Jpn J Clin Ecol（Vol.31 No.2 2022）

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原著論文

鉄担持布によるホルムアルデヒド除去性能の評価
徳 村 雅 弘大 森 果 菜鈴 木 茉 佑

牧 野 正 和静岡県立大学 大学院薬食生命科学総合学府 環境科学専攻

Removal of Formaldehyde by Iron-immobilizedFabricMasahiro Tokumura Kana Omori Mayu Suzuki Masakazu Makino
Department of Environmental Science, Graduate School of Integrated Pharmaceutical and Nutritional Sciences,
University of Shizuoka

要旨

近年、室内空気の化学物質汚染が原因の健康影響が懸念されており、特にホルムアルデヒドのようなアルデヒド類は、低濃度でも健康リスクが高いと報告されている。しかし、既存の空気清浄法では、ホルムアルデヒドの物理化学的な性質から、除去が難しいという課題がある。本研究では、鉄イオンを綿布に担持し、空気中ホルムアルデヒドの除去性能を評価した。デシケーター内における空気中ホルムアルデヒドの除去実験の結果から、鉄担持布を設置し、可視光または紫外線を照射することで、設置しない場合と比較して、５時間後のホルムアルデヒドガス濃度が減少し、その平均ホルムアルデヒド除去速度は、2,400
ng m−2 h−1（紫外線照射した場合）と推算された。
（臨床環境 31：62－69，2022）《キーワード》空気清浄、室内空気、健康リスク、鉄、触媒

Abstract
In recent years, there has been concern about adverse health effects caused by indoor air chemicalpollution; in particular, aldehydes such as formaldehyde are reported to pose a high health risk even at
low concentrations. However, due to the physicochemical properties of formaldehyde, it is difficult toremove with conventional air purification methods. In this study, we supported iron ions on fabric andevaluated the removal performance of formaldehyde in the air. Gaseous formaldehyde removal
受付：2022年８月30日 採用：2022年12月５日
責任著者：徳村雅弘
静岡県立大学 大学院薬食生命科学総合学府 環境科学専攻〒422-8526 静岡県 静岡市駿河区谷田52-1
tokumura@u-shizuoka-ken.ac.jp

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experiments in a desiccator showed that the concentration of formaldehyde gas after 5 hours was significantly reduced when iron-immobilized fabric was installed compared to when they were not installed,
and the removal rate was 2,400 µg m−2 h−1 (with UV light irradiation).
(Jpn J Clin Ecol 31 : 62－69, 2022)《Key words》air purification method, indoor air, health risk, iron, catalyst

１．緒言

ヒドやアクロレインなどのアルデヒド類は、比較

寝ている間も含めて、人は一日中空気を吸っている。その量は一日15 m であり、その重さは153

的低濃度でも健康リスクは高い物質であることが報告されている 8 -10）。

kg となる。水の一日摂取量は２kg（２L）であ

既存のホルムアルデヒドの除去技術として、活るため、人が一日に摂取するもののなかで、空気性炭による物理吸着や触媒などによる酸化分解が1）は最も多いという特徴を持つ 。そのため、空気報告されている11-15）。しかし、ホルムアルデヒドは汚染の程度が低くても、空気を大量に摂取するは親水性であり、活性炭のような疎水性材料に対ことでそこに含まれる汚染物質の摂取量は多くなして物理吸着しにくく、吸着後もホルムアルデヒり、結果として、その影響も強くなる。水は必要

ドの高い揮発性により脱着しやすいという問題がに応じてペットボトルなど、ある程度は自由に飲ある。また、アルデヒド類は OH ラジカルとのむ水を選べるのに対して、空気はその場にあるも反応性が低いため、酸化分解されにくいという問のを吸わなければならないという特徴もあるた

題もある16）。湿式の空気清浄法も研究されている

め、空気の汚染は深刻な環境問題である。

が、室内での使用を考えると、使用に伴う湿度の近年、室内環境における建材や生活用品から発上昇や、水の交換が必要であったり水をこぼすリ

生するホルムアルデヒドや揮発性有機化合物スクがあったりなど、ハンドリングの点などにお（Volatile Organic Compounds：VOC）による健いて課題がある17-19）。一方、排水処理の分野では、

康影響への懸念を契機に、室内空気質に対する関水中にて鉄イオンとアルデヒド類が錯体を形成心が高まっている。一日のほとんどの時間を屋内し、そこに適当な波長の光を照射することで錯体で過ごす我々にとって、シックハウス症候群、化が光分解するという反応が知られている20,21）。し学物質過敏症、アレルギーの要因ともなるホルム

