2019 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of highly functional nanoporous metal silicate polymer materials made from low utilization resource minerals
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17K06987
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
山崎 淳司 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70200649)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ケイ酸塩ポリマー / メタカオリン / 天然ゼオライト / フライアッシュ / イオン交換 / イオン吸着 / 重金属回収 / VOC分解 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低利用の天然ゼオライトやカオリン鉱物等のアルミノケイ酸塩資源鉱物および石炭火力発電所から産生するフライアッシュ等を原料として、特異な選択的イオン吸着固定能や触媒活性を有する新規のナノ細孔質の無機金属ケイ酸塩ポリマー素材の創製を試みた。近年、フライアッシュを主原料とした無機ケイ酸塩ポリマー硬化体（ジオポリマー）材料が活発に研究開発されているが、主に次世代セメント・コンクリート材料としての研究開発であり、その物性を十分に把握し制御していることは言い難い。我が国の石炭火力発電所から産生するJIS１～４種相当灰および、各種メタカオリン原料について酸・アルカリ処理、粉砕・磨砕等の力学的処理のうち適当な条件・組合せの前処理による改質を施すことにより、高品位の無機ポリマー化の合成を行うことに成功した。ただし原材料の選定として、高機能性を担保するには、フライアッシュはJIS１種相当灰であり、カオリンは製紙用純度以上のもの、天然ゼオライトは共生鉱物の少ない純度の高いものを選ぶ必要があることが求められることとなった。また、上記の主原料に最も活性化を示す前処理を施した出発物質について、水酸化アルカリと水ガラスとの混合溶液と混合してスラリーを作成し、室温～８０℃の温度で１日以上加湿養生を行うことで作成される無機ポリマー硬化体の物性を調べたところ、ケイ酸塩系無機ポリマー硬化体の化学・力学的物性に大きな影響を与える因子は、原材料の組合せに加えて、固相／水比、アルカリ／水比、Si／Al比の原料配合と養生条件（主に温度、水和・脱水縮合プロセス）であることがわかった。さらに、本助成事業で購入した最新型の比表面積・細孔分布装置による測定により、作成条件（とくにアルカリ種、Si／Al比の初期配合条件）が、ナノ～メソ細孔径分布に大きく関係することを明らかにした。
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