無機吸着剤を高機能化した分離システムの創製と水環境中の有害重金属除去
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22K04807
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
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| Research Institution | The University of Kitakyushu |
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Principal Investigator |
西浜 章平 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (00347668)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 膜分離 / 無機吸着剤 / 混合マトリックス膜 |
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| Outline of Research at the Start |
ヒ素やセレンは自然由来および人間活動に起因して水環境中に含まれる有害重金属であり、同時に分離除去が可能な手法の確立が求められている。鉄系の無機吸着剤であるゲータイトは、これらの重金属への吸着能を有しているが、粉末状であることから、カラム吸着プロセスへ適用するためには造粒する必要があり、そのために吸着性能が大きく低下する。本研究では、無機吸着剤であるゲータイトの性能を最大限に発揮させるために、混合マトリックス膜へと展開し、水環境中からヒ素およびセレンを高効率に分離除去できる水処理技術の確立を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、水環境中の有害重金属であるヒ素、およびセレンを分離対象物質とし、鉄系の粉末吸着剤ゲータイト（FeOOH）を担持した混合マトリックス膜によるヒ素とセレンの分離除去を行うことを目的としている。令和5年度はゲータイトを混合マトリックス膜に保持した高機能性膜分離材料を用いたヒ素およびセレンの同時分離除去について研究を行った。
デットエンド型セルを用いて圧力の影響を検討した結果、操作圧力の増加に伴って透過流束が増加し、阻止率が減少した。また、調製した高機能性膜分離材料は低圧条件下において優れた分離性能を有することが明らかになった。pHの影響を検討した結果、ヒ素・セレン共に酸性条件下で膜による高効率の分離が可能であった。中性領域（pH = 6 - 8）でのヒ素とセレンの分離性能はAs(V) ≧ As(III) > Se(IV) >> Se(VI)の順であった。これは、ヒ素とセレンの溶存化学種が大きく影響していると考えられる。
クロスフロー型セルを用いたヒ素・セレン単独溶液での透過実験の結果より、中性領域のAs(III), As(V), Se(IV)に対して90%以上の阻止率を達成した。一方で、Se(VI)の阻止率は50%程度であった。Se(VI)の阻止率はpHを1.5程度にすることで向上した。ヒ素・セレン混合溶液での透過実験の結果より、As(III)を含む混合溶液では、酸性領域においてAs(III), Se(IV)の両方で高い阻止率が得られた。As(V)を含む混合溶液では、酸性領域においてAs(V)/Se(IV)の同時除去が可能であり、As(V)/Se(VI)では短時間ではあるが同時除去が可能であることが明らかとなった。
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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
令和4年度～5年度の研究計画であったゲータイトを混合マトリックス膜に保持した高機能性膜分離材料の調製とヒ素およびセレンの同時分離除去手法の確立について予定通りの進捗で実施した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和6年度は、研究計画通り、長時間連続試験による膜分離システムの安定性・耐久性の評価を実施する。運転時間に伴い、吸着剤への吸着量が飽和に達すると分離性能が低下するとともに、透過流束も減少していくことが予想されるため、吸着された分離対象物質の溶離が可能な溶液により逆洗浄を行うことで、膜の再生挙動について評価を行い、連続運転が可能な操作条件を確立する。
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
