2023 Fiscal Year Annual Research Report
Improvement of anion adsorption capacity by controlling the crystallinity of the ternary mixed hydrous oxides
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21K12293
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
桑原 智之 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 教授 (10397854)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 含水酸化物 / 吸着 / 陰イオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多種のイオンが共存する地下水や温泉水からふっ素やほう素，砒素などの有害陰イオンを効率的に除去することを目的に，これらを選択的に吸着する吸着剤を開発する。“三元素系複合含水酸化物（TMHOs：Ternary Mixed Hydrous Oxides）”は非晶質の金属水酸化物を主要成分相としており，水酸基（OH基）を多数含有する。このOH基が有害陰イオンとイオン交換すると考えられ，OH基の増加は吸着容量の増加に寄与する。しかし，TMHOsの結晶性が増すとOH基は層状複水酸化物のように複数の金属元素に配位するため，イオン交換に寄与しなくなる可能性がある。本研究では，TMHOsが非晶質から結晶質へ移行するときにOH基の役割が変化することを利用して，OH基含有量と陰イオン吸着量の関係から結晶性の制御による吸着量向上の手法を明らかにする。
NMRではAl-OHのOH基を測定できるはずであったが，実際には反応性・非反応性のOH基を計り分けることはできなかった。そこで，2023年度は構成金属元素を当初のSi：Al：Mg＝1：1：8としたSAM118を対象にした。合成時のスラリーをエージングにする際に高温条件あるいは水熱処理を行い，構造中の水酸化マグネシウムを結晶化することによる構造への影響と吸着能力への影響を評価した。エージングを40℃あるいは180℃水熱処理したSAM118についてTG-DTAを比較すると，重量減少に伴う吸熱のピークが40℃-SAM118は100℃と350℃付近に，180℃-SAM118では100℃と380℃付近に認められた。40℃-SAM118に含有する非晶質の水酸化マグネシウムが180℃で処理することで結晶質となり，OH基の蒸発が高温側にシフトしたものと推察する。すなわち，結晶性の向上はOH基を安定化させることから，吸着能力を低下させる要因の一つであることが示された。
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