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高効率の吸着素材で廃水中の有害な重金属を除去

KIST研究チーム、低コストの廃水浄化システム構築に期待


KIST(韓国科学技術研究院、イ・ビョングォン院長)は同研究院電子材料研究団のイ・ウクソン博士と水資源循環研究団のチェ・ジェウ博士共同研究チームが窒素を含有する高分子物質を利用して廃水内に高濃度で排出される有害な重金属である六価クロム(Cr6+)を選択的に除去する吸着材を開発したと10月15日に発表した。

大気や土壌などに拡散した六価クロムは雨や雪などにより浸出水の形で水中に広がる。そのため世界的に六価クロムをはじめとする毒性重金属類を迅速かつ効率的に処理するための環境素材の開発が進められている。だがこれまでに報告された素材は除去効率が低く大部分の廃水処理企業では蒸発濃縮法による処理方法を使用してきた。

水中に拡散した重金属を処理する方法の一つである蒸発濃縮法は高いエネルギーが必要でコストがかかり各種の重金属を含む残りかすが発生するうえ複雑な処理工程が必要という短所があった。研究チームはピロールモノマーの高分子の形態である「ポリピロール」を六価クロム吸着剤に使用しその吸着原理を解明した。ポリピロールは伝導性高分子で物理的、化学的特性がすぐれており薬物伝達、燃料電池触媒の支持体、人工筋肉などの分野で研究されている。

粉の形態のポリピロールの含有量が高まるにつれて六価クロムイオンの吸着量が大幅に増加する。吸着の原理は大きく分けて二つ。

一つ目は水中の六価クロムイオンがポリピロールの主成分であるピロール性窒素との酸化反応(ジョーンズ酸化)により比較的安定していて人体に無害な三価クロムに変換され吸着されるという原理。また酸化反応が溶液の酸性度と密接な関係があることも分かった。酸性度(pH)が低いほどジョーンズ酸化反応が強く発生し吸着される三価クロムの量が増加した。

二つ目に、残存する六価クロムがピロール性窒素との水素結合法により同時多発的な吸着が起き高効率の吸着が可能になるというもの。研究チームは実験を通じて開発された吸着素材10mgだけで50mLの廃水内に含まれている10ppmの濃度の六価クロムを99%以上除去することが可能であることをを確認した。

イ・ウクソン博士は「六価クロムの吸着除去に新たに活用された窒素-炭素の結合体であるナノ素材が国民の安全を確保し環境の安全に対する信頼性が高まるだろう。と話している。チェ・ジェウ博士は「研究成果をもとに実際の現場で利用しやすい形態の物質に関する研究を今後も続けたい」述べた。

研究結果は『Water Research』最新号に掲載された。





[2018-10-17]

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