化学工学論文集
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39 巻, 4 号
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編集ノート
  • 宍戸 昌広, 本多 裕之
    原稿種別: 編集ノート
    2013 年 39 巻 4 号 p. 265-266
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    化学工学論文集論文賞委員会は,2012年(38巻)に掲載された66編の論文について審査を行い,次の3編の論文を2012年化学工学論文集優秀論文賞に選定した.それらは,「液相法による積層セラミックコンデンサー用銅ならびにニッケル膜の調製」に関する論文,「流脈面の変形による混合の促進」に関する論文,および「実装置でのFCC触媒性能を推定するための循環流動層型反応システムモデル開発」に関する論文である.
物性,物理化学
  • 保科 貴亮, 笠原 鉱市, 辻 智也, 佐藤 善之, 猪股 宏
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 267-271
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    293.2 Kの液相領域におけるジメチルエーテル+エタノール系の誘電スペクトルを周波数0.5–8.5 GHzで測定し,静誘電率および誘電緩和時間を調べた.いずれの物性値もジメチルエーテル組成の増加に伴って減少し,その傾向は低ジメチルエーテル組成が低い領域において顕著となる.さらに分子間の配向,相互作用を表す1つの指標であるKirkwoodの有効g-factorを計算したところ,ジメチルエーテルを添加すると,エタノール間に働く引力が水素結合から双極子-双極子相互作用に移行することが示唆された.
  • 青島 政之, 佐藤 明
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 272-279
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    強磁性棒状粒子からなるコロイド分散系について,外部磁場とせん断流がレオロジー特性に及ぼす影響をブラウン動力学シミュレーションによって調べた.強磁性粒子モデルとして,両端の半球の中心に磁荷を有する球冠円柱モデルを用いた.外部磁場は単純せん断流のせん断面に対して垂直方向に印加した.粘度は粒子と磁場の間の磁気的相互作用,粒子間の磁気力およびトルクからなる3つの寄与に分割して評価した.得られた主たる結果を要約すると以下の通りである.せん断流の影響が比較的小さい場合,粒子間の磁気的相互作用が増加するとともに粘度の値も急激に増加する.これは磁場方向に形成した鎖状クラスタが流れ場に対して抵抗となることに由来する.ところがせん断流の影響が支配的になると,鎖状クラスタは強いせん断流により崩壊するため,粘度は減少する.
移動現象,流体工学
  • 山根 岳志, 谷口 拓弥, 吉田 正道, 柴柳 敏哉
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 280-286
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    本研究では感温液晶の計測温度幅拡大を目的に,呈色温度域が異なる2種類の感温液晶を同時使用し,広い温度域における液相内温度場測定を試みた.2種類の感温液晶を同時使用するとき,色と温度の関係が多寡関数となるが,感温液晶の濃度に差をつけて懸濁することにより,これに起因した呈色の彩度と輝度に有意の差が現れ,これらを組み合わせて判断することで感温液晶の区別が可能であった.また,個々の感温液晶については,低温呈色域では色相が,高温呈色域では彩度が,温度に対して良好に一対一で対応し,こられの関係が呈色領域ごとに較正データ化できた.一方,感温液晶の呈色が観測角度の影響を受ける問題があるが,これに対する方策としてスリット光の二方向照射が有効である.本法により循環して色を呈する感温液晶可視化像の温度較正が可能となった.
  • 古川 陽輝, 亀井 登, 加藤 禎人, 賀 成莉, 鈴木 智也, 多田 豊
    原稿種別: ノート
    2013 年 39 巻 4 号 p. 287-289
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    コンケーブタービンとRushtonタービンを組み合わせた2段通気撹拌槽の所要動力特性を実験的に検討した.さらに,翼径より大きなリング径のスパージャーも用いて撹拌所要動力を測定した.2段翼においてもコンケーブタービンと,スパージャー径と翼径の比が1.3以上のスパージャーを組み合わせることで通気動力低下を抑制することができた.
