ホウ素吸着剤及びその製造方法
【課題】吸着性能が高く安価に製造できる、新規のホウ素吸着剤及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ケイ酸塩、アルミニウム塩、マグネシウム塩を溶解させた水溶液と活性炭とを混合して混合溶液を調製する混合工程と、この混合工程で調製された混合溶液のｐＨを調整するｐＨ調整工程と、このｐＨ調製工程でｐＨが調整された混合溶液から固形分を分離する分離工程と、この分離工程で分離された固形分を乾燥させる乾燥工程とを備えた。好ましくは、前記ｐＨ調整工程において、混合溶液のｐＨを１０〜１１に調整する。
【解決手段】ケイ酸塩、アルミニウム塩、マグネシウム塩を溶解させた水溶液と活性炭とを混合して混合溶液を調製する混合工程と、この混合工程で調製された混合溶液のｐＨを調整するｐＨ調整工程と、このｐＨ調製工程でｐＨが調整された混合溶液から固形分を分離する分離工程と、この分離工程で分離された固形分を乾燥させる乾燥工程とを備えた。好ましくは、前記ｐＨ調整工程において、混合溶液のｐＨを１０〜１１に調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホウ素吸着剤及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のホウ素吸着剤としては、スチレン−ジビニルベンゼンからなる架橋型共重合体にＮ−メチル−Ｄ−グルカミノ基を導入したグルカミン型樹脂や、水酸化セリウムを主原料とするものが知られている。
【０００３】
しかし、グルカミン型樹脂は、疎水性である上に吸着速度が遅く、実用的なホウ素吸着性能を有するものではなかった。一方、水酸化セリウムは吸着容量が大きいものの、セリウムが希土類であるため、製造コストが高く、安定供給が困難であるという問題があった。このため、いずれも普及するには至らなかった。
【０００４】
このほか、活性炭へ陰イオン吸着剤を担持させた陰イオン吸着剤（特許文献１、２）などが開示されているが、ホウ素イオンの吸着性能を向上させたものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９１２７６号公報
【特許文献２】特開平７−７４３号公報
【特許文献３】特開２００８−２９９８５号公報
【特許文献４】特開２００９−１７８６８２号公報
【特許文献５】特開２００９−１７３５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、吸着性能が高く安価に製造できる、新規のホウ素吸着剤及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記発明を解決するために、ハイドロタルサイトに着目した。ハイドロタルサイト微粒子は、イオン交換反応により、無機アニオン及び有機アニオンを素早く吸着することが知られている。しかし、ハイドロタルサイトのイオン交換容量は、水酸化セリウムを主原料としたホウ素吸着剤には及ばないという問題があった。そこで、鋭意検討した結果、活性炭の微細孔内にＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇからなるハイドロタルサイト様物質を担持させることにより、ホウ素イオンの吸着性能が飛躍的に向上した吸着剤が得られることを見出し、本発明に想到した。
【０００８】
すなわち、本発明の請求項１記載のホウ素吸着剤の製造方法は、ケイ酸塩、アルミニウム塩、マグネシウム塩を溶解させた水溶液と活性炭とを混合して混合溶液を調製する混合工程と、この混合工程で調製された混合溶液のｐＨを調整するｐＨ調整工程と、このｐＨ調製工程でｐＨが調整された混合溶液から固形分を分離する分離工程と、この分離工程で分離された固形分を乾燥させる乾燥工程とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項２記載のホウ素吸着剤の製造方法は、請求項１において、前記ｐＨ調整工程において、混合溶液のｐＨを１０〜１１に調整することを特徴とする。
【００１０】
本発明のホウ素吸着剤は、請求項１又は２記載のホウ素吸着剤の製造方法により製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のホウ素吸着剤及びその製造方法によれば、ホウ素イオンの吸着容量の大きいホウ素吸着剤を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１で得られたホウ素吸着剤のＳＥＭ写真である。
