ホウ素吸着剤、ホウ素吸着剤の製造方法、及び水処理方法
【課題】ホウ素吸着容量が高く、実用に足る新規なホウ素吸着剤を提供する。
【解決手段】一般式（Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ）Ｏ１＋Ｘ／２ （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３）であり、ＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル構造を呈する複合酸化物からホウ素吸着剤を構成する。
【解決手段】一般式（Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ）Ｏ１＋Ｘ／２ （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３）であり、ＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル構造を呈する複合酸化物からホウ素吸着剤を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホウ素吸着剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水や地下水に多く含まれるホウ素は、過剰摂取により生育阻害を引き起こすなど生体への有害性が明らかにされており、水質汚濁防止法排出基準が10mg/l、飲料水としての水質基準が国内において1.0mg/l以下、WHOガイドラインにおいて0.5mg/l以下と、フッ素と同程度の極めて厳しい規制が敷かれている。しかし、水中からのホウ素除去は技術的に困難であり、火力発電所からの排水処理や地下水、海水淡水化などにおいては依然として大きな技術的課題の一つである。
【０００３】
安価でかつ優れた除去性能を持つホウ素吸着剤として、ハイドロタルサイトと称される層状無機水酸化物が知られている（非特許文献１）。この層状無機水酸化物は２、３種類の無機塩が原材料であり、合成方法も比較的容易であるため、材料製造コストが高分子材料を用いた吸着剤よりも低く抑えられることが特徴である。
【０００４】
上記層状無機水酸化物は、一般式［Ｍ２＋１−ＸＭ３＋Ｘ（ＯＨ）２][Ａｎ−Ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ] で表され、ブルーサイト層［Ｍ２＋１−ＸＭ３＋Ｘ（ＯＨ）２] と中間層[Ａｎ−Ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ] (Ａは陰イオン)とによる層状構造で構成される。ブルーサイト層は２価の金属イオンＭ２＋の一部を３価の金属イオンＭ３＋で置換することで正の電荷を帯びるため、中間層が負の電荷を持つことで全体として電気的中性が保たれる。
【０００５】
負電荷を持つ中間層では陰イオンの交換が可能であるため、層状無機水酸化物はイオン交換体としての機能を持つ。交換容量は主に負電荷量によって決まり、これはブルーサイト層の正電荷量、即ちＭ２＋のＭ３＋への置換量に対応している。層状無機水酸化物の構造はＭ２＋１−ＸＭ３＋Ｘが０．２≦Ｘ≦０．３３の範囲において構造が安定化されるため、理論的にはＸ=0.33で最も大きい交換容量が得られることが知られている。
【０００６】
層状水酸化物構造は合成が比較的容易であるが、合成時におけるpHや組成によっては層状構造の形成が困難な場合がある。また、Ｘ線結晶構造分析によって層状構造の形成が確認されているにも係わらず、本来得られるはずの吸着量が充分に得られない場合もある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】水環境学会誌第２２巻第１１号８７５−８８１（１９９９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ホウ素吸着容量が高く、実用に足る新規なホウ素吸着剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、一般式（Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ）Ｏ１＋Ｘ／２ （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３）であり、ＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル構造を呈する複合酸化物を含むことを特徴とする、ホウ素吸着剤に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ホウ素吸着容量が高く、実用に足る新規なホウ素吸着剤を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、実施形態に基づいて説明する。
【００１２】
（ホウ素吸着剤）
本実施形態におけるホウ素吸着剤は、一般式（Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ）Ｏ１＋Ｘ／２ （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３）であり、ＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル構造を呈する複合酸化物を含む。
【００１３】
ホウ素吸着剤は、実際にはホウ素を含む水中に浸漬させることによってホウ素吸着を行うが上記複合酸化物は水の存在下において、一般式［Ｍ２＋１−ＸＭ３＋Ｘ（ＯＨ）２］[Ａｎ−Ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ] （ｎ：１〜２、１．６＜ｍ＜２．３）で表されるハイドロタルサイト構造を呈する層状無機水酸化物となる。したがって、実際のホウ素吸着は、この層状無機水酸化物が行うことになる。しかしながら、本実施形態では、直接的にハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物をホウ素吸着剤として使用するものではなく、上述のようなスピネル構造を呈する複合酸化物を得た後、この複合酸化物を水に浸漬されることによって結果的に得ることになったハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物を利用してホウ素吸着を行うものである。
【００１４】
この場合、従来困難であった、例えば１０ｍｇ−Ｂ／ｇ以上の高いホウ素吸着能を実現することができる。この理由については現在明確ではないが、本実施形態のホウ素吸着剤が、スピネル構造を有することによって、水中に浸漬した際に形成されるハイドロタルサイト構造を有する層状無機水酸化物の層状構造を安定的に形成することができるようになり、以下に説明する吸着メカニズムに基づいて高いホウ素吸着能を有するものと考えられる。
【００１５】
