JP7228232B2 - Heterogeneous Fenton reaction catalyst - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 (1)ウェブサイトの掲載日 2018年3月6日 ウェブサイトのアドレス http://www.csj.jp/nenkai/98haru/index.html https://nenkai.csj.jp/Proceeding/index/year/2018 (2)発行日 2018年3月6日 刊行物 日本化学会 第98春季年会(2018)講演予稿集(DVD・USB) (3)ウェブサイトの掲載日 2018年3月13日 ウェブサイトのアドレス http://www.csj.jp/nenkai/98haru/index.html https://itunes.apple.com/jp/app/id1354316374(App Store) https://play.google.com/store/apps/details?id=jp.atlas.procguide.csj98th(Google Play) (4)開催日 2018年3月20日から2018年3月23日 集会名、開催場所 日本化学会 第98春季年会(2018) 日本大学理工学部 船橋キャンパス(千葉県船橋市習志野台7-24-1) (5)ウェブサイトの掲載日 2018年5月21日 ウェブサイトのアドレス http://jaci-gsc.com/7th/ (6)発行日 2018年6月14日 刊行物 第7回JACI/GSCシンポジウム 予稿集 (7)開催日 2018年6月14日から2018年6月15日 集会名、開催場所 第7回JACI/GSCシンポジウム ANAクラウンプラザホテル神戸(神戸市中央区北野町1丁目) (8)発行日 2018年5月1日 刊行物 2018 International Symposium on Engineering and Applied Science Conference Proceedings August 7-9,2018 Guam,USA (9)発行日 2018年6月1日 刊行物 2018 International Symposium on Engineering and Applied Science Conference Proceedings August 7-9,2018 Guam,USAApplication of
特許法第30条第2項適用 (10)発行日 2018年7月1日 刊行物 2018 International Symposium on Engineering and Applied Science Conference Proceedings August 7-9,2018 Guam,USA (11)発行日 2018年8月1日刊行物 2018 International Symposium on Engineering and Applied Science Conference Proceedings August 7-9,2018 Guam,USA (12)開催日 2018年8月7日から2018年8月9日 集会名、開催場所 2018 International Symposium on Engineering and Applied Science ハイアットリージェンシーグアム(アメリカ合衆国 グアム タモン サンビトレスロード 1155) (13)ウェブサイトの掲載日 2018年9月19日 ウェブサイトのアドレス http://www.shokubai.org/122/index.html (14)発行日 2018年9月19日 刊行物 第122回触媒討論会予稿集 (15)開催日 2018年9月26日から2018年9月28日 集会名、開催場所 第122回触媒討論会 北海道教育大学函館校(北海道函館市八幡町1番2号) (16)発行日 2018年10月26日 刊行物 OKCAT2018(Osaka-Kansai International Symposium on Catalysis) 講演要旨集 (17)開催日 2018年10月26日から2018年10月27日 集会名、開催場所 OKCAT2018(Osaka-Kansai International Symposium on Catalysis) 関西大学 尚文館((大阪府吹田市山手町3-3-35))
本発明は、不均一系フェントン反応触媒等に関する。 The present invention relates to a heterogeneous Fenton reaction catalyst and the like.
過酸化水素を使用したフェントン反応は、水中有機汚染物質を分解無害化するクリーンな方法の一つである。鉄イオン(Fe2+、Fe3+)はフェントン反応のための触媒として広く知られており、これを使用することにより、以下の式で表されるように、強力な酸化力を有するヒドロキシルラジカル(・OH)生成することができる。
(1) Fe2++H2O2 → Fe3++・OH+OH-
(2) Fe3++H2O2 → Fe2++・O2
-+2H+ 。
The Fenton reaction using hydrogen peroxide is one of the cleanest ways to detoxify organic pollutants in water. Iron ions (Fe 2+ , Fe 3+ ) are widely known as catalysts for the Fenton reaction. (・OH) can be generated.
(1) Fe2 + + H2O2 → Fe3 + + OH + OH -
(2) Fe 3+ +H 2 O 2 →Fe 2+ +.O 2 − +2H + .
しかし、鉄イオンを水溶性物質(硫酸鉄等)として使用する均一系フェントン反応の報告例は多いものの、水溶性物質を使用しない不均一系フェントン反応の報告例は少ない。例えば、特許文献1には、ゼオライト等の無機担体に鉄等の金属が担持されてなる触媒を使用した、不均一系フェントン反応について記載されている。不均一系フェントン反応の方が、触媒を回収して再利用できることから、望ましいと考えられる。ただ、不均一系フェントン反応は効率が極めて低く、均一系フェントン反応に匹敵する効率の不均一系フェントン反応の報告例は無い。 However, although there are many reports of homogeneous Fenton reactions using iron ions as water-soluble substances (iron sulfate, etc.), there are few reports of heterogeneous Fenton reactions that do not use water-soluble substances. For example, Patent Document 1 describes a heterogeneous Fenton reaction using a catalyst in which a metal such as iron is supported on an inorganic carrier such as zeolite. The heterogeneous Fenton reaction is considered more desirable because the catalyst can be recovered and reused. However, the efficiency of the heterogeneous Fenton reaction is extremely low, and there is no report of a heterogeneous Fenton reaction with an efficiency comparable to that of the homogeneous Fenton reaction.
本発明は、不均一系フェントン反応触媒を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a heterogeneous Fenton reaction catalyst.
本発明者は上記課題に鑑みて鋭意研究を進めた結果、2価鉄イオン、3価金属イオン、及びアニオンを含有する層状複水酸化物並びに/又は該層状複水酸化物構造が崩壊後に得られる非晶質な複合水酸化物が不均一系フェントン反応触媒として有用であることを見出した。さらに、該層状複水酸化物の好ましい形態であれば、均一系フェントン反応に匹敵する或いはそれを上回る効率の不均一系フェントン反応が可能であることを見出した。 As a result of intensive research in view of the above problems, the present inventors obtained a layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions and/or the layered double hydroxide structure after collapse. It has been found that the amorphous composite hydroxide obtained is useful as a heterogeneous Fenton reaction catalyst. Furthermore, it has been found that the preferred form of the layered double hydroxide enables a heterogeneous Fenton reaction with an efficiency comparable to or exceeding that of the homogeneous Fenton reaction.
即ち、本発明は、下記の態様を包含する。 That is, the present invention includes the following aspects.
項1. 2価鉄イオン、3価金属イオン、及びアニオンを含有する層状複水酸化物並びに/又は非晶質な複合水酸化物を含む、不均一系フェントン反応触媒。 Section 1. A heterogeneous Fenton reaction catalyst comprising a layered double hydroxide and/or an amorphous composite hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions and anions.
項2. 前記3価金属イオンが鉄イオン以外の3価金属イオンである、項1に記載の不均一系フェントン反応触媒。 Section 2. Item 2. The heterogeneous Fenton reaction catalyst according to Item 1, wherein the trivalent metal ion is a trivalent metal ion other than iron ion.
項3. 前記3価金属イオンが3価アルミニウムイオン、3価バナジウムイオン、及び3価セリウムイオンからなる群より選択される少なくとも1種である、項1又は2に記載の不均一系フェントン反応触媒。 Item 3. Item 3. The heterogeneous Fenton reaction catalyst according to Item 1 or 2, wherein the trivalent metal ion is at least one selected from the group consisting of trivalent aluminum ions, trivalent vanadium ions, and trivalent cerium ions.
項4. 前記3価金属イオンが3価アルミニウムイオンである、項1~3のいずれかに記載の不均一系フェントン反応触媒。 Section 4. Item 4. The heterogeneous Fenton reaction catalyst according to any one of Items 1 to 3, wherein the trivalent metal ion is a trivalent aluminum ion.
項5. 前記アニオンが強酸のアニオンである、項1~4のいずれかに記載の不均一系フェントン反応触媒。
項6. 前記アニオンが硫酸イオン、硝酸イオン、及びハロゲンイオンからなる群より選択される少なくとも1種である、項1~5のいずれかに記載の不均一系フェントン反応触媒。 Item 6. Item 6. The heterogeneous Fenton reaction catalyst according to any one of Items 1 to 5, wherein the anion is at least one selected from the group consisting of sulfate ions, nitrate ions, and halogen ions.
