2018 Fiscal Year Research-status Report
Semi-wet collection of aerosol particles having sizes in difficulty for high efficiency collection by controlling particle surface conditions
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18K04806
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
塚田 まゆみ 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 技術職員 (70376870)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | エアロゾル / 微粒子捕集 / 排出抑制 / 荷電粒子 / 粒子表面制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来法では捕集効率の低いサブミクロンからナノ領域の粒子径をもつ、幅広い特性（溶解性、親・疎水性、導電性、形状など）の粒子に対し、液体を用いた新規高効率捕集法を実験室レベルで確立することを目的とする。本研究の初年度である本年度は、粒子発生装置、捕集装置、粒子径分布および粒子個数濃度計測装置からなるシステムを構成した。まず、塩化ナトリウムをモデル粒子として発生させ、発生後の粒子に正または負で3ｋV程度の電圧を印可して粒子を帯電させ、インピンジャーやバブラータイプの捕集液の液性（pHや界面活性を変化させる物質の添加）を変えて捕集特性を調べた。その結果、捕集後の気中のエアロゾルの粒子径分布は、捕集条件により変化し、特に陰イオン界面活性剤入りの水を用い、正に帯電した粒子を捕集した場合、低pH になるほど捕集効率が上昇する傾向が得られた。これは、低pH時では気泡界面が電気的に中性になり、陰イオン界面活性剤の吸着が容易になり、粒子と陰イオン界面活性剤との間の静電引力がより多く働くためと考察された。しかし、100 nm前後の粒子の捕集効率の大幅な向上は得られなかった。これは気泡径がミリメートルオーダーと大きいため、気泡の体積に対する表面積の割合が小さく、粒子の帯電と気泡界面の帯電による静電引力が小さいため推進力が不十分であったものと考えられる。今後、より微細な気泡を発生させるシステムをもつような捕集系の改良を行っていく必要性が示唆された。
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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
実施計画では、研究期間３か年にわたって、(1) 気中に浮遊するエアロゾルのモデル粒子を選定し、粒子発生装置（発生後粒子の帯電部を含む)、インピンジャー方式の捕集装置、粒子径分布および粒子個数濃度計測装置から構成されるシステムを組み立てる。(2) 粒子側のパラメーターとして、粒子サイズならびに粒子の水溶性・不溶性（例えばNaCl とポリマー粒子）と親水性・疎水性（例えばシリカとカーボン粒子）を、(3) 捕集条件として、気泡のサイズおよび気泡の個数や捕集液の種類（純水や低い表面張力をもつ液体）を変化させる。並行して、(4) 捕集装置内の物理モデルに基づく数値シミュレーションを行い、装置構造や運転条件の最適化を行う、ことによって、従来捕集困難とされてきた、サブミクロンからナノ領域の粒子径をもつ気中粒子を高効率で捕集することを達成目標としている。
そのうち、(1)の第一次システムの基本構成は組み上がり、(2)の水溶性粒子例のNaClについて、(3)として、捕集液の液性を水への界面活性剤の添加や、アルコール系の捕集液の使用により変化させた。この際、負に帯電した気泡に対して、粒子を正に帯電させることにより、気泡内で気相側から液相側へ粒子を移動しやすくし、捕集装置前後で、全粒子径において粒子捕集効率の向上をはかることが意図され、捕集後の気中のエアロゾルの粒子径分布の変化を調べることができた。そのため、上記区分と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
実施計画のうち、(2)粒子側の条件として、疎水性粒子の使用が未達成なので検討する。また、(3) 捕集条件として、気泡系が大きいための捕集上の限界が推察されたので、より微小な気泡を発生するシステムの構築を検討する。(4)捕集装置内の物理モデルに基づく数値シミュレーションについては、未着手だったため、シミュレーションソフト（COMSOL）によりモデル化し、液体内の気泡の形成に関する数値計算を行う。(4)で得られた実験結果と数値計算の結果を比較して、装置の設計に反映させ、装置改造を行う。それによって、最終的に高効率捕集を達成する新しい液体捕集装置の開発に一歩近づける。並行して、高い粒子捕集効率を得る条件に関する一般化された知見を見出すように考察を進める。
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| Causes of Carryover |
本年度使用した実験システムの構成には、既存の装置、部品等を組み合わせたため、経費がかからなかった。新たな高電圧電源を導入することよりも、微細気泡を発生することが必要となり、システムの設計と構築のために、本年度は経費支出を抑え、次年度に検討後導入する予定である。
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