2017 Fiscal Year Research-status Report
火山灰中のフッ素等有害微量元素のオンサイト分析を目指した簡易溶液化法開発
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17K05906
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
中島 常憲 鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (70284908)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 火山灰 / フッ素 / 簡易前処理法 / オンサイト分析 / 酸素フラスコ燃焼法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
桜島などの火山から噴出される火山灰は、火山ガスに含まれるフッ素（F）を吸着し大気中へ放出される。火山灰に吸着したフッ素は火山灰とともに直接人体へ取り込まれ健康被害を引き起こし、堆積した火山灰が雨水などと接触した場合には環境を汚染する。よって、火山灰中の全フッ素含有量分析が重要であるが、火山灰のようにケイ素やアルミニウムを主成分とする無機固体試料は通常の酸分解では溶液化が困難であり、特にフッ素の分析においては、フッ酸を用いる分解法が適用できず、一般的な固体試料の元素分析法である蛍光X線分析でもフッ素のような軽元素は分析が困難である。
本研究では、複雑な装置を必要としない「酸素フラスコ燃焼法（OFC法）」による試料溶液化法により火山灰中に含まれる全フッ素濃度の簡便な分析法開発を目指し難燃性固体中フッ素のOFC法最適化条件の検討を行った。
H29年度は、文献調査などから火山灰に含まれるフッ素化合物を推定し、フッ化水素、フッ化カルシウムや種々のフルオロケイ酸塩のような形態で火山灰中に含まれていると推定した。X線回折法による分析により上記の化合物を同定することを試みたが感度不足により、フッ素を含む鉱物の同定は困難であった。
また、OFC法では可燃成分含有量の低い試料の燃焼が困難であるという欠点を克服するため、火山灰類似の難燃性固体試料として石炭灰を用いて、助燃剤を添加することを検討し、さらに試料中の難溶性フッ素化合物を反応させ、溶出させるために反応触媒の添加も検討した。難燃性固体である石炭灰では、パラフィンを助燃剤として添加することで、フッ素の回収率が向上することが分かった。また、反応触媒としてスズ（Sn）粉末と酸化タングステン（WO3）の添加が効果的であることを見出した。
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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
本研究課題では、火山灰中のフッ素分析において、酸素フラスコ燃焼（OFC） 法を用いる簡便な溶液化法の開発に向けて、１.火山灰中のフッ素の存在形態の解明、２.OFC法における燃焼助剤の選定、３.反応触媒の選定、４. 最適化したOFC法の実試料への適用、5. オンサイト分析を目指したフッ素分析法の検討の5項目について検討を行っている。
H29年度では、項目1、2、3について検討を実施し、項目1については、X線回折法により火山灰に含まれるフッ素化合物の存在形態を分析することを試みたが、フッ素濃度が低いためフッ素を含む鉱物の同定は困難であった。そこで、文献調査などにより火山灰に含まれるフッ素化合物として想定される化合物を推定した。H30年度において、推定したフッ素化合物をモデル物質として使用し、温度をコントロールした電気燃焼炉を使用し、OFC法を想定した燃焼条件により模擬燃焼実験を行い、燃焼挙動から火山灰に含まれるフッ素化合物の推定を裏付けることを行う計画である。
項目2、3については、モデルフッ素化合物の選定に時間を要しているため、火山灰類似の土壌や石炭灰のフッ素濃度既知な認証標準物質を用いて、OFC法における燃焼助剤、反応触媒の添加条件の検討を実施した。反応触媒の検討は、H30年度に実施を予定していた項目であり、一部先行して実施した。
上記の様に、一部実験計画の見直しの為、項目1について進捗が遅れている部分があるが、項目3など先行して検討を始めている部分もあるため、研究課題全体としては、おおむね順調な進捗状況といえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
火山灰中に含まれるフッ素化合物の直接的な同定分析は困難であったため、文献調査により推定したフッ素化合物をモデル物質として用いて、模擬燃焼実験を行う。火山灰試料を用いた模擬燃焼実験における、フッ素の放出（揮発）挙動とモデル物質中のフッ素放出挙動とを比較することで、火山灰中に含まれるフッ素化合物の化学形態を明らかにする。
また、H29年度の検討により、火山灰類似の石炭灰のOFC法による処理には、助燃剤や反応触媒の添加が有効であることが分かったので、上記で明らかにしたフッ素化合物をモデル物質として用いて、最適な種類の助燃剤、反応触媒を見出す。フッ素含有量が既知の火山灰試料に対して、モデル物質を規定量添加し、OFC 法による溶液化を行うスパイク実験を実施する。添加したモデル物質に対しておよそ90-110％の範囲で回収率が得られるか、再現性が得られるかを指標に、これらのモデルフッ素化合物がOFC 法により溶液化が可能かどうか検討する。助燃剤としては、グラファイト、パラフィン、アルコール等の添加を検討する。用いる助燃剤には、ブランクとしてフッ素を含まない物質を選定する。反応触媒については、火山灰燃焼後に揮発したフッ素が不溶性のフッ素化合物を形成しないように、酸化タングステン等の金属酸化物を反応触媒として加える。このとき、フッ化カルシウム等の不溶性フッ素化合物は、可溶性のフッ化タングステン等で回収される。
OFC実施時に添加する、助燃剤、反応触媒の最適条件を決定したのち、実際の火山灰中フッ素分析に最適化したOFC法を適用し、熱加水分解法との比較により、開発した手法の妥当性を確かめる。
さらに、オンサイト分析を目指した分析法の検討として、ランタンアリザリン法による比色分析等の適用を検討し、市販の簡易分析キット（パックテストなど）がオンサイト分析として適用可能かどうか検討する。
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Research Products
(2 results)
