有機性廃水処理のための微生物燃料電池に適する低廉で高性能なエアカソードの創製

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前年度に最も高いORR活性が得られた原料の組み合わせ（鉄（II）フタロシアニン、尿素および活性炭）に対し、原料の配合比率、原料の分散・混合方法ならびに活性炭添加のタイミング等の因子をそれぞれ広範に変更した試料を調製してそれらのORR活性を調べ、各因子が及ぼす影響に合わせて前年度に比べて約3.4倍の性能を有する試料の調製条件を見出した。上記とは別に、フェロシアン化物、イミダゾールおよび活性炭を原料として高いORR活性を有する熱処理生成物を得た。また、配合率や分散・混合方法と得られた試料のORR活性との関係に加えて、試料表面に存在するほとんどの鉄がFe-Nx構造を有し、窒素はピリジン型の割合が高いことを示す結果が得られ、最適調製条件に関するさらなる検討の余地は残されているものの、より廉価な原料から高活性触媒を作製する可能性が示唆された。エアカソードの触媒層を構成するバインダーの候補として、4種類のフッ素樹脂またはシリコーンを選んで、触媒インクを作製する過程での作業性、電極表面への保持性およびリニアスィープボルタンメントリー（LSV）によるORR活性に基づいた簡易スクリーニングによる各素材の適性の把握を試み、素材ごとに添加率が及ぼす影響が大きく異なることに加え、対照系となるナフィオンを使用したインクの場合と見かけ上遜色のない性能が得られる素材とその配合条件を実験的に明らかにした。エアカソード、フェルト状炭素製のアノードおよびセパレータとなる多孔性PVAシートで構成される一体化電極モジュールを試作し、模擬有機性廃水へ浸漬して有機物分解除去に伴い発電することや予め硝化細菌生物膜をセパレータに形成させておくと窒素処理も可能であることを実証した。また、電極モジュールの酸素透過能やセパレータの性状が重要な因子であることがわかった。