(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（数１）または（数２）式で表されるハイドロタルサイト様化合物またはその焼成物を主成分とし、浄化対象から３価及び５価のヒ素を除去することを特徴とする浄化剤。
（数１）
[Ｍ１2+1-xＭ２3+x（ＯＨ）2] [Ａn-x/n・ｍＨ2Ｏ] 
（Ｍ１，Ｍ２）：（Ｍｇ，Ｆｅ）または（Ｆｅ，Ａｌ）、Ａn-：ＮＯ３２−
（数２）
[Ｍ１2+1-xＭ２3+x（ＯＨ）2] [（Ａn-）y・ＣＯ32-z・ｍＨ2Ｏ]  
（Ｍ１，Ｍ２）：（Ｍｇ，Ｆｅ）または（Ｆｅ，Ａｌ）、Ａn-：ＮＯ３２−
ｙｎ＋２ｚ＝ｘ
【請求項２】
前記（Ｍ１，Ｍ２）の組み合わせが（Ｍｇ，Ｆｅ）であることを特徴とする請求項１に記載の浄化剤。
【請求項３】
前記Ｆｅイオンに対するＭｇイオンのモル比（Ｍｇ／Ｆｅ）が０．５〜４であることを特徴とする請求項２に記載の浄化剤。
【請求項４】
浄化対象から、Ｆｅ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｕ、Ｓｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｗ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｌからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属元素を含むイオンを除去することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の浄化剤。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の浄化剤を用意し、浄化対象に接触させることにより、浄化対象から、３価及び５価のヒ素を除去することを特徴とする浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイドロタルサイト様物質またはその焼成物を用いた浄化剤及び浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、井戸水などに用いられる地下水や土壌にヒ素などの有害物質が含有され、この汚染された井戸水などにより健康被害などを生じることが問題となっていた。この問題を解決するために、例えば、特許文献１では、地下水に含有された有害物質をイオン交換樹脂や電気透析手段を用いて除去する技術が提案されている。
しかし、従来の方法では、設備コストが高いとともに、多量の地下水及び排水の処理が困難であるという問題があった。
そこで、有害物質を吸着する吸着剤を地下水などの浄化対象に接触させて有害物質を除去することが試みられている。
そのような吸着剤として、ハイドロタルサイト（Ｍｇ6Ａｌ2（ＯＨ）16・４Ｈ2Ｏ）やハイドロタルサイトと同様の構造を有するハイドロタルサイト様化合物を用いることが検討されている（例えば、特許文献２）。ハイドロタルサイト様化合物は一般式[Ｍ2+1-xＭ3+x（ＯＨ）2][Ａn-x/n・ｍＨ2Ｏ]で表される化合物で表される化合物で、Ｍ2+は２価の金属イオン、Ｍ3+は３価の金属イオン、Ａn-は層間陰イオンである。ハイドロタルサイト様化合物は、[Ｍ2+1-xＭ3+x（ＯＨ）2] で表されるホスト層と、[Ａn-x/n・ｍＨ2Ｏ]で表されるゲスト層とが層状構造を形成しており、ゲスト層のＡn-との陰イオン交換作用を有している。この陰イオン交換作用により、ヒ素、ホウ素などの有害物質を浄化対象から除去することが期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２７７５３１号公報
【特許文献２】特開２０００−０３３３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のハイドロタルサイトやハイドロタルサイト様化合物では、ゲスト層における陰イオンの交換選択性は多価陰イオンに対して大きい傾向があり、ヒ素のうち、毒性が高い３価のヒ素の除去は困難であった。また、５価のヒ素についても、吸着、除去するためには長時間を要するという問題があった。地下水などには３価のヒ素の方が多量に含有されているため、３価のヒ素を有効に除去することができる浄化剤の要請が高まっている。また、従来のハイドロタルサイトやハイドロタルサイト様化合物で除去可能な有害物質は主に陰イオンであり、有害な金属イオンを効率的に除去することができないという問題があった。
