HPWO/GR/TiO複合膜によるクロロフェノール及びビスフェノール類の光触媒分解と速度定数の予測

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Environ. Res..2020 Jun;188:109786. S0013-9351(20)30681-2. doi: 10.1016/j.envres.2020.109786.Epub 2020-06-13.

HPWO/GR/TiO複合膜によるクロロフェノール及びビスフェノール類の光触媒分解と速度定数の予測

Photocatalytic degradation and rate constant prediction of chlorophenols and bisphenols by HPWO/GR/TiO composite membrane.

Ying Ma
Yanan Zhang
Xiaolin Zhu
Nan Lu
Chao Li
Xing Yuan
Jiao Qu

PMID: 32593897 DOI: 10.1016/j.envres.2020.109786.

抄録

光触媒は、高毒性で難分解性の芳香族系汚染物質を除去するための有望なアプローチであるが、高活性な光触媒の開発は長年の課題であった。しかし、高活性な光触媒の開発は、汚染物質の分解において長年の課題となっています。本研究では、ゾル-ゲル法を用いてGR(グラフェン)/TiO膜とHPW(HPWO)/GR/TiO膜を開発し、この課題に取り組んだ。HPW/GR/TiO(1.0%HPW添加)膜のクロロフェノール類(o-クロロフェノール,2,4-ジクロロフェノール,2,4,6-トリクロロフェノール,ペンタクロロフェノールを含む)及びビスフェノール類(ビスフェノールA,ビスフェノールAP,ビスフェノールAF,ビスフェノールSを含む)の除去効率は、模擬太陽光照射5時間後にそれぞれ97.02-82.71%及び93.28-68.63%に達し、また、GR/TiO(1.0%HPW添加)膜の除去効率は、GR/TiO(1.0%HPW添加)膜の除去効率よりも高いことがわかった。HPW/GR/TiOは、GR/TiO複合膜と比較して、TiOで生成した光電子がGRとHPWに同時に移動するため、OとOHの生成速度が著しく加速された。また、HPW/GR/TiO膜の活性は10回リサイクルしても目立った低下は見られなかった。さらに、HPW/GR/TiO膜によるフェノール類の光触媒分解反応速度定数(k)を計算し、他のクロロフェノール類やビスフェノール類の光触媒分解反応速度定数を定量的な構造活性相関モデルを用いて予測したところ、HPW/GR/TiO膜の活性は10回のリサイクルで顕著に低下しなかった。本研究で開発したHPW/GR/TiO膜は、廃水中のフェノール類の除去に最適な光触媒として高い可能性を秘めている。

Photocatalysis is a promising approach to remove highly toxic and refractory aromatics pollutants. However, developing highly active photocatalyst is a long-standing challenge for pollutant degradation. This study addressed this challenge by developing GR (graphene)/TiO and HPW (HPWO)/GR/TiO membranes by sol-gel method. The removal efficiencies of HPW/GR/TiO (the doping of 1.0% HPW) membrane for chlorophenols (including o-chlorophenol, 2,4-dichlorophenol, 2,4,6-trichlorophenol, and pentachlorophenol) and bisphenols (such as Bisphenol A, Bisphenol AP, Bisphenol AF, and Bisphenol S) were up to 97.02-82.71% and 93.28-68.63% with simulated sunlight radiation for 5 h, respectively. Compared with GR/TiO composite membrane, HPW/GR/TiO remarkably accelerated the formation rates of O and OH, due to the simultaneous transfer of photo-generated electrons (generated by TiO) to GR and HPW. In addition, the activity of the HPW/GR/TiO membrane did not decline noticeably after 10-time recycle. Furthermore, the photocatalytic degradation reaction rate constants (k) of phenols by HPW/GR/TiO membrane were calculated, and those for other chlorophenols and bisphenols were predicted using a quantitative structure-activity relationship model. The HPW/GR/TiO membrane developed in this study poses high potential as an ideal photocatalyst for removal of phenolic pollutants in wastewater.