2021 Fiscal Year Annual Research Report
硝酸イオン汚染地下水の高速浄化を可能にする金微粒子を内包したアニオン交換体の開発
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21H01709
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
神谷 裕一 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (10374638)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大友 亮一 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (10776462)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 硝酸態窒素 / イオン交換体 / 金ナノ粒子 / 硝酸イオン還元 / 地下水汚染 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アニオン交換体に市販の弱塩基性イオン交換樹脂（AER）を用い、AuCl4-水溶液にAERを加え38℃で8時間、撹拌することで、AERのアニオン交換サイトにAuCl4-を導入した。その後、水素気流下、80℃でAuCl4-を還元してAER内にAuナノ粒子を発生させた。AuCl4-水溶液の濃度が高くなるに従ってAERに導入されるAu量が上昇した。Au導入量の多いAu-AERでは、Au未導入のAERとほぼ同等のイオン交換特性を示したことから、AuCl4-はAu0へと還元され、このとき生じたCl-がAERのイオン交換サイトを再生したと考えた。
NO3-水溶液にAu-AERを加え38℃で撹拌して、Au-AERにNO3-を取り込んだ。このAu-AERを水素気流下で80℃に加熱すると、Au-AERに取り込まれたNO3-の一部（最大35%程度）が還元分解された。Au未導入のAERでは全くNO3-が分解されなかったことから、Auナノ粒子がNO3-還元分解の活性サイトを形成していることが確かめられた。このAu-AERは繰り返し使用でき、少なくとも3回の再使用において顕著な性能低下は見られなかった。
AERに導入したAu量が多いほど還元分解されたNO3-量は多くなったが、Au導入量 0.037 mmol/g以上では活性向上の程度が大幅に鈍化した。この導入量以上では、Au粒子の凝集が見られたことから、粗大なAu粒子がこの原因であると推測した。
Au粒子が凝集することなく、より多量のAuをAERに導入するために、複数回に分けてAuCl4-を導入することを試みたが、NO3-分解活性は向上しなかった。またAER粒子内部までAuCl4-を十分に拡散させることを意図して十分に粉砕したAER粉を用いてみたが、これも十分な効果は得られなかった。さらなる検討が必要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
予定通り研究は進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
現状では、最大でもAu-AERに取り込んだNO3-の約35%しか還元分解できておらず、分解率を向上させる必要がある。そのためには、NO3-還元分解の活性サイトであるAu粒子を、できる限り微粒子かつ空間的に均質に分布するようにAER内に発生させる必要がある。これを実現するために、引き続きAERへのAuCl4-の導入条件、導入したAuCl4-の還元条件を検討する。また同時に、AER内にAuナノ粒子が発生する過程を詳細に調べ、触媒調製にフィードバックする。
AERへのAu粒子の導入と並行して、AERへのRh粒子の導入も検討する。予備検討によってAu粒子と同様にRh粒子もNO3-分解活性を示すことを確認しており、アニオン性Rh錯体の導入条件およびAER内での還元条件を検討し、NO3-分解活性の向上を目指す。
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Research Products
(3 results)
