メカノ殺菌効果を付与した光触媒材料の合成及びその水中細菌処理機構解明

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アラゴナイトナノニードルの安定した固定化技術の開発、並びにアラゴナイトナノニードルの最適化を図るためのモデルニードル構造体の合成を水熱合成法により行った。アラゴナイトナノニードルのTiO2セラミック上における合成技術に関しては、重炭酸マグネシウムと硫酸カルシウムの混合溶液にギ酸カルシウムを添加することで、24時間以内に光触媒反応でTiO2表面を完全被覆するナノニードル成長に成功した。また、結晶成長のためにはニードル先端への原料供給のために流水が必ず必要であることが分かった。この系では、重炭酸イオン濃度がアラゴナイトナノニードル成長に大きな影響を与えることを見いだし、出発養液中の重炭酸イオン濃度がカルシウムイオン濃度に近いとアラゴナイトではなくカルサイトになることが分かった。一方、アラゴナイトとして成長したナノニードルも以前に硬水を原料として合成したナノニードルより短いものとなることが分かった。このナノニードルの系にモデル細菌を通すと、確かに水中細菌数は激減するが、メカノ殺菌能よりむしろ細菌キャプチャー能がより高く発揮されていることを共焦点顕微鏡、SEM観察、並びにPCRを用いた分析から発見した。すなわち、通水環境において水中細菌はアラゴナイトナノニードルに容易に絡め取られるが、細胞壁の破砕はあまり起きておらず、そのために原形質の水中への溶出があまり起きていないことがPCRの分析結果から明らかとなった。ナノニードルの長さや集積密度とメカノ殺菌能との相関性を調べるため、モデルニードルとしてTiO2ルチルナノニードルを水熱合成法によりTiO2被覆シリカゲル表面などに固定化する方法を検討した。その結果、水熱合成時の塩酸濃度の制御によりニードル密度のコントロールが可能なことを見いだした。また、メカノ殺菌能は基材に使用したTiO2光触媒による殺菌能より1.5倍高くなることを確認した。