【０００５】
ハイドロタルサイト様化合物において、交換する対象となる陰イオンの選択性は、上記一般式中の２価金属原子（Ｍ１）及び３価金属原子（Ｍ２）の組み合わせ、並びにそれらのモル比によって変化する。さらに、上記選択性は、分子ふるい効果により、陰イオン（Ａn-）の種類によっても変化すると考えられている。
本願発明者は鋭意研究の結果、浄化対象から、３価及び５価のヒ素、金属イオンまたは金属元素を含むイオンを短時間で除去することができるハイドロタルサイト様化合物を見出した。そこで、本発明は、低コストでヒ素、特に３価のヒ素、金属イオン、金属元素を含むイオンを浄化対象から効率的に除去することができる浄化剤及び浄化方法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】
【０００６】
本発明では、上記目的を実現するために、請求項１に記載の発明では、浄化剤が、下記（数１）または（数２）式で表されるハイドロタルサイト様化合物またはその焼成物を主成分とし、浄化対象から３価及び５価のヒ素を除去する、という技術的手段を用いる。
（数１）
[Ｍ１2+1-xＭ２3+x（ＯＨ）2] [Ａn-x/n・ｍＨ2Ｏ] 
（Ｍ１，Ｍ２）：（Ｍｇ，Ｆｅ）または（Ｆｅ，Ａｌ）、Ａn-：ＮＯ３２−
（数２）
[Ｍ１2+1-xＭ２3+x（ＯＨ）2] [（Ａn-）y・ＣＯ32-z・ｍＨ2Ｏ]  
（Ｍ１，Ｍ２）：（Ｍｇ，Ｆｅ）または（Ｆｅ，Ａｌ）、Ａn-：ＮＯ３２−
ｙｎ＋２ｚ＝ｘ
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、浄化剤は上記（数１）または（数２）で表されるハイドロタルサイト様化合物またはその焼成物を主成分としており、井戸水などの地下水や土壌などの浄化対象から、５価のヒ素や、従来のハイドロタルサイト様化合物では除去は困難であった３価のヒ素や金属イオンまたは金属元素を含むイオンを効率的に除去することができる。
製造時の沈殿剤として炭酸イオンを含む溶液を用いると、ハイドロタルサイト様化合物を多孔質に形成することができる。これにより、浄化対象との接触面積を増大させることができるので、除去対象を高効率に除去することができる。また、炭酸イオンＣＯ３2-がゲスト層に残存するようにすると、Ｂａなどの塩基性金属と反応し、難溶性の塩を形成させることができるので、ゲスト層におけるイオン交換やホスト層における吸着では除去することができないＢａなどの塩基性金属を除去することができる。
ここで、「除去」とは、除去対象物質を所定の濃度以下に低減することを意味し、浄化対象から検出できなくすることではない。また、「金属」は、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｇｅなどの半金属を含む概念として用いる。
また、ヒ素と金属イオンまたは金属元素を含むイオンとを同時に除去する場合には、ヒ素と共存することにより相乗的に人体に悪影響を及ぼす、例えば、がんの発生や細胞毒性を促進するような金属をヒ素と同時に除去することができる。ここで、「同時」とは、一度の操作で除去対象を浄化対象から除去することを意味し、必ずしも吸着等が同じ時間で起こることではない。
更に、原料費も安く簡単な工程で製造できるため、低コストの浄化剤とすることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の浄化剤において、前記（Ｍ１，Ｍ２）の組み合わせが（Ｍｇ，Ｆｅ）である、という技術的手段を用いる。
【０００９】
請求項２に記載の発明のように、Ｆｅイオンは３価陽イオンであって、ホスト層の２価陽イオンとしてＭｇイオンを含むハイドロタルサイト様化合物またはその焼成物を主成分とした浄化剤は、請求項１に記載の発明の効果をより一層効果的に発現させることができるため、好適である。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の浄化剤において、前記Ｆｅイオンに対するＭｇイオンのモル比（Ｍｇ／Ｆｅ）が０．５〜４である、という技術的手段を用いる。
【００１１】
