| 研究課題/領域番号 |
21H03635
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分64020:環境負荷低減技術および保全修復技術関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
永長 久寛 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (90356593)
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| 研究分担者 |
宮脇 仁 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (40505434)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2021年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
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| キーワード | マイクロ波 / 吸脱着プロセス / 完全酸化 / 複合酸化物 / 触媒 / 炭素材料 / 吸着 / 触媒酸化 / 複合金属酸化物 / 揮発性有機化合物 / 汚染物質除去 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
工場、事業所から排出される低濃度のVOCの処理の高効率化は環境保全の観点から喫緊の課題である。本研究では、炭素系材料とペロブスカイト型酸化物触媒の高いマイクロ波加熱特性を生かし、低濃度のVOCの吸脱着と濃縮、酸化分解過程を速やかに進行させる高効率VOC分解プロセスを開発し、その有効性について実証する。VOC吸脱着特性とマイクロ波加熱特性に寄与する炭素系材料の物性、マイクロ波加熱下でのVOC分解活性を支配するペロブスカイト型酸化物の物性を制御し、シングルモード、マルチモードマイクロ波リアクタでの機能を精査する。小規模のVOC発生源に対応できるVOC分解プロセスの構築に必要な基盤技術を確立する。
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| 研究実績の概要 |
工場、事業所から排出される低濃度の揮発性有機化合物（VOC）の処理の高効率化は環境保全の観点から喫緊の課題である。本研究では、炭素系材料とペロブスカイト型酸化物触媒の高いマイクロ波加熱特性を生かし、VOCの吸脱着と濃縮、酸化分解過程を速やかに進行させる高効率汚染物質処理プロセスを開発し、その有効性について実証した。
マンガン担持量、前駆体、ゼオライトY担体の異なる触媒を含浸法により調製し、オゾンによるベンゼンの触媒酸化について調べた。これらの触媒は異なるマンガン酸化物構造を示し、さまざまなマンガン酸化物が混在しており、前駆体の選択と担持量が構造に影響を与える主な要因であることがわかった。担体としてアモルファスシリカを使用した場合とは異なり、反応速度と選択性はゼオライトY上のマンガン前駆体に依存しなかった。いずれの触媒も優れたベンゼン酸化活性を示した。反応後の触媒のXAFS解析から、マンガン酸化物の構造が変化したが、加熱処理により構造が戻り、触媒が再生されることがわかった。
マイクロ波加熱により、Co-Cu-Mn系酸化物を室温から高温（反応温度：300℃程度）まで急速昇温することができるため、室温でVOCを吸着させた後、マイクロ波加熱によりVOCを昇温酸化することが可能であることを明らかにした。室温下でベンゼンを吸着させた後、マイクロ波照射のON-OFFによる触媒層の温度スイングがベンゼン含有ガスの処理に有効であることがわかった。このプロセスのVOC処理効率をさらに向上させるため、吸着剤であるゼオライト触媒との複合化を試みた結果、Mn/Yゼオライト触媒を前段に、Co0.2Cu0.8MnOxを後段にタンデム配置した触媒層を同様に装填し、マイクロ波照射のON-OFFを繰り返すことで、少量の電力で低濃度のベンゼンを酸化分解することができた。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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