2015 Fiscal Year Annual Research Report
鉄イオンのレドックスサイクル促進による難分解性有機物の完全酸化分解
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25340070
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中川 浩行 京都大学, 環境科学センター, 准教授 (40263115)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | Fenton / ジオキサン / 電気化学還元 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度は，光化学還元を利用してFe3+をFe2+に還元し，フェントンサイクルを促進させることで1,4-ジオキサンを低濃度まで分解することに成功した。本年度は，Fe3+を電気化学還元によりFe2+に還元し，フェントンサイクルを促進させる手法について検討した。電極（カソード）には，水素の過電圧が高く，酸性下でも腐食されない活性炭を使用した。アノードは白金ワイヤとし，二槽式の電解セルでカソード槽内においてジオキサンの分解を実施した。本手法を適用することにより，40 mg/Lのジオキサンは継続的に分解され，150 minで0.5 mg/Lまで低減できた。投入するFe3+濃度とH2O2濃度の影響を検討したところ，特にFe3+濃度の影響が大きいことが分かった。これは，Fe3+の還元速度がFe3+濃度に比例するからである。既往の研究から選定した反応式と電極上でのFe3+の還元反応速度式を用いて，活性ラジカル種を含む反応モデルを構築した。構築した反応モデルを用いたシミュレーションによる計算で，種々のFe3+およびH2O2濃度でのジオキサンおよびH2O2濃度の経時変化を良好に推定することができた。シミュレーション結果より，Fe2+の濃度は分解後期で高くなることが明らかとなった。この原因は，分解後期にはOHラジカルが低濃度になったジオキサンよりもH2O2と優先的に反応することにより，Fe3+と還元剤となるHO2ラジカルを生成するため，Fe3+の還元速度が高くなるからである。またOHラジカルに関しても，分解後期で濃度が上昇していたが，これはOHラジカルと反応性が高い1,4-ジオキサンが消費されるため，OHラジカルが蓄積された結果である。このように，反応モデルに活性ラジカル種を組み込むことで，ジオキサンの分解挙動を精度よくシミュレートすることができ，最適な反応条件の選定および反応器設計に役立つと言える。
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