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金属イオン回収装置、金属イオン回収方法 新技術説明会 外国出願あり

国内特許コード P150011865
整理番号 Q13912JP
掲載日 2015年4月8日
出願番号 特願2013-165034
公開番号 特開2015-034315
登録番号 特許第6233877号
出願日 平成25年8月8日(2013.8.8)
公開日 平成27年2月19日(2015.2.19)
登録日 平成29年11月2日(2017.11.2)
発明者
  • 星野 毅
出願人
  • 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
発明の名称 金属イオン回収装置、金属イオン回収方法 新技術説明会 外国出願あり
発明の概要 【課題】液体中の金属イオンを選択的かつ安価に回収する。
【解決手段】この金属イオン回収装置1においては、Liを選択的に透過させる選択透過膜10が用いられ、平板状の選択透過膜10の両主面には、メッシュ状の正極11、負極12がそれぞれ形成される。この構造が処理槽8中において設けられ、Liイオン50を含む原液100とLiが回収される先となる回収液200とは、処理槽8内でこの選択透過膜10によって仕切られている。選択透過膜10としては、超リチウムイオン伝導体である、窒化リチウム(LiN)、Li10GeP12、(La,Li)TiO、Li1+x+yAl(Ti,Ge)2-xSi3-y12等を用いることができる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


近年、リチウムイオン電池の材料や、核融合炉の燃料の製造において使用されるため、産業上におけるリチウム(Li)の重要性が高まっている。例えば、大型のリチウムイオン電池は、電気自動車の電源や、スマートグリッド・スマートハウスにおける蓄電用として使用される。こうした用途においては、大型のリチウムイオン電池を安価に製造するための技術が必要である。一方、核融合炉においては、核融合の燃料となる三重水素は、Liを用いて生産されるため、ここでも、大量のリチウムが必要とされる。



Liは、鉱石から採取することも可能であるが、海水中に含まれていることが知られており、地球上の全海水中に含まれるLiの総量は膨大である。このため、海水からLiを採取することができれば、大量のLiを安価に得ることができる。



このため、Liが含まれる溶液からLiを回収する技術が提案されている。特許文献1、2には、海水中において吸着体にLi(イオン)を選択的に吸着させ、その後に吸着体からLiを脱離させることによって、選択的にLiを回収する技術が記載されている。吸着体としては、特許文献1に記載の技術においてはマンガン酸化物が、特許文献2に記載の技術においてはビニルモノマー材料が使用されている。



こうした技術を用いて、海水からLiを採取することが可能である。また、同様の技術を用いて、海水以外の液体、例えばLi(イオン)が含まれる廃液からリチウムを選択的に回収することもできる。このため、こうした技術は、Liを安価に得る上で極めて有効である。また、吸着体の材料を選択することにより、Li以外の金属に対しても同様の方法で回収することが可能である。

産業上の利用分野


本発明は、液体中における特定の金属(例えばリチウム)イオンを選択的に回収する金属イオン回収装置、金属イオン回収方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
リチウム(Li)Liイオンの形で含まれる水溶液である原液からLiイオンを回収液の中に回収する金属イオン回収装置であって、
Liのイオン伝導体で構成された平板状の選択透過膜と、
前記選択透過膜の一方の主面に密着して固定されたメッシュ状の正極と、
前記選択透過膜の他方の主面に密着して固定されたメッシュ状の負極と、
前記原液と前記回収液とを前記選択透過膜で仕切った状態で収容する処理槽と、
を具備することを特徴とする金属イオン回収装置。

【請求項2】
リチウム(Li)がLiイオンの形で含まれる水溶液である原液からLiイオンを回収液の中に回収する金属イオン回収装置であって、
Liのイオン伝導体で構成された平板状の選択透過膜と、
前記選択透過膜の一方の主面側に設けられたメッシュ状の正極と、
前記選択透過膜の他方の主面側に設けられたメッシュ状の負極と、
前記原液と前記回収液とを前記選択透過膜で仕切った状態で収容する処理槽と、
を具備し、
前記正極、前記負極のそれぞれは、
前記選択透過膜と直接密着する、
又は、多孔質であり導電性かつ前記正極及び前記負極と異なる材料で構成され前記選択透過膜に近い側に設けられた集電体と密着し、かつ当該集電体が前記選択透過膜と密着する、
ように前記選択透過膜に固定されたことを特徴とする金属イオン回収装置。

【請求項3】
前記選択透過膜は焼結体で構成され、
前記選択透過膜は面内方向において複数の部分が接合されて構成され、前記選択透過膜における前記一方の主面、前記他方の主面に、単一の前記集電体がそれぞれ固定され、単一の前記正極が前記一方の主面側の前記集電体に、単一の前記負極が前記他方の主面側の前記集電体にそれぞれ固定されたことを特徴とする請求項2に記載の金属イオン回収装置。

【請求項4】
前記集電体はカーボンフェルトで構成されたことを特徴とする請求項2又は3に記載の金属イオン回収装置。

【請求項5】
前記選択透過膜のイオン伝導率は10-4S・cm-1以上であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の金属イオン回収装置。

【請求項6】
前記回収液が循環される構成を具備することを特徴とする請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の金属イオン回収装置。

【請求項7】
前記選択透過膜は、LiN、Li10GeP12、(La,Li)TiOz(ここで、x=2/3-a、y=3a-2b、z=3-b、0<a≦1/6、0≦b≦0.06、y>0)、Li1+x+yAl(Ti,Ge)2-xSi3-y12(ここで、0≦x≦0.6、0≦y≦0.6)のいずれかで構成されることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の金属イオン回収装置。

【請求項8】
前記回収液は塩酸(HCl)であることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の金属イオン回収装置。

【請求項9】
請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の金属イオン回収装置を用い、前記原液に含まれるLiイオンを前記回収液中に回収することを特徴とする金属イオン回収方法。

【請求項10】
請求項8に記載の金属イオン回収装置を用い、前記原液に含まれるLiイオンを前記回収液中に回収した後に、前記回収液に炭酸ナトリウム(NaCO)を添加することを特徴とする金属イオン回収方法。

【請求項11】
前記正極に正側の電圧を印加し、前記負極に負側の電圧を印加することを特徴とする請求項9又は10に記載の金属イオン回収方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2013165034thum.jpg
出願権利状態 登録


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