| 研究課題/領域番号 |
18K18966
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
渡邉 賢 東北大学, 工学研究科, 教授 (40312607)
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| 研究分担者 |
SmithRichard Le 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (60261583)
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| キーワード | 物性可変性 / アミン / 二酸化炭素 / コバルト / ニッケル / 錯体 / 分離 |
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| 研究実績の概要 |
金属単離濃縮に対し、最近、二酸化炭素を溶解させることで瞬時に極性が変化し、溶解・析出を制御できる物性可変溶媒（分子）（Switchable Polarity Solvent/Molecule）の研究が進められている。事実、NiやCoなどを溶解させた水溶液に配位子を加え、アミン系溶媒を存在下で二酸化炭素を吹き込むことで均一相を形成させ、その後アルカリを加えることで再度アミン相が形成し不均一相を形成し、その際、配位子により錯体が疎水的である場合に親水物質と分離濃縮が容易にできるとの報告がなされている。
このコンセプトに則り、水熱有機酸浸出と物性可変溶媒（物性可変分子）による金属単離を併用したLIB正極材料リサイクルフローの可能性を探索する。すなわち、水熱有機酸浸出において、有機酸および条件を選定することでMnを単離する。その後、Li、Co、Niを含む有機酸水溶液に物性可変溶媒（例：アミン系分子。以下、アミン系分子を想定して記述）を加え、さらにはCoと疎水性錯体を組む配位子を存在させる。ここで二酸化炭素を吹き込むことで炭酸リチウム（Li2CO3）を析出させ、アミン系分子を均一相に導く。その後、アルカリを加えるか、もしくは減圧することで二酸化炭素を除去し、アミン系分子を再度疎水化することによりCoーアミン系分子錯体を溶媒に分配させ、同時に疎水性溶液中にNiを回収し、それぞれの溶媒は再度利用可能とする。
今年度、物性可変性分子としてアミノ酸を選択し、CoやNiとアミノ酸との錯体形成能を評価したところ、グリシンおよびアラニンによりCoおよびNiいずれも水溶液中で錯体を形成することが判明した。アミノ酸は二酸化炭素と接触することでカルバミン化合物を形成し物性が変化することから、今後、その可変性と分離性能を評価する。
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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
アミン分子として環境に適合した分子であるアミノ酸を選択した。物性可変性溶媒によるプロセスに加え、物性可変性分子を用いることにより溶媒使用量も低減可能であることから、アミノ酸利用を見出したことで当初の計画を達成している。
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続きアミノ酸を用いた検討を進めながら、再利用を容易にする溶媒系の探索も進める。さらに、現状プロセスの改善を目的にフローでの検討も進める。
具体的には、リチウムイオン電池を対象としたプロセスを例に説明すると、Li、Co、Ni、Mnそれぞれの単離にはPC88Aという有機溶媒への溶解度差を利用して順次分離濃縮する方法がとられている。溶媒の価格が高く溶媒ロスに対しコストが高くなることに加え、溶解度差が小さく分離濃縮に１週間規模の時間を要することから設備が大型になる。この課題を解決するためには、連続化が可能なコスト優位なプロセス開発を進める必要がある。物性可変性分子であるアミノ酸を用いることができることを見出したことから、CoやNiそれぞれを二酸化炭素の作用を利用して別種の錯体へと導き、それらの溶解度差を利用し、複数金属を同時・並列・高速・高効率で単離・濃縮する連続技術を目指した研究へと発展させる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
海外からの購入品の価格が変動したことによる支出費用が減少したことによる。
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