親水性ゲルの内部ネットワークを反応場とする新規光触媒材料の開発

利用亲水凝胶内部网络作为反应场开发新型光催化材料

基本信息

批准号：
22K05205
负责人：
杉田剛
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Japan Atomic Energy Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05205/
关键词：
光触媒親水性ゲル水浄化光触媒材料

项目摘要

光触媒ゲルの合成について、セルロースナノファイバーとクエン酸をゲル原料として、光触媒粉末として市販のWO3 (< 100 nm)を用いて検討した。2 wt.%のCMCFを用いることで、WO3粉末は良好な分散を示した。0.5 wt.%程度になるとWO3粉末が沈降してしまい、ゲル全体に光触媒を分散させることができなかった。チクソトロピーによる粉末の高分散状態を保持するためには、1 wt.%以上のCMCF濃度が必要であることが示唆された。また、CMCF濃度が5 wt.%程度になると粘度が高く、光触媒粉末を均一に分散させることが困難であった。よって、現状の最適CMCF濃度は2 wt.%とした。光触媒ゲルの内部ネットワーク構造については、光触媒粉末を混合したCMCFゲルの凍結方法によって、スポンジ状や層状といったゲル形状の制御が可能であることが明らかとなった。どちらの構造をとった場合でも、厚さ約1.5 cmの光触媒ゲルの底面まで可視光が透過した。これは、CMCFゲルが含水状態で半透明になることに起因しており、担持した光触媒粉末が効率良く光を吸収できることを示唆している。作成したWO3含有光触媒ゲルの性能評価を、インジゴカルミン溶液の吸着分解を通して行った。pH 2及び5どちらにおいてもインジゴカルミンのゲル及びWO3粉末への吸着は確認されなかった。インジゴカルミン溶液が光触媒ゲル内部を通水する形で光触媒反応させることで、高効率な光触媒反応が可能であった。特に、pH 2の条件では、光触媒ゲルはWO3粉末の懸濁状態よりも優れた分解能を示した。これは、WO3粒子がゲルに保持されることにより、等電点(pH 2)付近でも凝集しなかったためと考えられる。

以纤维素纳米纤维和柠檬酸为凝胶原料，以市售WO3（<100 nm）为光催化粉末，研究了光催化凝胶的合成。通过使用 2 wt.% CMCF，WO3 粉末表现出良好的分散性。当 WO3 粉末含量约为 0.5 wt.% 时，它会沉降，从而无法将光催化剂分散到整个凝胶中。有人建议，由于触变性，需要 1 wt.% 或更高的 CMCF 浓度才能保持粉末的高度分散状态。此外，当CMCF浓度为约5重量％时，粘度高，使得难以均匀分散光催化剂粉末。因此，当前最佳CMCF浓度设定为2 wt.%。关于光催化凝胶的内部网络结构，研究表明，可以通过冷冻与光催化粉末混合的CMCF凝胶的方法来控制凝胶形状，例如海绵状或层状。在任一结构中，可见光都传输到约 1.5 厘米厚的光催化凝胶的底部。这是因为 CMCF 凝胶在含水时会变成半透明，这表明负载的光催化剂粉末可以有效地吸收光。通过靛蓝胭脂红溶液的吸附和分解来评价所制备的含WO3光催化凝胶的性能。在 pH 2 或 5 下，凝胶或 WO3 粉末均未吸附靛蓝胭脂红。通过让靛蓝胭脂红溶液通过光催化凝胶，可以实现高效的光催化反应。特别是在pH 2条件下，光催化凝胶比悬浮状态的WO3粉末表现出更好的分辨率。这被认为是因为WO3颗粒被保留在凝胶中并且即使在等电点(pH 2)附近也不会聚集。