmの金属吸着繊維(実施例6)を製造した。
[Production of Metal-Adsorbed Fiber of the Present Invention (Example 6)]
Water in which 100 g of polyallylamine aqueous solution with an average molecular weight of 8,000 (PAN-08 manufactured by Nittobo Medical, concentration 15%) and 60.6 g of sodium chloroacetate 2.0-fold molar to the nitrogen amount of polyallylamine The mixture was mixed with an aqueous solution of sodium oxide, and a metal-adsorbed polymer (20) was formed in the same manner as in Example 1 above. Next, the metal-adsorbed polymer (20) and viscose are mixed such that the metal-adsorbed polymer (20) contains 6.0% by weight (predetermined mixing ratio) in the metal-adsorbed fiber, and known viscose rayon The resultant was spun by a method to produce a metal-adsorbed fiber (example 6) having a fineness of 1.7 dtex and a fiber length of 51 mm.

[従来の金属吸着繊維(比較例1)の製造]
平均分子量8,000のポリアリルアミン水溶液(ニットーボーメディカル社製、PAA−08、濃度15%)250mlと、アリルアミンの窒素量に対して4倍モルのクロロ酢酸ナトリウム317gを溶解した水酸化ナトリウム水溶液とを混合し、撹拌しながら50℃で6時間N−カルボキシメチル化を行った。得られたN−カルボキシメチル化ポリアリルアミンの溶液に塩酸を加えpH2として、反応生成物を沈殿させ、上澄みを除去した。沈殿物に0.1Mの水酸化ナトリウム水溶液を加え溶解後、再度塩酸を加えpH2として反応生成物を沈殿させ、上澄みを除去した。同様の沈殿物溶解及び上澄み除去の操作を更に2回(合計4回)繰り返した後、得られた沈殿物をメタノールで洗浄後、真空乾燥を行い、金属吸着高分子を得た。
[Production of Conventional Metal-Adsorbed Fiber (Comparative Example 1)]
250 ml of an aqueous solution of polyallylamine having an average molecular weight of 8,000 (PAN-08 manufactured by Nittobo Medical, 15% concentration) and an aqueous solution of sodium hydroxide in which 317 g of 4-fold molar sodium chloroacetate is dissolved with respect to the nitrogen amount of allylamine Mix and perform N-carboxymethylation at 50 ° C. for 6 hours with stirring. Hydrochloric acid was added to the obtained solution of N-carboxymethylated polyallylamine to adjust the pH to 2 to precipitate a reaction product, and the supernatant was removed. A 0.1 M aqueous solution of sodium hydroxide was added to the precipitate to dissolve it, and then hydrochloric acid was added again to adjust the pH to 2 to precipitate a reaction product, and the supernatant was removed. After repeating the same operation of dissolving the precipitate and removing the supernatant twice (four times in total), the obtained precipitate was washed with methanol and then vacuum dried to obtain a metal-adsorbed polymer.

この金属吸着高分子は、アミノ基を全てカルボキシメチル化したポリ(N,N−ジカルボキシメチル)アリルアミンであり、第1級アミンを含有しない。次に、金属吸着繊維中にポリ(N,N−ジカルボキシメチル)アリルアミンが2.5重量%(設定混率)含有するように、金属吸着高分子(20)とビスコースとを混合し、公知のビスコースレーヨン法により紡糸して、特許文献2に相当する従来の金属吸着繊維(比較例1)を製造した。   The metal-adsorbed polymer is poly (N, N-dicarboxymethyl) allylamine in which all amino groups are carboxymethylated, and does not contain a primary amine. Next, the metal-adsorbed polymer (20) and viscose are mixed so that poly (N, N-dicarboxymethyl) allylamine is contained in the metal-adsorbed fiber in an amount of 2.5% by weight (predetermined mixing ratio). The conventional metal-adsorbed fiber (Comparative Example 1) corresponding to Patent Document 2 was manufactured by spinning using the viscose rayon method of

[従来の金属吸着繊維(比較例2)の製造]
テトラエチレンペンタミン(和光純薬工業社製)100gと、純水中に溶解したテトラエチレンペンタミンの窒素量に対して2.0倍モルのクロロ酢酸ナトリウム23.4gとを混合し、撹拌しながら70℃で3時間N−カルボキシメチル化を行い、前記比較例1と同様の方法により、金属吸着高分子を得た。次に、金属吸着繊維中に金属吸着高分子が6.0重量%(設定混率)含有するように、金属吸着高分子とビスコースとを混合し、公知のビスコースレーヨン法により紡糸して、テトラエチレンペンタミンを原料とする従来の金属吸着繊維(比較例2)を製造した。
[Production of Conventional Metal-Adsorbed Fiber (Comparative Example 2)]
100 g of tetraethylenepentamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 23.4 g of sodium chloroacetate 2.0-fold mol to the nitrogen amount of tetraethylenepentamine dissolved in pure water are mixed and stirred. While performing N-carboxymethylation at 70 ° C. for 3 hours, a metal-adsorbed polymer was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 above. Next, the metal-adsorbed polymer and viscose are mixed so that the metal-adsorbed polymer contains 6.0% by weight (predetermined mixing ratio) of the metal-adsorbed polymer, and the mixture is spun by a known viscose rayon method, A conventional metal-adsorbed fiber (comparative example 2) using tetraethylenepentamine as a raw material was produced.

