イオン交換サイトの拡張とナノサイズ結晶化による高機能吸着材の開発

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K12383
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 西岡 洋 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (30218119)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: チタノシリケート / 吸着材 / ETS-4

研究実績の概要

本研究の目的は、イオン交換サイトを増大させることにより高吸着能を有する無機イオン交換体の開発である。特にセシウム(Cs)吸着に適した結晶性ケイチタン酸塩(CST)、ストロンチウム(Sr)吸着に適すると考えられるETS-4及びそれらのナノサイズ結晶を分散した状態で保持する構造材としての多孔質シリカゲルを合成段階において同時に均一に保持するように設計を行い、原発事故後の汚染水を含む環境浄化に貢献することを目的としている。当該年度における計画としては前年度に引き続き分配係数の高い吸着材の合成を目指して添加剤の検討やセミドライゲルコンバージョン(SDGC)法の検討を加えるというものであった。添加剤の検討は結晶配向性と多孔質化をはかるものであり、SDGC法とは固相中の物質移動性を固体より高めるために必要最小限の溶媒を添加したゲルを用いて行う合成法である。添加剤やSDGC法の検討では期待した結果が得られなかったため、原料をチタン酸ナトリウムとケイ酸ナトリウムに限定し、それぞれの種類について検討した。チタン酸ナトリウムについてはNa2TiO3とNa8Ti5O17である。ケイ酸ナトリウムについてはNa2SiO3とNa2Si2O5である。その結果、これらの原料の組み合わせやモル比を変えることにより、簡単な条件でETS-4やCSTを合成できることを明らかにした。DGC法ではETS-4を合成することはできなかったが、別のチタノシリケートを合成できることを確認した。このチタノシリケートはランタノイドイオンの吸着剤としての可能性が見られたことから、企業との共同研究へと発展し、特許出願に至っている。

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

チタン酸ナトリウムとしてNa2TiO3またはNa8Ti5O17を、ケイ酸ナトリウムとして、Na2SiO3またはNa2Si2O5を用いることにより、簡単な条件でETS-4やCSTを合成できることを明らかにした。CSTやETS-4とは異なるチタノシリケートについて、新しい合成法の確立に発展した。このチタノシリケートについては他の金属イオンへの吸着剤としての可能性を探索し、企業との共同研究の結果、特許出願に至った。
ETS-4に関しては原料のモル比を変えることによりa軸に優先配向成長した結晶を確認した。このa軸に優先配向成長したETS-4ではストロンチウムイオンに対する吸着性の向上を認めた。また、CSTに関しては以前より検討していたドライゲルコンバージョン法による吸着剤の合成について企業と共同出願していた特許の取得に至った。
特許取得
上面雅義, 岩井明仁, 西岡洋, 磯上賢, 結晶性金属酸化物の製造方法及び結晶性金属酸化物, 特願2016-169782, 2016.8.31, 特開2017-048107, 2017.3.9, 6807572号, 2020.12.10, 確定

今後の研究の推進方策

ETS-4の合成においては十分な溶媒が必要であることを確認したため、ドライゲルコンバージョン法による合成についてはこれ以上検討せず、水熱合成のみで検討する。新型コロナウイルスによる影響で外部機関での測定が進展していないが、試料の送付などによる依頼分析などについても検討する予定である。
また、ラマンスペクトル測定や第一原理計算による考察も加える予定である。

次年度使用額が生じた理由

緊急事態宣言などにより、学会や会議、打ち合わせなどの出張はすべてリモートとなったため、旅費が不要となった。また、外部の分析機関での分析も実施できなかったため、人件費や謝金も執行できなかったため。2021年度も出張による旅費は不要と思われるので、使用計画としては「物品費」のみとする。人件費や謝金などが必要となった場合には大学の教員研究費や寄附金で対応する。

研究成果

• [学会発表] 乾式合成したチタン酸ナトリウムによるランタノイドイオンの除去性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松岡雄大, 西岡洋
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2021年年会
• [学会発表] チタン酸ナトリウムとケイ酸ナトリウムを原料とした吸着剤の合成およびCs, Srイオンに対する吸着特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西岡 洋, 渡邉 涼介
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2021年年会
• [学会発表] チタンダストを利用した無機イオン交換体の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松岡雄大, 西岡洋
  • 学会等名: 第20回環境技術学会年次大会
• [学会発表] ストロンチウムイオンの除去を目的としたチタン酸ナトリウムの合成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松岡雄大, 西岡洋
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第33回秋季シンポジウム
• [学会発表] チタンダストを用いた無機イオン交換体の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松岡雄大, 西岡洋
  • 学会等名: 第36 回日本セラミックス協会関東支部研究発表会
• [学会発表] 海水中のストロンチウムイオンの除去を目指したチタン酸ナトリウムの合成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松岡雄大, 西岡洋
  • 学会等名: 第36回ゼオライト研究発表会
• [産業財産権] マイナーアクチノイドの分離方法及び無機吸着剤の製造方法 (2020)
  • 発明者名: 西岡洋, 塚本泰介, 小川尚樹, 垣谷健太, 柿木浩一, 島田隆
  • 権利者名: 西岡洋, 塚本泰介, 小川尚樹, 垣谷健太, 柿木浩一, 島田隆
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2020-143601