2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of nanocarbon-TiO2 composite showing high self-regeneration capacity for water treatment
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18H01566
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
吉村 千洋 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 准教授 (10402091)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森 伸介 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (80345389)
佐野 大輔 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (80550368)
クルニアワン ウィナルト 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 助教 (60719558)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ナノカーボン / 光触媒 / 自己再生能力 / 水処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ナノカーボン材料と光触媒を組み合わせることで、新たな水処理技術を提案することを目的とした。本年度はコロナ禍の制約を受けたが、共同研究を進めて以下の成果を得た。
継続研究として、ディーゼルエンジンを反応器として、燃焼条件の最適化および静電集塵機の改良を行い、フェロセン含有軽油を用いた鉄・炭素複合粒子の燃焼合成から回収までを効率よく行うことに成功し、その複合粒子の溶存有機物に対する吸着特性を明らかにした。また、帯磁性カーボンナノチューブ・酸化チタン複合材料（MCNT-TiO2）に関しては、吸着機構を実験的に解明した結果、芳香族化合物の吸着に適していることが示された。
そして、マウスノロウイルスを用いてMCNT-TiO2の水中ウイルス除去・不活化効率についても評価した。その結果、MCNT-TiO2による不活化は無視できる程度であったが、磁性ナノ材料と混合後に膜ろ過を行うことで、ウイルスの除去が可能であった。これは本研究２年度目に解明した大腸菌に対する除去効果と類似しており、本複合材料による水中微生物の除去に関して、吸着プロセスの理解や最適化が重要となることが示唆された。
また、金属有機構造体の複合材料（Zr-MOF/GO）を組み合わせることで、光触媒活性を示しかつ濾過効率の高いナノろ過膜を開発にも成功した。この複合材料によるナノろ過膜のろ過流束が増加し、不可逆的なファウリング比は減少したことから、この複合材料がナノろ過膜の流束と抗ファウリング特性を大きく向上させることが示された。
さらに、追加的に定量的構造物性相関に基づく水処理予測モデルの有効性を整理し、また、細菌を対象とした消毒・再増殖プロセスのモデル化の枠組みも提案した。以上より、水処理プロセスにおける複合材料の吸着機構の解明、最適化、モデル化を進め、上記の複合材料の高度処理としての適用性を明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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