| 研究課題/領域番号 |
16K06104
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| 研究機関 | 北見工業大学 |
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研究代表者 |
林田 和宏 北見工業大学, 工学部, 准教授 (80369941)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 燃焼 / 粒子状物質 / ナノ構造 / レーザラマン分光 / レーザ誘起赤熱発光 |
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| 研究実績の概要 |
炭素質PM（PM：粒子状物質）は，ディーゼル機関をはじめとする各種燃焼装置の排ガスに含まれる有害物質であり，その酸化反応性は炭素質PM内部のナノ構造に大きく左右される．申請者の過去の研究において，火炎内で成長した炭素質PMがその後火炎内で経験する酸化履歴が，最終的に火炎外に放出される炭素質PMの排出濃度とナノ構造を決定づけることを見出したものの，その詳細は明らかにされていない．本研究では火炎内における炭素質PMの酸化履歴がナノ構造に及ぼす影響を明確にすることを目標としている．
平成29年度も火炎構造が比較的単純であり，計測の容易な気体燃料の層流火炎を対象として実験を行った．PMを構成する炭素結晶子は，火炎内における水素引き抜き-アセチレン付加反応機構（HACA機構）で成長すると考えられており，その成長速度の見積もりには火炎内のアセチレン濃度の情報が必要である．昨年度，ステンレス製のプローブを用いて燃焼ガスのサンプリングを行ったところ，アセチレン濃度が予想よりも大幅に低いものであった．これは，プローブがステンレス製のためプローブ内における触媒作用によりアセチレンが反応し，測定場のアセチレン濃度が正確に測定できていない可能性が考えられた．そこで今年度は新たに石英ガラス製のプローブを作成しアセチレン濃度の再測定を行った．得られたアセチレン濃度はステンレス製プローブの値よりも格段に高く，炭素結晶子の成長率と比較し妥当性のある濃度であった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究の主な目的は，火炎内における炭素質PMの酸化履歴がナノ構造に及ぼす影響を明らかにすることであるが，酸化が開始する領域はPMの成長も継続しており，酸化と成長が競合している．したがって，PMの成長に寄与する化学種であるアセチレンの正確な濃度分布の把握は極めて重要であり，今年度はその測定方法を確立することができたため，おおむね順調に進展していると言える．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後も引き続き気体燃料の層流拡散火炎を測定対象とし，下記の解析を行う．
１．火炎内におけるPMの酸化履歴の影響解析
PM濃度とPMの主な酸化剤であるOH濃度の測定を行い，火炎内における酸化履歴が火炎外に放出されるPMの濃度やナノ構造に及ぼす影響を明確にする．
２．炭素質PMのナノ構造と酸化反応性の評価
ナノ構造の異なる炭素質PMを赤外線加熱炉で昇温加熱し，炭素質PMの酸化で生成するCO2濃度（部分酸化で生成するCOは酸化触媒でCO2に転換）の測定を行う．そして，CO2濃度の時間変化から酸化開始温度や酸化反応速度を求め，炭素質PMのナノ構造と酸化反応性について評価する．
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