また、ホウ素は水中においてホウ酸イオンとして存在する一方、ハイドロタルサイト構造を呈する層状無機水酸化物を直接ホウ素吸着剤として用いた場合は、層間に例えば炭酸ガスに起因した炭酸イオンを予め取り込んでいる。したがって、この層状無機水酸化物を直接ホウ素吸着剤として用いた場合は、上述した炭酸イオンの存在等によってホウ素イオン、すなわちホウ素の吸着能が低下していると考えられる。しかしながら、本実施形態では、上述のような、スピネル構造を有する複合酸化物を形成した後、実際にホウ素吸着を行うべく、水中に浸漬した際にハイドロタルサイト構造を有する層状無機水酸化物に変換されるものである。したがって、この場合、得られた層状無機水酸化物の層間には炭酸イオン等が存在しないので、以下に説明する吸着メカニズムに基づいて吸着できるホウ素の量が増大するものと考えられる。
【００１６】
なお、本実施形態におけるスピネル構造とは、本来的なスピネル構造の他に擬似スピネル構造をも含むものである。ここでいう擬似スピネル構造とは、完全な構造、即ち格子欠陥や構造の乱れが全く無い状態ではないものの主構造としてスピネル構造を有しているものを指す。
【００１７】
また、スピネル構造は、上記複合酸化物がＸ線回折において、ＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル型構造由来のメインピークを有していればよい。但し、その割合は、ホウ素吸着能向上の観点から、例えばＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル型構造由来のメインピーク強度が他の構造由来のメインピーク強度との総和における割合が３０％以上であることが好ましい。上限は特に限定されず、総てがＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル構造となっていてもよい。但し、現状では７０％程度である。
【００１８】
さらに、本実施形態における上記複合酸化物において、２価の元素Ｍ１と３価の元素Ｍ２との割合Ｘは、０．２５≦Ｘ≦０．３３なる関係を満足する。割合Ｘがこの範囲外であるとホウ素吸着能が低下する。
【００１９】
また、上記一般式から明らかなように、２価の元素Ｍ１はＣａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種であり、３価の元素Ｍ２はＡｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種である。Ｍ１及びＭ２がこれ以外の元素であると、上記複合酸化物はスピネル構造を採らず、また、水中に浸漬した場合にハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物とならない。結果として、ホウ素吸着能を奏することができない。
【００２０】
なお、２価の元素Ｍ１は少なくともＭｇを含み、３価の元素Ｍ２は少なくともＡｌを含むことが好ましい。これによって、上記作用効果が増長され、より高いホウ素吸着能を奏することができるようになる。すなわち、複合酸化物におけるスピネル構造の割合が増し、結果として水中に浸漬した場合に得られるハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物において安定した層状構造を得ることができ、これによって、高いホウ素吸着能を奏することができるようになる。
【００２１】
２価の元素Ｍ１が少なくともＭｇを含み、３価の元素Ｍ２が少なくともＡｌを含む場合、上記複合酸化物は、一般式［｛Ｍｇ１−Ｙ（Ｃａ、Ｚｎ）Ｙ｝１−Ｘ｛Ａｌ１−Ｚ（Ｆｅ、Ｌａ、Ｃｅ）Ｚ｝Ｘ］Ｏ１＋Ｘ／２（０．２５≦Ｘ≦０．３３、０＜Ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．５）で表されることが好ましい。
【００２２】
次に、本実施形態の複合酸化物を用いた場合の、ホウ素の吸着の原理について説明する。
上述したように、一般式（Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ）Ｏ１＋Ｘ／２ （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３）であり、ＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル構造を呈する複合酸化物であるホウ素吸着剤を、ホウ素を含む排水等の水中に浸漬させると、一般式［Ｍ２＋１−ＸＭ３＋Ｘ（ＯＨ）２］[Ａｎ−Ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ] で表されるハイドロタルサイト構造を呈する層状無機水酸化物となる。
【００２３】
このハイドロタルサイト構造を有する層状無機水酸化物は、ブルーサイト層［Ｍ２＋１−ＸＭ３＋Ｘ（ＯＨ）２] と中間層[Ａｎ−Ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ] (Ａは陰イオン)とによる層状構造で構成される。ブルーサイト層は２価の金属イオンＭ２＋の一部を３価の金属イオンＭ３＋で置換することで正の電荷を帯びるため、中間層が負の電荷を持つことで全体として電気的中性が保たれる。負電荷を持つ中間層では陰イオンの交換が可能であるため、層状無機水酸化物はイオン交換体としての機能を持つ。交換容量は主に負電荷量によって決まり、これはブルーサイト層の正電荷量、即ちＭ２＋のＭ３＋への置換量に対応している。
【００２４】
したがって、本実施形態では、上述したように、層状無機水酸化物の層状構造が安定しているので、イオン交換体としての機能を奏する層状無機水酸化物が安定に存在し、中間層を構成する陰イオンとホウ酸イオンとの交換が効率よく行われるために、高いホウ素吸着能を奏するものと考えられる。
【００２５】
一方、炭酸イオンは２価の陰イオンであるので、層状無機水酸化物の層間に炭酸イオンが存在すると、ブルーサイト層の正電荷量が低減し、Ｍ２＋のＭ３＋への置換量が減少して、層状無機水酸化物のイオン交換の交換容量が減少してしまう。しかしながら、本実施形態では、上述したように、層状無機水酸化物の層間には予め炭酸イオンが存在しないので、上述した不都合を生じることがない。したがって、中間層を構成する陰イオンとホウ酸イオンとの交換が効率よく行われるために、高いホウ素吸着能を奏するものと考えられる。
【００２６】
このように、本実施形態の複合酸化物を用いた場合は、上述した２つのホウ素吸着原理の相乗効果によって高いホウ素吸着能を奏することができるものと考えられる。
【００２７】
（ホウ素吸着剤の製造方法）