請求項３に記載の発明のように、Ｆｅイオンに対するＭｇイオンのモル比（Ｍｇ／Ｆｅ）を０．５〜４とすると、３価及び５価のヒ素を効率的に除去することができる浄化剤とすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、請求項２または請求項３に記載の浄化剤において、浄化対象から、Ｆｅ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｕ、Ｓｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｗ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｌからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属元素を含むイオンを除去する、という技術的手段を用いる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、Ｆｅ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｕ、Ｓｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｗ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｌからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属元素を含む金属イオンまたは金属元素を含むイオンを効率的に除去することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の浄化剤を用意し、浄化対象に接触させることにより、浄化対象から、３価及び５価のヒ素を除去することを特徴とする浄化方法、という技術的手段を用いる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、井戸水などの地下水や土壌などの浄化対象から、５価のヒ素や、従来のハイドロタルサイト様化合物では除去は困難であった３価のヒ素や金属イオンまたは金属元素を含むイオンを効率的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本ハイドロタルサイト様物質によるヒ素の浄化性能を従来のハイドロタルサイトと比較した試験の結果を示す説明図である。
【図２】本ハイドロタルサイト様化合物の組成が浄化性能に及ぼす影響を調べた試験の結果を示す説明図である。
【図３】ヒ素の濃度が浄化性能に及ぼす影響を調べた試験の結果を示す説明図である。
【図４】各種金属イオンまたは金属元素を含むイオンの浄化試験の結果を示す説明図である。
【図５】ヒ素及び金属イオンまたは金属元素を含むイオンの共存状態において同時除去を行った浄化試験の結果を示す説明図である。
【図６】バングラデシュで採取した井戸水の浄化試験結果を示す説明図である。
【図７】ベトナムで採取した井戸水の浄化試験結果を示す説明図である。
【図８】ベトナムで採取した井戸水の浄化試験結果を示す説明図である。
【図９】アフガニスタンで採取した井戸水の浄化試験結果を示す説明図である。
【図１０】各種金属イオンまたは金属元素を含むイオンの同時除去を行った浄化試験結果を示す説明図である。
【図１１】本ハイドロタルサイト様化合物の焼成物によるヒ素の浄化性能を調べた試験の結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の浄化剤の主成分であるハイドロタルサイト様化合物（以下、本ハイドロタルサイト様化合物、という）は、２価または３価の陽イオンとしてＦｅを含んでおり、次式により表わされる。
【００２２】
（数１）
[Ｍ１2+1-xＭ２3+x（ＯＨ）2] [Ａn-x/n・ｍＨ2Ｏ] 
（Ｍ１，Ｍ２）：（Ｍｇ，Ｆｅ）または（Ｆｅ，Ａｌ）、Ａn-：陰イオン
【００２３】
本ハイドロタルサイト様化合物は、Ｍ１2+1-xＭ２3+x（ＯＨ）2で表され正電荷を帯びた八面体層からなるホスト層と、正電荷を補償する陰イオンと層間水とからなりＡn-x/n・ｍＨ2Ｏで表わされるゲスト層と、が交互に積層したハイドロタルサイト構造を有している。
【００２４】
本ハイドロタルサイト様化合物では、ゲスト層の陰イオンＡn-は、ＮＯ32-、Ｃｌ-、ＳＯ42-などとすることができる。本実施形態では、陰イオンＡn-はＮＯ32-とした。
【００２５】
また、本ハイドロタルサイト様化合物は、沈殿剤として炭酸ナトリウム水溶液を用いており、陰イオンＡn-として炭酸イオンＣＯ32-を残存させることができる。このとき、本ハイドロタルサイト様化合物は次式により表わされ、ゲスト層は（Ａn-）y・ＣＯ32-z・ｍＨ2Ｏとなる。
【００２６】
（数２）
[Ｍ１2+1-xＭ２3+x（ＯＨ）2] [（Ａn-）y・ＣＯ32-z・ｍＨ2Ｏ]  
（Ｍ１，Ｍ２）：（Ｍｇ，Ｆｅ）または（Ｆｅ，Ａｌ）、Ａn-：陰イオン
