無機吸着剤を高機能化した分離システムの創製と水環境中の有害重金属除去

• Project/Area Number: 22K04807
• 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: The University of Kitakyushu
• Principal Investigator: 西浜 章平 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (00347668)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 膜分離 / 無機吸着剤 / 混合マトリックス膜

Outline of Research at the Start

ヒ素やセレンは自然由来および人間活動に起因して水環境中に含まれる有害重金属であり、同時に分離除去が可能な手法の確立が求められている。鉄系の無機吸着剤であるゲータイトは、これらの重金属への吸着能を有しているが、粉末状であることから、カラム吸着プロセスへ適用するためには造粒する必要があり、そのために吸着性能が大きく低下する。本研究では、無機吸着剤であるゲータイトの性能を最大限に発揮させるために、混合マトリックス膜へと展開し、水環境中からヒ素およびセレンを高効率に分離除去できる水処理技術の確立を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、水環境中の有害重金属であるヒ素、およびセレンを分離対象物質とし、鉄系の粉末吸着剤ゲータイト（FeOOH）を担持した混合マトリックス膜によるヒ素とセレンの分離除去を行うことを目的としている。令和4年度の研究成果は以下である。
（１）ゲータイトによるヒ素およびセレンの吸着挙動の定量的解明
ゲータイトによるヒ素(V)とセレン(VI)の吸着挙動について検討を行った。いずれの金属においても、吸着は酸性側で進行し、pHの増加と共に吸着量が減少した。したがって、ゲータイトは酸性領域で両金属の吸着に適切であることが明らかとなった。また、吸着はいずれの金属においてもラングミュア型で進行することが明らかとなった。一方で両金属が混在した混合系においては、ヒ素の吸着が選択的に進行し、セレンの吸着は抑制される結果となった。これらは拡張ラングミュアモデルとは一致せず、修飾ラングミュアモデルと一致した。
（２）ゲータイトを混合マトリックス膜に保持した高機能性膜分離材料の調製とヒ素およびセレンの同時分離除去手法の確立
ゲータイトを保持した混合マトリックス膜は非溶媒誘起相分離法を用いることで調製可能であった。支持層の上に緻密なスキン相を有する非対称膜の調製が可能となった。また、調製した混合マトリックス膜はクロスフロー型の膜分離システムへ適用が可能であった。膜分離はゲータイトによる吸着に起因することから、pH領域を選択することでいずれの金属も分離することが可能であることが示された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

令和4年度の研究計画であった（１）ゲータイトによるヒ素およびセレンの吸着挙動の定量的解明について予定通りの進捗で実施した。また、（２）ゲータイトを混合マトリックス膜に保持した高機能性膜分離材料の調製とヒ素およびセレンの同時分離除去手法の確立については令和4年度～5年度に実施予定であり、高機能成膜分離材料の調製法の確立と膜分離システムへの適用までを実施した。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度は、研究計画通り、ゲータイトを混合マトリックス膜に保持した高機能性膜分離材料の調製とヒ素およびセレンの同時分離除去手法の確立について実施する。特に、混合系ではセレンの吸着が抑制されることから、これらを同時に分離除去可能な手法の研究が必須である。