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。

使用纤维素纳米纤维和柠檬酸作为凝胶原材料，研究光催化凝胶的合成，并作为光催化粉末作为凝胶原材料（<100 nm）。使用2 wt。％CMCF，WO3粉末显示出良好的分散体。当达到约0.5 wt％的量时，WO3粉末会沉降，并且光催化剂不能分散在整个凝胶中。据建议，由于触变镜，需要维持高度分散的粉末状态的CMCF浓度为1 wt。％或更高。此外，当CMCF浓度达到约5 wt％时，粘度很高，因此很难均匀地分散光催化剂粉末。因此，当前的最佳CMCF浓度为2 wt。％。关于光催化凝胶的内部网络结构，已经揭示了凝胶形状（例如海绵状或分层）可以通过CMCF凝胶与光催化粉末混合的冻结方法来控制。无论哪种情况，可见光都会传递到光催化凝胶的底部，约1.5 cm厚。这是由于CMCF凝胶在其含水状态下变成半透明的事实，这表明受支持的光催化剂粉末可以有效吸收光。通过吸附和分解Ingocarmine溶液评估了制备的含WO3光催化凝胶的性能。在pH 2或pH 5处确认了对凝胶和WO3粉末的吸附。通过通过光催化凝胶内部的Indigocarmine溶液进行光催化反应，从而实现了高效的光催化反应。特别是，在pH 2条件下，光催化凝胶比WO3粉末的悬浮状态表现出更好的分辨率。这被认为是因为将WO3颗粒保留在凝胶中，因此甚至在等电点附近也没有凝聚（pH 2）。