悪臭公害と廃棄物処理の同時解決に向けた特定悪臭物質と金属水酸化物の反応機構解明

• Project/Area Number: 23K21767
• Project/Area Number (Other): 21H03629 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 平木 岳人 東北大学, 工学研究科, 特任准教授 (60550069)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000); Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2021: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
• Keywords: 廃棄物 / 金属水酸化物 / 有害ガス除去 / リサイクル / 資源循環 / 悪臭除去 / 硫化水素 / 水酸化リチウム / 水酸化マグネシウム

Outline of Research at the Start

金属水酸化物の有害ガス除去特性の基礎的な知見を明らかにすることを最大の目的とする。そこでは試薬金属水酸化物を用いて硫化水素やメチルメルカプタン等の代表的な有害ガスに対する除去効果と除去メカニズムを反応工学的に明らかにし、高い効果を見出せた水酸化物種については実スクラップや実副産物を用いた悪臭除去材料への変換試験を実施する。本研究で得られる成果は持続可能な金属生産プロセスと環境保全の両方に資する。

Outline of Annual Research Achievements

金属廃棄物のリサイクルと硫化水素やメチルメルカプタン等の悪臭対策の同時解決を本研究のゴールとして、試薬金属水酸化物とガス状の特定悪臭物質との反応機構解明を目的とした室温レベルでの基礎的悪臭除去試験を実施した。本年度においては、使用済みリチウムイオンバッテリーから発生するリチウム含有廃棄物のリサイクルをターゲットとして、主に水酸化リチウムと硫化水素ガスの反応性を調査した。試薬の粉末水酸化リチウムに対して、硫化水素1.5%および10%酸素を含む窒素ガスの雰囲気下で硫化水素除去試験を実施した。静置型の試験において硫化水素濃度が有意に低減することを確認できた。またその挙動は同量の試薬粉末水酸化アルミニウムを用いた試験における硫化水素除去挙動と比較して、より短時間で低濃度まで除去が可能であることが明らかになった。除去後の水酸化リチウムは黄色に変色しており、X線分析装置を用いた解析の結果から単体硫黄の析出が確認された。この挙動は水酸化アルミニウム使用時と同様であり、触媒として機能した水酸化リチウム表面で硫化水素が雰囲気中の酸素を利用して酸化したと考えられる。この結果は生成した硫黄を回収すれば繰り返し硫化水素改質材料として水酸化リチウムを利用できる可能性を示唆した。さらには水酸化リチウムの比表面積を高くすることや酸素分圧を高くすることで硫化水素除去能力を向上させることが可能であることが考えられる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

水酸化リチウムについて代表的な悪臭である硫化水素の除去能力が存在することを明らかにし、またその除去能力が発揮される条件を見出すことができた。これにより使用済みリチウムイオンバッテリー等のリチウム系廃棄物を用いて水酸化リチウムを合成することができれば悪臭除去能を持つ機能材料へと転換することができることを見出したため。

Strategy for Future Research Activity

金属水酸化物種として、鉄、銅など廃棄物量として多く存在することが考えられるベースメタルを中心に悪臭除去能の確認と機構の調査を実施する。また比較対象として活性炭などについても同様の試験を実施し、材料評価を行う。

Research Products

• [Presentation] アルミニウムドロスの水処理と悪臭除去利用 (2023)
  • Author(s): 平木岳人
  • Organizer: 軽金属学会第128回シンポジウム
  • Invited