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公開番号2024137634
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-07
出願番号2023180657
出願日2023-10-20
発明の名称鉄の高選択的除去用の混紡繊維の製造方法及び適用
出願人南京大学,江蘇国創新材料研究中心有限公司
代理人個人,個人
主分類B01J 20/30 20060101AFI20240927BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】本発明は、鉄の高選択的除去用の混紡繊維の製造方法及び適用を提供する。
【解決手段】方法は、ポリアクリロニトリル(PAN)とポリエチレングリコール(PEG)とを機械的に混合して、透明で粘稠な前駆体溶液を得て、次いで、前駆体溶液をエレクトロスピニング装置にかけて紡糸して繊維を得て、繊維を水溶液中に置いて撹拌して、鉄の高選択的除去用の混紡繊維を得るステップを含む。異なる分子量のポリエチレングリコールを利用して混紡繊維の表面形態を制御し、混紡繊維の表面に桂皮状の均一な亀裂と大きな孔径を付与することにより、比較的広いpH範囲内で、多成分重金属イオン含有溶液において、鉄を高選択的に吸着除去することができ、他の繊維に比べて、鉄に対する選択的除去能力が顕著に向上する。本発明で製造された鉄の高選択的除去用の混紡繊維は、制御することによって特殊な形態及び均一な表面を得ることができる。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）とポリエチレングリコール（ＰＥＧ）とを機械的に混合して、前駆体溶液を得るステップ１と、
ステップ１で得られた前駆体溶液をエレクトロスピニング装置により紡糸して得られた繊維を水溶液中に置いて撹拌して、ポリエチレングリコールで溶解して繊維の孔構造及び分布を制御し、完成後に引き上げ、凍結乾燥させた後、特殊な表面形態及び均一な表面を有する鉄の高選択的除去用の混紡繊維を得て、保存して使用に備えるステップ２と、を含む、
ことを特徴とする鉄の高選択的除去用の混紡繊維の製造方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
ステップ１では、前記前駆体溶液中のＰＡＮ含有量は、５ｗｔ％～２０ｗｔ％であり、ＰＥＧ分子量は、６００～２００００であり、前記ＰＡＮとＰＥＧとの機械的混合の質量比は、１２：１～１２：１２である、
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄の高選択的除去用の混紡繊維の製造方法。
【請求項３】
ステップ２では、前記エレクトロスピニング装置の紡糸パラメータは、紡糸ニードルのサイズが１２Ｇ～２８Ｇであり、紡糸速度が０．５ｍＬ／ｈ～５ｍＬ／ｈであり、正、負極間の距離が１０ｃｍ～３０ｃｍであり、電圧が１２ｋｖ～２５ｋｖである、
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄の高選択的除去用の混紡繊維の製造方法。
【請求項４】
ステップ２では、前記混紡繊維の表面形態を制御する過程において、撹拌温度は、２５℃～８０℃であり、撹拌時間は、２ｈ～８ｈであり、乾燥方式は、オーブン乾燥、真空乾燥又は凍結乾燥の任意の１つであってもよい、
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄の高選択的除去用の混紡繊維の製造方法。
【請求項５】
ステップ２では、制御した後、混紡繊維の表面の特殊な形態は、桂皮状の均一な亀裂である、
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄の高選択的除去用の混紡繊維の製造方法。
【請求項６】
請求項１～５のいずれか一項に記載の鉄の高選択的除去用の混紡繊維の製造方法の、重金属の分離及び精製の分野での適用。
【請求項７】
請求項１に記載の得られた混紡繊維を多成分重金属混合溶液と静的又は動的に接触させた後に濾過して分離し、鉄イオンを迅速に吸着する鉄リッチ繊維を得て、鉄脱着液で洗浄した後、鉄を脱着した液体を得るとともに、繊維の再生利用を実現する、
ことを特徴とする請求項６に記載の適用。
【請求項８】
静的に接触させる時間は、８ｈ～２４ｈであり、動的接触流速は、１ＢＶ／ｈ～１０ＢＶ／ｈである、
ことを特徴とする請求項６に記載の適用。
【請求項９】
前記多成分重金属混合溶液は、鉄、アルミニウム、コバルト、マンガン、ニッケル、亜鉛、銅、カドミウムのうちの一種又は複数種の重金属を含み、前記重金属のイオンの濃度範囲は、０．５ｍｇ／Ｌ～５００ｍｇ／Ｌである、
ことを特徴とする請求項７に記載の適用。
【請求項１０】
前記鉄脱着液は、塩酸、硝酸、硫酸のうちの任意の無機酸又は混合液であり、水素イオンの濃度は、０．５Ｍ～５Ｍである、
ことを特徴とする請求項７に記載の適用。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、重金属の分離及び精製の分野に関し、具体的には、鉄の高選択的除去用の混紡繊維の製造方法及び適用に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
