資源循環プロセス学講座

リサイクル化学分野

Sustainable Recycle Process

Recycling Chemistry

教授

Aimed on the realization of a resources-material recycling society

吉岡敏明

Professor

Toshiaki Yoshioka

1. ‌長炭素鎖求核体を用いた
求核置換反応によるPVCの化学修飾

3. ‌熱硬化性樹脂基板からの有機原料
および金属の回収

ポリ塩化ビニル（PVC）は耐久性、耐薬品性、加工・成型性に優れており、様々な用途で用いられているプラスチックである。
廃棄された PVC の一部の製品はリサイクルが大々的に行なわれているものの、混合物は焼却または埋立による処理がほとんどであり、新たなリサイクル技術の開発が必要となっている。その 1 つとして PVC の塩素を他の官能基と置換することにより、新たな機能を付与するアップグレードリサイクルが挙げられる。
本研究では可塑性の付与を目的とし、長炭素鎖求核体の PVCへの置換を検討した。

樹脂（エポキシ樹脂およびフェノール樹脂）、金属、および難燃剤から構成されるプリント基板の熱分解における水酸化カルシウムの添加効果を検討した。その結果、臭素の大部分が臭化カルシウムとして固定化され、生成油中の臭素濃度が大幅に減少した。また、生成油中のフェノール純度が向上することも明らかとなった。 臭 素が固定化されたことにより金 属の揮発 反 応も抑 制され、回 収 率が向 Fig.1 Distribution of liquid products from the pyrolysis ofprinted circuit boards based on epoxy and phenol resin.
上した。

2. ‌ポリエステルの水蒸気分解における熱分解
および加水分解の速度解析
プラスチックの1つであるポリエステルは水蒸気を用いた加水分解によりモノマーを回収することが可能である。しかし、高温で反応が進行する水蒸気分解では加水分解と同時に熱分解も進行する。従って、本研究ではポリエステル水蒸気分解の反応機構解明を目的とし、18O 同位体標識水を用いたポリエステルの水蒸気分解を種々の条件で行うことで加水分解および熱分解の反応割合を算出した。

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Coexistence Activity Report 2013

4. ‌M
 g-Al系層状複水酸化物を用いたホウ素除去
ホウ素は、医薬品、ガラス、電気メッキなどの製造工場排水やゴミ焼却場洗煙排水、石炭火力排煙脱硫排水などに含まれる。
そして現在、ホウ素には一律排水基準（10 mg/L）が設けられて准教授

亀田 知人
Associate Professor

Tomohito Kameda

いる。 本研究では、Mg-Al-NO3 LDH を吸着剤として利用し、排水基準を満たす処理法を検討している。 現在までに100mg/L ホウ素溶液に化学量論量の3 倍の LDH を投入することにより、初期 pH10、10 分の条件で3.4mg/L までホウ素除去が可能であることが分かった。

5. ‌Fe2+をドープしたMg-Al系層状複水酸化物によるセレンの除去問題がある。一方、重金属類をイオン会合体によって抽出する方法がある。これは、適当な有機陽イオン及び有機陰イオンによりイオン会合体相を形成し、その相へ目的の物質を抽出する方法で1000 倍もの減容効果がある。しかし、この手法でアルカリ金属を抽出することは確立されていない。本研究ではスラッジの減容化を目指し、イオン会合体を用いてCsを濃縮する検討を行った。

Sustainable Recycle Process

1. Chemical modification of PVC using nucleophiles with long carbon chains
The chemical modification of poly(vinyl chloride) (PVC) by nucleophilic substitution is an interesting way for upgrading waste PVC. Chlorine
was substituted in solution by several nucleophilic reagents, thus changing the properties of PVC. In this study, long carbon chains are used toincrease of plasticity.
2. Kinetics of pyrolysis and hydrolysis during the steam degradation of polyester
Steam degradation of polyester allows the selective recovery of monomers by hydrolysis. However, pyrolysis also occurs as a competitivereaction. In this study, the ratio between pyrolysis and hydrolysis was determined by carrying out steam degradation in 18O isotope-labeled steam
18(H 2 O) at various steam concentrations and reaction temperatures.
3. Simultaneous metal and benzene recovery from metal-containing PET
From previous research in our laboratory, it is known that the formation of sublimating substances   during the pyrolysis of PET can beavoided. Mainly benzene is produced by the degradation of PET in the presence of calcium oxide (CaO) and steam. In this study, benzene rich oiland metals such as Ag, Fe, Ti, and Al were recovered from X-ray film, magnetic tape, and prepaid cards in the presence of CaO.
4. Removal of boron by Mg-Al layered double hydroxides
Boron is used in the electronics and glass industry etc., and part of the waste water discharged. In Japan, effluent standard for boron is 10
mg/L, making the treatment of waste water necessary. In this study, the removal of boron was examined employing Mg-Al LDH. The boron
concentration was reduced from 100 mg/L to 3.4 mg/L in 10 minutes.
5. Removal of selenium by Fe2+ doped Mg-Al layered double hydroxides
Selenium in waste water has different states of oxidation, making water treatment more complex and difficult. Mg-Al layered double hydroxides
were doped with Fe2+ changing the anion exchange ability of the host layer. Selenium was efficiently removed making use of Fe2+ as an reductant.
6. Adsorption mechanisms of substituted phenols onto a organically modified Layered Double Hydroxide
Layered double hydroxide (LDH) modified with 1-naphthol-3,8-disulfonate ions (NDS2-) has a selective uptake behavior for aromatics from
aqueous solutions. In this study, the adsorption mechanisms were investigated.
7. Uptake of rare metals using layered double hydroxides intercalated with triethylentetraminehexaacetic acid
Since rare  metals  are essential for many high-tech applications, measures have to be taken for securing resources. In order to maintain thesupply with rare metals, it is necessary to recover this materials from waste water. In this study, we investigated the  uptake of rare metals (Nd,Sr) from aqueous solutions using Zn-Al LDH intercalated with triethlenetetraminehexaacetic acid.
8. Concentration of Cs+ by using ionic associates in water solution
Cesium is one of the major radioactive elements in radioactive contaminated wastewater and zeolites can be used for the removal of Cs+ fromsludge and wastewater. However, this would produce large amounts of radioactive waste. In this study, the concentration of Cs+ by using ionicassociates was evaluated.

