微粒子表面の構造設計による対流圏不均一反応の解析

• Project/Area Number: 09780477
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Environmental dynamic analysis
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 吉武 英昭、 (吉武 英昭) 横浜国立大学, 環境科学研究センター, 助教授 (20230716)
• Project Period (FY): 1997 – 1998
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1998)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 1998: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 1997: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: フロン11 / エアロゾール / 鉄酸化物薄層 / フロン12 / 対流圏不均一反応 / 二酸化窒素 / エアロゾル / 鉄酸化物 / プロピレン酸化反応

Research Abstract

土壌エアロゾル表面は有機物を分解している可能性があるが、その主成分はSi、Al、Fe等の酸化物で、このうち化学的活性が大きいのはFeである。エアロゾルの構造や成分には分布があるため、大気反応の予測には表面構造設計による実験データの蓄積が必要とされる。本年度はFeの原子層酸化物をSiO_2上に合成し、Fe原子1つあたりの有機物分解速度を測定した。有機物は、対流圏均一反応では分解されないCCl_3F(フロン11)である。Fe(iso-C_3H_7O)_3をSiO_2表面水酸基と反応、酸化、Fe原子層酸化物を得た。フロン11の分解生成物はフロン12、CO_2の他少量のCOであった。酸素が無い状態、大気酸素圧がある状態共に、フロン12とCO_2の生成速度は共にフロン11分圧の一次に比例した。これらは熱反応で、大気酸素圧下で活性化エネルギーはフロン12生成がほぼ0 KJ/mol、CO_2は26 KJ/molであった
反応中の赤外スペクトルは、気相フロン11、12以外に吸着COに帰属される2135cm^<-1>の吸収が見られた。気相排気により全の吸収は消失すること、2135cm-1の吸収強度は反応時間に依存しないことから、CO_2生成は吸着COを経ていると考えられる。大気酸素圧下ではCO_2生成よりフロン12生成が2桁以上速いことから、フロン11分解反応速度をフロン12生成速度(Fe原子一個当たり、r/Pa・min^<-1>=2.6×10^<-24>P(CCl_3F))に近似して、対流圏における寿命を計算すると12000年となった。フロン11が成層圏へ到達し分解される寿命は65-100年と見積もられているため、エアロゾン表面でのFe酸化物による熱分解は、これに比べ無視しうることが明らかになった。以上は乾燥条件での反応であるが、水蒸気存在下ではフロン12生成は完全に停止し、1/3から1/4に抑制されたCO_2生成のみになった。以上の方法論、結果は対流圏下均一反応による有機物分解速度を推定するのに一定の効果があると考えられる。