項7. 前記層状複水酸化物並びに/又は非晶質な複合水酸化物における前記2価鉄イオンと前記3価金属イオンとのモル比(2価鉄イオン:3価金属イオン)が2:1~4:1である、項1~6のいずれかに記載の不均一系フェントン反応触媒。
項8. 2価鉄イオンとアニオンとの塩、及び3価金属イオンとアニオンとの塩を含有する水溶液を水熱処理することを含む、項1~7のいずれかに記載の不均一系フェントン反応触媒を製造する方法。
項9. 項1~7のいずれかに記載の不均一系フェントン反応触媒と過酸化水素とを接触させることを含む、ラジカル生成方法。
Item 9.
項10. 項1~7のいずれかに記載の不均一系フェントン反応触媒と過酸化水素とを接触させてラジカルを生成すること、及び
前記ラジカルと有機物とを接触させること、
を含む、有機物分解方法。
A method for decomposing organic matter, comprising:
本発明によれば、不均一系フェントン反応触媒を提供することができる。また、好ましい形態においては、均一系フェントン反応に匹敵する或いはそれを上回る効率の不均一フェントン反応が可能な触媒を提供することができる。 According to the present invention, a heterogeneous Fenton reaction catalyst can be provided. Also, in a preferred form, it is possible to provide a catalyst capable of a heterogeneous Fenton reaction with an efficiency comparable to or exceeding that of the homogeneous Fenton reaction.
本発明によれば、不均一系フェントン反応触媒を利用した、ラジカル生成方法、有機物分解方法等を提供することもできる。 According to the present invention, it is also possible to provide a method for generating radicals, a method for decomposing organic substances, etc., using a heterogeneous Fenton reaction catalyst.
本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。 As used herein, the expressions "contain" and "include" include the concepts "contain", "include", "consist essentially of" and "consist only of".
本明細書において、「並びに/又は」は、「並びに」と「又は」の両方を包含する用語である。すなわち、A並びに/又はBは、Aのみ、Bのみ、A並びにBの3つの意味を包含する。 As used herein, “and/or” is a term that includes both “and” and “or”. That is, A and/or B includes the three meanings of A only, B only, and A and B.
1.触媒
本発明は、その一態様において、2価鉄イオン、3価金属イオン、及びアニオンを含有する層状複水酸化物(本明細書において、「本発明の層状複水酸化物」と示すこともある。)並びに/又は非晶質な複合水酸化物を含む、不均一系フェントン反応触媒(本明細書において、「本発明の触媒」と示すこともある。)に関する。以下、これについて説明する。
1. In one aspect of the catalyst of the present invention, a layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions (also referred to herein as the "layered double hydroxide of the present invention") ) and/or a heterogeneous Fenton reaction catalyst (in this specification, sometimes referred to as "the catalyst of the present invention") containing an amorphous composite hydroxide. This will be explained below.
3価金属イオンは、2価鉄イオンと共に層状複水酸化物を構成し得るものである限り、特に制限されない。3価金属イオンとしては、例えば3価アルミニウムイオン、3価バナジウムイオン、3価セリウムイオン、3価ランタン等に代表される3価ランタノイドイオン、3価鉄イオン、3価クロムイオン、3価コバルトイオン、3価インジウムイオン、3価ガリウムイオン、3価スカンジウムイオン、3価イットリウムイオン、3価マンガン、3価ヒ素、3価モリブデン、3価ルテニウム、3価ロジウム、3価アンチモン、3価金、3価ビスマス等が挙げられる。これらの中でも、不均一系フェントン反応触媒としての活性の観点から、一態様においては、好ましくは鉄イオン以外の3価金属イオンが挙げられ、より好ましくは3価アルミニウムイオン、3価バナジウムイオン、3価ランタノイドイオン(好ましくは3価セリウムイオン)等が挙げられ、さらに好ましくは3価アルミニウムイオン、3価バナジウムイオン等が挙げられ、特に好ましくは3価アルミニウムイオンが挙げられる。また、同様の観点から、別の一態様においては、好ましくは3価アルミニウムイオン、3価ガリウムイオン、3価インジウムイオン等が挙げられ、特に好ましくは3価アルミニウムイオンが挙げられる。 The trivalent metal ion is not particularly limited as long as it can form a layered double hydroxide together with the divalent iron ion. Examples of trivalent metal ions include trivalent aluminum ions, trivalent vanadium ions, trivalent cerium ions, trivalent lanthanide ions represented by trivalent lanthanum, trivalent iron ions, trivalent chromium ions, and trivalent cobalt ions. , trivalent indium ion, trivalent gallium ion, trivalent scandium ion, trivalent yttrium ion, trivalent manganese, trivalent arsenic, trivalent molybdenum, trivalent ruthenium, trivalent rhodium, trivalent antimony, trivalent gold, 3 bismuth and the like. Among these, from the viewpoint of activity as a heterogeneous Fenton reaction catalyst, in one embodiment, trivalent metal ions other than iron ions are preferred, and more preferably trivalent aluminum ions, trivalent vanadium ions, trivalent vanadium ions, Examples include lanthanide ions (preferably trivalent cerium ions), more preferably trivalent aluminum ions and trivalent vanadium ions, and particularly preferably trivalent aluminum ions. From the same point of view, in another aspect, trivalent aluminum ions, trivalent gallium ions, trivalent indium ions, etc. are preferred, and trivalent aluminum ions are particularly preferred.
3価金属イオンは、1種単独であっても、2種以上の組合せであってもよい。 Trivalent metal ions may be used alone or in combination of two or more.
本発明の層状複水酸化物における2価鉄イオンと3価金属イオンとのモル比(2価鉄イオン:3価金属イオン)は、層状複水酸化物を形成可能なモル比である限り、特に制限されない。該モル比は、例えば2:1~4:1、好ましくは2:1~3:1である。2価鉄イオンに対する3価金属イオンのモル数が増えることにより、アニオンをより多く保持することができる。 The molar ratio of divalent iron ions and trivalent metal ions (divalent iron ions: trivalent metal ions) in the layered double hydroxide of the present invention is as long as it is a molar ratio capable of forming a layered double hydroxide. There are no particular restrictions. The molar ratio is for example 2:1 to 4:1, preferably 2:1 to 3:1. By increasing the number of moles of trivalent metal ions to divalent iron ions, more anions can be retained.
アニオンは、層状複水酸化物を構成し得るものである限り、特に制限されない。アニオンとしては、例えば硫酸イオン、硝酸イオン、ハロゲンイオン(フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン等(好ましくは塩素イオン))、塩素酸イオン、臭素酸イオン、ヨウ素酸イオン、過塩素酸イオン、過臭素酸イオン等の強酸のアニオン; 炭酸イオン、炭酸水素イオン、リン酸イオン、リン酸水素イオン、カルボン酸イオン(酢酸イオン等)等の弱酸のアニオン等が挙げられる。これらの中でも、不均一系フェントン反応触媒としての活性の観点から、好ましくは強酸のアニオンが挙げられ、中でも硫酸イオン、硝酸イオン、ハロゲンイオン(好ましくは塩素イオン)等がより好ましく、硫酸イオン、硝酸イオン等がさらに好ましく、硫酸イオンがよりさらに好ましい。 The anion is not particularly limited as long as it can form a layered double hydroxide. Examples of anions include sulfate ion, nitrate ion, halogen ion (fluoride ion, chloride ion, bromide ion, iodide ion, etc. (preferably chloride ion)), chlorate ion, bromate ion, iodate ion, and perchlorate ion. , anions of strong acids such as perbromate ions; and anions of weak acids such as carbonate ions, hydrogen carbonate ions, phosphate ions, hydrogen phosphate ions, and carboxylate ions (such as acetate ions). Among these, from the viewpoint of activity as a heterogeneous Fenton reaction catalyst, anions of strong acids are preferred. Ions and the like are more preferred, and sulfate ions are even more preferred.
アニオンは、1種単独であっても、2種以上の組合せであってもよい。 The anion may be used singly or in combination of two or more.
本発明の層状複水酸化物におけるアニオンのモル数は、2価鉄イオンに対する3価金属イオンのモル数と、アニオンの価数に応じて、適切な値を採り得る。典型的には、3価金属イオンのモル数をXと定義し、アニオンの価数をNと定義すると、アニオンのモル数はX/Nとなる。 The number of moles of anions in the layered double hydroxide of the present invention can take an appropriate value depending on the number of moles of trivalent metal ions to divalent iron ions and the valence of the anions. Typically, when the number of moles of trivalent metal ions is defined as X and the number of valences of anions is defined as N, the number of moles of anions is X/N.
