| 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 / カーボンリサイクル / 光応答型トレーサー粒子 / 粒子流動状態 / 受光量最大化 / 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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| 研究実績の概要 |
令和3，4年度の結果により光触媒反応用のマイクロ流動層型反応器は最適な光路厚みが必要であり、マクロ流動層とは異なり流動層入口での流れの状態を制御する目的で助走区間の設置が必須であることが明らかとなった。
しかしながら一般的に用いられる並行流では、どうしても流動が不良である部分が残ってしまう。これまでは模擬触媒粒子として密度の小さなポリ塩化ビニル粒子を用いてきたが、実際に用いる光触媒、例えば典型的な酸化チタン触媒は密度が高く流動化し難くこの現象はより顕著になると思われる。実際の光触媒をマイクロ流動層に用いる際にはこの点を解決しなければならない。粒子の混合流動状態の程度を改善するためには、現在用いている流路に対して並行流だけではなく、横方向への混合流を生じさせることが必要である。令和5年度では流動層下部の多孔板を並行ではなく、流路に角度をつけた多孔板を3Dプリンタで試作し効果を検討した。また、すべての孔の傾ける方向を同じにするのではなく、孔列によって角度を交互に配置することも検討した。混合の度合いはこれまで用いてきた光受光量測定用トレーサー粒子を用いて評価した。その結果流路方向に対して20°傾けた孔列を配置することでトレーサー粒子の受光効率が25 %向上することがわかった。さらに同じ向きに傾けるのではなく、孔列ごとに向きを反対方向に配置することが有効であることもわかった。実際によく用いられている酸化チタンの１つであるP25を用いるとその密度の高さおよび粒子同士の粘着性が高い点から、かなり大きな線速度にならないと流動が困難であることがわかった。粒子同士の粘着性が低く密度も低く抑えるために、密度の小さな多孔質担体にチタン成分を担持して流動層用触媒に着いても検討した。このように光触媒反応を流動層反応器で実施する際に必要な技術的なポイントが明らかとなった。
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