新規窒素ドープ炭素材料を活用した新興汚染物質の促進酸化処理技術の開発

新型氮掺杂碳材料加速氧化处理新兴污染物技术开发

• 批准号: 21F20044
• 负责人: 藤井 学
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21F20044/
• 关键词: 新興汚染物質; 炭素材; バイオマス; グラフェン; 吸着処理; 促進的酸化処理

本研究では、新規炭素材の合成とそれを活用した新興汚染物質の促進酸化処理技術の開発に主眼を置いている。前年度の研究では、木材加工産業における廃棄物であるクラフトリグニンを主材料とし、触媒存在下での熱分解処理等を経て多孔性炭素質材料の合成を行った。研究２年目では、カーボンフォームなどの新たな多孔性炭素材の開発を行うとともに、実環境への適用を見据えた反応槽の設計や実用化において重要とされる資源・エネルギー効率の良い促進酸化処理技術の開発を行った。例えば、従来より開発されてきた促進酸化処理のフェントン法は、鉄イオンの沈殿により汚泥が大量に発生してしまうことや、反応に必要な過酸化水素などの試薬を添加しなければならないという欠点があった。そこで、上記で開発した炭素材を陰極として使用し、電気化学反応とフェントン反応を融合した電気フェントン反応の開発を行った。さらに、実用化に向けて本手法をスケールアップすることを見据え、効率的な電子移動を可能とするスイスロール電極やスムーズな酸素供給を可能とする多孔質アルミナ板を活用することにより円筒型の電気フェントン反応器を新たに作製した。新興汚染物質（カルボフラン）を用いて、除去性能を検討した結果、電極距離の短い反応槽（SR1）が最も効果的であり、陰極における電気フェントン反応ならびに陽極での酸化反応により、新興汚染物質の除去が比較的短時間で達成されることが明らかとなった。また、実環境への適用という観点から水質（pHや天然有機物）が汚染物質分解に及ぼす影響についても検討された。例えば、pHの影響に関して、酸性域においては効率的除去が達成されたものの、中性pHにおいては分解効率の低下が見られたことから、中性pHにおける本技術の活用にはラジカル生成などを維持可能な補助剤の開発など更なる検討が重要であることが示された。

This study focuses on the synthesis and utilization of new carbon materials and the development of acidification treatment technology for emerging pollutants. In the past year, the research on synthesis of porous carbon quality materials in wood processing industry has been carried out. 2 years of research on the development of new porous carbon materials, the application of environmental protection, the design and application of reaction tanks, the importance of resources, the efficiency of production and the development of acidification treatment technology. For example, if the sludge is produced in large quantities, it is necessary to add acidified water to the sludge. In addition, the development of carbon materials in the cathode and the use of electrochemical reaction and reaction In this way, the efficiency of the electron movement can be improved. The results of the evaluation of the removal performance of emerging pollutants, the shortest electrode distance and the most effective reaction tank (SR1), the cathode and the anode of the acidification reaction, and the removal of emerging pollutants in a relatively short time. Water quality (pH, natural organic matter), decomposition of pollutants and their impact on the environment are discussed. For example, the effect of pH on the decomposition efficiency of the acid domain is achieved, and the decomposition efficiency of the neutral pH domain is reduced.

项目成果

Swiss-roll electrodes for efficient degradation of carbofuran by electrochemical advanced oxidation processes

通过电化学高级氧化工艺有效降解克百威的瑞士卷电极

• DOI: 10.1016/j.jece.2022.108801
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Environmental Chemical Engineering
• 影响因子: 7.7
• 作者: Zhang Bei;Hiramatsu Toshiya;Hamano Shinji;Fujii Manabu;Alalm Mohamed Gar;Yoshikawa Shiro;Matsumoto Hideyuki;Ookawara Shinichi
• 通讯作者: Ookawara Shinichi

Kraft lignin-derived carbon cathode for electro-Fenton degradation of emerging contaminants

用于新污染物电芬顿降解的硫酸盐木质素衍生碳阴极

• 发表时间: 2022
• 作者: Bei Zhang;Manabu Fujii
• 通讯作者: Manabu Fujii