ｙｎ＋２ｚ＝ｘ
【００２７】
次に、本発明の浄化剤に含まれるハイドロタルサイト様化合物の製造方法について説明する。
【００２８】
まず、金属イオンＭ１2+と陰イオンＡn-とからなる塩の水溶液と、金属イオンＭ２3+と陰イオンＡn-とからなる塩の水溶液と、をそれぞれ作製し、所定の組成比となるように混合、調製する。ここで、それぞれの塩を混合してから、混合水溶液を作製することもできる。
【００２９】
ホスト層の２価陽イオンがＭｇイオン、３価陽イオンがＦｅイオン、つまり、（Ｍ１，Ｍ２）＝（Ｍｇ，Ｆｅ）のハイドロタルサイト様化合物を作製する場合には、例えば、硝酸マグネシウム溶液と硝酸鉄溶液との混合溶液を用いることができる。
また、ホスト層の２価陽イオンがＦｅイオン、３価陽イオンがＡｌイオン、つまり、（Ｍ１，Ｍ２）＝（Ｆｅ，Ａｌ）のハイドロタルサイト様化合物を作製する場合には、例えば、硝酸鉄溶液と硝酸アルミニウム溶液との混合溶液を用いることができる。いずれの場合も、陰イオンＡn-はＮＯ32-となる。
【００３０】
次に、沈殿剤として炭酸ナトリウム水溶液のような塩基性水溶液を用意し、水熱合成を行うための所定の温度、例えば、７０℃に昇温する。
【００３１】
続いて、沈殿剤を上記所定の温度に保持した状態で撹拌し、調製した混合水溶液を滴下する。撹拌速度及び時間は、適宜設定することができる。滴下終了後に沈殿剤の温度保持及び撹拌を継続し、熟成させることもできる。
【００３２】
続いて、沈殿剤中の沈殿物を吸引濾過により回収し、洗浄した後に乾燥させることにより、本ハイドロタルサイト様化合物を得ることができる。このように、原料費も安く簡単な工程で製造できるため、低コストの浄化剤とすることができる。浄化剤として用いる際には、分級したり、乳鉢などにより破砕して所定の粒度に調製したりすることもできる。また、スラリー状にしたり、バインダなどを添加し粒状にしたり、など各種形態で用いることができる。
【００３３】
沈殿剤が水酸イオンなどを含む場合には、ハイドロタルサイト様化合物は緻密質となる。一方、炭酸イオンを含む沈殿剤、例えば炭酸ナトリウム水溶液を沈殿剤として用いると、ハイドロタルサイト様化合物を多孔質に形成することができる。例えば、後述する実施例において作製したハイドロタルサイト様化合物は吸水率が７０％程度であり、空隙率が高い多孔質に形成されている。これにより、浄化対象との接触面積を増大させることができるので、除去対象を高効率に除去することができる。
【００３４】
浄化剤に本ハイドロタルサイト様化合物の焼成物を用いる場合には、上述のハイドロタルサイト様化合物を、例えば、４００℃以上の温度で焼成する。これにより、ゲスト層の陰イオン及びＨ2Ｏ分子が脱離して、Ｍ１とＭ２との複合酸化物へと変化する。本ハイドロタルサイト様化合物から作製した複合酸化物は、水中に投入するとＨ2Ｏ分子を取り込んでハイドロタルサイト様化合物に戻るため、浄化剤として用いる際には本ハイドロタルサイト様化合物と同様に機能する。
【００３５】
ここで、焼成によりゲスト層の陰イオンが消失すると、ハイドロタルサイト様化合物に戻ったときの塩基性が増大するため、酸性金属の除去に効果的である。
【００３６】
続いて、本浄化剤による浄化対象の浄化方法、ここでは、井戸水などの地下水の浄化方法について説明する。
【００３７】
まず、浄化する地下水（原水）を浄化槽に汲み上げた後に、浄化剤を投入して、原水に浄化剤を接触させる。このとき、浄化剤を原水に効率的に接触させるために、原水を攪拌したり曝気したりしてもよい。
【００３８】
一般に、ハイドロタルサイト及びハイドロタルサイト様化合物は、ゲスト層の陰イオンＡn-を他の陰イオンに交換する陰イオン交換作用を有している。これにより、井戸水などの地下水、土壌などの浄化対象にこれら物質を作用させることにより、ヒ素、ホウ素などの陰イオン系の有害物質を除去することができる。
【００３９】
ここで、ヒ素は３価及び５価の状態として浄化対象中に存在する可能性がある。３価のヒ素は、毒性が高いとともに、地下水においては５価のヒ素よりも多量に含まれているため、３価のヒ素を有効に除去することが重要である。
【００４０】
しかし、従来のハイドロタルサイト及びハイドロタルサイト様化合物では、陰イオン交換性は多価陰イオンに大きいという性質がある。そのため、５価のヒ素はゲスト層における陰イオン交換がなされ、浄化対象から除去することができるが、亜ヒ酸イオンなどヒ素が３価で存在する場合には有効に除去することができなかった。
【００４１】
