2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high-efficiency sonoreactor using ultrafine bubble and application for wastewater treatment
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16H04560
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
安田 啓司 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80293645)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小島 義弘 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (80345933)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 反応装置 / ソノプロセス / ウルトラファインバブル / キャビテーション / 超音波 / 化学工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，直径1μm以下の超微細気泡であるウルトラファインバブルを超音波キャビテーションの核にしてキャビテーションの数を増やすことにより、化学反応などの化学的効果や破砕などの機械的効果を強化した高効率超音波反応器を開発することを目標としている。本年度は、初期的な知見として、水中あるいはウルトラファインバブル水中に超音波を照射した際におけるウルトラファインバブルの生成・消滅挙動について明らかにした。
超純水に超音波を照射するとウルトラファインバブルが生成し、時間とともに密度が増加した。さらに、超音波強度が高いほど、密度が増加した。これは、超音波の減圧期間に水中に溶解した空気が析出するためと考えた。気泡径は120 nm程度であり、照射時間による変化はあまりなかった。また、超音波周波数が低いほど生成量が増加した。これは、周波数が低いほど、1周期あたりの減圧の持続時間が長くなるためと考えた。一方、気泡径には周波数による違いがあまり見られなかった。
あらかじめ、加圧溶解式の発生器で作成したウルトラファインバブル水に超音波を照射すると、ウルトラファインバブルの密度が減少した。さらに、超音波強度が高いほど、密度が大きく減少した。この理由として、ウルトラファインバブルが超音波キャビテーションの核となること、気泡が凝集すること、気泡が再溶解することなどを考えた。気泡径は発生器で作製した大きさから少し減少した。また、照射する超音波周波数が高いほど、ウルトラファインバブルの密度は大きく減少した。
以上のことから、高周波数ソノリアクター、低周波数ソノリアクターにおけるウルトラファインバブルの挙動が明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ウルトラファインバブル発生器により作製したウルトラファインバブル水中における気泡の大きさ、密度を測定でき、ウルトラファインバブルの密度を調整することが可能となった。さらに、22、43、98、142、488 kHzの超音波反応器を作製した。さらに、超純水、およびウルトラファインバブル水に様々な周波数、強度の超音波を照射した際のウルトラファインバブルの密度、大きさの変化を研究し、高周波数ソノリアクター、低周波数ソノリアクターにおけるウルトラファインバブルの挙動が明らかとなった。以上のことから、本研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ウルトラファインバブルによるソノリアクターの高効率化および、排水処理などへの応用を行うために主に以下の件を検討することを計画している。
１）ヨウ化カリウム酸化反応を用いた化学的効果に及ぼすウルトラファインバブル密度、超音波周波数の影響
２）ポリエチレンオキサイドの低分子化反応を用いた機械的効果に及ぼすウルトラファインバブル密度、超音波波数の影響
３）排水中の難分解性有害物質や余剰汚泥の分解など排水処理への展開
４）金コロイドの形状制御など材料開発への展開
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