  • 古川 陽輝, 加藤 禎人, 深津 吉孝, 多田 豊
    原稿種別: ノート
    2013 年 39 巻 4 号 p. 290-293
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    偏芯撹拌槽に設置されたプロペラ翼の撹拌所要動力を測定した.これまで見積もることができなかった角型偏芯撹拌槽におけるプロペラ翼の動力数は,パドル翼や傾斜パドル翼の場合と傾向が大きく異なり,偏芯長さによらずほぼ一定値をとった.一方,円筒型偏芯撹拌槽の動力数はパドル翼同様,邪魔板枚数を1枚と仮定し,邪魔板幅を偏芯長さに置き換えることで相関できた.
分離工学
  • 田中 智史, 椋田 裕行, 蓬莱 賢一, 村山 憲弘, 芝田 隼次, 佐伯 智則
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 294-300
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    リチウムイオン電池の需要の増加に伴い,レアメタルであるLiやCoの必要性は増加する.我が国ではLiやCoは産出されないため,廃棄されるリチウムイオン電池からLiやCoを分離・回収することが望ましい.リチウムイオン電池の正極材料にはLiCoO2が使われているが,Li(Co1/3Ni1/3Mn1/3)O2,LiMn2O4やLiFePO4などの安価な材料に代替されると考えられる.湿式分離技術を適用したリチウムイオン電池からの有価金属の回収では,酸溶解後に沈殿分離や溶媒抽出法を使う複雑な工程を通して分離することになる.しかしながら,このようなプロセスでは回収対象であるLiやCoを分離するために,回収価値の低いFe,Alなどの処理に多くの工程が必要となる.Fe,Alを除去せずに,LiやCoを選択的に分離することが重要である.
    本研究では,キレート化剤のマスキング効果を利用した溶媒抽出によるLi+/Fe3+/Al3+およびCo2+/Fe3+/Al3+混合溶液からのLi+とCo2+の分離を試みた.キレート化剤を添加してFe3+やAl3+と水溶性キレートを形成させることにより,Li+とCo2+を選択的に有機相に抽出することができる.キレート化剤によるマスキング効果はキレート化剤および抽出剤による金属錯体の安定度に関係する.Fe3+とAl3+の抽出のみにマスキング作用が生じる現象を用いた溶媒抽出を適用することにより,Fe3+やAl3+を抽出せずにLi+とCo2+を分離することができる.
  • 松山 絵美, 内海 惠介, 池田 歩, 野村 幹弘
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 301-306
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    Propyltrimethoxysilane(PrTMOS),Phenyltrimethoxysilane(PhTMOS), Hexyltrimethoxysilane(HTMOS)を3種のシリカ源とし,対向拡散CVD法にて分子ふるいシリカ複合膜を作製した.HTMOS/O2系にて450 ˚C ,5 minで蒸着した膜は,270 ˚C 透過試験にて,C3H6/C3H8透過率比は414, C3H6透過率1.0×10-8 mol m-2 s-1 Pa-1と非常に高い高温プロピレン選択透過性を示した.高温蒸着のため,高温安定性のあるHTMOSをシリカ源として選択した.蒸着時間の検討では,蒸着時間を90 minから5 minと短くすることでN2/SF6透過率比が12から64と向上した.さらに,蒸着温度の検討では,N2/SF6透過率比が最大の2.2×105を示した450˚Cが最適であることが示された.
