JP7361333B2 - How to decompose organic matter - Google Patents
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Description
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 Law (1) On February 20, 2019, at the graduation thesis presentation of the School of Environmental and Urban Engineering, Kansai University (2) On March 1, 2019, in the proceedings of the 99th Spring Annual Meeting of the Chemical Society of Japan, a public interest incorporated association entitled "Effective decomposition of organic pollutants and detoxification" was presented. Presented under the title "Development of iron-based layered double hydroxide that enables detoxification" (3) At the lecture of the 99th Spring Annual Meeting of the Chemical Society of Japan on March 19, 2019. Presentation titled "Development of iron-based layered double hydroxide that enables effective decomposition and detoxification of organic pollutants"
本発明は、有機物の分解方法に関する。 The present invention relates to 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+ + H2O2 → Fe3+ + ・OH + OH- (1)
Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + ・O2
- + 2H+ (2)
The Fenton reaction is a reaction in which hydroxyl radicals are generated from hydrogen peroxide using divalent iron as a catalyst. Iron ions (Fe 2+ and Fe 3+ ) are widely known as catalysts for Fenton reactions, ie, Fenton reaction catalysts. By using this, hydroxyl 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 by utilizing this strong oxidizing power, it is possible to perform, for example, sterilization, decomposition of organic substances (toxic substances, hard-to-decompose pollutants, etc.), and the like. Therefore, the Fenton reaction is expected to be applied to various fields as a clean method with low environmental impact.
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 that uses 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 of heterogeneous Fenton reactions using solid iron catalysts in water. As a technique using a heterogeneous Fenton reaction, for example, Patent Document 1 describes a method of non-biodegradation by a heterogeneous Fenton reaction using a catalytic metal supported carrier in which a catalytic metal such as iron is supported on an inorganic carrier such as zeolite. A method for treating water containing organic matter is described.
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, when treating wastewater containing oxidizable organic matter as a hazardous substance or pollutant, when the homogeneous Fenton reaction is used to oxidize and decompose the organic matter in the wastewater, iron (II) ions used as a catalyst are Since the resulting water-soluble iron(II) salt is transient, it is usually necessary to continuously add the iron(II) salt. 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 inevitably produced, and This will occur in relatively large amounts.
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。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。 On the other hand, when using the heterogeneous Fenton reaction, unlike the transient decomposition technology that uses a water-soluble iron(II) salt as the iron catalyst in the homogeneous Fenton reaction, a solid iron catalyst is used. Since it can be used repeatedly, the amount of sludge that contains compounds derived from iron catalysts can be reduced. Furthermore, in this case, the amount of chemicals (for example, flocculants, etc.) used for insolubilization to remove the iron catalyst as sludge can also be suppressed. Therefore, the heterogeneous Fenton reaction is considered to be more desirable than the homogeneous Fenton reaction in that it is easier to reuse the catalyst. However, because the heterogeneous Fenton reaction uses a solid catalyst, it is less efficient than the homogeneous Fenton reaction, which uses a water-soluble iron salt that produces iron ions in water.
したがって、不均一系フェントン反応を利用して有機物を分解する場合に、その反応に用いる不均一系フェントン反応触媒の触媒性能を高めることができれば、有用な方法となり得る。 Therefore, when decomposing organic substances using the heterogeneous Fenton reaction, it would be a useful method if the catalytic performance of the heterogeneous Fenton reaction catalyst used for the reaction could be improved.
そこで、本発明は、不均一系フェントン反応触媒を用いて有機物を分解するに当たり、その触媒性能を高めることで有機物を効率よく分解することが可能な有機物の分解方法を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention aims to provide a method for decomposing organic substances that can efficiently decompose organic substances by improving the catalytic performance of the heterogeneous Fenton reaction catalyst. .
本発明者らは、上述した有機物の分解方法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、その不均一系フェントン反応触媒と過酸化水素とを、紫外線から赤外線までの領域にある光の照射条件下で接触させることで、触媒性能が高まることを見出し、本発明に至った。 As a result of intensive research aimed at providing a method for decomposing organic matter as described above, the present inventors have discovered layered double hydroxides containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions, and their layered double hydroxides. We have found that the amorphous composite hydroxide obtained after the structure of the material collapses is useful as a catalyst for the heterogeneous Fenton reaction. The inventors have discovered that catalytic performance can be improved by bringing the heterogeneous Fenton reaction catalyst into contact with hydrogen peroxide under conditions of irradiation with light in the range from ultraviolet to infrared rays, leading to 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を含む不均一系フェントン反応触媒と、過酸化水素とを、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、有機物の分解方法を提供する。 The present invention provides a heterogeneous Fenton reaction catalyst containing a layered double hydroxide and/or an amorphous composite hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions, and hydrogen peroxide. Provided is a method for decomposing an organic substance, the method comprising: generating radicals by contacting them under irradiation conditions with light in the range from ultraviolet to infrared; and contacting the radicals with an organic substance to be decomposed. .
本発明によれば、不均一系フェントン反応触媒を用いて有機物を分解するに当たり、その触媒性能を高めることで有機物を効率よく分解することが可能な有機物の分解方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for decomposing organic substances that can efficiently decompose organic substances by improving the catalyst performance when decomposing organic substances using a heterogeneous Fenton reaction catalyst.
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. In this specification, the expressions "contain" and "comprising" include the concepts of "containing", "comprising", "consisting essentially" and "consisting only". Moreover, in this specification, "and/or" is a term that includes both "and" and "or." That is, A and/or B includes three meanings among A and B: only A, only B, and both A and B.
<有機物の分解方法>
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、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と、過酸化水素とを、紫外線から赤外線までの領域にある光の照射条件下で接触させて、ラジカルを生成すること;及びラジカルと、分解対象の有機物とを接触させること;を含む。
<Method for decomposing organic matter>
A method for decomposing organic matter according to an embodiment of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as "method for decomposing organic matter") is a layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions. A heterogeneous Fenton reaction catalyst containing a compound and/or an amorphous composite hydroxide is brought into contact with hydrogen peroxide under irradiation conditions of light in the range from ultraviolet to infrared to generate radicals. and bringing the radical into contact with the organic matter to be decomposed.
上記特定の不均一系フェントン反応触媒は、特定の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ため、こ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で、ラジカルを生成することができる。このラジカルは、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。本実施形態の有機物の分解方法では、上記特定の不均一系フェントン反応触媒と過酸化水素とを、紫外線から赤外線までの領域にある光の照射条件下で接触させることで、上記特定の不均一系フェントン反応触媒の触媒性能をより高めることが可能である。これにより、過酸化水素との接触によるラジカル生成能がより高まり、そのラジカルと有機物とを接触させることで、有機物を効率よく分解することが可能となる。 Since the above-mentioned specific heterogeneous Fenton reaction catalyst contains a specific layered double hydroxide and/or amorphous composite hydroxide, by bringing the heterogeneous Fenton reaction catalyst into contact with hydrogen peroxide, , can generate radicals. Although this radical is not particularly limited, it is believed that it is primarily a hydroxyl radical. In the organic matter decomposition method of the present embodiment, the specific heterogeneous Fenton reaction catalyst and hydrogen peroxide are brought into contact with each other under irradiation conditions of light in the range from ultraviolet to infrared rays. It is possible to further improve the catalytic performance of the Fenton-based Fenton reaction catalyst. This further increases the ability to generate radicals through contact with hydrogen peroxide, and by bringing the radicals into contact with the organic matter, it becomes possible to efficiently decompose the organic matter.
