| 研究課題/領域番号 |
23K25031
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| 補助金の研究課題番号 |
22H03777 (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 | 秋田大学 |
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研究代表者 |
山田 学 秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (90588477)
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| 研究分担者 |
柴山 敦 秋田大学, 国際資源学研究科, 教授 (30323132)
芳賀 一寿 秋田大学, 国際資源学研究科, 准教授 (10588461)
篠田 弘造 東北大学, 国際放射光イノベーション・スマート研究センター, 准教授 (10311549)
和嶋 隆昌 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (00380808)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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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 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2025年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2024年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2023年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
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| キーワード | ピンサー抽出剤 / パラジウム / 溶媒抽出 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
これまで、研究代表者は金属と特異的な結合を形成するピンサー抽出剤を開発し、パラジウムにとても高い選択性と捕捉能力を有することを発見した。この抽出剤の金属に対する特異性を利用することで、使用済み自動車排ガス触媒の浸出溶液からパラジウムを高効率で分離および回収できることも明らかにした。本研究では、これまでに開発したピンサー抽出剤の能力を上回る「迅速的・効果的にパラジウムを抽出できる進化型ピンサー抽出剤」の創製を目指し、パラジウムの抽出機構の解明を行うとともに、リサイクル資源を模倣した金属混合液や実液を対象にパラジウムを効果的に分離できるか追及する。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、これまでに合成した進化型ピンサー抽出剤をもとに、工業的な利用の検討のため、使用済み自動車排ガス触媒浸出液に対して抽出実験を行った。さらに、さまざまな抽出条件によりパラジウム（Pd(II)）の抽出メカニズムが変化するかをX線吸収微細構造（XAFS）解析にて検討を行い、水相と有機相で存在するPd(II)の配位構造について検討を行った。また、抽出錯体の単結晶も合わせてXAFS解析を行い、溶液と結晶間での抽出錯体の形態に変化があるのか調査を行った。
まず、前年度に合成した進化型ピンサー抽出剤である2,2’-チオビス(4-ターシャルブチルベンゼンアルキルチオエーテル) （アルキル＝メチル、ブチル、ヘキシルおよびオクチル）の４種の抽出剤を用い、使用済み自動車排ガス触媒浸出液から抽出実験を実施した結果、Pd(II)に対して高い選択性と抽出率を示すことが明らかとなり、社会実装に向けたPd(II)抽出剤として、実用性の高いものであることがわかった。
XAFS測定による溶液中に存在するPd(II)の配位環境の決定について、1 ~ 8 Mの塩酸濃度の各水溶液に存在するPd(II)周辺の環境には変化がなく、同様の錯体構造を有していることが明らかとなった。また、４種の進化型ピンサー抽出剤によるPd(II)抽出実験をした後の有機相に存在する抽出錯体は、Pd(II)周囲の局所環境は抽出剤分子中官能基の種類（炭素鎖の長さ）に依存せず、すべてほぼ同様の配位構造をとり、SおよびCl配位数がそれぞれ平面4配位であることが示唆された。さらに、単結晶化に成功したメチル化体のPd(II)抽出錯体のXAFS測定では、上述の有機相中で存在しているPd(II)抽出錯体と同様の結果が得られたことから、溶液と結晶中でのPd(II)の配位環境に違いがないことが確認された。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
今年度の目標は、合成した進化型ピンサー抽出剤をもとに、使用済み自動車排ガス触媒浸出液からPd(II)を選択的に抽出できるかを評価することであった。さらに、溶液中のPd(II)あるいは、抽出後の有機相や結晶中の抽出錯体のPd(II)周辺の配位環境に違いがあるかをXAFSスペクトルの解析により明らかにすることであった。
合成した進化型ピンサー抽出剤を用いることで、使用済み自動車排ガス触媒浸出液からのPd(II)を選択的にかつ効率的に抽出できることを明らかにすることができた。さらに、XAFSスペクトルの解析から、溶液中に存在する抽出錯体のPd(II)周辺の配位環境が、抽出剤構造中の2個のSと2個のClが平面4配位をして存在していることを見出すことができた。さらには、結晶中に存在する抽出錯体のPd(II)の配位環境も溶液中で観測されたPd(II)周辺の環境と同様であることを明らかにすることができた。
以上のことから、今年度の進化型ピンサー抽出剤の工業的抽出剤としての社会実装に向けた予察的な検討を行うことができたほか、XAFS解析による溶液中に存在するPd(II)周辺の環境を明らかにすることができ、本研究課題は当初の計画通りに進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに合成に成功した進化型ピンサー抽出剤の４種の2,2’-チオビス(4-ターシャルブチルベンゼンアルキルチオエーテル)をもとに、溶液中での錯体形成の割合や抽出容量を明らかにするとともに、本抽出剤の酸に対する安定性を評価し、社会実装に向けた抽出条件を導き出すことを今後の目標とする。 さらに、令和４年度の研究で合成に成功した1,3-位にカルボキシ基（-COOH）を有するフェニレン二酢酸を出発原料としたチオアミド基（-C(=S)-N=）を有するフェニレンビスオクチルチオアミド抽出剤のPd(II)に対する抽出特性評価およびPd(II)の抽出メカニズムを明らかにし、XAFS解析や量子化学計算により、溶液中でピンサー抽出剤の官能基がどのようにPd(II)に結合（配位）するのかを解明する。さらに、単結晶化に成功した抽出錯体に関しては、単結晶X線構造解析を実施するほか、結晶中のPd(II)周辺の配位環境をもとに、溶液中の抽出錯体のPd(II)周辺の配位形態について違いがあるかなど、構造的な差があるのかを調査するとともに、これまで不明であった溶液中でのピンサー抽出剤のPd(II)抽出機構の解明を目指す。
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