資源循環プロセス学講座

資源・物質循環型社会の実現を目指して【受賞】・一 般社団法人廃棄物資源循環学会にて一般社団法人廃棄セレンの重金属オキソアニオンは、異なる酸化状態を有するた物資源循環学会賞奨励賞受賞 亀田知人准教授
め、処理法が複雑かつ困難な場合もある。そこで、アニオン交・日本化学会第 93 春季年会にて学生講演賞受賞 “ 熱硬化換能を有する Mg-Al 系層状複水酸化物（Mg-Al LDH）のホスト性樹脂プリント基板の熱分解挙動 ” 熊谷将吾
（D2）2+層に Fe をドープし、セレンの除去を検討した。本研究は Mg・International Symposium of Chemical-EnvironmentalAl LDHのアニオン交換能とFe2+ の還元作用を複合することで、Biochemical Technology 2013, The 5th International
効率的に Cr（VI）を除去することを目的としている。Fe をドープしSymposium of Environmental Leaders にて Outstanding
た LDH（Mg-Al-Fe LDH）が各量論で高い除去率を示し、効率
S t u d e n t P r e s e n t a ti o n Aw a r d 受 賞 “ T h e r m a l
的にセレンを除去できることが示された。
Decomposition of Printed-Circuit Boards Based onThermoset” 熊谷将吾
（D2）・7 t h I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m o n F e e d s t o c k
6. ‌有機修飾層状複水酸化物による
Recycling of Polymeric Materials（ISFR 2013）にて置換フェノールの吸着機構
ISFR 2013 AWARD 受賞 “Simultaneous Recovery
本研究では、芳香族有機アニオンの一つである1- ナフトールof Organic and Inorganic Materials by the Thermal-3,8- ジスルホン酸イオン（NDS2-）をインターカレートした LDH
Decomposition of Plastic-Metal Composites” 熊谷将吾
を用い、水溶液中から5 種の置換フェノールの（NDS2- 型 LDH）（D2）吸着を行った。吸着挙動を検討した結果、芳香環の電子密度・7th International Symposium on Feedstock Recyclingが小さい置換フェノールほど吸着量が多く、その力が強いというこof Polymeric Materials（ISFR 2013） に て ISFR 2013とが分かった。
AWARD 受賞 “Evaluation of the dehydrochlorination of
polyvinyl chloride under atmospheric pressure” Fonseca‌Ashton Juan Diego（D1）
7. トリエチレンテトラミン6酢酸で修飾した
I nternational Symposium for the 70th Anniversary of・
層状複水酸化物によるレアメタルの捕捉
the Tohoku Branch of the Chemical Society of Japan
レアメタルは現在の産業に必要不可欠な金属であり、安定なにて Poster Award 受賞 高橋憲史
（M1）供給を得るためには、廃棄物からの回収が必要となる。本研究で・第 24 回廃棄物資源循環学会研究発表会にて Best Poster
は、廃棄物の処理過程で発生する廃液中のレアメタルを回収すAward 受賞 Grause Guido 准教授
る場合を想定し、キレート剤トリエチレンテトラミン6 酢酸をインター・第 5 回廃棄物資源循環学会東北支部研究発表会にて最優カレートした Zn-Al 系 LDHを用いて、Nd 及び Sr の捕捉を検討
秀発表賞受賞 児玉暁（M2）した。Nd は90.5％と高い捕捉率を示しているが Sr は8.5％と低くなった。これはキレート錯体の安定度定数の違い（Nd：22.8 ＞ 【その他活動】
Sr：9.26）に起因すると考えられ、選択性を保有しているといえる。 ・‌ブラジル・サンパウロで開催されたブラジル廃棄物清掃協会主催の第 14 回全伯廃棄物セミナーにて吉岡教授が「震災廃棄物処理の実情と分別による効果」をテーマに講演。サンパウロ‌
8. イオン会合体を用いた水溶液中からのCs濃縮
新聞にも掲載された。（9月11日）
福島第一原発事故によって放出した 137Cs は、我々の生活を ・‌日本学術会議主催のシンポジウム「南海トラフ地震に学界は維持する上で大きな障害となっている。137Cs の処理方法としていかに向き合うか」にて「発災時の対応と備え」というテーマの吸着法による除去が行われているが、スラッジの量が多いといったディスカッションで吉岡教授がパネリストを務めた。（12月2日）
アクティビティレポート 201337