高エネルギーエレクトロンとラジカルによる水中環境汚染物質の分解除去

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555205
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 佐藤 正之 群馬大学, 工学部, 教授 (70008473)
• 研究分担者: 三浦 雅彦 (株)神戸製鋼所, 技術開発本部, 研究員 ; 原野 安土 群馬大学, 工学部, 講師 (90238204) ; 大嶋 孝之 群馬大学, 工学部, 助手 (30251119)
• キーワード: 水中プラズマ / パルス放電 / 水中放電 / ラジカル / 有機物分解 / 環境浄化 / 高エネルギーエレクトロン / 放電形態

研究概要

本年度においては、水中パルス放電による微量有機物質の分解に関する実験的研究を、実用化の見地から行った。前年度から引き続き行っている、3つの放電形態による分解速度の変化、ならびに物理的現象としての二段階放電に関して、結果の整理を行い、国際学会および国内学会での発表と、論文の投稿を行った。
本年度は、実用化に向けての装置条件と操作条件の検討を主として行い、以下に示すような結果を得た。すなわち、従来の針対平板形状電極に替わる新しい形状として、リング対円筒電極を開発した。これは、放電路が一カ所に集中してしまう針対平板型に比較して、リング周辺にわたってより広範囲のプラズマ領域を得ようとするものであり、その効果は十分にあることがわかった。
リング対円筒形状電極を用いて、従来法との比較のためにフェノールの分解と染料の脱色を試みた。この電極形状においてもスパーク・ストリーマ放電形態が有機物質の分解に最もエネルギー効率がよいことがわかった。
さらに工夫して、円形リングの形状をいくつか変化させた実験的検討を行った。リング周辺形状を円形から星形、すなわち周辺を削り取って2〜10個の突起を持たせた。この突起はプラズマ生成のきっかけを与えるものであり、突起先端の電界強度が増すために放電開始電圧を低下させ、プラズマ領域を広げる効果があった。直接撮影による写真と、有機物質の分解実験結果より、リング対円筒形状電極よりもさらに大幅なエネルギー効率の向上が図れた。
3年間にわたる本課題研究によって、水中パルス放電の基礎としてのメカニズムと作用が明らかにされ、環境改善への応用の可能性を示唆した。しかしながら、測定機器が十分でないこともあって、有機物質が分解される段階で生ずる中間生成物の定量まで至っていない。これについては、今後の最重要課題として残されている。

研究成果

• [文献書誌] Shiba, Y.: "Metabokic acitivity of anchorage-dependent animal cells at liquid/liquid interface in long-term culture"Kagaku Kogaku Ronbunshu. 27(4). 532-534 (2001)
• [文献書誌] Anto Tri Sugiarto: "Transient regime of pulsed breakdown in low conductive water solutions"J. Phys. D: Appl. Phys.. 34(23). 3400-3406 (2001)
• [文献書誌] Sato, M.: "High efficiency sterilizer by high voltage pulse using concentrated field electrode system"IEEE Trans. Ind. Appl.. 37(6). 1646-1650 (2001)
• [文献書誌] Anto Tri Sugiarto: "The streamer-to-spark transition during pulsed discharge in low conductive water"Plasma Science Symposium 2001/18th Symposium on Plasma Processing. 691-692 (2001)
• [文献書誌] Sato, M.: "Improvement of energy efficiency of pulsed electric field sterilizer using a new electrode system"11th World Congress of Food Science and Technology. 51 (2001)
• [文献書誌] Anto Tri Sugiarto: "Oxidative decoloration of dyes by pulsed discharge plasma in water"The Third International Symposium on Nonthermal Plasma Technology for Pollution Control(ISNPT-3). 234-238 (2001)
• [文献書誌] Anto Tri Sugiarto: "Oxidative decoloration of dyes in aqueous solution by pulsed discharge plasma in water"7th International Conference on Advanced Oxidation Technologies for Water and Air Remediation (AOTs-7). 225-227 (2001)
• [文献書誌] Anto Tri Sugiarto: "Advanced Oxidation Process Using Pulsed Streamer Corona Discharge in Water"The 14th Symposium on Plasma Science for Materials. 61 (2001)
• [文献書誌] Ohya, H.: "Role of inactive electrode in production of ozone from oxygen by dc and pulsed corona discharges"15th International Symposium on Plasma Chemistry (ISPC-15). IV. 1547-1552 (2001)
• [文献書誌] Anto Tri Sugiarto: "High voltage pulsed breakdown in low conductive water"International Conference on Phenomena in Ionized Gases (XXV ICPIG). 4. 67-68 (2001)
• [文献書誌] Sato, M.: "Water purification using wide area pulsed streamer discharge"Proceedings of The Second Polish-Japanese Hakone Group Symposium on Non-thermal Plasma Processing of Water and Air. 60-61 (2001)
• [文献書誌] Ohya, H.: "Role of inactive electrode in production of ozone by pulsed corona discharge from oxygen"International Ozone Association, Proceedings-15th World Congress. 55-60 (2001)
• [文献書誌] Anto Tri Sugiarto: "Characteristics of ring-to-cylinder type electrode system on pulsed discharge in water"J.Adv. Oxid. Technol.. (in print). (2002)
• [文献書誌] Anto Tri Sugiarto: "Advanced oxidation processes using pulsed streamer corona discharge in water"Thin Solid Films. (in print). (2002)
• [文献書誌] 一色 賢司: "食品の非加熱殺菌応用ハンドブック"サイエンスフォーラム. 264 (2002)
• [文献書誌] 日本液体微粒化学会: "アトマイゼーション・テクノロジー"森北出版. 300 (2002)