科学技術振興機構の広報誌「JSTnews」 第70回

【JSTnews2月号掲載】NEWS&TOPICS　戦略的創造研究推進事業さきがけ／研究領域「持続可能な材料設計に向けた確実な結合とやさしい分解」　研究課題「強固な結合をやさしく光分解する複合ナノ材料の創出」

有機フッ素化合物を分解する新たな技術を開発

　炭素－フッ素結合（C-F結合）を多数含み、極めて高い安定性を示す有機フッ素化合物（PFAS）は、幅広い産業分野で利用されてきました。しかし、環境中で分解されにくく、環境残留や生体蓄積を引き起こすことから、世界的に規制や管理が強化されています。従来のPFAS分解法は、高温処理や強力な酸化剤、深紫外光といった過酷な条件を必要とすることから、新たな分解技術の開発が急務となっています。

　立命館大学生命科学部の小林洋一教授らの研究グループは、低毒性で安価かつ大量合成が可能な酸化亜鉛（ZnO）ナノ結晶の光触媒特性を活用することで、持続可能で実用化に直結するPFAS分解技術を開発しました。研究グループは、PFASの中でも特に分解が困難なペルフルオロオクタンスルホン酸（PFOS）を溶かした水溶液に、酢酸イオンで表面を修飾したZnOナノ結晶と正孔捕捉剤としてトリエタノールアミンを加え、その懸濁液に波長365ナノ（ナノは10億分の1）メートルの近紫外LED光を照射しました。その結果、室温・大気圧下でPFOSが効率的に分解されてC-F結合がフッ化物イオン（F^－）まで還元され、10時間の照射でPFOSの残存率を0.5パーセントまで減らせることがわかりました。

　今回の技術は、水処理施設や産業排水処理、PFASを吸着したフィルターの再生など、幅広い応用が考えられます。生成したフッ化物イオンはカルシウムイオンを添加することで原料鉱石であるホタル石として容易に分離・回収できるため、環境浄化と資源循環を両立させる技術としても活用できそうです。

有機分子を配位結合したZnOナノ結晶に近紫外LED光を当てると、光エネルギーを吸収して有機分子が分解・脱離することで電子と正孔が発生。この電子がPFASに移動してC-F結合を切断し、フッ化物イオン（F^－）へと分解する。

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