科學研究 - 大阪大學等開發出奈米尺寸海苔狀吸附材料，有望用於去除重金屬和放射性物質

本文根據大阪大學成果發佈編譯整理而成

大阪大學產業科學研究所的後藤知代助教和研究生近藤吉史（當時在讀工學研究科博士前期課程）與關野徹教授等人組成的研究團隊，成功合成了具有獨特的海苔樣片狀結構的層狀鈦酸鈉。

此次，後藤助教等人的研究團隊利用簡單的水熱合成法合成了由奈米尺寸的纖維狀晶體（奈米纖維）構成的片狀結構層狀鈦酸鈉，並且發現其可以高度去除水中含有的鈷離子（圖1）。

該成果有望應用於可以純化水的重金屬和放射性物質去除材料。

圖1：奈米尺寸的海苔樣片狀結構層狀鈦酸鈉吸附材料

研究背景

層狀鈦酸鈉的晶體層之間存在的鈉離子可以與水中的陽離子進行離子交換，研究人員利用這種反應機制，推進了層狀鈦酸鈉在去除水中的重金屬和放射性物質的材料以及電池材料方面的應用。此前已有很多研究報告過層狀鈦酸鈉的離子交換反應機制。不過仍存在尚未研究清楚的部分，比如從水中去除的陽離子吸附在層狀鈦酸鈉上的詳細機制，以及在層狀鈦酸鈉的多種晶體結構和材料形態中，哪種最適合等。

後藤助教等人的研究團隊利用基於強鹼性水溶液的水熱合成法，在不添加任何常用添加劑和界面活性劑的簡單合成條件下，成功合成了層狀鈦酸鈉奈米纖維像「海苔」一樣複雜纏繞的片狀結構體（圖2）。

圖2：由奈米尺寸纖維狀晶體構成的層狀鈦酸鈉的片狀結構

這種像海苔一樣的片狀結構與單片晶體相比表面積更大，離子交換的反應量被認爲會增加。

另外，後藤助教等人的研究團隊還選擇鈷離子作爲重金屬的模式物質，利用層狀鈦酸鈉實施了去除水中鈷離子的試驗。結果顯示，這種海苔樣片狀結構的層狀鈦酸鈉表現出較高的去除特性（最大吸附量）。與以前經常研究的三鈦酸鈉（市售試劑）相比，此次合成的層狀鈦酸鈉被認爲具有二鈦酸鈉結構，從水中吸收的氫離子（水合氫離子）較少，因此能抑制鈷化合物在材料表面析出的反應，同時可以透過離子交換反應去除鈷離子（圖3）。