限定的な解釈を望むものではないが、本発明の触媒と過酸化水素を接触させた場合、アニオンと過酸化水素の反応によって生成する過酸化物種が、本発明の層状複水酸化物中の2価鉄イオン上でのフェントン反応に大きく寄与し、層状複水酸化物の構造(2価鉄イオンとアニオンとが近接して配置されていると考えられる)も相まって、フェントン反応の効率がより高まると考えられる。 Although not wishing to be interpreted as limiting, when the catalyst of the present invention is brought into contact with hydrogen peroxide, the peroxide species produced by the reaction between the anion and hydrogen peroxide is It greatly contributes to the Fenton reaction on ferric ions, and combined with the structure of the layered double hydroxide (it is thought that the ferrous ions and anions are arranged close to each other), the efficiency of the Fenton reaction is enhanced. expected to rise.
2価鉄イオン、3価金属イオン、及びアニオンの配置態様は、特に制限されるものではなく、層状複水酸化物を構成する配置態様を採ることができる。層状複水酸化物は、水酸化物を含む基本層と、アニオン及び層間水を含む中間層が交互に積層した構造を有するものであるところ、一態様において、典型的には、2価鉄イオン及び3価金属イオンは基本層に配置され、アニオンは中間層に配置される。基本層の結晶構造は、特に制限されず、2価鉄イオン及び3価金属イオンの種類、合成方法等に応じた結晶構造を採ることができる。該層状複水酸化物は、焼成処理や化学反応等で層状構造が崩壊された後も、2価鉄イオン、3価金属イオン、及びアニオンが近接して配置された非晶質な複合水酸化物が形成される。 The mode of arrangement of divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions is not particularly limited, and any mode of arrangement that constitutes a layered double hydroxide can be adopted. A layered double hydroxide has a structure in which a basic layer containing hydroxide and an intermediate layer containing anions and interlayer water are alternately laminated. and trivalent metal ions are located in the base layer and anions are located in the intermediate layer. The crystal structure of the basic layer is not particularly limited, and any crystal structure can be adopted according to the types of divalent iron ions and trivalent metal ions, the synthesis method, and the like. The layered double hydroxide is an amorphous composite hydroxide in which divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions are arranged close to each other even after the layered structure is destroyed by a calcination treatment, a chemical reaction, or the like. things are formed.
本発明の層状複水酸化物は、一態様において、典型的には、一般式(A):[Fe2+ 1-xM3+ x(OH)2][An- x/n・yH2O]で表すことができる。式中、M3+は3価金属イオンであり、An-はn価のアニオンであり、xは0<x<1であり、yは0より大きい実数である。 In one aspect, the layered double hydroxide of the present invention typically has the general formula (A): [Fe 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2 ][A n- x/n yH 2 O]. wherein M 3+ is a trivalent metal ion, A n− is an n-valent anion, x is 0<x<1, and y is a real number greater than 0.
本発明の層状複水酸化物の粒子形状は、特に制限されない。該粒子形状としては、例えば板状、球状、ロッド状、多面体状等が挙げられる。 The particle shape of the layered double hydroxide of the present invention is not particularly limited. Examples of the particle shape include plate-like, spherical, rod-like, and polyhedral shapes.
本発明の層状複水酸化物の平均粒子径は、特に制限されない。フェントン反応効率の観点からは、粒子はより小さいことが望ましい。該平均粒子径は、例えば10 nm~5000 nmである。 The average particle size of the layered double hydroxide of the present invention is not particularly limited. Smaller particles are desirable from the viewpoint of Fenton reaction efficiency. The average particle size is, for example, 10 nm to 5000 nm.
本発明の触媒は、本発明の層状複水酸化物のみからなるものであっても、これ以外の他の物質を含むものであってもよい。他の物質としては、例えば、本発明の層状複水酸化物を製造する際に不可避的に混入する不純物や、他の無機物質、該層状複水酸化物構造が崩壊後に得られる非晶質な複合水酸化物等が挙げられる。他の物質は、本発明の層状複水酸化物と一体化しても、本発明の層状複水酸化物と分離していてもよい。 The catalyst of the present invention may consist solely of the layered double hydroxide of the present invention, or may contain other substances. Other substances include, for example, impurities that are unavoidably mixed in when producing the layered double hydroxide of the present invention, other inorganic substances, and amorphous substances obtained after the structure of the layered double hydroxide collapses. Composite hydroxide etc. are mentioned. Other substances may be integrated with the layered double hydroxide of the present invention or separated from the layered double hydroxide of the present invention.
本発明の層状複水酸化物の含有量は、本発明の触媒100質量%に対して、例えば50質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上、95質量%以上である。該含有量の上限は、例えば99.9質量%、99質量%、97質量%である。 The content of the layered double hydroxide of the present invention is, for example, 50% by mass or more, 70% by mass or more, 80% by mass or more, 90% by mass or more, or 95% by mass or more with respect to 100% by mass of the catalyst of the present invention. be. The upper limit of the content is, for example, 99.9% by mass, 99% by mass, and 97% by mass.
本発明の触媒を過酸化水素と接触させることにより、ラジカルを生成し、さらにそのラジカルにより有機物を分解することができる。このため、本発明の触媒(或いは本発明の層状複水酸化物)は、ラジカル生成触媒、ラジカル生成能付与剤、ラジカル生成能向上化剤、有機物分解触媒、有機物分解能付与剤、有機物分解能向上化剤等として利用することもできる。 By bringing the catalyst of the present invention into contact with hydrogen peroxide, radicals can be generated and organic substances can be decomposed by the radicals. Therefore, the catalyst of the present invention (or the layered double hydroxide of the present invention) is a radical-generating catalyst, a radical-generating ability-imparting agent, a radical-generating ability-enhancing agent, an organic substance decomposition catalyst, an organic substance-decomposing agent, and an organic substance-decomposing agent. It can also be used as an agent or the like.
2.製造方法
本発明の触媒は、様々な方法で製造することができる。例えば、層状複水酸化物の公知の製造方法に従って又は準じて製造することができる。
2. Manufacturing Method The catalyst of the present invention can be manufactured by various methods. For example, it can be produced according to or according to a known method for producing a layered double hydroxide.
本発明の触媒は、好適には、2価鉄イオンとアニオンとの塩、及び3価金属イオンとアニオンとの塩を含有する水溶液(反応液)を水熱処理することを含む方法により、製造することができる。 The catalyst of the present invention is preferably produced by a method comprising hydrothermally treating an aqueous solution (reaction solution) containing a salt of a divalent iron ion and an anion and a salt of a trivalent metal ion and an anion. be able to.
2価鉄イオン、3価金属イオン、アニオンについては、上記「1.触媒」と同様である。 The bivalent iron ions, trivalent metal ions, and anions are the same as those in "1. Catalyst" above.
2価鉄イオンとアニオンとの塩(2価鉄塩)としては、本発明の層状複水酸化物において採用するアニオンの種類に応じて異なるが、例えばFeCl2、FeF2、FeBr2、FeI2、FeSO4、Fe(NO3)2等が挙げられる。 The salt of a divalent iron ion and an anion (divalent iron salt) varies depending on the type of anion employed in the layered double hydroxide of the present invention, but for example FeCl 2 , FeF 2 , FeBr 2 and FeI 2 , FeSO 4 , Fe(NO 3 ) 2 and the like.
2価鉄塩の反応液中の濃度は、特に制限されないが、例えば0.2 mM~2000 mM、好ましくは20 mM~200 mMである。 The concentration of the bivalent iron salt in the reaction solution is not particularly limited, but is, for example, 0.2 mM to 2000 mM, preferably 20 mM to 200 mM.
3価金属イオンとアニオンとの塩(3価金属塩)としては、本発明の層状複水酸化物において採用するアニオンの種類に応じて異なるが、例えばAlCl3、AlF3、AlBr3、AlI3、Al2(SO4)3、Al(NO3)3、VCl3、VF3、VBr3、VI3、V2(SO4)3、V(NO3)3、CeCl3、CeF3、CeBr3、CeI3、Ce2(SO4)3、Ce(NO3)3、FeCl3、FeF3、FeBr3、FeI3、Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3等が挙げられる。 Examples of the salt of a trivalent metal ion and an anion (trivalent metal salt) include AlCl 3 , AlF 3 , AlBr 3 and AlI 3 , depending on the type of anion employed in the layered double hydroxide of the present invention. , Al2 ( SO4 ) 3 , Al( NO3 ) 3 , VCl3, VF3 , VBr3 , VI3 , V2 (SO4) 3 , V( NO3 ) 3 , CeCl3, CeF3 , CeBr 3 , CeI3 , Ce2 ( SO4 ) 3 , Ce( NO3 ) 3 , FeCl3 , FeF3 , FeBr3 , FeI3 , Fe2 ( SO4 ) 3 , Fe( NO3 ) 3, etc. .
