量子ドット・ランタノイド複合光触媒を活用した新興微量汚染物処理技術の開発

Research Project

Project/Area Number	19F19349
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Single-year Grants
Section	外国
Review Section	Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Host Researcher	藤井学東京工業大学, 環境・社会理工学院, 特任准教授 (30598503)
Foreign Research Fellow	ALKALLA MOHAMED 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 外国人特別研究員
Project Period (FY)	2019-11-08 – 2022-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help	¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000) Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000) Fiscal Year 2019: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Keywords	新興微量汚染物 / 分解処理技術 / 量子ドット / ランタノイド / 光触媒
Outline of Research at the Start	医薬品、パーソナルケア製品、農薬等の新興微量汚染物は下排水中に混入し、下水処理により十分に除去できない場合、環境中へ放流され水生生態系などに影響を及ぼす。本研究では、ナノ材料である量子ドットとランタノイドを組み合わせることで、効果的な汚染物質処理法を提案する。同材料は、量子力学的制約状態で発揮する光ルミネッセンス効果等により、量子収率が改善されるため強酸化作用を有する材料と期待される。このような処理法の開発に加え、質量分析や理論計算により汚染物質の分解経路の解明を行い、処理過程で毒性変換物質を生じない処理法の提案を行う。
Outline of Annual Research Achievements	医薬品、パーソナルケア製品、農薬、殺虫剤等の新興微量汚染物は下排水中に混入し、下水処理により十分に除去できない場合、環境中へ放流され水生生態系などに影響を及ぼす。しかしながら、新興微量汚染物の多くが難分解性を示すため、効率的な分解処理技術の開発が必要である。本研究では、ナノ材料である半導体触媒や、カーボン材料、量子ドット、ランタノイドなどを組み合わせて用いることで、効果的な汚染物質処理法を提案することを目的とする。研究初年度は、光触媒（ZrV2O7）とグラフェンを複合材料とし、低バンドギャップの材料を合成した。その材料特性を電子顕微鏡（TEM、SEMなど）や分光分析（XRD、XPS）で明らかにした後、有機リン系殺虫剤であるクロルピリホスを対象として光分解試験を実施した。その結果、ZrV2O7・グラフェン複合光触媒を用いた場合、５回の連続試験においてそれぞれ、96.8％、95.2％、93.8％、92.8％、91.0％の分解効率が得られた。これは、ZrV2O7のみを用いた場合（85.4％、84.6％、83.8％、82.6％、81.8％）と比較して、高い値を示し、複合材料による高い分解効率が実現された。また、クロルピリホスの分解メカニズムや分解経路についても、質量分析による測定ならびに考察を行った。その結果、光触媒により生成されるヒドロキシルラジカルおよびホールが、クロルピリホス分解プロセスにおいて重要な活性酸素種であることが明らかとなった。また、以上の光触媒の実験に加え、量子ドットランタノイドを合成するため、酸化グラフェンの処理によるグラフェン量子ドットの作成にも取り掛かった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 研究初年度では光触媒（ZrV2O7）とグラフェンの複合材料を合成し、クロルピリホス分解試験を実施することができた。さらに、量子ドットランタノイド合成へ向けたグラフェン量子ドットの作成にも取り掛かった。以上より、研究初年度の研究計画を達成しており、おおむね順調に進んでいると判断する。
Strategy for Future Research Activity	次年度の研究では、当初の研究計画通り、量子ドットランタノイドの合成と特性分析を進めるとともに、新興微量汚染物の処理分解性能を明らかにしていく予定である。