酸化チタン光触媒の教材化と発泡リサイクルガラスによる

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うのすけかわらい
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1 酸化チタン光触媒の教材化と発泡リサイクルガラスによる水処理と防藻効果 1. はじめに環境問題の改善を意識し日本発の技術である酸化チタン光触媒の教材化と水質浄化の実用化に取り組んでいる < 光触媒の特徴 > 酸化チタン光触媒は光励起されると表面に非常に強い酸化力を持つこの酸化力により汚染物質である有機物を分解除去することができる ( 文献 1) 酸化チタン粉末のST-01( 石原産業 ) やP-25 ( 日本エアロジェル ) は光触媒として環境浄化に使われている粉末のままでは水処理は非常に困難であるその理由は処理した水と粉末を分離しなければ大量の粉末が必要になる繰り返し使える光触媒の特徴を生かすために何かに担持させる酸化チタンを担持させることにより処理した水と分離が容易になる ( 文献 2) 2. 教材化の取り組み塩ビ板に酸化チタンゾル液を塗ったあとに乾燥させて固定化し青色のメチレンブルーや赤色のローダミン B を吸着させる紫外線を照射することにより短時間に色を消すことができ簡単に光触媒作用の生徒実験ができる教材を開発したまた酸化チタン担持の目開き PTFE シートを使いメチレンブルーの水溶液中で攪拌することにより紫外線有無の実験で吸着市川学園市川高等学校中島哲人作用光触媒の作用を判別出来る生徒実験を開発した 2-1) 光触媒で環境浄化 : 紫外線を当ててメチレンブルーが消える <ねらい> 酸化チタン光触媒作用がわかる簡単な実験を紹介する < 準備 > 保護メガネ 100mLビーカー 2 個ローダミン B 水溶液メチレンブルー水溶液酸化チタン光触媒担持プラスチック5 5cm1 枚ピンセットマスク ( 黒い紙 ) ブラックライト ( 紫外線計 ) < 前準備 > 酸化チタンを塗ったプラスチック板の作成透明な塩ビ板にアンダーコートのビストレイター LNRC-350A( 日本曹達 ) をはけで塗り 60 で1 時間乾燥させる酸化チタン溶液のビストレイター LNRC-300C ( 日本曹達 ) をはけで塗り60 で1 時間乾燥させる ( 文献 3) < 操作 > 1100mLビーカーにメチレンブルーの水溶液 30mLを入れもう1 個の 100mLビーカーにローダミンBの水溶液を 30mL 入れる 2 酸化チタンを塗ったプラスチック板 1 枚をピンセットでメチレンブルーの溶液に 10 秒 ~30 秒間入れ片面をうすい青に着色させる反対側をピンセットでローダミンBの水溶液に 10 秒 ~30 秒間入れうすい赤に着色させる水滴は紙で拭き取る 3 黒い紙に星形など自分の好みに応じて画 - 1 -

いてカッターで切り取る 4 2の基板上に 3の黒い紙をおきガラス板で押さえブラックライトの下で紫外線光を約 5 分間当てる (

切り抜いた部分以外の色を消すプラスチック板プラスチック板 2-2) 酸化チタン光触媒を担持した PTFE シートを使った水の浄化の教材 [ 目的 ]

(5 ml) ブラックライト試験管黒いポリ袋紫外線計保護メガネ [ 操作 ](1)2つの 200 ml ビーカーに 3.

(2) 開始 : ローダミンBを入れた 2つの 2 00 ml ビーカーに酸化チタン光触媒担持 PT FE シート (4 4 cm) を 3 枚ずつ入れる

2 いてカッターで切り取る 4 2の基板上に 3の黒い紙をおきガラス板で押さえブラックライトの下で紫外線光を約 5 分間当てる ( ライトの下に一直線上に並べる ) 黒い紙で全体を覆い目を保護するブラックライト ( 又は太陽光 ) ガラス板黒い紙 TiO 2 紫外線実施例 2 切り抜いた部分以外の色を消すプラスチック板プラスチック板 2-2) 酸化チタン光触媒を担持した PTFE シートを使った水の浄化の教材 [ 目的 ] 酸化チタン光触媒による色素の分解の速さを調べる [ 準備 ] 酸化チタン光触媒担持 PTFE シートローダミン B 200 ml ビーカー駒込ピペット (5 ml) ブラックライト試験管黒いポリ袋紫外線計保護メガネ [ 操作 ](1)2つの 200 ml ビーカーに mol/l ローダミンBの水溶液を 50 ml ずつ入れる 5 直接光が当たった部分だけが色が消えることを確認する光照射時は保護面をかぶる (2) 開始 : ローダミンBを入れた 2つの 2 00 ml ビーカーに酸化チタン光触媒担持 PT FE シート (4 4 cm) を 3 枚ずつ入れる A のビーカーはブラックライトの真上に置き Bのビーカーは実験台の上に置くスタートの合図によりブラックライトを点灯する ( 保護メガネ着用 ) 実施例 1 切り抜いた部分の色を消す (3) 時間変化 : ブラックライトの真上で 2

ビーカーを絶えず同じ速さで振り混ぜ続ける光照射後 4 分 8 分 12 分後にAとBの溶液を 5 ml ずつ試験管に取る (5) 比色準備 :6 本の試験管にローダミン Bの水溶液を 5 4 3 2 1 0 ml 入れ水をさらに 0 1 2 3 4 5 ml 追加して全量を 5 ml にする ( ただしスタート時の濃度 3.2 10-6 mol/l を 1.

2 10-6 mol/l を1とする ) 実施例場所照射時間分 0 4 8 12 A 光強度 ( 2.2 )mw/cm 2 1.0 0.4 0.2 0.

3 ビーカーを絶えず同じ速さで振り混ぜ続ける光照射後 4 分 8 分 12 分後にAとBの溶液を 5 ml ずつ試験管に取る (5) 比色準備 :6 本の試験管にローダミン Bの水溶液を ml 入れ水をさらに ml 追加して全量を 5 ml にする ( ただしスタート時の濃度 mol/l を 1.0 とする ) 実施例相対濃度照射時間 / 分ローダミン B の光触媒による分解 ml (2) 光を当てない場合の溶液中の色素の濃度変化から何がわかるか (3) 光照射時の溶液中の色素の濃度変化から何がわかるか相対濃度 (6) 比色 : 光を照射した試験管のローダミンBの濃度を比色用試験管と比べローダミンBの相対濃度を測定する [ 結果 ] 照射後の色素濃度比 ( スタート時の濃度 mol/l を1とする ) 実施例場所照射時間分 A 光強度 ( 2.2 )mw/cm B 光強度 ( )mw/cm 2 [ 考察 ](1) 色素が時間により分解される様子をグラフにせよ実施後の生徒の感想実験を行った日はその実験がどういう意味なのかよくわからなかったが藤嶋昭先生の講演会を聴いてよくわかった酸化チタン光触媒による環境浄化の効果はすごいビーカー内という小規模な実験であったがわずか 12 分であれ程の効果とは驚きである講演会でも教えていただいたがこれからますます光触媒の効果は改良されていくだろう私ももっと環境問題に関心を持とうと思った 3. 遷移金属の共沈法による可視光応答光触媒の合成と性能測定遷移金属の共沈法による可視光光触媒の新規合成法を開発した < 可視光応答型光触媒の従来の合成方法 > 1 窒素や硫黄などをドープした酸化チタン光触媒 TiO 2 ー X N x TiO 2 ー X S x 2 遷移金属をドープした酸化チタン光触媒 1 スパッタ法による合成 3

