光触媒、オゾンマイクロバブルによる2-propanol分解実験

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1 光触媒、オゾンマイクロバブルによる2-propanol分解実験
20 大気汚染物質の光化学反応による変質と評価 Chemical conversion of air pollutants by photochemical reaction 参加登録学生指名 指導担当教員名 : 北代哲也（Tetsuya KITASHRO）, 木下勝利史（Masatoshi　KINOSHITA）, 栗田優樹（Yuki　KURITA） :関口和彦（Kazuhiko SEKIGUCHI） 概要 　大気中に存在する揮発性有機化合物 (VOC) ガスは、光化学反応を経て大気中で有害なナノ粒子へと変質する。その一方で、これら光化学反応を触媒等を複合し人工的に起こせば、VOCガスの無害の無機ガスへと変換可能である。本プロジェクトでは、大気中超微小粒子における昼夜別 挙動を明らかにするため、8月7～19日の間、サンプリングを行った。また、これら光化学反応を用いたVOCガスの処理技術について基礎的検討を加えた。 Summary 　Volatile organic compound (VOC) gas that exists in the atmosphere changes to harmful nanoparticles in the atmosphere through the photochemical reaction. On the other hand, if this photochemical reaction is caused artificially with catalyst, VOC gas is decomposed and converted to harmless inorganic gases, such as CO and CO2. In this project, atmospheric sampling was carried out at daytime and nighttime to clarify the behavior of ultra-fine particles during 7th-19th in August. Furthermore, a fundamental examination of VOC gas treatment using photochemical reaction was also carried out. サンプリング 光触媒、オゾンマイクロバブルによる2-propanol分解実験 Fine particle collection system Inertial filter Fig. 2. Experimental setup for decomposition and mineralization of 2-propanol using photocatalyst and ozone microbubble. T: Water tank (40 L); OG: Ozone generator; R: Photochemical reactor; MBG: Microbubble generator; F: Flow meter; S: Sampling port; C: Cooler; P: Pump Fig. 1 Principle of nano-particle sampler and cyclon . 測定結果 Table 2 Carbonaceous and ionic components in PM0.1 and PM2.5 during measuring period at background(10F) and roadside n.d. not detected 実験結果 Fig. 3. Time variation of mineralization ratio for 2-　 　　　propanol, （▲）Decomposition using ozone microbubble and UV irradiation; （◆） Decomposition using UV irradiation;（■） Decomposition using UV irradiation without tank. Fig. 4. Pseudo-first-order fitting of total organic carbon （TOC）. （▲） Decomposition using ozone　 　　　microbubble and UV irradiation; （◆）　 　　　　 Decomposition using UV irradiation; （■） Decomposition using UV irradiation without tank. Table 3 Mineralization performance of UV and efficiency of microbubble ・二次生成の寄与が大きいとされる成分 (OC、WSOC、NH4+、SO42-)の濃度が日中に高かったことがTable2から見て取れる。日中におけるこれら成分とO3との間に良い相関が得られたため、光化学生成により、微小な粒子が生成されたと考えられる。一方、二次生成起源であるNO3-と、燃焼起源であるCl-成分に関しては夜間の方が高濃度で検出された。これはNO3-は共に揮発性を有するため、日中の光化学生成により生成されたCl-とNO3-のガス成分が湿度が上昇する夜間において粒子化し高濃度で検出されたものと考えられる。 ・Roadsideにおける昼夜別PM0.1のOC/EC比とOC/SO42-比、また、OC、EC間、OC、O3間等の相関結果から日中では2次生成が支配的であり、夜間では1次生成が支配的であることが明らかとなった。この結果はPM2.5 においても同様な結果が得られた。 ・10Fにおいても同様の計算を行った結果、 PM0.1 PM2.5それぞれでこのような傾向がさらに顕著に表れた。 MB/UV UV UV without tank Pseudo-first–order constant（K）（h-1） 0.32 0.08 1.63 ・光触媒を固定化することで、光触媒を回収する工程を省略することができた。また、通常の光触媒を懸濁させて使用する際の使用量(1 g/L)と比較して非常に少量(0.085 g)ながら、高い分解効率を示した。 ・オゾンマイクロバブルを導入することで、反応速度は約4倍に向上した。 ・今後は、無機化率向上のため、オゾン濃度、光源波長、マイクロバブルの流量と発生方法について検討を加えていく予定である。