[繊維評価の方法]
得られた金属吸着繊維(実施例1〜5及び比較例1及び2)の状態を、一定の引張強度による紡糸の際の糸切れの有無により評価した。
[Method of fiber evaluation]
The state of the obtained metal-adsorbed fibers (Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2) was evaluated by the presence or absence of yarn breakage during spinning at a constant tensile strength.

[通液試験1の方法]
得られた金属吸着繊維(25)(実施例1〜5及び比較例1)を図7の筒状の通液試験装置(7)にそれぞれ充填し、空間速度約100h-1に調整して、既知のカルシウム濃度[mg/l]の被処理液体(8)10mlの通液試験を行った。被処理液体(8)のpH値を2、3、4、5、6、7、8及び9として通液試験を行い、通液後の金属吸着繊維(25)から水及び3mol硝酸によりカルシウムを脱着分離してカルシウム量を各々測定した。同様の方法により、マグネシウム、ストロンチウム、ヒ素、カドミウム、銅、鉄、マンガン、ニッケル、鉛及び亜鉛の各金属について通液試験を行い、金属吸着繊維(25)に吸着した金属成分の量を各々測定した。
[Method of liquid flow test 1]
The obtained metal-adsorbed fibers (25) (Examples 1 to 5 and Comparative Example 1) are filled in the cylindrical flow-through test device (7) shown in FIG. 7 respectively, and the space velocity is adjusted to about 100 h -1 . A passing test of 10 ml of treated liquid (8) of known calcium concentration [mg / l] was conducted. Passing tests were conducted with pH values of the liquid to be treated (8) as 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 and 9. From the metal adsorption fiber (25) after passing the water, calcium and 3 mol nitric acid were used. The amount of calcium was measured by desorption and separation. In a similar method, a liquid permeation test is carried out for each of magnesium, strontium, arsenic, cadmium, copper, iron, manganese, nickel, lead and zinc to measure the amount of metal component adsorbed on the metal adsorption fiber (25). did.

[通液試験2の方法]
水抜剤(古河薬品工業社製 ウォーターカットD)2mlに98%塩化亜鉛0.99gを溶解した溶液1mlを市販の軽油250mlに添加し、既知濃度[mg/l]の亜鉛を含有する軽油(被処理液体)(8)を生成した。次に、金属吸着繊維(25)(実施例6)を図7の筒状の通液試験装置(7)に0.21g充填し、被処理液体の軽油(8)200mlを流量約24ml/分で通液循環した。4循環後及び10循環後の処理液体(9)の亜鉛濃度[mg/l]をICP発光分光分析法により測定した(JIS K 0102 53.3)。
[Method of liquid flow test 2]
A light oil containing zinc at a known concentration [mg / l] was added by adding 1 ml of a solution prepared by dissolving 0.99 g of 98% zinc chloride in 2 ml of a water draining agent (Furukawa Pharmaceutical Co., Ltd., water cut D). A treatment liquid) (8) was produced. Next, 0.21 g of the metal adsorption fiber (25) (Example 6) is filled in the tubular flow-through test device (7) of FIG. 7, and 200 ml of light oil (8) of the liquid to be treated is flowed about 24 ml / min. The solution was circulated by circulation. The zinc concentration [mg / l] of the treated liquid (9) after 4 cycles and after 10 cycles was measured by ICP emission spectroscopy (JIS K 0102 53.3).

