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Development of an innovative reactive oxygen species supply method for liquids using corona discharge

Research Project

Project/Area Number 21K04035
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21010:Power engineering-related
Research InstitutionOsaka Institute of Technology

Principal Investigator

Miichi Tomoaki  大阪工業大学, 工学部, 教授 (40368139)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 眞銅 雅子  大阪工業大学, 工学部, 准教授 (10345481)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywordsコロナ放電 / 水処理 / 難分解性物質 / 数値解析 / 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 / PIV / シミュレーション
Outline of Research at the Start

本研究で提案するコロナ放電を用いた液中への活性酸素種供給法は、希ガスなどを必要とせず直流高圧電源のみで実行でき、液中で酸化力の高いOHラジカルを生成することが可能である。本手法においてオゾンと過酸化水素と負イオンのO3-がOHラジカル生成のキー物質であると考察しているが、O3-の計測は一般的に困難である。そこでコロナ放電を照射した溶液中の流れ計測を行い、その結果より得られた深さ方向の分散・対流係数を用いて活性酸素種の1次元の液中化学反応シミュレーションを行う。また、これを検証するために活性酸素種の深さ方向の濃度測定および酢酸の分解実験を行い、O3-を含んだ活性酸素種の化学反応解析を行う。

Outline of Final Research Achievements

OH radicals can be generated by using reactive oxygen species supplied to the liquid surface by corona discharge irradiation. In this study, to clarify the reaction process of corona discharge treatment, we investigated the flow of the liquid phase during corona discharge irradiation and performed a two-dimensional numerical analysis of the concentration of chemical species. We also conducted corona discharge treatment experiments using different polarities. The results showed that the pH of the liquid surface changes during corona discharge treatment, which has a significant effect on the chemical reactions in the liquid. It was also found that it is important not to use a pump to circulate the liquid surface, which is the part where reactive oxygen species are supplied.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

コロナ放電処理では放電照射によって液面のpHが変化する。しかしながら、そのpH変化は緩衝液を用いることで抑制することができる。また、活性酸素種が供給される領域である液面は液体ポンプなどで積極的に動かさない方が水処理を行う上で有利であることがわかった。さらに放電極性については、正負どちらでも処理量に差はないが、正極性の場合、印加電圧を高めると短絡しコロナ放電処理を維持できないことから、破壊電圧の高い負極性が水処理を行う場合に適切である。これらの知見は学術的にも社会的にも価値があり、放電プラズマを用いた液中化学プロセス技術の発展に寄与するものと考えられる。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] 直流コロナ放電を用いた水処理における放電極性の影響2024

    • Author(s)
      瀬戸 奏琉,見市 知昭
    • Journal Title

      静電気学会誌

      Volume: 48 Pages: 99-104

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 直流コロナ放電を用いた酢酸分解における放電極性の影響2024

    • Author(s)
      見市 知昭、瀬戸 奏琉
    • Organizer
      令和6年電気学会全国大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 直流コロナ放電照射による液中の酢酸分解とpH変化のメカニズム2024

    • Author(s)
      見市 知昭
    • Organizer
      第42回プラズマ新領域研究会「気液界面および液体中の放電現象」
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] コロナ放電処理における溶液循環の影響2023

    • Author(s)
      見市 知昭
    • Organizer
      日本オゾン協会第32回年次研究講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 直流コロナ放電を用いた酢酸分解における放電極性の影響2023

    • Author(s)
      瀬戸奏琉、見市知昭
    • Organizer
      第47回静電気学会全国大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Influence of discharge polarity on water treatment using DC corona discharge2023

    • Author(s)
      T. Miichi, K. Seto
    • Organizer
      5th ISNPEDADM 2023 (International Symposium on New Plasma and Electrical Discharge Applications and on Dielectric Materials)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 直流コロナ放電を用いた水処理における 正・負イオンの影響2023

    • Author(s)
      瀬戸奏琉,見市知昭
    • Organizer
      静電気学会関西支部講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 直流コロナ放電照射時における液中の化学種濃度分布の検討2022

    • Author(s)
      浅井宏大,眞銅雅子,見市知昭
    • Organizer
      第46回静電気学会全国大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 直流コロナ放電を用いた水処理における液中の化学種輸送シミュレーション2022

    • Author(s)
      浅井宏大,眞銅雅子,見市知昭
    • Organizer
      静電気学会関西支部研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] PIV法を用いた直流コロナ放電照射時の液相内の流速分布測定2021

    • Author(s)
      浅井宏大,眞銅雅子,見市知昭
    • Organizer
      令和3年電気関係学会関西連合大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 直流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解析2021

    • Author(s)
      見市知昭
    • Organizer
      紫翠会講演
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 直流コロナ放電を用いた促進酸化処理における負イオンの影響2021

    • Author(s)
      見市知昭
    • Organizer
      2021年度静電気学会東北・関西・九州支部合同研究会, 第449 回生存圏シンポジウム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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