海水オゾン処理の機構解明と塩素処理との比較

• 研究課題/領域番号: 23K19142
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0303:土木工学、社会システム工学、安全工学、防災工学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 川口 康平 京都大学, 地球環境学堂, 特定助教 (30985502)
• 研究期間 (年度): 2023-08-31 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: オゾン / 臭化物イオン / 水処理 / 消毒 / 汚染物質 / 副生成物 / 次亜臭素酸

研究開始時の研究の概要

海水のオゾン処理はすでに実用化されている。オゾンは海水中の臭化物イオンと反応して次亜臭素酸や臭素酸になる。次亜臭素酸もオゾンと共に汚染物質と反応する。しかし、海水中のオゾン濃度の測定は困難であり、基本的なオゾンと次亜臭素酸の挙動さえ不明な状況であった。そこでまず本年に研究代用者は海水中で使用できるオゾン濃度測定方法を開発した。本研究ではこの成果を用い、海水中のオゾン処理の種々の酸化剤と汚染物質の挙動を様々な水質条件下で網羅的に解明する。加えて、海水の塩素処理でも次亜臭素酸が発生しオゾン処理と類似の状況となるが、塩素処理とオゾン処理の違いの明確化も行う。

研究実績の概要

海水にオゾンを添加した時にはオゾンと海水中の臭化物イオンが急速に反応して、高い反応性を持った活性臭素種が生成する。活性臭素種には次亜臭素酸（イオン）、酸化臭素(I)、一塩化臭素、アンモニアが存在する場合にはブロマミンも含まれる。
本研究期間はこれら複数種の活性臭素種とオゾン濃度測定試薬であるp-ビニル安息香酸が反応すると、唯一の生成物を与えることを発見した。この生成物は液体クロマトグラフ質量分析で分析を行うとm/zが243と245であり、p-ビニル安息香酸の炭素二重結合に臭素と水酸基が付加したものと考えられる。
本結果はオゾン処理副生成物の推定につながる。またこの生成物を定量することで活性臭素種の定量が行えることを示している。
また、イオンクロマトグラフーポストカラムシステムをベースに、オゾン濃度・活性臭素種濃度・臭素酸濃度・臭化物イオン濃度の一斉分析法を開発した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

研究を効率的に進めるために、イオンクロマトグラフーポストカラムシステムを用いて、オゾン濃度・活性臭素種濃度・臭素酸濃度・臭化物イオン濃度の一斉分析法の開発を試みた。しかし、オゾン濃度測定試薬であるp-ビニル安息香酸がポストカラム部で酸性条件になり、溶解度が下がり析出するトラブルが発生した。
本トラブルの解消に時間を要したため、当初より予定は遅れているが、解決済みである。

今後の研究の推進方策

開発した活性臭素種の測定方法と一斉分析システムを用いて、オゾン処理直後のオゾンと活性臭素種の挙動を解明する。加えて、塩素処理も行い、こちらの活性臭素種の挙動も解明することで、海水のオゾン処理と塩素処理の違いを明確化する。