[元素分析の方法]
実施例1〜5では、金属吸着繊維に対し金属吸着高分子(20)が2.5重量%(設定混率)含有するように、金属吸着繊維を製造したが、元素分析装置(Elementar社製 vario EL III CHNOS Elemantal Analyzer 測定モード:CHNS)による窒素元素の測定値より、金属吸着高分子(20)の実際の混率を求めた。窒素存在率(測定値)にポリアリルアミンの式量57を乗じ窒素原子量14で除した値を「実際の混率」とした。同様に、設定混率を6.0重量%とした比較例2の金属吸着繊維について、テトラエチレンペンタミンの式量189.3を用い、窒素存在率から実際の混率を求めた。
[繊維評価の結果及び考察]
[Method of elemental analysis]
In Examples 1 to 5, the metal-adsorbed fiber was manufactured so that the metal-adsorbed polymer (20) contained 2.5% by weight (the set mixing ratio) with respect to the metal-adsorbed fiber. EL III CHNOS Elemantal Analyzer Measurement mode: The actual mixing ratio of the metal-adsorbed polymer (20) was determined from the measured value of nitrogen element by CHNS). A value obtained by multiplying the nitrogen abundance ratio (measured value) by the formula weight 57 of polyallylamine and dividing it by the nitrogen atomic weight 14 was taken as “the actual mixing ratio”. Similarly, with respect to the metal-adsorbed fiber of Comparative Example 2 in which the set mixing ratio was 6.0% by weight, the actual mixing ratio was determined from the nitrogen existing ratio using the formula weight 189.3 of tetraethylenepentamine.
[Result of fiber evaluation and consideration]

各金属吸着繊維(25)(実施例1〜5及び比較例1及び2)の状態を表1に示す。表1の「カルボキシメチル化度(CM化度)」は、添加したクロロ酢酸ナトリウムのモル数をアリルアミンのモル数で除した値である。表1の「繊維の状態」は、紡糸の際、糸切れが全く起こらず繊維化が極めて良好な状態を「◎」、糸切れが2回以下の繊維化が良好な状態を「○」、糸切れが3回以上の繊維化が不良の状態を「△」により示す。表1に示す通り、繊維の状態は、実施例2〜5及び比較例1は、極めて良好である。何れも、第1級アミンを側鎖に含むポリアリルアミンを原料とすることに起因する。実施例1の繊維の状態は良好である。比較例2が不良である。比較例2は、直鎖に第2級アミンを含むテトラエチレンペンタミンを原料とするため、セルロースと金属吸着高分子との結合力が弱いことに起因する。   The state of each metal-adsorbed fiber (25) (Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2) is shown in Table 1. The “degree of carboxymethylation (CMization degree)” in Table 1 is a value obtained by dividing the number of moles of sodium chloroacetate added by the number of moles of allylamine. The “fiber state” in Table 1 indicates that when spinning, no fiber breakage occurs and fiberization is extremely good “o”, and fiber breakage twice or less fiber formation “o”, The state of poor fiber formation of three or more thread breakages is indicated by “Δ”. As shown in Table 1, the condition of the fibers is very good in Examples 2 to 5 and Comparative Example 1. Both originate in using as a raw material polyallylamine which contains a primary amine in the side chain. The condition of the fibers of Example 1 is good. Comparative Example 2 is defective. In Comparative Example 2, since tetraethylenepentamine containing a secondary amine in a straight chain is used as a raw material, the bond strength between cellulose and the metal adsorbing polymer is weak.

Figure 2019063771
Figure 2019063771

[通液試験1の結果及び考察]
図8〜図18は、各金属吸着繊維(25)(実施例1〜5及び比較例1)による金属吸着特性を示し、横軸はpH値、縦軸は回収率[%]を表す。金属吸着繊維(25)から脱着分離した金属の質量を被処理液体(8)中の既知の金属質量で除した値の百分率を回収率[%]とした。
[Result and Consideration of Liquid Flow Test 1]
FIGS. 8-18 shows the metal adsorption characteristic by each metal adsorption fiber (25) (Examples 1-5 and Comparative Example 1), a horizontal axis shows pH value and a vertical axis | shaft represents recovery [%]. The percentage of the value obtained by dividing the mass of metal desorbed and separated from the metal-adsorbed fiber (25) by the known metal mass in the liquid to be treated (8) was defined as the recovery rate [%].

図8は、カルシウム(アルカリ土類金属)の回収率を示す。実施例1(1.0倍モル)、実施例2(1.2倍モル)、実施例3(1.5倍モル)及び実施例4(2.0倍モル)のpH2〜7の範囲では、10%以下の極めて低いカルシウム回収率であった。特に、実施例1及び2は、pH2〜8の範囲でも50%以下の低いカルシウム回収率であった。一方、実施例5(3.0倍モル)のpH6以上及び比較例1(4.0倍モル)のpH4以上では、50%以上の高いカルシウム回収率であった。   FIG. 8 shows the recovery of calcium (alkaline earth metal). In the range of pH 2 to 7 of Example 1 (1.0-fold mol), Example 2 (1.2-fold mol), Example 3 (1.5-fold mol) and Example 4 (2.0-fold mol) , An extremely low calcium recovery rate of 10% or less. In particular, Examples 1 and 2 had a low calcium recovery of 50% or less even in the pH range of 2-8. On the other hand, at pH 6 or more of Example 5 (3.0 times mol) and pH 4 or more of Comparative Example 1 (4.0 times mol), a high calcium recovery rate of 50% or more was obtained.