2 酸化チタン粉末の表面に塩化白金酸を低 3 2) 実験方法温 ( 約 90 ) でつける (1) 硫酸チタニルから光触媒の合成 : 従来 TiO 2 粒子 + H 2 PtCl 6 など Pt 又は H 2 PtCl 6 TiO 2 硫酸チタニル TiOSO 4 のアルカリ処理は次のような反応になる TiOSO 4 +2NaOH TiO(OH) 2 +Na 2 SO 4 < 新規合成法 >

水酸化ナトリウムメチレンブルー C 16 H 18 CIN 3 S 塩化銅(Ⅱ) 塩化鉄 (Ⅲ) 塩化コバルト(Ⅱ) 塩化クロム (Ⅲ) 市販の酸化チタン粉末(ST-01 石原産業 KK) 器具ビュレットマグネチックスターラー (DM-10 大和精機 KK) ph メーター (p Hep ハンナ ) 電子天秤(HF-200 A&D) ブフナーロート ( 外径 95mm) 吸引瓶( 容量

4 2 酸化チタン粉末の表面に塩化白金酸を低 3 2) 実験方法温 ( 約 90 ) でつける (1) 硫酸チタニルから光触媒の合成 : 従来 TiO 2 粒子 + H 2 PtCl 6 など Pt 又は H 2 PtCl 6 TiO 2 硫酸チタニル TiOSO 4 のアルカリ処理は次のような反応になる TiOSO 4 +2NaOH TiO(OH) 2 +Na 2 SO 4 < 新規合成法 > 遷移金属の水酸化物と水酸化チタンを共沈させて表面だけでなく内部にも金属をドープした今回 Ti(OH) 4 TiOSO 4 Cu(OH) アルカリ 2 TiCl 4 Cr(OH) TiO 3 2 Fe(OH) 3 焼結 CuCl Cu,Cr, Fe 化合物 2,CrCl 3,FeCl 3 3-1) 実験準備試薬類硫酸チタニル TiOSO 4 塩化チタン(Ⅳ) TiCl 4 炭酸ナトリウム水酸化ナトリウムメチレンブルー C 16 H 18 CIN 3 S 塩化銅(Ⅱ) 塩化鉄 (Ⅲ) 塩化コバルト(Ⅱ) 塩化クロム (Ⅲ) 市販の酸化チタン粉末(ST-01 石原産業 KK) 器具ビュレットマグネチックスターラー (DM-10 大和精機 KK) ph メーター (p Hep ハンナ ) 電子天秤(HF-200 A&D) ブフナーロート ( 外径 95mm) 吸引瓶( 容量 500 m L) アスピレーター定温乾燥器(SSR-150) 磁製るつぼ B1( 直径 45 mm 30 ml) 電気炉 (GT2 城田電気炉 KK) メノウ乳鉢 10 W ブラックライトデジタル紫外線強度計 (UV-340) 遠心分離器 (FB-4000) 分光光度計 ( 日立 U-2000A) 150 W キセノンランプ ( ウシオ ) 紫外線カットフィルター L-42( 旭テクノ ) TiOSO 4 +Na 2 CO 3 + H 2 O TiO(OH) 2 +Na 2 SO 4 + CO ml のビーカーで TiOSO g (0.020 mol) を水 200 ml に溶かし 3 L ビーカーに入れ 2.5 L になるように水を加えた氷冷しながらマグネチックスターラーで攪拌し ph を測定しながらビュレットを使って 1.0 mol/l 水酸化ナトリウム NaOH または 0.50 mol/l Na 2 CO 3 を 1.0 ml/ 分の速さで少しずつ 40 ml 加えた得られた白い沈殿物をブフナーロートを使って吸引ろ過し水で 3 回洗浄吸引ろ過を繰り返した 90 で 8 時間乾燥させた後電気炉で 3 時間焼結しメノウ乳鉢で粉砕し白い粉末を得た (2) 塩化チタン (Ⅳ) から光触媒の合成塩化チタン (Ⅳ)TiCl 4 のアルカリ処理は次のような反応になる TiCl 4 +4NaOH TiO(OH) 2 +4NaCl+ H 2 OTiCl 4 +2Na 2 CO 3 + H 2 O TiO(OH) 2 +2NaCl +2CO 2 4

300 ml のビーカーで TiCl 4 5.0 ml( 密度 1.73g/cm 3 0.046 mol) をドラフト中で水 200 ml に溶かした白煙があがるので注意して少しずつ行った 3 L ビーカーに移し水を加えて TiCl 4 を水に溶かすと白煙 2.

0 ml/ 分の速さで少しずつ 92 ml 加えた得られた白い沈殿物をブフナーロートを使って吸引ろ過したさらに水で洗浄吸引ろ過の操作を6 回繰り返した 90 で 8 時間乾燥させた後電気炉で 3 時間焼結しメノウ乳鉢で粉砕し白い粉末を得た (3) 遷移金属の共沈法による可視光応答光触媒の合成 300 ml のビーカーに塩化チタン (Ⅳ) TiCl 4 (Ⅳ) 塩化銅 (Ⅱ)

5 300 ml のビーカーで TiCl ml( 密度 1.73g/cm mol) をドラフト中で水 200 ml に溶かした白煙があがるので注意して少しずつ行った 3 L ビーカーに移し水を加えて TiCl 4 を水に溶かすと白煙 2.5 L にしが上がるのでドラフト中で氷冷しなが行うらマグネチックスターラーで攪拌し ph を測定しながらビュレットを使って 2.0 mol/l 水酸化ナトリウム NaOH または 1.0 mol/l Na 2 CO 3 を 1.0 ml/ 分の速さで少しずつ 92 ml 加えた得られた白い沈殿物をブフナーロートを使って吸引ろ過したさらに水で洗浄吸引ろ過の操作を6 回繰り返した 90 で 8 時間乾燥させた後電気炉で 3 時間焼結しメノウ乳鉢で粉砕し白い粉末を得た (3) 遷移金属の共沈法による可視光応答光触媒の合成 300 ml のビーカーに塩化チタン (Ⅳ) TiCl 4 (Ⅳ) 塩化銅 (Ⅱ) 塩化鉄(Ⅲ) 塩化コバルト (Ⅱ) 塩化クロム(Ⅲ) を溶かし硫酸チタニル TiOSO 4 または塩化チタン (Ⅳ) TiCl 4 を溶かした (1) (2) と同様に氷冷しながら水酸化ナトリウム NaOH またはNa 2 CO 3 を 1.0 ml/ 分の速さで少しずつ加え得られた沈殿物をブフナーロートを使って吸引ろ過したさらに水で洗浄吸引ろ過の操作を6 回繰り返した 90 で 8 時間乾燥させた後電気炉で 3 時間焼結しメノウ乳鉢で粉砕し有色の遷移金属含有粉末を得た (4) 触媒作用の評価方法 50 ml サンプル管に 10~20 mg/l のメチレンブルーの溶液 50 ml を入れ合成した酸化チタン粉末を 10~25 mg 入れたマグネチックスターラーで撹拌しながら 10 W のブラックライト2 本をサンプル管の両側に置き紫外線を照射した ( 紫外線強度 0.2 mw/cm 2 ) 溶液の一部を遠心分離した後 664 nm の吸光度と 550~700 nm の吸収スペクトルを測定した対照実験としてマグネチックスターラーで撹拌しながら光を照射しない条件で実験した結果と比較した紫外線照射 (5) 可視光応答型光触媒作用の評価方法 50 ml サンプル管に 10~20 mg/l のメチレンブルーの溶液 50 ml を入れ合成した有色の遷移金属含有の酸化チタン粉末を 10~25 mg 入れたマグネチックスターラーで撹拌しながら 150 W のキセノンランプの光を紫外線カットフィルター L-42( 波長 420 nm 以下の光カットする ) を通し可視光のみ照射した溶液の一部を遠心分離した後 664 nm の吸光度と 550~700 nm の吸収スペクトルを測定した対照実験としてマグネチックスターラーで撹拌しながら可視光を照射しない条件で実験した結果と比較した 5

