JP6827626B1 - 重金属を除去するための吸着剤及びその応用 - Google Patents
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Abstract
Description
前記吸着剤中のジチオカルボキシル化ポリアクリルアミドと酵母菌界面活性剤とクエン酸鉄の質量比は、乾燥物質で100:1.5〜2.0:5〜10である。
撹拌下、ホルムアルデヒド溶液をポリアクリルアミド溶液に加え、NaOH溶液でpHを10以上に調整し、48〜55°Cで2h反応させてメチロール化ポリアクリルアミドを得るステップ1と、
前記メチロール化ポリアクリルアミド溶液の濃度を0.55〜0.6wt%に調整し、NaOH溶液を加え、8〜10min予備反応させ、二硫化炭素を加えて二段式反応させるステップ2と、を含む。
本発明の好ましい実施形態において、前記微量元素溶液は、ホウ酸亜鉛20.0g/L、塩化マンガン10.0g/L、硫酸銅25.0g/L、モリブデン酸アンモニウム7.5g/L、硝酸コバルト0.1g/L、残りは蒸留水であり、0.22μmのろ過膜でろ過除菌されたものである。
本実施形態は、重金属を除去する吸着剤を提供するものであり、ジチオカルボキシル化ポリアクリルアミドと、酵母菌界面活性剤と、クエン酸鉄とを含み、乾燥物として計算すると、前記ジチオカルボキシル化ポリアクリルアミド、前記酵母菌界面活性剤と前記クエン酸鉄の質量比は、100:2:5である。
前記クエン酸鉄混合溶液において、前記クエン酸鉄の濃度は0.06mol/Lであり、
乾燥物で、前記ジチオカルボキシル化ポリアクリルアミド、前記酵母菌界面活性剤と前記クエン酸鉄の質量比が100:2:5であり、
前記室温撹拌の速度が60r/minであり、
前記緩速撹拌の速度は40r/minであり、
前記エージングとは、58℃の温度で36hエージングすることをいい、
前記後続処理は、エージングが完了した後に濾過し、洗浄し、乾燥させて吸着剤を得ることである。
撹拌下、ホルムアルデヒド溶液をポリアクリルアミド溶液に加え、NaOH溶液でpHを10に調整し、50℃で2h反応させてメチロール化ポリアクリルアミドを得るステップ1と、
前記メチロール化ポリアクリルアミド溶液の濃度を0.58wt%に調整し、NaOH溶液を加え、10min予備反応させ、二硫化炭素を加えて二段式反応させるステップ2と、を含む。
前記ステップ1において、前記ポリアクリルアミドの構成単位と前記ホルムアルデヒドとの物質の量比を1:1.2とし、
前記ステップ2における予備反応は、25℃、60r/minの条件下で反応し、
前記ステップ2において、前記メチロール化ポリアクリルアミドと、前記二硫化炭素と、前記水酸化ナトリウムとの質量比を1:1.5:2とし、
前記ステップ2における二段式反応において、初段反応温度は25℃、時間は45minであり、次段反応温度は45℃、時間は80minである。
硫酸アンモニウム10.0g/L、塩化カリウム1.4g/L、塩化ナトリウム2.0g/L、リン酸二水素カリウム4.8g/L、硫酸第一鉄0.06g/L、硫酸マグネシウム2.8g/L、酵母エキス1.0g/L、n−ヘキサデカン16.5mL/L、エタノール0.28g/L、グランガム0.28mg/L、微量元素液8.0mL/L、残りは蒸留水で発酵培地を調製し、初期pH7.4、高圧蒸気滅菌を行うステップ1と
クリーンベンチ内で対数期中後期に培養した酵母菌菌液を3.5%で接種して発酵培養し、培養液pHを8.2に調整し、高速遠心して菌体を除去し、酸沈殿法により粗抽出し、クロロホルムメタノールで抽出精製し、真空凍結乾燥するステップ2と、を含む。
前記高圧蒸気滅菌の条件は、1.2bar、121℃、20minであり、
