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バイオベース資源確保戦略    
―都市鉱山・海底鉱山に眠る貴金属・レアメタル等の分離・回収技術―
Strategies for Ensuring Stable Supplies of Resources on the Basis of Biotechnology
-Separation and Recovery Technologies for Precious and Rare Metals
Untapped in Urban and Submarine Mines-
[コードNo.2015T976]

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■監修/ 小西康裕
■体裁/ B5判 281ページ
■発行/ 2015年7月10日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 75,600円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-1075-6

 
★新資源として注目される都市鉱山・海底鉱山から効果的・効率的に元素資源を回収!
★従来の物理的・化学的回収法ではなしえない低コスト・省エネ・高効率な生物的回収法!
★微生物・植物・生体分子等による元素分離・回収技術やバイオリソース探索法を詳述!

キーワード

貴金属 / レアメタル / ベースメタル / リン / 資源回収 / 家電リサイクル / 都市鉱山 / 電子基板 / 廃水 / 廃棄物 / 海底資源 / 微生物 / 植物 / 藻類 / 生体分子 / バイオマス / スクリーニング / バイオリーチング / バイオソープション / バイオミネラリゼーション / バイオボラタリゼーション / バイオアキュムレーション

刊行にあたって

 国内には、全世界における各種金属埋蔵量の10%にも相当するレアメタルなど有用金属が、都市鉱山(使用済み製品、歯科用貴金属、工程内スクラップ、工業廃液・排水)に存在すると試算されている。また、我が国EEZ(排他的経済水域)の海底には、未開発の鉱物資源として、海底熱水鉱床鉱石、マンガン団塊、コバルト・リッチ・クラストが存在している。
 これら都市鉱山・海底鉱山に眠る貴金属・レアメタルを分離・回収するうえで、技術面では「希薄な濃度レベルで存在する貴金属・レアメタルを、効率よく、経済的に回収できる実用化技術」の研究開発が課題として残されている。この技術的課題を乗り越えるための「切り札」が、従来の化学的、物理的技術に比べて、低コスト・低エネルギーで高効率な貴金属・レアメタル分離・回収が達成できるバイオベース技術である。
 本書は、微生物、植物、生体物質・バイオマスを利用する元素資源(貴金属・レアメタル等)の分離・回収について、国内研究者による基礎研究から実用化研究に至る最新の研究成果を集大成して出版したものである。

(本書「はじめに」より抜粋)

著者一覧

小西康裕大阪府立大学
宮田直幸秋田県立大学
東條ふゆみ秋田県立大学
谷幸則静岡県立大学
三浦彰JX日鉱日石金属(株)
斎藤範三大阪府立大学
黒田浩一京都大学大学院
植田充美京都大学大学院
仲山英樹長崎大学大学院
荻崇広島大学
奥山喜久夫広島大学
池道彦大阪大学大学院
惣田訓大阪大学大学院
黒田真史大阪大学大学院
常佳寧静岡県立大学
大橋晶良広島大学
登操生(株)日高ファインテクノロジーズ
伊藤淳(株)日高ファインテクノロジーズ
田川大輔森下仁丹(株)
鶴田猛彦八戸工業大学
山下光雄芝浦工業大学
大塚治芝浦工業大学
山本兼由法政大学
廣田隆一広島大学
黒田章夫広島大学
岡村好子広島大学
本山亜友里岐阜大学
市橋修岐阜大学
廣岡佳弥子岐阜大学
井藤賀操理化学研究所
加藤由佳梨理化学研究所
川上智DOWAエコシステム(株)
蓑田歩筑波大学
保倉明子東京電機大学
水野髟カ三重大学
高橋嘉夫東京大学
近藤和博(株)アイシン・コスモス研究所
田村厚夫神戸大学
丸山達生神戸大学
馬場由成宮崎大学
川喜田英孝佐賀大学
岩本浩二筑波大学;マレーシア工科大学
新家弘也筑波大学
竹山春子早稲田大学
白岩善博筑波大学

