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2014 年度 実施状況報告書

メタロホストとイオン液体による新規分離材料の創製と機能評価

研究課題

研究課題/領域番号 26410145
研究機関千葉大学

研究代表者

勝田 正一  千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (40277273)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード溶媒抽出 / イオン液体 / 白金族金属 / メタロホスト / リチウム / 分離技術
研究実績の概要

平成26年度の研究実施計画における研究項目は,(1) 優れたイオン抽出能を有する Task-specific イオン液体の探索及び創製,(2) 高イオン選択性メタロホストの創製と定量分析への応用,の二つであった.
まず,(1) については,パラジウム(Ⅱ),白金(Ⅳ),ロジウム(Ⅲ)を抽出するイオン液体抽出系を見いだした.イオン液体はプロトン性のトリオクチルアンモニウム硝酸塩である.これを用いて塩酸溶液からパラジウムと白金の抽出を行うと,水相に対してイオン液体が1/100の体積であっても,これらの金属を定量的にイオン液体相に抽出・濃縮することが可能であった.特に,低塩酸濃度条件では,コバルト,ニッケル,亜鉛等の金属がほとんど抽出されないことから,パラジウムと白金をこれらの金属から分離することができた.ロジウムの場合は,パラジウムや白金の場合と同じ条件では抽出されなかったが,濃塩酸中で加熱後,抽出時に水で希釈して塩酸濃度を下げる方法により,水相と同体積のイオン液体相に98%以上抽出することができた.
(2) については,申請者らが以前報告した高リチウムイオン選択性の大環状メタロホスト((3,5-ジメチルアニソール)ルテニウム(Ⅱ)トリマー)を用い,リチウムの抽出吸光光度分析法の検討を行った.このメタロホストは電気的に中性で,リチウムイオンと 1:1 で反応して陽イオン性錯体を生成する.対イオンにテトラブロモフェノールフタレインエチルエステル(色素陰イオン)を用いてイオン対抽出を行った後,有機相の吸光度測定を行うことにより,水溶液中の ppb レベルのリチウムイオンを定量することができた.
その他関連する研究として,イオン液体/水間における単独イオンの移行自由エネルギーの評価や,イオン液体/水界面への吸着による水中の金属酸化物ナノ粒子の分離除去を行った.

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

(1)「Task-specific イオン液体の探索及び創製」の研究項目については,産業上重要なレアメタルであるパラジウム,白金,ロジウムに対して優れた抽出能をもつイオン液体を見いだすことができたことから,当初の目的を概ね達成できたと考えている.パラジウムと白金については他の研究者によっても抽出用のイオン液体が報告されているが,抽出能力の点で本研究のイオン液体のほうが優れている.また,本研究で用いたプロトン性イオン液体は,その調製に要するコストと手間が従来の一般的なイオン液体に比べて格段に小さいという特長もあり,高い実用性が期待できる.また,ロジウムは配位子交換速度が非常に遅いことから,従来有効な抽出系がなかった.本抽出系はロジウムに対して比較的小さな手間で極めて高い抽出率を得られることから,画期的な成果であるといえる.今後は,これら3種類の白金族金属の相互分離に有効な系を見いだすことが課題である.
(2)「高イオン選択性メタロホストの創製と定量分析への応用」の研究項目については,リチウムイオン選択性メタロホストを用いた簡便な抽出吸光光度法によって ppb レベルの超微量リチウムイオンの定量が可能になったことから,応用面での可能性が拓かれた.今後,共存イオンの影響や実試料への適用などの実際的な検討が必要であるが,概ね順調に進展しているといえる.
その他,当初の計画にはなかったが,イオン液体/水間における単独イオンの移行自由エネルギーの評価や,イオン液体による水中の金属酸化物ナノ粒子の分離除去についても,独創性・有用性の高い成果を得ることができ,今後の進展が期待できる状況にある.

