2016 Fiscal Year Research-status Report
メディエータ型電極還元反応を利用したカルコゲンレアメタル回収プロセスの構築
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15K00606
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
今林 慎一郎 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (50251757)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 廃棄物再資源化 / カルコゲンレアメタル回収 / メディエータ型電極還元 / カルコゲンオキサニオン除去 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はカルコゲンのレアメタルであるセレンおよびテルルの供給方法として、工業排液に含まれる水溶性のオキサニオンを水に難溶な元素態セレンあるいはテルルへ電解還元する新規プロセスの構築を目的としている。
本年度は、セレンオキサニオンを元素態セレンに効率よく還元、回収できることを実証したメディエータ型電極還元反応を実用的なセレン回収方法に発展させるための検討を主に行い、次の成果を得た。
(1) 電気化学的にグラッシーカーボンやカーボンフェルトの炭素電極に表面にCOOH基を持つアリール層を形成し、これにビオロゲン誘導体を0.3～1 nmol cm-2の密度で固定化する方法を確立し、さらに固定化ビオロゲンが亜セレン酸還元のメディエータとして働くことを実証した。これは測定毎のメディエータ添加を不要にすることにつながる。
(2) セレンオキサニオンの電解還元効率の高いメディエータとしてN+位の官能基がアミノを有するビオロゲン誘導体が有望であることを見出した。これはメディエータ機構に加えて、還元で生成したSe(-2)と溶液中の亜セレン酸の間に均化反応が起こるためと解析された。
(3) 本メディエータ型電極還元反応が中性域のみならず弱酸性域(pH 4)でも亜セレン酸還元を促進できることがわかり、広いpH域の排水に適用できる可能性が示された。セレンを利用する工場からの排液に含まれる物質がメディエータ型電極還元反応に及ぼす影響を検討した結果、弱酸域の方がそれら物質の妨害を受けにくいこともわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
下記（課題１）は順調に進捗しているが、(課題２，３）が遅れているため
（課題１）実用性の高いセレンオキシアニオンのメディエータ型電極還元反応系の構築： 実用性を向上させるために、(1)メディエータを電極表面に固定化することで排液毎のメディエータ添加を不要にする、(2)緩衝剤を繰返し使用できる代替物質に変える、(3)セレンオキサニオンの電解還元効率の高いメディエータを探索する ことを検討している。(1), (3)については「研究実績の概要」で述べたように、順調に進捗しており、(2)についてもCOOH基を有する陽イオン交換樹脂が緩衝剤の替わりに使用でき、リン酸緩衝液中と同程度に亜セレン酸の還元を促進し、繰り返し使用できることを2015年度に実証した。(1)～(3)以外に、「研究実績の概要」で述べたように、本メディエータ型電極還元反応が中性域のみならず弱酸性域(pH 4)も含む広いpH域の排水に適用できること、弱酸域の方が排液に共存する物質による妨害が起こりにくいことも示した。
（課題２）セレン酸還元の高効率化： セレン酸から亜セレン酸への電気化学還元を検討したが効率の良い反応系は見つかっていない。化学的還元が可能であることは確認したが、メディエータ型電極還元反応と連携させることができていない。
（課題３）メディエー型電極還元反応系によるテルル回収の可能性の検討と課題抽出： 2015年度に、中性pH域において亜テルル酸は亜セレン酸よりも還元されやすく、MVの式量電位より貴な電位で元素態テルルへの還元が起こるため、MV添加による還元促進効果は観測されず、メディエータとして有効でないことがわかっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
（課題１） ビオロゲン誘導体を固定化したカーボンフェルトなどの多孔炭素電極を用いて亜セレン酸電解還元の電流効率、セレンオキサニオンの除去率および元素態セレンの回収率を評価する。このとき、炭素電極の素材、多孔形状、ビオロゲン誘導体の固定化密度とメディエータ型電極還元反応効率の関係を検討し、反応効率の高い実用的な電極反応系の構築を目指す。N+位の官能基がアミノを有するビオロゲン誘導体をついて、亜セレン酸電解還元の電流効率、亜セレン酸の除去率、元素態セレンの回収率を測定する。なお、電解還元で得られる元素態セレンについて、形態および同素体を観測し、電極反応条件との関係を検討する。
（課題２）メディエータ型電極還元反応によるセレン酸からの元素態セレン回収の高効率化
亜セレン酸と比べてセレン酸還元の速度が遅い理由を電気化学的に解析する。また、化学的還元や光触媒（TiO2など）による光還元を併用することによって、中性pH域でも効率よくセレン酸が還元される反応系が構築できるかを検討する。
（課題３） テルルオキサニオンから元素態テルルへの電極還元に有効なMVより貴な酸化還元電位を持つメディエータを探索する。有効なメディエータが得られた場合は、電極還元反応機構について解析し、電極還元反応の最適条件を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
インピーダンス測定が可能なポテンショスタットの台数が不足すると予想して予算計上したが、他の研究予算を利用して購入することができたため、予算を使用しなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
2017年度は最終年度であり、進捗が遅れている上記「課題２」、「課題３」の検討を加速するために、保有解析機器のバージョンアップや新規解析機器の購入に充てる。
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