2014 Fiscal Year Research-status Report
界面を高度に制御した環境調和型のレアメタル分離技術の開発
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25420806
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
久保田 富生子 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60294899)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
後藤 雅宏 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10211921)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | レアメタル / 分離回収 / 抽出 / 吸着 / イオン交換 / 希土類 / 貴金属 / リサイクル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、液液および固液界面を反応場として利用することにより、レアメタルの高度分離回収システムを開発する。レアメタル指向性の界面を形成するために、(1)新規分子認識試薬（抽出剤）の開発、(2)イオン液体(ILs)系の開発 (3) バイオマス、バイオマテリアルの利用、を検討している。本年度得られた成果は以下の通りである。
(1)アミド酸型の新規抽出剤による希土類金属の分離回収の検討を行った。その結果、分子中の官能基を少し変化させることで、金属の抽出性能ならびに物性が変化することが明らかとなった。さらに高精度の分離を実現するために、固体担体に抽出剤の官能基を固定化し、希土類選択的固液界面を形成する方法を見いだした。固体担体としては，通常試薬の他、大腸菌などのバイオマテリアルの利用が可能であることを示した。さらに膜への固定化により、膜輸送にも利用可能であることを示した。
(2)ILsを用いる方法では、イミダゾリウム型のILsを中心に、一般金属からの貴金属の分離およびAu, Pt, Pdを分離回収するIL抽出システムの開発ならびに最適化を行った。これらILs自身が抽出機能を有することに着目し、これに重合機能を付与してポリマー化することによって，吸着材を調製することに成功した。重合時にエマルション法を用いることにより、高界面積が得られ、Auに対し高選択的、高容量の吸着特性を獲得した。
(3)天然のコットン由来の酢酸セルロースの吸着剤への利用を検討した。Auの吸着には酢酸エステルが必要であるが、その置換度だけではなく、界面積、非結晶性ならびに界面への水配向性等が重要な要素になることが明らかとなった。置換度2.4のジアセテートによりAuのみを高容量で回収し、焼却によって容易に金属Auを得ることに成功した。
以上界面の制御により、高性能のレアメタル分離システムの構築が可能であることを示した。
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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
新規抽出剤の合成方法ならびに、目的金属に対する分子設計の指針が得られた。さらにこれを固定化し、レアメタル選択的界面形成方法を見いだした。これらの知見をもとに、操作性の良い分離システムの構築への展開が可能となった。
イオン液体系では、これまでに溶媒としての利用法とともに、抽出機能を有する貴金属のための分離システム設計の指針が得られた。各金属のイオン液体との反応のメカニズムの解明も進み、レアメタル、特に貴金属ではPt，Pd、Rh等白金族分離を対象としとしたイオン液体の機能化ならびに分離システム構築の展開に繋がる。
26年度、27年度の計画の実行が前後しているものもあるが、概ね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
官能基を微細に調整した新規抽出剤の開発を引き続き行い、スクラップや未利用資源に含まれる希土類金属ならびにCo, Niおよび貴金属のレアメタルの分離回収を検討する。
高精度の分離を行うには、抽出剤と同じ性能の吸着剤（イオン交換樹脂）が有用であることから、本年度見いだした方法によりその調製を行う。特に固定化する担体を検討し、表面に官能基のレアメタル選択的配向を施すとともに、操作性のよい吸着剤を得ることを目指す。開発した抽出剤、吸着剤を用いて、性能の評価基準となるレアメタルの抽出および吸着速度、pHの依存性、塩の影響、分配、吸着容量等を測定する。抽出あるいは吸着したレアメタルの回収方法を検討し、抽出剤あるいは吸着剤としての評価を行う。各レアメタルに適合した分離回収システムを選択し、その最適化を行い、各システムの利用の可能性を示す。
イオン液体では、抽出剤そのものをイオン液体化することにより、レアメタルを選択的に認識する高機能性のイオン液体を開発する。また、本イオン液体を含むさまざまなイオン液体の組み合わせによって、レアメタル指向性の界面を形成し、レアメタル特に白金族金属の高度分離システムを開発する。
3年間で開発した分離システムを用いて、使用済みの電子機器や自動車廃棄触媒、あるいは未利用資源のレアメタルの回収への適用（浸出液からの分離回収）を検討する。
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| Causes of Carryover |
本年度は、人件費が発生しなかった。来年度は、これまで開発した分子認識試薬の性能を向上させるために新たな分子設計と合成、またイオン液体分離システムの開発を行うための合成試薬等、材料費が多く必要となる。さらに分子認識試薬を担体に固定化し、レアメタル高指向性の分離材を調製するための担体の検討を行うため、その材料が必要になる。開発した試薬、分離材の同定や、性能評価のために、分析料およびガス類が増加する。従って物品費を次年度に回すこととした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は、概ね 合成試薬、樹脂類、イオン液体、ガラス器具および分析用アルゴンガス等の物品費（1,400,000円），学会および打ち合わせ旅費(300,000円），分析機器使用料（200,000円）、成果報告のための論文投稿経費、学会登録料（100,000円）である。
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