紫外線カットフィルター L-42 水紫外線カットフィルタ - 150 W L-42 キセノンランプマグネチックスターラー暗箱 3 3) 実験結果と考察 (1) 硫酸チタニルからの酸化チタン光触媒 1 加える水溶液と洗いの影響水酸化ナトリウム水溶液を使うと終点の phは 11.4 であった炭酸ナトリウム水溶液を使うと終点のpHは 5.

6 紫外線カットフィルター L-42 水紫外線カットフィルタ W L-42 キセノンランプマグネチックスターラー暗箱 3 3) 実験結果と考察 (1) 硫酸チタニルからの酸化チタン光触媒 1 加える水溶液と洗いの影響水酸化ナトリウム水溶液を使うと終点の phは 11.4 であった炭酸ナトリウム水溶液を使うと終点のpHは 5.9 であった焼結前後の質量を測定した水洗いをすると TiO(OH) 2 ( 式量 97.9) から TiO 2 ( 式量 79.9) が生成したことが分かるが沈殿物を水洗いしないと理論値と一致しない硫酸ナトリウムが残ったためと考えられる水酸化ナトリウム水溶液を使い水洗いする方法で得られたものは焼結後堅くて粉砕しにくくメチレンブルーを吸着するが光触媒作用は示さなかった炭酸ナトリウム水溶液を使って得られたものは焼結後簡単に粉砕できた暗状態でも濃度が減少するが吸収スペクトルが最初と似た形になり照射時間により濃度の減少が少ないことから吸着による影響であることがわかる光照射すると洗い無しの場合はわずかに分解するが洗った場合にはメチレンブルーがよく分解されていることが吸収スペクトルの 605 nm と比べて 664 nm の部分が落ち込むことから確認できた 2 phの影響炭酸ナトリウムによる反応の終点はph が 6 であるが ph が 3,4,5 で反応を終了させた場合の粉末について調べた ph が 3 では焼結後少し色がありメチレンブルーを分解しなかった反応の終点の ph が 5 の場合よりpH が 6 の場合がメチレンブルーの分解の性能が良いことがわかった TiO 2 の等電点 ( アナターゼ 6.1 ルチル 5.6) に関係がある Cl - H + H o H o Na + o - O-Ti-O O-Ti-O O-Ti-O ph 3 ph 6 ph 12 3 焼結温度の影響炭酸ナトリウムを使って沈殿させたものを乾燥しその後に焼く温度の影響について調べた 200 と 300 ではメチレンブルーを吸着はするが分解はしない 400 から 700 まではメチレンブルーを吸着し分解するが 400 の場合が分解速度が速いことがわかったメチレンブルーが吸着されたか分解されたか吸収スペクトルの 605 nm と 664 nm の形から判断できるが分解されても分解生成物の影響で低濃度になると測定が困難であることがわかった一次反応では濃度の対数と時間のグラフが直線関係になり傾きから反応速度係数が得られる 400 から 700 まで直線関係が得られたただし反応して濃度が低くなると分解生成物の影響で直線関係からはずれた (2) 塩化チタン (Ⅳ) からの酸化チタン光触媒の合成図 4 6

7 塩化チタン (Ⅳ) を使うと ph 3.6 付近で沈殿が多量に生成するそこで反応の終点の違いと冷却条件による違いを調べた冷却温度が低い方がよくさらに ph が 6 付近の方が良いことがわかった反応溶液を炭酸ナトリウム水溶液と水酸化ナトリウム水溶液を使った場合を比較した炭酸ナトリウム水溶液でpH 9 および水酸化ナトリウムでpH 12 を反応の終点にした場合にメチレンブルーを強く吸着することがわかったこれは TiO 2 の等電点がpH 6 付近にあり水酸化チタンを沈殿させるpH が高いと生成した酸化チタンが負に帯電するため正に帯電したメチレンブルーを吸着しやすいためだと考えられる市販の ST-01( 石原産業 KK) より吸着が強いことがわかったよく分解した場合には写真のようにメチレンブルーの青色から青紫色に変化した吸収スペクトルの変化と対応している暗紫外線照射メチレンブルーの濃度 mg L 時間 ( 分 ) 出発物質と加えた溶液と終点のpH ( 粉末 10 mg) TiCl4 NaOH ph12 TiOSO4 Na2CO3 ph6 TiCl4 Na2CO3 ph9 TiCl4 NaOH ph6 市販 ST-01 塩化鉄 (Ⅲ) 塩化コバルト(Ⅱ) 塩化クロム (Ⅲ) を溶かし硫酸チタニル TiOSO 4 または塩化チタン (Ⅳ)TiCl 4 を原子比 1:0.01 になるように溶かした 1.0 mol/l 炭酸ナトリウムNa 2 CO 3 を 1.0 ml/ 分の速さで少しずつ加え反応液の終点をpH 6 とpH 10 になるようにした得られた沈殿物をブフナーロートを使って吸引ろ過し洗浄した 90 で 8 図時間乾燥させた後電気炉で 6 3 時間 400 で焼結しメノウ乳鉢で粉砕し有色の遷移金属含有粉末を得た 1 遷移金属の種類 TiCl 4 の水溶液から共沈法により4 種類の金属 (Cu Co Cr Fe) をドープして合成した光触媒が可視光応答性を示すか実験した合成反応時の溶液の終点がpH 6 で合成したものは 5.0 mg/l のメチレンブルー 50 ml を使い粉末 30 mg を加えて実験を行った可視光照射しないものはマグネチックスタ図 7 ーラーで攪拌すると 10 分間でメチレンブルーの濃度ほぼ同じになる可視光照射するとメチレンブルーの濃度が下がったそれぞれ Ti: Cu=1:0.01 Ti: Co= 1:0.01 Ti: Cr=1:0.01 Ti:Fe= 1:0.01 のようになった吸収スペクトルは 605nm のショールダーに比べ 664nm の吸光度のヒーク部分がやや落ち込み最大吸収波長が短波長にシフトしたスペクトルが得られた (3) 可視光応答型光触媒塩化チタン (Ⅳ)TiCl 4 (Ⅳ) 塩化銅 (Ⅱ) 7