  • 吉田 博明, 天野 佳正, 町田 基
    原稿種別: ノート
    2013 年 39 巻 4 号 p. 307-309
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    本研究では,硝酸酸化とその後の脱気処理により,細孔構造が類似した異なる表面酸性官能基量をもつ活性炭を調製し,それらを吸着剤として,ニトロベンゼン蒸気の吸着・脱離実験を行った.熱重量測定実験を通じ,活性炭表面の酸性官能基が,ニトロベンゼン蒸気の吸着におよぼす影響を調べるとともに,活性炭上の吸着サイトについて検討を行った.表面に酸性官能基が存在する活性炭では,ニトロベンゼンの脱離に伴う2つの重量変化のピークが温度上昇とともに現れたが,官能基を持たない活性炭は一つのピークのみが観察された.一連の実験から,ニトロベンゼンの吸着サイトは,活性炭のグラフェン層のπ電子および酸性官能基であると考えられ,重量変化のピーク位置と大きさより,ニトロベンゼンは表面酸性官能基との相互作用に比べ,活性炭表面のグラフェン層との相互作用の方が強いことが示唆された.
熱工学
  • 稲垣 照美, 岡部 太郎
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 310-320
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    本研究は,下流に向かって局所的な加速や減速を伴う長い等熱流束加熱平板間の自然対流熱伝達について実験および数値シミュレーションの観点から検討を加えたものである.このような現象は,ハイブリッド外断熱建築構造物に付随する通気層内,大型電子デバイスの冷却装置内,さまざまなプラントに具備された大型冷温機器内などさまざまな環境下で生起しており,それらの内部に誘起される自然対流の熱流体力学的な特性を解明しておくことが重要である.滑らかな垂直平行平板間に発達する自然対流の熱伝達については,従来からさまざまな研究が行われてきたが,垂直平行平板間流路に沿って発達する自然対流と異なり下流方向へ局所的な加速や減速を伴いながら不均一な流路形状に沿って発達するより複雑な自然対流の熱伝達については全く知見がない.したがって,本研究では,下流へ向かって流路断面が変化する長く滑らかな等熱流束加熱平板間に自然対流を発生させ,その熱流動特性を考察した.同時に,現象に合致した数理モデルを構築して数値シミュレーションとの比較検証を実施した.その結果,流路形状により自然対流の熱伝達は局所的に変遷し,自然対流熱伝達に関する従来の知見では補えない特異な現象が存在することを示した.
  • 稲垣 照美, 武藤 綾馬, 李 艶栄
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 321-330
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    密閉容器内自然対流の熱伝達に関しては,従来からさまざまな研究が展開されてきた.しかしながら,比較的大きなレイリー数や乱流域に対する考察や伝熱データベースが圧倒的に少ないのが現状である.密閉容器内の乱流自然対流熱伝達を解明することは,相変化蓄熱を利用した実用大型熱輸送システムの高効率化,大型建築構造物の高断熱化,電子デバイス冷却の高性能化などを考察するうえで重要となる.したがって,本研究では,これまでに研究例の少ない長手方向の左右壁面を等温加熱・等温冷却した比較的大きな垂直密閉矩形容器内の自然対流熱伝達について,実験および数値シミュレーションの両面から検討を加えることにした.その結果,垂直密閉矩形容器内で生起する層流・遷移・乱流域の自然対流熱伝達に関する実験および数値シミュレーションは,これまで提案されている伝熱相関式と良好な一致を示した.また,垂直密閉容器内部の伝熱・流動現象をPIV(粒子画像流速計,Particle Image Velocimetry)法により可視化計測した結果,数値シミュレーションによる速度分布と良好な一致を示した.
  • 田中 良, 今里 亮介, 山本 剛, 板谷 義紀
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 331-336
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    本研究では,非平衡プラズマ支援燃焼中の燃焼温度を,分光計測によって評価した.実験はまず,熱電対を用いた温度測定と,分光器を用いた温度測定を比較した.熱電対による測定は輻射による誤差を生じるため,燃焼ガスの物性値から誤差を計算し補正した.また,分光器を用いた測定では,CHラジカルの発光強度からボルツマンプロット法によってCH回転温度を求め,燃焼温度を算出した.これらの結果から,熱電対での測定と分光測定によって求めたCH回転温度の傾向が一致することを示した後,非平衡プラズマ支援燃焼中のCH回転温度を計測した.その結果,非平衡プラズマの影響により燃焼が促進されていることが確認された.
