2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of hollow photocatalytic particle assemblies for continuous hydrogen production
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17K19020
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
長尾 大輔 東北大学, 工学研究科, 教授 (50374963)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | ナノ材料 / 光触媒 / 集積体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度実施した回分式反応系での光触媒活性評価結果を受け、本年度は流通式反応系での活性評価試験を行った。評価対象は、シリカで構成されたインバースオパール(IO)を基本構造とする光触媒粒子集積体であり、IOの空隙部に球状チタニア粒子を閉じ込めた光触媒である。光触媒内の空隙間はサブミクロン孔で連結されており、光触媒を流動場に設置すると流量に応じて光触媒集積体内の流れが変化する。そこで、外部エネルギーとなる紫外線の照射下で、光分解対象となる有機分子を含む水溶液を異なる流速で光触媒集積体に流したところ、いずれの体積流量においても有機物分解率が流通時間とともに増大する傾向が現れた。このことから、微小空間に閉じ込められたチタニア粒子であっても、十分な光照射と液の流通が確保できれば、流通式反応器内において光触媒反応を連続的に進められることを実証できた。しかしながら、過度に流速を高めると、インバースオパール骨格が崩壊して閉じ込めた球状チタニア粒子が流出する可能性が明らかになった。さらに、空隙径に対する内包チタニア粒子径の比率を変えて作製した粒子集積体の光触媒活性評価も行った。その結果、空隙/チタニア粒子径比が2.5以下の領域では、空隙径の増大とともに光触媒活性が高まる傾向が見られたが、粒子径比2.5を超える領域では、空隙径の増大とともに光触媒活性が低下する傾向が見られた。この結果から、空隙内での物質移動速度と、集積体単位体積あたりの球状チタニア粒子数の両者のバランスを図ることが、流通式光触媒集積体内での光触媒反応高効率化に重要であることが明らかになった。
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