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  • 特開-ニッケルの回収方法 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023123944
(43)【公開日】2023-09-06
(54)【発明の名称】ニッケルの回収方法
(51)【国際特許分類】
   C22B 23/00 20060101AFI20230830BHJP
   C22B 3/44 20060101ALI20230830BHJP
【FI】
C22B23/00 102
C22B3/44 101A
C22B3/44 101B
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022027440
(22)【出願日】2022-02-25
(71)【出願人】
【識別番号】899000068
【氏名又は名称】学校法人早稲田大学
(71)【出願人】
【識別番号】312003595
【氏名又は名称】タカハタプレシジョン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100162341
【弁理士】
【氏名又は名称】瀬崎 幸典
(72)【発明者】
【氏名】所 千晴
(72)【発明者】
【氏名】淵田 茂司
(72)【発明者】
【氏名】石井 駿
(72)【発明者】
【氏名】横田 尚樹
(72)【発明者】
【氏名】高橋 優子
【テーマコード(参考)】
4K001
【Fターム(参考)】
4K001AA19
4K001BA21
4K001DB23
4K001DB24
(57)【要約】
【課題】有機化学反応プロセスで生成するニッケル化合物を含むニッケル溶液からニッケルを効率よく回収するニッケルの回収方法を提供する。
【解決手段】本発明のニッケルの回収方法は、(a)有機化学反応プロセスで生成するニッケル化合物を含むニッケル溶液を準備する工程と、(b)前記ニッケル溶液のpHを3以上に調整する工程と、(c)pHが3以上に調整された前記ニッケル溶液にアルカリ金属硫化物を添加して、硫化ニッケルの沈殿を得る工程とを有する。本発明のニッケルの回収方法は、前記ニッケル溶液が、ハロゲン化ニッケルを含む場合に好適である。また、本発明のニッケルの回収方法は、前記ニッケル溶液が、有機溶媒を含む場合に好適である。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)有機化学反応プロセスで生成するニッケル化合物を含むニッケル溶液を準備する工程と、
(b)前記ニッケル溶液のpHを3以上に調整する工程と、
(c)pHが3以上に調整された前記ニッケル溶液にアルカリ金属硫化物を添加して、硫化ニッケルの沈殿を得る工程と
を有する
ことを特徴とするニッケルの回収方法。
【請求項2】
前記ニッケル化合物が、ハロゲン化ニッケルである、
ことを特徴とする請求項1に記載のニッケルの回収方法。
【請求項3】
前記ニッケル溶液が、有機溶媒を含む、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のニッケルの回収方法。
【請求項4】
前記アルカリ金属硫化物が、硫化ナトリウムである、
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずか1項に記載のニッケルの回収方法。
【請求項5】
前記工程(b)において、前記ニッケル溶液に水酸化ナトリウムを添加する、
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずか1項に記載のニッケルの回収方法。
【請求項6】
前記有機化学反応プロセスが、有機高分子化合物の製造プロセスである、
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずか1項に記載のニッケルの回収方法。
【請求項7】
前記有機高分子化合物が、イオン交換樹脂である、
ことを特徴とする請求項6に記載のニッケルの回収方法。
【請求項8】
前記イオン交換樹脂が、陰イオン交換樹脂である、
