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我々が独自に開発した、分散ナノ粒子に匹敵する大比表面積ながら扱いやすいミクロンサイズの多孔質磁性酸化鉄粒子を、水環境に溶存する有害あるいは有用化学種の吸着・分離回収システム構築を目指して研究を推進した。粒子を構成する酸化鉄の磁性を利用し、高い吸着特性のみならず処理溶液系に手を加えず外部からの交流磁場に応答した発熱による物理的脱着・濃縮分離を実現することが最終目標である。本研究で扱うような、磁性酸化鉄ナノ粒子が互いの動きを拘束する凝集粒子においては、交流磁場に対してネール緩和による発熱が生じ、表面に吸着した砒酸イオンを物理的に脱着すると考えられるが、そのままでは粒径が過剰に微小であるために常温で磁場誘起発熱に適した磁性をもたせるための後処理が必要である。そこで、作製時においてはmaghemiteから構成される多孔質粒子に対して還元雰囲気下で熱処理することにより、magnetiteに構造変化させつつ粒径を最適化することを試みた。結果、還元雰囲気下における熱処理温度条件を最適化して交流磁場に応答して発熱する吸着材粒子を得ることに成功した。カラム流通式の脱着系を用いて、予め飽和吸着量まで砒酸イオン溶液からバッチ吸着した粒子からの脱着量に及ぼす外部磁場印加の効果を調べ、磁場印加なしの場合に比べて約2倍の脱着促進効果を確認した。吸着量に対する脱着効率はまだ十分とはいえないが、一定の成果は挙げられたと考える。
一方、吸着された砒素は、多孔質吸着材粒子内において粒子外部および内部の固体表面において一様に分布していることが明らかとなった。外部から処理水が浸入し、粒子内の空隙内壁に固定化することは容易でも、回収水を空隙内に流通して脱着した化学種を外部へ吐出させるのは容易でない。今後の課題は、吸着液および脱着液の流路としての多孔質粒子内空隙構造のさらなる最適化と考えている。
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