成果報告書詳細
管理番号20140000000482
タイトル平成24年度-平成25年度成果報告書 省水型・環境調和型水循環プロジェクト 水循環要素技術研究開発 有用金属・有害物質の分離・回収技術の開発 「ほう素吸着・回収・再利用システムの研究開発」
公開日2014/8/15
報告書年度2012 - 2013
委託先名日本電工株式会社
プロジェクト番号P09011
部署名環境部
和文要約ほう素及びその化合物は、医薬品から工業製品にいたるまで様々な産業で利用されているが、使用量の増加に伴って排出されるほう素の人体への影響が懸念されることから、その排出基準が1999年に海域230mg/L、海域以外10mg/Lと設定された。しかし未だに基準値が順守できず暫定基準が適応されている業種もあり、安価で高効率なほう素の除去・回収方法の開発が急務となっている。我々は種々ある方法の中で吸着法に着目し、市販剤より安価で高性能な吸着剤の合成を目的とし、ほう素吸着剤の改良を行った。ほう素吸着剤は、まず吸着剤の母剤であるポリアリルアミン(PAA)ビーズを架橋反応により合成する第1段階と、PAAビーズへのグルコース導入反応の2段階で合成される。実用化のためには膨潤を抑えた吸着剤の合成が必要とされ、そのため合成条件のうち、第1段階のビーズ合成における出発物質PAA の分子量と架橋剤の種類を変え、膨潤を抑制する方法を探索した。吸着剤母剤PAAの分子量については、5,000、15,000、150,000の3種類を用い、その他の合成条件を統一(架橋度20 %、グルコース導入温度60℃)して吸着剤を合成した後、吸着等温線を測定し、膨潤特性を調べた。分子量は単位質量あたりの吸着等温線に影響を及ぼさなかったが、乾燥体積や湿潤体積には影響を及ぼした。その傾向は分子量が大きくなるほど乾燥・湿潤体積共に小さくなる傾向が見られた。次にPAAビーズを合成するための架橋剤を、これまで使用してきたエチレングリコールジグリシジルエーテルからグリセロールトリグリシジルエーテルやエピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン等の架橋剤へと変更した。架橋剤を変更して合成したPAAビーズにグルコースを導入した吸着剤について、ほう素吸着性能と膨潤へ及ぼす影響について検討した。これまで検討した架橋剤の中ではエピクロロヒドリンを架橋剤とした新規吸着剤が最もハンドリング性に優れ、単位体積あたりのほう素吸着量も市販剤を1.9倍上回る性能が得られた。その剤の膨潤率は1.8となり、膨潤率を2に抑えるという目標値を達成した。また、エピクロロヒドリンを用いた剤の耐久性の確認については、吸着→溶離→再生のサイクルを流通式で行った結果、ほう素吸着能の低下は見られなかった。従って、従来の吸着剤に比べ性能が勝るエピクロロヒドリン架橋のPAA系吸着剤を開発し、その耐久性も確認できた。しかし開発に対し湿潤体積あたりのほう素吸着量を上げるための検討条件が多岐に亘っており、最適値を求めるに留まり実証には至らなかった。このプロジェクトを通した吸着剤の開発により従来剤の性能を上回る吸着剤が開発できたが、求められる剤の性能を満たすためには膨潤性・コストなどの克服すべき課題が残っており、合成条件の検討が必要と思われる。今後は、還元剤の検討を含む合成条件の最適化をさらに行い、商品化へ向け検討を続ける。
英文要約Boron or boron compounds are broadly used by many types of industry, and concern has grown regarding boron’s detrimental effect on the human body. It is required to lower than 10 mg / L in wastewater or 230 mg / L in it to the sea according to Japanese effluent standard in 1999. However, it is difficult to lower the concentration of boron less than 10 mg / L economically and for utilization. Then we develop newly prepared adsorbent in order to minimize the boron concentration in wastewater.In this project, we have improved our developed adsorbent for boron recycling. As the way of improvement, we tried to prevent swelling of adsorbent by changing synthesis conditions. The synthesis of our adsorbent has 2 steps. First, polyallylamine (PAA) beads are produced by cross-linking of PAA. Second, PAA-beads are modified with --D-Glucose (Glu). We focused on the first step of the synthesis and investigated two kinds of synthesis factors those were molecular weight (MW) of PAA and some kinds of cross-linking agents. In the case of MW of PAA, three kinds of MW were used. After the introduction of Glu, their boron adsorption amounts were measured. Their adsorption amounts per weight were almost the same but the dry- and the wet-volume of the adsorbent decreased by the increasing MW. Then the larger MW of PAA was suitable for its practical use with our experimental conditions. Next, in the case of cross-linking agent, we used epichlorohydrin (Epi) or epibromohydrin etc. instead of ethylene glycol diglycidyl ether (EGDE) which was used in the recent investigation. After the introduction of Glu to each PAA beads those were synthesized using various cross-linking agents, their boron adsorption amount and the swelling degree were measured. When Epi was used, Glu introduced adsorbent was superior to other adsorbents for handling. Since the top data of swelling degree of the adsorbent was about 1.8, the desired value of this project was attained. The boron adsorption amount per wet volume was also better than the other adsorbents and achieved 1.9 times higher than the commercial resin. As the other investigation of the adsorbent for utilization, we examined our adsorbent using EGDE as a cross-linking agent for repetition. We repeated the adsorption → desorption → regeneration measurement in batch-mode for boron recycling system over 3 times in order to confirm the durability. In our laboratory experiment, we confirmed that the boron adsorption amount did not decrease by measurement repeating. We also confirmed durability in column mode measurement using the adsorbent, which was synthesized by Epi as a cross-linking agent. With these investigations, our newly synthesized adsorbent has been improved for its practical use in the laboratory scale. Though we have investigated our newly prepared adsorbent throughout this project, the performance for utilization is not able to be achieved. The development of adsorbent with higher performance needs further investigation.
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