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JP7333561B2 - Heterogeneous Fenton reaction catalyst, method for producing heterogeneous Fenton reaction catalyst, and method for decomposing organic matter - Google Patents
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Heterogeneous Fenton reaction catalyst, method for producing heterogeneous Fenton reaction catalyst, and method for decomposing organic matter Download PDF

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特許法第30条第2項適用 (1)平成31(2019)年2月20日に学校法人関西大学 環境都市工学部 卒業論文発表会にて「Fe系層状複水酸化物を用いるFenton反応による有機汚染物質の分解無害化」と題して発表 (2)平成31(2019)年3月1日に公益社団法人日本化学会 第99春季年会の予稿集にて「有機汚染物質の効果的な分解無害化を可能にする鉄系層状複水酸化物の開発」と題して発表 (3)平成31(2019)年3月19日に公益社団法人日本化学会第99春季年会の講演会にて「有機汚染物質の効果的な分解無害化を可能にする鉄系層状複水酸化物の開発」と題して発表Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act (1) On February 20, 2019, at the graduation thesis presentation of the School of Environmental and Urban Engineering, Kansai University, "Organic reaction by Fenton reaction using Fe-based layered double hydroxide (2) On March 1, 2019, in the Proceedings of the 99th Annual Meeting of the Chemical Society of Japan, "Effective decomposition of organic pollutants (3) At the 99th Spring Annual Meeting of the Chemical Society of Japan on March 19, 2019 Presentation titled "Development of Iron-Based Layered Double Hydroxide Enabling Effective Decomposition and Detoxification of Organic Pollutants"

本発明は、不均一系フェントン反応触媒、不均一系フェントン反応触媒の製造方法、及び有機物の分解方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heterogeneous Fenton reaction catalyst, a method for producing a heterogeneous Fenton reaction catalyst, and a method for decomposing organic matter.

フェントン反応は、二価鉄を触媒として過酸化水素からヒドロキシラジカルを発生させる反応である。鉄イオン(Fe2+及びFe3+)はフェントン反応のための触媒、すなわち、フェントン反応触媒として広く知られている。これを使用することにより、以下の反応式(1)及び(2)で表されるように、ヒドロキシラジカル(・OH)を生成することができる。
Fe2+ + H → Fe3+ + ・OH + OH (1)
Fe3+ + H → Fe2+ + ・O + 2H (2)
The Fenton reaction is a reaction that generates hydroxyl radicals from hydrogen peroxide using divalent iron as a catalyst. Iron ions (Fe 2+ and Fe 3+ ) are widely known as catalysts for the Fenton reaction, ie Fenton reaction catalysts. By using this, hydroxy radicals (.OH) can be generated as represented by the following reaction formulas (1) and (2).
Fe 2+ + H 2 O 2 → Fe 3+ + OH + OH (1)
Fe 3+ + H 2 O 2 →Fe 2+ + ·O 2 + 2H + (2)

ヒドロキシラジカルは強い酸化力を有し、その強い酸化力を利用して、例えば、殺菌、有機物(有害物質や難分解性汚染物質等)の分解等を行うことが可能である。そのため、フェントン反応は、環境負荷の小さいクリーンな方法の一つとして、様々な分野への応用が期待されている。 Hydroxy radicals have a strong oxidizing power, and the strong oxidizing power can be used for, for example, sterilization and decomposition of organic substances (hazardous substances, persistent contaminants, etc.). Therefore, the Fenton reaction is expected to be applied to various fields as one of the clean methods with less environmental load.

従来、フェントン反応としては、水中で鉄(II)イオンを生じる水溶性の鉄(II)塩(例えば硫酸鉄(II)等)を使用する均一系フェントン反応が一般的である。一方、水中で固体状の鉄触媒を使用する不均一系フェントン反応の報告例は少ない。不均一系フェントン反応を利用した技術としては、例えば特許文献1に、ゼオライト等の無機系担体に鉄等の触媒金属が担持されてなる触媒金属担持担体を用いる不均一系フェントン反応による難生物分解性有機物含有水の処理方法について記載されている。 Conventionally, the Fenton reaction is generally a homogeneous Fenton reaction using a water-soluble iron(II) salt (for example, iron(II) sulfate) that produces iron(II) ions in water. On the other hand, there are few reports on heterogeneous Fenton reactions using solid iron catalysts in water. As a technique using the heterogeneous Fenton reaction, for example, in Patent Document 1, a catalyst metal-supporting support in which a catalyst metal such as iron is supported on an inorganic support such as zeolite is used. A method for treating organic-containing water is described.

特開2014-198286号公報JP 2014-198286 A

例えば、有害物質や汚染物質として被酸化性の有機物を含有する廃水を処理するに当たり、均一系フェントン反応を利用して廃水中の有機物を酸化分解する場合、触媒として使用する鉄(II)イオンを生じる水溶性の鉄(II)塩は一過性のものであることから、通常、鉄(II)塩を連続的に添加する必要がある。そのため、この場合、廃水中に鉄(II)イオンが残存し、それを不溶化して除去するために、鉄触媒に由来する不溶化された鉄化合物を含む汚泥(スラッジ)が不可避的に、かつ、比較的多量に発生することになる。 For example, in the treatment of wastewater containing oxidizable organic substances as harmful substances and pollutants, when the homogeneous Fenton reaction is used to oxidatively decompose the organic substances in the wastewater, the iron (II) ion used as a catalyst is Since the resulting water-soluble iron(II) salt is transient, it is usually necessary to add the iron(II) salt continuously. Therefore, in this case, iron (II) ions remain in the wastewater, and in order to insolubilize and remove them, sludge containing insolubilized iron compounds derived from the iron catalyst is unavoidable, and It will occur in relatively large quantities.

これに対して、不均一系フェントン反応を利用する場合は、均一系フェントン反応における鉄触媒として水溶性の鉄(II)塩を用いた一過性の分解技術とは異なり、固体状の鉄触媒を繰り返し使用できることから、鉄触媒に由来する化合物を含む汚泥の発生量を少なくできる。また、この場合、鉄触媒を汚泥として除去するための不溶化に使用する薬剤(例えば凝集剤等)の量も抑えることができる。そのため、不均一系フェントン反応の方が、触媒を再利用しやすい点で、均一系フェントン反応よりも、望ましいと考えられる。 On the other hand, when utilizing the heterogeneous Fenton reaction, unlike the transient decomposition technique using a water-soluble iron(II) salt as the iron catalyst in the homogeneous Fenton reaction, a solid iron catalyst can be used repeatedly, the amount of sludge containing compounds derived from the iron catalyst can be reduced. Moreover, in this case, the amount of the chemical (for example, a flocculant, etc.) used for insolubilization for removing the iron catalyst as sludge can also be reduced. Therefore, the heterogeneous Fenton reaction is considered preferable to the homogeneous Fenton reaction in that the catalyst can be easily reused.

しかし、不均一系フェントン反応は、固体状の触媒を用いる点で、水中で鉄イオンを生じる水溶性の鉄塩を用いる均一系フェントン反応に比べて効率が低い。そのため、不均一系フェントン反応に用いる触媒には、改善の余地が残されているというのが実情である。 However, the heterogeneous Fenton reaction, which uses a solid catalyst, is less efficient than the homogeneous Fenton reaction using a water-soluble iron salt that produces iron ions in water. Therefore, the actual situation is that there is still room for improvement in the catalyst used for the heterogeneous Fenton reaction.

そこで、本発明は、触媒性能がより良好な不均一系フェントン反応触媒を提供しようとするものである。 Accordingly, the present invention aims to provide a heterogeneous Fenton reaction catalyst with better catalytic performance.

本発明者らは、上述した不均一系フェントン反応触媒の提供を目的とし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やその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。そして、その層状複水酸化物及び/又は非晶質な複合水酸化物に、さらに特定の無機酸化物を含有させることにより、触媒性能がさらに向上することを見出し、本発明に至った。 The present inventors have made intensive studies with the aim of providing the heterogeneous Fenton reaction catalyst described above, and as a result, a layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions and a layered double hydroxide thereof We have found that the amorphous composite hydroxide obtained after the hydroxide structure collapses is useful as a heterogeneous Fenton reaction catalyst. Then, the present inventors have found that the catalyst performance is further improved by further incorporating a specific inorganic oxide into the layered double hydroxide and/or the amorphous composite hydroxide, resulting in the present invention.

本発明は、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と、二酸化ケイ素、二酸化チタン、及び酸化アルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種の無機酸化物とを含有する複合化物を含む、不均一系フェントン反応触媒を提供する。 From the group consisting of layered double hydroxides and/or amorphous composite hydroxides containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions, silicon dioxide, titanium dioxide, and aluminum oxide A heterogeneous Fenton reaction catalyst is provided that includes a composite containing at least one selected inorganic oxide.

本発明によれば、触媒性能がより良好な不均一系フェントン反応触媒を提供することができる。 According to the present invention, a heterogeneous Fenton reaction catalyst with better catalytic performance can be provided.

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。本明細書において、「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。また、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及びBのうち、Aのみ、Bのみ、AとBの両方の3つの意味を包含する。 Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following embodiments. As used herein, the expressions "contain" and "include" include the concepts "contain", "include", "consist essentially of" and "consist only of". Moreover, in this specification, the term "and/or" is a term that includes both "and" and "or". That is, A and/or B includes three meanings of A and B: only A, only B, and both A and B.

1.不均一系フェントン反応触媒
本発明の一実施形態の不均一系フェントン反応触媒(以下、単に「不均一系フェントン反応触媒」と記載することがある。)は、2価鉄イオン(Fe2+)、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と、特定の無機酸化物とを含有する複合化物を含む。特定の無機酸化物は、二酸化ケイ素、二酸化チタン、及び酸化アルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種である。
1. Heterogeneous Fenton Reaction Catalyst The heterogeneous Fenton reaction catalyst of one embodiment of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as "heterogeneous Fenton reaction catalyst") comprises bivalent iron ions (Fe 2+ ), Composites containing layered double hydroxides and/or amorphous composite hydroxides containing trivalent metal ions and anions, and specific inorganic oxides. The specific inorganic oxide is at least one selected from the group consisting of silicon dioxide, titanium dioxide and aluminum oxide.

層状複水酸化物における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。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。そのため、複合化物(及びそれを含む不均一系フェントン反応触媒)は、層状複水酸化物及び非晶質な複合水酸化物の少なくとも一方を含めばよい。非晶質な複合水酸化物も、元は層状複水酸化物であることから、以下の説明では、「層状複水酸化物並びに/又は非晶質な複合水酸化物」について、単に「層状複水酸化物」と記載することがある。 The mode of arrangement of the divalent iron ions, the trivalent metal ions, and the anions in the layered double hydroxide is not particularly limited, and any arrangement mode that constitutes the layered double hydroxide can be adopted. A layered double hydroxide has a structure in which a basic layer containing a 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. Layered double hydroxides are amorphous composite hydroxides in which bivalent iron ions, trivalent metal ions, and anions are arranged close to each other even after the layered structure is destroyed by firing treatment, chemical reaction, etc. is formed. Therefore, the composite (and the heterogeneous Fenton reaction catalyst containing it) should contain at least one of the layered double hydroxide and the amorphous composite hydroxide. Since the amorphous composite hydroxide is also originally a layered double hydroxide, in the following description, "layered double hydroxide and/or amorphous composite hydroxide" will be simply referred to as "layered It is sometimes described as "double hydroxide".

