| 研究課題/領域番号 |
21K04640
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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26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
樽田 誠一 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (00217209)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023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)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 層状化合物 / マイカ / 同形置換 / 結晶構造 / イオン交換 / 高電荷密度マイカ / 四ケイ素型マイカ / 構造解析 / 四面体型マイカ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、放射性Cs+やSr2+イオンなど特定のサイズの陽イオンを選択的に効率よく取り込み、構造中のナノ空間（六角スペース）に固定化する新規イオン交換体を設計し実現することを最終目的としている。Cs+やSr2+イオンを選択的にイオン交換することが知られているNa-4-マイカは、大きな理論陽イオン交換容量をもちながら、実際の陽イオン交換容量はかなり小さい。本研究では、より高いイオン交換能が期待される新しい高電荷密度マイカを合成するとともに、Na-4-マイカおよび新規高電荷密度マイカを同形置換することで六角スペースのサイズを制御し、イオン交換特性の向上と特定の陽イオンの固定化について検討する。
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| 研究成果の概要 |
既存の高電荷密度Na-4-マイカの四面体位置のAlとSiをより大きなGaとGeに置換すると、格子定数は増大したが六角スペースは縮小した。六角スペースが縮小すると層間のNa+イオンはその中に入りにくくなり、局所位置や結合状態が変化した。それに伴い、Sr2+イオンとのイオン交換量も変化した。
四ケイ素型の新規高電荷密度マイカの合成に成功した。その四面体位置のSiをGeに八面体位置のLiをNaに置換すると、マイカの他にNa化合物も生成した。GeとNaの導入によって、格子定数と六角スペースがともに拡大した。新規高電荷密度マイカは小さなLi+イオンとは交換したが、大きなNH4+イオンとは交換しにくかった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で、四ケイ素型の新規高電荷密度マイカの合成方法を確立した。大きな理論イオン交換容量を有する新物質の合成という点で学術的・工業的に意義がある。また、既存の高電荷密度Na-4-マイカと新規高電荷密度マイカについて、同形置換による格子定数、六角スペースのサイズおよび層間のNa+イオンの位置と結合状態の変化を解明した。その中で、六角スペースのサイズ、層間イオンの位置と結合状態およびイオン交換能の関連性について、初めて明らかにした。これらの関係から、高電荷密度マイカの実際のイオン交換量を理論陽イオン交換容量まで高めることが可能になれば、有害な金属イオンを効率よく除去できるイオン交換体になり得る。
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