溶媒抽出・イオン交換を基盤とした分離技術開発と希少物質・有害物質の分離精製
OCHN
H

国立大学法人 宮崎大学
○工学教育研究部 環境応用化学科教授
大島 達也
TEL 0985-58-7321 FAX 0985-58-7323
E-mail oshimat@cc.miyazaki-u.ac.jp

NH2

NNH

都市鉱山リサイクルなどへの実用化を想定した貴金属・有害元素への溶媒和型の抽出剤開発

キレート抽出剤の溶解性が高く溶媒抽出プロセスに利用できる低毒性の溶剤開発

研究背景

研究背景

研究内容

金属イオンの高度分離に有用な様々キレート抽出剤が開発されているが、これらがクロロホルム等の毒性の高い溶媒にしか溶けない場合、実用化が困難となる。

キレート抽出剤の溶解性が高く、かつ各種の工業的要件を満たす溶剤を開発し、その系での溶媒抽出特性を評価する。（共同研究：佐賀大学など）

研究内容
塩酸で浸出した金（Au(III)）の抽出にはDBC, MIBKが用いられてきたが、粘性や水への溶解性に課題がある上、その溶媒和型の研究が十分進んでいない。
そのため、塩酸系で貴金属・有害元素を抽出できる含酸素化合物の開発を行っている。

2020年の東京オリンピックのメダルを使用済み
携帯電話等の小型家電から制作するプロジェク
トが進むなど、都市鉱山からの金の回収は注目を集める課題であり、今後はリサイクル率の向上が望まれる。

溶剤（希釈剤）の要件
・抽出剤・錯体が良く溶ける
・水への溶解度が低い
・物性（安全性、安定性,,）
・安価であること

CPME

MIBK

DBC

研究成果

CPME:

研究成果

発表前データ

シクロペンチル
メチルエーテルほか

8‐quinolinol(HQ)100

候補物質として、日本ゼオンが近年工業生産を開始したCPMEがAu(III)への高い抽出容量と優れた回収性を示すことを見出した

CPMEはDBC, MIBKよりAu(III)の抽出能力は低いが、より穏やかな条件で抽出した金を還元回収できる。

・実プロセスで利用できる物性条件を満たす
溶媒和型の抽出剤の開発

400

CPME can load
at least 60 g/dm3Au(III).

200

金属の抽出剤、金属の抽出方法、及び金属の回収方法（特開2018-015736）

発表論文等

MIBK
102030405060[Au(III)] ini.aq [×10-3 mol/dm3]

Figure . Extraction profiles of Au(III) using CPME, MIBK,and DBC as a function of Au(III) concentration.

[1] T. Oshima, et al., “Extraction of gold(III) using cyclopentyl methyl ether in hydrochloric acidmedia”, Solvent Extr. Res. Devel. Jpn., 24, 89 (2017).
[2] T. Horiuchi, T. Oshima, et al., “Separation of Au(III) from other precious and base metals
using 1‐methoxy‐2‐octoxybenzene in acidic chloride media” Hydrometallugy, 178, 176 (2018).
[3] T. Oshima, et al., “Effect of structure of aromatic ethers on their extraction of Au(III) from
acidic chloride media” Hydrometallugy, 183, 207 (2019).

←髪の毛

バクテリアセルロースとは：q [μmol g-1]30

極めて細い繊維構造（植物セルロースの1/100〜1/1000）
100μm

コットン
←木材パルプ
合成繊維←極細合成繊維←コラーゲン繊維

10 μ m1μm

20

PPC 2.4 m2 g‐1

食酢の静置発酵法〜もろみ表面にできる膜（酢コンニャク）＜日本＞ナタデココの主成分＜フィリピン＞

50

100150200

Ceq [μM]

酢酸菌（ex. Acetobacter xylinum）〜
0.01 μ m

バクテリアセルロースのSEM写真（10,000倍）

バクテリア
セルロースを化学修飾して得た吸着剤がタンパク質の吸着容量が大きいことを示した。

Fig. Adsorption isotherms of lysozyme
on PBC (3.6%) and PPC (3.1%).
IDA‐BC 24.0 m2 g‐1
2.5q [μmol g-1]

21IDA‐PC 1.4 m2 g‐1

Cu(II)-IDA-BC(0.063mmol/g)
Cu(II)-IDA-PC(0.073mmol/g)

002468Fig. Adsorption
isotherms ofhemoglobin on
Cu(II)‐IDA‐BC,Cu(II)‐IDA‐PC,Cu(II)‐IDA‐CA.

4200246810Ceq of hemoglobin [μM]タンパク質の固定化金属イオンアフィニ
ティー吸着(IMAC)において比表面積と吸着容量に相関があり、エアロゲル吸着剤が吸着容量が大きいことを示した。

発表論文等[1] T. Oshima, et al., “Preparation of phosphorylated bacterial
cellulose as an adsorbent for metal ions”, React. Func. Polym.,
68, 376 (2008)[2] T. Niide, T. Oshima, et al., “Quaternary ammonium bacterial
cellulose for adsorption of proteins”, Solvent Extr. Res. Devel.
Jpn., 17, 73 (2010)

6

qmax of Hemoglobin[μmol/g]

