成果報告書詳細
管理番号20120000000883
タイトル平成21年度-平成23年度成果報告書 省水型・環境調和型水循環プロジェクト/
水循環要素技術研究開発 有用金属・有害物質の分離・回収技術の開発
公開日2013/4/19
報告書年度2009 - 2011
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P09011
部署名環境部
和文要約無電解ニッケルめっき工程について、使用済みめっき液からのニッケル抽出、めっき液長寿命化のための不純物である亜鉛除去に関し、実証研究を進めるための基盤となる研究を行った。抽出剤としてPC-88Aを用いたときの亜鉛の溶媒抽出挙動を調べ、抽出の量論を推定し、298Kにおける抽出平衡定数を目標精度内で求め、見かけの標準エンタルピー変化等も求めた。またPC88Aを含浸した含浸樹脂による亜鉛の除去挙動を調べ、めっき液のpH領域では十分高い除去効率を得ることができ、ニッケルからの選択性も優れていることを示した。モデルめっき液からの除去挙動はラングミュアの吸着式で表現でき、吸着定数を目標精度内で求めた。カラムを用いた繰り返し実験の結果、抽出剤の漏洩と思われる含浸樹脂の劣化により亜鉛の除去率が漸減していくことが判明した。しかし、抽出試薬をより酸性度が低いCyanex 272に変えることで大きく耐久性を向上させることができた。さらに、LIX84Iによるニッケルの溶媒抽出におけるPC88Aの加速機構を明らかにする目的で定界面積セルを用いて抽出速度を測定した。その結果より、界面に吸着したPC-88A陰イオンがニッケルとまず反応し、その後配位子がLIX84Iに置換されていく機構が推測された。
 これまで処理が困難であった無電解銅めっき廃液やめっき排水などのCOD成分を効率的に分解除去する技術の開発を行った。触媒として鉄あるいは銅を用いたフェントン酸化によりCOD成分を効率的に分解除去できることを明らかにした。触媒の鉄をフェライト化し、無電解銅めっき液中の銅を酸化物として沈殿させ、含水率60%以下で、汚泥量を半減する技術を開発した。次に、これらの技術を複合し、無電解銅めっき廃液やめっき廃液の処理液を加えためっき排水のCOD成分を効率よく分解除去するとともに、酸化処理液中の重金属を酸化物に変換し、汚泥量を半減する技術の開発を行った。その結果、前処理でめっき廃液中のホルムアルデヒドをギ酸に酸化し、ロッシェル塩を回収することにより、フェントン酸化に必要な過酸化水素の量を約1/2に削減することができた。フェントン酸化により、処理を困難にしているキレート剤を除去し、重金属を含水率60%以下で回収し、汚泥量を半減させた。さらに、廃液の処理液を加えためっき排水についても、フェントン酸化と光酸化を併用することにより、COD成分を除去するとともに、排水中の重金属に対し含水率60%以下の重金属酸化物沈殿を生成する技術を開発することができた。
ほう素飽和吸着量が従来材の3倍となる新規吸着剤を合成する技術を開発した。合成条件を最適化した結果、吸着剤母材のポリアリルアミンの架橋度を20%、吸着サイトであるグルコースの導入温度を333-374Kとした場合に、ほう素吸着容量30 mg-B/g以上を示した。ほう素の吸着条件として、他イオンの共存下や高濃度での吸着挙動を検討した結果、3000 mg/dm3のほう素濃度を用いた吸着実験において64 mg-B/g-吸着剤、dm3当たりに換算して19 g-B/dm3-吸着剤の値を得、目標値(15 g-B/dm3-吸着剤)をクリアした。流通式における破過特性のデータからは破過点が従来材の2倍を示し、バッチ式と同等の性能を確認した。新規吸着剤のほう素選択性、耐久性をめっき模擬排水と実排水を用いて確認し、吸着・再生の繰り返し特性については、数回の使用での性能の低下は見られないことを確認した。
英文要約The studies were carried out for the removal of Zn as impurity in the plating baths and for the Ni solvent extraction (SX) from the spent electroless Ni (EN) plating baths. The SX behavior of Zn with PC88A was measured, and the extraction equilibrium constant was determined. The Zn removal with solvent impregnated resin (SIR) was investigated using PC-88A as extractant. High removal efficiency was obtained under the pH of the EN plating bath with high selectivity from Ni. The Langmuir adsorption constant was determined. The repeated adsorption - elution test for the column operation showed that the removal efficiency was gradually decreased. The durability of SIR was, however, significantly enhanced by changing the extractant to Cyanex 272. The rates of the Ni SX with LIX84I were measured using an extractor with a constant interfacial area in order to clarify the acceleration mechanism of PC-88A. As the result, the mechanism has been estimated in which Ni initially reacts with the PC-88A anion adsorbed on the interface and then the ligand is replaced with LIX84I. :Fenton oxidation, which is effective for the degradation of various organic compounds, was applied for the removal of COD from an electroless copper plating waste. Using either Cu2+ or Fe2+ as metal catalyst, the optimum conditions for COD removal was established. The recovery of these metals as oxide precipitates with less than 60% moisture content was also developed. Specifically, Fe was removed as ferrites while Cu was removed in the form of Cu, Cu(II)-tartrate and CuO at different stages of treatment. A process for further COD removal from the combined plating wastewater and pre-treated electroless copper plating waste was also developed. Similarly, the removal of the remaining Cu and Fe from this final effluent as metal oxides with less than 60% moisture content was also feasible. These results validate the successful completion of this project. :We developed a novel adsorbent for boron removal. We synthesized polyallylamine-base polymer modified with Glucose (PAA-Glu), resulting in the 3 times higher adsorption capacity compared to conventional adsorbents. We investigated the effects of the degree of cross-linking (20, 40 and 60%), the introduction amount of alpha-D-glucose (40, 60 and 80%), and the introduction temperature (303-423K) as regards PAA-Glu on the boron adsorption amount. The boron adsorption amount for PAA-Glu (20% cross-linked, 303K) was superior to that for another degree of cross-linked PAA-Glu. Furthermore, we examined the introduction temperature at which glucose was introduced to PAA-Glu (20% cross-linked) in the 303-423K range and confirmed that the optimum temperature range for the synthesis of PAA-Glu was 333-353K. We also investigated the effect of adsorption conditions in order to improve the adsorption efficiency. At this moment, boron adsorption capacity of PAA-Glu for the solution of 3000 mg/dm3 is 19 mg-Boron/dm3-resin, which attained the goal.
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