ヒ素インプリント磁性体の表面設計と地熱発電排水処理への応用

今年度は、多孔性マグネタイト(PMAG)合成の最適化、およびヒ素吸着除去のためのマグネタイトの最適な細孔構造設計を行った。さらに、地熱発電廃水への実用化を考慮して、真球状体のマグネタイト吸着材の調製法の開発を行い、その評価(温度安定性、吸着速度、吸着容量等)を実施した。1)PMAGの合成とその球状体の開発 界面活性剤の種類、Fe^<2+>とFe^<3+>の組成割合、アルカリの種類および合成温度によってその細孔構造および吸着特性は大きく変化する。その調製を、(1)尿素均一沈殿法、(2)界面活性剤鋳型法の方法により、それぞれ行った。その結果、(1)では多孔性ではなく、結晶性の高いマグネタイトが得られた。一方、(2)の方法では、(i)陰イオン性界面活性剤、(ii)陽イオン界面活性剤、(iii)中性の界面活性剤を用いて行った結果、(ii)と(iii)を用いた方が高比表面積のマグネタイト微粒子(PMAG)を得ることができた。PMAGは粉末であるためにバッチ法での使用になるが、磁石により容易に固液分離が可能であり、一度に大量処理するには最適である。さらにカラムに利用するために、W/Oエマルション法によるマグネタイト/キトサン球状化法を確立した。この方法は粒径を自由に制御でき、数十μ〜数百μの多孔性マグネタイトビーズ(PMAGB)の調製が可能であった。2)PMAGおよびPMAGBの吸着性能評価 実用的な吸着プロセスでは、吸着・洗浄・溶離などの各ステップの最適条件の設定が重要である。本研究では、粉末状とビーズ状の2種類について検討した。PMAGはバッチ法で用いたが、各ステップの固液分離に磁石を利用すれば迅速・簡単に行え、大量のサンプルも一度に効率よく処理することができた。一方、PMAGBではミニカラムによる吸着を行い、カラムにも十分に利用できることを明らかにした。地熱発電排水を対象としているため、アルカリ金属、土類金属、遷移金属等の共存下におけるヒ素(III,V)の吸着選択性および吸着容量について吸着温度も考慮して検討した。吸着速度は粉末状のPMAGと比較すると若干遅くなるが、その吸着選択性、吸着能力とも十分であった。さらに、PMAGとPMAGBの両者について、吸着・溶離実験を繰り返し(5回)行ったが、ヒ素の吸着能力および選択性とも十分に維持されることが明らかとなった。

今年度は、多孔性マグネタイト(PMAG)合成の最適化、およびヒ素吸着除去のためのマグネタイトの最適な細孔構造設計を行った。さらに、地熱発電廃水への実用化を考慮して、真球状体のマグネタイト吸着材の調製法の開発を行い、その評価(温度安定性、吸着速度、吸着容量等)を実施した。1)PMAGの合成とその球状体の開発 界面活性剤の種類、Fe^<2+>とFe^<3+>の組成割合、アルカリの種類および合成温度によってその細孔構造および吸着特性は大きく変化する。その調製を、(1)尿素均一沈殿法、(2)界面活性剤鋳型法の方法により、それぞれ行った。その結果、(1)では多孔性ではなく、結晶性の高いマグネタイトが得られた。一方、(2)の方法では、(i)陰イオン性界面活性剤、(ii)陽イオン界面活性剤、(iii)中性の界面活性剤を用いて行った結果、(ii)と(iii)を用いた方が高比表面積のマグネタイト微粒子(PMAG)を得ることができた。PMAGは粉末であるためにバッチ法での使用になるが、磁石により容易に固液分離が可能であり、一度に大量処理するには最適である。さらにカラムに利用するために、W/Oエマルション法によるマグネタイト/キトサン球状化法を確立した。この方法は粒径を自由に制御でき、数十μ〜数百μの多孔性マグネタイトビーズ(PMAGB)の調製が可能であった。2)PMAGおよびPMAGBの吸着性能評価 実用的な吸着プロセスでは、吸着・洗浄・溶離などの各ステップの最適条件の設定が重要である。本研究では、粉末状とビーズ状の2種類について検討した。PMAGはバッチ法で用いたが、各ステップの固液分離に磁石を利用すれば迅速・簡単に行え、大量のサンプルも一度に効率よく処理することができた。一方、PMAGBではミニカラムによる吸着を行い、カラムにも十分に利用できることを明らかにした。地熱発電排水を対象としているため、アルカリ金属、土類金属、遷移金属等の共存下におけるヒ素(III,V)の吸着選択性および吸着容量について吸着温度も考慮して検討した。吸着速度は粉末状のPMAGと比較すると若干遅くなるが、その吸着選択性、吸着能力とも十分であった。さらに、PMAGとPMAGBの両者について、吸着・溶離実験を繰り返し(5回)行ったが、ヒ素の吸着能力および選択性とも十分に維持されることが明らかとなった。