撚線電極を用いた触媒搭載型大気圧低温プラズマ反応器によるVOCの酸化分解

• 研究課題/領域番号: 16K14471
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 反応工学・プロセスシステム
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 中川 浩行 京都大学, 工学研究科, 准教授 (40263115)
• 研究協力者: 酒井 道
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 大気圧低温プラズマ反応器 / トルエン / ハニカム触媒 / 大気圧プラズマ / 酸化分解 / プラズマ / 有害化学物質 / 大気汚染防止・浄化

研究成果の概要

効率の高いVOC処理技術として，撚線を電極に用いた大気圧プラズマ反応器を提案した。この反応器は，プラズマとの接触効率を高めるため，撚線電極が二重管の内管と外管の間に螺旋状に設置している。トルエンの分解率，無機ガス収率，オゾン生成濃度は，処理ガスあたりのエネルギー投入量が同じであればほぼ同じであることがわかった。既往の研究と分解特性を比較したところ，エネルギー投入量当たりの分解率が非常に高く，効率の高い反応器であることが示された。プラズマ発生部の後流の内管部にハニカム触媒を搭載することにより，生成したオゾンを分解するとともにトルエンおよびその分解生成物の酸化分解を促進できることがわかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

撚線を電極とすることで，1.7～2.3 kVという通常の電極よりも非常に低い電圧でプラズマ発生を可能とし，トルエンの酸化分解に成功した。これは，狭いギャップ長でありながら，ガス中のトルエン分子が発生したプラズマと効率よく接触できる構造であることを明らかにした。トルエンの分解特性は，処理ガス体積に対するエネルギー投入量というエネルギー密度によって整理できることを見出し，プラズマリアクターの設計指針を得た。また，螺旋状とすることで，エネルギー密度を自由に変えることができるため，電極の大型化も可能であり，新たな電極形状のプラズマリアクターとして有望である。