燃焼によるハロゲン化ダイオキシン生成反応機構の解明

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650827
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 藤井 信行 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (50011119)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村上 能規 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (70293256) ; 小林 高臣 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (90225516)
• Keywords: ダイオキシン骨格 / 生成反応機構 / フェノキシラジカル / シクロペンタジエニルラジカル / 脱水素付加反応 / 衝撃波管実験 / 原子共鳴分光法 / メトキシベンゼン

Research Abstract

本研究は、炭化水素の燃焼によるダイオキシン骨格の生成が、シクロペンタジエニルラジカル(c-C_5H_5)と一酸化炭素(CO)によるフェノキシラジカル(C_6H_5O)の生成反応(1):c-C_5H_5+CO→C_6H_5O、及びC_6H_5Oの脱水素付加反応(2):2C_6H_5O→C_6H_4O_2C_6H_4+2Hを経て起こると考え、これらの反応過程を調べることを目的として実験を行った。さらに、ハロゲン化ダイオキシン発生のモデル反応として、含ハロゲン化合物を含む燃料の低温不完全燃焼におけるハロゲンの役割を調べることを目的とする。
分光分析実験として、衝撃波管I(無隔膜式、内径50mm)を用い、酸素や水素など原子の濃度変化を原子共鳴吸光法により、不完全燃焼生成物であるCOの濃度変化をInSb赤外検出器を用いた発光測定により行った。また、安定生成物の分析実験では衝撃波管II(無隔膜式、内径75mm)を用い、反応後の試料がスをサンプリングして、炭化水素に感度の高いFID検出器付ガスクロマトグラフを用いてガス分析を行った。実験温度範囲は、1200-1800Kである。
先ず、出発物質としてメトキシベンゼン(C_6H_5OCH_3)、トリフロロメトキシベンゼン(C_6H_5OCF_3)、メトキシペンタフロロベンゼン(C_6F_5OCH_3)を用い、反応(2)の水素原子生成過程に及ぼすハロゲン置換効果の検討を行った。さらに、出発物質としてシクロペンタジエン(c-C_5H_6)を用い、熱分解によるc-C_5H_5の生成過程をを調べた。これらの実験結果とコンピューターを用いた反応シミュレーションとの比較により、反応機構の解析を行った。その結果、反応(2)による水素原子の生成が定量的に観測され、その反応解析を行うことが可能になった。さらにガス分析の結果、フェノール(C_6H_5OH)などラジカル類と水素原子の再結合生成物が1500K以下の低温域で生成することが確認できた。今後、器壁に付着した高沸点成分の分析などを行い、反応(2)によるダイオキシン類生成の可能性を探っていく予定である。

Research Products

• [Publications] FUJII.N: "Shock-Tube Study of High Temperature Oxidation of Cyclopentadienyl Radical"Shock Waves. 23(印刷中). (2002)
• [Publications] 杉本和也: "フェニルラジカルの熱分解および酸化反応機構の検討"平成13年度衝撃波シンポジウム(講演論文集). 137-140 (2002)
• [Publications] SAEJUENG.Taweesak: "Shock tube study on high temperature reaction of phenoxy radical"平成13年度衝撃波シンポジウム(講演論文集). 141-144 (2002)