2014 Fiscal Year Research-status Report
吸着剤と光触媒を組み合わせた再生可能な防毒マスク吸収缶の開発
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26460815
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| Research Institution | University of Occupational and Environmental Health, Japan |
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Principal Investigator |
保利 一 産業医科大学, 産業保健学部, 教授 (70140902)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石田尾 徹 産業医科大学, 産業保健学部, 講師 (90212901)
樋上 光雄 産業医科大学, 産業保健学部, 助教 (40588521)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | メタノール / 光触媒 / シリカゲル / 破過時間 / 防毒マスク吸収缶 / 酸化チタン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリカゲルに，酸化チタン光触媒を溶射することにより，光触媒をシリカゲル表面に高濃度に担持させた．恒温槽内に設置したガラス製の容器にメタノールを入れ，空気を導入してバブリングさせることにより，メタノール蒸気を発生させ，これを室内の空気で希釈することにより蒸気を調製した．蒸気の濃度が一定になったのち，光触媒溶射シリカゲルを充填したガラスカラムに，防毒マスクの国家検定と同じ流量30 L/minで通じ，カラム出口の蒸気濃度を経時的に測定し，破過曲線を求めた．吸着を開始してからカラム出口の濃度が許容濃度に達する時点までの時間を破過時間とした．破過曲線から，破過時間を超えたのを確認したのち蒸気の供給を止め，実験前後のシリカゲルの重量を計測し，重量変化から吸着量を求めた．また，入口濃度と流量および破過曲線からも吸着量が計算できるので，両者の吸着量を比較し，吸着と光分解の量を定量的に把握した．
次に，メタノール蒸気を吸着した光触媒溶射シリカゲル充填ガラスカラムの周囲に，LED電灯あるいは蛍光灯からの光を照射しながら空気を通じることで，メタノールを脱着および分解させた．カラム出口の蒸気濃度を吸着破過実験と同様に経時的に測定し，脱着曲線を求めた．メタノールの脱着がGCで検出できなくなった段階で脱着を停止し，シリカゲルの重量を測定するとともに，脱着曲線を積分することにより，見かけの脱着量が計算できるので，これと吸着破過実験で得られた吸着量を比較検討し，吸着量と分解量について定量的に検討した． これを１サイクルとし，吸着・脱着をくり返して破過曲線，脱着曲線を求め，当初の破過曲線と比較することにより，光触媒溶射シリカゲルの再生使用の可能性について検討した．また，光を照射しない場合の吸・脱着特性についても同様に検討し，光触媒の効果について検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成26年度は，蒸気発生器で発生させたメタノール蒸気を室内空気と混合させたものを試験ガスとし，同一の光触媒溶射シリカゲル層に通じて，光照射あり，光照射なしの2通りの条件で吸着，脱着実験を繰り返し行った．一般に光照射ありの方が破過時間は長くなる傾向はみられたが，データはばらついており，必ずしも明確な傾向は得られなかった．特に冬季に行った実験では夏季に比べ破過時間が長くなる傾向が見られた．この原因としては，試験に用いた空気の温湿度条件が変化しているためと考えられた．一般に，冬季は温度，湿度とも低くなる傾向がある．本実験では，実験室内の温度は年間を通して大きく変動していなかったが，湿度の変動は大きく，冬場は湿度が低くなることが多かった．したがって，シリカゲルのメタノール吸着量については，温湿度，特に湿度の影響が大きいことが考えられた．そこで実験値を湿度との関係で再整理すると，光照射ありと光照射なしとの間に明らかに吸着量の差が認められ，湿度の影響が大きいことが確認された．このことから，温湿度をもっと厳密に制御できるように装置の改良を行う必要があることが示唆された．
また，光触媒によるメタノール蒸気の分解の際に，有害な中間生成物が生成する可能性がある．メタノールの場合，ホルムアルデヒドが発生することが懸念されるため，今年度，光触媒溶射シリカゲルを通過した出口の空気を採取し，検知管で確認を試みたが，明確ではなかった．これについても，引き続き検討する必要があると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度に引き続き，光触媒溶射シリカゲルを充填したカラムを用いて，吸着破過特性，脱着・再生特性を調べる．平成26年度の検討において，特に破過容量(破過時間に達するまでシリカゲル層に通じたメタノールの量)は温度，湿度の影響が大きいことが考えられたので，吸着部を恒温，恒湿の条件にして，データを収集する．
光触媒には，紫外光用と可視光用がある．本来の酸化チタンは紫外領域での触媒作用が大きいが，平成26年度は，実験の容易さを考えて，可視光で働く光触媒を用いて実験を行った．しかし，紫外光用の方が分解特性が高いことが考えられるので，平成27年度は，紫外光用の光触媒を溶射したシリカゲルを新たに作製し，これを実験に用いる予定である．このため，新たに紫外光ランプを準備する．また，光の強度の影響についても検討する．
さらに，平成26年度に検討した光触媒溶射シリカゲルは，常温で空気を通じながら120分間脱着と分解を行ったが，この条件では完全にメタノールを除去することはできていない．そこで，脱着・分解速度を向上させるための方策について検討する．一般的には，高温の方が反応が進むことが考えられるので，吸着層を加熱することによる脱着率の向上の可能性についても検討する．
またメタノール以外で活性炭への吸着量が小さい有機溶剤，例えばジクロロメタンやアセトンなどについても同様に実験を行って破過特性，および脱着・再生特性を調べ，光触媒溶射シリカゲルのこれらの物質に対する基本特性を把握する．
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| Causes of Carryover |
研究分担者の1名が10月～12月の間，事情により研究に参加できなくなり，研究計画に遅れが生じたこと，また，この間に開催された学会に当人が参加できなかったことにより，当初計画通りの予算執行ができなかった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成２７年度は，前年度の遅れを取り戻すべく，温湿度制御装置の試作，流量制御，濃度制御等に必要な物品を整備し，精密な温度，湿度の制御のもとに実験が行えるように装置を改良する．その上で，当初に計画した実験パラメータの影響を調べるため，光触媒の種類を紫外光用のものに変えたものと，紫外光用ランプを用いた吸着・分解装置を作成し，吸着・分解実験を行う．これらの整備のための材料，器具等の予算が必要である．また，得られた成果の一部について，10月に函館で開催される日本労働衛生工学会で口頭発表する予定であり，発表時期を考えると，夏までにできるだけ多くのデータを得る必要がある．そのためには実験補助者が必要となり，その謝金が発生する．また発表のための旅費も必要である．
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Research Products
(2 results)
