アルカリおよびクエン酸処理された茶殻による重金属イオンの吸着除去神奈川工科大学応用化学専攻マルコメ株式会社 ○大西真野遠藤友紀中村良中島将太笹本忠 1. はじめに高度経済成長期に日本の産業は目覚しい発展を遂げたが、その半面、公害問題なども多く発生した。そのひとつとして、重金属廃液による水域ならびに土壌の汚染が挙げられる。排水中の重金属は、活性炭やイオン交換樹脂などを使用して除去することができるが、高価であるためごく一部で使用されているにすぎない。そのため、安価かつ大量に入手でき、環境への負荷が小さい重金属吸着材の開発が待望されている。そこで本研究では、植物性廃棄物である「茶殻」に注目し、アルカリおよびクエン酸処理された茶殻の重金属イオン(銅・亜鉛・クロム酸イオン)に対する吸着除去材への応用開発を目的として行った。ここでは、銅イオンについての結果を示す。 2. 実験方法茶殻は福田食品工業㈱製のものを原試料とし、以下の前処理を行った。まず、未処理の茶殻に 0.1M NaOH 水溶液を加え２ｈ攪拌し分離する。純水で１ｈ攪拌する。その後、廃液の pＨが変わらなくなるまで純水で洗浄、分離を繰り返す。分離した茶殻を５０℃で 1 日乾燥させた試料をアルカリ処理茶殻とした。アルカリ処理茶殻に 0.6M クエン酸水溶液を加え２ｈ静置し浸漬させる。その後 50℃で 12h、さらに、120℃で 90min 二段加熱する。50℃の純水で１ｈ洗浄し茶殻を分離する。廃液の pＨが変わらなくなるまで洗浄・分離を繰り返し、乾燥させた試料をアルカリ/クエン酸処理茶殻とした。回分式吸着実験は以下の方法で行った。茶殻 0.5g 量りとりサンプル管へ入れる。そこへ原液 0.1～100ppm に調整した重金属硝酸塩水溶液を 40mL 入れ、恒温槽中にて吸着実験を行なった。吸着条件は、吸着時間を 0～24h、温度を 25℃、pH を 1～12 で行った。その後、遠心分離を行い、サンプル溶液を得た。流通式吸着実験は以下の方法で行った。茶殻 5.0g を量りとりガラスカラムに充填した。そこへ重金属硝酸塩水溶液を 1.0mL/min で流通させ、時間毎にサンプリングを行った。回分式、流通式ともに得られたサンプル溶液中の銅イオンの定量は原子吸光光度計(島津製作所：AA-6800) にて行った。 3. 結果と考察未処理の茶殻、１ｈ煮出し茶殻、アルカリ処理茶殻、アルカリ/クエン酸処理茶殻に重金属イオン（Cu2+、 Zn2+、CrO42-）を回分式にて吸着させた結果を以下に示す。図１はそれぞれの茶殻に 1ppm 銅イオンを吸着させ、吸着時間を変化させた結果である。4ｈまでは吸着時間が長くなるにつれて吸着率は高くなった。図 2 は pＨ依存性を示したものである。ｐH12 以外の pH 領域でアルカリ処理茶殻＜１ｈ煮出し茶殻＜アルカリ/ クエン酸処理茶殻＜未処理の茶殻の順に吸着率が高くなっている。pH4～8 で高い吸着率が見られたが、はどの茶殻もあまり変化はない。pH２、10、12 で吸着率が低く、強酸及び強アルカリ性に寄ると吸着率が低くなる傾向が見られる。銅イオンはアルカリ下で、水酸化銅に変化してしまうため吸着機構が変わり、あまり吸着しなくなると考えられる。未処理の茶殻では pH6 が一番高く、１ｈ煮出し茶殻、アルカリ処理茶殻、アルカリ/クエン酸処理茶殻では pH4 が高い。以上より銅イオンは pH4 での吸着が最適である。一方、流通式吸着実験では初期濃度 100ppm の銅イオン水溶液を流通させたところ、24h で平衡に達し、茶殻 1g あたりの吸着量がアルカリ処理、クエン酸処理、1h 煮出し茶殻の順で高くなるという結果が得られた。吸着率/% 吸着率/％ 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 5 0.5h 1 2 4 時間/ｈ 8 図１　Cu 2+　時間依存性 16 20 24 未処理１ｈ煮出しアルカリ処理アルカリ/クエン酸処理 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2 4 6 8 pH 2+ 図２　Cu pH依存性 10 12 未処理１ｈ煮だしアルカリ処理アルカリ/クエン酸処理