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際の紫外線から赤外線までの領域にある光の照射条件としては、不均一系フェントン反応触媒の触媒性能を高めることが可能であれば、特に制限されない。この光の照射には、紫外線から赤外線までの領域にある光を照射可能な装置であって、光照射部と制御盤とを備えた光照射装置を用いることができる。紫外線から赤外線までの領域にある光を用いることから、波長が1nm超1mm未満の光を用いることができる。不均一系フェントン反応触媒の活性の観点から、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。また、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。 When bringing the heterogeneous Fenton reaction catalyst into contact with hydrogen peroxide, the irradiation conditions for light in the range from ultraviolet rays to infrared rays are particularly important if it is possible to improve the catalytic performance of the heterogeneous Fenton reaction catalyst. Not restricted. For this light irradiation, a light irradiation device that is capable of irradiating light in a range from ultraviolet to infrared rays and that includes a light irradiation section and a control panel can be used. Since light in the range from ultraviolet rays to infrared rays is used, light with a wavelength of more than 1 nm and less than 1 mm can be used. From the viewpoint of the activity of the heterogeneous Fenton reaction catalyst, the light is preferably at least one of ultraviolet light and visible light, such as sunlight. Furthermore, the wavelength of the light is preferably 200 to 3000 nm, more preferably 200 to 900 nm, even more preferably 300 to 700 nm.
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、上記層状複水酸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、上記層状複水酸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。 The mode of contact between the heterogeneous Fenton reaction catalyst and hydrogen peroxide is not particularly limited as long as radicals are generated by the contact. The heterogeneous Fenton reaction catalyst and hydrogen peroxide can be brought into contact, 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, 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 layered double hydroxide is preferably 0.001 to 10% by mass, and 0.01 to 2% by mass. %, and even more preferably 0.05 to 0.5% by mass. Further, when the catalyst is molded and filled into the reaction apparatus, the concentration of the heterogeneous Fenton reaction catalyst in water is preferably 1 to 50% by mass as the layered double hydroxide, for example, More preferably, it is 2 to 20% by mass. The concentration of hydrogen peroxide in water before the reaction is not particularly limited, and for example, it is preferably 0.1 to 500 mmol/L, more preferably 1 to 200 mmol/L, and 1 to 100 mmol/L. It is more preferable that it be present, and even more preferably that it be 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 radical and the organic substance to be decomposed is not particularly limited. The contact between the radical and the organic substance can be performed, for example, by mixing the heterogeneous Fenton reaction catalyst, hydrogen peroxide, and the organic substance. Further, the contact between the radical and the organic substance can usually be carried out in the presence of water, for example, in water containing a heterogeneous Fenton reaction catalyst, hydrogen peroxide, and the organic substance. In this case, in the water, radicals (hydroxy radicals) are generated from hydrogen peroxide by the action of the heterogeneous Fenton reaction catalyst, and the radicals can be brought into contact with the organic substance. 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 matter 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. It is even more preferable.
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 at which the heterogeneous Fenton reaction catalyst and hydrogen peroxide are brought into contact is not particularly limited as long as the temperature allows the Fenton reaction to proceed. The temperature thereof is, for example, preferably 0 to 100°C, more preferably 10 to 50°C, even more preferably 15 to 40°C. Further, the contact time is not particularly limited as long as it is long enough to generate a certain amount of radicals, 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。 The method for decomposing organic matter can be suitably employed as one aspect thereof in a method (water treatment method) for treating water (water to be treated) containing an organic matter to be decomposed. This water treatment method preferably includes contacting the water to be treated containing organic matter, a heterogeneous Fenton reaction catalyst, and hydrogen peroxide. As a result, by bringing the heterogeneous Fenton reaction catalyst into contact with hydrogen peroxide in the water to be treated, radicals can be generated from hydrogen peroxide by the action of the heterogeneous Fenton reaction catalyst, and the radicals and the It can be brought into contact with treated water. Moreover, thereby, the generated radicals can be brought into contact with the organic matter in the water to be treated, and the organic matter can be oxidized and decomposed by the radicals. In this specification, the term "water to be treated" refers to 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. It will 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 mode of contact between the water to be treated, the heterogeneous Fenton reaction catalyst, and hydrogen peroxide (the contact between the water to be treated and radicals) is not particularly limited. For example, by mixing the water to be treated, the heterogeneous Fenton reaction catalyst, and hydrogen peroxide, they can be brought into contact, and the contact can be performed in a predetermined tank (reaction tank). Preferably, hydrogen peroxide and a heterogeneous Fenton reaction catalyst can be brought into contact with the water to be treated containing organic matter by adding the hydrogen peroxide and the heterogeneous Fenton reaction catalyst. In addition, as another more preferable embodiment, the heterogeneous Fenton reaction catalyst is supported on a carrier and kept in a fixed state in a reaction tank, and in the reaction tank, the heterogeneous The Fenton reaction catalyst and hydrogen peroxide can be contacted. For example, the water to be treated can be configured to be transferred to a reaction tank in which a carrier carrying a heterogeneous Fenton reaction catalyst (catalyst carrier) is installed. Hydrogen peroxide can be added 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 addition, in the above-mentioned water treatment method, a pH adjustment tank may be installed in either or both of the front stage and the rear stage of the reaction tank to adjust the pH of the water to be treated or the water in the treatment process. Further, a solid-liquid separator may be installed at the rear of the reaction tank (if a pH adjustment tank is further provided at the rear stage, the pH adjustment tank). For example, when suspended solids containing layered double hydroxide are generated in water in a heterogeneous Fenton reaction catalyst used for oxidative decomposition of organic matter, treatment using a solid-liquid separator (solid-liquid separation treatment) , suspended solids can be removed. On the other hand, as described above, if the heterogeneous Fenton reaction catalyst is supported on a carrier and retained in the reaction tank in a fixed state, the solid-liquid separation treatment described above can be made unnecessary.
上述した水処理方法のように、有機物の分解方法が、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ることを含む場合、前述の光の照射は、例えば、水中(例えば上記反応槽内)に設けられた光照射部による内照式で行ってもよいし、外部(例えば上記反応槽外)に設けられた光照射部による外照式で行ってもよい。また、内照式及び外照式のいずれの場合でも、光照射部は、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場である水に対して光を照射できれば、上記反応槽の上部側、底部側、及び側部側のいずれに設けられてもよく、それらのいずれから光を照射してもよい。 When the method for decomposing organic matter includes contacting a heterogeneous Fenton reaction catalyst with hydrogen peroxide in water, such as in the water treatment method described above, the above-mentioned light irradiation may be carried out, for example, in water (for example, when the above-mentioned reaction The reaction may be carried out by an internal illumination method using a light irradiation section provided outside the reaction tank (for example, outside the reaction tank) or by an external illumination method using a light irradiation section provided outside (for example, outside the reaction tank). In addition, in both internally illuminated and externally illuminated systems, if the light irradiation section can irradiate light onto water, which is the place where the heterogeneous Fenton reaction catalyst and hydrogen peroxide come into contact, the light irradiation section can It may be provided on any of the upper side, the bottom side, and the side side, and light may be irradiated from any of them.
