2016 Fiscal Year Annual Research Report
Simulation of Plasma-Liquid-Interface Processing
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15K13391
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
白藤 立 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (10235757)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | プラズマ / 液体 / モデル化 / シミュレーション / 液相診断 / 気相診断 / 気相反応 / 液相反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プラズマ液界面プロセスの具体例として，昨年度に引き続き，水中プラズマによるメチレンブルー分子の分解プロセスを対象とした研究を実施した。昨年度は，処理前と後の実験結果から分解過程を定性的に説明するモデルを提案した。本年度は，液中生成物の相対濃度の処理時間依存性を系統的に取得した。更に，昨年度提案した分解過程のモデルを簡単化したレート方程式を構築し，計算機シミュレーションにより，液中生成物の相対濃度の処理時間依存性を概ね説明できることを明らかにした。
また，プラズマ液界面プロセスにおける基本的反応過程を理解するために，ケミカルプローブ法，イオンクロマトグラフィ，比色法，スピントラップ剤援用電子スピン共鳴を用い，水中での存在が想定される各種ラジカル種やイオン種の濃度の処理時間依存性を計測し，モデル化した。実験結果とモデルとの比較から，ペルオキシナイトライトが，交付申請書にて注目していた長時定数反応の担い手であることを示唆する結果を得た。
更に，大気圧プラズマジェットを用いた液体改質や材料プロセスにおいて将来想定される新たな課題を見出した。それは，プラズマジェットが照射対象物に与える影響だけではなく，高速で流動する液体表面がそれと接するプラズマジェットに与える影響も重要であることである。計算機シミュレーションを実施した結果，液体の流速が 1 m/s 程度の高速になると，ノズルから液面に向かうプラズマジェットの軌道が，流動する液面によって液体の流れ方向に引きずられるとともに，雰囲気ガスを引き込むことを明らかにした。雰囲気ガスが空気の場合には，雰囲気の酸素分子とジェット中の酸素ラジカルが反応し，酸素ラジカルのフラックスが静止水面に照射した場合の 14% にまで低下することを明らかにした。この回避方法として，雰囲気を窒素雰囲気にすることにより，37% まで回復することを明らかにした。
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