海洋深層水からのレアメタルの多元素同時分離回収システムに関する実証研究

• 研究課題/領域番号: 20360353
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 化工物性・移動操作・単位操作
• 研究機関: 北九州市立大学
• 研究代表者: 吉塚 和治 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (70191567)
• 研究分担者: 西浜 章平 北九州市立大学, 国際環境工学部, 准教授 (00347668)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円); 2010年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2009年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2008年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
• キーワード: 海洋資源 / レアメタル / 吸着分離 / 海洋深層水 / リチウム

研究概要

本研究ではリチウム、ストロンチウム、ルビジウムおよびモリブデンに対して高選択性を有する新規吸着分離剤を開発すると共に、これらのレアメタルの分離回収プロセスをハイブリッド化することにより、海水からの多元素同時分離回収システムを創成することを目的としている。本研究では、以下の研究を行った。
(1)無機系イオン形状記憶型吸着剤の開発
ストロンチウム吸着剤としてゼオライト系吸着剤、ルビジウム吸着剤として二酸化マンガン系吸着剤、およびモリブデン吸着剤としては酸化鉄系吸着剤を開発した。
(2)吸着平衡と速度の測定と吸着機構の解明
ターゲット金属の吸着量の時間変化を測定し、吸着速度のpH、金属イオン濃度、吸着剤量の依存性を明らかにした。
(3)新規吸着剤の造粒手法の開発
(1)および(2)で開発した新規吸着剤の造粒方法の開発を行い、バインダーの種類・量などについて検討した。
(4)模擬海洋深層水からのレアメタルの分離回収の基礎実験
開発した吸着剤を充填したカラムを用いて、模擬海洋深層水を用いたリチウム、ストロンチウム、ルビジウムおよびモリブデンの分離回収を各々個別に行う。実験に使用する海洋深層水は、平成17年度末に我々の研究グループが下関水産大学校と共同でサンプリングを行った東京都・沖ノ鳥島沖の海洋深層水のイオン分析結果を参考にして作成した「模擬海洋深層水」を用いた。模擬海洋深層水中の共存イオンの阻害を抑制しながら、各元素を高選択的に分離回収できるよう、供給液速度、吸着後のカラム洗浄(スクラビング)、溶離条件の最適化を行った。
(5)模擬海洋深層水からの4元素同時分離回収の基礎実験
ラボスケールの4元素同時分離回収システムを製作し、海洋深層水からのリチウム・ストロンチウム・ルビジウム・モリブデンの吸脱着挙動、分離挙動対する実験条件の影響について詳細に調べた。4元素の中で、リチウムとストロンチウムは高い回収率を達成したが、ルビジウムとモリブデンは低い回収率に留まった。これについては今後も引き続き検討していく。
(6)海水からの4元素同時分離回収システムの実証試験
1ヶ月に亘るリチウム・ストロンチウム・ルビジウム・モリブデンの選択的分離回収の実証試験を海水からのレアメタル回収用パイロットプラントを用いて行い、吸着カラムモジュールの選択的分離特性の変化及び長期間の耐久性について評価した。パイロットプラントは、佐賀大学海洋エネルギー研究センターに設置してある海水リチウム回収基礎研究装置を仕様変更して「海水レアメタル同時回収基礎研究装置」として使用した。長期間の回収試験により、リチウムについては高い選択率と回収率を達成したが、ストロンチウムやルビジウム、モリブデンについては低い選択率と回収率に留まった。これについては今後も引き続き検討していく。

研究成果

• [雑誌論文] Selective Recovery Process of Lithiumfrom Seawater Using Integrated IonExchange Methods (2011)
  • 著者名/発表者名: Nishihama, S., Onishi, K., Yoshizuka K.
  • 雑誌名: Solvent Extraction and Ion Exchange 29(3) ページ: 421-431
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective Recovery Process of Lithium from Seawater Using Integrated Ion Exchange Methods (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Nishihama, K.Onishi, K.Yoshizuka
  • 雑誌名: Solvent Extraction and Ion Exchange 巻: 29(3)(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synergistic Solvent Impregnated Resin for Adsorptive Separation of Lithium Ion (2010)
  • 著者名/発表者名: Onishi, K., Nakamura, T., Nishihama, S., Yoshizuka K.