図9は、マグネシウム(アルカリ土類金属)の回収率を示す。実施例1〜4のpH2〜7の範囲では、10%以下の極めて低いマグネシウム回収率であった。特に、実施例1及び2は、pH2〜8の範囲でも40%以下の低いマグネシウム回収率であった。一方、実施例5のpH6以上では、50%以上の高いマグネシウム回収率であり、比較例1のpH5以上では、ほぼ100%の極めて高いマグネシウム回収率であった。   FIG. 9 shows the recovery of magnesium (alkaline earth metal). In the range of pH 2 to 7 of Examples 1 to 4, the magnesium recovery was extremely low at 10% or less. In particular, Examples 1 and 2 had a low magnesium recovery of 40% or less even in the pH range of 2-8. On the other hand, at pH 6 or higher in Example 5, a high magnesium recovery rate of 50% or higher was obtained, and at pH 5 or higher in Comparative Example 1, an extremely high magnesium recovery rate of almost 100% was obtained.

図10は、ストロンチウム(アルカリ土類金属)の回収率を示す。実施例1〜4のpH2〜7の範囲では、40%以下の低いストロンチウム回収率であった。特に、実施例1及び2は、pH2〜9の範囲でも50%以下の低いストロンチウム回収率であった。一方、実施例5のpH6以上では、50%以上の高いストロンチウム回収率であり、比較例1のpH5以上では、ほぼ100%の極めて高いストロンチウム回収率であった。   FIG. 10 shows the recovery of strontium (alkaline earth metal). In the pH range of 2 to 7 in Examples 1 to 4, the strontium recovery rate was 40% or less. In particular, Examples 1 and 2 had a low strontium recovery of 50% or less even in the pH range of 2-9. On the other hand, at pH 6 or higher in Example 5, a high strontium recovery rate of 50% or higher was obtained, and at pH 5 or higher in Comparative Example 1, an extremely high strontium recovery rate of almost 100% was obtained.

図8〜図10の結果より、何れのアルカリ土類金属でも、実施例1〜4(CM化度1.0〜2.0倍モル)では、pH2〜7の強酸から中性の広範囲で40%以下の低回収率を示し、アルカリ土類金属の顕著な排除効果を確認できた。一方、実施例5(3.0倍モル)では、pH5以下のみ50%以下の低回収率を示すが、pH6〜9では高回収率を示すため、アルカリ土類金属の排除(非吸着)効果を有しない。比較例1(4.0倍モル)では、pH5〜9では極めて高い回収率を示すため、アルカリ土類金属の排除効果を有しない。図8〜図10では、アルカリ土類金属でも同様の回収率であることが予想される。以上の結果より、アルカリ土類金属排除効果を具備する実施例1〜4のみに着目して以下考察する。   From the results of FIGS. 8 to 10, in any of the alkaline earth metals, in Examples 1 to 4 (CM conversion degree 1.0 to 2.0 times mol), strong acids having pH 2 to 7 in a wide range of neutral to 40 It showed a low recovery rate of less than%, confirming the remarkable elimination effect of alkaline earth metals. On the other hand, Example 5 (3.0 times mol) shows low recovery rate of 50% or less only at pH 5 or less, but shows high recovery rate at pH 6 to 9, so the elimination (non-adsorption) effect of alkaline earth metals Do not have In Comparative Example 1 (4.0-fold mole), since pH 5 to 9 shows a very high recovery rate, it does not have an alkaline earth metal elimination effect. In FIGS. 8-10, similar recoveries are expected for alkaline earth metals. From the above results, only the first to fourth embodiments having the alkaline earth metal exclusion effect will be considered below.

