科学研究 - 大阪大学等开发出纳米尺寸海苔状吸附材料，有望用于去除重金属和放射性物质

本文根据大阪大学成果发布编译整理而成

大阪大学产业科学研究所的后藤知代助教和研究生近藤吉史（当时在读工学研究科博士前期课程）与关野彻教授等人组成的研究团队，成功合成了具有独特的海苔样片状结构的层状钛酸钠。

此次，后藤助教等人的研究团队利用简单的水热合成法合成了由纳米尺寸的纤维状晶体（纳米纤维）构成的片状结构层状钛酸钠，并且发现其可以高度去除水中含有的钴离子（图1）。

该成果有望应用于可以净化水的重金属和放射性物质去除材料。

图1：纳米尺寸的海苔样片状结构层状钛酸钠吸附材料

研究背景

层状钛酸钠的晶体层之间存在的钠离子可以与水中的阳离子进行离子交换，研究人员利用这种反应机制，推进了层状钛酸钠在去除水中的重金属和放射性物质的材料以及电池材料方面的应用。此前已有很多研究报告过层状钛酸钠的离子交换反应机制。不过仍存在尚未研究清楚的部分，比如从水中去除的阳离子吸附在层状钛酸钠上的详细机理，以及在层状钛酸钠的多种晶体结构和材料形态中，哪种最适合等。

后藤助教等人的研究团队利用基于强碱性水溶液的水热合成法，在不添加任何常用添加剂和表面活性剂的简单合成条件下，成功合成了层状钛酸钠纳米纤维像“海苔”一样复杂缠绕的片状结构体（图2）。

图2：由纳米尺寸纤维状晶体构成的层状钛酸钠的片状结构

这种像海苔一样的片状结构与单片晶体相比表面积更大，离子交换的反应量被认为会增加。

另外，后藤助教等人的研究团队还选择钴离子作为重金属的模型物质，利用层状钛酸钠实施了去除水中钴离子的试验。结果显示，这种海苔样片状结构的层状钛酸钠表现出较高的去除特性（最大吸附量）。与以前经常研究的三钛酸钠（市售试剂）相比，此次合成的层状钛酸钠被认为具有二钛酸钠结构，从水中吸收的氢离子（水合氢离子）较少，因此能抑制钴化合物在材料表面析出的反应，同时可以通过离子交换反应去除钴离子（图3）。