反応工学
  • 植田 靖宏, 筒井 俊雄, 水田 敬
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 337-345
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    FCC反応において,多分岐化を促進して高オクタン価のガソリン収率を増大させるために,低温場でのFCC反応に着目し,オレフィンの多分岐化とパラフィンの高オクタン価成分への転化を従来のFCCよりも低温で行うことのできるゼオライトとその最適反応条件について検討した.その結果,オレフィン原料に対し,SAPO-11やシリカライト-1は350˚C程度の低温で高い転化率と,最大のガソリン収率を示し,また,高い多分岐体収率を与えることがわかった.ZSM-5を用いた場合,多分岐体濃度の増大効果は得られなかった.また,この低温条件において,パラフィン原料に対してZSM-5は高い転化活性を示し単分岐体や芳香族などの高オクタン価成分を生成したが,SAPO-11やシリカライト-1ではきわめて低い転化率しか得られなかった.オレフィン,パラフィンを含む混合原料に対して,低温で多分岐体選択性を高め,高転化率を得るためにはこの2つの反応性を示すゼオライトが必要であり,その効果はシリカライト-1とZSM-5の混合触媒により示すことができた.とくに内部がZSM-5, 外層部がシリカライト-1のcore/shell型ゼオライトを低温条件で用いたとき,ガソリン収率とガソリン中の多分岐体濃度が最大となり,オクタン価も高い値を示した.このcore/shell型ゼオライトは,複雑なFCC反応を異なる酸点で行うとともに分子の細孔内拡散を制御する新しい機能をもつゼオライト触媒であることが示された.
  • 山本 高久, 山本 剛, 田中 良
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 346-351
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    著者らは,難分解性有機廃油を分解処理するマイクロ波非平衡プラズマ燃焼の研究開発をこれまで進めてきた.本燃焼法は燃焼器内にマイクロ波を照射して非平衡プラズマを形成し,ここに難分解性有機廃油を噴霧することで燃焼,分解させる新たな廃油処理方法である.本報では有機塩素化合物を含んだ有機廃油を用いマイクロ波非平衡プラズマ燃焼を行い,同燃焼の排ガス特性を実験計測により明らかにした.その上で難分解性有機廃油処理プラントを提案し,システム解析により同プラントの比出力,熱効率,性能曲線を明らかにした.その結果,同プラントの熱効率は44.2%であり,マイクロ波非平衡プラズマを形成するためのエネルギーを含め,難分解性有機廃油処理プラントの駆動に要するエネルギーの全てを自給できることが明らかになった.
プロセスシステム工学,安全
  • 赤塚 祥太, 野田 賢, 杉本 謙二
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 352-358
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    プラント監視制御システムの高度化によって,多数の監視変数に低コストでアラームを設定できるようになった.しかし,個々のアラームの必要性や管理範囲の妥当性が十分精査されないままアラームシステムが設計,運用されている運転現場も多く,マルファンクションから連鎖的に多数のアラームが発生する連鎖アラームの原因となっている.本論文では,プラントアラームシステムの適正化を目的に,プラントで発生した連鎖アラーム間の類似度をレーベンシュタイン距離に基づく指標により評価する方法を提案する.レーベンシュタイン距離は,一つの文字列を別の文字列に変形するのに必要な手順の最小コストとして定義される.多数の連鎖アラームを類似度に基づき少数のグループに集約することで,より効率的なアラーム削減が期待される.提案手法を,共沸蒸留プロセスの運転ログデータに適用した結果,類似度の評価結果に基づき多数の連鎖アラームを少数のグループに分類することができた.
