リン酸エステル構造をもつ高分子ゲルのイオン認識機能を利用した希土類元素の相互分離

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650840
• Research Institution: TOKYO INSTITUTE OF TECHNOLOGY
• Principal Investigator: 竹下 健二 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (80282870)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 俊夫 ライオン(株), 物質化学センター, 副主席研究員 ; 中野 義夫 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (30092563)
• Keywords: 抽出 / 希土類元素 / 相互分離 / ゲル / 感温性ゲル / 相転移 / リン酸エステル

Research Abstract

リン酸エステル抽出剤を導入した感温性ゲルを合成し、硝酸塩を含む水溶液からの希土類元素の抽出分離を行った。リン酸エステルには末端にピニル基を有する2-metacrloxyethylacidphospate(MR)を用い、高分子構造体にはn-isopropylacrylamide(NIPA)及びAclyric acid(AA)を用いた。AA-MRゲルは温度に対して殆ど抽出能が変化しなかったが、NIPA-MRゲルは温度相転移を示し、33℃以上の収縮状態で希土類元素を抽出し、低温の膨潤状態で溶離した。10〜40℃程度の温度スイングで抽出・溶離操作が可能である。また、NIPA-MRゲルの希土類元素の分離能は、高温での抽出剤固有の分離能と、低温でのゲルのコンフォメーション変化に伴う錯体の分解において生じる分離能によって決定されることがわかった。
NIPA-MRゲルに対する希土類元素の抽出機構を調べたところ、ゲルの膨潤、収縮いずれにおいても抽出の化学量論式は単純なイオン交換反応式
Ln^<3+>+3RH【double arrow】LnR^<3+>+3H^+
によって記述できた。抽出定数から算出したリン酸エステルの利用率は収縮状態で高く、膨潤状態で著しく低下した。更に、温度スイング試験を行ったところ、膨潤状態、収縮状態での希土類元素の分配比はスイング回数によって殆ど変化しなかった。NIPA-MRゲルを構成する高分子ネットワークのコンフォメーションは温度条件だけで再現できることがわかった。このことは、リン酸エステルを導入した感温性ゲルによる新しい希土類元素の抽出プロセスの構築が可能であることを示唆している。

Research Products

• [Publications] 竹下健二,中野義夫: "リン酸エステル構造を有する高分子ゲルによる希土類元素の抽出" 化学工学会第31回秋季大会講演要旨集. 第3分冊. 146-146 (1998)
• [Publications] 竹下健二,中野義夫: "リン酸エステル構造を共重合した高分子ゲルの重金属イオン抽出能" 第17回日本溶媒抽出討論会講演要旨集. 19-19 (1998)
• [Publications] 竹下健二,中野義夫,松村達郎: "酸性リン酸化合物を導入した感温性高分子ゲルの相転移現象を利用したアクチノイド元素の抽出" 日本原子力学会 1999春の年会. M16-M16 (1999)
• [Publications] Kenji Takeshita: "A Mathematical Model to Predict Extraction Behavior of Metal Ions Between a Polymer Gel and an Aqueous Phase" Solvent Extraction Ion Eschange. 17(in press). (1999)