水プラズマを新しい反応場として利用する廃棄物処理プロセスの開発

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23310052
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境技術・環境材料
• 研究機関: 九州大学 (2012-2013); 東京工業大学 (2011)
• 研究代表者: 渡辺 隆行 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40191770)
• 研究分担者: 茂田 正哉 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (30431521)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 熱プラズマ / 水プラズマ / 大気圧プラズマ / 廃棄物処理 / 有機物分解

研究概要

プラズマ中に豊富に存在するOHラジカル，酸素ラジカル，水素ラジカルを用いた廃棄物分解システムを開発した。このシステムは直流放電にて水のみから成る熱プラズマを用いて，有機系物質を分解するシステムである。排水処理を目的としたフェノール水溶液の分解，および難水溶性物質の1-デカノールをエマルションとした分解実験を行った。これらのプロセスは1万℃のプラズマ中における分解プロセス，1千℃程度における副生成物の再合成プロセスの反応機構に分けられる。有機物は水プラズマ中で迅速に分解されるが，その中間物質としてCHラジカルとCH3ラジカルの生成を確認し，これらが副生成物発生に重要な役割を果たすと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Decomposition of Glycerine by DC Water Plasmas at Atmospheric Pressure (2013)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Watanabe and Narengerile
  • 雑誌名: Plasma Science and Technology 巻: Vol.15 , No.4 ページ: 357-361
  • 査読あり
• [雑誌論文] Liquid Waste Decomposition by Long DC Arc under Atmospheric Pressure (2013)
  • 著者名/発表者名: TianMing Li, Takayuki Watanabe, Kaoru Ochi, and Koji Otsuki
  • 雑誌名: Chemical Engieering Journal 巻: Vol.231 ページ: 152-162
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Analysis of Temperature Distribution in Long DC Arc Thermal Plasma for Waste Treatment (2013)
  • 著者名/発表者名: Sooseok Choi, TianMing Li, Takashi Nakayama, Koji Otsuki, and Takayuki Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Chemical Engineering Japan 巻: Vol.46 , No. 3 ページ: 201-208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Study on Leading-Edge Receptivity to Freestream Vertical Vorticity (2013)
  • 著者名/発表者名: Yu Nishio, Masaya Shigeta, Seiichiro Izawa, Yu Fukunishi
  • 雑誌名: Journal of Fluid Science and Technology 巻: Vol.8, No.1 ページ: 136-145.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of CH, CH_3 , and OH Radicals in Organic Compound Decomposition by Water Plasmas (2012)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Watanabe, Narengerile, and Hiroshi Nishioka
  • 雑誌名: Plasma Chemistry and Plasma Processing 巻: Vol.32, No.1 ページ: 123-140
  • 査読あり
• [雑誌論文] Decomposition of 1-Decanol Emulsion by Water Plasma Jet (2012)
  • 著者名/発表者名: Sooseok Choi and Takayuki Watanabe
  • 雑誌名: Transactions of IEEE on Plasma Science 巻: Vol.40, No.11 ページ: 2831-2836
  • 査読あり
• [雑誌論文] Decomposition of 1-Decanol Emulsion by Water Plasma at Atmospheric Pressure (2012)
  • 著者名/発表者名: Sooseok Choi and Takayuki Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: Vol.406 ページ: 012003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-Dependent 3-D Simulation of an Argon RF Inductively Coupled Thermal Plasma (2012)
  • 著者名/発表者名: Masaya Shigeta
  • 雑誌名: Plasma Sources Science and Technology 巻: Vol.2, No.5 ページ: 055029
  • 査読あり
• [雑誌論文] 水プラズマによる有害物質の分解システム (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡辺隆行
  • 雑誌名: 日本伝熱学会誌 巻: Vol.51, No.216 ページ: 42-48
• [雑誌論文] 多彩な魅力を持つプラズマプロセッシング ～鶏ふんからエネルギーを取り出す～ (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡辺隆行
  • 雑誌名: 畜産コンサルタント 巻: Vol.48, No.570 ページ: 40-41
• [雑誌論文] Role of CH, CH_3, and OH Radicals in Organic Compound Decomposition by Water Plasmas (2011)
  • 著者名/発表者名: Narengerile and Takayuki Watanabe
  • 雑誌名: Proceedings of 20th International Symposium on Plasma Chemistry
  • 査読あり
• [学会発表] 水プラズマを用いた難水溶性有機物の分解機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渡辺隆行, 石井佑昌, 田中学
  • 学会等名: 化学工学会第79年会
  • 発表場所: 岐阜
  • 年月日: 2014-03-19
• [学会発表] Numerical Simulation of Multiple Thermal Plasma Plumes from a Jet Array (2013)
  • 著者名/発表者名: Masaya Shigeta
  • 学会等名: The 12th International Conference on Fluid Control, Measurements, and Visualization
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2013-11-22
• [学会発表] Decomposition Mechanism of 1-Decanol Emulsion by Water Plasma at Atmospheric Pressure (2013)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Ishii, Manabu Tanaka, Sooseok Choi, and Takayuki Watanabe
  • 学会等名: 26th Symposium on Plasma Science for Material
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2013-09-02
• [学会発表] Thermal Plasma Processing for Environmental Application (2013)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Watanabe
  • 学会等名: International Conference on Green Energy and Technology
