2013 Fiscal Year Annual Research Report
エネルギーデバイス用フッ素系イオン液体の非焼却分解・再資源化反応システムの開発
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24310061
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
堀 久男 神奈川大学, 理学部, 教授 (50357951)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永長 久寛 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (90356593)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | イオン液体 / 分解 / 亜臨界水 / 超臨界水 / フッ素 |
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| Research Abstract |
フッ素系イオン液体は様々なエネルギーデバイスにおいて、電解質材料等としての導入が進んでいるが、廃棄物の分解処理方法が確立されていない。高温での焼却は可能であるが単に高エネルギーが必要なだけでなく、発生するフッ化水素ガスが焼却炉材を損傷する問題がある。このような背景から本研究では焼却によらない、低エネルギー的な手法でこれらを分解処理する方法を開発することを目的としている。
25年度は代表的なフッ素系イオン液体であるビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド(CF3SO2)2N-(1)について、亜臨界水（～350℃）および超臨界水（380℃）中でゼロ価鉄(Fe)あるいはFeOを還元剤として用いて分解することを詳細に検討した。Feを添加して344 ℃で反応させた場合、水中の1の存在量は擬一次反応速度式に従って減少した（k = 0.77 h-1）。同時にF-の生成量が増加し、18時間後の収率は72.0%に達した。この反応の温度依存性について調べたところ、1の分解は243℃以上で起こり、375 ℃の超臨界状態においてF-の生成量は最大となり、18時間でその収率は76.8%に達した。一方378℃でFeOを用いた場合は、Feに比べて初期の反応性は低いものの、効果が長時間持続し、18時間後のF-収率は全条件の中で最高の85.7%に達した。X線回折分析の結果、FeOは反応の初期過程でFeとFe3O4に変化していた。これは超臨界水中でFeOがFeとFe3O4に不均化することを意味する。Fe3O4には1の反応促進効果はないのでFeOによる1の分解においては、系内に生成したFeが1の分解を起こす真の活性種として作用していると考えられる。FeOを用いた場合のほうが高いF-収率が得られたことは、Feは水とも反応するが、超臨界水のような高温ではFeOから生成するFeの方が、最初からFeを用いた場合よりも水との反応に消費されにくく、1との反応に優先的に使用されることを示唆した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
代表的なイオン液体であるビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド(CF3SO2)2N-について、ゼロ価鉄あるいは酸化鉄(II)を還元剤として用いた亜臨界水および超臨界水反応によりフッ化物イオンを最高で85.7％の収率で得ることができている。効果的に分解・無機化することに成功しているのでおおむね順調に進捗していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記の経緯を踏まえて26年度は酸化鉄(II)を含む典型的な廃棄物である鉄鋼スラグを用いて亜臨界水および超臨界水中でのイオン液体の分解反応を行う。粒径等が異なる種々の鉄鋼スラグを用いて効果的な反応系を探索する。さらにカルシウム源を添加して人工蛍石を作製する。また、反応に伴うスラグの成分変化をX線回折、X線光電子分光法で解明し、この反応に伴うスラグからの有害成分の溶出挙動をICP発光分析法で解明する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
人件費・謝金が計画した金額より低くなった原因はアルバイト雇用者の実労働時間が計画を下回ったためである。また、その他の項目が高くなったのは分析（XPS測定等）の外注費用が高かったことによる。
26年度は物品費239万円（消耗品で主にガス、試薬類、配管バルブ類）、旅費30万円(環境化学討論会、フッ素化学討論会、日本化学会春季年会、インドで開催される第2回インド国際フッ素化学シンポジウム)、人件費100万円、その他10万円（英文校閲）を予定している。
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