| 研究課題/領域番号 |
19K12395
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分64030:環境材料およびリサイクル技術関連
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| 研究機関 | 弘前大学 |
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研究代表者 |
官 国清 弘前大学, 地域戦略研究所, 教授 (90573618)
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| 研究分担者 |
吉田 曉弘 弘前大学, 地域戦略研究所, 准教授 (30514434)
阿布 里提 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (70565374)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 電気活性膜 / リチウムイオン分離回収 / 電気化学的に制御できるイオン交換分離プロセス / 選択性透過膜 / 自己電気エネルギー回収 / 吸着容量 / 脱着 / 分離機構 / リチウムイオン分離 / イオンシーブ配向透過膜 / 電気活性分離膜 / リチウムマンガン酸化物 / 電気活性イオン選択分離システム / 省エネルギー / 属イオンシーブ配向透過膜 / 界強化型電気活性膜分離 / 複合電気活性膜 / 金属イオンシーブ配向透過膜 / 電界強化型電気活性膜分離 / 導電性ポリマー透過膜 / 多孔性有機金属構造体 / リチウムイオン / 選択透過機構 / 分離回収 / 吸着・脱着特性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、多イオン共存条件の下、高リチウムイオン選択性を有する金属イオンシーブ配向透過膜の創製を中心にする。また、高周波パルス膜電位の印加による膜内イオン・電荷移動特性、イオン交換サイトにおけるリチウムイオンの可逆的な吸着・脱着特性、膜の動的輸率と膜構造との関係及び膜のシーブ効果などを調べ、膜の選択透過機構の解明を目指す。更に、補助電場の印加とカップリングによるリチウムイオン選択透過性及び膜中イオン移動速度に対する促進効果を調べ、リチウムイオン透過性および選択性のトレードオフを打破した斬新な電界強化型電気活性膜分離システムを構築し、リチウムイオンの迅速かつ連続的に分離回収する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、多イオン共存条件の下、高リチウムイオン選択性を有する電気活性膜を創生し、電気化学的に制御できるイオン交換分離プロセスに応用した。特に、高リチウムイオン選択性を有するλ-MnO2、還元型酸化グラフェン（rGO）及びアルギン酸カルシュム（Ca-alg）で構成されるスケーラブルなλ-MnO2/rGO/Ca-alg 三次元多孔質複合膜は優れたリチウムイオン選択性を示し、吸着容量は32.7mg・g-1に達した。また、自己電気エネルギー回収を備えたリチウムイオン分離回収システムを構築し、低いエネルギー消費でLiClを選択的に分離できることが実証された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
海水等溶液中の希薄なリチウムイオンの選択分離に対する新たな分離理論の構築、材料設計及びプロセス開発が必要である。本研究では、多イオン共存条件の下、高リチウムイオン選択性透過膜の創製を中心にし、新規電気活性イオン選択透過膜の合成方法を探索した。その同時に、Li-と伴う非金属イオン（特にBr-とCl-）を選択的に分離できる電気活性膜も合成し、Li-イオンと非金属イオン同時に選択的に分離できる省エネルギーの電気活性イオン選択分離システムを構築した。得られた研究成果は、Li+の分離回収に大きく貢献できるものと考えられる。また、Li+以外の様々な有価金属イオンの分離・濃縮を実現するための糸口ともなる。
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