ことを特徴とする請求項7に記載のニッケルの回収方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機化学反応プロセスで生成するニッケル溶液からニッケルを回収する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
非特許文献1には、触媒としてニッケル化合物を使用することを特徴とする、有機化合物の製造方法が記載されている。
【0003】
特許文献1には、(A)単数の芳香環からなる、または、2価の炭化水素基、2価のケイ素含有基、2価の窒素含有基、2価のリン含有基、2価の酸素含有基、2価の硫黄含有基、もしくは直接結合を介して互いに結合する複数の芳香環からなり、その芳香環には2つのハロゲン原子、擬ハロゲン化物またはボロン酸基が結合した疎水性基形成用モノマーを準備する工程と、(B)単数の芳香環からなる、または、2価の炭化水素基、2価のケイ素含有基、2価の窒素含有基、2価のリン含有基、2価の酸素含有基、もしくは2価の硫黄含有基である連結基、および/または直接結合を介して互いに結合する複数の芳香環からなり、その芳香環には2つのハロゲン原子、擬ハロゲン化物またはボロン酸基が結合し、前記連結基または芳香環のうち少なくとも1つが、2価の飽和炭化水素基または直接結合を介して陰イオン交換基前駆官能基と結合した親水性基形成用モノマーを準備する工程と、(C)重合促進剤としてのビス(1,5-シクロオクタジエン)ニッケル(0)及び共配位子としての2,2’-ビピリジンの存在下、前記疎水性基形成用モノマーと前記親水性基形成用モノマーとを反応させ、ポリマーを合成する工程と、(D)前記陰イオン交換基前駆官能基をイオン化させて陰イオン交換基とする工程とを備える陰イオン交換樹脂の製造方法であって、前記工程(C)において使用されるビス(1,5-シクロオクタジエン)ニッケル(0)のモル数が、前記疎水性基形成用モノマーと前記親水性基形成用モノマーの合計モル数の1.2~1.8倍であり、前記工程(C)において使用される2,2’-ビピリジンのモル数が、ビス(1,5-シクロオクタジエン)ニッケル(0)のモル数の1.5~2.5倍であり、前記陰イオン交換樹脂において、前記疎水性基形成用モノマーの残基が、2価の疎水性基を形成し、前記陰イオン交換基を有する親水性基形成用モノマーの残基が、2価の親水性基を形成し、前記疎水性基と前記親水性基とが直接結合を介して結合されていることを特徴とする、陰イオン交換樹脂の製造方法が記載されている。
【0004】
特許文献2には、(A)単数の芳香環からなる、または、2価の炭化水素基、2価のケイ素含有基、2価の窒素含有基、2価のリン含有基、2価の酸素含有基、2価の硫黄含有基、もしくは直接結合を介して互いに結合する複数の芳香環からなり、その芳香環には2つの塩素原子が結合した疎水性基形成用モノマーを準備する工程と、(B)単数の芳香環からなる、または、2価の炭化水素基、2価のケイ素含有基、2価の窒素含有基、2価のリン含有基、2価の酸素含有基、もしくは2価の硫黄含有基である連結基、および/または直接結合を介して互いに結合する複数の芳香環からなり、その芳香環には2つの塩素原子が結合し、前記連結基または芳香環のうち少なくとも1つが、2価の飽和炭化水素基または直接結合を介して陰イオン交換基前駆官能基と結合した親水性基形成用モノマーを準備する工程と、(C)触媒としてのビス(1,5-シクロオクタジエン)ニッケル(0)、共配位子としての2,2’-ビピリジン、助触媒としての臭化物又はヨウ化物、及び還元剤の存在下、前記疎水性基形成用モノマーと前記親水性基形成用モノマーとを反応させ、ポリマーを合成する工程と、(D)前記陰イオン交換基前駆官能基をイオン化させて陰イオン交換基とする工程とを備える陰イオン交換樹脂の製造方法であって、前記工程(C)において使用されるビス(1,5-シクロオクタジエン)ニッケル(0)のモル数が、前記疎水性基形成用モノマーと前記親水性基形成用モノマーの合計モル数の0.3~1.8倍であり、前記陰イオン交換樹脂において、前記疎水性基形成用モノマーの残基が、2価の疎水性基を形成し、前記陰イオン交換基を有する親水性基形成用モノマーの残基が、2価の親水性基を形成し、前記疎水性基と前記親水性基とが直接結合を介して結合されている、ことを特徴とする陰イオン交換樹脂の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【非特許文献1】Nature 2014,509,299-309.
