光照射型熱天秤を用いた吸着物質の光熱同時分解

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25630359
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Research Institution: Sojo University
• Principal Investigator: 草壁 克己 崇城大学, 工学部, 教授 (30153274)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 光触媒 / 光分解 / 熱分解 / 熱重量分析 / 紫外線 / チタニア

Research Abstract

チタニア系光触媒を用いた周期的温度操作を行うと、低温時に環境汚染物質を光触媒上に吸着させ、その後、光照射下で急激に熱分解温度まで温度上昇することで、吸着した汚染物質の高効率の分解が可能になると考えられる。そこで、本研究では基礎研究として、紫外線照射が可能な熱天秤を導入し、汚染物質のモデルとしてメチレンブルーの光・熱同時分解を行い、サンプルの質量変化から光分解および熱分解の両過程の反応速度解析を行うことを目的とした。気相中で問題となる環境汚染物質の多くは分子サイズが大きいので、メソ孔を持つチタニアが有効であるため、実験に使用するメソポーラスチタニアをトリブロックコポリマーをテンプレートとしてゾルゲル法により合成し、その比表面積および細孔分布を測定し、メソ孔が十分に発達していることを確認した。
次に、サンプルを観察できる石英製の窓を持つ熱天秤を導入して実験を開始した。初めに窒素あるいは酸素気流下で連続的に紫外線を照射した条件で、昇温しながらメチレンブルーを付着させたチタニア光触媒の質量を測定した。しかしながら、この場合には分解反応速度には紫外線照射が影響しないことを確認した。チタニア系光触媒では、紫外線照射下で生成するスーパーオキシドアニオンあるいはヒドロキシラジカルが活性種となる。そこで、これらの活性種の生成を促すために熱天秤内に水蒸気を含む空気を流通させて同様の実験を行ったところ、紫外線照射を行うことによって反応が加速されることを明らかにした。今後、紫外線波長、分解温度、水蒸気濃度などの影響を明らかにし、反応速度を明らかにする計画である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

計画当初は紫外線を導入するために光ファイバーを導入する計画であったが、サンプル観察が可能な石英製窓を持つ熱天秤を購入設置することができたので、石英窓上部に設置した紫外線ランプから直接紫外光を導入することが可能になり、実験を早く開始することができた。その一方で、メソポーラスチタニアの合成や、水蒸気導入の為の装置改良などで時間がとられたために、メチレンブルーの紫外線・熱分解実験の開始が遅れたが、平成25年度当初の計画に沿って研究はおおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

昇温条件におけるメチレンブルーのチタニア光触媒上での光・熱同時分解の実験を行い、紫外線波長、分解温度、水蒸気濃度などの影響を明らかにする。昇温時の反応速度解析を行い反応速度を明らかにする計画である。さらに一定温条件での光・熱同時分解の実験を行い、その結果を比較する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

平成25年度に予定していた実験の一部が平成26年度に実施することになり、それに使用する物品費が未使用額として残ったため
平成26年度に実験を再開し、未使用額を物品費として使用する。