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Development of functional ionic liquids for the highly effective membrane separation of critical metals

Research Project

Project/Area Number 20J20464
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

花田 隆文  九州大学, 工学府, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsイオン液体 / レアメタル / リサイクル / 深共晶溶媒 / 膜分離 / 抽出 / 浸出 / 非水浸出 / 溶媒冶金 / 溶媒抽出
Outline of Research at the Start

現代産業に必要不可欠なレアメタルは、レアメタル鉱石から溶媒抽出法などの湿式製錬技術により生産される。近年では持続可能な開発の観点から、レアメタルを含む製品の廃棄物からのリサイクルによるレアメタルの再資源化も注目されている。これらの廃棄物には微量のレアメタルとともに多量の不純物金属が含まれている。溶媒抽出法は目的金属だけを選択的かつ迅速に回収することができる一方、有機溶媒を多量に使用することによる環境負荷が懸念されている。本研究では、有機溶媒を使用することなく高効率かつ選択的なレアメタル分離を達成する新規分離媒体を創製し、廃棄物からのレアメタルリサイクルに応用することを目的する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、有機溶媒を使用することなく高効率かつ選択的なレアメタル分離を達成する新規分離媒体を創製し、レアメタル1次資源や都市鉱山からのレアメタル分離回収法を開発することを目的する。これまでに、貴金属に高い親和性を示す新規イオン液体trioctyldodecylphosphonium chloride (P88812Cl)を包埋した高分子膜を開発し、最も高価な貴金属であるロジウムの膜分離を実現した。膜組成としてイオン液体・ポリマー・可塑剤の比率を最適化することにより、イオン液体を単独で用いる液液抽出では不可能であった鉄との高効率分離が可能となった。また、開発したレアメタル分離膜が自動車排ガス浄化触媒から金属を溶かし出した高濃度塩酸溶液からの白金、パラジウムおよびロジウムの相互膜分離に応用可能であることを示した。
従来のリサイクル法においては、王水や塩酸などの強力な酸を用いる浸出工程で金属を水溶液中に溶かし出すことが必要であり、強酸・重金属を含む有害廃液の排出により環境負荷が極めて高いことが課題であった。本研究では貴金属に高い親和性を示すイオン液体を無機酸に替わる浸出溶媒として応用することを着想し、実際に白金などの貴金属を溶かし出すことができることを実証した。また、本技術を応用することで、有機溶媒と無機酸を不要とする革新的なレアメタルリサイクルプロセスを構築することに成功した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (35 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 3 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Patent(Industrial Property Rights) (5 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Amino Acid Leaching of Critical Metals from Spent Lithium-Ion Batteries Followed by Selective Recovery of Cobalt Using Aqueous Biphasic System2023

    • Author(s)
      Cai Chunqing、Fajar Adroit T. N.、Hanada Takafumi、Wakabayashi Rie、Goto Masahiro
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 8 Issue: 3 Pages: 3198-3206

    • DOI

      10.1021/acsomega.2c06654

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of hydrophobicity of ionic liquids on the leaching selectivity of platinum from a spent automotive catalyst2023

    • Author(s)
      Takafumi Hanada, Sayako Takaoka, Mayu Kamisono, Adroit T. N. Fajar, Masahiro Goto
    • Journal Title

      Solvent Extraction Research and Development, Japan

      Volume: -

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Novel Ionic Liquid-Based Aqueous Biphasic System with Amino Acids for Critical Metal Recovery from Lithium-Ion Batteries2022

    • Author(s)
      Cai Chunqing、Hanada Takafumi、Fajar Adroit T. N.、Goto Masahiro
    • Journal Title

      Industrial & Engineering Chemistry Research

      Volume: 61 Issue: 15 Pages: 5306-5313

    • DOI

      10.1021/acs.iecr.2c00295

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cathode recycling of lithium-ion batteries based on reusable hydrophobic eutectic solvents2022

    • Author(s)
      Hanada Takafumi、Goto Masahiro
    • Journal Title

      Green Chemistry

      Volume: 24 Issue: 13 Pages: 5107-5115

    • DOI

      10.1039/d1gc04846e

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Selective recovery of gold from discarded cell phones by silk fibroin from Bombyx mori2022

