| 研究課題/領域番号 |
21K12303
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| 研究機関 | 秋田大学 |
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研究代表者 |
林 滋生 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (20218572)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 天然ゼオライト粉末 / 電気泳動堆積 / 堆積膜の固定化 / メタカオリン / イオン吸着 / 粒子特性 / 不純物 |
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| 研究実績の概要 |
環境中に投入して使用する新たなスタイルの多孔質吸着材料を作製するため，電気泳動堆積（EPD）法による天然ゼオライト堆積・固定化膜の作製において，添加するメタカオリン粉末の種類の違いが，電気泳動堆積特性や堆積・固定化膜の耐剥離性，ならびにイオン吸着特性に与える影響を明らかにすることを試みた。
秋田県産天然ゼオライト（クリノプチロライト）粉末と，産地が異なる4種類のカオリン原料から作製したメタカオリン粉末からエタノール分散液を作製し，その分散液を用いたEPD法により金属（ステンレス鋼）メッシュ基板上に天然ゼオライト堆積膜を作製，ケイ酸ナトリウムを用いた化学的手法による固定化やイオン吸着特性の比較を試みた。
結果として，電気泳動堆積に関しては，4種類のメタカオリンを用いた試料で堆積量にわずかな差が見られたが，メタカオリンの性質の1つである原料粒子のゼータ電位（電気泳動速度）と堆積量との関係は明瞭には得られなかった。耐剥離性に関しては，不純物の種類（カオリン鉱物の有無）が関係している可能性が示唆された。また，イオン吸着特性は4種類の試料で大きな差はみられず，いずれもPb2+イオンに対する吸着特性を示した。
これらの結果より，原料粒子のゼータ電位よりも，異なるメタカオリン粒子のサイズや形状などの因子が，堆積量に影響を及ぼしていることが示唆された。また，耐剥離性に関し，付着性に優れたカオリン鉱物が含有されていることが耐剥離性の向上に効果があることが考えられた。
以上，異なるメタカオリンを使った電気泳動堆積・固定化について，添加したメタカオリンの粒子サイズや形状などの影響が示唆されたことは意義深いものである。また，不純物の種類で耐剥離性が異なるならば，より耐剥離性を高めるためにカオリン鉱物を積極的に添加すれば良いことが考えられ，今後の展望に対して有意義な成果が得られたと考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
今年度の研究では，電気泳動堆積（EPD）法による天然ゼオライト粉末の金属基材表面への堆積・固定化に及ぼすメタカオリン添加の影響について，主としてメタカオリンの原料となるカオリン原料の種類の違いが及ぼす影響について解明する予定であった。
しかしながら，用いた4種類のメタカオリンの影響の違いは予想したより大きなものではなく，様々な示唆的な実験事実は得られたものの，明瞭な傾向を明らかにすることはできなかった。また，膜の耐剥離性という実用的な観点からすると，堆積膜を基準とした最終的な固定化膜の残留割合は多くても80%程度であり，しかも堆積量が非常に少ない条件に限られている。この様に，研究成果という点では，まだ対外的に発表できる段階に至っていない。今後はより多くの堆積量が得られる条件において，少なくとも90%以上の残留割合を目標値として目指すことを考えている。
現時点においては，EPD法で堆積した膜を固定化処理する際に，溶液に浸漬した時点で簡単に剥離してしまうのが大きな問題である。結合剤としての有機バインダー量を増やすと堆積量が減少することが分かっているので，より有効に堆積膜の剥離を抑制するための別の手段が必要と考えられるが，まだそれを明らかにするには至っていない。今後はこの点に着目しながら研究を続けていく予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
進捗状況の項目で述べた様に，まず堆積膜の段階での耐剥離性向上を目指すべきと考えている。そのための手段として，前年度の結果よりメタカオリンに含まれる不純物（鉱物）の違いでわずかに耐剥離性の大小に対し傾向が見られたことから，耐剥離性向上に役立つと思われるカオリン原料（未焼成）の積極的な添加を試みることにする。カオリン原料は保水性・可塑性に優れることから堆積膜の付着性の向上が期待できるため，EPD法においてカオリン原料を添加することの影響を実証的に検討することにする。
具体的には，これまでにメタカオリンの作製に用いた4種の産地が異なるカオリン原料（ニュージーランド，ベトナム，ブラジル，韓国産）を所定量（数%～30%程度）天然ゼオライト懸濁液に加え，EPD法による成膜を行う。カオリン原料の粒度（粉砕条件）や，表面性状（ゼータ電位）もパラメータとして重要と考えられるため，検討の対象とする。
もしこれらの方針において成果が見られなかった場合には，より粘結性に優れたスメクタイトの様な粘土鉱物や，セルロース繊維の様な堆積膜の亀裂（剥離）防止に役立つと考えられる繊維状物質の添加など，主として添加物の観点から天然ゼオライトEPD堆積膜の剥離防止に対して有効な手法を模索していく予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度の研究の進捗状況がやや遅れたこと，また新型コロナウィルス感染症の影響のため，出張を含めての学会発表を実施するに至らず，旅費の使用が全く無かったことが次年度使用が生じた大きな理由の一つである。そのため，一部は物品の購入に使ったがわずかに（約4万円）余剰が生じた。
次年度使用分は，主に物品類の購入，特にEPD法における耐剥離性向上のための添加物を幅広く調査する必要があるため，その購入費用として使用することへの補填に充てる予定である。
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