太陽光とナノパルス放電による気泡ジェットの界面反応促進と水質浄化プロセス制御

• 研究課題/領域番号: 26249015
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 西山 秀哉 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20156128)
• 研究分担者: 高奈 秀匡 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (40375118) ; 上原 聡司 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (70742394)
• 連携研究者: 祖山 均 東北大学, 工学研究科, 教授 (90211995) ; 安岡 康一 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (00272675)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円); 2017年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2016年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2015年度: 12,610千円 (直接経費: 9,700千円、間接経費: 2,910千円); 2014年度: 21,710千円 (直接経費: 16,700千円、間接経費: 5,010千円)
• キーワード: 機能性流体 / 微小気泡 / 放電 / プラズマ / 水質浄化 / 流体輸送

研究成果の概要

液中難分解性有機物の高効率分解法の確立と水質浄化プロセスの制御を目的として、単一および複数の異径細管内気泡放電現象を活用した新規な水質浄化用小型反応性プラズマデバイスを開発した。細管長さ、入力電圧および周波数による放電特性と気泡の成長・収縮の挙動との相関、また、処理液の流動構造や輸送特性およびメチレンブルーの分解特性に関して実験的に明らかにした。
さらに、ナノパルス放電気泡に関して、気泡内、気泡界面および液相内での酸化ラジカル二次元拡散モデルを構築し、液中ＯＨのための最適な作動条件を数値シミュレーションで明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Experimental and Theoretical Study on Chemical Reactions and Species Diffusion by a Nano-pulse Discharged Bubble for Water Treatment (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuchen He, Satoshi Uehara, Hidemasa Takana and Hideya Nishiyama
  • 雑誌名: The European Physical Journal D 巻: 72 号: 1
  • DOI: 10.1140/epjd/e2017-80240-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Numerical Modelling and Simulation of Chemical Reactions in a Nano-Pulse Discharge Bubble for Water Treatment (2016)
  • 著者名/発表者名: He Yuchen, Satoshi Uehara, Hidemasa Takana and Hideya Nishiyama
  • 雑誌名: Plasma Science and Technology 巻: 18 号: 9 ページ: 924-932
  • DOI: 10.1088/1009-0630/18/9/09
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of a Capillary Plasma Pump with Vapour Bubble for Water Purification: Experimental and Theoretical Investigation (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Uehara, Kazuma Ishihata and Hideya Nishiyama
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 49 号: 40 ページ: 405202-405202
  • DOI: 10.1088/0022-3727/49/40/405202
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Numerical Modeling and Simulation of Chemical Reactions with Nano-pulse Discharge in a Bubble for Water Treatment (2016)
  • 著者名/発表者名: He Yuchen, Satoshi Uehara, Hidemasa Takana and Hideya Nishiyama
  • 雑誌名: Plasma Science and Technology 巻: 18
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 混相プラズマ流動に関する研究展開 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西山秀哉
  • 雑誌名: 東北大学流体科学研究所報告 巻: 26 ページ: 1-23
  • NAID: 40020550321
• [雑誌論文] Decomposition of Acetic Acid using Multiple Bubble Jets with Pulsed Electrical Discharge (2015)
  • 著者名/発表者名: Hideya Nishiyama, Kei Niinuma, Shohei Shinoki and Hidemasa Takana
  • 雑誌名: Plasma Chemistry and Plasma Processing 巻: 35 号: 2 ページ: 339-354
  • DOI: 10.1007/s11090-014-9607-4
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 細管内放電における気泡界面挙動および分解特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川原田鎮一，上原聡司，高奈秀匡，西山秀哉
  • 学会等名: 混相流シンポジウム2018
• [学会発表] 高効率水質浄化のための細管内放電デバイス内の複雑流動特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮岡泰浩，上原聡司，西山秀哉
  • 学会等名: 混相流シンポジウム2018
• [学会発表] 水処理のための気泡内放電による液中化学反応とラジカル拡散の実験・計算統合解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 何雨辰, 上原聡司, 高奈秀匡, 西山秀哉
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部第52期総会・講演会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] Degradation Characteristics of a Capillary Plasma Pump for Water Purification (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Uehara, Yasuhiro Miyaoka and Hideya Nishiyama
  • 学会等名: 23rd International Symposium on Plasma Chemistry (ISPC23)
  • 国際学会
• [学会発表] 水質浄化のための放電を伴う2本細管内流動および分解特性解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮岡泰浩，上原聡司，西山秀哉
  • 学会等名: 混相流シンポジウム2017
• [学会発表] 水質浄化へ向けた二本の細管を用いた気泡内放電同期性と流動特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 上原聡司，宮岡泰浩，西山秀哉
  • 学会等名: 混相流シンポジウム2017
• [学会発表] 高効率水質浄化のためのパルス放電気泡による液中化学反応とラジカル拡散の実験・計算統合解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 何雨辰，西山秀哉，高奈秀匡，上原聡司
  • 学会等名: 日本機械学会2017年度年次大会