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 used after being dissolved in a solution. Therefore, the organic matter decomposition method of this 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 catalyst repeatedly (certain heterogeneous Fenton reaction catalysts). In addition, this also makes it possible to suppress the generation of sludge containing compounds derived from the catalyst, and to suppress the use of insolubilizing agents (such as flocculants) to remove the catalyst as sludge. . Therefore, it is expected that a useful water treatment method with reduced sludge disposal costs and catalyst costs will be realized. From the viewpoint of easily obtaining these effects, it is preferable that the heterogeneous Fenton reaction catalyst is used in a state where it is supported and fixed on the above-mentioned carrier.
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, and dioxin contaminants.
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 include cyclic or acyclic alkanes and alkenes, preferably chlorinated, halogenated cyclic or acyclic alkanes and alkenes, saturated and/or unsaturated aliphatic and/or cycloaliphatic 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 aliphatic substance may also have a hydroxy group like an alcohol, a carboxy group like a fatty acid, or an oxyacid like a sulfonic acid. It may be an oxygen-containing compound including an ether group, such as dioxane, and may contain elements other than carbon, hydrogen, and oxygen (for example, nitrogen and sulfur).
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 substance is preferably trichloropropane, preferably 1,2,3-trichloropropane, chloropropenol, preferably 2-chloro-2-propen-1-ol, dichloropropene, preferably 1,3-dichloro 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, acrolein, methylglycidyl of the approximate formula C 6 H 10 Cl 2 O 2 , C 6 H 12 Cl 2 O, C 6 H 9 Cl 3 O 2 , C 6 H 11 Cl 3 O 2 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 aromatic substances contain at least one ring of aromatic character. They are preferably halogenated aromatic hydrocarbons containing at least one ring of aromatic character and one halogen atom. The halogen may be selected from fluorine, chlorine, bromine, iodine, preferably chlorine. The aromatic ring may be mononuclear or polynuclear, preferably mononuclear. The organic aromatic substance is preferably selected from mono-, di-, tri-, tetra-, penta- and hexachlorobenzene and/or naphthalene, and mixtures thereof. The organic aromatic substance is preferably monochlorobenzene. Organic aromatic substances may also have hydroxy groups, such as phenol, carboxy groups, such as benzoic acid, or oxyacids, such as benzenesulfonic acid. Often, it may contain elements other than carbon, hydrogen, and oxygen (such as nitrogen and sulfur), and it may also contain a chain structure like alkylbenzenesulfonic acid.
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。 Examples of dioxin contaminants include halogenated dibenzodioxins, halogenated dibenzofurans, and PCBs (particularly coplanar PCBs in which a chlorine atom is substituted at a position other than the ortho position).
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, Examples include 1,2,3,4,6,7,8-heptachlorodibenzofuran and 1,2,3,4,6,7,8,9-octachlorodibenzofuran.
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 a chlorine atom substituted at a position 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.
(不均一系フェントン反応触媒)
本実施形態の有機物の分解方法に用いる不均一系フェントン反応触媒は、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を含む。この不均一系フェントン反応触媒は、過酸化水素と接触させて用いられることで、過酸化水素からラジカルが生成し、そのラジカルにより有機物を分解することができる。このことから、この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、及び有機物分解能向上化剤等として機能し得る。
(Heterogeneous Fenton reaction catalyst)
The heterogeneous Fenton reaction catalyst used in the organic substance decomposition method of this embodiment is a layered double hydroxide and/or an amorphous composite containing divalent iron ions (Fe 2+ ), trivalent metal ions, and anions. Contains hydroxide. When this heterogeneous Fenton reaction catalyst is used in contact with hydrogen peroxide, radicals are generated from the hydrogen peroxide, and the radicals can decompose organic substances. From this, this heterogeneous Fenton reaction catalyst can function as a radical generation catalyst, a radical generation ability imparting agent, a radical generation ability improving agent, an organic substance decomposition catalyst, an organic substance decomposition ability imparting agent, an organic substance decomposition ability improving agent, etc. .
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、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、本明細書においては、「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 arrangement of divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions in the layered double hydroxide is not particularly limited, and any arrangement that constitutes the layered double hydroxide can be adopted. Layered double hydroxide has a structure in which a basic layer containing hydroxide and an intermediate layer containing anion and interlayer water are alternately laminated, and in one embodiment, typically, divalent iron ions and trivalent metal ions are placed in the base layer, and anions are placed in the intermediate layer. The crystal structure of the basic layer is not particularly limited, and can take a crystal structure depending on the types of divalent iron ions and trivalent metal ions, the synthesis method, etc. Layered double hydroxide is an amorphous composite hydroxide in which divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions are arranged in close proximity even after the layered structure is destroyed by firing treatment, chemical reaction, etc. is formed. Therefore, the heterogeneous Fenton reaction catalyst may include at least one of a layered double hydroxide and an amorphous composite hydroxide. Since amorphous composite hydroxide is originally a layered double hydroxide, in this specification, "layered double hydroxide and/or amorphous composite hydroxide" is simply referred to as " Sometimes referred to as "layered double hydroxide."
層状複水酸化物は、一態様において、典型的には、下記一般式(A)で表すことができる。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+)x(OH)2][(An-)x/n・yH2O]
In one embodiment, the layered double hydroxide can typically be represented by the following general formula (A). In the 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 0.
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 constitute a layered double hydroxide together with divalent iron ions. Examples of trivalent metal ions include trivalent lanthanide ions such as trivalent aluminum ions, trivalent vanadium ions, trivalent cerium ions, trivalent lanthanum, trivalent iron ions, trivalent chromium ions, and trivalent cobalt. ion, 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, 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 metal ions, and trivalent metal ions are more preferred. Examples include valent lanthanoid ions (preferably trivalent cerium ions), more preferably trivalent aluminum ions, trivalent vanadium ions, etc., and particularly preferably trivalent aluminum ions. The trivalent metal ions may be used alone 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 divalent iron ions and trivalent metal ions in the layered double hydroxide (divalent iron ions:trivalent metal ions) is not particularly limited as long as it is a molar ratio that allows formation of the layered double hydroxide. . The molar ratio (divalent iron ion:trivalent metal ion) is preferably 2:1 to 4:1, more preferably 2:1 to 3:1. By increasing the number of moles of trivalent metal ions relative 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 constitute 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 Examples include strong acid anions such as perbromate ions; weak acid anions such as carbonate ions, hydrogen carbonate ions, phosphate ions, hydrogen phosphate ions, and carboxylic acid ions (acetate ions, etc.). Among these, from the viewpoint of activity as a heterogeneous Fenton reaction catalyst, strong acid anions are preferred, with sulfate ions, nitrate ions, halogen ions, etc. being more preferred, and sulfate ions, nitrate ions, chloride ions, etc. is more preferred, and sulfate ion is even more preferred. The anion may be used alone 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 relative to divalent iron ions and the valence of the anions. Typically, when the number of moles of the trivalent metal ion is defined as X and the valence of the anion is defined as N, the number of moles of the 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 I do not wish to give a restrictive interpretation, when a heterogeneous Fenton reaction catalyst is brought into contact with hydrogen peroxide, the peroxide species generated by the reaction between the anion and hydrogen peroxide are It greatly contributes to the Fenton reaction on valent iron ions, and together with the layered double hydroxide structure (the divalent iron ions and anions are thought to be arranged in close proximity), the efficiency of the Fenton reaction is further increased. it is conceivable that.