前記微量元素溶液は、ホウ酸亜鉛20.0g/L、塩化マンガン10.0g/L、硫酸銅25.0g/L、モリブデン酸アンモニウム7.5g/L、硝酸コバルト0.1g/L、残りは蒸留水であり、0.22μmの濾過膜で濾過して除菌され、
前記酵母菌は、海洋のヤロウィアリポリティカであり、
前記発酵培養は30℃、180r/minの振盪器で72h発酵培養することであり、
前記高速遠心の条件は、15000r/min、30minである。
ステップ1は、撹拌下、ホルムアルデヒド溶液をポリアクリルアミド溶液に加え、前記ポリアクリルアミドの構成単位と前記ホルムアルデヒドの物質量比が1:1であり、NaOH溶液でpHを11.0に調整し、52℃で2h反応させてメチロール化ポリアクリルアミドを得て、
ステップ2は、前記メチロール化ポリアクリルアミド溶液の濃度を0.6wt%に調整し、NaOH溶液を加え、28℃、60r/minの条件で8min予備反応させ、二硫化炭素を加え、前記メチロール化ポリアクリルアミドと、前記二硫化炭素と前記水酸化ナトリウムの質量比が1:1.5:2.2であり、二段式反応後にジチオカルボキシル化ポリアクリルアミドを得る。前記二段式反応において、初段反応温度が23℃、時間が45minであり、次段反応温度が46℃、時間が80minである。
硫酸アンモニウム9.0g/L、塩化カリウム1.4g/L、塩化ナトリウム2.0g/L、リン酸二水素カリウム5.0g/L、硫酸第一鉄0.06g/L、硫酸マグネシウム2.6g/L、酵母エキス1.0g/L、n−ヘキサデカン17.0mL/L、エタノール0.28g/L、グランガム0.26mg/L、微量元素液8.0mL/L、残りは蒸留水で発酵培地を調製し、初期pH7.2、1.2bar、121℃、20minの条件で高圧蒸気滅菌を行い、超クリーンベンチ内で対数期中後期に培養した海洋ヤロウィアリポリティカ菌液を5.0%接種し、30℃、180r/minで72h振盪器で振とう培養し、培養液のpHを8.5に調整し、13500r/min、30minで高速遠心して菌体を除去し、酸沈殿法により粗抽出、クロロホルムメタノール抽出精製、真空凍結乾燥して酵母菌界面活性剤を得る。
前記酵母菌界面活性剤の調製に用いる微量元素溶液は、ホウ酸亜鉛20.0g/L、塩化マンガン10.0g/L、硫酸銅25.0g/L、モリブデン酸アンモニウム7.5g/L、硝酸コバルト0.1g/L、残りは蒸留水であり、0.22μmの濾過膜で濾過して除菌されたものである。
クエン酸鉄をエタノール水溶液に溶解して濃度0.06mol/Lのクエン酸鉄混合溶液を得て、室温100r/minで撹拌しながらジチオカルボキシル化ポリアクリルアミドを徐々に加え、pHを8.2に調整し、酵母菌界面活性剤を徐々に加え、前記ジチオカルボキシル化ポリアクリルアミド、前記酵母菌界面活性剤と前記クエン酸鉄の質量比が乾燥物で100:1.8:8.2であり、42℃に昇温し、4r/minで4h緩やかに撹拌し負荷させ、55℃温度で24hエージングし、濾過、洗浄、乾燥を完了して得る。
ステップ1、撹拌下、ポリアクリルアミド溶液にホルムアルデヒド溶液を添加し、ポリアクリルアミドの構成単位とホルムアルデヒドの物質量比が1:1.5であり、NaOH溶液でpHを11.0に調整し、48℃で2h反応させてメチロール化ポリアクリルアミドを得て、
ステップ2、前記メチロール化ポリアクリルアミド溶液の濃度を0.6wt%に調整し、NaOH溶液を加え、26℃、60r/minの条件で10min予備反応させ、二硫化炭素を加え、前記メチロール化ポリアクリルアミドと二硫化炭素と水酸化ナトリウムとの質量比が1:1.5:2.5であり、二段式反応後にジチオカルボキシル化ポリアクリルアミドを得られる。前記二段式反応において、初段反応温度が24℃、時間が60minであり、次段反応温度が48℃、時間が70minである。
