JP2019081157A - アニオン吸着剤 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1には、炭酸基含有水酸化マグネシウム粒子を350〜950℃で焼成して得られる焼成粒子が提案されている。この焼成粒子は、焼成により塩基性を有する酸化マグネシウムを生成させることにより、脂肪酸に対して優れた吸着性を示すというものである。
このような焼成粒子は、脂肪酸に対して吸着性を示すため、食用油の精製に使用し得るのであるが、遊離脂肪酸との反応により石ケンが生成し、石ケンが焼成粒子から分離してしまうため、食用油の精製には適用が困難である。食用油中に石ケンが分散してしまうためである。
R=Sm/Mm
式中、Smは、SiO2換算でのシリカ成分の含有量(質量%)であり、
Mmは、MgO換算でのマグネシア成分の含有量(質量%)である、
で表される質量比Rが0.2〜20となる範囲で含有していると共に、下記式;
オレンジII吸着量(mmol/g)/MgO含有率(質量%)×100
により算出されるアニオン吸着能が1.40〜3.00の範囲にあることを特徴とするアニオン吸着剤が提供される。
(1)水銀圧入法で測定した細孔容積において、細孔直径3.5〜5000nmでの細孔容積が1.30〜2.50ml/gの範囲にあり、細孔直径3.5〜5000nmでの細孔容積に対して細孔直径3.5〜10nmでの細孔容積率が14.5%以上であり、且つ圧縮強度が1.5MPa以上の範囲にあること、
(2)食用油精製剤として使用すること、
が好適である。
また、このアニオン吸着剤は焼成されているため、粒子強度が高く、このため、粒子の崩壊による性能低下(例えば濾過性の低下)を生じ難いという利点もある。
本発明のアニオン吸着剤は、シリカと酸化マグネシウム(マグネシア)とが一体化したシリカマグネシア複合粒子を焼成することにより得られたものである。
この複合粒子は、シリカとマグネシアとが原子の組み換えや交換を伴う化学結合によるものではなく、それぞれの微細な粒子が物理的に分離しないレベルに緊密に接触している状態を意味するものであり、単なる混合物とは全く異なっている。
R=Sm/Mm
式中、Smは、SiO2換算でのシリカ成分の含有量(質量%)であり、
Mmは、MgO換算でのマグネシア成分の含有量(質量%)である、
で表される質量比Rが0.2〜20、好ましくは0.2〜3.0、特に好ましくは1.3〜3.0となる範囲で含有していることが必要である。
この質量比Rが上記範囲よりも大きいと、マグネシア成分の含有量が少なくなるため、脱酸性能が不満足となってしまう。また、質量比Rが上記範囲よりも小さいと、シリカ成分の含有量が少なくなるため、シリカのバインダーとしての機能が低下する。この結果、マグネシアが脂肪酸と反応して石ケンが生成したとき、石ケンが分離し易くなってしまう。また、食用油の精製剤として使用したとき、脱色性能が低下する。即ち、質量比Rが上記範囲内にあることによって、本発明のアニオン吸着剤は、食用油の吸着剤として好適に使用し得る。
オレンジII吸着量(mmol/g)/MgO含有率(質量%)×100
で算出されるアニオン吸着能が1.40〜3.00、好ましくは1.45〜2.75、特に好ましくは1.90〜2.45の範囲にある。オレンジIIはアニオン性色素であることから、この吸着能は、アニオン吸着性を示す指数となる。即ち、この吸着能が大きい程、脱酸性能が高く、例えば食用油中の遊離脂肪酸を有効に吸着できる。因みに、未焼成品でのアニオン吸着能は、1.40未満であり、本発明に比してかなり低い。
即ち、シリカマグネシア複合粒子を焼成すると、シリカに比して体積量の少ないマグネシアが焼結し、粒子表面に偏析して分布するようになり、この結果、マグネシアの塩基性に由来する遊離脂肪酸吸着能(脱酸性能)が大きく向上すると思われる。
即ち、このシリカマグネシア複合焼成粒子が有するは、トータルの細孔容積が焼成により変化していないため、焼成前と同等の色素吸着性(即ち、脱色性能)を示すものと思われる。
尚、圧縮強度が過度に高いと、必要以上に焼成が行われていることとなり、前述した細孔容積が大きく低下し、色素等に対する吸着性(即ち、脱色性能)が損なわれてしまい、食用油の精製剤としては不適当なものとなってしまう。従って、本発明においては、この圧縮強度は10MPa以下、特に5.0MPa以下の範囲に抑えられていることが好適である。
