2022 Fiscal Year Annual Research Report
フルオラス溶媒の強力な疎水性を利用した革新的な新規抽出系の構築
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21K17911
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
上田 祐生 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究職 (80806638)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | フルオラス溶媒 / 溶媒抽出 / 金属資源リサイクル / 凝集現象 / 第三相 / 中性子小角散乱法 / 中性子反射率法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、強力な疎水性を有するフルオラス溶媒を希釈剤とすることで、第三相を生成させず水相との相互溶解を抑制したフルオラス抽出系を構築し、低環境負荷型の新たな分離システムを目指す。さらに、抽出の際の水和水をフルオラス溶媒の強力な疎水性により排除することにより、従来の抽出系を凌駕する高い抽出能力や分離性能が期待できる。
前年度までに、工業用抽出剤であるリン酸エステルを部分的にフッ素化したフルオラス抽出剤を合成し、合成したフルオラス抽出剤とリン酸エステルの抽出・分離性能を比較した。その結果、フルオラス抽出剤はリン酸エステルよりも強力な抽出能力および分離性能を発揮した。さらに、リン酸エステルでは第三相を生成してしまう高濃度の金属イオンや酸を含んだ水溶液からの抽出においても、フルオラス抽出剤は第三相を生成しなかった。
本年度は、フルオラス抽出剤の高い抽出分離能力および第三相を生成しない要因を探求するために、中性子小角散乱法(SANS)によりそれぞれの抽出剤の抽出相中での凝集・分散状態を観察した。まず、抽出剤濃度の変化によるSANSプロファイルの変化を検討した。いずれの抽出系においても、抽出剤濃度の増加に伴った散乱強度の増加が観察された。これは、それぞれの抽出相において形成されている会合体の数の増加が反映されていると推察される。次に、酸濃度の変化によるSANSプロファイルの変化を検討した。有機溶媒抽出系の場合、酸濃度の増加に伴った散乱強度の増加が観察され、これは有機相で形成されている会合体数の増加を示唆している可能性がある。その一方で、フルオラス抽出系の場合、酸濃度の増加に伴いSANSプロファイルが著しく変化しており、フルオラス相中で形成されている会合体の大きさが変化していることが示唆された。このような抽出相における抽出剤の凝集・分散状態の違いが抽出分離能力と関連していると考えられる。
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