複合化物における特定の無機酸化物の配置態様は、特定の無機酸化物が層状複水酸化物と複合化されている配置態様を採ることができる。このような配置態様から、上記層状複水酸化物は、特定の無機酸化物とともに複合化した層状複水酸化物(無機酸化物複合系の層状複水酸化物)と称され得る。複合化物における特定の無機酸化物は、層状複水酸化物と接する位置に、層状複水酸化物に被覆されるような態様で配置されていることが好ましい。複合化物における特定の無機酸化物と層状複水酸化物との配置態様としては、特定の無機酸化物の周りに層状複水酸化物が付着しているような状態がより好ましい。このような複合化物は、例えば、特定の無機酸化物の存在下で層状複水酸化物を製造することによって得ることができる。 The layout of the specific inorganic oxide in the composite can adopt a layout in which the specific inorganic oxide is composited with the layered double hydroxide. From such an arrangement mode, the layered double hydroxide can be called a layered double hydroxide compounded with a specific inorganic oxide (an inorganic oxide compound layered double hydroxide). The specific inorganic oxide in the composite is preferably arranged in such a manner that it is covered with the layered double hydroxide at a position in contact with the layered double hydroxide. As a mode of arrangement of the specific inorganic oxide and the layered double hydroxide in the composite, a state in which the layered double hydroxide is attached around the specific inorganic oxide is more preferable. Such a composite can be obtained, for example, by producing a layered double hydroxide in the presence of a specific inorganic oxide.

複合化物は、一態様において、下記一般式(A)で表される、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と、特定の無機酸化物とが一体化した構成をとることが好ましい。一般式(A)中、M3+は3価金属イオンを表し、An-はn価のアニオンを表し、xは0<x<1の実数を表し、yは0より大きい実数を表す。
一般式(A):[(Fe2+)1-x(M3+)(OH)][(An-)x/n・yHO]
In one aspect of the composite, a layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions represented by the following general formula (A) is integrated with a specific inorganic oxide. It is preferable to adopt a configuration that In general formula (A), M 3+ represents a trivalent metal ion, A n- represents an n-valent anion, x represents a real number satisfying 0<x<1, and y represents a real number greater than zero.
General formula (A): [(Fe 2+ ) 1−x (M 3+ ) x (OH) 2 ][(A n− ) x/n ·yH 2 O]

3価金属イオン(M3+)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、及び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。3価金属イオンは、1種単独であっても、2種以上の組み合わせであってもよい。 The trivalent metal ion (M 3+ ) 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 ions, trivalent gallium ions, trivalent scandium ions, trivalent yttrium ions, trivalent manganese, trivalent arsenic, trivalent molybdenum, trivalent ruthenium, trivalent rhodium, trivalent antimony, trivalent gold, and trivalent bismuth. 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 trivalent aluminum ions, trivalent vanadium ions, trivalent vanadium ions, and trivalent metal ions are more preferred. Examples include lanthanide ions (preferably trivalent cerium ions), more preferably trivalent aluminum ions and trivalent vanadium ions, and particularly preferably trivalent aluminum ions. Trivalent metal ions may be used singly or in combination of two or more.

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。上記モル比(2価鉄イオン:3価金属イオン)は、好ましくは2:1~4:1、より好ましくは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 bivalent iron ions and trivalent metal ions (bivalent iron ions: trivalent metal ions) in the layered double hydroxide is not particularly limited as long as it is a molar ratio capable of forming a layered double hydroxide. . The molar ratio (bivalent iron ions: trivalent metal ions) is preferably 2:1 to 4:1, more preferably 2:1 to 3:1. By increasing the number of moles of trivalent metal ions to bivalent 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(フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン等)、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、及び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、及びカルボン酸イオン(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、ハロゲンイオン等がより好ましく、硫酸イオン、硝酸イオン、塩化物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。アニオンは、1種単独であっても、2種以上の組み合わせであってもよい。 The anion is not particularly limited as long as it can form a layered double hydroxide. Examples of anions include sulfate ions, nitrate ions, halogen ions (fluoride ions, chloride ions, bromide ions, iodide ions, etc.), chlorate ions, bromate ions, iodate ions, perchlorate ions, and strong acid anions such as perbromate ions; and weak acid anions 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 preferable, and among them, sulfate ions, nitrate ions, halogen ions, etc. are more preferable, and sulfate ions, nitrate ions, chloride ions, etc. is more preferred, and sulfate ion is even more preferred. Anions may be used singly or in combination of two or more.

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 can take an appropriate value depending on the number of moles of trivalent metal ions to divalent iron ions and the valence of anions. Typically, when the number of moles of a trivalent metal ion is defined as X and the number of valences of an anion is defined as N, the number of moles of anion is X/N.

限定的な解釈を望むものではないが、不均一系フェントン反応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、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 limiting, when the heterogeneous Fenton reaction catalyst and hydrogen peroxide are brought into contact, the peroxide species generated by the reaction between the anion and hydrogen peroxide is 2 in the layered double hydroxide. It greatly contributes to the Fenton reaction on valence iron ions, and combined with the structure of the layered double hydroxide (it is thought that the divalent iron ions and anions are arranged close to each other), the efficiency of the Fenton reaction is further enhanced. it is conceivable that.

二酸化ケイ素(SiO)、二酸化チタン(TiO)、及び酸化アルミニウム(Al)は、上述した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に対して、さらに触媒性能を向上させ得る成分である。不均一系フェントン反応触媒は、SiO、TiO、及びAlをからなる群より選択される少なくとも1種の無機酸化物を含有することにより、それら特定の無機酸化物を含有しない場合に比べて、有機物分解性能がより良好なものである。触媒性能及び有機物分解性能の観点から、上記無機酸化物としては、SiO及びTiOがより好ましい。 Silicon dioxide (SiO 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ), and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) are used for layered double hydroxides containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions described above. It is a component that can further improve the catalytic performance. When the heterogeneous Fenton reaction catalyst contains at least one inorganic oxide selected from the group consisting of SiO 2 , TiO 2 , and Al 2 O 3 and does not contain those specific inorganic oxides Compared to , the organic substance decomposition performance is better. SiO 2 and TiO 2 are more preferable as the inorganic oxides from the viewpoint of catalytic performance and organic substance decomposition performance.

触媒性能のさらなる向上や有機物分解性能のさらなる向上の観点から、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2価鉄イオンに対する上記無機酸化物のモル比は、0.01~2であることが好ましい。このモル比の範囲は、0.05以上であることがより好ましく、0.1以上であることがさらに好ましく、1.5以下であることがより好ましく、1以下であることがさらに好ましい。 From the viewpoint of further improving catalytic performance and further improving organic substance decomposition performance, the molar ratio of the inorganic oxide to the divalent iron ion in the layered double hydroxide and/or amorphous composite hydroxide is 0.01. ~2 is preferred. The range of this molar ratio is more preferably 0.05 or more, more preferably 0.1 or more, more preferably 1.5 or less, and even more preferably 1 or less.

複合化物やそれを構成する層状複水酸化物及び特定の無機酸化物の粒子形状は、特に制限されない。それらの粒子形状としては、例えば板状、球状、ロッド状、及び多面体状等が挙げられる。 The particle shape of the composite and the layered double hydroxide and specific inorganic oxide constituting the composite are not particularly limited. Examples of the particle shape thereof include plate-like, spherical, rod-like, and polyhedral shapes.

複合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。複合化物を構成する層状複水酸化物の平均粒子径は、例えば10nm~5000nmであることが好ましい。それらの粒子は操作を容易にするため、例えば板状、球状、ロッド状、及び多面体状等に造粒してもよく、固体表面に塗布してもよい。造粒された粒子の平均粒子径は、例えば1mm~50mmであることが好ましい。 The average particle size of the composite is not particularly limited. Smaller particles are desirable from the viewpoint of Fenton reaction efficiency. The average particle size of the layered double hydroxide constituting the composite is preferably, for example, 10 nm to 5000 nm. The particles may be granulated into, for example, platelets, spheres, rods, and polyhedra for ease of manipulation, and may be applied to solid surfaces. The average particle diameter of the granulated particles is preferably 1 mm to 50 mm, for example.

不均一系フェントン反応触媒は、複合化物(層状複水酸化物及び特定の無機酸化物)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、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、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、層状複水酸化物と一体化しても、層状複水酸化物と分離していてもよい。 The heterogeneous Fenton reaction catalyst may consist of only a composite (layered double hydroxide and specific inorganic oxide) or may contain other substances. Other substances include, for example, impurities that are unavoidably mixed in when producing the layered double hydroxide, other inorganic substances, and amorphous composite hydroxide obtained after the structure of the layered double hydroxide collapses. etc. The other substance may be integrated with the layered double hydroxide or separate from the layered double hydroxide.

複合化物の含有量は、不均一系フェントン反応触媒の全質量(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%以上とすることができる。この含有量の上限は、例えば99.9質量%、99質量%、97質量%とすることができる。 The content of the composite is, for example, 50% by mass or more, 70% by mass or more, 80% by mass or more, 90% by mass or more, 95% by mass or more with respect to the total mass (100% by mass) of the heterogeneous Fenton reaction catalyst. can be The upper limit of this content can be, for example, 99.9% by mass, 99% by mass, or 97% by mass.

不均一系フェントン反応触媒は、その一態様において、過酸化水素とともに用いられ、かつ、過酸化水素との接触により生成するラジカルにより有機物を分解するために用いられることが好ましい。不均一系フェントン反応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、複合化物、及びそれを含む不均一系フェントン反応触媒は、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。 In one aspect, the heterogeneous Fenton reaction catalyst is preferably used together with hydrogen peroxide and used to decompose organic substances by radicals generated by contact with hydrogen peroxide. By bringing the heterogeneous Fenton reaction catalyst into contact with hydrogen peroxide, radicals can be generated and organic substances can be decomposed by the radicals. For this reason, composites and heterogeneous Fenton reaction catalysts containing them are radical generation catalysts, radical generation ability imparting agents, radical generation ability improving agents, organic matter decomposition catalysts, organic matter decomposition imparting agents, organic matter decomposition improvement agents, etc. can also be used as

また、不均一系フェントン反応触媒は、その一態様において、紫外線から赤外線までの領域にある光の照射条件下で過酸化水素と接触させて用いられることがより好ましい。不均一系フェントン反応触媒は特定の無機酸化物を含有するため、この不均一系フェントン反応触媒を上記光の照射条件下で過酸化水素と接触させることにより、ラジカルがより生成しやすくなり、さらにそのラジカルにより有機物をより分解しやすくなる。この観点から、上記光としては、太陽光等のような、紫外線及び可視光線の少なくとも1種が好ましい。光の波長としては、200~3000nmが好ましく、200~900nmがより好ましく、300~700nmがさらに好ましい。 In one aspect, the heterogeneous Fenton reaction catalyst is more preferably used by being brought into contact with hydrogen peroxide under irradiation conditions of light in the region from ultraviolet rays to infrared rays. Since the heterogeneous Fenton reaction catalyst contains a specific inorganic oxide, contacting the heterogeneous Fenton reaction catalyst with hydrogen peroxide under the above light irradiation conditions makes it easier to generate radicals. The radicals make it easier to decompose organic substances. From this point of view, the light is preferably at least one of ultraviolet light and visible light such as sunlight. The wavelength of light is preferably 200 to 3000 nm, more preferably 200 to 900 nm, even more preferably 300 to 700 nm.

2.不均一系フェントン反応触媒の製造方法
次に、上述した不均一系フェントン反応触媒を製造するための好適な方法として、本発明の一実施形態の不均一系フェントン反応触媒の製造方法(以下、単に「不均一系フェントン反応触媒の製造方法」と記載することがある。)について説明する。
2. Next, as a suitable method for producing the heterogeneous Fenton reaction catalyst described above, a method for producing a heterogeneous Fenton reaction catalyst according to one embodiment of the present invention (hereinafter simply referred to as It may be described as a “method for producing a heterogeneous Fenton reaction catalyst”).