目 次

はじめに―元素資源を確保するためのバイオベース戦略―  (小西康裕)
【第I編 微生物利用】
<バイオリーチング>
第1章好酸性鉄酸化菌を利用した廃電子基板等のバイオリーチング (宮田直幸、東條ふゆみ、谷幸則)
1はじめに
2使用済電子機器等のバイオリーチングと微生物の機能
3好酸性鉄酸化細菌を用いた廃電子基板のバイオリーチング
3.1供試試料の粒径および添加濃度の影響
3.2Fe2+イオン添加濃度の影響
4おわりに―バイオリーチングの効率化に向けた課題
第2章バイオマイニング技術を用いた低品位硫化銅鉱の湿式製錬プロセス (三浦彰)
1はじめに
2銅鉱石と製錬プロセス
2.1各種銅鉱石の処理方法
2.2銅鉱石の分析方法とリーチング特性の評価
3バイオマイニング技術の概要
3.1バイオリーチング技術
3.2バイオシグマ社のバイオマイニング技術
4バイオマイニング技術の課題
5おわりに
第3章海底鉱物資源のバイオリーチング (斎藤範三、小西康裕)
1はじめに
2海底熱水鉱床鉱石のバイオリーチング
2.1硫化鉱物のリーチング微生物
2.2バイオリーチングの実用化可能性
3マンガン団塊、コバルト・リッチ・クラストのバイオリーチング
3.1酸化鉱物のリーチング微生物
3.1.1硫黄酸化微生物
3.1.2マンガン(IV)還元微生物
3.1.3鉄(III)還元細菌
3.2バイオリーチングの実用化可能性
4おわりに
<バイオソープション>
第4章アーミング酵母による多様なレアメタルの選択的回収 (黒田浩一、植田充美)
1はじめに
2微生物による金属吸着
3細胞表層デザインによる細胞表層での吸着・脱着回収
4酵母における細胞表層デザイン
5重金属イオンの吸着・回収
6レアメタル吸着・回収をめざした細胞表層デザイン
7金属イオン吸着分子の改変による選択的吸着
8細胞表層デザインによるウラン回収への試み
9おわりに
第5章アーミングハロモナス細胞を利用したバイオアドソープション (仲山英樹)
1はじめに
2中度好塩性細菌ハロモナスの塩類集積環境下での環境応答システム
3ハロモナスのゲノム情報を活用したセルフクローニング型の細胞表層工学技術の構築
4アーミングハロモナス細胞を利用したバイオアドソープション技術基盤の構築
5ハロモナスのゲノム工学によるバイオアドソープション技術の最適化
6今後の展開
第6章Shewanella属細菌によるレアメタルのバイオソープション (小西康裕)
1はじめに
2バイオソープションとShewanella属細菌
2.1バイオソープションの機構
2.2Shewanella属細菌
3希薄溶液からのレアメタルのバイオソープション
3.1吸着分離に及ぼす操作因子の影響
3.2吸着分離における選択性
3.3連続操作による吸着分離
3.4吸着分離後のレアメタル濃縮
4使用済み液晶パネルからのインジウム回収バイオプロセス
5おわりに
第7章大腸菌によるタングステンのバイオソープション (荻崇、奥山喜久夫)
1はじめに
2既往のタングステン回収法について
3大腸菌を用いたタングステン回収試験
4吸着現象の平衡論、速度論、熱力学的解析
5大腸菌からのタングステン回収と再資源化
6おわりに
<バイオミネラリゼーション>
第8章微生物還元作用を利用したセレン等の固形化回収 (池道彦、惣田訓、黒田真史)
1はじめに
2金属類の微生物還元作用
3セレン、テルルの還元菌
3.1セレン酸還元菌
3.2亜テルル酸還元菌
4セレン酸還元菌を利用した排水からのセレン回収
5おわりに
第9章バイオマンガン酸化物による廃水等からのレアメタル回収 (谷幸則、常佳寧、宮田直幸)
1はじめに
2バイオマンガン酸化物の形成とマンガンリサイクル
3微生物が形成したマンガン酸化物を利用したレアメタルリサイクル