かし、本反応の空気中への応用例については報告

アルデヒドや VOC の室内濃度の上昇は深刻な問されていない。

２, 3 ）。しかし、令和３年３月における消本研究では、室内環境にて特に健康リスクが懸費動向調査の結果では家庭用空気清浄機の普及率念されており、既存の空気清浄法にて除去が困難

題である

4）

は45.2％であり 、いくつかの民間企業によるアなホルムアルデヒドを除去対象とし、安価かつ簡ンケート調査の結果からは、空気清浄機の購入に便に調製が可能な触媒として、鉄を綿布に担持しは「価格」が重要視されていると報告されていた鉄担持布（Iron-immobilized Cloth: IiC）を調

5-7）。既往研究によると、一般住宅内の室内空製し、ホルムアルデヒド除去性能を評価した。ま

気中に存在する化学物質のうち、濃度が高い物質

ず、既往研究で実証されている環境に近い水中にが必ずしもリスクが高いわけではないことが報告て、鉄担持布のホルムアルデヒド除去性能を評価る8）されている 。そのため、健康リスク低減に対しした。次に、鉄担持布の空気中ホルムアルデヒドてコストパフォーマンスに優れた空気清浄を目指除去性能を評価した。

すためには、健康リスクの高いものを優先的に除去するべきであるといえる。例えば、室内空気中に数多く存在する化学物質のうち、ホルムアルデ

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64２．実験方法調製した。光源としては、蛍光灯（消費電力：20

2. 1. 使用器具・試薬

W、株式会社東芝、東京都、日本）およびブラッ硫酸鉄（Ⅱ）七水和物はキシダ化学株式会社

クライトブルーランプ（消費電力20 W、極大照（大阪府、日本）より購入し、硫酸鉄（Ⅲ）n 水射波長355 nm、日本電気株式会社、東京都、日本）

和物は、37％ホルムアルデヒド水溶液、テトラヒを用いた。光源はサンプルから0.8 cm の距離にドロほう酸ナトリウム、47％硫酸は富士フイルム設置し、照射した。ブラックライトブルーランプ

和光純薬株式会社（大阪府、日本）のものを用いの極大照射波長については、マルチチャンネル分た。綿布（綿100％）は京越株式会社（京都府、光器（USB4000、オーシャンフォトニクス株式日本）より購入した。純水には、日本ミリポア株会社、東京、日本）によって測定した。サンプル式 会 社（ 東 京 都、 日 本 ） 製 の 超 純 水 製 造 装 置は、メンブレンフィルター（孔径：0.22 nm、株（Milli-Q Advantage A10 System）を使用して製式会社アドバンテック、東京都、日本）にてろ過造されたもの（Milli-Q 水）を用いた。

後、５種類の水溶液の300-650 nm の吸収スペクトルを、紫外可視分光光度計（UV-1800、株式会2. 2. 鉄担持布の調製社島津製作所、京都府、日本）を用いて測定した。

鉄担持布の調製は、排水処理用の鉄担持布を調22,23）製している既往研究を参考にして行った。まず、綿布（10 × 10 cm ）を Milli-Q 水で洗浄した。
2Milli-Q 水25mL に6.5g 硫酸鉄（Ⅱ）七水和物を溶解し、硫酸鉄（Ⅱ）七水和物水溶液を調製した。
硫酸鉄（Ⅱ）七水和物水溶液に47％硫酸を２滴加え、洗浄した綿布を30分間浸漬し、30分超音波処

水溶液中のホルムアルデヒド濃度は、ホルムアルデヒド-テストワコー（富士フイルム和光純薬株式会社）を用いて測定した。
単位布面積当たりの水中ホルムアルデヒド除去速度 Rw（ng m−2 h−1）は次式により求めた。
Rw =]C 0 -Cg V L MW
At#10 6⑵

理した。次に、この布をステンレス製トレイに広ここで C0 は初期水中ホルムアルデヒド濃度

げ、0.1 M テトラヒドロほう酸ナトリウム水溶液（mol L−1）、C は実験終了後の水中ホルムアルデを添加し、デシケーター内にてシリカゲル共存下ヒド濃度（mol L−1）、VL は実験液量（L）、MWで乾燥させた。この際、鉄イオンは還元され、固はホルムアルデヒドの分子量（g mol−1）、A は布体状のゼロ価の鉄として布に固定化される（式面積（m2）、t は実験時間（h）である。

