2017 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of selective adsorption phenomena of anions onto carbon materials and development of carbonaceous adsorbents for anions
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15K05645
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
大久保 貴広 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (30385554)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ナノカーボン / 陰イオン吸着分離 / 水和イオン / ミクロ孔 / XAFS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
従前までの研究で、陰イオンが炭素材料のナノ空間に選択的に吸着する可能性を示す複数の実験結果を得ていた。通常、炭素材料の表面は表面電位が負であり、陰イオンが選択的に吸着できる環境ではない。本研究は、炭素材料に対する陰イオンの選択的吸着メカニズムの解明を図り、その知見を活かした陰イオンの選択的な吸着と分離が可能な炭素材料の設計・創製を行うことを目的として開始した。3年間の研究で得られた成果を以下に列記する。
（１）臭化ルビジウム水溶液中にミクロ孔性炭素材料を分散させてイオンを吸着させた場合、水溶液中のプロトンが細孔内に吸着するため、ルビジウムイオンよりも臭化物イオンを数倍から100倍以上多量に吸着することが明らかとなった。
（２）理想的な構造のシリンダー型ミクロ孔を有する材料の代表として単層カーボンナノチューブ（以下SWCNT）がある。SWCNTにはシリンダー型細孔以外にもチューブ間の隙間に起因する細孔も存在するため、吸着層の解析が困難である。そこで、本研究では、SWCNTの末端部の制御を熱処理により行い、SWCNTのシリンダー型細孔内部のみの吸着種の解析を行うための材料を創製した。この材料を用いてチューブ状細孔内部で形成される臭化物イオンの吸着密度がSWCNTと同程度の細孔サイズを有する活性炭に吸着した場合よりも高いことを見いだした。即ち、吸着材の細孔表面の曲率がプロトンおよび臭化物イオンの吸着密度に大きく影響していることを突き止めた。
（３）陰イオンとして硝酸イオンを用いた場合、対イオンに対する吸着量比は臭化物イオンの場合ほど大きくはならなかった。この結果は、プロトンと陰イオンとがミクロ孔性炭素材料に対して協同的に吸着するためのメカニズムが存在することを示唆しているが、詳細の解明までには至らなかった。引き続き、理論計算も駆使しながら全容の解明を進める。
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