2014 Fiscal Year Research-status Report
官能基装飾磁性活性炭と高勾配磁気分離による新浄水処理技術の開発
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26420533
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
三浦 大介 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (50281241)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 籾殻磁性活性炭 / 高勾配磁気分離 / 磁性ゼオライト / 磁気アルキメデス効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁気力による環境浄化と有価資源回収技術の開発に関して、新規磁性吸着剤と高勾配磁気分離の組み合わせ、及び磁気アルキメデス法による技術開発を目指し鋭意研究を行った。
①炭素系廃棄物として籾殻に着目し、炭化と賦活処理、及び坦磁処理を行うことによりメソ孔と強磁性を有する籾殻磁性活性炭の作製に成功した。これを用いて水中からの難分解性溶存有機物であるフミン酸の吸着除去及び，高勾配磁気分離処理の検討を行った。その結果、54ppmのフミン酸水溶液中に5000ppmの籾殻磁性活性炭を攪拌吸着させ、さらに2Ｔの超電導磁石中にマウントした磁性線フィルター（直径100ミクロンの細線網）を通過させることにより、流速0.5ｍ/秒という高速で97.6％という高除去率を達成した。また吸着剤は低温で大気中熱処理により再生できることが判明した。
②有機物の吸着に優れる活性炭とは対照的にイオン性物質の吸着特性に優れるゼオライトに着目し、これに磁性を付与した磁性ゼオライトを共沈法により作製した。その結果、アンモニアイオン吸着に優れ、塩化ナトリウム水溶液中で簡単にＮａイオンとのイオン交換が行えることが判った。一方、磁気選別により磁化も最大13.5emu/gまで増加したが、結晶サイズがサブミクロンと細かいことで磁気力は十分でなく、磁気分離性能には改善の余地があることが判明した。
③都市鉱山や水環境中の有価資源を磁気力で回収すべく磁気アルキメデス効果に着目し、水溶液中の混合物から有価資源の選択回収を検討した。水溶液としては磁化の大きさを調整可能な常磁性の塩化マンガン水溶液を用い、超電導マグネット中でCCDカメラにより磁気浮上分離状況を観察する実験装置を作製した。被回収分離物質である金、酸化パラジウム、銅などが其々の磁化率と密度の差により、異なる位置（磁場と磁気勾配の積に対応する特定の位置）に分離浮上することが確認された。
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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
上述した研究実績は研究スケジュールに概ね則しており、さらに加えて活性炭セパレータ（ネオジ系永久磁石と磁性細線を組み合わせたローラー型の高勾配磁気分離装置）を新たに前倒しで作製し、現時点で籾殻活性炭に置いて良好な磁気分離特性を確認している。これにより超電導マグネットを使用せずに水質浄化が行える可能性がでてきた。そのような理由から研究は概ね順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
①籾殻活性炭の高性能化：炭素系廃棄物の有効利用を促進するため、より安価な方法での作製、メソ孔と吸着性能との関係、磁化と吸着性能とのトレードオフについて調査し、さらに再生熱処理の最適化を行う。②磁性ゼオライト：磁気力を増加させる為に結晶サイズの向上、磁化の増大が必要である。これは熱処理時間の増加、原料となるフライアッシュの粒径大、塩化鉄濃度の増加で最適化できると考えており、それを実行する。また有価資源であるリチウムイオンをターゲットとした磁性ゼオライトの開発に力を入れる。①、②の吸着剤を高速磁気分離するシステムの構築。特に経済的な0.5Ｔの永久磁石で磁気分離するローター式高勾配磁気分離装置を開発する。③高勾配磁気アルキメデス法の開発による分離性能の高度化：磁気アルキメデス効果で分離性能を向上させるべく、磁場と磁場勾配の積を大きくするための磁性物質の空間的な構成をシミュレーション実験で実施し、磁性材料との組み合わせでより分離性能の向上を図る。
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| Causes of Carryover |
本年度購入した実験機器である活性炭セパレータ（ネオジ永久磁石のローター式磁気分離装置）が当初の金額よりやや安価であった為に生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越された66,638円は磁性活性炭調整の為の薬品代に充てる。
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