2016 Fiscal Year Research-status Report
環境負荷を考慮した多孔性と磁性のハイブリッド吸着能を有する環境浄化材料の開発
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15K18220
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| Research Institution | Fukushima University |
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Principal Investigator |
中村 和正 福島大学, 共生システム理工学類, 准教授 (90433870)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 構造・機能材料 / 複合材料・物性 / 表面・界面物性 / 浄化 / 磁性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高機能性浄化材料を開発するために、磁性と多孔性の吸着特性が両立したハイブリッド吸着能を有する材料の作製を目指している。平成27年度の結果より、天然物由来の原料から作製された磁性多孔質材料は、バクテリアセルロースに対し磁性流体とヨウ素処理を利用することで作製された磁性多孔質カーボンナノファイバーは細孔径の制御の可能性が示唆された。人工物由来の原料から作製された磁性多孔質材料は、セラミックスを基盤にすると磁性の発現が難しいことも分かった。これらの結果を考慮し、天然物由来の原料に対して作製条件を変化させて磁性多孔質カーボンナノファイバーを、人工物由来の原料に対して炭素材料を基盤として磁性多孔質炭素材料をそれぞれ作製し、特に、その磁性に着目し検討した。
天然物由来の原料であるバクテリアセルロースに磁性粉末または磁性流体を添加し、炭素化温度を変更して、磁性多孔質カーボンナノファイバーを作製したところ、磁性粉末を添加したファイバーでは800℃処理のときに保磁力が、1000℃処理のときに飽和磁化が最大となり、磁性流体を添加したファイバーでは800℃処理のときに保磁力および飽和磁化が最大となった。XRDから、磁気特性が優れたファイバーほど、Fe3O4やα-Feのピークが相対的により大きく検出され、よりシャープとなった。SEMからも結晶性が向上したような磁性微粒子が観察された。つまり、磁性微粒子の相対量に加え、結晶性が磁性の優劣へ影響を与えることが推察された。人工物由来の原料である炭素前駆溶液に熱可塑性樹脂粉末と磁性粉末または磁性流体を加え作製した磁性多孔質炭素材料は、全ての材料において磁性が付与され、磁性粉末を添加した材料よりも磁性流体を添加した材料の方が保磁力は高くなり飽和磁化は低くなった。XRDから、これらの材料の磁性も磁性微粒子の相対量や結晶性に影響を受けることが示唆された。
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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
平成27～28年度にて、天然物由来の原料であるバクテリアセルロースと磁性流体を使用して、磁性と多孔性が両立した磁性多孔質カーボンナノファイバーが作製でき、磁性と多孔性それぞれの制御する作製条件も概ね掴めた。つまり、磁性と多孔性の両立だけでなく、細孔径や磁気特性の制御が可能となり得るとの新たな知見も得られつつある。その結果、予備的実験も含め、ナノファイバーに関する投稿論文を2件発表できた。また、バイオマスナノファイバーのヨウ素処理に関する講演を1件、バイオマス炭素化物に磁性粉末を添加した材料に関する学会発表を2件行なった。これらを踏まえ、磁性多孔質カーボンナノファイバーの細孔特性および磁気特性が最大限に両立できる多次元的・総合的な作製条件について、平成28年度末より実験を始めている。また、人工物由来の原料を使用した磁性多孔質材料の作製では、炭素材料に焦点を絞ったところ、磁性と多孔性が両立したバクル体の作製が可能となった。その結果、磁性炭素材料に関する投稿論文を1報発表できた。人工物由来の原料を使用した磁性多孔質炭素材料についても細孔特性および磁気特性に与える多次元的・総合的な作製条件について、平成28年度末より実験を始めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
過去から現在まで様々な種類の浄化材料が開発されているが、更なる高機能化のためには多孔性のみに頼らず磁性を付与する必要がある。また、環境負荷の低減や資源の有効活用を考慮し、天然物由来の原料そして人工物由来の原料の利点を生かしつつ、低プロセスでの材料作製も重要である。そこで、磁性と多孔性を両立させたハイブリッド吸着能を有する新規浄化材料の開発を進めている。平成28年度に得られた結果を基に、以下の2つの研究を推進し、最終的に、磁性と多孔性が両立した浄化材料として、多次元的・総合的にどのような作製条件が適しているかを見極める。
1 天然物由来の原料を使用した磁性多孔質材料の作製では、磁性と多孔性が独立変数として発現する条件を見出せたので、磁性と多孔性が最大限に両立する条件を探索する。つまり、磁性流体の添加量・炭素化温度・ヨウ素処理の有無などの複数のパラメータを多次元的に動かし検討する。
2 人工物由来の原料を使用した磁性多孔質材料の作製では、炭素材料に焦点を絞ったところ、磁性と多孔性が両立する材料の作製が可能となったので、これらも磁性と多孔性が最大限に両立する条件を探索する。つまり、磁性流体の添加量・造孔剤の添加量・炭素化温度などの複数のパラメータを多次元的に動かし検討する。
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| Causes of Carryover |
平成28年度の研究を通し、548円ほど残予算が出たが、それ以外は、適切に予算が執行できたと考えられる。材料作製には原料や試薬の費用が必要であり、装置を維持するために部品などが必要であるため、消耗品としての物品費が必要不可欠である。また、一定の研究成果が出たので、投稿論文を執筆する際の校正サービスを利用したことに加え、論文の投稿料および印刷料にその他の予算を当てる必要があった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成29年度は、材料作製に必要な原料や試薬などほぼ揃っているが、作製装置を維持するための部品など、消耗品の購入のために物品費を計上し執行する予定である。研究の進捗が見られているので、学会などで成果報告に対する旅費等を昨年度よりも多く計上し執行する予定である。また、現在、成果報告のために投稿論文の校正サービスや投稿費・印刷費に対するその他の経費を計上し執行する予定である。
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