Improvement of anion adsorption capacity by controlling the crystallinity of the ternary mixed hydrous oxides

多種のイオンが共存する地下水や温泉水からふっ素やほう素，砒素などの有害陰イオンを効率的に除去することを目的に，これらを選択的に吸着する吸着剤を開発する。“三元素系複合含水酸化物（TMHOs：Ternary Mixed Hydrous Oxides）”は非晶質の金属水酸化物を主要成分相としており，水酸基（OH基）を多数含有する。このOH基が有害陰イオンとイオン交換すると考えられ，OH基の増加は吸着容量の増加に寄与する。しかし，TMHOsの結晶性が増すとOH基は層状複水酸化物のように複数の金属元素に配位するため，イオン交換に寄与しなくなる可能性がある。本研究では，TMHOsが非晶質から結晶質へ移行するときにOH基の役割が変化することを利用して，OH基含有量と陰イオン吸着量の関係から結晶性の制御による吸着量向上の手法を明らかにする。OH基量の測定に使用するNMRはMgを含有する試料を測定できないため，Mgを含有しないTMHOsを対象にOH基量を測定し，その結果を基にMg含有試料に対して考察をすることとした。2022年度は構成金属元素であるSi，Al，Mgのモル比が1：9：0と9：1：0のSAM190とSAM910を合成した。SAM190とSAM910における数種の陽・陰イオンの吸着量とpH変化の関係を検討した結果，基本的な傾向として，いずれの条件でもpHは上昇した。特にSAM190において，高濃度F-を吸着のときにpHが大きく上昇したが，同mol濃度のPO43-ではpH上昇は小さかった。PO43-のpH緩衝能を考慮する必要はあるが，PO43-とF-の吸着ではOH-の溶出量が異なり，同じ陰イオンでも吸着機構が異なることを示した。すなわち，吸着がOH-の脱着に依存する・しない吸着質が存在することから，OH量を制御することによって吸着能力を向上させることができる可能性が示された。

多種のイオンが共存する地下水や温泉水からふっ素やほう素，砒素などの有害陰イオンを効率的に除去することを目的に，これらを選択的に吸着する吸着剤を開発する。“三元素系複合含水酸化物（TMHOs：Ternary Mixed Hydrous Oxides）”は非晶質の金属水酸化物を主要成分相としており，水酸基（OH基）を多数含有する。このOH基が有害陰イオンとイオン交換すると考えられ，OH基の増加は吸着容量の増加に寄与する。しかし，TMHOsの結晶性が増すとOH基は層状複水酸化物のように複数の金属元素に配位するため，イオン交換に寄与しなくなる可能性がある。本研究では，TMHOsが非晶質から結晶質へ移行するときにOH基の役割が変化することを利用して，OH基含有量と陰イオン吸着量の関係から結晶性の制御による吸着量向上の手法を明らかにする。OH基量の測定に使用するNMRはMgを含有する試料を測定できないため，Mgを含有しないTMHOsを対象にOH基量を測定し，その結果を基にMg含有試料に対して考察をすることとした。2022年度は構成金属元素であるSi，Al，Mgのモル比が1：9：0と9：1：0のSAM190とSAM910を合成した。SAM190とSAM910における数種の陽・陰イオンの吸着量とpH変化の関係を検討した結果，基本的な傾向として，いずれの条件でもpHは上昇した。特にSAM190において，高濃度F-を吸着のときにpHが大きく上昇したが，同mol濃度のPO43-ではpH上昇は小さかった。PO43-のpH緩衝能を考慮する必要はあるが，PO43-とF-の吸着ではOH-の溶出量が異なり，同じ陰イオンでも吸着機構が異なることを示した。すなわち，吸着がOH-の脱着に依存する・しない吸着質が存在することから，OH量を制御することによって吸着能力を向上させることができる可能性が示された。