A Novel method to improve methane generation from waste sludge using iron nanoparticles coated with magnesium hydroxide

Eljamal, R.*; Maamoun, I.; Bensaida, K.*; Yilmaz, G.*; 杉原 裕司*; Eljamal, O.*

Renewable and Sustainable Energy Reviews, 158, p.112192_1 - 112192_13, 2022/04

https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112192

In response to the low efficiency of the anaerobic digestion (AD) process in generating methane gas, we apply for the first time the use of coated/ Fe with Mg(OH) to enhance the production rate of methane gas from the degradation of waste sludge. A series of batch tests investigated several operations factors followed by a semi-continuous operation system examined the long-term production of methane gas in the presence of the coated/ Fe were performed. The coating ratio of Mg(OH)/Fe and the dosage of coated/Fe were optimized to acquire the highest production rate of methane as 0.5% and 25 mg/gVS, respectively. Under these optimum conditions, the methane production increased by 46.6% in the batch tests and 120% in the semi-continuous operation system compared to the control reactor. The results revealed that both Fe and Mg(OH) did not significantly improve the production of methane when each one was used alone at different dosages, and the improved methane production originated from the synergetic effect of combining these two materials. The crucial role of Mg(OH) coating layer was associated with the controlled reactivity release of Fe, which was indicated by the slow release of ferrous and ferric ions in the bioreactors. Furthermore, the addition of coated/Fe stimulated bacterial growth, increased methane content, and maintained the pH within the optimum range in the bioreactors. The dosing time of coated/Fe was investigated during the four stages of AD process, and the best dosing time was found in the methanogenic stage (on Day 4). Overall, based on the experimental and predicted methane production, the coated/Fe has a great potential for the practical applications of AD.

ナノ粒子を用いた透明遮へい材の開発研究(委託研究); 令和元年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 九州大学*

JAEA-Review 2020-036, 176 Pages, 2021/01

JAEA-Review-2020-036.pdf:9.55MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和元年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度に採択された「ナノ粒子を用いた透明遮へい材の開発研究」の令和元年度の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、燃料デブリ取り出しや分析における作業員の被ばく低減や遠隔カメラの光学系・電子系の劣化低減を目的として、遮へい材料をナノ粒子化してエポキシ樹脂に分散・固化することにより透明な遮へい体を開発する。ホウ化物や重金属化合物をナノ粒子化して中性子とガンマ線を同時に遮へいし、中性子から生じる二次ガンマ線も抑制する遮へい体を開発する。

The Promising features of new nano liquid metals; Liquid sodium containing titanium nanoparticles (LSnanop)

伊丹 俊夫*; 斉藤 淳一; 荒 邦章

Metals, 5(3), p.1212 - 1240, 2015/09

https://doi.org/10.3390/met5031212

新しい種類の分散液体は、電子顕微鏡観察により決めたチタンナノ粒子(10nm)を液状ナトリウム中に分散することによって開発された。体積分率は、分析されたチタン濃度(2%)からチタンとナトリウムの密度の0.0088であると見積もられた。この分散液体(チタンナノ粒子を含む液体ナトリウム)の多くの顕著な特徴は、少量のチタンナノ粒子にもかかわらず、原子量のための理想溶液からの3.9%の負の偏差、17%の表面張力の増加、11%の水との反応熱量の減少、そして、水と酸素との化学的反応性の抑制である。水への反応熱の低下はLSnanopの過剰な凝集エネルギーの存在に起因すると思われる。過剰な凝集エネルギーは遮蔽効果に特に重点を置いて、簡単な理論的な分析に基づいて議論した。反応の抑制は、水に対する反応熱の低下や過剰な凝集エネルギー、表面張力、チタン酸化物のプラグとしての役割、LSnanopの表面の負の吸着及び浸透に関連して議論された。

Vanadium oxide precipitates in sapphire formed by ion implantation

阿部 弘亨; 楢本 洋; 山本 春也

Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 504, p.393 - 398, 1998/00

バナジウム酸化物には、電気的光学的に興味深い物性を示すものがあり、デバイス等への応用が期待されている。以前より高温における焼鈍による微粒子形成が報告されているが、本研究では高温イオン注入法を用いて、バナジウム酸化物相(微格子)形成を試みた。加速器結合型電顕内でのイオン注入により、照射損傷の蓄積、ボイドの形成が確認された。注入量10ions/m以上で酸化物微粒子形成が観察された。微粒子と母相との結晶学的関係、スウェリング量(格子定数の増減)が明らかにされた。観察された酸化物のうち一部は低温相で、実験で用いられた温度範囲内では、熱平衡状態下で存在しない物質であった。

両性イオン界面活性剤の温度依存性相分離現象による金属酸化物および金属炭化物ナノコロイドの抽出・濃縮

鈴木 怜花*; 中川 太一; 松枝 誠; 寺島 元基; 高瀬 つぎ子*; 高貝 慶隆*

no journal, , 

界面活性剤を利用した無機イオンや有機物等の抽出・濃縮に関する研究が古くから行われてきた。近年、両性イオン界面活性剤の温度依存相分離現象を用いたナノ粒子の抽出・濃縮の研究が金や銀ナノ粒子に関して行われている。しかし、一般的な金属材料の成分である金属酸化物や金属炭化物のコロイドについて抽出・濃縮は報告されていない。本研究では、両性イオン界面活性剤の温度依存相分離現象を利用したそれらのコロイド粒子の抽出や濃縮を検討し、その抽出メカニズムをナノ粒子の表面電位から検証したので報告する。

Perrhenate (ReO) removal from aqueous solutions by mono-, bi-, and tri-metallic iron nanoparticles; A Comparative study

Maamoun, I.; 徳永 紘平; Falyouna, O.*; Eljamal, O.*; 田中 万也

no journal, , 

Recently, the rapid development of nuclear power technologies and the continuous energy demand around the world exhibited massive amounts of contaminated water with radionuclides. The exposure to TcVII-contaminated water can be harmful to human health, causing toxic effects and organs damage when ingested. Therefore, TcO removal from aqueous solutions can be challenging, in terms of fast and efficient immobilization. Correspondingly, perrhenate (ReO) was considered as perrhenate (TcO) surrogate to ease the radioactivity-related complications, owing to the physiochemical similarities between Tc and rhenium (Re). In this study, nickel (Ni) andzirconium (Zr) were considered in the preparation of bi- and tri-metallic Fe0 nanoparticles, as they both showed the highest ReO removal performance comparing with other metals. The effect of reaction conditions on ReO removal was investigated, including mass ratio of iron to the doped metal, material dosage, and initial pH. Results showed enhanced ReO removal rate when using bi-metallic Ni-Fe0 (mass ratio 2.5) and Zr/Fe0 (mass ratio 20) comparing with Fe0. The difference in ReO removal using mono-, bi-, and tri-metallic was not clear at high material dosage, such as 2.0 and 1.0 g/L. Nevertheless, comparing lower dosage (0.5 g/L)of bi- and tri-metallic to 1.0 g/L mono-metallic Fe0 dosage exhibited a clear superiority of tri-metallic Zr-Ni/Fe0 to other materials; where 0.5 g/L of the material could efficiently achieve around 98% ReO removal within just 10 min reaction time (1.8 times higher than 1.0 g/L Fe0). The significant enhancement in ReO removal rate by tri-metallic Fe0 nanoparticles can be attributed to the induced rate of electron transfer from iron core through the mixed Zr-Nideposits on Fe0 surface.