3価金属塩の反応液中の濃度は、特に制限されないが、例えば0.1 mM~1000 mM、好ましくは10 mM~100 mMである。 The concentration of the trivalent metal salt in the reaction solution is not particularly limited, but is, for example, 0.1 mM to 1000 mM, preferably 10 mM to 100 mM.
2価鉄と3価金属のモル比(2価鉄:3価金属)は、水熱処理により層状複水酸化物を合成可能なモル比である限り、特に制限されない。該モル比は、例えば2:1~4:1、好ましくは2:1~3:1である。 The molar ratio of divalent iron and trivalent metal (divalent iron: trivalent metal) is not particularly limited as long as it is a molar ratio that allows synthesizing a layered double hydroxide by hydrothermal treatment. The molar ratio is for example 2:1 to 4:1, preferably 2:1 to 3:1.
反応液のpHは、水熱処理により層状複水酸化物を合成可能なpHである限り、特に制限されない。該pHは、例えば2~14、好ましくは7~14である。 The pH of the reaction solution is not particularly limited as long as it is a pH at which a layered double hydroxide can be synthesized by hydrothermal treatment. The pH is for example 2-14, preferably 7-14.
反応液の溶媒は水を含む限りにおいて、特に制限されない。溶媒として、水以外の溶媒が含まれていてもよい。水の含有量は、反応液の溶媒100質量%に対して、例えば70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上、95質量%以上、99質量%以上である。 The solvent for the reaction solution is not particularly limited as long as it contains water. Solvents other than water may be included as solvents. The content of water is, for example, 70% by mass or more, 80% by mass or more, 90% by mass or more, 95% by mass or more, or 99% by mass or more with respect to 100% by mass of the solvent in the reaction solution.
水熱処理の温度は、層状複水酸化物を合成可能な温度である限り特に制限されない。該温度は、例えば20℃~200℃、好ましくは100℃~120℃である。 The temperature of the hydrothermal treatment is not particularly limited as long as it is a temperature capable of synthesizing the layered double hydroxide. The temperature is for example 20°C to 200°C, preferably 100°C to 120°C.
水熱処理の反応時間は、層状複水酸化物が一定量生成する程度の時間である限り特に制限されない。該反応時間は、例えば1 h~100 h、好ましくは20 h~72 hである。 The reaction time of the hydrothermal treatment is not particularly limited as long as it is a time for generating a certain amount of layered double hydroxide. The reaction time is, for example, 1 h to 100 h, preferably 20 h to 72 h.
得られた物質は、必要に応じて適宜洗浄した後、そのまま、或いは他の物質と混合して、本発明の触媒として使用することができる。 The obtained substance can be used as the catalyst of the present invention as it is or mixed with other substances after washing as necessary.
また、必要に応じて、公知の方法に従って又は準じて、層状複水酸化物が含まれることを確認することができる。例えば、粉末X線回折パターンを取得し、層状複水酸化物のピークが含まれているか否かを確認することができる。 Moreover, if necessary, it can be confirmed that a layered double hydroxide is contained according to or according to a known method. For example, a powder X-ray diffraction pattern can be obtained to determine whether or not layered double hydroxide peaks are included.
3.利用方法
本発明は、その一態様において、本発明の触媒と過酸化水素とを接触させることを含む、ラジカル生成方法に関する。また、本発明は、その一態様において、本発明の触媒と過酸化水素とを接触させてラジカルを生成すること、及び前記ラジカルと有機物とを接触させること、を含む、有機物分解方法に関する。以下に、これらについて説明する。
3. Method of Utilization In one aspect, the present invention relates to a method for generating radicals, comprising contacting the catalyst of the present invention with hydrogen peroxide. In one aspect, the present invention relates to a method for decomposing organic matter, comprising contacting the catalyst of the present invention with hydrogen peroxide to generate radicals, and contacting the radicals with an organic matter. These are described below.
本発明の触媒と過酸化水素との接触の態様は、特に制限されない。該接触は、例えば本発明の触媒と過酸化水素とを混合することにより、行うことができる。また、該接触は、通常、水等の溶媒の存在下で行われる。該接触は、例えば、過酸化水素を含有する、本発明の触媒の懸濁液中で、行うことができる。該懸濁液中の、本発明の触媒の濃度は、特に制限されず、例えば0.001~10質量%、好ましくは0.01~2質量%、より好ましくは0.05~0.5質量%である。該懸濁液中の反応前の過酸化水素の濃度は、特に制限されず、例えば0.1~500mM、好ましくは1~200mM、より好ましくは10~100mMである。 The mode of contact between the catalyst of the present invention and hydrogen peroxide is not particularly limited. The contact can be carried out, for example, by mixing the catalyst of the invention with hydrogen peroxide. Moreover, the contact is usually carried out in the presence of a solvent such as water. The contacting can be carried out, for example, in a suspension of the catalyst of the invention containing hydrogen peroxide. The concentration of the catalyst of the present invention in the suspension is not particularly limited, and is, for example, 0.001-10% by mass, preferably 0.01-2% by mass, more preferably 0.05-0.5% by mass. The concentration of hydrogen peroxide in the suspension before reaction is not particularly limited, and is, for example, 0.1 to 500 mM, preferably 1 to 200 mM, more preferably 10 to 100 mM.
ラジカルと有機物との接触の態様は、特に制限されない。該接触は、例えば本発明の触媒、過酸化水素、及び有機物を混合することにより、行うことができる。また、該接触は、通常、水等の溶媒の存在下で行われる。該接触は、例えば、過酸化水素及び有機物を含有する、本発明の触媒の懸濁液中で、行うことができる。該懸濁液中の本発明の触媒の濃度、及び反応前の過酸化水素の濃度は、上記と同様である。該懸濁液中の有機物の濃度は、特に制限されず、例えば0.001~1000mM、好ましくは0.01~100mM、より好ましくは0.1~10mMである。 The mode of contact between the radical and the organic substance is not particularly limited. The contact can be carried out, for example, by mixing the catalyst of the present invention, hydrogen peroxide and an organic substance. Moreover, the contact is usually carried out in the presence of a solvent such as water. The contact can be carried out, for example, in a suspension of the catalyst of the invention containing hydrogen peroxide and organics. The concentration of the catalyst of the present invention in the suspension and the concentration of hydrogen peroxide before the reaction are the same as above. The concentration of the organic substance in the suspension is not particularly limited, and is, for example, 0.001-1000 mM, preferably 0.01-100 mM, more preferably 0.1-10 mM.
上記接触時の温度は、フェントン反応が進行する温度である限り、特に制限されない。該温度は、例えば0~100℃、好ましくは10~50℃、より好ましくは15~40℃である。 The temperature during the contact is not particularly limited as long as it is a temperature at which the Fenton reaction proceeds. The temperature is, for example, 0-100°C, preferably 10-50°C, more preferably 15-40°C.
上記接触の時間は、一定量のラジカルが生成する程度の時間である限り、特に制限されない。該時間は、例えば1分間~3時間、好ましくは30分間~2時間である。 The contact time is not particularly limited as long as it is a time for generating a certain amount of radicals. The time is, for example, 1 minute to 3 hours, preferably 30 minutes to 2 hours.
本発明の触媒と過酸化水素との接触により生じるラジカルは、特に制限されないが、主にヒドロキシラジカルであると予想される。 Radicals generated by contacting the catalyst of the present invention with hydrogen peroxide are not particularly limited, but are expected to be mainly hydroxyl radicals.
ラジカルと接触させる対象である有機物は、ラジカルにより分解されるものである限り、特に制限されない。このような有機物としては、例えば有機脂肪族物質、有機芳香族物質、ダイオキシン類汚染物質等が挙げられる。 The organic matter to be brought into contact with radicals is not particularly limited as long as it is decomposed by radicals. Examples of such organic substances include organic aliphatic substances, organic aromatic substances, dioxin contaminants, and the like.