１）23）。
4Fe2++BH4−+3H2O→4Fe+H3BO3+7H+

⑴

2. 4. 空気中における鉄担持布のホルムアルデヒド除去性能の評価

2. 3. 水中における鉄担持布のホルムアルデヒド除去性能の評価

ホルムアルデヒドガスの発生源として、ホルムアルデヒド水溶液（37％）を用いた。ホルムアル37％ホルムアルデヒド水溶液を Milli-Q 水で希釈することで１mol L−1デヒド水溶液を Milli-Q 水で希釈し、希釈したホホルムアルデヒド水溶液

ルムアルデヒド水溶液20 nL をビーカーに滴下しを調整した。また、Milli-Q 水に硫酸鉄（Ⅱ）七た。６L ガラスデシケーターに、各布サンプル水和物および硫酸鉄（Ⅲ）n 水和物を添加するこ（100 cm2）とホルムアルデヒド水溶液を滴下したとで、二価の鉄イオン水溶液（1 mol-Fe L ）おビーカーを入れ、素早く密閉した。一定時間経過よび三価の鉄イオン水溶液（1 mol-Fe L ）をそ後、デシケーター内の空気中ホルムアルデヒド濃れぞれ調製した。ホルムアルデヒド水溶液と、二度を測定した。空気中ホルムアルデヒドの測定

価および三価の鉄イオン水溶液を同量ずつ混合しは、カウンタ付気体採取器セット（GV-110S、株た２種類の混合水溶液（ホルムアルデヒド濃度：式会社ガステック、神奈川県、日本）とホルムア

0.5 mol L 、鉄イオン濃度：0.5 mol-Fe L ）をルデヒド検知管（No.91L、株式会社ガステック）−1−1−1−1

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65を用いて行った。光源としては、ブラックライト

ド水溶液、二価の鉄イオン水溶液、三価の鉄イオ

ブルーランプ（消費電力：４W、極大照射波長：ン水溶液、ホルムアルデヒドと二価および三価の357 nm、スペクトロニクス社、NY、USA）また鉄イオン水溶液の２種の混合水溶液の300-650

は蛍光灯（消費電力：４W、株式会社東芝）を用

nm の吸収スペクトルの測定結果を図１に示す。

いた。光源はデシケーター内に鉄担持布と平行にホルムアルデヒド水溶液の場合、測定波長範囲に設置した（距離：７cm）。

おいて吸収はほぼみられなかった。二価の鉄イオ

単位布面積当たりの空気中ホルムアルデヒド除ン水溶液の場合、二価の鉄イオン水溶液の吸収スh ）は次式により求めた。

ペクトルと、ホルムアルデヒド水溶液を混合した

去速度 RA（ng mRA =−2−1]Y 0 -Yg V A
At#10 3

⑶

混合水溶液にて、吸収スペクトルに変化はみられなかった。三価の鉄イオン水溶液の場合、三価のここで Y0 はホルムアルデヒド発生源のみを設

鉄イオン水溶液のみの場合と比較し、ホルムアル置した実験の終了後におけるデシケーター内空気デヒド水溶液を混合した混合水溶液にて、吸光度

中ホルムアルデヒド濃度（mg m ）、Y は実験終が高くなる傾向がみられた。既往研究によれば、了後のデシケーター内空気中ホルムアルデヒド濃

水中では三価の鉄イオンとアセトアルデヒドが錯、VA はデシケーターの容積（m3）度（mg m−3）体を形成することが報告されているが21）、本実験である。

結果より、ホルムアルデヒドにおいても三価の鉄−3イオンと錯体を形成することが示唆された。ま

３．結果と考察

た、三価の鉄イオンとホルムアルデヒドの錯体

3. 1. 水中における鉄担持布のホルムアルデヒド除去性能の評価

は、およそ650 nm 以下の可視光領域を含む波長域の光を吸収したため、錯体の光分解には可視光水中にて鉄イオン（２価および３価）とホルムを用いることができる可能性が示唆された。

アルデヒドが錯体を形成するかを確認するため、鉄担持布の水中におけるホルムアルデヒドの除吸収スペクトルの比較を行った。ホルムアルデヒ

去性能を評価するため、水中にて鉄担持布を用い

図１

吸収スペクトルの比較

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図２

水中における鉄担持布のホルムアルデヒド除去性能の評価たホルムアルデヒドの除去実験を行った。単位布波長である紫外線の方が錯体の光分解が促進され面積当たりの水中ホルムアルデヒド除去速度のまたからだと考えられる。