本ハイドロタルサイト様化合物は、後述する実施例にも示すように、３価のヒ素を有効に除去することができるので、これを含んだ浄化剤は、井戸水などの地下水の浄化に、特に好適に用いることができる。
【００４２】
また、本ハイドロタルサイト様化合物は、金属イオンまたは金属元素を含むイオンを除去することができる。ここで、「金属」は、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｇｅなどの半金属を含む概念として用いる。本ハイドロタルサイト様化合物は塩基性固体であるため、Ｆｅ2+、Ｃｕ2+、Ｃｒ3+、Ｍｎ2+、Ｓｒ2+、ＵＯ2+などの陽イオンを塩基性化合物として吸着除去したり、ホスト層の金属イオンと置換して除去したり、ＣｒＯ42-やＳｉＯ32-などの金属元素を含んだ陰イオンをイオン交換することにより浄化対象から除去することができる。また、本ハイドロタルサイト様化合物は、金属イオンまたは金属元素を含むイオンを３価及び５価のヒ素と同時に除去することもできる。
【００４３】
また、本ハイドロタルサイト様化合物中に炭酸イオンＣＯ32-が残存するようにすると、Ｂａなどの塩基性金属のイオンと反応し、難溶性の塩を形成させることができるので、ゲスト層におけるイオン交換やホスト層における吸着では除去することができないＢａなどの塩基性金属を沈殿させて除去することができる。
【００４４】
ヒ素や金属元素などの除去対象物質が所定濃度以下になるように除去した後に、ハイドロタルサイト様化合物及び懸濁物を、ろ過、沈殿などにより水中より除去する。これにより、ヒ素と金属元素とが同時に除去された浄化水を得ることができる。ここで、「同時」とは、一度の操作で除去対象を浄化対象から除去することを意味し、必ずしも吸着が同じ時間で起こることではない。イオン交換により浄化水中に含有された陰イオンＡｎ−を除去したい場合には、イオン交換樹脂など公知の方法により除去することができる。
【００４５】
ヒ素は単独でも有害であるが、ある種の金属元素とともに摂取することにより、がん形成能を相乗的に促進することがある。例えば、ヒ素とＦｅ、あるいはヒ素とＢａとが共存するとがん形成能やがん促進能が高くなる。
【００４６】
また、ベトナム、バングラデシュなどの井戸水には、後述する実施例に示すように、ヒ素、Ｂａなどが世界保健機構（ＷＨＯ）が作成したｈｅａｌｔｈ−ｂａｓｅｄ  ｇｕｉｄｅｌｉｎｅ（２０１１年  ４ｔｈ  ｅｄｉｔｉｏｎ）に記載の基準値を超えているものがある。これらの井戸水からヒ素とこれら金属元素とを同時に除去することにより、ＷＨＯ基準値以下であり、がん形成能を低減させた、より飲用に適した水に水質改善することができる。
【００４７】
浄化剤を浄化対象に接触させる方法として、浄化剤を担持したフィルタや浄化剤を充填したカラムに通液させる、井戸の中に浸漬させておく、など、各種接触方法を採用することができる。
また、土壌を浄化する場合には、浄化剤または浄化剤を懸濁させた液を散布する、などの方法を採用することができる。
【００４８】
［実施形態の効果］
本発明の浄化剤及び浄化方法によれば、井戸水などの地下水や土壌などの浄化対象から、５価のヒ素や、従来のハイドロタルサイト様化合物では除去は困難であった３価のヒ素や金属イオンまたは金属元素を含むイオンを効率的に除去することができる。
また、ヒ素と金属イオンまたは金属元素を含むイオンとは、同時に除去することができる。これにより、ヒ素と共存することにより相乗的に人体に悪影響を及ぼす、例えば、がんの発生や細胞毒性を促進するような金属元素をヒ素と同時に除去することができる。
更に、原料費も安く簡単な工程で製造できるため、低コストな浄化剤とすることができる。
【実施例】
【００４９】
以下に、本発明の浄化剤に含まれるハイドロタルサイト様化合物の製造方法及び使用例について説明する。
【００５０】
（ハイドロタルサイト様化合物の製造方法）
ホスト層の（Ｍ１，Ｍ２）＝（Ｍｇ，Ｆｅ）、ゲスト層のＡn-がＮＯ32-であるハイドロタルサイト様化合物の製造方法について説明する。
【００５１】
沈殿剤として、炭酸ナトリウム水溶液を用いた。まず、１Ｍの炭酸ナトリウム水溶液５００ｍｌをウォーターバスで７０℃に保温する。
【００５２】
次に、所定の混合比であらかじめ混合しておいた１Ｍの硝酸マグネシウム水溶液と１Ｍの硝酸鉄水溶液との混合溶液を、３００ｒｐｍで撹拌された炭酸ナトリウム水溶液に１時間かけて滴下する。
【００５３】
例えば、ＦｅとＭｇのモル比がＦｅ：Ｍｇ＝１：２のハイドロタルサイト様化合物を製造する場合には、混合溶液は、硝酸鉄水溶液１００ｍｌと硝酸マグネシウム水溶液２００ｍｌとから調整する。
