セルロースナノファイバーとキトサンを骨格とした高強度金属除去回収ゲル材料の創製

重金属廃水処理やレアメタル回収における安全面の確保や資源循環問題は、持続可能な社会貢献のためにも解決しなければならない。金属吸着材の一つであるハイドロゲルは三次元網目内に溶媒（水）を取り込むため溶媒と高分子鎖との接触面積が大きく、固体吸着材に比べて金属吸着効率が高い。本研究では、多糖を骨格とした金属除去回収ゲル材料の創製を目指している。多糖由来のハイドロゲルは脆く、金属吸着と脱着を繰り返す反復使用には適さない。そこで、２種類の高分子網目構造を持ち非常に機械的強度が高いダブルネットワーク（DN）ゲルを多糖のみで合成し、高強度な金属除去回収ゲル材料の創製を行うことを目的とする。前年度までにキレート剤であるエチレンジアミン四酢酸（EDTA）をキトサンに導入したEDTAキトサンを用いたハイドロゲルの合成が完了している。キトサンを含め多糖由来のハイドロゲルは、熱可塑性や有機溶媒への溶解性が低いため成形加工性に乏しく、一度バルク合成したものを粉末化した不規則形状のものが多い。そこで、流動パラフィン中に反応溶液（水相）を注入し、撹拌による剪断力と水／油界面の表面張力により形成された液滴内で架橋反応を行うことで、EDTAキトサンハイドロゲルの球状成形合成に成功した。球状EDTAキトサンハイドロゲルは短時間で重金属イオンを水中から除去可能であることが明らかになった。また、架橋剤としてジエポキシ化合物の使用したセルロースナノファイバーのハイドロゲル合成を検討したが、分子鎖間へ架橋構造が導入されず合成に至らなかった。今後は、架橋剤の変更、セルロースナノファイバーから別の多糖に変更し、多糖のみで構成されたDNゲルの合成を目指す。

重金属廃水処理やレアメタル回収における安全面の確保や資源循環問題は、持続可能な社会貢献のためにも解決しなければならない。金属吸着材の一つであるハイドロゲルは三次元網目内に溶媒（水）を取り込むため溶媒と高分子鎖との接触面積が大きく、固体吸着材に比べて金属吸着効率が高い。本研究では、多糖を骨格とした金属除去回収ゲル材料の創製を目指している。多糖由来のハイドロゲルは脆く、金属吸着と脱着を繰り返す反復使用には適さない。そこで、２種類の高分子網目構造を持ち非常に機械的強度が高いダブルネットワーク（DN）ゲルを多糖のみで合成し、高強度な金属除去回収ゲル材料の創製を行うことを目的とする。前年度までにキレート剤であるエチレンジアミン四酢酸（EDTA）をキトサンに導入したEDTAキトサンを用いたハイドロゲルの合成が完了している。キトサンを含め多糖由来のハイドロゲルは、熱可塑性や有機溶媒への溶解性が低いため成形加工性に乏しく、一度バルク合成したものを粉末化した不規則形状のものが多い。そこで、流動パラフィン中に反応溶液（水相）を注入し、撹拌による剪断力と水／油界面の表面張力により形成された液滴内で架橋反応を行うことで、EDTAキトサンハイドロゲルの球状成形合成に成功した。球状EDTAキトサンハイドロゲルは短時間で重金属イオンを水中から除去可能であることが明らかになった。また、架橋剤としてジエポキシ化合物の使用したセルロースナノファイバーのハイドロゲル合成を検討したが、分子鎖間へ架橋構造が導入されず合成に至らなかった。今後は、架橋剤の変更、セルロースナノファイバーから別の多糖に変更し、多糖のみで構成されたDNゲルの合成を目指す。