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光および熱応答性吸着材料、可溶性物質の回収方法 外国出願あり

国内特許コード P05A008259
整理番号 TDU-048
掲載日 2006年2月16日
出願番号 特願2004-194165
公開番号 特開2005-103534
登録番号 特許第4736362号
出願日 平成16年6月30日(2004.6.30)
公開日 平成17年4月21日(2005.4.21)
登録日 平成23年5月13日(2011.5.13)
優先権データ
  • 特願2003-316307 (2003.9.9) JP
発明者
  • 鈴木 隆之
出願人
  • 学校法人東京電機大学
発明の名称 光および熱応答性吸着材料、可溶性物質の回収方法 外国出願あり
発明の概要

【課題】 溶液中の可溶性物質の吸着と脱離の両機能を備え、かつ可溶性物質回収効率が高い吸着材料を提供する。
【解決手段】 可溶性物質溶液中の可溶性物質の吸着及び脱離の転移を光照射の有無により可逆的に示す光応答性と、溶解及び析出、もしくは膨潤及び収縮の転移を温度により可逆的に示す熱応答性とを有する光および熱応答性吸着材料であって、好ましくは、1´,3´,3´-トリメチル-6-(アクリロイルオキシ)スピロ(2H-1-ベンゾピラン-2,2´-インドール)と、N-イソプロピルアクリルアミドとを含む単量体の共重合体が含まれる。
【選択図】 なし

従来技術、競合技術の概要


近年、工場等から排出される産業廃液や産業廃棄物から、効率良く金属イオン等の可溶性物質、特に鉛イオン等の重金属イオンを回収する方法が、環境汚染防止、産業廃棄物の減量、資源再利用の理由から望まれている。
金属イオンを含む廃液を浄化する方法として、中和凝集沈殿法・硫化ソーダ法・重金属捕集剤法・フェライト法等が実用化されている。これらの方法で廃液を処理した後、金属を回収するステップ、さらに再利用するステップが設けられている。
このうち、重金属捕集剤法は、重金属イオンと錯化合物を形成する捕集剤(例えばシアン化合物。)を用いる。捕集処理後の捕集剤に吸着した金属イオンを回収するには、捕集剤を酸化処理等の化学反応処理を経て金属イオンから分離した後、金属を陽イオンとして溶液中に単離させて精製・回収している。
上記のような捕集剤による重金属捕集後の重金属回収ステップにおける化学反応処理の実施にあたっては、専門的な知識や技術が要求されるだけでなく、煩雑な操作と、それによる長い処理時間や多大な処理コストとを要した。
そこで、化合物への光の照射の有無により可逆的に変色するフォトクロミズムを示す化合物(以下、フォトクロミック化合物という。)の、金属イオンが可視光照射に応答して可逆的に錯形成して吸着する光応答性に着目して、溶液中の金属イオンの捕集と回収の両機能を備える金属イオン吸着材料が提案された(例えば、特許文献1参照。)。

【特許文献1】特開2003-053185号公報

産業上の利用分野


本発明は、光および熱応答性吸着材料と、それを用いて金属イオン等の可溶性物質を回収する回収方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
可溶性物質溶液中で可溶性物質の吸着及び脱離の転移を光照射の有無により可逆的に示す光応答性と、溶解及び析出、もしくは膨潤及び収縮の転移を温度により可逆的に示す熱応答性とを有し、前記溶液中の可溶性物質は金属イオン、金属錯イオンまたは水素イオンである光および熱応答性吸着材料であって、
下式(a)に示すセグメントを含む共重合体を含み、
前記共重合体は、水素結合性溶媒中で、光照射の有無により前記(a)に示すセグメントが前記可溶性物質の吸着と脱離とを可逆的に示す
ことを特徴とする光および熱応答性吸着材料。
【化学式1】


(ただし、式(a)中、R、RおよびRは独立にH原子またはCH基であり、Rはアルキル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基、アルデヒド基またはアミド基であり、Xは炭素原子または窒素原子であり、Yは酸素原子または硫黄原子である。)

【請求項2】
前記金属は鉛、亜鉛、銅、ニッケル、パラジウム、リチウム、カドミウム、砒素、クロム、水銀、ベリリウム、バナジウム、マンガン、コバルト、鉄、金、銀、白金から選ばれる請求項1記載の光および熱応答性吸着材料。

【請求項3】
前記共重合体は、水素結合性溶媒中で、温度の変動により不溶性または難溶性と、可溶性とを可逆的に示請求項1または2記載の光および熱応答性吸着材料。

【請求項4】
前記共重合体は、架橋剤を含んでなり、水素結合性溶媒中で温度の変動により膨潤と収縮とを可逆的に示請求項1または2記載の光および熱応答性吸着材料。

【請求項5】
前記共重合体が下式(1)に示すセグメント(a)およびセグメント(b)を含む請求項1~4のいずれか記載の光および熱応答性吸着材料。
【化学式2】


(ただし、式(1)中、R、R、RおよびRは独立にH原子またはCH基であり、Rはアルキル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基、アルデヒド基またはアミド基であり、RおよびRは独立にH原子、ヘテロ原子を含む有機基で置換されていてもよいアルキル基またはシクロアルキル基であり、またはRおよびRは互いに結合したアルキレン基であっても良く、Xは炭素原子または窒素原子であり、Yは酸素原子または硫黄原子である。)

