Development of an electrochemical photo-Fenton-type advanced oxidation process without reactant addition

无需添加反应物的电化学光芬顿型高级氧化工艺的开发

• 批准号: 21K04322
• 负责人: 岸本 直之
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Ryukoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04322/
• 关键词: 促進酸化処理; Fenton法; 電解処理; UV処理; 電解法; 光化学反応

令和4年度は，電解photo-Fenton型処理法に及ぼす鉄イオン濃度，電流密度の影響を詳細に調査し，影響発現メカニズムを検討した。実験の結果，電流密度が高い条件では鉄イオンの添加は処理効果に負の影響を与え，逆に電流密度が低い条件では鉄イオンの添加は処理効果に正の影響を与えることが明らかとなった。本処理法の反応性ラジカルの生成プロセスは「(1)Fenton型反応」「(2)遊離塩素のUV分解反応」「(3)鉄(Ⅲ)イオンの光還元反応」から成る。加えて「(4)遊離塩素の電解生成反応」「(5)鉄(Ⅲ)イオンの電解還元反応」が付随して起こる。上記のメカニズムに基づき，反応経路毎に電解電流（電子数）あたりのラジカル生成量の化学量論比（モル比）を評価した結果，(3)+(4)+(1)で1，(5)+(4)+(1)で0.5，(4)+(2)で1と評価され，(5)+(4)+(1)の反応系（いわゆる電解Fenton型反応）の貢献度がプロセスの有効性に関係していると考えられた。鉄化学種の吸光係数を測定し，検討した結果，電流密度が大きい場合，(4)が促進されて遊離塩素濃度が高まり(4)+(2)が促進されるが，鉄イオン添加時は鉄イオンの強いUV吸収により(4)+(2)が阻害され，逆に(3)+(4)+(1)や(5)+(4)+(1)が促進されて処理性能の低下をもたらすと評価された。一方，電流密度が小さい場合，(4)が抑制されて遊離塩素濃度が低くなる。結果として，鉄イオン添加がない場合はUVエネルギーが過剰となる。一方，鉄イオンを添加すると(3)+(4)+(1)や(5)+(4)+(1)が促進される。この場合，(5)+(4)+(1)による化学量論比の低下が起こるものの，鉄のUV吸収によるUVエネルギーの有効利用率の向上が化学量論比低下効果を相殺し，促進効果をもたらしたと考えられた。

在第4财政年度，对铁离子浓度和与电解光芬顿型治疗方法相关的电流密度的影响进行了详细研究，并检查了造影机制。由于实验的结果，很明显，在高电流密度的条件下，铁离子的添加​​对处理效果具有负面影响，并且在低电流密度下，添加铁离子对加工效应具有积极作用。该处理方法的反应性自由基生成过程由“（1）Fenton -type反应”，（2）游离氯的UV分解”，“（3）铁（3）铁（ⅲ）电离光保留反应”。另外，“（4）游离氯的电解反应”和“（5）铁（5）铁（5）离子“电解还原反应”。基于上述机制，由于评估了每种反应途径的每一个电解电流（电子数）的化学比（摩尔比）的结果，（3）+（4）+（1）1，（ 1）。5）+（4）+（1），0.5，（4）+（2），1和1 ）被认为与该过程的有效性有关。由于电流密度高，（4）促进了铁化学物种的吸收系数，并促进了自由氯的浓度（4）+（2），但在铁离子（4） ）+（2）被铁离子的强紫外线吸收抑制，相反（3）+（4）+（1）和（5）+（4）+（1）被提升以促进加工性能进行评估以减少。另一方面，当电流密度很小时，（4）被抑制，游离氯浓度较低。结果，如果没有添加铁离子，则紫外线能量过大。另一方面，如果添加了铁离子，则促进（3）+（4）+（1）和（5）+（4）+（1）。在这种情况下，尽管由于（5）+（4）+（1）而降低了化学理论比率，但通过吸收铁的提高了紫外线能量利用率，并促进了化学比的降低有效。

项目成果

電解次亜塩素酸/UV処理における鉄塩添加効果

电解次氯酸/紫外线处理中添加铁盐的效果

• 发表时间: 2022
• 作者: Watanabe;K;Yang;L.;Nakamura;S.;Otani;T.;Mori;K.;岸本直之，中村健二郎
• 通讯作者: 岸本直之，中村健二郎