泡沫分離法および泡沫分離装置
【課題】分離対象物質の分離選択性に優れるとともにその回収率が高く、連続して安定した分離操作が可能な泡沫分離法、およびその泡沫分離装置の提供。
【解決手段】界面活性剤を含んだ仕込み液中に気体を吹き込むことによって生じた泡沫表面での吸着能を利用して分離対象物質を分離する泡沫分離法において、前記仕込み液の溶媒と同じ溶媒を用いた導入液を泡沫に供給する。
【解決手段】界面活性剤を含んだ仕込み液中に気体を吹き込むことによって生じた泡沫表面での吸着能を利用して分離対象物質を分離する泡沫分離法において、前記仕込み液の溶媒と同じ溶媒を用いた導入液を泡沫に供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離対象物質の分離選択性に優れるとともにその回収率が高く、連続して安定した分離操作が可能な泡沫分離法、および泡沫分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
界面活性剤などの界面活性を有する物質は、気体-液体界面に濃縮される特徴を持っており、この特徴を利用した分離方法として泡沫分離法が知られている。
【０００３】
界面活性剤を含む溶液に気体を吹き込むと、泡沫が発生する。泡沫の表面には界面活性剤が吸着しており、泡沫分離法は、この界面活性剤を介して分離対象物質を泡沫表面に吸着させる方法（例えば、非特許文献１参照）である。またより効率の良い相互作用を誘起させる目的で、泡沫表面や分離対象物質の界面活性を変化させる作用を持つ捕集剤などの添加も行われる。
【０００４】
泡沫分離法は、装置の構造やその操作が簡単であり、装置の製造やランニングコストが低く、環境負荷が少ないなどの特長を持ち、特に希薄溶液からの分離対象物質の回収に優れているため、下水中に含まれる合成洗剤のアルキルベンゼンスルホン酸ソーダ（ＡＢＳ）の除去、水溶液中のアルコールやフェノールの除去、放射性廃水からの放射性イオンの除去、または食品製薬業界ではタンパク質の分離など、様々な分野で利用されている。
【０００５】
発生する泡沫から形成される泡沫相は泡沫と泡沫間の同伴水から構成され、分離の際、界面活性剤と親和性を示す分離対象物質は、界面活性剤を介して泡沫表面に吸着することにより、泡沫表面と同伴水に分配され、界面活性剤と親和性を示さない非分離対象物質は同伴水の中にのみ存在する。そして、連続発生する泡沫が泡沫相を形成しながら上昇するに伴って、同伴水はその自重により下方排水効果が促進され、分離塔の塔頂から回収される泡沫は同伴水が少なくなり、泡沫表面に選択的に吸着した分離対象物質が回収される。
【０００６】
しかし、従来の分離塔を使用した泡沫分離法では、泡沫が泡沫相を形成しながら上昇するに伴って同伴水の量が少なくなるために、その自重による下方排水効果が低減し、回収された泡沫中には非分離対象物質が多量に含まれ、分離選択性も高くはなかった。
【０００７】
これに対して、同伴水の自重による下方排水効果を目的に、分離塔を高く設定する方法が試みられてきたが、かえって或る高さで効果が頭打ちになるばかりか、分離対象物質の分離選択性は小さくなるなどの問題もあった。
【０００８】
さらに、泡沫相の上層部においては、泡沫表面の界面活性剤の吸着量が少なくなるために泡沫が安定せず、泡沫が回収できなくなるなどの問題もあった。
【０００９】
これに対して、回収した泡沫の一部を泡沫相に還流し、泡沫の安定性を図る方法も試みられてきたが、この場合は分離対象物質の分離選択性が予想以上に高くはなく、その回収率も低いなどの問題があった。
【００１０】
さらにまた、従来は、分離対象物質と界面活性剤の両方を含む溶液を分離処理液として分離塔に仕込み、この仕込み液に気体を吹き込んで泡沫分離することも行われていたが、この方法では、泡沫表面に界面活性剤が吸着する前後に分離対象物質と界面活性剤とが相互作用する過程が存在するため、この過程における分離対象物質の分配により回収率に影響が現れやすい。つまり、分離対象物質が界面活性剤と相互作用する割合が高い系は回収率が増大し、逆に、相互作用する割合が低い系は回収率が低下する。特に分離対象物質と界面活性剤の相互作用が低い系ではこの分配過程が支配的となり、回収率の向上は難しくなる。
【００１１】
同じように泡沫を利用する分離方法としてフローテーション法（例えば、非特許文献２参照）がある。この方法は、泡沫分離法が気体−液体からなる二相泡沫であるのに対して、気体−液体−固体からなる三相泡沫であることが特徴で、懸濁物質の除去やぬれ性の異なる異種粒子の選別等に広く使用されているが、このフローテーション法においても上記と同様の問題を抱えており、従来技術より優れた分離操作技術が求められていた。
【００１２】
【非特許文献１】John F. Scamehorn, Jeffrey H. Harwell著「surfactant science series volume 33 SURFACTANT-BASED SEPARATION PROCESSES」 Marcel Dekker出版、1989年、p.233-320
【非特許文献２】K. A. Matis著「FLOTATION SCIENCE AND ENGINEERING」 Marcel Dekker出版、1995年、p.89−259
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の従来技術の課題を鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、分離対象物質の分離選択性に優れるとともにその回収率が高く、連続して安定した分離操作が可能な泡沫分離法、およびその泡沫分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の泡沫分離方法は、界面活性剤および溶媒を含んだ仕込み液中に気体を吹き込むことによって生じた泡沫表面での吸着能を利用して分離対象物質を分離する泡沫分離法において、分離対象物質を仕込み液または導入液のいずれかに含み、前記仕込み液の溶媒と同じ溶媒を用いた導入液を泡沫に供給することを特徴とする。
【００１５】
導入液には分離対象物質を含ませることもできる。また、仕込み液に溶媒、界面活性剤と分離対象物質とを含有させ、導入液に界面活性剤を含ませておくこともできる。さらには、導入液が分離対象物質を含有する分離対象物質導入液と、界面活性剤を含有する界面活性剤導入液とからなり、該分離対象物質導入液と該界面活性剤導入液とは、泡沫に対して個別に供給することもできる。この場合において、界面活性剤導入液の供給位置は、分離対象物質導入液の供給位置よりも上にあることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の泡沫分離装置は、内部が中空の分離塔と、該分離塔内に界面活性剤および溶媒を含む仕込み液を供給するための仕込み液供給手段と、該分離塔の下端に接続され気体を供給するための気体導入手段とを備えた泡沫分離装置において、前記分離塔には、仕込み液の溶媒と同じ溶媒を用いた導入液を供給するための導入液供給手段が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
この場合において、導入液供給手段は、分離対象物質を含有する分離対象物質導入液と、界面活性剤を含有する界面活性剤導入液とを個別に分離塔内に供給することが可能とされていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
