衝撃波管によるすすの酸化過程の動力学的研究

本研究では従来から気相反応の分野では精度の高い動力学的研究にしばしば利用されている衝撃波管装置を用い、拡散燃焼過程中のすすの酸化に可能な限り近い条件の下ですすの酸化速度を精度よく測定し、すすの性状とその酸化速度の関係を解明することを目的とし、すす生成用バ-ナと衝撃波管を結合して、バ-ナから排出されるガスにすすが浮遊したままの状態で衝撃波管に導入してその酸化過程を動力的に明らかにした。この特別に工夫された衝撃波管による実験手法は昭和63年度および平成元年度に採択された公募研究の過程で確立され、本年度はそれらを基礎に、すすの元素分析、溶剤抽出および電子顕微鏡写真観察によりバ-ナの燃焼状態と生成されるすすの性状の関係を明らかにした上で、種々の性状のすすの酸化速度を温度および酸素濃度の広い範囲にわったって測定することにより以下の結論を得た。 1.本研究でnーブタンを燃料として発生させたすすの元素分析と溶剤抽出の結果はバ-ナの当量比や燃焼温度によらず極めて強い相関があり、溶剤可溶性分の含有量が大きいほど大きなC/H比を示す。 2.本研究のすすの酸化速度は溶剤可溶性分の含有量が多いほど大きい。 3.本研究のすすの酸化速度はいずれの条件でも市販の炭素粉末の酸化速度より遥かに大きい。 4.アセチレンの燃焼により発生したすすの酸化速度と比較すると高温側では本研究の結果の方が、一方、低温側ではアセチレンを燃料とした結果の方が大きい値を示す。これは、すすの吸着性および溶剤可溶性分割合の差に依存するものと考察された。 5.すすの酸化速度はすす発生時の当量比よりその後に添加された酸素の濃度に強く依存するのですすの排出を減らすためには新しい空気との混合を促進することが極めて効果的である。

本研究では従来から気相反応の分野では精度の高い動力学的研究にしばしば利用されている衝撃波管装置を用い、拡散燃焼過程中のすすの酸化に可能な限り近い条件の下ですすの酸化速度を精度よく測定し、すすの性状とその酸化速度の関係を解明することを目的とし、すす生成用バ-ナと衝撃波管を結合して、バ-ナから排出されるガスにすすが浮遊したままの状態で衝撃波管に導入してその酸化過程を動力的に明らかにした。この特別に工夫された衝撃波管による実験手法は昭和63年度および平成元年度に採択された公募研究の過程で確立され、本年度はそれらを基礎に、すすの元素分析、溶剤抽出および電子顕微鏡写真観察によりバ-ナの燃焼状態と生成されるすすの性状の関係を明らかにした上で、種々の性状のすすの酸化速度を温度および酸素濃度の広い範囲にわったって測定することにより以下の結論を得た。 1.本研究でnーブタンを燃料として発生させたすすの元素分析と溶剤抽出の結果はバ-ナの当量比や燃焼温度によらず極めて強い相関があり、溶剤可溶性分の含有量が大きいほど大きなC/H比を示す。 2.本研究のすすの酸化速度は溶剤可溶性分の含有量が多いほど大きい。 3.本研究のすすの酸化速度はいずれの条件でも市販の炭素粉末の酸化速度より遥かに大きい。 4.アセチレンの燃焼により発生したすすの酸化速度と比較すると高温側では本研究の結果の方が、一方、低温側ではアセチレンを燃料とした結果の方が大きい値を示す。これは、すすの吸着性および溶剤可溶性分割合の差に依存するものと考察された。 5.すすの酸化速度はすす発生時の当量比よりその後に添加された酸素の濃度に強く依存するのですすの排出を減らすためには新しい空気との混合を促進することが極めて効果的である。