2022 Fiscal Year Research-status Report
コロナ放電を用いた液中への革新的活性酸素種供給法の開発
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21K04035
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
見市 知昭 大阪工業大学, 工学部, 教授 (40368139)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
眞銅 雅子 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (10345481)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 直流コロナ放電 / 活性酸素種 / 液中化学反応 / 化学反応シミュレーション / 液相流れ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の最終目標は、コロナ放電によって液中に供給された活性酸素種の化学反応過程の解明である。これを明らかにすることで、本手法によるOHラジカルの高速・高効率利用が可能となる。
本年度は、以下の実験及び計算を行った。
(1) 前年度に得られた液相の流れの計算結果を用いて、液相化学種（オゾン、過酸化水素、酢酸、O3-等）の2次元化学反応シミュレーションを行った。初期流速はPIV計測で得た値である5 mm/sを基準とし、0, 2.5 mm/sの3種類で計算を行った。また、任意測定点を設定し、そこでの各化学種濃度の時間変化を流速別に比較した。その結果、シミュレーションの計算時間が400msまでの各化学種の濃度分布や測定点ごとの濃度の時間変化が明らかになった。流れによって液中を移動する過酸化水素とオゾンが反応することでOHラジカルが生成するという結果を得たことから、液相流速が速いほど、処理効果が高くなると考察している。また、流速が0 mm/sの時に酢酸が分解しない結果となったことについては、OHラジカル同士の反応によって過酸化水素が生成することで酢酸分解の妨害をしていると考察している。
(2) コロナ放電によって液中に供給された活性酸素種の反応過程を調査するために、正・負両極性のコロナ放電を用いて酢酸と活性酸素種の濃度測定を行い、それぞれの特性について比較を行った。その結果、印加電圧と放電電流が同じ場合、負極性の方がより多く酢酸を分解できることがわかった。またオゾンと過酸化水素の生成特性も極性による違いがあることが明らかとなった。
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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
2次元化学反応シミュレーションを行うことができ、各種濃度の時間変化および分布についても知ることができた。ただし計算ができただけで、結果が妥当かどうかの検討は必要である。この結果より、供給された活性酸素種のうち長寿命のものは、液中の流れに沿って輸送されると考えられ、この移動時間と化学反応に要する時間を検討することで最適なリアクタの設計が可能となる。また、正負両極性のコロナ放電処理を行い、酢酸分解特性などに違いがあることを明らかにしている。この結果は両極性の放電によって生成し、液面に供給された正・負イオンが液中化学反応に影響を及ぼしている可能性を示唆している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は、溶存オゾン濃度の2次元分布を調査する。昨年度準備した測定装置を組み上げ、実測を行う。またオゾンの測定が上手くいかない場合の対策として、液体ポンプを用いて溶液を循環させてコロナ放電処理を行う。処理槽内で強制的に流れを作り出すことで、その影響について調査を行う。
化学反応シミュレーションについては引き続き2次元モデルの設計および検討を行う。シミュレーションの結果とオゾン濃度結果および液体循環での実験結果を比較して、計算の妥当性について検討する。
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| Causes of Carryover |
液相オゾン濃度の測定用装置が低予算で組み上げることができたため。次年度ではシミュレーションソフトや溶液循環型リアクタの購入に充てる。
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