8 メチレンブルーの濃度 / mg L -1 暗可視光照射時間 / 分図 8-5 1:0.01 ph6 30mg 5.0 mg/l メチレンブルー 50mL Co 0.01 ph6 照射 Co 0.01 ph6 暗実験 Fe 0.01 ph6 照射 Fe 0.01 ph6 暗実験 Cu 0.01 ph6 照射 Cu 0.01 ph6 暗実験 Cr 0.01 ph6 照射 Cr 0.01 ph6 暗実験 3-4) 研究成果柏中央高校化学部で活動した石井健治君が2008JESCで発表し JFEスチール賞を受賞した 4. 発泡リサイクルガラスによる水処理と防藻効果 < 担持させる物質 > 担持させる物質としてはセラミッスボール多孔質の酸化アルミニウムのセラミックスシート ( 盛和工業 ) PTFE( ポリテトラフルオロエチレン ) の眼開きシート ( 日東電工 ) アルミニウム繊維ポリオレフィン系の不織布シート ( 日本バイリーン ) に酸化チタンを担持させたものが開発されている水処理についてはセラミックスシートでトマトの栽培液の処理試験が行われているが藻が発生するなどの課題があって実用化の道のりが遠い < 担持させる物質でなぜ発泡リサイクルガラスを選んだか> 空気と違い水は大変重いので水のとの接触が良くないと効果を発揮しない水処理で紫外線の光源として UVC(254 nm) のUV ライトや 365 nmが主なuvaのブラックライトを使う方法がある宇部興産では水処理として高強度酸化チタン不織布と紫外線ランプを中心においた浄化装置アクアソリューションを開発しているしかしコストを考えて自然の太陽光を使いたいそのためには水に浮く材料が好ましいそのためには水に浮く発泡リサイクルガラス ( 文献 4) に担持させる方法を採用した太陽光で池やプールなどの濁った水の浄化を水に浮く特徴の酸化チタン光触媒担持発泡リサイクルガラスを使った ( 文献 5) < 光触媒作用と藻の発生を抑制 > 光触媒作用の確認には紫外線で退色しにくいメチレンブルーの色素を使うことにした光が強い太陽光下では汚れた水ほど藻が発生しやすい藻が発生してしまうと光触媒を担持した物資の表面が覆われて光が届かなくなり光触媒の作用を発揮できなくなる水に溶けにくい無機系の防藻剤が必要であるよく知られているものに銀パラジウムニッケルが考えられる < 光触媒と防藻を両立させることができるか > 防藻剤として金属成分を付与させすぎると酸化チタン表面が金属成分で覆われて光触媒効果が損なわれるそこで光触媒効果が失われず金属成分をどの程度つければ防藻効果が持続できるか研究することにしたただし金属イオンが一部溶け出す可能性があるので金属イオンの濃度測定とメダカに対する影響調査を行うことにした <グリーンケミストリー ( 環境に優しい化学 ) > 今回使った発泡リサイクルガラスは使用済みのガラスを再利用して作られたものであるまた発泡リサイクルガラスは水に自然 8

に浮く性質がある光触媒作用を発揮させるのに自然界にある太陽光を使って水を浄化するという意味でグリーンケミストリー ( 環境に優しい化学 ) の一環である 4-1) 研究材料試薬 : 酸化チタンゾル ( 石原産業 STS-01) メチレンブルー C16H18N3SCl 硝酸銀塩化スズ (Ⅱ) 濃塩酸塩化パラジウム次亜リン酸ナトリウム

( 島津 UV-mini1240) 1Lビーカー 24L 水槽ペットボトル 2.

時間保った後に温度を徐々に下げた電気炉で350 で焼結 2 太陽光下での遊水池の水の浄化実験 1Lビーカーに大柏川第 1 調節池 ( 北方遊水池 ) の水を入れ酸化チタン担持発泡リサイクルガラス20gを入れてよく日の当たる場所に置く 3 Ag Pd Niの添加方法 ⅰ) Agの添加 :

9 に浮く性質がある光触媒作用を発揮させるのに自然界にある太陽光を使って水を浄化するという意味でグリーンケミストリー ( 環境に優しい化学 ) の一環である 4-1) 研究材料試薬 : 酸化チタンゾル ( 石原産業 STS-01) メチレンブルー C16H18N3SCl 硝酸銀塩化スズ (Ⅱ) 濃塩酸塩化パラジウム次亜リン酸ナトリウム硫酸アンモニウムクエン酸ナトリウム硫酸ニッケル発泡リサイクルガラス ( アイリスKK) 硫酸過マンガン酸カリウムシュウ酸パックテスト WAK-Ag パックテストWAK-Ni メダカミジンコ標準寒天培地ダイゴ器具 : 電気炉 ( 城田電気炉材 GT-2) ブラックライト (10W) マグネチックスターラー紫外可視分光光度計 ( 島津 UV-mini1240) 1Lビーカー 24L 水槽ペットボトル 2.6 L 水槽乾熱滅菌器減菌シャーレコラージ棒オートクレーブインキュベーター 4-2) 研究方法 1 酸化チタンの担持方法 500mLビーカーに発泡リサイクルガラスを入れ酸化チタンゾル液 (STS-01) を300mL 加えて吸着させる液から発泡リサイクルガラスを出し電気炉で350 まで3 時間かけて除々に上げ 350 で3 時間保った後に温度を徐々に下げた電気炉で350 で焼結 2 太陽光下での遊水池の水の浄化実験 1Lビーカーに大柏川第 1 調節池 ( 北方遊水池 ) の水を入れ酸化チタン担持発泡リサイクルガラス20gを入れてよく日の当たる場所に置く 3 Ag Pd Niの添加方法 ⅰ) Agの添加 : 硝酸銀水溶液に酸化チタン担持発泡リサイクルガラスを入れ引き上げた後にブラックライトからの紫外線を照射して酸化チタンの光触媒作用のうちの還元性を利用して表面に銀を析出させる ⅱ) Pdの添加 : 水に塩化スズ (Ⅱ)0.1gと濃塩酸 0.1mLを加えて溶かし全量を100mLにする水に塩化パラジウム0.01gと濃塩酸 0.01mLを加えマグネチックスターラーでよく攪拌して溶かし全量を100mLにする酸化チタン担持発泡リサイクルガラスを塩化スズ (Ⅱ) 水溶液に1 分程度浸した後に塩化パラジウム水溶液に1 分程度浸しパラジウムを析出させる (Sn 2+ +Pd 2+ Sn 4+ +Pd) 発泡リサイクルガラスを浸す SnCl 2 に浸す 9

PbCl 2 に浸す ⅲ) Niの添加 : 次亜リン酸ナトリウム1.59g 硫酸アンモニウム6.6g クエン酸ナトリウム 5.88g 硫酸ニッケル2.

