有害な重金属イオンを選別し取り除く、新しい水環境浄化システムを開発：研究開発の最前線

京都大学ら国際共同研究グループは、水中の有害な重金属イオンを取り除く、新しい水環境浄化システムを開発した。設計した高分子材料は有毒イオンを選別して大量に捕捉でき、高集積化により効率的に水を浄化する。

[MONOist]

　京都大学は2024年7月31日、大阪大学、独ハイデルベルク大学との国際共同研究で、水中の有害な重金属イオンを取り除く、新しい水環境浄化システムを開発したと発表した

　研究グループは、植物の細胞に含まれるタンパク質「ファイトケラチン」に着目。ファイトケラチンは、根から吸い上げた地下水に含まれる、カドミウム（Cd）などの重金属イオンを選択的に捕捉して液胞内に閉じ込め、有害イオンから植物を守る役割を担っている。

植物タンパク質に着想を得て開発した、合成高分子を基盤とする水浄化システム［クリックで拡大］ 出所：京都大学

　同研究では、ファイトケラチンが金属イオンと結合する際の官能基と同じものを合成高分子に組み込んだ。その結果、この合成高分子が持つカドミウムイオン（Cd^2＋）との結合能は、ファイトケラチンを上回ることが分かった。なお、カルシウムイオン（Ca^2＋）やマグネシウムイオン（Mg^2＋）との結合能はCd^2＋の約1万分の1と低く、ナトリウムイオン（Na^＋）やカリウムイオン（K^＋）とは結合しないため、選択的にCd^2＋のみを吸着できる。

ファイトケラチンの構造に倣った高分子材料の設計［クリックで拡大］ 出所：京都大学

　この高分子材料10¹⁷分子を3ミリリットル（ml）の容積に超高集積化し、産業排水レベルの汚染水300mlを流したところ、1時間でWHOが定める飲料水レベルまでCd^2＋を除去できた。

高分子材料を超高集積化させた水環境浄化システム［クリックで拡大］ 出所：京都大学

　従来の浄化技術では、水中の無害なイオンまで捕捉してしまい、有害イオンのみを標的として取り除くことは困難だった。安全な飲み水を供給できる同技術は、生物を超える水環境浄化システムとして、世界が抱える水資源問題に寄与することが期待される。

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