地下水中に含まれる硝酸塩の電気化学的分解除去

• Project/Area Number: 02202217
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 朝倉 祝治 横浜国立大学, 工学部, 教授 (20018013)
• Project Period (FY): 1990 – 1992
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1990)
• Budget Amount: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 1990: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 硝酸塩 / 亜硝酸塩 / アンモニウム塩 / 地下水 / 電気化学的汚染物除去

Research Abstract

[研究目的]我国の総水量の約30%は地下水を供源としているが、近年生活排水、工場排水、窒素肥料などによる汚染により、NO_3^-の含有量が急増している。本研究はそれらの現状把握と電気化学的手法による分解除去法の基礎研究を目的として行なわれた。[現状調査]東京近郊の地下水をイオンクロマト法によってNO_3^ーを分析したところ、場所によって大幅に汚染状況が異なり、60ppmの高濃度を検出したところもあり、事態の重大性が認識された。[NO_3^ーの電気化学的除去法の原理]NO_3^ーは中性、アルカリ性溶液中では化学的に安定であり、反応性にも乏しいので、分解除去が著しく因難である。そこで、NO_3^ーを電気化学的にNO_2^ーに還元し、反応性に富むNO_2^ー化合物として分解除去しようとするものである。[デバルダ合金によるNO_3^ー還元反応機構の研究]NO_3^ーは中性、アルカリ性溶液中では電気化学的に不活性であるが、AlーCuを主成分とするデバルダ合金によっては電気化学的機構によって容易に還元される。その機構を調べた。(1)NO_3^ー→NO_2^ー→NH_4^+のステップで還元されること、(2)Cuが電極触媒能を有することを明かとした。[銅電極によるNO_3^ーのカソ-ド反応の研究]前記の結果をふまえ、酸性及び中性溶液中で銅電極によるNO_3^ーの電気化学的還元を試みた。その結果、いずれの溶液中でも、70%近い電流効率でNO_2^ーとNH_4^+に還元されることを見い出した。NO_2^ーとNH_4^+の生成率は電位に依存し、電位の低下にともない、NH_4^+が増加した。[NO_2^ー化合物の除去]NO_2^ーはpHの低下に伴い、HNO_2、NO_2、NO、に変化することが知られている。N_2及び大気バブリングにより、これらの化合物の物理的除去を試みた。除去速度は、1次反応速度式に従い、その速度定数はpHの関数であった。pH=4以下であればこの方法により実用的にNO_2^ーを除去できることを明らかにした。[今後の研究方針]本研究の内容をさらに充実させるとともに新しい電極材料、分野法の開発及びその実用化の研究を行なう。