「グリーン」エレクトロニクスのレシピ? 火山水を摂氏0度でかき混ぜる

ニック_パンデボニウム/iStock

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電気部品の製造方法を考えるとき、原材料のリストの最上位に水はないかもしれません。 しかし、『Water Chemistry and Technology』誌に掲載された最近の研究によると、筑波大学の研究者らは、多くの現代技術の重要な成分であるプラスチックの開発に火山湧水を利用してきたという。

重要なことに、この研究により、多くの消費者製品や工業製品の製造の持続可能性が向上する可能性があります。

多くの最新技術では、プラスチック (ポリアニリン (PANI)) が電子部品を結合します。

PANI は、この用途やその他の用途に年間数百万平方メートルで使用されています。 したがって、環境に優しい溶剤を使用して製造することには明らかな利点があります。

現在、PANI の作成に使用できる溶媒が数多く入手可能です。 それでも、ほとんどは有毒であり、インクジェット印刷などの標準的な大量生産デバイス製造手順とは互換性がありません。

「我々は最近、ポリアニリンの調製に少量のヨウ素添加物を含むエタノールを使用することを報告しました」と主任著者の後藤宏正教授はプレスリリースで述べた。

「それでも、水は環境に優しい究極の溶媒なので、さらに良い選択肢になるでしょう。」

同氏は、アニリンは酸と酸化剤を使用してPANIに変換されることが多いため、純水では機能しないと述べた。 しかし、実際には、火山泉水に含まれる硫酸塩と多数の鉱物イオンが重合に適しています。 研究の目的は、このアイデアを検討することでした。

混合物を摂氏 0 度で一晩撹拌するだけで、研究者らは PANI、ナノスケール PANI 粒子、および PANI/シルク複合材料を作成することができました。 彼らはPANIの導電率を高め、その導電率が微量ミネラルによるものではないことを検証した。

「走査型電子顕微鏡によると、作製した絹織物の各糸がPANIでコーティングされており、繊維の形状が変化していないことが分かりました」と後藤教授は説明した。

「このようにして、私たちは電気を通すことができる繊維を準備する簡単な手段を開発しました。」

これらの PANI 複合材料には、さらに多くの潜在的な用途があります。 たとえば、研究者らは、PANI を染み込ませた濾紙を使用して、水サンプルから微量ヨウ素の約 75 パーセントを除去しました。

この取り組みは、火山性の湧き水で低温で PANI を調製することに成功しました。これはおそらく最も環境に優しい方法の 1 つです。

研究チームは、この合成に理想的なミネラル含有量、pH、硫酸塩濃度を見つけるのは簡単で、あらゆる供給源からの水が PANI 製造に使用可能な溶媒になる可能性があると主張しました。

最終的に彼らは、PANI のエレクトロニクス用合成は、石油廃棄物を生成せず、可燃性の危険性がないため、グリーンケミストリーの頂点とみなされる可能性があると考えています。

研究全体は、3 月 17 日に Water Chemistry and Technology に掲載され、ここからご覧いただけます。

研究概要:

地熱水は地下から湧き出る豊富な資源であり、ミネラルやイオンを多く含んでいます。 地熱水はまだ工業用途には利用されていません。 この研究では、ポリアニリンおよびポリアニリン/繊維複合体の合成が天然の湧き水中で行われました。 アニリン塩は、アニリンと硫酸イオンを含む地熱水の混合物から調製できます。 製品の化学構造は、赤外および紫外可視分光法によって評価されました。 ポリアニリンのベンゼノイド構造とキノノイド構造の両方に由来するフーリエ変換赤外信号が観察されました。 ポリアニリンの UV-Vis スペクトルは、N-メチル-2-ピロリドン中で測定されました。 主鎖のπ-π*遷移、ポリアニリンのポーラロン（ラジカルカチオン）およびバイポーラロン（ジカチオン）としてのドーピングバンドのUV-Visシグナルが観察されました。 導電率は４探針法により測定した。 アニリンの重合に低pHの地熱水を使用すると、高い導電率が得られました。 導電性は、反応における重合開始剤としての過硫酸アンモニウムの量によりさらに増加し​​た。 ポリアニリン/繊維複合体の表面構造を走査型電子顕微鏡で観察しました。 シルク繊維の構造は、複合材料の合成後も正確に維持されました。 地熱水中での導電性ポリマーであるポリアニリンの一連の合成には、硫酸の添加は必要ありません。 この単純な合成方法は、ポリマー合成と地質学の統合につながる可能性があります。