2020 Fiscal Year Annual Research Report
Basic study of metal ion isolation technology with switchable solvent
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18K18966
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
渡邉 賢 東北大学, 環境保全センター, 教授 (40312607)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
SmithRichard Le 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (60261583)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 物性可変溶媒 / 水熱酸浸出 / アミノ酸 / 金属単離 / カーバメート / リチウム / アルカリ金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
レアメタルを含有する電子デバイスなどの廃棄物は都市鉱山と呼ばれ、その再利用が望まれている。金属再利用の方法の一つとして、湿式精錬がある。この方法論の課題として、酸浸出の環境負荷低減と高効率化に加え、金属単離における有機溶媒使用削減とその高効率化がある。酸浸出の課題に対し、申請者らは、水熱条件を活用した新たな水熱酸浸出法を開発し、リチウムイオン電池に対し、100%浸出を達成しながら、持続可能な有機酸を浸出剤として使用することでプロセスの持続性を高めるとともに、酸濃度を低減することで、環境負荷低減も達成させることに成功した。これを受けて、有機酸水溶液中に回収された金属をそれぞれに単離するプロセスとして、物性可変溶媒を用いた方法論を研究した。アミン基を持つ化合物を中心に剪定し、水溶性から非水溶性へと変化する化合物複数を試行した結果、酸浸出にも活用できるあるアミノ酸がその候補となった。それの金属単離性能を評価したところ、まずは水熱条件において、マンガンのみを溶解しないプロセスが開発される見込みをつけることができた。なお、デメリットとして酸浸出の速度低下が見られたが、その改善策として少量の有機酸添加が有用であることを見出した。その後、対象アミノ酸を用いた単離プロセス開発を進める中で、リチウムを含む水溶液から、リチウムのみを単離する方法論に二酸化炭素との接触が有用であることも確認した。これは、アミン基と二酸化炭素が反応して生じるカーバメートが炭酸リチウム生成を誘発することに起因することを明らかにした。また他のアルカリ金属にも有用である可能性も示唆した。以上より、物性可変溶媒であるアミノ酸水溶液が、リチウムなど、アルカリ金属の単離に有用であることを明らかとした。
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