| 研究課題/領域番号 |
20K12248
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| 研究機関 | 奈良工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
中村 秀美 奈良工業高等専門学校, 物質化学工学科, 教授 (70198232)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 吸着 / 金属リサイクル / 半導体めっき / 廃水処理 / ゼロ・エミッション |
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| 研究実績の概要 |
持続可能な開発目標(SDGs)への取り組み、環境問題への意識の高まりから、リサイクルへの関心が高まっている。半導体をめっきする際に生じるスラッジにはNiやSnといった有価な重金属を多量に含んでいるものの、それらの分離・回収・再資源化技術は確立されておらず、ほとんど再生利用されることなく産業廃棄物として処理されている。価格の高騰や資源の枯渇の観点からも地下に鉱山資源を保有しない日本が、地上の都市鉱山とも呼ばれる金属廃棄物から有価金属を分離し、リサイクルする技術の開発は喫緊の課題である。
半導体めっきに利用されるSnは中性領域では錯化剤の共存下でないとイオンの状態で存在することができず、めっき液として利用できない。Snめっきの場合はNiめっきとは異なり、Sn2+イオンがSn4+イオンに酸化されめっき液が変質しやすく、しかもチップ部品から成分が溶解しやすいことから、回収槽の液をめっき槽に戻すことができず、廃液・廃水量が多くなるため排水処理コストがかかることが知られている。そこで本研究では、イオン交換/キレート樹脂・繊維の吸着技術を利用して低濃度のSnめっき排水から低コスト・高効率にSnを分離・回収・再資源化することを目的に、Sn4+イオンおよびSn2+イオンの吸着平衡特性の検討を行った。Snを効率よく吸着する吸着材の探索を行ったところ、酸性領域ではアミノリン酸型キレート樹脂が、塩基性領域では強塩基性アニオン交換樹脂が効果的にSn4+イオンを吸着することが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
今年度もコロナ禍の影響による活動制限措置のため、十分な研究活動時間が確保できなかったこともあり、当初予定していた計画より、少し遅れることとなった。
Sn4+イオンを効率よく吸着する吸着材を探索するため、19種類の吸着材を用いてSn4+イオンの吸着率を評価したところ、アミノリン酸型キレート樹脂と、強塩基性アニオン交換樹脂が効率よくSn4+イオンを吸着することが分かった。また、Sn4+-グルコン酸錯体が、カチオン交換樹脂に吸着せず、アニオン交換樹脂に効率的に吸着されたことから、錯体が負に帯電していることが分かった。
強塩基性アニオン交換樹脂では、65分以内にSn4+イオンが迅速に吸着平衡に達し、95 %のSn4+イオンが吸着された。また、アミノリン酸型キレート樹脂、強塩基性アニオン交換樹脂、ポリアミン型キレート樹脂を用いた場合、Sn4+イオンの吸着はLangmuirの吸着等温線に相関し、アミノリン酸型キレート樹脂の吸着量が最も大きいことが分かった。酸性領域ではアミノリン酸型キレート樹脂が、塩基性領域では強塩基性アニオン交換樹脂が効果的にSn4+イオンを吸着した。アミノリン酸型キレート樹脂からSn4+イオンを脱着する場合は、pHを強塩基性に、強塩基性アニオン交換樹脂からSn4+イオンを脱着する場合は、pHを強酸性にすると良いことが分かった。 また、カラム操作での吸脱着が可能であり、3回の繰り返し利用で吸着材の性能の低下を受けず、吸着材を何度も利用して排水を処理できる可能性が示唆された。
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| 今後の研究の推進方策 |
○めっき排水のゼロ・エミッションプロセスの構築
低濃度のNiおよびSnを含む排液からの分離特性の検討においては、アミノリン酸型キレート樹脂等を用いた吸着技術によって、Sn4+イオンを効率よく吸着する吸着材の探索とともに、溶液のpH、実めっき液に含まれる錯化剤や光沢剤の濃度を変化させて、Sn2+イオンとSn4+イオンの吸着に及ぼす影響等について検討する。さらに、溶液の劣化の原因を明らかにするとともに、酸化を抑制する方法Sn4+イオンの還元法について検討を行う。また、無廃水、金属イオン完全回収の観点から、プロセス全体のゼロ・エミッションの可能性について検討を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍の影響で、研究活動の制限により、十分な研究時間が確保できなかったことも理由ではあるが、研究の遂行の際にいくつかの興味深い知見が得られたため、研究をしっかりと完結するために研究期間の終了を1年延期することとした。
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| 備考 |
NEW環境展, 2022年5月25日（水）～27日（金）,東京ビックサイト
国際フロンティア産業メッセ2022, 2022年9月1日（木）～2日（金），神戸国際展示場
ビジネスチャンス発掘フェア2022, 2022年11月16日（水）～17日（木）、マイドーム大阪
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