2014 Fiscal Year Research-status Report
青果物鮮度維持のためのエチレンプラズマ分解システムにおける電力消費量の９割削減
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26450352
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
水嶋 生智 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60239233)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | エチレン分解 / プラズマ反応器 / メンブレン状触媒 / 吸着・濃縮 / 効率改善 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
青果物の鮮度低下を促進するエチレンを高効率で分解するための吸着・濃縮型プラズマ分解装置を構築することを目的として研究を行い、以下の成果を得た。
(1)管型プラズマ反応器用メンブレン状触媒管の作製と表面改質による性能改善
エチレンを吸着・濃縮し、短時間のプラズマ照射で一気に分解するプラズマ反応器用の触媒として、メンブレン状触媒管を作製した。アルミニウム管内にシュウ酸溶液を通じながらDC100Vで20時間陽極酸化することにより、100～200 nmの貫通孔を有するメンブレン状アルミナ管を作製できた。さらにシリカコーティングをすることにより表面積が増加し、エチレン吸着特性を改善できることが確認されたが、エチレンプラズマ分解反応に対する触媒効果は観察されなかった。そこで、活性金属としてパラジウムを担持したところ、分解効率が約1.4倍増加した。すなわち、パラジウムがシリカ上に吸着したエチレンの分解を促進することが明らかとなり、表面改質によるさらなる効率改善の可能性が示された。
(2)平板積層型プラズマ分解装置の開発
上記の管型反応器よりも大型化や形状の変更が容易である平板積層型プラズマ分解装置を構築するため、表面にシリカコーティング層を有する電極材の作製を試みた。このシリカは、エチレンの吸着剤としてだけではなく、均一なプラズマ発生のための誘電体としての機能も兼ね備える。初めに、成膜に適したシリカゾルの調製条件を検討し、溶液中のケイ酸エチル：エタノール：水：塩酸の割合が 1 : 3 : 10 : 0.07、温度が80℃のとき最適となることを見出した。このシリカゾルを表面処理したアルミニウム板に塗布したところ、均一なシリカコーティング膜が形成され、その膜厚やエチレン吸着量は塗布回数とともに増加することを確認した。しかし、均一なプラズマを発生させるには至らず、さらなる改善が必要であった。
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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
(1)管型プラズマ反応器用メンブレン状触媒管の作製と表面改質による性能改善
メンブレン状触媒管の作製、シリカコーティングによる表面積・エチレン吸着量の改善、パルス型プラズマ照射におけるエチレン分解効率の改善、等、順調に進んでいる。しかし、エチレン吸着特性に対するシリカコーティングの効果が期待していたよりも小さかったため消費電力の大幅削減には至らず、この点の改善が課題である。
(2)平板積層型プラズマ分解装置の開発
シリカゾルの調製条件を確立し、それを用いて均一なコーティング膜を作製できたこと、エチレン吸着特性を改善できたこと、については順調に進んでいると言える。また、シリカコーティングによってプラズマの均一性を改善できることは確認できたが、反応器として用いるにはまだ十分ではなく、更に膜厚を増加させる、等の対策が必要であることがわかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)管型プラズマ反応器用メンブレン状触媒管の作製と表面改質による性能改善
シリカはプラズマ照射に対して安定な高表面積物質であり、表面改質には必要不可欠と考えられるが、エチレン選択吸着能が比較的低いことが明らかとなった。そこで、シリカコーティングにより高表面積化した触媒に第二成分を担持することにより、エチレン吸着・濃縮特性の改善を試みる。また、パラジウム以外の金属についても触媒効果を調査し、エチレンのプラズマ分解に適した触媒活性成分の検索を行う。
(2)平板積層型プラズマ分解装置の開発
シリカゾルの調製条件やコーティング条件を再検討し、シリカコーティング膜の厚さを増加させ、プラズマの均質化を図る。また、この電極を用いてエチレンプラズマ分解実験を行い、分解効率を評価する。
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