次に、本実施形態のホウ素吸着剤の製造方法について説明する。最初に、例えばＭ１Ｃｌ２及びＭ２Ｃｌ３を原料とし、これらの原料を、Ｍ１及びＭ２が上記一般式におけるＸの範囲を満足するように秤量して水溶液を調整する。次いで、この水溶液をアルカリ水溶液に滴下することによって沈殿物を得、固液分離を行うことによって沈殿物を取り出す。この沈殿物は、上述したような一般式［Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ（ＯＨ）２］[ Ａｎ−Ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ] （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３）で表されるような、ハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物である。但し、一般のハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物と異なり、層間に存在する炭酸イオンの割合は極めて低い。
【００２８】
次いで、上記層状無機水酸化物を２００℃以上５００℃未満の温度で５分以上熱処理する。すると、上述のような一般式で表されるハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物において、層構造が崩壊し、上述した、一般式（Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ）Ｏ１＋Ｘ／２ （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３）であり、ＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル構造を呈する複合酸化物であるホウ素吸着剤を得ることができる。
【００２９】
なお、熱処理温度が２００℃未満では、上記層状無機水酸化物における層構造の崩壊が不十分となり、熱処理温度が５００℃以上となると、得られた複合酸化物の構造（スピネル構造）を崩壊してしまう場合がある。
【００３０】
同様に、熱処理時間が５分未満であると、熱処理が不十分となって、上記層状無機水酸化物における層構造の崩壊が不十分となる。なお、熱処理時間の上限は特に限定されないが、例えば３０分〜６０分とすることができる。これ以上長く熱処理を実施しても、何らの作用効果を得ることができず、エネルギー消費の観点からも効率的でない。
【００３１】
（ホウ素吸着剤による水処理方法）
次に、本実施形態におけるホウ素吸着剤による水処理方法について説明する。
本実施形態におけるホウ素吸着剤による水処理方法は極めて簡易であって、上述した複合酸化物のホウ素吸着剤を排水に接触させることによって実施する。これによって、複合酸化物は上述したようなハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物となり、排水中のホウ酸イオン、すなわちホウ素が吸着し、回収できるものである。なお、ホウ酸イオンの吸着及び回収の原理は上述したとおりである。
【００３２】
上記ホウ素吸着剤を排水と接触させる具体的な方法としては、例えば、ホウ素吸着剤の粉末、またはバインダーを用いた造粒粉を排水中に投入し、沈降させる方法が挙げられる。この方法は、比較的大量の排水を処理する場合に有効な方法である。この方法によると、水質浄化設備が比較的大型になることが懸念点であるが、大量の排水を一度に処理できるという利点がある。
【００３３】
また、上記ホウ素吸着剤を膜に担持させ、この膜を排水中に浸漬させることによっても、ホウ素イオン、すなわちホウ素の回収を行うことができるようになる。さらには、ホウ素吸着剤あるいは造粒粉等をカラムに充填し、このカラム中に排水を導入することで接触させ、ホウ酸イオン、すなわちホウ素の回収を行うこともできる。これらの方法は、処理装置が比較的小規模となるが、排水処理量も限定されるので、少量の排水を処理するのに好適である。
【００３４】
なお、本実施形態におけるホウ素吸着剤は、任意のｐＨの排水に対して適用することができる。しかしながら、強酸酸性下においては水質浄化材料の溶解が生じる可能性がある。したがって、本実施形態によるホウ素吸着剤を適用するのに好ましいｐＨ範囲はｐＨ２．０〜１４．０であり、更に好ましくはｐＨ３．０〜１３．０である。
【実施例】
【００３５】
（実施例１）
ＭｇＣｌ２とＡｌＣｌ３とをモル比でＭｇ：Ａｌ＝３：１（Ｘ＝０．２５）となるように秤量した後に水溶液とし、ｐＨ１０のＮａＯＨ水溶液に滴下した後、1時間撹拌した。次に、生成した沈殿物を純水で洗浄してから固液分離して、大気中において３００℃で３０分の熱処理を施した後、乳鉢にて粉末状に微細化し供試体1を得た。
【００３６】
なお、Ｘ線回折の結果、上記沈殿物はハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物のほぼ単相であることが判明し、供試体１は総じてブロードなピークながらスピネル型複合酸化物のほぼ単相であることが判明した。また、元素分析の結果、得られた酸化物に含まれる陽イオンの化学量論比は仕込み組成との誤差がそれぞれの元素で５％未満であった。Ｘ線回折のプロファイルから求められるＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル型構造の割合は７４体積％であった。
【００３７】
また、ホウ素吸着量の測定は、四ホウ酸ナトリウム十水和物を用いてホウ素濃度を１００ｐｐｍに調整したホウ素含有水溶液１００ｍｌに、供試体１を１００ｍｇ添加して２時間撹拌し、添加撹拌前後における水溶液のホウ素濃度を測定することで求めた。結果を表１に示す。
【００３８】
（実施例２）
ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＡｌＣｌ３、ＬａＣｌ３を用いて（Ｘ＝０．２５、Ｙ＝０．２５、Ｚ＝０．２５）となるように秤量した他は、供試体１と同様の方法で供試体２を得た。ホウ素吸着量の測定も供試体１と同様の手順に従った。
【００３９】
なお、Ｘ線回折の結果、上記沈殿物はハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物のほぼ単相であることが判明し、供試体２は総じてブロードなピークながらスピネル型複合酸化物のほぼ単相であることが判明した。また、元素分析の結果、得られた酸化物に含まれる陽イオンの化学量論比は仕込み組成との誤差がそれぞれの元素で５％未満であった。Ｘ線回折のプロファイルから求められるＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル型構造の割合は７２体積％であった。
【００４０】
（実施例３）
ＭｇＣｌ２、ＺｎＣｌ２、ＡｌＣｌ３、ＦｅＣｌ３を用いて（Ｘ＝０．２５、Ｙ＝０．２、Ｚ＝０．２）となるようにした他は、供試体１と同様の方法で供試体３を得た。ホウ素吸着量の測定も供試体１と同様の手順に従った。
【００４１】
なお、Ｘ線回折の結果、上記沈殿物はハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物のほぼ単相であることが判明し、供試体３は総じてブロードなピークながらスピネル型複合酸化物のほぼ単相であることが判明した。また、元素分析の結果、得られた酸化物に含まれる陽イオンの化学量論比は仕込み組成との誤差がそれぞれの元素で５％未満であった。Ｘ線回折のプロファイルから求められるＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル型構造の割合は６７体積％であった。