4BMOの化学構造
5“活性”BMOを利用した連続処理
第10章工業排水からのレアメタル(コバルト、ニッケル等)回収システム (大橋晶良)
1はじめに
2バイオMnO2の吸着性
3マンガン酸化細菌の培養とMnO2の生成
3.1マンガン酸化細菌の培養
3.2マンガン酸化細菌の硝化細菌との共存培養
3.3DHSバイオリアクターの特徴
3.4DHSバイオリアクターによるMnO2の高速生成
3.5バイオMnO2のレアメタル吸着
3.6メタン酸化細菌との共存によるMnO2の生成
4排水からのレアメタル回収システム
4.1Mn・レアメタル同時回収システム
4.2セパレートシステム
5実用化に向けての酸化機構の解明
6適用の拡大
第11章使用済み自動車触媒からの白金族金属のバイオベース湿式回収プロセス (斎藤範三、登操生、伊藤淳、小西康裕)
1はじめに
2希薄溶液からの白金族金属のバイオミネラリゼーション
3白金族金属のバイオベース湿式回収プロセス
4バイオベース湿式回収の実証実験データ
4.1ウォッシュコート粉体の希硫酸溶液による浸出
4.2PGM含有残渣の王水による浸出
4.3浸出貴液からのPGMバイオ分離・濃縮
4.4微生物細胞からのPGM回収
5バイオベース湿式回収プロセスの評価
6おわりに
第12章バイオカプセルによる工業廃水・電子基板等からのレアメタル・貴金属回収 (田川大輔)
1はじめに
2森下仁丹シームレスカプセルの製造方法
3森下仁丹シームレスカプセルの機能と特性
4生きた乾燥ビフィズス菌末のカプセル化
5バイオカプセルの開発
6レアメタル・貴金属回収カプセルの開発
6.1レアメタル・貴金属回収カプセルによるレアメタル・貴金属の回収
6.2電子基板等固体廃材からのレアメタル・貴金属の回収
7微生物カプセルを導入した新規リサイクルプロセス
8おわりに
第13章微生物のバイオミネラリゼーションによる水溶液からの金の回収 (鶴田猛彦)
1はじめに
2金のバイオミネラリゼーションにおける微生物の選抜
3金のバイオミネラリゼーションの経時変化
4C. krusei による金除去におよぼす菌体量の影響と金の化学状態
5C. krusei による金除去におよぼす金濃度の影響と金の化学状態
6走査型電子顕微鏡を用いた微生物表面の観察・分析
7固定化菌体を用いた塩化金酸水溶液からの金の除去および回収
8おわりに
<バイオボラタリゼーション>
第14章セレン等の揮発化回収 (山下光雄、大塚治)
1緒言
1.1はじめに
1.2セレンについて
1.3セレン揮発化微生物
2廃水からのセレン回収方法の概要
2.1NT-I株の特徴
3セレン気化回収
3.1NT-I株培養によるセレン回収方法
3.2モデル廃水からのセレン気化回収
3.3実廃水からのセレン気化回収
3.4気化セレン回収カラム
4セレン以外のレアメタル気化回収の可能性
5おわりに
<バイオアキュムレーション>
第15章大腸菌による高濃度のレアメタル回収 (山本兼由)
1はじめに
2細菌細胞内金属ホメオスタシスを担うゲノム機能発現制御
2.1細菌の金属特異的な細胞内外輸送システム
2.2細菌の遺伝子発現制御システム
2.3細菌の金属を特異的に感知する転写因子
3大腸菌ゲノム育種によるモリブデン高蓄積能の付加
3.1大腸菌ゲノム機能による金属恒常性の特徴
3.2大腸菌モリブデン恒常性のゲノム機能
3.3ゲノム育種によるモリブデン高蓄積能の付加
4おわりに
第16章バイオ変換による貴重リン資源の回収・有効利用技術 (廣田隆一、黒田章夫)
1はじめに
2微生物を用いたリン酸のリサイクル技術
2.1バクテリアのリン酸輸送機構
2.2リン酸のポリリン酸へのバイオ変換
3微生物機能を用いた未利用リン資源の活用
3.1工業用途のリンと亜リン酸廃液
