強いフッ化物イオン結合から可逆的な電極吸着解除へ:容量脱イオン脱フッ化物処理のためのS, N制御La-MOF由来炭素電極
From Strong Fluoride Binding to Reversible Electrodesorption: S, N-Regulated La-MOF-Derived Carbon Electrodes for Capacitive Deionization Defluoridation
従来のLa-MOFはフッ化物イオン(F-)などの陰イオンに対して強い親和性を示すものの、CDI電極としての再生性能が限定的であった。本研究では、硫黄と窒素を共ドープしたLa-BDC-140由来炭素電極(La-CNS3)を開発した。最適化されたLa-CNS3電極は、欠陥、メソポーラス構造、親水性、電荷移動能力に優れ、フッ化物イオンの電気吸着を向上させた。1.4V印加時、10 mg・L-1のF-溶液に対し31.86 mg・g-1、初期F-濃度100 mg・L-1では195 mg・g-1のフッ化物除去能力を達成した。さらに、逆電圧のみで部分的なフッ化物イオンの脱着が実現し、50サイクルの吸着・脱着後も良好な脱フッ化物性能を維持した。実際の地下水処理では、120分後の流出水フッ化物濃度が1.0 mg・L-1未満に低下した。XPS分析とDFT計算により、フッ化物イオン除去は主にLa-F配位、表面水酸基/水配位子交換、界面電荷再分布によって支配されることが明らかになった。La2O2S/g-C3N4構造は、フッ化物イオン吸着強度と脱着可逆性のバランスを良好に保った。本研究は、フッ化物汚染水処理のための効率的、選択的、電気的に再生可能な希土類系CDI電極設計に有望な戦略を提供する。
本記事は水処理(フッ化物除去)技術に関する研究であり、エネルギー分野(クリーンウォーター・環境浄化)に間接的に関係するが、投資判断に直結する具体的な企業活動・市場展開・調達・規制動向などの事象は含まれていない。基礎研究段階の材料開発であり、現時点では投資家にとって直接の判断材料とはならない。