    • Author(s)
      Maghfirah Ainul、Minamihata Kosuke、Hanada Takafumi、Fajar Adroit T.N.、Goto Masahiro
    • Journal Title

      Biochemical Engineering Journal

      Volume: 188 Pages: 108690-108690

    • DOI

      10.1016/j.bej.2022.108690

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] DFT-Based investigation of Amic-Acid extractants and their application to the recovery of Ni and Co from spent automotive Lithium-Ion batteries2022

    • Author(s)
      Hanada Takafumi、Seo Kosuke、Yoshida Wataru、Fajar Adroit T N、Goto Masahiro
    • Journal Title

      Separation and Purification Technology

      Volume: 281 Pages: 119898-119898

    • DOI

      10.1016/j.seppur.2021.119898

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synergistic Deep Eutectic Solvents for Lithium Extraction2021

    • Author(s)
      Hanada Takafumi、Goto Masahiro
    • Journal Title

      ACS Sustainable Chemistry & Engineering

      Volume: 9 Issue: 5 Pages: 2152-2160

    • DOI

      10.1021/acssuschemeng.0c07606

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] An ionic liquid extractant dissolved in an ionic liquid diluent for selective extraction of Li(I) from salt lakes2021

    • Author(s)
      Cai Chunqing、Hanada Takafumi、Fajar Adroit T.N.、Goto Masahiro
    • Journal Title

      Desalination

      Volume: 509 Pages: 115073-115073

    • DOI

      10.1016/j.desal.2021.115073

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Recovery of platinum group metals from a spent automotive catalyst using polymer inclusion membranes containing an ionic liquid carrier2021

    • Author(s)
      Fajar Adroit T.N.、Hanada Takafumi、Goto Masahiro
    • Journal Title

      Journal of Membrane Science

      Volume: 629 Pages: 119296-119296

    • DOI

      10.1016/j.memsci.2021.119296

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      2020 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Transport of rhodium(III) from chloride media across a polymer inclusion membrane containing an ionic liquid metal ion carrier2020

    • Author(s)
      T. Hanada, M. L. Firmansyah, W. Yoshida, F. Kubota, S.D. Kolev, M. Goto
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: - Issue: 22 Pages: 12989-12995

    • DOI

      10.1021/acsomega.0c00867

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Selective Separation of Platinum Group Metals via Sequential Transport through Polymer Inclusion Membranes Containing an Ionic Liquid Carrier2020

    • Author(s)
      Fajar Adroit T. N.、Hanada Takafumi、Firmansyah Mochamad L.、Kubota Fukiko、Goto Masahiro
    • Journal Title

      ACS Sustainable Chemistry & Engineering

      Volume: 8 Issue: 30 Pages: 11283-11291

    • DOI

      10.1021/acssuschemeng.0c03205

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 疎水性深共晶溶媒を用いたリチウムの固液抽出分離プロセスの構築2023

    • Author(s)
      花田隆文、後藤雅宏
    • Organizer
      化学工学会第88年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 深共晶溶媒を用いた固液および液液抽出によるリチウム分離法の開発2022

    • Author(s)
      花田隆文、後藤雅宏
    • Organizer
      日本海水学会第73年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Hydrophobic eutectic solvents for sustainable cathode recycling of lithium-ion batteries2022

    • Author(s)
      T. Hanada, M. Goto
    • Organizer
      "19th Asia Pacific Confederation of Chemical Engineering (APCChE) Congress"
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 疎水性深共晶溶媒への固液抽出による新規リチウム/マグネシウム分離法の開発2022

    • Author(s)
      花田隆文、後藤雅宏
    • Organizer
      化学工学会第53回秋季大会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Recycling cathode materials of lithium-ion batteries based on reusable hydrophobic eutectic solvents2022

    • Author(s)
      T. Hanada, M. Goto
    • Organizer
      22nd International Solvent Extraction Conference
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 無機酸と有機溶媒を用いない環境調和型のリチウムイオン電池正極材リサイクル法の開発2022

    • Author(s)
      花田隆文、後藤雅宏
    • Organizer
      分離技術会年会2022
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 難水溶性塩の深共晶溶媒への溶解性に基づくリチウム分離法の開発2022

