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Preparation of polylactic acid nonwoven fabric-based metal adsorbent by radiation-induced graft polymerization

ポリ乳酸不織布を基材とする金属吸着材の開発

植木 悠二; 瀬古 典明; 保科 宏行; 玉田 正男

Ueki, Yuji; Seko, Noriaki; Hoshina, Hiroyuki; Tamada, Masao

放射線グラフト重合技術を用いて作製したイオン交換繊維は、環境水や大気中に含まれる溶存金属を効率的に回収・除去することができる。これまでの金属吸着材は、石油由来の繊維や不織布を基材としたものが主流であり、石油資源への依存や産業廃棄物の生成などの問題を含んでいる。そこで本研究では、植物由来の天然高分子であるポリ乳酸製不織布を基材とする金属吸着材の開発を試みた。メタクリル酸グリシジル(GMA)のグラフト重合条件の最適化を図った結果、不織布の目付を120g/m$$^{2}$$,照射線量を50kGy,GMA濃度を4wt%,Tween20濃度を0.1wt%,反応温度を40$$^{circ}$$Cとした場合、4時間以上の反応時間でグラフト率が200%程度となるグラフト重合体(4.7mmol-GMA/g-吸着材)を得ることができた。さらにこのグラフト重合体にイミノジ酢酸(IDA)基の導入を試みたところ、官能基量が500$$mu$$mol-IDA/g-吸着材となるポリ乳酸を基材とする金属吸着材の作製に成功した。この吸着材の金属選択性は、Cu$$^{2+}$$$$>$$Pb$$^{2+}$$$$>$$Ni$$^{2+}$$$$>$$Zn$$^{2+}$$$$>$$Cd$$^{2+}$$$$>$$Co$$^{2+}$$$$>$$Ca$$^{2+}$$$$>$$Mg$$^{2+}$$の順となり、また、各種金属イオンの飽和吸着量は、488, 418, 423, 317, 284, 244, 207, 111$$mu$$mol/g-吸着材となった。

Fibrous metal adsorbent was prepared by radiation-induced graft polymerization of glycidyl methacrylate onto a polylactic acid (PLA) nonwoven fabric and its subsequent modification based on ring opening of epoxides with disodium iminodiacetate (IDA-Na). The degree of grafting of PLA fabric can be controlled in the range of up to 225% by optimizing the grafting conditions such as reaction time, preirradiation dose, monomer concentration and reaction temperature. The optimal IDA group density of the prepared adsorbent was 500 $$mu$$mol/g-adsorbent, and its selectivity for metal ions was Cu$$^{2+}$$ $$>$$ Pb$$^{2+}$$ $$>$$ Ni$$^{2+}$$ $$>$$ Zn$$^{2+}$$ $$>$$ Cd$$^{2+}$$ $$>$$ Co$$^{2+}$$ $$>$$ Ca$$^{2+}$$ $$>$$ Mg$$^{2+}$$.

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