水中気泡内プラズマを用いた小型液体処理装置に関する研究

水下气泡等离子体小型液体处理设备研究

• 批准号: 14J10277
• 负责人: 大保 勇人
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014 至 2015
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J10277/
• 关键词: プラズマ; 水処理; PFOS; シミュレーション; 大容量化

本研究は代表的な難分解性有機フッ素化合物であるペルフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)を水中に生成したプラズマを用いて無害化することを目的とし, より実用化を見据えた分解システムの構築について様々な角度から検討を行った。従来実用化を妨げていた点としてプラズマ生成用電源の電源効率, 分解処理容量, 消費ガス流量の3つを挙げ, この問題を解決した分解システムとして, 21個のプラズマを水中に生成可能な21並列プラズマリアクタを開発した。本研究で開発した多並列プラズマ生成の技術を用いることで, 分解処理容量に応じて発生させるプラズマ数を容易に増大させることができるため, 分解処理容量の大幅な改善を達成した。また, リアクタ排気ガスを再びプラズマ生成に再利用するガス循環機構を設けることで, 使用ガス流量を90%以上削減することを達成すると共に, 従来プラズマを安定に生成するために損失となっていたバラスト抵抗損失を, キャパシタをバラストとしたインバータ駆動交流高周波プラズマを用いることで, 電源回路効率を従来の30%程度から95%に改善することに成功した。さらに, 次年度の予定としていたPFOS分解システムのシミュレーションモデルの開発も前倒しで行い, 非線形負荷であるプラズマを受動回路素子と理想スイッチの組み合わせで表現し, プラズマによるPFOS分解をコンピュータ上でシミュレーション可能なリアクタモデルを開発した。このシミュレーションモデルを用いて実際の分解結果とのフィッティングを行った結果, プラズマによるPFOS分解の分解過程を定量的に導くことに成功し, 従来未検討であった分解副生成物を含めたPFOS分解過程を導出することに成功した。

This study は representative な difficult decomposition of organic フ ッ element compounds で あ る ペ ル フ ル オ ロ オ ク タ ン ス ル ホ ン acid (PFOS) に を water generated し た プ ラ ズ マ を with い て harmless す る こ と を purpose と し, よ り be in turn を see according to え た decomposition シ ス テ ム の build に つ い て others 々 な Angle か ら 検 line for を っ た. 従 to be using the を hinder げ て い た point と し て プ ラ ズ マ generated power の power working rate, decomposition 処 capacity, consumption ガ ス flow の 3 つ を 挙 げ, こ の を solve し た decomposition シ ス テ ム と し て, 21 の プ ラ ズ マ に を water may generate な 21 parallel プ ラ ズ マ リ ア ク タ を open 発 し た. This research で open 発 し た tied more プ ラ ズ マ generated を の technology with い る こ と で, decomposition 処 manage capacity に 応 じ て 発 raw さ せ る プ ラ ズ マ を に easily raised large さ せ る こ と が で き る た め, decomposition の な significantly improve を 処 manage capacity reach し た. ま た, リ ア ク タ row 気 ガ ス を again び プ ラ ズ マ generated に reuse す る ガ ス circulation institution を incorporated け る こ と で, use ガ を ス flow by more than 90% cut す る こ と を reached す る と に, 従 to プ ラ ズ マ を settle に generated す る た め に loss と な っ て い た バ ラ ス ト を resistance loss, キ ャ パ シ タ を バ ラ ス ト と し た イ ン バ ー タ 駆 dynamic communication high frequency プ ラ ズ マ を with い る こ と で, power supply circuit working rate を 従 の 30% of か ら 95% に improve す る こ と に successful し た. さ ら に, annual の designated と し て い た PFOS decomposition シ ス テ ム の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン モ デ ル の open 発 も fore し で い, nonlinear load で あ る プ ラ ズ マ を by dynamic circuit element child と ideal ス イ ッ チ の group み close わ せ し で performance, プ ラ ズ マ に よ る PFOS decomposition を コ ン ピ ュ ー タ on で シ ミ ュ レ ー シ ョ ン may な リ ア ク タ モ デ ル を open 発 し た. こ の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン モ デ ル を with い て be interstate の decomposition results と の フ ィ ッ テ ィ ン グ を line っ た results, プ ラ ズ マ に よ る PFOS decomposition の decomposition を quantitative に guide く こ と に し success, 従 to beg で not 検 あ っ た decomposition deputy products contains を め た PFOS decomposition を export す る こ と に successful し た.

项目成果

Decomposition of Perfluorooctanesulfonate ( PFOS ) by Multiple Alternating Argon Plasmas in Bubbles with Gas Circulation

气体循环气泡中多次交替氩等离子体分解全氟辛烷磺酸 ( PFOS )

• 发表时间: 2015
• 作者: H. Obo;N. Takeuchi;K. Yasuoka
• 通讯作者: K. Yasuoka

Simulation with power circuit by modeling of plasmas within bubble in water

通过对水中气泡内的等离子体进行建模来模拟电源电路

• 发表时间: 2014
• 作者: 大保勇人;竹内希;安岡康一;H. Obo
• 通讯作者: H. Obo

水中気泡内プラズマを用いた有機フッ素化合物の分解処理とプラズマの回路モテル化による電気一化学連成シミュレーション

利用水下气泡中等离子体分解处理有机氟化合物的电化学耦合模拟和等离子体电路建模

• 发表时间: 2015
• 期刊: 電気学会論文誌A
• 作者: 大保勇人;竹内希;安岡康一
• 通讯作者: 安岡康一

Plasma Decomposition of Perfluorooctane Sulfonate (PFOS) Using Controlled Bubble Formation

利用受控气泡形成等离子体分解全氟辛烷磺酸 (PFOS)

• 发表时间: 2014
• 作者: 大保勇人;竹内希;安岡康一;H. Obo;H. Obo
• 通讯作者: H. Obo