この不均一系フェントン反応触媒の製造方法は、2価鉄イオンとアニオンとの塩;3価金属イオンとアニオンとの塩;二酸化ケイ素、二酸化チタン、及び酸化アルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種の無機酸化物;並びに水を含有する混合物を調製すること;その混合物の25℃におけるpHを3~14に調整して、懸濁液を得ることにより、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並びに/又は非晶質な複合水酸化物と、上記無機酸化物と、を含有する複合化物を得ること;を含む。これにより、上記複合化物を含む不均一系フェントン反応触媒を製造することができる。 This method for producing a heterogeneous Fenton reaction catalyst includes at least one selected from the group consisting of salts of divalent iron ions and anions; salts of trivalent metal ions and anions; silicon dioxide, titanium dioxide, and aluminum oxide. and water; adjusting the pH of the mixture to 3 to 14 at 25° C. to obtain a suspension, divalent iron ion, trivalent metal ion , and obtaining a composite containing an anion-containing layered double hydroxide and/or amorphous composite hydroxide, and the inorganic oxide. Thereby, a heterogeneous Fenton reaction catalyst containing the composite can be produced.

不均一系フェントン反応触媒の製造方法における「混合物を調製すること」によって、混合物に含有される成分の反応液を得ることができる。「混合物を調製すること」に用いられる、2価鉄イオン、3価金属イオン、アニオン、及び特定の無機酸化物は、上記「1.不均一系フェントン反応触媒」で説明したものと同様である。 By "preparing the mixture" in the method for producing a heterogeneous Fenton reaction catalyst, a reaction solution of the components contained in the mixture can be obtained. The divalent iron ions, trivalent metal ions, anions, and specific inorganic oxides used in "preparing the mixture" are the same as those described in "1. Heterogeneous Fenton reaction catalyst" above. .

混合物の調製に用いる2価鉄イオンとアニオンとの塩(2価鉄塩)としては、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、FeCl、FeF、FeBr、FeI、FeSO、Fe(NO)を挙げることができる。これらの2価鉄塩の1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。混合物(反応液)中の2価鉄塩の濃度は、特に制限されないが、例えば0.2~2000mmol/Lとすることができ、好ましくは2~1000mmol/L、より好ましくは4~400mmol/L、さらに好ましくは20~200mmol/Lである。 The salt of a ferrous ion and an anion (ferric salt) used for preparing the mixture varies depending on the type of anion employed in the layered double hydroxide, but examples thereof include FeCl 2 , FeF 2 and FeBr 2 . , FeI 2 , FeSO 4 , Fe(NO 3 ) 2 . One type of these divalent iron salts may be used alone, or two or more types may be used in combination. The concentration of the divalent iron salt in the mixture (reaction solution) is not particularly limited, but can be, for example, 0.2 to 2000 mmol/L, preferably 2 to 1000 mmol/L, more preferably 4 to 400 mmol/L. , more preferably 20 to 200 mmol/L.

混合物の調製に用いる3価金属イオンとアニオンとの塩(3価金属塩)としては、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、AlCl、AlF、AlBr、AlI、Al(SO)、Al(NO)、VCl、VF、VBr、VI、V(SO)、V(NO)、CeCl、CeF、CeBr、CeI、Ce(SO)、Ce(NO)、FeCl、FeF、FeBr、FeI、Fe(SO)、Fe(NO)等を挙げることができる。これらの3価金属塩の1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。混合物(反応液)中の3価金属塩の濃度は、特に制限されないが、例えば0.1~1000mmol/Lとすることができ、好ましくは1~500mmol/L、より好ましくは2~200mmol/L、さらに好ましくは10~100mmol/Lである。 The salt of a trivalent metal ion and an anion (trivalent metal salt) used for preparing the mixture varies depending on the type of anion employed in the layered double hydroxide, but examples thereof include AlCl 3 , AlF 3 and AlBr 3 . , AlI3 , Al2 ( SO4 ) 3 , Al( NO3 ) 3 , VCl3 , VF3 , VBr3, VI3 , V2 ( SO4 ) 3 , V( NO3 ) 3 , CeCl3 , CeF 3 , CeBr3 , CeI3 , Ce2 ( SO4 ) 3 , Ce( NO3 ) 3 , FeCl3 , FeF3 , FeBr3 , FeI3 , Fe2 ( SO4 ) 3 , Fe( NO3 ) 3, etc. can be mentioned. One type of these trivalent metal salts may be used alone, or two or more types may be used in combination. The concentration of the trivalent metal salt in the mixture (reaction solution) is not particularly limited, but can be, for example, 0.1 to 1000 mmol/L, preferably 1 to 500 mmol/L, more preferably 2 to 200 mmol/L. , more preferably 10 to 100 mmol/L.

2価鉄と3価金属のモル比(2価鉄:3価金属)は、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。2価鉄と3価金属のモル比(2価鉄:3価金属)は、2:1~4:1であることが好ましく、2:1~3:1であることがより好ましい。 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. The molar ratio of bivalent iron and trivalent metal (bivalent iron:trivalent metal) is preferably 2:1 to 4:1, more preferably 2:1 to 3:1.

混合物(反応液)の液媒体は水を含む限りにおいて、特に制限されない。混合物(反応液)には、液媒体として、水以外の溶剤が含まれていてもよい。例えば、液媒体は、2価鉄イオンとアニオンとの塩(2価鉄塩)や、3価金属イオンとアニオンとの塩(3価金属塩)の溶媒であることが好ましく、上記特定の無機酸化物の分散媒であることが好ましい。水の含有量は、反応液の液媒体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%以上とすることができる。 The liquid medium of the mixture (reaction liquid) is not particularly limited as long as it contains water. The mixture (reaction liquid) may contain a solvent other than water as a liquid medium. For example, the liquid medium is preferably a solvent for a salt of a divalent iron ion and an anion (divalent iron salt) or a salt of a trivalent metal ion and an anion (trivalent metal salt). It is preferably an oxide dispersion medium. The content of water can be, 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 liquid medium of the reaction liquid.

不均一系フェントン反応触媒の製造方法における「懸濁液を得ること」によって、その懸濁液から固形分として、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並びに/又は非晶質な複合水酸化物と、特定の無機酸化物とを含有する複合化物を得ることができる。懸濁液は、上述の混合物(反応液)のpHを3~14に調整することによって得ることができる。なお、この懸濁液を得る際の上述の混合物のpHの値は25℃での値をとるが、懸濁液を得る際の混合物の温度は、特に制限されず、例えば常温(5~35℃)の範囲とすることができ、好ましくは15~30℃の範囲とすることができる。 Layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions as solids from the suspension by "obtaining a suspension" in the method for producing a heterogeneous Fenton reaction catalyst, and / Or a composite containing an amorphous composite hydroxide and a specific inorganic oxide can be obtained. A suspension can be obtained by adjusting the pH of the above mixture (reaction solution) to 3-14. The pH value of the above-mentioned mixture when obtaining this suspension is a value at 25° C., but the temperature of the mixture when obtaining the suspension is not particularly limited. °C), preferably in the range of 15 to 30°C.

混合物(反応液)のpHを調整する際には、公知のpH調整剤を用いることができる。pH調整剤としては、例えば、水酸化ナトリウム及び水酸化カルシウム等のアルカリや、塩酸及び硫酸等の酸等を挙げることができ、アルカリや酸を水溶液の形態で用いることが好ましい。懸濁液を得るに当たり、混合物(反応液)中に沈殿物が生じやすくなって懸濁液を得やすくなる観点から、混合物(反応液)の25℃におけるpHを、5~14に調整することがより好ましく、7~14に調整することがさらに好ましい。 A known pH adjuster can be used to adjust the pH of the mixture (reaction solution). Examples of the pH adjuster include alkalis such as sodium hydroxide and calcium hydroxide, and acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid. It is preferable to use alkalis and acids in the form of aqueous solutions. When obtaining a suspension, the pH of the mixture (reaction solution) at 25° C. should be adjusted to 5 to 14 from the viewpoint of facilitating the formation of precipitates in the mixture (reaction solution) and making it easier to obtain the suspension. is more preferable, and adjusting to 7 to 14 is even more preferable.

この不均一系フェントン反応触媒の製造方法では、上記懸濁液を得た後、常温でも、懸濁液から、層状複水酸化物並びに/又は非晶質な複合水酸化物と特定の無機酸化物とを含有する複合化物を得ることができる。一方、得られる複合化物における層状複水酸化物の結晶性が高まる観点から、懸濁液を加熱処理することが好ましく、水熱処理することがより好ましい。これらにより、懸濁液にかける温度としては、層状複水酸化物を合成しやすい観点から、20~200℃であることが好ましく、60~140℃であることがより好ましく、100~140℃であることがさらに好ましい。懸濁液を水熱処理等により加熱する際には、層状複水酸化物が得られやすい観点から、その加熱時間は、例えば、1~100時間であることが好ましく、12~72時間であることがより好ましく、12~48時間であることがさらに好ましい。 In this method for producing a heterogeneous Fenton reaction catalyst, after the suspension is obtained, even at room temperature, the suspension is converted from the layered double hydroxide and / or amorphous composite hydroxide and the specific inorganic oxidation A composite containing the substance can be obtained. On the other hand, from the viewpoint of increasing the crystallinity of the layered double hydroxide in the resulting composite, the suspension is preferably heat-treated, more preferably hydrothermally treated. As a result, the temperature applied to the suspension is preferably 20 to 200 ° C., more preferably 60 to 140 ° C., more preferably 100 to 140 ° C., from the viewpoint of easy synthesis of the layered double hydroxide. It is even more preferable to have When the suspension is heated by hydrothermal treatment or the like, the heating time is, for example, preferably 1 to 100 hours, preferably 12 to 72 hours, from the viewpoint of easily obtaining a layered double hydroxide. is more preferred, and 12 to 48 hours is even more preferred.

上述のようにして得られた懸濁液から、固体状の複合化物を得ることができる。この際、懸濁液をろ過したり、水で洗浄したりすることが好ましく、それらの後、減圧下で乾燥させることがより好ましい。得られた物質(層状複水酸化物と特定の無機酸化物とを含有する複合化物)は、そのまま、或いは他の物質と混合して、不均一系フェントン反応触媒として使用することができる。 A solid complex can be obtained from the suspension obtained as described above. At this time, the suspension is preferably filtered or washed with water, and then dried under reduced pressure. The obtained substance (composite containing layered double hydroxide and specific inorganic oxide) can be used as a heterogeneous Fenton reaction catalyst as it is or mixed with other substances.

また、必要に応じて、公知の方法に従って又は準じて、不均一系フェントン反応触媒におい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。 In addition, if necessary, it can be confirmed that the heterogeneous Fenton reaction catalyst contains a layered double hydroxide 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.有機物の分解方法
以上詳述した本発明の一実施形態の不均一系フェントン反応触媒は、前述の通り、その一態様において、過酸化水素と接触させることを含むラジカル生成方法に利用することが可能であることから、以下の有機物の分解方法に利用することが可能である。すなわち、本発明の一実施形態の有機物の分解方法(以下、単に「有機物の分解方法」と記載することがある。)は、前述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;及びそのラジカルと分解対象の有機物とを接触させること;を含む。
3. Method for Decomposing Organic Substances As described above, the heterogeneous Fenton reaction catalyst of one embodiment of the present invention described in detail above can be used in a radical generation method including contacting with hydrogen peroxide in one aspect thereof. Therefore, it can be used in the following method for decomposing organic matter. That is, the method for decomposing organic matter according to one embodiment of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “method for decomposing organic matter”) comprises contacting the aforementioned heterogeneous Fenton reaction catalyst with hydrogen peroxide. generating radicals; and contacting the radicals with the organic matter to be decomposed.

