2013 Fiscal Year Annual Research Report
担持型酸化触媒による臭素系難燃剤の分解に及ぼす腐植物質の影響
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25241017
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
福嶋 正巳 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40344113)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐々木 正秀 独立行政法人産業技術総合研究所, 生物プロセス研究部門, 研究グループリーダー (60357126)
倉光 英樹 富山大学, 理工学研究部(理学), 教授 (70397165)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 環境材料 / 環境材料 / 水質汚濁・土壌汚染防止・浄化 / 触媒・化学プロセス / 超分子化学 |
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| Research Abstract |
鉄ポルフィリン触媒は、テトラブロモビスフェノールA(TBBPA)や2,4,6-トリブロモフェノール(TrBP)など臭素系難燃剤の酸化分解に対して有用であることを、これまで明らかにしてきた。しかし、KHSO5のような過酸化物共存下では自己分解して失活すること、および廃棄物浸出水中に含まれている腐植物質による反応阻害を受ける点に問題点があった。本研究では、これら問題点を解決する目的で、さらに、水処理を行うに当たり触媒の再利用性の向上を図る目的で、鉄ポルフィリン触媒のシリカなど担体への担持を試みた。シリカの表面は負に荷電しているため、巨大な負の静電場を有する腐植物質は触媒表面からイオン排除され、反応阻害は大きく減少すると考えた。そこで、負電荷を有する強酸性陽イオン交換樹脂に陽イオン性ポルフィリンを担持させ、TBBPAの酸化分解に適用した結果、高い分解率と脱臭素量を観測するに至った。しかし、腐植物質共存下では反応速度が著しく低下し、阻害を軽減するには至らなかった。また、負電荷を有するシリカを化学修飾して鉄ポルフィリン触媒を担持させたが、陽イオン交換樹脂の時と同様、十分に腐植物質の阻害を軽減するには至らなかった。腐植物質と基質との競合による反応阻害を除去する手段として、これらの分子サイズの差に着目した。腐植物質は数十nm程度の巨大な分子なのでメソ細孔中には進入できない。そこで、メソポーラスシリカ細孔内に鉄ポルフィリン触媒を修飾し、腐植物質共存下でTrBP, TBBPA, ペンタブロモフェノールの酸化分解効率を評価した。その結果、腐植物質が50 mg L-1程度までであれば、臭素化フェノール類の酸化に対する阻害は抑制できることがわかった。さらに、合成したすべての触媒は、良い再利用性を示したため、担持により触媒の自己分解による不活性化は大きく改善されたと考えられる。
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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
当初計画していたように、シリカへ修飾した触媒、イオン交換樹脂へ静電的結合で導入した触媒、メソポーラスシリカ細孔内に導入した触媒を合成し、腐植物質による反応阻害を抑制することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
臭素系難燃剤の酸化分解・無害化では、最終的にCO2まで無機化することが大きな目標である。今年度合成した触媒では、それはまだ十分に達成されていない。さらなる触媒活性の向上を目的として、鉄ポルフィリン修飾サイトへのイオン液体の活用や鉄フタロシアニン触媒、Non-heme触媒の活用について検討を行う予定である。
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Research Products
(21 results)
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[Journal Article] Potassium monopersulfate oxidation of 2,4,6-tribromophenol catalyzed by a SiO2-supported iron(III)-5,10,15,20-tetrakis(4-carboxyphenyl)porphyrin2013
Author(s)
Qianqian Zhu, Yusuke Mizutani, Shouhei Maeno, Ryo Nishimoto, Takafumi Miyamoto, Masami Fukushima
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Journal Title
Journal of Environmental Science and Health, Part A. Toxic/Hazardous Substance & Environmental Engineering
Volume: 48
Pages: 1593-1601
DOI
Peer Reviewed
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