自然共生システム学講座

Environmentally Benign Systems

資源再生プロセス学分野

Recycling Chemistry

資源・物質循環型社会の実現を目指して教授 吉岡 敏明

准教授 亀田 知人

助教 熊谷 将吾

特任助教 齋藤 優子

Aimed on the realization of a resources-material recycling society

Professor

Toshiaki Yoshioka

Associate Professor

Assistant Professor

Assistant Professor

We are developing and designing new chemical processes to convert polymeric wastes such as plastics and wood biomass into chemical
feedstocks. For the purpose of this, pyrolysis mechanism of these polymeric materials, catalytic reaction, and dechlorination of chlorinecontaining plastics have been widely investigated.
In addition, we are developing new environmental conservation and purification technologies aimed to reducing inorganic and organic
burdened environmental substances in aqueous solution. For example, we are working on chemically modifying an inorganic compound
having a layered structure to make it functional, and applying it to removing trace amounts of heavy metals and harmful organic matter inwaste water. Material recovered from wastewater is oriented toward recycling as valuable material.

Tomohito Kameda

Shogo Kumagai

Yuko Saito

4. イオン会合体を用いたモルデナイトからの Cs 脱着
福島第一原発事故により、137Cs が多量に放出された。137Cs は半減期が約 30 年と長い放射性物質であり、我々の生活を維持する上で大きな障害となっている。放出された 137Cs は土壌中の鉱物に強く吸着されており、量も膨大であるため、土壌を適切に処分・減容化することが必要となる。そこで本研究では、土壌中に含まれる鉱物の一種であり、Cs を強く吸着することが知られているモルデナイトに Cs を吸着させ、その後イオン会合試薬を用いて Cs 脱着を検討した。Cs

1. ポリエチレンテレフタレートのベンゼン化に及ぼす生石灰活性の検討

共熱分解機構を検討した。昇温速度 10 ºC/min で室温から 650 ºCまで低速熱分解実験を行った結果、レボグルコサン (LG) ラジカルがPE 由来生成物から水素ラジカルを引き抜き、安定化することによる低ポリエチレンテレフタレート (PET) は、樹脂純度の高いペットボトル分子化合物への分解反応の抑制が確認された (Fig. 2)。また、チャーにおいて効果的にリサイクルされている一方、他のプラスチックとの混形成の際に生成する水素ラジカルを PE 由来生成物ラジカルが受け取合プラスチックや金属との複合物に対しては、効果的なリサイクル手法ることによる停止反応が確認された。このことより、低速熱分解条件が確立していない。当研究室では PET の水蒸気分解によりテレフタルでは水素ラジカルの授受が主な相互作用であると考えられる。

酸を生成し、更に生石灰 (CaO) の添加により選択的にベンゼンを回収することを報告している (Fig.1)。本年は、比表面積や表面塩基量等性の影響を検討した。その結果、活性が高い CaO を用いる程ベンゼンやビフェニル等の芳香族炭化水素の割合が増加し、一方、低活性のCaO 程、反応性低下、テレフタル酸等有機酸の増加、および高活性の CaO では起こらない副反応が進行することを明らかにした。

アニオン交換能を持つ層状複水酸化物 (LDH)(Fig.3(a)) に、錯形成を有するシクロデキストリン (CD)(Fig.3(b)) をインターカレートして得られる複合体は、CD 由来の錯形成能を保持する吸着剤として期待される。本研究では、カルボキシメチル化シクロデキストリン (CMCD)型 LDH(Fig.3(c)) を合成し、これを用いた Ni 吸着実験を行うことで、2+96 % が得られた。モルデナイトから Cs を脱着できたことから、本手法により 137Cs に汚染された土壌を処理可能とすることが示唆された。

1 mM Ni2+ 溶液に投入した際、24 時間後の吸着率は 89% に達した。

分離が困難であるため、再資源化の難しい廃棄物の一つである。本研

また吸着等温線が Langmuir 式に一致するため、化学吸着が示唆さ究ではこれらの化学原燃料化を目的に、熱分解法に着目した。効果的れた。これは、CMCD と Ni2+ の錯形成が吸着に起因していると考えな原燃料回収のためには原料成分の共熱分解機構の解明が重要であられるため、CMCD 型 Zn-Al LDH による Ni2+ 吸着の効果が確認でる。本研究ではブナ (BW) 及びポリエチレン (PE) を選択し、これらのきる結果が得られた。

