微粒子懸濁水溶液へのγ線照射効果の研究

γ射线辐照对细颗粒水悬浮液影响的研究

• 批准号: 00J01873
• 负责人: 清野 智史
• 金额: $ 1.86万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J01873/
• 关键词: 超微粒子; γ線; チタニア; アルミナ; 水素ガス; フェノール

TiO_2やAl_2O_3ナノ粒子の懸濁した水溶液にγ線を照射すると純水の放射線分解で発生するよりも多量の水素ガスが発生する現象について、水素発生が促進されるメカニズムについて検討した。水素発生メカニズムは、水の放射線分解により生成する活性種がナノ粒子表面において反応する過程と、ナノ粒子中に生成する電子正孔対の酸化還元反応による過程からなり、前者がより支配的であることが示唆された。また現在得られている水素ガスの製造効率について、太陽光を利用した光触媒反応による手法との比較した。1時間あたりの水素発生効率は太陽光エネルギーを利用した光触媒反応による手法の方が高いことが分かった。しかし1日あたりに換算すると、γ線エネルギーの利用では日照時間や天候に依存しないため、水素発生効率はγ線を利用した方が高くなる。γ線エネルギーとナノ粒子材料を利用した水素ガスの製造は、将来的な実用化の可能性を秘めているといえる。フェノール水溶液のγ線照射による無機化に及ぼす、TiO_2及びAl_2O_3ナノ粒子の添加効果についても調べた。残留フェノール濃度は懸濁ナノ粒子の有無によらずほぼ同じであったが、残留有機炭素濃度はナノ粒子の存在下で減少した。照射後、液相中にフェノールにOH基が付加した化合物が生成することを確認しており、TOC濃度の現象はこれらの付加化合物がナノ粒子表面に吸着したことが主な原因である。しかし、ナノ粒子を懸濁させてγ線を照射したフェノール水溶液と照射後にナノ粒子を加えたフェノール水溶液を比較すると、前者の方がより効率的に有機炭素を除去できていることが分かった。従って、ナノ粒子はフェノールの無機化反応に寄与していることが確認された。有害有機物質の放射線分解において、ナノ粒子を懸濁させることで水溶液中の環境汚染物質を選択的にかつ効率的に除去できる可能性が示唆された。

在TIO_2和Al_2O_3纳米粒子上，研究γ射线在γ射线上辐射的现象中，研究了氢产生的机制，其氢气比纯净水的放射性辐射产生的氢气更大。氢产生机制由一个过程组成，在该过程中，通过在纳米颗粒表面进行辐射的水反应产生的活性物质以及在纳米颗粒中产生的电子孔对的氧化还原反应的过程，这表明前者更为主导。此外，将氢气的当前生产效率与使用阳光的光催化反应的方法进行了比较。已经发现，使用太阳能使用光催化反应，每小时氢的产生较高。但是，当将其转换为每天的情况下，伽马射线的能量并不取决于白天或天气的时间，因此使用伽马射线，氢的产生效率更高。可以说，使用γ射线能量和纳米粒子材料生产氢气，将来有可能将其用于实际用途。还研究了添加TIO_2和Al_2O_3纳米颗粒对通过伽马辐照苯酚水溶液矿化的影响。在有或不存在悬浮的纳米颗粒的情况下，残留的苯酚浓度几乎相同，但是在存在纳米颗粒的情况下，残留的有机碳浓度降低。已经证实，辐照后在液相中形成了添加到苯酚的OH基团的化合物，TOC浓度的现象主要是由于这些加合物在纳米颗粒表面上的吸附。然而，当比较碳溶液的水溶液溶液中，纳米颗粒被悬浮并用γ射线和苯酚溶液辐射，在辐照后添加纳米颗粒时，发现前者能够更有效地去除有机碳。因此，已经证实，纳米颗粒有助于苯酚的矿化反应。已经提出，通过将纳米颗粒悬浮在有害有机材料的放射分解中，可以选择性和有效地消除水溶液中的环境污染物。

项目成果

清野 智史: "微粒子懸濁水溶液系の放射線照射効果の研究(VI)"大阪大学産業科学研究所 付属放射線実験所 平成14年度共同利用報告書. (予定). (2003)

Satoshi Kiyono：“放射线照射对水性微粒悬浮体系的影响的研究（VI）”大阪大学科学研究所附属放射线实验室联合使用报告2002（计划）（2003年）。

Satoshi Seino: "Gamma-ray irradiation effect on aqueous phenol solutions dispersing TiO_2 or Al_2O_3 nanoparticles"Reviews on Advanced Materials Science. (in press). (2002)

Satoshi Seino：“伽玛射线照射对分散TiO_2或Al_2O_3纳米颗粒的苯酚水溶液的影响”《先进材料科学评论》。

Norihisa Chitose: "Radiolysis of aqueous phenol solutions with nanoparticles. 1. Phenol degradation and TOC removal in the solutions containing TiO_2 induced by γ-ray and electron beams"Chemsopher. 50. 1007-1013 (2003)

Norihisa Chitose：“纳米粒子对苯酚水溶液的辐射分解。1. γ 射线和电子束诱导的含 TiO_2 溶液中的苯酚降解和 TOC 去除”Chemsopher。50。1007-1013 (2003)

清野 智史: "ナノ粒子懸濁水へのγ線照射による水素ガス発生の効率"日本原子力学会 2003年春の年会. (予定). (2003)

Satoshi Seino：“纳米粒子悬浮水的γ射线照射的氢气生成效率”日本原子能学会2003年春季年会（计划）（2003年）。

Satoshi Seino: "Gamma-ray radiolysis of aqueous phenol solutions dispersing titania or alumina nanoparticles"Proceedings of the 6th International Conference on Nanostructured Materials. (in press). (2002)

Satoshi Seino：“分散二氧化钛或氧化铝纳米颗粒的苯酚水溶液的伽马射线辐射分解”第六届国际纳米结构材料会议论文集。