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と[Pd(NO)]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 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 solutions is essential to promote efficient Pd recycling. In this study, the separation of Pd(II) and Ag(I) in HNO 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 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 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 with [Pd(NO)]. 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.