| 研究課題/領域番号 |
21K04770
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27020:反応工学およびプロセスシステム工学関連
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
西山 覚 神戸大学, 工学研究科, 名誉教授 (00156126)
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| 研究分担者 |
市橋 祐一 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (20362759)
谷屋 啓太 神戸大学, 工学研究科, 助教 (30632822)
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | マイクロ流動層 / 光触媒 / 連続反応器 / 光応答型トレーサー粒子 / 粒子流動状態 / 受光量最大化 / カーボンリサイクル / 連続反応機 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
CO2を再資源化しカーボンリサイクルを達成するためには，化学的に安定なCO2にエネルギーを付加して有用物質に変換しなければならない．このプロセスを熱化学的な手法で行うと極めて大量の熱エネルギーが必要となり，結果としてCO2を実質的に再資源化することにならない．ここでは再生可能エネルギーとして地球上に大量に降り注ぐ光エネルギーを活用した光触媒プロセスを検討する．光触媒プロセスに適した連続CO2リサイクルプロセスのためのマイクロ流動層型光触媒反応器を設計することが本研究の目的である．
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| 研究成果の概要 |
反応器外部から光を照射して流動触媒粒子がどこまで光を受光するか調べた。外側から数mmしか光が透過しなかった。そのためマイクロ流動層の基本的形状は厚みを5 mm以下に設定した幅30 mmの薄型の流動層に設定した。触媒粒子への受光量は光応答型粒子を作成し評価した。流動層内のガスの流動は層入口の形状に大きく影響する。特に薄型の場合は壁面とガスの粘性抵抗の影響が大きく均一な粒子混合が難しい。検討の結果流動層前に20 mmの助走区間を設けることで混合状態が均一になることが明らかとなった。さらにガス流入口を平行流ではなく流れ方向から傾けかつ流入孔列を互い違いに傾けることで更に流動状態の均一性が向上した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
通常の不均一触媒反応では空間速度で生産量が決まる。しかしながら光触媒反応では反応原料と触媒との接触だけではなく、全ての触媒粒子に光が照射されなければ反応は進行しない。そのため充填層連続反応器では触媒全粒子に光を照射することが不可能であり、従来の反応工学的反応器設計論が適応できない。
本研究では流動層形式を選択し、光が全ての触媒粒子に照射されるよう薄型のマイクロ流動層型光触媒反応器の設計法の確立を目指した。反応器形状や流動ガスの流入状態を詳しく検討するために3Dプリンターを用いて様々な反応器を作成した。本研究の成果は連続光触媒反応の反応器設計論を確立するために大きな役割を果たすと確信している。
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