2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development efficient adsorption sites for removal of ionic pollutants from aqueous solution
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26340058
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
町田 基 千葉大学, 総合安全衛生管理機構, 教授 (30344964)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 炭素 / 吸着 / 水質浄化 / 重金属イオン / 陰イオン / 表面 / ４級窒素 / ヘテロ元素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では水中の不純物除去に広く用いられている活性炭について，これまでにない性能を付与してその用途を拡大しようとするものである。水処理において活性炭はその構造中のグラファイト面（疎水性表面）での吸着質とのπ－π相互作用などの分子間力を利用して主に水中の有機物（疎水性物質）の吸着除去に適用されてきた。一方，通常の活性炭は疎水性の表面しか持たないため，水中に存在する重金属イオンなどのイオン性物質（親水性）の吸着には不向きであり，イオン性物質の除去にはイオン交換樹脂やゼオライトなどの親水性表面をもつ吸着剤が使われてきた。しかしながら，活性炭はグラファイトが絡みあった炭素骨格からなるため無害であり，酸塩基や熱に対する耐性も他の吸着剤と比べて高いために再生もし易いという特長がある。そこで本研究では，活性炭表面にイオン性物質の親水性吸着サイトを付与して，再生しやすい環境負荷の少ない吸着剤の調製を試みた。
昨年度までの検討でニッケルやカドミウムなどの陽イオンについては炭素表面を酸化することにより2 mmol/g以上というイオン交換樹脂以上の性能がえられているので，さらに複数のイオンを混合した場合やフロー系や炭素繊維の表面酸化の最適化を試み，これまで塩基性溶液中で活性炭の一部が溶出する問題が残されていたが，この問題をほぼ解決し酸化活性炭のナトリウム交換体なども調製できるようになった。これにより吸着速度の測定なども容易に実施できるようになった。
陰イオン交換サイトについては4級窒素の導入ができるようになったと推定されたので，調製した活性炭の表面について硝酸イオンの吸着をモデルに溶液pHの影響や活性炭塩化物イオンと硝酸イオンの交換，XPSによる４級窒素の直接確認などにより予測どおり4級窒素の量が増えたことによって陰イオン吸着容量が増大していることが裏付けられた。
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