脂肪族物質は、環式、非環式、飽和または不飽和炭化水素であり得る。それらの炭化水素は、環式または非環式のアルカンおよびアルケン、好ましくは塩素化された、ハロゲン化環式または非環式のアルカンおよびアルケン、飽和および/または不飽和脂肪族および/または脂環式エーテル、好ましくは塩素化された、飽和および/または不飽和ハロゲン化脂肪族および/または脂環式エーテル、アルコールおよび、好ましくは塩素化されたハロゲン化アルコール、ケトンおよび、好ましくは塩素化されたハロゲン化ケトン、アルデヒドおよび、好ましくは塩素化されたハロゲン化アルデヒド、および/またはカルボン酸および、好ましくは塩素化されたハロゲン化カルボン酸である。 Aliphatic substances can be cyclic, acyclic, saturated or unsaturated hydrocarbons. These hydrocarbons are cyclic or acyclic alkanes and alkenes, preferably chlorinated, halogenated cyclic or acyclic alkanes and alkenes, saturated and/or unsaturated aliphatic and/or cycloaliphatic Formula ethers, preferably chlorinated, saturated and/or unsaturated halogenated aliphatic and/or cycloaliphatic ethers, alcohols and preferably chlorinated halogenated alcohols, ketones and preferably chlorinated Halogenated ketones, aldehydes and preferably chlorinated halogenated aldehydes and/or carboxylic acids and preferably chlorinated halogenated carboxylic acids.
脂肪族物質は好ましくは、トリクロロプロパン、好ましくは1,2,3-トリクロロプロパン、クロロプロペノール、好ましくは2-クロロ-2-プロペン-1-オール、ジクロロプロペン、好ましくは1,3-ジクロロプロペン・シスおよび1,3-ジクロロプロペン・トランス、ジクロロプロパン、好ましくは1,3-ジクロロプロパン、ジクロロプロパノール、好ましくは、1,3-ジクロロ-2-プロパノールおよび2,3-ジクロロ-1-プロパノール、モノクロロプロパンジオール、より好ましくは2-クロロ-1,3-プロパンジオールおよび3-クロロ-1,2-プロパンジオール、2-クロロ-1-プロパノール、1-クロロ-2-プロパノール、クロロエタノール、クロロエーテル、より好ましくはおおよその式C6H10Cl2O2、C6H12Cl2O、C6H9Cl3O2、C6H11Cl3O2のクロロエーテル、アクロレイン、メチルグリシジルエーテル、クロロアセトン、メタノール、グリセロール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタン-1,2-ジオール、ヒドロキシアセトン、グリセルアルデヒド、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アクロレイン、ギ酸、グリコール酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸、コハク酸、シュウ酸、ジクロロ酢酸、グリシドール、エピクロロヒドリン、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシドおよびそれらの混合物から選択される。 Aliphatic substances are preferably trichloropropane, preferably 1,2,3-trichloropropane, chloropropenol, preferably 2-chloro-2-propen-1-ol, dichloropropene, preferably 1,3-dichloropropene cis and 1,3-dichloropropene trans, dichloropropane, preferably 1,3-dichloropropane, dichloropropanol, preferably 1,3-dichloro-2-propanol and 2,3-dichloro-1-propanol, Monochloropropanediol, more preferably 2-chloro-1,3-propanediol and 3-chloro-1,2-propanediol, 2-chloro-1-propanol, 1-chloro-2-propanol, chloroethanol, chloroether , more preferably chloroethers , acrolein , methylglycidyl ethers of the approximate formulas C6H10Cl2O2 , C6H12Cl2O , C6H9Cl3O2 , C6H11Cl3O2 , chloroacetone, methanol, glycerol, ethylene glycol, propylene glycol, butane-1,2-diol, hydroxyacetone, glyceraldehyde, formaldehyde, acetaldehyde, acrolein, formic acid, glycolic acid, acetic acid, propionic acid, lactic acid, succinic acid, selected from oxalic acid, dichloroacetic acid, glycidol, epichlorohydrin, ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide and mixtures thereof.
芳香族物質は、芳香族性の少なくとも1個の環を含む。それらは好ましくは、芳香族性の少なくとも1個の環および1個のハロゲン原子を含むハロゲン化芳香族炭化水素である。ハロゲンは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素から選択されてもよく、好ましくは塩素である。芳香環は、一核または多核であってもよく、好ましくは一核である。芳香族物質は好ましくは、モノ-、ジ-、トリ-、テトラ-、ペンタ-およびヘキサクロロベンゼンおよび/またはナフタレン、ならびにそれらの混合物から選択される。芳香族物質は好ましくはモノクロロベンゼンである。芳香族物質はまた、フェノール、モノ-およびポリクロロフェノールのような含酸素であっても、好ましくはフェノールであってもよい。 Aromatics contain at least one ring of aromatic character. They are preferably halogenated aromatic hydrocarbons containing at least one ring of aromaticity and one halogen atom. Halogen may be selected from fluorine, chlorine, bromine, iodine, preferably chlorine. The aromatic ring may be mononuclear or polynuclear, preferably mononuclear. Aromatic substances are preferably selected from mono-, di-, tri-, tetra-, penta- and hexachlorobenzenes and/or naphthalenes and mixtures thereof. The aromatic substance is preferably monochlorobenzene. The aromatic substance may also be oxygenated, such as phenol, mono- and polychlorophenols, preferably phenol.
ダイオキシン類汚染物質としては、例えば、ハロゲン化ジベンゾジオキシン類やハロゲン化ジベンゾフラン類、PCB類(特に、オルト位以外に塩素原子が置換したコプラナーPCB類)等が挙げられる。 Dioxin contaminants include, for example, halogenated dibenzodioxins, halogenated dibenzofurans, PCBs (in particular, coplanar PCBs in which chlorine atoms are substituted at positions other than the ortho position), and the like.
ハロゲン化ジベンゾジオキシン類の例としては、2,3,7,8-テトラクロロジベンゾ-P-ジオキシン、1,2,3,7,8-ペンタクロロジベンゾ-P-ジオキシン、1,2,3,4,7,8-ヘキサクロロジベンゾ-P-ジオキシン、1,2,3,4,6,7,8-ヘプタクロロジベンゾ-P-ジオキシン、1,2,3,4,6,7,8,9-オクタクロロジベンゾ-P-ジオキシン等が挙げられる。 Examples of halogenated dibenzodioxins include 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin, 1,2,3,7,8-pentachlorodibenzo-p-dioxin, 1,2,3, 4,7,8-hexachlorodibenzo-p-dioxin, 1,2,3,4,6,7,8-heptachlorodibenzo-p-dioxin, 1,2,3,4,6,7,8,9 - Octachlorodibenzo-P-dioxin and the like.
ハロゲン化ジベンゾフラン類の例としては、2,3,7,8-テトラクロロジベンゾフラン、1,2,3,7,8-ペンタクロロジベンゾフラン、1,2,3,4,7,8-ヘキサクロロジベンゾフラン、1,2,3,4,6,7,8-ヘプタクロロジベンゾフラン、1,2,3,4,6,7,8,9-オクタクロロジベンゾフラン等が挙げられる。 Examples of halogenated dibenzofurans include 2,3,7,8-tetrachlorodibenzofuran, 1,2,3,7,8-pentachlorodibenzofuran, 1,2,3,4,7,8-hexachlorodibenzofuran, 1,2,3,4,6,7,8-heptachlorodibenzofuran, 1,2,3,4,6,7,8,9-octachlorodibenzofuran and the like.
PCB類(特に、オルト位以外に塩素原子が置換したコプラナーPCB類)の例としては、3,3’,4,4’,5-テトラクロロビフェニル、3,3’,4,4’,5-ペンタクロロビフェニル、3,3’,4,4’,5,5’-ヘキサクロロビフェニル等が挙げられる。 Examples of PCBs (especially coplanar PCBs with chlorine atoms substituted at positions other than the ortho position) include 3,3',4,4',5-tetrachlorobiphenyl, 3,3',4,4',5 -pentachlorobiphenyl, 3,3',4,4',5,5'-hexachlorobiphenyl and the like.
以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples, but the present invention is not limited by these examples.