以下に説明するとおり、本発明の泡沫分離法および泡沫分離装置は、仕込み液の溶媒と同じ溶媒を用いた導入液を泡沫に供給することにより、従来の泡沫分離装置に比べ、分離対象物質の分離選択性に優れるとともにその回収率が高く、連続して安定した分離操作を行うことができる。このため、稀少金属の回収、合成洗剤のアルキルベンゼンスルホン酸ソーダ（ＡＢＳ）の除去、水溶液中のアルコールやフェノールの除去、放射性廃水からの放射性イオンの除去、または食品製薬業界ではタンパク質の分離など、特に希薄溶液からの分離対象物質の回収に利用でき、実用性の高いものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の泡沫分離法および泡沫分離装置について、図に従って説明する。
【００２０】
図１は、分離塔内に形成された泡沫相の状態を表した模式図であり、１は泡沫相、１ａは泡沫相の上層部、１ｂは泡沫相の中層部、１ｃは泡沫相の下層部、２は泡沫をそれぞれ示している。泡沫相は、界面活性剤および溶媒を含む溶液に外部から気体を吹き込むことにより連続発生した泡沫２から形成される。
【００２１】
図２は、本発明の泡沫分離法による泡沫２の表面状態を微視的に示した模式図であり、（Ｉ）は泡沫相の上層部、（ＩＩ）は泡沫相の中層部、（ＩＩＩ）は泡沫相の下層部を示しており、３は同伴水、４は気液界面、５は界面活性剤、６は分離対象物質、そして７は非分離対象物質をそれぞれ示している。
【００２２】
一方、図３は、従来の泡沫分離法による泡沫２の表面状態を微視的に示した模式図であり、同じく（Ｉ）は泡沫相の上層部、（ＩＩ）は泡沫相の中層部、（ＩＩＩ）は泡沫相の下層部を示しており、３は同伴水、４は気液界面、５は界面活性剤、６は分離対象物質、そして７は非分離対象物質をそれぞれ示している。
【００２３】
図２および図３に示すように、界面活性剤５はその親水基を同伴水３側に向けて泡沫２の表面に吸着しており、同伴水３に界面活性剤５、親和性を示す分離対象物質６および親和性を示さない非分離対象物質７が含まれていると、分離対象物質６が界面活性剤５に吸着し、連続発生し上昇する泡沫に伴って泡沫相１の上層部（Ｉ）まで運ばれる。
【００２４】
しかし、従来の泡沫分離法は、界面活性剤５と分離対象物質６、さらには非分離対象物質７が含まれる水溶液に気体を吹き込み、泡沫２を連続発生させて泡沫相１を形成させ、界面活性剤５を介して分離対象物質６を泡沫２の表面に吸着させて泡沫２とともに回収するものであるが、特に分離対象物質６と界面活性剤５の相互作用が低い系ではこの分配過程が支配的となり、分離対象物質６の回収率に影響が現れやすくなる。
【００２５】
また、図３に示すように、泡沫２の上昇に伴い形成された泡沫相１の上層部（Ｉ）は、下層部（ＩＩＩ）に比べ同伴水３の量が少なくなるために、その自重による下方排水効果が低減するばかりか、非分離対象物質７が泡沫２の回収液中に残り、分離選択性も低下する傾向にある。
【００２６】
さらには、泡沫相１の上層部（Ｉ）においては、泡沫２表面の界面活性剤５の吸着量が少なくなるために泡沫２が安定せず、泡沫２の回収が不十分となるなどの問題も生じやすくなる。
【００２７】
こうした問題に対し、本発明の泡沫分離法では、泡沫に対し、仕込み液の溶媒と同じ溶媒を用いた導入液が供給される。導入液としては、例えば下記の（Ａ）〜（Ｃ）いずれかの組み合わせによる仕込み液および導入液を使用し、仕込み液に気体を吹き込み、連続発生する泡沫２から形成される泡沫相１中に導入液を供給し、界面活性剤５を介して分離対象物質６を泡沫２表面に吸着させ、分離対象物質６を泡沫２と共に分離回収することができる。これにより、従来の泡沫分離法の問題を解決することができるのである。
（Ａ）仕込み液が界面活性剤５および溶媒を含む溶液で、且つ導入液が分離対象物質６および溶媒を含む溶液、
（Ｂ）仕込み液が界面活性剤５および溶媒と分離対象物質６および溶媒を含む溶液で、且つ導入液が界面活性剤５を含む溶液、
（Ｃ）仕込み液が界面活性剤５および溶媒を含む溶液で、且つ導入液が上記（Ａ）および（Ｂ）に記載の２種類の導入液。なお、溶媒としては、通常、水、アルコールおよびそれらの混合物などを用いる。
【００２８】
すなわち、図２に示すように、本発明の泡沫分離法は、泡沫相１の上層部（Ｉ）には同伴水３を十分に有するため、下方排水効果が維持され、回収された泡沫２の中の非分離対象物質７の含有量も少なく、泡沫２表面の界面活性剤５の吸着量も十分なために泡沫２が安定化し、泡沫２が十分に回収でき、特に分離対象物質６と界面活性剤５の相互作用が低い系では、上記の（Ａ）または（Ｃ）の仕込み液および導入液を使用することにより、界面活性剤５と分離対象物質６との相互作用は、界面活性剤５が溶液中に分散している場合に比べ、界面活性剤５が泡沫２の表面に吸着されている場合の方が効率が良いため、回収率が向上する。
【００２９】
また、前記（Ｃ）の仕込み液および導入液を使用した泡沫分離法においては、前記（Ｂ）の導入液の泡沫相１への供給位置が、前記（Ａ）の導入液の泡沫相１への供給位置よりも上方にあることが好ましく、これにより、同伴水３の下方排水効果をさらに向上させ、泡沫相１の中の非分離対象物質７を洗い流す効果を持ち、泡沫２をより安定化な状態で回収することができる。
【００３０】
なお、ここで言う界面活性剤５は、親水基と親油基を有する物質であり、その種類には脂肪族塩類、高級アルコール硫酸エステル塩類、液体脂肪油硫酸エステル塩類、脂肪族アミンおよび脂肪族アマイドの硫酸塩類、脂肪アルコールリン酸エステル塩類、二塩基性脂肪酸エステルのスルホン塩類、脂肪酸アミドスルホン酸塩類、アルキルアリルスルホン酸塩類、ホルマリン縮合のナフタリンスルホン酸などのアニオン性界面活性剤、脂肪アミン塩類、第四アンモニウム塩類、アルキルピリジニウム塩などのカチオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエステル類、ソルビタンアルキルエステル類、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類などのノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤などが挙げられるが、本発明の泡沫分離法においては、その使用する種類に特に限定はなく、分離対象物質６やその処理能力などに応じて適宜使用することができ、さらに、これらの界面活性剤５を少なくとも２種類以上を適宜組み合わせて使用しても良い。そのほか捕集剤などに代表される添加剤についても分離対象物質や使用する界面活性剤などに合わせて適宜組み合わせて使用しても良い。
【００３１】
また、界面活性剤５の溶液濃度についても、処理する分離対象物質６の濃度、必要とする泡沫２の大きさや発生量、および必要とする分離処理能力などに応じて適宜調整するこができ、特に限定はされない。
【００３２】
次に、本発明の泡沫分離装置について説明する。
【００３３】
図４は、後述する実施例１及び実施例２で用いた泡沫分離装置を示す模式図であり、１１は分離塔、１は泡沫相、１２は仕込み液、１３は仕込み液タンク、１４ａは導入液タンク、１５は気体ボンベ、１６は分散器、１７はポンプ、１８は仕込み液供給口、１９ａは導入液供給口、２０は気体供給口、２１は水位調整装置、２２は泡沫回収口、２３は残液回収口をそれぞれ示している。
【００３４】
また、図５は、後述する実施例３及び実施例４で用いた泡沫分離装置を示す模式図であり、１１は分離塔、１は泡沫相、１２は仕込み液、１３は仕込み液タンク、１４ａ、１４ｂは導入液タンク、１５は気体ボンベ、１６は分散器、１７はポンプ、１８は仕込み液供給口、１９ａ、１９ｂは導入液供給口、２０は気体供給口、２１は水位調整装置、２２は泡沫回収口、２３は残液回収口をそれぞれ示している。
【００３５】
一方、図６は、比較例１及び比較例２で用いた従来の泡沫分離装置を示す模式図であり、１１は分離塔、１は泡沫相、１２は仕込み液、１３は仕込み液タンク、１５は気体ボンベ、１６は分散器、１７はポンプ、１８は仕込み液供給口、２０は気体供給口、２１は水位調整装置、２２は泡沫回収口、２３は残液回収口をそれぞれ示している。
【００３６】
