AgNO3 および Pb(NO3)2 を用いた海水処理に関する基礎的実験
和嶋隆昌・志水倫恵・大和武彦・池上康之

AgNO3 および Pb(NO3)2 を用いた海水処理に関する基礎的実験

和嶋隆昌*1，志水倫恵*2，大和武彦*2，池上康之*3

A Study on Seawater Treatment using AgNO3 and Pb(NO3)2
Takaaki WAJIMA*1, Tomoe SHIMIZU*2, Takehiko YAMATO*2, and Yasuyuki IKEGAMI*3*1

Akita Univ., Faculty of Engineering and Resource Science
1-1, Tegata-gakuen-cho, Akita, 010-8502 Japan*2 Saga Univ., Faculty of Science and Engineering
Honjo-machi 1, Saga, 840-8502 Japan*3 Saga Univ., Inst. of Ocean Energy
1-48, Kubara, Yamashiro-cho, Imari, Saga, 849-4256 Japan

In this study, we examined the treatment of seawater using AgNO3 and Pb(NO3)2 for the removal of Cl-.
Although AgNO3 could remove Br- and Cl- from seawater, Pb(NO3)2 could remove SO42-, Br- and Cl-. The pH ofsolution treated with AgNO3 was constant at pH 8.1, but the pH of the solution treated with Pb(NO3)2 decreased toacidic. The reactions of AgNO3 and Pb(NO3)2 in seawater were rapid. Regardless of temperature of seawater, thetime for anion removal by AgNO3 was almost same, while that by Pb(NO3)2 delayed with decreasing temperature ofseawater. It is considered that the treatment of seawater with AgNO3 was favorable for the application of making
agricultural water.
Key Words : Seawater, AgNO3, Pb(NO3)2, Anion Reduction, Agricultural water
1. 緒言
21 世紀に入り，人口の増加，生活水準の向上，科学技術(2)．近年の水資源の減少は，土壌の砂漠化など環境問題の主要な構成要素であり，農業用水が容易に確保できない地域の発達による「資源の枯渇」「環境負荷の増加」が懸念さが増加している． 水資源不足の解決策として，海水淡水化れている．特に，水資源，食料資源は生物が生きる上で必技術が注目されている (3)が，これらの技術は，主に高純度要不可欠な資源であり，その持続的な確保は人類にとってが要求される飲料水利用や工業用水利用が目的であり，農永遠の課題である．そのような中，海洋温度差発電は，海業利用に対しては高コストの方法がほとんどである．

洋の表層海水と深層海水の温度差により，少ない環境負荷

海水は作物に必要な元素を全て含んでいるが，作物に塩で発電によるエネルギー供給が可能であり，かつ，汲み上げた海水を海水淡水化，海洋肥沃化，リチウム資源の回収

害をもたらすNaCl を高濃度に含むため，直接的な農業利用が困難である．そのため，NaCl による塩害の影響のみを抑などに複合利用することで，エネルギー・水・食料・鉱物えることで，海水を農業利用できる可能性がある．

資源を供給できる複合システムとして注目されている (1)．

著者らは，安価な天然ゼオライトによりNa+を減少させ，食料資源の確保では，水産のみならず農業も重要である．

海水中で発芽しなかったカイワレが発芽することを確認し農業による食料資源の生産では，農業用水の確保が重要とた．しかしながら，天然ゼオライトによる海水処理は陽イなる．
世界の淡水利用は，灌漑利用：70 ％, 工業利用：23 %，オン交換能を用いるため，陰イオンであるCl-は除去されず家庭利用：7 %であり，日本においても，灌漑：66.2 %，工に残存する．そのため，農業利用を行うには，天然ゼオラ

業利用：17.8 %，家庭利用：16.0%と，農業利用が最も高い

イト処理と組み合わせる陰イオン処理法の検討が必要となる．本研究では，海水中のCl-除去法として，Ag+, Pb2+による沈殿除去処理に関する基礎的検討を行ったので，その結＊原稿受付 2008 年 02 月 29 日
秋田大学工学資源学部環境物質工学科(〒010-8502 秋田市手形学園町 1-1)
E-mail: wajima@gipc.akita-u.ac.jp

果を報告する．

*11

和嶋隆昌・志水倫恵・大和武彦・池上康之
2. 実験方法
2・1 海水した．添加後，所定時間ごとに溶液の一部を採取し，濾過を行い濾液中の各溶存成分の濃度を測定した．

海水には，伊万里湾表層より採取した海水を用いた．海水成分とpHをTable 1 に示す．化学組成，pH

2・4 分析方法とも，一般的な海水と同様であった．

Cl-，Br-，SO42-，NO3-はイオンクロマトグラフ（DX-120,Dionex）で，Na+，Ag+，Pb2+は，ICP - AES (ICPS-7500, Shimadzu)

Table 1 Chemical compositions and pH of seawater, and theで測定した．pH は pH メーター（MA-130, METTLER

solutions for Ag and Pb experiments.