図11は、ヒ素(重金属)の回収率を示す。実施例1〜4のpH3以上では、ほぼ50%以上の高回収率であった。図12は、カドミウム(重金属)の回収率を示す。実施例1のpH6以上では、50%以上の高回収率であり、実施例2〜4のpH3以上では、50%以上の高回収率であった。図13は、銅(重金属)の回収率を示す。実施例1のpH3以上では、60%以上の高回収率であり、実施例2〜4のpH2以上では、50%以上の高回収率であった。図14は、鉄(重金属)の回収率を示す。実施例1及び2のpH3以上では、80%以上の極めて高い回収率であり、実施例3及び4のpH2以上では、80%以上の極めて高い回収率であった。図15は、マンガン(重金属)の回収率を示す。実施例1のpH8以上では、50%以上の高回収率であり、実施例2のpH7以上では、80%以上の極めて高回収率であり、実施例3及び4のpH5以上では、50%以上の高回収率であった。図16は、ニッケル(重金属)の回収率を示す。実施例1のpH6以上では、50%以上の高回収率であり、実施例2のpH5以上では、50%以上の高回収率であり、実施例3及び4のpH4以上では、80%以上の極めて高い回収率であった。図17は、鉛(重金属)の回収率を示す。実施例1のpH6以上では、50%以上の高回収率であり、実施例2のpH5以上では、50%以上の高回収率であり、実施例3及び4のpH4以上では、80%以上の極めて高い回収率であった。図18は、亜鉛(重金属)の回収率を示す。実施例1のpH6以上では、50%以上の高回収率であり、実施例2のpH4以上では、70%以上の高回収率であり、実施例3及び4のpH4以上では、80%以上の極めて高い回収率であった。   FIG. 11 shows the recovery rate of arsenic (heavy metal). At pH 3 or higher in Examples 1 to 4, the high recovery rate was approximately 50% or higher. FIG. 12 shows the recovery of cadmium (heavy metal). A high recovery rate of 50% or more was obtained at pH 6 or higher in Example 1, and a high recovery rate of 50% or higher was obtained at pH 3 or higher in Examples 2 to 4. FIG. 13 shows the recovery rate of copper (heavy metal). A high recovery rate of 60% or more was obtained at pH 3 or more of Example 1, and a high recovery rate of 50% or more was obtained at pH 2 or more of Examples 2 to 4. FIG. 14 shows the recovery rate of iron (heavy metal). At pH 3 or more in Examples 1 and 2, the recovery was extremely high at 80% or more, and at pH 2 or more in Examples 3 and 4, the recovery was extremely high at 80% or more. FIG. 15 shows the recovery of manganese (heavy metal). A high recovery rate of 50% or more is obtained at pH 8 or higher in Example 1, an extremely high recovery rate of 80% or higher at pH 7 or higher in Example 2, and 50% or higher at pH 5 or higher in Examples 3 and 4. High recovery rate. FIG. 16 shows the recovery rate of nickel (heavy metal). A high recovery rate of 50% or higher is obtained at pH 6 or higher in Example 1, a high recovery rate of 50% or higher at pH 5 or higher in Example 2, and 80% or higher at pH 4 or higher in Examples 3 and 4. The recovery rate was extremely high. FIG. 17 shows the recovery rate of lead (heavy metal). A high recovery rate of 50% or higher is obtained at pH 6 or higher in Example 1, a high recovery rate of 50% or higher at pH 5 or higher in Example 2, and 80% or higher at pH 4 or higher in Examples 3 and 4. The recovery rate was extremely high. FIG. 18 shows the recovery of zinc (heavy metal). A high recovery rate of 50% or higher is obtained at pH 6 or higher in Example 1, a high recovery rate of 70% or higher at pH 4 or higher in Example 2, and 80% or higher at pH 4 or higher in Examples 3 and 4. The recovery rate was extremely high.

以上より、実施例1〜4(CM化度1.0〜2.0)の中性(pH7)付近では、アルカリ土類金属排除効果と共に、全ての重金属の高回収率(約50%以上)を確認できた。また、実施例1〜4の弱酸性〜中性(pH6〜7)の範囲では、アルカリ土類金属排除効果と共に、ヒ素(図11)、カドミウム(図12)、銅(図13)、鉄(図14)、ニッケル(図16)、鉛(図17)及び亜鉛(図18)の高回収率(50%以上)を確認できた。また、実施例2〜4(CM化度1.2〜2.0)の弱酸性〜中性(pH6〜7)の範囲では、アルカリ土類金属排除効果と共に、ヒ素、カドミウム、銅、鉄、ニッケル、鉛及び亜鉛の高回収率(60%以上)を確認できた。実施例2〜4(CM化度1.2〜2.0)の酸性〜中性(pH4〜7)の範囲では、アルカリ土類金属排除効果と共に、ヒ素、カドミウム、銅、鉄、鉛及び亜鉛の高回収率(50%以上)を確認できた。更に、ヒ素、銅、鉄及び鉛は、実施例1〜4の強酸性〜アルカリ性(pH3〜9)の広範囲でも高回収率(約50%以上)を確認できた。図8〜図18の結果より、CM化度2.0(実施例4)が適用上限ではなく、CM化度2.5程度までは、本発明の金属吸着繊維、その製法及び金属吸着法として適用可能な範囲である。
前記実施例1〜6及び比較例1では、平均分子量8,000のポリアリルアミン水溶液(ニットーボーメディカル社製、PAA−08)を原料として使用したが、平均分子量15,000のポリアリルアミン水溶液(ニットーボーメディカル社製、PAA−15)を使用しても同様の結果が得られたので記載を省略する。
From the above, in the vicinity of neutrality (pH 7) of Examples 1 to 4 (CM degree of 1.0 to 2.0), high recovery rate (about 50% or more) of all heavy metals together with alkaline earth metal exclusion effect Was confirmed. Moreover, in the range of weakly acidic to neutral (pH 6 to 7) of Examples 1 to 4, arsenic (FIG. 11), cadmium (FIG. 12), copper (FIG. 13), iron (FIG. High recovery rates (50% or more) of FIG. 14), nickel (FIG. 16), lead (FIG. 17) and zinc (FIG. 18) were confirmed. In addition, in the range of weakly acidic to neutral (pH 6 to 7) of Examples 2 to 4 (CM degree of 1.2 to 2.0), arsenic, cadmium, copper, iron, along with the alkaline earth metal exclusion effect. High recovery rates (more than 60%) of nickel, lead and zinc were confirmed. In the range of acidity to neutrality (pH 4 to 7) of Examples 2 to 4 (CM degree of 1.2 to 2.0), arsenic, cadmium, copper, iron, lead and zinc together with alkaline earth metal exclusion effect High recovery rate (more than 50%) was confirmed. Furthermore, high recovery (about 50% or more) of arsenic, copper, iron and lead could be confirmed even in a wide range of strong acidity to alkalinity (pH 3 to 9) of Examples 1 to 4. From the results of FIGS. 8 to 18, the CM adsorption degree of 2.0 (Example 4) is not the upper limit of application, and the metal adsorption fiber of the present invention up to the CM conversion degree of about 2.5, its production method and metal adsorption method It is an applicable range.
In Examples 1 to 6 and Comparative Example 1, an aqueous solution of polyallylamine having an average molecular weight of 8,000 (PAN-08 manufactured by Nitto-Bo Medical) was used as a raw material, but an aqueous solution of polyallylamine having an average molecular weight of 15,000 (Nitto-Bo Medical) Since the same result was obtained even when using company make, PAA-15), the description is omitted.

