気相中および水中の有機塩素化合物を高効率で無害化するための光触媒の開発

• Project/Area Number: 15033250
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 山崎 鈴子 山口大学, 理学部, 教授 (80202240)
• Project Period (FY): 2003 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥4,300,000 (Direct Cost: ¥4,300,000); Fiscal Year 2004: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2003: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000)
• Keywords: 光触媒 / 二酸化チタン / 有機塩素化合物

Research Abstract

土壌や地下水の汚染物質として問題視されている有機塩素化合物の無害化効率を向上させることを目的に実験を行った。まず、気相中におけるトリクロロエチレンの光触媒分解においては2つの方法により無害化効率を向上できた。1)副生成物の2次的な処理副生成物として、ジクロロ酢酸、ホスゲン、クロロホルムが生成した。このうちジクロロ酢酸は酸化チタン表面に蓄積するが、水蒸気を含む空気を流して光照射することにより、ホスゲンと二酸化炭素に分解できた。反応後のガスに含まれるホスゲンはアルカリ性の水溶液に通すことで除去できた。一方、クロロホルムは十分な接触時間をとることで、酸化チタン上において二酸化炭素へ完全に分解できた。ただし、クロロホルムの場合は生成した無機の塩素が触媒表面に蓄積するために、光照射時間の増加とともに触媒活性が著しく低下した。この低下を抑えるために、水酸化カルシウムを共存させることが有効であることを見出した。2)副生成物の生成を抑制する手法の確立:ゾル-ゲル法で作成した酸化チタンペレットを粉末に粉砕し、銅粉や水酸化カルシウム粉末と共存させると、これらが無機の塩素をトラップし、有害な副生成物の生成を抑制できることを見出した。さらに、水酸化カルシウムを表面につけたペレットを作成し、副生成物の生成抑制への効果について調べた。その結果、ペレットでも塩素がトラップされ、二酸化炭素への完全分解率が増加することを見出したが、副生成物の生成への抑制効果は粉末系の方が優れていることがわかった。一方、水系では、酸化チタン表面をシリル化して疎水性場を導入し、水中からのトリクロロエタンの吸着除去率を70%まで向上させることができた。しかし、疎水性が高すぎると酸化チタンの正孔により直接疎水性場が分解され、トリクロロエタンの光触媒分解効率が減少した。導入する疎水性部分の炭素含量と光触媒活性の関係を調べたところ、導入量は0.6C%以下の低濃度領域で実験することが必要であることがわかった。

Research Products

• [Journal Article] Photocatalytic Degradation of Chloroform in the Gas Phase on the Porous TiO_2 Pellets (2005)
  • Author(s): S.Yamazaki, A.Yoshida, H.Abe
  • Journal Title: Journal of Photochemistry and Photobiology, A : Chemistry 169 Pages: 191-196
• [Journal Article] Reaction Mechanism of Photocatalytic Degradation of Chlorinated Ethylenes on Porous TiO_2 Pellets : Cl radical Initiated Mechanism (2004)
  • Author(s): S.Yamazaki, T.Tanimura, A.Yoshida, K.Hori
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry A 108 Pages: 5183-5188
• [Journal Article] 光エネルギーを利用した環境汚染物質の分解・無害化 (2004)
  • Author(s): 山崎鈴子
  • Journal Title: 化学と工業 57(9) Pages: 929-930
  • NAID: 10013526881
• [Book] 光触媒〜基礎・材料開発・応用〜(第3章9節執筆) (2005)
  • Author(s): 橋本和仁, 大谷文章, 工藤昭彦監修(分担執筆:山崎鈴子著)
  • Publisher: (株)エヌ・ティー・エス(印刷中)
• [Publications] S.Yamazaki, T.Hayashi: "Photocatalytic Activity of TiO_2 synthesized by the Sot-gel Method"Journal of Chemical Research. 423-425 (2003)
• [Publications] S.Yamazaki, N.Takemura, Y.Yoshinaga, A.Yoshida: "Transmittance Change of the TiO_2 Thin Film by Photoreductive Deposition of Cu(II)"Journal of Photochemistry and Photobiology. 161. 57-60 (2003)
• [Publications] 山崎鈴子, 谷村俊史: "酸化チタン光触媒表面での揮発性有機塩素化合物の分解反応-無害化のための指針-"表面(Reviews and Topics on Surface Science & Technology Avant-garde). 40(12). 415-423 (2003)
• [Publications] S.Yamazaki, T.Tanimura, A.Yoshida, K.Hori: "Reaction Mechanism of Photocatalytic Degradation of Chlorinated Ethylenes on Porous TiO_2 Pellets : Cl Radical Initiated Mechanism"Journal of Physical Chemistry. (印刷中). (2004)