川中三希子
マンガン酸化物粒子表面における水質中重金属イオンの優先吸着
佐藤一則
環境水域中の重金属イオン除去回収が求められており、回収手段の1つである吸着法は低濃度重金属イオンの処理が可能であることが利点として挙げられる。重金属イオンに関する吸着現象が、これまでにマンガン酸化物について報告されてきた。特にPb(II)イオンに対して高い吸着能を持つことが報告されているが、その吸着メカニズムおよびPb(II)イオンに対する優先性については明確にされていない。
本研究では結晶系が異なる2種類のマンガン酸化物（γ-MnOOHおよびα-MnO2）に着目し、Pb(II)イオン、Cu(II)イオン、およびZn(II)イオン吸着実験から、重金属イオン吸着におけるマンガン酸化物の結晶構造的要因について検討することを目的とした。さらにマンガン酸化物の重金属イオン吸着能と重金属イオン吸着後の化学的安定性から、重金属イオン吸着処理におけるマンガン酸化物の有用性についても検討した。
Pb(II)イオン、Cu(II)イオンおよびZn(II)イオンの混合吸着において結晶構造の異なるγ-MnOOHおよびα-MnO2を用いた結果、吸着順序Pb(II) > Cu(II) > Zn(II)と一致することを示した。この結果は本研究室でこれまでに報告したλ-MnO2の結果と一致しており、吸着順序は結晶構造に依存しないことを示唆している。溶液pHに対する吸着率の変化から、マンガン酸化物に対する重金属イオン吸着特性は各イオンで異なり、Cu(II)イオンはプロトン置換、Pb(II)イオンは異なる吸着機構を持つことを見出した。Pb(II)イオンは錯体を形成し特定の結晶面に吸着すると考察した。また吸着等温線の解析結果より、α-MnO2はPb(II)イオンの専有吸着サイトの存在が示唆されたが、そのサイトは結晶構造中K+のとのイオン交換ではないことを示した。
γ-MnOOHおよびα-MnO2による低濃度の重金属イオン回収が可能であることを示した。吸着したPb(II)イオン、Cu(II)イオンはマンガン酸化物表面でそれぞれおそらくPbO、CuOとして存在し、酸もしくはアルカリによって溶出することを明らかにした。
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