[通液試験2の結果及び考察]
本発明の金属吸着繊維(実施例6)に、亜鉛を含有する軽油を通液し循環させた通液試験2の結果を表2に示す。被処理液体(8)から処理液体(9)の亜鉛濃度[mg/l]を減じ被処理液体(8)の亜鉛濃度[mg/l]で除した値の百分率[%]を除去率とした。本結果より、本発明の金属吸着繊維(実施例6)では、4循環以上すれば、90%の高除去率で亜鉛を吸着除去できることを確認できた。
[Result and Consideration of Liquid Flow Test 2]
Table 2 shows the results of flow-through test 2 in which light oil containing zinc was passed through and circulated through the metal-adsorbed fiber of the present invention (Example 6). The percentage [%] of the value obtained by subtracting the zinc concentration [mg / l] of the treated liquid (9) from the liquid to be treated (8) and dividing the zinc concentration [mg / l] of the liquid to be treated 8 . From this result, it was confirmed that zinc can be adsorbed and removed at a high removal rate of 90% in four or more cycles in the metal-adsorbed fiber of the present invention (Example 6).

Figure 2019063771
Figure 2019063771

[元素分析の結果及び考察]
元素分析の結果を表3に示す。実施例1〜5では、設定混率2.5重量%に対し、実際の混率が2.2〜2.5重量%であり、金属吸着高分子(20)がほぼ完全に繊維と結合していることを確認できた。これは、直鎖に第1級アミンを有するポリアリルアミンを原料とする本発明の金属吸着繊維では、金属吸着高分子(20)とセルロース(5)との結合性が高いことを示す。一方、設定混率を6.0重量%とした比較例2は、実際の混率が1.2重量%であった。前記表1の繊維の状態の結果だけでなく、比較例2は、元素分析からもテトラエチレンペンタミンを原料とする金属吸着高分子とセルロースとの結合性が弱いことが判明した。
[Results and Consideration of Elemental Analysis]
The results of elemental analysis are shown in Table 3. In Examples 1 to 5, the actual mixing rate is 2.2 to 2.5% by weight with respect to the setting mixing rate of 2.5% by weight, and the metal adsorbing polymer (20) is almost completely bonded to the fiber I was able to confirm that. This indicates that, in the metal-adsorbed fiber of the present invention, which uses as a raw material polyallylamine having a primary amine in a straight chain, the bonding between the metal-adsorbed polymer (20) and the cellulose (5) is high. On the other hand, in Comparative Example 2 in which the set mixing rate was 6.0% by weight, the actual mixing rate was 1.2% by weight. Not only the result of the state of the fiber in Table 1 but also Comparative Example 2 showed that the bondability between the metal adsorptive polymer made of tetraethylenepentamine as a raw material and the cellulose is weak from the elemental analysis.