【特許文献1】特開2022-18683号公報
【特許文献2】特開2022-24326号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
非特許文献1及び特許文献1~2に記載された製造方法において、触媒あるいは重合促進剤として使用されるニッケル化合物は、生成物中に取り込まれることがないことから、反応に使用したニッケルは全て廃液中に含まれる。このような有機化学反応プロセスで生成する廃液中のニッケルを回収して、新たな資源として再利用することが求められている。
【0007】
そこで、本発明は、有機化学反応プロセスで生成するニッケル化合物を含むニッケル溶液からニッケルを効率よく回収するニッケルの回収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】
【0008】
前記課題を解決するために、請求項1に記載のニッケルの回収方法は、
(a)有機化学反応プロセスで生成するニッケル化合物を含むニッケル溶液を準備する工程と、
(b)前記ニッケル溶液のpHを3以上に調整する工程と、
(c)pHが3以上に調整された前記ニッケル溶液にアルカリ金属硫化物を添加して、硫化ニッケルの沈殿を得る工程と
を有することを特徴とする。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のニッケルの回収方法において、
前記ニッケル化合物が、ハロゲン化ニッケルである、
ことを特徴とする。
【0010】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載のニッケルの回収方法において、
前記ニッケル溶液が、有機溶媒を含む、
ことを特徴とする。
【0011】
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずか1項に記載のニッケルの回収方法において、
前記アルカリ金属硫化物が、硫化ナトリウムである、
ことを特徴とする。
【0012】
請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずか1項に記載のニッケルの回収方法において、
前記工程(b)において、前記ニッケル溶液に水酸化ナトリウムを添加する、
ことを特徴とする。
【0013】
請求項6に記載の発明によれば、請求項1ないし5のいずか1項に記載のニッケルの回収方法において、
前記有機化学反応プロセスが、有機高分子化合物の製造プロセスである、
ことを特徴とする。
【0014】
請求項7に記載の発明によれば、請求項6に記載のニッケルの回収方法において、
前記有機高分子化合物が、イオン交換樹脂である、
ことを特徴とする。
【0015】
請求項8に記載の発明によれば、請求項7に記載のニッケルの回収方法において、
前記イオン交換樹脂が、陰イオン交換樹脂である、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、有機化学反応プロセスで生成するニッケル化合物を含むニッケル溶液からニッケルを効率よく回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1】実施例1~2及び比較例1~2において、硫化ニッケルの添加量とニッケル溶液のpHとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明は、有機化学反応プロセスで生成するニッケル化合物を含むニッケル溶液からニッケルを効率よく回収する方法である。より具体的には、有機化学反応プロセスにおける触媒として広く用いられてニッケル(Ni)を、そのプロセス終了後の廃液から、溶解度積の極めて小さい硫化ニッケル(NiS)として回収するものである。
こうすることで、これまでは廃液として処理されていたニッケルを回収して、新たな資源として再利用することが可能となる。
【0019】
本発明では、まず、有機化学反応プロセスで生成するニッケル化合物を含むニッケル溶液を準備する(工程(a))。有機化学反応プロセスとしては、有機低分子化合物及び/又は有機高分子化合物の製造プロセスが考えられるが、有機高分子化合物の製造プロセスに適している。有機高分子化合物としては、イオン交換樹脂、高吸水性高分子、導電性高分子、圧電性高分子、自己修復性高分子、汎用性プラスチック、エンジニアリングプラスチック等が挙げられる。中でも、イオン交換樹脂が好ましく、陰イオン交換樹脂がより好ましい。陰イオン交換樹脂の製造プロセスとしては、例えば、特許文献1~2に記載されているような、重合促進剤(触媒)としてビス(1,5-シクロオクタジエン)ニッケル(0)を用いたクロスカップリングによるポリマー製造プロセスが挙げられる。
【0020】
有機化学反応プロセスで生成するニッケル化合物は、フッ化ニッケル、塩化ニッケル、臭化ニッケル、ヨウ化ニッケル等のハロゲン化ニッケル;硝酸ニッケル、硫酸ニッケル等の無機酸ニッケル等が挙げられる。例えば、特許文献1~2の実施例に記載されたポリマー製造プロセスで生成するニッケル化合物は、塩化ニッケルである。
【0021】
上記のニッケル化合物を含むニッケル溶液は、有機化学反応プロセスで生成するものであるから、通常、有機溶媒を含んでいる。有機溶媒としては、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、イソブチルアルコール(2-メチル-1-プロパノール)、tert-ブチルアルコール(2-メチル-2-プロパノール)等のアルコール;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン;ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素;n-ペンタン、n-ヘキサン、n-ヘプタン等の脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン等の芳香族炭化水素;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等の含窒素有機溶媒;ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、スルホラン等の含硫黄有機溶媒等が挙げられる。例えば、特許文献1~2の実施例に記載されたポリマー製造プロセスで生成するニッケル化合物を含むニッケル溶液は、溶媒として、水と、有機溶媒であるメタノールを含んでいる。
