(57)【要約】  ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを効率良く置換することができる層間イオン置換方法および層間イオン置換装置を提供する。少なくとも層間陰イオンおよび置換用陰イオンのいずれかと化学反応をする陽イオンの量を調節して、ハイドロタルサイト用物質に吸着されている層間陰イオンが溶液中に脱離し易い状態にするか、あるいは、置換用陰イオンがハイドロタルサイト様物質に吸着され易い状態とし、層間陰イオンを置換用陰イオンと交換する。
2009066461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを、置換用陰イオンを含む溶液中で置換する層間イオン置換方法であって、
前記溶液中において、前記層間陰イオンと化学反応をする陽イオンの量を増加させる陽イオン調節工程を有することを特徴とする層間イオン置換方法。
【請求項２】
ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを、置換用陰イオンを含む溶液中で置換する層間イオン置換方法であって、
前記溶液中において、前記置換用陰イオンと化学反応をする陽イオンの量を減少させる陽イオン調節工程を有することを特徴とする層間イオン置換方法。
【請求項３】
ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを、置換用陰イオンを含む溶液中で置換する層間イオン置換方法であって、
前記溶液中において、前記層間陰イオンの脱離量が高くなるように、前記層間陰イオン及び前記置換用陰イオンの両方と化学反応をする陽イオンの量を調節する陽イオン調節工程を有することを特徴とする層間イオン置換方法。
【請求項４】
前記ハイドロタルサイト様物質は、結晶子のサイズが２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の層間イオン置換方法。
【請求項５】
前記陽イオンは、水素イオンであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の層間イオン置換方法。
【請求項６】
前記置換用陰イオンは、前記層間陰イオンよりハイドロタルサイト様物質との親和性が高いものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の層間イオン置換方法。
【請求項７】
前記置換用陰イオンは、炭酸イオン又は塩化物イオンであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の層間イオン置換方法。
【請求項８】
前記ハイドロタルサイト様物質は、前記層間陰イオンを吸着させてから置換用陰イオンと置換させるまでの間、湿潤状態を保持することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の層間イオン置換方法。
【請求項９】
ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを置換用陰イオンと置換し、ハイドロタルサイト様物質を再生する再生方法であって、
請求項１ないし３のいずれかに記載の層間イオン置換方法を用いて前記ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを炭酸イオンと置換した後、pHが３以上７以下の塩化ナトリウム溶液中で前記炭酸イオンを塩化物イオンと置換することを特徴とするハイドロタルサイト様物質の再生方法。
【請求項１０】
ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを、pHが３以上７以下の塩化ナトリウム溶液中で塩化物イオンと置換することを特徴とするハイドロタルサイト様物質の再生方法。
【請求項１１】
溶液中でハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを置換用陰イオンと置換する層間イオン置換装置であって、
少なくとも前記層間陰イオンおよび前記置換用陰イオンのいずれかと化学反応をする陽イオンの量を調節する陽イオン調節手段を具備することを特徴とする層間イオン置換装置。
【請求項１２】
