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

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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。