2016 Fiscal Year Research-status Report
ホウ素の高効率・高選択的分離のための高次機能化樹脂の開発と分離能評価
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15K05551
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| Research Institution | Konan University |
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Principal Investigator |
岩月 聡史 甲南大学, 理工学部, 教授 (80373033)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 固相抽出 / 樹脂開発 / ホウ素 / 分離技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、前年度有効性が示されたキレート配位子部位と対陽イオン部位の双方を有するハイブリッド機能樹脂について、具体的に各機能性部位の種類を変化させ、水溶性ホウ素をより効果的に捕集できる樹脂を検討した。キレート配位子については、様々な鎖状の多価アルコール配位子について、ホウ酸キレート錯体形成能を溶液化学的手法によって検討したが、グルカミンよりも優れた錯体形成能を有する配位子を見出すことはできなかった。そこで、クロロメチル基修飾樹脂に対し、キレート配位子としてグルカミンを、対陽イオン部位としてピリジニウムやアルキルアンモニウムを導入した複数のハイブリッド機能樹脂を開発し、その対陽イオン部位の違いや機能性部位の導入比率とホウ素捕集率の関係を調べた。その結果、グルカミンとトリエチルアンモニウム部位を1:1の当量比で導入したハイブリッド機能樹脂がpH 10以上で市販のホウ素除去用樹脂以上の極めて優れたホウ素捕集率を示した。またこの樹脂は、ホウ素捕集後にpH 2程度の酸性にすることでほぼ定量的にホウ素を脱着し、さらに樹脂の繰り返し使用が可能であった。このように比較的穏和なpH変化によりホウ素の捕集・脱着を制御できる樹脂は、ホウ素の分離・回収・再利用技術の構築において極めて有用であり、本年度の特筆すべき成果と位置づけられる。
一方、本年度計画していた共重合によるハイブリッド機能樹脂の開発においては、モノマー合成の際に部分的に重合が起きており、同定が難しいことがわかったため、合成法を再検討する必要がある。
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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
本研究では、水溶性ホウ素の高効率な分離・回収・再利用を実現する化学吸着樹脂として、ホウ酸と錯体を形成するキレート配位子（キレート樹脂の機能）と生成するホウ酸キレート錯体陰イオンの電荷を打ち消す対陽イオン（イオン交換樹脂の機能）の双方の機能を付与した高次機能化樹脂が、高いホウ素捕集能をもつと予測し、初年度である前年度にその着想点の妥当性を確認した。
本年度はこの樹脂開発戦略に基盤をおいた具体的検討を行い、結果としてキレート部位としてグルカミン配位子を、対陽イオン部位としてエチルアンモニウム部位を導入したハイブリッド機能樹脂がpH 10程度の塩基性条件下で市販樹脂を上回るホウ素捕集率を示すことを見出した。特筆すべき成果として、本年度開発した樹脂はpH 2程度でほぼ定量的にホウ素を脱着し、比較的穏和なpH変化を利用したホウ素の捕集・脱着が可能であった点が挙げられる。一方で、従来の市販樹脂では、広いpH範囲（pH 2～10程度）でホウ素の脱着はほとんど起こらない。したがって、本研究の最終目標であるホウ素の再利用の観点からいえば、開発した樹脂はホウ素の捕集・脱着が比較的容易に制御でき、かつ再利用性に優れていると考えられ、非常に重要な成果として位置づけられる。
一方で、共重合によるハイブリッド機能樹脂の開発においては、モノマー合成の問題点が顕在化したが、合成経路に改善の余地が残されており、最終年度に検討する予定である。
以上の進捗状況を総括すると、当初の計画よりも優れた成果が得られている一方、問題点も着実に見出されており、研究全体の研究進捗状況としては「おおむね順調に進展している」と結論できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で本年度開発した、比較的穏和なpH制御によりホウ素の捕集・脱着が可能なハイブリッド機能樹脂については、機能性部位の化学修飾方法と、合成した樹脂によるホウ素捕集挙動の再現性を綿密に確認した上で、成果の学会発表や学術論文発表につなげる。これにより、本研究の最大の目的である水溶性ホウ素の高効率な分離・回収・再利用技術に資する高次機能化樹脂開発に関する基盤構築を達成する。
また、機能性部位を有するモノマーを共重合したハイブリッド機能樹脂開発については、合成経路の再検討を行い、各機能性部位の含有量を大幅に増加させた樹脂の創製を試みる。具体的には、(1)両方の機能性部位をもつモノマーの共重合による方法、(2)片方の機能性部位をもつモノマーと、化学修飾可能な部位をもつモノマーを共重合した後で、もう一方の機能性部位を化学修飾により導入する方法などについて検討を行う。そしてこれらの合成アプローチのうち、比較的簡便に合成可能な方法を見出し、樹脂を試作する。試作樹脂について、ホウ素の捕集および脱着挙動をこれまでの実験と同様の条件・方法で検討し、共重合により合成したハイブリッド機能樹脂がホウ素の捕集効率に寄与するかどうか明らかにするとともに、ホウ素の再利用に資する機能を発揮する樹脂かどうか評価する。
なお、本研究の当初の計画における最終年度の挑戦的課題である刺激応答性多機能樹脂の創製については、上記の研究内容の進捗状況に応じて順次進める。
以上のように最終年度の研究を推進することにより、本研究の主目的を達成しつつ、さらに有用な学術基盤情報を得る予定である。
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Research Products
(5 results)
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[Journal Article] Coordination structure and extraction behavior of a silver ion with N-substituted-9-aza-3,6,12,15-tetrathiaheptadecanes: significant effect of Ph-C-N framework on the extractability2016
Author(s)
S. Iwatsuki, A. Ichiyama, S. Tanooka, M. Toyama, K. Katagiri, M. Kawahata, K. Yamaguchi, H. Danjo, K. Chayama
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Journal Title
Dalton Transactions
Volume: 45
Pages: 12548-12558
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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