温度差で吸脱着操作可能に熱応答性ゲルによる環境ホルモンの分離・濃縮

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750613
• Research Institution: Utsunomiya University
• Principal Investigator: 加藤 紀弘 宇都宮大学, 工学部, 助教授 (00261818)
• Keywords: 環境ホルモン / 熱応答性ゲル / ビスフェノールA / シクロデキストリン / 下限臨界溶液温度 / 熱感受性高分子 / N-イソプロピルアクリルアミド / ゲル

Research Abstract

ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)やセルロースエーテル類(ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース)など下限臨界溶液温度を有する熱感受性高分子を架橋し合成した熱応答性ゲルに、シクロデキストリン誘導体を固定化することで「熱応答性シクロデキストリンゲル」を合成した。このハイドロゲルは熱感受性を保持し、加熱収縮、冷却膨潤を可逆的に繰り返し可能である。シクロデキストリンの固定化は、熱感受性高分子の下限臨界溶液温度に影響しないことを実験により実証した。更に、ゲルに凍結法を適用し多孔性化を行いそのゲル物性を明らかとした。このハイドロゲルを、環境ホルモン分子の捕集担体として利用するリサイクル可能な環境ホルモン分離・濃縮システムを構築した。環境ホルモンの例としてビスフェノールAやパラニトロトルエンなどを用いて吸着実験を実施した。これらの分子のゲルへの吸着挙動に関し、吸着理論を用いた定量的な解析を行い、フロイントリッヒ吸着定数を算出した。また、ゲル粒子を充填したカラムを用いてゲルに対するビスフェノールAの飽和吸着量を求めたところ、ゲルに固定化した三次元ポリマーネットワーク内のシクロデキストリン分子も環境ホルモン分子の包接に有効に寄与することを明らかにした。このゲルからのビスフェノールAの脱離は、エタノールなどの少量の溶媒にゲルを浸漬することで容易に可能であり、脱離挙動には温度依存性があることを明らかにした。このシクロデキストリンゲルを用いて、30ppmの高濃度ビスフェノールA水溶液から99%以上のビスフェノールAがゲル担体に捕集され濃縮可能である。また吸着したすべてのビスフェノールAがゲルから脱離可能であり、ゲルはリサイクル可能な物理的強度も保持していた。

Research Products

• [Publications] Norihiro Kato, Atushi Nihei, Yasuzo Sakai: "Removal of Bisphenol A from aqueous solutions by inclusion and adsorption on cyclodextrin immobilized in the thermosensitive gel"Transactions of the Materials Research Society of Japan. 28(3). 993-996 (2003)
• [Publications] N.Kato, Y.Sakai, D.Kagaya, S.Sekiya: "Magnetically isotropic-anisotropic change of thermally responsive polymer gels"Japanese Journal of Applied Physics. 42(1). 102-103 (2003)
• [Publications] Norihiro Kato, Yasuzo Sakai, Atsushi Kanazawa: "Deswelling kinetics of a porous poly(N-isopropylacrylamide/methacrylic acid)gel prepared by freeze-drying"Bulletin of the Chemical Society of Japan. 73(3). 543-544 (2003)
• [Publications] Norihiro Kato, Yasuzo Sakai, Shihoko Shibata: "Wide-range control of deswelling time for thermosensitive poly(N-isopropylacrylamide)gel treated by freeze-drying"Macromolecules. 36(4). 961-963 (2003)
• [Publications] N.Kato, Y.Sakai, Y.Hashimoto, H.Suzuki: "Acceleration of shrinking rate controlled by the microstructure of thermosensitive gel"Transactions of the Materials Research Society of Japan. 28(3). 981-984 (2003)
• [Publications] N.Kato, Y.Hashimoto, Y.Sakai, H.Waragai: "Rapid swelling of thermosensitive gel immobilized with cellulose powder"Transactions of the Materials Research Society of Japan. 28(3). 985-988 (2003)
• [Publications] Norihiro Kato, Stevin H.Gehrke: "Microporous, fast response cellulose ether hydrogel prepared by freeze-drying"Colloids and Surfaces B : Biointerfaces. (印刷中). (2004)