イオン液体を用いて溶かしたセルロースを有機溶媒で再生することで、エアロゲ
ル構造で高比表面積の吸着担体を得た。

q [μmol/g]6多孔性構造からなるエアロゲル（フォーム）状の高分子担体はタンパク質等への高い吸着容量を有すると期待される。

Fig. Adsorption isotherms of hemoglobin
onto Cu(II)‐IDA‐BC and Cu(II)‐IDA‐PC at 30◦C:Cu(II)-IDA-CA (Cu: 66 μmol/g)
Cu(II)-IDA-BC (Cu: 63 μmol/g)
Cu(II)-IDA-PC (Cu: 73 μmol/g)

80

ヒスチジン含有ジペプチド(HCDP)であるアンセリン(Ans)、カルノシン(Car)は高い生理活性が報告されている。HCDPsは水産加工廃液等に含まれるが、高濃度の塩分が含まれると、イオン交換法では回収できない。

60
402002

Cu-IDA-BC
Cu-IDA-PC

4.5

681012pHeq（特許第5150897号）
新規イミノ二酢酸型キレート樹脂の吸着特性評価と吸着機構の考察

43.5

キレート樹脂は重金属への優れた吸着能力を示し，分析分野から工業的規模まで幅広く利用されてきた。

32.521.5CR111Hym‐I

0.500123456Ceq [×10‐3 mol/dm3]

Fig. Adsorption isotherms of Cu(II)using chelate adosorbents.

Cu-IDA-AC
34Fig. Adsorption isotherms of Cu(II)using chelate adosorbents.

近年開発されたポリビニルアミン架橋樹脂を原料として得られる新規イミノ二酢酸型
キレート樹脂は、金属への吸着容量を有し、金属選択性も従来のポリスチレン骨格のキレート樹脂も異なることを見出し、その機構を明らかにした。
（企業からの委託研究）

10Ceq [μM]

エアロゲル（フォーム：泡）状構造の多孔性吸着剤

1001.50.58Figure. 3D HSP disgrams of organic
solvents with a solubility limit of 10mM tOct[6]CH2COOH

ヒスチジンとの親和性の高いCu(II)を吸着固定化したイミノ二酢酸キレート樹脂を用いることで、高濃度の塩を含む液からHCDPsを吸着回収できることを見出した。

PPC (3.1%)
0←バクテリアセルロース

4[1] K. Shimojo, T. Oshima, M. Goto et al., “Protein extraction by calix[6]arene in aliphaticorganic Solvent”, Solvent Extr. Res. Devel. Jpn, 10, 185 (2003)[2] T. Oshima, et al., “Selective extraction and recovery of cytochrome c by liquid‐liquid
extraction using a calix[6]arene carboxylic acid derivative”, Langmuir, 21, 7280 (2005).
[3] T. Oshima et al., “Extraction behavior of metal ions using D2HEPA in cyclopentyl methylether”, Solvent Extr. Res. Devel. Jpn, 22, 119 (2015)[4] T. Oshima et al., “Extraction behavior of metal cations using 8‐quinolinol as an extractant
in cyclopentyl methyl ether”, Solvent Extr. Res. Devel. Jpn, 26, 1 (2019)

PBC (3.6%)

100

微生物が菌体外に生産するセルロース 0.1 μ m

カリックスアレーン誘導体
tOct[6]CH COOHの溶媒と2なる芳香族エーテル類を開発した。

3

引火点が高く金属の抽出分離プロセスに適したエーテル化合物の開発

固定化金属イオンアフィニティー吸着(IMAC)による生理活性ペプチドの吸着
PBC 19.2 m2 g‐140

バクテリアセルロースの特長

2

キレート吸着剤・無機吸着剤の用途開発・評価

高比表面積の新規吸着剤の開発とタンパク質等の生体高分子の高容量吸着バクテリアセルロースからなる吸着剤

1

発表論文等

tOct[6]CH COOH
200in CPME0

発表前データ

引火点が高く金属の抽出分離プロセスに適したエーテル化合物の開発

DBC

in toluene

20・希釈剤の開発・評価を継続検討中

現在の取組

・ヒ素、セレン等の有害物質の抽出検討

CPME
100

in 1-octanol

40

pHeq

Adsorption [%]300

in chloroform

60

Figure . Extraction behaviors of In(III)using CPME in different diluents.

q [mmol/g][Au(III)]eq.org [×10-3 mol/dm3]

Figure. 3D HSP disgrams of HQ and 30
solvents with a solubility limit of 68.9
mM (10.0 g/dm3) HQ.

現在の取組500

Extraction [%]80

HQによる金属(In(III))の抽出の場合、CPME中での抽出率はトルエン中での場合と類似する。

CPMEがキレート抽出剤として知られるHQの希釈剤として利用できることを見出した。

吸着および抽出法によるリチウム吸着分離技術の開発と評価

1.50020406080

q of Cu(II)[μmol/g]

Fig. Relationship between the amountof Cu(II) immobilized on adsorbents andqmax values for hemoglobin.

[3] T. Oshima, K. Ohe et al., “Phosphorylated bacterial cellulose
for adsorption of proteins”, Carbohydr. Polym., 83, 953 (2011).
[4] T. Oshima, K.Ohe et al., “Cellulose aerogel regenerated fromionic liquid solution for immobilized metal affinity adsorption”,
Carbohydr. Polym., 103, 62 (2014).

スマートフォン等の小型電子機器の普及に加え、電気自動車の生産拡大に伴って充電池に利用されるリチウムの需要は大幅に増加すると予想される。
海水、湖水、地熱水などからリチウムイオンを回収する際には、大過剰の不純物に対する選択性が求められる。溶媒抽出法、ならびにマンガン酸化物を用いたリチウムの分離回収について検討する。
（北九州市立大学との共同研究）

Fraction collector

PUMP