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平成27プラズマ・放電・パルスパワー合同研究会 平成2766() 北海道大学情報科学研究科 高橋 一弘 * 佐藤 孝紀 伊藤 秀範 川口 秀樹(室蘭工業大学) Igor Timoshkin Martin Given Scott MacGregor(ストラスクライド大学) Kazuhiro Takahashi * , Kohki Satoh, Hidenori Itoh and Hideki Kawaguchi (Muroran Institute of Technology) Igor Timoshkin, Martin Given and Scott MacGregor (University of Strathclyde) Generation characteristics of ROS/RNS in plasma-exposed water MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY プラズマ照射水中の ROS/RNS の生成特性 PST-15-030 ED-15-048 PPT-15-030 in Ar in Ar/O 2 = 80/20 in N 2 /O 2 = 60/40 Ar Plasma jet Pulsed corona PB-DBD

プラズマ照射水中のROS/RNSの生成特性€¦ · プラズマ照射水 放電プラズマ中で生成される様々な種 (ros/rnsの前駆体含む)が水に溶け込

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Page 1: プラズマ照射水中のROS/RNSの生成特性€¦ · プラズマ照射水 放電プラズマ中で生成される様々な種 (ros/rnsの前駆体含む)が水に溶け込

平成27年 プラズマ・放電・パルスパワー合同研究会平成27年6月6日(土) 北海道大学情報科学研究科

高橋 一弘* 佐藤 孝紀 伊藤 秀範 川口 秀樹(室蘭工業大学)Igor Timoshkin Martin Given Scott MacGregor(ストラスクライド大学)

Kazuhiro Takahashi*, Kohki Satoh, Hidenori Itoh and Hideki Kawaguchi (Muroran Institute of Technology)

Igor Timoshkin, Martin Given and Scott MacGregor (University of Strathclyde)

Generation characteristics of ROS/RNS in plasma-exposed water

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

プラズマ照射水中のROS/RNSの生成特性

PST-15-030

ED-15-048

PPT-15-030

in Ar

in Ar/O2 = 80/20 in N2/O2 = 60/40

Ar

Plasma jetPulsed

corona PB-DBD

Page 2: プラズマ照射水中のROS/RNSの生成特性€¦ · プラズマ照射水 放電プラズマ中で生成される様々な種 (ros/rnsの前駆体含む)が水に溶け込

プラズマ照射水

放電プラズマ中で生成される様々な種(ROS/RNSの前駆体含む)が水に溶け込み,水中にROS/RNS(H2O2やNOx

-)を生成

プラズマ照射水の応用に関する研究

目的パルス放電,コロナ放電,プラズマジェットおよびパックトベッド放電を用いたときの水中のROS/RNSの生成特性の解明

佐藤ら[1]L アルゴンプラズマ流を照射した水に大腸菌を不活化する作用があることを報告

高木[2]L照射水中のNO3-が植物の生長促進に寄与することを報告

照射水を効率よく使用するためには,水中で生成される活性な種の種類および量の制御が不可欠

[1]佐藤 他:日本機械学会熱工学コンファレンス 講演論文集,09-33, 101 (2009)

[2]高木: J.HTSJ, 51, 216, 64 (2012)

R

P M+

R : radical

water H2O2, NOx-

plasma

P : precursor

M+ : ion

Water

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

背景および目的

Page 3: プラズマ照射水中のROS/RNSの生成特性€¦ · プラズマ照射水 放電プラズマ中で生成される様々な種 (ros/rnsの前駆体含む)が水に溶け込

実験装置および実験条件(パルス放電)

150

100

50

0

curren

t [A]

543210

time [s]

30

25

20

15

10

5

0

-5

volt

age

[kV

]

Ig

Vg25 kV

140 A

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

elec

tric

po

wer

[M

W]

543210

time [s]

Pg

0.23 J/pulse

in Ar

Gap length

(4 mm)

