| 研究課題/領域番号 |
20K06158
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| 研究機関 | 福島大学 |
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研究代表者 |
浅田 隆志 福島大学, 共生システム理工学類, 教授 (60434453)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 炭素化 / 可視光応答型酸化チタン / 光触媒 / 木質バイオマス |
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| 研究実績の概要 |
鉄をドープした可視光応答型酸化チタンをボールミル処理によりスギおが屑に担持し炭素化することで，可視光応答型酸化チタン担持スギ炭素化物を簡便に作製し，水や空気の浄化材として活用することを目的として，炭素化温度等の作製条件が，細孔構造や担持した酸化チタンの分散性等の表面特性，メチレンブルーの吸着性能および酸化分解性能に与える影響を検討した。
鉄を酸化チタンにドープするために，ヘマタイトとアナターゼ型酸化チタンをボールミル処理し，さらにスギおが屑を加えボールミル処理した後，炭素化することにより，簡便に可視光応答型酸化チタン担持スギ炭素化物を作製することができた。一方，ヘマタイトを加えなくてもステンレス製のボールミルを用いてアナターゼ型酸化チタンとスギおが屑をボールミル処理した後，炭素化することにより，可視光応答型酸化チタン担持スギ炭素化物を作製することが可能であった。これは，ステンレス製のボールミルを用いたことにより，酸化チタンに微量の鉄がドープされたためであると考えられた。作製した可視光応答型酸化チタン担持スギ炭素化物には，製造条件によりチタン量として9～25質量%の酸化チタンが担持されていた。
400℃と700℃で炭素化した結果を比較すると，スギ炭素化物の細孔発達およびメチレンブルー吸着量は700℃の方が大きく，吸着性能が高いことが示された。可視光照射時のメチレンブルー退色性能に対しては炭素化温度の影響は小さく，いずれの炭素化温度でも可視光照射によりメチレンブルー溶液が退色し，可視光応答性が確認された。一方で鉄をドープした可視光応答型酸化チタン担持スギ炭素化物のフェノールに対する吸着性能は確認されたが，可視光照射下におけるフェノール分解性能は認められなかった。
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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
2021年度の研究計画は鉄ドープ酸化チタンの調製方法，炭素化温度等の作製条件が鉄ドープ酸化チタン担持スギ炭素化物の表面特性や吸着・有機物の酸化分解性能に与える影響を明らかにすることであった。
ボールミル処理に用いる容器とボールの材質，炭素化温度，担持前のボールミル処理の有無等の調製条件が細孔特性，担持量に与える影響およびメチレンブルーの吸着，可視光照射下におけるメチレンブルー分解性能を速度論により評価し多くの知見を得た。
2021年度の研究で明らかとなった重要な知見は主に次の4点である。①本研究で検討した方法により簡便に鉄ドープ酸化チタンを担持したスギ炭素化物を作製することが可能であった。②鉄ドープ酸化チタンをボールミルで調製する場合，鉄を添加しなくてもステンレス製ボールミルを用いることで，可視光応答型酸化チタン担持スギ炭素化物を作製することが可能であった。③炭素化温度は，メチレンブルー分解性能よりも炭素化物としての吸着性能に影響を与える因子である。④メチレンブルー吸着の経時変化は擬2次速度式によく適合し，物理吸着によると考察された。また，可視光照射下におけるメチレンブルーの分解は擬1次速度式によく適合した。
これらの研究成果について2件の学会発表を行い，1件の発表は，第72回日本木材学会大会において優秀ポスター賞を受賞した。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の目的である異種元素をドープした酸化チタンをボールミル処理によりスギおが屑に担持した後，炭素化することで可視光応答型酸化チタン担持スギ炭素化物を調製し，その表面特性と吸着性能，有機物の酸化分解性能を明らかにする研究を計画通り実施する。
当初の予定では2021年度に硫黄ドープ，2022年度に鉄ドープに関して，2020年度に実施した研究内容と同様に検討する予定であったが，予定を変更して2021年度に鉄ドープ酸化チタンについて検討したため，2022年度は，硫黄ドープ酸化チタン担持スギ炭素化物の調製条件が表面特性，吸着性能，有機物の酸化分解性能に与える影響を評価する。
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