3.2バクテリアの亜リン酸酸化還元酵素
3.3亜リン酸のバイオ変換(1) : 亜リン酸を使ったNAD(P)H再生系
3.4亜リン酸のバイオ変換(2) : 亜リン酸を利用した微生物大量培養技術
3.5亜リン酸のバイオ変換(3) : 亜リン酸を利用した究極の省リン施肥技術
4おわりに
第17章細菌によるレアメタルの回収 (岡村好子)
1はじめに
2マンガンノジュールの形成
3細菌にとってのマンガン酸化
4陸上のマンガン鉱床
5マンガン酸化菌によるマンガン回収
6細菌によるニッケル回収の可能性
7他の元素の回収の可能性
8おわりに
<その他>
第18章微生物燃料電池・微生物電解セルを用いた廃水からのエネルギー回収型リン回収システム (本山亜友里、市橋修、廣岡佳弥子)
1はじめに
2生物電気化学システム(Bioelectrochemical systems)とは
2.1微生物燃料電池(Microbial fuel cell : MFC)の概要
2.1.1MFCとは
2.1.2構造
2.1.3原理
2.2微生物電解セル(Microbial electrolysis cell : MEC)の概要
2.2.1MECとは
2.2.2構造
2.2.3原理
3生物電気化学システム(Bioelectrochemical systems)を用いたリン回収
3.1概要
3.2MFCによる廃水からのリン回収
3.2.1概要
3.2.2MFCによるリン回収に影響する因子の解明
3.2.3MFCによる養豚廃水からのリン回収
3.3微生物電解セル(Microbial electrolysis cell : MEC)によるリン回収
3.3.1概要
3.3.2一槽型微生物電解セルを用いた廃水からのリン回収
3.3.3二槽型微生物電解セルを用いた廃水からのリン回収
4総括
【第II編 植物利用】
第1章金属資源回収可能なコケ植物の研究と開発 (井藤賀操、加藤由佳梨、川上智)
1はじめに
2金属回収素材としてのコケ植物原糸体
3ソマティックミューテーションを介したコケ植物原糸体の性質改善
3.1体細胞の突然変異
3.2重イオンビーム照射技術
3.3改善された性質
4コケ植物とかかわりのある水
5おわりに
第2章循環型エネルギーを利用した硫酸性温泉紅藻によるレアアース回収システム (蓑田歩)
1硫酸性温泉紅藻 Galdieria sulphuraria
2硫酸性温泉紅藻によるレアアースの選択的回収
3循環型エネルギーを利用した硫酸性温泉紅藻によるレアアース回収システム
第3章微細藻類を利用するパラジウムや金の回収およびその蓄積機構 (保倉明子)
1はじめに
2微細藻類Pseudococcomyxa simplexの培養方法
3Pdの添加と分析用試料調製
4蛍光X線分析によるPdの定量結果
5藻類に取り込まれたPdの化学形態分析
6Auの添加と分析用試料調製
7Auの蓄積量とその化学形態
8まとめ
第4章重金属超集積性植物によるニッケル・マンガン等の回収 (水野髟カ)
1はじめに
2ニッケル超集積性植物からのニッケル回収
3マンガン超集積性植物コシアブラからのマンガン回収
4その他金属のファイトマイニングの可能性
5おわりに
【第III編 生体分子・バイオマス利用】
第1章DNAや白子によるレアアースの吸着を利用したレアアースの分離・回収 (高橋嘉夫、近藤和博)
1はじめに
2EXAFS法による固液界面のレアアースの存在状態解明
3バクテリア細胞壁へのレアアースの吸着
4DNA固定ろ紙の開発と応用
5白子への展開
6おわりに
第2章選択的レアメタル/アース回収能を持った人工設計ペプチドの創製 (田村厚夫)
1はじめに
2ペプチド機能の特色
3レアメタルに結合するタンパク質の創製は可能か?
4構造デザインと機能デザイン