【図２】活性炭のＳＥＭ写真である。
【図３】実施例２のホウ素吸着実験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のホウ素吸着剤の製造方法は、ケイ酸塩、アルミニウム塩、マグネシウム塩を溶解させた水溶液と活性炭とを混合して混合溶液を調製する混合工程と、この混合工程で調製された混合溶液のｐＨを調整するｐＨ調整工程と、このｐＨ調製工程でｐＨが調整された混合溶液から固形分を分離する分離工程と、この分離工程で分離された固形分を乾燥させる乾燥工程とを備えたものである。
【００１４】
はじめに、混合工程において、ケイ酸塩、アルミニウム塩、マグネシウム塩を溶解させた水溶液と活性炭とを混合して混合溶液を調製する。ここで、ケイ酸塩としては、ケイ酸ナトリウムなどを用いることができ、ケイ酸ナトリウムとしては、水ガラスなどを用いることができる。また、アルミニウム塩としては塩化アルミニウムなど、マグネシウム塩としては塩化マグネシウムなどを用いることができる。
【００１５】
つぎに、ｐＨ調整工程において、混合工程で調製された混合溶液のｐＨを調整する。ｐＨの調整は、アルカリ性水溶液を添加することにより行なわれ、アルカリ性水溶液としては、水酸化ナトリウム水溶液などを用いることができる。アルカリ性水溶液を添加していくと、混合溶液のｐＨが１０〜１１の範囲内で安定するので、そこで添加を終了する。また、アルカリ性水溶液を添加すると、混合溶液に沈殿物による懸濁が生じる。その後、好ましくは、４０〜６０℃において１０〜２０時間の熟成を行なう。
【００１６】
そして、分離工程において、ｐＨ調製工程でｐＨが調整された混合溶液から固形分、すなわち、活性炭と、ｐＨ調整工程において生じた沈殿物を分離する。なお、活性炭は濾過分離後に水で洗浄し、沈殿物は遠心分離後に水で洗浄する。沈殿物の洗浄は、上澄みを除いた後に水を加えて攪拌し、遠心分離を行うことにより行うことができる。沈殿物の洗浄は複数回行うのが好ましい。
【００１７】
最後に、乾燥工程において、分離工程で分離された固形分を乾燥させる。乾燥時の温度は、好ましくは４０〜６０℃とする。
【００１８】
以上の工程により、本発明のホウ素吸着剤が得られる。
【００１９】
本発明のホウ素吸着剤は、活性炭の孔内に、アルミニウム、マグネシウム、ケイ素を構成元素として含むハイドロタルサイト様物質が担持された構造を有し、ホウ素イオンの吸着容量が極めて大きい。本発明のホウ素吸着剤は、ハイドロタルサイト様物質にケイ素を含んでいることにより、ハイドロタルサイト様物質のアモルファス化が促進され、その結果、イオン移動度が増加してホウ素の吸着効果が向上しているものと考えられ、さらに、このハイドロタルサイト様物質が活性炭に担持されることにより、吸着効果がさらに向上している。
【００２０】
また、本発明のホウ素吸着剤は、安価な材料を用いて、安価に製造することができる。また、有害な材料を用いていないので人体に対する安全性が高い。さらに、本発明のホウ素吸着剤は、熱処理によりイオンの脱着を行うだけで再生可能である。
【００２１】
なお、本発明のホウ素吸着剤において、活性炭に担持されるハイドロタルサイト様物質は、Ｓｉ２ｘＭｇ１−ｘＡｌｘ（ＯＨ）２・（Ａｎ−）ｘ−ｎｙ・（Ｂｚ−）ｙ・ｍＨ２Ｏの組成式を有する。ここで、式中ｘは０．１＜ｘ＜０．４の正数であり、Ａｎ−、Ｂｚ−はそれぞれ異なった価数の陰イオンであり、ｙは正数であり、ｍは０．１＜ｍ＜１の正数である。
【００２２】
以下、本発明のホウ素吸着剤とその製造方法について、具体的な実施例に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
【実施例１】
【００２３】
［ホウ素吸着剤の調製］
蒸留水 １００ｍＬに３号水ガラス ３．４２ｇを溶解させ、活性炭 ５．０ｇを加えて３０分間攪拌した。つぎに、ＡｌＣｌ３（無水物） １．３３３ｇとＭｇＣｌ２ ６．６６４ｇを加えて溶解させ、２時間攪拌した。そして、５．０ＭのＮａＯＨ溶液を加えると懸濁を生じた。ｐＨメーターでｐＨを確認しながらＮａＯＨ溶液の添加を続け、ｐＨが１０．５で安定するようになったところで添加を終了した。さらに、マグネチックスターラーで３０分間攪拌を続け、攪拌を終えた後、５０℃の恒温槽に入れて１５時間の熟成を行った。