前記陽イオン調節手段は、水素イオン濃度を調整するものであることを特徴とする請求項１１記載の層間イオン置換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ハイドロタルサイト様物質の層間イオン置換方法および層間イオン置換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイドロタルサイト様物質は、マグネシウム、アルミニウムなど、天然に豊富に存在する元素の水酸化物を主骨格としており、その合成も比較的簡単に行うことができることから、種々の合成方法が開示されている。例えば、マグネシウム源として水酸化マグネシウムを用い、水溶媒中でハイドロタルサイトを製造する方法（例えば、特許文献１参照）やアルカリの存在下、水溶液中でマグネシウムイオンとアルミニウムイオンとを反応させる方法（例えば、特許文献２参照）等が開示されている。【０００３】
また、ハイドロタルサイトは陰イオン交換作用を有していることが知られている。そして、この陰イオン交換作用によって、ヒ素、フッ素、ホウ素、セレン、六価クロム、亜硝酸イオン、その他の陰イオン系の有害物質を固定化すれば、廃棄物の安全性向上技術、無害化環境改善技術において、汚染水の水質改善、有害物質の溶出防止、土壌改良、廃棄物処分場での有害物質の安定化促進等に寄与できるものと期待される。【０００４】
一方、有害物質を固定化したハイドロタルサイト様物質は、固定化した有害物質を選択的に脱離させたり、有害物質を脱離させた後のハイドロタルサイト様物質をリサイクルして使用する必要があり、ハイドロタルサイト様物質に固定化された有害物質である層間陰イオンを置換用陰イオンと置換する必要がある。【０００５】
ここで、従来は、固定化した有害物質である層間陰イオンよりハイドロタルサイト様物質との親和性が高い置換用陰イオンを供給するか、あるいは、親和性が低くても、置換用陰イオンを大量に含む溶液中に置くことにより置換を行っていた。【０００６】
【特許文献１】特開平６−３２９４１０号公報
【特許文献２】特開２００３−２６４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の方法では、ハイドロタルサイト様物質に取り込んだ有害物質を脱離させるのが困難であるか、あるいは、脱離させるのに多くの時間やコストを要していた。【０００８】
そこで本発明は、ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを効率良く置換することができる層間イオン置換方法および層間イオン置換装置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】
従来は、ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを置換用陰イオンと置換する際に、ハイドロタルサイト用物質と陰イオンの親和力のみを考慮していた。しかしながら、本発明者等は、ハイドロタルサイト用物質と陰イオンの親和力のみを考慮するだけでは不十分であり、少なくとも層間陰イオンおよび置換用陰イオンのいずれかと化学反応をする陽イオンの量を調節して、ハイドロタルサイト用物質に吸着されている層間陰イオンが溶液中に脱離し易い状態にするか、あるいは、置換用陰イオンがハイドロタルサイト様物質に吸着され易い状態にする必要があることを見出した。【００１０】
すなわち、本発明の層間イオン置換方法は、ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを、置換用陰イオンを含む溶液中で置換する層間イオン置換方法であって、前記溶液中において、前記層間陰イオンと化学反応をする陽イオンの量を増加させる陽イオン調節工程を有することを特徴とする。【００１１】
また、本発明の別の層間イオン置換方法は、ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを、置換用陰イオンを含む溶液中で置換する層間イオン置換方法であって、前記溶液中において、前記置換用陰イオンと化学反応をする陽イオンの量を減少させる陽イオン調節工程を有することを特徴とする。【００１２】
また、本発明の更に別の層間イオン置換方法は、ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを、置換用陰イオンを含む溶液中で置換する層間イオン置換方法であって、前記溶液中において、前記層間陰イオンの脱離量が高くなるように、前記層間陰イオン及び前記置換用陰イオンの両方と化学反応をする陽イオンの量を調節する陽イオン調節工程を有することを特徴とする。【００１３】
