キトサンを利用した硝酸イオンの選択的分離剤の開発と環境保全への応用

壳聚糖硝酸根离子选择性分离剂的研制及其在环境保护中的应用

• 批准号: 07680612
• 负责人: 馬場 由成
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: University of Miyazaki
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-07680612/
• 关键词: キトサン; 硝酸イオン; 選択性; 環境汚染物質

(1)硝酸イオンに対する高選択的キトサン誘導体樹脂の分子設計および合成キトサンの塩基性が高い(pKa=6.8)ために、キトサンは水溶液中(pH〜7)でカチオンとして存在しており、硫酸イオンや硝酸イオンなどの陰イオンに対して親和性を示すと考えられるが、イオン交換樹脂の場合と同様に硫酸イオンと硝酸イオンが存在していると、電荷の低い硝酸イオンよりも電荷の高い硫酸イオンに対して選択性を示すと考えられる。そこで我々は、キトサンが硫酸イオン以上に硝酸イオンに対して選択性を発現するように、以下に述べる2点について検討した。(i)硫酸イオンが硝酸イオンに比べて立体的に嵩高いことを利用して、硝酸イオンに対する選択性を発現させる。つまり、キトサンを架橋することによって網目構造を形成させ、その網目の大きさを架橋剤の種類(メチレン鎖長の長短)によって調整し、硫酸イオンが排除できるように樹脂構造の最適化を行った。また、架橋剤の種類によってキトサン由来の1級アミノ基を2級アミンにしたキトサン誘導体も合成し、これらの塩基性の違いによる硝酸イオンの選択性についても検討した。(ii)前述の(i)で得られたキトサン誘導体は、それほど塩基性が大きくないので弱酸溶液からの硝酸イオンの吸着はできるが、中性領域から急激にその吸着量は低下した。そこで中性領域からも硝酸イオンの吸着ができるようにキトサン由来のアミノ基を4級化した。キトサンをそのままトリメチル化した4級化キトサンおよび硝酸イオンを鋳型とした4級化キトサンである。これらのキトサン誘導体を用いて、硝酸イオンの吸着特性について単一溶液および硫酸イオンや塩化物イオンとの混合溶液から検討した。(2)上記4種類のキトサン誘導体の硝酸イオン吸着特性吸着部位に1級あるいは2級アミンを有するキトサン誘導体(それぞれCLC,GCLCと略する)は、水溶液のpHが高くなると水素イオン濃度が低くなり、プロトネーションされず、硝酸イオンの吸着量が減少した。一方、pHが低くなりすぎるとpH調整に用いた塩酸由来の塩化物イオンの吸着がおこり始め、硝酸イオンの吸着を妨害した。このように遊離のアミンを有するCLCおよびGCLCは、pH=4〜5付近で最大吸着量を示した。低架橋度の場合には、架橋度が大きくなるにつれて硝酸イオンの吸着量は大きく変化しないが、混合系からの硫酸イオンの吸着量は減少した。この結果から硫酸イオンに対する硝酸イオンの選択性は架橋度を増加することによって発現できることが明かとなった。また、塩基性の違いによる硝酸イオンの選択性は硫酸イオンや硝酸イオンの混合溶液からの結果、1級アミンより2級アミンを有したキトサン誘導体が硝酸イオン選択性に優れていることがわかった。また、鋳型にした効果は選択性には殆ど現れず、飽和吸着量が大きく増大した。

（1）由于壳聚糖的高碱性（PKA = 6.8），分子设计和高度选择性的壳聚糖衍生物树脂的高度选择性壳聚糖衍生物树脂（PKA = 6.8），壳聚糖是水溶液中的阳离子（pH至7）中的阳离子（pH至7），被认为可以表现出对诸如硫酸盐和硫酸盐的硫酸盐和硝酸盐的亲和力，但在硫酸盐和硝酸盐液体中，但在硫酸盐和硝酸盐之间，但在硫酸盐溶液中，但在硫酸盐溶液中，但在硫酸盐溶液中，但在硫酸盐溶液中，但在硫酸盐溶液中，但在硫酸盐和二个硫酸盐中，却是硫酸盐溶液和硫酸盐的含量。存在硝酸盐离子，被认为对具有较低电荷的硝酸盐离子具有更高电荷的硫酸盐离子的选择性。因此，我们已经检查了下面描述的两个点，以便壳聚糖比硫酸盐离子具有更多的硝酸离子选择性。 （i）利用硫酸盐离子比硝酸盐离子更大的事实，表达了硝酸盐离子的选择性。换句话说，通过交联的壳聚糖形成网络结构，并根据交联剂的类型（长且较短的亚甲基链长度）调整网络的大小，并优化了树脂结构，以便可以消除硫酸盐离子。此外，还根据交联剂的类型合成了含有壳聚糖的原代氨基群的壳聚糖衍生物，还合成了硝酸盐离子的选择性，还研究了由于碱性差异而引起的硝酸盐离子。 （ii）上面（i）中获得的壳聚糖衍生物不是很碱性，因此硝酸盐离子可以从弱酸溶液中吸附，但是壳聚糖衍生物的吸附量突然从中性区域降低。因此，从壳聚糖衍生的氨基群被定性化，因此可以从中性区域吸附硝酸盐离子。这是一种由三甲基化壳聚糖制成的四个壳聚糖，也是由硝酸盐离子制成的Quaternemization壳聚糖作为模板。使用这些壳聚糖衍生物，从单个溶液中检查了硝酸离子的吸附特性，并用硫酸盐离子和氯离子混合溶液。 （2）上述四种类型的壳聚糖衍生物壳聚糖衍生物（分别为CLC和GCLC的缩写）在吸附位点具有一级或继发胺的含量，当水溶液的pH值降低，氢离子浓度降低了nort ot nort ot not ot not In Is norron，则在吸附位点具有一定的含量。硝酸盐离子量。另一方面，如果pH值太低，则源自用于调整pH的盐酸的氯离子吸附开始发生，从而阻止硝酸盐离子的吸附。因此，具有游离胺的CLC和GCLC在pH = 4-5时显示出最大的吸附量。在交联较低的情况下，随着交联的程度的增加，硝酸离子的吸附量不会显着变化，而是混合系统中硫酸盐离子的吸附量减少。该结果表明，硝酸离子对硫酸盐离子的选择性可以通过增加交联的程度来表达。此外，从硫酸盐离子和硝酸盐离子的混合溶液中发现硝酸离子的选择性，并且发现具有继发胺的壳聚糖衍生物比原代胺具有优质的硝酸盐离子选择性。此外，使用模板的效果几乎不会出现在选择性中，并且饱和吸附量大大增加。