【００４２】
（実施例４）
ＭｇＣｌ２、ＺｎＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＡｌＣｌ３、ＬａＣｌ３、ＣｅＣｌ３を用いて（Ｘ＝０．３３、Ｙ＝０．２、Ｚ＝０．２）となるようにした他は供試体１と同様の方法で供試体４を得た。ホウ素吸着量の測定も供試体１と同様の手順に従った。なお、Ｚｎ：Ｃａ＝Ｌａ：Ｃｅ＝１：１とした。
【００４３】
なお、Ｘ線回折の結果、上記沈殿物はハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物のほぼ単相であることが判明し、供試体４は総じてブロードなピークながらスピネル型複合酸化物のほぼ単相であることが判明した。また、元素分析の結果、得られた酸化物に含まれる陽イオンの化学量論比は仕込み組成との誤差がそれぞれの元素で５％未満であった。Ｘ線回折のプロファイルから求められるＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル型構造の割合は６９体積％であった。
【００４４】
（実施例５）
ＭｇＣｌ２、ＺｎＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＡｌＣｌ３、ＬａＣｌ３、ＣｅＣｌ３を用いて（Ｘ＝０．３、Ｙ＝０．１７、Ｚ＝０．１７）となるようにした他は、供試体１と同様の方法で供試体５を得た。ホウ素吸着量の測定も供試体１と同様の手順に従った。なお、Ｚｎ：Ｃａ＝Ｌａ：Ｃｅ＝２：１とした。
【００４５】
なお、Ｘ線回折の結果、上記沈殿物はハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物のほぼ単相であることが判明し、供試体５は総じてブロードなピークながらスピネル型複合酸化物のほぼ単相であることが判明した。また、元素分析の結果、得られた酸化物に含まれる陽イオンの化学量論比は仕込み組成との誤差がそれぞれの元素で５％未満であった。Ｘ線回折のプロファイルから求められるＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル型構造の割合は６１体積％であった。
【００４６】
（実施例６）
ＭｇＣｌ２、ＺｎＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＡｌＣｌ３、ＦｅＣｌ３、ＬａＣｌ３、ＣｅＣｌ３を用いて（Ｘ＝０．２５、Ｙ＝０．１７、Ｚ＝０．１７）となるようにした他は供試体１と同様の方法で供試体６を得た。ホウ素吸着量の測定も供試体１と同様の手順に従った。なお、Ｚｎ：Ｃａ＝（Ｌａ、Ｃｅ）：Ｆｅ＝２：１とし、Ｌａ：Ｃｅ＝１：１とした。
【００４７】
なお、Ｘ線回折の結果、上記沈殿物はハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物のほぼ単相であることが判明し、供試体６は総じてブロードなピークながらスピネル型複合酸化物のほぼ単相であることが判明した。また、元素分析の結果、得られた酸化物に含まれる陽イオンの化学量論比は仕込み組成との誤差がそれぞれの元素で５％未満であった。Ｘ線回折のプロファイルから求められるＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル型構造の割合は６４体積％であった。
【００４８】
（比較例１）
供試体１と同様に沈殿物を得てから大気中１００℃で１０時間乾燥させて供試体７を得た。なお、供試体７はＸ線回折の結果、ＭｇＯ型酸化物であることが判明した。
【００４９】
（比較例２）
供試体２と同様に沈殿物を得てから大気中１００℃で１０時間乾燥させて供試体８を得た。なお、供試体８はＸ線回折の結果、ＭｇＯ型酸化物であることが判明した。
【００５０】
【表１】
【００５１】
以上、表１から明らかなように、本発明に基づく複合酸化物は、従来では成しえなかった高いホウ素吸着量を示すことが判った。
【００５２】
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホウ素吸着剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水や地下水に多く含まれるホウ素は、過剰摂取により生育阻害を引き起こすなど生体への有害性が明らかにされており、水質汚濁防止法排出基準が10mg/l、飲料水としての水質基準が国内において1.0mg/l以下、WHOガイドラインにおいて0.5mg/l以下と、フッ素と同程度の極めて厳しい規制が敷かれている。しかし、水中からのホウ素除去は技術的に困難であり、火力発電所からの排水処理や地下水、海水淡水化などにおいては依然として大きな技術的課題の一つである。
【０００３】
安価でかつ優れた除去性能を持つホウ素吸着剤として、ハイドロタルサイトと称される層状無機水酸化物が知られている（非特許文献１）。この層状無機水酸化物は２、３種類の無機塩が原材料であり、合成方法も比較的容易であるため、材料製造コストが高分子材料を用いた吸着剤よりも低く抑えられることが特徴である。
【０００４】
上記層状無機水酸化物は、一般式［Ｍ２＋１−ＸＭ３＋Ｘ（ＯＨ）２][Ａｎ−Ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ] で表され、ブルーサイト層［Ｍ２＋１−ＸＭ３＋Ｘ（ＯＨ）２] と中間層[Ａｎ−Ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ] (Ａは陰イオン)とによる層状構造で構成される。ブルーサイト層は２価の金属イオンＭ２＋の一部を３価の金属イオンＭ３＋で置換することで正の電荷を帯びるため、中間層が負の電荷を持つことで全体として電気的中性が保たれる。
【０００５】
負電荷を持つ中間層では陰イオンの交換が可能であるため、層状無機水酸化物はイオン交換体としての機能を持つ。交換容量は主に負電荷量によって決まり、これはブルーサイト層の正電荷量、即ちＭ２＋のＭ３＋への置換量に対応している。層状無機水酸化物の構造はＭ２＋１−ＸＭ３＋Ｘが０．２≦Ｘ≦０．３３の範囲において構造が安定化されるため、理論的にはＸ=0.33で最も大きい交換容量が得られることが知られている。
【０００６】