2 O H 3 PO 3- +H 2 ) ニッケルメッキ液 90 にして入れる 4 防藻効果の確認方法 1Lビーカーに大柏川第 1 調節池 ( 北方遊水池 ) の水を入れ Ag Pd Niの添加した酸化チタン担持発泡リサイクルガラス 20gを入れてよく日の当たる場所に置く藻の発生状況を観察する 5 CODの測定 CODを酸性過マンガン酸カリウム法で測定する

10 PbCl 2 に浸す ⅲ) Niの添加 : 次亜リン酸ナトリウム1.59g 硫酸アンモニウム6.6g クエン酸ナトリウム 5.88g 硫酸ニッケル2.63gを水に溶かして全量を100mLにしニッケルメッキ浴とする 90 に加熱したニッケルメッキ浴にパラジウムを析出させた酸化チタン担持発泡リサイクルガラスを入れ無電解のニッケルメッキを行う (NiSO 4 +H 2 PO 2- +3OH - 2- Ni+HPO SO 4 +2H 2 O) 副反応として水素が発生する (H 2 PO 2- +H 2 O H 3 PO 3- +H 2 ) ニッケルメッキ液 90 にして入れる 4 防藻効果の確認方法 1Lビーカーに大柏川第 1 調節池 ( 北方遊水池 ) の水を入れ Ag Pd Niの添加した酸化チタン担持発泡リサイクルガラス 20gを入れてよく日の当たる場所に置く藻の発生状況を観察する 5 CODの測定 CODを酸性過マンガン酸カリウム法で測定する 200 ml 三角フラスコに検水 100 mlをとりこれに硫酸 (1+2) を5 ml 入れ mol/l 過マンガン酸カリウム溶液をホールピペットで 10.0 ml 正確に加える 1L ビーカーに入れて加熱し沸騰して 30 分間加熱を続ける mol/l シュウ酸ナトリウム溶液 10.0 ml を加えて脱色させただちにビュレットから mol/l 過マンガン酸カリウム溶液を微紅色が消えずに残るまで滴定する (a ml) ただし加熱したとき紫紅色が消失する場合は別に検水を適量とり蒸留水を加えて 100 mlとしたものについて再度はじめから操作する蒸留水を 100 ml 入れたものについても同様に操作し滴定した (b ml) COD は次式により計算した COD の値 (O 2 -ppm)=10(a-b)f 8/ 検水 ml F は mol/l 過マンガン酸カリウム溶液の力価である 6 Ag Niの添加した酸化チタン担持発泡リサイクルガラスからの金属イオンの溶出の確認方法 1Lビーカーに水を入れ Ag Niの添加した酸化チタン担持発泡リサイクルガラス20gを入れて数日放置しパックテストでAg Ni イオンの濃度を測定した 7 メダカを使った影響調査 1Lのペットボトルの容器にメダカを 4 匹いれ Ag Pd Niを添加した酸化チタン担持発泡リサイクルガラス10gを入れメダカに対する影響を調べた 0.001mol/L Ag 処理 10

11 4-3) 成果と考察 (1) 酸化チタンの担持 RG による吸着 TiO 2 による吸着光触媒作用 < 条件 >350 3 時間熱処理 < 結果 > 発泡リサイクルガラス 61.4 g 酸化チタンゾル液 (STS-01) の吸着量 25 ml 焼結後の質量増加 4.6 g < 考察 > 発泡リサイクルガラスの表面に酸化チタンが付着し約 7.5 % 質量が増加したことがわかるゾル液の密度 1.2 g/cm 3 から 4.6/(25 1.2)=0.15 とゾル液中の酸化チタンとバインダーの量が 15 % であることがわかる (2) 光触媒作用 1 メチレンブルーによるモデル実験 < 条件 1> 200 ml ビーカーにメチレンブルー ( mol/l)150 ml 20g 酸化チタン担持発泡リサイクルガラス未処理発泡リサイクルガラスブラックライト 10 W 2 本照射紫外線強度 0.5 mw/cm 2 マグネチックスターラーで攪拌吸光度は 664 nm スペクトル測定は 500 nm から 800 nm < 結果 1> 1:TiO 2 担持 + 光 2:TiO 2 担持 3:RG のみ + 光 4:RG のみ吸光度 /ABS 時間 / 分酸化チタン担持リサイクルガラスによるメチレンブルーの分解 1:TiO2 担持 + 光 2:TiO2 担持 3:RG のみ + 光 4:RG のみ < 考察 1> メチレンブルーの 664 nm の吸光度の変化から濃度が減少したことがわかる濃度の減少には発泡リサイクルガラス自身の色素の吸着酸化チタンによる色素の吸着酸化チタンの触媒作用による分解の 3つが考えられるグラフの3(RGのみ+ 光 ) と4(RGのみ ) で減少傾向がほぼ同じことから発泡リサイクルガラス自身の色素の吸着がかなりあることがわかるグラフの2(TiO 2 担持 ) と4(RGのみ ) を比較すると TiO 2 担持の方の減少傾向が少ない発泡体自身は凸凹が多く表面積が非常に大きいが TiO 2 担持した場合に凸凹が埋められ表面積が小さくなったこととガラス SiO 2 よりTiO 2 の方の吸着力が小さいことのどちらかが原因だと考えられるグラフの1(TiO 2 担持 + 光 ) と2(TiO 2 担持 ) を比較すると光触媒作用を確認できるさらにスペクトルを比較すると吸着の場合の4(RGのみ ) の5 分後のスペクトルの形は実験開始前の0 分のスペクトルと同じである光触媒作用による分解の場合は664 nmのピークが減少し 600 nm 付近のショールダーの形の吸光度の減少があまりみられないスペクトルになり分解生成物が生じていることがわかる 11

担持 + 光 2:TiO 2 担持 3:RG のみ + 光 4:RG のみ実験後の様子を見ると 1(TiO 2 担持 + 光 ) のみが表面が白く光触媒作用で分解されていることが確認できる吸着力には限界があり光触媒作用は持続することが考えられるそこでさらにメチレンブルーの濃度を増やして実験を行った < 条件

6 10-5 mol/l)150 ml 20g 酸化チタン担持発泡リサイクルガラス ( 条件 1で使ったもの ) 未処理発泡リサイクルガラス ( 条件 1で使ったもの ) < 考察 2> 発泡リサイクルガラス自身の色素の吸着より酸化チタンの触媒作用による分解の方がメチレンブルーの664

