広域反応場を有する気液界面プラズマを用いた難分解性汚染水の高速処理

利用气液界面等离子体和大面积反应场高速处理持续污染的水

• 批准号: 15J11924
• 负责人: 立花 孝介
• 金额: $ 1.79万
• 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: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J11924/
• 关键词: プラズマ-液体相互作用; プラズマ誘起化学反応; 気液界面濃度分布; ハロゲン化物イオン; 大気圧プラズマ; 気液界面プラズマ; プラズマ－液体相互作用; 難分解性有機物; 沿面放電; 過酸化水素; 数値シミュレーション

今年度は当初の予定通り，プラズマ-液体相互作用を解明すべく液中物質の気液界面濃度分布がプラズマ誘起化学反応に与える影響について研究を行った。さらに，液中物質の気液界面濃度分布を電界により制御する手法について研究を実施した。水面から約2 mm離した針電極と水面の間に数kV程度の高電圧を印加して針‐水面間に直流アルゴンプラズマを生成した。電流指示値2 mAの条件下で，2.1 mol/L塩化ナトリウム水溶液に本プラズマを600秒間照射しても塩素濃度は検出下限（0.42 umol/L）以下であったが，2.1 mol/L臭化・ヨウ化ナトリウム水溶液ではプラズマ照射時間30秒で臭素，ヨウ素濃度がそれぞれ8.89 umol/L，21.3 umol/Lであった。得られた塩素・臭素・ヨウ素濃度について考察した結果，本実験結果の説明には気液界面濃度分布の考慮が重要である可能性が示された。高電界で液中物質の濃度分布を制御して気液界面に引き寄せるべく，球‐水面上パルス酸素プラズマを2.1 mol/L塩化ナトリウム水溶液に照射した。本プラズマでは，高電界により水面にてテイラーコーンが発生し，テイラーコーン先端と球電極との間でプラズマが生成された。600秒間プラズマを照射しても塩素の生成は確認されず，気相を介して高電圧を印加する手法では液中物質を気液界面に十分引き寄せることが困難であると結論づけた。本研究では，プラズマ-液体相互作用における気液界面濃度分布の重要性を示した。また，気相を介して高電圧を印加する手法では液中物質の気液界面濃度分布の制御は難しいことを明らかにした。難分解性汚染水の処理に関する研究まで到達できなかったが，以上の結果はプラズマ‐液体相互作用を理解する上で新たな可能性を提案するものであり，難分解性汚染水の処理を含めたプラズマ研究の発展のために極めて重要な結果だと考えている。

Our は の original designated り, プ ラ ズ マ - liquid interaction を interpret す べ く liquid substances in の 気 liquid interface concentration distribution が プ ラ ズ マ induced chemical anti 応 に and え る influence に つ い を line っ て research た. Youdaoplaceholder0, concentration distribution of substances in liquid gas at the liquid interface を, によ in the electrical field によ, control する techniques に て て て research を implementation た. Surface か ら about 2 mm from the し た と needle electrode surface between の に number の have a high level of kV electricity 圧 を Inca し ‐ て needle surface between に dc ア ル ゴ ン プ ラ ズ マ を generated し た. On current instructions numerical 2 mA で の conditions, 2.1 mol/L salt chemical ナ ト リ ウ ム aqueous に this プ ラ ズ マ を 600 seconds between irradiation し て も salt levels は 検 out of lower limit (below 0.42 umol/L) で あ っ た が, 2.1 mol/L smelly chemical ヨ ウ change ナ ト リ ウ ム aqueous で は プ ラ ズ マ irradiation time 30 seconds で smelly, ヨ ウ element concentration が そ れ ぞ れ 8.89 umol/L, 21.3 umol/L で あ っ た. Have ら れ た salt element, smelly element, ヨ ウ element concentration に つ い て investigation し た as a result, this be 験 result の に は 気 の liquid interface concentration distribution が important で あ が る possibility in さ れ た. High electricity industry で material の concentration distribution in liquid を suppression し て 気 liquid interface に lead き send せ る べ く, ball ‐ water パ ル ス acid element プ ラ ズ マ を 2.1 mol/L salt chemical ナ ト リ ウ ム aqueous に irradiation し た. This プ ラ ズ マ で は, high electricity industry に よ り surface に て テ イ ラ ー コ ー ン が 発 し, テ イ ラ ー コ ー ン apex と ball electrode と の between で プ ラ ズ マ が generated さ れ た. 600 seconds between プ ラ ズ マ を irradiation し て も の salt element generated は confirm さ れ ず, を 気 phase interface し て high electric 圧 を Inca す る gimmick で は liquid substances in を 気 に interface is led き send せ る こ と が difficult で あ る と conclusion づ け た. In this study, で, プラズ, プラズ - liquid interaction における, concentration distribution at the gas-liquid interface で, significance を indicates that た た. を ま た, 気 phase interface し て high electric 圧 を Inca す る gimmick で は liquid substances in の 気 の liquid interface concentration distribution system of imperial は difficult し い こ と を Ming ら か に し た. Difficult to decompose water contamination の 処 Richard に masato す ま る study arrive で で き な か っ た が, の above results は プ ラ ズ マ ‐ liquid interaction を understand す る で new た な possibility を proposal す る も の で あ り, difficult to decompose water contamination の 処 Richard を containing め た プ ラ ズ マ research の 発 exhibition の た め に extremely め て important な results だ と exam え て い る.

项目成果

Chemical reactions induced by plasma in contact with the solution containing halide ions: importance of ion distribution at gas-liquid interface for plasma-liquid interaction

等离子体与含有卤化物离子的溶液接触引起的化学反应：气液界面离子分布对于等离子体-液体相互作用的重要性

• 发表时间: 2017
• 作者: K. Tachibana and K. Yasuoka

Nanosecond pulsed plasma discharge over a flowing water film: Characterization of hydrodynamics, electrical, and plasma properties and their effect on hydrogen peroxide generation

• DOI: 10.1002/ppap.201800008
• 发表时间: 2018-06
• 期刊: Plasma Processes and Polymers
• 影响因子: 3.5
• 作者: R. Wandell;Huihui Wang;K. Tachibana;Basiel Makled;B. Locke