Fabrication of high-performance fluorine remover to solve African water problems

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本研究は次の4つの研究課題「(1)LDH組成・原子配列制御」，(2)LDH結晶発達面制御，(3)LDH結晶表面積・三次元構造制御および(4)東アフリカ地域でのFS実証」から成る。特に，本年度は課題(1)と(4)を実施計画に掲げ，実行した。課題(1)では，ターゲットとしてMg/Al系LDHを，比較としてZn/Al系LDHを選択した。このLDHの原子配列制御に関し，(A)電荷補償イオンガイド法(面内原子配列制御)，(B)トポタクティック変換法(面外原子配列制御)および(C)アニオン混合型前駆体法の3つの制御方法を用いた。これにより，層電荷の面外方向への静電反発の異なる2つの積層様式，積層不整なし(Zn/Al系)とあり(Mg/Al系)を作製できた。これを用い，イオン吸着容量と水和挙動への影響を詳細に分析した。積層不整の有無により，イオン吸着容量が大きく変化することを見いだした。また，積層不整がない場合，陰イオンの吸着により層間イオンが脱水和する可能性が示唆された。つまり，陰イオン交換反応様式が異なると考える。Mg/Al系LDHは，層電荷が面外方向に対して接近しているため，静電反発し，イオン交換反応にともなって層間は膨潤すると考える。この膨潤機構により，水和過程のエネルギー障壁を低減でき，陰イオンの交換反応を著しく促進すると考える。また，層間の陰イオンを除去した焼成体(酸化物)を作製し，そのメモリー効果法による陰イオン吸着性能も評価したところ，通常のイオン交換反応よりも高い吸着容量を得た。課題(4)では，タンザニア・レマンダ村に緩速ろ過型・小型浄水デバイスを設置し，上述の焼成体のフッ素吸着性能をFS評価した。その結果，現地水量にて，約18ppmのフッ化物イオン濃度を1.5ppm以下(WHO基準値)に低減することに成功した。また，FS試験により，各種課題を抽出できた。