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研究内容

所研究室では主に3つの班に分かれ、研究を行なっております。
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    廃水班では化学的および物理化学的処理によって、廃水中に存在する有害物質の除去プロセスの提案および除去メカニズムの解明を行っています。廃水中の溶液分析のみならず、処理後の沈殿粒子に対する高度な固体分析機器も利用して、充実した研究環境のもと日々研究に励んでいます。また独自に開発したモデルも組み込んだ化学平衡ソフトウェアを用いて、廃水処理の最適化を目指しています。
    このような基礎研究に留まらず、汎用性の高さや工業化を視野に入れた研究を心がけています。また、現在顕在化していない問題にも取り組み、近未来の環境問題を想定した研究も行っています。社会との接点も多く、研究機関のひとつとして社会的責任を持つことを日々学んでいます。


    ■腐葉土を用いた亜鉛、カドミウムの除去機構の解明
    近年、薬剤やエネルギーを極力必要としない効率的な坑廃水処理方法が求められる中、自然浄化作用を用いた処理技術が注目されています。本研究では、その一つとして、腐葉土を用いた亜鉛およびカドミウムの除去機構の解明を行っており、坑廃水処理の無動力化を目指した研究を行っています。

    ■グリーンラストを用いたセリウムの除去
    坑廃水中のセリウムイオンを除去する薬剤として、グリーラストが注目されています。グリーンラストは鉄イオンで構成される薬剤で、クロムやヒ素のイオンの除去に利用されています。本研究ではエリンガム図を利用して共沈法におけるグリーンラストの生成条件を調査し、セリウムイオンの除去に応用するための研究を行っています。

    ■石灰石系中和剤によるフッ素除去機構の解明
    一般的にフッ素は、ガラス加工工業や電子工業で多量に用いられ、フッ素廃水として排出している。このフッ素廃水からフッ素成分を除去し、産業的に需要のあるCaF2を、今までにないアプローチから回収し、その機構解明をすることを目的としている。

    ■低結晶性二酸化マンガン(δ-MnO2)によるカドミウム除去機構の解明
    カドミウムは人体に有害であり、高アルカリ領域で水酸化物を形成するという性質上、中性領域における処理法の確立が求められている。既往研究より、中性領域にて低結晶性二酸化マンガン(δ-MnO2)がカドミウム除去能を持つことは知られているが、その詳細な機構は明らかになっていない。本研究では、低結晶性二酸化マンガン(δ-MnO2)を用いた吸着法・共沈法によるカドミウム除去について、各種分析からその機構の把握、定量モデル化を行う。

    ■化学平衡計算(PHREEQC)を用いた本庫鉱山人工湿地内の有害元素挙動の把握
    鉱山廃水処理費用削減に向けて、その鉱山の特性に見合った処理を行う必要がある。本研究では、発生源対策がある程度進み、流量が比較的少なく、水質が環境基準値をやや超えるような鉱山を研究対象とした。研究フィールドとした北海道本庫鉱山では、人工湿地に坑廃水を流すことで坑廃水中の有害元素除去を行うパッシブトリートメントが行われている。現地調査を行い、その結果をもとに化学平衡計算ソフトPHREEQCを用いて、本庫鉱山人工湿地内の化学種の挙動の把握、湿地内で起きている反応の検討を行い、定量モデル化を行う。

    ■酸化マグネシウムを用いた各種有害元素除去
    一般的な試薬と異なり、結晶性を変化させた酸化マグネシウムはホウ素除去について有効であることがわかっています。そこでこの酸化マグネシウムが他の有害元素を除去できるかどうかを研究しています。

    ■鉱山廃水の将来予測
    いつまで鉱山廃水処理を行う必要があるのか?現在、長期にわたる鉱山廃水処理計画の策定に向け、有害な酸性坑廃水の発生期間把握が求められています。 本研究では、過去の膨大な坑廃水データを元に、将来の坑廃水中の有害元素濃度、pH変化の予測を行います。従来の方法に加えて統計学的手法を導入することにより予測の精度の向上を目的としています。

    ■硫酸還元菌を用いたパッシブトリートメントによる鉱山廃水の処理
    現在休廃止鉱山からの酸性坑廃水処理方法にはいくつかの方法があります。しかし、既存の方法ではコストが高く、環境に優しくないという問題があるため、硫酸還元菌を用いたパッシブトリートメントという手法の検討を行っています。実際にこの手法を使っている鉱山のデータを用い、どの程度有害物質が除去できるか、他の手法と比較してどれだけ優れているかを研究します。

    ■GETFLOWSを用いた人形峠のモデリング
    GETFLOWSを用いて人形峠鉱さい堆積場の自然浄化構造の再現を試みています。特に鉄-ヒ素系を中心に有害金属元素の挙動を再現することで、そのモデルを用いて最も有効な後処理対策を提案することが可能です。

    ■Fluoride Removal Mechanism by Aluminum Hydroxide from aqueous solution in the presence of Magnesium and/or Calcium ions
    Different defluoridation mechanisms are investigated not only by hydroxide co-precipitation method but also by two-step neutralization process in which different neutralizers are used. By applying these methods, the effects of pH, reaction time and adsorbent dose are also investigated. To accomplish the research targets, Ion-exchange chromatography(IC), Freeze-dryer, Inductively Coupled Plasma Emission Spectroscopy, X-ray Diffraction analyzers/apparatus are applied.

