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気液混相流ミクロ・ナノ界面プラズマの形成とメタン選択酸化反応への展開

公募研究

研究領域プラズマとナノ界面の相互作用に関する学術基盤の創成
研究課題/領域番号 22110504
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京工業大学

研究代表者

野崎 智洋  東京工業大学, 理工学研究科, その他 (90283283)

研究期間 (年度) 2010 – 2011
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2011年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2010年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワード気液界面 / 非平衡プラズマ / メタン / メタノール / 二酸化炭素排出削減 / 部分酸化 / 合成ガス / GTL
研究概要

液体が介在するマイクロ空間で非平衡プラズマを形成し,マイクロ・ナノスケールでプラズマと液体界面の相互作用を詳細に調べることで,新現象の発見,新反応場の創生等を目的に研究を行う。具体的には,本研究で開発する「ミクロ・ナノ界面プラズマ」を,旧来の触媒化学の範疇では実現困難とされる「メタンの選択酸化によるメタノールの直接合成」に適用しつつ,得られた知見を反応選択性向上,エネルギー効率改善等に反映させプロセスの高度化を図る。これにより,化石燃料利用体系の高効率化,CO_2排出量低減等を背景としたプラズマの応用展開の可能性についても検討した。
顕微システムを使ってプラズマ反応場を観察した結果,高電界によって液膜が電極に引き寄せられる"EHD効果"を確認した。これがトリガーとなり,数100μmオーダーのマイクロ空間で大気圧プラズマと液膜が相互に影響を及ぼしあっている様子を明らかにした。その結果,局所的にOHラジカルが生成されており,気相におけるメタンの部分酸化反応を促進していることが示唆された。一方,合成されたメタノールが液膜に凝縮することで酸素リッチなプラズマ反応場から効果的に分離されるため,ワンパス収率17~30%でメタノール,ホルムアルデヒド,ギ酸,を生成できた。CH_3OOHや過酸化水素などの副生成物も確認しており,これら全てが有益な生成物としてメタンの直接転換に関与していることを突き止めた。これを実現するためには常温でメタンを酸化させることが必須で,300℃に昇温するだけで生成物収率は著しく低下することを明らかにした。

報告書

(1件)
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (10件) 図書 (1件) 備考 (7件)

  • [雑誌論文] A single step methane conversion into synthetic fuels using microplasma reactor2011

    • 著者名/発表者名
      T Nozaki, A Agiral, S Yuzawa, J.G.E.Han Gardeniers, K Okazaki
    • 雑誌名

      Chemical Engineering Journal

      巻: 166 ページ: 288-293

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Innovative methane conversion technology using atmospheric pressure non-thermal plasma2011

    • 著者名/発表者名
      T Nozaki, K Okazaki
    • 雑誌名

      Journal of the Japan Petroleum Institute

      巻: 54(3) ページ: 146-158

    • NAID

      10029500546

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selective conversion of methane to synthetic fuels using dielectric barrier discharge contacting liquid film2011

    • 著者名/発表者名
      T Nozaki, V Goujard, S Yuzawa, A Agiral, K Okazaki
    • 雑誌名

      Journal of Physics D : Applied Physics

      巻: (In press)

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Plasma-assisted partial oxidation of methane at low temperature-numerical analysis of gas phase chemical mechanism-2011

    • 著者名/発表者名
      V Goujard, T Nozaki, S Yuzawa, A Agiral, K Okazaki
    • 雑誌名

      Journal of Physics D : Applied Physics

      巻: (In press)

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 大気圧プラズマ-環境保全からナノマテリアル創生まで-2011

    • 著者名/発表者名
      野崎智洋
    • 雑誌名

      機械の研究

      巻: 63(2) ページ: 100-106

    • NAID

      40018697489

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] マイクロプラズマを利用したメタンからメタノールの常温直接合成2011

    • 著者名/発表者名
      野崎智洋, 岡崎健
    • 雑誌名

      燃料電池

      巻: 10(4) ページ: 4-9

    • NAID

      40018844688

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] Single Step Methane Conversion into Liquid Oxygenates using Multi-phase Flow, Microplasma Reactor2011

    • 著者名/発表者名
      T Nozaki, A Agiral, S Yuzawa, J.G.E.Han Crardeniers, K Okazaki
    • 雑誌名

      Prepr.Pap.-Am.Chem.Soc., Div.Fuel Chem.

