| 研究課題/領域番号 |
20K06167
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| 研究機関 | 高知大学 |
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研究代表者 |
市浦 英明 高知大学, 教育研究部自然科学系農学部門, 准教授 (30448394)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | イオン液体 / セルロース / 紙 / 乾燥紙力強度 / 湿潤紙力強度 |
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| 研究実績の概要 |
イオン液体として1-ブチル-3メチルイミダゾリウムクロライド([BMIM]Cl）を用いた。イオン液体処理パルプを洗浄後、イオン液体と水の混合廃液が生じる。この廃液から、加熱脱水法を用いて、イオン液体を回収し、再利用を試みた。混合廃液をエバポレーターを用いて、ウォータ―バスで加熱しながら蒸留し、イオン液体を回収した。回収イオン液体を用いて、処理を行ったパルプを添加した紙の乾燥および湿潤強度は、それぞれ2.62 kN/mおよび0.14 kN/mであった。これはブランクシートと同程度であり、バージンイオン液体を使用した場合と比較して、低下した。この結果は、回収[BMIM]Clのセルロース溶解能低下によりフィルム化が生じず、繊維間水素結合が生じなかったと考えられる。
80℃で処理後、加熱脱水法で回収したイオン液体は、濃い黄色に明らかに変色した。回収イオン液体の変色原因として、[BMIM]Clのメチルイミダゾールとケトンへの分解による変色と考えられる。その結果、[BMIM]Clの純度が低下し、セルロース溶解能が低下したと考えられる。加熱しない[BMIM]Cl処理および回収が必要であった。そこで、室温でイオン液体処理を行ったパルプを用いて、抄紙を行った。その結果、処理時間 1日の乾燥・湿潤強度は、それぞれ4.18 kN/mおよび0.15 kN/mであるのに対し、処理時間 5日の場合は、それぞれ5.95 kN/mおよび0.28 kN/mであった。室温の[BMIM]Cl処理した場合、80℃で加熱処理した場合と同様に乾燥・湿潤強度が増加した。
[BMIM]Cl処理パルプ添加シート調製時に発生した廃水のCODは24.3 mg/Lであり、粉砕パルプ添加時の廃水のCOD 2.6 mg/Lと比較して増加した。この結果は、抄紙時に定着しなかった[BMIM]Cl処理パルプが影響していると考えられる。
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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
本研究では、使用したイオン液体を再利用することを試みている。そこで、再利用には、イオン液体によるパルプ処理条件、使用したイオン液体の回収方法について検討を行った。回収方法は、加熱脱水法を用いた。この手法を活用して回収したイオン液体を用いて処理したパルプを添加した紙の乾燥強度および湿潤強度は、向上しなかった。これは、イオン液体の回収・再利用により、セルロース溶解能が低下したと考えられる。この原因として、加熱によるイオン液体の純度の低下であることが明らかとなった。そこで、加熱しない方法である室温処理を検討した。その結果、加熱しない室温処理で処理を行った紙の乾燥強度および湿潤強度は、加熱処理と同様に向上することが分かった。また、水質の基準であるCODについて測定したところ、定着しなかったパルプに付着しているイオン液体に影響により、COD値が大きくなる傾向であった。今後は、加熱をしない回収方法やイオン液体洗浄方法を検討する必要がある。
これらの結果、再生イオン液体処理に必要な条件およびイオン液体を除去する必要性を明らかにすることができ、来年度につながる結果が得られた。このことから、概ね今年度の目標を達成したと考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
来年度は、加熱しないイオン液体処理方法および加熱せずにイオン液体を回収する方法を検討する。具体的には、室温処理をメインに検討し、さらにイオン液体の粘度を下げる方法を検討する。イオン液体の粘度を下げることにより、イオン液体によるパルプ処理を効率的に行うことができる。使用したイオン液体を回収する方法として、ゼオライトを用いた脱水方法および再結晶法を使用する。そして、加熱を最小限にするイオン液体処理方法およびイオン液体脱水手法を検討する。そして、室温処理および上記の方法で再生したイオン液体で処理したパルプを添加した紙の調製を行う。そして、室温処理およびイオン液体回収条件が、乾燥・湿潤紙力におよぼす影響を明らかにする。そして、回収条件および最適なイオン液体処理条件を確立する。さらに、イオン液体処理パルプを添加した紙の比表面積の測定を行う予定である。
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