    近年、金属資源に対する世界的な需要や環境意識の高まりを受け、国内の安定した金属資源の確保がますます重要となっています。
    そこで資源班では、難処理鉱石やいわゆる「都市鉱山」を対象として、効率的で環境負荷の少ない有用金属元素の分離プロセスの考案を目標に研究を行っています。その際、対象における有用資源や有害物質の組成や形状を、様々な固体分析法で詳細に把握し、それぞれの特徴に合った細やかな処理プロセスや技術の考案を目標にしています。
    私たちはアップグレードな資源循環型社会を目指して、日々の研究に取り組んでいます。


    ■マイクロ波照射による難処理鉱石の単体分離度および浮選特性に及ぼす影響検討
    難処理鉱石の選鉱成績向上を目的として、マイクロ波照射による異相境界面での選択的クラック生成ならびに選択破壊による単体分離度向上と温度上昇による表面酸化が浮選挙動に及ぼす影響のメカニズムを行なっています。

    ■ガラス選択粉砕による太陽光パネルリサイクルプロセスの検討
    今後、使用済み太陽光パネルの排出量が増加する見込みがあり、大量のパネルをリサイクルする体制が必要となります。本研究では、ガラス選択粉砕によりガラスに付着したEVAを剥離することで純度の高いガラスの回収率を高めるとともに、パネル中の金属の効率的な回収を行うプロセスを検討しています。

    ■近未来統合循環生産システム構築を目指した各種ビジネスモデルを反映したライフサイクル評価
    リサイクル重視の既存の生産システムの脱却を目指すため、リユースやメンテナンスなどの小さな循環を推進した、製品ごとのライフサイクルを横断した形での、新規生産システムの構築を図るための実験的ライフサイクルシミュレーションを実施します。

    ■リユース/高度リサイクリングを目的とした姿勢制御電気パルス解体法の開発
    従来の電気パルス法では電極位置がほぼ固定されており、パルスが製品に到達する位置を制御することが困難でした。本研究では、リユースや高度リサイクリングを達成するために、パルスの到達位置を制御し、より局所的な破壊を目的として、試料や電極位置の制御が可能な姿勢制御電気パルス法の開発を行なっています。

    シミュレーションでは、実験が困難な仮想的なモデルの構築や、実験では簡単に得られない内部にわたる詳細な情報を得ることができ、現在では複雑な現象の理解や新しい装置の開発などにとても有用な手法です。
    私たち所研究室のDEM班は、粉体シミュレーションのひとつであるDEM (離散要素法) シミュレーションを用いることによって、様々な複雑な現象を有する粉体挙動に対する物理モデルの検証や、生活に欠かせない多種多様な機能性材料を創造する粉砕や分離、混合、造粒といった装置の性能評価などを行っています。


    ■DEMシミュレーションを用いたメカノケミカル反応機構の解明
    DEMシミュレーションとリーチング試験の相関性からメカノケミカル反応を引き起こす要因を検討しています。
    また粉砕条件を変えることで粉砕が後段の処理に及ぼす影響についても検証しています。

    ■DEMシミュレーションによるHPGRの設計
    DEMシミュレーションに破壊モデルを組みこまれたソフトウェアを用い,HPGRの粉砕挙動を解析しています。 また、シミュレーションと実験を比較することで,粉砕機の小型化や最適化を検討しています。

    ■DEMとFEMを用いた片刃粒子の磁選挙動解析
    磁選工程では、複数の鉱物が共生した片刃粒子が磁選挙動に影響を与えています。当研究では、磁場解析をもとに片刃粒子にかかる磁力のモデリングを行い、さらに、DEMと連成することで磁選機内部における挙動を解析しています。

    ■DEMとCFDを連成したシミュレーションを用いた遠心ミルの粉砕機構解明
    DEMシミュレーションと数値流体力学を連成させることで、遠心ミルの内部における粒子の挙動の解析を行っています。 また、実験とシミュレーションから最適な装置形状の設定や粉砕メカニズムの検討を行っています。

    ■DEMとCFDを用いた脈動型比重選別装置の設計
    近年廃基板等のリサイクルの過程で金属微粒子を物質ごとに選別する技術が求められています。そこで,脈動を用いた湿式比重選別における流体中粒子の挙動を,DEMシミュレーションと数値流体力学を連成させることでシミュレーションし最適条件の検討を行っています。