  • 雑誌名: Industrial and Engineering Chemistry Research 49 ページ: 6554-6558
  • 査読あり
• [雑誌論文] ウユニ塩湖のリチウムをゲットせよ (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉塚和治
  • 雑誌名: 化学 65(5) ページ: 52-55
• [雑誌論文] 溶融石炭灰と海水を用いたゼオライト系吸着剤の調製と陽イオン交換特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 平井尚, 和嶋隆昌, 吉塚和治
  • 雑誌名: 日本イオン交換学会誌 21(4) ページ: 382-387
  • NAID: 130002138609
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synergistic Solvent Impregnated Resin for Adsorptive Separation of Lithium Ion (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Onishi, T.Nakamura, S.Nishihama, K.Yoshizuka
  • 雑誌名: Industrial and Engineering Chemistry Research 巻: 49 ページ: 6554-6558
  • 査読あり
• [雑誌論文] Separation and Recovery of Tetramethyl Ammonium Hydroxide with Zeolitic Adsorbents (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Nishihama, K.Takatori, K.Yoshizuka
  • 雑誌名: Ion Exchange Letters 巻: 3 ページ: 1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] ウユニ塩湖のリチウムをゲットせよ (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉塚和治
  • 雑誌名: 化学 巻: 65(5) ページ: 52-55
• [雑誌論文] 溶融石炭灰と海水を用いたゼオライト系吸着剤の調製と陽イオン交換特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 平井尚, 和嶋隆昌, 吉塚和治
  • 雑誌名: 日本イオン交換学会誌 巻: 21(4) ページ: 382-387
  • NAID: 130002138609
• [雑誌論文] Analytical survey of arsenic in geothermal waters from sites in Kyushu, Japan, and a method for removing arsenic using magnetite (2010)
  • 著者名/発表者名: Kazuharu Yoshizuka, Syouhei Nishihama, Hideki Sato
  • 雑誌名: Environmental Geochemistry and Health 32(4) ページ: 258-263
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ion exchange Adsorption of Molybdenum with Zeolitic Adsorbent (2009)
  • 著者名/発表者名: Nishihama, S., Yoshizuka K.
  • 雑誌名: Journal of Environmental Engineering and Management 19(6) ページ: 365-369
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ion exchange adsorption of molybdenum with zeolitic adsorbent (2009)
  • 著者名/発表者名: Syouhei Nishihama, Kazuharu Yoshizuka
  • 雑誌名: Journal of Environmental Engineering and Management 19(6) ページ: 365-369
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Zeolite X from Waste Sandstone Cake Using Alkali Fusion Method (2008)
  • 著者名/発表者名: Wajima T., Yoshizuka K., Hirai T., Ikegami, Y.
  • 雑誌名: Materials Transactions 49(3) ページ: 612-618
  • NAID: 10021145241
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extraction of Actinides by Multidentate Diamides and Their Evaluation With Computational Molecular Method (2008)
  • 著者名/発表者名: Sasaki, Y. Kitatsuji, Y. Hirata, M. Kimura, T. Yoshizuka, K.
  • 雑誌名: Proceedings of International Solvent Extraction Conference 1 ページ: 294-300
  • 査読あり
• [雑誌論文] Seasonal Changes in the Microbial Population of the Water Column and Sediments of the Ongagawa River, Northern Kyushu, Japan (2008)
  • 著者名/発表者名: Nishihama, S., Haraguchi, A., Kawano, T., Michiki, K., Nakazawa, K., Suzuki, T., Uezu, K., Yoshizuka, K.
  • 雑誌名: Limnology 9(1) ページ: 35-45
  • NAID: 10021102369
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Zeolite X from Waste Sandstone Cake Using Alkali Fusion Method (2008)
  • 著者名/発表者名: Wajima, T., Yoshizuka, K., Hirai, T., Ikegami, Y.
  • 雑誌名: Materials Transactions 49 (3) ページ: 612-618
  • NAID: 10021145241
  • 査読あり
• [雑誌論文] Micro-flow Injection System for the Urinary Protein Assay (2008)
  • 著者名/発表者名: Nishihama, S., Imabayashi, H., Matoba, T., Toya, C., Watanabe, K., Yoshizuka, K.