Figure 2019063771
Figure 2019063771

本発明の金属吸着繊維、その製法及び金属吸着法は、重金属除去を目的とした排水処理だけでなく、レアメタル及び有価金属のリサイクル、飲料水製造、純水製造、地下汚染水浄化及びバイオ燃料浄化にも適用可能である。   The metal-adsorbed fiber of the present invention, the process for producing the same and the metal-adsorption method are not only waste water treatment for heavy metal removal but also recycling of rare metals and valuable metals, drinking water production, pure water production, underground contaminated water purification and biofuel purification Is also applicable.

5・・セルロース、 11・・金属捕捉部、 12・・反発部、 20・・金属吸着高分子、   5 · · Cellulose, 11 · · Metal capture portion, 12 · · Repellent portion, 20 · · Metal adsorption polymer,

Claims (10)

重金属を吸着する金属吸着高分子と、繊維を形成するセルロースとを備え、
金属吸着高分子の側鎖は、カルボキシメチル基を有しかつ重金属に配位結合する金属捕捉部と、アミンを有しかつ被処理液体中のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の吸着を阻止する反発部とを備え、
反発部のアミンの窒素原子とセルロースの水素原子との水素結合により、金属吸着高分子とセルロースとが結合されたことを特徴とする金属吸着繊維。
A metal-adsorbing polymer that adsorbs heavy metals, and cellulose that forms fibers;
The side chain of the metal-adsorbed polymer has a carboxymethyl group and has a metal capture portion coordinated to a heavy metal, an amine and a repulsion to prevent adsorption of alkali metal and alkaline earth metal in the liquid to be treated Equipped with
A metal-adsorbed fiber characterized in that a metal-adsorbed polymer and cellulose are bonded by a hydrogen bond between a nitrogen atom of an amine of a repelling portion and a hydrogen atom of cellulose.
反発部のアミンは、金属吸着高分子の側鎖に設けられた第1級アミンである請求項1に記載の金属吸着繊維。   The metal-adsorbed fiber according to claim 1, wherein the amine in the repelling part is a primary amine provided on the side chain of the metal-adsorbed polymer. 金属吸着高分子の側鎖は、金属捕捉部を有する第1の構成単位と、第1の構成単位と異なり反発部を有する第2の構成単位とを含む請求項1に記載の金属吸着繊維。   The metal adsorbing fiber according to claim 1, wherein the side chain of the metal adsorbing polymer comprises a first structural unit having a metal capture portion and a second structural unit having a repulsive portion unlike the first structural unit. 金属吸着高分子の側鎖は、窒素原子にカルボキシメチル基及び水素原子が結合された第2級アミンを有する第3の構成単位を含む請求項3に記載の金属吸着繊維。   The metal adsorbing fiber according to claim 3, wherein the side chain of the metal adsorbing polymer comprises a third constitutional unit having a secondary amine in which a carboxymethyl group and a hydrogen atom are bonded to a nitrogen atom. 金属吸着高分子の金属捕捉部は、第3級アミンを含み、
金属捕捉部の第3級アミンの窒素原子は、2個のカルボキシメチル基と結合する請求項1に記載の金属吸着繊維。
The metal capture portion of the metal adsorbing polymer contains a tertiary amine,
2. The metal-adsorbed fiber according to claim 1, wherein the nitrogen atom of the tertiary amine of the metal capture portion bonds to two carboxymethyl groups.
金属吸着高分子を形成する原料は、直鎖に窒素原子を含有しない炭素骨格を構成するポリアミン系高分子であり、
ポリアミン系高分子は、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン及びポリジアリルアミンから選択される1又は2以上である請求項1に記載の金属吸着繊維。
The raw material for forming the metal-adsorbed polymer is a polyamine-based polymer having a carbon skeleton containing no nitrogen atom in a straight chain,
The metal-adsorptive fiber according to claim 1, wherein the polyamine-based polymer is one or more selected from polyvinylamine, polyallylamine and polydiallylamine.
窒素原子を側鎖に含みかつ直鎖に含まないポリアミン系高分子をカルボキシメチル化して、重金属を吸着する金属吸着高分子を形成する工程と、
金属吸着高分子にビスコースを混合し、金属吸着高分子とセルロースとを結合した金属吸着繊維を形成する工程とを含み、
金属吸着高分子を形成する工程は、カルボキシメチル基を有しかつ重金属に配位結合する金属捕捉部と、第1級アミンを有しかつ被処理液体中のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の吸着を阻害する反発部とを金属吸着高分子の側鎖に形成する工程を含み、
金属吸着繊維を形成する工程は、反発部の第1級アミンの窒素原子とセルロースの水素原子とが水素結合して、金属吸着高分子とセルロースとが結合する工程を含むことを特徴とする金属吸着繊維の製法。
Carboxymethylating a polyamine-based polymer containing a nitrogen atom in a side chain and not in a linear chain to form a metal-adsorbing polymer that adsorbs heavy metals;
Mixing the metal-adsorbed polymer with viscose to form a metal-adsorbed fiber in which the metal-adsorbed polymer and the cellulose are combined;
