Development of anion exchanger containing gold nanoparticles to enable rapid purification of groundwater contaminated with nitrate

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01709
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27030:Catalyst and resource chemical process-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: KAMIYA YUICHI 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (10374638)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大友 亮一 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (10776462)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 地下水汚染 / 硝酸態窒素 / 陰イオン交換体 / 金ナノ粒子 / 硝酸還元反応

Outline of Final Research Achievements

AuCl4- was introduced into an anion exchange resin (AER) through ion-exchange reaction and then treated in H2 at 353 K to generate Au nanoparticles inside the AER. The resulting Au nanoparticle-loaded AER (Au@AER) rapidly incorporated NO3- in water by ion exchange reaction. The Au nanoparticles in AER hardly changed the ion exchange properties of the resin. NO3- taken in Au@AER was mainly decomposed to N2O by contacting Au@AER with H2 at 353 K. This treatment restored the ion exchange capacity of Au@AER, which could be used repeatedly for NO3- removal and decomposition without performance degradation at least five uses.

Free Research Field

触媒化学、環境浄化

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

硝酸態窒素（NO3-）による地下水の汚染が問題になっており、その浄化法の開発は急務である。すでに、イオン交換樹脂を用いた水中NO3-のイオン交換除去や水中のNO3-を直接、触媒を用いて分解する方法が確立されている。しかし、前者は再生液を使った使用済み樹脂の再生が必要なこと、後者は処理速度が遅く、かつアンモニアが副生する問題を抱えており、新たな方法が求められている。本研究で開発されたAu@AERを用いることで、イオン交換反応によって汚染水からNO3-を迅速に除去することができ、かつ使用済Au@AERの再生には再生液を必要とせず、NO3-分解速度も速いため、社会実装が大いに期待される。