これらの場合、前記ハイドロタルサイト様物質は、結晶子のサイズが２０ｎｍ以下であるものに好適に利用できる。また、前記陽イオンとしては、水素イオンを用いることができる。また、前記置換用陰イオンは、前記層間陰イオンよりハイドロタルサイト様物質との親和性が高いものである方が好ましい。当該置換用陰イオンとしては、炭酸イオン又は塩化物イオンを用いることができる。また、前記ハイドロタルサイト様物質は、前記層間陰イオンを吸着させてから置換用陰イオンと置換させるまでの間、湿潤状態を保持する方が好ましい。【００１４】
また、本発明の再生方法は、ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを置換用陰イオンと置換し、ハイドロタルサイト様物質を再生する再生方法であって、前記層間イオン置換方法を用いてハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを炭酸イオンと置換した後、pHが３以上７以下の塩化ナトリウム溶液中で炭酸イオンを塩化物イオンと置換することを特徴とする。【００１５】
また、本発明の別の再生方法は、ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを、pHが３以上７以下の塩化ナトリウム溶液中で前記層間陰イオンと置換することを特徴とする。【００１６】
また、本発明の層間イオン置換装置は、溶液中でハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを置換用陰イオンと置換する層間イオン置換装置であって、少なくとも前記層間陰イオンおよび前記置換用陰イオンのいずれかと化学反応をする陽イオンの量を調節する陽イオン調節手段を具備することを特徴とする。【００１７】
この場合、前記陽イオン調節手段は、水素イオン濃度を調整するものとすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
少なくとも層間陰イオンおよび置換用陰イオンのいずれかと化学反応をする陽イオンの量を調節し、ハイドロタルサイト用物質に吸着されている層間陰イオンが溶液中に脱離し易い状態又は置換用陰イオンがハイドロタルサイト様物質に吸着され易い状態にするので、層間陰イオンの脱離率（ハイドロタルサイト様物質が吸着している脱離前の層間陰イオンの量に対する脱離した層間陰イオンの量の割合）を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ｐＨとホウ素の形態との関係を示すグラフである。
【図２】ｐＨと炭酸イオンの形態との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の再生方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の層間イオン置換方法について説明する。【００２１】
本発明の層間イオン置換方法は、溶液中でハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを他の陰イオンと置換する層間イオン置換方法であって、少なくとも前記層間陰イオンおよび前記置換用陰イオンのいずれかと化学反応をする陽イオンの量を、前記層間陰イオンの脱離率（ハイドロタルサイト様物質が吸着している脱離前の層間陰イオンの量に対する脱離した層間陰イオンの量の割合）が高くなるように調節する陽イオン調節工程を有するものである。【００２２】
ここでハイドロタルサイト様物質とは、不定比化合物の一種で、化学式がM2+1-xＭ3+x（OH）2（An-）x/n・mH2Oで表される層状複水酸化物である。M2+は２価の金属を表し、Mg2+、Fe2+、Zn2+、Ca2+、Li2+、Ni2+、Co2+、Cu2+等が該当する。M3+は３価の金属を表し、Al3+、Fe3+、Mn3+等が該当する。また、An-はアニオンを表す（ｎはアニオンの価数）。なお、xは０以上１以下の数値を示し、一般的なハイドロタルサイト様物質は0.25≦ｘ≦0.33である。【００２３】
層間陰イオンとは、ハイドロタルサイト様物質が吸着又は固定している陰イオンを意味し、１種類の場合もあれば、複数種類の場合もある。【００２４】
