傾斜機能バイオポリマー膜による同位体濃縮と同重体分離の単一プロセス迅速化

使用功能梯度生物聚合物膜加速同位素富集和同量异位素分离的单一过程

• 批准号: 22H01631
• 负责人: 押手 茂克
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Fukushima National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01631/
• 关键词: 水環境; 機能性分離膜; バイオポリマー; 環境モニタリング; 金属イオン架橋アルギン酸; 鉛; ストロンチウム; 金属イオンの分離回収

本研究では，種々の様態物質が共存する系中から，膜デバイスにより，質量数204のPbおよび質量数90のSrを選択的に抽出し，質量分析を実施と，得られたデバイスを組み込んだICP-MSシステムによる同位体の定量実験を目的に，研究計画4か年で達成する。最初の2か年（令和4～5年度）は，本申請研究で最も重要となるゲル形成バイオベース材料を素材とし内部に傾斜組成をもたせた単一の分離膜（傾斜機能膜）の設計・作成及び分離評価を行う。そこで，本年度（～2023年3月31日）は，分離能を有する層を積層した傾斜材機能膜の設計と試作を検討した。バイオベースゲルとして，アルギン酸ナトリウム水溶液に硝酸カルシウム水溶液を添加してゲル化・不溶化させた金属イオン架橋アルギン酸を利用した。ゲル化・不溶化させる前にアルギン酸ナトリウム水溶液にあらかじめポリエチレングリコール（PEG）を添加しておくことで，ゲル化・不溶化の際に硝酸カルシウム水溶液中に金属イオン架橋アルギン酸中のPEGを溶出させることで多穴化して膜状にした。作成した金属イオン架橋アルギン酸膜でPb標準溶液とSr標準溶液を用いた回収実験で，Pb回収率73 %，Sr回収率23 %となった。傾斜材機能化前の膜でも分離回収できることが分かった。PEG（分子量200）の添加量を変えて金属イオン架橋アルギン酸膜を作成したところ，Pb回収率がPEG添加量4%までは73 %であったが，PEG添加量5%とすると98.5 %に急激な上昇がみられた。PEGの分子量を400としたところ，このPb回収率の急激な上昇は見られなかった。一方，Sr回収率ではPEGの添加量や分子量を変化させても同様の変化は見られなかった。積層した傾斜材機能膜のベースとなる金属イオン架橋アルギン酸膜へのPEG（分子量200）の添加量でもPb回収率を変化させ，選択性を制御できる可能性を見出した。

在本研究中，我们使用膜装置从多种模式物质共存的系统中选择性地提取质量数为204的Pb和质量数为90的Sr，进行质谱分析，并安装所获得的装置。利用ICP-MS系统进行同位素定量实验，研究计划将在四年内完成。前两年（Reiwa 4-5）将用于设计单一分离膜（功能梯度膜），该膜由凝胶形成生物基材料制成，并具有内部梯度成分，这是该项目中最重要的部分应用研究。・创建并进行单独的评估。因此，在本财年（截至2023年3月31日），我们研究了分级功能膜的设计和原型生产，该膜是具有分离功能的层堆叠。作为生物基凝胶，我们使用金属离子交联的海藻酸，通过将硝酸钙水溶液添加到海藻酸钠水溶液中使其呈凝胶状且不溶化。通过在凝胶化、不溶化前的海藻酸钠水溶液中添加聚乙二醇(PEG)，使金属离子交联的海藻酸中的PEG在凝胶化、不溶化时溶出到硝酸钙水溶液中而制成孔。成膜。使用所制备的金属离子交联海藻酸盐膜与Pb标准溶液和Sr标准溶液进行回收实验，Pb回收率为73％，Sr回收率为23％。发现即使在梯度材料被功能化之前也可以分离和回收膜。当通过改变PEG（分子量200）的添加量来制备金属离子交联藻酸盐膜时，在PEG添加量为4%时，Pb回收率为73%，但当PEG添加量为5%时，Pb回收率迅速增加至98.5%，具有显着性。看到了增加。当 PEG 的分子量设置为 400 时，没有观察到 Pb 回收率的快速增加。另一方面，即使改变PEG的添加量或分子量，Sr回收率也没有观察到类似的变化。我们发现通过改变添加到金属离子交联藻酸盐膜（层压梯度材料功能膜的基础）中的PEG（分子量200）的量来改变Pb回收率来控制选择性的可能性。