2015 Fiscal Year Research-status Report
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26340063
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| Research Institution | Kanagawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
斎藤 貴 神奈川工科大学, 工学部, 教授 (10186942)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 汚染物質除去技術 / セシウム / チキソトロピーゲル / 廃水処理技術 / 環境刺激応答 / 回収剤 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、外部の刺激に応じて固相と液相に相変化するチキソトロピーゲルを吸着剤として利用することで、沈殿剤や凝集剤を必要としないCs回収技術を開発することを目的としている。このチキソトロピーゲルの特性を利用することで、水中のCsを回収する際、撹拌に伴う振動により、回収効率の高い液相に変化し(液々抽出)、その後、静置することで自ら凝集後に固相(沈殿物)に固液分離し、回収を容易にすることが期待できる。
平成27年度の検討により、Cs濃度1.0～10 mg/Lの試料水溶液において、Csの回収率は約60～90%であった。この時、低濃度(1.0～5.0 mg/L)におけるCs回収率は80%以上であり、複数回段階的なCs回収法を想定すれば充分にCsを回収可能である。
試料水溶液20 ｍlに対して、チキソトロピーゲルを0.20 ml(ゲル体積:Cs溶液の体積=1:100)、0.25(1:80)、0.50(1:40)、1.0(1:20)、2.0(1:10) 加えた場合、チキソトロピーゲルの添加量と回収率に明確な相関は見られなかった。すなわち混合比の違いによる回収率への影響は無いことを明らかにした。Cs濃度1.0～10 mg/LのCs濃度1.0～10 mg/Lにおいて、チキソトロピーゲルの添加量が1:10～1:80 の場合、Langmuir式から得た理論線と高い相関が得られた。またCs濃度が低い廃水では、Csの充分な回収が可能である成果が得られた。一方、Cs濃度の増加に伴い回収率の低下が見られたため、チキソトロピーゲルの油ゲル化剤種や有機溶媒種の変更、疎水性吸着剤の添加などの検討が今後必要であることが分かった。
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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
平成26、27年度に続き、外部環境からの振動の有無により固液間の変化を生じるチキソトロピー現象を伴う振動応答性機能性高分子ゲルの開発を進めた。相変化を生じるN-ラウルロイル-Lグルタミン酸-α,γ-ジブチルアミド(LGBA)と溶剤としてのo-ジクロロベンゼンとを組み合わせることにより、その組成を決定した。その結果、Csをゲル層に回収しその後の排水をゲル上層に浮遊させて分離回収する手法を確立できた。今後は、バッチ式やフロー式の両浄化法に適用可能となるであろう。
今年度は、昨年度に引き続いて、Cs濃度を広い範囲で設定し、付随的な固体吸着剤を使用せずに、ゲル媒体のみを用い、ゲル層に取り込まれる時の回収率や抽出における再現性、ゲル層とCs廃水の体積比の回収率に与える影響について詳細に検討を行った。その結果、チキソトロピーゲルのみでも固体吸着剤を使用せずして、Cs回収率が低濃度域(1.0 mg/L)で90%以上の高回収率を達成することができた。特に低濃度であればあるほど高回収率であることを明らかにした。また、ゲル体積とCs溶液の体積比の回収率への影響を調べたところ、その混合比はCs回収率にほとんど影響しないことがわかった。それゆえ、Csを抽出回収する際のゲルやCs廃水の厳密な体積コントロールは不要になることから、実用面では非常に有利な特徴となることを明らかにした。この傾向は平成27年度の特筆すべき成果となった。現在、Csの高濃度域での抽出回収率が向上するよう固体吸着剤を併用した複合的な回収法の検討を開始している。現在、おおむね、予定通りに研究が進んでいる。今後は実務的な研究実施者を3名(教員、修士、学部生)に増員し、目標達成を目指して精力的に検討を進めていく方針である。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画を基に進めることを柱とするが、特に最終年度は次の点について平行して検討を進める方針である。
(1)チキソトロピーゲルによるセシウム(Cs)の回収能の評価と吸着剤の添加効果の評価
これまでチキソトロピーゲル媒体単体でもCsの回収が可能であることを見いだした。特に1数mg/Lオーダーの低濃度域で高回収能を達成することができた。しかしながら、濃度の上昇に伴って回収率の低下が生じることが分かった。そこで、濃度幅の広い回収法に適用するために、高濃度域での回収率向上を目指し、従来利用されている微粒子吸着剤のプルシアンブルーやゼオライト、ポリエーテル環状分子による錯化の効果を取り入れた抽出能の改善を検討する。特に後者の錯形成による回収法は、環状分子－Cs錯体が蛍光色を有するため、Csがゲルに抽出され回収されたか否かを色覚的に判断できる機能を持たせたいと考えている。
(2)浮遊型チキソトロピーゲルの試作と抽出回収能の評価
現状のチキソトロピーゲルは排水中から沈降しCsを回収する手法で進めており、Cs除去後の排水を流出・除去するオーバーフロー式での浄化が基本となる。これに対して、ゲル相を浮上させることが可能になれば、Csを取り込んだゲルを容易に回収できるメリットが生まれ、Csを回収する操作がより簡易迅速になると考えられる。さらに、現在ゲルの溶剤として利用している塩素系溶剤を使用しないメリットも同時に生まれることも期待できる。
そこで、水に浮遊するチキソトロピーゲルの開発を目的に、ゲル素材とゲル溶媒種を一から見直しを行う計画である。この浮上型のチキソトロピーゲルに関する研究報告例は現在のところまったく見られず、応用面での新たな展開が期待できる。
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| Causes of Carryover |
平成27年度当初予算732,435円(平成26年度残予算32,435円含む)に対して、残予算が237,681円であった。残予算がやや多い理由は、最終年度は研究者(学部生4年)を１名増員し3名体制で研究を進め、これにより試薬やガラス器具などの消耗品の増大が見込まれるためである。なお、平成27年度は当初の予定した予算より低い経費で研究が遂行された主な要因は、前述のようにゲル媒体のみで高回収率を達成したことにより、種々の吸着剤の使用量が予想外に少なかったことに起因している。ただし、今後Csの高濃度域では吸着剤が必要とされるため、平成28年度の研究費用の一部として加えることとした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
用計画）
平成28年度は当初より決定され助成いただく経費(直接経費70万円、間接経費21万)に加えて、平成27年度の残予算237,681円を加えた予算内で研究を継続していきたい。直接経費における予算の使用目的は消耗品の購入であり、実験用試薬(主に吸着剤、キレート剤、一般有機溶剤)30%、測容器を含むガラス器具やプラスチック器具類45%、その他ICP発光分分析機用アルゴンガスと原子吸光分析機用アセチレンガス等でいずれも研究を遂行する上で必要不可欠となっている。
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