2021 Fiscal Year Research-status Report
セルロースナノファイバーとキトサンを骨格とした高強度金属除去回収ゲル材料の創製
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21K14664
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| Research Institution | Tomakomai National College of Technology |
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Principal Investigator |
藤田 彩華 苫小牧工業高等専門学校, 創造工学科, 助教 (90782011)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | キトサン / セルロースナノファイバー / 金属除去 / ゲル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
重金属廃水処理やレアメタル回収における安全面の確保や資源循環問題は、持続可能な社会貢献のためにも解決しなければならない。そこで本研究では、セルロースナノファイバーとキトサンを骨格にもつダブルネットワーク（DN）ゲルを合成し、高強度な金属除去回収ゲル材料の創製を目指している。DNゲルとは２種類の高分子網目構造を持ち非常に機械的強度が高い。ここではキトサンおよびセルロースをネットワーク構造に持つDNゲルを合成し、機械的強度のある金属吸着材料を開発する。
令和３年度は一次網目構造となるキトサンゲルの合成検討を行った。キトサンのアミノ基へ金属と安定なキレートを形成するエチレンジアミン四酢酸（EDTA）を導入し、EDTAキトサンの誘導体を合成した。EDTAキトサンはアミノ基に対するEDTAの導入割合の違いにより水への溶解性が異なり、導入率が4割を超えると完全に水に溶解することが確認された。次に、水溶性が確認されたEDTAキトサン誘導体を用いて、一次網目構造となるキトサンゲルの合成を行った。キトサンゲルの合成は、アルカリ水溶液にEDTAキトサンを完全溶解し、ジエポキシ化合物を反応させ分子間・分子内に架橋構造を導入することで行った。EDTAキトサンの濃度やジエポキシ化合物の添加量、反応温度を検討しキトサンゲルの合成条件を決定した。また、物理特性の一つとして動的粘弾性特性を評価した結果、ジエポキシ化合物の添加量が増加するほど弾性率の高いゲルとなる傾向が見られた。
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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
当初の予定であったセルロースナノファイバーとEDTAキトサンのDNゲルの合成技術の確立には至っていないが、一次網目構造となるEDTAキトサンゲルの特性評価（令和４年度実施予定）に取り組み、動的粘弾性等の物理特性評価を実施することができた。これらの結果を基に次年度以降、セルロースナノファイバーとの複合を検討することが可能となったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に合成したEDTAキトサンゲルの種々の金属に対する吸着・脱着性の評価を行う。各種金属に対する吸着性、希酸処理による金属脱着性を評価し、重金属除去やレアメタル回収への適合性を実証する。同時に物理特性を詳細に調査し、ゲル構造と物理特性との間に相関があるか解明する。また、EDTAキトサンゲルとセルロースナノファイバーとの複合化を検討し、当初の目標を達成する。
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