図６に示すとおり、比較例で示される従来の泡沫分離装置は、分離塔１１内に界面活性剤５、分離対象物質６および非分離対象物質７を含む溶液を仕込み、この仕込み液１２にガラスフィルターなどからなる分散器１６を使用して気体を分散させて吹き込み、泡沫２を連続発生させて泡沫相１を形成させ、界面活性剤５を介して泡沫２表面に分離対象物質６を吸着させ、分離塔１１の塔頂に達した泡沫２を分離対象物質６とともに泡沫回収口２２から回収する構造になっている。
【００３７】
これに対して、実施例１および実施例２で示される本発明の泡沫分離装置は、図４に示すとおり、まず分離塔１１内に上記（Ａ）または（Ｂ）の仕込み液１２を仕込み液供給口１８から供給し、その仕込み液１２にガラスフィルターなどからなる分散器１６を使用して気体を分散させて吹き込み、泡沫２を連続発生させて泡沫相１を形成させ、泡沫相１に上記（Ａ）または（Ｂ）の導入液を導入液供給口１９ａから供給し、界面活性剤５を介して泡沫２表面に分離対象物質６を吸着させ、分離塔１１の塔頂に達した泡沫２を分離対象物質６とともに泡沫回収口２２から回収する構造となっている。
【００３８】
また、実施例３および実施例４で示される本発明の泡沫分離装置は、図５に示すとおり、まず分離塔１１内に上記（Ｃ）の仕込み液１２を仕込み液供給口１８から供給し、その仕込み液１２にガラスフィルターなどからなる分散器１６を使用して気体を分散させて吹き込み、泡沫２を連続発生させて泡沫相１を形成させ、泡沫相１に上記（Ａ）の導入液を導入液供給口１９ａから、さらに上記（Ｂ）の導入液を導入液供給口１９ｂから供給し、界面活性剤５を介して泡沫２表面に分離対象物質６を吸着させ、分離塔１１の塔頂に達した泡沫２を分離対象物質６とともに泡沫回収口２２から回収する構造となっている。
【００３９】
上記の本発明の泡沫分離装置を使用することにより、泡沫相１の上層部（Ｉ）には同伴水３を十分に有することができるために下方排水効果が維持され、回収された泡沫２の中には非分離対象物質７の含有量も少なく、泡沫２表面の界面活性剤５の吸着量も十分なために泡沫２が安定し、泡沫２が十分に回収でき、特に分離対象物質６と界面活性剤５の相互作用が低い系では、図４の泡沫分離装置に上記（Ａ）の仕込み液１２および導入液を使用することにより、または図５の泡沫分離装置に上記（Ｃ）の仕込み液１２、上記（Ａ）の導入液および上記（Ｂ）の導入液を使用することにより、界面活性剤５と分離対象物質６との相互作用は、界面活性剤５が溶液中に分散している場合に比べ、界面活性剤５が泡沫２の表面に吸着されている場合の方が効率が良いため、回収率が向上する。
【００４０】
なお、導入液供給口１９ａと１９ｂの高さは、導入液供給口１９ａが仕込み液１２の液面より上方にあり、さらに導入液供給口１９ｂが導入液供給口１９ａよりも上方にあれば良く、目的とする分離操作、泡沫２の大きさや発生量、導入液の供給量、界面活性剤５の濃度や分離対象物質６の濃度、および分離処理能力に応じて適宜調整することができ、特に限定はされない。
【００４１】
さらに、分離塔１１内に供給する気体の量や泡沫相１に供給する導入液の量は、目的とする分離操作、泡沫２の大きさや発生量、界面活性剤５の濃度や分離対象物質６の濃度、および分離処理能力に応じて適宜調整することができ、特に限定はされない。
【００４２】
なお、気体の供給方法および仕込み液１２や導入液の供給方法としては、公知の気送ポンプや液送ポンプの使用が挙げられるが、特に泡沫相１に供給する導入液については、公知の水位調整装置２１を使用することが好ましい。
【００４３】
また、本発明に使用される気体には、空気、水素、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスなどが挙げられるが、本発明の効果を阻害しない限り、目的に応じて適宜選択することができ、特に限定されない。
【００４４】
さらに、本発明の泡沫分離装置の大きさについては、分離処理能力に応じて適宜選択することができ、特に限定されない。
【００４５】
さらにまた、本発明の泡沫分離装置を構成する素材についても、仕込み液１２および導入液の性質（酸性、アルカリ性など）のほか、耐久性、分離処理能力などに応じて適宜選択することができ、特に限定はされない。
【実施例】
【００４６】
以下の実施例において、本発明の泡沫分離法および泡沫分離装置をさらに詳細に説明するが、本発明はその主旨を超えない限りこれらに限定されるものではない。
【００４７】
下記の実施例および比較例においては、ポリオキシエチレン系ノニオン性界面活性剤であるＰｏｌｙｏｘｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｎｏｎｙｌ Ｐｈｅｎｙｌ Ｅｔｈｅｒ（以下、ＰＯＮＰＥと言う）を使用した塩酸水溶液中の金の分離・回収例を挙げ、本発明の泡沫分離法および泡沫分離装置の効果を紹介する。
【００４８】
なお、ＰＯＮＰＥは、塩酸水溶液中の金のテトラクロロ錯体と高い親和性を示し、泡沫を作るための気泡剤と金の捕集剤として働くなどの性質を持つ。
【００４９】
また、本発明における各評価結果の値は以下の方法により測定した値である。
【００５０】
〔分離塔〕
実施例および比較例に使用した分離塔は、塔高５０ｃｍ、内径３ｃｍのガラス製のものを使用し、分散器はガラスフィルターを使用した。
【００５１】
〔金属濃度〕
各溶液中の各金属濃度は、ＩＣＰ発光分光分析装置を使用して求めた。
【００５２】
〔回収率〕
分離塔の泡沫回収口から回収された泡沫液中の金属濃度と仕込み液または導入液中の金属濃度をそれぞれ測定し、測定した濃度から各溶液中の分離対象物質の質量を算出し、さらに式（泡沫液中の金属の質量／仕込み液または導入液中の金属の質量）×１００から回収率（％）を求めた。
【００５３】
〔濃縮比〕
分離塔の泡沫回収口から回収された泡沫液中の金属濃度と仕込み液または導入液中の金属濃度をそれぞれ測定し、式（泡沫液中の金属濃度／仕込み液または導入液中の金属濃度）から濃縮比を（−）を求めた。
【００５４】
〔分離度〕
分離塔の泡沫回収口から回収された泡沫液中の各金属濃度を測定し、式（金の濃縮比／金以外の他の濃縮比）から分離度（−）を求めた。
【００５５】
［実施例１］
図４に示す泡沫分離装置を使用し、仕込み液にＰＯＮＰＥを０．１０重量％含む２Ｎの塩酸水溶液、導入液に金と銅をそれぞれ２０ｐｐｍ含む２Ｎの塩酸水溶液を使用した。
【００５６】
まず、仕込み液の液面の高さが所定の位置になるように、残液回収口から残液を抜きながら、分離塔内に仕込み液を毎分２．５ｍｌで供給し、さらに空気を毎分４０ｍｌで分離塔に供給し、分散器を通して仕込み液中に空気を吹き込み、泡沫を連続発生させた。
【００５７】
その後、形成された泡沫相に、導入液を導入液供給口から表１に示す流量で供給し、金と銅の分離を行った。金の分離・回収結果を表１に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
表１から明らかなように、回収率は流量が上がるにつれて低下する傾向が見られ、濃縮比および分離度は上昇する傾向が見られた。そして、泡沫相へ金の溶液を供給することにより、効率良く金が泡沫相に吸着したのが分かる。またＰＯＮＰＥと金を別々に供給することで、液流量などの操作パラメーターを最適化することにより、高い回収率と濃縮比を両立させることが可能である。
【００６０】
［実施例２］
図４に示す泡沫分離装置を使用し、仕込み液にＰＯＮＰＥを０．１０重量％と、金と銅をそれぞれ２０ｐｐｍ含む２Ｎの塩酸水溶液、導入液にＰＯＮＰＥを０．１０重量％含む２Ｎの塩酸水溶液を使用した。
【００６１】
まず、仕込み液の液面の高さが所定の位置になるように、残液回収口から残液を抜きながら、分離塔内に仕込み液を毎分２．５ｍｌで供給し、さらに空気を毎分４０ｍｌで分離塔に供給し、分散器を通して仕込み液中に空気を吹き込み、泡沫を連続発生させた。
【００６２】
その後、形成された泡沫相に、導入液を導入液供給口から表２に示す流量で供給し、金と銅の分離を行った。金の分離・回収結果を表２に示す。