生物化学工学,食品工学,医用工学
  • 北島 英樹, 古水 雄志, 市原 英明, 後藤 浩一, 土井 孝史, 稲野 達郎, 上岡 龍一
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 359-362
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    本研究では,バイオマスとして廃棄処分されている乾燥海苔の有効利用の一環として,乾燥海苔から得られた抽出物の免疫賦活効果について in vitro および in vivo で検討した.海苔抽出物は,in vitro において,マウスの脾臓細胞に対してインターフェロン-γ(IFN-γ)を産生誘導した.また,ヒトナチュラルキラー(NK)細胞に対してもIFN-γの産生を誘導し,白血病細胞に対する細胞傷害活性を有意に高めた.このことから,海苔抽出物のNK細胞に対する免疫賦活効果が明らかになった.一方,海苔抽出物を単回経口投与したマウスにおいて,血清中のIFN-γ産生量の有意な増加が見られたことから,海苔抽出物は,in vivo においてもT細胞およびNK細胞を活性化していることが示された.さらに,海苔抽出物を反復経口投与した担がんモデルマウスにおいて,免疫賦活効果による延命率の有意な増加が見られた.
  • 峯 浩二, 宇治田 吾朗, 田谷 正仁
    原稿種別: ノート
    2013 年 39 巻 4 号 p. 363-367
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    Polianthes tuberosa(チューベローズ)カルスが産生する細胞外酸性多糖(TPS)について,沈殿分離方法を検討した.無機塩存在下において,培養液と相溶する有機溶媒(エタノール,アセトン,2-プロパノール)の添加がTPSの沈殿形成に有効であった.2%NaCl存在下では,有機溶媒の種類によらず,比誘電率が50近傍でほぼ100%の沈殿生成率が得られた.一方,50 vol%エタノールを添加した溶液において,TPS分子中のグルクロン酸基に対する無機塩中のカチオン(Na+, Ca2+)のモル比率と沈殿生成率には正の相関が得られた.同様の傾向は,グルクロン酸基を含有する酸性多糖のキサンタンガムでも見られた.本研究で得られた沈殿分離条件により,TPSの構造を維持しながら,主な夾雑物の濃度を許容濃度に低減できることが示された.
  • 長山 和史, 栗尾 賢一郎, 森田 恭平
    原稿種別: ノート
    2013 年 39 巻 4 号 p. 368-371
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    非多孔性ガラス粒子を担体とする固定化アルコール脱水素酵素((R)-specific Parvibaculum lavamentivorans起源)をポリビニルアルコール (PVA) の存在下で調製し,気相型バイオリアクターにおける連続1-フェニルエタノン還元反応に供し,固定化酵素の反応活性,安定性ならびに立体選択性を実測した.反応活性は,PVA添加量10 mg/g-glass beadsで最大値に達し,無添加系と比較して約2倍高い値を示した.一方,安定性は,PVA添加量に大きく依存せず,ほぼ一定の値を示した.最適な反応条件として供給ガス中の水分活性0.9と反応温度303–313 Kを得た.また,本系では高い立体選択性(エナンチオ過剰率99%)を伴う反応操作が可能であった.
材料工学,界面現象
  • 宮原 秀一, 柴田 萌, 大下 貴也, 高松 利寛, 沖野 晃俊
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 372-377
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    ポリイミドフィルムは電子機器の基板材料として昨今広く用いられるようになった.しかし,その表面は難親水性であるため,接着剤での貼合が容易ではなく,強固な接着力を得るためには親水化処理が必須である.その多くは化学的処理によるもの,もしくは真空プラズマを用いるものがほとんどであったが,本論文では,大気圧下で生成・照射が可能なダメージフリーマルチガスプラズマジェット発生源を開発し,これにより発生するアルゴン,窒素および酸素プラズマにより,ポリイミドフィルムの表面親水化実験を行った.効果の高かった窒素と酸素プラズマに関して,処理前後でのフィルム表面の結合状態変化をXPSで観測した.その結果,窒素および酸素どちらのプラズマでも,処理後のフィルム表面では,C=O結合の割合の増加が確認された.次に,大気遮断下で親水化処理実験を行った結果,窒素とアルゴンは大気開放条件に比べて親水化効果が低下したが,酸素はほぼ同じ挙動を示した.これより,窒素プラズマによる親水化には,生成されたプラズマで大気中の酸素がラジカル化される効果が寄与していると結論した.
