Synthesis of mesoporous phosphosilicate including dissimilar elements and ion-exchange property for minor metal
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21K04639
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
武井 貴弘 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (50324182)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
熊田 伸弘 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (90161702)
前田 浩孝 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20431538)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | リンケイ酸ネットワーク / メソポーラス多孔体 / 希土類金属 / リンケイ酸 / ナノ多孔体 / レアメタル / イオン交換 |
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| Outline of Research at the Start |
いわゆるレアメタルとは、地殻中の存在量が比較的少ないこと、あるいは採掘や精錬コストが高いなどの理由で高価である非鉄金属を指す。レアメタルの用途は、構造材料、光学材料、電池材料、磁性材料、電子材料など多岐に渡っており、現代社会において極めて重要な元素である。我が国は資源に乏しく、レアメタルの大部分は輸入に頼っているが、都市鉱山中のレアメタルを利用できれば、我が国はむしろ資源国になりうる。そこで本研究では、都市鉱山等の処理によって溶解させたレアメタルを含む水溶液中からの回収を見据え、ナノ多孔体のネットワーク構造中のイオンの拡散を利用した新しいレアメタルの分離吸着剤の開発を行うことを目的する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
リンケイ酸ネットワークを有するメソポーラス多孔体の合成について引き続き検討した。今年度は、リンケイ酸ネットワークの形成方法として、シリカ源にはテトラエトキシシランを、リン酸源にはオルトリン酸とピロリン酸の二種類を検討した。合成の際のエチルアミン量を変化させたところ、オルトリン酸を用いた場合では最大で12mol%程度、ピロリン酸を用いた場合では最大でおよそ3.6mol%程度のリン酸含有量となり、特にオルトリン酸を用いた場合でリン酸を豊富に含む多孔体の合成に成功した。しかしながら一方で、リン酸含有量が大きくなるほど多孔体構造は崩壊していった。またその際のシリカのネットワーク構造をXPSにより調査したところ、Siの配位環境では、リン酸が多くなるほどQ2やQ3構造が増加しQ4は減少した。このことからも、リンケイ酸ネットワークを有するメソポーラスシリカの合成が確認された。なお、ピロリン酸でリン酸含有量が増加しなかった理由は不明であるが、プロトンの解離度が関係していることが考えられる。
またこれらの試料について、希土類金属の吸着量について検討したところ、特にランタノイドの軽希土類において吸着特性で優位性を示すことが分かった。また、上に凸のテトラド効果が確認された。上に凸であることは、イオン交換により希土類金属イオンが吸着していることを暗に示している。このことから、吸着量を増加させるためには、リン酸に起因するプロトンを増加させる方法が現実的であることが考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
リンケイ酸ネットワークを有するメソポーラス多孔体の合成には成功している。また、そのネットワーク形成についても確認しており、基本的には順調に進捗していると考えている。しかしながら一方で、希土類の吸着量については十分であるとは言えないため、吸着量の増加に向けて、リンケイ酸ネットワークの形成だけでなく、リン酸の状態についてもより詳細について検討したいと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度では、以下の項目について検討する予定である。
①吸着量の向上
②吸着メカニズムの解明
まず①では異種元素の導入やプロトン濃度の増加方法の検討を行う予定である。またさらに吸着分離の観点から、元素ごとに吸着量の差をつけるためのけんとうもおこなう。次に②では、吸着前後の軟X線XAFSやNMR、あるいは希土類金属元素のXAFSにより、配位状態を検討しながら考察する予定である。特に吸着メカニズムと元素ごとの吸着量の差については、吸着メカニズムが重要であると考えている。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