【００６３】
【表２】
【００６４】
表１から明らかなように、回収率、濃縮比の値は、実施例１の結果よりも低くなったが、分離度は比較的高い値を得ることができた。
【００６５】
［実施例３］
図５に示す泡沫分離装置を使用し、仕込み液にＰＯＮＰＥを０．１０重量％含む２Ｎの塩酸水溶液、導入液に金と銅をそれぞれ２０ｐｐｍ含む２Ｎの塩酸水溶液（ａ）とＰＯＮＰＥを０．１０重量％含む２Ｎの塩酸水溶液（ｂ）を使用した。
【００６６】
まず、仕込み液の液面の高さが所定の位置になるように、残液回収口から残液を抜きながら、分離塔内に仕込み液を毎分７．０ｍｌで供給し、さらに空気を毎分４０ｍｌで分離塔に供給し、分散器を通して仕込み液中に空気を吹き込み、泡沫を連続発生させた。
【００６７】
その後、形成された泡沫相に、導入液（ａ）を毎分１．０ｍｌで供給し、さらに導入液（ｂ）を、導入液（ａ）の導入液供給口より上方にある導入液供給口から表３に示す流量で供給し、金と銅の分離を行った。金の分離・回収結果を表３に示す。
【００６８】
【表３】
【００６９】
表３から明らかなように、金の溶液とＰＯＮＰＥの溶液を供給することで回収率、濃縮比、分離度とも非常に高い値を示し、良好な結果が得られた。
【００７０】
［実施例４］
図５に示す泡沫分離装置を使用し、仕込み液にＰＯＮＰＥを０．１０重量％含む２Ｎの塩酸水溶液、導入液に金、ガリウム、鉄、および銅をそれぞれ２０ｐｐｍ含む５Ｎの塩酸水溶液（ａ）とＰＯＮＰＥを０．１０重量％含む２Ｎの塩酸水溶液（ｂ）を使用した。
【００７１】
まず、仕込み液の液面の高さが所定の位置になるように、残液回収口から残液を抜きながら、分離塔内に仕込み液を毎分７．０ｍｌで供給し、さらに空気を毎分４０ｍｌで分離塔に供給し、分散器を通して仕込み液中に空気を吹き込み、泡沫を連続発生させた。
【００７２】
その後、形成された泡沫相に、導入液（ａ）を毎分０．５ｍｌで供給し、さらに導入液（ｂ）を、導入液（ａ）の導入液供給口より上方にある導入液供給口から毎分０．１０ｍｌで供給し、各金属の分離を行った。その分離・回収結果を表４に示す。
【００７３】
【表４】
【００７４】
ＰＯＮＰＥに対する各金属の親和性の強さは、溶媒抽出法などのデータから、金＞ガリウム＞鉄＞＞銅の順となっていることが知られているが、本実施例においてもこの傾向が現れており、特に金が高い回収率で選択的に分離されたことが分かる。
【００７５】
本実施例では各金属を含む溶液を泡沫相に連続的に導入したが、これを間欠的に導入するとクロマトグラフィーと同様の挙動を示すと考えられ、操作条件の最適化を図ることでさらに界面活性剤との親和性の異なる物質間で相互分離が可能となる。
【００７６】
［比較例１］
図６に示す泡沫分離装置を使用し、仕込み液にＰＯＮＰＥを０．１０重量％と、金と銅をそれぞれ２０ｐｐｍ含む２Ｎの塩酸水溶液を使用した。
【００７７】
まず、仕込み液の液面の高さが所定の位置になるように、残液回収口から残液を抜きながら、分離塔内に仕込み液を毎分２．５ｍｌで供給し、さらに空気を毎分４０ｍｌで分離塔に供給し、分散器を通して仕込み液中に空気を吹き込み、泡沫を連続発生させながら、金の分離を行った。金の分離・回収結果を表５に示す。
【００７８】
【表５】
【００７９】
表５から明らかなように、従来の泡沫分離法を使用した場合は、金の回収率と分離度が低く、また、泡沫相上層部の泡沫が不安定で、泡沫を十分に回収することができなかった。
【００８０】
［比較例２］
図６に示す泡沫分離装置を使用し、仕込み液にＰＯＮＰＥを０．１０重量％と、金、ガリウム、鉄、および銅をそれぞれ２０ｐｐｍ含む５Ｎの塩酸水溶液を使用した。
【００８１】
まず、仕込み液の液面の高さが所定の位置になるように、残液回収口から残液を抜きながら、分離塔内に仕込み液を毎分２．５ｍｌで供給し、さらに空気を毎分４０ｍｌで分離塔に供給し、分散器を通して仕込み液中に空気を吹き込み、泡沫を連続発生させながら、各金属の分離を行った。その分離・回収結果を表６に示す。
【００８２】
【表６】
【００８３】
表６から明らかなように、従来の泡沫分離法を使用した場合は、分離選択性に欠け、回収液には、分離対象物質の金のほか、他の金属も多量に含まれていた。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上説明したとおり、本発明の泡沫分離法および泡沫分離装置は、従来の泡沫分離法および泡沫分離装置に比べ、分離対象物質の分離選択性に優れるとともにその回収率が高く、連続して安定した分離操作を行うことができ、稀少金属の回収、合成洗剤のアルキルベンゼンスルホン酸ソーダ（ＡＢＳ）の除去、水溶液中のアルコールやフェノールの除去、放射性廃水からの放射性イオンの除去、または食品製薬業界ではタンパク質の分離など、特に希薄溶液からの分離対象物質の濃縮回収に利用でき、実用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】泡沫相の状態を表す模式図
【図２】本発明の泡沫分離法による泡沫の表面状態を微視的に示した模式図
【図３】従来の泡沫分離法による泡沫の表面状態を微視的に示した模式図
【図４】本発明の泡沫分離装置の第１および第２実施例を示す模式図
【図５】本発明の泡沫分離装置の第３および第４実施例を示す模式図
【図６】従来の泡沫分離装置の比較例を示す模式図
【符号の説明】
【００８６】
１ 泡沫相
１ａ 泡沫相の上層部
１ｂ 泡沫相の中層部
１ｃ 泡沫相の下層部
２ 泡沫
３ 同伴水
４ 気液界面
５ 界面活性剤
６ 分離対象物質
７ 非分離対象物質
１１ 分離塔
１２ 仕込み液
１３ 仕込み液タンク
１４ａ、１４ｂ 導入液タンク
１５ 気体ボンベ
１６ 分散器
１７ ポンプ
１８ 仕込み液供給口
１９ａ、１９ｂ 導入液供給口
２０ 気体供給口
２１ 水位調整装置
２２ 泡沫回収口
２３ 残液回収口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離対象物質の分離選択性に優れるとともにその回収率が高く、連続して安定した分離操作が可能な泡沫分離法、および泡沫分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
界面活性剤などの界面活性を有する物質は、気体-液体界面に濃縮される特徴を持っており、この特徴を利用した分離方法として泡沫分離法が知られている。
【０００３】
界面活性剤を含む溶液に気体を吹き込むと、泡沫が発生する。泡沫の表面には界面活性剤が吸着しており、泡沫分離法は、この界面活性剤を介して分離対象物質を泡沫表面に吸着させる方法（例えば、非特許文献１参照）である。またより効率の良い相互作用を誘起させる目的で、泡沫表面や分離対象物質の界面活性を変化させる作用を持つ捕集剤などの添加も行われる。
【０００４】
泡沫分離法は、装置の構造やその操作が簡単であり、装置の製造やランニングコストが低く、環境負荷が少ないなどの特長を持ち、特に希薄溶液からの分離対象物質の回収に優れているため、下水中に含まれる合成洗剤のアルキルベンゼンスルホン酸ソーダ（ＡＢＳ）の除去、水溶液中のアルコールやフェノールの除去、放射性廃水からの放射性イオンの除去、または食品製薬業界ではタンパク質の分離など、様々な分野で利用されている。
【０００５】
発生する泡沫から形成される泡沫相は泡沫と泡沫間の同伴水から構成され、分離の際、界面活性剤と親和性を示す分離対象物質は、界面活性剤を介して泡沫表面に吸着することにより、泡沫表面と同伴水に分配され、界面活性剤と親和性を示さない非分離対象物質は同伴水の中にのみ存在する。そして、連続発生する泡沫が泡沫相を形成しながら上昇するに伴って、同伴水はその自重により下方排水効果が促進され、分離塔の塔頂から回収される泡沫は同伴水が少なくなり、泡沫表面に選択的に吸着した分離対象物質が回収される。
【０００６】
