Development of an electrochemical photo-Fenton-type advanced oxidation process without reactant addition

令和4年度は，電解photo-Fenton型処理法に及ぼす鉄イオン濃度，電流密度の影響を詳細に調査し，影響発現メカニズムを検討した。実験の結果，電流密度が高い条件では鉄イオンの添加は処理効果に負の影響を与え，逆に電流密度が低い条件では鉄イオンの添加は処理効果に正の影響を与えることが明らかとなった。本処理法の反応性ラジカルの生成プロセスは「(1)Fenton型反応」「(2)遊離塩素のUV分解反応」「(3)鉄(Ⅲ)イオンの光還元反応」から成る。加えて「(4)遊離塩素の電解生成反応」「(5)鉄(Ⅲ)イオンの電解還元反応」が付随して起こる。上記のメカニズムに基づき，反応経路毎に電解電流（電子数）あたりのラジカル生成量の化学量論比（モル比）を評価した結果，(3)+(4)+(1)で1，(5)+(4)+(1)で0.5，(4)+(2)で1と評価され，(5)+(4)+(1)の反応系（いわゆる電解Fenton型反応）の貢献度がプロセスの有効性に関係していると考えられた。鉄化学種の吸光係数を測定し，検討した結果，電流密度が大きい場合，(4)が促進されて遊離塩素濃度が高まり(4)+(2)が促進されるが，鉄イオン添加時は鉄イオンの強いUV吸収により(4)+(2)が阻害され，逆に(3)+(4)+(1)や(5)+(4)+(1)が促進されて処理性能の低下をもたらすと評価された。一方，電流密度が小さい場合，(4)が抑制されて遊離塩素濃度が低くなる。結果として，鉄イオン添加がない場合はUVエネルギーが過剰となる。一方，鉄イオンを添加すると(3)+(4)+(1)や(5)+(4)+(1)が促進される。この場合，(5)+(4)+(1)による化学量論比の低下が起こるものの，鉄のUV吸収によるUVエネルギーの有効利用率の向上が化学量論比低下効果を相殺し，促進効果をもたらしたと考えられた。

令和4年度は，電解photo-Fenton型処理法に及ぼす鉄イオン濃度，電流密度の影響を詳細に調査し，影響発現メカニズムを検討した。実験の結果，電流密度が高い条件では鉄イオンの添加は処理効果に負の影響を与え，逆に電流密度が低い条件では鉄イオンの添加は処理効果に正の影響を与えることが明らかとなった。本処理法の反応性ラジカルの生成プロセスは「(1)Fenton型反応」「(2)遊離塩素のUV分解反応」「(3)鉄(Ⅲ)イオンの光還元反応」から成る。加えて「(4)遊離塩素の電解生成反応」「(5)鉄(Ⅲ)イオンの電解還元反応」が付随して起こる。上記のメカニズムに基づき，反応経路毎に電解電流（電子数）あたりのラジカル生成量の化学量論比（モル比）を評価した結果，(3)+(4)+(1)で1，(5)+(4)+(1)で0.5，(4)+(2)で1と評価され，(5)+(4)+(1)の反応系（いわゆる電解Fenton型反応）の貢献度がプロセスの有効性に関係していると考えられた。鉄化学種の吸光係数を測定し，検討した結果，電流密度が大きい場合，(4)が促進されて遊離塩素濃度が高まり(4)+(2)が促進されるが，鉄イオン添加時は鉄イオンの強いUV吸収により(4)+(2)が阻害され，逆に(3)+(4)+(1)や(5)+(4)+(1)が促進されて処理性能の低下をもたらすと評価された。一方，電流密度が小さい場合，(4)が抑制されて遊離塩素濃度が低くなる。結果として，鉄イオン添加がない場合はUVエネルギーが過剰となる。一方，鉄イオンを添加すると(3)+(4)+(1)や(5)+(4)+(1)が促進される。この場合，(5)+(4)+(1)による化学量論比の低下が起こるものの，鉄のUV吸収によるUVエネルギーの有効利用率の向上が化学量論比低下効果を相殺し，促進効果をもたらしたと考えられた。