鉱廃水の生物処理に対する炭素材料の応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555275
• 研究機関: 小樽商科大学
• 研究代表者: 笹木 圭子 小樽商科大学, 商学部, 助教授 (30311525)
• 研究分担者: 金野 英隆 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50002316)
• キーワード: 炭素材料 / 鉱廃水 / 生物的環境修復 / マンガン酸化カビ

研究概要

北海道南部駒の湯のマンガン堆積環境からマンガン酸化真菌を分離し、形態観察、生理学的性質、遺伝子解析からPhoma sp.と推定された。この菌は中性でMn(II)イオンを酸化し、もっとも酸化速度が速くなるのはpH6.8であった。有機炭素源の検討を行ったところ、グルコースは添加するとマンガン酸化速度が遅くなった。安定な酸化速度を維持するためにはpeptoneとyeast extractは不可欠であることがわかった。また、有機炭素濃度を減らしたほうが高いマンガン酸化速度が得られた。またMn(II)濃度は最高120ppmまで酸化可能であることがわかり、これは実鉱山廃水中の濃度レベルに匹敵する。酸化が進行するにつれてpHが低下し、pH6.5以下になるとMn(II)の酸化は起こらなかったので、PIPESなどの適切な緩衝剤が必要である。PAN系炭素繊維を培養液の中に入れたときには、Mn(II)酸化速度が明らかに促進された。炭素繊維は真菌の着生体となり、増殖を安定化させ、マンガン酸化物は真菌の表面に付着して生成し、処理液が濁ることがなかった。ほぼ同じ形状のPET繊維ではこのような効果は表われなかったことから、炭素繊維のカビに対する生体親和性が寄与したものと推定される。また、炭素不織布ではこのような促進効果は認められなかった。生成したMn酸化物はX線回折によりγ-MnO_2(ramsdellite)であることが確認された。SEM観察によれば、スポンジ状の多孔質の表面をもち、細孔の平均径が4nmのメソポアで、炭素繊維を入れて合成した場合のほうが、細孔径サイズにばらつきが少ないことがわかった。この生体鉱物の形状および性状は、重金属イオンのスカベンジャー、酸化剤など、さらに第二の鉱廃水処理への応用とともに、スーパーキャパシターなどの電池材料への応用の可能性を持っている。

研究成果

• [文献書誌] K.Sasaki, Y.Endo, K.Kurosawa, M.Tsunekawa, T.Ogino, 0.Hori: "Chemical transportation of heavy metals in the constructed wetland impacted by acid drainage"Mater.Trans.. 44・2. 305-312 (2003)
• [文献書誌] 笹木圭子, 富岡祐司, 平島 剛, 恒川昌美: "Acidithiobacillus ferrooxidansによる硫ヒ鉄鉱の溶解と有機酸による抑制に関する研究"資源と素材. 119. 61-65 (2003)
• [文献書誌] H.Konno, M.Endo, K.Sasaki: "Promoting effect of carbon fiber on the biological oxidation of dissolved Mn(II) ions in water"Proc.The Intl.Symp.Carbon 2003(CDR). (2003)
• [文献書誌] K.Sasaki, M.Endo, K.Takano, H.Konno: "Removal of manganese ions from water by fungi with carbon fiber"Proc.Intl.Symp.BIOMINE'2003(CDR). (2003)
• [文献書誌] K.Sasaki, O.Hori, T.Ogino, M.Tsunakawa: "Accumulation of heavy metals in the emergent vegetations in the constructed wetland"Proc.the 16^<th> Intl.Symp.Environ.Biogeochem.. (2003)
• [文献書誌] K.Sasaki, T.Ogino, Y.Endo, K.Kurosawa: "Field study on heavy metal accumulation in the natural wetland receiving acid mine drainage"Mater.Trans.. 44・9. 1877-1884 (2003)
• [文献書誌] K.K.Yoo, K.Sasaki, N.Hiroyoshi, M.Tsunekawa: "Biological synthesis of metastable γ-MnS by sulfate reducing bacteria"Proc.the Japan/Korea Intl.Symp.Resources Recycling and Material Sciences. 131-136 (2003)
• [文献書誌] K.Sasaki, H.Konno, M.Endo, K.Takano: "Removal of Mn(II) ions by manganese-oxidizing fungus at neutral pHs in the presence of carbon fiber"Biotechnol.Bioengng.. (In press). (2004)
• [文献書誌] K.K.Yoo, K.Sasaki, N.Hiroyoshi, M.Tsunekawa: "Fundamental study on the removal Mn^<2+> in acid mine drainage using sulfate reducing bacteria"Mater.Trans.. 44・9. 1877-1884 (2003)
• [文献書誌] K.K.Yoo, K.Sasaki, N.Hiroyoshi, M.Tsunekawa, T.Hirajima: "The Effect of Mn^<2+> concentration on Mn removal by a sulfate reducing bacteria bioreactor"Mater.Trans.. 44・9. 1877-1884 (2003)
• [文献書誌] 田中俊逸, 田村紘基, 笹木圭子, 工藤英博, 鈴木智宏(共編): "新・水の分析"化学同人(印刷中).