お客様の声：KUBOTA 遠心機

レアメタルは“産業のビタミン剤”などと言われており、先端材料には不可欠な素材となっています。一方レアメタルの国内消費は、全世界の30%を占めるほど多いにもかかわらず、その供給の大部分を輸入に頼っており、レアメタルの安定確保は国家的な課題ともなっています。当研究室では、家電製品の廃品などからレアメタルを回収する技術を研究しており、よくいわれる「都市鉱山」構想の実現に努めています。

たしかに一般的には、そのように考えられがちですね(笑)。廃棄された家電製品からのレアメタルの回収というと、通常は化学的・物理的手法が多く使われます。ごくごく一般的な方法としては、たとえば下図のようになります。

そうです、そうです。それを微生物を使うと、1ステップででき、時間も短く、なおかつナノサイズの粒子まで作ることもできるんですよ。

私たちが使っている微生物は、S. algaeと呼ばれている微生物で、一般的には鉄イオン還元細菌と呼ばれており、底泥に住んでいます。今進めている基礎的な実験では、まずパラジウムや白金を王水に溶かし込み、そのpH値を調整します。このパラジウムなどを溶かしこんだ溶液と、S. algaeの溶液とを混ぜ合わせると、微生物の体内にパラジウムなどをどんどん集め、なおかつナノ粒子まで作ってくれるのです。

あとは集めた貴金属を、バルクの状態で回収したいのであれば、混合液を乾燥させ、そのあとに加熱すれば、バルクで回収することができますし、他の方法を使えば、ナノ粒子として回収することもできる、というわけです。


鉄イオン還元細菌S. algaeの写真。
(大阪府立大学小西先生ご提供)


S. algaeによる回収実験を行ったところ、細菌の表面にパラジウムのナノ粒子が、高密度・高分散状態で生成されたところ。
(大阪府立大学小西先生ご提供)

私たちの方法だと、ナノ粒子として回収しようとすると、細胞を壊してやればよい。そしてそこから回収するのですが、粒子は溶液中で安定した状態で保持され、1週間経っても問題ありません。

なぜかと思って調べてみたのですが、ナノ粒子はペリプラズム空間という、細胞の外膜と内膜の間に生成される。ナノ粒子として回収するために細胞を破砕したときに、ナノ粒子の凝集を防ぐ生体物質が溶液中に溶け出すので、ナノ粒子は凝集しないのではないかと考えています。

研究では、すでに基礎的な原理は確立できたので、今は溶液のpHを変えたり、白金の濃度を変えることで、生成される粒径を制御できないかなどを調べています。
また今までは白金やパラジウムの溶液をS. algaeの溶液と混ぜていたのですが、最近はプリント基板を溶かした溶液と、S. algaeの溶液とを混ぜています。プリント基板には銅が多く溶けているのですが、S. algaeはきちんと金のみを選択して機能を発揮してくれました。こういった貴金属に対する選択性も、チェックしています。

バルクで回収するか、ナノ粒子の状態で回収するかによって、後工程が少し異なるのですが、以下の方法で行っています。

①微生物を培養する
②培養液を遠心分離にかけ(AG-2506ロータ、
  10,000rpm、10分)、微生物を回収する
③パラジウムや白金を王水に溶かし、pHを調整する
④上記②と③の溶液を混合する
⑤混合した溶液を遠心分離にかけ(AG-2506ロータ、
  10,000rpm、10分)、微生物を回収します。

このあと貴金属をバルクで回収したいときは、先ほども言ったように乾燥させ、電気炉で加熱して貴金属のみを回収します。ナノ粒子として回収したい場合は、細胞を破砕し、非常に弱い遠心分離をかけて上澄みを回収します。


細胞を培養されているところ


グローブボックス内で、細胞の培養液を遠心用ボトルに小分けされているところ。
(大学院生中川様)
微生物が嫌気性のため、グローブボックス内で作業されるとのことでした。


遠心分離をかけ、微生物を回収されたところ。ボトル底面の赤いかたまりが微生物。細胞内の酵素が赤いため、このような色になるとのことでした。


学生さんを指導されている先生
(右側:小西先生、左側:大学院生堀田様)

今はたとえばインジウムなどを実験しています。よくITOと呼ばれる酸化インジウムスズは、導電性があることから、液晶やフラットパネルディスプレイの電極に使われており、非常に応用範囲が広い。パラジウムや白金以外にも成果を積み重ね、いろいろなレアメタルの回収と有効利用を促進したいと考えています。