【００５４】
滴下終了後、混合溶液を滴下した炭酸ナトリウム溶液を７０℃に保持した状態で、更に１時間撹拌し熟成させる。
【００５５】
続いて、吸引濾過により沈殿物を回収し、アルカリ成分を除去するために、純粋で洗浄した後に、８０℃で乾燥させる。
【００５６】
そして、乾燥した沈殿物を乳鉢により粉砕し、２５０μｍの篩にかけて篩を通過したものを浄化剤として用いた。
【００５７】
このようにしてＦｅイオンに対するＭｇイオンのモル比（Ｍｇ／Ｆｅ）が０．５〜４である下記組成のハイドロタルサイト様化合物を作製した。各化合物はＸ線回折によりハイドロタルサイト構造を有していることを確認した。
（１）ＭＦ０．５（試料名。以下同様）；Ｆｅ：Ｍｇ＝１：０．５
（２）ＭＦ１．５；Ｆｅ：Ｍｇ＝１：１．５
（３）ＭＦ２；Ｆｅ：Ｍｇ＝１：２
（４）ＭＦ３；Ｆｅ：Ｍｇ＝１：３
（５）ＭＦ４；Ｆｅ：Ｍｇ＝１：４
【００５８】
同様に、硝酸マグネシウム溶液の代わりに硝酸アルミニウム溶液を用いて、ホスト層の（Ｍ１，Ｍ２）＝（Ｆｅ，Ａｌ）、ゲスト層のＡn-がＮＯ32-で、モル比Ｆｅ：Ａｌ＝１：２のハイドロタルサイト様化合物（ＦＡ２）を製造した。なお、各ハイドロタルサイト様物質において、ゲスト層には炭酸イオンＣＯ３2-がゲスト層に残存している。例えば、ＭＦ２は、[Ｍｇ2+4Ｆｅ3+2（ＯＨ）12] 2+[ＮＯ32-p・ＣＯ32-ｑ・ｍＨ2Ｏ] 2-、（２ｐ＋２ｑ＝２）と表すことができる。
【００５９】
（浄化試験）
次に、試料液から除去対象物質を除去する浄化試験について説明する。
【００６０】
まず、４０ｍｇの浄化剤を分注した容量１５ｍｌのプラスチックチューブを用意し、所定濃度の除去対象物質を含んだ試料溶液を４ｍｌ加え、浄化剤が１重量％となるように調製した。
【００６１】
次に、試料液の温度を２５℃に調整し、シェーカーによる振とうを行った。振とうは、３００ｒｐｍに到達してから所定時間保持して行った。
【００６２】
続いて、１５０００ｒｐｍ、５分間の遠心分離を２回行った。上澄液を９００μＬ採取し、１Ｍの硝酸を１００μＬ添加して測定試料とした。
【００６３】
測定試料中の除去対象物質の濃度測定は、ＩＣＰ質量分析法により行った。測定試料中の除去対象物質のイオン濃度（μｇ／Ｌ）の変化により、浄化性能を評価した。
【００６４】
（実施例１：ハイドロタルサイトとの比較）
本ハイドロタルサイト様物質によるヒ素の浄化性能を従来のハイドロタルサイトと比較した。本ハイドロタルサイト様化合物として、ＦＡ２及びＭＦ２を用い、比較例として、ホスト層の（Ｍ１，Ｍ２）＝（Ｍｇ，Ａｌ）、ゲスト層のＡn-がＮＯ32-で、モル比Ｍｇ：Ａｌ＝３：１のハイドロタルサイト（ＭＡ３）、Ｍｇ：Ａｌ＝５：１のハイドロタルサイト（ＭＡ５）を用いた。
【００６５】
試料溶液は、３価のヒ素Ａｓ（III）の濃度が１００００μｇ／Ｌのメタ亜ヒ酸（ＮａＡｓＯ2）水溶液と、５価のヒ素濃度Ａｓ（Ｖ）が１００００μｇ／Ｌのヒ酸水素ジナトリウム（ＡｓＨＮａ2Ｏ4）水溶液と、を用いた。比較例のハイドロタルサイト（ＭＡ３、ＭＡ５）は、本ハイドロタルサイト様化合物同様に、濃度が１重量％となるように試料溶液に添加した。ヒ素イオン濃度の測定は、１時間の浸とう後に行った。
【００６６】
図１にヒ素濃度の試験結果を示す。縦軸はヒ素の濃度を示す。図中黒い棒グラフは浄化試験前の初期濃度を、白い棒グラフは浄化試験後の濃度を示す。以下の同様の図においても、黒い棒グラフは浄化試験前の初期濃度を、白い棒グラフは浄化試験後の濃度を示す。図１（Ａ）は３価のヒ素Ａｓ（III）の濃度、図１（Ｂ）は５価のヒ素Ａｓ（Ｖ）の濃度を示す。
【００６７】
図１（Ａ）に示すように、ＦＡ２、ＭＦ２ともに試料溶液中の３価のヒ素濃度が大きく低下しており、従来のハイドロタルサイト（ＭＡ３、ＭＡ５）よりも３価のヒ素を効率的に除去できることが確認された。
【００６８】
また、図１（Ｂ）に示すように、５価のヒ素についても、ＦＡ２、ＭＦ２ともに試料溶液中の濃度が大きく低下しており、本ハイドロタルサイト様化合物は、従来のハイドロタルサイトと同程度以上の浄化性能を有することが確認された。
【００６９】
（実施例２：組成の影響）
ＦｅとＭｇとのモル比が浄化性能に及ぼす影響について調べた。ハイドロタルサイト様化合物としてＭＦ０．５、ＭＦ１．５、ＭＦ２、ＭＦ３、ＭＦ４を用い、実施例１と同様の浄化試験を行った。
【００７０】