不均一系フェントン反応触媒は、上記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ことが好ましい。二酸化ケイ素(SiO2)、二酸化チタン(TiO2)、及び酸化アルミニウム(Al2O3)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。これら特定の無機酸化物と層状複水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、前述の光の照射条件下、過酸化水素と接触させて用いることで、有機物をより効率よく分解することが可能となる。この観点から、上記無機酸化物としては、SiO2及びTiO2がより好ましく、TiO2がさらに好ましい。 The heterogeneous Fenton reaction catalyst comprises the layered double hydroxide and/or amorphous composite hydroxide, and at least one inorganic oxide selected from the group consisting of silicon dioxide, titanium dioxide, and aluminum oxide. It is preferable to include a composite containing the following. Silicon dioxide (SiO 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ), and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) are different from the above-mentioned layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions. , is a component that can further improve catalyst performance. By using a heterogeneous Fenton reaction catalyst containing a composite containing these specific inorganic oxides and layered double hydroxides in contact with hydrogen peroxide under the above-mentioned light irradiation conditions, organic matter can be further enhanced. It becomes possible to decompose efficiently. From this viewpoint, as the inorganic oxide, SiO 2 and TiO 2 are more preferable, and TiO 2 is even more preferable.
上記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、前述の一般式(A)で表され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。このような態様から、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より好ましい。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さらに好ましい。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 arrangement of the specific inorganic oxide in the composite may be such that the specific inorganic oxide is combined with a layered double hydroxide, and is represented by the general formula (A) above. It is preferable to adopt a structure in which the layered double hydroxide and the specific inorganic oxide are integrated. From this aspect, the layered double hydroxide can be referred to as a layered double hydroxide composited with a specific inorganic oxide (layered double hydroxide of an inorganic oxide composite system). It is more preferable that the specific inorganic oxide in the composite is disposed at a position in contact with the layered double hydroxide in such a manner that it is covered with the layered double hydroxide. As for the arrangement of the specific inorganic oxide and the layered double hydroxide in the composite, it is more preferable that the layered double hydroxide is attached around the specific inorganic oxide. Such a composite can be obtained, for example, by producing a layered double hydroxide in the presence of a specific inorganic oxide.
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 perspective of further improving catalyst performance and organic matter decomposition performance, the molar ratio of the above inorganic oxide to divalent iron ions in the layered double hydroxide and/or amorphous composite hydroxide is 0.01. -2 is preferable. The range of this molar ratio is more preferably 0.05 or more, even more preferably 0.1 or more, more preferably 1.5 or less, and even more preferably 1 or less.
層状複水酸化物、及び特定の無機酸化物、並びにそれらを含有する複合化物の粒子形状は、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 shapes of the layered double hydroxide, the specific inorganic oxide, and the composite containing them are not particularly limited. Examples of the particle shape include plate, spherical, rod, and polyhedral shapes.
層状複水酸化物、及びそれと特定の無機酸化物とを含有する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。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 layered double hydroxide and the composite containing it and a specific inorganic oxide is not particularly limited. From the standpoint of Fenton reaction efficiency, smaller particles are desirable. The average particle diameter of the layered double hydroxide is preferably, for example, 10 nm to 5000 nm. For ease of handling, these particles may be granulated into, for example, plate-like, spherical, rod-like, polyhedral, etc. shapes, or may be applied to a solid surface. 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、層状複水酸化物のみからなるものであっても、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よく、また、それら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 only of layered double hydroxides, or may consist only of composites (layered double hydroxides and specific inorganic oxides); It may also contain other substances. Other substances include, for example, impurities that are inevitably mixed in when producing layered double hydroxide, other inorganic substances, and amorphous composite hydroxide obtained after the layered double hydroxide structure collapses. etc. The other substance may be integrated with the layered double hydroxide or may be separated from the layered double hydroxide.
層状複水酸化物並びに/又は非晶質な複合水酸化物、又はそれと特定の無機酸化物を含有する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 layered double hydroxide and/or amorphous composite hydroxide, or a composite containing them and a specific inorganic oxide, is based on the total mass (100% by mass) of the heterogeneous Fenton reaction catalyst. For example, the content can be 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. 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の製造方法)
上述した不均一系フェントン反応触媒の製造方法は、特に制限されない。例えば、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;及び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、懸濁液を得ることを含む製造方法によって、不均一系フェントン反応触媒を製造することが可能である。
(Method for producing heterogeneous Fenton reaction catalyst)
The method for producing the above-described heterogeneous Fenton reaction catalyst is not particularly limited. For example, preparing a mixture containing a salt of a divalent iron ion and an anion; a salt of a trivalent metal ion and an anion; and water; adjusting the pH of the mixture at 25°C to 3 to 14; It is possible to produce a heterogeneous Fenton reaction catalyst by a production method that involves obtaining a suspension.
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、及びアニオンは、前述した通りである。また、混合物には、さらに前述の特定の無機酸化物を含有させることもできる。 By "preparing a 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 ion, trivalent metal ion, and anion used in "preparing the mixture" are as described above. Moreover, the mixture can also further contain the above-mentioned specific inorganic oxide.
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、FeCl2、FeF2、FeBr2、FeI2、FeSO4、Fe(NO3)2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 divalent iron ions and anions used in the preparation of the mixture (divalent iron salt) varies depending on the type of anion employed in the layered double hydroxide, and examples thereof include FeCl 2 , FeF 2 , FeBr 2 , FeI2 , FeSO4 , and Fe( NO3 ) 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、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 trivalent metal ion and anion used for preparing the mixture (trivalent metal salt) varies depending on the type of anion employed in the layered double hydroxide, but for example, AlCl 3 , AlF 3 , AlBr 3 , AlI 3 , Al 2 (SO 4 ) 3 , Al(NO 3 ) 3 , VCl 3 , VF 3 , VBr 3 , VI 3 , V 2 (SO 4 ) 3 , V(NO 3 ) 3 , CeCl 3 , CeF 3 , CeBr 3 , CeI 3 , Ce 2 (SO 4 ) 3 , Ce(NO 3 ) 3 , FeCl 3 , FeF 3 , FeBr 3 , FeI 3 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , Fe(NO 3 ) 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 to trivalent metal (divalent iron: trivalent metal) is not particularly limited as long as it is a molar ratio that allows synthesis of a layered double hydroxide. The molar ratio of divalent iron to trivalent metal (divalent 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、上述の無機酸化物を用いる場合には、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 (a divalent iron salt) or a salt of a trivalent metal ion and an anion (a trivalent metal salt). When using an inorganic oxide dispersion medium, it is preferable to use an inorganic 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, based on 100% by mass of the liquid medium of the reaction solution.
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を得ることができる。また、混合物にさらに前述の特定の無機酸化物を含有させておいて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、上記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25℃における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。 By "obtaining a suspension" in the method for producing a heterogeneous Fenton reaction catalyst, a layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions as solids from the suspension, and /Or an amorphous composite hydroxide can be obtained. In addition, by further containing the above-mentioned specific inorganic oxide in the mixture to obtain a suspension, the above-mentioned layered double hydroxide and/or amorphous composite water can be obtained as a solid content from the suspension. A composite containing an oxide and a specific inorganic oxide can be obtained. The suspension can be obtained by adjusting the pH of the above-mentioned mixture (reaction liquid) at 25° C. to 3 to 14. Note that the pH value of the above-mentioned mixture when obtaining this suspension is the value at 25°C, but the temperature of the mixture when obtaining the suspension is not particularly limited, and is, for example, room temperature (5 to 35°C). ℃), preferably in the range of 15 to 30℃.
