ゲル内での層状複水酸化物合成による新規アニオン吸着剤の開発

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K00611
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 日比野 俊行 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 環境管理研究部門, 研究グループ長 (70357846)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 層状複水酸化物 / ハイドロタルサイト / ハイブリッドゲル / イオン交換 / 吸着

研究実績の概要

高分子ヒドロゲル内での層状複水酸化物（LDH）の合成を行った。ゲルとしてはアガロースゲルを用いた。吸着能力を評価する前に、ゲル内でのLDH生成の均一性を検証した。アガロース1wt%で調整したアガロースゲルを、MgとAlの塩化物塩水溶液（Mg+Alが1又は2M）に十分に浸した後、水酸化ナトリウム水溶液（1又は2M）に浸してLDHをゲル内に生成させた。アガロースゲルの大きさは１辺3mmと10mmの立方体を用いて比較した。得られたゲル複合体を、数回水に浸すことを繰り返して、内部の余計な塩とゲル外に生じた生成物を取り除いた。110℃で乾燥させる前後の重量から固形分を求めた。１辺10mmの立方体で、外周部と中心部に分けて固形分を測った結果、LDHはゲルの表面近傍でより多く生成していることが明らかになった。一方、１辺3mmの立方体ゲルを用いてゲル複合体を作製し、当重量ずつ取り分けて固形分のばらつきを測った。この場合、取り分けたサンプル間でのばらつきは殆どなかった。以後、吸着能力比較のためのゲル複合体作製は１辺3mmの立方体ゲルを用いて行うこととした。
陰イオン吸着能力は、合成した複合体ゲルを洗浄後、110℃で乾燥させたものを用いて評価した。硫酸イオン単独、硝酸イオン単独あるいは硫酸イオンと硝酸イオンを混ぜた溶液で吸着能力を評価した。沈殿剤として水酸化ナトリウム、アンモニア、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンの3つを用いた。生成物中のMg/Al比が沈殿剤によって異なるため、単純な比較は難しいが、アンモニア水で沈殿生成させたサンプルは比較的良好な吸着性能を示し、粉体LDHとの比較においても、吸着に寄与しないアガロースの分が単位重量当たりの吸着量では不利になるにもかかわらず、粉体LDHとも同等レベルの性能を示していた。

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

当初の計画に沿い、粉体LDHと性能を比較しながらゲル複合体の陰イオン吸着能力の評価を行った。溶液の濃度、沈殿剤となるアルカリ溶液の検討を行った。ゲル形状の効果をみるため、大きさの異なるゲルを用いる、あるいはゲルの部位によっての差をみるなどの検討も行った。これはゲル内でのLDH生成の均一性に関わる重要な事項であったので、時間を割いて検討した。また、複合体の乾燥・保存方法を当初は予定していたが、2年目の計画である吸着性能を低化させる要因の１つである炭酸イオンの混入対策とも関わってくるため、効率的に実験を行うため、2年目に炭酸イオンの混入対策として行うことにした。以上の通り、当初の計画に沿って順調に進展している。

今後の研究の推進方策

当初の計画に沿い、平成28年度は（１）ゲル内でのLDH合成条件探索の追加・継続と（２）1価陰イオンへの選択性向上のメカニズム解明を行う。（２）で明らかになった知見を用いて（１）の合成条件の改良を行う。また、（１）では吸着性能を低化させる要因となる炭酸イオン混入の対策も検討する。平成29年度は、（３）複合材合成検討およびイオン選択性メカニズム解明の追加・継続と（４）他の高分子ゲルおよび基材を用いた複合材合成への展開を行う。（３）は平成28年度から継続して、さらなる改良を続ける。（４）については応用範囲を広げるため、多様な展開を図る。