SeawaterMAg, 0MPb,0484
5610105591318.1436
5099503127-303
35
66349
019-

Na+
Mg2+K+Ca2+
ClBrSO42pH

海水および溶液中の K+，Mg2+，Ca2+，TOLEDO）によって測定した．
海水処理における海水中の成分変化は，海水に0 M の溶液（蒸留水）を加えたときの化学組成，MAg,,0, MPb,0（Table 1）を基準として正規化し，測定値[M]と[M0]の比により評価した．なお，M = Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-, Br-, SO42-である．
3. 実験結果及び考察
3・1 AgNO3 による海水処理

Fig. 1 にAgNO3 の添加量と組成変化を示す． AgNO3 の添加により，一価の陰イオンであるBr-およびCl-が減少した．除去は，Br-が0.5 M の溶

Unit: mM液の添加で達成され，Cl-は5 - 7.5 M で達成された．また，陽イオンおよびSO42-はほぼ一定であり，ほとんど反応は起2・2 AgNO3 による海水処理

AgNO3 による海水処理にこらず除去されないと考えられる．

おけるAgNO3 の添加量，反応時間および温度の影響を調べた．
2

添加量の影響は，次のようにして調べた．AgNO3（特級試薬, Wako）を蒸留水に溶解し，0 - 10 M のAgNO3 溶液を調整した．海水36 mL に所定濃度のAgNO3 溶液4 mL を添[M]/[M0]加し，往復振盪器を用いて30 min 振盪を行った．振盪後，遠心分離を行い，上澄み溶液のpHおよび各溶存成分の濃度を測定した．
反応時間および温度の影響は，次のようにして調べた．

Mg2+
K+

1Ca2+
ClBr-0.5

海水 360 mL を5, 25, 60 oC に設定した恒温槽中で攪拌し，SO42-設定温度に達した後，5 MのAgNO3溶液を4 0 mL添加した．

0添加後，所定時間ごとに溶液の一部を採取し，濾過を行い濾液中の各溶存成分の濃度を測定した．
2・3 Pb(NO3)2 による海水処理Na+

1.5Pb(NO3)2 による海水処

02468AgNO3 concentration [mM]

10Fig. 1 Change of chemical composition of seawater with various

理における Pb(NO3)2 の添加量，反応時間および温度の影響

amount of AgNO3 addition.

を調べた．
添加量の影響は，次のようにして調べた．Pb(NO3)2 (特級Fig. 2にAgNO3 の添加量と溶液のpHおよび溶液中のAg+,試薬, Wako）を蒸留水に溶解し，0 - 1 M のPb(NO3)2 溶液をNO3-濃度の変化を示す．AgNO3 の添加により，溶液の pH調整した．海水25 mL に所定濃度のPb(NO3)2 溶液15 mL をはほとんど変化しなかった．また，NO3-はAgNO3 の添加に添加し，往復振盪器を用いて30 min 振盪を行った．
振盪後，より直線的に増加し，添加したNO3-がすべて溶液中に残存遠心分離を行い，上澄み溶液のpHおよび各溶存成分の濃度していると考えられる．Ag+は5 M AgNO3 添加まで溶液中を測定した．に残っておらず，Ag+は反応性が高くすべて反応し沈殿して反応時間および温度の影響は，次のようにして調べた．

いると考えられる．また，5 M AgNO3 以上添加すると溶液海水 250 mL を5, 25, 60 oC に設定した恒温槽中で攪拌し，中の濃度が増加した． Fig. 1 に示すように，5 M AgNO3以設定温度に達した後，0.5 M のPb(NO3)2 溶液を150 mL 添加
2AgNO3 および Pb(NO3)2 を用いた海水処理に関する基礎的実験
和嶋隆昌・志水倫恵・大和武彦・池上康之
上の添加では反応するBr-やCl-が残っておらず，そのため沈の添加後すぐに起こり，30 sec 以内で反応が終了すると考え殿を生成せずに溶液中に残ると考えられる．

られる．温度による影響は見受けられなかった．
これらのことより，AgNO3 により pH などの変動を与え

10pH600Ag+6NO3-400420002468AgNO3 concentration [mM]0102Fig .2 Change of pH of the solution and Ag andK+

1.5

Mg2+Ca2+1ClSO42-

0.50+(a)Na+[M]/[M0]800

8Ag+ and NO3- concentrations [mM]

1000
pH

2ず，Cl-のみを選択的に素早く除去できることがわかった．

NO30

1NO3-concentrations in the solution with various amount of AgNO32addition.

