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2020 年度 実績報告書

放電発生ラジカルの長寿命化の解明と革新的プラズマ水処理技術の構築

研究課題

研究課題/領域番号 17H01257
研究機関大分大学

研究代表者

金澤 誠司  大分大学, 理工学部, 教授 (70224574)

研究分担者 市來 龍大  大分大学, 理工学部, 准教授 (00454439)
立花 孝介  大分大学, 理工学部, 助教 (10827314)
小林 正  大分大学, 理工学部, 名誉教授 (30100936)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード大気圧放電プラズマ / プラズマによるラジカル生成 / 化学プローブ法 / 電子スピン共鳴法 / レーザ誘起蛍光法 / 水処理 / コアンダ効果 / 残留性有機汚染物質
研究実績の概要

本研究では、大気圧放電プラズマで発生する活性酸素・活性窒素(RONS)の生成および反応メカニズムの解明とその応用としての水処理について総合的に研究を行った。
基礎研究であるRONSの計測手法として、化学プローブ法と電子スピン共鳴法及びレーザ誘起蛍光法といった特徴ある測定法の開発と深化を行った。大気圧放電プラズマの発生には、液体と相互作用させる上で安定なプラズマが得られるプラズマジェットとパルスストリーマ放電を使用した。活性酸素としてはOHラジカルの測定を行った。化学プローブ法の信頼性について電子スピン共鳴法とクロスチェックを行い、通常のプラズマで生成されるレベルでは両者の差は小さく、OHラジカルの絶対量を評価する上で両方の手法は妥当であることを示した。さらに、計測の要となるトラップ剤の濃度について、使用する上での指標を提供した。また、短寿命ラジカルと言われるOHラジカルが電子スピン共鳴法で予測される従来の半減期よりも長く存在しすることを見出し、長寿命化の現象を実験的に実証した。さらに、放電化学反応で中心的役割を担う準安定順位にある窒素(活性窒素)について、レーザ誘起蛍光法でその放電空間の分布を可視化することに成功した。濃度は、ストリーマの形態に依存することがわかった。寿命については、これまで2秒と言われてきたが、実際にはもっと短く数十マイクロ秒のオーダーであることを明らかにした。
応用としては、次世代の水処理に放電プラズマによるプロセスを導入するための研究を行った。処理水を水膜状にして、そこに水流を制御できるコアンダ効果を導入することで高効率化が図れることを示した。染め物工場からの廃液を模擬する着色水の脱色実験において、エネルギー効率として高い値である450g/kWhを達成した。大量の水処理には円筒型リアクタから平板型リアクタへの改良を行い、水膜状処理の有用性を示した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Polish Academy of Sciences/Gdynia Maritime University(ポーランド)

    • 国名
      ポーランド
    • 外国機関名
      Polish Academy of Sciences/Gdynia Maritime University
  • [雑誌論文] A new measurement method of DC corona-discharge characteristics using repetitive ramp and triangular voltages2020

    • 著者名/発表者名
      Tachibana Kosuke、Koshiishi Takahiro、Furuki Takashi、Ichiki Ryuta、Kanazawa Seiji、Sato Takehiko、Mizeraczyk Jerzy
    • 雑誌名

      Journal of Electrostatics

      巻: 108 ページ: 103525~103525

    • DOI

      10.1016/j.elstat.2020.103525

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 放電プラズマによる水処理:概論2020

    • 著者名/発表者名
      猪原哲、須貝太一、金賢夏、金澤誠司
    • 雑誌名

      静電気学会誌

      巻: 44 ページ: 189-197

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 液中活性種の計測と化学反応シミュレーション2020

    • 著者名/発表者名
      川崎敏之、見市知昭、立花孝介、竹内希、金澤誠司
    • 雑誌名

      静電気学会誌

      巻: 44 ページ: 207-215

    • 査読あり
  • [学会発表] 電子スピン共鳴法を用いた希硫酸中におけるヒドロキシラジカル・硫酸イオンラジカルの反応機構解明2021

    • 著者名/発表者名
      村田菜緒,立花孝介, 金澤誠司,高橋克幸,稗田純子,竹内 希,Oi Lun Li
    • 学会等名
      2021年第22回静電気学会春期講演会
  • [学会発表] パラレル電極型ストリーマ放電で生成する励起窒素 N2(A3 ∑u+)の酸素濃度による影響:LIF 計測2021

