2021 Fiscal Year Annual Research Report
超音波を用いて合成した紡錘形スコロダイト粒子の生成機構の解明と砒素貯蔵特性評価
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20K22321
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
北村 優弥 秋田大学, 理工学研究科, 博士研究員 (70885243)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2022-03-31
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| Keywords | スコロダイト / 砒素貯蔵材料 / 非鉄製錬 / 超音波 / 結晶成長促進 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
通常の多面形とは異なる紡錘形のスコロダイト粒子の生成機構を明らかにするとともに、紡錘形スコロダイトの砒素貯蔵特性についても明らかにすることを目的とする。昨年度は、二価の鉄イオンと五価の砒酸イオンを含むpH 1.0の酸性溶液(70°C)に対して200 kHz(11.6 W)の超音波を3時間照射することで、高結晶化度(>99%)の長径6 μm以下、短径3 μm以下の紡錘形のスコロダイト粒子を合成した。そして、紡錘形のスコロダイト粒子は、繊維状の前駆体中のFe(II)の酸化によってスコロダイトの結晶核が形成後、それを起点に結晶成長することで得られることが分かった。今年度は、超音波の周波数がどの程度粒子の形状に影響を及ぼすかを検討するとともに、紡錘形のスコロダイト粒子の砒素溶出試験を行った。200 kHzよりも物理作用(撹拌・分散)が強い28 kHzの低周波数の超音波(11.2 W)を使用した。200 kHzの超音波を用いた場合と同様の反応条件にて、28 kHzの超音波を用いてスコロダイト合成を行ったところ、粒径が3 μm未満の微細な多面形のスコロダイト粒子が得られた。粒子の成長過程を調べたところ、反応30分において、200 kHzと同様に紡錘形の粒子(長径<3 μm, 短径<2 μm)の形成がみられ、反応60分以降では、紡錘形粒子のサイズの減少とともに多面形の粒子形状へ変化した。これは、溶解再析出による結晶成長過程において、超音波の物理作用が粒子表面の溶解を促し、結晶成長を促進させることでより安定な多面形の粒子に変化したと考えられる。砒素溶出試験結果では、200 kHzを用いて得られた紡錘形のスコロダイト粒子は、28 kHzを用いて合成した多面形のスコロダイト粒子よりも比表面積が小さいのにも関わらず砒素溶出量が多い結果が得られた。砒素溶出試験については今後より詳細に検討を行う。
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