例えば、シリカマグネシア複合焼成粒子の一定量を水に投入して超音波分散したとき、超音波分散後の平均粒子径(レーザ回折散乱法により測定したメジアン径(平均粒子径の変化率))は、超音波分散前を100%として最大でも約56%まで低下するが、未焼成粒子について同様の試験を行うと、平均粒子径の変化率は超音波分散後は約29%であり、焼成品に比して、大きく粒子径が低下していることが判る。
さらに、シリカマグネシア複合焼成粒子は、シリカ成分とマグネシア成分が互いに遊離しておらず、緊密に複合化しているために、通常、その懸濁液のpHは6.0〜10.0の範囲にある。また、窒素吸着法で測定したBET比表面積は、100m2/g以上、特に400m2/g以上の範囲にある。
上述したアニオン吸着剤として使用するシリカマグネシア複合焼成粒子は、(A)シリカ(二酸化ケイ素)と、(B)マグネシア(酸化マグネシウム)もしくはその水和物とを、前述した質量比Rが所定の範囲となる量で使用し、これらを水分の存在下で均質に混合して水性スラリーとなし、次いで熟成を行い、さらに、水分を除去し、引き続いて焼成することにより、製造される。
例えば、シリカとしては非晶質の含水タイプのものが好適であり、ゲル法或いは沈降法の何れで製造されたものであってもよいが、一次粒子の小さいものが好適であり、比表面積が40m2/g以上、特に140m2/g以上であるものが好適である。
またマグネシアもしくはその水和物としては、結晶子の小さく且つ経時による炭酸化が進んでいないものがよい。例えば、比表面積が2m2/g以上、好ましくは20m2/g以上、特に好ましくは50m2/g以上であるマグネシア粉末が使用される。
また、このような均質混合および熟成は、粒子同士の一体複合化を短時間で終了させるために加熱下で行うことが好ましいが、加熱温度が高いとゲル化が生じ、複合粒子が不均質となりやすい。したがって、この加熱温度は、通常、100℃以下で行い、50〜97℃で行うことが好ましく、50〜79℃で行うことが特に好ましく、例えば、0.5時間以上、特に1〜24時間、より好ましくは3〜10時間程度かけて均質混合および熟成を行うことにより、シリカ粒子とマグネシア粒子が一体複合化した粒状物を含む水性スラリーが得られる。
また、分級は、通常の乾式分級機を用い、重力分級、遠心分級、慣性分級等によって行われる。
このような粉砕及び分級によって、例えば5μm未満の微細粒子含有率が20体積%以下の粉末の形で、未焼成のシリカマグネシア複合粒子が得られる。
また、このような焼成により、圧縮強度も前述した範囲に高められる。
造粒手段としては、スプレー造粒、転動造粒等、公知の手段により行うことができるが、粒子に大きな負荷が加わると、前述した細孔分布が損なわれることがあるため、できるだけ負荷のかからない手段、例えば、スプレー造粒が特に好適である。
本実施例におけるオレンジII吸着能は、10mmol/L濃度のオレンジII水溶液から、1gの試料が吸着できるオレンジIIのmmol数とし、下記の方法により測定し、算出した。
先ず、オレンジII(試薬特級、和光純薬工業(株)製)を水に溶かし、10mmol/L濃度のオレンジII水溶液を得る。この10mmol/L濃度のオレンジII水溶液20mlを50ml容の遠沈管に秤取し、吸着剤0.20gを加えて振とう機(ヤマト科学(株)製SA300、振とうスピード5)により7.5時間振とうする。振とう終了後、12時間以上静置する。次に遠心分離機((株)クボタ製 5200)により遠心加速度3000rpmで15分処理した液の上澄みを0.5mL採取し、これをイオン交換水により200倍に希釈した液の484nm波長光の吸光度を分光光度計(日本分光(株)製V−630)により測定した。そして、オレンジII水溶液のオレンジII含有量と484nm波長光の吸光度の関係を示す検量線を用いて試料液のオレンジII残存量を算出した。この値を、試料へのオレンジII添加量から差し引いた値をオレンジII吸着量とする。
Micromeritics社製AutoPore IV 9500を用いて水銀圧入法にて測定を行った。細孔直径が3.5〜10nmでの細孔容積は20000〜60000psiaの圧入量より、細孔直径が3.5〜5000nmでの細孔容積は30〜60000psiaの圧入量より求めた。
(株)島津製作所製微小圧縮試験機MCT−510を用いて各吸着剤3点の粒子の圧縮強度を測定し、平均値を吸着剤の圧縮強度とした。
