放射線グラフト法によるピペラジニルジチオカルバメート基を有する繊維状金属吸着材の合成とその性能

Synthesis of Fibrous Metal Adsorbent with a Piperazinyl-Dithiocarbamate Group by Radiation-Induced Grafting and Its Performance.

• Yuji Ueki
• Noriaki Seko

抄録

ピペラジニルジチオカルバメート(PZ-DTC)基を有する繊維状グラフト金属吸着剤は、ポリエチレン被覆ポリプロピレン不織布(PE/PP-NF)にグリシジルメタクリレートを放射線誘起エマルジョングラフトした後、-(-ブトキシカルボニル)ピペラジン(-Boc-ピペラジン)とのアミノ化からなる3段階の化学修飾を行うことにより合成された。NBPZ）、塩酸によるBoc基の脱保護、二硫化炭素（CS）によるジチオカルバミン化を行った。NBPZ試薬をアミノ化ステップに用いることで、PZ試薬を用いた場合とは異なり、ピペラジン（PZ）の自己架橋を完全に抑制することができた。その結果、NBPZを用いて合成した繊維状グラフト金属吸着剤のPZ-DTC基密度は2.122mmol-PZ-DTC/g-吸着剤となり、PZを用いて合成した金属吸着剤の約6倍となりました。PZ-DTC基を有する繊維状グラフト金属吸着剤は、軽金属イオンよりも重金属イオンを選択的に吸着することがわかった。さらに、特にCuに対して高い吸着能を示した。ｐＨ６の単一金属イオン水溶液を用いたバッチワイズ吸着試験により、Cu吸着能は1.903mmol-Cu/g-吸着剤と判定され、PZ-DTC基を有する繊維状グラフト金属吸着剤の金属イオン選択性の順序は、Na＜Mg、Ca、Co、Cd＜Pb＜Cu、Co≒Ni＜Zn＜Cuであった。また、ＰＺ-ＤＴＣ基を有する繊維状グラフト金属吸着材は、強アルカリ性条件下（ｐＨ１５）でも金属吸着機能を失わなかった。このpHでは、高濃度Na水溶液からCuを効率よく選択的に回収することができた。PZ-DTC基を有する繊維状グラフト金属吸着材のCu吸着能は、強アルカリ性条件（pH15、10M NaOH水溶液）で0.754mmol-Cu/g-吸着材であった。この値は、他のアミン系官能基を有するグラフト吸着剤の約2.4倍であった。

A fibrous grafted metal adsorbent with a piperazinyl-dithiocarbamate (PZ-DTC) group was synthesized by radiation-induced emulsion grafting of glycidyl methacrylate onto a polyethylene-coated polypropylene nonwoven fabric (PE/PP-NF) and subsequent three-step chemical modifications consisting of amination with -(-butoxycarbonyl)piperazine (-Boc-piperazine, NBPZ), deprotection of the Boc group with HCl, and dithiocarbamation with carbon disulfide (CS). By using the NBPZ reagent in the amination step, the self-cross-linking of piperazine (PZ) could be completely suppressed, unlike using the PZ reagent. Consequently, the PZ-DTC group density of the fibrous grafted metal adsorbent synthesized through NBPZ attained 2.122 mmol-PZ-DTC/g-adsorbent, which was approximately 6 times higher than that of the metal adsorbent synthesized through PZ. The fibrous grafted metal adsorbent with the PZ-DTC group selectively adsorbed heavy metal ions over light metal ions. Furthermore, it exhibited high adsorption capacity, particularly for Cu. The Cu adsorption capacity was determined to be 1.903 mmol-Cu/g-adsorbent by a batchwise adsorption test using a single-metal-ion aqueous solution at pH 6. The order of metal ion selectivity of the fibrous grafted metal adsorbent with the PZ-DTC group was Na < Mg, Ca, Co, Cd < Pb ≪ Cu, and Co ≈ Ni < Zn ≪ Cu. In addition, the fibrous grafted metal adsorbent with the PZ-DTC group did not lose its metal adsorption function even under highly alkaline conditions (pH 15). It could recover Cu efficiently and selectively from a high-concentration Na aqueous solution at this pH. The Cu adsorption capacity of the fibrous grafted metal adsorbent with the PZ-DTC group was 0.754 mmol-Cu/g-adsorbent under a highly alkaline condition, a 10 M NaOH aqueous solution at pH 15. This value was approximately 2.4 times higher than that of the other grafted adsorbent with an amine-type functional group.

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