JP5918104B2 - カビ毒吸着剤 - Google Patents
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Description
特に最近では、ベントナイト等の粘土をカビ毒の吸着剤として家畜の飼料に配合して使用することが提案されている(特許文献1〜3参照)。ベントナイトは、日本国内でも産出する廉価な天然鉱石であることから、このような天然鉱石からなるカビ毒吸着剤は、工業的に極めて有用である。
僅かに、上記特許文献3中には、酸活性化モンロリロナイトがゼアラレノンに対する吸着性に関する実験結果が報告されているものの、アフラトキシンに対する吸着性に比べればかなり劣っている。
本発明の他の目的は、酸処理などの排液処理を伴う薬剤処理が不要な、廉価な天然ベントナイトから得られるカビ毒吸着剤を提供することにある。
(1)Ca型ベントナイトの焼成物であること、
(2)メチレンブルー吸着量が10〜45mmol/100gの範囲にあること、
(3)X線回折測定では、面間隔0.148〜0.153nmに観測されるモンモリロナイトの(06)面に由来するX線回折ピークの相対面積強度比が40%以上であること、
(4)比表面積が80〜200m2/gであること、
(5)強熱減量が2〜10質量%の範囲にあること、
が好適である。
ベントナイトとは、モンモリロナイト系粘土に属し、ジオクタヘドラル型スメクタイトの一種であるモンモリロナイトを主成分とする粘土である。モンモリロナイトに次いでオパールを多く含有するものは、特に酸性白土と呼ばれることもある。
かかるモンモリロナイトは、SiO4四面体層−AlO6八面体層−SiO4四面体層からなる層状構造を有し、これらの八面体層のAlの一部がMgやFe(II)に、四面体層のSiの一部がAlにと、より低原子価の異種金属元素で同形置換された基本骨格を有しており、結晶格子はその同形置換部分に陰電荷を生じるが、これらの積層層間にはそれにつり合う量のカチオンと水が存在し、電荷的には中和されている。すなわち、基本骨格と積層層間から成るモンモリロナイト基本構造はこのような同形置換元素や層間イオンの種類や量に応じたカチオン交換能を示す。このようなモンモリロナイト基本構造において、Si−O−Si結合の連なる層面の有機親和性と、同形置換部位の極性に由来して親水性を示すという特性を有している。なお、モンモリロナイトにおけるSi−O伸縮振動は1020〜1040cm−1の範囲にあり、オパールのそれは1100cm−1付近にある。
この内でNa型ベントナイトは結晶子が大きく、焼成を行っただけでは比表面積の大きな粒子が得られないため、カビ毒に対しての吸着性はCa型ベントナイトに及ばない(実験例H−2参照)。また、予め酸処理を行って比表面積を増大させた後で焼成を行うという二段階の工程を経れば、カビ毒に対して良好な吸着性を示し得ると考えられるが、その場合でもコストの増大は免れない。一方、Ca型ベントナイトは、結晶子が小さく、大きな比表面積の粒子が得られるため、例えば焼成、又は酸処理の一段階の処理のみで、カビ毒に対して吸着性の高い粒子からなる吸着剤を得ることができる。従って、本発明においてはCa型ベントナイトを原料として用いる。
SiO2: 50〜75質量% (Na型:61.7)
Al2O3: 12〜25質量% (Na型:22.2)
MgO: 1〜8質量% (Na型:3.3 )
Fe2O3: 0.5〜10質量% (Na型:2.2 )
CaO: 0〜5質量% (Na型:0.6 )
Na2O: 0〜3質量% (Na型:3.6 )
K2O: 0〜1.5質量% (Na型:0.1 )
その他の金属酸化物:2.5質量%以下 (Na型:0.3 )
強熱減量: 5〜15質量% (Na型:6.3 )
また、Ca型ベントナイトの膨潤力はNa型ベントナイトのそれより低い。例えば、実験例H−1の膨潤力は60mL/2gであるのに対して、実験例1−1の膨潤力は6mL/2gである。
