Development of an electrochemical photo-Fenton-type advanced oxidation process without reactant addition

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04322
• Research Institution: Ryukoku University
• Principal Investigator: 岸本 直之 龍谷大学, 先端理工学部, 教授 (00293895)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 促進酸化処理 / Fenton法 / 電解処理 / UV処理

Outline of Annual Research Achievements

本研究は電解Fenton型処理法に鉄(III)イオンの光還元反応を加えた電解photo-Fenton型処理法を提案・確立することを目指している。これを踏まえ，令和3年度は電解photo-Fenton型処理法の有効性を示すことを主たる目的として次の項目に取り組んだ。
(1)実験装置の製作：研究に用いる実験装置として，アノードに酸化イリジウム，カソードにステンレス鋼（SUS316）を有する電解フローセルと流通式UV照射装置（低圧水銀ランプ装備）をカスケード接続した実験装置を製作した。
(2)コントロール実験の実施：提案する処理法にはHOCl電解生成，Fe(II)電解生成，UV分解という3つのプロセスが含まれているため，各プロセスのコントロール実験を実施した。
(3)プロセスの組み合わせ実験の実施：1,4-dioxaneを処理対象物質とし，鉄イオン濃度を0-0.5 mM，電流密度を4.8-23.8 mA/cm^2の間で変化させて電解/UV処理実験を行った。鉄イオン濃度を0 mMに設定した電解生成HOCl/UV処理と比較し，鉄イオン添加条件では電流密度が低い条件（4.8 mA/cm^2）で有意に1,4-dioxane分解促進効果が得られ，0.1 mMといった少量の鉄添加でも有効であることが明らかとなった。一方，電流密度14.3 mA/cm^2の条件では両者に違いはなく，電流密度が高い条件（23.8 mA/cm^2）では，鉄濃度0.5 mMの条件で有意に1,4-dioxane分解抑制効果が示された。実験データ解析の結果，鉄イオン濃度が高い場合，鉄イオンによるUV吸収によりHOClのUV分解が抑制されたことで処理効果が低下したと評価された。本結果は照射UVエネルギーの分配が処理効果を決定づけることを示唆しており，今後の設計指針の検討に向けて重要な指針を与えるものであると考えられた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初計画において，令和3年度は電解photo-Fenton型処理法の有効性を把握することを目的としている。実験では，低電流密度条件において，0.1 mMという少量の鉄添加で1,4-dioxane分解促進効果が得られる結果を得ており，プロセスの有効性が示されている。一方で，高電流密度条件かつ鉄濃度が高い条件では1,4-dioxane分解抑制効果が示されたことから，今後はプロセスの最適化に向けた精緻な検討を進める必要があると考えている。

Strategy for Future Research Activity

現在までの進捗状況に記載した通り，提案プロセスの有効性は確認できたが，一方で，条件によっては逆に抑制効果が現れる可能性も示唆されたことから，今後は運転操作因子がプロセスに及ぼす影響を詳細に評価し，設計指針としてまとめる必要がある。この点については当初から2年目以降の検討項目として提示していたものであり，当初計画に則って研究開発を進めていく計画である。

Causes of Carryover

実験装置を構成する電解フローセルについて，既有の電極を流用して製作したため，電極製作費が支出されなかったことが主たる理由である。実験が本格化する令和4年度に新たに電極を製作することを計画しており，その費用として支出する予定である。