また、置換用陰イオンとは、本発明の層間イオン置換方法により、ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンと置換するための陰イオンを意味する。置換用陰イオンとしては、ハイドロタルサイト様物質と親和性を有するものが用いられ、例えば、炭酸イオン（CO32-）や塩化物イオン（Cl-）等を用いることができる。なお、置換用陰イオンは、層間陰イオンよりハイドロタルサイト様物質との親和性が高い方が好ましく、例えば、炭酸イオン等を好適に用いることができる。なお、置換用陰イオンは１種類に限られるものではなく、複数種類を用いても良い。【００２５】
陽イオン調節工程は、ハイドロタルサイト用物質に吸着されている層間陰イオンが溶液中に脱離し易い状態にするか、あるいは置換用陰イオンがハイドロタルサイト様物質に吸着され易い状態にするために、少なくとも層間陰イオンおよび置換用陰イオンのいずれかと化学反応をする陽イオンの量を調節するものである。この場合、陽イオンは１種類に限られるものではなく、複数種類を用いても良い。【００２６】
ハイドロタルサイト用物質に吸着されている層間陰イオンが溶液中に脱離し易い状態にするためには、ハイドロタルサイト様物質を含む溶液中において、層間陰イオンと化学反応をする陽イオンの量を増加させれば良い。例えば、溶液中におけるH3BO3とB（OH）4-とは、陽イオンである水素イオンの量によって、図１に示すような平衡関係にある。したがって、ハイドロタルサイト様物質の層間にB（OH）4-が吸着されている場合には、水素イオン濃度が高くなるように調節すれば、ホウ素はB（OH）4-よりもH3BO3の方が存在し易くなるため、ハイドロタルサイト様物質に吸着されているB（OH）4-が脱離し易い状態となる。また、溶液中におけるH2CO3、HCO3-およびCO32-は、陽イオンである水素イオンの量によって、図２に示すような平衡関係にある。したがって、ハイドロタルサイト様物質の層間にCO32-が吸着されている場合には、水素イオン濃度が高くなるように調節すれば、CO32-よりもH2CO3の方が存在し易くなるため、ハイドロタルサイト様物質に吸着されている層間陰イオンであるCO32-が脱離し易い状態となる。【００２７】
また、置換用陰イオンがハイドロタルサイト様物質に吸着され易い状態にするためには、ハイドロタルサイト様物質を含む溶液中において、置換用陰イオンの存在量が多くなるように、前記置換用陰イオンと化学反応をする陽イオンの量を減少させれば良い。例えば、溶液中におけるH2CO3、HCO3-およびCO32-は、上述したように、陽イオンである水素イオンの量によって、図２に示すような平衡関係にある。したがって、水素イオン濃度が低くなるように調節すると、H2CO3よりHCO3-の方が存在し易くなり、更に水素イオン濃度が低くなるとHCO3-よりCO32-の方が存在し易くなるため、置換用イオンであるHCO3-やCO32-は増加し、ハイドロタルサイト様物質に吸着され易い状態となる。なお、陽イオンを減少させるには、陽イオンと反応する陰イオンを供給すれば良い。【００２８】
なお、陽イオンが層間陰イオンおよび置換用陰イオンの両方と化学反応するものである場合には、前記層間陰イオンの脱離率が最も高くなるように調節すれば良い。【００２９】
このように層間陰イオンを置換用陰イオンに置換したハイドロタルサイト様物質は、更にその置換用陰イオンを塩化物イオンと置換して、塩素型のハイドロタルサイト様物質に再生することができる。例えば、上述した層間イオン置換方法を用いてハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを炭酸イオンと置換した場合には、塩化ナトリウム溶液中で当該炭酸イオンを塩化物イオンと置換することで塩素型のハイドロタルサイト様物質を再生産することができる。この際、層間陰イオンである炭酸イオンは、上述したように、陽イオンである水素イオンの量によって、図２に示すような平衡関係にある。したがって、pHを下げると、CO32-よりもH2CO3の方が存在し易くなるため、炭酸イオンの脱利率を向上することができる。ただし、pHを下げ過ぎるとハイドロタルサイト様物質が溶解してしまうため、pHを３〜７、好ましくは３〜５、更に好ましくは３〜４にするのが良い。【００３０】
なお、置換用陰イオンとして塩化物イオンを用いれば、層間陰イオンの置換と同時に塩素型のハイドロタルサイト様物質を再生産することができる点で好ましい。【００３１】
次に、結晶子サイズが20nm以下であるハイドロタルサイト様物質にホウ素、フッ素、ヒ素、クロム、硫酸イオン等が吸着されている場合の再生方法の一例について図３のフローチャートを用いて説明する。【００３２】
(ステップ１)
ハイドロタルサイトに種々の物質を吸着させた後、当該ハイドロタルサイト様物質を湿潤状態で回収する。