  • 雑誌名: Talanta 74(5) ページ: 1350-1354
  • 査読あり
• [学会発表] Selective Recovery of Lithium from Seawater-Achievement and Prospect. (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉塚和治
  • 学会等名: Special Seminar in Changwon National University
  • 発表場所: Changwon National University(韓国)
  • 年月日: 2011-03-29
• [学会発表] Selective Recovery of Lithium from Seawater-Achievement and Prospect- (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Yoshizuka
  • 学会等名: Special Seminar in Changwon National University
  • 発表場所: Changwon National University(韓国)
  • 年月日: 2011-03-29
• [学会発表] 海水やかん水からのリチウム回収技術～アンデスの塩湖からリチウムの回収に挑む造粒技術～ (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉塚和治
  • 学会等名: 日本粉体工業技術協会2010年度第2回(通算96回)造粒分科会技術討論会
  • 発表場所: 中央大学後楽園キャンパス
  • 年月日: 2011-03-04
• [学会発表] 海水からのリチウム回収の動向と展望 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉塚和治
  • 学会等名: 核融合科学研究会第22回講演会
  • 発表場所: 核融合科学研究所
  • 年月日: 2011-03-01
• [学会発表] Separation and Recovery Process of Rare Metals from Waste Lithium Ion Battery (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Hayashida, S.Nishihama, K.Yoshizuka
  • 学会等名: The 23rd International Symposium on Chemical Engineering
  • 発表場所: 九州産業大学
  • 年月日: 2010-12-04
• [学会発表] Separation and Recovery of Strontium from Fly Ash (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Saito, S.Nishihama, K.Yoshizuka
  • 学会等名: The 23rd International Symposium on Chemical Engineering
  • 発表場所: 九州産業大学
  • 年月日: 2010-12-04
• [学会発表] Solvent Impregnated Resin-A Bridge Technology between Solvent Extraction and Ion Exchange (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉塚和治
  • 学会等名: V Coloquio de Macromoleculas CM-5
  • 発表場所: Termas de Catillo(チリ)
  • 年月日: 2010-12-02
• [学会発表] Solvent Impregnated Resin-A Bridge Technology between Solvent Extraction and Ion Exchange (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Yoshizuka
  • 学会等名: V Coloquio de Macromoleculas CM-5
  • 発表場所: Termas de Catillo (チリ)
  • 年月日: 2010-12-02
• [学会発表] 海水及び温泉水からのリチウム回収とリチウムイオン電池の現状と展望 (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉塚和治
  • 学会等名: 第7回九州地域戦略会議夏季セミナー
  • 発表場所: パトリア日田
  • 年月日: 2010-08-05
• [学会発表] Separation and Recovery of Lithium and Cobalt from Waste Lithium Ion Battery (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Hayashida, S.Nishihama, K.Yoshizuka
  • 学会等名: The 5th International Conference on Ion Exchange
  • 発表場所: The University of Melbourne(オーストラリア)
  • 年月日: 2010-07-19
• [学会発表] 廃リチウムイオン電池からのリチウムとコバルトの分離回収 (2010)
  • 著者名/発表者名: 林田一貴, 西浜章平, 吉塚和治
  • 学会等名: 第47回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場
  • 年月日: 2010-07-10
• [学会発表] β-ジケトン/中性有機リン抽出剤含浸樹脂を用いた海水からのリチウム回収プロセスの開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 大西健太, 中村隆秀, 西浜章平, 吉塚和治
  • 学会等名: 第2回化学工学3支部合同北九州大会
  • 発表場所: 西日本総合展示場
  • 年月日: 2009-10-31
• [学会発表] ss-ジケトン/中性有機リン抽出剤含浸樹脂を用いた海水からのリチウム回収プロセスの開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 大西健太、中村隆秀、西浜章平、吉塚和治
  • 学会等名: 第2回化学工学3支部合同北九州大会
  • 発表場所: 西日本総合展示場
  • 年月日: 2009-10-31
• [学会発表] マグネタイト吸着剤を用いた地熱水からのヒ素の分離 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤秀樹、西浜章平、吉塚和治
  • 学会等名: 第2回化学工学3支部合同北九州大会
  • 発表場所: 西日本総合展示場
  • 年月日: 2009-10-31
• [学会発表] Analytical survey of arsenic in geothermal waters from sites in Kyushu, Japan (2009)
  • 著者名/発表者名: Kazuharu Yoshizuka
  • 学会等名: 2009 Taiwan-Japan International Symposium on Environmental Science, Technology and Management
  • 発表場所: National Taipei Univeristy of Technology, Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2009-09-21