エネルギー
  • 渡辺 藤雄, 津曲 俊, 黄 宏宇, 架谷 昌信, 小林 敬幸, 坪内 修, 塩見 仁郎
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 378-383
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    固体卑金属化合物を対象とする化学蓄熱材に関して,高反応性維持と体積変化に対応できる新規の多孔体担持型化学蓄熱材の製造コンセプトを示した.このコンセプトに基づいて作成したカーボン多孔体Ca(OH)2担持蓄熱材(Ca(OH)2-PSM)の空孔構造特性を評価した結果,Ca(OH)2-PSMはCaO/Cの質量比で2.18の高密度蓄熱材とすることができること,担持したCa(OH)2は未担持のカーボン多孔体が有する空孔直径0.15 µmおよび30 µmを中心とする空孔に薄層分散担持されることがわかった.
    つぎに,この試料について繰返し蓄熱・放熱の発熱特性を指標とする反応性の評価,ならびに繰返し蓄熱・放熱後の試料の光学観察による形状長期安定性の評価を行った.発熱特性評価では化学蓄熱・化学ヒートポンプ(CHP)を模擬した充填層型反応器を用い60˚Cの飽和水蒸気条件下の水和反応における発熱の温度計測を行った.その結果,Ca(OH)2-PSMは15回の繰返しにおいても最大温度上昇値は維持された.これはCa(OH)2の空孔内薄層分散担持により凝集が抑制されたことによる.また,光学観察結果より繰返し水和・脱水反応後も蓄熱材粒子形状およびCa(OH)2担持状態とも初期のそれを維持すること,副反応が生じないことを認め,Ca(OH)2-PSMがCHP用高性能蓄熱材として機能することがわかった.
  • 小林 信介, 守田 晋介, 後藤 寛和, 田邊 靖博, 板谷 義紀, 佐々木 統一郎
    原稿種別: ノート
    2013 年 39 巻 4 号 p. 384-390
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    下水汚泥を原料として熱分解および部分燃焼実験を行い,熱処理件が生成するタールに含まれる高級脂肪酸量に与える影響について検討を行った.また,熱分解,部分燃焼により得られる生成ガス組成,チャー組成およびタール成分を測定し,汚泥熱処理プロセスにおけるエネルギー回収率についても推算を行った.汚泥の熱分解,部分燃焼により回収されるタール中には高濃度で高級脂肪酸が含まれており,973 Kの部分燃焼処理条件においてフェノール換算で乾燥汚泥1 kg当たり21.42 gの高級脂肪酸が含まれていた.また,本実験で原料とした汚泥では得られた高級脂肪酸の多くはパルミチン酸であることが明らかとなった.この条件における高級脂肪酸回収率は43%であった.
環境
  • 張 文卿, 張 鳳君, 菅沼 秀樹, 加藤 茂, 小島 紀徳
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 391-398
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    日本の中規模ストーカー炉および中国3都市での大規模流動層炉からの都市ごみ焼却飛灰からの有害微量重金属元素の硝酸水溶液による溶出特性を比較検討した.中国の灰は,粒子径,かさ密度とも日本のものと比べ大きく,また含有元素組成も異なる.中国の灰では日本の灰に比べて透過速度が大きく日本の灰に比べ短時間のうちに以下の現象が発現するとの違いはあるものの,日本の灰に見られた主要・少量元素の溶出によりもたらされるpHの低下に伴うブレークスルー(透過流速の急激な増大)という現象が,中国の灰にも見られた.
