2021 Fiscal Year Research-status Report
Process for adsorbing and removing harmful paramagnetic metal ions using iron-loaded charcoal based on reverse Moses effect
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21K05714
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| Research Institution | Akita Prefectural University |
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Principal Investigator |
山内 繁 秋田県立大学, 木材高度加工研究所, 教授 (30279509)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渋谷 栄 秋田県立大学, 木材高度加工研究所, 准教授 (50404851)
栗本 康司 秋田県立大学, 木材高度加工研究所, 教授 (60279510)
山ギシ 崇之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 技術職員 (60723830)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 逆モーゼ効果 / 鉄担持木炭 / 常磁性金属イオン / 吸着 / 高純度炭素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度では、強磁性鉄化学種の生成比が高くなる炭化条件をさがすため、メスバウアー分光法、ラマン分光法、粉末X線回折法などを用いて、炭化条件と鉄化学種生成率の関係を調べた。合成した30を超える鉄担持木炭の分析結果から、常磁性金属イオン吸着に用いる木炭の実用的な合成条件設定が可能になった。これらの分析結果をまとめ、令和3年度には3件の学会発表（木質炭化学会1報、日本木材学会大会2報）、そしてJ. Wood Sci. 誌に"Moessbauer and Raman Characterization of Iron-Loaded Woody Charcoal: Effects of Fe3+-Dispersion in Wood on Reduction of Fe3+ and Graphitization in Carbonization"が受理され、すでに掲載されている。また、吸着実験には一定量の木炭が必要であるため、中型の縦型電気炉及びステンレス製炭化容器を設計し、当該補助金によって購入した。この炭化装置で吸着実験に用いる鉄担持木炭を合成し、複数の常磁性金属イオンについて吸着実験を行い、実用化へつながることが期待されるデータを得ることができた。
一方、高純度炭素製造を目的として、鉄を酸素スカベンジャーとし働かせるための炭化条件を把握することにも成功した。当該条件で炭化した鉄担持木炭に脱鉄処理を行い、蛍光X線分析を行ったところ期待できる結果が得られ、現在元素分析を実施中である。これについては学会発表1件（木材加工技術協会年次大会）を行った。さらに、Wood Sci. and Tech.誌に論文を投稿し、現在審査中である。
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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
研究実績の概要で述べたように、初年度において当該研究は、ほぼ申請時に立てた計画通りに進行していると考えている。これは、メスバウアー分光法により、木炭中鉄化学種の同定が完了したこと、そして炭化条件と各鉄化学種生成率の関係を把握できたことによる。また、予備的ではあるが、Cr3+イオンの吸着実験を行い、ポジティブな結果が得られたことも自己評価のポイントになっている。
さらに、高純度炭素製造についても一定の進展があり、国際誌に論文を投稿中であることも、研究の評価を「順調な進展」としていることの要因である。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、炭化条件と生成する鉄化学種の関係を整理して、求める鉄化学種を高率で含有する鉄担持木炭を再現性よく合成できるようにする。同時に、磁性木炭を着磁方法を工夫して、「木炭磁石」による常磁性化学種の本格的な吸着実験も開始する。まず、常磁性金属化学種としては主にCr3+とMn2+を対象として、水溶液中での吸着実験を行う。クロムやマンガンのようなオキソ酸を形成しやすいd-ブロックの金属イオンでは、溶液のpH調整等が難しいと予想されるため、f-ブロックの希土類イオンについても吸着実験を進める予定である。現在のところ、木炭の原料樹種はスギに限定しているが、研究の進展状況によっては、比較のため他樹種、特に広葉樹材を原料とした鉄担持木炭についても、各実験を行いたいと考えている。
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