(ステップ２)
吸着した物質がホウ素又はヒ素のみである場合にはステップ６に進み、吸着した物質が各種混在している場合には、ステップ３に進む。
(ステップ３)
回収したハイドロタルサイト様物質を炭酸イオン溶液と混合する。炭酸イオン溶液としては、Na2CO3溶液や炭酸ガスを溶解した溶液等を用いることができる。
(ステップ４)
ハイドロタルサイト様物質が吸着した物質がホウ素主体である場合にはpHを7付近に調整して撹拌し、吸着した物質が各種混在している場合には、pHを未調整のまま、あるいはpHを11〜12に調整して撹拌する。
（ステップ５）
ハイドロタルサイト様物質を含む溶液を固液分離した後、液相は高濃度で回収し再利用するか廃棄する。固相のハイドロタルサイト様物質は蒸留水等でよく洗浄した後、再度固液分離して回収する。
（ステップ６）
ハイドロタルサイト様物質を塩化ナトリウムと塩酸を含む溶液と混合する。
（ステップ７）
ハイドロタルサイト様物質を含む溶液を固液分離した後、液相は塩化ナトリウムの濃度及び塩酸によるpHの調整をし、ステップ６の溶液として再利用する。固相のハイドロタルサイト様物質は蒸留水等でよく洗浄した後、再度固液分離して再生を終了する。【００３３】
以下に、本発明の層間イオン置換方法について実施例を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。実施例では、ホウ素又はフッ素を吸着させたハイドロタルサイト様物質の置換および再生を行った。
【実施例１】
【００３４】
［吸着サンプルの作成方法］
ハイドロタルサイト様物質としては、結晶子サイズが20nm以下で、化学式が［Mg5.33Al2.67（OH）16］［Cl2.67・4H2O］であるものを用いた。【００３５】
ハイドロタルサイト様物質へのホウ素の吸着は、次の手順で行った。
(1)特級試薬ホウ酸（H3BO3）0.114gを蒸留水1,000mlに溶解させ、ホウ素濃度が18.56mg/Lの溶液を調製する。
(2)ホウ素溶液に規定度が1NのNaOHを滴下し、溶液のpHを9に調整した吸着用溶液を作成する。
(3)吸着用溶液に粉末状のハイドロタルサイト様物質を1.0wt％（10g）添加し、マグネチックスターラーで60分攪拌する。
(4)攪拌後、固液分離し、固液分離した吸着済ハイドロタルサイト様物質の一部を電気炉で乾燥し、含水率を測定する。このとき、含水率は約5.6％であった。
(5)固液分離後のろ液のホウ素濃度をICP発光分光分析器（リガク CIROS CCD）で測定すると3.454mg/Lであったことから、ハイドロタルサイト様物質のホウ素吸着量は、1.511mg/gである。また、吸着試験で使用した粉末状ハイドロタルサイト様物質の含水率（約5.6％）及び食塩濃度屈折計（ASONE製 IS-28E）で測定した含有塩分（NaCl：約6.0％）を考慮すると、粉末状のハイドロタルサイト様物質１g中に含まれる純粋なハイドロタルサイト様物質（乾燥固形分）は0.88gであることから、純粋なハイドロタルサイト様物質１ｇのホウ素吸着量は1.709mg/gである。
(6)吸着済みハイドロタルサイト様物質は湿潤状態で密閉容器に保管し、リサイクル試験用の試料とする。【００３６】
また、ハイドロタルサイト様物質へのフッ素の吸着は、次の手順で行った。
(1)特級試薬フッ化ナトリウム（NaF）2.210gを蒸留水1,000mlに溶解させ、フッ素濃度998mg/Lの吸着用溶液を調製する（pHは未調整）。
(2)吸着用溶液に粉末ハイドロタルサイト様物質を1.0wt％（10g）添加し、マグネチックスターラーで60分攪拌する。
(3)攪拌後、固液分離し、固液分離した吸着済ハイドロタルサイト様物質の一部を電気炉で乾燥し、含水率を測定する。このとき、含水率は約5.6％であった。
(4)固液分離後のろ液のフッ素濃度をICP発光分光分析器（リガク CIROS CCD）で測定すると405mg/Lであったことから、ハイドロタルサイト様物質のフッ素吸着量は、59.3mg/gである。また、吸着試験で使用した粉末状ハイドロタルサイト様物質の含水率（約5.6％）及び食塩濃度屈折計（ASONE製 IS-28E）で測定した含有塩分（NaCl：約6.0％）を考慮すると、粉末状のハイドロタルサイト様物質１g中に含まれる純粋なハイドロタルサイト様物質（乾燥固形分）は0.88gであることから、純粋なハイドロタルサイト様物質１ｇのフッ素吸着量は67.1mg/gであった。
