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噴霧二相流によるマイクロ界面プラズマ反応を活用した汚染浄化

Research Project

Project/Area Number 12J09008
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

柴田 智弘  東北大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012 – 2014
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords水処理 / プラズマ / 機能性流体 / 混相流 / 蒸気 / ミスト / 液滴
Outline of Annual Research Achievements

水質汚染問題の解決は世界的に急務の課題となっており、添加物等を用いないプラズマによる水処理技術に注目が集まっている。特に、反応性の高いOHラジカルなどのフリーラジカルを活用する高度水処理に難分解性有機物分解の期待が寄せられている。本研究はプラズマにより生成したフリーラジカルを効果的に活用するため溶液を蒸気として放電空間に導入する水処理方法に関して、同軸形状のDBDチューブを作成し、水処理実験を行った。本処理方法に関して、1. プラズマリアクターの基礎特性、2. 液体物性変化、3. 難分解性有機物分解の3点について実験を行った。
1. プラズマリアクターの基礎特性
作成したプラズマリアクターの基礎特性として消費電力やOHラジカルの生成に関して導入する液体流量変化に対して計測を行った。本リアクターの消費電力は概ね数ワット程度と非常に小電力であり導入液体流量の増加とともに上昇する。また、分光計測からOHラジカルの生成が確認され、アルゴンの発光強度に対する相対発光強度は、液体流量の増加とともに上昇する。
2. 液体物性変化
純水を処理対象とすると、本処理方法によって最大900mg/l程度の非常に高濃度の過酸化水素が生成される。過酸化水素は主にフリーラジカルの再結合反応により生成することから、OH等のフリーラジカルが高効率に処理溶液と反応していると考えられる。
3. 水中有機物分解
分解対象として、難分解性有機物である酢酸を用い分解実験を行った。分解率は最大で70%程度を示し、フリーラジカルによる難分解性有機物の分解可能性が示唆された。分解率は導入する液体流量の増加とともに減少するが、分解効率は液体流量とともに上昇する。

Research Progress Status

本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2015 2014 2013 2012

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (13 results)

  • [Journal Article] Acetic Acid Decomposition in a Coaxial Dielectric Barrier Discharge Tube with Mist Flow2014

    • Author(s)
      T. Shibata and H. Nishiyama
    • Journal Title

      Plasma Chemistry and Plasma Processing

      Volume: 34 Issue: 6 Pages: 1331-1343

    • DOI

      10.1007/s11090-014-9575-8

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Numerical study of chemical reactions in a surface micro discharge tube with mist flow based on experiment2014

    • Author(s)
      柴田智弘、西山秀哉
    • Journal Title

      Journal of Physics D : Applied Physics

      Volume: 47 Issue: 10 Pages: 105203-105203

    • DOI

      10.1088/0022-3727/47/10/105203

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Decomposition of Organic Compounds in Water Using Mist Pipe Flow with Dielectric Barrier Discharge2013

    • Author(s)
      柴田智弘、西山秀哉
    • Journal Title

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS Series B

      Volume: 79 Issue: 801 Pages: 796-798

    • DOI

      10.1299/kikaib.79.796

    • NAID

      130003374815

    • ISSN
      0387-5016, 1884-8346
    • Related Report
      2013 Annual Research Report 2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 誘電体バリア放電を活用した管内噴霧流の高機能化と水中有機物分解特性2013

    • Author(s)
      柴田智弘、西山秀哉
    • Journal Title

      混相流-混相流研究の進展-

      Volume: 26 Pages: 561-566

    • NAID

      10031163303

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Decomposition of Methylene Blue in Water Using Mist Flow Plasma Reactor2012

    • Author(s)
      T. Shibata, H. Nishiyama
    • Journal Title

      International Journal of Plasma Environmental Science & Technology

      Volume: 6 Pages: 253-259

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 噴霧流中誘電体バリア放電による酢酸分解へのガス組成の影響2015

    • Author(s)
      柴田智弘
    • Organizer
      日本機械学会東北支部 第50期総会・講演会
    • Place of Presentation
      東北大学工学研究科(宮城県・仙台市)
    • Year and Date
      2015-03-13
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 噴霧流中誘電体バリア放電による酢酸分解へのガス組成の影響2014

    • Author(s)
      柴田智弘
    • Organizer
      混相流シンポジウム2014
    • Place of Presentation
      道民センター「かでる2・7」(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2014-07-30
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Hydrogen Peroxide Generation by DBD Tube with Mist Flow2014

    • Author(s)
      T. Shibata
    • Organizer
      High-Tech Plasma Processes 2014
    • Place of Presentation
      Toulouse(France)
    • Year and Date
      2014-06-22 – 2014-06-27
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Acetic Acid Decomposition by Coaxial Cylinder Type DBD Tube with Mist Flow2013

    • Author(s)
      柴田智弘、西山秀哉
    • Organizer
      10th International Conference of Flow Dynamics
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2013-11-25
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Decomposition of Persistent Organic Pollutants by Mist Flow in a Wire-Cylinder Dielectric Barrier Discharge Reactor2013

    • Author(s)
      柴田智弘、西山秀哉
    • Organizer
      The 12th International Symposium on Fluid Control, Measurement and Visualization
    • Place of Presentation
      奈良
    • Year and Date
      2013-11-21
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 同軸円筒型DBDチューブによる噴霧流中難分解性有機物の分解2013

    • Author(s)
      柴田智弘、西山秀哉
    • Organizer
      第91期日本機械学会流体工学部門講演会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2013-11-09
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 沿面放電による噴霧流中での活性種生成に関する数値シミュレーション2013

    • Author(s)
      柴田智弘、西山秀哉
    • Organizer
      平成25年電気学会基礎・材料共通部門大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2013-09-13
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Generation of Reactive Species in Surface Micro Discharge Tube with Mist Flow for Water Treatment2013

    • Author(s)
      柴田智弘、西山秀哉
    • Organizer
      21st International Symposium on Plasma Chemistry
    • Place of Presentation
      Cairns, Australia
    • Year and Date
      2013-08-08
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Water Purification by Spraying Solution into DBD Plasma Reactor2012

    • Author(s)
      柴田智弘
    • Organizer
      9th International Conference on Flow Dynamics
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2012-09-19
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 誘電体バリア放電による噴霧流の高機能化と水処理システムの開発2012

    • Author(s)
      柴田智弘
    • Organizer
      日本機械学会2012年度年次大会
    • Place of Presentation
      金沢
    • Year and Date
      2012-09-10
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 誘電体バリア放電を活用した管内噴霧流の高機能化と水中有機物分解特性2012

    • Author(s)
      柴田智弘
    • Organizer
      日本混相流学会年会講演会2012 (柏)
    • Place of Presentation
      柏
    • Year and Date
      2012-08-11
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 管内噴霧流を用いた誘電体バリア放電による水中有機物分解2012

    • Author(s)
      柴田智弘
    • Organizer
      第22回環境工学総合シンポジウム2012
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2012-07-06
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] =ecomposition of organic compounds in water using mist flow plasma reacto=2012

    • Author(s)
      柴田智弘
    • Organizer
      8th International Symposium on Non-Thermal/Thermal Plasma Pollution Control Technology & Sustainable
    • Place of Presentation
      France, Camaret
    • Year and Date
      2012-06-28
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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