Development of anion exchanger containing gold nanoparticles to enable rapid purification of groundwater contaminated with nitrate

点击翻译按钮获取中文摘要

Auナノ粒子を導入したアニオン交換樹脂（Au-AER）にイオン交換反応によってNO3-を取り込み、さらに水素と接触させることでAu-AERの中でNO3-が還元分解されることを報告している。しかし、NO3-の分解率が低いという問題があった。そこで本年度は、NO3-の還元分解条件（温度と時間）を検討し、NO3-分解率の向上を目指した。反応温度の上昇に伴ってNO3-分解率は上昇し、80℃で最大となった。それ以上では逆にNO3-分解率が低下した。高温ではAu-AERの含水量が低下し、それによってAu-AER中でのNO3-の拡散が抑制され、反応が進まなくなったと考えた。反応温度を80℃に固定して反応時間の影響を調べたところ、5時間の反応時間で十分であることが確かめられた。このように反応条件の最適化によってNO3-分解率を向上させることに成功した。さらにNO3-分解率を向上させるために、AuCl4-を還元してAER中にAuナノ粒子を発生させる条件を検討した。通常、イオン交換反応によってAuCl4-をAERに導入した後に、水素気流中で加熱してAuCl4-を還元しているが、驚くべきことにこのような還元処理がなくてもAuナノ粒子が発生していた。AERのアニオン交換サイトはOH基を有しており、これが還元剤となってAuCl4-を還元していることが確かめられた。水素中での加熱処理が不要であることは、触媒調製上の大きなメリットとなる。続いて、NO3-に対するAu-AERのイオン交換特性を詳細に調べた。予想に反してAuの導入によって最大イオン交換容量が約20%増加した。また、このときNO3-に対する親和性（吸着力）は逆に30%程度低下した。これらのことは、Au-AERではAERが元来有するアニオン交換サイトに加えてAuナノ粒子の表面もNO3-の吸着サイトとして機能することを示唆する。