繊維も染料を分解できます。触媒機能性繊維の研究と応用について話します。

司会：陶璐

ゲスト：浙江理工大学博士呂汪洋

もしある日家のカーテンやソファーでホルムアルデヒドを追い払うことができたら、室内のどこにもない保護のために安心してもいいですか？

同じように楽なのは紡績業界の中の捺染企業があります。何枚かの布で省エネと排出削減の夢を実現できるかもしれません。

浙江理工大学の陳文興教授が指導した触媒機能性繊維と応用基礎研究プロジェクトは繊維材料を利用して居室で大量に使用し、繊維材料と染料の親和性などの独特な優位性を利用して、触媒機能性繊維で有機汚染物質を分解する新しい構想を提出しました。

今回は陳文興教授の学生、このプロジェクトの主な完成者の一人である呂汪洋博士に触媒機能性繊維にはどのような特別なところがありますか？

二つの主要な内容

四大革新点

触媒機能性繊維プロジェクトの主な研究内容は何ですか？

呂汪洋：主に室内空気中の揮発性有機化合物及び水中染料等を除去することです。

水中染料などの有機汚染物質を分解する面で、排水中の染料を印刷することを目標として汚染物質を汚染し、触媒機能性繊維の設計準備、有機汚染物質の性能、触媒メカニズム、分解過程、分解産物など一連の基礎理論問題を研究します。

初めて「繊維劣化染料などの有機汚染物質」という思想が提案されました。つまり触媒機能性繊維と染料などの有機汚染物質の特殊親和性を利用して、染料などのターゲット汚染物質を触媒機能性繊維界面と内部に吸着してその場触媒酸化分解を行い、触媒機能性繊維を再循環して使用することができます。

触媒機能性繊維プロジェクトの主要な項目

呂汪洋：主に以下のいくつかの方面があります。

一つは、水溶性、繊維と反応性、高触媒活性を持つ2種類の金属フタロシアニン誘導体を合成し、セルロース繊維、タンパク質繊維、活性炭素繊維などのグラフト反応によって新たな触媒機能性繊維を作製し、室内空気中の臭気や工業排水中の染料などの有機汚染物質を効果的に除去することができる。

二は中空コアシェル構造を調製したナノチタニア触媒であり、二酸化チタンの光触媒活性を維持しつつ、有機キャリアに対するチタニアの光腐食問題を回避した。

この触媒を繊維表面に負荷して触媒機能性繊維を作製し，室内空気中の揮発性有機化合物を効果的に除去することができる。

第三は「繊維劣化染料などの有機汚染物質」という考えを提出することである。

つまり、触媒機能性繊維と染料などの有機汚染物質の特殊親和性を利用して、染料などのターゲット汚染物質を触媒機能性繊維界面と内部に吸着させ、酸素水などの酸化剤の作用下で、あるいは直接に可視光を利用して、色素などの有機汚染物を分解し、触媒機能性繊維を繰り返して使用することができます。

第四に、炭素材料と金属フタロシアニンの共同触媒機構、金属フタロシアニンと炭素材料の共有結合が発見され、炭素材料はキャリアの役割を果たすだけでなく、触媒反応において金属フタロシアニンと電子の授受にも参加し、炭素材料の導入は金属フタロシアニンの触媒活性を大幅に向上させることができる。

この原理を用いて活性炭素繊維負荷金属フタロシアニン触媒を作製し，凝集と触媒分解フェノール化合物を効果的に吸着させ，活性炭素繊維をその場再生して繰り返し使用できる。

繊維の優位性が際立つ

常温分解有害ガス

どうして繊維材料を使って空気と水の中の汚染物質を浄化しますか？

和

呂汪洋：繊維材料は製造と加工の過程で資源を少なくし、エネルギーを少なくし、環境を汚染しないだけでなく、積極的に環境汚染を管理することができます。

空気と水中の有機汚染物質に対して、成熟した処理技術は主に吸着技術と生物技術があります。

吸着技術は主に活性炭や分子篩などの高比表面積の材料を用いて有機汚染物質を吸着し、空気と水を浄化する目的を達成していますが、吸着材の吸着能力が限られているため、定期的に再生または交換し、二次汚染が発生しやすいです。

生物技術の廃水処理設備は簡単で、操作が便利で、運行費用は低いですが、処理周期が長く、占用面積が大きいです。また、有毒の持久性有機汚染物質は微生物に毒と害の作用があり、微生物の成長と有機汚染物質の分解性能に影響します。

そのため、業界では、オゾン酸化法、湿式酸化法、光触媒酸化法などの高効率、高速、酸化の徹底的な高度な技術が開発されました。

金属フタロシアニンの負荷を繊維上に調製し、一連の新しい触媒機能繊維を得て、触媒機能性繊維で室内空気と水中の有機汚染物質を分解する新しい思想を提案しました。

生物技術と循環利用を結合できる。

市場の普及に便利である。

このプロジェクトの成果の応用について具体的に話してください。

吕汪洋：繊維材料は細長いタイプの材料で、表面積が大きく、柔軟性がよく、編み方が成形しやすいという特徴があります。だから、私達が研究した触媒機能繊維はカーテン、マットレス、ソファー及び各種室内装飾品だけでなく、エアコンフィルター、空気清浄器などにも使えます。

私たちが指導した大学生研究チームは、金属フタロシアニンの負荷型触媒機能性繊維を用いて「クリスマスツリー」の装飾品を作りました。綺麗で美しいだけでなく、室内の空気を浄化する機能を持っています。この成果は第10回「チャレンジカップ」全国大学生課外学術技術作品コンテスト二等賞を獲得しました。

触媒機能性繊維で作られた空気フィルターは、光触媒空気清浄器に搭載されており、室内の空気浄化が期待されています。

また、触媒機能性繊維はバイオ技術と併用でき、染料やフェノール類などの有機汚染物質を分解し、循環的に使用できます。

つまり、基礎理論問題と工程化研究を解決した後、触媒機能性繊維とその延長材料は空気浄化と廃水処理などの面で広い応用見通しを持っています。