生物起源珪藻土からの高純度シリカ精製方法の開発

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高純度シリカ資源の低コスト・安定供給を目的として,埋蔵量が豊富であるが,これまであまり注目されていない生物起源珪藻土を利用し,太陽電池用シリコンなどの高機能材料に適した高純度シリカの精製を化学プロセスにより行う方法を検討した。また,高機能材料に利用するために重要となる精製するシリカの形状制御についても検討した。はじめに,珪藻土から苛性アルカリ溶液を用いてシリカ成分を抽出する際のシリカ溶解および微量元素の溶出傾向を調べる実験を行った。その結果,温度,水溶液濃度,溶出時間等の条件を適切に調整することで,微量元素の溶出をある程度抑制しながら,シリカを溶出できることが明らかとなった。つぎに,珪藻土より作製した過飽和シリカ溶液からのシリカおよび不純物元素の析出挙動を検討した。その結果,珪藻土に含まれるシリカは,pHが約11以下の領域において析出し,酸性領域とアルカリ領域で異なる析出挙動が確認された。また,アルカリ性側では,溶液温度がシリカの析出時間に大きく影響しないのに対し,酸性側では溶液温度が高いほど,シリカの析出時間が短いことが明らかとなった。そこで,溶液温度を50℃に設定し,pHを種々調整したところ,pH2付近でシリカを析出させると,鉄の少ないシリカを効率的に回収できることが確認された。さらに,珪藻土より抽出したシリカを酸洗浄によって高純度化する手法を検討した結果,濃塩酸を用いて短時間で行うと効果的であることが分かった。これらの結果から,適切な条件の操作を組み合わせ,酸洗浄を繰り返すことで,珪藻土から化学プロセスを用いて純度99.999%以上のシリカ精製の可能性が示唆された。また,珪藻土から精製した高純度シリカ溶液から,高分子凝集剤ポリアクリルアミドを用いて,アルカリ性領域でシリカを析出させると,直径5μm程度の球状のシリカを生成することが確認された。