PPCPによる光触媒機能付与膜の作製とガス状汚染物質(NOx,CO_2など)の処理

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PPCPとはPulse corona induced Plsma Chemical Processの略で、「極短パルス非平衡プラズマ」を用いたまったく新しい気相化学反応プロセスをいう。「極短パルス非平衡プラズマ」とは著しく不平等な電界を形成する電極系に100ナノセコンド程度の幅のパルス状直流高電圧を印加することにより得られる、電子温度のみが非常に高い非平衡低温プラズマのことである。これを反応励起源として利用すれば、常温常圧で微粒子生成反応が進行すると期待される。また、反応場には高強度の直流電界が形成されているので、生成した微粒子のうち帯電しているものは静電泳動により反応管壁面に沈着し、静電沈着特有の独特な構造を持った多孔質微粒子堆積膜が形成すると期待される。本研究では、二酸化チタン超微粒子生成反応を例とし、PPCPの有効性を検討した。1.PPCP‐CVD反応装置の試作: プラズマ発生用電極は線/円筒系を採用。内径10φの石英製反応管の中心に0.5φの白金線放電極を設置し、円筒電極をアース電極とした。放電極にピーク値が‐30kVで幅が200μsecのパルス電圧を2msec間隔で印加すると、Ar雰囲気で微かに暗赤色の放電が観察された。2時間以上の連続運転でも反応部の温度上昇は全くなく、常温常圧で安定した低温プラズマが得られた。放電電流は約0.1mAであった。2.TiO_2超微粒子および膜の生成: TiCI_4/O_2/H_2(Arキャリア)反応系でTiO_2超微粒子の生成を試みた。上記のプラズマ条件で1次粒子径が20nm程度のわずかにアナター型に結晶しつつあるアモルファスTiO2が生成した。反応管内壁には微粒子堆積層が形成され、SEMにより3次元網目構造の特徴的な膜であることが確認された。3.反応効率の検討: 反応ガスの滞留時間および水素濃度の反応率への影響を検討した。この装置では40%程度の反応率が律速である。生成粒子形状は水素濃度に依存し、濃度が高いほど粒径が揃うことが観察された。