しかし、従来の分離塔を使用した泡沫分離法では、泡沫が泡沫相を形成しながら上昇するに伴って同伴水の量が少なくなるために、その自重による下方排水効果が低減し、回収された泡沫中には非分離対象物質が多量に含まれ、分離選択性も高くはなかった。
【０００７】
これに対して、同伴水の自重による下方排水効果を目的に、分離塔を高く設定する方法が試みられてきたが、かえって或る高さで効果が頭打ちになるばかりか、分離対象物質の分離選択性は小さくなるなどの問題もあった。
【０００８】
さらに、泡沫相の上層部においては、泡沫表面の界面活性剤の吸着量が少なくなるために泡沫が安定せず、泡沫が回収できなくなるなどの問題もあった。
【０００９】
これに対して、回収した泡沫の一部を泡沫相に還流し、泡沫の安定性を図る方法も試みられてきたが、この場合は分離対象物質の分離選択性が予想以上に高くはなく、その回収率も低いなどの問題があった。
【００１０】
さらにまた、従来は、分離対象物質と界面活性剤の両方を含む溶液を分離処理液として分離塔に仕込み、この仕込み液に気体を吹き込んで泡沫分離することも行われていたが、この方法では、泡沫表面に界面活性剤が吸着する前後に分離対象物質と界面活性剤とが相互作用する過程が存在するため、この過程における分離対象物質の分配により回収率に影響が現れやすい。つまり、分離対象物質が界面活性剤と相互作用する割合が高い系は回収率が増大し、逆に、相互作用する割合が低い系は回収率が低下する。特に分離対象物質と界面活性剤の相互作用が低い系ではこの分配過程が支配的となり、回収率の向上は難しくなる。
【００１１】
同じように泡沫を利用する分離方法としてフローテーション法（例えば、非特許文献２参照）がある。この方法は、泡沫分離法が気体−液体からなる二相泡沫であるのに対して、気体−液体−固体からなる三相泡沫であることが特徴で、懸濁物質の除去やぬれ性の異なる異種粒子の選別等に広く使用されているが、このフローテーション法においても上記と同様の問題を抱えており、従来技術より優れた分離操作技術が求められていた。
【００１２】
【非特許文献１】John F. Scamehorn, Jeffrey H. Harwell著「surfactant science series volume 33 SURFACTANT-BASED SEPARATION PROCESSES」 Marcel Dekker出版、1989年、p.233-320
【非特許文献２】K. A. Matis著「FLOTATION SCIENCE AND ENGINEERING」 Marcel Dekker出版、1995年、p.89−259
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の従来技術の課題を鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、分離対象物質の分離選択性に優れるとともにその回収率が高く、連続して安定した分離操作が可能な泡沫分離法、およびその泡沫分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の泡沫分離方法は、界面活性剤および溶媒を含んだ仕込み液中に気体を吹き込むことによって生じた泡沫表面での吸着能を利用して分離対象物質を分離する泡沫分離法において、分離対象物質を仕込み液または導入液のいずれかに含み、前記仕込み液の溶媒と同じ溶媒を用いた導入液を泡沫に供給することを特徴とする。
【００１５】
導入液には分離対象物質を含ませることもできる。また、仕込み液に溶媒、界面活性剤と分離対象物質とを含有させ、導入液に界面活性剤を含ませておくこともできる。さらには、導入液が分離対象物質を含有する分離対象物質導入液と、界面活性剤を含有する界面活性剤導入液とからなり、該分離対象物質導入液と該界面活性剤導入液とは、泡沫に対して個別に供給することもできる。この場合において、界面活性剤導入液の供給位置は、分離対象物質導入液の供給位置よりも上にあることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の泡沫分離装置は、内部が中空の分離塔と、該分離塔内に界面活性剤および溶媒を含む仕込み液を供給するための仕込み液供給手段と、該分離塔の下端に接続され気体を供給するための気体導入手段とを備えた泡沫分離装置において、前記分離塔には、仕込み液の溶媒と同じ溶媒を用いた導入液を供給するための導入液供給手段が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
この場合において、導入液供給手段は、分離対象物質を含有する分離対象物質導入液と、界面活性剤を含有する界面活性剤導入液とを個別に分離塔内に供給することが可能とされていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
以下に説明するとおり、本発明の泡沫分離法および泡沫分離装置は、仕込み液の溶媒と同じ溶媒を用いた導入液を泡沫に供給することにより、従来の泡沫分離装置に比べ、分離対象物質の分離選択性に優れるとともにその回収率が高く、連続して安定した分離操作を行うことができる。このため、稀少金属の回収、合成洗剤のアルキルベンゼンスルホン酸ソーダ（ＡＢＳ）の除去、水溶液中のアルコールやフェノールの除去、放射性廃水からの放射性イオンの除去、または食品製薬業界ではタンパク質の分離など、特に希薄溶液からの分離対象物質の回収に利用でき、実用性の高いものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の泡沫分離法および泡沫分離装置について、図に従って説明する。
【００２０】
図１は、分離塔内に形成された泡沫相の状態を表した模式図であり、１は泡沫相、１ａは泡沫相の上層部、１ｂは泡沫相の中層部、１ｃは泡沫相の下層部、２は泡沫をそれぞれ示している。泡沫相は、界面活性剤および溶媒を含む溶液に外部から気体を吹き込むことにより連続発生した泡沫２から形成される。
【００２１】
図２は、本発明の泡沫分離法による泡沫２の表面状態を微視的に示した模式図であり、（Ｉ）は泡沫相の上層部、（ＩＩ）は泡沫相の中層部、（ＩＩＩ）は泡沫相の下層部を示しており、３は同伴水、４は気液界面、５は界面活性剤、６は分離対象物質、そして７は非分離対象物質をそれぞれ示している。
【００２２】
一方、図３は、従来の泡沫分離法による泡沫２の表面状態を微視的に示した模式図であり、同じく（Ｉ）は泡沫相の上層部、（ＩＩ）は泡沫相の中層部、（ＩＩＩ）は泡沫相の下層部を示しており、３は同伴水、４は気液界面、５は界面活性剤、６は分離対象物質、そして７は非分離対象物質をそれぞれ示している。
【００２３】
図２および図３に示すように、界面活性剤５はその親水基を同伴水３側に向けて泡沫２の表面に吸着しており、同伴水３に界面活性剤５、親和性を示す分離対象物質６および親和性を示さない非分離対象物質７が含まれていると、分離対象物質６が界面活性剤５に吸着し、連続発生し上昇する泡沫に伴って泡沫相１の上層部（Ｉ）まで運ばれる。
【００２４】
しかし、従来の泡沫分離法は、界面活性剤５と分離対象物質６、さらには非分離対象物質７が含まれる水溶液に気体を吹き込み、泡沫２を連続発生させて泡沫相１を形成させ、界面活性剤５を介して分離対象物質６を泡沫２の表面に吸着させて泡沫２とともに回収するものであるが、特に分離対象物質６と界面活性剤５の相互作用が低い系ではこの分配過程が支配的となり、分離対象物質６の回収率に影響が現れやすくなる。
【００２５】
また、図３に示すように、泡沫２の上昇に伴い形成された泡沫相１の上層部（Ｉ）は、下層部（ＩＩＩ）に比べ同伴水３の量が少なくなるために、その自重による下方排水効果が低減するばかりか、非分離対象物質７が泡沫２の回収液中に残り、分離選択性も低下する傾向にある。
【００２６】
さらには、泡沫相１の上層部（Ｉ）においては、泡沫２表面の界面活性剤５の吸着量が少なくなるために泡沫２が安定せず、泡沫２の回収が不十分となるなどの問題も生じやすくなる。