層状水酸化物構造は合成が比較的容易であるが、合成時におけるpHや組成によっては層状構造の形成が困難な場合がある。また、Ｘ線結晶構造分析によって層状構造の形成が確認されているにも係わらず、本来得られるはずの吸着量が充分に得られない場合もある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】水環境学会誌第２２巻第１１号８７５−８８１（１９９９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ホウ素吸着容量が高く、実用に足る新規なホウ素吸着剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、一般式（Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ）Ｏ１＋Ｘ／２ （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３）であり、ＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル構造を呈する複合酸化物を含むことを特徴とする、ホウ素吸着剤に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ホウ素吸着容量が高く、実用に足る新規なホウ素吸着剤を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、実施形態に基づいて説明する。
【００１２】
（ホウ素吸着剤）
本実施形態におけるホウ素吸着剤は、一般式（Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ）Ｏ１＋Ｘ／２ （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３）であり、ＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル構造を呈する複合酸化物を含む。
【００１３】
ホウ素吸着剤は、実際にはホウ素を含む水中に浸漬させることによってホウ素吸着を行うが上記複合酸化物は水の存在下において、一般式［Ｍ２＋１−ＸＭ３＋Ｘ（ＯＨ）２］[Ａｎ−Ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ] （ｎ：１〜２、１．６＜ｍ＜２．３）で表されるハイドロタルサイト構造を呈する層状無機水酸化物となる。したがって、実際のホウ素吸着は、この層状無機水酸化物が行うことになる。しかしながら、本実施形態では、直接的にハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物をホウ素吸着剤として使用するものではなく、上述のようなスピネル構造を呈する複合酸化物を得た後、この複合酸化物を水に浸漬されることによって結果的に得ることになったハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物を利用してホウ素吸着を行うものである。
【００１４】
この場合、従来困難であった、例えば１０ｍｇ−Ｂ／ｇ以上の高いホウ素吸着能を実現することができる。この理由については現在明確ではないが、本実施形態のホウ素吸着剤が、スピネル構造を有することによって、水中に浸漬した際に形成されるハイドロタルサイト構造を有する層状無機水酸化物の層状構造を安定的に形成することができるようになり、以下に説明する吸着メカニズムに基づいて高いホウ素吸着能を有するものと考えられる。
【００１５】
また、ホウ素は水中においてホウ酸イオンとして存在する一方、ハイドロタルサイト構造を呈する層状無機水酸化物を直接ホウ素吸着剤として用いた場合は、層間に例えば炭酸ガスに起因した炭酸イオンを予め取り込んでいる。したがって、この層状無機水酸化物を直接ホウ素吸着剤として用いた場合は、上述した炭酸イオンの存在等によってホウ素イオン、すなわちホウ素の吸着能が低下していると考えられる。しかしながら、本実施形態では、上述のような、スピネル構造を有する複合酸化物を形成した後、実際にホウ素吸着を行うべく、水中に浸漬した際にハイドロタルサイト構造を有する層状無機水酸化物に変換されるものである。したがって、この場合、得られた層状無機水酸化物の層間には炭酸イオン等が存在しないので、以下に説明する吸着メカニズムに基づいて吸着できるホウ素の量が増大するものと考えられる。
【００１６】
なお、本実施形態におけるスピネル構造とは、本来的なスピネル構造の他に擬似スピネル構造をも含むものである。ここでいう擬似スピネル構造とは、完全な構造、即ち格子欠陥や構造の乱れが全く無い状態ではないものの主構造としてスピネル構造を有しているものを指す。
【００１７】
また、スピネル構造は、上記複合酸化物がＸ線回折において、ＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル型構造由来のメインピークを有していればよい。但し、その割合は、ホウ素吸着能向上の観点から、例えばＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル型構造由来のメインピーク強度が他の構造由来のメインピーク強度との総和における割合が３０％以上であることが好ましい。上限は特に限定されず、総てがＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル構造となっていてもよい。但し、現状では７０％程度である。
【００１８】
さらに、本実施形態における上記複合酸化物において、２価の元素Ｍ１と３価の元素Ｍ２との割合Ｘは、０．２５≦Ｘ≦０．３３なる関係を満足する。割合Ｘがこの範囲外であるとホウ素吸着能が低下する。
【００１９】
また、上記一般式から明らかなように、２価の元素Ｍ１はＣａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種であり、３価の元素Ｍ２はＡｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種である。Ｍ１及びＭ２がこれ以外の元素であると、上記複合酸化物はスピネル構造を採らず、また、水中に浸漬した場合にハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物とならない。結果として、ホウ素吸着能を奏することができない。
【００２０】
なお、２価の元素Ｍ１は少なくともＭｇを含み、３価の元素Ｍ２は少なくともＡｌを含むことが好ましい。これによって、上記作用効果が増長され、より高いホウ素吸着能を奏することができるようになる。すなわち、複合酸化物におけるスピネル構造の割合が増し、結果として水中に浸漬した場合に得られるハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物において安定した層状構造を得ることができ、これによって、高いホウ素吸着能を奏することができるようになる。
【００２１】
２価の元素Ｍ１が少なくともＭｇを含み、３価の元素Ｍ２が少なくともＡｌを含む場合、上記複合酸化物は、一般式［｛Ｍｇ１−Ｙ（Ｃａ、Ｚｎ）Ｙ｝１−Ｘ｛Ａｌ１−Ｚ（Ｆｅ、Ｌａ、Ｃｅ）Ｚ｝Ｘ］Ｏ１＋Ｘ／２（０．２５≦Ｘ≦０．３３、０＜Ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．５）で表されることが好ましい。
【００２２】
次に、本実施形態の複合酸化物を用いた場合の、ホウ素の吸着の原理について説明する。
