2021 Fiscal Year Research-status Report
Properties of Functionalized Ionic Liquids and their Behavior as Extractants on the Molecular Scale
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21K04982
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
高椋 利幸 佐賀大学, 理工学部, 教授 (70291838)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 抽出溶媒 / 抽出剤 / 配位能 / 水酸基 / カルボキシル基 / エステル基 / 相分離 / 均一液－液抽出法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
極性が低い通常の抽出溶媒とは異なり、電解質でありながら液体状態をとるイオン液体は電荷をもつ金属イオン錯体を水相から直接受け入れることができると考える。また、イオン液体のアルキル鎖に配位性官能基を修飾することによりイオン液体に金属イオンに対する配位能をもたせることができる。すなわち、配位能を有する機能性イオン液体を合成し、抽出溶媒と抽出剤の両方の役割をさせ、環境低負荷な抽出溶媒を得ることが本研究の目的である。
本年度はオクチル基を有するイミダゾリウム系イオン液体に水酸基、カルボキシル基、エチルエステル基を修飾した機能性イオン液体を合成した。陰イオンには弱い配位能をもつTFSA-を用いた。これらは水にほとんど溶解せず機能性イオン液体－水相間の金属イオンの抽出に用いることができると判断した。実際に、水溶液から合成した機能性イオン液体へのNi2+イオン抽出を試みた。抽出能を比較するために非修飾の非機能性イオン液体に対する抽出実験も行った。非機能性イオン液体にはNi2+イオンは抽出されなかった。また、エチルエステル基修飾の機能性イオン液体にはわずかにNi2+イオンが抽出された。これに対して、水酸基修飾の機能性イオン液体にはpH = 2以上の水相からNi2+イオンが抽出された。カルボキシル基をもつ機能性イオン液体を用いた抽出は実験中である。錯形成および抽出のメカニズムを明らかにするために、これらの機能性イオン液体がNi2+イオンと形成する錯体の構造を解明することを行っている。まず、Jobの連続変化法を適用して溶液の吸光度からNi2+イオンと機能性イオン液体の組成比を決定している。
この他、機能性イオン液体と混和する溶媒を見いだし、温度降下または上昇にともなう相分離の有無を調べ、その相分離を機能性イオン液体を用いた均一液－液抽出法に展開することを行っている。
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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
水酸基、カルボキシル基、エステル基を有する機能性イオン液体を合成することができた。いずれのイオン液体も水とはほとんど混合せず、液－液抽出法が適用できた。実際にNi2+イオンに対する抽出実験や機能性イオン液体が形成するNi2+錯体の組成比を求めることまでできている。機能性イオン液体の抽出剤としての配位能をさらに強化できるように他の官能基を合成したり、Ni2+イオン以外の抽出を実施したりする必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に合成した機能性イオン液体以外の官能基を有するイオン液体を合成し、抽出実験を行う。このとき、Ni2+以外の金属イオンに対しても抽出を試みる。抽出率が高い機能性イオン液体については、その錯形成平衡と錯体構造の２つの観点から研究を進める。前者では錯形成の安定度定数やエンタルピー、エントロピーを決定する。後者ではEXAFSやWAXS法により錯体の構造を解明する。すなわち、熱力学的な知見と構造化学的な情報から機能性イオン液体の錯形成メカニズムを考察する。錯形成メカニズムを理解した上で、液－液抽出平衡のメカニズム解明を行う。
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| Causes of Carryover |
高橋産業経済研究財団より令和3年単年度の予算を得たため、こちらを優先して使用したことにより科研費の次年度使用額が生じた。
令和4年度は中性子散乱実験やEXAFS実験での試薬や旅費の使用が見込まれており、次年度使用額をこれらに充てる予定である。
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