(5)吸着済みハイドロタルサイト様物質は湿潤状態で密閉容器に保管し、リサイクル試験用の試料とする。【００３７】
［層間陰イオンの置換試験］
上記ホウ素又はフッ素を吸着させたハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを次の手順で置換した。
(1)蒸留水100mlに特級試薬炭酸ナトリウム（Na2CO3）をそれぞれ0.848g（CO32-換算8mmol）、1.696g（CO32-換算16mmol）溶解させた溶液を作成する。
(2)(1)で作成した溶液の一部に、規定度が1NのHClを滴下し、pHを7に調整する。
(3)pHを7に調整した溶液と未調整（pH＝11〜12）の溶液に、それぞれ吸着済みのハイドロタルサイト様物質を乾燥固形分換算で1g添加し、マグネチックスターラーで30分攪拌する。
(4)攪拌後、固液分離し、ろ液のホウ素濃度をICP発光分光分析器（リガク CIROS CCD ）、フッ素濃度をイオン電極（東亜DKK F-2021）、pHをpH電極で測定し、ハイドロタルサイト様物質からのホウ素、フッ素の脱離量を算出する。
ホウ素を吸着させたハイドロタルサイトを置換した結果を表１に、フッ素を吸着させたハイドロタルサイト様物質を置換した結果を表２に示す。【００３８】
【表１】
2009066461.tif 000003
【００３９】
【表２】
2009066461.tif 000004
【００４０】
表１に示すように、ホウ素はｐＨが低いほどハイドロタルサイト様物質からの脱離量が多い。この理由としては、図１に示すように、ホウ素はｐＨが高い状態では、B(OH)4-としての存在量が多いためハイドロタルサイト様物質に吸着され易いが、ｐＨが低い状態ではH3BO3としての存在量が増加するためハイドロタルサイト様物質から脱離し易い状態になるためであると考えられる。【００４１】
一方、表２に示すように、フッ素はｐＨが高いほどハイドロタルサイト様物質からの脱離量が多い。これは、ｐＨが高いほど置換用陰イオンであるCO32-の存在量が増加するためフッ素イオンがハイドロタルサイト様物質から脱離し易い状態になるためであると考えられる。
【実施例２】
【００４２】
また、実施例１でホウ素を吸着させたハイドロタルサイト様物質およびフッ素を吸着させたハイドロタルサイト様物質をそれぞれ乾燥炉で24時間乾燥し、粉末状のハイドロタルサイト様物質としたものについて、実施例１と同様に、層間陰イオンの置換試験を行った。ホウ素を吸着させたハイドロタルサイトを置換した結果を表３に、フッ素を吸着させたハイドロタルサイト様物質を置換した結果を表４に示す。【００４３】
【表３】
2009066461.tif 000005
【００４４】
【表４】
2009066461.tif 000006
【００４５】
表１と表３、表２と表４を比較すると、フッ素やホウ素を吸着させたハイドロタルサイト様物質を一度乾燥させると、層間陰イオンの脱離率が大きく下がっている。したがって、ハイドロタルサイト様物質は、陰イオンを吸着させてから層間陰イオンを置換するまでの間、乾燥させることなく湿潤状態に維持する方が好ましい。
【実施例３】
【００４６】
［再生・再吸着試験］
次に、塩素型から炭酸型に置換されたハイドロタルサイト様物質を、次の手順で、再度塩素型のハイドロタルサイト様物質に再生し、ホウ素とフッ素の再吸着試験を行った。
(1)蒸留水100mlに特級試薬塩化ナトリウム（NaCl）をそれぞれ5.0g、20.0g溶解させ、塩化ナトリウム濃度5.0％、20.0％の溶液を調製する。
(2)塩化ナトリウム溶液に規定度が1NのHClを滴下し、溶液のpHを3に調整した再生用溶液を作成する（表５参照）。
(3)(2)で作成した溶液に、炭酸型ハイドロタルサイト様物質を1.0wt％（1.0g：乾燥固形分換算）添加し、マグネチックスターラーで30分攪拌する。
(4)攪拌中の溶液に規定度が1NのHClを滴下し、溶液のpHを3.0〜5.0の間に調整する。
(5)攪拌後、固液分離し回収したハイドロタルサイト様物質は蒸留水でよく洗浄し、含有する塩化ナトリウムを除き、再度固液分離する。
(6)回収した再生ハイドロタルサイト様物質を100℃±5℃に設定した乾燥炉に12時間以上入れて乾燥させ、再吸着試験用の試料とする。再吸着用の試料は密閉容器に保管する。
(7)再吸着試験の方法は実施例１の［吸着サンプルの作成方法］と同様の方法で行った。その結果を表６に示す。なお、再生率は、再生後のハイドロタルサイト様物質のホウ素およびフッ素の吸着量を、実施例１のハイドロタルサイト様物質のホウ素吸着量1.511mg/g、フッ素吸着量59.3mg/gを基準として百分率で求めた。【００４７】