上述したように、一般式（Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ）Ｏ１＋Ｘ／２ （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３）であり、ＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル構造を呈する複合酸化物であるホウ素吸着剤を、ホウ素を含む排水等の水中に浸漬させると、一般式［Ｍ２＋１−ＸＭ３＋Ｘ（ＯＨ）２］[Ａｎ−Ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ] で表されるハイドロタルサイト構造を呈する層状無機水酸化物となる。
【００２３】
このハイドロタルサイト構造を有する層状無機水酸化物は、ブルーサイト層［Ｍ２＋１−ＸＭ３＋Ｘ（ＯＨ）２] と中間層[Ａｎ−Ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ] (Ａは陰イオン)とによる層状構造で構成される。ブルーサイト層は２価の金属イオンＭ２＋の一部を３価の金属イオンＭ３＋で置換することで正の電荷を帯びるため、中間層が負の電荷を持つことで全体として電気的中性が保たれる。負電荷を持つ中間層では陰イオンの交換が可能であるため、層状無機水酸化物はイオン交換体としての機能を持つ。交換容量は主に負電荷量によって決まり、これはブルーサイト層の正電荷量、即ちＭ２＋のＭ３＋への置換量に対応している。
【００２４】
したがって、本実施形態では、上述したように、層状無機水酸化物の層状構造が安定しているので、イオン交換体としての機能を奏する層状無機水酸化物が安定に存在し、中間層を構成する陰イオンとホウ酸イオンとの交換が効率よく行われるために、高いホウ素吸着能を奏するものと考えられる。
【００２５】
一方、炭酸イオンは２価の陰イオンであるので、層状無機水酸化物の層間に炭酸イオンが存在すると、ブルーサイト層の正電荷量が低減し、Ｍ２＋のＭ３＋への置換量が減少して、層状無機水酸化物のイオン交換の交換容量が減少してしまう。しかしながら、本実施形態では、上述したように、層状無機水酸化物の層間には予め炭酸イオンが存在しないので、上述した不都合を生じることがない。したがって、中間層を構成する陰イオンとホウ酸イオンとの交換が効率よく行われるために、高いホウ素吸着能を奏するものと考えられる。
【００２６】
このように、本実施形態の複合酸化物を用いた場合は、上述した２つのホウ素吸着原理の相乗効果によって高いホウ素吸着能を奏することができるものと考えられる。
【００２７】
（ホウ素吸着剤の製造方法）
次に、本実施形態のホウ素吸着剤の製造方法について説明する。最初に、例えばＭ１Ｃｌ２及びＭ２Ｃｌ３を原料とし、これらの原料を、Ｍ１及びＭ２が上記一般式におけるＸの範囲を満足するように秤量して水溶液を調整する。次いで、この水溶液をアルカリ水溶液に滴下することによって沈殿物を得、固液分離を行うことによって沈殿物を取り出す。この沈殿物は、上述したような一般式［Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ（ＯＨ）２］[ Ａｎ−Ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ] （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３）で表されるような、ハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物である。但し、一般のハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物と異なり、層間に存在する炭酸イオンの割合は極めて低い。
【００２８】
次いで、上記層状無機水酸化物を２００℃以上５００℃未満の温度で５分以上熱処理する。すると、上述のような一般式で表されるハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物において、層構造が崩壊し、上述した、一般式（Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ）Ｏ１＋Ｘ／２ （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３）であり、ＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル構造を呈する複合酸化物であるホウ素吸着剤を得ることができる。
【００２９】
なお、熱処理温度が２００℃未満では、上記層状無機水酸化物における層構造の崩壊が不十分となり、熱処理温度が５００℃以上となると、得られた複合酸化物の構造（スピネル構造）を崩壊してしまう場合がある。
【００３０】
同様に、熱処理時間が５分未満であると、熱処理が不十分となって、上記層状無機水酸化物における層構造の崩壊が不十分となる。なお、熱処理時間の上限は特に限定されないが、例えば３０分〜６０分とすることができる。これ以上長く熱処理を実施しても、何らの作用効果を得ることができず、エネルギー消費の観点からも効率的でない。
【００３１】
（ホウ素吸着剤による水処理方法）
次に、本実施形態におけるホウ素吸着剤による水処理方法について説明する。
本実施形態におけるホウ素吸着剤による水処理方法は極めて簡易であって、上述した複合酸化物のホウ素吸着剤を排水に接触させることによって実施する。これによって、複合酸化物は上述したようなハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物となり、排水中のホウ酸イオン、すなわちホウ素が吸着し、回収できるものである。なお、ホウ酸イオンの吸着及び回収の原理は上述したとおりである。
【００３２】
上記ホウ素吸着剤を排水と接触させる具体的な方法としては、例えば、ホウ素吸着剤の粉末、またはバインダーを用いた造粒粉を排水中に投入し、沈降させる方法が挙げられる。この方法は、比較的大量の排水を処理する場合に有効な方法である。この方法によると、水質浄化設備が比較的大型になることが懸念点であるが、大量の排水を一度に処理できるという利点がある。
【００３３】
また、上記ホウ素吸着剤を膜に担持させ、この膜を排水中に浸漬させることによっても、ホウ素イオン、すなわちホウ素の回収を行うことができるようになる。さらには、ホウ素吸着剤あるいは造粒粉等をカラムに充填し、このカラム中に排水を導入することで接触させ、ホウ酸イオン、すなわちホウ素の回収を行うこともできる。これらの方法は、処理装置が比較的小規模となるが、排水処理量も限定されるので、少量の排水を処理するのに好適である。
【００３４】
なお、本実施形態におけるホウ素吸着剤は、任意のｐＨの排水に対して適用することができる。しかしながら、強酸酸性下においては水質浄化材料の溶解が生じる可能性がある。したがって、本実施形態によるホウ素吸着剤を適用するのに好ましいｐＨ範囲はｐＨ２．０〜１４．０であり、更に好ましくはｐＨ３．０〜１３．０である。