不均一系フェントン反応触媒と過酸化水素との接触により生成するラジカルは、特に制限されないが、主にヒドロキシラジカルであると考えられる。不均一系フェントン反応触媒と過酸化水素との接触の態様は、それらの接触によりラジカルが生成すれば特に制限されない。不均一系フェントン反応触媒と過酸化水素との接触は、例えば、不均一系フェントン反応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、不均一系フェントン反応触媒と過酸化水素との接触は、通常、水の存在下で行うことができ、例えば、不均一系フェントン反応触媒及び過酸化水素を含有する水中で行うことができる。その水中の不均一系フェントン反応触媒の濃度は、特に制限されず、上記複合化物としての濃度で、例えば、0.001~10質量%であることが好ましく、0.01~2質量%であることがより好ましく、0.05~0.5質量%であることがさらに好ましい。また、触媒を成型し反応装置内に充填する場合、水中の不均一系フェントン反応触媒の濃度は、上記複合化物としての濃度で、例えば、1~50質量%であることが好ましく、2~20質量%であることがより好ましい。水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、0.1~500mmol/Lであることが好ましく、1~200mmol/Lであることがより好ましく、1~100mmol/Lであることがさらに好ましく、2~20mmol/Lであることがよりさらに好ましい。 Radicals generated by contact of the heterogeneous Fenton reaction catalyst with hydrogen peroxide are not particularly limited, but are considered to be mainly hydroxyl radicals. The mode of contact between the heterogeneous Fenton reaction catalyst and hydrogen peroxide is not particularly limited as long as radicals are generated by their contact. The heterogeneous Fenton reaction catalyst and hydrogen peroxide can be contacted, for example, by mixing the heterogeneous Fenton reaction catalyst and hydrogen peroxide. Further, the contact between the heterogeneous Fenton reaction catalyst and hydrogen peroxide can usually be carried out in the presence of water, for example, it can be carried out in water containing the heterogeneous Fenton reaction catalyst and hydrogen peroxide. . The concentration of the heterogeneous Fenton reaction catalyst in the water is not particularly limited, and the concentration as the composite is, for example, preferably 0.001 to 10% by mass, and 0.01 to 2% by mass. is more preferable, and 0.05 to 0.5% by mass is even more preferable. Further, when the catalyst is molded and filled in the reactor, the concentration of the heterogeneous Fenton reaction catalyst in water is preferably 1 to 50% by mass, for example, 2 to 20% in terms of the concentration of the composite. % by mass is more preferred. The concentration of hydrogen peroxide in water before the reaction is not particularly limited, and is, for example, preferably 0.1 to 500 mmol/L, more preferably 1 to 200 mmol/L, and 1 to 100 mmol/L. more preferably 2 to 20 mmol/L.

ラジカルと分解対象の有機物との接触の態様は、特に制限されない。ラジカルと有機物との接触は、例えば、不均一系フェントン反応触媒、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、ラジカルと有機物との接触は、通常、水の存在下で行うことができ、例えば、不均一系フェントン反応触媒、過酸化水素、及び有機物を含有する水中で行うことができる。この場合、その水中において、不均一系フェントン反応触媒の作用により、過酸化水素からラジカル(ヒドロキシラジカル)が生成し、かつ、そのラジカルと有機物とを接触させることができる。水中の不均一系フェントン反応触媒の濃度、及び反応前の過酸化水素の濃度は、上記と同様である。水中の有機物の濃度は、特に制限されず、例えば、0.001~1000mmol/Lであることが好ましく、0.01~100mmol/Lであることがより好ましく、0.1~10mmol/Lであることがさらに好ましい。 The mode of contact between the radicals and the organic substance to be decomposed is not particularly limited. The contact between the radical and the organic substance can be carried out, for example, by mixing the heterogeneous Fenton reaction catalyst, hydrogen peroxide and the organic substance. Also, the contact between the radicals and the organic matter can usually be carried out in the presence of water, for example, in water containing a heterogeneous Fenton reaction catalyst, hydrogen peroxide, and an organic matter. In this case, radicals (hydroxy radicals) are generated from hydrogen peroxide in the water by the action of the heterogeneous Fenton reaction catalyst, and the radicals can be brought into contact with organic matter. The concentration of the heterogeneous Fenton reaction catalyst in water and the concentration of hydrogen peroxide before the reaction are the same as above. The concentration of organic substances in water is not particularly limited, and for example, it is preferably 0.001 to 1000 mmol/L, more preferably 0.01 to 100 mmol/L, and 0.1 to 10 mmol/L. is more preferred.

不均一系フェントン反応触媒と過酸化水素との接触時の温度は、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。それらの温度は、例えば、0~100℃であることが好ましく、10~50℃であることがより好ましく、15~40℃であることがさらに好ましい。また、接触時の時間は、一定量のラジカルが生成する程度の時間である限り、特に制限されず、例えば、1分間~3時間、好ましくは15分間~2時間である。 The temperature during contact between the heterogeneous Fenton reaction catalyst and hydrogen peroxide is not particularly limited as long as the temperature allows the Fenton reaction to proceed. These temperatures are, for example, preferably 0 to 100°C, more preferably 10 to 50°C, even more preferably 15 to 40°C. The contact time is not particularly limited as long as a certain amount of radicals are generated, and is, for example, 1 minute to 3 hours, preferably 15 minutes to 2 hours.

有機物の分解方法は、好適には、その一態様として、分解対象の有機物を含有する水(被処理水)を処理する方法(水処理方法)において採用され得る。この水処理方法は、有機物を含有する被処理水と、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ことが好ましい。これにより、被処理水中で、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、不均一系フェントン反応触媒の作用により、過酸化水素からラジカルを生成することができ、そのラジカルと被処理水とを接触させることができる。また、それにより、被処理水中で、生成したラジカルと有機物とを接触させることができ、ラジカルにより有機物を酸化分解することができる。本明細書において、被処理水とは、処理対象の水、すなわち、処理を受ける水を意味し、有機物を含有する水であれば、特に制限されず、例えば、有機物を含有する廃水等が挙げられる。 One aspect of the method for decomposing organic matter is preferably employed in a method (water treatment method) for treating water containing organic matter to be decomposed (water to be treated). This water treatment method preferably includes contacting water to be treated containing organic matter, a heterogeneous Fenton reaction catalyst, and hydrogen peroxide. As a result, the heterogeneous Fenton reaction catalyst and hydrogen peroxide are brought into contact with each other in the water to be treated, and radicals can be generated from hydrogen peroxide by the action of the heterogeneous Fenton reaction catalyst. It can be brought into contact with treated water. Further, as a result, the generated radicals can be brought into contact with organic substances in the water to be treated, and the organic substances can be oxidatively decomposed by the radicals. In the present specification, the water to be treated means water to be treated, that is, water to be treated, and is not particularly limited as long as it contains organic matter. Examples include wastewater containing organic matter. be done.

被処理水と不均一系フェントン反応触媒と過酸化水素との接触(被処理水とラジカルとの接触)の態様は、特に制限されない。例えば、被処理水と不均一系フェントン反応触媒と過酸化水素とを混合することにより、それらを接触させることができ、それらの接触を所定の槽(反応槽)内にて行うことができる。好適には、有機物を含有する被処理水に過酸化水素及び不均一系フェントン反応触媒を添加することにより、それらを接触させることができる。また、別のより好適な一態様としては、不均一系フェントン反応触媒を担体に担持させて固定した状態で反応槽内に留めさせておき、その反応槽にて、被処理水と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ができる。例えば、不均一系フェントン反応触媒を担持させた担体(触媒担体)を設置した反応槽に、被処理水が移送されてくるように構成することができ、また、その反応槽(反応槽内の被処理水)に過酸化水素を添加するように構成することができる。 The manner of contact between the water to be treated, the heterogeneous Fenton reaction catalyst, and hydrogen peroxide (contact between the water to be treated and radicals) is not particularly limited. For example, by mixing the water to be treated, a heterogeneous Fenton reaction catalyst, and hydrogen peroxide, they can be brought into contact with each other, and their contact can be carried out in a predetermined tank (reaction tank). Suitably, hydrogen peroxide and a heterogeneous Fenton reaction catalyst can be added to the water to be treated containing organic matter to bring them into contact. Further, as another more preferable aspect, the heterogeneous Fenton reaction catalyst is supported on a carrier and fixed in a reaction tank, and in the reaction tank, the water to be treated and the heterogeneous system The Fenton reaction catalyst can be contacted with hydrogen peroxide. For example, it can be configured such that the water to be treated is transferred to a reaction tank in which a carrier (catalyst carrier) on which a heterogeneous Fenton reaction catalyst is supported is installed, and the reaction tank (inside the reaction tank It can be configured to add hydrogen peroxide to the water to be treated).

なお、上述の水処理方法では、反応槽の前段及び後段のいずれか一方又は両方に、pH調整槽を設置して、被処理水や処理過程にある水のpHを調整してもよい。また、反応槽(さらにその後段にpH調整槽を設ける場合にはそのpH調整槽)の後段には、固液分離装置を設置してもよい。例えば、有機物の酸化分解に使用された不均一系フェントン反応触媒における層状複水酸化物を含む懸濁物質が水中に生じた場合に、固液分離装置を用いた処理(固液分離処理)により、懸濁物質を除去することができる。一方、上述のように、不均一系フェントン反応触媒を担体に担持させて固定した状態で反応槽内に留めさせておけば、上記固液分離処理を不要とすることも可能である。 In the water treatment method described above, a pH adjustment tank may be installed in either or both of the front stage and rear stage of the reaction tank to adjust the pH of the water to be treated or the water in the process of treatment. In addition, a solid-liquid separation device may be installed in the rear stage of the reaction tank (and the pH adjustment tank when the pH adjustment tank is provided in the subsequent stage). For example, when suspended matter containing layered double hydroxide in heterogeneous Fenton reaction catalyst used for oxidative decomposition of organic matter is generated in water, treatment using a solid-liquid separation device (solid-liquid separation treatment) , suspended matter can be removed. On the other hand, as described above, if the heterogeneous Fenton reaction catalyst is supported on a carrier and fixed in the reaction vessel, the solid-liquid separation treatment may be unnecessary.

有機物の分解方法において用いる特定の不均一系フェントン反応触媒は、溶液に溶かして用いられる均一系触媒とは異なり、固相のままで用いられる不均一系触媒である。そのため、本実施形態の有機物の分解方法は、有機物を分解するために、水中で鉄(II)イオンを生じる水溶性の鉄(II)塩を触媒として連続的に添加することが必要な均一系フェントン反応触媒を用いた一過性の技術とは異なり、触媒(特定の不均一系フェントン反応触媒)を繰り返し使用することが可能である。また、それにより、触媒に由来する化合物を含む汚泥(スラッジ)の発生を抑制できることや、触媒を汚泥として除去するための不溶化のための薬剤(例えば凝集剤等)の使用を抑制できることにもつながる。したがって、スラッジ処分費や触媒費用を抑えた有用な水処理方法の実現が期待できる。これらの効果が得られやすい観点から、不均一系フェントン反応触媒は、上述した担体に担持させて固定した状態で用いられることが好ましい。 A specific heterogeneous Fenton reaction catalyst used in a method for decomposing organic matter is a heterogeneous catalyst that is used in a solid phase, unlike a homogeneous catalyst that is dissolved in a solution and used. Therefore, the method for decomposing organic matter of the present embodiment is a homogeneous system that requires continuous addition of a water-soluble iron (II) salt that produces iron (II) ions in water as a catalyst in order to decompose organic matter. Unlike transient techniques using Fenton reaction catalysts, it is possible to use the catalysts (specific heterogeneous Fenton reaction catalysts) repeatedly. In addition, this leads to the ability to suppress the generation of sludge containing compounds derived from the catalyst, and the ability to suppress the use of insolubilizing agents (such as flocculants) for removing the catalyst as sludge. . Therefore, it can be expected to realize a useful water treatment method with reduced sludge disposal costs and catalyst costs. From the viewpoint of easily obtaining these effects, the heterogeneous Fenton reaction catalyst is preferably used in a state in which it is supported and fixed on the carrier described above.

有機物の分解方法において分解対象となる有機物は、ラジカルにより分解される有機化合物である限り、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 substance to be decomposed in the organic substance decomposition method is not particularly limited as long as it is an organic compound that can be decomposed by radicals. Examples of such organic substances include organic aliphatic substances, organic aromatic substances, dioxin contaminants, and the like.

