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Selective adsorption of Pd(II) over Ag(I) in nitric acid solutions using nitrogen-donor-type adsorbents

窒素ドナー型吸着剤を用いた硝酸溶液中でのPd(II)のAg(I)に対する選択的吸着反応

鈴木 智也*; 大坪 右京*; 尾形 剛志*; 塩飽 秀啓   ; 小林 徹 ; 矢板 毅; 松岡 光昭*; 村山 憲弘*; 成田 弘一*

Suzuki, Tomoya*; Otsubo, Ukyo*; Ogata, Takeshi*; Shiwaku, Hideaki; Kobayashi, Toru; Yaita, Tsuyoshi; Matsuoka, Mitsuaki*; Murayama, Norihiro*; Narita, Hirokazu*

主にAgを含む使用済み製品からPd金属をリサイクルするために硝酸抽出が行われており、ほとんどのPd残留物はAg(I)含有溶液から分離される。しかし、このAg(I)溶液中には少量のPd(II)が残存していることが多い。そのため、硝酸溶液中のPd(II)とAg(I)を分離することは、Pdのリサイクルを効率的に進めるために必要不可欠である。本研究では、アミン(R-Amine),イミノ二酢酸(R-IDA),ピリジン(R-Py),ビスピコリルアミン(R-BPA)で機能化した4種類の窒素ドナー型吸着材を用いて硝酸溶液中のPd(II), Ag(I)を分離する研究を実施した。R-Amine,R-IDA,R-Pyは硝酸溶液からAg(I), Cu(II), Ni(II), Fe(III)を選択的に吸着したが、R-AmineはPdの吸着効率が低いことが判明した。一方、R-BPAはPd(II), Ag(I), Cu(II)を全濃度において90%以上吸着することができた。フーリエ変換赤外分光法及び広域X線吸収微細構造法(EXAFS)による吸着金属イオンの構造解析から、窒素ドナー型吸着剤の分離機構を明らかにした。R-IDA, R-Py, R-BPAへのPd(II)吸着は官能基(それぞれイミノ二酢酸,ピリジン,ビスピコリルアミン)へのPd(II)配位を介して起こり、R-Amineへの吸着はNO$$_{3}$$$$^{-}$$と[Pd(NO$$_{3}$$)$$_{4}$$]$$^{2-}$$のアニオン交換を介して起こることがわかった。R-IDA,R-Py,R-BPAは、配位性吸着機構により、高いPd(II)吸着挙動を示すことが明らかとなった。塩酸(5.0M)およびチオ尿素(0.1M)溶離液は、それぞれR-IDAから83%およびR-Pyから95%のPd(II)を脱離させた。R-Pyは吸着選択性と脱着効率から最も効果的なPd(II)吸着剤だった。

HNO$$_{3}$$ leaching is used in recycling Pd metal from spent products that primarily contain Ag, and most Pd residues are separated from solutions containing Ag(I). However, a small amount of Pd(II) often remains in these Ag(I) solutions. Therefore, the separation of Pd(II) and Ag(I) in HNO$$_{3}$$ solutions is essential to promote efficient Pd recycling. In this study, the separation of Pd(II) and Ag(I) in HNO$$_{3}$$ solutions was investigated using four N-donor-type adsorbents functionalized with amine (R-Amine), iminodiacetic acid (R-IDA), pyridine (R-Py), or bis-picolylamine (R-BPA). R-Amine, R-IDA, and R-Py selectively adsorbed Pd(II) over Ag(I), Cu(II), Ni(II), and Fe(III) from HNO$$_{3}$$ solutions (0.3-7 M), but R-Amine exhibited a lower Pd adsorption efficiency. In contrast, $$>$$90% of Pd(II), Ag(I), and Cu(II) were adsorbed by R-BPA over the entire range of HNO$$_{3}$$ concentrations. Structural analyses of the adsorbed metal ions using Fourier transform infrared spectroscopy and extended X-ray absorption fine structure spectroscopy revealed the separation mechanisms of the N-donor-type adsorbents. Pd(II) adsorption on R-IDA, R-Py, and R-BPA occurred via Pd(II) coordination of the functional groups (iminodiacetic acid, pyridine, and bis-picolylamine, respectively), whereas that on R-Amine occurred via anion exchange of NO$$_{3}$$$$^{-}$$ with [Pd(NO$$_{3}$$)$$_{4}$$]$$^{2-}$$. The coordinative adsorption mechanisms resulted in the higher Pd(II) adsorption behaviors of R-IDA, R-Py, and R-BPA. HCl (5.0 M) and thiourea (0.1 M) eluents desorbed 83% of Pd(II) from R-IDA and 95% from R-Py, respectively. R-Py was the most effective Pd(II) adsorbent based on adsorption selectivity and desorption efficiency.

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パーセンタイル:29.24

分野:Engineering, Chemical

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