Elucidation of the Thermally-Induced Catalytic Activity Mechanism of Titanium Dioxide and Application to Combustion Exhaust Gas Treatment Technology

• Project/Area Number: 20K04334
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 19020:Thermal engineering-related
• Research Institution: Daido University
• Principal Investigator: Ihara Tadayoshi 大同大学, 工学部, 教授 (30377684)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000); Fiscal Year 2021: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2020: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 排ガス後処理 / 酸化チタン / エンジン / 燃焼排気ガス / 熱励起触媒 / 未然炭化水素

Outline of Research at the Start

内燃機関の排気ガスの後処理は，地球環境に対する負荷の軽減に必須である一方で，現在使用されている希少金属触媒の資源枯渇とそれに伴う価格高騰が問題となっている．本研究は，希少金属の代わりに安価な酸化チタン系材料の熱励起ラジカル生成機能を用いたエンジン排気ガス処理技術の創成を最終目標とする．
本研究期間内では，未だ明らかになっていない熱励起触媒機能の発現メカニズムの解明と実用化に向けた検討を行う目的で，小型炉実験による触媒活性機能の機構解明および素材・形状の最適化と，エンジン実験による排気ガス浄化性能の測定とシステム成立要件の検討を実施する．

Outline of Final Research Achievements

In order to create a technology to oxidize and decompose harmful components in engine exhaust gases using thermally-induced catalytic activity mechanism of titanium dioxide, this study focused on elucidating the expression mechanism of the thermally-induced catalytic activity and exploring optimal conditions for its realization and practical application.
As a result, the thermally-induced catalytic ability of titanium dioxide operates through a different mechanism from photocatalytic ability. Furthermore, its capability to oxidize and decompose carbon monoxide and unburned hydrocarbon components in targeted diesel engine exhaust gases is demonstrated.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在，燃焼排ガスの処理に用いられている貴金属触媒は希少で採取地域が限られ，サプライチェーン問題の影響を受ける．本研究では，安価で産地依存のない酸化チタンが，排ガス自身の持つ排熱により熱励起触媒能を発現し得ることを明らかにした．今後この技術を更に発展させ，酸化チタンが貴金属触媒の代替素材として実用化できれば，排ガス処理コストの低減とエネルギーの有効利用に貢献できる．

Research Products

• [Journal Article] Thermally-Induced Activation of Mixed-Phase Titanium Dioxide (P25) and Oxidation Activity for Gaseous Organic Compounds (2020)
  • Author(s): Tadayoshi, IHARA Harumitsu, NISHIKAWA Hiroharu, ISHIDA Yoshinari, KOBAYASHI Shuhei, TAKAHASHI
  • Journal Title: Journal of the Society of Inorganic Materials, Japan Volume: 27 Pages: 227-232
  • NAID: 40022355198
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 酸化チタンの熱誘起触媒能を用いた PMの酸化・分解 (2022)
  • Author(s): 附柴 崇也 ,生田 宗一郎,傳田 匠,曽我部 七海,西川 治光,井原 禎貴
  • Organizer: 第33回内燃機関シンポジウム
• [Presentation] 酸化チタンを触媒とした排ガス処理分解における熱活性と光活性の効果 (2021)
  • Author(s): 寺澤 翔太，井原 禎貴，西川 治光，小林 芳成，高橋 周平
  • Organizer: 第59回燃焼シンポジウム
• [Presentation] 酸化チタンの熱励起触媒能を用いた燃焼排ガスの浄化 (2021)
  • Author(s): 附柴崇也
  • Organizer: 日本自動車技術会2021年春季大会
• [Presentation] 酸化チタンの光熱同時励起による燃焼排ガス成分の酸化分解 (2020)
  • Author(s): 石田 彦陽, 寺澤 翔太, 井原 禎貴, 西川 治光, 小林 芳成, 高橋 周平
  • Organizer: 第58回燃焼シンポジウム