硫酸アンモニウム10.0g/L、塩化カリウム1.2g/L、塩化ナトリウム2.2g/L、リン酸二水素カリウム6.2g/L、硫酸第一鉄0.07g/L、硫酸マグネシウム2.8g/L、酵母エキス0.8g/L、n−ヘキサデカン16.5mL/L、エタノール0.3g/L、グランガム0.28mg/L、微量元素液9.5mL/L、残りは蒸留水で発酵培地を調製し、初期pH7.2、1.2bar、121℃、20min条件で高圧蒸気滅菌を行い、超クリーンベンチ内で対数期中後期に培養した海洋ヤロウィアリポリティカ菌液を6.0%接種し、30℃、150r/minの振盪器で72h振とう培養し、培養液のpHを8.4に調整し、15000r/min、30minで高速遠心して菌体を除去し、酸沈殿法により粗抽出、クロロホルムメタノールで抽出精製し、真空凍結乾燥して酵母菌界面活性剤を得る。
クエン酸鉄をエタノール水溶液に溶解して濃度0.06mol/Lのクエン酸鉄混合溶液を得て、室温120r/minで撹拌しながらジチオカルボキシル化ポリアクリルアミドを徐々に加え、pHを8.4に調整し、酵母菌界面活性剤を徐々に加え、前記ジチオカルボキシル化ポリアクリルアミド、酵母菌界面活性剤とクエン酸鉄の質量比が乾燥物で50:1:3であり、44℃に昇温し、60r/minで2h緩やかに撹拌し負荷させ、60℃温度で36hエージングしてろ過、洗浄、乾燥して吸着剤を得る。
比較例D4は実施例1と基本的に同じであり、異なる点は前記酵母菌界面活性剤を製造する発酵培地にエタノールとグランガムが添加されていない点である。
比較例D5は、実施例1と基本的に同様であり、前記酵母菌界面活性剤を調製する発酵培地には、グランガムが添加されていない点で異なる。
比較例D6は実施例1と基本的に同じであり,異なる点は前記酵母菌表面活性剤の赤色酵母を製造する時に海洋のヤロウィアリポリティカの代わりに赤色酵母を選択することである。
比較例D7は実施例1と基本的に同じであり、前記ジチオカルボキシル化ポリアクリルアミドを調製する際には二段式反応を採用せず、反応温度25℃でのみ125min反応させる点が異なる。
比較例D8は実施例1と基本的に同じであり、前記ジチオカルボキシル化ポリアクリルアミドを調製する際には二段式反応を採用せず、反応温度45℃でのみ125min反応させる点が異なる。
比較例D9は、実施例1とほぼ同様であり、吸着剤に酵母菌界面活性剤が添加されていない点で異なる。
比較例D10は、実施例1とほぼ同じであり、吸着剤にクエン酸鉄が添加されていない点で異なる。
本実験例は、実施例1‐3および比較例4D‐D10における各吸着剤を汚水処理に適用したものであり、ある汚水を検出することにより、汚水中の主重金属イオンがCd2+イオン、Cu2+イオン、Gr5+イオン、Ni2+イオンおよびAs5+イオンを含み、処理前と処理後に検出し、12h後の汚水中の各重金属イオンの濃度を計数し、
によって重金属イオン除去率を算出し、式中c0が処理前のイオン濃度、cが処理後のイオン濃度である。重金属イオン除去率を統計すると、図1に示すように、図1の図示から明らかなように、本願の好ましい実施例1‐3の吸着剤は、各重金属イオンに対して優れた除去率を有し、具体的な数値はいずれも95%以上に達することができ、また、吸着剤中のジチオカルボキシル化ポリアクリルアミドと酵母菌界面活性剤とクエン酸鉄によって形成した三元構造が吸着剤の吸着作用に大きく影響し、安定した三元構造が吸着剤に前記重金属イオンに対する優れた吸着作用を付与していることを示している。
吸着飽和後の実施例1における吸着剤を濾過、洗浄し、濃度0.1mol/LのCH3COOHを加え、2hゆっくり撹拌した後に樹脂を濾別し、脱イオン水で中性になるまで水洗した後、実験例1と同様の方法で吸着剤のNi2+イオン(図1からわかるように、吸着剤のNi2+イオンに対する吸着作用が最も悪い)に対する吸着除去作用を検出し、統計結果を図2に示す。図2から明らかなように、吸着剤は、3回(3回を含む)以内に繰り返し適用されても、依然として優れた重金属イオン吸着性能を有しており、本願に記載の吸着剤は重金属イオンに対して良好な再吸着性能を示し、コストを低減するとともに吸着剤の使用寿命も向上することが明らかとなる。