鉄（Ｆｅ）元素の含有量が豊富であり、地殻中の含有量の４．７５％を占めており、酸素、ケイ素、アルミニウムに次いで地殻中の含有量の第４位にあり、自然条件下で様々な金属元素と鉱物中に共存することが多く、製錬法による鉄の製造過程に加えて、他の非鉄鉱物の製錬生産過程において、鉄は、いずれも不純物として広く存在し、製造プロセスに影響を与え、かつ目標鉱物元素の純度を低下させ、例えば、アルミニウム抽出過程において、鉄が酸浸漬過程において浸出されて酸浸漬液に入り、アルミニウム抽出プロセスの不純物除去分離工程を増加させるだけでなく、アルミニウム製品の純度と回収率にも影響を与える。次に、いくつかの特殊な工業（紡績、製紙、食品業界など）は、水中の鉄含有量に対する要求が高く、例えば、紡績業界において、鉄イオンの存在は、製造過程における酸化反応を抑制し、酸化反応の選択性に直接影響を与え、収率の低下、設備の腐食の加速をもたらし、更に後処理の困難をもたらす。また、鉄元素は、廃水処理過程に影響を与え、例えば、生化学処理用構築物中の微生物を毒し、活性汚泥の浄化効果、汚染吸着部の吸着剤に影響を与え、処理能力を低下させ、処理コストを増加させる。これから分かるように、鉄不純物の存在は、工業生産の各方面にいずれも影響を与える。
【０００３】
登録特許ＣＮ１０３５２１０９８Ｂには、乾燥したポリアクリロニトリル粉末をポロゲンとしてのポリエチレングリコールと混合し、エタノールとメタノールの混合溶液で抽出して、高強度のポリアクリロニトリル中空糸膜を得るポリアクリロニトリル中空糸膜の製造方法が開示されており、この過程はポリエチレングリコールを利用して孔を形成するだけである。また、例えば、登録特許ＣＮ２１４１９２７８７Ｕには、フィルターエレメントとしてガラス繊維フィルター材料と活性分子膜を利用し、フィルターエレメントの交換が煩雑であるという問題を解決する新型繊維の鉄除去フィルターが報告されている。以上の特許は、いずれも繊維表面形態の制御に関するものではなく、重金属分離の分野に利用されておらず、現在、繊維の鉄イオンの分離及び精製に関する特許及び論文の報告もない。したがって、解決しようとする技術的課題は、多成分重金属溶液中で鉄イオンを高選択的に分離除去する能力を有し、かつ安価で再生しやすい吸着剤を製造することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の材料の使用及び技術に存在する上記欠点を解消するために、本発明は、ポリエチレングリコールの溶解性を利用し、ポリアクリロニトリル繊維を骨格とし、異なる分子量のポリエチレングリコールで繊維表面形態を制御して、混紡繊維の鉄イオンに対する吸着能力を強化し、また、該混紡繊維を利用して、多成分重金属溶液から鉄を高選択的に分離精製する適用を提供し、複数のｐＨ条件下で、多成分混合金属溶液における鉄の鉄イオンを高選択的、安価かつ簡便に分離精製するために解決手段を提供する、鉄の高選択的除去用の混紡繊維及びその製造方法と適用を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の技術手段を提供する。鉄の高選択的除去用の混紡繊維の製造方法は、
ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）とポリエチレングリコール（ＰＥＧ）とを機械的に混合して、前駆体溶液を得るステップ１と、
ステップ１で得られた前駆体溶液をエレクトロスピニング装置により紡糸して得られた繊維を水溶液中に置いて撹拌して、ポリエチレングリコールで溶解して繊維の孔構造及び分布を制御し、完成後に引き上げ、凍結乾燥させた後、特殊な表面形態及び均一な表面を有する鉄の高選択的除去用の混紡繊維を得て、保存して使用に備えるステップ２と、を含む。
【０００６】
好ましくは、ステップ１では、前記前駆体溶液中のＰＡＮ含有量は、５ｗｔ％～２０ｗｔ％であり、ＰＥＧ分子量は、６００～２００００であり、前記ＰＡＮとＰＥＧとの機械的混合の質量比は、１２：１～１２：１２である。
【０００７】
好ましくは、ステップ２では、前記エレクトロスピニング装置の紡糸パラメータは、紡糸ニードルのサイズが１２Ｇ～２８Ｇであり、紡糸速度が０．５ｍＬ／ｈ～５ｍＬ／ｈであり、正、負極間の距離が１０ｃｍ～３０ｃｍであり、電圧が１２ｋｖ～２５ｋｖである。
【０００８】
好ましくは、ステップ２では、前記混紡繊維の表面形態を制御する過程において、撹拌温度は、２５℃～８０℃であり、撹拌時間は、２ｈ～８ｈであり、乾燥方式は、オーブン乾燥、真空乾燥又は凍結乾燥の任意の１つであってもよい。
【０００９】
好ましくは、ステップ２では、制御した後、混紡繊維の表面の特殊な形態は、桂皮状の均一な亀裂である。
【００１０】
本発明は、更に、当該鉄の高選択的除去用の混紡繊維の製造方法の、重金属の分離及び精製の分野での適用を開示する。
（【００１１】以降は省略されています）

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