【表５】
2009066461.tif 000007
【００４８】
【表６】
2009066461.tif 000008
【００４９】
表６の結果から、一度炭酸型になったハイドロタルサイト様物質でも、５％濃度のNaCl溶液で塩素型のハイドロタルサイト様物質に再生すると、ホウ素吸着能力のほぼ100%が、フッ素吸着能力の90%が再生し、20％濃度のNaCl溶液で塩素型のハイドロタルサイト様物質に再生すると、ホウ素吸着能力の85%が、フッ素吸着能力のほぼ100%が再生することがわかった。
【実施例４】
【００５０】
実施例１、実施例３においては、ハイドロタルサイト様物質を一度炭酸型にしてから塩素型に再生する場合について説明したが、本実施例においては、ホウ素を吸着したハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンの脱離と再生を同時に行う場合について説明する。【００５１】
本実施例は、ホウ素を吸着させたハイドロタルサイト様物質を、pHが酸性領域にあると共に、塩化ナトリウム濃度が25.0％（CASE B-5）、5.0％（CASE B-6）、0％（CASE B-7）である溶液中で処理した場合と、pHがアルカリ性領域にあると共に、塩化ナトリウム濃度が25.0％（CASE B-8）、5.0％（CASE B-9）である溶液中で処理した場合について行った。【００５２】
［吸着サンプルの作成方法］
ハイドロタルサイト様物質としては、結晶子サイズが20nm以下で、化学式が［Mg5.33Al2.67（OH）16］［Cl2.67・4H2O］であるものを用いた。【００５３】
ハイドロタルサイト様物質へのホウ素の吸着は、次の手順で行った。
(1)特級試薬ホウ酸（H3BO3）を蒸留水1,000mlに溶解させ、ホウ素濃度が19.3mg/L（CASE5〜7）及び18.9mg/L（CASE8、9）の溶液を調製する。
(2)ホウ素溶液に規定度が1NのNaOHを滴下し、溶液のpHを9に調整した吸着用溶液を作成する。
(3)吸着用溶液に粉末状のハイドロタルサイト様物質を1.0wt％（10g）添加し、マグネチックスターラーで60分攪拌する。
(4)攪拌後、固液分離し、固液分離した吸着済ハイドロタルサイト様物質の一部を電気炉で乾燥し、含水率を測定する。このとき、含水率は約5.6％であった。
(5)固液分離後のろ液のホウ素濃度をICP発光分光分析器（リガク CIROS CCD）で測定すると3.50mg/L（CASE B-5〜B-7）、3.56mg/L（CASE B-8、B-9）であったことから、ハイドロタルサイト様物質のホウ素吸着量は、1.58mg/g（CASE B-5〜B-7）、1.53mg/g（CASE B-8、B-9）である。また、吸着試験で使用した粉末状ハイドロタルサイト様物質の含水率（約5.6％）及び食塩濃度屈折計（ASONE製 IS-28E）で測定した含有塩分（NaCl：約6.0％）を考慮すると、粉末状のハイドロタルサイト様物質１g中に含まれる純粋なハイドロタルサイト様物質（乾燥固形分）は0.88gであることから、純粋なハイドロタルサイト様物質１ｇのホウ素吸着量は1.787mg/g（CASE B-5〜B-7）、1.730mg/g（CASE B-8、B-9）である。
(6)吸着済みハイドロタルサイト様物質は湿潤状態の密閉容器に保管し、リサイクル試験用の試料とする。【００５４】
［層間陰イオンの置換・再生試験］
(1)蒸留水100mlに特級試薬塩化ナトリウム（NaCl）をそれぞれ5.0g、25.0g溶解させ、塩化ナトリウム濃度が25.0％（CASE B-5、B-8用）の溶液を２つ、5.0％（CASE B-6、B-9用）の溶液を２つ、0％（CASE B-7用）の溶液を１つ調製する。
(2)(1)で作成したCASE B-5〜B-7用の溶液に規定度が1NのHClを滴下し、溶液のpHを3に調整した再生用溶液を作成する。
(3)(1)及び(2)で作成した溶液に、吸着試験後のホウ素を吸着させたハイドロタルサイト様物質を乾燥固形分換算で1.0g（1.0wt％）添加し、マグネチックスターラーで30分攪拌する。
(4)攪拌中、CASE5用の溶液及びCASE6用の溶液には規定度が1NのHClを滴下し、溶液のpHを3.0〜5.0の間に調整する。また、CASE B-7〜B-9用の溶液については、撹拌中にHClを滴下せず、初期のpHのみによる影響を調べる。
