難分解性有機塩素化合物の酸化分解促進を目的とした腐植酸の高機能化

2008 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18201013
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 福嶋 正巳 北海道大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (40344113)
• キーワード: 環境技術 / 環境材料 / 水質汚濁・土壌汚染防止・浄化 / 超分子化学 / 生体機能利用

研究概要

鉄-ヒドロキシフェニルポルフィリン触媒(FeTPP(OH)_4)の自己分解の抑制とペンタクロロフェノール(PCP)など難分解性有機塩素化合物の酸化分解に対する触媒活性の向上を目的として、この触媒の共有結合による腐植酸への導入に関してさらなる検討を行った。昨年度、FeTPP(OH)_4を腐植酸ヘホルムアルデヒド縮重合反応で導入したが(この触媒をResolとする)、ResolのようにCH2基のみの架橋だけではなく、アミノ基(Urea-Resol)、エーテルそしてフェニル基による架橋も試みた。まず、アミノ基による架橋を行うため、ホルムアルデヒド縮重合反応において、尿素を添加した。その結果、自己分解速度も2倍程度の遅延効果を示し、PCPに対する分解率も10%程度向上した。次に、FeTPP(OH)_4を腐植酸ヘエーテル結合で導入する際に反応を阻害するカルボキシル基をメチルエステル化によりマスクし、アルキル鎖を介してFeTPP(OH)_4と腐植酸をエーテル架橋できた。自己分解の遅延やPCP分解率の向上はResolやUrea-Resolに比べ大きくなかったが、アルキル鎖の長さが長いほど触媒活性が高くなるとの知見を得、触媒と基質との相互作用が触媒活性向上の一因子であることを見出した。また、腐植酸をヒドロキノンで修飾しホルムアルデヒド縮重合反応によりFeTPP(OH)4を導入した(この触媒をHQ-HA-Feとする)。自己分解の遅延効果およびPCP酸化分解に対する触媒活性は、これまで合成してきた触媒の中ではこのHQ-HA-Feが最も高かった(自己分解速度はFeTPP(OH)_4だけに比べ、13-15倍遅延し、PCP分解率は90-100%を達成した)。しかし、PCPのCO_2までの完全分解は困難であった。

研究成果

• [雑誌論文] Effects of the maturity of wood-waste compost on the structural features of humic acids (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Fukushima, K. Yamamoto, K. Ohtsuka, T. Aramaki, T. Komai, S. Ueda, K. Horiya
  • 雑誌名: Bioresource Technology 100 ページ: 791-797
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of an allophanic soil on humification reactions between catechol and glycine : spectroscopic investigations of reaction products (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Fukushima, A. Miura, M. Sasaki, K. Izumo
  • 雑誌名: Journal of Molecular Structure 917 ページ: 142-147
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxidative degradation of 2, 4, 6-trichlorophenol and pentachlorophenol in contaminated soil suspension using a supramolecular catalyst prepared via formaldehyde polycondensation between tetrakis(hydYoxyphenyl)-porphineiron(III)and humic acid (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Fukushima, S. Shigematsu, S. Nagao
  • 雑誌名: Journal of Environmental Science and Health, PartA : Toxic / Hazardous Substances and Environmental Engineering (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxidative degradation of pentachlorophenol by an iron(III)-porphyrin catalyst bound to humic acid via formaldehyde polycondensation (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Fukushima
  • 雑誌名: Journal of Molecular Catalysis A. Chemical 286 ページ: 47-54
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple polar components in poorly-humified humic acids stabilizing free radicals : Carboxyl and nitrogen-containing carbons (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Yabuta, M. Fukushima, M. Kawasaki, F. Tanaka, T. Kobayashi, K. Tatsumi
  • 雑誌名: Organic Geochemistry 39 ページ: 1313-1335
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxidative degradation of chlorophenol by iron-porphyrin catalyst bound to humic acid via formaldehyde polycondensation (2008)
  • 著者名/発表者名: Masami Fukushima, Satoko Shigematsu
  • 雑誌名: Proceeding Papers of International Humic Substances Society 14th Conference ページ: 513-516
  • 査読あり
• [雑誌論文] Introduction of 5, 10, 15, 20-tetrakis(4-hydroxyphenyl)-porphineiron (III)into humic acid via formaldehyde polycondensation (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Fukushima, S. Shigematsu
  • 雑誌名: Journal of Molecular Catalysis A. Chemical 293 ページ: 103-109
  • 査読あり
• [学会発表] 鉄ポルフィリン-腐植酸超分子触媒によるペンタクロロフェノールの酸化分解 (2009)
  • 著者名/発表者名: 重松聡子、福嶋正巳
  • 学会等名: 日本化学会第89春季年会
  • 発表場所: 日本大学(千葉)
  • 年月日: 2009-03-28
• [学会発表] エーテル架橋による鉄ポルフィリン-腐植酸超分子触媒の合成とその触媒活性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 辻大輔、重松聡子、福嶋正巳
  • 学会等名: 日本化学会北海道支部2009年冬季研究発表会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌)
  • 年月日: 2009-02-04
• [学会発表] ヒドロキノンを修飾した腐植酸への鉄ポルフィリン触媒の導入とその触媒活性評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 福嶋正巳、長尾誠也
  • 学会等名: 第24回日本腐植物質学会講演会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌)
  • 年月日: 2008-11-05
• [学会発表] Oxidative degradation of chlorophenol by iron-porphyrin catalyst bound to humic acid via formaldehyde polycondensation (2008)
  • 著者名/発表者名: Masami Fukushima, Satoko Shigematsu
  • 学会等名: International Humic Substances Society 14th Conference
  • 発表場所: Moscow-Saint Petersburg, Russia
  • 年月日: 2008-09-17
• [学会発表] Detoxification of organic pollutant by multi-functionalities of humic substances (2008)
  • 著者名/発表者名: Masami Fukushima
  • 学会等名: 5th International Conference on Interface Against Pollution 2008
  • 発表場所: 京都大学(京都)
  • 年月日: 2008-06-02
• [学会発表] Oxidative degradation of 2, 4, 6-trichlorophenol by aniron(III)-porphyrin-humic acid supramolecular catalyst (2008)
  • 著者名/発表者名: Satoko Shigematsu, Masami Fukushima
  • 学会等名: 5th International Conference on Interface Against Pollution 2008
  • 発表場所: 京都大学(京都)
  • 年月日: 2008-06-02
• [図書] 環境中の腐植物質 : その特徴と研究法 (2008)
  • 著者名/発表者名: 石渡良志、米林甲陽、宮島徹、日下部武敏、清水芳久、高橋嘉夫、辰巳憲司、田中俊逸、力石嘉人、筒木潔、寺島元基、長尾誠也、福嶋正巳、藤嶽暢英、山本修一、渡辺彰
  • 総ページ数: 291
  • 出版者: 三共出版
• [備考]
  • URL: http://www.eng.hokudai.ac.jp/edu/div/envcirc/cyclicmaterials/paper1/supra1_j.html
• [備考]
  • URL: http://www.eng.hokudai.ac.jp/edu/div/envcirc/cyclicmaterials/paper1/supra1_e.html