2021 Fiscal Year Annual Research Report
リチウムの海水からの回収を目指した新規吸着剤の開発
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21H01871
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
岡部 弘高 九州大学, 工学研究院, 准教授 (90221142)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | リチウム / 資源枯渇 / 高分子ゲル吸着材 / 資源捕集 / イオン吸着 / 希薄元素 / 海水溶存資源 / 海洋エネルギー資源 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カーボンフリー社会を実現するために蓄電池は重要であり、蓄電池の材料としてリチウムを確保することが必要である。陸産リチウム資源は南米に偏っており、日本が将来的にリチウムを確保できるかは不透明である。そこで、海水中に稀薄ながら大量に溶存しているリチウムを回収する新規吸着剤を開発し、リチウム資源の確保手段を確立することが本研究の目標である。
そこで初年度は吸着基として、クラウンエーテルの様な大員環基構造の最適化を目指して量子化学計算を用いた最適化と、リチウムに対するホストゲスト効果が最も高いと言われている12C4クラウンエーテルを高分子に大量に組み込むための実験検討を行うことにした。量子化学計算を効率的に行うために、高速なワークステーションを購入し、大員環基構造についてクラウンエーテル以外の選択肢についても検討する予定であった。
水溶液中ではリチウムの水和の影響で環にうまく収まらないために申請者の多元素吸着実験結果では、他の多くの元素と同程度の吸着率であった。これは吸着に対する活性化エネルギーが高くなっているためと考えられるので、水分子を含めた量子化学計算を行って、活性化エネルギーが低くホストゲスト効果が得やすい大きな環構造や副次的な基を導入することを検討する必要がある。そして、これらの検討は研究期間を通じて適宜行う予定であった。しかし、半導体不足の影響でワークステーションの導入が遅れたため、これらの検討は翌年度以降に繰り越して実施することが出来た。実験研究においては当初の通り、大員環基のゲル網目構造への大量導入のために大員環基を含む試薬を合成し、ゲル主鎖や架橋分子がどの様に組み込まれるかどうかを分析装置で調べた。ラジカル重合やガンマ線重合を検討する予定であったがラジカル重合で当初目的が果たされたので、ガンマ線の使用は行っていない。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
世界的半導体不足が原因でワークステーションの導入が遅れたため、予算と導入を2年度に繰り越した。そのため計算検討に関係する分が遅れることになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
遅れた計算関連は適宜進めており、世界的にも人気の高い新型CPUを導入したワークステーションを発売後早期に抑えて導入したことにより、期待以上に計算時間を短縮することが可能になった。そこで計算に関してはワークステーションの能力によって当初計画から遅れた分を充分に取り戻せるものと考えている。同時に計算結果を参考にしつつ実験検討もこれまで以上に進めるつもりである。
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