234Reaction time [min]

5(b)
Na+K+

1.5
[M]/[M0]

Fig. 3 に，AgNO3 添加による海水からのCl-除去率を示す．
添加量とともに，ほぼ直線的に除去率が増加し 100 %に達した．直線部分は，y = 3.3762x + 2.0535 (R2=0.98)で線形近似

Mg2+Ca2+1ClSO42-され，添加量により除去率を見積もることが可能であると0.5考えられる．

08021234Reaction time [min]

5(c)

K+

1.5

402000Na+

60[M]/[M0]-Removal of Cl [%]100NO3-Mg2+
Ca2+

1ClSO42-0.5010203040500AgNO3 addition [mmol]

NO30

1234Reaction time [min]5Fig. 3 Removal of Cl- from seawater with various amount ofFig. 4 Change of chemical composition of seawater with addition ofAgNO3 addition.

5 M AgNO3 on reaction time at (a) 5 oC, (b) 25 oC and (c) 60 oC.
3・2 Pb(NO3)2 による海水処理

Fig. 4 にAgNO3 処理における反応時間および温度の影響+Fig. 5 に Pb(NO3)2 の添加量と組成変化を示す． Pb(NO3)2 の添加により，海水中の-を示す．AgNO3 による沈殿反応：Ag + Cl → AgCl ↓は前述の通り，Br とともに選択的に起こり，Cl が減少し，他の元陰イオンであるSO42-, Br-およびCl-が減少した．除去はSO42-

素はほとんど変化しなかった．また，Cl-の減少は，AgNO3が0.2 M, Br-が0.6 M の溶液の添加で達成され，Cl-は0.6 M--3和嶋隆昌・志水倫恵・大和武彦・池上康之
以上の添加で飽和し，一定量が残った．また，陽イオン-はFig. 7 に，Pb(NO3)2 添加による海水からのCl-除去率を示す．

ほぼ一定であり，ほとんど反応は起こらず除去されないと添加量とともに，釣鐘型に除去率が増加し約80 %で一定に考えられる．

なった．除去率は，5 次式 y = 0.5716 - 9.3356x + 9.003x2 –1.4707x3 + 0.095532x4 – 0.0022185x5 で近似することで見積もることが可能であると考えられる．

2Na+

100Mg2+K+

1Ca2+

Removal of Cl- [%][M]/[M0]

1.5

ClBr-

0.5

SO420

00.2
0.4
0.6
0.8Pb(NO3)2 concentration [mM]

180604020Fig. 5 Change of chemical composition of seawater with various
0amount of Pb(NO3) 2 addition.
Fig. 6にPb(NO3)2 の添加による溶液のpHおよび溶液

0510Pb(NO3)2 addition [mmol]

15

中の Pb2+, NO3-濃度の変化を示す．Pb(NO3)2 の添加量のFig. 7 Removal of Cl- from seawater with various amount of

増加により，溶液の pH は酸性になっていった．また，Pb(NO3)2 addition.

NO3-は Pb(NO3)2 の添加により直線的に増加し，添加しFig. 8にPb(NO3)2 処理における反応時間および温度のた NO3-がすべて溶液中に残存していると考えられる．

影響を示す．Pb(NO3)2 による沈殿反応は前述の通り，

2+Pb は 0.6 M Pb(NO3)2 の添加まで溶液中に残っておらず，すべて反応し沈殿していると考えられる．また，

SO42-，Br-, Cl-と反応を起こす．そのため，これらの成0.6 M Pb(NO3)2 以上添加すると溶液中の濃度が増加し分が減少し，他の元素はほとんど変化しなかった．また，
これらの減少は，Pb(NO3)2 の添加後すぐに起こり，た． Fig. 5 に示すように，0.6 M Pb(NO3)2 以上の添加では陰イオンとの反応が終了しており，そのため沈殿

