効率的かつ安全に金属イオンを抽出できるフッ素系抽出剤を開発：研究開発の最前線

日本原子力研究開発機構は、リン酸エステル化合物をフッ素化したフッ素系抽出剤を開発した。金属を溶かした溶液から有用な金属を分離して精製する溶媒抽出法において、油相が分離して生じる第三相の生成を抑制する。

[MONOist]

　日本原子力研究開発機構は2024年11月7日、リン酸エステル化合物をフッ素化したフッ素系抽出剤を開発したと発表した。金属を溶かした溶液から有用な金属を分離し精製する「溶媒抽出法」において、油相が分離して生じる第三相の生成を防ぎ、効率的かつ安全に金属イオンを抽出できる。

　今回の研究は、総合科学研究機構、高エネルギー加速器研究機構、フランス国立科学研究センターと共同で実施。同研究グループはこれまでに、金属イオン錯体が油相中に混入した水分子と凝集して巨大な分子集合体を形成することが、第三相の生成要因であると明らかにしている。

　この第三相の生成を抑制するため、疎水性が高いフッ素原子に着目。リン酸基にフッ素が直接結合した従来のフッ素系抽出剤では、フッ素原子が持つ電気陰性度の影響により金属イオンの抽出能力が低下する。そこで、フッ素部位と金属イオンの認識部位の間にスペーサーを導入し、フッ素原子の影響を緩和した抽出剤を開発した。

従来のフッ素系抽出剤と開発したフッ素系抽出剤の違い［クリックで拡大］ 出所：日本原子力研究開発機構

　リン酸トリブチルをフッ素化したフッ素化リン酸エステルを用いてジルコニウム（Zr）を抽出したところ、第三相を生成することなく、高濃度のZrイオンを抽出できた。また、非フッ素系抽出剤より高効率で抽出できることも分かった。

フッ素系抽出剤と非フッ素系抽出剤によるZrの抽出挙動［クリックで拡大］ 出所：日本原子力研究開発機構

　さらに、中性子小角散乱測定の結果、フッ素化リン酸エステルが形成するナノスケールの分子集合体は、フッ素の疎水性により互いに反発し合い、第三相の生成につながる凝集が発生しないことが判明した。

フッ素系抽出剤と非フッ素系抽出剤によるナノスケール構造の違い［クリックで拡大］ 出所：日本原子力研究開発機構

　溶媒抽出法は、石油の精製や薬品製造、食品加工、有用金属のリサイクルなどに利用されている。しかし、多量の金属イオンを取り込んだ、粘性の高い第三相が生成され、化学プラントの安全な運転を阻害する要因となるため、生成メカニズムの解明と第三相を生成させない抽出システムが求められていた。

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