2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of an additive-free heavy metal ion recovery method using solid catalyst and magnetic separation
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17K00598
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
秋山 庸子 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50452470)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 汚染質除去技術 / 固体触媒 / 磁気分離 / 有価物回収 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
工業廃水や抗廃水に含まれる重金属イオンの効率的な除去・回収は，持続可能社会において重要な課題の一つである。本研究の目的は，固体触媒を用いた酸化反応によって水中の重金属イオンを水酸化物や酸化物として析出させ，回収して再利用を可能にする技術を開発することである。吸着法やイオン交換法に対して大量処理が可能であり、磁性吸着剤やフェライト法を利用した従来の磁気分離法に対して化学薬品や磁性吸着剤の添加が不要な重金属除去法である。
ここでは，酸性坑廃水中に数百ppmの高濃度で含まれる2価の鉄イオンの除去手法について検討し，最終的に析出部と分離部から構成される坑廃水処理システムを提案した。このシステムでは，析出部で固体触媒を用いた空気酸化手法，分離部で重力沈降法と永久磁石を用いた磁気分離法を組み合わせた手法を用いた。
析出部では，固体触媒として塩化鉄または硫酸鉄をアルカリ沈殿させた水酸化鉄（Ⅲ）を用い，これによって強磁性のマグネタイト粒子の表面を修飾したもの（以降，固体触媒修飾マグネタイト）を用いた。固体触媒修飾マグネタイトを用いた自触媒反応を促進するため，バブリングによる空気酸化を行い，除鉄性能の比較を行った．その結果，硫酸鉄由来の固体触媒を用いることにより，最大90％以上の鉄イオン除去率を得ることができた。
分離部では，重力沈降法と磁気分離法を組み合わせた手法の検討を行ったところ，超電導バルク磁石を用いた方が高い分離率が得られた。最後に，持続可能な坑廃水処理システムの実現のために一連のシステムの設計および必要な電力の試算を行った。その結果，岡山県の人形峠に適用することを想定すると、システムの稼働に必要な電力は太陽光発電でまかなうことができるため、外部の電源に頼らず自立した運転が可能であることが示された。
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