酸化触媒反応による難分解性有機塩素化合物の無害化促進に寄与する腐植物質の機能解明

• 研究課題/領域番号: 16310064
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境技術・環境材料
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 福嶋 正巳 独立行政法人産業技術総合研究所, 環境管理技術研究部門, 主任研究員 (40344113)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 9,100千円 (直接経費: 9,100千円); 2005年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円); 2004年度: 6,500千円 (直接経費: 6,500千円)
• キーワード: 鉄ポルフィリン触媒 / 腐植物質 / 難分解性有機塩素化合物 / 酸化反応 / シクロデキストリン / 超分子生成 / 反応促進 / 自己分解 / 有機塩素化合物 / 錯形成

研究概要

鉄ポルフィリン触媒の活性低下は、主として触媒自身の自己分解に起因することを見出した。まず、腐植物質の疎水部分のモデル化合物としてシクロデキストリン(CD)を用いたところ、触媒の自己分解がCDと触媒との超分子生成により抑制され、それがペンタクロロフェノール(PCP)の酸化促進に寄与することを明らかにした。特に用いたCDの中で、ヒドロキシプロピル-β-CD(HP-β-CD)の添加がPCPに対する酸化脱塩素化に大きな効果を示し、25%程度ではあったが鉄ポルフィリン触媒系では困難とされてきたCO_2までの無機化を達成するに至った。次に、鉄ポルフィリン触媒および鉄フタロシアニン触媒の自己分解速度に及ぼす腐植物質の添加効果を検討した。その結果、泥炭腐植酸のような疎水的な腐植物質の添加が、PCPの酸化分解促進に対して効果を示し触媒の自己分解抑制に有用なことを明らかにした。腐植物質と鉄ポルフィリン触媒との相互作用を紫外可視吸収スペクトルおよび^1H NMRスペクトルにより解析した結果、腐植物質の芳香族部位と鉄ポルフィリン触媒中のメソーフェニル基との疎水的な結合により超分子生成していることを明らかにした。さらに、効果のあった泥炭腐植酸に関して分子量分画を行った。各分画について芳香族成分を分析しPCPに対する酸化率、触媒に対する超分子生成能そして触媒の自己分解速度を評価した結果、最も多く芳香族成分を含む分画がPCPの酸化率および触媒との生成定数が大きく、触媒の自己分解速度が最も小さくなることがわかった。したがって、酸化触媒によるPCPなど難分解性有機塩素化合物の分解促進に寄与する腐植物質の効果は、触媒との超分子生成による触媒自身の安定化に起因すると結論づけた。

