化学修飾・吸着法

マグネタイト表面の酸素または水酸基を足掛かりとして色々な表面修飾が可能である。例 えば、市販のシランカップリング剤によりアミノ基や疎水基などが導入出来る（図A.11）。

さらにアミノ基はグルタルアルデヒド基などの架橋剤を用いてタンパク質、酵素、抗体な どを化学結合させることが出来る。疎水基を導入すれば排水中の油分や疎水性汚濁物質の 分離・回収に利用できる。

図A.11: マグネタイト表面のシランカップリング剤による疎水化

オクタデシルトリクロロシランによりマグネタイト表面を疎水化し、環境ホルモンの一 つとされているビスフェノールAの分離を試みた例が報告されている[46]。

強磁性材料表面の化学修飾法はシランカップリング剤などを利用すると機能性をもつ磁 気シーディング材料が創成できる。選択分離への応用、医療用途など様々な利用法が開発 できる可能性を持っているといえる。

A.4.8 共晶化法

フェライト法と呼ばれ、排水中の重金属の回収・浄化法として実用化されている。マグ ネタイトのスピネル構造のFe( )の代わりに色々な２価の重金属を取り込むことが出来 る。図A.12に示すように、重金属を含む排水に硫酸第一鉄などFe( )イオンを加え、ア ルカリ性にし、60〜70℃で空気参加してフェライトを生成させることで、結晶中に重金 属イオンを取り込むことが出来る。

図A.12: フェライト法の反応プロセス

フェライト法は1970年頃NECが実用化したとされ、重厚な重金属排水を対象とした水 処理法として利用されている。生成したフェライトは強磁性であり、弱磁性の重金属イオ ンを結晶中に取り込んだ形で磁気シーディングを行ったと言える。結晶中に取り込まれる ことで、一般的な水酸化物沈殿法で得られる重金属含有汚泥と比較して重金属イオンが容 易に溶出しない利点がある。また得られたフェライトはリサイクル磁性材料として利用可 能といわれる。

A.4.9 高分子包括法

ゲル化剤としてポリアクリルアミド、イソプロピルアクリルアミド、カラギーナン、ア ルギン酸、光硬化性樹脂、コラーゲン、キトサン、ウレタンポリマー、セルロース、ポリ ビニルアルコールなどの多くの高分子材料が酵素や微生物の包括固定化を目的として使 用されている。この磁気シーディング法は排水中の汚濁物質に直接磁性を付与するために 利用されるのではなく、例えば特殊な機能を有する微生物に磁気シーディングして磁気分 離で回収し、繰り返し利用する場合や、体内に薬剤を磁気力で輸送するために薬剤と磁性 粒子をゲルで一体化して固めるなどの用途に利用される。イソプロピルアミドのように温 度感受性のあるポリマーを用い固定化酵素などの用途で高機能を高めたゲル化剤も検討 されており、これらの機能と複合させてさらに高機能の磁気シーディングを行うことも可 能である。

ポリアクリルアミドやイソプロピルアクリルアミドの場合にはモノマーと磁性粒子、分 離対象物を混合して、重合反応を行わせてゲル化させる。図A.13にポリアクリルアミド

の構造式を示す。図は、断面であるが架橋剤で２つのポリアクリルアミドの分子鎖がつな がっており、３次元網目構造が作られ網目の中に固定できるようになる。

図A.13: ポリアクリルアミドゲルによる包括法の概念図（断面）

線で囲まれた部分は架橋剤として添加したN,N’-メチレンビスアクリルアミドである。

アクリルアミドのみでは直鎖状の高分子になってしまうため粘性は増加するが固体となら ない。アクリルアミドのポリマーを架橋することで図A.13に示されるように３次元網目 構造が構築され、包括固定化出来るようになる。

このシーディング法は磁性粒子と分離対象物質は物理的にゲルの網目構造に捕捉されて いるだけであり、どのような磁性粒子と分離対象物の組合わせであってもゲルの中に同時 に閉じ込めることで磁気シーディングできる特徴がある。ただし、網目のサイズは包括し た分離対象物が露出しない細かさが必要であり、また反応対象物（例えば難分解性汚濁物 質や抗原などが容易に出入りできる大きさが必要である。また、薬剤の輸送に利用する場 合には網目のサイズで薬剤の徐放性を制御することもできる。さらに架橋剤の量はゲルの 機械的強度にも影響する。分離対象物となる酵素や微生物や薬剤が活性を失わないような ゲル化反応を選定する必要もある。高分子ゲルの選択と調整には目的に応じた緻密な検討 が必要である。

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