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Fundamental study on kinetics of mechanochemical reaction using experimental and computational approaches

Research Project

Project/Area Number 18J21860
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Reaction engineering/Process system
Research InstitutionOsaka Prefecture University
Research Fellow 廣沢 文絵  大阪府立大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsメカノケミカル反応 / 反応速度論 / メカニカルプロセス / 数値計算 / 機械的エネルギー / メカノケミカルプロセス / 粉砕 / 離散要素法 / 遊星ボールミル / 衝突エネルギー / 衝突頻度 / 反応速度定数 / 速度分布
Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究で、遊星ボールミルを用いた亜鉛フェライトのメカノケミカル(MC)反応の反応速度を速度式で表し、MC反応の速度論的解析手法を提案した。そこで本年度は、提案した解析手法を実プロセスへ応用するための基礎的な検討を行った。得られた速度式は、亜鉛フェライトをMC合成するための最適なミリング条件の決定に利用できると考えられる。そこで、亜鉛フェライト合成反応に速度式を実際に適用したところ、10 rpsの回転速度では9.3 hのミリングで反応の終点に達することが予想でき、このことを実験で確認した。さらに、これらの最適なミリング条件において、微量のニッケルを加えた亜鉛フェライトを合成することができた。
亜鉛フェライトにニッケルを微量に加えることで、亜鉛フェライトの誘導加熱特性が向上した。そこで、亜鉛フェライトの組成が誘導加熱特性に及ぼす影響を系統的に検討するために、7種類のレアアース(RE)をそれぞれ微量に加えたフェライトを液相合成し、それらの誘導加熱特性を評価した。REの種類と置換量を調整することで、亜鉛フェライトの誘導加熱特性を制御できることが示唆された。
MC反応に加え、遊星ボールミルを用いた乾式粉砕プロセスに対して機械的エネルギーを用いた解析手法を提案し、その手法の実プロセスへの応用を検討した。昨年度までの研究で蓄積した機械的エネルギーの数値計算結果から、粉砕に要する機械的エネルギーを、粒子とボールの直径比、および粒子とボールの充填質量比(BPR)を変数とする経験式で表した。本経験式から、粒子直径とボール直径の変動がBPRの変動よりも機械的エネルギーに大きな影響を及ぼすことがわかった。さらに、遊星ボールミルを用いた実際の乾式粉砕プロセスにおいて、本経験式をもとに適切なボールの直径と個数を決定し、粉砕の進行に応じて適切に使用することで、粉砕速度の低下を抑制することができた。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(7 results)

All 2021 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Dependence of the dissipated energy of particles on the sizes and numbers of particles and balls in a planetary ball mill2021

    • Author(s)
      F. Hirosawa, T. Iwasaki
    • Journal Title

      Chemical Engineering Research and Design

      Volume: 167 Pages: 84-95

    • DOI

      10.1016/j.cherd.2020.12.024

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Particle impact energy variation with the size and number of particles in a planetary ball mill2021

    • Author(s)
      F. Hirosawa, T. Iwasaki, M. Iwata
    • Journal Title

      MATEC Web of Conferences

      Volume: 333

    • DOI

      10.1051/matecconf/202133302016

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Kinetic analysis of mechanochemical reaction between zinc oxide and gamma ferric oxide based on the impact energy and collision frequency of particles2019

    • Author(s)
      Fumie Hirosawa、Tomohiro Iwasaki、Masashi Iwata
    • Journal Title

      Powder Technology

      Volume: 352 Pages: 360-368

    • DOI

      10.1016/j.powtec.2019.04.050

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Particle Impact Energy Variation with the Size and Number of Particles in a Planetary Ball Mill2019

    • Author(s)
      Fumie Hirosawa、Tomohiro Iwasaki、Masashi Iwata
    • Organizer
      18th Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress (APCChE 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 遊星ミルを用いた粉砕プロセスにおける粒子径変化が粒子の衝突エネルギーに及ぼす影響2019

    • Author(s)
      廣沢文絵、岩崎智宏、岩田政司
    • Organizer
      第一回粉体プロセス研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 数値計算を用いた遊星ミルにおける粒子の速度分布の統計力学的考察2018

    • Author(s)
      廣沢 文絵、岩﨑 智宏、岩田 政司
    • Organizer
      第1回・第2回粉体操作に伴う諸現象に関する勉強会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 粒子挙動がメカノケミカル反応の反応速度に及ぼす影響2018

    • Author(s)
      廣沢文絵、岩崎智宏、林 和輝、岩田政司
    • Organizer
      化学工学会第50回秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2021-12-27  

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