水処理におけるMGDA-3 NAの応用に関する研究

1.イントロダクション

工業化と都市化の急速な発展に伴い、水質汚染はますます深刻になっており、特に重金属イオン、カルシウムおよびマグネシウムのスケーリング、および有機汚染物質による水域への被害が深刻化しています。化学沈殿、イオン交換、膜分離などの従来の水処理方法は、効率が低く、コストが高く、二次汚染に苦しんでいます。この背景に対して、高い効率と生分解性を持つ環境に優しいキレート剤が研究のホットスポットとなっています。新しいグリーンキレート剤であるMGDA-3 NA(メチルグリシン二酢酸三ナトリウム塩)は、優れた金属イオン錯化能力、生分解性、および環境に優しいため、水処理において広範な応用の可能性を示しています。

2. MGDA-3 NAの化学的性質

MGDA-3 NAは、化学レシピC 7 H 8 NNa 3 O 6を持つアミノカルボン酸キレート剤です。その分子構造には、3つのカルボン酸基と1つのアミノ基が含まれており、多座配位を介して金属イオンと安定な水溶性錯体を形成することができます。その特徴には、以下が含まれます:

高いキレート能力: Ca 2+、Mg 2+、Fe 3+、Cu 2+、Pb 2+などの金属イオンの錯化定数は、EDTAやNTAなどの従来のキレート剤よりも著しく高いです。

生分解性: OECD 301 B標準試験では、28日以内に80%以上の生分解性を示し、EDTA（実質的に分解しない）よりも有意に高い。

高温耐性と広いpH適応性: 2-12のpH範囲内で安定しており、酸性またはアルカリ性の廃水の処理に適しています。

3. MGDA-3 NAの水処理における主な応用

産業廃水からの重金属の除去

重金属汚染は、電気めっき、鉱業、バッテリー製造などの産業からの排水における主要な問題です。MGDA-3 NAは、キレートによって遊離重金属イオン(Cd 2+、Hg 2+、Ni 2+など)を可溶性錯体に変換し、沈殿物または膜分離によって除去することができます。例えば:

電気めっき排水処理: MGDA-3 NA(0.5-2g/L)を添加することで、銅イオン除去率が95%以上、スラッジ量が30%減少します。

比較的な利点: EDTAと比較して、MGDA-3 NAは低用量でより効率的であり、残留物はその後生物学的処理によって分解され、長期的な環境蓄積を防止することができます。

3.2スケールと腐食防止

循環冷却水およびボイラー水系において、カルシウムイオンおよびマグネシウムイオンは炭酸塩または硫酸塩スケールを容易に形成します。MGDA-3 NAは、Ca 2+/Mg 2+をキレートし、結晶核生成成長を防止することにより、動的スケール抑制を達成します

実験データ: 80℃でCa²+濃度が500 mg/Lの場合、MGDA-3 NAの10 mg/Lはスケーリングを90%減少させました。

相乗効果:ポリアクリル酸（PAA）との組み合わせは、スケール抑制をさらに強化し、装置の寿命を延ばします。

洗剤・印刷・染色廃水の処理

従来のphosphorus-containing洗剤は、水域の富栄養化を容易に引き起こす可能性があります。リンフリーキレート剤であるMGDA-3 NAは、STPP(トリポリリン酸ナトリウム)を置き換えることができます

印刷および染色廃水の脱色: MGDA-3 NAとFe 2+によって形成された複合体は、H O 2を触媒してヒドロキシルラジカルを生成し、アゾ染料(Reactive Black 5など)を85%を超える脱色効率で分解します。

低い生物学的毒性:その分解生成物は、NTAよりも水生微生物に対して著しく毒性が低い。

土壌浄化および放射性廃水処理

土壌浸出: MGDA-3 NA溶液は、クエン酸よりも20%〜40%高い抽出効率で汚染された土壌からCdおよびPbを抽出することができます。

核廃棄物処理: MGDA-3 NAは、ウラン(UO 2+)やプルトニウム(Pu 4+)などの放射性金属に対して強力なキレート能力を持ち、環境への移動を減らします。

4.環境および経済的利益の分析

環境上の利点: MGDA-3 NAのLD 50（ラットの経口投与量）は>2000 mg/kgであり、低毒性物質です。その分解生成物はCO2と水です。

コスト比較:単価はEDTAよりわずかに高いですが、使用量が30%〜50%削減され、全体的な治療コストが低下します。

5.課題と展望

現在、MGDA-3 NAのプロモーションは以下によって制限されています:

1.高濃度はその後の生化学的治療を妨げる可能性があります。

2.特定の希土類金属（La+など）のキレート効率が不十分です。

今後の研究方向には、選択性を高めるための修正、複雑な製剤の開発、および過程パラメータの最適化が含まれます。

6.結論として

MGDA-3 NAは、高い効率性、環境に優しく、多機能性により、水処理産業において重要な化学物質となっています。環境規制の強化やグリーンケミストリーの発展に伴い、重金属廃水の浄化、循環水系、土壌浄化における応用がさらに拡大し、持続可能な開発のための重要な技術的サポートを提供します。