(57)【要約】【課題】簡易な方法によって、２成分以上のイオンが含まれる電解質溶液から特定のイオンを分離することができるようにしたイオンの分離方法を提供すること。【解決手段】２成分以上のイオン２ａ、２ｂが含まれる電解質溶液に、前記イオン２ａ、２ｂの大きさの１．０〜１０．０倍の範囲の所定の大きさの径の細孔を有する多孔質性電極１ａ、１ｂを浸漬し、多孔質性電極１ａ、１ｂに所定の電圧をかけることによって、多孔質性電極１ａ、１ｂに特定のイオン２ａ、２ｂを選択的に吸着させて、該特定のイオン２ａ、２ｂを分離する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２成分以上のイオンが含まれる電解質溶液中に、前記イオンの大きさの１．０〜１０．０倍の範囲の所定の大きさの径の細孔を有する多孔質性電極を浸漬し、該多孔質性電極に所定の電圧をかけることによって、多孔質性電極に特定のイオンを選択的に吸着させて、該特定のイオンを分離するようにしたことを特徴とする多孔質性電極を用いたイオンの分離方法。
【請求項２】
分離されるイオンが、コイオンであることを特徴とする請求項１記載の多孔質性電極を用いたイオンの分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンの分離方法に関するものであり、特に、多孔質性電極を用いたイオンの分離方法に関するものである。
【０００２】
ここで、多孔質性電極とは、例えば、２ｎｍ以下の径の細孔を有する炭素を材料とするものがあり、非特許文献１には、２ｎｍ以下の径の細孔を有する炭素を材料とする多孔質性物質の細孔の径及び孔隙率の調整が可能な多孔質性物質の製造方法が記載されている。
【背景技術】
【０００３】
ところで、従来、例えば、２種類のイオンを含む電解質溶液からそれぞれのイオンを分離するには、細孔の径が一方のイオンの径より大きく、他方のイオンの径より小さい膜を透過させる方法や一方のイオン径のみが収まる細孔を持つ吸着材に当該一方のイオンを吸着させるなどの方法が用いられていた。
【０００４】
しかしながら、例えば、海水からリチウムイオンを分離するような場合、リチウムイオンの吸着サイトに海水が効率的に触れるような材料や仕組みを作ることが困難であり、上記従来の技術では、効率的にイオンを分離することができなかった。
また、分離の過程で酸処理などの工程が必要であり、工程数が多くなったり、複雑な工程を経なければならないということも問題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】"Nanoporous carbide-derived carbon with tunable pore size", Y. Gogotsi, A. Nikitin, H. Ye, W. Zhou, J. E. Fischer, B. Yi, H. C. Foley and M. W. Barsoum, Nature Materials, Vol. 2, p. 591-594, Sep. 2003
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来のイオンの分離方法の有する問題点に鑑み、簡易な方法によって、２成分以上のイオンが含まれる電解質溶液から特定のイオンを分離することができるようにしたイオンの分離方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ところで、本件発明者は、モンテカルロ・シミュレーションで多孔質性電極の研究を進める過程で、細孔を有する多孔質性電極にかかる電圧を変化させたときに、当該電極の内部に入り込むイオンの量及び蓄積される電荷量が、細孔やイオンの大きさによって大きく変化することを見出した。
【０００８】
本発明の多孔質性電極を用いたイオンの分離方法は、この知見に基づいてなされたもので、より具体的には、上記目的を達成するため、２成分以上のイオンが含まれる電解質溶液中に、前記イオンの大きさの１．０〜１０．０倍の範囲の所定の大きさの径の細孔を有する多孔質性電極を浸漬し、該多孔質性電極に所定の電圧をかけることによって、多孔質性電極に特定のイオンを選択的に吸着させて、該特定のイオンを分離するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
この場合において、分離されるイオンが、コイオンであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の多孔質性電極を用いたイオンの分離方法によれば、多孔質性電極を用いることによって、簡易な方法により、２成分以上のイオンが含まれる電解質溶液から特定のイオンを分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】モンテカルロ・シミュレーションによる多孔質性電極とイオンとの関係を示す説明図である。
【図２】印加電圧と多孔質性電極表面の電荷密度の関係を、多孔質性電極の細孔の径毎に示すグラフである。
【図３】イオンの密度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の多孔質性電極を用いたイオンの分離方法の実施の形態を、解析例に基づいて説明する。
【００１３】
