Preparation of adsorbents to specifically remove ionic pollutants from water

本研究は水質汚染物質，特に環境水（淡水）中に溶解している硝酸イオン，リン酸イオンのようなそれ自体が汚染物質であると同時に湖沼の富栄養化や沿岸域の貧酸素状態を引き起こすイオン性の物質（ここでは陰イオン）を選択的かつ効率的に除去するための炭素系吸着剤を開発しようとするものである。現在，硝酸・リン酸イオンといった陰イオンの吸着には専ら陰イオン交換樹脂が広く用いられているが，高分子（微粒子のプラスチック）であり耐熱性や耐酸・耐アルカリ性も十分でないため取り扱いに注意が必要である。このためイオン交換樹脂を炭素系の吸着材料で代替ができると途上国などでの利用もしやすくなる。しかしながら活性炭などの炭素系吸着剤は，水中の非イオン性の汚染物質（有機汚染物質）の吸着除去には威力を発揮するが，陰イオンとなるとイオン交換樹脂と比べて１桁低い吸着容量しか得られない。そこで私共の研究室では，活性炭（AC）や活性炭素繊維（ACF）の表面を陰イオン吸着に有利に働くように「正に帯電させること」を目的に窒素原子のドーピング（第４級窒素やアルキルアミンといった官能基の生成）を試みている。研究３年目（研究期間５年）の2022年度はこれまで取り扱ってきたポリアクリロニトリル（PAN）繊維に加えて，メラミンや尿素など含窒素化合物とグルコースやスクロース（ショ糖）などの糖を重縮合することにより窒素含有の炭素系材料の調製を試みた。さまざまな調製条件（賦活条件）を検討した結果，リン酸イオンで0.6 mmol/g 以上の吸着性能を出すことに成功した。この値はイオン交換樹脂の吸着容量の0.8 mmol/gには及ばないものの十分実用性能に達している。調製したサンプルについてＸＰＳ装置などで表面分析をした結果，炭素表面に常に正に帯電している第４級窒素が生成してリン酸イオンの吸着が促進されたと推定した。

本研究は水質汚染物質，特に環境水（淡水）中に溶解している硝酸イオン，リン酸イオンのようなそれ自体が汚染物質であると同時に湖沼の富栄養化や沿岸域の貧酸素状態を引き起こすイオン性の物質（ここでは陰イオン）を選択的かつ効率的に除去するための炭素系吸着剤を開発しようとするものである。現在，硝酸・リン酸イオンといった陰イオンの吸着には専ら陰イオン交換樹脂が広く用いられているが，高分子（微粒子のプラスチック）であり耐熱性や耐酸・耐アルカリ性も十分でないため取り扱いに注意が必要である。このためイオン交換樹脂を炭素系の吸着材料で代替ができると途上国などでの利用もしやすくなる。しかしながら活性炭などの炭素系吸着剤は，水中の非イオン性の汚染物質（有機汚染物質）の吸着除去には威力を発揮するが，陰イオンとなるとイオン交換樹脂と比べて１桁低い吸着容量しか得られない。そこで私共の研究室では，活性炭（AC）や活性炭素繊維（ACF）の表面を陰イオン吸着に有利に働くように「正に帯電させること」を目的に窒素原子のドーピング（第４級窒素やアルキルアミンといった官能基の生成）を試みている。研究３年目（研究期間５年）の2022年度はこれまで取り扱ってきたポリアクリロニトリル（PAN）繊維に加えて，メラミンや尿素など含窒素化合物とグルコースやスクロース（ショ糖）などの糖を重縮合することにより窒素含有の炭素系材料の調製を試みた。さまざまな調製条件（賦活条件）を検討した結果，リン酸イオンで0.6 mmol/g 以上の吸着性能を出すことに成功した。この値はイオン交換樹脂の吸着容量の0.8 mmol/gには及ばないものの十分実用性能に達している。調製したサンプルについてＸＰＳ装置などで表面分析をした結果，炭素表面に常に正に帯電している第４級窒素が生成してリン酸イオンの吸着が促進されたと推定した。