【００２７】
こうした問題に対し、本発明の泡沫分離法では、泡沫に対し、仕込み液の溶媒と同じ溶媒を用いた導入液が供給される。導入液としては、例えば下記の（Ａ）〜（Ｃ）いずれかの組み合わせによる仕込み液および導入液を使用し、仕込み液に気体を吹き込み、連続発生する泡沫２から形成される泡沫相１中に導入液を供給し、界面活性剤５を介して分離対象物質６を泡沫２表面に吸着させ、分離対象物質６を泡沫２と共に分離回収することができる。これにより、従来の泡沫分離法の問題を解決することができるのである。
（Ａ）仕込み液が界面活性剤５および溶媒を含む溶液で、且つ導入液が分離対象物質６および溶媒を含む溶液、
（Ｂ）仕込み液が界面活性剤５および溶媒と分離対象物質６および溶媒を含む溶液で、且つ導入液が界面活性剤５を含む溶液、
（Ｃ）仕込み液が界面活性剤５および溶媒を含む溶液で、且つ導入液が上記（Ａ）および（Ｂ）に記載の２種類の導入液。なお、溶媒としては、通常、水、アルコールおよびそれらの混合物などを用いる。
【００２８】
すなわち、図２に示すように、本発明の泡沫分離法は、泡沫相１の上層部（Ｉ）には同伴水３を十分に有するため、下方排水効果が維持され、回収された泡沫２の中の非分離対象物質７の含有量も少なく、泡沫２表面の界面活性剤５の吸着量も十分なために泡沫２が安定化し、泡沫２が十分に回収でき、特に分離対象物質６と界面活性剤５の相互作用が低い系では、上記の（Ａ）または（Ｃ）の仕込み液および導入液を使用することにより、界面活性剤５と分離対象物質６との相互作用は、界面活性剤５が溶液中に分散している場合に比べ、界面活性剤５が泡沫２の表面に吸着されている場合の方が効率が良いため、回収率が向上する。
【００２９】
また、前記（Ｃ）の仕込み液および導入液を使用した泡沫分離法においては、前記（Ｂ）の導入液の泡沫相１への供給位置が、前記（Ａ）の導入液の泡沫相１への供給位置よりも上方にあることが好ましく、これにより、同伴水３の下方排水効果をさらに向上させ、泡沫相１の中の非分離対象物質７を洗い流す効果を持ち、泡沫２をより安定化な状態で回収することができる。
【００３０】
なお、ここで言う界面活性剤５は、親水基と親油基を有する物質であり、その種類には脂肪族塩類、高級アルコール硫酸エステル塩類、液体脂肪油硫酸エステル塩類、脂肪族アミンおよび脂肪族アマイドの硫酸塩類、脂肪アルコールリン酸エステル塩類、二塩基性脂肪酸エステルのスルホン塩類、脂肪酸アミドスルホン酸塩類、アルキルアリルスルホン酸塩類、ホルマリン縮合のナフタリンスルホン酸などのアニオン性界面活性剤、脂肪アミン塩類、第四アンモニウム塩類、アルキルピリジニウム塩などのカチオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエステル類、ソルビタンアルキルエステル類、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類などのノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤などが挙げられるが、本発明の泡沫分離法においては、その使用する種類に特に限定はなく、分離対象物質６やその処理能力などに応じて適宜使用することができ、さらに、これらの界面活性剤５を少なくとも２種類以上を適宜組み合わせて使用しても良い。そのほか捕集剤などに代表される添加剤についても分離対象物質や使用する界面活性剤などに合わせて適宜組み合わせて使用しても良い。
【００３１】
また、界面活性剤５の溶液濃度についても、処理する分離対象物質６の濃度、必要とする泡沫２の大きさや発生量、および必要とする分離処理能力などに応じて適宜調整するこができ、特に限定はされない。
【００３２】
次に、本発明の泡沫分離装置について説明する。
【００３３】
図４は、後述する実施例１及び実施例２で用いた泡沫分離装置を示す模式図であり、１１は分離塔、１は泡沫相、１２は仕込み液、１３は仕込み液タンク、１４ａは導入液タンク、１５は気体ボンベ、１６は分散器、１７はポンプ、１８は仕込み液供給口、１９ａは導入液供給口、２０は気体供給口、２１は水位調整装置、２２は泡沫回収口、２３は残液回収口をそれぞれ示している。
【００３４】
また、図５は、後述する実施例３及び実施例４で用いた泡沫分離装置を示す模式図であり、１１は分離塔、１は泡沫相、１２は仕込み液、１３は仕込み液タンク、１４ａ、１４ｂは導入液タンク、１５は気体ボンベ、１６は分散器、１７はポンプ、１８は仕込み液供給口、１９ａ、１９ｂは導入液供給口、２０は気体供給口、２１は水位調整装置、２２は泡沫回収口、２３は残液回収口をそれぞれ示している。
【００３５】
一方、図６は、比較例１及び比較例２で用いた従来の泡沫分離装置を示す模式図であり、１１は分離塔、１は泡沫相、１２は仕込み液、１３は仕込み液タンク、１５は気体ボンベ、１６は分散器、１７はポンプ、１８は仕込み液供給口、２０は気体供給口、２１は水位調整装置、２２は泡沫回収口、２３は残液回収口をそれぞれ示している。
【００３６】
図６に示すとおり、比較例で示される従来の泡沫分離装置は、分離塔１１内に界面活性剤５、分離対象物質６および非分離対象物質７を含む溶液を仕込み、この仕込み液１２にガラスフィルターなどからなる分散器１６を使用して気体を分散させて吹き込み、泡沫２を連続発生させて泡沫相１を形成させ、界面活性剤５を介して泡沫２表面に分離対象物質６を吸着させ、分離塔１１の塔頂に達した泡沫２を分離対象物質６とともに泡沫回収口２２から回収する構造になっている。
【００３７】
これに対して、実施例１および実施例２で示される本発明の泡沫分離装置は、図４に示すとおり、まず分離塔１１内に上記（Ａ）または（Ｂ）の仕込み液１２を仕込み液供給口１８から供給し、その仕込み液１２にガラスフィルターなどからなる分散器１６を使用して気体を分散させて吹き込み、泡沫２を連続発生させて泡沫相１を形成させ、泡沫相１に上記（Ａ）または（Ｂ）の導入液を導入液供給口１９ａから供給し、界面活性剤５を介して泡沫２表面に分離対象物質６を吸着させ、分離塔１１の塔頂に達した泡沫２を分離対象物質６とともに泡沫回収口２２から回収する構造となっている。
【００３８】
また、実施例３および実施例４で示される本発明の泡沫分離装置は、図５に示すとおり、まず分離塔１１内に上記（Ｃ）の仕込み液１２を仕込み液供給口１８から供給し、その仕込み液１２にガラスフィルターなどからなる分散器１６を使用して気体を分散させて吹き込み、泡沫２を連続発生させて泡沫相１を形成させ、泡沫相１に上記（Ａ）の導入液を導入液供給口１９ａから、さらに上記（Ｂ）の導入液を導入液供給口１９ｂから供給し、界面活性剤５を介して泡沫２表面に分離対象物質６を吸着させ、分離塔１１の塔頂に達した泡沫２を分離対象物質６とともに泡沫回収口２２から回収する構造となっている。
【００３９】
上記の本発明の泡沫分離装置を使用することにより、泡沫相１の上層部（Ｉ）には同伴水３を十分に有することができるために下方排水効果が維持され、回収された泡沫２の中には非分離対象物質７の含有量も少なく、泡沫２表面の界面活性剤５の吸着量も十分なために泡沫２が安定し、泡沫２が十分に回収でき、特に分離対象物質６と界面活性剤５の相互作用が低い系では、図４の泡沫分離装置に上記（Ａ）の仕込み液１２および導入液を使用することにより、または図５の泡沫分離装置に上記（Ｃ）の仕込み液１２、上記（Ａ）の導入液および上記（Ｂ）の導入液を使用することにより、界面活性剤５と分離対象物質６との相互作用は、界面活性剤５が溶液中に分散している場合に比べ、界面活性剤５が泡沫２の表面に吸着されている場合の方が効率が良いため、回収率が向上する。
【００４０】
なお、導入液供給口１９ａと１９ｂの高さは、導入液供給口１９ａが仕込み液１２の液面より上方にあり、さらに導入液供給口１９ｂが導入液供給口１９ａよりも上方にあれば良く、目的とする分離操作、泡沫２の大きさや発生量、導入液の供給量、界面活性剤５の濃度や分離対象物質６の濃度、および分離処理能力に応じて適宜調整することができ、特に限定はされない。