【実施例】
【００３５】
（実施例１）
ＭｇＣｌ２とＡｌＣｌ３とをモル比でＭｇ：Ａｌ＝３：１（Ｘ＝０．２５）となるように秤量した後に水溶液とし、ｐＨ１０のＮａＯＨ水溶液に滴下した後、1時間撹拌した。次に、生成した沈殿物を純水で洗浄してから固液分離して、大気中において３００℃で３０分の熱処理を施した後、乳鉢にて粉末状に微細化し供試体1を得た。
【００３６】
なお、Ｘ線回折の結果、上記沈殿物はハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物のほぼ単相であることが判明し、供試体１は総じてブロードなピークながらスピネル型複合酸化物のほぼ単相であることが判明した。また、元素分析の結果、得られた酸化物に含まれる陽イオンの化学量論比は仕込み組成との誤差がそれぞれの元素で５％未満であった。Ｘ線回折のプロファイルから求められるＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル型構造の割合は７４体積％であった。
【００３７】
また、ホウ素吸着量の測定は、四ホウ酸ナトリウム十水和物を用いてホウ素濃度を１００ｐｐｍに調整したホウ素含有水溶液１００ｍｌに、供試体１を１００ｍｇ添加して２時間撹拌し、添加撹拌前後における水溶液のホウ素濃度を測定することで求めた。結果を表１に示す。
【００３８】
（実施例２）
ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＡｌＣｌ３、ＬａＣｌ３を用いて（Ｘ＝０．２５、Ｙ＝０．２５、Ｚ＝０．２５）となるように秤量した他は、供試体１と同様の方法で供試体２を得た。ホウ素吸着量の測定も供試体１と同様の手順に従った。
【００３９】
なお、Ｘ線回折の結果、上記沈殿物はハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物のほぼ単相であることが判明し、供試体２は総じてブロードなピークながらスピネル型複合酸化物のほぼ単相であることが判明した。また、元素分析の結果、得られた酸化物に含まれる陽イオンの化学量論比は仕込み組成との誤差がそれぞれの元素で５％未満であった。Ｘ線回折のプロファイルから求められるＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル型構造の割合は７２体積％であった。
【００４０】
（実施例３）
ＭｇＣｌ２、ＺｎＣｌ２、ＡｌＣｌ３、ＦｅＣｌ３を用いて（Ｘ＝０．２５、Ｙ＝０．２、Ｚ＝０．２）となるようにした他は、供試体１と同様の方法で供試体３を得た。ホウ素吸着量の測定も供試体１と同様の手順に従った。
【００４１】
なお、Ｘ線回折の結果、上記沈殿物はハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物のほぼ単相であることが判明し、供試体３は総じてブロードなピークながらスピネル型複合酸化物のほぼ単相であることが判明した。また、元素分析の結果、得られた酸化物に含まれる陽イオンの化学量論比は仕込み組成との誤差がそれぞれの元素で５％未満であった。Ｘ線回折のプロファイルから求められるＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル型構造の割合は６７体積％であった。
【００４２】
（実施例４）
ＭｇＣｌ２、ＺｎＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＡｌＣｌ３、ＬａＣｌ３、ＣｅＣｌ３を用いて（Ｘ＝０．３３、Ｙ＝０．２、Ｚ＝０．２）となるようにした他は供試体１と同様の方法で供試体４を得た。ホウ素吸着量の測定も供試体１と同様の手順に従った。なお、Ｚｎ：Ｃａ＝Ｌａ：Ｃｅ＝１：１とした。
【００４３】
なお、Ｘ線回折の結果、上記沈殿物はハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物のほぼ単相であることが判明し、供試体４は総じてブロードなピークながらスピネル型複合酸化物のほぼ単相であることが判明した。また、元素分析の結果、得られた酸化物に含まれる陽イオンの化学量論比は仕込み組成との誤差がそれぞれの元素で５％未満であった。Ｘ線回折のプロファイルから求められるＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル型構造の割合は６９体積％であった。
【００４４】
（実施例５）
ＭｇＣｌ２、ＺｎＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＡｌＣｌ３、ＬａＣｌ３、ＣｅＣｌ３を用いて（Ｘ＝０．３、Ｙ＝０．１７、Ｚ＝０．１７）となるようにした他は、供試体１と同様の方法で供試体５を得た。ホウ素吸着量の測定も供試体１と同様の手順に従った。なお、Ｚｎ：Ｃａ＝Ｌａ：Ｃｅ＝２：１とした。
【００４５】
なお、Ｘ線回折の結果、上記沈殿物はハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物のほぼ単相であることが判明し、供試体５は総じてブロードなピークながらスピネル型複合酸化物のほぼ単相であることが判明した。また、元素分析の結果、得られた酸化物に含まれる陽イオンの化学量論比は仕込み組成との誤差がそれぞれの元素で５％未満であった。Ｘ線回折のプロファイルから求められるＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル型構造の割合は６１体積％であった。
【００４６】
（実施例６）
ＭｇＣｌ２、ＺｎＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＡｌＣｌ３、ＦｅＣｌ３、ＬａＣｌ３、ＣｅＣｌ３を用いて（Ｘ＝０．２５、Ｙ＝０．１７、Ｚ＝０．１７）となるようにした他は供試体１と同様の方法で供試体６を得た。ホウ素吸着量の測定も供試体１と同様の手順に従った。なお、Ｚｎ：Ｃａ＝（Ｌａ、Ｃｅ）：Ｆｅ＝２：１とし、Ｌａ：Ｃｅ＝１：１とした。
【００４７】
なお、Ｘ線回折の結果、上記沈殿物はハイドロタルサイト構造の層状無機水酸化物のほぼ単相であることが判明し、供試体６は総じてブロードなピークながらスピネル型複合酸化物のほぼ単相であることが判明した。また、元素分析の結果、得られた酸化物に含まれる陽イオンの化学量論比は仕込み組成との誤差がそれぞれの元素で５％未満であった。Ｘ線回折のプロファイルから求められるＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル型構造の割合は６４体積％であった。
【００４８】
（比較例１）
供試体１と同様に沈殿物を得てから大気中１００℃で１０時間乾燥させて供試体７を得た。なお、供試体７はＸ線回折の結果、ＭｇＯ型酸化物であることが判明した。
【００４９】
（比較例２）
供試体２と同様に沈殿物を得てから大気中１００℃で１０時間乾燥させて供試体８を得た。なお、供試体８はＸ線回折の結果、ＭｇＯ型酸化物であることが判明した。
【００５０】