今後の研究の推進方策

(1) 平成26年度に得られた結果をベースとして,廃棄物からのパラジウム・白金・ロジウムの分離・回収を目指し,イオン液体を抽出剤に用いた有効な分離システムを構築する.現在の課題は,簡便・高効率な方法でこれらの金属の相互分離を達成することである.現時点では,一度これらの金属を全て抽出したのち,適切な逆抽出剤の使用と逆抽出時間の設定によって目的を達成できるのではないかと考えており,その検討を進める.
(2) 平成26年度に得られた結果をベースとして,リチウムイオン選択性メタロホストを用いた灌水(海水等)に含まれるリチウムイオンの抽出吸光光度定量法を開発する.課題は,高濃度で共存する他のイオン(特にナトリウムイオン)による妨害の除去である.抽出時の条件(メタロホストの濃度,対イオンの種類と濃度,抽出時間等)や,抽出後の有機相洗浄の効果を詳しく検討し,最適な方法を見つける.
(3) 申請者らは,平成26年度の研究において,イオン液体が金属酸化物ナノ粒子の抽出分離に有効であることを見いだした.平成27年度は,様々なイオン液体とナノ粒子を用いて実験を行い,ナノ粒子の抽出機構とその抽出に適したイオン液体を見いだすことを新たな研究目的として加える.

次年度使用額が生じた理由

平成26年度は,予定していた備品(紫外可視分光光度計)のグレードを下げたことにより,次年度使用額が生じた。次年度は大学からの経常予算が大幅に削減される予定であることと,比較的高額な消耗品(分析機器の光源・純水製造装置のカートリッジ等)の交換が予想されることから,このような方策を取る必要があった.

次年度使用額の使用計画

本研究の遂行に必要な,試薬類(金属塩,イオン液体,メタロホスト合成用原料等)と器具類(光源ランプ・純水カートリッジ等を含む)の購入に約100万円,学会旅費に約25万円,謝金に約10万円,その他(論文投稿料等)に約10万円を充てる予定である.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Extraction Properties of p-Methyloxacalix[3]arene Methyl Ether for Alkali Metal Ions2015

    • 著者名/発表者名
      Naoki Kanaya, Shumpei Matsuhashi, and Shoichi Katsuta
    • 雑誌名

      Solvent Extraction Research and Development, Japan

      巻: 22 ページ: 17-24

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] プロトン性イオン液体による塩酸溶液からのロジウムの抽出2014

    • 著者名/発表者名
      田村純子, 勝田正一
    • 学会等名
      第33回溶媒抽出討論会
    • 発表場所
      ホテルプラザ神戸
    • 年月日
      2014-12-11
  • [学会発表] イオン液体/水界面への吸着による水中の酸化銅(II)ナノ粒子の分離除去2014

    • 著者名/発表者名
      武田千広, 重永達彦, 金谷直樹, 別所光太郎, 文珠四郎秀昭, 勝田正一
    • 学会等名
      第33回溶媒抽出討論会
    • 発表場所
      ホテルプラザ神戸
    • 年月日
      2014-12-11
  • [学会発表] プロトン性イオン液体によるレアメタルの抽出2014

    • 著者名/発表者名
      勝田正一
    • 学会等名
      レアメタル分析研究懇談会・環境分析研究懇談会合同講演会
    • 発表場所
      東京理科大学森戸記念館
    • 年月日
      2014-11-19
    • 招待講演
  • [学会発表] 1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム系疎水性イオン液体と水との間におけるイオン移行自由エネルギーの評価2014

    • 著者名/発表者名
      湯川裕晴, 工藤義広, 勝田正一
    • 学会等名
      第60回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学
    • 年月日
      2014-11-15
  • [学会発表] 水からイオン液体1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム・ヘキサフルオロホスファートへの単独イオンの移行自由エネルギー2014

    • 著者名/発表者名
      湯川裕晴, 勝田正一
    • 学会等名
      日本分析化学会第63年会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      2014-09-19
  • [学会発表] イオン液体/水二相系におけるイオン性物質の分配を支配する諸因子2014

    • 著者名/発表者名
      勝田正一, 濵本拓也, 渡邉悠太, 岡井美歩
    • 学会等名
      日本分析化学会第63年会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      2014-09-17
    • 招待講演
  • [学会発表] イオン液体抽出による水中の酸化銅ナノ粒子の除去2014

    • 著者名/発表者名
      武田千広, 重永達彦, 金谷直樹, 別所光太郎, 文珠四郎秀昭, 勝田正一
    • 学会等名
      日本分析化学会第63年会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      2014-09-17

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公開日: 2016-05-27  

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