とめを図２に示す。光照射のみ、鉄担持布のみ、綿布のみなどの場合、ホルムアルデヒドの除去はほとんど見られなかった。一方、鉄担持布に可視

3. 2. 空気中における鉄担持布のホルムアルデヒ
ド除去性能の評価h ）または紫外線（ブ空気中における鉄担持布のホルムアルデヒド除h ）去性能を評価するため、デシケーター内にて、空を照射した場合、水中ホルムアルデヒド濃度が著気中ホルムアルデヒドの除去実験を行った。デシしく減少した。以上の結果より、鉄担持布と光照ケーター内のホルムアルデヒドガス濃度の経時変射を組み合わせることで水中のホルムアルデヒド化を図３に示す。ホルムアルデヒド発生源のみのを除去できることが示唆された。可視光を照射し場合、時間とともにデシケーター内ホルムアルデた場合と比較し、紫外線を照射した場合の方が、ヒドガス濃度は上昇していった。ホルムアルデヒ

水中ホルムアルデヒドの除去速度が高かった。図

ド発生源に加え紫外線を照射した場合（極大照射１に示されている通り、三価の鉄イオンとホルム

波長352 nm）、５時間におけるホルムアルデヒドアルデヒドの錯体は、測定波長範囲においては、ガス濃度の上昇の程度は、ホルムアルデヒド発生短波長ほど光を吸収する傾向にあるため、より短源のみの場合と比較して21％ほど低下した。これ

光（蛍光灯）（500 ng m−2−1ラックライトブルーランプ）（670 ng m−2−1臨床環境医学（第31巻第2号）

図３67

空気中における鉄担持布のホルムアルデヒド除去性能の評価

表１ シミュレーションに用いた反応速度論的パラメータのまとめ

は、光源としてデシケーター内に設置したブラッ一つとして考えられる。鉄担持布上の鉄の化学種クライトブルーランプへの吸着や、紫外線照射にについては、理想的には式⑴から、ゼロ価の鉄がよる分解によるものであると考えられる。ホルム優位となり得るが、実際は空気中の酸素や水にアルデヒド発生源に加え綿布のみを設置した場

よって腐食し、複数の酸化鉄種も混在していると合、設置しない場合と比較して、ホルムアルデヒ考えられる。ゼロ価の鉄や複数の酸化鉄種の表面ドガス濃度は減少した。これは、綿布への吸着にへの吸着や、表面上で起こる複合的な反応によよるものだと考えられる。一方、ホルムアルデヒ

り、ホルムアルデヒドが除去されると考えられド発生源に加え鉄担持布を設置した場合、光照射る。具体的な酸化鉄種の特定や、詳細なメカニズの有無にかかわらず、他の条件と比べて大幅な濃ムの解明には、より詳細な実験および検討が必要度低減がみられた。綿布と比較して吸着量が増えである。以上の結果より、空気中においても、鉄た要因としては、鉄担持布の場合は綿布上の鉄と担持布はホルムアルデヒド除去に対して有効であホルムアルデヒドが化学吸着した可能性が要因のること示唆された。

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本研究で調製した鉄担持布の単位布面積当たりのホルムアルデヒド除去速度は、2,400 ng m−2h−1（紫外線照射した場合）と推算できる。一方、実験条件などが異なるため単純に比較することはできないが、既往研究で報告されている酸化チタン
光触媒などの単位触媒表面積当たりのホルムアルデヒド除去性能と比較すると（6.4-4,000 ng m−2h ）−1 24-27）、同等以上の性能を持つ可能性が示唆された。

４．結論
本研究では、布に鉄を担持し、光照射によってホルムアルデヒドを分解することのできる鉄担持布を調製し、水中および空気中のホルムアルデヒドの除去実験を行った。本実験結果より、鉄担持布と光照射を組み合わせることにより、水中およhtml?lid=research_navi_bottom _050_05（2022.8.27）
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12） Yan Z, Xu Z, et al. Highly active mesoporous ferrihy-ることを明らかにした。本研究にて、空気中のホ

drite supported Pt catalyst for formaldehyde removal

ルムアルデヒド除去において鉄担持布が有望であることが示唆されたことから、今後、連続式のホルムアルデヒド除去性能評価試験などを行い、鉄担持布表面における反応メカニズムについてより詳細に検討し、さらなる高性能化などを進めていく必要がある。
利益相反なし
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