• [学会発表] Adsorptive Recovery of Lithium from Seawater with a Synergistic Impregnated Resin (2009)
  • 著者名/発表者名: 大西健太, 中村隆秀, 西浜章平, 吉塚和治
  • 学会等名: 14th International Symposium on Physicochemical Methods of the Mixtures Separation "Ars Separatoria 2009"
  • 発表場所: Kudowa Zdroj, Poland
  • 年月日: 2009-06-15
• [学会発表] Adsorptive Recovery of Lithium from Seawater with a Synergistic Impregnated Resin (2009)
  • 著者名/発表者名: Kenta Onishi, Takahide Nakamura, Syouhei Nishihama, Kazuharu Yoshizuka
  • 学会等名: 14th International Symposium on Physicochemical Methods of the Mixtures Separation "Ars Separatoria 2009"
  • 発表場所: KUDOWA ZDROJ, Poland
  • 年月日: 2009-06-15
• [学会発表] Separation and Recovery of Lithium from Geothermal Water (2009)
  • 著者名/発表者名: Hideki Sato, Syouhei Nishihama, Kazuharu Yoshizuka
  • 学会等名: 14th International Symposium on Physicochemical Methods of the Mixtures Separation "Ars Separatoria 2009"
  • 発表場所: KUDOWA ZDROJ, Poland
  • 年月日: 2009-06-15
• [学会発表] Inorganic Ion Exchangers-Their Performance and Prospect (2009)
  • 著者名/発表者名: 吉塚和治
  • 学会等名: International Workshop on Removal of Toxic Species and Recovery of Valuable Components from Water
  • 発表場所: Institute of Chemical Technology, Prague, Czech
  • 年月日: 2009-06-12
• [学会発表] Selective Recovery of Lithium Ion from Seawater with Novel Synergistic Impregnated Resin (2009)
  • 著者名/発表者名: 大西健太, 中村隆秀, 西浜章平, 吉塚和治
  • 学会等名: International Workshop on Removal of Toxic Species and Recovery of Valuable Components from Water
  • 発表場所: Institute of Chemical Technology, Prague, Czech
  • 年月日: 2009-06-12
• [学会発表] Inorganic Ion Exchangers -Their Performance and Prospect (2009)
  • 著者名/発表者名: Kazuharu Yoshizuka
  • 学会等名: International Workshop on Removal of Toxic Species and Recovery of Valuable Components from Water
  • 発表場所: Institute of Chemical Technology, Prague, Czech
  • 年月日: 2009-06-12
• [学会発表] Selective Recovery of Lithium from Geothermal Water by Ion Exchange Technique (2009)
  • 著者名/発表者名: Hideki Sato, Syouhei Nishihama, Kazuharu Yoshizuka
  • 学会等名: International Workshop on Removal of Toxic Species and Recovery of Valuable Components from Water
  • 発表場所: Institute of Chemical Technology, Prague, Czech
  • 年月日: 2009-06-12
• [学会発表] Separation of Li and B from Geothermal Water by Ion Exchange and Membrane Processes (2009)
  • 著者名/発表者名: Emre Yavuz, Jiri Hruby, Ozgur Arar, Enver Guler, Idil Yilmaz-Ipek, Kazuharu Yoshizuka, Umran Yuksel, Mithat Yuksel, Marek Bryjak, Nalan Kabay
  • 学会等名: International Workshop on Removal of Toxic Species and Recovery of Valuable Components from Water
  • 発表場所: Institute of Chemical Technology, Prague, Czech
  • 年月日: 2009-06-12
• [学会発表] Adsorptive Separation of Valuable Metal Ion and Toxic Organic Compound with Zeolitic Adsorbent (2009)
  • 著者名/発表者名: Syouhei Nishihama, Kohei Takatori, Kazuharu Yoshizuka
  • 学会等名: International Workshop on Removal of Toxic Species and Recovery of Valuable Components from Water
  • 発表場所: Institute of Chemical Technology, Prague, Czech
  • 年月日: 2009-06-12
• [学会発表] Analytical Survey of Arsenic Contents in Geothermal Water In Kyushu, Japan and Removal of Arsenic Contamination by Using Ion Exchange Method (2009)
  • 著者名/発表者名: Yoshizuka, K., Nishihama, S., Sato, H.
  • 学会等名: International Congress on Production of Safe Water
  • 発表場所: Izmir, Turkey
  • 年月日: 2009-01-22
• [学会発表] Preparation of Zeolitic Adsorbent for Environmental Improvement from Coal Fly Ash Using Alkali Fusion Method (2008)
  • 著者名/発表者名: Hirai, T., Yoshizuka K.
