ハイドロタルサイト焼成酸化物を用いた強酸性排水の処理

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13780445
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 内田 美穂 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10292236)
• キーワード: ハイドロタルサイト / マグネシウム-アルミニウム酸化物 / インターカレーション / 無機酸 / 酸性排水 / 吸着

研究概要

本研究では、Mg-Al酸化物による塩化物イオン除去機能が、塩酸水溶液中では塩化ナトリウム水溶液中と比較して非常に高くなる現象に注目した。昨年度は、塩酸などの強酸性水溶液中ではMg-Al酸化物は溶解するために使用不可能であるとする従来の常識を覆し、酸性水溶液中での塩化物イオン等の処理に非常に大きな効果があることを明らかにした。今年度はこの現象を再考察し、塩酸水溶液中での高い塩化物イオン除去率の原因が低い初期pHにあるのではなく、一度溶解したマグネシウムイオンの再沈殿によるpH緩衝効果によるものであると推測し、その実証実験を行った。その結果、塩酸に限らず、pH緩衝機能をもつ塩化物塩(例えば塩化アンモニウム塩)において高い塩化物イオン除去率を達成し、更に沈殿した金属イオン(例えばカルシウムイオン、マグネシウムイオン)がハイドロタルサイト構造を構成していることを発見した。また、塩化物イオン除去の妨げになっている第1要因は、反応によって変化しないナトリウムイオン等のアルカリ金属であることが明らかになり、改良すべき問題点がはっきりした。また、様々な条件でMg-Al酸化物と塩酸との反応を調べ、反応初期にはMg-Al酸化物が投入した塩酸の当量分溶解するが、溶解したマグネシウムイオンは反応の進行に伴って、ハイドロタルサイト構造を再構成するという機構が明らかとなった。また、反応速度解析から、低温条件では化学反応が律速段階であり、溶液塩化物イオン濃度に関する1次反応で近似できることが判明した。アレニウス式から求めた活性化エネルギーは66.9kJ/molであり、20℃付近では反応速度に対する温度の影響は大きいものの、低温でも長時間の反応により高い塩化物イオン除去率を達成できた。

研究成果

• [文献書誌] T.Kameda, T.Yoshioka, M.Uchida, A.Okuwaki: "Synthesis of hydrotalcite from seawater and its application to phosphorus removal"Phosphorus, Sulfur and Silicon. 177. 1503-1506 (2002)
• [文献書誌] T.Kameda, T.Yoshioka, M.Uchida, A.Okuwaki: "Hydrotalcite Synthesis Using Calcined Dolomite as a Magnesium and Alkali Resources"J. Mater. Sci. Lett.. 21(22). 1747-1749 (2002)
• [文献書誌] T.Kameda, F.Yabuuchi, T.Yoshioka, M.Uchida, A.Okuwaki: "New Method of Treating Dilute Mineral Acides Using Magnesium-Aluminum Oxide"Water Research. (in press). (2003)