レアアースの分離・回収技術と吸着剤の開発動向

１．未利用資源からのレアアース回収に向けた選択的吸着材の開発

(国研)産業技術総合研究所　尾形 剛志 氏

【講座概要】
・レアアースの用途、需給動向、資源確保に向けた各国の取り組みなど、最新のレアアース情勢
・有望な未利用のレアアース資源
・レアアースに高い選択性を示す吸着材の設計指針
・模擬溶液および実試料を用いた回収試験から得られた吸着剤の性能と実用化への課題

【講座概要】
カーボンニュートラルの実現に向けて産業・運輸部門の電動化が進むなか、レアアースの重要性はますます高まっている。一方で、重レアアースを中心に供給が特定地域に偏在しており、安定供給の確保やサプライチェーン強靱化が重要な課題となっている。本講義では、レアアースを取り巻く最新動向を概説したうえで、有望な未利用レアアース資源の紹介およびそこからレアアースを効率的に回収するための選択的吸着材の開発事例を解説する。

１．レアアースをめぐる情勢
　1.1 特徴・用途および需要と供給
　1.2 レアアース資源
　1.3 資源確保に向けた各国の動向
　1.4 未利用のレアアース資源

２．レアアースに選択性を有する吸着剤の開発
　2.1 吸着剤に求められる要件
　2.2 吸着反応部位の選定
　2.3 担体の選定および吸着反応部位の導入方法
　2.4 吸着反応部位の最適化

３．レアアースに選択性を有する吸着剤を用いた回収試験
　3.1 模擬溶液を用いた試験
　3.2 実試料を用いた試験

４．まとめおよび今後の課題

【質疑応答】

２．イオン液体/深共晶溶媒を利用したレアアース分離技術

横浜国立大学　松宮 正彦 氏

【本講座で学べること】
・金属錯体の配位子場理論及びレアアースの分光学的性質
・イオン液体/深共晶溶媒の基礎知識及び物理化学特性
・イオン液体/深共晶溶媒を利用したレアアース分離技術

【講座概要】
イオン液体や深共晶溶媒は環境調和型の次世代溶媒として近年着目されています。本講座では、イオン液体や深共晶溶媒の物理化学特性を比較し、機能性溶媒を活用するための基本的事項を説明します。また、これらの機能性溶媒を利用したレアアースの分離技術について研究事例を紹介します。

１．レアアースの基礎
　1.1 レアアースの電子構造
　1.2 金属錯体の配位子場理論
　1.3 レアアースの分光学的性質

２．イオン液体/深共晶溶媒の基礎
　2.1 イオン液体/深共晶溶媒の分類
　2.2 イオン液体/深共晶溶媒の調製
　2.3 イオン液体/深共晶溶媒の物理化学特性

３．イオン液体/深共晶溶媒を利用した分離技術
　3.1 浸出法
　3.2 溶媒抽出法
　3.3 電解析出法

４．イオン液体・深共晶溶媒の課題・展望

【質疑応答】

３．化学修飾酵母の金属吸着能と希土類元素（レアアース）の回収

大阪公立大学　東 雅之 氏

【本講座で学べること】
・希土類元素(レアアース)を取り巻く環境
・バイオ吸着剤を用いたレアアース回収技術
・酵母を原料とする材料開発
・化学修飾による金属吸着性能の改善方法
・化学修飾酵母を用いた卑金属とレアアースの分離
・強酸性温泉水など微量なレアアースを含む溶液からのレアアース回収方法

【講座概要】
希土類元素（レアアース）は、15のランタノイド元素と、スカンジウム、イットリウムを合わせた元素の総称で、様々な先端技術製品に使用されている。今後もその需要増加が見込まれているが、産出地域の偏在や採掘時の環境負荷が課題となっている。電子廃棄物からの金属リサイクルが進められており、金属回収には吸着、溶媒抽出、膜分離、分別結晶化、分別沈殿、イオン交換などの方法が用いられる。しかし、コストや環境負荷に課題があり、代替手段が求められており、微生物の利用は有望な代替策の一つとして注目されている。
本講座では、微生物を用いた金属回収に関する既存の研究を紹介し、「吸着容量が小さい」「金属選択性が低い」「生きた細胞の維持が難しい」という課題に対応するために進めてきた我々の研究を紹介する。微生物による金属回収のメカニズムは、細胞内蓄積と細胞表面への吸着に分けられる。我々は生きた細胞の維持の問題を回避するため、細胞表面への吸着に注目して材料開発を進めた。材料には、発酵生産に広く利用される酵母を選び、吸着容量を向上させるために簡便な化学修飾を施した。また、レアアースの選択的回収を実現するための吸着条件を検討し、温泉水などを用いその性能を評価した。本講座では、これらの研究成果の説明を通じて、バイオ吸着剤開発に有用な情報を提供する。

１．研究背景
　1.1 希土類元素(レアアース)を取り巻く環境
　1.2 レアアース回収技術
　1.3 バイオ吸着剤に関する研究例
　1.4 酵母を用いる利点

２．研究紹介
　2.1 これまでに開発した化学修飾酵母
　2.2 リン酸基修飾酵母の紹介
　　2.2.1 作製方法
　　2.2.2 金属吸着性能の評価
　　2.2.3 吸着金属の鉱物化
　　2.2.3 レアアースの選択的回収
　　2.2.4人工海水からのレアアース回収
　　2.2.5 環境水（温泉水）からのレアアース回収
　2.3 硫酸基修飾酵母の紹介
　　2.3.1 作製方法
　　2.3.2 金属吸着性能
　　2.3.3 レアアースの選択的回収

３．今後の展開及びまとめ

【質疑応答】

４．化学結合型シリカゲルを用いた簡便なレアアース回収技術

和歌山大学　システム工学部　教授　博士(理学)　矢嶋 摂子 氏

【本講座で学べること】
・ホストーゲスト化学に基づく配位子の設計の考え方
・シリカゲルに配位子を化学結合するための方法
・吸着剤の同定方法

【講座概要】
レアアースは産業界で非常に重要な元素ですが，日本では産出されません。本講座では，廃棄物からレアアースを回収することを目的として，新しい吸着剤を開発するために，どのような考えに基づいて研究を行っているのかをお話しします。

１．背景

２．金属の分離・回収方法について

３．ホストーゲスト化学の概念

４．シリカゲルに化学結合するための配位子の分子設計

５．吸着剤の合成

６．吸着剤の同定

７．吸着実験

８．まとめ

【質疑応答】