有機脂肪族物質は、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。有機脂肪族物質はまた、アルコールのようにヒドロキシ基を有していてもよく、脂肪酸のようにカルボキシ基を有していてもよく、スルホン酸のようにオキシ酸を有していてもよく、ジオキサンのようにエーテル基をはじめとする含酸素化合物であってもよく、炭素、水素、及び酸素以外の元素(例えば窒素及び硫黄等)を含んでいてもよい。 Organic 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. The organic fatty substance may also have a hydroxy group such as an alcohol, a carboxyl group such as a fatty acid, or an oxyacid such as a sulfonic acid, It may be an oxygen-containing compound such as an ether group such as dioxane, and may contain elements other than carbon, hydrogen, and oxygen (eg, nitrogen, sulfur, etc.).

有機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。 The organic aliphatic material is preferably trichloropropane, preferably 1,2,3-trichloropropane, chloropropenol, preferably 2-chloro-2-propen-1-ol, dichloropropene, preferably 1,3-dichloropropane. Propene 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, chloro Ethers, more preferably chloroethers of the approximate formulas C6H10Cl2O2 , C6H12Cl2O , C6H9Cl3O2 , C6H11Cl3O2 , acrolein , methylglycidyl Ether, 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 , oxalic acid, dichloroacetic acid, glycidol, epichlorohydrin, ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide and mixtures thereof.

有機芳香族物質は、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。有機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。有機芳香族物質は好ましくはモノクロロベンゼンである。有機芳香族物質はまた、フェノールのようにヒドロキシ基を有していてもよく、安息香酸のようにカルボキシ基を有していてもよく、ベンゼンスルホン酸のようにオキシ酸を有していてもよく、炭素、水素、及び酸素以外の元素(例えば窒素及び硫黄等)を含んでいてもよく、アルキルベンゼンスルホン酸のように鎖式構造を含んでいてもよい。 Organic 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. Organic aromatic substances are preferably selected from mono-, di-, tri-, tetra-, penta- and hexachlorobenzenes and/or naphthalenes, and mixtures thereof. The organic aromatic substance is preferably monochlorobenzene. The organic aromatic substance may also have a hydroxy group such as phenol, a carboxy group such as benzoic acid, or an oxyacid such as benzenesulfonic acid. It may contain elements other than carbon, hydrogen, and oxygen (such as nitrogen and sulfur) and may contain chain structures such as alkylbenzene sulfonic acids.

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 in 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.

以上に述べた通り、本発明の一実施形態は、次の構成を採ることが可能である。
[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と、二酸化ケイ素、二酸化チタン、及び酸化アルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種の無機酸化物とを含有する複合化物を含む、不均一系フェントン反応触媒。
[2]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2価鉄イオンに対する前記無機酸化物のモル比が、0.01~2である、上記[1]に記載の不均一系フェントン反応触媒。
[3]過酸化水素とともに用いられ、かつ、前記過酸化水素との接触により生成するラジカルにより有機物を分解するために用いられる上記[1]又は[2]に記載の不均一系フェントン反応触媒。
[4]紫外線から赤外線までの領域にある光の照射条件下で前記過酸化水素と接触させて用いられる上記[3]に記載の不均一系フェントン反応触媒。
[5]2価鉄イオンとアニオンとの塩;3価金属イオンとアニオンとの塩;二酸化ケイ素、二酸化チタン、及び酸化アルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種の無機酸化物;並びに水を含有する混合物を調製すること;及び前記混合物の25℃におけるpHを3~14に調整して、懸濁液を得ることにより、前記2価鉄イオン、前記3価金属イオン、及び前記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と、前記無機酸化物と、を含有する複合化物を得ること;を含む、前記複合化物を含む不均一系フェントン反応触媒の製造方法。
[6]前記懸濁液を得た後、前記懸濁液を水熱処理することを含む上記[5]に記載の不均一系フェントン反応触媒の製造方法。
[7]上記[1]~[4]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、分解対象の有機物とを接触させること;を含む、有機物の分解方法。
As described above, one embodiment of the present invention can adopt the following configuration.
[1] Selected from the group consisting of layered double hydroxides and/or amorphous composite hydroxides containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions, and silicon dioxide, titanium dioxide, and aluminum oxide A heterogeneous Fenton reaction catalyst comprising a composite containing at least one inorganic oxide and at least one inorganic oxide.
[2] The above-mentioned [1], wherein the molar ratio of the inorganic oxide to the ferric ion in the layered double hydroxide and/or the amorphous composite hydroxide is 0.01 to 2. Heterogeneous Fenton reaction catalyst.
[3] The heterogeneous Fenton reaction catalyst according to the above [1] or [2], which is used together with hydrogen peroxide and used for decomposing organic substances by radicals generated by contact with the hydrogen peroxide.
[4] The heterogeneous Fenton reaction catalyst according to the above [3], which is used in contact with the hydrogen peroxide under irradiation conditions of light in the region from ultraviolet rays to infrared rays.
[5] a salt of a divalent iron ion and an anion; a salt of a trivalent metal ion and an anion; at least one inorganic oxide selected from the group consisting of silicon dioxide, titanium dioxide, and aluminum oxide; and adjusting the pH of said mixture to 3 to 14 at 25° C. to obtain a suspension containing said divalent iron ions, said trivalent metal ions, and said anions obtaining a composite containing a layered double hydroxide and/or an amorphous composite hydroxide and the inorganic oxide; producing a heterogeneous Fenton reaction catalyst containing the composite; Method.
[6] The method for producing a heterogeneous Fenton reaction catalyst according to [5] above, which comprises hydrothermally treating the suspension after obtaining the suspension.
[7] Contacting the heterogeneous Fenton reaction catalyst according to any one of [1] to [4] above with hydrogen peroxide to generate radicals; and contacting the radicals with an organic substance to be decomposed. a method of decomposing organic matter, comprising:

以下、試験例を挙げて、本発明の一実施形態をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の試験例に限定されるものではない。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to test examples, but the present invention is not limited to the following test examples.

<層状複水酸化物の製造>
(製造例1)
硫酸鉄(II)(FeSO)、硫酸アルミニウム(Al(SO))、二酸化チタン(TiO)粉末(石原産業株式会社製、商品名「ST-01」)、及び純水を含有する混合物(モル比(Fe2+:Al3+:TiO)=2:1:2、FeSO濃度=200mmol/L、Al(SO)濃度=100mmol/L、TiO濃度=200mmol/L)を調製した。この液状の混合物を1500rpmで撹拌しながら、混合物に5mol/Lの水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液を添加して、混合物の25℃におけるpHを10に調整し、懸濁液を得た。次いで、混合物(懸濁液)を120℃で24時間水熱処理した後、ろ過及び純水で洗浄を行い、減圧下で乾燥させた。このようにして、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(SO 2-型Fe(II)-Al(III)-層状複水酸化物)と、二酸化チタンとを含有する複合化物(TiO複合系の層状複水酸化物)を調製した。得られた複合化物(TiO複合系の層状複水酸化物)についてSEM観察を行い、10~5000nm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。
<Production of layered double hydroxide>
(Production example 1)
Contains iron (II) sulfate (FeSO 4 ), aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ) powder (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd., trade name “ST-01”), and pure water A mixture (molar ratio (Fe 2+ : Al 3+ : TiO 2 ) = 2:1:2, FeSO 4 concentration = 200 mmol/L, Al 2 (SO 4 ) 3 concentration = 100 mmol/L, TiO 2 concentration = 200 mmol/L ) was prepared. While this liquid mixture was stirred at 1500 rpm, a 5 mol/L sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution was added to the mixture to adjust the pH of the mixture to 10 at 25° C. to obtain a suspension. Then, the mixture (suspension) was hydrothermally treated at 120° C. for 24 hours, filtered, washed with pure water, and dried under reduced pressure. Thus, 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), A composite containing titanium dioxide (TiO 2 composite system layered double hydroxide) was prepared. The resulting composite (TiO 2 composite layered double hydroxide) was observed with an SEM and confirmed to have a particle size of 10 to 5000 nm. Moreover, powder X-ray diffraction (XRD) was performed, and it was confirmed that a layered double hydroxide peak was present in the XRD pattern.

(製造例2)
製造例1と比較して、TiO粉末を使用しなかったこと以外は、製造例1と同様にして、層状複水酸化物(SO 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、10~5000nm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。
(Production example 2)
Compared with Production Example 1, layered double hydroxide (SO 2 -type Fe (II)-Al(III)-layered double hydroxide) was prepared. The resulting layered double hydroxide was observed with an SEM and confirmed to have a particle size of 10 to 5000 nm. Moreover, powder X-ray diffraction (XRD) was performed, and it was confirmed that a layered double hydroxide peak was present in the XRD pattern.

(製造例3)
塩化鉄(II)(FeCl)、塩化アルミニウム(AlCl)、二酸化ケイ素(SiO)粉末(富士シリシア化学株式会社製、商品名「Q-3」)、及び純水を含有する混合物(モル比(Fe2+:Al3+:SiO)=1:0.5:0.01、FeCl濃度=200mmol/L、AlCl濃度=100mmol/L、SiO濃度=2mmol/L)を調製した。この液状の混合物を1500rpmで撹拌しながら、混合物に5mol/Lの水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液を添加して、混合物の25℃におけるpHを10に調整し、懸濁液を得た。次いで、混合物(懸濁液)を120℃で24時間水熱処理した後、ろ過及び水で洗浄を行い、減圧下で乾燥させた。このようにして、2価鉄イオン、3価アルミニウムイオン、及び塩化物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)と、二酸化ケイ素とを含有する複合化物(SiO複合系の層状複水酸化物)を調製した。得られた複合化物(SiO複合系の層状複水酸化物)についてSEM観察を行い、10~5000nm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。
(Production example 3)
A mixture ( mol A ratio (Fe 2+ :Al 3+ :SiO 2 )=1:0.5:0.01, FeCl 2 concentration=200 mmol/L, AlCl 3 concentration=100 mmol/L, SiO 2 concentration=2 mmol/L) was prepared. While this liquid mixture was stirred at 1500 rpm, a 5 mol/L sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution was added to the mixture to adjust the pH of the mixture to 10 at 25° C. to obtain a suspension. The mixture (suspension) was then hydrothermally treated at 120° C. for 24 hours, filtered, washed with water, and dried under reduced pressure. In this way, a layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent aluminum ions, and chloride ions (Cl - type Fe(II)-Al(III)-layered double hydroxide) and dioxide A composite containing silicon ( Si02 composite-based layered double hydroxide) was prepared. The obtained composite (SiO 2 composite system layered double hydroxide) was observed with an SEM and confirmed to have a particle size of 10 to 5000 nm. Moreover, powder X-ray diffraction (XRD) was performed, and it was confirmed that a layered double hydroxide peak was present in the XRD pattern.