The step of forming the metal-adsorbed polymer comprises: a metal trapping portion having a carboxymethyl group and having a coordination bond with a heavy metal, and a primary amine, and an adsorption of an alkali metal and an alkaline earth metal in the liquid to be treated Forming a repulsive portion that inhibits the formation of a repellent portion on the side chain of the metal adsorbing polymer,
The step of forming the metal-adsorbed fiber includes the step of hydrogen bonding the nitrogen atom of the primary amine in the repelling part with the hydrogen atom of the cellulose to bond the metal-adsorbed polymer and the cellulose. Production method of adsorption fiber.
金属吸着高分子を形成する工程は、ポリアミン系高分子中の窒素原子に対して、1〜2.5倍モルのハロゲン化酢酸を加えてカルボキシメチル化し、金属捕捉部及び反発部を混在して形成する工程を含む請求項7に記載の金属吸着繊維の製法。   In the step of forming the metal-adsorbed polymer, 1 to 2.5 moles of a halogenated acetic acid is added to the nitrogen atom in the polyamine-based polymer to be carboxymethylated, and a metal capture portion and a repulsion portion are mixed. The method for producing a metal-adsorbed fiber according to claim 7, comprising the step of forming. 請求項7の製法により製造された金属吸着繊維にpH4〜7の被処理液体を通液して、金属吸着高分子の金属捕捉部及び反発部に被処理液体を接触させる工程と、
金属吸着高分子の金属捕捉部により、被処理液体中のヒ素、カドミウム、銅、鉄、鉛及び亜鉛から選択された1又は2以上の重金属を吸着する過程と、
金属吸着高分子の反発部により、被処理液体中のアルカリ土類金属の吸着を阻止する過程とを含むことを特徴とする金属吸着法。
A step of passing a liquid to be treated having a pH of 4 to 7 into the metal-adsorbed fiber produced by the method of claim 7, and bringing the metal-trapping portion and the repelling portion of the metal-adsorbing polymer into contact with the liquid to be treated;
A process of adsorbing one or more heavy metals selected from arsenic, cadmium, copper, iron, lead and zinc in the liquid to be treated by the metal trapping portion of the metal adsorbing polymer;
And D. a step of preventing adsorption of the alkaline earth metal in the liquid to be treated by the repelling portion of the metal adsorbing polymer.
請求項7又は8の製法により製造された金属吸着繊維にpH6〜7の被処理液体を通液して、金属吸着高分子の金属捕捉部及び反発部に被処理液体を接触させる工程と、
金属吸着高分子の金属捕捉部により、被処理液体中のヒ素、カドミウム、銅、鉄、ニッケル、鉛及び亜鉛から選択された1又は2以上の重金属を吸着する過程と、
金属吸着高分子の反発部により、被処理液体中のアルカリ土類金属の吸着を阻止する過程とを含むことを特徴とする金属吸着法。
A step of passing a liquid to be treated having a pH of 6 to 7 into a metal-adsorbed fiber produced by the method according to claim 7 or 8, and bringing the liquid to be treated into contact with the metal capture portion and the repulsion portion of the metal-adsorbed polymer;
A process of adsorbing one or more heavy metals selected from arsenic, cadmium, copper, iron, nickel, lead and zinc in the liquid to be treated by the metal trapping portion of the metal adsorbing polymer;
And D. a step of preventing adsorption of the alkaline earth metal in the liquid to be treated by the repelling portion of the metal adsorbing polymer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011092864A (en) * 2009-10-30 2011-05-12 Nippon Filcon Co Ltd Method for manufacturing fibrous metal adsorbent
JP2014014782A (en) * 2012-07-10 2014-01-30 Nippon Filcon Co Ltd Adsorbing material, production method thereof, and adsorption method
JP2014151242A (en) * 2013-02-05 2014-08-25 Nippon Filcon Co Ltd Adsorbent and adsorption method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010253359A (en) * 2009-04-23 2010-11-11 Nippon Filcon Co Ltd Metal adsorbent containing chelating polymer compound
JP2011092864A (en) * 2009-10-30 2011-05-12 Nippon Filcon Co Ltd Method for manufacturing fibrous metal adsorbent
JP2014014782A (en) * 2012-07-10 2014-01-30 Nippon Filcon Co Ltd Adsorbing material, production method thereof, and adsorption method
JP2014151242A (en) * 2013-02-05 2014-08-25 Nippon Filcon Co Ltd Adsorbent and adsorption method

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