Malvern社製レーザ回折散乱式粒度分布測定機マスターサイザー3000を用いて、超音波分散の有無による粒度の変化を用いて水中崩壊性を評価した。測定前分散(分散時間180秒)において超音波強度0%(超音波分散なし)でのメジアン径Dnと超音波強度100%でのメジアン径Dusから、粒子径の変化率ΔD%を下記式:
ΔD%=Dus/Dn×100
により算出した。
マイクロメリティクス社製TriStar 3000を用いて窒素吸着法により測定を行ない、BET法により算出した。なお、前処理は150℃で2時間行った。
イオン交換水に吸着剤濃度が5質量%になるように吸着剤を添加し、10分間撹拌した後、東亜ディーケーケー製pHメーターHM−30Rにて測定を行った。
本実施例におけるアニオン吸着剤の性能は、粘土ハンドブック第三版 日本粘土学会編(技報堂出版)p570の図に示す脱色試験機を用いた。脱色試験機には硬質ガラス製大型試験管(容量230ml)が油浴にセットできる。各試験管には、下端が丸くなった波形の攪拌棒を入れ、その下端は試験管の底部に常に接触するようにゴム管で調節する。攪拌棒は中央の親歯車から分かれた子歯車によって回転するので、その回転速度は全く等しく保たれる。中央の親歯車の下には油浴を攪拌する攪拌羽根がついていて、油浴内の温度を均一に保っている。各試験管に使用済み油(透過率25.9%、酸価1.91、ガードナー9−)を50gずつ採取し、各吸着剤サンプルを1gずつ(油に対して2質量%)加えた。各試験管を110℃に保たれた前記の脱色試験機にセットし、20分間攪拌を行った後脱色試験機から取り出し、再生油と吸着剤の混合スラリーをろ過することにより各再生油を得た。
各再生油の酸価は、日本油化学会が制定する基準油脂分析法2.3.1−2013に準拠し測定した。供試油の酸価との差を酸価低減値(mgKOH/g)とし、遊離脂肪酸吸着能の指標とした。この値が大きいほど、遊離脂肪酸吸着量が多く、遊離脂肪酸の除去が効果的に行われていることを示す。
各再生油の白色光線透過率(蒸留水の透過率を100%としたときの相対値)を(株)平間理化研究所製光電光度型で測定し、その数値をもって各吸着剤の脱色能とした。透過率の数値が高いほど用いた吸着剤の脱色能が高いことを表している。
また、基準油脂分析法3.2.1.1−2013に準拠し、精製前の供試油および各吸着剤で処理した再生油の色味(ガードナー)を評価した。ポイントが高いほど色味が強く、ポイントが低いほど用いた吸着剤の脱色能が高いことを表している。
水澤化学工業(株)製二酸化ケイ素 ミズカソーブC―1を吸着剤として使用した。
神島化学工業(株)製酸化マグネシウム スターマグUを吸着剤として使用した。
水澤化学工業(株)製シリカマグネシア製剤(R=2.1)を吸着剤として使用した。
比較例3の吸着剤を350℃で1時間焼成し、アニオン吸着剤を得た。
焼成を450℃で1時間とした他は実施例1と同様にしてアニオン吸着剤を得た。
焼成を550℃で1時間とした他は実施例1と同様にしてアニオン吸着剤を得た。
焼成を650℃で1時間とした他は実施例1と同様にしてアニオン吸着剤を得た。
焼成を750℃で1時間とした他は実施例1と同様にしてアニオン吸着剤を得た。
焼成を950℃で1時間とした他は実施例1と同様にして吸着剤を得た。
Claims (3)
- シリカと酸化マグネシウムとが一体化したシリカマグネシア複合粒子の焼成物からなり、シリカ成分とマグネシア成分とを、下記式;
R=Sm/Mm
式中、Smは、SiO2換算でのシリカ成分の含有量(質量%)であり、
Mmは、MgO換算でのマグネシア成分の含有量(質量%)である、
で表される質量比Rが0.2〜20となる範囲で含有していると共に、下記式;
オレンジII吸着量(mmol/g)/MgO含有率(質量%)×100
により算出されるアニオン吸着能が1.40〜3.00の範囲にあることを特徴とするアニオン吸着剤。 - 水銀圧入法で測定した細孔容積において、細孔直径3.5〜5000nmでの細孔容積が1.30〜2.50ml/gの範囲にあり、細孔直径3.5〜5000nmでの細孔容積に対して細孔直径3.5〜10nmでの細孔容積率が14.5%以上であり、且つ圧縮強度が1.5MPa以上の範囲にある請求項1に記載のアニオン吸着剤。
- 食用油の精製に使用される請求項1または2に記載のアニオン吸着剤。
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