Claims (9)
- 重金属を除去するための吸着剤であって、
ジチオカルボキシル化ポリアクリルアミドと、リポペプチド系界面活性剤である酵母菌界面活性剤と、クエン酸鉄とを含み、
前記ジチオカルボキシル化ポリアクリルアミド、前記酵母菌界面活性剤と前記クエン酸鉄の質量比は、乾燥物で100:2:5である、
ことを特徴とする重金属を除去するための吸着剤。 - 請求項1に記載の重金属を除去するための吸着剤の前記ジチオカルボキシル化ポリアクリルアミドの調整方法は、
撹拌下、ホルムアルデヒド溶液をポリアクリルアミド溶液に加え、NaOH溶液でpHを10以上に調整し、48〜55°Cで2h反応させてメチロール化ポリアクリルアミドを得るステップ1と、
前記メチロール化ポリアクリルアミド溶液の濃度を0.55〜0.6wt%に調整し、NaOH溶液を加え、8〜10min予備反応させ、二硫化炭素を加えて二段式反応させるステップ2と、を含む、ことを特徴とする調整方法。 - 前記ステップ1において、前記ポリアクリルアミドの構成単位と前記ホルムアルデヒドとの物質の量比を1:1.0〜1.5とする、
ことを特徴とする請求項2に記載の調整方法。 - 前記ステップ2における二段式反応において、初段反応温度は23〜25℃、時間は45〜60minであり、次段反応温度は45〜48℃、時間は70〜90minである、
ことを特徴とする請求項2に記載の調整方法。 - 請求項1に記載の重金属を除去するための吸着剤の前記酵母菌界面活性剤を製造する方法は、
硫酸アンモニウム8.0〜10.0g/L、塩化カリウム1.2〜1.5g/L、塩化ナトリウム1.5〜2.5g/L、リン酸二水素カリウム4.5〜6.5g/L、硫酸第一鉄0.05〜0.08g/L、硫酸マグネシウム2.5〜3.0g/L、酵母エキス0.6〜1.0g/L、n−ヘキサデカン15.0〜18.0mL/L、エタノール0.25〜0.3g/L、セリア0.26〜0.28mg/L、微量元素液5.0〜10.0mL/L、残りは蒸留水で発酵培地を調製し、初期pH7.2〜7.4、高圧蒸気滅菌を行い、クリーンベンチ内で対数期中後期に培養した酵母菌液を1.0〜10.0%で接種して発酵培養し、培養液pHを8.2以上に調整し、高速遠心して菌体を除去し、酸沈殿法により粗抽出し、クロロホルムメタノールで抽出精製し、真空凍結乾燥することを含む、
ことを特徴とする製造方法。 - 前記酵母菌は、海洋のヤロウィアリポリティカである、ことを特徴とする
請求項1に記載の重金属を除去するための吸着剤。 - 請求項1又は請求項2又は請求項3又は請求項4又は請求項5又は請求項6に記載の重金属を除去するための吸着剤を調製する方法であって、
クエン酸鉄をエタノール水溶液に溶解してクエンの酸鉄混合溶液を得て、室温100r/minで撹拌しながらジチオカルボキシル化ポリアクリルアミドを徐々に加え、pHを7.8〜8.5に調整し、酵母菌界面活性剤を徐々に加え、38〜45℃に昇温し、2〜5h緩やかに撹拌し負荷させ、エージングした後に後続処理を行えばいい、
ことを特徴とする調製方法。 - 前記ジチオカルボキシル化ポリアクリルアミドと前記酵母菌界面活性剤と前記クエン酸鉄の質量比は、乾燥物で100:1.5〜2.0:5〜10である、
ことを特徴とする請求項7に記載の調製方法。 - 前記後続処理は、エージングが完了した後に濾過し、洗浄し、乾燥させて吸着剤を得ることである、
ことを特徴とする請求項7に記載の調製方法。
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