新規C3N5型光触媒を用いた水素ガス同時生成を可能とする排水酸化処理技術の開発

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本研究では、新規C3N5型光触媒の合成とともに、排水処理への適用を通した汚濁物質の分解や水素ガス生成の実現を目的としている。研究最終年度では、前年度に対象とした新興汚染物質であるCOVID-19患者に対する治療薬のファビピラビル以外にも、抗生物質の一種であるシプロフロキサシンやプラスチック等の製造過程で使用される化学物質であるビスフェノールも対象として、可視光照射による分解試験を実施した。また、新規C3N5型光触媒としては、Bi4O5Br2やSiCをg-C3N5に接合した複合材料を使用した。その結果、光触媒としてgC3N5/Bi4O5Br2複合材を用いた系では、g-C3N5単体もしくはBi4O5Br2単体を添加した系と比較して、除去効率が最も高く、90%以上の性能を示した。一方で、アルカリ性pHにおいて汚染物質の分解効率が低下することから、中性から酸性領域での使用が有効であることが確認された。また、汚染物の分解機構として、ベンゾキノンやトリエタノールアミンなどのラジカル捕捉剤による影響を受けたことから、ファビピラビルと同様にスーパーオキシドやヒドロキシラジカルが主要な分解ラジカルとして作用することが示唆された。以上に加え、SiC/g-C3N5複合材試料、SiC単体、g-C3N5単体を対象とした水素ガス生成試験を実施した。SiC/g-C3N5複合材では、SiC単体、g-C3N5単体と比較して３倍以上もの高い水素生成能を示した。当該複合材は、複数サイクル使用後においても水素生成量に減少が見られなかったことから、安定性や再利用可能性があることが示唆された。以上、本研究よりg-C3N5との接合によりバンドギャップの低下や再結合率の低下が生じ、複合光触媒にて高い汚染物質分解能ならびに水素ガス生成能が観察されたと考えられる。