利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.07.31】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22AE0006

利用課題名 / Title

複合酸化物化を利用したRu(VI)選択浸出法の開発

利用した実施機関 / Support Institute

日本原子力研究開発機構

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

白金族浸出プロセス,XAFS,メカニズム

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

鈴木智也

所属名 / Affiliation

国立研究開発法人　産業技術総合研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

粕谷亮,本間諒,成田弘一

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

小林徹,塩飽秀啓

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AE-003：高輝度放射光XAFSシステム

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

通常、HDDや燃料電池用触媒からRuとPtを分離精製するには、塩酸/塩素ガスによりそれらを浸出し、中和及び酸化剤によるRu(VIII)への調整を経て、まず、蒸留法によりRuを選択的に回収する。そして、HClの添加による酸性度の調整の後、溶媒抽出等によりPtが分離される。しかし、この手法では毒性や腐食性の高いRuO₄ガスを生成させること、また特殊な蒸留設備を用いるという課題がある。故に、我々は白金族金属分離精製プロセスを高度化する独自技術として、複合酸化物を用いるRuの浸出分離法の開発を進めている。これまでの研究から、Ruの金属粉末と炭酸ナトリウムを焼成した際に生成するRu(VI)が浸出に関与することがわかっている。一方、廃材中のRu及びPtへの炭酸ナトリウムの反応性は不明である。そこで、本課題では、モデル廃材として燃料電池用触媒を用い、本法を適用した際のRu及びPtに関する価数変化についてXAFS法により検討した。

実験 / Experimental

表1に燃料電池用触媒の成分を示す。燃料電池用触媒は、炭酸ナトリウムと混合し、空気中で焼成することで反応させた。得られた試料は、RuまたはPt濃度が最大で10mass%になるように窒化ホウ素で希釈し、ペレット化することで、測定試料とした。BL-22XUにて透過法により、Ru K edge（22.17 keV）及びPt L_III edge (11.56 keV) XAFSの測定を行った。 XAFSスペクトルの解析にはARTHEMIS（ソフトウェア，version 0.8.012）を用いた^[1]。

結果と考察 / Results and Discussion

炭酸ナトリウムとの反応前後の燃料電池用触媒のRu K edge及びPt L_III edgeのXANESスペクトルを図1に示す。反応前の燃料電池中のRuは、XANESスペクトルがRu(0)のそれと似ており、大部分が0価の状態で存在していることがわかる。反応後は、22115 eV付近に、プレエッジピークが見られ^{[2], [3]}、Ru(VI)が主成分になる。この結果は、Ru(0)と炭酸ナトリウムを反応させた結果と同様である。燃料電池用触媒中のPtに関しては、炭酸ナトリウムとの反応前のXANESスペクトルはPt(0)のスペクトルとは異なっている。この結果は、触媒中のPtがII価やIV価等の酸化状態を含んでいることを示唆している^[4]。反応後は、Pt(0)のスペクトルと一致しており、II価やIV価等の酸化状態のPtが還元されたことがわかる。この結果は、Na₂PtO₃を生成するPt(0)と炭酸ナトリウムを反応させた結果と異なっている。これは、触媒中に含まれるカーボンが還元剤として働いた可能性がある。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

表1

図1. 反応前後の燃料電池用触媒のRu K edge（a） XANESスペクトル

図1. 反応前後の燃料電池用触媒のPt L_III edge（b） XANESスペクトル

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

参考文献[1]    B. Ravel, M. Newville, J. Synchrotron Radiat., 2005, 12, 537.
[2]   C. I. Hiley, M. R. Lees, J. M. Fisher, D. Thompsett, S. Agrestini, R. I. Smith, R. I. Walton, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 4423.
[3]   K. Sardar, E. Petrucco, C. I. Hiley, J. D. B. Sharman, P. P. Wells, A. E. Russell, R. J. Kashtiban, J. Sloan, R. I. Walton, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 10960.
[4]   W. E. O'Grady, P. L. Hagans, K. I. Pandya, D. L. Maricle, Langmuir, 2001, 17, 3047.

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

Tomoya Suzuki, Selective adsorption of Pd(II) over Ag(I) in nitric acid solutions using nitrogen-donor-type adsorbents, Separation and Purification Technology, 308, 122943(2023).
DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.122943

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件