(製造例4~7)
製造例3と比較して、SiO粉末の使用量を変更した混合物を調製したこと以外は、製造例3と同様にして、層状複水酸化物(Cl型Fe(II)-Al(III)-層状複水酸化物)と二酸化ケイ素とを含有する複合化物(SiO複合系の層状複水酸化物)を調製した。具体的には、製造例4では、FeCl、AlCl、SiO粉末、及び純水を含有する混合物(モル比(Fe2+:Al3+:SiO)=1:0.5:0.1、FeCl濃度=200mmol/L、AlCl濃度=100mmol/L、SiO濃度=20mmol/L)を調製した。また、製造例5では、FeCl、AlCl、SiO粉末、及び純水を含有する混合物(モル比(Fe2+:Al3+:SiO)=1:0.5:0.5、FeCl濃度=200mmol/L、AlCl濃度=100mmol/L、SiO濃度=100mmol/L)を調製した。製造例6では、FeCl、AlCl、SiO粉末、及び純水を含有する混合物(モル比(Fe2+:Al3+:SiO)=1:0.5:0.87、FeCl濃度=200mmol/L、AlCl濃度=100mmol/L、SiO濃度=174mmol/L)を調製した。さらに、製造例7では、FeCl、AlCl、SiO粉末、及び純水を含有する混合物(モル比(Fe2+:Al3+:SiO)=1:0.5:1.00、FeCl濃度=200mmol/L、AlCl濃度=100mmol/L、SiO濃度=200mmol/L)を調製した。得られた各複合化物(SiO複合系の層状複水酸化物)についてSEM観察を行い、10~5000nm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。
(Production Examples 4-7)
Layered double hydroxide (Cl - type Fe(II)-Al(III )-layered double hydroxide) and silicon dioxide (SiO 2 composite system layered double hydroxide) were prepared. Specifically, in Production Example 4, a mixture containing FeCl 2 , AlCl 3 , SiO 2 powder, and pure water (molar ratio (Fe 2+ :Al 3+ :SiO 2 )=1:0.5:0.1 , FeCl 2 concentration = 200 mmol/L, AlCl 3 concentration = 100 mmol/L, SiO 2 concentration = 20 mmol/L). Further, in Production Example 5, a mixture containing FeCl 2 , AlCl 3 , SiO 2 powder, and pure water (molar ratio (Fe 2+ : Al 3+ : SiO 2 )=1:0.5:0.5, FeCl 2 concentration = 200 mmol/L, AlCl 3 concentration = 100 mmol/L, SiO 2 concentration = 100 mmol/L). In Production Example 6, a mixture containing FeCl 2 , AlCl 3 , SiO 2 powder, and pure water (molar ratio (Fe 2+ : Al 3+ : SiO 2 ) = 1:0.5:0.87, FeCl 2 concentration = 200 mmol/L, AlCl 3 concentration=100 mmol/L, SiO 2 concentration=174 mmol/L). Furthermore, in Production Example 7, a mixture containing FeCl 2 , AlCl 3 , SiO 2 powder, and pure water (molar ratio (Fe 2+ : Al 3+ : SiO 2 )=1:0.5:1.00, FeCl 2 concentration = 200 mmol/L, AlCl 3 concentration = 100 mmol/L, SiO 2 concentration = 200 mmol/L). Each of the obtained composites (SiO 2 composite system layered double hydroxide) was observed with an SEM and confirmed to have a particle size of 10 to 5000 nm. Moreover, powder X-ray diffraction (XRD) was performed, and it was confirmed that a layered double hydroxide peak was present in the XRD pattern.

(製造例8)
FeCl、AlCl、TiO粉末(石原産業株式会社製、商品名「ST-01」)、及び純水を含有する混合物(モル比(Fe2+:Al3+:TiO)=1:0.5:1、FeCl濃度=200mmol/L、AlCl濃度=100mmol/L、TiO濃度=200mmol/L)を調製した。この液状の混合物を1500rpmで撹拌しながら、混合物に5mol/Lの水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液を添加して、混合物の25℃におけるpHを10に調整し、懸濁液を得た。次いで、混合物(懸濁液)を120℃で24時間水熱処理した後、ろ過及び水で洗浄を行い、減圧下で乾燥させた。このようにして、2価鉄イオン、3価アルミニウムイオン、及び塩化物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)と、二酸化チタンとを含有する複合化物(TiO複合系の層状複水酸化物)を調製した。得られた複合化物(TiO複合系の層状複水酸化物)についてSEM観察を行い、10~5000nm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。
(Production Example 8)
A mixture containing FeCl 2 , AlCl 3 , TiO 2 powder (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd., trade name “ST-01”) and pure water (molar ratio (Fe 2+ :Al 3+ :TiO 2 )=1:0. 5:1, FeCl 2 concentration = 200 mmol/L, AlCl 3 concentration = 100 mmol/L, TiO 2 concentration = 200 mmol/L). While this liquid mixture was stirred at 1500 rpm, a 5 mol/L sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution was added to the mixture to adjust the pH of the mixture to 10 at 25° C. to obtain a suspension. The mixture (suspension) was then hydrothermally treated at 120° C. for 24 hours, filtered, washed with water, and dried under reduced pressure. In this way, a layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent aluminum ions, and chloride ions (Cl - type Fe(II)-Al(III)-layered double hydroxide) and dioxide A composite containing titanium (TiO 2 composite system layered double hydroxide) was prepared. The resulting composite (TiO 2 composite layered double hydroxide) was observed with an SEM and confirmed to have a particle size of 10 to 5000 nm. Moreover, powder X-ray diffraction (XRD) was performed, and it was confirmed that a layered double hydroxide peak was present in the XRD pattern.

(製造例9)
FeCl、AlCl、酸化アルミニウム(Al)粉末(MERCK社製、商品名「Aluminiumoxide」)、及び純水を含有する混合物(モル比(Fe2+:Al3+:Al)=1:0.5:1、FeCl濃度=200mmol/L、AlCl濃度=100mmol/L、Al濃度=200mmol/L)を調製した。この液状の混合物を1500rpmで撹拌しながら、混合物に5mol/Lの水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液を添加して、混合物の25℃におけるpHを10に調整し、懸濁液を得た。次いで、混合物(懸濁液)を120℃で24時間水熱処理した後、ろ過及び水で洗浄を行い、減圧下で乾燥させた。このようにして、2価鉄イオン、3価アルミニウムイオン、及び塩化物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)と、酸化アルミニウムとを含有する複合化物(Al複合系の層状複水酸化物)を調製した。得られた複合化物(Al複合系の層状複水酸化物)についてSEM観察を行い、10~5000nm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。
(Production Example 9)
A mixture containing FeCl 2 , AlCl 3 , aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder (manufactured by MERCK, trade name “Aluminiumoxide”), and pure water (molar ratio (Fe 2+ : Al 3+ : Al 2 O 3 )= 1:0.5:1, FeCl 2 concentration = 200 mmol/L, AlCl 3 concentration = 100 mmol/L, Al 2 O 3 concentration = 200 mmol/L). While this liquid mixture was stirred at 1500 rpm, a 5 mol/L sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution was added to the mixture to adjust the pH of the mixture to 10 at 25° C. to obtain a suspension. The mixture (suspension) was then hydrothermally treated at 120° C. for 24 hours, filtered, washed with water, and dried under reduced pressure. In this way, layered double hydroxides containing divalent iron ions, trivalent aluminum ions, and chloride ions (Cl - type Fe(II)-Al(III)-layered double hydroxides) and oxidized A composite containing aluminum (an Al 2 O 3 composite layered double hydroxide) was prepared. The resulting composite (layered double hydroxide of Al 2 O 3 composite system) was observed with an SEM and confirmed to have a particle size of 10 to 5000 nm. Moreover, powder X-ray diffraction (XRD) was performed, and it was confirmed that a layered double hydroxide peak was present in the XRD pattern.

(製造例10)
製造例3と比較して、SiO粉末を使用しなかったこと以外は、製造例3と同様にして、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、10~5000nm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。
(Production Example 10)
Compared with Production Example 3, layered double hydroxide (Cl - type Fe(II)-Al(III)-layered double hydroxide was prepared in the same manner as in Production Example 3 except that SiO powder was not used. oxide) was prepared. The resulting layered double hydroxide was observed with an SEM and confirmed to have a particle size of 10 to 5000 nm. Moreover, powder X-ray diffraction (XRD) was performed, and it was confirmed that a layered double hydroxide peak was present in the XRD pattern.

(製造例a)
製造例1において、懸濁液を得る際の混合物のpHを10に調整したことを、pH7(製造例a1)、及びpH11(製造例a2)に変更したこと以外は、製造例1と同様の操作を行った。これらの製造例によっても、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(SO 2-型Fe(II)-Al(III)-層状複水酸化物)と、二酸化チタンとを含有する複合化物(TiO複合系の層状複水酸化物)が得られたことが確認された。
(Manufacturing example a)
In Production Example 1, the same procedure as in Production Example 1 except that the pH of the mixture when obtaining the suspension was adjusted to 10 was changed to pH 7 (Production Example a1) and pH 11 (Production Example a2). performed the operation. According to these production examples as well, 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) and titanium dioxide (TiO 2 composite system layered double hydroxide) was obtained.

(製造例b)
製造例7において、懸濁液を得る際の混合物のpHを10に調整したことを、pH7(製造例b1)、及びpH11(製造例b2)に変更したこと以外は、製造例7と同様の操作を行った。これらの製造例によっても、2価鉄イオン、3価アルミニウムイオン、及び塩化物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)と、二酸化ケイ素とを含有する複合化物(SiO複合系の層状複水酸化物)が得られたことが確認された。
(Manufacturing example b)
In Production Example 7, the same procedure as in Production Example 7 except that the pH of the mixture when obtaining the suspension was adjusted to 10 was changed to pH 7 (Production Example b1) and pH 11 (Production Example b2). performed the operation. According to these production examples, layered double hydroxides containing divalent iron ions, trivalent aluminum ions, and chloride ions (Cl - type Fe(II)-Al(III)-layered double hydroxides) and , and silicon dioxide (SiO 2 composite layered double hydroxide) was obtained.

(製造例c)
製造例7における「塩化アルミニウム(AlCl)」を、それぞれ、塩化バナジウム(VCl;製造例c1)、及び塩化セリウム(CeCl;製造例c2)にそれぞれ変更したこと以外は、製造例7と同様の操作を行った。これらの製造例により、2価鉄イオン、3価金属イオン(V3+、又はCe3+)、及び塩化物イオンを含有する層状複水酸化物と、二酸化ケイ素とを含有する複合化物(SiO複合系の層状複水酸化物)が得られたことが確認された。
(Manufacturing example c)
Production Example 7 and Production Example 7, except that "aluminum chloride (AlCl 3 )" in Production Example 7 was changed to vanadium chloride (VCl 3 ; Production Example c1) and cerium chloride (CeCl 3 ; Production Example c2), respectively. A similar operation was performed. According to these production examples, composite compounds (SiO 2 composite It was confirmed that a layered double hydroxide of the system) was obtained.

(製造例d)
製造例8における「塩化アルミニウム(AlCl)」を、それぞれ、塩化バナジウム(VCl;製造例d1)、及び塩化セリウム(CeCl;製造例d2)にそれぞれ変更したこと以外は、製造例8と同様の操作を行った。これらの製造例により、2価鉄イオン、3価金属イオン(V3+、又はCe3+)、及び塩化物イオンを含有する層状複水酸化物と、二酸化チタンとを含有する複合化物(TiO複合系の層状複水酸化物)が得られたことが確認された。
(Manufacturing example d)
Production Example 8 and Production Example 8, except that "aluminum chloride (AlCl 3 )" in Production Example 8 was changed to vanadium chloride (VCl 3 ; Production Example d1) and cerium chloride (CeCl 3 ; Production Example d2), respectively. A similar operation was performed. According to these production examples , a composite (TiO 2 composite It was confirmed that a layered double hydroxide of the system) was obtained.

<試験例1:有機物分解試験1>
製造例1で作製した複合化物(TiO複合系の層状複水酸化物)、及び製造例2で作製した層状複水酸化物のそれぞれについて、それらを不均一系フェントン反応触媒試料として用い、有機物の分解性能(触媒性能)を確認する試験を行った。有機物としては、フェノール又はドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(以下、「C12LAS-Na」と略記することがある。)を用いた。以下、具体的に述べる。
<Test Example 1: Organic substance decomposition test 1>
For each of the composite (TiO 2 composite system layered double hydroxide) prepared in Production Example 1 and the layered double hydroxide prepared in Production Example 2, they were used as heterogeneous Fenton reaction catalyst samples, and organic substances A test was conducted to confirm the decomposition performance (catalytic performance) of As the organic substance, phenol or sodium dodecylbenzenesulfonate (hereinafter sometimes abbreviated as “C12LAS-Na”) was used. The details will be described below.

