Semi-wet collection of aerosol particles having sizes in difficulty for high efficiency collection by controlling particle surface conditions

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04806
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 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)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2024-03-31
• 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 / 気泡

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）の粒子を、捕集液に高効率に捕集する新規法を実験室レベルで確立することを本研究の目的とする。実施計画では、研究期間において、(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、(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（例えば塩化ナトリウムとポリマー粒子）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としていた。第5年度である本年度は、最終年度にすべく研究期間を延長してきたが、実験的研究の中断からの回復に時間がかかっていたため、これまで得ていた(1)から(3)に関する成果に対する見直しと文献調査による情報取集を継続し、実験系の改造を構想した。実施にあたっては、生物系を含むよりサステイナブルな方向への研究の発展を意識し、応用範囲の拡大を検討した。次年度は発生装置、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再構成して、微細気泡に電場を付加した電気力により捕集力を強化した捕集システムの構築を進め、研究をまとめる予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

実施を計画していた項目中、(1)～(3)については、前年度までに、基本的な実験的知見を得、(3)では異なる視点からの考察もまとめていたため、本年度は、最終年度として、これまで不足していた点について追加し、(4)を含めた総括を行う予定であった。しかし、新たな実験や数値計算を実施せず、新たな学会や論文発表も行わなかったため、研究としては文献調査による情報収集と過年度の結果の見直し、補足・発展実験の計画にとどまった。そのため、区分に示す進捗状況とした。

Strategy for Future Research Activity

予定項目 (2)粒子側の条件として、疎水性粒子の捕集に関する検討を行い、(3) 微小気泡を発生する部分を捕集システムに組み込み、(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進め、液中の気泡の形成と帯電気泡の微粒子捕集性能に関する知見を得ることを進める。以上を装置の設計に反映させ、装置改良による高効率捕集の達成の可能性の検討と新しい液体捕集システムの構築、および、高い粒子捕集効率を得るためのより一般化された条件を見出す考察を進める。なお、捕集効率の向上をめざす、エアロゾルの粒子濃度に関し、当初は、より高めの濃度（化石燃料を主体とする燃焼排ガス中の濃度）にわたる範囲をカバーし、排出抑制を目的としていたが、本捕集系ではよりサステイナブルな利用も念頭に置き、発生粒子については、捕集後の利用を意識したものも選ぶこととした。なお、粒子濃度については一般的な大気環境や室内環境など、低めの濃度にも注目していくよう考えている。

Causes of Carryover

本年度は新型コロナウィルス感染症の影響を脱しつつあるも、実験環境の整備・再構築に予想を超えた負担があり、本年度に予定していたシステムの再構成と成果の総括を次年度に見送った。そのため、システムの再構成にかかる経費（測定機器のメンテナンス費用、気泡発生部、チャンバーや配管接手、フィルターなどの追加部品の調達と実験系の組み立て作業）が多く必要である。それに加え、試薬やガス、試料分析費用、実験強化のための学生アルバイト、成果公表のための学会参加費や論文の英文校正にかかる費用の支出を行う。