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2021 年度 実績報告書

新規イオンシーブ電気活性透過膜の創製によるリチウム成分連続分離回収技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K12395
研究機関弘前大学

研究代表者

官 国清  弘前大学, 地域戦略研究所, 教授 (90573618)

研究分担者 吉田 曉弘  弘前大学, 地域戦略研究所, 准教授 (30514434)
阿布 里提  弘前大学, 理工学研究科, 教授 (70565374)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードリチウムイオン分離 / イオンシーブ配向透過膜 / 電気活性分離膜 / リチウムマンガン酸化物 / 自己電気エネルギー回収 / 電気活性イオン選択分離システム / 分離機構 / 省エネルギー
研究実績の概要

本年度では前年度合成したリチウムイオン分離用無機・有機複合電位振動イオンシーブ膜の配向性の向上方法を模索した。特に、溶液濃度、パルス電位印加方法及び無機系ESIX材料の粒子均一性の調整で膜配向性の改良を行った。しかし、予想の結果に至らなかった。したがって、研究計画中のこの電位振動イオンシープ膜の微細構造及び電気化学特性と膜の選択透過性の関係、イオンチャネル内でのLi+イオンの移動機構、補助電場と膜電位振動の相乗効果による選択的なイオンの移動及び透過性能への促進機構の解明なども進めなかった。これからもイオンシープ配向透過膜の製作条件の模索及び分離機構の解明が必要である。
また、これまでの研究の知見から、リチウムイオンと伴う非金属イオン(特にBr-とCl-イオン)同時に選択的に分離できる技術の開発も重要であるため、本年度ではほかの電気活性膜も合成し、リチウムイオンと非金属イオン同時に選択的に分離できる省エネルギーの電気活性イオン選択分離システムも構築した。特に、選択的なLiCl分離のために、自己電気エネルギーを回収できるESIXシステムを構築した。そこではLiClの取り込みの過程で発生した電気エネルギーがイオンの脱着および電極の再生のために消費されるエネルギーを補償することができる。結果として、λ-MnO2フィルム被覆電極およびBiOCl@PPy複合薄膜被覆電極を製造して、それぞれLi+とCl-イオンを分離した場合、イオン吸着によって2つの電極間の固有の電位差から電気エネルギーの発生を引き起こすことになる。この生成された電気エネルギーは、イオン脱着プロセスに利用した場合、このESIXシステムは、非常に低いエネルギー消費量を達成した。つまり、1モルのLiCl 回収のあたり、1.007 Whしかないの電力消費量に達成した。今後もこのシステムの開発を継続すると考えている。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 7件、 査読あり 7件) 学会発表 (1件)

  • [国際共同研究] 太原理工大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      太原理工大学
  • [雑誌論文] Electrochemical technologies for lithium recovery from liquid resources: A review2022

    • 著者名/発表者名
      Jiajia Wang, Xiyan Yue, Peifen Wang, Tao Yu, Xiao Du, Xiaogang Hao, Abuliti Abudula, and Guoqing Guan
    • 雑誌名

      Renewable and Sustainable Energy Reviews

      巻: 154 ページ: 111813

    • DOI

      10.1016/j.rser.2021.111813

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Modelling of pseudocapacitive ion adsorption of electrochemically switched ion exchange based on electroactive site concentration2022

    • 著者名/発表者名
      Xuefeng Zhang, Jie Wang, Zhonglin Zhang, Xiao Du, Fengfeng Gao, Xiaogang Hao, Abuliti Abudula, Guoqing Guan, Zhong Liu, and Jun Li
    • 雑誌名

      Separation and Purification Technology

      巻: 286 ページ: 120451

    • DOI

      10.1016/j.seppur.2022.120451

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] An electrochemically induced dual-site adsorption composite film of Ni-MOF derivative/NiCo LDH for selective bromide-ion extraction2022

    • 著者名/発表者名
      Mengfang Jiang, Xuefeng Zhang, Xiao Du, Xiaowei An, Fengfeng Gao, Xiaogang Hao, Guoqing Guan, Zhong Liu, Jun Li, Abuliti Abudula
    • 雑誌名

      Separation and Purification Technology

      巻: 283 ページ: 120175

    • DOI

      10.1016/j.seppur.2021.120175

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] An electrically switched ion exchange system with self-electrical-energy recuperation for efficient and selective LiCl separation from brine lakes2021

    • 著者名/発表者名
      Junjian Niu, Wenjun Yan, Xiaoyuan Song, Wangwang Ji, Zhongde Wang, Xiaogang Hao, and Guoqing Guan
    • 雑誌名

      Separation and Purification Technology

      巻: 274 ページ: 118995

    • DOI

      10.1016/j.seppur.2021.118995

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Carbon-based Electroactive Ion Exchange Materials: Ultrahigh Removal Efficiency and Ion Selectivity for Rapid Removal of Cs+ Ions2021

    • 著者名/発表者名
      Yaqin Rong , Shuai Li , Junjian Niu, Zhongde Wang , Xiaogang Hao, Chengwen Song , Tonghua Wang, Guoqing Guan
    • 雑誌名

      Separation and Purification Technology

      巻: 274 ページ: 119056.

    • DOI

      10.1016/j.seppur.2021.119056

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A novel photo-assisted electrochemically switched ion exchange technology for selective recovery of bromide ions,2021

    • 著者名/発表者名
      Jie Wang, Xiao Du, Xiaoqiong Hao, Jinhua Luo, Xiaogang Hao, Qing Cao, Guoqing Guan, Jun Li, Zhong Liu, Yongguo Li, Abuliti Abudula
    • 雑誌名

      Chemical Engineering Journal

      巻: 427 ページ: 131693

    • DOI

      10.1016/j.cej.2021.131693

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A novel unipolar pulse potential oscillation system based on HKUST-1(C)@CoAl LDH film for selective separation of dodecyl sulfonate ions2021

    • 著者名/発表者名
      Fengfeng Gao, Jian Wang, Mengfang Jiang, Xiao Du, Xuli Ma, Xiaogang Hao, Xiuping Yue, Guoqing Guan
    • 雑誌名

      Separation and Purification Technology

      巻: 265 ページ: 118488

    • DOI

      10.1016/j.seppur.2021.118488

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 自己電気エネルギー再生を備えたリチウムイオン分離回収システムの構築2021

    • 著者名/発表者名
      官国清、阿布里提、Wang Zhongde、Hao Xiaogang
    • 学会等名
      化学工学会第52回秋季大会、岡山大学、2021年9月22-24日

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公開日: 2022-12-28  

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