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。 When adjusting the pH of the mixture (reaction liquid), a known pH adjuster can be used. Examples of the pH adjuster include alkalis such as sodium hydroxide and calcium hydroxide, acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid, and 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 making it easier to obtain a suspension due to the formation of precipitates in the mixture (reaction solution). is more preferable, and it is even more preferable to adjust it to 7 to 14.
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や、特定の無機酸化物を用いた場合には上記複合化物を得ることができる。一方、得られ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 obtaining the above suspension, layered double hydroxide and/or amorphous composite hydroxide and specific inorganic When an oxide is used, the above composite can be obtained. On the other hand, from the viewpoint of increasing the crystallinity of the obtained layered double hydroxide, the suspension is preferably subjected to heat treatment, and more preferably hydrothermally treated. Accordingly, the temperature at which the suspension is applied is preferably 20 to 200°C, more preferably 60 to 140°C, and 100 to 140°C from the viewpoint of easy synthesis of the layered double hydroxide. It is even more preferable that there be. When heating the suspension by hydrothermal treatment etc., the heating time is preferably from 1 to 100 hours, and from 12 to 72 hours, from the viewpoint of easily obtaining a layered double hydroxide. is more preferable, and even more preferably 12 to 48 hours.
上述のようにして得られた懸濁液から、固体状の層状複水酸化物や、特定の無機酸化物を用いた場合には上記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、又はそれ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。 From the suspension obtained as described above, a solid layered double hydroxide or the above-mentioned composite can be obtained when a specific inorganic oxide is used. At this time, it is preferable to filter the suspension or wash it with water, and after that, it is more preferable to dry it under reduced pressure. The obtained substance (layered double hydroxide or a composite containing it and a 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。 Further, if necessary, it can be confirmed that a layered double hydroxide is contained in the heterogeneous Fenton reaction catalyst according to or in accordance with a known method. For example, it is possible to obtain a powder X-ray diffraction pattern and check whether a peak of layered double hydroxide is included.
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を含む不均一系フェントン反応触媒と、過酸化水素とを、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。
[2]前記光が、紫外線及び可視光線の少なくとも1種を含む上記[1]に記載の有機物の分解方法。
[3]前記不均一系フェントン反応触媒は、前記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上記[1]又は[2]に記載の有機物の分解方法。
[4]前記有機物を含有する被処理水と、前記ラジカルとを接触させることにより、前記ラジカルと前記有機物とを接触させることを含む、上記[1]~[3]のいずれかに記載の有機物の分解方法。
[5]前記有機物を含有する被処理水と、前記不均一系フェントン反応触媒と、前記過酸化水素とを、前記光の照射条件下で接触させて、前記被処理水中で、前記ラジカルを生成すること;及び前記被処理水中で前記ラジカルと前記有機物とを接触させることを含む、上記[1]~[4]のいずれかに記載の有機物の分解方法。
As described above, one embodiment of the present invention can have the following configuration.
[1] A heterogeneous Fenton reaction catalyst containing a layered double hydroxide and/or an amorphous composite hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions, and hydrogen peroxide, A method for decomposing an organic substance, the method comprising: generating radicals by contacting the organic substance under irradiation conditions with light in the range from ultraviolet to infrared; and contacting the radical with an organic substance to be decomposed.
[2] The method for decomposing organic matter according to [1] above, wherein the light includes at least one of ultraviolet rays and visible rays.
[3] The heterogeneous Fenton reaction catalyst comprises the layered double hydroxide and/or the amorphous composite hydroxide, and at least one member selected from the group consisting of silicon dioxide, titanium dioxide, and aluminum oxide. The method for decomposing an organic substance according to [1] or [2] above, comprising a composite containing an inorganic oxide.
[4] The organic substance according to any one of [1] to [3] above, which includes contacting the radical with the organic substance by bringing the radical into contact with the water to be treated containing the organic substance. How to disassemble.
[5] Bringing the treated water containing organic matter, the heterogeneous Fenton reaction catalyst, and the hydrogen peroxide into contact under the light irradiation conditions to generate the radicals in the treated water. and bringing the radicals into contact with the organic matter in the water to be treated, according to any one of [1] to [4] above.
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)(FeSO4)、硫酸アルミニウム(Al2(SO4)3)、及び純水を含有する混合物(モル比(Fe2+:Al3+)=1:0.5、FeSO4濃度=200mmol/L、Al2(SO4)3濃度=100mmol/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(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、10~5000nm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>
(Manufacturing example 1)
A mixture containing iron(II) sulfate (FeSO 4 ), aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ), and pure water (molar ratio (Fe 2+ :Al 3+ )=1:0.5, FeSO 4 concentration= 200 mmol/L, Al 2 (SO 4 ) 3 concentration = 100 mmol/L). While stirring this liquid mixture at 1500 rpm, a 5 mol/L aqueous sodium hydroxide (NaOH) solution was added to the mixture to adjust the pH of the mixture to 10 at 25° C. to obtain a suspension. Next, the mixture (suspension) was hydrothermally treated at 120° C. for 24 hours, filtered and washed with pure water, and dried under reduced pressure. In this way, a layered double hydroxide (SO 4 2- type Fe(II)-Al(III)-layered double hydroxide) containing divalent iron ions, trivalent aluminum ions, and sulfate ions was prepared. did. The obtained layered double hydroxide was observed by SEM and confirmed to have a particle size of 10 to 5000 nm. Powder X-ray diffraction (XRD) was also performed, and it was confirmed that a layered double hydroxide peak existed in the XRD pattern.
(製造例2)
塩化鉄(II)(FeCl2)、塩化アルミニウム(AlCl3)、及び純水を含有する混合物(モル比(Fe2+:Al3+)=1:0.5、FeCl2濃度=200mmol/L、AlCl3濃度=100mmol/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)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。
(Manufacturing example 2)
A mixture containing iron(II) chloride (FeCl 2 ), aluminum chloride (AlCl 3 ), and pure water (molar ratio (Fe 2+ :Al 3+ )=1:0.5, FeCl 2 concentration=200 mmol/L, AlCl 3 concentration = 100 mmol/L) was prepared. While stirring this liquid mixture at 1500 rpm, a 5 mol/L aqueous sodium hydroxide (NaOH) solution was added to the mixture to adjust the pH of the mixture to 10 at 25° C. to obtain a suspension. Next, the mixture (suspension) was hydrothermally treated at 120° C. for 24 hours, filtered and washed with pure water, and dried under reduced pressure. In this way, a layered double hydroxide (Cl -type Fe(II)-Al(III)-layered double hydroxide) containing divalent iron ions, trivalent aluminum ions, and chloride ions was prepared. . The obtained layered double hydroxide was observed by SEM and confirmed to have a particle size of 10 to 5000 nm. Powder X-ray diffraction (XRD) was also performed, and it was confirmed that a layered double hydroxide peak existed in the XRD pattern.
