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2013 年度 実績報告書

マイクロリアクター内のソノケミストリーとソノルミネッセンスの研究

研究課題

研究課題/領域番号 23560917
研究機関電気通信大学

研究代表者

畑中 信一  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (40334578)

研究分担者 辻内 亨  独立行政法人産業技術総合研究所, 計測フロンティア研究部門, 主任研究員 (70357515)
安井 久一  独立行政法人産業技術総合研究所, 先進製造プロセス研究部門, 主任研究員 (30277842)
キーワードマイクロリアクター / ソノケミストリー(超音波化学/音響化学) / 音響キャビテーション / ソノルミネッセンス(音響発光) / ソノケミルミネッセンス(音響化学発光) / シングルバブル / 気泡ダイナミクス / OHラジカル定量
研究概要

ソノケミストリー(超音波化学)として知られる、液体への強力超音波照射による化学効果を、マイクロリアクター内で生じさせることを目的とし、その反応場をスケールダウンしたときの影響について検討した。平成25年度は、断面の寸法が0.1 mm × 0.1 mmであるマイクロ流路を用い、その1次元的(1D)な反応場が、通常の3次元的(3D)な反応場と比べて、反応効率がどのように変わるかを定量的に調べた。反応量の指標として、ルミノール水溶液を用いた音響化学発光(SCL)を光検出器(光電子増倍管)によって検出し、その単位体積あたりのSCL発光強度を1Dと3Dで比較した。その結果、それぞれの反応効率の比(SCL強度比)は、溶存ガス度と超音波パワー密度に大きく依存することがわかった。溶存ガス度が大きく(大気圧下の溶存ガス飽和度(DOS)を1としたとき、DOS=1.20、マイクロ流路内では高圧になるのでDOS=0.599に相当)、超音波パワー密度が小さいとき(約1 W/cm2)、1Dの効率は3Dの約15倍という値を示した。一方で、3Dが1Dより有効となる条件も限定的ながら存在した。そのときの超音波パワー密度は1Dが有効となる値より高く、DOSについては1Dが有効となる値より低かった。
また、平成23、24年度に引き続き、シングルバブルでの検討も行った。すなわち、ソノケミストリーの反応源である気泡(キャビテーション気泡と呼ばれる超音波と同期して呼吸振動する微小な気泡で、崩壊時には瞬間的に数千度・数百気圧以上に達する気泡)について、単一の気泡で、その化学効果を実験的に調べた。水溶液中のシングルバブルによって生じるOHラジカル量の定量、気泡内の高温高圧場の指標となるソノルミネッセンスの測光、および、対応する気泡ダイナミクスの観察を行った。非常にテクニカルな実験であるが、これまでの研究の再現性を確認した。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] 低蒸気圧・高粘性液体中の高強度ソノルミネッセンスと気泡ダイナミクス2014

    • 著者名/発表者名
      畑中 信一
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 113 ページ: 21-23

  • [雑誌論文] 外部からの超音波照射によるマイクロ流路内の化学反応2014

    • 著者名/発表者名
      辻内 亨
    • 雑誌名

      超音波テクノ

      巻: 26 ページ: 54-58

  • [雑誌論文] Influence of Degree of Gas Saturation on Sonochemiluminescence Intensity Resulting from Microfluidic Reactions2013

    • 著者名/発表者名
      Toru Tuziuti
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys. A

      巻: Vol. 117,No. 41 ページ: 10598–10603

    • DOI

      10.1021/jp407068n

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 硫酸・リン酸水溶液中シングルバブル・キャビテーションの気泡ダイナミクスとソノルミネッセンス2013

    • 著者名/発表者名
      畑中 信一
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 113 ページ: 17-20

  • [雑誌論文] リン酸中のソノルミネッセンスと気泡ダイナミクス2013

    • 著者名/発表者名
      畑中 信一
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 113 ページ: 1-4

  • [雑誌論文] Effect of gases on radical production rates during single-bubble cavitation2013

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichi Hatanaka
    • 雑誌名

      Proceedings of Meetings on Acoustics (POMA)

      巻: 19 ページ: 045096

    • DOI

      10.1121/1.4799389

  • [学会発表] 高強度ソノルミネッセンスに及ぼす二周波重畳の効果2014

    • 著者名/発表者名
      畑中 信一
    • 学会等名
      日本音響学会2014年春季研究発表会
    • 発表場所
      日本大学理工学部1号館(駿河台キャンパス)
    • 年月日
      20140310-20140310
  • [学会発表] 低蒸気圧・高粘性液体中の高強 度ソノルミネッセンスと気泡ダイナ ミクス2014

    • 著者名/発表者名
      畑中 信一
    • 学会等名
      超音波研究会2013年度1月(2014年1月)
    • 発表場所
      関西大学 100周年記念会館(千里山キャンパス)
    • 年月日
      20140127-20140127
  • [学会発表] リン酸中のソノルミネッセンスと気泡ダイナミクス : 硫酸との比較2013

    • 著者名/発表者名
      畑中 信一
    • 学会等名
      第34回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム(USE2013)
    • 発表場所
      同志社大学 室町キャンパス 寒梅館
    • 年月日
      20131122-20131122
  • [学会発表] 低蒸気圧・高粘性液体中の高強度ソノルミネッセンス2013

    • 著者名/発表者名
      畑中 信一
    • 学会等名
      第22回ソノケミストリー討論会
    • 発表場所
      信州大学(松本キャンパス)理学部 C 棟大会議室
    • 年月日
      20131025-20131025
  • [学会発表] 硫酸・リン酸水溶液中シングルバブル・キャビ テーションの気泡ダイナミクスとソノルミネッセ ンス2013

    • 著者名/発表者名
      畑中 信一
    • 学会等名
      超音波研究会2013年度10月
    • 発表場所
      産業技術総合研究所 名古屋駅前イノベーションハブ
    • 年月日
      20131009-20131009
  • [学会発表] Effects of Gases on Radical Production and Bubble Dynamics during Single-Bubble Cavitation2013

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichi Hatanaka
    • 学会等名
      1st Meeting of Asia-Oceania Sonochemical Society (AOSS2013)
    • 発表場所
      University of Melbourne, Australia
    • 年月日
      20130710-20130710
  • [学会発表] Effect of gases on radical production rates during single-bubble cavitation2013

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichi Hatanaka
    • 学会等名
      21st International Congress on Acoustics (ICA2013)
    • 発表場所
      Palais des congres de Montreal, Canada
    • 年月日
      20130607-20130607
  • [学会発表] リン酸中のソノルミネッセンスと気泡ダイナミ クス2013

    • 著者名/発表者名
      畑中 信一
    • 学会等名
      超音波研究会2013年度4月
    • 発表場所
      電気通信大学
    • 年月日
      20130423-20130423

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公開日: 2015-05-28  

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