| 研究課題/領域番号 |
22K05205
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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 |
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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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| キーワード | 光触媒 / 親水性ゲル / 水浄化 |
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| 研究実績の概要 |
凍結架橋ゲル(FG)の光触媒反応場としての性能を評価するため、20 ppmインジゴカルミン(IC)の脱色反応について、WO3粉末を懸濁させた系(WP)とWO3担持凍結架橋ゲルに通水させる系(WFG)で比較した（WO3量；32 mg）。WPでは、５時間の可視光照射下において26%の脱色率であったのに対し、WFGでは50%に達した。よって、WO3を粉末状で使用するよりも、凍結架橋ゲルに担持して用いた方が高い効率を得られることが示された。これは、FGの有する約150 μmの細孔で構成される複雑な流路に起因すると予想される。また、WFGの比較として、WO3をAgaroseゲルに担持した(WAG)場合では、IC分解率は6%程度であった。これは、WAGと比較してWFGが通水性に優れるためである。また、WO3の等電点以下のpH(pH = 1.3)においてICの吸着及び脱色反応を検討した結果、WFGはWPと比較してIC吸着率が３倍以上、脱色率が約４倍となった。これは、FGにWO3を固定化することで、溶液pHによるWO3粉末の凝集を避けられた為と考えられる。よって、FGへの可視光応答性光触媒粉末の担持は、水質浄化性能の向上だけでなく、浄化する溶液のpHに係る制限の緩和が期待できる。さらに、FGに導入する新しい光触媒の開発を目指し、粘土鉱物の光触媒化を検討した。黒雲母にCaCl2を加えて700から800℃で加熱することで得られた鉱物は、紫外光照射下でCr(VI)の還元とサリチル酸を分解する光触媒として利用できることを明らかにした。しかし、FGに導入可能な可視光応答性についてはさらなる検討が必要である。
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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
理由は以下のとおりである。
①光触媒粉末を凍結架橋ゲルに担持することで、懸濁状態で使用するよりも高い効率を得られることを明らかにした。
②光触媒担持凍結架橋ゲルは、溶液pHによる粉末材料の凝集を抑制しつつ反応を進行できることを明らかにした。これにより、光触媒だけでなく、吸着材の担持においても優れた性能を有することが示された。
③粘土鉱物を原料とする光触媒性材料の合成に成功した。
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| 今後の研究の推進方策 |
光触媒担持凍結架橋ゲルが、光触媒粉末の懸濁系よりも優れた反応効率を示した要因を明らかにする。具体的には、中性子小角散乱や共焦点レーザー顕微鏡を用いて、凍結架橋ゲルの内部ネットワーク構造を調べ、光触媒反応場としての性能との相関関係を明らかにする。
また、粘土鉱物を原料とする光触媒材料について、凍結架橋ゲルに導入可能な可視光応答性材料の合成について検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初予定していたマイクロリアクター用の装置等について、共同研究者が別の予算で購入した装置を使用することができたため、購入を取りやめた。また、SANSやPNOといった中性子小角散乱で使用する物品についても、装置担当者からの貸与を受けられたため、使用額が予定より少なくなった。
凍結架橋ゲルに担持する新しい光触媒材料開発として、粘土鉱物を原材料として光触媒性鉱物を合成する手法を開発した。現在、可視光応答性を有する光触媒性鉱物の合成法について検討している。光触媒性鉱物の合成に用いる機材等の購入に次年度使用額を充てることで、水質浄化に適した光触媒材料の開発として、担持基材のみならず、光触媒そのものについても検討する予定である。
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