実施例1:Cl - 型Fe(II)-Al(III)-層状複水酸化物の調製1
FeCl2及びAlCl3を含有する水溶液(モル比(Fe:Al)=2:1、FeCl2濃度=200 mM、AlCl3濃度=100 mM、pH=10(5M NaOH水溶液で調整))を、120℃で24時間水熱処理することにより、2価鉄イオン、3価アルミニウムイオン、及び塩素イオンを含有する層状複水酸化物(Cl-型Fe(II)-Al(III)-層状複水酸化物)を調製した。得られた層状複水酸化物についてSEM観察を行い、10 nm~5000 nmの粒子径を有することを確認した。また、粉末X線回折(XRD)を行い、XRDパターンにおいて層状複水酸化物のピークが存在することを確認した。
Example 1: Preparation of Cl - type Fe(II)-Al(III)-layered double hydroxide 1
An aqueous solution containing FeCl2 and AlCl3 (molar ratio (Fe:Al) = 2:1, FeCl2 concentration = 200 mM, AlCl3 concentration = 100 mM, pH = 10 (adjusted with 5M NaOH aqueous solution)) was added to 120 By hydrothermal treatment at ℃ for 24 hours, a layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent aluminum ions, and chloride ions (Cl -type Fe(II)-Al(III)-layered double hydroxide ) was prepared. The obtained layered double hydroxide was observed by SEM and confirmed to have a particle size of 10 nm to 5000 nm. In addition, powder X-ray diffraction (XRD) was performed, and it was confirmed that a layered double hydroxide peak was present in the XRD pattern.
実施例2:SO 4 2- 型Fe(II)-Al(III)-層状複水酸化物の調製
FeSO4及びAl2(SO4)3を含有する水溶液(モル比(Fe:Al)=2:1、FeSO4濃度=200 mM、Al2(SO4)3濃度=100 mM、pH=10(5M NaOH水溶液で調整))を、120℃で24時間水熱処理することにより、2価鉄イオン、3価アルミニウムイオン、及び硫酸イオンを含有する層状複水酸化物(SO4
2-型Fe(II)-Al(III)-層状複水酸化物)を調製した。得られた層状複水酸化物についてSEM観察を行い、10 nm~5000 nmの粒子径を有することを確認した。また、粉末X線回折(XRD)を行い、XRDパターンにおいて層状複水酸化物のピークが存在することを確認した。
Example 2: Preparation of SO 4 2- type Fe(II)-Al(III)-layered double hydroxide
Aqueous solution containing FeSO4 and Al2 ( SO4 ) 3 (molar ratio (Fe:Al) = 2:1, FeSO4 concentration = 200 mM, Al2 ( SO4 ) 3 concentration = 100 mM, pH = 10 ( A layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent aluminum ions and sulfate ions (SO 4 2- type Fe(II )-Al(III)-layered double hydroxide) were prepared. The obtained layered double hydroxide was observed by SEM and confirmed to have a particle size of 10 nm to 5000 nm. In addition, powder X-ray diffraction (XRD) was performed, and it was confirmed that a layered double hydroxide peak was present in the XRD pattern.
実施例3:Cl - 型Fe(II)-V(III)-層状複水酸化物の調製
FeCl2及びVCl3を含有する水溶液(モル比(Fe:V)=2:1、FeCl2濃度=200 mM、VCl3濃度=100 mM、pH=10(5M NaOH水溶液で調整))を、120℃で24時間水熱処理することにより、2価鉄イオン、3価バナジウムイオン、及び塩素イオンを含有する層状複水酸化物(Cl-型Fe(II)-V(III)-層状複水酸化物)を調製した。また、得られた層状複水酸化物について粉末X線回折(XRD)を行い、XRDパターンにおいて層状複水酸化物のピークが存在することを確認した。
Example 3: Preparation of Cl -type Fe(II)-V(III)-layered double hydroxide
An aqueous solution containing FeCl2 and VCl3 (molar ratio (Fe:V) = 2:1, FeCl2 concentration = 200 mM, VCl3 concentration = 100 mM, pH = 10 (adjusted with 5M NaOH aqueous solution)) was added to 120 By hydrothermal treatment at ℃ for 24 hours, a layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent vanadium ions, and chloride ions (Cl -type Fe(II)-V(III)-layered double hydroxide ) was prepared. Moreover, powder X-ray diffraction (XRD) was performed on the obtained layered double hydroxide, and it was confirmed that a peak of the layered double hydroxide was present in the XRD pattern.
実施例4:Cl - 型Fe(II)-Ce(III)-層状複水酸化物の調製
FeCl2及びCeCl3を含有する水溶液(モル比(Fe:Ce)=2:1、FeCl2濃度=200 mM、VCl3濃度=100 mM、pH=10(5M NaOH水溶液で調整))を、120℃で24時間水熱処理することにより、2価鉄イオン、3価セリウムイオン、及び塩素イオンを含有する層状複水酸化物(Cl-型Fe(II)-Ce(III)-層状複水酸化物)を調製した。
Example 4: Preparation of Cl - type Fe(II)-Ce(III)-layered double hydroxide
An aqueous solution containing FeCl2 and CeCl3 (molar ratio (Fe:Ce) = 2:1, FeCl2 concentration = 200 mM, VCl3 concentration = 100 mM, pH = 10 (adjusted with 5M NaOH aqueous solution)) was added to 120 By hydrothermal treatment at ℃ for 24 hours, a layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent cerium ions, and chloride ions (Cl -type Fe(II)-Ce(III)-layered double hydroxide ) was prepared.
実施例5:Cl - 型Fe(II)-Fe(III)-層状複水酸化物の調製
FeCl2及びFeCl3を含有する水溶液(モル比(Fe(II):Fe(III))=2:1、FeCl2濃度=200 mM、FeCl3濃度=100 mM、pH=10(5M NaOH水溶液で調整))を、120℃で24時間水熱処理することにより、2価鉄イオン、3価鉄イオン、及び塩素イオンを含有する層状複水酸化物(Cl-型Fe(II)-Fe(III)-層状複水酸化物)を調製した。
Example 5: Preparation of Cl -type Fe(II)-Fe(III)-layered double hydroxide
Aqueous solution containing FeCl2 and FeCl3 (molar ratio (Fe(II):Fe(III)) = 2:1, FeCl2 concentration = 200 mM, FeCl3 concentration = 100 mM, pH = 10 (5M NaOH aqueous solution A layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent iron ions, and chloride ions (Cl -type Fe(II)-Fe(III) - layered double hydroxides) were prepared.
実施例6:Cl - 型Fe(II)-Al(III)-層状複水酸化物の調製2
FeCl2及びAlCl3を含有する水溶液のpHを7とする以外は、実施例1と同様にしてCl-型Fe(II)-Al(III)-層状複水酸化物を調製した。また、得られた層状複水酸化物について粉末X線回折(XRD)を行い、XRDパターンにおいて層状複水酸化物のピークが存在することを確認した。
Example 6: Preparation of Cl - type Fe(II)-Al(III)-layered double hydroxide 2
A Cl 2 -type Fe(II)-Al(III)-layered double hydroxide was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pH of the aqueous solution containing FeCl 2 and AlCl 3 was 7. Moreover, powder X-ray diffraction (XRD) was performed on the obtained layered double hydroxide, and it was confirmed that a peak of the layered double hydroxide was present in the XRD pattern.
実施例7:Cl - 型Fe(II)-Al(III)-層状複水酸化物の調製3
FeCl2及びAlCl3を含有する水溶液のpHを11とする以外は、実施例1と同様にしてCl-型Fe(II)-Al(III)-層状複水酸化物を調製した。また、得られた層状複水酸化物について粉末X線回折(XRD)を行い、XRDパターンにおいて層状複水酸化物のピークが存在することを確認した。
Example 7: Preparation of Cl - type Fe(II)-Al(III)-layered double hydroxide 3
A Cl 2 -type Fe(II)-Al(III)-layered double hydroxide was prepared in the same manner as in Example 1, except that the pH of the aqueous solution containing FeCl 2 and AlCl 3 was 11. Moreover, powder X-ray diffraction (XRD) was performed on the obtained layered double hydroxide, and it was confirmed that a peak of the layered double hydroxide was present in the XRD pattern.
比較例1:Cl - 型Mg(II)-Fe(III)-層状複水酸化物の調製
MgCl2及びFeCl3を含有する水溶液(モル比(Mg:Fe)=2:1、MgCl2濃度=200 mM、FeCl3濃度=100 mM、pH=10(5M NaOH水溶液で調整))を、120℃で24時間水熱処理することにより、2価マグネシウムイオン、3価鉄イオン、及び塩素イオンを含有する層状複水酸化物(Cl-型Mg(II)-Fe(III)-層状複水酸化物)を調製した。
Comparative Example 1: Preparation of Cl -type Mg(II)-Fe(III)-layered double hydroxide
An aqueous solution containing MgCl2 and FeCl3 (molar ratio (Mg:Fe) = 2:1, MgCl2 concentration = 200 mM, FeCl3 concentration = 100 mM, pH = 10 (adjusted with 5M NaOH aqueous solution)) was added to 120 ℃ for 24 hours, a layered double hydroxide containing divalent magnesium ions, trivalent iron ions, and chloride ions (Cl -type Mg(II)-Fe(III)-layered double hydroxide ) was prepared.
