2015 Fiscal Year Research-status Report
イオン液体を用いた形態制御を伴う電解析出法による金属回収技術開発
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15K06527
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
新井 剛 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (60415867)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | イオン液体 / 抽出 / 電気化学 / 電析 / 形態制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はイオン液体(IL)に抽出された金属イオンを電解還元により電析し、電析物の形態を制御することを目的としている。これまでに(1)ILへの金属イオンの抽出及び(2)ILに抽出された金属イオンの電気化学挙動について検討した。
(1)では側鎖長を変えた[Cnmim][PF6](n=4～10)並びに[Cnmim][Tf2N](n=2～8)の合成法を確立できた。また、[Cnmim][Tf2N]の塩酸水溶液中における各金属イオンの抽出挙動を検討し、Ga,Pt,Au等に対して高い抽出能を示すことが明らかとなった。これらから[Cnmim][PF6]のアニオンを[Tf2N]に変えることで抽出挙動が変化することが明らかとなった。[Cnmim][Tf2N]のカチオンをピリジニウムカチオンに変えた[BMPy][Tf2N]を合成し、抽出挙動を検討した。[BMPy][Tf2N]は[Cnmim][Tf2N]よりもPdの抽出率が大幅に上昇することが確認された。スロープアナリシスでPdの抽出機構を検討し、0.1M塩酸中において[Cnmim][Tf2N]、[BMPy][Tf2N]共にPd:IL=1:1で抽出することが示された。また、[Cnmim][Tf2N]にTBP及びTPPの抽出剤を加えて金属イオンの抽出挙動を検討し、Pd,希土類等において大幅な抽出率の向上が確認された。
(2)では[Cnmim][PF6]及び[C8mim][Tf2N]に抽出されたPdの電気化学挙動をCVで比較した。[Cnmim][PF6]に抽出されたPdの酸化及び還元波の電流密度は側鎖長の増大に伴い低下した。また、[C8mim][Tf2N]に抽出されたPdの還元波は[C8mim][PF6]とほぼ同様であったが、酸化波は検出されなかった。このことから[C8mim][Tf2N]において電析したPdは、酸化溶解し難いと考えられた。
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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
これまでの試験結果から、塩酸水溶液中におけるILの抽出挙動及び電気化学挙動が明らかとなった。当初予定していた研究計画に対し、概ね順調に研究が遂行できている。計画当初において[Cnmim][Tf2N]は電気伝導性が高く、当該提案研究に対して良好なILであると考えていたが、金属イオンの抽出能が[Cnmim][PF6]よりも低く電析できる金属種が少ないことが確認された。そのため、本年度は新たなILを合成し検討に加える予定である。さらに、ILの金属イオンの抽出機構については未だ不明確な点も多いため、今後はFT-IRやNMR等を用いてこれらの解明に努める予定である。また、ILに抽出された金属イオンの電析についてはPdの他にAuも可能であることが確認された。これらの電析挙動はILを中心に実施しており、比較として水溶液系の電析挙動の把握も重要である。今後は水溶液系で得られる電析物との比較しながら研究を進める必要があると考えている。これらの課題は何れも今後の研究遂行と共に実施可能であり、大きな研究計画の変更は必要としない。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、(1)IL中の金属イオンの電気化学挙動、(2)電解析出による形態を制御した金属回収技術の基礎試験を実施する予定である。
(1)では、これまでの研究成果でデータ量が豊富な[Cnmim][PF6]を中心に抽出された金属イオンの電解析出挙動について詳細に検討を加え、側鎖長や物性変化に伴う電析物の性状等について調査する。また、これらの検討には電気化学セル等を用いてILに抽出された金属イオンの電極表面における原子価変化を計測する予定である。これらの試験結果からIL中における金属イオンの電解析出の可否を判断し、形態制御の可能なILと金属イオンの選定を行う。
(2)では、これまでの電気化学試験の成果を基に一般的な電解セルやフロー型電解セル等を用いて電析試験を実施する。ここで得られた電析物については、SEM-EDXを用いて電析物の形状の確認、元素分布状態等を測定し、水溶液中で得られる電析状態との比較検討を行う。また、ILの側鎖長や粘性等の物性によっても電析物の形状が変化することが推測されるため、各パラメータにおける電析挙動を明らかとし、形態制御に適した電解条件の選定を実施する。さらに[Cnmim][Tf2N]に抽出剤を加えて金属イオンを抽出した場合の電気化学挙動をサイクリックボルタンメトリーで測定し、抽出剤添加による電気化学特性の影響を評価する。本試験において電析が可能であれば電解試験を実施し、SEM-EDXを用いて電析物の性状を観察する。これらの試験結果からILに抽出された金属イオンを電析でき、且つ形態制御に優れた試験条件を選定し、本提案研究の目的の達成に努める。
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| Causes of Carryover |
研究を遂行していく過程でイオン液体に抽出された金属イオンの電気化学挙動の研究費が想定よりも多く必要となることが明らかとなった。また、想定よりも良好に抽出試験が進行し、且つ安価な合成試薬メーカーが見つかったため、本研究の目的達成に向けてこれらの差額分を電気化学試験費に充当することとした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
差額分はイオン液体に抽出された金属イオンの電気化学試験費に充当する。主に、電気化学試験で消耗する電気化学セル、電極等に使用する予定である。また、得られた電析物の観察に用いるXRD、SEM-EDX分析等の消耗品に充当する予定である。
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Research Products
(6 results)
