| 研究課題/領域番号 |
23K23383
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| 補助金の研究課題番号 |
22H02115 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分34030:グリーンサステイナブルケミストリーおよび環境化学関連
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| 研究機関 | 北見工業大学 |
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研究代表者 |
齋藤 徹 北見工業大学, 工学部, 教授 (40186945)
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| 研究分担者 |
林 英男 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 技術支援本部地域技術支援部城南支所, 副参事 (10385536)
安田 啓司 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80293645)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2024年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2023年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2022年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
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| キーワード | 気液界面 / 迅速分離 / 固液界面 / 薬物 / フローテーション / 気泡 / 膜分離 / 触媒 / 塩基性色素 / 排水処理 / 精製技術 / 浮選 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
水中の薬物や色素が気液界面に選択的に吸着する現象に基づく低環境負荷型の新規薬物分離技術の基礎原理を構築するとともに実用化の可能性を検討する。薬物や色素は両親媒性を有しているために気液界面に吸着する。気泡を発生させると気泡の表面に薬物が付着し、気泡の上昇とともに水面に濃縮される。この現象を利用する薬物や色素の分離技術の基礎を確立する。さらに、分離を実現するためのフローテーション条件の検討や気液界面への吸着に伴い起こる分解反応の追跡を行う。超迅速薬物精製技術や薬物含有排水処理技術への適用可能性を検討する。
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| 研究実績の概要 |
気液界面への薬物および色素の選択的吸着現象に基づく２つの分離技術として、気泡分離（無界面活性剤浮選）－析出技術および気泡増幅精密ろ過技術を創案した。
気泡分離（無界面活性剤浮選）－析出技術については、薬物合成後の粗製物をフローテーション分離し、３回の繰り返しにより、繰り返し再結晶により得られる高純度物質と同等の高純度品に精製することができた。原料物質や中間体と比較して気液界面への吸着性が高い生成物が優先的に気泡と共に水中を上昇し、水面付近で濃縮されることにより析出したと考えられる。気液界面近傍における分子動力学シミュレーションの計算結果および動的表面張力の測定結果より、生成物、特に塩基性薬物や色素が気液界面に優先的に吸着することが明らかになった。薬物原料（ビルデイングブロック）と薬物について気液界面の吸着性と気泡分離による回収率を求め、気泡分離技術の適用指針を得た。
気泡増幅精密ろ過技術については、ホモジナイザーで気泡を発生させながら、親水性PTFEメンブレンフィルター（孔径0.2マイクロメートル）を通過させると、気液界面への吸着性の高い色素が選択的に阻止されるようになった。色素の阻止率は、気泡の発生量、すなわち気液界面積の増加につれて増加した。気液界面への吸着性は色素の疎水性と相関したことから、本法においても、原料物質と成績物との相互分離に適用できると期待される。しかし、さらに気液界面積を増加させるために気泡径を小さくすると、気泡がメンブレンフィルターの孔を通過するようになり、色素は阻止されなくなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
気液界面への薬物および色素の選択的吸着現象に基づく２つの分離技術として、気泡分離（無界面活性剤浮選）－析出技術および気泡増幅精密ろ過技術を創案することができた。前者は薬物の分離精製技術としての実用性が見出され、後者はさらなる分離効率の向上により、相互分離技術としての可能性が見出された。分離の詳細なメカニズムの解明、分離効率の向上および実用化の可能性の検討が今後の課題として明らかになった。
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| 今後の研究の推進方策 |
１．気泡分離（無界面活性剤浮選）－析出技術 引き続き薬物原料と生成物の捕集率や気液界面への吸着性と疎水性との相関を調べ、本法の適用指針を得る。得られた指針に基づき、薬物分離精製技術を確立する。
２．気泡増幅精密ろ過 気液界面への吸着性の制御法を検討する。塩や界面活性分子を添加し、対象物質の分離を制御する方法を見出す。併せて、ナノサイズの気泡（ウルトラファインバブル）を阻止できる精密ろ過膜～ナノろ過膜を探索する。さらに、実用化に必要な連続処理を実現するクロスフロー方式のろ過の可能性ついても検討する。
２．気泡促進水系反応 水の自己解離により生じる水酸化物イオンが相対的に気液界面に濃縮されることにより気液界面がバルク水に比べて塩基性となることに着目し、気泡の塩基触媒作用発現の可能性を検討する。塩基触媒が関与する反応系への適用を検討し、薬物合成や排水処理への適用をはかる。
３．気泡密度測定と気液界面の分光学的評価 マイクロバブルは画像解析、ウルトラファインバブルはマルバーン社製粒子数測定装置を用いて数を計測する。気液界面の特性は微視的環境プローブの蛍光分光やラマン分光による評価方法の可能性を検討する。気液界面という新たな反応分離場の特性把握のためのモニタリング法を確立する。
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