高効率なレアメタルの生物学的回収を可能にする光応答性担体の創製

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K22918
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 上高原 理暢 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (80362854)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 簡 梅芳 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (20533186)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: 担体 / 光触媒 / 酸化チタン / 微生物 / レアメタル

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、純チタン金属表面への酸化チタン層の作製およびその光触媒活性を評価するとともに、あらかじめ紫外線照射した酸化チタン層上での微生物の接着挙動を調べた。
まず、研磨した純チタン基板を大気中、もしくは水熱環境下で種々の温度で加熱処理した。X線回折により試料表面の結晶相を調べたところ、大気中での加熱では酸化チタンの結晶相の一つであるルチルを、水熱環境下での加熱では酸化チタンの結晶相の一つであるアナターゼを、純チタン表面に形成させることができた。走査型電子顕微鏡により試料表面を観察すると、酸化により表面の粗さが大きくなっている様子が見られた。表面に酸化チタン層を形成させた試料に紫外線を照射すると、水に対する接触角が小さくなり親水性が向上した。さらに、光触媒活性の評価でよく用いられるメチレンブルー溶液に試料を浸漬し、試料に紫外線照射するとメチレンブルーの分解が起こった。すなわちこれらの方法で作製した純チタン金属表面上の酸化チタン層が光触媒活性を有することを明らかにした。
表面に酸化チタン層を形成した試料に紫外線照射した後、モデル微生物である大腸菌もしくは酵母を培養している培地中に浸漬して、微生物の接着挙動を調べた。紫外線照射した試料と紫外線照射をしていない試料に対する微生物の接着を比較したところ、紫外線照射により微生物の接着特性が変化する可能性が示された。一方で、試料を浸漬する前の微生物の培養や培地の条件も、微生物の接着特性に影響を与える可能性があることも分かった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

大気中および水熱環境下で加熱することにより、結晶相の異なる酸化チタン層を純チタン表面に形成させることができることを明らかにした。その上で、酸化チタン層を形成させた試料において、紫外線照射が微生物の接着に影響を与える可能性があることを明らかにした。したがって、本研究は順調に進展していると考える。

Strategy for Future Research Activity

試料への紫外線照射が微生物の接着に影響を与える可能性があることを明らかにしたが、接着特性の向上を目的としているので、微生物の接着特性を向上させる酸化チタン層の形成方法についてより検討する。この試料を用いて紫外線照射が微生物の接着に影響を与える影響を引き続き調べるとともに、微生物が接着した試料に紫外光を照射し微生物の脱着挙動についても調べる。さらに、純チタン多孔体の表面にも酸化チタン層を形成させる方法についても検討する。最終的に、レアメタル回収微生物の担持を行い、創製する材料の微生物担体としての可能性を明らかにする。

Causes of Carryover

研究が順調に進んだため、消耗品の購入費が想定よりも小さくなった。また、新型コロナウイルスの影響により、予定していた出張が中止となり、旅費の支出がなくなった。これらの理由により、当初予定よりも研究費の支出が小さくなった。今後、本年度実施した研究において明らかとなった課題の解決のための少額備品の購入や、情報収集や成果報告のための旅費が見込まれるので、それらの支出に利用したいと考える。