硫安ーメタノールストリップ新法を応用した革新的バナジウム電解液製造プロセスの開発

Research Project

Project/Area Number	21K04745
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
Research Institution	Akita University
Principal Investigator	高橋博秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (70197169)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000) Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords	ニッケル / バナジウム / マグネシウム / 晶析 / 硫酸アンモニウム / メタノール / 硫酸浸出
Outline of Research at the Start	本研究は，風力発電，太陽光発電等持続可能なエネルギーとして産生される余剰電力を蓄電することで，日中のピークカットに利用できるよう，バナジウムレドックスフロー電池用電解液の新規製造法の開発を行うことを目指すものである。一般に，バナジウム資源は中国，南アフリカ，ロシアなどに偏在していることから，鉱石以外の資源に活路を見出すのが重要となる。そこで本研究は，日本に大量に輸入されている化石燃料中のバナジウム資源に着目し，その燃焼灰中に含まれる高濃度バナジウム資源を対象に申請者が開発した新規バナジウム精製法を適用する，新しいレドックスフロー電池用電解液製造プロセスの開発を行おうとするものである。
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，製油所や発電所で発生する大量の燃焼灰中に含有される，バナジウム，ニッケル，マグネシウムなどの金属塩に着目し，申請者らが新規に開発した硫酸アンモニウムとメタノールを用いる金属塩の晶析技術を基に，燃焼灰からの金属塩を新たに生産する革新的プロセスの開発を行うと共に，これら技術の社会実装を目指すことを目的とする。今年度は，主に燃焼灰の浸出後の溶液から金属塩を分離することを目的として，金属を含む硫酸塩水溶液に所定量の硫酸アンモニウム，さらにはメタノール添加し，種々の操作条件下における金属塩の晶析挙動を追跡した。研究代表者らのこれまでの研究より，硫酸酸性雰囲気においては，バナジウムイオンは硫酸アンモニウム，メタンボール存在下では固相に沈澱を生じないことが明らかとなっていることから，他の夾雑成分となりえる金属塩にターゲットを絞り晶析現象の追跡を行った。その結果，ニッケル，コバルト，マグネシウムなどについては晶析速度は比較的速く，硫酸アンモニウム存在下でメタノールを添加すると迅速に沈澱が生成した。一方，一部の両性金属に関しては，硫酸アンモニウム存在下においてメタノールを添加したのみでは沈澱の生成は観測されなかった。しかし，所定の時間が経過した後，溶液を撹拌し始めると急激に沈澱を生成しする傾向がみられ，この両性金属に関する晶析現象は物質移動律速であることが示唆された。これらの結果を受けて，バナジウムを分離後に得られる金属類をある程度群分離が可能かどうかを調べるため，ニッケル，コバルトなどの遷移金属類と両性金属を含む混合溶液を調製後遷移金属と両性金属の群分離を試みたところ，両群の分離は比較的良好に進行することが明らかとなり，本手法は不純物として除去した金属類の一部の郡分離にも有効であることが明らかとなった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 主に，世界情勢の変化による調達の遅れが原因。具体的には，・ウクライナ関連，欧州，中東付近での事故により，一部の金属の分析に必要なガスの入手がかなり困難になっていること。・半導体不足の影響により，分析機器の調達が遅れていること。等が挙げられる。
Strategy for Future Research Activity	遅れている硫酸アンモニウム，メタノールによる晶析現象の現象解明，ならびにバナジウム，ニッケル，マグネシウム等を含む浸出溶液を用いた分離精製実験を鋭意進める予定でいる。