12 時間 / 分酸化チタン担持リサイクルガラスによるメチレンブルーの分解吸光度 /ABS 1:TiO2 担持 + 光 2:TiO2 担持 3:RG のみ + 光 4:RG のみ 0 分 4(RGのみ ) の5 分後と1(TiO 2 担持 + 光 ) の15 分後 1:TiO 2 担持 + 光 2:TiO 2 担持 3:RG のみ + 光 4:RG のみ実験後の様子を見ると 1(TiO 2 担持 + 光 ) のみが表面が白く光触媒作用で分解されていることが確認できる吸着力には限界があり光触媒作用は持続することが考えられるそこでさらにメチレンブルーの濃度を増やして実験を行った < 条件 2>200 mlビーカーにメチレンブルー ( mol/l)150 ml 20g 酸化チタン担持発泡リサイクルガラス ( 条件 1で使ったもの ) 未処理発泡リサイクルガラス ( 条件 1で使ったもの ) < 考察 2> 発泡リサイクルガラス自身の色素の吸着より酸化チタンの触媒作用による分解の方がメチレンブルーの664 nmの吸光度の減少が大きいことがわかる濃度を大きくして点と 2 回目の実験で 1 回目に吸着した部分が吸着しにくくなっているのがわかる対数プロットのグラフより吸着の方は横ばいに近いグラフになるが光触媒による分解は直線に近いグラフになっている吸光度 /ABS 時間 / 分酸化チタン担持リサイクルガラスによるメチレンブルーの分解 (2 回目 ) 1:TiO2 担持 + 光 2:TiO2 担持 3:RG のみ + 光 4:RG のみ実験後の様子を見ると吸着の場合は溶液の色はメチレンブルーの青色のままであるが光触媒による分解の場合は分解生成物の関係で色が紫に変化している酸化チタン表面も完全ではないが分解されて色が薄くなっているのが分かる 1:TiO 2 担持 + 光 2:TiO 2 担持 3:RG のみ + 光 4:RG のみ (3) 酸化チタン表面への Ag Pd Ni の析出と 12

光触媒効果 1 Ag Pd Ni の析出 < 結果 > ⅰ) Ag の析出 : 紫外線を照射して Ag を析出させた結果化した Niの無電解メッキを同じ液で行ったので

1mol/L 200 mlビーカーにメチレンブルー (2.6 10-5 mol/l)150 ml 20g Ag(0.01, 0.003, 0.

0 0 10 20 30 40 50 60 時間 / 分酸化チタン +Ag 担持リサイクルガラスによるメチレンブルーの分解 ⅱ) Pd の析出 : 0.

01Ag+ 光 6:TiO2+0.01Ag < 考察 1> Agを0.01, 0.003, 0.001 mol/l で処理することにより付けたものは最も薄い0.

吸着力が非常に弱くなっているのがわかる 3 Pd Niの析出によって酸化チタン光触媒の効果は減少しないか 1 回目 2 回目 3 回目 4 回目 5 回目表面が黒くなり Niが析出 <

13 光触媒効果 1 Ag Pd Ni の析出 < 結果 > ⅰ) Ag の析出 : 紫外線を照射して Ag を析出させた結果化した Niの無電解メッキを同じ液で行ったのでメッキの量が異なり 1 回目は非常に黒くなったが 5 回目は黒さがかなり薄くなった 2 Ag 析出によって酸化チタン光触媒の効果は減少しないか < 条件 1> 処理液 0.1mol/L 200 mlビーカーにメチレンブルー ( mol/l)150 ml 20g Ag(0.01, 0.003, mol/lで処理 ) の添加の酸化チタン担持発泡リサイクルガラ 0.01mol/L 0.003mol/L ス吸光度 /ABS 時間 / 分酸化チタン +Ag 担持リサイクルガラスによるメチレンブルーの分解 ⅱ) Pd の析出 : 0.001mol/L AgNO 3 1:TiO Ag+ 光 2:TiO Ag 3:TiO Ag+ 光 4:TiO Ag 5:TiO2+0.01Ag+ 光 6:TiO2+0.01Ag < 考察 1> Agを0.01, 0.003, mol/l で処理することにより付けたものは最も薄い0.001mol/Lで処理したものが最も光触媒による作用があることがわかる ⅲ) Ni の析出 : 無電解メッキ表面の Pd が析出 Agを処理しないものと比較すると光照射しない場合に吸着力が非常に弱くなっているのがわかる 3 Pd Niの析出によって酸化チタン光触媒の効果は減少しないか 1 回目 2 回目 3 回目 4 回目 5 回目表面が黒くなり Niが析出 < 考察 > Agは濃度が薄くなると黒色が少なくなり Agの析出量が小さくなったことがわかる < 条件 2>200 mlビーカーにメチレンブルー ( mol/l)150 ml 20g Pd Niの析出の酸化チタン担持発泡リサイクルガラス < 結果 2> Pd が析出し表面の色が白から薄く色が変 13

そこで Ag については水を入れ替え Pd,Ni を析出させたものも同時に実験を行った < 結果 2>

考察 2> Pdを付けたものは光に有無により差が大きく光触媒作用があるが Niを付けたものは

001 mol/l 対照常に小さいことがわかる金属を析出させないものと比較すると

Pd Ni 1L ビーカーに大柏川第 1 調節池 ( 北方遊水池 ) の水 Ag Pd Ni

14 吸光度 /ABS 時間 / 分酸化チタン +Pd,Ni 担持リサイクルガラスによるメチレンブルーの分解して銀を析出させた酸化チタン担持発泡リサイクルガラスを入れた方は藻の繁殖を押さえられることがわかったそこで Ag については水を入れ替え Pd,Ni を析出させたものも同時に実験を行った < 結果 2> 実験開始 1:TiO2+Pd+ 光 2:TiO2+Pd 3:TiO2+Ni+ 光 4:TiO2+Ni < 考察 2> Pdを付けたものは光に有無により差が大きく光触媒作用があるが Niを付けたものは光の有無による差が小さく光触媒作用が非 Ag mol/l mol/l 対照常に小さいことがわかる金属を析出させないものと比較すると光照射しない場合に吸着力が非常に弱くなっているのがわかる (4) 防藻効果 < 条件 > 10 日後 Pd Ni 1L ビーカーに大柏川第 1 調節池 ( 北方遊水池 ) の水 Ag Pd Ni 析出させた酸化チタン担持発泡リサイクルガラス20g 対照実験よく日の当たる場所 < 結果 1>Ag 実験開始 Ag mol/l mol/l 対照 Ag Pd Ni < 考察 2> Agの場合約 1 週間後には藻の繁殖が抑対照 4 日目えられ水面には藻が少し存在するが水中で接している部分には藻が付着していなかった水を入れ替えたにも関わらず藻を押さえる効果があることがわかった Pdでは藻が表面に多量に存在し水中で接している部分も藻で覆われていた Pdでは < 考察 1> 及び mol/l の硝酸銀溶液で処理藻を押さえる効果はなかったただし Pdが付着した量が少ないので効果が出なかったのかも知れない 14

Ni では最初にメッキしたものが約 1 週間して効果が現れはじめ 10 日後には溶液の色が変化した藻が完全にバラバラになったと考えられる藻がなくなり水中で接している部分にも藻は存在しなくなったただし 5 回目にメッキしたものは藻の抑制効果はなかった Ni の析出量が少ないと効果が出ないと考えられる (5) COD の測定 < 条件 > 酸性過マンガン酸カリウム法 ( 沸騰水浴中で

