Development of plasma installed cyclone for size-selective particle treatment

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H02494
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 関口 秀俊 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (50226643)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小玉 聡 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (90589417)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: サイクロン / プラズマ / 粒子処理

Outline of Annual Research Achievements

最終年度にあたる今年度は、数値計算を基に3Dプリンターで試作したサイクロンに電極を導入したプラズマサイクロンを作成し、粒子のプラズマ処理を行った。まず、サイクロンにモデル粒子として20μｍのPMMA粒子を流し、サイクロン内壁への粒子の付着状況を観察し、数値解析で推測された粒子の軌跡が帯状になることを実験的に確認した。そこで、この帯状の位置に電極を導入し、この電極間に電圧を印加して放電を発生させた。放電は高速度カメラを用いて撮影したところ、間欠的に起きていた。そして、この電極を導入したサイクロンを利用してポリエチレン粒子の処理を行った。処理の結果、5～10μｍの粒径をもつポリエチレン粒子のみが溶融して球状化し、粒径選択的な処理を行える可能性が示された。また粒子表面の赤外分光分析により表面状態の変化を観察したところ、変化の痕跡は確認できたが、その変化は微細であり、今回の処理では、化学的処理には十分ではないことが示唆された。高速度カメラによる放電の撮影から、放電維持時間、放電間隔を求め、放電と粒子との接触を考察したところ、粒子は放電領域を通過する間に、複数回、放電に照射されていると推定された。そして粒子の溶融時間までの時間と、放電の粒子への接触時間を計算したところ、接触時間は溶融時間と同程度で、5～10μｍの粒子が溶融した結果が説明された。さらにサイクロンの入口と放電の位置関係を変えて粒子処理を行ったところ、処理量が大幅に減少し、放電の位置により処理量の違いが現れることが示された。得られた全ての結果より、プラズマサイクロンは、粒径選択性を有する粒子処理装置であると総括された。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。