マイクロ波誘起常圧プラズマを用いた燃焼排ガス中の有害物質分解システムの構築

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555221
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: 清水 康博 長崎大学, 大学院・生産科学研究科, 助教授 (20150518)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 沢田 明宏 三菱工業(株), 先進技術研究センター・先進材料グループ, 主席 ; 兵頭 健生 長崎大学, 工学部, 助手 (70295096) ; 江頭 誠 長崎大学, 工学部, 教授 (60037934)
• Keywords: マイクロ波誘起プラズマ / SiC多孔質焼結体 / 大気圧プラズマ / 水中プラズマ / β-ナフトール / NO_x / ディーゼルパティキュレート / 環境浄化

Research Abstract

本年度は下記の2項目について検討し、それぞれ次のような成果を得た。
1)β-ナフトールの水中プラズマ分解に適した誘起体の探索:プラズマ誘起体として、SiC焼結体、カーボンブロック、FeSi、La_<0.8>Sr_<0.2>CoO_3、LaCrO_3およびMoSi_2を用いて、0.010Mのβ-ナフトールの水中プラズマ分解を行った。プラズマが発生し易いSiC焼結体、カーボンブロックおよびFeSiを誘起体に用いた場合には、150Wのマイクロ波を20min照射すると、β-ナフトールの転化率はほぼ100%に達した。ただし、SiC焼結体とカーボンブロックの場合には、水中でのプラズマ発生中に誘起体自体が分解され、気相中にCO_2が発生した。また、これらの誘起体を用いると、気相中にH_2も発生した。用いた誘起体の中では、水中での経時安定性、CO_2およびH_2の発生量の少なさの観点から、FeSiが最も優れていることがわかった。
2)O_2-N_2混合ガス中で発生させたプラズマによるディーゼルパティキュレート(DPM)の分解特性:0.1%NO-10%O_2-N_2(ガス流速:40cm^3min^<-1>)ガス雰囲気中で180Wのマイクロ波を照射して多孔質SiC焼結体からプラズマを発生させると、約2.3%のNO_2(内、NO2約1.9%)が発生した。この雰囲気で400℃におけるDPMの酸化挙動を調べたところ、同じ雰囲気中でプラズマを発生させずに400℃でDPMを熱酸化した時の約5倍の酸化速度を示し、O_2-N_2プラズマで発生するNOxを利用して、DPMの酸化を促進できることがわかった。ただし、この排ガスを1.0Ir/TiO_2触媒で処理しても、排ガス中にO_2が含まれているために、残りのNOxを完全には除去できなかった。また、本研究条件下では、プラズマと熱分解を併用する方が、熱分解だけに比べて、DPMの酸化に要するエネルギー効率は劣った。