      巻: (In press)

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gas to liquids process using multi-phase flow, non-thermal plasma microreactor2010

    • 著者名/発表者名
      A Agiral, T Nozaki, S.Yuzawa, M Nakase, K Okazaki, J.G.E.Han Gardeniers
    • 雑誌名

      Chemical Engineering Journal

      巻: 167 ページ: 560-566

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 大気圧非平衡プラズマによる多元的反応場の融合と天然ガス高度利用2010

    • 著者名/発表者名
      野崎智洋
    • 雑誌名

      ペトロテック

      巻: 33(9) ページ: 679-683

    • NAID

      130004669172

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] 大気圧プラズマとマイクロリアクターの融合による革新的化学合成プロセス2010

    • 著者名/発表者名
      野崎智洋
    • 雑誌名

      材料の化学と工学

      巻: 47(3) ページ: 14-18

    • NAID

      10026403792

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] 高効率エネルギー・物質変換のための大気圧反応性プラズマの有効利用2010

    • 著者名/発表者名
      野崎智洋
    • 雑誌名

      化学工業

      巻: 61(2) ページ: 40-45

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Direct conversion of methane to liquid products via non-thermal plasma microreactor2011

    • 著者名/発表者名
      V Goujard, T Nozaki, S Yuzawa, A Agiral, K Okazaki
    • 学会等名
      2011年春季 第58回 応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学(厚木)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Selective methane oxidation2010

    • 著者名/発表者名
      野崎智洋
    • 学会等名
      第7回プラズマ新領域研究会(応用物理学会主催)
    • 発表場所
      金沢大学(招待講演)
    • 年月日
      2010-11-30
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] One-step methanol synthesis via methane partial oxidation induced by microreactor integrated DBD2010

    • 著者名/発表者名
      T Nozaki, S Yuzawa, A Agiral, S Moriyama, K Okazaki
    • 学会等名
      7th Int.Conference on Reactive Plasmas and 63rd Gaseous Electronics Conference
    • 発表場所
      Paris, France(Oral)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Single Step Methane Conversion into Liquid Oxygenates using Multi-phase Flow, Microplasma Reactor2010

    • 著者名/発表者名
      T Nozaki, A Agiral, S Yuzawa, J.G.E.Han Gardeniers, K Okazaki
    • 学会等名
      240th ACS National Meeting
    • 発表場所
      Boston, USA(Oral)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 大気圧プラズマによる常温メタン部分酸化とメタノール直接合成2010

    • 著者名/発表者名
      野崎智洋, 湯澤修平, Anil Agiral, 森山翔太, 岡崎健
    • 学会等名
      石油学会神戸大会
    • 発表場所
      神戸
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 気液二相流マイクロプラズマによるメタンからメタノールの直接合成2010

    • 著者名/発表者名
      野崎智洋, 湯澤修平, 岡崎健, Anil Agiral, Goujard Valentin
    • 学会等名
      プラズマ/パルスパワー合同研究会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] メタン低温部分酸化によるメタノール直接合成2010

    • 著者名/発表者名
      野崎智洋, 湯澤修平, Anil Agiral, 森山翔太, 岡崎健
    • 学会等名
      2010年秋季 第71回 応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      長崎大学
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] マイクロプラズマによるメタンの直接液体燃料化:反応温度の影響2010

    • 著者名/発表者名
      湯澤修平, Anil Agiral, 森山翔太, 岡崎健, 野崎智洋
    • 学会等名
      化学工学会第42回秋季大会
    • 発表場所
      同志社大学(今出川)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 大気圧非平衡プラズマによる多元的反応場の融合と天然ガス高度利用2010

    • 著者名/発表者名
      野崎智洋
    • 学会等名
      石油学会第53回年会
    • 発表場所
      東京(招待講演)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Green plasma chemistry for synthetic fuel manufacturing2010

    • 著者名/発表者名
      T Nozaki
    • 学会等名
      The 10th International Workshop of Advanced Plasma Processing and Diagnostics
    • 発表場所
      Nagasaki(招待講演)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [図書] 大気圧プラズマの技術とプロセス開発,(第IV編,第1章)天然ガス高度利用技術2011

    • 著者名/発表者名
      野崎智洋
    • 出版者
      シーエムシー出版(In press)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考] 平成22年9月2日,「日経産業新聞」,「メタノールなど工業原料・消費エネルギー1/100で合成-収率3割」

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考] 平成22年9月2日,「化学工業日報」(一面トップ),「メタンからメタノールを常温で直接合成する技術」

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考] 応用物理学会,マスコミプレビュー

    • URL

      http://www.jsap.or.jp/pressrelease/press_100901.html

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考] 加工技術研究会

    • URL

      http://www.ctiweb.co.jp/the-news/356-91771.html

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考] Chemical Engineering

    • URL

      http://www.che.com/chementator/Micro-plasma-reactor-makes-methanol-from-methane_6022.html

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考] ホームページ

    • URL

      http://www.plasma.nu/

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://vips.es.titech.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

URL: 

公開日: 2010-08-23   更新日: 2018-03-28  

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