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

通过控制三元混合水合氧化物的结晶度提高阴离子吸附能力

基本信息

批准号：
21K12293
负责人：
桑原智之
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Shimane University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12293/
关键词：
含水酸化物吸着陰イオン複合含水酸化物水酸基非晶質

项目摘要

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。

为了有效去除多种离子共存的地下水和温泉水中的氟、硼、砷等有害阴离子，我们将开发选择性吸附这些离子的吸附剂。 “三元混合水合氧化物（TMHO）”以非晶态金属氢氧化物为主要成分相，并含有大量羟基（OH基团）。该OH基团被认为与有害阴离子交换离子，并且OH基团数量的增加有助于吸附容量的增加。然而，随着 TMHO 结晶度的增加，OH 基团会与多种金属元素配位，如层状双氢氧化物，这可能不再有助于离子交换。在这项研究中，我们利用了TMHOs从无定形转变为结晶时OH基团的作用发生变化的事实，并根据OH基团含量和阴离子吸附量之间的关系通过控制结晶度来改善吸附。由于用于测量OH基团量的NMR无法测量含有Mg的样品，因此需要测量不含Mg的TMHO中的OH基团量，并根据结果考虑含有Mg的样品等。 2022年度，我们合成了构成金属元素Si、Al、Mg的摩尔比为1:9:0和9:1:0的SAM190和SAM910。考察SAM190和SAM910中的几种阳离子和阴离子的吸附量与pH变化之间的关系，结果基本趋势是在两种条件下pH都增加。特别是，在SAM190中，当吸附高浓度的F-时，pH显着增加，但在相同摩尔浓度的PO43-下，pH增加较小。虽然需要考虑PO43-的pH缓冲能力，但PO43-和F-吸附时洗脱的OH-量不同，这表明即使对于相同的阴离子，吸附机制也不同。换句话说，由于存在吸附依赖于或不依赖于OH-解吸的吸附质，因此可以通过控制OH-的量来提高吸附能力。