25 oC, 60 oC においては 30 sec 以内で反応が終了するとを生成せずに溶液中に残ると考えられる．

考えられる．なお，5 oC においては SO42-の減少が遅くなっており，温度が低いため沈殿生成反応が遅くなっていると考えられる．

101000800

NO3-8pHAg+600
6400
4220000.20.40.60.8
Pb(NO3)2 concentration [mM]

10Pb2+ and NO3- concentrations [mM]pH

これらのことより，Pb(NO3)2 は pH を酸性にし，Clはすべて除去されず，除去率は最大で 80 %程度であった．また，Cl-のみならず，SO42-も除去され，除去反応は温度の影響を受けることが確認された．
Table 2 に，AgNO3, AgCl, AgBr, AgSO4, Pb(NO3)2,PbCl2, PbBr2, PbSO4 の溶解度を示す．Ag は，AgNO3 > >Ag2SO4 >> AgCl > AgBr であり，そのため，AgCl,AgBrが選択的に生成すると考えられる．一方，Pb は，Pb(NO3)2 >> PbCl2 > PbBr2 >> PbSO4 であり，そのため，SO42-が沈殿しやすく，その後，Br-, Cl-の除去が行われると考えられる．

Fig. 6 Change of pH of the solution and Pb2+ and NO3concentrations in the solution with various amount ofPb(NO3)2 addition.
4

AgNO3 および Pb(NO3)2 を用いた海水処理に関する基礎的実験
和嶋隆昌・志水倫恵・大和武彦・池上康之(a)2

4. 結Na+K+[M]/[M0]

1.5

本研究では，AgNO3 およびPb(NO3)2 を用いた海水処理にMg2+応除去された．一方，Pb(NO3)2 は，温度が低いと反応が遅SO42-

くなり，SO42-, Br-, Cl-の3 成分と反応した．Cl-の除去率は，

NO3021234Reaction time [min]AgNO3 では100 %除去であるのに対し，Pb(NO3)2 では80 %の除去率で飽和した．これらの傾向は，Ag および Pb の化5合物の溶解度と一致した．農業利用への適用を考慮すると，
Pb は健康被害をもたらす有害物質であるが，Ag は殺菌な(b)どに用いられており，人体への被害は報告されていない．

1.5[M]/[M0]

響を受けず，素早く反応し，SO42-とは反応せずBr-，Cl-が反Cl-0.50

関する基礎的検討を行った．その結果，AgNO3 は温度の影

Ca2+1Na+

また，Ag による海水の殺菌効果なども期待できることから，K+Ag を用いた処理がよいと考えられる．

Mg2+の除去処理が可能であり，今後，天然ゼオライト処理と組Cl-み合わせることで，海水からの農業用水の作成技術の確立

SO42-0.5が期待できる．

NO30

21234Reaction time [min]謝辞5

本研究は，佐賀大学海洋エネルギー研究センター共同利用研究（07003A）によって支援されており，ここに謝意を(c)表す．
Na+

K+1.5
[M]/[M0]

これらの知見より，AgNO3 を用いることで海水中の Cl-Ca2+

10

Mg2+

文

Ca2+1SO42NO30

1234
Reaction time [min]5Fig. 8 Change of chemical composition of seawater withaddition of 0.5 M Pb(NO3)2 on reaction time at (a) 5 oC,(b) 25 oC and (c) 60 oC.
Table 2 Solubility of Ag- and Pb- compounds.

AgNO3AgClAgBr
Ag2SO4Pb(NO3)2PbCl2
PbBr2
PbSO4

献(1) 池上康之，新しい海洋温度差発電の現状と展望， ECOINDUSTRY, Vol. 10, No.2 (2005), p.
7-16.
(2) Tilzer, M. M., Renewable, but not inexhaustible:
The fresh water supply for a growing humanpopulation, 第二回オートアナライザーシンポ
ジウム講演要旨集， (2006) p. 4 – 15.
(3) 後藤藤太郎，海水淡水化の普及動向と技術課
題，水道公論，Vol. 36, No. 2 (2000).
(4) 和嶋隆昌，志水倫恵，池上康之，海水の農業利用に関する基礎的実験，OTEC, 12, (2006), pp.
39-43.

Cl-0.50語

Solubility [mol/kg]
14.07
0.000135
0.0000072
0.027
1.83
0.039
0.027
0.00149
5