Ar, O2, N2

Ar/O2 = 80/20, 60/40, 40/60, 20/80 %

N2/O2 = 80/20, 60/40, 40/60, 20/80 %

N2/Ar = 80/20, 60/40, 40/60, 20/80 %

ガス流量: 5.0 L/min

ガス条件

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

充電電圧: 14.14 kV

パルス繰り返し周波数: 20 pps

deionised water(100 mL)

in Ar

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300

250

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150

100

50

0

concentr

ati

on [

ppm

]

50403020100input energy [kJ]

Ar N2

Ar:O2 = 80:20 N2:O2 = 80:20

Ar:O2 = 60:40 N2:O2 = 60:40

Ar:O2 = 40:60 N2:O2 = 40:60

Ar:O2 = 20:80 N2:O2 = 20:80

O2

N2:Ar = 80:20

N2:Ar = 60:40

N2:Ar = 40:60

N2:Ar = 20:80

300

250

200

150

100

50

0

concentr

ati

on [

ppm

]

50403020100input energy [kJ]

Ar:O2 = 80:20

Ar:O2 = 60:40

Ar:O2 = 40:60

Ar:O2 = 20:80

N2:O2 = 80:20

N2:O2 = 60:40

N2:O2 = 40:60

N2:O2 = 20:80

N2:Ar = 80:20

N2:Ar = 60:40

N2:Ar = 40:60

N2:Ar = 20:80

Ar

O2

N2

N2を含むガス中では...

H2O2の生成量が著しく低下&

NO2-およびNO3

-が生成

NO2-の生成量は微量

パルス放電による水中のROS/RNS生成

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

H2O2

NO2-

NO3-

w/o N2

300

250

200

150

100

50

0

concentr

ati

on [

ppm

]

50403020100input energy [kJ]

Ar Ar:O2 = 80:20

O2 Ar:O2 = 60:40

N2 Ar:O2 = 40:60

Ar:O2 = 20:80

N2:O2 = 80:20

N2:O2 = 60:40

N2:O2 = 40:60

N2:O2 = 20:80

N2:Ar = 80:20

N2:Ar = 60:40

N2:Ar = 40:60

N2:Ar = 20:80

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200

150

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50

0

concentr

ati

on [

ppm

]

50403020100input energy [kJ]

Ar Ar:O2 = 80:20

O2 Ar:O2 = 60:40

N2 Ar:O2 = 40:60

Ar:O2 = 20:80

N2:O2 = 80:20

N2:O2 = 60:40

N2:O2 = 40:60

N2:O2 = 20:80

N2:Ar = 80:20

N2:Ar = 60:40

N2:Ar = 40:60

N2:Ar = 20:80

300

250

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150

100

50

0

concentr

ati

on [

ppm

]

50403020100input energy [kJ]

Ar N2

Ar:O2 = 80:20 N2:O2 = 80:20

Ar:O2 = 60:40 N2:O2 = 60:40

Ar:O2 = 40:60 N2:O2 = 40:60

Ar:O2 = 20:80 N2:O2 = 20:80

O2

N2:Ar = 80:20

N2:Ar = 60:40

N2:Ar = 40:60

N2:Ar = 20:80

300

250

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150

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50

0

concentr

ati

on [

ppm

]

50403020100input energy [kJ]

Ar:O2 = 80:20

Ar:O2 = 60:40

Ar:O2 = 40:60

Ar:O2 = 20:80

N2:O2 = 80:20

N2:O2 = 60:40

N2:O2 = 40:60

N2:O2 = 20:80

N2:Ar = 80:20

N2:Ar = 60:40

N2:Ar = 40:60

N2:Ar = 20:80

Ar

O2

N2

H2O2の生成

パルス放電による水中のROS/RNS生成

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

H2O2

NO2-

NO3-

w/o N2

NO2 + OH → HNO3

HNO3 → NO3- + H+ (in water)

OH + OH→ H2O2

H2O + e → OH + O + e

NO3-の生成

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0

concentr

ati

on [

ppm

]

50403020100input energy [kJ]

Ar N2

Ar:O2 = 80:20 N2:O2 = 80:20

Ar:O2 = 60:40 N2:O2 = 60:40

Ar:O2 = 40:60 N2:O2 = 40:60

Ar:O2 = 20:80 N2:O2 = 20:80

O2

N2:Ar = 80:20

N2:Ar = 60:40

N2:Ar = 40:60

N2:Ar = 20:80

300

250

200

150

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50

0

concentr

ati

on [

ppm

]

