Synthesis of novel adsorbents for cesium ion and development of a process for treating polluted water
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21K04755
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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 27010:Transport phenomena and unit operations-related
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
山本 拓司 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (30358288)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田口 翔悟 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (40844270)
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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: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | セシウムイオン / 吸着 / 固定層吸着破過曲線 / レゾルシノール・ホルムアルデヒド湿潤ゲル / 固定層吸着 |
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| Outline of Research at the Start |
原発事故によって放出された半減期の長い放射性セシウムによる環境汚染は解決への目途が立っていない。セシウムイオンを含む土壌や焼却灰の洗浄水の処理には固定層吸着が最も効率的な手法の一つだが，吸着剤へのセシウムイオンの吸着速度の向上が課題となっている。本研究では，セシウムイオンに対して高い吸着容量を示すイオン交換樹脂レゾルシノール・ホルムアルデヒド湿潤ゲル(以下，RFゲル)を均一なビーズ状に成型したRFゲルビーズ(以下，RFGB)を合成し，当該吸着剤を用いて汚染土壌の洗浄水中のセシウムイオンを高効率で吸着回収するためのプロセスを開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
セシウムイオン(Cs+)に対して優れた吸着性能を有するレゾルシノール・ホルムアルデヒド湿潤ゲルビーズ(RFGBs)の合成条件を引き続き検討し，2021年度に得られた【課題① セシウムイオンの高速拡散に適したRFGBの細孔構造設計】に関する知見をもとに，【課題② 均一粒子径を有するRFGBの新規合成方法の開発】および【課題③ RFGBのセシウムイオン吸着性能の圧力応答性の解明】をそれぞれ実施した。以下，課題②および③の2022年度の研究実績の概要を順に記載する。
【課題②】（山本・田口）逆相乳化重合法（方法A），ならびに均一粒子径の多孔質セルロースビーズを支持体として用いる方法（方法B）を用いて，固定層吸着への充填に最適な形状である均一粒子径のRFGBを合成した。方法Aで合成したRFGBsを固定層に充填し，固定層吸着破過曲線を測定した。RFGB粒子内部におけるCs+の粒子内有効拡散係数として，バッチ吸着実験の結果に基づく推算値を用いると，破過曲線の計算結果と実験結果の傾きも概ね一致した。このことから，吸着速度に関する物質移動パラメーターを決定できれば，送液流量・吸着剤充填量などを変化させた場合の固定層吸着破過曲線も計算可能であるため，装置をスケールアップする際の設計に本方法を活用できる。方法BではセルロースビーズRFゲルの原料水溶液を均一に含浸するため，含浸の際の種々の操作条件を検討することで，均一な粒子径を維持したままセルロースビーズとRF湿潤ゲルの複合化に成功した。
【課題③】（山本）RF湿潤ゲルの架橋構造に対する圧力の影響を検討するため，現有設備である最大4000気圧まで加圧可能な高圧装置を改造した。精密な温度操作に使用するためプログラム機能付きの恒温水槽を本科研費で購入した。
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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
【課題②】昨年度確立した逆相乳化重合法（方法A）と，市販の多孔質セルロースビーズを支持体として用いる方法（方法B）により，粒子径分布のCVが10%程度のRFGBsを合成し，固定層に充填することにより固定層吸着破過曲線を測定した。バッチ吸着実験で求めた粒子内有効拡散係数を用いて数値計算することで実験結果を再現でき，装置のスケールアップに必要な知見が得られた。
【課題③】RF湿潤ゲルの吸着特性への圧力の影響を検討するため実験系を構築し，予備実験として加圧試験を実施した。構築にあたって困難な点を改善し，次年度の検討に向けての準備を整えることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度の検討の結果，均一な粒子径を有するRFGBの合成方法を確立するとともに，高圧での実験系を構築できた。これらの知見・装置をもとに，2023年度は固定層吸着破過曲線の測定やRFGBの細孔特性に及ぼす高圧力の影響を明らかにしていく。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