    これらの4種類の灰を用いて有害微量元素 (Pb, Cd, Cr, Mo) の溶出濃度変化の測定を行った.元素の特性,含有率および元素起源の違いによる価数等の影響はあるが,また灰の種類により透過速度が大きく異なるなど灰の違いによる影響の違いはあるものの,いずれの元素についてもブレークスルーに代表される透過速度の変化に普遍的に大きく影響された.Pbは本試験で扱う微量元素の中では最も飛灰中の含有率が高く,両性金属であることを示す溶出挙動を示した.Cdは中性付近から溶出が見られた.中国灰からのPb, Cdの溶出率は日本の灰よりかなり低く,大粒径で透過速度が大きく試験時間は短く,一方粒子内での物質移動抵抗は大きいことが影響したと考えられる.CrはPb以上にアルカリ性での溶出を示したが,強い酸性でも溶出率が低かった.Moについては,アルカリ性での溶出がみられた後,徐々に溶出濃度の低下が見られた.
    水酸化物の溶解性データを用いて考察することで,Cdの中性付近からの溶出がよく説明された.またブレークスルー現象は,主としてAlあるいは3価のFeイオンがカラム上部で溶出し,カラム内でのアルカリ成分の溶出によるpH変化によりカラム下部で水酸化物が析出し,さらにカラム溶出液の酸性化に伴い再度溶出することによりもたらされたものと推定された.
  • 藤本 沙貴, 津田 昂志, 中田 竜嘉, 村山 憲弘, 芝田 隼次
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 399-404
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    希土類元素を含む鉱物は100以上も存在し,代表的な鉱物としてモナザイト,バストネサイト,ゼノタイムなどが知られている.希土類元素は化学的・物理的に優れた特徴をもつことから蛍光体,磁石,電子部品,研磨剤,触媒などの機能性材料に用いられている.世界の希土類生産の90%以上を中国が占めていることから,中国の動向が世界の希土類の需給や価格に大きく影響を与える.資源確保の観点から低品位含有資源や廃棄物などからレアアースを分離・回収する技術が求められる.リン酸石膏は湿式リン酸製造工程で排出される副産物であり,原料中に含まれるレアアースがリン酸石膏中に存在していることから低品位含有資源として利用可能である.本研究では,リン酸石膏からのレアアースの回収を目的とした.リン酸石膏の洗浄,H2SO4によるレアアースの浸出,イオン交換樹脂を用いたレアアースの吸着脱離,希土類シュウ酸塩の沈殿からなる回収プロセスに基づいて,リン酸石膏からLa3+,Ce3+,Pr3+,Nd3+を回収することを試みた.リン酸石膏から溶出するCa2+の除去およびレアアースとCa2+の分離についても検討を行った.
  • 石山 新太郎, 神谷 昌岳, 近藤 充記, 比氣 明典
    原稿種別: 報文
    2013 年 39 巻 4 号 p. 405-410
    発行日: 2013/07/20
    公開日: 2013/07/20
    ジャーナル 認証あり
    福島県下において570,000 Bq/kgを超える高放射能汚染土壌の解砕洗浄フィールド試験を実施し,膜厚5 µmのAl2O3コーティングを施した解砕洗浄装置構成材料表面(SUS304)の放射能汚染防止特性ならびにスラリーエロージョン損傷特性を評価し,下記結論を得た.
    (1)固形物濃度50%の高粘性洗浄液中において最大3 hの解砕洗浄後のコーティングクーポンでは,表面に付着した土壌粒子ならびに放射性物質の湿布圧掃による完全払拭が可能である.これに対して,コーティングしないSUSクーポンでは,湿布圧掃や超音波洗浄では除去できない強固な表面付着による微粒土壌粒子や放射性物質の残存が認められた.
    (2)解砕洗浄によるスラリーエロージョン損耗量はSUSクーポンの場合,解砕洗浄開始1h以内で0.94 µm/hの高い値を示したが,それ以降顕著な損耗は認められなかった.これに対してコーティングクーポンでは,全洗浄時間においてSUSクーポンの約1/7(0.14 µm/h)の低損耗速度を示した.
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