2022 Fiscal Year Research-status Report
深共晶溶媒を用いた新たな分離場の創出と貴金属の革新的分離技術の開発
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21K12313
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
馬場 由成 宮崎大学, 工学部, 特任教授 (20039291)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菅本 和寛 宮崎大学, 工学部, 准教授 (10274771) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 新規抽出剤 / 深共晶溶媒 / Sc, Yの分離回収 / Pd, Rh, Ptの分離回収 / 廃電子機器 / 自動車廃触媒 / 資源循環型社会 / 分離・回収プロセス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は「水素結合受容体」としてトリオクチルホスフィンオキシド(TOPO(固体))またはリン酸トリブチル(TBP(液体))を基体とし、一方、「水素結合供与体」として新たに開発した新規抽出剤のラウロイルサルコシン(NLS)、およびアミン系抽出剤などで作製される「深共晶溶媒」の探索を行い、それらの金属イオンに対する抽出選択性の評価、また、抽出メカニズムの解析・定量化についても検討を行った。
(1)対象金属として難分離性のSc/Fe/Yを含むNH4NO3系水溶液からのpH依存性を調べ、それぞれの金属の相互分離について詳細に検討した。ここでは、NLSとTOPOとのDESによる分離性能について述べる。この系では低pHでは“協同効果”、高pH側では“拮抗作用”が働き、NLSとTOPO単独溶液(含むトルエン)よりもSc>Fe>Yのように分離効率(選択性および抽出率)が各段に向上した(DES希釈系 NLS : TOPO = 1 : 1)(DES無希釈系 NLS : TOPO = 2 : 1)。
(2)一方、貴金属については難分離性であるPd/Pt/Rhの塩酸溶液からの相互分離について検討した。①TBPを基体として、NLSと組み合わせることでDESの作製に成功した。ここでは、NLSとTBPとのDESによる分離性能について述べる。この系では高塩酸濃度領域では“協同効果”が働き、Ptに抽出選択性があることが明らかとなった(DES無希釈系 NLS : TBP = 1 : 2)。②アミン系抽出剤とNLSやテノイルフルオロアセトンを組み合わせることでDESの作製に成功した。また、Rhに高い抽出選択性を示す抽出剤の探索も平行して行っている。Rhの高選択的な抽出剤の探索について、アミン系抽出剤とTOPOとの混合抽出剤において付加錯体の形成によりPt,Pdを含む塩酸溶液からRhを高選択的に抽出することができた。
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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
本年度は「水素結合受容体」としてTOPOまたはTBPを基体とし、一方、「水素結合供与体」として新たに開発した新規抽出剤のNLS等との組み合わせで作製される「深共晶溶媒」の探索を行い、それらの金属イオンに対する抽出選択性の評価、また、抽出メカニズムの解析・定量化についても検討を行った。
(1)TOPO(固体)を基体とし、固体-固体、固体-液体の組み合わせによって、常温で液体のDESを作製することに成功した。また、NLSとTOPOとのDESによるSc/Fe/Yの分離性能について検討した。この系では単独溶液よりもSc>Fe>Yのように分離効率が格段に向上した。低pH領域ではTOPOによる“協同効果”によってScがより低pHから抽出され、高pH領域ではNLSによる“拮抗作用”働き、FeとYがより高いpHから抽出された。現在、①NLS、TOPO単体によるScの抽出平衡、②DESによるScの抽出平衡などを考慮して、その定量化を行っている。
(2)一方、難分離性であるPd/Rh/Ptの相互分離では①TBPを基体とし、NLSとの組み合わせによって常温で液体のDESの作製に成功した。この系では、高塩酸濃度領域でPtに抽出選択性があることがわかった。これはDESの生成によるものであると期待される。②アミン系抽出剤とNLSやテノイルフルオロアセトンを組み合わせることでDESの作製に成功した。また、Rhに高い抽出選択性を示す抽出剤の探索も平行して行っている。Rhの高選択的な抽出剤の探索について、4-n-オクチルアニリンとTOPOとの混合抽出剤において付加錯体の形成によりPt、Pdを含む塩酸溶液からRhを高選択的に抽出することができた。また、4-n-オクチルアニリン単体では平衡後の抽出錯体が有機相中に沈殿し溶解性において課題があったが、混合抽出剤による付加錯体は有機相中に完全に溶解することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、本プロジェクトの本質である「貴金属抽出メカニズムの解析・定量化、および実用化」を目的とする。そのためにはこれらの金属の抽出序列をRh>>Pt>>Pdに分離する分離場の創出が肝となる。
今までにRhに対して高い選択性を示した工業用抽出剤は開発されていない。したがって、貴金属の工業的回収プロセスではPtやPdはそれぞれTBPやDHS(ジヘキシルスルフィド)による抽出によって分離回収されているが、Rhは最後に残留物として分離回収されている。このようにPd/Rh/Ptの分離回収には複数の抽出剤を必要とし、処理工程が長く、コストがかかるなどの問題がある。また、大量の揮発性有機溶媒を使用するなど環境的な問題も抱えており、解決法が求められている。
解決法として、従来から使用されている工業用抽出剤同士を組み合わせて、環境調和型、かつ低コストの“抽出剤”兼“有機溶媒”となる新たなDESを創出し、 その特性を巧みに利用した難分離性貴金属(Pd/Rh/Pt)の高選択的な抽出分離技術の開発を目指す。DESの組み合わせを考える場合に重要なことは、“協同効果” を発現すると期待されるアミン系の抽出剤および硫黄原子を含んでいる硫黄系の抽出剤を中心にして、一方では“拮抗作用”を発現すると思われるアルキルカルボン酸やリン酸化合物との組み合わせになる。
本研究と類似した研究として“イオン液体”による金属抽出分離に関する研究報告例は多数あるが、本研究との相違点は、①合成(調製)が非常に容易であること、②原材料が安価であること、③低毒性であることなどがあげられ、DESはイオン液体よりも低コストでかつ環境調和型の抽出溶媒となる。さらに、我々が見 出したDESが難分離性の金属間の分離能を向上させる機能は、様々な金属分離系へ応用できると考えられ、これまでにない次世代型の抽出分離技術シーズの創出が期待される。
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| Causes of Carryover |
本年度も昨年度に引き続き、本プロジェクトの本質である「貴金属抽出メカニズムの解析・定量化、および実用化」を目指して検討する。
調製したDESを用いて、①貴金属に対し、酸濃度依存性・温度依存性・逆抽出試験等を行い、基礎となる抽出データを集積する。これらを基に、②協同効果・拮抗作用が機能しているか、どのような抽出錯体が生成しているか等を解析し、抽出メカニズムを明らかにする。最終的には、廃棄物からの難分離性貴金属間の分離回収を想定し、最適なDESの組成や抽出条件の最適化を図った上で、DESの耐久試験を行う予定である。
そのため、研究補助員の雇用を含めて予算を使用する計画である。
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