| 研究課題/領域番号 |
26410198
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| 研究機関 | 東海大学 |
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研究代表者 |
関根 嘉香 東海大学, 理学部, 教授 (50328100)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | PM2.5 / 光触媒 / 酸化能 / 酸化ストレス / ジチオトレイトール / 無害化 / 環境 / 大気汚染 |
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| 研究実績の概要 |
微小粒子状物質（PM2.5）に含まれる酸化還元活性物質（キノン類等）は、生体細胞内で活性酸素の生成を促し、この活性酸素による酸化ストレスが、呼吸器疾患や心疾患等の健康障害を引き起こすと考えられている。本研究の目的は、光触媒によってPM2.5に含まれる酸化還元活性物質を分解し、無害化する技術を確立することである。
前年度の研究成果に基づき、光触媒として酸化チタン（アナターゼ）を担持した石英繊維製フィルターを作成し、ハイボリウム・エアーサンプラーに装着し、屋外のPM2.5を捕集した。捕集後の試料に紫外線を照射したところ、PM2.5の重量減少と共に二酸化炭素の生成が認められ、PM2.5中の炭素成分が光触媒作用によって分解されていることがわかった。また試料重量の減少は、紫外線強度の増加に伴って増加した。
次に二酸化チタン担持フィルターに捕集したPM2.5の酸化能を測定し、紫外線照射前後で比較した。はじめにアスコルビン酸消失法を適用したところ、抽出液中の共存物質の影響を強く受け、光触媒作用による無害化を確認できなかった。そこでジチオトレイトール（DTT）法を適用した。PM2.5中の酸化還元活性物質は、DTTから酸素への電子伝達を触媒し、活性酸素の生成を促進する。DTTの消費速度は触媒活性に比例するので、残留DTTを比色分析すればPM2.5の触媒能を知ることができる。屋外で捕集したPM2.5試料はDTTを消費し、酸化能を有していたが、紫外線照射後のPM2.5試料ではDTT消費速度が有意に減少したことから、光触媒作用による無害化を確認することが出来た。
尚、DTT法は本研究の有害性評価法として適しているが、操作が煩雑で多検体測定が困難であった。そこで、フローインジェクションアナリシス（FIA）法を用いた簡易迅速法をあわせて開発し、有害性評価の効率化を図った。
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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
平成27年度の研究を構成する要素技術は、光触媒担持石英繊維フィルターによるPM2.5無害化実証試験の開始である。
光触媒担持石英繊維フィルターは、前年度の研究成果に基づいて仕様を決定した。また紫外線照射強度および照射時間を変えてPM2.5重量減少量および二酸化炭素生成量を測定し、標準的な試験条件（照射強度：1.1 mW/cm2，照射時間：72 h）を決定した。
有害性評価技術については簡便なアスコルビン酸消失法を検討したが、抽出液中の共存物質の影響により、光触媒反応による無害化を確認できなかった。そこで、DTT法を適用した結果、紫外線照射に伴いDTT消費速度が有意に減少し、無害化を確認することが出来た。ただしDTT法は操作が煩雑であり、暗所で操作する必要があるなど多検体測定が困難であり、研究遂行上の隘路事項であった。そこで、フローインジェクションアナリシス（FIA）法を適用して簡易・迅速化を図り、従来よりも簡便かつ短時間で有害性評価を可能とすることができた。
以上の結果から、神奈川県平塚市における長期定点での実証試験が可能となり、平成27年度はほぼ計画通り研究を進めることができた。尚、PM2.5試料捕集地点として中国遼寧省を予定していたが、中国側研究協力者より中国国内で採取した試料の国外持ち出しは出来ないとの連絡があった。
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| 今後の研究の推進方策 |
①光触媒担持石英繊維製フィルターによるPM2.5無害化実証試験：作成した酸化チタン担持フィルターを用いてPM2.5の無害化を実証する。酸化チタン担持フィルター上に屋外および屋内空気中のPM2.5を捕集する。捕集した試料の画分に紫外線を照射し、照射有無による酸化還元活性の変化を今年度開発したFIA-DTT法により測定し、無害化の程度を評価する。あわせてPM2.5濃度との相関性も検討する。試料の採取は、神奈川県平塚市に所在する東海大学湘南校舎にて定期的かつ長期的に実施する。また東京渋谷区に所在する東海大学付属望星高等学校にも協力を依頼し、地点間比較を行う。あわせて発生源試料（タバコ煙など）についても検討する。
②光触媒による無害化メカニズムの検討：PM2.5の酸化ストレス誘導能は、キノン類などの有機化合物、遷移金属イオンによるものと推定される。光触媒は紫外線照射下、有機化合物の酸化分解、およびいくつかの遷移金属イオンの光析出に寄与すると考えられる。そこで、紫外線照射に伴う二酸化炭素生成量および遷移金属イオン濃度の変化を調べ、酸化還元活性の変化量との関連を明らかにし、無害化メカニズムを考察する。あわせてPM2.5中の炭素成分（有機炭素、無機炭素）量の変化を検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成26年度の学会発表において本研究に強い関心を示した企業より光触媒関連試薬の提供を受け、さらに平成27年度に開発したフローインジェクションアナリシス法の導入により、DTT法関連試薬の使用量が大幅に削減できたため、物品費の使用額が当初予定より減少した。
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| 次年度使用額の使用計画 |
長期定点での無害化実証試験および無害化メカニズム解明実験に有効に予算を投入し、かつ海外での研究成果発表および論文発表を積極的に行う。
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