(製造例3)
製造例2における混合物の調製を、FeCl2、AlCl3、及び純水のほか、さらに二酸化チタン(TiO2)粉末(石原産業株式会社製、商品名「ST-01」)を含有する混合物(モル比(Fe2+:Al3+:TiO2)=1:0.5:1、FeCl2濃度=200mmol/L、AlCl3濃度=100mmol/L、TiO2濃度=200mmol/L)を調製したことに変更したこと以外は、製造例2と同様にした。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(TiO2複合系の層状複水酸化物)を調製した。得られた複合化物(TiO2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。
(Manufacturing example 3)
The preparation of the mixture in Production Example 2 was performed using a mixture (mol) containing FeCl 2 , AlCl 3 , and pure water as well as titanium dioxide (TiO 2 ) powder (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd., trade name "ST-01"). The 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) was changed. The same procedure as in Production Example 2 was carried out except for the above. In this way, 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 compound containing titanium (TiO 2 composite layered double hydroxide) was prepared. The obtained composite (TiO 2 composite layered double hydroxide) was observed by SEM and was confirmed to have a particle size of 10 to 5000 nm. Powder X-ray diffraction (XRD) was also performed, and it was confirmed that a layered double hydroxide peak existed in the XRD pattern.
(製造例4)
塩化鉄(II)(FeCl2)、塩化アルミニウム(AlCl3)、二酸化ケイ素(SiO2)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+:SiO2)=1:0.5:1、FeCl2濃度=200mmol/L、AlCl3濃度=100mmol/L、SiO2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、二酸化ケイ素とを含む複合化物(SiO2複合系の層状複水酸化物)を調製した。得られた複合化物(SiO2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。
(Manufacturing example 4)
A mixture ( molar The ratio (Fe 2+ :Al 3+ :SiO 2 )=1:0.5:1, FeCl 2 concentration=200 mmol/L, AlCl 3 concentration=100 mmol/L, SiO 2 concentration=200 mmol/L) was prepared. While stirring this liquid mixture at 1500 rpm, a 5 mol/L aqueous sodium hydroxide (NaOH) solution was added to the mixture to adjust the pH of the mixture to 10 at 25° C. to obtain a suspension. Next, the mixture (suspension) was hydrothermally treated at 120° C. for 24 hours, filtered and washed with water, and dried under reduced pressure. In this way, 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 (SiO 2 composite layered double hydroxide) was prepared. The obtained composite (SiO 2 composite-based layered double hydroxide) was observed by SEM and was confirmed to have a particle size of 10 to 5000 nm. Powder X-ray diffraction (XRD) was also performed, and it was confirmed that a layered double hydroxide peak existed 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が得られたことが確認された。
(Manufacturing example a)
The same procedure as in Production Example 1 was carried out, except that the pH of the mixture when obtaining the suspension was changed to pH 7 (Production Example a1) and pH 11 (Production Example A2) in Production Example 1. performed the operation. It was confirmed that layered double hydroxides containing divalent iron ions, trivalent aluminum ions, and sulfate ions were obtained also in these production examples.
(製造例b)
製造例2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2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が得られたことが確認された。
(Manufacturing example b)
In Production Example 2, the same procedure as Production Example 2 was carried out, except that the pH of the mixture when obtaining the suspension was adjusted to 10, which was changed to pH 7 (Production Example b1) and pH 11 (Production Example b2). performed the operation. It was confirmed that layered double hydroxides containing divalent iron ions, trivalent aluminum ions, and chloride ions were obtained also in these production examples.
(製造例c)
製造例2における「塩化アルミニウム(AlCl3)」を、それぞれ、塩化バナジウム(VCl3;製造例c1)、及び塩化セリウム(CeCl3;製造例c2)にそれぞれ変更したこと以外は、製造例2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が得られたことが確認された。
(Production example c)
Production Example 2 except that "aluminum chloride (AlCl 3 )" in Production Example 2 was changed to vanadium chloride (VCl 3 ; Production Example c1) and cerium chloride (CeCl 3 ; Production Example c2), respectively. A similar operation was performed. It was confirmed that these production examples produced layered double hydroxides containing divalent iron ions, trivalent metal ions (V 3+ or Ce 3+ ), and chloride ions.
(製造例d)
製造例3における「AlCl3」を、それぞれ、塩化バナジウム(VCl3;製造例d1)、及び塩化セリウム(CeCl3;製造例d2)にそれぞれ変更したこと以外は、製造例3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(TiO2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)
The same operations as in Production Example 3 were carried out, except that "AlCl 3 " in Production Example 3 was changed to vanadium chloride (VCl 3 ; Production Example d1) and cerium chloride (CeCl 3 ; Production Example d2), respectively. went. According to these production examples, a composite compound (TiO 2 composite) containing a layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions (V 3+ or Ce 3+ ), and chloride ions, and titanium dioxide was produced. It was confirmed that a layered double hydroxide (layered double hydroxide) was obtained.
(製造例e)
製造例3における「二酸化チタン(TiO2)粉末」を、酸化アルミニウム(Al2O3)粉末(MERCK社製、商品名「Aluminiumoxid」)に変更して混合物(モル比(Fe2+:Al3+:Al2O3)=1:0.5:1、FeCl2濃度=200mmol/L、AlCl3濃度=100mmol/L、Al2O3濃度=200mmol/L)を調製したこと以外は、製造例3と同様の操作を行った。この製造例により、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と、酸化アルミニウムとを含有する複合化物(Al2O3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 e)
The "titanium dioxide (TiO 2 ) powder" in Production Example 3 was changed to aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder (manufactured by MERCK, trade name "Aluminiumoxid") and the mixture (molar ratio (Fe 2+ :Al 3+ : Production Example 3 except that 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). The same operation was performed. According to this production example, a layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent aluminum ions, and chloride ions, and a composite containing aluminum oxide (layered double hydroxide of Al 2 O 3 composite system) ) was confirmed to have been obtained.
<試験例1:有機物分解試験1>
製造例1で作製した層状複水酸化物について、それ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>
The layered double hydroxide produced in Production Example 1 was used as a heterogeneous Fenton reaction catalyst sample, and a test was conducted to confirm the organic matter decomposition performance (catalytic performance). As the organic substance, phenol or sodium dodecylbenzenesulfonate (hereinafter sometimes abbreviated as "C12LAS-Na") was used. The details will be explained 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(H2O2)1.2mmol(30mmol/L)を加えた。また、ビーカー内の液面から上方5cmの高さの位置にUV照射装置(「LED光源コントローラーCL-1501」及び「365nmLEDヘッドユニット(CL-H1-365-9-1)」、朝日分光株式会社製)を固定した。そして、そのUV照射装置により、波長365nmの紫外線(UV;光量544mW/cm2)をビーカー内の液に照射しながら、ウォーターバスにビーカーを浸漬し、マグネチックスターラー及び撹拌子を用いて、ビーカー内の液を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H2O2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)
As a heterogeneous Fenton reaction catalyst sample, 60 mg of the layered double hydroxide produced in Production Example 1 and water were placed in a beaker to prepare 40 mL of an aqueous suspension (heterogeneous) containing them. 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. In addition, a UV irradiation device ("LED light source controller CL-1501" and "365nm LED head unit (CL-H1-365-9-1)") was installed at a height of 5 cm above the liquid level in the beaker, Asahi Spectroscopic Co., Ltd. ) was fixed. Then, while irradiating the liquid in the beaker with ultraviolet light (UV; light intensity 544 mW/cm 2 ) with a wavelength of 365 nm using the UV irradiation device, the beaker is immersed in a water bath, and the beaker is heated using a magnetic stirrer and a stirrer. The solution was stirred for 60 minutes at 25±1°C to react. After the reaction water suspension was filtered through a 0.2 μm membrane filter and H 2 O 2 was removed by adding sodium bisulfite, 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「紫外線」を照射しなかったこと以外は、試験例1-1と同様にして、CODCr(mg/L)を測定した。
(Test example 1-2)
COD Cr (mg/L) was measured in the same manner as Test Example 1-1 except that the "ultraviolet light" in Test Example 1-1 was not irradiated.