【００２４】
その後、蒸留水で固形分の洗浄を４回繰り返した。なお、洗浄は、上澄みを除いた後、蒸留水を加えて攪拌し、遠心分離を行うことにより行った。洗浄後、固形分を５０℃で２４時間乾燥させた。乾燥した固形分を乳鉢・乳棒により粉砕し、ホウ素吸着剤を得た。
【００２５】
得られたホウ素吸着剤のＳＥＭ写真を図１に示す。また、比較のために活性炭のＳＥＭ写真を図２に示す。得られたホウ素吸着剤では、活性炭の孔内にハイドロタルサイト様物質が詰まっていることが確認された。
【実施例２】
【００２６】
［ホウ素吸着実験］
実施例１で調製したホウ素吸着剤 １ｇを５０ｐｐｍ−Ｂのホウ素溶液 ２５ｍＬに添加し、２４時間攪拌した。その後、溶液を５種Ｃ濾紙によって濾過し、濾液のホウ素イオン濃度をアゾメチンＨ法によって測定した。処理後の残存ホウ素イオン濃度とホウ素吸着剤の添加量から、吸着剤単位量あたりの吸着容量を求めた。
【００２７】
また、比較例として、実施例１のホウ素吸着剤と組成が同じになるように活性炭とハイドロタルサイト様物質を単に混合したもの、市販品の水酸化セリウムを用いて、上記と同様に吸着容量を求めた。
【００２８】
その結果を表１及び図３に示す。実施例１のホウ素吸着剤は、活性炭とハイドロタルサイト様物質を単に混合したものよりも吸着容量が大きく、市販の水酸化セリウムと同等以上のホウ素吸着性能を有することが確認された。
【００２９】
【表１】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホウ素吸着剤及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のホウ素吸着剤としては、スチレン−ジビニルベンゼンからなる架橋型共重合体にＮ−メチル−Ｄ−グルカミノ基を導入したグルカミン型樹脂や、水酸化セリウムを主原料とするものが知られている。
【０００３】
しかし、グルカミン型樹脂は、疎水性である上に吸着速度が遅く、実用的なホウ素吸着性能を有するものではなかった。一方、水酸化セリウムは吸着容量が大きいものの、セリウムが希土類であるため、製造コストが高く、安定供給が困難であるという問題があった。このため、いずれも普及するには至らなかった。
【０００４】
このほか、活性炭へ陰イオン吸着剤を担持させた陰イオン吸着剤（特許文献１、２）などが開示されているが、ホウ素イオンの吸着性能を向上させたものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９１２７６号公報
【特許文献２】特開平７−７４３号公報
【特許文献３】特開２００８−２９９８５号公報
【特許文献４】特開２００９−１７８６８２号公報
【特許文献５】特開２００９−１７３５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、吸着性能が高く安価に製造できる、新規のホウ素吸着剤及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記発明を解決するために、ハイドロタルサイトに着目した。ハイドロタルサイト微粒子は、イオン交換反応により、無機アニオン及び有機アニオンを素早く吸着することが知られている。しかし、ハイドロタルサイトのイオン交換容量は、水酸化セリウムを主原料としたホウ素吸着剤には及ばないという問題があった。そこで、鋭意検討した結果、活性炭の微細孔内にＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇからなるハイドロタルサイト様物質を担持させることにより、ホウ素イオンの吸着性能が飛躍的に向上した吸着剤が得られることを見出し、本発明に想到した。
【０００８】
すなわち、本発明の請求項１記載のホウ素吸着剤の製造方法は、ケイ酸塩、アルミニウム塩、マグネシウム塩を溶解させた水溶液と活性炭とを混合して混合溶液を調製する混合工程と、この混合工程で調製された混合溶液のｐＨを調整するｐＨ調整工程と、このｐＨ調製工程でｐＨが調整された混合溶液から固形分を分離する分離工程と、この分離工程で分離された固形分を乾燥させる乾燥工程とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項２記載のホウ素吸着剤の製造方法は、請求項１において、前記ｐＨ調整工程において、混合溶液のｐＨを１０〜１１に調整することを特徴とする。