【表１】
【００５１】
以上、表１から明らかなように、本発明に基づく複合酸化物は、従来では成しえなかった高いホウ素吸着量を示すことが判った。
【００５２】
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式（Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ）Ｏ１＋Ｘ／２ （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３）であり、ＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル構造を呈する複合酸化物を含むことを特徴とする、ホウ素吸着剤。
【請求項２】
Ｍ１は少なくともＭｇを含み、Ｍ２は少なくともＡｌを含むことを特徴とする、請求項１に記載のホウ素吸着剤。
【請求項３】
前記複合酸化物は、一般式［｛Ｍｇ１−Ｙ（Ｃａ、Ｚｎ）Ｙ｝１−Ｘ｛Ａｌ１−Ｚ（Ｆｅ、Ｌａ、Ｃｅ）Ｚ｝Ｘ］Ｏ１＋Ｘ／２（０．２５≦Ｘ≦０．３３、０＜Ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．５）で表されることを特徴とする、請求項２に記載のホウ素吸着剤。
【請求項４】
前記複合酸化物は、水の存在下で、一般式［Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ（ＯＨ）２］[ Ａｎ−Ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ] （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３、ｎ：１〜２、１．６＜ｍ＜２．３で表される層状無機水酸化物となることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載のホウ素吸着剤。
【請求項５】
一般式［Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ（ＯＨ）２］[ Ａｎ−Ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ] （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３）で表される層状無機水酸化物を、２００℃以上５００℃未満の温度で５分以上熱処理することによって、一般式（Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ）Ｏ１＋Ｘ／２ （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３、ｎ：１〜２、１．６＜ｍ＜２．３であり、ＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル構造を呈する複合酸化物を含むホウ素吸着剤を得ることを特徴とする、ホウ素吸着剤の製造方法。
【請求項６】
Ｍ１は少なくともＭｇを含み、Ｍ２は少なくともＡｌを含むことを特徴とする、請求項５に記載のホウ素吸着剤の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか一に記載のホウ素吸着剤を用いて水処理を行うことを特徴とする、水処理方法。
【請求項１】
一般式（Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ）Ｏ１＋Ｘ／２ （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３）であり、ＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル構造を呈する複合酸化物を含むことを特徴とする、ホウ素吸着剤。
【請求項２】
Ｍ１は少なくともＭｇを含み、Ｍ２は少なくともＡｌを含むことを特徴とする、請求項１に記載のホウ素吸着剤。
【請求項３】
前記複合酸化物は、一般式［｛Ｍｇ１−Ｙ（Ｃａ、Ｚｎ）Ｙ｝１−Ｘ｛Ａｌ１−Ｚ（Ｆｅ、Ｌａ、Ｃｅ）Ｚ｝Ｘ］Ｏ１＋Ｘ／２（０．２５≦Ｘ≦０．３３、０＜Ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．５）で表されることを特徴とする、請求項２に記載のホウ素吸着剤。
【請求項４】
前記複合酸化物は、水の存在下で、一般式［Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ（ＯＨ）２］[ Ａｎ−Ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ] （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３、ｎ：１〜２、１．６＜ｍ＜２．３で表される層状無機水酸化物となることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載のホウ素吸着剤。
【請求項５】
一般式［Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ（ＯＨ）２］[ Ａｎ−Ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ] （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３）で表される層状無機水酸化物を、２００℃以上５００℃未満の温度で５分以上熱処理することによって、一般式（Ｍ１１−ＸＭ２Ｘ）Ｏ１＋Ｘ／２ （Ｍ１：Ｃａ，Ｍｇ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の２価の元素、Ｍ２：Ａｌ，Ｆｅ，Ｌａ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも一種の３価の元素；０．２５≦Ｘ≦０．３３、ｎ：１〜２、１．６＜ｍ＜２．３であり、ＭｇＡｌ２Ｏ４型スピネル構造を呈する複合酸化物を含むホウ素吸着剤を得ることを特徴とする、ホウ素吸着剤の製造方法。
【請求項６】
Ｍ１は少なくともＭｇを含み、Ｍ２は少なくともＡｌを含むことを特徴とする、請求項５に記載のホウ素吸着剤の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか一に記載のホウ素吸着剤を用いて水処理を行うことを特徴とする、水処理方法。
【公開番号】特開２０１１−５６３９４（Ｐ２０１１−５６３９４Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０８６８６（Ｐ２００９−２０８６８６）
【出願日】平成２１年９月９日（２００９．９．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月９日（２００９．９．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]