| 研究課題/領域番号 |
21K04770
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
西山 覚 神戸大学, 工学研究科, 教授 (00156126)
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| 研究分担者 |
市橋 祐一 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (20362759)
谷屋 啓太 神戸大学, 工学研究科, 助教 (30632822)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | マイクロ流動層 / 光触媒 / 連続反応器 / カーボンリサイクル / 光応答型トレーサー粒子 / 粒子流動状態 / 受光量最大化 |
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| 研究実績の概要 |
光触媒反応用の反応器として光透過性のマイクロ流動層反応装置の設計を行った．光触媒反応器はスケールアップに際して反応器の容積を単純に増大させることができない．これは光が反応器内部まで透過することが困難なためである．代表者のグループの先行研究で外部からの照射によって2 mm程度しか光は透過できない．そこで薄型の光を透過できるマイクロ流動層を３Dプリンタによって作成した．流動層の設計はCADにより行い，反応器のディメンジョン，ガス吹き込みポートの数や配置などを変えて良好な流動状態が得られる反応器形状を検討した．マイクロ流動層の横幅を大きくするとガスの流れが両端部で不良となり，中央部のポテンシャルコアの寄与が極めて大きくなることがわかった．流動層の厚さについては，3 mmまでであれば，流動状態に大きな影響は与えないこともわかった．最小流動化速度は，用いたテスト用樹脂粒子のサイズ，密度から推算される理論値（1.06 cm/sec）に近いことも確認できた．
本マイクロ流動層に光応答型トレーサー粒子を用いて流動状態を実現した状態で，光の照射を行いトレーサー粒子の色の変化から粒子が受け取る光量を測定した．光照射面積および光源と流動層の距離を一定として実験を行った．粒子の受光速度の評価には粒子に含まれる色素が酸発生剤によるpHの変化によって変色するので，受光による酸発生の速度定数（k1）を解析から求め用いた．ガスの線速度を変えそれぞれの条件でk1の値を求めた．最小流動加速度付近では，流動状態があまり均一ではなく，マイクロ流動層内でのトレーサー粒子の運動が不均一であまり活発ではない．そのため流動層壁面での粒子の変色が早く見かけ上k1の値が大きく求められる．線速度を最小流動加速度の7倍程度にすることで流動状態が均一で安定となり，この値をもってマイクロ流動層の評価することができることがわかった．
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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
光触媒反応器としてのマイクロ流動層反応器での粒子の受光量の最適化に関する評価方法を確立することが第一の関門で，その点は令和3年度に確立できた．令和4年度はマイクロ流動層反応器の形状を様々に変えて反応器形状の最適化を行う．
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度の流動実験において均一な流動状態をマイクロ流路内で実現するためには，流路端部と中央部の流体の速度差を緩和することが重要であることがわかっている．線速度が増加すると中央部の流量の寄与が大きくなるポテンシャルコアの影響が無視できなくなる．そこでマイクロ流動層の設計の際に流動層上流部に助走区間を設けることを試みる．そこで更に流動層の形状最適化を実施する．受光量が最大となる形状を見出すことを目的とする．合わせて流動状態のシミュレーションも実施するっ予定である．目的とする光改質反応の準備も行う．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
令和3年度に置いては，新型コロナウイルス感染症対策の関係で，参加した学会等がほとんどオンライン開催となり旅費として予定していた支出がほとんど無かったためで，その分消耗品の支出で活用したが，346円の少額の未執行金が発生した．こレについては令和4年度の消耗品の購入費として合算して使用する予定である．
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