(試験例1-1)
ビーカー内に、不均一系フェントン反応触媒試料として、製造例1で作製した複合化物(TiO複合系の層状複水酸化物)60mgと水を入れ、それらを含む水懸濁液(不均一系)40mLを調製した。このビーカー内の水懸濁液に、フェノール0.04mmol(1mmol/L)、及び過酸化水素(H)1.2mmol(30mmol/L)を加え、ビーカー内で25±1℃の範囲内で60分間撹拌して反応させた。反応後の水懸濁液を0.2μmメンブレンフィルターでろ過し、亜硫酸水素ナトリウムの添加によってHを除去した後、JIS K0102:2016の規定に準じて、ろ液中の酸素要求量(二クロム酸カリウムによる酸素消費量;CODCr(mg/L))を測定した。
(Test Example 1-1)
In a beaker, 60 mg of the composite (TiO 2 composite system layered double hydroxide) prepared in Production Example 1 and water are put as a heterogeneous Fenton reaction catalyst sample, and a water suspension containing them (heterogeneous system ) 40 mL was prepared. 0.04 mmol (1 mmol/L) of phenol and 1.2 mmol (30 mmol/L) of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) were added to the water suspension in this beaker, and the temperature range of 25±1° C. was added in the beaker. The mixture was stirred for 60 minutes to react. The aqueous suspension after the reaction was filtered with a 0.2 μm membrane filter, and after removing H 2 O 2 by adding sodium hydrogen sulfite, the oxygen demand in the filtrate ( Oxygen consumption by potassium dichromate; COD Cr (mg/L)) was measured.

(試験例1-2)
試験例1-1における「製造例1で作製した複合化物(TiO複合系の層状複水酸化物)」を、製造例2で作製した層状複水酸化物に変更したこと以外は、試験例1-1と同様にして、CODCr(mg/L)を測定した。
(Test Example 1-2)
Test Example 1-1 except that the “composite (TiO 2 composite layered double hydroxide) prepared in Production Example 1” was changed to the layered double hydroxide prepared in Production Example 2. COD Cr (mg/L) was measured in the same manner as in 1-1.

(試験例1-3)
試験例1-1における「フェノール0.04mmol(1mmol/L)」を、「ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.01mmol(0.25mmol/L)に変更したこと以外は、試験例1-1と同様にして、CODCr(mg/L)を測定した。
(Test Example 1-3)
The same procedure as in Test Example 1-1 was performed except that "0.04 mmol (1 mmol/L) of phenol" in Test Example 1-1 was changed to "0.01 mmol (0.25 mmol/L) of sodium dodecylbenzenesulfonate. to measure COD Cr (mg/L).

(試験例1-4)
試験例1-1における「製造例1で作製した複合化物(TiO複合系の層状複水酸化物)」を、製造例2で作製した層状複水酸化物に変更したこと、及び試験例1-1における「フェノール0.04mmol(1mmol/L)」を、「ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.01mmol(0.25mmol/L)に変更したこと以外は、試験例1-1と同様にして、CODCr(mg/L)を測定した。
(Test Example 1-4)
The “composite (TiO 2 composite layered double hydroxide) prepared in Production Example 1” in Test Example 1-1 was changed to the layered double hydroxide prepared in Production Example 2, and Test Example 1 In the same manner as in Test Example 1-1, COD Cr (mg/L) was measured.

上記試験例1(試験例1-1~1-4)で得られた各CODCr測定値(反応後CODCr)と、各試験例における分解反応前のCODCr測定値(反応前CODCr)から、下記式に基づいて、CODCr除去率(%)を算出した。反応前CODCrは、層状複水酸化物60mgと水を含む水懸濁液に、フェノール又はドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを加えた後、過酸化水素を加える前の水懸濁液を0.2μmメンブレンフィルターでろ過し、そのろ液中のCODCrを測定した値である。なお、反応前CODCrは、試験例1-1及び1-2では、フェノールに起因して、234mg/Lであり、試験例1-3及び試験例1-4では、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムに起因して、178mg/Lであった。
式:CODCr除去率(%)=[(反応前CODCr(mg/L)-反応後CODCr(mg/L))/反応前のCODCr(mg/L)]×100
Each COD Cr measurement value (post-reaction COD Cr ) obtained in Test Example 1 (Test Examples 1-1 to 1-4) and the COD Cr measurement value before the decomposition reaction in each test example (pre-reaction COD Cr ) Then, the COD Cr removal rate (%) was calculated based on the following formula. Pre-reaction COD Cr was obtained by adding phenol or sodium dodecylbenzenesulfonate to an aqueous suspension containing 60 mg of layered double hydroxide and water, and then applying the aqueous suspension before adding hydrogen peroxide to a 0.2 μm membrane. It is a value obtained by filtering with a filter and measuring COD Cr in the filtrate. The pre-reaction COD Cr was 234 mg/L due to phenol in Test Examples 1-1 and 1-2, and was 234 mg/L due to sodium dodecylbenzenesulfonate in Test Examples 1-3 and 1-4. resulting in 178 mg/L.
Formula: COD Cr removal rate (%) = [(COD Cr before reaction (mg/L) - COD Cr after reaction (mg/L)) / COD Cr before reaction (mg/L)] × 100

上記試験例1で得られた各CODCr除去率の結果を表1に示す。表1には、各試験例で使用した層状複水酸化物における、モル比(Fe2+:Al3+:TiO)、及び2価鉄イオンに対するTiOのモル比(TiO/Fe2+)も示す。 Table 1 shows the COD Cr removal rate results obtained in Test Example 1 above. Table 1 also shows the molar ratio (Fe 2+ : Al 3+ : TiO 2 ) and the molar ratio of TiO 2 to divalent iron ions (TiO 2 /Fe 2+ ) in the layered double hydroxide used in each test example. show.

Figure 0007333561000001
Figure 0007333561000001

試験例1の結果より、2価鉄イオン、3価金属イオン(Al3+)、及びアニオンを含有する層状複水酸化物が、フェノール及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの分解反応を促進していることが確認された。さらに、上記層状複水酸化物とTiOとを含有する複合化物(TiO複合系の層状複水酸化物)により、フェノール及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの分解反応がさらに促進することが確認された。このことから、上記層状複水酸化物とTiOとを含有する複合化物(TiO複合系の層状複水酸化物)が、不均一系フェントン反応触媒としてラジカル生成をさらに促進していることが認められた。これにより、上記複合化物(TiO複合系の層状複水酸化物)は、不均一系フェントン反応触媒として、様々な有機物を分解するために用いられることがよりいっそう期待できるものといえる。 From the results of Test Example 1, it was found that the layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions (Al 3+ ), and anions accelerates the decomposition reaction of phenol and sodium dodecylbenzenesulfonate. confirmed. Furthermore, it was confirmed that the decomposition reaction of phenol and sodium dodecylbenzenesulfonate is further accelerated by a composite material containing the layered double hydroxide and TiO 2 (TiO 2 composite layered double hydroxide). . This indicates that the composite containing the layered double hydroxide and TiO 2 (TiO 2 composite system layered double hydroxide) further promotes radical generation as a heterogeneous Fenton reaction catalyst. Admitted. Accordingly, it can be said that the above composite (TiO 2 composite layered double hydroxide) can be expected to be used as a heterogeneous Fenton reaction catalyst for decomposing various organic substances.

なお、製造例1で得られた複合化物(TiO複合系の層状複水酸化物)による上述した効果は、その複合化物の代わりに、前述の製造例aで得られた各複合化物を用いた場合にも認められたが、製造例1で得られた複合化物を用いた場合の方がより良好であった。 Note that the above-described effects of the composite (TiO 2 composite layered double hydroxide) obtained in Production Example 1 can be obtained by using each of the composites obtained in Production Example a above instead of the composite. Although this was also observed in the case of using the composite obtained in Production Example 1, it was better.

<試験例2:有機物分解試験2>
製造例3~9で作製した各複合化物(無機酸化物複合系の層状複水酸化物)、及び製造例10で作製した層状複水酸化物のそれぞれについて、それらを不均一系フェントン反応触媒試料として用い、有機物の分解性能(触媒性能)を確認する試験を行った。分解対象の有機物としては、フェノールを用いた。以下、具体的に述べる。
<Test Example 2: Organic substance decomposition test 2>
For each of the composites (inorganic oxide composite layered double hydroxide) prepared in Production Examples 3 to 9 and the layered double hydroxide prepared in Production Example 10, they were used as a heterogeneous Fenton reaction catalyst sample. A test was conducted to confirm the decomposition performance of organic matter (catalytic performance). Phenol was used as the organic substance to be decomposed. The details will be described below.

(試験例2-1)
不均一系フェントン反応触媒試料として、製造例3で作製した複合化物(SiO複合系の層状複水酸化物)30mgと水を入れ、それらを含む水懸濁液(不均一系)20mLを調製した。この水懸濁液に、フェノール20μmol(1mmol/L)、及び過酸化水素(H)600μmol(30mmol/L)を加え、30℃で60分間撹拌して反応させた。その反応により、フェノールが完全に分解される場合、反応式例:COH+14H→6CO+17HOのように、二酸化炭素(CO)が生成することから、生成したCO量を、ガスクロマトグラフィー(GC)により、以下に示す条件で定量した。この定量は、上記反応の開始(フェノール及びHの添加)から、0分、15分、30分、45分、及び60分後の経過時間毎に行った。
(GC測定条件)
・測定装置:商品名「GC-8A」(株式会社島津製作製)
・カラム:商品名「Porapak Q」(ジーエルサイエンス株式会社製)
・注入量:0.5mL
・注入口温度:100℃
・カラム温度:60℃
・キャリアガス:ヘリウム(流量20mL/min)
・検出器:TCD
・検出器温度:100℃
(Test Example 2-1)
As a heterogeneous Fenton reaction catalyst sample, 30 mg of the composite (SiO 2 composite system layered double hydroxide) prepared in Production Example 3 and water are added, and 20 mL of an aqueous suspension (heterogeneous system) containing them is prepared. did. 20 μmol (1 mmol/L) of phenol and 600 μmol (30 mmol/L) of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) were added to this aqueous suspension, and the mixture was stirred at 30° C. for 60 minutes to react. When the phenol is completely decomposed by the reaction, carbon dioxide (CO 2 ) is produced, as in the reaction formula example: C 6 H 5 OH + 14H 2 O 2 → 6CO 2 + 17H 2 O. 2 was quantified by gas chromatography (GC) under the conditions shown below. This quantification was performed every 0, 15, 30, 45, and 60 minutes after initiation of the above reaction (addition of phenol and H 2 O 2 ).
(GC measurement conditions)
・ Measuring device: Product name “GC-8A” (manufactured by Shimadzu Corporation)
・ Column: Product name “Porapak Q” (manufactured by GL Sciences Co., Ltd.)
・Injection volume: 0.5mL
・Inlet temperature: 100°C
・Column temperature: 60°C
・Carrier gas: helium (flow rate 20 mL/min)
・Detector: TCD
・Detector temperature: 100°C

また、上記のGCにより得られたCO量の定量値に基づいて、上述の各経過時間のフェノールからCOへの変換率(CO変換率(%))を下記式に基づいて算出した。
式:CO変換率(%)=[反応後のCO定量値(μmol)/(6×反応前のフェノール量(20μmol))]×100
In addition, based on the quantitative value of the amount of CO2 obtained by the above GC, the conversion rate from phenol to CO2 ( CO2 conversion rate (%)) at each elapsed time described above was calculated based on the following formula. .
Formula: CO2 conversion rate (%) = [ CO2 quantitative value after reaction (μmol) / (6 × amount of phenol before reaction (20 μmol))] × 100

(試験例2-2~2-5)
試験例2-2~2-5では、試験例2-1における「製造例3で作製した複合化物(SiO複合系の層状複水酸化物)」を、それぞれ製造例4~7で作製した複合化物(SiO複合系の層状複水酸化物)に変更したこと以外は、試験例2-1と同様の試験を行い、CO変換率を算出した。
(Test Examples 2-2 to 2-5)
In Test Examples 2-2 to 2-5, the “composite (SiO 2 composite layered double hydroxide) prepared in Production Example 3” in Test Example 2-1 was prepared in Production Examples 4 to 7, respectively. The same test as in Test Example 2-1 was performed, except that a composite (SiO 2 composite layered double hydroxide) was used, and the CO 2 conversion rate was calculated.