【００４１】
さらに、分離塔１１内に供給する気体の量や泡沫相１に供給する導入液の量は、目的とする分離操作、泡沫２の大きさや発生量、界面活性剤５の濃度や分離対象物質６の濃度、および分離処理能力に応じて適宜調整することができ、特に限定はされない。
【００４２】
なお、気体の供給方法および仕込み液１２や導入液の供給方法としては、公知の気送ポンプや液送ポンプの使用が挙げられるが、特に泡沫相１に供給する導入液については、公知の水位調整装置２１を使用することが好ましい。
【００４３】
また、本発明に使用される気体には、空気、水素、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスなどが挙げられるが、本発明の効果を阻害しない限り、目的に応じて適宜選択することができ、特に限定されない。
【００４４】
さらに、本発明の泡沫分離装置の大きさについては、分離処理能力に応じて適宜選択することができ、特に限定されない。
【００４５】
さらにまた、本発明の泡沫分離装置を構成する素材についても、仕込み液１２および導入液の性質（酸性、アルカリ性など）のほか、耐久性、分離処理能力などに応じて適宜選択することができ、特に限定はされない。
【実施例】
【００４６】
以下の実施例において、本発明の泡沫分離法および泡沫分離装置をさらに詳細に説明するが、本発明はその主旨を超えない限りこれらに限定されるものではない。
【００４７】
下記の実施例および比較例においては、ポリオキシエチレン系ノニオン性界面活性剤であるＰｏｌｙｏｘｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｎｏｎｙｌ Ｐｈｅｎｙｌ Ｅｔｈｅｒ（以下、ＰＯＮＰＥと言う）を使用した塩酸水溶液中の金の分離・回収例を挙げ、本発明の泡沫分離法および泡沫分離装置の効果を紹介する。
【００４８】
なお、ＰＯＮＰＥは、塩酸水溶液中の金のテトラクロロ錯体と高い親和性を示し、泡沫を作るための気泡剤と金の捕集剤として働くなどの性質を持つ。
【００４９】
また、本発明における各評価結果の値は以下の方法により測定した値である。
【００５０】
〔分離塔〕
実施例および比較例に使用した分離塔は、塔高５０ｃｍ、内径３ｃｍのガラス製のものを使用し、分散器はガラスフィルターを使用した。
【００５１】
〔金属濃度〕
各溶液中の各金属濃度は、ＩＣＰ発光分光分析装置を使用して求めた。
【００５２】
〔回収率〕
分離塔の泡沫回収口から回収された泡沫液中の金属濃度と仕込み液または導入液中の金属濃度をそれぞれ測定し、測定した濃度から各溶液中の分離対象物質の質量を算出し、さらに式（泡沫液中の金属の質量／仕込み液または導入液中の金属の質量）×１００から回収率（％）を求めた。
【００５３】
〔濃縮比〕
分離塔の泡沫回収口から回収された泡沫液中の金属濃度と仕込み液または導入液中の金属濃度をそれぞれ測定し、式（泡沫液中の金属濃度／仕込み液または導入液中の金属濃度）から濃縮比を（−）を求めた。
【００５４】
〔分離度〕
分離塔の泡沫回収口から回収された泡沫液中の各金属濃度を測定し、式（金の濃縮比／金以外の他の濃縮比）から分離度（−）を求めた。
【００５５】
［実施例１］
図４に示す泡沫分離装置を使用し、仕込み液にＰＯＮＰＥを０．１０重量％含む２Ｎの塩酸水溶液、導入液に金と銅をそれぞれ２０ｐｐｍ含む２Ｎの塩酸水溶液を使用した。
【００５６】
まず、仕込み液の液面の高さが所定の位置になるように、残液回収口から残液を抜きながら、分離塔内に仕込み液を毎分２．５ｍｌで供給し、さらに空気を毎分４０ｍｌで分離塔に供給し、分散器を通して仕込み液中に空気を吹き込み、泡沫を連続発生させた。
【００５７】
その後、形成された泡沫相に、導入液を導入液供給口から表１に示す流量で供給し、金と銅の分離を行った。金の分離・回収結果を表１に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
表１から明らかなように、回収率は流量が上がるにつれて低下する傾向が見られ、濃縮比および分離度は上昇する傾向が見られた。そして、泡沫相へ金の溶液を供給することにより、効率良く金が泡沫相に吸着したのが分かる。またＰＯＮＰＥと金を別々に供給することで、液流量などの操作パラメーターを最適化することにより、高い回収率と濃縮比を両立させることが可能である。
【００６０】
［実施例２］
図４に示す泡沫分離装置を使用し、仕込み液にＰＯＮＰＥを０．１０重量％と、金と銅をそれぞれ２０ｐｐｍ含む２Ｎの塩酸水溶液、導入液にＰＯＮＰＥを０．１０重量％含む２Ｎの塩酸水溶液を使用した。
【００６１】
まず、仕込み液の液面の高さが所定の位置になるように、残液回収口から残液を抜きながら、分離塔内に仕込み液を毎分２．５ｍｌで供給し、さらに空気を毎分４０ｍｌで分離塔に供給し、分散器を通して仕込み液中に空気を吹き込み、泡沫を連続発生させた。
【００６２】
その後、形成された泡沫相に、導入液を導入液供給口から表２に示す流量で供給し、金と銅の分離を行った。金の分離・回収結果を表２に示す。
【００６３】
【表２】
【００６４】
表１から明らかなように、回収率、濃縮比の値は、実施例１の結果よりも低くなったが、分離度は比較的高い値を得ることができた。
【００６５】
［実施例３］
図５に示す泡沫分離装置を使用し、仕込み液にＰＯＮＰＥを０．１０重量％含む２Ｎの塩酸水溶液、導入液に金と銅をそれぞれ２０ｐｐｍ含む２Ｎの塩酸水溶液（ａ）とＰＯＮＰＥを０．１０重量％含む２Ｎの塩酸水溶液（ｂ）を使用した。
【００６６】
まず、仕込み液の液面の高さが所定の位置になるように、残液回収口から残液を抜きながら、分離塔内に仕込み液を毎分７．０ｍｌで供給し、さらに空気を毎分４０ｍｌで分離塔に供給し、分散器を通して仕込み液中に空気を吹き込み、泡沫を連続発生させた。
【００６７】
その後、形成された泡沫相に、導入液（ａ）を毎分１．０ｍｌで供給し、さらに導入液（ｂ）を、導入液（ａ）の導入液供給口より上方にある導入液供給口から表３に示す流量で供給し、金と銅の分離を行った。金の分離・回収結果を表３に示す。
【００６８】
【表３】
【００６９】
表３から明らかなように、金の溶液とＰＯＮＰＥの溶液を供給することで回収率、濃縮比、分離度とも非常に高い値を示し、良好な結果が得られた。
【００７０】
［実施例４］
図５に示す泡沫分離装置を使用し、仕込み液にＰＯＮＰＥを０．１０重量％含む２Ｎの塩酸水溶液、導入液に金、ガリウム、鉄、および銅をそれぞれ２０ｐｐｍ含む５Ｎの塩酸水溶液（ａ）とＰＯＮＰＥを０．１０重量％含む２Ｎの塩酸水溶液（ｂ）を使用した。
【００７１】
まず、仕込み液の液面の高さが所定の位置になるように、残液回収口から残液を抜きながら、分離塔内に仕込み液を毎分７．０ｍｌで供給し、さらに空気を毎分４０ｍｌで分離塔に供給し、分散器を通して仕込み液中に空気を吹き込み、泡沫を連続発生させた。
【００７２】
その後、形成された泡沫相に、導入液（ａ）を毎分０．５ｍｌで供給し、さらに導入液（ｂ）を、導入液（ａ）の導入液供給口より上方にある導入液供給口から毎分０．１０ｍｌで供給し、各金属の分離を行った。その分離・回収結果を表４に示す。
【００７３】
【表４】
【００７４】
ＰＯＮＰＥに対する各金属の親和性の強さは、溶媒抽出法などのデータから、金＞ガリウム＞鉄＞＞銅の順となっていることが知られているが、本実施例においてもこの傾向が現れており、特に金が高い回収率で選択的に分離されたことが分かる。
【００７５】
本実施例では各金属を含む溶液を泡沫相に連続的に導入したが、これを間欠的に導入するとクロマトグラフィーと同様の挙動を示すと考えられ、操作条件の最適化を図ることでさらに界面活性剤との親和性の異なる物質間で相互分離が可能となる。
【００７６】
［比較例１］