  • 学会等名: The 3rd Japan-Taiwan Joint International Symposium on Environmental Science and Technology : Environmental Chemistry, Bioscience and Management
  • 発表場所: Kitakyushu Science and Research Park
  • 年月日: 2008-12-01
• [学会発表] Adsorption of Lithium Ion with Novel Synergistic Impregnated Resin (2008)
  • 著者名/発表者名: 大西健太, 中村隆秀, 西浜章平, 吉塚和治
  • 学会等名: The 3rd Japan-Taiwan Joint International Symposium on Environmental Science and Technology : Environmental Chemistry, Bioscience and Management
  • 発表場所: Kitakyushu Science and Research Park
  • 年月日: 2008-12-01
• [学会発表] Adsorption and Separation Cesium and Strontium with Zeolite Adsorbent (2008)
  • 著者名/発表者名: Sonohara, E., Nishihama, S., Yoshizuka, K.
  • 学会等名: The 3rd Japan-Taiwan Joint International Symposium on Environmental Science and Technology : Environmental Chemistry, Bioscience and Management
  • 発表場所: Kitakyushu Science and Research Park
  • 年月日: 2008-12-01
• [学会発表] Adsorptive Separation of Lithium from Geothermal Water with λ-MnO_2Type Adsorbent (2008)
  • 著者名/発表者名: Sato, H., Nishihama, S., Yoshizuka, K.
  • 学会等名: The 3rd Japan-Taiwan Joint International Symposium on Environmental Science and Technology : Environmental Chemistry, Bioscience and Management
  • 発表場所: Kitakyushu Science and Research Park
  • 年月日: 2008-12-01
• [学会発表] Adsorptive Separation of TMAH from Waste Solution with Activated Carbon (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, A., Nishihama, S., Yoshizuka, K.
  • 学会等名: The 3rd Japan-Taiwan Joint International Symposium on Environmental Science and Technology : Environmental Chemistry, Bioscience and Management
  • 発表場所: Kitakyushu Science and Research Park
  • 年月日: 2008-12-01
• [学会発表] Separation and Recovery of Tetramethyl Ammonium Hydroxide with Zeolitic Adsorbent (2008)
  • 著者名/発表者名: Takatori, K., Nishihama, S., Yoshizuka, K.
  • 学会等名: The 3rd Japan-Taiwan Joint International Symposium on Environmental Science and Technology : Environmental Chemistry, Bioscience and Management
  • 発表場所: Kitakyushu Science and Research Park
  • 年月日: 2008-12-01
• [学会発表] 海洋からのレアメタル回収の動向と展望 (2008)
  • 著者名/発表者名: 吉塚和治
  • 学会等名: 第1回海洋温度差発電シンポジウム
  • 発表場所: はがくれ荘(佐賀)
  • 年月日: 2008-10-17
• [学会発表] Benchmark Evaluation of Selective Recovery of Lithium from Seawater (2008)
  • 著者名/発表者名: 吉塚和治
  • 学会等名: Workshop on Separation & Recovery of Metals & Biomolecules
  • 発表場所: Hacettepe University, Turkey
  • 年月日: 2008-09-03
• [図書] The Global Arsenic Problem : challenges for Safe Water Production (ISBN-13: 9780415575218) (2010)
  • 著者名/発表者名: Kabay, N., Bundschuh, J., Hendry, B., Bryjak, M., Yoshizuka, K., Bhattacharya, P., Anac, S.
  • 出版者: CRC Press
• [図書] The Global Arsenic Problem : challenges for Safe Water Production (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Kabay, J.Bundschuh, B.Hendry, M, .Bryjak, K.Yoshizuka, P.Bhattacharya, S.Anac
  • 総ページ数: 270
  • 出版者: CRC Press (ISBN-13:9780415575218)
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://anachem.env.kitakyu-u.ac.jp/ja/top.html
• [備考]
  • URL: http://anachem.env.kitakyu-u.ac.jp/~yoshizuka/front_j.htm
• [備考]
  • URL: http://chemeng.env.kitakyu-u.ae.jp/jp/index_j.html
• [備考]
  • URL: http://chemeng.env.kitakyu-u.ac.jp/~yoshizuka/
• [備考]
  • URL: http://chemeng.env.kitakyu-u.ac.jp/jp/index_j.html
• [備考]
  • URL: http://chemeng.env.kitakyu-u.ac.jp/~yoshizuka/
• [備考]
  • URL: http://anachem.env.kitakyu-u.ac.jp/ja/top.html
• [備考]
  • URL: http://anachem.env.kitakyu-u.ac.ip/~yoshizuka/front_j.htm
• [産業財産権] リチウム吸着剤の製造方法とそのリチウム吸着剤を用いた濃縮方法及びリチウム濃縮装置 (2009)
  • 発明者名: 吉塚和治
  • 権利者名: (財)北九州産業学術推進機構
  • 産業財産権番号: 2009-257552
  • 出願年月日: 2009-11-10