2015 Fiscal Year Research-status Report
廃水中のアンモニアを温和な温度で酸化分解する高性能固体触媒の開発
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26420782
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
神谷 裕一 北海道大学, 地球環境科学研究科(研究院), 教授 (10374638)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | オゾン酸化 / 廃水処理 / 酸化コバルト / アンモニア / アンモニウムイオン / 活性向上 / 結晶面 / アミノ基 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化コバルト触媒（Co3O4）を水中アンモニウムイオンのオゾン酸化分解反応（NH-O3反応）に繰り返し用いると触媒活性が向上する理由を明らかにするために、反応前後の触媒の表面構造をIRで詳細に調べたところ、反応後（触媒活性向上後）の触媒の表面にはアミノ基が生成していることが確認された。反応条件下において酸化コバルト触媒は、アンモニウムイオン、塩化物イオン、O3に曝されており、これらのどの成分が触媒活性の向上に必須であるか明らかにするため、酸化コバルト触媒を種々の反応溶液-条件下で前処理し、NH-O3反応を実施した。触媒活性の向上にO3と塩化物イオンは必須ではなく、アンモニウムイオンを含む水溶液中で酸化コバルト触媒を加熱撹拌するだけで、触媒活性が向上することが確かめられた。これらの結果から、反応条件下において反応物のアンモニイウムイオンとの反応によって酸化コバルト触媒の表面にアミノ基が生成し、この生成したサイトが高い触媒活性を示すため触媒活性が向上したと考えた。
上記検討とは別に、酸化コバルト触媒の結晶形態と触媒活性の関係を調べた。水熱合成法で調製した立方晶酸化コバルトは、通常のアンモニア沈殿法で調製した酸化コバルトや水熱合成法で調製したロッド形状の酸化コバルトよりも高い触媒活性を発揮することを見出した。立方晶酸化コバルト触媒の高い触媒活性は表面積や結晶性に由来するものではなく、特定の結晶面（おそらく(100)）が選択的に露出しているためと推定した。
水中アンモニウムイオンを亜硝酸イオンで酸化分解する反応（NH-NO2反応）について、酸素（空気）によって被毒されない金属種を探索したところ、Irが酸素存在下においても高い触媒活性を発現することを見出した。この触媒特性は、従来知られているPt系には無い特性である。
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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
申請書に記載したH27年度までの研究計画におおむね則って研究が進展しているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
H27年度の研究によって酸化コバルト触媒がNH-O3反応に繰り返し用いると触媒活性が向上する理由を突き止めることができた。H28年度は、この知見を元に高性能触媒の開発に着手する。具体的にはアミノ基を触媒調製時に仕込み、初期触媒が高密度でアミノ基を含有するようにする。また、立方晶酸化コバルト触媒についても、その高活性発現理由を解明し触媒開発に繋げる。
H27年度に見出した酸素が存在してもNH-NO2反応に高い触媒活性を示すIr触媒について、触媒調製条件検討、担持量依存性、助触媒添加などにより、高性能化を目指す。
最終的に、開発触媒を使い実際のアンモニア含有廃水の処理を実施し、実使用に向けての課題を明確にする。
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| Causes of Carryover |
H27年度に納品予定であった試薬等の一部が、H28年度に納品されることになったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記により、H28年度初旬に試薬等が納品されるため、その費用にあてる。
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