(5)攪拌後、固液分離し、ろ液のホウ素濃度をICP発光分光分析器（リガク CIROS CCD ）、pHをpH電極で測定し、ハイドロタルサイト様物質からのホウ素の脱離量を算出する。【００５５】
ホウ素を吸着させたハイドロタルサイト用物質を置換した結果を表７に示す。【００５６】
【表７】
2009066461.tif 000009
【００５７】
表７に示すように、陽イオン（水素イオン）の量だけが多く、置換用陰イオン（塩化物イオン）がないCASE B-7や、置換用陰イオン（塩化物イオン）は多いが、陽イオン（水素イオン）が少ないCASE B-8及びCASE B-9では、ホウ素の脱離率が低い。一方、置換用陰イオン（塩化物イオン）が十分に存在すると共に、陽イオン（水素イオン）の量を調節して層間陰イオンが脱離し易い状況にしたCASE B-5及びCASE B-6では、ホウ素の脱利率が100％となった。【００５８】
［再吸着試験］
上記ホウ素を脱離させて塩素型に再生したハイドロタルサイト様物質（表７のCASE B-5、B-6）を用いて、次の手順でホウ素の再吸着試験を行った。
(1)塩素型に再生して固液分離し回収したハイドロタルサイト様物質を蒸留水でよく洗浄し、含有する塩化ナトリウムを除き、再度固液分離する。
(2)回収した再生ハイドロタルサイト様物質を100℃±5℃に設定した乾燥炉に12時間以上入れて乾燥させ、再吸着試験用の試料とする。再吸着用の試料は密閉容器に保管する。
(3)再吸着試験の方法は実施例１の［吸着サンプルの作成方法］と同様の方法で行った。なお、再吸着試験様のホウ素の溶液濃度は20.5mg/Lとした。その結果を表８に示す。なお、再生率は、再生後のハイドロタルサイト様物質のホウ素の吸着量を、吸着前のハイドロタルサイト様物質のホウ素吸着量1.58mg/gを基準として百分率で求めた。【００５９】
【表８】
2009066461.tif 000010
【００６０】
表８の結果から、ホウ素を吸着させたハイドロタルサイト様物質は、pHを調整した塩化ナトリウム溶液により、そのホウ素吸着能力のほぼ100%が再生されることがわかった。【００６１】
以上より、少なくとも層間陰イオンおよび置換用陰イオンのいずれかと化学反応をする陽イオンの量を調節することで、ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンの脱離量を増加させることができ、ハイドロタルサイト様物質の再生率を向上することができた。【００６２】
次に、本発明の層間イオン置換装置について説明する。【００６３】
本発明の層間イオン置換装置は、溶液中でハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンを置換用陰イオンと置換するものであって、ハイドロタルサイト様物質と置換用イオンとを混合するための混合槽と、混合槽内において、少なくとも層間陰イオンおよび置換用陰イオンのいずれかと化学反応をする陽イオンの量を調節するための陽イオン調節手段と、で主に構成される。【００６４】
混合槽は、混合槽内に供給される溶液と反応する物質でなければどのようなものでも良く、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）や塩化ビニル等の樹脂の他、金属、木材等を自由に用いることができる。【００６５】
陽イオン調節手段としては、例えば、陽イオン又は陽イオンと化学反応する陰イオンを貯留する１以上の貯留槽と、貯留槽の陽イオンを混合槽に供給するポンプ等の供給手段と、ハイドロタルサイト様物質と陽イオンを十分に混合するミキサーやマグネチックスターラー等の混合手段とで構成すれば良い。【００６６】
例えば陽イオンが水素イオンの場合、貯留槽に酸性溶液や塩基性溶液を貯留しておき、これをポンプでハイドロタルサイト様物質に所定量供給し、ミキサーでハイドロタルサイト様物質と混合することで水素イオン濃度を調節すれば良い。【００６７】
層間イオン置換装置をこのように形成することにより、ハイドロタルサイト様物質の層間陰イオンの置換を好適に行うことができる。
【図１】
2009066461.tif 000011
【図２】
2009066461.tif 000012
【図３】
2009066461.tif 000013
【国際調査報告】
2009066461.tif 000014
2009066461.tif 000015
2009066461.tif 000016
2009066461.tif 000017
2009066461.tif 000018
2009066461.tif 000019