2003 Fiscal Year Annual Research Report
大気圧非平衡パルスプラズマを用いたメタンから含酸素液体燃料の直接合成
Project/Area Number |
02J06418
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Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
Principal Investigator |
角 茂 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 特別研究員(PD)
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Keywords | メタン / 非平衡プラズマ / アセチレン / 火花放電 / 発光スペクトル / CH回転温度 / OHラジカル / メタノール |
Research Abstract |
昨年度の研究により、火花放電を用いたメタン転換反応は、バリア放電およびコロナ放電を用いた反応と比較してエネルギー効率が非常に高く、アセチレンの選択的合成が可能であることが明らかとなった。メタンの分解機構は、発光分光分析の結果から、原子状炭素まで解離している可能性が高く、上記課題反応を進行させるためには不適であると考えられる。しかしながら、電子衝突による水分子解離反応のエネルギー閾値はメタンのそれと同程度であることから、火花放電は水分子解離による活性種生成には効果的である。実際、水蒸気とアルゴンを混合したガスに火花放電を行い、発光分光分析を行った結果、306nm付近にOHによる発光を確認することに成功した。ただ、アルゴンガス中に含まれる不純物程度の水であっても、ペニング電離によりOHが非常に強く発光することも明らかになり、OH発光スペクトルから水分子解離の証明、活性種の定量分析は困難であった。これに対し、ペニング電離では全く発光を示さなかった水素原子によるH Balmer系列の発光が水を導入することにより劇的に強くなることを見出し、これにより火花放電により水分子が解離しOH、H、O^*というような活性種を生成できることを証明した。 これらの結果をふまえ、二重管反応器を作製し、火花放電により水分子のみを活性化し、生成した活性種と中性メタン分子を反応させることにより含酸素化合物の合成が可能かどうかを検討した。ラジカル供給条件は決して最適なものではないものの、室温においてもメタンの酸化反応が進行し、一酸化炭素、二酸化炭素の他に、ホルムアルデヒド、メタノールといった、含酸素液体化合物の生成を確認した。今後、メタンからメチルラジカルを効率的に生成する機構と組み合わせることで、選択率および収率の向上を目指す。
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Research Products
(7 results)
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[Publications] S.Kado, K.Urasaki, H.Nakagawa, K.Miura, Y.Sekine: "Methane Coupling and Reforming using Non-equilibrium Pulsed Discharge at Room Temperature - Catalyst-Pulsed Discharge Combined System"ACS Symposium Series 852, Utilization of Greenhouse Gases. 302-313 (2003)
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[Publications] S.Kado, K.Urasaki, Y.Sekine K.Fujimoto: "Direct Conversion of Methane to Acetylene or Syngas at Room Temperature using Non-equilibrium Pulsed Discharge"Fule. 82(11). 1377-1385 (2003)
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[Publications] S.Kado, K.Urasaki, Y.Sekine, K.Fujimoto: "Direct Conversion of Methane using Non-equilibrium Pulsed Discharge with and without Catalysts"Them.Sci.Eng.. 11(2). 1-8 (2003)
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[Publications] 角 茂, 関根 泰, 野崎 智洋, 岡崎 健: "高エネルギー電子衝突による高効率メタン転換反応"Energy. 3(1). 79-82 (2003)
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[Publications] S.Kado, K.Urasaki, Y.Sekine, K.Fujimoto, K.Okazaki, T.Nozaki: "Reaction mechanism of methane activation using non-equilibrium pulsed discharge at room temperature"Fuel. 82(18). 2291-2297 (2003)
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[Publications] S.Kado, Y.Sekine, T.Nozaki, K.Okazaki: "Diagnosis of atmospheric low temperature plasma and application to high efficient methane conversion"Catal.Today. 89(1-2). 47-55 (2004)
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[Publications] 関根 泰, 角 茂: "水素利用技術集成 第1編 抽出技術 第2章 放電を利用した水素製造技術(P.47-P.72)"エヌ・ティー・エス. 578 (2003)