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2013 年度 実施状況報告書

電気流体力学効果によるプラズマ液体界面物質輸送の促進と高効率有機物分解

研究課題

研究課題/領域番号 25790071
研究種目

若手研究(B)

研究機関東京工業大学

研究代表者

竹内 希  東京工業大学, 理工学研究科, 講師 (80467018)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード気液界面プラズマ / 活性種 / 水処理 / 物質輸送 / 電気流体力学効果
研究概要

分解対象の有機物を含む処理液を一方の電極とし,対向する金属電極との間に形成した気液界面プラズマによる,有機物分解の高効率化を図る。処理液中の有機物は,プラズマ中で生成されたOHラジカルが,液相へと吸収され分解されるが,OHラジカルが有機物と反応する前に,OHラジカル同士で過酸化水素を生成する反応が分解効率を制限している。そこで,気液界面プラズマにより発生する,電気流体力学流と呼ばれる気相および液相の流動を利用し,OHラジカルの気液界面を通した輸送と,有機物の分解反応を促進し,分解効率を向上させることを目的とする。
本年度は,直流プラズマにより発生させた電気流体力学流により,オゾン輸送と,処理液中のメチレンブルー分解反応が促進され,高効率分解が可能であることを明らかにした。気相および液相に誘起される流動を観測するとともに,ノズルから流した気相流や,マグネティックスターラによる液相の撹拌に対する,電気流体力学流の優位性を見いだした。次年度は,パルス重畳直流プラズマにより,電気流体力学流とOHラジカルを同時生成し,処理液中の酢酸の分解効率向上を図る。
また,気液界面を通した活性種の輸送を考慮した,無次元,一次元の有機物分解モデルを構築し,数値シミュレーションを実施した。無次元モデルと一次元モデルの比較により,短寿命のOHラジカルを考慮するには,一次元以上のモデルが必要であることを明らかにした。そこで,流れも考慮することが可能な軸対称二次元モデルを構築し,反応解析に向けた準備を進めた。

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

初年度は,バリア放電により生成したオゾンを用いた処理液中のメチレンブルー分解を行い,電気流体力学効果によるオゾン輸送と,メチレンブルー分解の促進効果を明らかにした。この過程で,気相・液相の活性種濃度時間変化より物質輸送係数を算出し,物質輸送の促進効果を定量的に求める手法を確立した。また,OHラジカルによる酢酸分解実験のための,パルス重畳直流電源を作成し,気相および液相に誘起される流れの観測を行った。
また,気液界面を通した活性種輸送を含む,気液界面プラズマの数値シミュレーションモデルを構築し,反応解析に向けた準備を進めた。

今後の研究の推進方策

次年度は,パルス重畳直流電源により生成した気液界面プラズマを用いて,OHラジカルによる酢酸分解を実施する。オゾンの場合と同様に電気流体力学効果の影響を明らかにするとともに,水中気泡内プラズマ方式において,高効率酢酸分解を達成する。
また,数値シミュレーションと実験値の合わせ込みにより,モデルの正当性を確認し,反応解析により,OHラジカルを中心とする活性種反応場を理解する。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] 気液界面プラズマにおける液中ラジカル反応の一次元モデルと無次元モデルの比較2014

    • 著者名/発表者名
      竹内希
    • 雑誌名

      電気学会論文誌A

      巻: 134 ページ: 315-320

    • DOI

      10.1541/ieejfms.134.315

    • 査読あり
  • [学会発表] Two-Dimensional Numerical Simulation of Mass Transfer of Reactive Species through Plasma-Liquid Interface2014

    • 著者名/発表者名
      Nozomi Takeuchi
    • 学会等名
      5th International Conference on Plasma Medicine
    • 発表場所
      奈良県新公会堂
    • 年月日
      20140518-20140523
  • [学会発表] 気液界面プラズマの反応シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      竹内希
    • 学会等名
      平成26年電気学会全国大会
    • 発表場所
      愛媛大学城北キャンパス
    • 年月日
      20140318-20140320
  • [学会発表] Numerical Simulation of Decomposition of Acetic Acid in Water by Argon Pulsed Plasma2013

    • 著者名/発表者名
      Nozomi Takeuchi
    • 学会等名
      8th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology
    • 発表場所
      National Chiao Tung University, Hsinchu, Taiwan
    • 年月日
      20131220-20131222

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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