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2015 Fiscal Year Research-status Report

バイオテンプレートによるリチウムイオンシーブの合成と集積化

Research Project

Project/Area Number 15K14275
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

笹木 圭子  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30311525)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords生体鉱物 / リチウムイオンシーブ / イオン交換 / 集積化
Outline of Annual Research Achievements

低結晶性バーネサイトを真菌により合成し、Li/Mn比を厳密に考慮しながら、バイオバーネサイトを前駆体として焼成し、マイクロチューブ型リチウムイオンシーブ(スピネル型H1+xMn2-xO4)を合成した。焼成条件はTG/DTA曲線を参考としながら、昇温プログラム(温度、温度上昇速度、維持時間、冷却条件)を検討した。TG/DTA曲線から顕著な重量減少が起こるのは、三つの温度帯があり、100-150度Cの脱水反応、250-350度Cの有機物分解反応、450-550 度Cのマンガン酸化物の相転移反応であるため、450-550 度Cにて2時間維持し、自然冷却とした。炭素繊維不織布上でのバイオバーネサイトの焼成は、炭素不織布の二次元構造の維持を妨げ、集積化の方法をアルギン酸ビーズゲルへの埋包法に切り替えた。これによって、ナノ粒子のスピネル型H1+xMn2-xO4は高分子ゲル中に分散し、2~3mm径のビーズ中に閉じ込めることができた。ビーズ内に粉末吸着体はよく分散されていることが、走査電子顕微鏡観察および元素マッピングにより確認できた。ビーズ化された吸着体に対して、リチウムイオンの吸着速度および最大吸着容量を室温にて求めた。リチウムイオンの最大吸着容量は24.7 mg/g-HMOであり、アルギン酸ビーズ埋包前の粉末吸着体の値とほぼ同等であった。空試験によって、アルギン酸ビーズ自体はリチウムイオン吸着容量はほとんどもたないことを確認した。一方、吸着速度は擬二次速度式に従い、初期濃度18 ~50mg/Lのときの速度定数は2.0~9.0 x 10-3 g mg/minであった。この速度は粉末吸着体に比べるとかなり遅いとはいえ、リチウムイオンシーブが具備すべき何度も吸脱着を繰り返すことを前提とした分離性の向上に、高分子ゲル埋包技術は大きく貢献する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

炭素材料の大気下焼成は材料を脆くしたため、当初の集積化方法を高分子ゲル埋砲包法に変更したものの、二年度目に予定していた集積体のキャラクタリゼーションがほぼできている。

Strategy for Future Research Activity

高分子ゲル埋砲型リチウムイオンシーブに対して、地熱水や海水を想定した、高温での吸着等温線の獲得、イオン選択性の検討、化学再生の検討が必要である。

  • Research Products

    (5 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] マヒドン大学(タイ)

    • Country Name
      THAILAND
    • Counterpart Institution
      マヒドン大学
  • [Int'l Joint Research] バージニア州立大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      バージニア州立大学
  • [Journal Article] Microwave-assisted synthesis of nanocrystalline lithium-ion sieve from biogenic manganese oxide: Effect of crystalline phase and morphology on the lithium adsorption capacity2016

    • Author(s)
      Qianqian Yu, Keiko Sasaki
    • Journal Title

      Hydrometallurgy

      Volume: 未定 Pages: 未定

    • DOI

      10.1016/j.hydromet.2015.10.002

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] バイオテンプレートイオンシーブによる模擬地熱水からのリチウムイオン吸着特性の速度論的および熱力学的評価2015

    • Author(s)
      桃木大地、余 茜倩、平島剛、笹木圭子
    • Journal Title

      J. MMIJ

      Volume: 131 Pages: 465-469

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Book] Advances in the Environmental Biogeochemistry of Manganese Oxides2015

    • Author(s)
      Keiko Sasaki, Qianqian Yu
    • Total Pages
      14
    • Publisher
      American Chemical Society

URL: 

Published: 2017-01-06  

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