2021 Fiscal Year Annual Research Report
底泥有機物の電気化学特性の測定法、解析法の確立と底泥の燃料としての活用
| Project/Area Number |
21H01437
|
|---|
| Research Institution | Hiroshima University |
|---|
Principal Investigator |
日比野 忠史 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (50263736)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
TOUCH NARONG 東京農業大学, 地域環境科学部, 准教授 (50707247)
中下 慎也 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (90613034)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 燃料電池 / 鉄鋼スラグ / カーボンニュートラル / ブルーカーボン |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
底泥を構成する有機物種の持つ電気化学反応を測定し、物理化学特性を分析する電極技術の確立と有機物を活用した新しい機構の高性能電極の開発を産業廃棄物である鉄鋼スラグと温暖化ガスであるCO2を利用することを目的に新しい電極技術を開発している。これにより底泥が持つ莫大なエネルギーを電力に転換する過程を高速化する機構を見い出すことができている。本機構を用いて開発された有機汚泥と鉄鋼スラグを燃料とする微生物燃料電池SS-SMFCの実用化に向けて底泥エネルギーの電力への高速転換の可能性を高めた。本研究を通して、底泥有機物の電気化学特性の測定法が確立された。この測定法により底泥に対する電極電位～電流応答解析、示唆熱分析や元素分析が実施され、有機物自身、および鉄イオンとの錯体形成過程での酸化還 元反応、熱分解反応が推定された。底泥有機物の通電（半導体）特性は金属イオン、土粒子等の無機物との混合層での電界の形成，電子移動による電位分布の変動を測定することで確認できた．この結果は電子の生産性と伝導性を向上させるとともに、有機泥への電子の挿印による泥の有機性状の変動機構が理解され、電子伝達に関わる有機物反応を利用した新しいタイプの電子伝達システムの開発につながる。さらに鉄鋼スラグの物性の変化の分析手法が提案できており、鉄鋼スラグの特性を利用した実用的レベルまでの向上過程を見積もることができた。これらの結果、底泥の物性を決定して泥の静電力を考慮した（DLVO） 理論をベースとした新しいモデル提案への道筋が確認できた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
鉄鋼スラグに含まれる鉄の利用法（鉄の溶解促進法）と鉄の減量測定法を確立できたため，電子生産速度を向上（アノード層の高度化）できた．また，水底質の現地実験において良好な天候（晴天→降雨→晴天）条件での測定できた等，自然現象にめぐまれた．
|
| Strategy for Future Research Activity |
本年度に引き続き底泥に対する電極電位～電流応答解析（CV：サイクリックボルタンメトリー）、示唆熱分析（熱減量、熱容量差）や元素分析を実施して有機物自身、および鉄イオンとの錯体形成過程での酸化還元反応、熱分解反応を定式化する。さらに，通電量をFe反応量との関係から鉄鋼スラグの燃料補助材としての機能を明らかにする。SS-SMFC(鉄鋼スラグ，有機泥を燃料としたSMFC)開発過程で得られる知見から有機泥への電子の挿印による泥性状の変動機構を検討して、底泥の巻き上げ現象等を再現できる静電気力を考慮した底泥挙動を定式化する。次年度はⅠ.底泥に含まれる有機物の電気化学特性の測定・分析（電極技術により得られる有機物の電子伝達特性を利用して底泥の堆積速度を推定する）、Ⅱ. 低電位泥場での底泥有機物の電子伝達体としての活用（底泥有機物を活用した電子伝達場の構築，底泥有機物の化学性状と物理挙動との関係把握）方法を確立して、底泥に含まれる燃焼特性の異なる有機物の電子伝達機構の活用法を開発する。
|
Research Products
(2 results)
