革新的ヒ素処理技術の確立に向けたスコロダイト結晶化機構の解明

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酸化鉄（III）を用いたスコロダイト合成法では、溶液や前駆体、スコロダイト結晶間においてFe(II)とFe(III)の電子交換（RedOx反応）が進行しており、そのため生成するスコロダイト結晶中のFe(III)はヘマタイト由来だけではなく、その一部は溶液中のFe(II)由来となると考えられる。研究代表者らはFe(II)の一部をトレーサーである安定同位体鉄（54Fe）に置き換えて合成実験を行うことにより、スコロダイト結晶を構成するFe(III)の由来を定量的に評価することに成功している。本年度は、さらに、溶液のFe(II)濃度や温度、pHを変えて安定同位体鉄を添加したスコロダイト合成実験を行った。その結果、スコロダイト結晶を構成するFe(III)の約90%以上（最適条件下）が溶液中のFe(II)由来であり、ゲル状前駆体が残存する場合は溶液Fe(II)由来の比率が低下することが推測された。また、溶液中Fe(II)濃度が低い場合、スコロダイト結晶の溶液Fe(II)由来の比率も低下するが、これは過小評価の可能もあるのでさらに検討が必要であること、さらには溶液pHはスコロダイト結晶中の溶液Fe(II)由来の比率に影響を及ぼさないことが確認された。また、本合成法における溶液と固体酸化鉄（III）表面間で進行する鉄の酸化還元（RedOx）反応に関して、電気化学的手法による解析も行なった。本年度は、湿式法によりPt基板上にヘマタイト薄膜を形成した電極を作製することが可能となり、電極の自然浸漬電位と分極挙動を調査することで、カソード反応として酸化鉄（III）薄膜電極の還元反応が進行すること、ならびにアノード反応として溶液中Fe(II)の酸化によりスコロダイト結晶が生成することを確認した。さらに、反応パラメータとして溶液温度の影響について調査し、温度が高いほど反応速度が向上することが電気化学的測定により明らかとなった。