2020 Fiscal Year Research-status Report
シクロデキストリンによる元素選択的貴金属回収メカニズムの解明
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19K05109
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
吉田 啓晃 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 助教 (90249954)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | シクロデキストリン / 包接 / 貴金属回収 / 3d遷移金属 / シンクロトロン放射 / 可視紫外 / 軟Ｘ線 / 吸収スペクトル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「シクロデキストリンによる元素選択的貴金属回収メカニズム」を解明するため、シクロデキストリンに包接された金属錯体の吸収スペクトルを測定し、包接時の化学結合状態を明らかにすることを目的として研究を進めている。
令和２年度は、昨年度の銅回収に引き続き、いくつかの3d遷移金属 X(X=Fe,Co,Ni,Cu,Zn)について研究を進めた。硫酸化合物 XSO4を原料物質としてシクロデキストリンによる包接実験を行った。強アルカリ性の水溶液にすることによって亜鉛(Zn)が包接され、可視紫外吸収スペクトルの測定によって明らかにされた。
軟Ｘ線吸収スペクトルの測定によってより詳細な情報を得るために、まず原料物質である各種硫酸化合物 XSO4(X=Fe,Co,Ni,Cu,Zn)について、酸素Ｋ殻(1s)領域および3d遷移金属Ｌ殻(2p)領域の吸収スペクトルの測定を、広島大学放射光科学研究センターのシンクロトロン放射光源HiSORからの軟Ｘ線を用いて行った。得られた結果を比較・考察して The 25th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation にて「Comparison of soft X-ray absorption spectra of transition metal sulfates」という講演題目で発表を行った。さらに、亜鉛を包接させたシクロデキストリンの軟Ｘ線吸収分光実験を行い、酸素Ｋ殻(1s)領域における包接前後のスペクトル形状の変化から、包接時の電子状態の変化について興味深い知見が得られた。
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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
２年目は、水溶液中でさまざまな3d遷移金属原子をシクロデキストリンに包接した試料の、ホルダーへの固定方法についてさまざまな試行錯誤を行った。その結果、滴下真空乾燥法が最も適切であることが判明した。この手法によって作成した薄膜試料を真空槽内に設置し、シンクロトロン放射光の照射実験を行うことによって、本研究で必要とする軟Ｘ線吸収スペクトルの測定方法を確立した。この手法を金や白金など貴金属のシクロデキストリン包接体に適用してゆくことになる。このような進行状況を踏まえて、研究はおおむね順調に進展しているものと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
３年目（最終年度）は、いよいよ主目的である貴金属回収メカニズム解明のための実験を行う。金や白金は反応性が低く一般的な化合物を作りにくいので、硫酸化合物を用いた3d遷移金属の場合とは異なり、臭素化合物カリウム塩 KAuBr4やKPtBr4 などを原料物質として用いる。これらの水溶液中にα-,β-,γ-シクロデキストリンを添加し、水溶液中で包接が起こっているかどうかを、まず可視・紫外吸収スペクトルの測定によって調べる。その後、ガラス基板上に滴下真空乾燥して得られた膜状の試料を真空槽内に設置し、エネルギー選別されたシンクロトロン放射光を照射して、酸素1s領域、カリウム2p領域、貴金属内殻吸収領域の軟Ｘ線吸収スペクトルの測定を行う。包接前後のスペクトルの変化を観測することによって電子状態の変化を明らかにする。水溶液中で包接していることが明らかになった場合は、それらを沈殿させて回収するために、pHを変化させたりアルコールなどを微少量添加したりして、さまざまな環境下での包接の有無を調べる。またそれらの試料に対しても可視・紫外吸収スペクトルおよび軟Ｘ線吸収スペクトルの比較と考察を行うことにより、本研究の主目的であるシクロデキストリンによる元素選択的貴金属回収メカニズムの解明を行う。
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| Causes of Carryover |
世界的なコロナ禍により国内外の学会が中止または延期になり、イタリアで開催予定だったInternational cyclodextrin Symposium や環太平洋国際化学会議(Pacifichem)などの国際学会、そしてシクロデキストリンシンポジウムなどの国内学会への出席に伴う旅費の使用が見送られた。これらは2021年度に開催されたものに対して順次使用予定である。
また、金や白金などの高額試料を用いる前に、さまざまな実験手法の確立のためより安価な3d遷移金属化合物を用いた実験を優先して実施したために次年度使用額が生じた。2021年度は当初の計画通り金や白金などの高額な貴金属試料の購入および試料液体循環系の改良のための物品購入に使用する予定である。
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