本発明のカビ毒吸着剤は、所定の物性を満足するCa型ベントナイトである必要がある。このようなカビ毒吸着剤を得るには、原料ベントナイトが該物性を満足しない場合は、適当な処理を行う必要がある。この方法は特に限定されるものではないが、例として原料ベントナイトを焼成する方法、酸処理に付す方法或いはイオン交換による方法が挙げられる。このうち、排液処理が不要で経済性に優れる観点から、焼成による方法が好適である。
原料ベントナイトを、粗粉砕し、水簸や風簸に供して夾雑物を除去した後、焼成を行い、これにより、本発明のカビ毒吸着剤となるベントナイト焼成物を得ることができる。
本発明のカビ毒吸着剤がゼアラレノンに対して高い吸着性を発揮する原理は、明確には解明されていないが、以下ではベントナイトの焼成処理による変質という観点から、本発明者の推測するところを説明する。しかしながら、この推測が本発明を何ら制限するものではない。
モンモリロナイトの(001)面に由来する回折ピークは、観察されないことがある。これは、焼成により、積層層間が収縮してしまうためである。
このメチレンブルー吸着量が上記範囲よりも多いときは、焼成が不十分であり、以下に述べる強熱減量も大きな値となり、SiOH量を多く含む結果、AfB1に対する吸着性は満足し得るとしても、疎水性のZENに対する吸着性が不満足となってしまう。また、メチレンブルー吸着量が上記範囲よりも少ないときは、焼成が過度に行われ、焼結もしくはそれに近い状態となり、モンモリロナイト基本構造が殆ど消失し、比表面積も大きく低下し、AfB1及びZENの何れに対する吸着性も不満足となってしまう。
即ち、この強熱減量が上記範囲よりも大きいときには、焼成が不十分であり、メチレンブルー吸着量が過度に多い場合と同様、SiOH量を多く含む結果、AfB1に対する吸着性は良好であるが、ZENに対する吸着性が不満足となってしまう。また、強熱減量が上記範囲よりも小さいときは、焼成が過度に行われているため、メチレンブルー吸着量が少ない場合と同様、モンモリロナイト基本構造の消失及び比表面積の大きな低下を生じ、AfB1及びZENの何れに対する吸着性も不満足となる。
尚、実験例における各種試験は下記の方法で行った。
試料はKBr粉末で錠剤に成形し、試料を含まないKBrを比較とし、日本分光(株)製FT/IR−6100を用いて測定した。分解能は4.0cm−1でアパーチャーはAutoであった。実験例の表中ではIRとして示した。解析対象範囲は、1000〜1100cm−1である。
Beckman Coulter社製LS 13 320を使用し、溶媒として濃度100%のエタノールおよびイオン交換水を用いてレーザ回折散乱法で体積基準での中位径(D50)を測定した。実験例の表中では、それぞれD50(E)、D50(W)、および次式:(D50(W)/D50(E))×100により算出した中位径比(%)を示した。
日本ベントナイト工業会標準試験方法JBAS−107−77に準拠し、0.5N硫酸を無添加で測定後、水分を補正してメチレンブルー吸着量(mmol/100g)を算出した。実験例の表中ではMB吸着量として示した。
試料1gに10vol%エチレングリコール/エタノール溶液を加え、50℃で一晩乾燥させた。乾燥した試料を乳鉢で粉砕してエチレングリコール処理した試料を得た。試料に含まれるモンモリロナイトの(06)面の含有量は、X線回折によるマトリックスフラッシング法により、flushing剤としてα―Al2O3を用い被検試料に対して一定量の割合で添加し不定配向法(”Standard X−ray diffraction powder patterns”, NBS Monograph, 25(1971))で試料をセルに充填し下記の条件で測定した。
X線回折装置:(株)リガク製RINT−UltimaIV
測定条件:X線=Cu−Kα線、
走査範囲:回折角(2θ)=42.0〜44.5および60.5〜63.0°
標準物質として、エチレングリコール処理したクニピアFを用い、X線回折図のピーク面積を100%として各試料のそれの相対面積強度比(%)で示した。また、実験例の表中では(06)として示した。
Micromeritics社製Tri Star 3000を用いて測定を行った。比表面積は比圧が0.05から0.25の吸着枝側窒素吸着等温線からBET法で解析した。
