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Separation of ionic species from multi-component aqueous electrolytes by nanoporous electrodes

Research Project

Project/Area Number 20K12249
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 64030:Environmental materials and recycle technology-related
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

Kenji Kiyohara  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (30344188)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords多孔質電極 / イオン種選択的吸着 / 分子シミュレーション / 脱塩 / 選択的イオン吸着 / イオン篩 / 電気化学 / 水処理
Outline of Research at the Start

海水、鉱山水、工業排水などのさまざまな「水」を利用するためには、それらから有害な元素を除去しなければなりません。一方で、それらには再利用可能な有用な元素が含まれていることがあります。本研究では、さまざまな「水」から有害な元素と有用な元素を選択的に回収するためのナノ多孔質電極を用いた手法の実効性を、理論的および実験的に検証します。

Outline of Final Research Achievements

To assess the possibility of separating ionic species from multi-component electrolytes by utilizing the characteristic thermodynamic behaviors of ions that are electrochemically adsorbed in porous electrodes, we made theoretical analyses by using molecular simulation and experimental analyses by using electrochemical and ion-concentration measurements. The theoretical analyses showed that the potential barrier that an ion needs to overcome in the process of being adsorbed in the porous electrodes strongly depends on the ion species, pore size of the electrode, and applied voltage. Specifically, it was shown that mono-valent and multi-valent ions could be separated by this method. The experimental analyses showed results consistent with the theoretical analyses, including that the potential barriers for a porous electrode with pores of sizes comparable to the ion size strongly depend on the applied voltage.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在、海水、鉱山水、工業排水を含むさまざまな「水」や電子廃棄物の溶出液などから特定のイオン種を選択的に回収する方法としては沈殿法などが用いられているが、使用する薬品や生成する二次的な廃棄物の量をより削減できる手法が求められている。本研究で検討している多孔質電極によるイオン種選択的吸着の手法は、省エネルギーで薬品を使わず、また廃棄物の減容も期待できることから、さまざまな多成分電解質から有害イオンの除去や有価イオンの再利用を行うための新しい技術になる可能性がある。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2023 2022 2020

All Presentation (5 results)

  • [Presentation] 分子シミュレーションによる水溶液から多孔質電極への選択的イオン吸着の研究2023

    • Author(s)
      清原健司
    • Organizer
      第57回日本水環境学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 多孔質電極によるイオン種選択的吸着2022

    • Author(s)
      清原健司、川合悠介、山本 祐士
    • Organizer
      2022年電気化学会秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 多孔質電極によるイオン種選択的吸着2022

    • Author(s)
      清原健司、川合悠介、山本 祐士
    • Organizer
      第49回炭素材料学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] キャパシタ脱塩法における多孔質炭素電極への金属イオンの選択的吸着の特性調査2020

    • Author(s)
      川合祐介、清原健司
    • Organizer
      第47回炭素材料学会年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] キャパシタ脱塩法における多孔質炭素電極への金属イオンの選択的吸着の特性調査2020

    • Author(s)
      川合祐介、清原健司
    • Organizer
      第55回日本水環境学会年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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