    • Author(s)
      花田隆文、後藤雅宏
    • Organizer
      第41回溶媒抽出討論会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 疎水性共晶溶媒へのレアメタルの浸出選択性2022

    • Author(s)
      花田隆文、後藤雅宏
    • Organizer
      化学工学会第87年会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 疎水性イオン液体への選択的浸出に基づく自動車排ガス浄化触媒からの白金族金属リサイクル法の開発2022

    • Author(s)
      花田隆文、高丘紗也子、後藤雅宏
    • Organizer
      化学工学会第87年会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 深共晶溶媒による塩湖かん水からのリチウム分離法の開発2021

    • Author(s)
      花田隆文、後藤雅宏
    • Organizer
      日本海水学会第72年会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Separation of Lithium from a Simulated Salt-lake Brine using Synergistic Deep Eutectic Solvents2021

    • Author(s)
      Takafumi Hanada, Masahiro Goto
    • Organizer
      2nd International Meeting on Deep Eutectic Systems
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 深共晶溶媒によるリチウムイオン電池陽極材のリサイクル2021

    • Author(s)
      花田隆文、後藤雅宏
    • Organizer
      化学工学会第52回秋季大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 疎水性深共晶溶媒による新規リチウムイオン電池リサイクルプロセスの構築2021

    • Author(s)
      花田隆文、後藤雅宏
    • Organizer
      連合年会2021
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Characterization of deep eutectic solvents composed of synergistic extractants and their application for the liquid-liquid extraction of lithium2021

    • Author(s)
      Takafumi Hanada, Masahiro Goto
    • Organizer
      Pacifichem 2021
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] イオン液体をキャリアとする高分子包含膜によるロジウムの選択的分離2020

    • Author(s)
      花田隆文, 吉田航, M. L. Firmansyah, 久保田富生子, 後藤雅宏, Kolev S. D.
    • Organizer
      日本膜学会第42年会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 深共晶溶媒による協同抽出系の構築とリチウム分離への応用2020

    • Author(s)
      花田隆文
    • Organizer
      化学工学会九州支部第25回学生賞審査会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 疎水性深共晶溶媒による協同抽出系の確立とリチウム分離への応用2020

    • Author(s)
      花田隆文, 後藤雅宏
    • Organizer
      化学工学会第51回秋季大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 協同抽出剤を基材とする深共晶溶媒によるリチウム分離プロセスの開発2020

    • Author(s)
      花田隆文, 後藤雅宏
    • Organizer
      第39回溶媒抽出討論会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 計算化学を援用した新規アミド酸型抽出剤の分子設計とリチウムイオン電池リサイクルへの応用2020

    • Author(s)
      花田隆文, 妹尾紘介, 後藤雅宏
    • Organizer
      化学工学会第86年会
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      2020 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 白金族金属の固液抽出剤2023

    • Inventor(s)
      後藤雅宏, 花田隆文, 神園麻裕
    • Industrial Property Rights Holder
      後藤雅宏, 花田隆文, 神園麻裕
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2023-025592
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 疎水性深共晶溶媒の再生方法、およびニッケル浸出方法2022

    • Inventor(s)
      山本雄治, 後藤雅宏, 花田隆文, 守山武, 大澤良輔
    • Industrial Property Rights Holder
      山本雄治, 後藤雅宏, 花田隆文, 守山武, 大澤良輔
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-135181
    • Filing Date
      2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 金属の回収装置および金属の回収方法2022

    • Inventor(s)
      山本雄治, 後藤雅宏, 花田隆文, 守山武, 大澤良輔
    • Industrial Property Rights Holder
      山本雄治, 後藤雅宏, 花田隆文, 守山武, 大澤良輔
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ニッケル鉱からのニッケルの浸出方法および硫酸ニッケルの製造方法2022

    • Inventor(s)
      山本雄治、後藤雅宏、花田隆文、守山武、大澤良輔
    • Industrial Property Rights Holder
      山本雄治、後藤雅宏、花田隆文、守山武、大澤良輔
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-021869
    • Filing Date
      2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 金属の回収装置および金属の回収方法2021

    • Inventor(s)
      後藤雅宏、花田隆文
    • Industrial Property Rights Holder
      後藤雅宏、花田隆文
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2021-128042
    • Filing Date
      2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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