本発明の多孔質性電極を用いたイオンの分離方法に用いる多孔質性電極は、電解質溶液に含まれるイオンの大きさの１．０〜１０．０倍程度、より好ましくは、１．１〜５．０倍程度の範囲の大きさの径の細孔を有する多孔質性電極からなり、多孔質性電極にかかる電圧を変化させたときに、細孔を通して多孔質性電極の内部に入り込むイオンの量及び電極表面の電荷密度が電圧に応じて変化することを利用するようにしたものである。
【００１４】
なお、本発明の多孔質性電極に用いる多孔質性物質は、従来公知の方法、例えば、非特許文献１に記載された方法によって得ることができる。
より具体的には、特に限定されるものではないが、非特許文献１に記載された、以下の化学式による低温での２ｎｍ以下の径の細孔を有する炭素を材料とする多孔質性物質の細孔の径及び孔隙率の調整が可能な多孔質性物質の製造方法によって、目的とする電解質のイオンの大きさの１．０〜１０．０倍の範囲の大きさの径の細孔を有する多孔質性電極を得ることができる。
Ｔｉ３ＳｉＣ２＋８Ｃｌ２（ｇａｓ）→ＳｉＣｌ４（ｇａｓ）＋３ＴｉＣｌ４１（ｇａｓ）＋２Ｃ
【００１５】
このことを、本件発明者らが行ったモンテカルロ・シミュレーションに基づいて、以下説明する。
【００１６】
図１に、多孔質性電極の細孔の径がイオンの大きさの３倍（Ｗ３．０）の場合のモンテカルロ・シミュレーションにおけるスナップショットを示す。
図１において、多孔質性電極の陽極１ａに負に帯電したイオン２ｂが、多孔質性電極の陰極１ｂに正に帯電したイオン２ａが、すなわち、多孔質性電極の極性と異なる極性を帯びるイオン（カウンターイオン）が、それぞれ多数入り込んでいる状態が分かる。その一方、多孔質性電極の陽極１ａに正に帯電したイオン２ａが、多孔質性電極の陰極１ｂに負に帯電したイオン２ｂが、すなわち、多孔質性電極の極性と同じる極性を帯びるイオン（コイオン）が、それぞれ僅かではあるが入り込んでいる状態が分かる。
【００１７】
さらに、多孔質性電極の細孔の径が電解質溶液に含まれるイオンの大きさの１．０〜１０．０倍程度であるとき、電極に印加する電圧と多孔質性電極表面の電荷密度（電極内に蓄積される電荷量。以下同じ。）との間には次のような関係があることが、モンテカルロ・シミュレーションによって示された。
具体的には、図２に示すように、電圧をゼロから上げていくとき、小さい電圧では、イオンは電極内にほとんど入らず、電荷密度もゼロに近い。しかし、電圧をさらに上げていくと、イオンが電極内に入りはじめ、同時に電荷密度も増える（図２の正極（ａ）〜（ｅ）及び負極（ａ）〜（ｅ）参照。ここで、Ｗ＝１．１〜８．０は、多孔質性電極の細孔の径をイオンの大きさの倍率で示したものである。）。
ここで、細孔の径がイオンの大きさより僅かに大きい場合（図１のＷ＝１．１参照。）は、電荷密度はある電圧（Ｗ＝１．１の場合は、ΔΦ＝０．０３〜０．０４。）で不連続的に増加、すなわち、不連続性を示す一次相転移を発現する。
一方、細孔の径がイオンの大きさよりはるかに大きいときは、電圧をゼロから上げていくときに、イオンは最初から徐々に電極内に入り、同時に電荷密度は徐々に滑らかに連続的に増加し、不連続性を示す一次相転移を発現しない（図２のＷ＝２．０〜Ｗ＝８．０参照。）。
【００１８】
同じく、図３に、２成分以上のイオンが含まれる電解質溶液の場合における、イオン密度を示す。
【００１９】
図１〜図３に示される結果から、多孔質性電極の細孔の径や電圧を選ぶことで、２成分以上のイオンが含まれる電解質溶液中に、前記イオンの大きさの１．０〜１０．０倍の範囲の所定の大きさの径の細孔を有する多孔質性電極を浸漬し、この多孔質性電極に所定の電圧をかけることによって、多孔質性電極に特定のイオンを選択的に吸着させて、該特定のイオンを分離することが可能となる。
【００２０】
この場合において、イオンの分離は、多孔質性電極の極性と異なる極性を帯びるイオン（カウンターイオン）で行う（例えば、図２の正極（ａ）〜（ｃ）や負極（ａ）〜（ｃ）においては、特定の印加電圧において、２種類のカウンターイオン間で１．５〜２倍程度の吸着量の差が見られる。）ほか、多孔質性電極の極性と同じ極性を帯びるイオン（コイオン）で行う（例えば、図２の負極（ｂ）〜（ｃ）においては、特定の印加電圧において、２種類のコイオン間で４〜５倍程度の吸着量の差が見られる。）ことができる。
この結果から、２種類のイオン間で吸着量の差が大きい条件（例えば、図２の負極（ｂ）〜（ｃ）のコイオン）で、イオンの分離を行うことによって、効率的な分離を行うことができる。
【００２１】
以上、本発明の多孔質性電極を用いたイオンの分離方法について、その実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の多孔質性電極を用いたイオンの分離方法は、簡易な方法によって、２成分以上のイオンが含まれる電解質溶液から特定のイオンを分離することができることから、２成分以上のイオンが含まれる電解質溶液から特定のイオンを分離する用途、例えば、リチウムイオンなどの有用イオンを回収する用途やセシウムイオンなどの有害イオンを除去する用途など、種々の用途に用いることができる。
【符号の説明】
【００２３】
１ａ  多孔質性電極（陽極）
１ｂ  多孔質性電極（陰極）
２ａ  イオン（正に帯電したイオン）
２ｂ  イオン（負に帯電したイオン）
【図２】
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【図３】
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【図１】
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