2015 Fiscal Year Annual Research Report
高速高効率で水中の重金属イオンを光応答で回収できる多孔性クリオゲルの合成と評価
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25340096
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
鈴木 隆之 東京電機大学, 工学部, 教授 (20257215)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 高分子ハイドロゲル / 拡散 / 金属イオン / 錯形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題のポイントは、次の2つである。(1)高分子ハイドロゲル内を金属イオンが素早く移動するための材料の多孔質化、(2)ハイドロゲル内部を移動する金属イオンの拡散係数の算出.
(1)について、2種類の共重合体、すなわち、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミドーコースピロピランアクリレート)(略称P(NIPAAm-SPAA))およびポリ(ヒドロキシメタクリレートーコースピロピランメタクリレート)(略称P(HPMA-SPMA))においてクリオゲルの作成に成功した。P(HPMA-SPMA)の多孔質材料においては、μmオーダーのポアサイズで調製することができる。しかしながら、P(NIPAAm-SPAA)の多孔質材料におけるSEM画像などからの物性パラメータは、水中における状態を反映しないことが示唆された。これは、前者が真空状態で測定しているのに対して、後者は水中で膨潤しているためである。この点において、P(HPMA-SPMA)は堅牢な分子骨格を有しており問題ないようである。
(2)について、(1)で作製したクリオゲルの他に、比較試料として孔のない緻密タイプのゲルも作製した。すべてのタイプの高分子ハイドロゲルにおいてその色調変化を利用した金属イオンの拡散挙動を定量的に測定することを試みた。ここで、P(NIPAAm-SPAA)のNIPAAm成分は感温性を示すため周囲の温度で容積が変化しやすい。一方、P(HPMA-SPMA)のHPMA成分は堅牢な骨格であるがためにわずかな応力でクラックする危惧が伴うことがわかった。そこで、外力が生じにくい配置でスピロピラン部位の色調変化を経時観測し、フィック型拡散として各種金属イオンの拡散係数を算出することに成功した。Pb(II), Zn(II)などの代表的なイオンの室温(25℃)における拡散係数は、おおむね10の-10乗(m2/sec)であった。
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