(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 procedure was the same as Test Example 1-1, except that "phenol 0.04 mmol (1 mmol/L)" in Test Example 1-1 was changed to "sodium dodecylbenzenesulfonate 0.01 mmol (0.25 mmol/L)". COD Cr (mg/L) was measured.
(試験例1-4)
試験例1-1における「紫外線」を照射しなかったこと、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 fact that "ultraviolet rays" in Test Example 1-1 was not irradiated, and "phenol 0.04 mmol (1 mmol/L)" in Test Example 1-1 was replaced with "sodium dodecylbenzenesulfonate 0.01 mmol (0.25 mmol/L)" COD Cr (mg/L) was measured in the same manner as in Test Example 1-1, except for changing to L).
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) above and the COD Cr measurement value before the decomposition reaction in each test example (pre-reaction COD Cr ) Based on the following formula, the COD Cr removal rate (%) was calculated. COD Cr before reaction is obtained by adding phenol or sodium dodecylbenzenesulfonate to an aqueous suspension containing 60 mg of layered double hydroxide and water, and then adding the aqueous suspension before adding hydrogen peroxide to a 0.2 μm membrane. This is the value obtained by measuring COD Cr in the filtrate after filtration with a filter. In addition, the pre-reaction COD Cr was 234 mg/L in Test Examples 1-1 and 1-2 due to phenol, and in Test Examples 1-3 and 1-4, it was caused by sodium dodecylbenzenesulfonate. Therefore, it was 178 mg/L.
Formula: COD Cr removal rate (%) = [(COD Cr (mg/L) before reaction - COD Cr (mg/L) after reaction)/COD Cr (mg/L) before reaction] x 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+)、UV照射の有無、及び分解対象有機物も示す。 Table 1 shows the results of each COD Cr removal rate obtained in Test Example 1 above. Table 1 also shows the molar ratio (Fe 2+ :Al 3+ ) of the layered double hydroxide used in each test example, the presence or absence of UV irradiation, and the organic matter to be decomposed.
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と、過酸化水素とを接触させることで、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過酸化水素とを紫外線の照射条件下で接触させることにより、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、不均一系フェントン反応触媒としての上記層状複水酸化物と、過酸化水素とを、紫外線の照射条件下で接触させることで、ラジカル生成をさらに促進していることが認められた。よって、このようなラジカル生成をさらに促進することが可能な方法は、様々な有機物分解への利用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 phenol and sodium dodecylbenzenesulfonate were produced by contacting hydrogen peroxide with a layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions (Al 3+ ), and anions. It was confirmed that the decomposition reaction of Furthermore, it was confirmed that the decomposition reaction of phenol and sodium dodecylbenzenesulfonate was further accelerated by bringing the layered double hydroxide and hydrogen peroxide into contact under ultraviolet irradiation conditions. From this, it was confirmed that radical generation was further promoted by bringing the layered double hydroxide as a heterogeneous Fenton reaction catalyst into contact with hydrogen peroxide under ultraviolet irradiation conditions. . Therefore, it can be said that a method capable of further promoting the generation of such radicals is expected to be used for the decomposition of various organic substances.
なお、製造例1で得られた層状複水酸化物による上述した効果は、その層状複水酸化物の代わりに、前述の製造例aで得られた各層状複水酸化物を用いた場合にも認められたが、製造例1で得られた層状複水酸化物を用いた場合の方がより良好であった。 The above-mentioned effects of the layered double hydroxide obtained in Production Example 1 are obtained when each of the layered double hydroxides obtained in Production Example a above is used instead of the layered double hydroxide. However, the case where the layered double hydroxide obtained in Production Example 1 was used was better.
<試験例2:有機物分解試験2>
製造例2で作製した層状複水酸化物、並びに製造例3及び4で作製した各複合化物(TiO2複合系の層状複水酸化物、SiO2複合系の層状複水酸化物)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>
Regarding the layered double hydroxide produced in Production Example 2 and each composite compound produced in Production Examples 3 and 4 (TiO 2 composite layered double hydroxide, SiO 2 composite layered double hydroxide), was used as a heterogeneous Fenton reaction catalyst sample, and a test was conducted to confirm the decomposition performance (catalytic performance) of organic matter. Phenol was used as the organic substance to be decomposed. The details will be explained below.
(試験例2-1)
透明な反応容器内に、不均一系フェントン反応触媒試料として、製造例2で作製した層状複水酸化物30mgと水を入れ、それらを含む水懸濁液(不均一系)30mLを調製した。この水懸濁液に、フェノール20μmol(0.67mmol/L)、及び過酸化水素(H2O2)600μmol(20mmol/L)を加えた。一方、反応容器の側面側に、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/cm2))を設置した。そして、反応容器の側面側から、反応容器内の水懸濁液に、上記ソーラシミュレータによる疑似太陽光を照射しながら、水懸濁液を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:C6H5OH+14H2O2→6CO2+17H2Oのように、二酸化炭素(CO2)が生成することから、生成したCO2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H2O2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)
In a transparent reaction container, 30 mg of the layered double hydroxide produced in Production Example 2 and water were placed as a heterogeneous Fenton reaction catalyst sample, to prepare 30 mL of an aqueous suspension (heterogeneous) containing them. To this water suspension were added 20 μmol (0.67 mmol/L) of phenol and 600 μmol (20 mmol/L) of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). On the other hand, a solar simulator (manufactured by San-ei Electric Manufacturing Co., Ltd., model "XES-40S2-CE", light intensity: AM-1.5G (100 mW/cm 2 )) was installed on the side of the reaction vessel. Then, while irradiating the water suspension in the reaction container with simulated sunlight from the solar simulator from the side of the reaction container, the water suspension was stirred at 30° C. for 60 minutes to react. When phenol is completely decomposed by the reaction, carbon dioxide (CO 2 ) is produced, as shown in the reaction formula example: C 6 H 5 OH + 14H 2 O 2 → 6CO 2 + 17H 2 O. Two amounts were determined by gas chromatography (GC) under the conditions shown below. This quantitative determination was performed at each elapsed time of 0, 15, 30, 45, and 60 minutes from the start of the reaction (addition of phenol and H2O2 ).
(GC measurement conditions)
・Measuring device: Product name “GC-8A” (manufactured by Shimadzu Corporation)
・Column: Product name “Porapak Q” (manufactured by GL Sciences, Inc.)
・Injection volume: 0.5mL
・Inlet temperature: 100℃
・Column temperature: 60℃
・Carrier gas: Helium (flow rate 20mL/min)
・Detector: TCD
・Detector temperature: 100℃
また、上記のGCにより得られたCO2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CO2への変換率(CO2変換率(%))を下記式に基づいて算出した。
式:CO2変換率(%)=[反応後のCO2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 CO 2 obtained by the above GC, the conversion rate from phenol to CO 2 (CO 2 conversion rate (%)) at each elapsed time mentioned above was calculated based on the following formula. .