図２に試験結果を示す。ＭＦ０．５、ＭＦ１．５、ＭＦ２、ＭＦ３、ＭＦ４はいずれもＡｓ（III）、Ａｓ（Ｖ）に対して良好な浄化性能を示した。特に、Ａｓ（III）、Ａｓ（Ｖ）ともに、ＭＦ２が最も浄化性能が高く、Ｆｅイオンに対するＭｇイオンのモル比（Ｍｇ／Ｆｅ）が２の時に、ヒ素をより効率的に除去することができることが確認された。
【００７１】
（実施例３：ヒ素の濃度の影響）
ハイドロタルサイト様化合物としてＭＦ２を用い、試料溶液は、Ａｓ（III）濃度、Ａｓ（Ｖ）濃度をそれぞれ、５００、１０００、５０００、１００００、５００００、１０００００μｇ／Ｌの６水準として、浄化試験を行った。
【００７２】
図３に試験結果を示す。横軸はヒ素の初期濃度、縦軸は浄化試験後のヒ素の濃度を示す。図中点線は、浄化試験においてヒ素が除去されなかった場合の関係を示す。以下の同様の図においても、点線は浄化試験において除去対象物質が除去されなかった場合の関係を示す。浄化試験後のＡｓ（III）濃度、Ａｓ（Ｖ）濃度はともに点線の下方であり、ヒ素濃度が高い場合でも、飽和することなく有効に除去できることが確認された。
【００７３】
（実施例４：金属イオンまたは金属元素を含むイオンの除去）
ハイドロタルサイト様化合物としてＭＦ２を用い、試料溶液は、塩化鉄、塩化バリウム、酸化銅、三酸化クロム、塩化マンガン水溶液を用い、Ｆｅ（II）、Ｂａ（II）、Ｃｕ（II）、Ｃｒ（ＶＩ）、Ｍｎ（II）の各濃度をそれぞれ、５００、１０００、５０００、１００００、５００００、１０００００μｇ／Ｌの６水準として、浄化試験を行った。
また、Ｕ（ＶＩ）を含有する試料溶液として、ＳＰＥＣ社製ＩＣＰ発光分析用標準溶液ＸＳＴＣ−６２２を用い、Ｕ（ＶＩ）濃度を５００、１０００、２０００、４０００、６０００、８０００μｇ／Ｌの６水準として、浄化試験を行った。
【００７４】
図４に試験結果を示す。浄化試験後の各種金属の濃度はそれぞれ点線の下方であり、高濃度のＦｅ（II）、Ｂａ（II）、Ｃｕ（II）、Ｃｒ（ＶＩ）、Ｍｎ（II）、Ｕ（ＶＩ）をそれぞれ含有する水溶液から飽和することなく有効に除去できることが確認された。
【００７５】
（実施例５：ヒ素及び金属イオンまたは金属元素を含むイオンの共存状態での同時除去）
ヒ素と同時に摂取することによりがん形成能が高くなるＦｅ、Ｂａをヒ素と共存する状態から同時に除去できるかを調べた。ハイドロタルサイト様化合物としてＭＦ２を用い、試料溶液は、Ａｓ（III）単独５００μｇ／Ｌ、Ｆｅ（II）単独３７００μｇ／Ｌ、Ｂａ（II）単独１０００μｇ／Ｌ及びこれらを等量に混合した混合溶液を用いた。振とう時間は、１５秒、３０秒、６０秒の３水準とした。
【００７６】
図５に試験結果を示す。Ａｓ(III)、Ｆｅ（II）、Ｂａ（II）の濃度は振とう時間１５秒で大きく低下しており、有効に除去できることが確認された。また、混合溶液においても、Ａｓ(III)、Ｆｅ（II）、Ｂａ（II）の濃度は振とう時間１５秒で大きく低下しており、ヒ素と金属元素とが共存する溶液において両者を同時に除去することができることが確認された。
【００７７】
世界保健機構（ＷＨＯ）が作成したｈｅａｌｔｈ−ｂａｓｅｄ  ｇｕｉｄｅｌｉｎｅ（２０１１年  ４ｔｈ  ｅｄｉｔｉｏｎ）に記載の基準値は、ヒ素で１０μｇ／Ｌ、Ｂａで７００μｇ／Ｌであり、これらを大きく下回る値まで、１分以内という極めて短時間で除去することができることが確認された。
また、５価のヒ素については、従来のハイドロタルサイトで１０μｇ／Ｌ以下まで除去するためには数時間程度要するという報告（例えば、Ｇｉｌｌｍａｎ，Ａ  ｓｉｍｐｌｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  ａｒｓｅｎｉｃ  ｒｅｍｏｖａｌ  ｆｒｏｍ  ｄｒｉｎｋｉｎｇ  ｗａｔｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ｈｙｄｒｏｔａｌｃｉｔｅ．Ｓｃｉｅｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｔｏｔａｌ  Ｅｎｖｉｒｏｍｅｎｔ．  ２００６；３６６：９２６−９３１）もあり、これらと比較すれば極めて短時間で浄化することができる。これは、本ハイドロタルサイト様化合物が多孔質であり、溶液との接触機会が増大していることに起因すると考えられる。
【００７８】
（実施例６：バングラデシュで採取した井戸水の浄化試験）
バングラデシュで採取した井戸水８サンプルについて、ヒ素及びＦｅ濃度をＩＣＰ質量分析法により測定した後に、ハイドロタルサイト様化合物としてＭＦ２を用い、振とう時間６０秒の浄化試験を行った。井戸水には、各種イオンが混在しており、このような溶液からヒ素及びＦｅを有効に除去できるか否かを調べた。
