研究課題/領域番号 |
22K05205
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研究種目 |
基盤研究(C)
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配分区分 | 基金 |
応募区分 | 一般 |
審査区分 |
小区分34030:グリーンサステイナブルケミストリーおよび環境化学関連
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研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
研究代表者 |
杉田 剛 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究職 (80772342)
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研究分担者 |
関根 由莉奈 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究副主幹 (00636912)
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研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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キーワード | 光触媒 / 親水性ゲル / 水浄化 / 光触媒材料 |
研究開始時の研究の概要 |
安全な水の供給や環境保全のための持続可能な水処理技術の確立は、世界共通の課題である。水質汚染の状況や原因物質は多岐にわたり、各々に適した浄化法の確立が求められる。本申請では、簡便に合成でき、ネットワーク構造や吸着特性を容易に制御できる凍結架橋ゲルを光触媒粒子の担体とした新規光触媒材料(光触媒ゲル)を開発し、効率的かつエコフレンドリーな水浄化システムを実現することを目的とする。ゲル内部を光触媒反応場とすることで、これまでの光触媒材料では不可能であった“反応効率と固液分離性の両立”と“選択的光触媒反応”を可能にする。
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研究実績の概要 |
光触媒ゲルの合成について、セルロースナノファイバーとクエン酸をゲル原料として、光触媒粉末として市販のWO3 (< 100 nm)を用いて検討した。2 wt.%のCMCFを用いることで、WO3粉末は良好な分散を示した。0.5 wt.%程度になるとWO3粉末が沈降してしまい、ゲル全体に光触媒を分散させることができなかった。チクソトロピーによる粉末の高分散状態を保持するためには、1 wt.%以上のCMCF濃度が必要であることが示唆された。また、CMCF濃度が5 wt.%程度になると粘度が高く、光触媒粉末を均一に分散させることが困難であった。よって、現状の最適CMCF濃度は2 wt.%とした。 光触媒ゲルの内部ネットワーク構造については、光触媒粉末を混合したCMCFゲルの凍結方法によって、スポンジ状や層状といったゲル形状の制御が可能であることが明らかとなった。どちらの構造をとった場合でも、厚さ約1.5 cmの光触媒ゲルの底面まで可視光が透過した。これは、CMCFゲルが含水状態で半透明になることに起因しており、担持した光触媒粉末が効率良く光を吸収できることを示唆している。 作成したWO3含有光触媒ゲルの性能評価を、インジゴカルミン溶液の吸着分解を通して行った。pH 2及び5どちらにおいてもインジゴカルミンのゲル及びWO3粉末への吸着は確認されなかった。インジゴカルミン溶液が光触媒ゲル内部を通水する形で光触媒反応させることで、高効率な光触媒反応が可能であった。特に、pH 2の条件では、光触媒ゲルはWO3粉末の懸濁状態よりも優れた分解能を示した。これは、WO3粒子がゲルに保持されることにより、等電点(pH 2)付近でも凝集しなかったためと考えられる。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
光触媒ゲルの形状制御試験から内部ネットワーク構造が制御可能であるという結果が得られ、またスポンジ状光触媒ゲル、層状光触媒ゲルどちらにおいても良好な有機色素分解能力が示され、使用方法によっては光触媒懸濁液を超える色素分解能力が得られているため、当初の予定通り進行していると言える。
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今後の研究の推進方策 |
光触媒ゲルは合成が容易であり、形状も比較的自由に制御できるため、ゲル材料の厚みやゲルの細孔径など、ゲル物性が及ぼす光触媒反応効率への影響について詳しく調べる予定である。また、現状のCMCFとWO3を原料とした光触媒ゲルだけでなく、他の生分解性ポリマーや自作の光触媒粉末を用いた光触媒ゲルについても検討し、ゲルの化学的性質の影響評価や、ゲル内部を反応場とする場合の最適な光触媒の物性について評価する予定である。
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