図６に示す泡沫分離装置を使用し、仕込み液にＰＯＮＰＥを０．１０重量％と、金と銅をそれぞれ２０ｐｐｍ含む２Ｎの塩酸水溶液を使用した。
【００７７】
まず、仕込み液の液面の高さが所定の位置になるように、残液回収口から残液を抜きながら、分離塔内に仕込み液を毎分２．５ｍｌで供給し、さらに空気を毎分４０ｍｌで分離塔に供給し、分散器を通して仕込み液中に空気を吹き込み、泡沫を連続発生させながら、金の分離を行った。金の分離・回収結果を表５に示す。
【００７８】
【表５】
【００７９】
表５から明らかなように、従来の泡沫分離法を使用した場合は、金の回収率と分離度が低く、また、泡沫相上層部の泡沫が不安定で、泡沫を十分に回収することができなかった。
【００８０】
［比較例２］
図６に示す泡沫分離装置を使用し、仕込み液にＰＯＮＰＥを０．１０重量％と、金、ガリウム、鉄、および銅をそれぞれ２０ｐｐｍ含む５Ｎの塩酸水溶液を使用した。
【００８１】
まず、仕込み液の液面の高さが所定の位置になるように、残液回収口から残液を抜きながら、分離塔内に仕込み液を毎分２．５ｍｌで供給し、さらに空気を毎分４０ｍｌで分離塔に供給し、分散器を通して仕込み液中に空気を吹き込み、泡沫を連続発生させながら、各金属の分離を行った。その分離・回収結果を表６に示す。
【００８２】
【表６】
【００８３】
表６から明らかなように、従来の泡沫分離法を使用した場合は、分離選択性に欠け、回収液には、分離対象物質の金のほか、他の金属も多量に含まれていた。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上説明したとおり、本発明の泡沫分離法および泡沫分離装置は、従来の泡沫分離法および泡沫分離装置に比べ、分離対象物質の分離選択性に優れるとともにその回収率が高く、連続して安定した分離操作を行うことができ、稀少金属の回収、合成洗剤のアルキルベンゼンスルホン酸ソーダ（ＡＢＳ）の除去、水溶液中のアルコールやフェノールの除去、放射性廃水からの放射性イオンの除去、または食品製薬業界ではタンパク質の分離など、特に希薄溶液からの分離対象物質の濃縮回収に利用でき、実用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】泡沫相の状態を表す模式図
【図２】本発明の泡沫分離法による泡沫の表面状態を微視的に示した模式図
【図３】従来の泡沫分離法による泡沫の表面状態を微視的に示した模式図
【図４】本発明の泡沫分離装置の第１および第２実施例を示す模式図
【図５】本発明の泡沫分離装置の第３および第４実施例を示す模式図
【図６】従来の泡沫分離装置の比較例を示す模式図
【符号の説明】
【００８６】
１ 泡沫相
１ａ 泡沫相の上層部
１ｂ 泡沫相の中層部
１ｃ 泡沫相の下層部
２ 泡沫
３ 同伴水
４ 気液界面
５ 界面活性剤
６ 分離対象物質
７ 非分離対象物質
１１ 分離塔
１２ 仕込み液
１３ 仕込み液タンク
１４ａ、１４ｂ 導入液タンク
１５ 気体ボンベ
１６ 分散器
１７ ポンプ
１８ 仕込み液供給口
１９ａ、１９ｂ 導入液供給口
２０ 気体供給口
２１ 水位調整装置
２２ 泡沫回収口
２３ 残液回収口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界面活性剤および溶媒を含む仕込み液中に気体を吹き込むことによって生じた泡沫表面での吸着能を利用して分離対象物質を分離する泡沫分離法において、
分離対象物質を仕込み液または導入液のいずれかに含み、前記仕込み液の溶媒と同じ溶媒を用いた導入液を泡沫に供給することを特徴とする泡沫分離法。
【請求項２】
導入液には分離対象物質が含まれていることを特徴とする請求項１記載の泡沫分離法。
【請求項３】
仕込み液には界面活性剤と分離対象物質とが含まれており、導入液には界面活性剤が含まれていることを特徴とする請求項１又は２記載の泡沫分離法。
【請求項４】
導入液は分離対象物質を含有する分離対象物質導入液と、界面活性剤を含有する界面活性剤導入液とからなり、該分離対象物質導入液と該界面活性剤導入液とは泡沫に対して個別に供給されることを特徴とする請求項１記載の泡沫分離法。
【請求項５】
界面活性剤導入液の供給位置は、分離対象物質導入液の供給位置よりも上にあることを特徴とする請求項４記載の泡沫分離法。
【請求項６】
内部が中空の分離塔と、該分離塔内に界面活性剤および溶媒を含む仕込み液を供給するための仕込み液供給手段と、該分離塔の下端に接続され気体を供給するための気体導入手段とを備えた泡沫分離装置において、
前記分離塔には、仕込み液の溶媒と同じ溶媒を用いた導入液を供給するための導入液供給手段が設けられていることを特徴とする泡沫分離装置。
【請求項７】
導入液供給手段は、分離対象物質を含有する分離対象物質導入液と、界面活性剤を含有する界面活性剤導入液とを個別に分離塔内に供給することが可能とされていることを特徴とする請求項６記載の泡沫分離装置。
【請求項１】
界面活性剤および溶媒を含む仕込み液中に気体を吹き込むことによって生じた泡沫表面での吸着能を利用して分離対象物質を分離する泡沫分離法において、
分離対象物質を仕込み液または導入液のいずれかに含み、前記仕込み液の溶媒と同じ溶媒を用いた導入液を泡沫に供給することを特徴とする泡沫分離法。
【請求項２】
導入液には分離対象物質が含まれていることを特徴とする請求項１記載の泡沫分離法。
【請求項３】
仕込み液には界面活性剤と分離対象物質とが含まれており、導入液には界面活性剤が含まれていることを特徴とする請求項１又は２記載の泡沫分離法。
【請求項４】
導入液は分離対象物質を含有する分離対象物質導入液と、界面活性剤を含有する界面活性剤導入液とからなり、該分離対象物質導入液と該界面活性剤導入液とは泡沫に対して個別に供給されることを特徴とする請求項１記載の泡沫分離法。
【請求項５】
界面活性剤導入液の供給位置は、分離対象物質導入液の供給位置よりも上にあることを特徴とする請求項４記載の泡沫分離法。
【請求項６】
内部が中空の分離塔と、該分離塔内に界面活性剤および溶媒を含む仕込み液を供給するための仕込み液供給手段と、該分離塔の下端に接続され気体を供給するための気体導入手段とを備えた泡沫分離装置において、
前記分離塔には、仕込み液の溶媒と同じ溶媒を用いた導入液を供給するための導入液供給手段が設けられていることを特徴とする泡沫分離装置。
【請求項７】
導入液供給手段は、分離対象物質を含有する分離対象物質導入液と、界面活性剤を含有する界面活性剤導入液とを個別に分離塔内に供給することが可能とされていることを特徴とする請求項６記載の泡沫分離装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２７２１１３（Ｐ２００６−２７２１１３Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９３６６５（Ｐ２００５−９３６６５）
【出願日】平成１７年３月２９日（２００５．３．２９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１７年３月２４日 化学工学会主催の「化学工学会 第７０年会」において文書をもって発表
【出願人】（５９１２７０５５６）名古屋市 (77)
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２９日（２００５．３．２９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１７年３月２４日 化学工学会主催の「化学工学会 第７０年会」において文書をもって発表
【出願人】（５９１２７０５５６）名古屋市 (77)
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【Ｆターム（参考）】
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