低温プラズマと光触媒の複合反応器による揮発性有機物の高速・高効率処理技術の確立

• Project/Area Number: 16681007
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Environmental technology/Environmental materials
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 金 賢夏 独立行政法人産業技術総合研究所, 環境管理技術研究部門, 研究員 (20356893)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000); Fiscal Year 2006: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2005: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2004: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: 低温プラズマ / VOC / 触媒 / 吸着 / 酸素プラズマ / プラズマ駆動触媒反応 / VOCs

Research Abstract

本年度では、低温プラズマ駆動触媒システム(以下PDC)を用いたVOCの分解における最適運転条件について検討した。PDC反応器に投入する比エネルギーがおよそ100J/Lを超えると窒素酸化物の生成量が急増するため、副生成物の抑制を考慮した最適比投入エネルギーは100J/L以下にすることが望ましいことがわかった。プラズマの印加によるPDC反応器の温度上昇は比投入エネルギーと直線関係にあることを明らかにした。また、反応ガス中の酸素濃度に対するPDCシステムに用いる触媒の種類ごとの挙動についても検討した。酸素濃度が触媒活性向上に与える影響を評価するため、性能向上係数を導入した。酸化チタンは酸素濃度増加による分解効率向上の度合いがアルミナとゼオライトに比べ2-3倍程度大きいことを明らかにした。しかし、担持した活性金属触媒の影響については、酸化チタンやアルミナよりゼオライトで顕著に現れた。Y型ゼオライトに銀(Ag)触媒の担持量を大きくすると、VOCの分解効率だけではなく、CO2の選択率と炭素収支が大きく改善することを明らかにした。Pt/アルミナ触媒単独では酸素濃度の増加による分解効率の改善効果は少ないが、ゼオライト触媒とPt/アルミナ触媒を物理的に混合することにより、VOCの分解効率を維持しながらCO2の選択率を向上することができた。酸素プラズマによる吸着VOCの分解は酸素プラズマの温度条件に影響されず、VOCの分解量が比投入エネルギーに依存することも明らかにした。また、吸着と酸素プラズマを用いるVOC分解もPDCシステムと同様に、初期濃度が高くなるほどVOCの完全分解に必要な相当比投入エネルギーが高くなることがわかった。これらの結果より、PDCシステムおよび吸着-酸素プラズのサイクルマシステムが有効に利用できる運転条件(VOCの濃度と流量)に対する指針を得た。

Research Products

• [Journal Article] Complete oxidation of volatile organic compounds (VOCs) using plasma-driven catalysis and oxygen plasma (2007)
  • Author(s): H.H.Kim, A.Ogata, S.Futamura
  • Journal Title: Int. J. Plasma Environ. Sci. Technol. 1(1) Pages: 46-51
• [Journal Article] Effect of different catalysts on the decomposition of VOCs using flow-type plasma-driven catalysis (2006)
  • Author(s): H.H.Kim, A.Ogata, S.Futamura
  • Journal Title: IEEE Trans. Plasma Sci. 34(3) Pages: 984-995
• [Journal Article] Nonthermal plasma-driven catalysis of benzene and toluene (2006)
  • Author(s): H.H.Kim, A.Ogata, S.Futamura
  • Journal Title: J.Korean Soc.Atmos.Environ. 22(1) Pages: 43-51
• [Journal Article] Decomposition of gas-phase benzene using plasma-driven catalyst reactor : Complete oxidation of adsorbed benzene using oxygen plasma (2005)
  • Author(s): H.H.Kim, S.M.Oh, A.Ogata, S.Futamura
  • Journal Title: J.Adv.Oxid.Technol. 8(2) Pages: 226-233
• [Journal Article] Decomposition of gas-phase benzene using plasma-driven catalyst (PDC) reactor pakced with Ag/TiO_2 catalyst (2005)
  • Author(s): Hyun-Ha Kim, Seung-Min Oh, Atsushi Ogata, Shigeru Futamura
  • Journal Title: Applied Catalysis B : Environmental 56 Pages: 213-220
• [Journal Article] Atmospheric plasma-driven catalysis for the low temperature decomposition of dilute aromatic compounds (2005)
  • Author(s): Hyun-Ha Kim, Atsushi Ogata, Shigeru Futamura
  • Journal Title: Journal of Physics D : Applied Physics 38 Pages: 1292-1300
• [Journal Article] 酸化チタン触媒を用いるプラズマ駆動触媒反応器によるベンゼン分解の最適化 (2005)
  • Author(s): 金 賢夏, 朴 正旭, 崔 琴簒, 呉 性旻, 尾形 敦, 二夕村 森
  • Journal Title: 静電気学会誌 29(1) Pages: 32-37
• [Journal Article] Nonthermal plasma processing for air-pollution control : A historical review, current issues, and future prospects (2004)
  • Author(s): Hyun-Ha Kim
  • Journal Title: Plasma Processes and Polymers 1(2) Pages: 91-110
• [Journal Article] Decomposition of benzene using Ag/TiO2 packed plasma-driven catalyst reactor : influence of electrode configuration and Ag-loading a (2004)
  • Author(s): Hyun-Ha Kim, Seung-Min Oh, Atsushi Ogata, Shigeru Futamura
  • Journal Title: Catalysis Letters 96 Pages: 189-194