(試験例2-6)
試験例2-1における「製造例3で作製した複合化物(SiO複合系の層状複水酸化物)」を、製造例8で作製した複合化物(TiO複合系の層状複水酸化物)に変更したこと、その複合化物に加える水の量を変更し、調製した水懸濁液(不均一系)の量を20mLから30mLに変更したこと、並びに水懸濁液にフェノール及びHを加えてから60分間反応させている間中、反応系(水懸濁液)に反応容器の側面側から疑似太陽光を照射したこと以外は、試験例2-1と同様の試験を行い、CO変換率を算出した。疑似太陽光としては、ソーラシミュレータ(株式会社三永電機製作所製、型式「XES-40S2-CE」、光量:AM-1.5G(100mW/cm))を用いた。
(Test Example 2-6)
The “composite (SiO 2 composite layered double hydroxide) prepared in Production Example 3” in Test Example 2-1 was replaced with the composite (TiO 2 composite layered double hydroxide) prepared in Production Example 8. , the amount of water added to the complex was changed, the amount of the prepared water suspension (heterogeneous system) was changed from 20 mL to 30 mL, and the water suspension contained phenol and H 2 O During the reaction for 60 minutes after adding 2 , the same test as in Test Example 2-1 was performed except that the reaction system (water suspension) was irradiated with simulated sunlight from the side of the reaction vessel. , the CO2 conversion was calculated. As the simulated sunlight, a solar simulator (model "XES-40S2-CE" manufactured by Sannaga Electric Manufacturing Co., Ltd., light intensity: AM-1.5G (100 mW/cm 2 )) was used.

(試験例2-7)
試験例2-1における「製造例3で作製した複合化物(SiO複合系の層状複水酸化物)」を、製造例9で作製した複合化物(Al複合系の層状複水酸化物)に変更したこと以外は、試験例2-1と同様の試験を行い、CO変換率を算出した。
(Test Example 2-7)
The “composite (SiO 2 composite layered double hydroxide) prepared in Production Example 3” in Test Example 2-1 was replaced with the composite (Al 2 O 3 composite layered double hydroxide) prepared in Production Example 9. The same test as in Test Example 2-1 was performed, except that the material was changed to a substance), and the CO 2 conversion rate was calculated.

(試験例2-8)
試験例2-1における「製造例3で作製した複合化物(SiO複合系の層状複水酸化物)」を、製造例7で作製した複合化物(SiO複合系の層状複水酸化物)に変更したこと、その複合化物に加える水の量を変更し、調製した水懸濁液(不均一系)の量を20mLから30mLに変更したこと、並びに水懸濁液にフェノール及びHを加えてから60分間反応させている間中、試験例2-6と同様に、反応系(水懸濁液)に反応容器の側面側から疑似太陽光を照射したこと以外は、試験例2-1と同様の試験を行い、CO変換率を算出した。
(Test Example 2-8)
The “composite (SiO 2 composite layered double hydroxide) prepared in Production Example 3” in Test Example 2-1 was replaced with the composite (SiO 2 composite layered double hydroxide) prepared in Production Example 7. , the amount of water added to the complex was changed, the amount of the prepared water suspension (heterogeneous system) was changed from 20 mL to 30 mL, and the water suspension contained phenol and H 2 O During the reaction for 60 minutes after adding 2 , the reaction system (water suspension) was irradiated with simulated sunlight from the side of the reaction vessel in the same manner as in Test Example 2-6. A test similar to 2-1 was performed to calculate the CO 2 conversion rate.

(試験例2-9)
試験例2-1における「製造例3で作製した複合化物(SiO複合系の層状複水酸化物)」を、製造例10で作製した層状複水酸化物に変更したこと以外は、試験例2-1と同様の試験を行い、CO変換率を算出した。
(Test Example 2-9)
Test Example 2-1 except that the “composite (SiO 2 composite layered double hydroxide) prepared in Production Example 3” was changed to the layered double hydroxide prepared in Production Example 10. A test similar to 2-1 was performed to calculate the CO 2 conversion rate.

上記試験例2(試験例2-1~2-9)で得られた各CO変換率の結果を表2に示す。表2には、各試験例で使用した層状複水酸化物における、複合した無機酸化物種(SiO、TiO、又はAl)及びモル比(Fe2+:Al3+:SiO、TiO、又はAl)も示す。 Table 2 shows the CO 2 conversion rate results obtained in Test Example 2 (Test Examples 2-1 to 2-9). Table 2 shows the composite inorganic oxide species (SiO 2 , TiO 2 or Al 2 O 3 ) and molar ratios (Fe 2+ : Al 3+ : SiO 2 , TiO) in the layered double hydroxides used in each test example. 2 , or Al 2 O 3 ) are also shown.

Figure 0007333561000002
Figure 0007333561000002

試験例2の結果より、2価鉄イオン、3価金属イオン(Al3+)、及びアニオンを含有する層状複水酸化物が、フェノールの分解反応を促進し、COまで分解可能であることが確認された。さらに、上記層状複水酸化物と特定の無機酸化物(SiO、TiO、Al)とを含有する複合化物(無機酸化物複合系の層状複水酸化物)により、すなわち、2価鉄イオン、Al3+、アニオン、及び特定の無機酸化物を含有する層状複水酸化物(特定の無機酸化物複合系の層状複水酸化物)により、フェノールの分解反応がさらに促進し、CO変換率がより高まることが確認された。このことから、上記層状複水酸化物と特定の無機酸化物とを含有する複合化物(無機酸化物複合系の層状複水酸化物)が、不均一系フェントン反応触媒としてラジカル生成をさらに促進していることが認められた。 From the results of Test Example 2, the layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions (Al 3+ ), and anions accelerates the decomposition reaction of phenol, and can be decomposed to CO 2 . confirmed. Furthermore, a composite (inorganic oxide composite layered double hydroxide) containing the layered double hydroxide and a specific inorganic oxide (SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 ), that is, 2 A layered double hydroxide containing valence iron, Al 3+ , an anion, and a specific inorganic oxide (layered double hydroxide of a specific inorganic oxide composite system) further promotes the decomposition reaction of phenol, resulting in CO 2 A higher conversion rate was confirmed. From this, the composite containing the layered double hydroxide and a specific inorganic oxide (layered double hydroxide of inorganic oxide composite system) further promotes radical generation as a heterogeneous Fenton reaction catalyst. It was recognized that

なお、製造例7で得られた複合化物(SiO複合系の層状複水酸化物)等による上述した効果は、その複合化物の代わりに、前述の製造例b及び製造例cで得られた各複合化物を用いた場合にも認められたが、製造例7で得られた複合化物を用いた場合の方がより良好であった。 In addition, the above-described effects of the composite ( SiO composite-based layered double hydroxide) and the like obtained in Production Example 7 were obtained in the above-mentioned Production Examples b and c instead of the composite. Although this was also observed when using each of the composites, it was better when using the composite obtained in Production Example 7.

また、試験例2-6及び試験例2-8の結果から、複合化物(無機酸化物複合系の層状複水酸化物)を、紫外線から赤外線までの領域にある光の照射条件下でHと接触させて用いることで、有機物分解性能がさらに向上することがわかった。この効果は、製造例d及び製造例cで得られた各複合化物を用いた場合にも認められたが、製造例8及び製造例7で得られた各複合化物を用いた場合の方がより良好であった。 Further, from the results of Test Examples 2-6 and 2-8, the composite (inorganic oxide composite layered double hydroxide) was irradiated with H 2 It was found that the organic matter decomposition performance was further improved by using it in contact with O 2 . This effect was also observed when using each of the composites obtained in Production Examples d and c, but when using each of the composites obtained in Production Examples 8 and 7, the was better.

以上の試験例2の結果から、特定の無機酸化物複合系の層状複水酸化物は、不均一系フェントン反応触媒として、様々な有機物を分解するために用いられることがさらにいっそう期待できるものといえる。

From the results of Test Example 2 above, it can be expected that the layered double hydroxide of the specific inorganic oxide composite system can be used as a heterogeneous Fenton reaction catalyst to decompose various organic substances. I can say.

Claims (9)

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と、二酸化ケイ素、二酸化チタン、及び酸化アルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種の無機酸化物とを含有する複合化物を含む、不均一系フェントン反応触媒。 A composite containing a layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions, and at least one inorganic oxide selected from the group consisting of silicon dioxide, titanium dioxide, and aluminum oxide A heterogeneous Fenton reaction catalyst comprising a compound. 前記層状複水酸化物における2価鉄イオンに対する前記無機酸化物のモル比が、0.01~2である、請求項1に記載の不均一系フェントン反応触媒。 2. The heterogeneous Fenton reaction catalyst according to claim 1, wherein the molar ratio of said inorganic oxide to divalent iron ions in said layered double hydroxide is 0.01-2. 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種である請求項1又は2に記載の不均一系フェントン反応触媒 3. The heterogeneous Fenton reaction catalyst according to claim 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. 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種である請求項1~3のいずれか1項に記載の不均一系フェントン反応触媒 The heterogeneous Fenton reaction catalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein the anion is at least one selected from the group consisting of sulfate ions, nitrate ions, and halogen ions. 前記層状複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である請求項1~4のいずれか1項に記載の不均一系フェントン反応触媒 5. Any one of claims 1 to 4, wherein the molar ratio of the divalent iron ions and the trivalent metal ions in the layered double hydroxide (bivalent iron ions:trivalent metal ions) is 2:1 to 4:1. 2. The heterogeneous Fenton reaction catalyst according to claim 1 . 過酸化水素とともに用いられ、かつ、前記過酸化水素との接触により生成するラジカルにより有機物を分解するために用いられる請求項1~5のいずれか1項に記載の不均一系フェントン反応触媒。 6. The heterogeneous Fenton reaction catalyst according to any one of claims 1 to 5, which is used together with hydrogen peroxide and used for decomposing organic substances by radicals generated by contact with the hydrogen peroxide. 紫外線から赤外線までの領域にある光の照射条件下で前記過酸化水素と接触させて用いられる請求項に記載の不均一系フェントン反応触媒。 7. The heterogeneous Fenton reaction catalyst according to claim 6 , which is used by being brought into contact with the hydrogen peroxide under irradiation conditions of light in the region from ultraviolet rays to infrared rays. 2価鉄イオンとアニオンとの塩;3価金属イオンとアニオンとの塩;二酸化ケイ素、二酸化チタン、及び酸化アルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種の無機酸化物;並びに水を含有する混合物を調製すること;並びに
前記混合物の25℃におけるpHを~14に調整して、懸濁液を得ること、及び前記懸濁液を得た後、前記懸濁液を水熱処理することにより、前記2価鉄イオン、前記3価金属イオン、及び前記アニオンを含有する層状複水酸化物と、前記無機酸化物と、を含有する複合化物を得ること;を含む、前記複合化物を含む不均一系フェントン反応触媒の製造方法。
a salt of a divalent iron ion and an anion; a salt of a trivalent metal ion and an anion; at least one inorganic oxide selected from the group consisting of silicon dioxide, titanium dioxide, and aluminum oxide; and a mixture containing water and
Adjusting the pH of the mixture at 25 ° C. to 7 to 14 to obtain a suspension , and after obtaining the suspension, subjecting the suspension to hydrothermal treatment , obtaining a composite containing the layered double hydroxide containing the trivalent metal ion and the anion, and the inorganic oxide; producing a heterogeneous Fenton reaction catalyst containing the composite; Method.
請求項1~のいずれか1項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
前記ラジカルと分解対象の有機物とを接触させること;
を含む、有機物の分解方法。
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 to be decomposed;
A method of decomposing organic matter, comprising:
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