Scientific Conference on Material Cycles and Waste Management,
2016.3.9-11, Hà Noi, Vietnam・Toshiaki Yoshioka, “Chemical processing for feedstock recyclingof waste plastics”, The 21st International Symposium on Analyticaland Applied Pyrolysis, 2016.5.9-12, Nancy, France・吉岡敏明 , “ 工業化学におけるプラスチックリサイクルの位置付け ”, 第 10 回日
本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム , 2016.10.13, 仙台

特筆すべき業績
1. Effect of CaO activity on the formation of benzene from poly(ethylene terephthalate)(PET)受賞

We have reported that organic acid produced by steam decomposition of PET wasconverted into benzene by using CaO. In this study, we performed characterizations

・井上科学振興財団第 32 回井上研究奨励賞 / 熊谷将吾 ( 助教 )・第 8 回廃棄物資源循環学会東北支部研究発表会 / 最優秀発表賞 / 清水翔太
(M1)・日本学術振興会第 8 回 HOPE ミーティング / JSPS HOPE Fellow 任命 / 熊
谷将吾 ( 助教 )・2016 Spring Scientific Conference by Korea Society of Wasteof CaO which are calcined at different temperature and investigated the effect of CaO
with different activities on the formation of benzene from PET.
2. Co-pyrolysis behavior of beech wood and polyethylene mixtures
Interactions between woody biomasses and plastics during co-pyrolysis of thesemixtures have been investigated to recover useful materials. In this work, we
researched the interaction between beech wood (BW) and polyethylene (PE). The
present work revealed that the interactions between BW and PE mainly involve

Management / Award for Excellent Poster Presentation / 小野 俊輔

H-exchange during slow pyrolysis.

(M1)

3. Adsorption of Ni2+ using Zn-Al layered double hydroxide intercalated with・第 19 回プラスチックリサイクル化学研究会 (FSRJ) 研究討論会 / 若手研究者賞 / 山崎僚太 (M1)・平成 28 年度化学系学協会東北大会 / 優秀ポスター賞 / 矢吹良介 (M1)・エヌエフ基金第 5 回研究開発奨励賞・選考委員会特別賞 / 熊谷将吾 ( 助教 )cyclodextrin
It is expected that composite of LDHs and cyclodextrin(CD) have effect on theadsorption of metal ions. In this work, adsorption of Ni2+ from aqueous solution was
carried out using CMCD・Zn-Al LDH , resulting in maximum adsorption of 89%.
4. Desorption of cesium from mordenite using ionic associate
Volume reduction of the radioactive cesium contaminated soil is one of the most

金属イオン吸着剤としての応用を検討した。CMCD 型 Zn-Al LDH を
建設廃棄物等に由来する木材やプラスチック等の混合廃棄物は素材

experiment of disaster waste treatment”, The 3R International

important issue in Japan due to the lack of storage site. In this work, desorptionof cesium from mordenite was carried out using an ionic associate, tetrakis(4fluorophenyl)borate [NaTFPB], resulting in maximum removal of 96 %.

(a)

(b)
Fig.1 Benzene recovery process from PET in the presence of CaO

46 Coexistence Activity Report 2016

Fig.2 Interactions between cellulose and PE during co-pyrolysis

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

2. ブナ / ポリエチレン混合物の共熱分解機構の解析

ﬂuorophenyl)borate[NaTFPB] を用いることで、最大で Cs 脱着率

・Toshiaki Yoshioka, “The role of 3R action visible through the

先端環境創成学専攻の活性の異なる CaO を用いて、PET のベンゼン化に及ぼす CaO 活

3. シクロデキストリン修飾 Zn-Al 系層状複水酸化物による Ni2+ の吸着を 220 mg/g 吸着させたモルデナイトから、Sodium tetrakis(4-招待・基調講演(c)Fig.3 The structure of (a) Zn-Al LDH,(b) beta-cyclodextrin,and (c) CMCD・Zn-Al LDH

Fig.4 Cs desorption ratio from different particle size ofmordenite using NaTFPB
Coexistence Activity Report 201647