Selective adsorption and resource recovery of harmful anion from natural source using ternary mixed hydrous oxides.

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K11695
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: 桑原 智之 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 准教授 (10397854)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 吸着 / ホウ酸 / フッ化物イオン

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は，地下水や温泉水に由来する低濃度有害陰イオンである砒素・ふっ素・ほう素の吸着剤を開発し，資源回収も含めた有害イオン除去システムを構築することである。特に，多価金属の含水酸化物を複合化した三元素系複合含水酸化物（TMHOs）を対象に，ヒ酸，亜ヒ酸，フッ化物イオン，ホウ酸に対する選択性を向上させた吸着剤を開発し，構造特性と吸着特性を評価する。
2019年度は，吸着剤にホウ酸に対する選択吸着性を向上させることを目的に，ケイ素（Si）・アルミニウム（Al）・マグネシウム（Mg）の元素組成比が1：1：8であるTMHOs（SAM118）に加え，1：2：7（SAM127）および1：3：6（SAM136）の試料を対象に鋳型の形成を試みた。その結果，いずれの金属元素組成比のSAMにおいても粉末X線回折による格子面間隔に差はなく，鋳型の形成は認められなかった。また，鋳型形成処理の有無にかかわらず，SAM127とSAM136の最大ホウ酸吸着量にほとんど変化はなかった。しかし，SAM136のホウ酸吸着量はSAM118の鋳型形成処理後に上昇したホウ酸吸着量に匹敵したことから，SAM136はホウ酸処理に有用である可能性が示された。
また，昨年度に作成したSAM118造粒体のフッ化物イオン吸着試験を行った。バッチ法による吸着試験の結果，吸着平衡到達時間は1.5倍程度遅くなり，吸着量は約8割に減少した。ただし，造粒体のSAM118含有量を算出できていないため，担持されたSAM118の吸着能力が十分に発揮されているかについては実験的評価が必要である。また，カラム試験を実施した結果，約7 mg/cm3（SV=8.6/h）であった。今後は造粒体へのSAM118の担持量増加を検討する必要がある。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

ホウ酸に対する選択性の向上について，鋳型の形成について組成比を変えて実施をしたが成功しなかった。SAM136においてホウ酸の吸着量は増大したが，フッ化物イオンの吸着量は低下していると考えられ，SAM118との併用は今回の計画から逸脱することから，SAM136の使用方法に関しては今後の検討課題となる。また，SAM118造粒体を用いたカラム試験ではフッ化物イオンのみ評価にとどまり，ホウ酸との競合について評価することができなかった。これは，カラム試験の実施において，造粒体に含有する空気の除去が難しくサンプルの再調整が必要となったためであり，カラム試験実施前の調整方法を確立するために時間を要した。それにより，流速を変えた評価やフッ化物イオン以外の吸着質の評価を行うことができなかった。

Strategy for Future Research Activity

カラム試験によりSAM118造粒体のホウ酸とフッ化物イオンの吸着の競合を評価し，さらにSi，鉄（Fe），MgからなるSFM系TMHOsの造粒とカラム試験による砒素とリン酸の競合について評価し，通水系での選択吸着性の評価方法の確立を目指す。さらにフッ化物イオン吸着においてはフッ化物の回収についても検討する。カラム法による吸着・再生の繰り返しでは，フッ化物イオンの回収を目標とすることから，脱離液の濃度が回収に見合う濃度にまで上昇するかについて留意する必要がある。

Causes of Carryover

3月に予定していた学会発表がなくなり，旅費を使用する必要がなくなったこと，研究の進展が遅れ，予想していた評価が実施できなかったことから次年度使用額が生じた。次年度は今年度の積み残しの試験研究を実施するため，物品費として使用する予定である。