15 Ni では最初にメッキしたものが約 1 週間して効果が現れはじめ 10 日後には溶液の色が変化した藻が完全にバラバラになったと考えられる藻がなくなり水中で接している部分にも藻は存在しなくなったただし 5 回目にメッキしたものは藻の抑制効果はなかった Ni の析出量が少ないと効果が出ないと考えられる (5) COD の測定 < 条件 > 酸性過マンガン酸カリウム法 ( 沸騰水浴中で 30 分加熱 ) 1Lビーカーに大柏川第 1 調節池 ( 北方遊水池 ) の水 Ag Pd Ni 析出させた酸化チタン担持発泡リサイクルガラス20g 対照実験よく日の当たる場所 1 週間後 < 結果 > 金属対照 Ag Pd Ni 処理方法 COD mg/l < 考察 > 処理 2 メッキ mol/l mol/l 回目 1 回目 Agの場合光触媒作用により対照と比べて水が浄化されたことがわかる Niの場合は逆にCODが増加した理由は溶液が着色したためで細胞壁や細胞膜が破壊され細胞の内容物が多量に溶け出したためだと推測される (6) Ag Niの金属イオンが溶出とメダカミジンコへの影響調査 1 金属溶出 ⅰ)Ag 1L 容器で mol/Lで Ag の測定結果検出限界以下 Agを付けた酸化チタン担持リサイクルガラスで防藻試験した溶液について銀イオンが溶出しているかパックテストで調べたが検出できなかった 500mL 入れた0.01mol/LでAgを付けた酸化チタン担持リサイクルガラスを入れたものでも検出できなかったただし検出限界は0.5 mg/lである ⅱ)Ni 1L 容器で最初にNiを付けた酸化チタン担持リサイクルガラスで防藻試験した溶液についてニッケルイオンが溶出しているかパックテストで調べたると 10 mg/lであった 500mL 入れた 3 回目にNiを付けた酸化チタン担持リサイクルガラスを入れたもので 1 mg/lであった < 考察 > Agを付けた酸化チタン担持リサイクルガラスからAgイオンが溶け出しているかもしれないがパックテストの検出限界は0.5 mg/l 以下であることがわかった Niを付けた酸化チタン担持リサイクルガラスからは 1 回目に無電解メッキしたものから 10 mg/l 検出された 2 メダカを使った影響調査ペットボトルの容器にメダカをいれ Ag Niを添加した酸化チタン担持発泡リサイクルガラスを入れメダカに対する影響を調べた < 条件 > Ag Ni 析出させた酸化チタン担持発泡リサイクルガラス 10g ペットボトルに大柏川第 1 調節池 ( 北方遊水池 ) の水 1L メダカ 4 匹 < 結果 > 15 日後いずれの水槽のメダカも異常 15

がなかった < 考察 > ニッケルイオンは少し溶出することから魚への影響を心配したが短期間であるが問題はなかった

それが確認できた 3ミジンコを使った影響調査銀イオンはほとんど溶出していないが非常にわずかに溶出して

の水 Agを析出させた酸化チタン担持発泡リサイクルガラス (Ag+TiO 2 ) 1.

2L RG TiO 2 Ag+TiO 2 5 個ずつ < 結果 > 15 日後いずれの水槽のミジンコも異常がなかった < 考察 >

16 がなかった < 考察 > ニッケルイオンは少し溶出することから魚への影響を心配したが短期間であるが問題はなかったニッケルについてはさらに長期間の試験が必要である銀イオンはほとんど溶出していないのでメダカへの影響がないと予想されたがそれが確認できた 3ミジンコを使った影響調査銀イオンはほとんど溶出していないが非常にわずかに溶出して藻の発生を抑えられると考えられるそこでメダカよりさらに体が小さいミジンコを使って影響調査をした < 条件 > 2.6L 容器水 1.3LL ミジンコ多数エアレーション餌 ( イースト菌粉末 ) < 条件 1> 24L 水槽に大柏川第 1 調節池 ( 北方遊水池 ) の水 Agを析出させた酸化チタン担持発泡リサイクルガラス (Ag+TiO 2 ) 1.2L 対照実験として酸化チタン担持発泡リサイクルガラス (TiO 2 ) 1.2L 発泡リサイクルガラスのみ (RG) 1.2L RG TiO 2 Ag+TiO 2 5 個ずつ < 結果 > 15 日後いずれの水槽のミジンコも異常がなかった < 考察 > 15 日間では体が小さいミジンコに影響を与えないことが分かったさらに長期間実験を行い世代を通じて影響がないか調べたい RG TiO 2 Ag+TiO 2 よく日の当たる場所 1ヶ月間 < 結果 > 1 表面の様子 21 日目後 RG TiO 2 Ag+TiO 2 (7) 中規模実験 1Lビーカーでの実験でほぼうまく出来ることがわかったので 24L 水槽を使い実験を行った RG 16

が発生した TiO 2 にも藻さらに水を入れ替え同じ発泡リサイクルガラス酸化チタン担持発泡リサイクルガラス Agを析出させた酸化チタン担持発泡リサイクルガラスを使い 50 日間観察した水が蒸発するので途中で水を追加した < 条件 2> 24L

2 Ag+TiO 2 実験結果 COD mg/l 16 14 12 10 8 6 4 2 0 9.0 mg/l 4.

4 mg/l COD の変化 RG TiO2+RG Ag+TiO2+RG 最初光触媒作用 28 日後 < 考察 > 20L 規模の水槽を使った1ヶ月にわたる実験により Ag を析出させた酸化チタン担持発泡リサイクルガラスには藻が発生せず

17 が発生した TiO 2 にも藻さらに水を入れ替え同じ発泡リサイクルガラス酸化チタン担持発泡リサイクルガラス Agを析出させた酸化チタン担持発泡リサイクルガラスを使い 50 日間観察した水が蒸発するので途中で水を追加した < 条件 2> 24L 水槽に大柏川第 1 調節池 ( 北方遊水池 ) の水 < 結果 > 50 日後 2 水質 Ag+TiO 2 CODを酸性過マンガン酸カリウム法 ( 沸騰水浴中で30 分加熱 ) により測定した < 結果 > 採水した液 14 mg/l 20 日後 RG TiO 2 Ag+TiO 2 実験結果 COD mg/l mg/l 4.0 mg/l 4.4 mg/l COD の変化 RG TiO2+RG Ag+TiO2+RG 最初光触媒作用 28 日後 < 考察 > 20L 規模の水槽を使った1ヶ月にわたる実験により Ag を析出させた酸化チタン担持発泡リサイクルガラスには藻が発生せず水質を改善できることがわかった 2 水質 CODを酸性過マンガン酸カリウム法 ( 沸騰水浴中で30 分加熱 ) により測定した < 結果 > 採水した液 21 mg/l 50 日後 RG 21 mg/l TiO 2 20 mg/l Ag+TiO 2 11 mg/l < 考察 > 20L 規模の水槽を使った継続した 1ヶ月半にわたる実験により藻が発生した酸化チタン担持発泡リサイクルガラスでは水質浄化の機能が失われ Ag を析出させた酸化チタン担持発泡リサイクルガラスには藻が発生せず水質を改善できることがわかった (8) 負荷をかけた中規模実験 < 条件 2> 12L 水槽に水道水 10Lメダカ 7 匹で毎日餌を与える RG 500mL TiO 2 500mL 17