比較例2:Cl - 型Mg(II)-Al(III)-層状複水酸化物の調製
MgCl2及びAlCl3を含有する水溶液(モル比(Mg:Al)=2:1、MgCl2濃度=200 mM、AlCl3濃度=100 mM、pH=10(5M NaOH水溶液で調整))を、120℃で24時間水熱処理することにより、2価マグネシウムイオン、3価アルミニウムイオン、及び塩素イオンを含有する層状複水酸化物(Cl-型Mg(II)-Al(III)-層状複水酸化物)を調製した。
Comparative Example 2: Preparation of Cl -type Mg(II)-Al(III)-layered double hydroxide
An aqueous solution containing MgCl2 and AlCl3 (molar ratio (Mg:Al) = 2:1, MgCl2 concentration = 200 mM, AlCl3 concentration = 100 mM, pH = 10 (adjusted with 5M NaOH aqueous solution)) was added to 120 By hydrothermal treatment at ℃ for 24 hours, a layered double hydroxide containing divalent magnesium ions, trivalent aluminum ions, and chloride ions (Cl-type Mg(II)-Al(III)-layered double hydroxide ) was prepared.
比較例3:Cl - 型Co(II)-Fe(III)-層状複水酸化物の調製
CoCl2及びFeCl3を含有する水溶液(モル比(Co:Fe)=2:1、CoCl2濃度=200 mM、FeCl3濃度=100 mM、pH=10(5M NaOH水溶液で調整))を、120℃で24時間水熱処理することにより、2価コバルトイオン、3価鉄イオン、及び塩素イオンを含有する層状複水酸化物(Cl-型Co(II)-Fe(III)-層状複水酸化物)を調製した。また、得られた層状複水酸化物について粉末X線回折(XRD)を行い、XRDパターンにおいて層状複水酸化物のピークが存在することを確認した。
Comparative Example 3: Preparation of Cl -type Co(II)-Fe(III)-layered double hydroxide
An aqueous solution containing CoCl2 and FeCl3 (molar ratio (Co:Fe) = 2:1, CoCl2 concentration = 200 mM, FeCl3 concentration = 100 mM, pH = 10 (adjusted with 5M NaOH aqueous solution)) was added to 120 ℃ for 24 hours, a layered double hydroxide containing divalent cobalt ions, trivalent iron ions, and chloride ions (Cl -type Co(II)-Fe(III)-layered double hydroxide ) was prepared. Moreover, powder X-ray diffraction (XRD) was performed on the obtained layered double hydroxide, and it was confirmed that a peak of the layered double hydroxide was present in the XRD pattern.
比較例4:Cl - 型Co(II)-Al(III)-層状複水酸化物の調製
CoCl2及びAlCl3を含有する水溶液(モル比(Co:Al)=2:1、CoCl2濃度=200 mM、AlCl3濃度=100 mM、pH=10(5M NaOH水溶液で調整))を、120℃で24時間水熱処理することにより、2価コバルトイオン、3価アルミニウムイオン、及び塩素イオンを含有する層状複水酸化物(Cl-型Co(II)-Al(III)-層状複水酸化物)を調製した。また、得られた層状複水酸化物について粉末X線回折(XRD)を行い、XRDパターンにおいて層状複水酸化物のピークが存在することを確認した。
Comparative Example 4: Preparation of Cl -type Co(II)-Al(III)-layered double hydroxide
An aqueous solution containing CoCl2 and AlCl3 (molar ratio (Co:Al) = 2:1, CoCl2 concentration = 200 mM, AlCl3 concentration = 100 mM, pH = 10 (adjusted with 5M NaOH aqueous solution)) was added to 120 ℃ for 24 hours, layered double hydroxide containing divalent cobalt ions, trivalent aluminum ions, and chloride ions (Cl -type Co(II)-Al(III)-layered double hydroxide ) was prepared. Moreover, powder X-ray diffraction (XRD) was performed on the obtained layered double hydroxide, and it was confirmed that a peak of the layered double hydroxide was present in the XRD pattern.
比較例5:Cl - 型Mn(II)-Fe(III)-層状複水酸化物の調製
MnCl2及びFeCl3を含有する水溶液(モル比(Mn:Fe)=2:1、MnCl2濃度=200 mM、FeCl3濃度=100 mM、pH=10(5M NaOH水溶液で調整))を、120℃で24時間水熱処理することにより、2価マンガンイオン、3価鉄イオン、及び塩素イオンを含有する層状複水酸化物(Cl-型Mn(II)-Fe(III)-層状複水酸化物)を調製した。
Comparative Example 5: Preparation of Cl -type Mn(II)-Fe(III)-layered double hydroxide
An aqueous solution containing MnCl2 and FeCl3 (molar ratio (Mn:Fe) = 2:1, MnCl2 concentration = 200 mM, FeCl3 concentration = 100 mM, pH = 10 (adjusted with 5M NaOH aqueous solution)) was added to 120 ℃ for 24 hours, a layered double hydroxide containing divalent manganese ions, trivalent iron ions, and chloride ions (Cl -type Mn(II)-Fe(III)-layered double hydroxide ) was prepared.
比較例6:Cl - 型Cu(II)-Fe(III)-層状複水酸化物の調製
CuCl2及びFeCl3を含有する水溶液(モル比(Cu:Fe)=2:1、CuCl2濃度=200 mM、FeCl3濃度=100 mM、pH=10(5M NaOH水溶液で調整))を、120℃で24時間水熱処理することにより、2価銅イオン、3価鉄イオン、及び塩素イオンを含有する層状複水酸化物(Cl-型Cu(II)-Fe(III)-層状複水酸化物)を調製した。
Comparative Example 6: Preparation of Cl -type Cu(II)-Fe(III)-layered double hydroxide
An aqueous solution containing CuCl2 and FeCl3 (molar ratio (Cu:Fe) = 2:1, CuCl2 concentration = 200 mM, FeCl3 concentration = 100 mM, pH = 10 (adjusted with 5M NaOH aqueous solution)) was added to 120 By hydrothermal treatment at ℃ for 24 hours, a layered double hydroxide containing divalent copper ions, trivalent iron ions, and chloride ions (Cl -type Cu(II)-Fe(III)-layered double hydroxide ) was prepared.
試験例1:有機物分解試験1
試料(実施例1、比較例1、比較例2、比較例4、FeO、又はα-FeOOH)(30 mg)を含む水懸濁液(不均一系)(20 mL)に、フェノール(20μmol)とH2O2(600μmol)を加え、30℃で60分間攪拌して反応させた。反応後のフェノール量を、ガスクロマトグラフィーで定量した。定量値に基づいて、フェノール変換率(=[(反応前のフェノール量(20μmol)-反応後のフェノール定量値(単位:μmol))/反応前のフェノール量(20μmol)]×100)を算出した。
Test example 1: Organic matter decomposition test 1
Sample (Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 4, FeO, or α-FeOOH) (30 mg) in water suspension (heterogeneous) (20 mL), phenol (20 μmol) and H 2 O 2 (600 μmol) were added, and the mixture was stirred at 30° C. for 60 minutes to react. The amount of phenol after the reaction was quantified by gas chromatography. Based on the quantitative value, the phenol conversion rate (= [(amount of phenol before reaction (20 µmol) - quantitative value of phenol after reaction (unit: µmol))/amount of phenol before reaction (20 µmol)] x 100) was calculated. .
結果を図1に示す。2価鉄イオン、3価金属イオン、及びアニオンを含有する層状複水酸化物(FeAl-LDH)がフェノールの分解反応を促進していることが分かった。このことから、該層状複水酸化物が、不均一系フェントン反応触媒としてラジカル生成を促進し、それによりフェノールが分解していることが分かった。また、該層状複水酸化物を使用した場合のフェノール分解の程度は、同じく鉄を含む酸化鉄(FeO、α-FeOOH)を使用した場合よりも遥かに高いことから、該層状複水酸化物の不均一系フェントン反応触媒としての活性は、顕著に優れたものであることがわかった。 The results are shown in FIG. It was found that the layered double hydroxide (FeAl-LDH) containing divalent iron ions, trivalent metal ions and anions promotes the decomposition reaction of phenol. From this, it was found that the layered double hydroxide promotes radical generation as a heterogeneous Fenton reaction catalyst, thereby decomposing phenol. In addition, the degree of phenol decomposition when using the layered double hydroxide is much higher than when iron oxides containing iron (FeO, α-FeOOH) are used, so the layered double hydroxide was found to be remarkably excellent in activity as a heterogeneous Fenton reaction catalyst.
