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理化学研究所、ポリ塩化ビフェニルを完全分解するマイクロチップを開発

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理化学研究所は、高分子パラジウムナノ粒子触媒膜を用いた、芳香族有機ハロゲン化物処理用のマイクロチップを開発した。この研究では、マイクロチップ上の流路に高分子パラジウムナノ粒子触媒膜を初めて導入。ポリ塩化ビフェニル(PCB)など有毒な芳香族有機ハロゲン化物の脱ハロゲン化を滞留時間8秒で完了させるとともに、10~1000ppmという超低濃度PCBでも、100%の収率で脱ハロゲン化させることに成功した。

PCBやポリ臭化ビフェニル(PBB)などの芳香族有機ハロゲン化物は、熱に強く、電気絶縁性に優れ、化学的に安定していて分解されにくい性質を持つ物質。そのため、電気機器の絶縁油や熱交換機の熱媒体などに使用されてきたが、人体への毒性が強く、がんや皮膚疾患、肝機能障害等の原因となるため、現在は生産が中止されている。また、その処理施設の設置がなかなか進まず30年以上にわたり貯蔵されたままとなっていて、PCBのにじみ、漏れ、機器内部の炭化などの劣化といった問題が懸念されている。

一方、最近、本来含まれるはずのない絶縁油の中に、数百万分の1(ppm)程度という超低濃度のPCBが含まれている例が数多く見つかった。現在は燃焼などによる処理方法が検討されているが、未分解物が灰に含まれる可能性があるため、ダイオキシンの発生が懸念されている。そこで、爆発性がなく安全な方法で、簡便、安価、瞬間的、完全に処理する方法の開発が望まれていた。

このような状況のなか、研究チームは、マイクロチップに高分子パラジウム錯体触媒膜を導入する方法の開発に成功。その触媒膜作製方法を応用して、マイクロチップ上に形成した半円状の流路内で、高分子パラジウムナノ粒子触媒膜の作製に成功した。この触媒膜を用いて芳香族有機ハロゲン化物の水素化脱ハロゲン化反応を行ったところ、1000ppmの濃度の場合はチップ滞留時間2~8秒で、また10~1000ppmのPCBやPBBの場合は8秒で終了し、ハロゲン化物質の完全な分解を実現した。

今後、同研究所では、より安定性、耐久性の高いマイクロチップの開発を行うとともに、チップを多数積み上げたり、流路の形状を工夫することで、年間数トンレベルの処理を可能とする大規模処理装置の開発や、水素化脱ハロゲン化反応を瞬間的に進行させることができる化学プラントの実現へ貢献したい考えだ。

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