| 研究課題/領域番号 |
22K05178
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| 研究機関 | 甲南大学 |
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研究代表者 |
岩月 聡史 甲南大学, 理工学部, 教授 (80373033)
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| 研究分担者 |
茶山 健二 甲南大学, 理工学部, 教授 (10188493)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | ホウ素 / 温度感応性高分子 / 分離技術 / 回収技術 / 検出技術 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、科学技術を支える主要な元素である一方、排出規制物質でもあるホウ素化合物の環境にやさしい新たな分離回収技術の創出を目指すべく、水溶性ホウ素の化学吸着部位を温度感応性高分子に導入した『親水・疎水制御型ハイブリッド機能高分子』を開発し、主に温度昇降とろ過により水溶性ホウ素を効率的に分離回収するシステムを構築・提案することを主な目的としている。
研究初年度となる今年度は、本研究のハイブリッド機能高分子の基本となる高分子の合成と温度感応性に関する検討を行った。具体的には、温度感応性高分子のユニットとして下限臨界共溶温度（LCST）を35℃付近に有するポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)（pNIPAAm）を、ホウ素の効果的な捕集と脱着に有効な機能部位としてキレート配位子のN-メチル-D-グルカミン（NMDG）を採用し、NMDGの導入に伴う高分子の親水性の向上、すなわちLCSTの低下を抑制するための疎水基としてスチレン（Sty）を導入したNIPAAm-NMDG-Sty共重合体を合成した。その結果、NMDG導入による高分子の親水効果よりも、Sty導入による疎水効果のほうが顕著に表れることがわかった。この結果は、温度感応性を保持するためSty導入量を少なく抑えてNMDGの導入量を増やすことができ、結果としてホウ素の化学吸着能を向上できることを示す極めて有用な知見である。今年度はNMDGとStyの導入比（仕込み比）を最適化するには至らなかったが、当初の想定以上にNMDG導入量を増加したハイブリッド機能高分子を開発できる可能性を見出せた点は特筆に値する。
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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
温度感応性のpNIPAAmに導入する親水性のホウ素化学吸着部位（NMDG）と、NMDG導入による高分子の親水性上昇を抑制するための疎水基（Sty）の最適な仕込み比を決定するには至らなかった点は当初の計画よりもやや遅れている。しかし一方で、Styの疎水性上昇の効果は当初の想定以上であり、NMDGの導入量を当初の予定より飛躍的に高められることを見出した点は、ホウ素吸着能の高い高分子開発に対して非常に有用な指針となり、当初の想定以上の成果であると言える。したがって、当初の計画どおりではないが、予想を超える成果も得られた点を考慮し「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
ハイブリッド機能高分子におけるNMDGとStyの導入比と温度感応性（LCST）との関係を引き続き検討し、本研究が目標とするLCST=40℃付近のNIPAAm-NMDG-Sty共重合体の合成条件最適化を優先課題をして検討する。この検討においては、Styの少量導入による疎水性向上の効果を明確にするために、Styを導入しないブランク高分子（NIPAAm-NMDG高分子）についても合成しLCSTの測定を行う。
一方、既に合成された、目標のLCSTではないものの温度昇降による親水性－疎水性変化を確認できた高分子については、水溶性ホウ素（ホウ酸）の捕集試験や脱着試験を開始し、目標とするLCST=40℃付近のハイブリッド機能高分子を合成できた際に円滑にホウ素の吸脱着試験を実施できるよう準備する。
なお、ホウ素の吸脱着は親水状態である均一溶液で行うため、一般的な溶液化学的手法よる化学吸着の評価が可能である。そこで、合成した高分子によるホウ素の化学吸着反応に対応する高分子に導入したNMDG基とホウ酸との錯体形成反応の安定度定数を測定し、高分子でないNMDGとホウ酸との安定度定数と比較することにより、高分子への導入効果を評価する。また、錯体形成反応速度を測定して化学吸着の時間スケールを明らかにし、従来のホウ素除去用樹脂による固相吸着速度と比較することにより、均一溶液で化学吸着する本研究のハイブリッド機能高分子の吸着時間効率の有用性を評価する。
以上の検討を進捗状況に合わせて並行して進めることにより、当初の計画からやや遅れている部分を補完しつつ、当初の想定以上の機能を示すハイブリッド機能高分子によるホウ素の分離回収の優位性の評価と、技術確立を目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ感染症や不安定な社会情勢の影響による国内外の物品調達の遅れにより、当該年度に購入予定であった実験器具や実験装置のいくつかが品薄で納期を保証できない状況であったため、やむを得ず当該年度使用予定額の一部を次年度に繰り越すこととした。物品調達については徐々に平常化しつつあるため、次年度は納品可能になった物品から順次購入を進める予定である。
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