  • 発表場所: 北九州
  • 年月日: 2013-08-25
• [学会発表] ロング DC アークによる液体廃棄物の分解 (2013)
  • 著者名/発表者名: 李天明, 渡辺隆行, 越智馨, 大槻浩司
  • 学会等名: 化学工学会第78年会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2013-03-17
• [学会発表] 熱プラズマ流動の非定常3次元シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 茂田正哉
  • 学会等名: 平成 24年度電気学会北陸支部シンポジウム「高気圧高熱流プラズマ応用における先端測定・数値解析技術」
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 2013-03-06
  • 招待講演
• [学会発表] 水プラズマによる有機物の分解機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡辺隆行
  • 学会等名: 第16回オーガナイズド混相流フォーラム
  • 発表場所: 松山
  • 年月日: 2012-12-07
• [学会発表] Liquid Waste Decomposition by Long Arc Plasma of Direct Current Discharge (2012)
  • 著者名/発表者名: TianMing Li, Takayuki Watanabe, Kaoru Ochi, and Koji Otsuki
  • 学会等名: 11th Asia-Pasific Conference on Plasma Science and Technology
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2012-10-02
• [学会発表] PFCs Decomposition by Long-Arc Plasma under Atmospheric Pressure (2012)
  • 著者名/発表者名: Koji Otsuki, Kaoru Ochi, TianMing Li, Sooseok Choi, and Takayuki Watanabe
  • 学会等名: 11th Asia-Pasific Conference on Plasma Science and Technology
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2012-10-02
• [学会発表] Numerical Investigation of DC Plasma Jet Effect on Thermofluid Field in a DC-RF Hybrid Plasma Torch by Three-Dimensional Simulation (2012)
  • 著者名/発表者名: Masaya Shigeta
  • 学会等名: The Ninth International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] DC-RFハイブリッドプラズマ流の非定常3次元数値シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 茂田正哉
  • 学会等名: 日本機械学会 2012年度年次大会
  • 年月日: 2012-09-10
• [学会発表] Decomposition of 1-Decanol Emulsion by Water Plasma at Atmospheric Pressure (2012)
  • 著者名/発表者名: Sooseok Choi and Takayuki Watanabe
  • 学会等名: 12th European Plasma Conferenc
  • 発表場所: Bologna, Italy
  • 年月日: 2012-06-25
• [学会発表] 熱プラズマによる廃棄物処理 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡辺隆行
  • 学会等名: 科学工学技術委員会特別講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-04-21
  • 招待講演
• [学会発表] 大気圧直流放電による水プラズマを用いた難水溶性有機物の分解 (2012)
  • 著者名/発表者名: 太田剛, 崔秀錫, 渡辺隆行
  • 学会等名: 化学工学会第77年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-03-15
• [学会発表] 気液二相噴流の混合過程に関するSPH シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 和田康典, 茂田正哉, 伊澤精一郎, 福西祐
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部第47 期総会・講演
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2012-03-13
• [学会発表] Thermal Plasma Characterization on Long DC Arc Discharge for Waste Treatment (2011)
  • 著者名/発表者名: Sooseok Choi, TianMing Li, Watanabe Takayuki
  • 学会等名: Plasma Conference 2011
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 2011-11-23
• [学会発表] Characteristic of Water Plasmas Generated from O/W Emulsion by DC Discharge under Atmospheric Pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: Go Ohta, Sooseok Choi, and Takayuki Watanabe
  • 学会等名: Plasma Conference 2011
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 2011-11-23
• [学会発表] Decomposition Mechanism of Organic Compounds by DC Water Plasmas at Atmospheric Pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Watanabe
  • 学会等名: 3rd Round Table on Thermal Plasma for Industrial Applications
  • 発表場所: Muldersdrift, South Africa
  • 年月日: 2011-11-04
  • 招待講演
• [学会発表] 大気圧直流放電による水プラズマを用いた液体廃棄物の処理 (2011)
  • 著者名/発表者名: 太田剛, 崔秀錫, 渡辺隆行
  • 学会等名: 熱工学カンファレンス
  • 発表場所: 浜松
  • 年月日: 2011-10-30
• [学会発表] ロング DCアークの変動現象の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 李天明, 崔秀錫, 渡辺隆行
  • 学会等名: 熱工学カンファレンス
  • 発表場所: 浜松
  • 年月日: 2011-10-30
• [学会発表] ナレンゲルン, 大気圧の水プラズマによる有機物分解におけるラジカルの寄与 (2011)
  • 著者名/発表者名: 渡辺隆行
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2011-09-15
• [学会発表] 廃棄物処理用の水プラズマの放電特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 李天明, 崔秀錫, 渡辺隆行
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2011-09-15
• [学会発表] Thermal Plasma Technology for Non-Degradable Greenhouse Gases Treatment (2011)
  • 著者名/発表者名: Sooseok Choi, Sang Hee Hong, Dong-Wha Park, and Takayuki Watanabe
  • 学会等名: 24th Symposium on Plasma Science for Materials
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2011-07-20
  • 招待講演
• [学会発表] Spectroscopic Analysis for Organic Compound Decomposition Mechanism in Water Plasmas (2011)
  • 著者名/発表者名: Narengerile and Takayuki Watanabe
  • 学会等名: 24th Symposium on Plasma Science for Materials
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2011-07-20