【請求項6】
前記共重合体が、1´,3´,3´-トリメチル-6-(アクリロイルオキシ)スピロ(2H-1-ベンゾピラン-2,2´-インドール)と、N-イソプロピルアクリルアミドとを含む単量体の共重合体である請求項5記載の光および熱応答性吸着材料。

【請求項7】
請求項1~6のいずれか記載の光および熱応答性吸着材料溶液を、暗所下かつ前記吸着材料の転移温度より低い温度で得る工程と、
前記吸着材料の溶液を暗所下かつ転移温度より高温に加熱して吸着材料中の共重合体を液中に析出させ、引き続き析出した該共重合体と添加された金属イオンとを液中で錯形成させる工程または、
前記吸着材料の溶液中で暗所下かつ転移温度より低温で、共重合体と添加された金属イオンとを錯形成させ、引き続き前記錯形成した共重合体を転移温度より高温に加熱して液中に析出させる工程と、
前記析出させた錯形成した共重合体を引き続き暗所下高温で液から分離する工程と、
前記分離した共重合体を暗所下溶媒中で転移温度より低温に冷却して溶解させて溶液とする工程と、
転移温度より低温で溶液に可視光を照射して金属イオンを共重合体から遊離させる工程と、
引き続き可視光を照射しながら溶液を転移温度より高温に加熱して共重合体を析出させる工程と、
引き続き高温で可視光を照射しながら前記析出させた共重合体を溶媒から分離する工程とを含むことを特徴とする可溶性物質の回収方法。

【請求項8】
前記錯形成させる工程では、金属イオン水溶液と、光および熱応答性吸着材料の水素結合性溶媒の溶液とを混合する請求項7記載の可溶性物質の回収方法。

【請求項9】
請求項1~6のいずれか記載の光および熱応答性吸着材料を用いて、可溶性物質を含む溶液から前記可溶性物質を回収用溶媒中へ回収することを特徴とする可溶性物質の回収方法。

【請求項10】
(A)光および熱応答性吸着材料中の共重合体と可溶性物質とを、液中で吸着させて吸着化合物を得る工程と、
(B)前記吸着化合物を液から固液分離する工程と、
(C)分離した吸着化合物を回収用溶媒へ添加する工程と、
(D)可溶性物質と共重合体とを光応答性により遊離させる工程と、
(E)共重合体を回収用溶媒から取り出す工程と
を含む請求項9記載の可溶性物質の回収方法。

【請求項11】
前記可溶性物質と共重合体とを遊離させる工程(D)では、吸着材料の転移温度より低温で回収用溶媒中に溶解または膨潤している吸着化合物に、可視光を照射して遊離させる請求項10記載の可溶性物質の回収方法。

【請求項12】
前記工程(A)から工程(C)までを暗所下で行い、
前記工程(B)では転移温度より高温で液中に析出している前記吸着化合物を、固液分離し、
前記工程(C)では、転移温度より低温で吸着化合物を回収用溶媒に溶解させ、
さらに、前記工程(E)では、可視光を引き続き照射しながら、回収用溶媒を転移温度より高温に加熱して溶解していた共重合体を析出させ、次いで固液分離する請求項10または11記載の可溶性物質の回収方法。

【請求項13】
前記工程(A)から工程(C)までを暗所下で行い、
前記工程(E)では、可視光を引き続き照射しながら、膨潤または収縮している遊離の共重合体を固液分離で取り出す
請求項10または11記載の可溶性物質の回収方法。

【請求項14】
さらに工程(A)後に、暗所下で、得られた前記吸着化合物を転移温度より高温に加熱して液中に析出させる工程を含むか、または
工程(A)前に、暗所下で、前記共重合体が溶解している溶液を転移温度より高温に加熱して共重合体を析出させる工程を含む請求項10、11、12のいずれか記載の可溶性物質の回収方法。

【請求項15】
前記工程(A)では、可溶性物質の水溶液と、前記光および熱応答性吸着材料の水素結合性溶媒の溶液とを混合する請求項10、12、13のいずれか記載の可溶性物質の回収方法。

【請求項16】
前記回収する可溶性物質が金属イオン、金属錯イオンまたは水素イオンであり、前記金属は鉛、亜鉛、銅、ニッケル、パラジウム、リチウム、カドミウム、砒素、クロム、水銀、ベリリウム、バナジウム、マンガン、コバルト、鉄、金、銀、白金から選ばれる請求項9~15のいずれか記載の可溶性物質の回収方法。
産業区分
  • その他無機化学
  • 冶金、熱処理
  • 処理操作
  • 高分子化合物
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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