5レアメタル結合ペプチドの創製
6センサー能の発見と選択的回収
7レアアースへの展開
8おわりに
第3章タンパク質性バイオマスを用いた貴金属のリサイクル (丸山達生)
1はじめに
2タンパク質と貴金属イオンの相互作用
3タンパク質性バイオマスによる貴金属イオンの吸着
4タンパク質性バイオマスを用いた実在廃液からの貴金属回収
5タンパク質-貴金属イオン間相互作用のメカニズム
6まとめ
第4章マリンバイオマス廃棄物を有効活用した廃電子機器からの貴金属・レアメタル分離材の開発とその応用 (馬場由成)
1はじめに
2マリンバイオマス廃棄物を活用した高選択的キレート吸着材の開発
2.1吸着材の素材としてのキチン・キトサン
2.2キチン・キトサンの性質を活かした高選択的吸着材の分子設計と細孔構造設計
2.2.1キチンを出発原料とした架橋キトサン(CLAC)の調製
2.2.2キトサンを出発原料としてエマルション法を活用した貫通孔をもった超多孔性キトサン真球状体(OWOC)の調製
3新規キトサン誘導体の開発と貴金属・レアメタルの吸着選択性の評価
3.13,4,5-トリヒドロキシ安息香酸(没食子酸)を配位子とするキトサン誘導体(GAC)の合成とその金属イオン吸着特性
3.2N, Sを配位原子とするキトサン誘導体の合成と貴金属イオンの吸着特性
3.3グルコースを配位基とするキトサン誘導体(GLC)の合成とSb, As, Seの有害金属イオン吸着特性
4おわりに
第5章ポリフェノールを用いた貴金属回収 (川喜田英孝)
1はじめに
2果実廃棄物中のポリフェノールによる貴金属の回収
3バイオマス廃棄物由来のポリフェノール吸着剤による金イオンの回収
4アミノ基導入型ポリフェノール吸着剤の調製および貴金属の回収
5カラム充填型システムによる連続的な貴金属回収プロセスの構築
6酵素反応で重合したポリフェノールによる貴金属の回収
7ポリチラミンの還元性と溶解性を用いた金イオンの回収
8ポリチラミンによる白金イオンとパラジウムイオンの回収
9おわりに
【第IV編 バイオリソース探索】
第1章ゲノム情報を活用した金属結合タンパク質の探索 (仲山英樹)
1はじめに
2ゲノム情報から推定される金属結合タンパク質の現状
3ゲノム情報を活用した推定MBDの探索
4バイオアドソープションに有用なMBDの同定
5今後の展開
第2章マリンメタゲノムライブラリーからの元素濃縮遺伝子の検索 (岩本浩二、新家弘也、竹山春子、白岩善博)
1はじめに
2メタゲノムライブラリーの構築
3目的元素
4多検体に対応したハイスピードの元素吸収・濃縮活性検定法(マルチスクリーン-BAS法)の開発:一次スクリーニング法の開発
5シリコンオイルレイヤー遠心法による三次スクリーニング法の開発
6元素濃縮能を付与する目的遺伝子の絞り込み
7マリンメタゲノムライブラリーからの高度元素吸収・濃縮クローンのスクリーニング
8カドミウムの高度吸収・蓄積能力を付与する遺伝子の特定
9ORF5の機能解析
10おわりに
第3章放射性セシウム、ストロンチウム、ヨウ素の濃縮・回収能を有する微細藻類株の探索  (岩本浩二、白岩善博)
1はじめに
2スクリーニングに用いた生物材料
3放射性物質の吸収・濃縮活性および除去能力の検定
4微細藻類等による放射性物質吸収・濃縮活性/除去
5新規真正眼点藻V. crystalliferumの放射性セシウム吸収・濃縮
6藻類を用いたファイトレメディエーションの可能性
7おわりに
おわりに (小西康裕)
1都市鉱山・海底鉱山に眠る貴金属・レアメタル回収技術の必要性
2バイオベース分離・回収技術が果たす役割
3資源大国に向けての展望



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