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

开发利用新型C3N5型光催化剂同时产生氢气的废水氧化处理技术

基本信息

批准号：
20F20342
负责人：
藤井学
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-11-13 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20F20342/
关键词：
窒化炭素光触媒 g-C3N5 促進酸化処理新興汚染物質水素ガス

项目摘要

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。

本研究旨在合成一种新型C3N5型光催化剂，并应用于废水处理，实现污染物分解和氢气产生。在研究的最后一年，除了法匹拉韦（一种针对 COVID-19 患者的治疗药物，这是去年针对的一种新兴污染物）之外，我们还重点关注了环丙沙星（一种抗生素）以及用于塑料的制造过程等。还对双酚物质进行了可见光照射的分解试验。此外，作为一种新型C3N5型光催化剂，我们使用了Bi4O5Br2和SiC与g-C3N5键合的复合材料。结果，与仅添加g-C3N5或Bi4O5Br2的系统相比，使用gC3N5/Bi4O5Br2复合物作为光催化剂的系统具有最高的去除效率，超过90%。另一方面，由于在碱性pH下污染物的分解效率降低，因此证实在中性至酸性范围内使用是有效的。此外，污染物的分解机制受到苯醌和三乙醇胺等自由基清除剂的影响，表明超氧自由基和羟基自由基是主要的分解自由基，与法匹拉韦类似。除此之外，还对SiC/g-C3N5复合材料样品、单独的SiC和单独的g-C3N5进行了氢气产生测试。 SiC/g-C3N5复合材料的产氢能力比单独的SiC或单独的g-C3N5高出三倍以上。即使在多次使用后，该复合材料的氢气产量也没有减少，表明其稳定性和可重复使用性。如上所述，本研究表明，与g-C3N5的键合导致带隙减小和复合率降低，并且在复合光催化剂中观察到高污染物分解能力和氢气产生能力。