マイクロ抽出を用いた金属イオンの分離・濃縮プロセスのシステム・オン・チップ化

平成16年度では、マイクロ化学チップ上における、希土類金属の溶媒抽出分離についての検討を行った。まず、Y字型の流路(入り口2つ、出口1つ)を機械加工にて作成した。抽出工程においては、100μm×100μmの流路を用いることで、従来必要であった機械的な撹拌操作なしで平衡状態を達成することができた。そこで、この溶媒抽出セルを用いてPr/Smの相互分離を行ったところ、流速が遅くなるのに伴い、有機相中に一端抽出されたPrがSmの抽出に伴ってイオン交換反応により、水相へ逆抽出されながら平衡に到達することが示された。従って高い分離効率を得るためにはより平衡に近くなる条件での操作が必要であることが明らかになった。しかしながら、抽出操作のみでは、完全に二金属の分離が達成できず、スクラビング(洗浄)工程が必要であることが示された。マイクロチップ上において、抽出-スクラビング-逆抽出をオンライン化するためには、二相分離操作をチップ上で行う必要がある。本研究では、流路の断面を工夫することで、二相分離および抽出-スクラビング-逆抽出のオンライン化が達成できた。この場合、流路断面の形状が複雑となったために、平衡に達するためには、流速を非常に遅くする必要があるが、スクラビングの際の条件等を精査することで、光度分離を達成することができた。以上により、マイクロチップ上において、撹拌操作・相分離操作を必要とすることなく、抽出分離プロセスを構築することが可能となった。

平成16年度では、マイクロ化学チップ上における、希土類金属の溶媒抽出分離についての検討を行った。まず、Y字型の流路(入り口2つ、出口1つ)を機械加工にて作成した。抽出工程においては、100μm×100μmの流路を用いることで、従来必要であった機械的な撹拌操作なしで平衡状態を達成することができた。そこで、この溶媒抽出セルを用いてPr/Smの相互分離を行ったところ、流速が遅くなるのに伴い、有機相中に一端抽出されたPrがSmの抽出に伴ってイオン交換反応により、水相へ逆抽出されながら平衡に到達することが示された。従って高い分離効率を得るためにはより平衡に近くなる条件での操作が必要であることが明らかになった。しかしながら、抽出操作のみでは、完全に二金属の分離が達成できず、スクラビング(洗浄)工程が必要であることが示された。マイクロチップ上において、抽出-スクラビング-逆抽出をオンライン化するためには、二相分離操作をチップ上で行う必要がある。本研究では、流路の断面を工夫することで、二相分離および抽出-スクラビング-逆抽出のオンライン化が達成できた。この場合、流路断面の形状が複雑となったために、平衡に達するためには、流速を非常に遅くする必要があるが、スクラビングの際の条件等を精査することで、光度分離を達成することができた。以上により、マイクロチップ上において、撹拌操作・相分離操作を必要とすることなく、抽出分離プロセスを構築することが可能となった。