【００１０】
本発明のホウ素吸着剤は、請求項１又は２記載のホウ素吸着剤の製造方法により製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のホウ素吸着剤及びその製造方法によれば、ホウ素イオンの吸着容量の大きいホウ素吸着剤を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１で得られたホウ素吸着剤のＳＥＭ写真である。
【図２】活性炭のＳＥＭ写真である。
【図３】実施例２のホウ素吸着実験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のホウ素吸着剤の製造方法は、ケイ酸塩、アルミニウム塩、マグネシウム塩を溶解させた水溶液と活性炭とを混合して混合溶液を調製する混合工程と、この混合工程で調製された混合溶液のｐＨを調整するｐＨ調整工程と、このｐＨ調製工程でｐＨが調整された混合溶液から固形分を分離する分離工程と、この分離工程で分離された固形分を乾燥させる乾燥工程とを備えたものである。
【００１４】
はじめに、混合工程において、ケイ酸塩、アルミニウム塩、マグネシウム塩を溶解させた水溶液と活性炭とを混合して混合溶液を調製する。ここで、ケイ酸塩としては、ケイ酸ナトリウムなどを用いることができ、ケイ酸ナトリウムとしては、水ガラスなどを用いることができる。また、アルミニウム塩としては塩化アルミニウムなど、マグネシウム塩としては塩化マグネシウムなどを用いることができる。
【００１５】
つぎに、ｐＨ調整工程において、混合工程で調製された混合溶液のｐＨを調整する。ｐＨの調整は、アルカリ性水溶液を添加することにより行なわれ、アルカリ性水溶液としては、水酸化ナトリウム水溶液などを用いることができる。アルカリ性水溶液を添加していくと、混合溶液のｐＨが１０〜１１の範囲内で安定するので、そこで添加を終了する。また、アルカリ性水溶液を添加すると、混合溶液に沈殿物による懸濁が生じる。その後、好ましくは、４０〜６０℃において１０〜２０時間の熟成を行なう。
【００１６】
そして、分離工程において、ｐＨ調製工程でｐＨが調整された混合溶液から固形分、すなわち、活性炭と、ｐＨ調整工程において生じた沈殿物を分離する。なお、活性炭は濾過分離後に水で洗浄し、沈殿物は遠心分離後に水で洗浄する。沈殿物の洗浄は、上澄みを除いた後に水を加えて攪拌し、遠心分離を行うことにより行うことができる。沈殿物の洗浄は複数回行うのが好ましい。
【００１７】
最後に、乾燥工程において、分離工程で分離された固形分を乾燥させる。乾燥時の温度は、好ましくは４０〜６０℃とする。
【００１８】
以上の工程により、本発明のホウ素吸着剤が得られる。
【００１９】
本発明のホウ素吸着剤は、活性炭の孔内に、アルミニウム、マグネシウム、ケイ素を構成元素として含むハイドロタルサイト様物質が担持された構造を有し、ホウ素イオンの吸着容量が極めて大きい。本発明のホウ素吸着剤は、ハイドロタルサイト様物質にケイ素を含んでいることにより、ハイドロタルサイト様物質のアモルファス化が促進され、その結果、イオン移動度が増加してホウ素の吸着効果が向上しているものと考えられ、さらに、このハイドロタルサイト様物質が活性炭に担持されることにより、吸着効果がさらに向上している。
【００２０】
また、本発明のホウ素吸着剤は、安価な材料を用いて、安価に製造することができる。また、有害な材料を用いていないので人体に対する安全性が高い。さらに、本発明のホウ素吸着剤は、熱処理によりイオンの脱着を行うだけで再生可能である。
【００２１】
なお、本発明のホウ素吸着剤において、活性炭に担持されるハイドロタルサイト様物質は、Ｓｉ２ｘＭｇ１−ｘＡｌｘ（ＯＨ）２・（Ａｎ−）ｘ−ｎｙ・（Ｂｚ−）ｙ・ｍＨ２Ｏの組成式を有する。ここで、式中ｘは０．１＜ｘ＜０．４の正数であり、Ａｎ−、Ｂｚ−はそれぞれ異なった価数の陰イオンであり、ｙは正数であり、ｍは０．１＜ｍ＜１の正数である。
【００２２】
以下、本発明のホウ素吸着剤とその製造方法について、具体的な実施例に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
【実施例１】
【００２３】
［ホウ素吸着剤の調製］
