| 研究課題/領域番号 |
21H01709
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27030:触媒プロセスおよび資源化学プロセス関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
神谷 裕一 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (10374638)
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| 研究分担者 |
大友 亮一 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (10776462)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円)
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| キーワード | 地下水汚染 / 硝酸態窒素 / 陰イオン交換体 / 金ナノ粒子 / 硝酸還元反応 / アニオン交換体 / 4級アンモニウム / 汚染地下水 / イオン交換体 / 金微粒子 / 還元反応 / アニオン交換樹脂 / 硝酸イオン還元 / 金属微粒子 / 汚染地下水浄化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、アニオン交換体と金属触媒の利点を併せ持つ金属微粒子を内包したアニオン交換体を開発し、硝酸イオンで汚染された地下水の浄化を試みる。 この金属微粒子内包アニオン交換体を使った地下水浄化システムは、オンサイト（家庭や井水取水場など）での汚染地下水からの硝酸イオン迅速除去と、オフサイト（再生工場）での二次廃水を生じないアニオン交換体の再生を可能にする。
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| 研究成果の概要 |
陰イオン交換樹脂（AER）にAuCl4-をイオン交換導入し、その後、H2中、80℃で処理してAERの内部にAuナノ粒子を発生させた。得られたAuナノ粒子導入AER（Au@AER）は、イオン交換反応によって水中のNO3-を迅速に取り込んだ。Auナノ粒子の導入はAERのイオン交換特性をほとんど変化させなかった。NO3-を取り込んだAu@AERをH2中、80℃で処理すると、Au@AERに取り込まれたNO3-は主にN2Oへと還元分解された。これによってAu@AERのイオン交換能が回復した。Au@AERは水中のNO3-除去と分解に繰り返し使用でき、少なくとも5回の使用では性能低下は見られなかった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
硝酸態窒素（NO3-）による地下水の汚染が問題になっており、その浄化法の開発は急務である。すでに、イオン交換樹脂を用いた水中NO3-のイオン交換除去や水中のNO3-を直接、触媒を用いて分解する方法が確立されている。しかし、前者は再生液を使った使用済み樹脂の再生が必要なこと、後者は処理速度が遅く、かつアンモニアが副生する問題を抱えており、新たな方法が求められている。本研究で開発されたAu@AERを用いることで、イオン交換反応によって汚染水からNO3-を迅速に除去することができ、かつ使用済Au@AERの再生には再生液を必要とせず、NO3-分解速度も速いため、社会実装が大いに期待される。
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