Ag+TiO 2 500mL 日の当たる場所 1ヶ月間 < 結果 > 開始水を滅菌水で希釈シャーレにまく RG

2 Ag+TiO 2 水槽から引き上げた状態 TiO 2 RG 1000 倍 100 倍 10 倍希釈 1000

TiO 2 Ag+TiO 2 藻が多い藻が発生藻なし Ag+TiO 2 < 考察 >

藻が発生し水質浄化の機能が失われ Ag+TiO 2 担持発泡リサイクルガラスには藻が発生しないことがわかった

滅菌水で希釈し 50μL をシャーレの寒天培地に撒いて 35 で2 日間培養し菌数を数えた TiO 2 RG

倍希釈 70 92 18 100 倍希釈 8 32 1 TiO 2 は藻が発生したことから抗菌効果は RG

18 Ag+TiO 2 500mL 日の当たる場所 1ヶ月間 < 結果 > 開始水を滅菌水で希釈シャーレにまく RG TiO 2 Ag+TiO 2 30 日後コラージ棒で拡げる 1 水槽 50 日後 Ag+TiO 2 RG TiO 2 Ag+TiO 2 水槽から引き上げた状態 TiO 2 RG 1000 倍 100 倍 10 倍希釈 1000 倍希釈で Ag+TiO 2 では菌数 0で抗菌効果があることがわかった 2メダカを入れた水槽 30 日後 RG TiO 2 Ag+TiO 2 藻が多い藻が発生藻なし Ag+TiO 2 < 考察 > メダカを入れた水槽を使った実験により RG には藻が発生しやすく TiO 2 担持発泡リサイクルガラスでは藻が発生し水質浄化の機能が失われ Ag+TiO 2 担持発泡リサイクルガラスには藻が発生しないことがわかった (9) 水の抗菌効果酸化チタン光触媒は抗菌効果が知られている水槽に入れた場合に抗菌作用を示すか水を採水し滅菌水で希釈し 50μL をシャーレの寒天培地に撒いて 35 で2 日間培養し菌数を数えた TiO 2 RG 100 倍 10 倍希釈黄色いコロニーが出現した黄色いコロニー数 RG TiO 2 Ag+TiO 2 10 倍希釈倍希釈 TiO 2 は藻が発生したことから抗菌効果は RG と比べてなかった Ag+TiO 2 は RG と比べて菌数が少ないことから抗菌効果が水でもあるこがわかった 3-4) 結論 1 酸化チタン光触媒を発泡リサイクルガラス 18

19 に担持させることができ質量は約 7.5% 増加した光触媒作用を確認できたメチレンブルーについては担持させていない元の発泡リサイクルガラスの方がたくさん吸着する繰り返し実験すると吸着能力が途中で飽和になるので光触媒作用を担持させた方がメチレンブルーの除去に効果的である光触媒作用でメチレンブルーが分解されたことを吸収スペクトルの波形から確認できた 2 学校の近くの遊水池の水に酸化チタン担持発泡リサイクルガラスを入れると良く日の当たる場所では表面に藻が発生した水質が悪い場合は藻の繁殖が速く酸化チタン表面が覆われて酸化チタンの光触媒作用が十分に発揮できなくなることがわかった 3 光触媒作用の還元力を利用してAgの析出および無電解メッキによりPd Niの析出を酸化チタン光触媒担持発泡リサイクルガラス表面にさせることができた酸化光触媒の作用は金属をつけたことによりメチレンブルーの吸着力が弱くなり全体の分解作用が弱くなった Niについては吸着力だけでなく光触媒作用も失われた (4) 防藻効果はAgで0.003 mol/lのagno 3 で析出させたものが顕著だった Niも1 回目に無電解メッキした多量にNiを付けたものについて防藻効果が認められた (5) 遊水池の水を使った水質浄化の実験では CODがAgを析出させた酸化チタン担持発泡リサイクルガラでは浄化の効果があった (6)Niの添加した酸化チタン担持発泡リサイクルガラスから金属イオンが10 mg/l 溶出していることがわかった Agについては検出できなかった ( 検出限界 0.5 g/ml) メダカを使った溶出した金属イオンの影響調査については影響はなかったミジンコの影響調査でも15 日間では影響はなかった (7)20Lの水を使った水槽による 1ヶ月にわたる実験により Agを析出させた酸化チタン担持発泡リサイクルガラスには藻が発生せず水質を改善できることがわかったさらに Agを析出させた酸化チタン担持発泡リサイクルガラスには抗菌効果があることがわかった 3-5) 研究成果 1) 市川高校化学部の生徒が 2012 年 3 月日化関東支部主催の化学クラブ研究発表会で発表し GSCシュニア賞を受賞した 2)2012 年度市川高校化学部で応募した論文が第 7 回高校環境化学最優秀賞松居記念賞を受賞した 4. 謝辞東京理科大学の藤嶋昭学長に光触媒の実験方法をご指導いただいたことに感謝申し上げます 5. 参考文献 (1) 藤嶋昭渡部俊也橋本和任光触媒のしくみ ( 入門ビジュアルサイエンス ) 日本実業出版社 2000 (2) 橋本和任大谷文章工藤昭彦編集光触媒基礎材料開発応用エヌティーエス 2005 (3) 野本邦夫光触媒を実験で学ぼう KK のもと 2004 光触媒実験キット KK のもとの説明書 (4) 発泡リサイクルガラス ( アイリスオーヤマ ) SHOSAI&SID=G515199F (5) 第 12 回日本水大賞受賞活動集日本 19

20 河川協会 2010 手賀沼の水質調査とプランクトンの生態と光触媒による浄化千葉県立柏中央高等学校化学部 ( 代表 : 小幡一樹石井健治細貝史弥指導教諭 : 中島哲人 ) (6) 日本化学会編教師と学生のための化学実験東京化学同人 pp.126~ 電気のいらないめっき (7) 日本分析化学北海道支部水の分析化学同人 2005 (8) 中島哲人科学技術教育,37-4, 22-23,1998 酸化チタン光触媒による環境浄化の研究 20

ウスターソース類の食塩分測定方法 ( モール法 ) 手順書 1. 適用範囲この手順書は日本農林規格に定めるウスターソース類及びその周辺製品に適用する 2. 測定方法の概要試料に水を加えろ過した後指示薬としてクロム酸カリウム溶液を加え 0.1 mol/l 硝酸銀溶液で滴定し滴定終点までに消費

ウスターソース類の食塩分測定方法 ( モール法 ) 手順書 1. 適用範囲この手順書は日本農林規格に定めるウスターソース類及びその周辺製品に適用する 2. 測定方法の概要試料に水を加えろ過した後指示薬としてクロム酸カリウム溶液を加え 0.1 mol/l 硝酸銀溶液で滴定し滴定終点までに消費した硝酸銀溶液の量から塩化ナトリウム含有量を算出する 3. 注意事項 (a) クロム酸カリウムを取り扱う際には