【0022】
ニッケル溶液に含まれる溶媒は、水でもよく、有機溶媒でもよく、水と有機溶媒の混合溶媒でもよい。ニッケル溶液に含まれる溶媒が水と有機溶媒の混合溶媒の場合、その混合中の有機溶媒の含有率は、例えば、0.1vol%以上、好ましくは、50vol%以上である。
【0023】
本発明では、次いで、ニッケル溶液のpHを3以上に調整する(工程(b))。
ニッケル溶液のpHが3未満(特に2未満)であると、次の工程(c)でアルカリ金属硫化物を添加した際に硫化水素(HS)が発生してしまい、その分だけアルカリ金属硫化物が余分に消費されることで、硫化ニッケルの沈殿量が少なくなる。すなわち、工程(a)で準備したニッケル溶液のpHが3未満であった場合には、pHが3以上になるようにアルカリ成分を添加すればよい。
ここで添加するアルカリ成分としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物;炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸セシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム等の炭酸塩等が挙げられる。中でも、アルカリ金属の水酸化物が好ましく、水酸化ナトリウムがより好ましい。なお、ここでいうアルカリ成分として、アルカリ金属硫化物を用いることは好ましくない。
【0024】
本発明では、次いで、pHが3以上に調整されたニッケル溶液にアルカリ金属硫化物を添加して、硫化ニッケルの沈殿を得る(工程(c))。
こうすることで、ニッケル溶液中のニッケルイオンとアルカリ金属硫化物が反応して、溶解度積の極めて小さい硫化ニッケル(NiS)が沈殿するので、ニッケルを効率よく回収することが可能となる。アルカリ金属硫化物としては、硫化リチウム(LiS)、硫化ナトリウム(NaS)、硫化カリウム(KS)が挙げられる。中でも、硫化ナトリウムが好ましい。
【0025】
アルカリ金属硫化物を添加するに際しては、ニッケル溶液のpHを確認することが好ましい。アルカリ金属硫化物を添加するとニッケル溶液のpHはゆっくりと上昇するが、硫化ニッケルの生成反応が終了した時点でpHが急上昇することから、反応の終点を容易に見極めることができる。
あるいは、アルカリ金属硫化物の添加量を、理論値の1.0~1.2倍量とすることが好ましい。
【0026】
ニッケル溶液内で沈殿した硫化ニッケルは、溶解度積が極めて小さいことから、ろ過等により容易に回収することができる。
【実施例0027】
次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
【0028】
<実施例1>
模擬的な廃液として、6M-塩酸とメタノールを1:1(体積比)で混合した混合溶媒100mLに、42.1mmol/Lの濃度となるように塩化ニッケル(NiCl)を添加したニッケル溶液を準備した。
次いで、ニッケル溶液のpHが3.0になるまで、水酸化ナトリウム(NaOH)を添加した。得られたニッケル溶液を500rpmで攪拌しながら、31.25mmol/Lの硫化ナトリウム(NaS)水溶液を10mLずつゆっくり添加したところ、硫化ニッケル(NiS)の黒色沈殿が生じた。
その後、硫化ナトリウム(NaS)水溶液138mLを添加したところでpHが急上昇したことから、反応の終点と判断した。得られた黒色沈殿をろ過し、真空乾燥することで、349mg(収率:90.6%)の硫化ニッケルを回収した。
【0029】
<実施例2>
ニッケル溶液のpHが4.0になるまで水酸化ナトリウム(NaOH)を添加したこと以外は、実施例1と同様に実施した。pHが急上昇するまでの硫化ナトリウム(NaS)水溶液の添加量は135mLであり、379mg(収率:99.2%)の硫化ニッケルを回収した。
【0030】
<比較例1>
ニッケル溶液のpHが1.0になるまで水酸化ナトリウム(NaOH)を添加したこと以外は、実施例1と同様に実施した。pHが急上昇するまでの硫化ナトリウム(NaS)水溶液の添加量は210mLであり、306mg(収率:80.1%)の硫化ニッケルを回収した。また、硫化ナトリウム(NaS)水溶液を添加した初期の段階で硫化水素(HS)が検出された。
【0031】
<比較例2>
ニッケル溶液のpHが2.0になるまで水酸化ナトリウム(NaOH)を添加したこと以外は、実施例1と同様に実施した。pHが急上昇するまでの硫化ナトリウム(NaS)水溶液の添加量は139mLであり、326mg(収率:85.3%)の硫化ニッケルを回収した。また、硫化ナトリウム(NaS)水溶液を添加した初期の段階で硫化水素(HS)が検出された。
【0032】
<考察>
実施例1~2及び比較例1~2において、硫化ニッケルの添加量とニッケル溶液のpHとの関係を示すグラフを図1に示す。
実施例1~2では、硫化ナトリウムを添加した初期にpHが大きく上昇し、その後はゆるやかに上昇して、反応の終点で再度大きく上昇した。
それに対し、比較例1~2では、硫化ナトリウムを添加した初期においてpHはゆるやかに上昇し、一旦大きく上昇してから再度ゆるやかに上昇し、反応の終点で再度大きく上昇した。比較例1~2の初期においてpHがゆるやかに上昇しているときに硫化水素(HS)が発生しているものと考えられる。そして、その発生した硫化水素の分だけ硫化ナトリウム(NaS)が消費されることから、反応の終点までに添加する硫化ナトリウムの量が多くなったと推察される。

図1