• [学会発表] Bubble Flow Analysis in Multiple-Capillary-Discharges for Water Treatment Device (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Uehara, Yasuhiro Miyaoka and Hideya Nishiyama
  • 学会等名: 14th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental and Theoretical Study on Chemical Reactions and Radical Diffusions by a Nano-Pulse Discharged Bubble for Advanced Water Treatment (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuchen He, Satoshi Uehara, Hidemasa Takana and Hideya Nishiyama
  • 学会等名: 14th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Characteristic Analysis of Bubble Interface Flow inside Two Capillary Tubes with Discharge for Water Treatment (2017)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Miyaoka, Satoshi Uehara and Hideya Nishiyama
  • 学会等名: 14th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental and Theoretical Investigation of Small-Size Reactive Plasma Pump for Water Purification (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Uehara, Kazuma Ishihata and Hideya Nishiyama
  • 学会等名: International Symposium on Micro-Nano Science and Technology 2016 (MNST 2016)
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-12-17
• [学会発表] Capillary Plasma Pump with Vapour Bubble for Water Purification (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Uehara, Kazuma Ishihata, Yasuhiro Miyaoka and Hideya Nishiyama
  • 学会等名: 13th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2016)
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-10-11
• [学会発表] 小型反応性プラズマポンプにおける気泡挙動および脱色特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮岡泰浩，石幡一真，上原聡司，西山秀哉
  • 学会等名: 混相流シンポジウム2016
  • 発表場所: 同志社大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-08-08
• [学会発表] Numerical Modeling and Simulation of Plasma Chemical Reactions inside a Bubble for Water Treatment (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuchen He, Taketo Hayashi, Satoshi Uehara, Hidemasa Takana and Hideya Nishiyama
  • 学会等名: 12th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2015)
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2015-10-27
  • 国際学会
• [学会発表] 水処理技術応用へ向けたパルス放電気泡の反応特性解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 林剛人，上原聡司，高奈秀匡，西山秀哉
  • 学会等名: 混相流シンポジウム2015
  • 発表場所: 高知工科大学（高知県高知市）
  • 年月日: 2015-08-04
• [学会発表] Gas-Liquid Two-Phase Chemical Reaction Model of Reactive Plasma Inside a Bubble for Water Treatment (2015)
  • 著者名/発表者名: Taketo Hayashi, Satoshi Uehara, Hidemasa Takana and Hideya Nishiyama
  • 学会等名: 22nd International Symposium on Plasma Chemistry
  • 発表場所: アントワープ（ベルギー）
  • 年月日: 2015-07-06
  • 国際学会
• [学会発表] ナノパルス放電気泡ジェットによるラジカルの生成と酢酸の分解 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石幡一真，西山秀哉
  • 学会等名: 日本機械学会第92期流体工学部門講演会
  • 発表場所: 富山大学（富山県富山市）
  • 年月日: 2014-10-26
• [学会発表] Numerical Study of Discharged Bubble based on Experiment for Water Purification (2014)
  • 著者名/発表者名: Taketo Hayashi, Satoshi Uehara and Hideya Nishiyama
  • 学会等名: 11th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2014)
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2014-10-09
• [学会発表] Decomposition of Acetic Acid using Multiple Bubble Jets with Nanosecond Pulsed Discharge (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuma Ishihata and Hideya Nishiyama
  • 学会等名: 11th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2014)
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2014-10-08
• [学会発表] ナノパルス放電多点気泡ジェットによる水処理 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石幡一真，西山秀哉
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部第50期秋季講演会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県多賀城市）
  • 年月日: 2014-09-05
• [図書] プラズマ産業応用技術―表面処理から環境，医療，バイオ，農業用途まで― (2017)
  • 著者名/発表者名: 大久保雅章, 西山秀哉, 浦島邦子, 沖野晃俊, 渡辺隆行, 清水一男, 浪平隆男, 難波眞一, 春名俊治, 田村豊, 宮原秀一, 大久保雄司, 山村和也, 川口雅弘, 水越克彰, 貞本満, 水野彰, 川上一美, 江原由泰, 金賢夏, 神原信志, 安岡康一, 稲永康隆, 山本柱, 黒木智之, 佐藤岳彦, 中谷達行, 平田孝道, 高木浩一, 金澤誠司, 金子俊郎, 高島和則, 他
  • 総ページ数: 270
  • 出版者: シーエムシー出版
• [備考] 東北大学流体科学研究所流動創成研究部門電磁機能流動研究分野
  • URL: http://www.ifs.tohoku.ac.jp/nishiyama-lab/japanese.html
• [備考] 東北大学流体科学研究所研究者リレーインタビュー「流体の機能性で環境問題に切り込む」
  • URL: http://www.ifs.tohoku.ac.jp/jpn/zuihitu/file_10-2.html
• [備考] 第15回国際ナノテクノロジー総合展・技術会議(2016.1.27-29)パネル展示