蒸留水 １００ｍＬに３号水ガラス ３．４２ｇを溶解させ、活性炭 ５．０ｇを加えて３０分間攪拌した。つぎに、ＡｌＣｌ３（無水物） １．３３３ｇとＭｇＣｌ２ ６．６６４ｇを加えて溶解させ、２時間攪拌した。そして、５．０ＭのＮａＯＨ溶液を加えると懸濁を生じた。ｐＨメーターでｐＨを確認しながらＮａＯＨ溶液の添加を続け、ｐＨが１０．５で安定するようになったところで添加を終了した。さらに、マグネチックスターラーで３０分間攪拌を続け、攪拌を終えた後、５０℃の恒温槽に入れて１５時間の熟成を行った。
【００２４】
その後、蒸留水で固形分の洗浄を４回繰り返した。なお、洗浄は、上澄みを除いた後、蒸留水を加えて攪拌し、遠心分離を行うことにより行った。洗浄後、固形分を５０℃で２４時間乾燥させた。乾燥した固形分を乳鉢・乳棒により粉砕し、ホウ素吸着剤を得た。
【００２５】
得られたホウ素吸着剤のＳＥＭ写真を図１に示す。また、比較のために活性炭のＳＥＭ写真を図２に示す。得られたホウ素吸着剤では、活性炭の孔内にハイドロタルサイト様物質が詰まっていることが確認された。
【実施例２】
【００２６】
［ホウ素吸着実験］
実施例１で調製したホウ素吸着剤 １ｇを５０ｐｐｍ−Ｂのホウ素溶液 ２５ｍＬに添加し、２４時間攪拌した。その後、溶液を５種Ｃ濾紙によって濾過し、濾液のホウ素イオン濃度をアゾメチンＨ法によって測定した。処理後の残存ホウ素イオン濃度とホウ素吸着剤の添加量から、吸着剤単位量あたりの吸着容量を求めた。
【００２７】
また、比較例として、実施例１のホウ素吸着剤と組成が同じになるように活性炭とハイドロタルサイト様物質を単に混合したもの、市販品の水酸化セリウムを用いて、上記と同様に吸着容量を求めた。
【００２８】
その結果を表１及び図３に示す。実施例１のホウ素吸着剤は、活性炭とハイドロタルサイト様物質を単に混合したものよりも吸着容量が大きく、市販の水酸化セリウムと同等以上のホウ素吸着性能を有することが確認された。
【００２９】
【表１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ酸塩、アルミニウム塩、マグネシウム塩を溶解させた水溶液と活性炭とを混合して混合溶液を調製する混合工程と、この混合工程で調製された混合溶液のｐＨを調整するｐＨ調整工程と、このｐＨ調製工程でｐＨが調整された混合溶液から固形分を分離する分離工程と、この分離工程で分離された固形分を乾燥させる乾燥工程とを備えたことを特徴とするホウ素吸着剤の製造方法。
【請求項２】
前記ｐＨ調整工程において、混合溶液のｐＨを１０〜１１に調整することを特徴とする請求項１記載のホウ素吸着剤の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のホウ素吸着剤の製造方法により製造されたことを特徴とするホウ素吸着剤。
【請求項１】
ケイ酸塩、アルミニウム塩、マグネシウム塩を溶解させた水溶液と活性炭とを混合して混合溶液を調製する混合工程と、この混合工程で調製された混合溶液のｐＨを調整するｐＨ調整工程と、このｐＨ調製工程でｐＨが調整された混合溶液から固形分を分離する分離工程と、この分離工程で分離された固形分を乾燥させる乾燥工程とを備えたことを特徴とするホウ素吸着剤の製造方法。
【請求項２】
前記ｐＨ調整工程において、混合溶液のｐＨを１０〜１１に調整することを特徴とする請求項１記載のホウ素吸着剤の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のホウ素吸着剤の製造方法により製造されたことを特徴とするホウ素吸着剤。
【図３】
【図１】
【図２】
【図１】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−６２４（Ｐ２０１３−６２４Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１７７７（Ｐ２０１１−１３１７７７）
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（５０３１６２２６５）株式会社カサイ (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（５０３１６２２６５）株式会社カサイ (3)
【Ｆターム（参考）】
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