試験例2:有機物分解試験2
試料(実施例1)(30 mg)を含む水懸濁液(不均一系)(20 mL)、又は試料(実施例1)(30 mg)と各種無機アニオン(12 mmol)を生成する塩(NaCl、Na2SO4、NaNO3、Na2HPO4、NaHCO3、又はNa2CO3)を含む水懸濁液(不均一系)(20 mL)に、フェノール(20μmol)とH2O2(600μmol)を加え、30℃で60分間攪拌して反応させた。水懸濁液中に高濃度の無機アニオンが存在する場合、層状複水酸化物中のアニオン(実施例1は塩素イオン)が、該無機アニオンに置換されることが予想される(以下の試験例でも同様)。試験例1と同様にしてフェノール変換率を算出した。
Test example 2: Organic matter decomposition test 2
Aqueous suspension (heterogeneous) (20 mL) containing sample (Example 1) (30 mg), or salt that produces sample (Example 1) (30 mg) and various inorganic anions (12 mmol) ( NaCl, Na 2 SO 4 , NaNO 3 , Na 2 HPO 4 , NaHCO 3 , or Na 2 CO 3 ) in water suspension (heterogeneous) (20 mL), phenol (20 μmol) and H 2 O 2 (600 μmol) was added, and the mixture was stirred at 30° C. for 60 minutes to react. When there is a high concentration of inorganic anions in the water suspension, it is expected that the anions in the layered double hydroxide (chloride ions in Example 1) will be replaced by the inorganic anions (the test below same in the example). The phenol conversion rate was calculated in the same manner as in Test Example 1.
結果を図2に示す。2価鉄イオン、3価金属イオン、及びアニオンを含有する層状複水酸化物の不均一系フェントン反応触媒としての活性は、アニオンとして強酸のアニオンを採用した場合に、特に高いことが分かった。一方、弱酸のアニオンを採用した場合については、フェノールの分解に対しては活性が弱かった。 The results are shown in FIG. It was found that the activity of layered double hydroxides containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions as heterogeneous Fenton reaction catalysts is particularly high when the anions of strong acids are used as the anions. On the other hand, when a weakly acidic anion was used, the activity against phenol decomposition was weak.
試験例3:有機物分解試験3
試料(実施例1)(30 mg)を含む水懸濁液(不均一系)(20 mL)、又は試料(実施例1)(30 mg)と各種無機アニオン(12 mmol)を生成する塩(NaCl、Na2SO4、又はNaNO3)を含む水懸濁液(不均一系)(20 mL)に、フェノール(20μmol)とH2O2(600μmol)を加え、30℃で60分間攪拌して反応させた。試験例1と同様にしてフェノール変換率を算出した。また、反応により生成したCO2量をガスクロマトグラフィーで定量し、定量値に基づいて、CO2への変換率(=[反応後のCO2定量値(単位:μmol)/(6×反応前のフェノール量(20μmol))]×100)を算出した。
Test example 3: Organic matter decomposition test 3
Aqueous suspension (heterogeneous) (20 mL) containing sample (Example 1) (30 mg), or salt that produces sample (Example 1) (30 mg) and various inorganic anions (12 mmol) ( Phenol (20 μmol) and H 2 O 2 (600 μmol) were added to an aqueous suspension (heterogeneous) (20 mL) containing NaCl, Na 2 SO 4 , or NaNO 3 ) and stirred at 30°C for 60 minutes. reacted with The phenol conversion rate was calculated in the same manner as in Test Example 1. In addition, the amount of CO 2 generated by the reaction was quantified by gas chromatography, and based on the quantitative value, the conversion rate to CO 2 (= [CO 2 quantitative value after reaction (unit: μmol) / (6 × before reaction The amount of phenol (20 μmol))] × 100) was calculated.
結果を図3に示す。CO2変換率の結果より、2価鉄イオン、3価金属イオン、及びアニオンを含有する層状複水酸化物の不均一系フェントン反応触媒としての活性は、強酸のアニオンの中でもその種類によって変化することが分かった。 The results are shown in FIG. From the CO2 conversion results, the activity of layered double hydroxides containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions as heterogeneous Fenton reaction catalysts varies with the type of anions of strong acids. I found out.
試験例4:有機物分解試験4
試料(実施例1、又は実施例2)(30 mg)を含む水懸濁液(不均一系)(20 mL)、又は試料(FeSO4)(0.22mmol)を含む水溶液(均一系)(20 mL)に、フェノール(20μmol)とH2O2(600μmol)を加え、30℃で60分間攪拌して反応させた。試験例1と同様にしてフェノール変換率を算出し、試験例3と同様にしてCO2への変換率を算出した。
Test example 4: Organic matter decomposition test 4
Aqueous suspension (heterogeneous system) (20 mL) containing sample (Example 1 or Example 2) (30 mg), or aqueous solution (homogeneous system) containing sample (FeSO 4 ) (0.22 mmol) (20 mL), phenol (20 μmol) and H 2 O 2 (600 μmol) were added, and the mixture was stirred at 30° C. for 60 minutes to react. The phenol conversion rate was calculated in the same manner as in Test Example 1, and the conversion rate to CO 2 was calculated in the same manner as in Test Example 3.
結果を図4に示す。本試験における2価鉄イオン、3価金属イオン、及びアニオンを含有する層状複水酸化物を使用する不均一系フェントン反応は、均一系フェントン反応よりも高効率であることが分かった。 The results are shown in FIG. The heterogeneous Fenton reaction using layered double hydroxides containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions in this study was found to be more efficient than the homogeneous Fenton reaction.
試験例5:有機物分解試験5
試料(実施例1、実施例3、実施例4、実施例5、比較例1、比較例3、比較例5、比較例6)(30 mg)を含む水懸濁液(不均一系)(20 mL)に、フェノール(20μmol)とH2O2(600μmol)を加え、30℃で60分間攪拌して反応させた。
Test example 5: Organic matter
Sample (Example 1, Example 3, Example 4, Example 5, Comparative Example 1, Comparative Example 3, Comparative Example 5, Comparative Example 6) (30 mg) containing water suspension (heterogeneous) ( 20 mL), phenol (20 μmol) and H 2 O 2 (600 μmol) were added, and the mixture was stirred at 30° C. for 60 minutes to react.
結果を図5に示す。2価鉄イオン、3価金属イオン、及びアニオンを含有する層状複水酸化物の不均一系フェントン反応触媒としての活性は、3価金属イオンの種類によって変化することが分かった。3価金属イオンとして、鉄イオン以外の3価金属イオン(中でも、アルミニウムイオン、バナジウムイオン、セリウムイオン、特にアルミニウムイオン)を採用した場合に活性が高いことが分かった。 The results are shown in FIG. It was found that the activity of layered double hydroxides containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions as heterogeneous Fenton reaction catalysts varies with the type of trivalent metal ions. It was found that when trivalent metal ions other than iron ions (especially aluminum ions, vanadium ions, cerium ions, especially aluminum ions) were used as the trivalent metal ions, the activity was high.
試験例6:有機物分解試験6
試料(実施例1、実施例6、又は実施例7)(30 mg)を含む水懸濁液(不均一系)(20 mL)に、フェノール(20μmol)とH2O2(600μmol)を加え、30℃で15分間攪拌して反応させた。
Test example 6: Organic matter decomposition test 6
Phenol (20 µmol) and H 2 O 2 (600 µmol) were added to an aqueous suspension (heterogeneous system) (20 mL) containing a sample (Example 1, Example 6, or Example 7) (30 mg). , and stirred at 30° C. for 15 minutes to react.
結果を図6に示す。2価鉄イオン、3価金属イオン、及びアニオンを含有する層状複水酸化物を水熱処理により得る際のpHによって、活性に多少の影響があることが分かった。 The results are shown in FIG. It was found that the activity was somewhat affected by the pH when hydrothermal treatment was used to obtain layered double hydroxides containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions.
Claims (9)
前記ラジカルと有機物とを接触させること、
を含む、有機物分解方法。 Contacting the heterogeneous Fenton reaction catalyst according to any one of claims 1 to 6 with hydrogen peroxide to generate radicals, and contacting the radicals with an organic substance;
A method for decomposing organic matter, comprising:
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