研究成果

• [雑誌論文] Complex formation of water-soluble iron(III)-porphyrin with humic acids and their effects on the catalytic oxidation of pentachlorophenol (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Fukushima, K.Tatsumi
  • 雑誌名: Journal of Molecular Catalysis A. Chemical 245 ページ: 178-184
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Separation of fulvic acid from soil extracts based on ion-pair formation with a cationic surfactant (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Fukushima, A.Kikuchi, K.Tatsumi, F.Tanaka
  • 雑誌名: Analytical Sciences 22 ページ: 229-233
  • NAID: 10017246363
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Studies on the coupling product between oxidation products derived from pentachlorophenol and cyclodextrins (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Fukushima, K.Tatsumi
  • 雑誌名: Journal of Environmental Science and Health, part B : Pesticides, Food Contaminants, and Agricultural Wastes 41 ページ: 357-367
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Water solubility enhancement effects of some polychlorinated organic pollutants by dissolved organic carbon from a soil with a higher organic carbon content (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Fukushima, Y.Tanabe, H.Yabuta, F.Tanaka, H.Ichikawa, K.Tatsumi, A.Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Environmental Science and Health, part A : Toxic/Hazardous Substances and Environmental Engineering (掲載予定)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Complex formation of water-soluble iron(III)-porphyrin with humic acids and their effects on the catalytic oxidation of pentachlorophenol (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Fukushima, K.Tatsumi
  • 雑誌名: Journal of Molecular Catalysis A.Chemical 245 ページ: 178-184
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Studies on the coupling product between oxidation products derived from pentachlorophenol and cyclodextrins (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Fukushima, K.Tatsumi
  • 雑誌名: Journal of Environmental Science and Health, Part B : Pesticides, Food Contaminants, and Agricultural Wastes 41 ページ: 357-367
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Water solubility enhancement effects of some polychlorinated organic pollutants by dissolved organic carbon from a soil with a higher organic carbon content (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Fukushima, Y Tanabe, H.Yabuta, F.Tanaka, H.Ichikawa, K.Tatsumi, A.Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Environmental Science and Health, Part A : Toxic/Hazardous Substances and Environmental Engineering (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Studies on the coupling product between oxidation products derived from pentachlorophenol and cyclodextrins (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Fukushima, K.Tatsumi
  • 雑誌名: Journal of Environmental Science and Health, Part B : Pesticides, Food Contaminants, and Agricultural Wastes (掲載予定)
• [雑誌論文] Water solubility enhancement effects of some polychlorinated organic pollutants by dissolved organic carbon from a soil with a higher organic carbon content (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Fukushima, Y.Tanabe, H.Yabuta, F.Tanaka, H.Ichikawa, K.Tatsumi, A.Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Environmental Science and Health, Part A : Toxic/Hazardous Substances and Environmental Engineering (掲載予定)
• [雑誌論文] Influence of chemical characteristics of humic substances on the partition coefficient of a chlorinated dioxin (2005)
  • 著者名/発表者名: F.Tanaka, M.Fykushima, A.Kikuchi, H.Yabuta, H.Ichikawa, K.Tatsumi
  • 雑誌名: Chemosphere 57 ページ: 1319-1326
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Effect of hydroxypropy1-β-cyclodextrin on the degradation of pentachlorophenol by potassium monopersulfate catalyzed with iron(III)-porphyrin complex (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Fukushima, K.Tatsumi
  • 雑誌名: Environmental Science & Technology 39 ページ: 9337-9342
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 天然高分子化合物共存下での酸化触媒反応による有機汚染物質の高分子重合体の解析と毒性評価 (2005)
  • 著者名/発表者名: 福嶋 正巳
  • 雑誌名: ぶんせき No.11 ページ: 619-621
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Influence of chemical characteristics of humic substances on the partition coefficient of a chlorinated dioxin (2005)
  • 著者名/発表者名: F.Tanaka, M.Fukushima, A.Kikuchi, H.Yabuta, H.Ichikawa, K.Tatsumi
  • 雑誌名: Chemosphere 57 ページ: 1319-1326
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Effect of hydroxypropyl-β-cyclodextrin on the degradation of pentachlorophenol by potassium monopersulfate catalyzed with iron(III)-porphyrin complex (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Fukushima, K.Tatsumi
  • 雑誌名: Environmental Science & Technology 39 ページ: 9337-9342
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Analyses of polymerized compounds derived from catalytic oxidation of organic pollutant and their toxicity (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Fukushima
  • 雑誌名: Bunseki No.11 ページ: 619-621
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Decolorization of orange II by catalytic oxidation using iron(III) phthalocyanine-tetrasulfonic acid (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Rismayani, M.Fukushima, H.Ichikawa, K.Tatsumi
  • 雑誌名: Journal of Hazardous Materials B114 ページ: 175-181
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Evaluation of solubilizing ability of humic aggregate basing on the phase-separation model (2004)
  • 著者名/発表者名: Motoki Terashima, Masami Fukushima, Shunitz Tanaka
  • 雑誌名: Chemosphere 57 ページ: 439-445
• [雑誌論文] Decolorization of orange II by catalytic oxidation using iron(III) phthalocyanine-tetrasulfonic acid (2004)
  • 著者名/発表者名: Sinta Rismayani, Masami Fukushima, Hiroyasu Ichikawa, Kenji Tatsumi
  • 雑誌名: Journal of Hazardous Materials B114 ページ: 175-181
• [雑誌論文] Influences of pH on surface activity of humic acid : micelle-like aggregate formation and interfacial adsorption (2004)
  • 著者名/発表者名: Motoki Terashima, Masami Fukushima, Shunitz Tanaka
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces A : Physicochemical Engineering Aspect 247 ページ: 77-83