試料を磁製るつぼに入れ質量(a)を測定した後、1000℃で1時間焼成後デシケータ中で放冷して質量(b)を測定した。別に、試料を秤量びんに入れ質量(c)を測定した後、110℃で2時間乾燥後デシケータ中で放冷し質量(d)を測定した。
次式により110℃乾燥基準の強熱減量(質量%)を算出した。
強熱減量(質量%)=(ad−bc)/(ad)×100
式中、
aは、焼成前の試料の質量(g)
bは、焼成後の試料の質量(g)
cは、乾燥前の試料の質量(g)
dは、乾燥後の試料の質量(g)
なお、a〜dは、るつぼ、秤量びん等の風袋の質量を除いた、試料のみの質量を意味する。
1ppmZEN水溶液5mLに吸着剤25mgを入れ1時間振とう後、遠心分離し上澄液を(株)島津製作所製HPLC Prominenceと蛍光検出器RF−20Aを使用し残留濃度を測定した。吸着率は100×(初濃度−残留濃度)/初濃度より算出した。
5ppmAfB1水溶液10mLに吸着剤25mgを入れ、25℃2時間振とう後、ろ紙およびPTFE製0.20μmメンブレンフィルターでろ過し、得られた液を日本分光(株)製紫外可視分光光度計JASCO V−570を使用し残留濃度を測定した。吸着率は100×(初濃度−残留濃度)/初濃度より算出した。
日本ベントナイト工業会標準試験方法JBAS−104−77に準拠して測定した。
JIS K 5101−17−1:2004に準拠して調製した5質量%水性懸濁液の
pH値を測定した。
二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3) 、酸化ナトリウム(Na2O)の分析はJIS M 8853:1998に準拠して測定した。また、Fe2O3、CaO、MgO、K2Oは原子吸光法を用いた。なお、測定試料は110℃乾燥物を基準とした。
山形県鶴岡市産の酸性白土(1−1)は、pHが6.0であった。この物を用い、種々の温度で2時間焼成した。物性測定を行い、結果を表1に示す。
山形県鶴岡市の別の地区に産する酸性白土(2−1)を用い、種々の温度で2時間焼成した。物性測定を行い、結果を表2に示す。
山形県鶴岡市のさらに別の地区に産する酸性白土(3−1)は、比表面積が133m2/gでpHが5.9であった。この物を用い、500℃で2時間焼成(3−2)した。物性測定を行い、結果を表3に示す。
新潟県新発田市に産する酸性白土(4−1)を用い、400℃で2時間焼成(4−2)した。物性測定を行い、結果を表3に示す。
実験例2で用いた酸性白土を酸処理して、比表面積が318m2/gでpHが3.6の酸活性化モンモリロナイト(5−1)とし、500℃で2時間焼成(5−2)した。物性測定を行い、結果を表3に示す。
Na型ベントナイトであるクニミネ工業(株)製クニピアF(H−1)は、比表面積が5m2/gで膨潤力が60mL/2gでpHが10.0であった。この物を500℃で2時間焼成(H−2)した。この焼成物について物性測定および性能評価を行い、結果を表3に示す。
Claims (7)
- 赤外分光光度測定でSi−O伸縮振動が1041〜1090cm−1の範囲にあり、レーザ回折散乱法で測定される体積基準での中位径において水を溶媒とした場合の値(D50(W))とエタノールを溶媒とした場合の値(D50(E))の比(D50(W)/D50(E))が60〜110%の範囲にあるCa型ベントナイトからなるカビ毒吸着剤。
- 前記Ca型ベントナイトが焼成物である請求項1記載のカビ毒吸着剤。
- メチレンブルー吸着量が10〜45mmol/100gの範囲にある請求項1又は2に記載のカビ毒吸着剤。
- X線回折測定において、面間隔0.148〜0.153nmに観測されるモンモリロナイトの(06)面に由来するX線回折ピークの相対面積強度比が40%以上である請求項1〜3の何れかに記載のカビ毒吸着剤。
- 比表面積が80〜200m2/gの範囲にある請求項1〜4の何れかに記載のカビ毒吸着剤。
- 強熱減量が2〜10質量%の範囲にある請求項1〜5の何れかに記載のカビ毒吸着剤。
- 請求項1〜6の何れかに記載のカビ毒吸着剤からなる飼料配合物。
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