| 研究課題/領域番号 |
23K25036
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| 補助金の研究課題番号 |
22H03782 (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 | 静岡県立大学 |
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研究代表者 |
永井 大介 静岡県立大学, 食品栄養科学部, 准教授 (30375323)
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| 研究分担者 |
本同 宏成 静岡県立大学, 食品栄養科学部, 准教授 (10368003)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 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 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2025年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2024年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2023年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2022年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
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| キーワード | レアメタル / 選択的分離 / リチウムイオン二次電池 / レアメタル回収 / ポリマー / 白金族 / コバルト / 金属分離 / 金属核 / 結晶成長 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
金属配位ポリマー上での金属核を中心とした結晶成長により、化学的・物理的性質が類似しているため分離が困難な金属を分離する方法を開発する。目的の金属核を担持したポリマーを金属混合水溶液に分散させ、還元剤による結晶成長により、核と同じ金属原子を集積させ選択的分離を行う。選択的結晶成長において、標準還元電位が高い金属や結晶構造が類似した金属が優先的に集積される結晶成長理論を構築し、周期表の金属を広範囲にわたって分離できる革新的手法を確立する。
この手法を基に、複数種の金属廃液を混合して、目的の金属核を持つポリマー上での選択的結晶成長により簡便に分離できる効率的回収法を開発する。
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| 研究実績の概要 |
1. 白金族同士の相互分離
種結晶としてPtとPdを有するポリマーを合成し、界面活性剤存在下、白金族混合水溶液からPt(II)とPd(II)の分離挙動を検討した。先ずPtとPdの分離実験における温度効果について検討したところ、室温での分離実験に比べ温度の上昇（60度）と共にPtの回収率は向上したが（5.9→17 %）、Pdの回収率は低下した（14→4.5 %）。次に、還元剤濃度の効果を検討した。PtおよびPdの分離回収において還元剤濃度を0.04 mol/Lから0.2 mol/Lに増加させたが回収率の向上には至らなかった。しかし、界面活性剤を加えないでPdの分離実験を行ったところ、回収率が顕著に増加することが明らかとなった（5.9→30 %）。
2. Co(II)/Mn(II)/Ni(II)混合溶液中でのCoの選択的分離
使用済みリチウムイオン二次電池からのレアメタル回収を目指して、以下の検討を行った。アクリル酸とジアクリレートのラジカル共重合をAIBNを開始剤として、ジメチルスルホキシド中で行うことにより、金属配位ユニットとしてカルボキシ基を持つ金属配位ポリマーを合成した。ジアクリレートで架橋することにより、金属捕集後のポリマーは生分解により処理できることが期待される。得られたポリマーをアルゴン雰囲気下で硫酸コバルト・七水和物、水酸化ナトリウムのエチレングリコール溶液中で加熱することで、種結晶としてコバルト化合物を有する金属配位ポリマーを得た。種結晶を持つポリマーをCo(II)/Mn(II)/Ni
(II)のエチレングリコール/水酸化ナトリウム混合溶液に分散させ、200 ℃で2時間加熱した後、ポリマーを蒸留水で洗浄後、原子吸光光度計により吸着率を測定した。その結果、Coを選択的に分離できることが明らかとなった（選択率＝98 %）。
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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
1. 白金族同士の相互分離
金属配位ポリマー上での種結晶を中心とした結晶成長による白金族同士の分離では、選択的にPtとPdを分離できるものの、回収率の低さが問題となっていた。本研究では、界面活性剤を添加せずに分離を行うと、Pd分離において回収率の増加が観察された（5.9→30 %）。今後はPdの更なる回収率の増加を検討しつつ、Pt分離においても界面活性剤無で回収率の向上を目指す。
2. Co(II)/Mn(II)/Ni(II)混合溶液中でのCoの選択的分離
リチウムイオン二次電池に含まれるCo(II)/Mn(II)/Ni(II)が化学的・物理的性質が似ているため分離することが非常に困難である。しかし本研究において、Co(II)/Mn(II)/Ni(II)のエチレングリコール/NaOH混合溶液中で、金属配位ポリマー上のCo化合物の種結晶を中心とした結晶成長を行うことにより、コバルトを選択的に分離することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
1. 白金族同士の相互分離
白金族同士の分離では、界面活性剤を添加せずに分離を行うと、Pd分離において回収率の増加が観察された（5.9→30 %）。今後はPdの回収率の増加を検討しつつ、Pt分離においても界面活性剤無で回収率の向上を目指す。
2. Co(II)/Mn(II)/Ni(II)混合溶液中でのCoの選択的分離
リチウムイオン二次電池に含まれるCo(II)/Mn(II)/Ni(II)が化学的・物理的性質が似ているため分離することが非常に困難である。しかし本研究において、金属配位ポリマー上の種結晶をコバルト化合物として結晶成長を行うことにより、選択的に分離することができた。他の金属分離については、ポリマーの種結晶をニッケルおよびマンガン化合物に変更することにより、ニッケルおよびマンガンの分離を検討する。
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