    • 著者名/発表者名
      中谷俊晶,西本将基,古木貴志,立花孝介,市來龍大,金澤誠司,黒井聖史,鈴村 啓,田中利夫,茂木完治,Marek Kocik,Jerzy Mizeraczyk
    • 学会等名
      2021年第22回静電気学会春期講演会
  • [学会発表] 針対平板電極によるコロナ放電の新規計測法での放電と流れ場の特性2021

    • 著者名/発表者名
      輿石昂宏,三井大雅,古木貴志,立花孝介,市來龍大,金澤誠司,佐藤岳彦,Jerzy Mizeraczyk
    • 学会等名
      2021年第22回静電気学会春期講演会
  • [学会発表] 移動式の小型電気集じんユニットの開発と集じん特性の評価2021

    • 著者名/発表者名
      廣田圭佑,古木貴志,立花孝介,市來龍大,金澤誠司
    • 学会等名
      静電気学会関西支部研究会
  • [学会発表] ランプ電圧および三角波電圧を用いたコロナ放電の新規計測法による放電特性2020

    • 著者名/発表者名
      輿石昂宏,古木貴志,立花孝介,市來龍大,金澤誠司,佐藤岳彦,Jerzy Mizeraczyk
    • 学会等名
      第44回静電気学会全国大会
  • [学会発表] ハロゲン化ナトリウム水溶液に接する直流アルゴンプラズマのハロゲン・過酸化水素生成特性2020

    • 著者名/発表者名
      末永智規,立花孝介,古木貴志,市來龍大,金澤誠司,内田諭
    • 学会等名
      第44回静電気学会全国大会
  • [学会発表] 負極性パルスアルゴンプラズマにより生成された硫酸・亜硫酸イオンラジカルの電子スピン共鳴法による測定2020

    • 著者名/発表者名
      立花孝介,村田菜緒,金澤誠司,高橋克幸,稗田純子,竹内 希,Oi Lun Li
    • 学会等名
      第44回静電気学会全国大会
  • [学会発表] パルス放電プラズマを用いた平板型リアクタによる水処理特性2020

    • 著者名/発表者名
      別府雅人,古木貴志,立花孝介,市來龍大,金澤誠司
    • 学会等名
      第44回静電気学会全国大会
  • [学会発表] パラレル電極型ストリーマ放電における大気圧下の準安定準位の N2(A3 ∑u+)LIF 計測2020

    • 著者名/発表者名
      西本将基,中谷俊晶,古木貴志,立花孝介,市來龍大,金澤誠司,黒井聖史,鈴村 啓,田中利夫,茂木完治,Marek Kocik,Jerzy Mizeraczyk
    • 学会等名
      第44回静電気学会全国大会
  • [学会発表] 印加電圧の極性がバリア放電の高温拡張現象に与える影響2020

    • 著者名/発表者名
      小松智紀,市來龍大,川述圭樹,立花孝介,古木貴志,金澤誠司
    • 学会等名
      2020年度電気・情報関係学会九州支部連合大会
  • [学会発表] 大気圧プラズマジェットにより生成したOHラジカルの電子スピン共鳴法と化学プローブ法による比較測定2020

    • 著者名/発表者名
      西山貴祥,古木貴志,立花孝介,市來龍大,金澤誠司
    • 学会等名
      2020年(令和2年度)応用物理学会九州支部学術講演会
  • [学会発表] 大気圧プラズマジェットによるOHラジカル測定への化学プローブ法で用いるゲルの影響2020

    • 著者名/発表者名
      小島直人,本村光,古木貴志,立花孝介,市來龍大,金澤誠司
    • 学会等名
      2020年(令和2年度)応用物理学会九州支部学術講演会
  • [学会発表] 大気圧放電プラズマの特性と応用(基礎編)-ニューノーマルの時代での新たな試み-2020

    • 著者名/発表者名
      金澤誠司
    • 学会等名
      東北大学流体科学研究所 特別講演会(1)
    • 招待講演
  • [学会発表] 大気圧放電プラズマの特性と応用(応用編)-ニューノーマルの時代での新たな試み-2020

    • 著者名/発表者名
      金澤誠司
    • 学会等名
      東北大学流体科学研究所 特別講演会(2)
    • 招待講演
  • [図書] 高分子材料の絶縁破壊・劣化メカニズムとその対策2021

    • 著者名/発表者名
      金澤誠司、他執筆者70名
    • 総ページ数
      536
    • 出版者
      技術情報協会
    • ISBN
      978-4-86104-821-0
  • [備考] 放電プラズマ研究室

    • URL

      http://elecls.cc.oita-u.ac.jp/plasma

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公開日: 2021-12-27  

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