2021 Fiscal Year Research-status Report
難分解物質の高効率処理に資する特異な新規有機ホスト無機複合系分離反応場の設計
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20K12218
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
松宮 弘明 名古屋大学, 未来社会創造機構, 准教授 (10362287)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | アドミセル / 界面活性剤 / 金属ナノ粒子 / ヘキサクロロベンゼン / 分解 / 有機溶融塩 / セルロース / 5-ヒドロキシメチルフルフラール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
天然の酵素や微生物を環境浄化に利用する試みは数多いが、一般に生物分解は操作条件に敏感であり、また汚染物質との接触効率の向上が難しく、長時間の処理を要するなどの問題点がある。本研究では、これらの諸問題をバイオ技術とは別のアプローチで解決することを考えた。即ち、天然酵素の優れた反応促進機能を再現する触媒部位（金属クラスターなど）に捕集機能を受け持つ分離媒体（界面活性剤分子凝集体など）を組み合わせ、分離場としても反応場としても機能する新規有機ホスト無機複合体を調製し、これに難分解物質を濃縮した後、そのまま分解する高効率な環境浄化システムの構築を目指した。
地下水中の有害有機塩素化合物の処理を想定して、鉄系二元金属粒子とアルキルアンモニウム系界面活性剤分子凝集体を多孔質シリカゲルの細孔内に複合担持し、環境浄化材料としての可能性を模索してきた。主な対象物質はヘキサクロロベンゼンであるが、これは残留性有機汚染物質に関するストックホルム条約で規制対象になっており、脱塩素分解は困難であった。数種の鉄系二元金属粒子を検討してきたが、その中で最も良好であったFe/Ag系ですら、分解生成物の一部は中間体クロロベンゼン類に留まっていた。しかし、三元系に探索範囲を拡張し、Fe/Ag/Ni系を検討したところ、まだ完全な脱塩素分解には至らないが、幾分の改善がみられた。一方、アルキルアンモニウム系溶融塩の反応媒体としての可能性を探索する中で、石油の代替物として期待される5-ヒドロキシメチルフルフラールの合成も試みている。この合成は穀物の可食部であるデンプンからは比較的容易だが、廃棄部、即ちバイオマスであるセルロースからは難しく、コリン溶融塩の利用を検討してきた。その中で、短鎖アルキルアンモニウム塩を添加すると収率の向上がみられたが、それをやや中鎖、また非対称に拡張すると、僅かながら更に収率の改善がみられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度の前半にはワクチン接種が進む前にCOVID-19の蔓延が２回あり（春および夏）、それによって実験活動が平時に比べて鈍化したものの、難処理物質であるヘキサクロロベンゼンの脱塩素分解に向けて有望な結果が得られた。試料水を分析して分解反応を追跡すると、未反応のヘキサクロロベンゼンや数原子の塩素が脱離しただけの中間体クロロベンゼン類の検出量が物質収支の中で占める割合は小さく、得られた知見を基に検討を重ねれば完全な脱塩素分解を期待できる程度にまで研究が進展した。やはり難処理物質であるセルロース系バイオマスから有価物質である5-ヒドロキシメチルフルフラールを合成する試みについても、まだ検討の余地が大きく残されているものの、種々検討する中で収率の向上がみられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
金属粒子の組成、また、それと界面活性剤分子凝集体との複合体の構成要素のみならず、これまで得てきた知見を基に調製方法も含めて検討を重ね、ヘキサクロロベンゼンの完全な脱塩素分解を目指す。セルロース系バイオマスからの5-ヒドロキシメチルフルフラールの合成については、現段階での収率は実用的な水準にはまだ遠く、溶融塩溶媒の構成要素やセルロースを処理する際の反応条件などを系統的に検討し、収率の向上に有用な知見を収集する。
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| Causes of Carryover |
購入を考えていた機器を購入する必要が無くなったため次年度使用額が生じたが、それとは別な機器が研究の遂行に必要になったので、その購入も含めて次年度の物品費として予算執行する。
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Research Products
(1 results)