Formula: CO 2 conversion rate (%) = [CO 2 quantitative value after reaction (μmol) / (6 x amount of phenol before reaction (20 μmol))] x 100
(試験例2-2)
試験例2-1における「疑似太陽光」を照射しなかったこと以外は、試験例2-1と同様の試験を行い、CO2変換率を算出した。
(Test example 2-2)
The same test as in Test Example 2-1 was conducted, except that the "simulated sunlight" in Test Example 2-1 was not irradiated, and the CO 2 conversion rate was calculated.
(試験例2-3)
試験例2-1における「製造例2で作製した層状複水酸化物」を、製造例3で作製した複合化物(TiO2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、CO2変換率を算出した。
(Test example 2-3)
Test Example 2-1 except that the "layered double hydroxide produced in Production Example 2" was changed to the composite compound (TiO 2 composite layered double hydroxide) produced in Production Example 3. A test similar to 2-1 was conducted to calculate the CO 2 conversion rate.
(試験例2-4)
試験例2-1における「製造例2で作製した層状複水酸化物」を、製造例4で作製した複合化物(SiO2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、CO2変換率を算出した。
(Test Example 2-4)
Test Example 2-1 except that the "layered double hydroxide produced in Production Example 2" was changed to the composite compound (SiO 2 composite layered double hydroxide) produced in Production Example 4. A test similar to 2-1 was conducted to calculate the CO 2 conversion rate.
(試験例2-5)
参考として、試験例2-1における「製造例2で作製した層状複水酸化物」を、二酸化チタン(TiO2;石原産業株式会社製、商品名「ST-01」)に変更したこと以外は、試験例2-1と同様の試験を行い、CO2変換率を算出した。
(Test Example 2-5)
For reference, except for changing the "layered double hydroxide produced in Production Example 2" in Test Example 2-1 to titanium dioxide (TiO 2 ; manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd., product name "ST-01"). A test similar to Test Example 2-1 was conducted to calculate the CO 2 conversion rate.
上記試験例2(試験例2-1~2-5)で得られた各CO2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モル比(Fe2+:Al3+:TiO2又はSiO2)、及び疑似太陽光照射の有無等も示す。 Table 2 shows the results of each CO 2 conversion rate obtained in Test Example 2 (Test Examples 2-1 to 2-5). Table 2 also shows the molar ratio (Fe 2+ :Al 3+ :TiO 2 or SiO 2 ) in the layered double hydroxide used in each test example, and the presence or absence of simulated sunlight irradiation.
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、CO2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過酸化水素とを疑似太陽光の照射条件下で接触させることにより、フェノールの分解反応がさらに促進し、CO2変換率がより高まることが確認された。このことから、不均一系フェントン反応触媒としての上記層状複水酸化物と、過酸化水素とを、紫外線及び可視光線の少なくとも1種を含む光の照射条件下で接触させることで、ラジカル生成をさらに促進していることが認められた。よって、このようなラジカル生成をさらに促進することが可能な方法は、様々な有機物分解への利用がよりいっそう期待できるものといえる。 The results of Test Example 2 indicate that the layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions (Al 3+ ), and anions promotes the decomposition reaction of phenol and can decompose it to CO2 . confirmed. Furthermore, it was confirmed that by bringing the layered double hydroxide and hydrogen peroxide into contact under conditions of irradiation with simulated sunlight, the decomposition reaction of phenol was further promoted and the CO 2 conversion rate was further increased. Therefore, by bringing the layered double hydroxide as a heterogeneous Fenton reaction catalyst into contact with hydrogen peroxide under irradiation conditions of light containing at least one of ultraviolet rays and visible rays, radical generation can be suppressed. It was recognized that further progress was being made. Therefore, it can be said that a method capable of further promoting the generation of such radicals is expected to be used for the decomposition of various organic substances.
なお、製造例2で得られた層状複水酸化物による上述した効果は、その層状複水酸化物の代わりに、前述の製造例b及び製造例cで得られた各層状複水酸化物を用いた場合にも認められたが、製造例2で得られた層状複水酸化物を用いた場合の方がより良好であった。 The above-mentioned effects of the layered double hydroxide obtained in Production Example 2 can be obtained by using each of the layered double hydroxides obtained in Production Example b and Production Example C described above instead of the layered double hydroxide. Although this was also observed when using the layered double hydroxide obtained in Production Example 2, it was better when the layered double hydroxide obtained in Production Example 2 was used.
また、試験例2-3及び試験例2-4の結果より、層状複水酸化物と、特定の無機酸化物(TiO2、SiO2)とを含有する複合化物(TiO2複合系の層状複水酸化物、SiO2複合系の層状複水酸化物)により、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、前述の製造例dで得られた各複合化物を用いた場合、及び前述の製造例eで得られた複合化物を用いた場合にも認められたが、製造例3及び製造例4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。
In addition, from the results of Test Example 2-3 and Test Example 2-4, it was found that a composite containing a layered double hydroxide and a specific inorganic oxide (TiO 2 , SiO 2 ) (layered composite of TiO 2 composite system) It was found that the organic matter decomposition performance was further improved by using hydroxide (SiO 2 composite layered double hydroxide). This effect was also observed when each of the composites obtained in Production Example d above was used, and when the composite obtained in Production Example e above was used, but Production Example 3 and Production Example The results were better when each of the composites obtained in step 4 was used.
Claims (7)
前記ラジカルと、分解対象の有機物とを接触させること;
を含み、
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、有機物の分解方法。 A heterogeneous Fenton reaction catalyst containing a layered double hydroxide containing divalent iron ions, trivalent metal ions, and anions and hydrogen peroxide are irradiated with light including at least one of ultraviolet rays and visible rays. contacting the radicals with an organic substance to be decomposed;
including;
A method for decomposing an organic substance, 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.
前記複合化物は、前記一般式(A)で表される層状複水酸化物と、前記無機酸化物とが一体化した構成である請求項2に記載の有機物の分解方法。3. The method for decomposing an organic substance according to claim 2, wherein the composite has a structure in which the layered double hydroxide represented by the general formula (A) and the inorganic oxide are integrated.
一般式(A):[(FeGeneral formula (A): [(Fe 2+2+ )) 1-x1-x (M(M 3+3+ )) xx (OH)(OH) 22 ][(A][(A n-n- )) x/nx/n ・yH・yH 22 O]O]
(一般式(A)中、M(In general formula (A), M 3+3+ は、前記3価金属イオンを表し、Arepresents the trivalent metal ion, and A n-n- はn価の前記アニオンを表し、xは0<x<1の実数を表し、yは0より大きい実数を表す。)represents the n-valent anion, x represents a real number satisfying 0<x<1, and y represents a real number greater than 0. )
前記被処理水中で前記ラジカルと前記有機物とを接触させることを含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の有機物の分解方法。 Bringing the treated water containing organic matter, the heterogeneous Fenton reaction catalyst, and the hydrogen peroxide into contact under the light irradiation conditions to generate the radicals in the treated water; and The method for decomposing an organic substance according to any one of claims 1 to 6 , comprising bringing the radical and the organic substance into contact in the water to be treated.
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