【００７９】
図６に試験結果を示す。横軸はサンプル名、縦軸は濃度を表す。ここで、白い棒グラフの記載がないものは、縦軸の下限値以下の濃度であったことを示す。ヒ素、Ｆｅともに短時間で有効に除去できることが確認された。
ヒ素の初期濃度は、８サンプルすべてがＷＨＯ基準値を超えていたが、浄化試験後にはそのすべてをＷＨＯ基準値以下となるように浄化することができた。
【００８０】
（実施例７：ベトナムで採取した井戸水の浄化試験）
ベトナムで採取した井戸水１２サンプルについて、ヒ素、Ｆｅ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＳｒの濃度をＩＣＰ質量分析法により測定した後に、ハイドロタルサイト様化合物としてＭＦ２を用い、振とう時間６０秒の浄化試験を行った。Ｓｒについては振とう時間１時間の浄化試験を追加して行った。
【００８１】
図７及び図８に試験結果を示す。図７に示すように、ヒ素、Ｆｅ、Ｂａ、Ｍｎ及びＳｉは短時間で有効に除去できることが確認された。
Ｓｒについては、図８に示すように、他の金属元素と比べて長時間を要するものの、除去することが可能であることが確認された。
Ａｓの初期濃度は９サンプルにおいて、Ｂａの初期濃度は４サンプルにおいて、ＷＨＯ基準値を超えていたが、浄化試験後にはそのすべてをＷＨＯ基準値以下となるように浄化することができた。
【００８２】
（実施例８：アフガニスタンで採取した井戸水の浄化試験）
アフガニスタンで採取した井戸水１１サンプルについて、Ｕの濃度をＩＣＰ質量分析法により測定した後に、ハイドロタルサイト様化合物としてＭＦ２を用い、振とう時間６０秒の浄化試験を行った。図９に試験結果を示す。Ｕは短時間で有効に除去できることが確認された。
【００８３】
（実施例９：各種金属イオンまたは金属元素を含むイオンの浄化試験）
各種金属イオンまたは金属元素を含むイオンについて浄化性能を調査した。試料溶液は、ＳＰＥＣ社製ＩＣＰ発光分析用標準溶液ＸＳＴＣ−６２２に和光純薬工業株式会社製のビスマス標準液０２１−１２６６１（１０００ｍｇ／Ｌ）、水銀標準液１３８−１３６６１（１０００ｍｇ／Ｌ）、タリウム標準液２０５−１６３０１（１０００ｍｇ／Ｌ）を加えた混合溶液を用い、ハイドロタルサイト様化合物としてＭＦ２を用い、振とう時間１時間の浄化試験を行った。図１０に試験結果を示す。Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｏ，Ｎｉ、Ｇａ，Ｓｅ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｗ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉは、浄化試験後の濃度が初期濃度の３０％以下、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｂは浄化試験後の濃度が初期濃度の３０〜６０％となり、良好な浄化性能を示した。
【００８４】
（実施例１０：本ハイドロタルサイト様化合物の焼成物による浄化試験）
ＭＦ２の焼成物について、Ａｓ(III)の浄化性能を調べた。焼成条件は、大気中で４００℃、５００℃、６００℃で各２時間の３水準とした。なお、「８０℃」は本ハイドロタルサイト様化合物を焼成したものではなく、乾燥させた温度を示す。振とう時間は、６０秒、１時間の２水準とした。図１１に試験結果を示す。本ハイドロタルサイト様化合物に比べるとＡｓ(III)の浄化性能は劣るものの、本ハイドロタルサイト様化合物の焼成物でもＡｓ(III)を除去することができることが確認された。
【００８５】
（実施例１１：変異原性試験及び急性毒性試験）
ＭＦ２について、変異原性試験及び急性毒性試験を行った。変異原性試験は、ウムラックＡＴキット（蛋白精製工業）を用い、急性毒性試験は経済協力開発機構（ＯＥＣＤ）のＯＥＣＤ  Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  ４３６（２００９）に基づいて行った。その結果、変異原性は認められず、急性毒性試験におけるＬＤ５０値は２０００ｍｇ／ｋｇより大きい値であり、安全性が極めて高いことが確認された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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