50403020100input energy [kJ]

Ar:O2 = 80:20

Ar:O2 = 60:40

Ar:O2 = 40:60

Ar:O2 = 20:80

N2:O2 = 80:20

N2:O2 = 60:40

N2:O2 = 40:60

N2:O2 = 20:80

N2:Ar = 80:20

N2:Ar = 60:40

N2:Ar = 40:60

N2:Ar = 20:80

Ar

O2

N2

H2O2の生成

パルス放電による水中のROS/RNS生成

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

H2O2 NO3-

NO2 + OH → HNO3

HNO3 → NO3- + H+ (in water)

OH + OH→ H2O2

H2O + e → OH + O + e

NO3-の生成

in O2in N2/O2 = 20/80

10 ~ 15分経過後

15 min

Page 7: プラズマ照射水中のROS/RNSの生成特性€¦ · プラズマ照射水 放電プラズマ中で生成される様々な種 (ros/rnsの前駆体含む)が水に溶け込

15 mm

印加電圧: +15 kV

放電電流: 0.4 mA

注入電力: 6 W

ガス条件

Ar/O2 = 80/20, 60/40, 40/60 %

N2/O2 = 60/40, 40/60 %

ガス流量:2.0 L/min

実験装置および実験条件(コロナ放電)

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

deionised water(100 mL)

aluminium foil

• 櫛歯状電極 : 櫛歯26本で1つのクラスターを形成クラスターを4箇所に分散配置

• イオン交換水 : 100 mL

• 電極-水面間の距離 : 15 mm

Cluster(13 x 2)

40 mm20 mm

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40

30

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10

0

con

cen

trat

ion

[p

pm

]

86420input energy [kJ]

Ar:O2 = 80:20

Ar:O2 = 60:40 N2:O2 = 60:40

Ar:O2 = 40:60 N2:O2 = 40:60

40

30

20

10

0

con

cen

trat

ion

[p

pm

]

86420input energy [kJ]

40

30

20

10

0

con

cen

trat

ion

[p

pm

]

86420input energy [kJ]

O2混合比が高い→H2O2生成量低下

N2-O2中ではAr-O2中に比べてH2O2の生成量が低下

&NO2

-およびNO3-が生成

コロナ放電による水中のROS/RNS生成

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

H2O2

NO2-

NO3-

Page 9: プラズマ照射水中のROS/RNSの生成特性€¦ · プラズマ照射水 放電プラズマ中で生成される様々な種 (ros/rnsの前駆体含む)が水に溶け込

60:40

80:20

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0

con

cen

trat

ion

[p

pm

]

86420input energy [kJ]

Ar:O2 = 80:20

Ar:O2 = 60:40 N2:O2 = 60:40

Ar:O2 = 40:60 N2:O2 = 40:60

40

30

20

10

0

con

cen

trat

ion

[p

pm

]

86420input energy [kJ]

O2混合比が高い→H2O2生成量低下

N2-O2中ではAr-O2中に比べてH2O2の生成量が低下

&NO2

-およびNO3-が生成

コロナ放電による水中のROS/RNS生成

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

H2O2 NO3-

Ar/O2 N2/O2

40:6040:60

60:40

N/A

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10 mm

coppertube

(f 3 x 2 mm)

aluminiumsheet

実験装置および実験条件(プラズマジェット)

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

deionised water(200 mL)

65 mm

Autosampler

印加電圧 : AC 12 - 14 kVp-p

周波数 : 17 kHz

注入電力 : 4 - 8 W

N2/O2

(0 or 0.1 L/min)N2/O2 mixture ratio:

100/0, 80/20, 60/40,

40/60, 20/80, 0/100

Ar (10 L/min) or He (5 L/min)

glass tube

(f 6 x 3 mm)

放電の様子

Ar, d = 65 mm

15 mm

Page 11: プラズマ照射水中のROS/RNSの生成特性€¦ · プラズマ照射水 放電プラズマ中で生成される様々な種 (ros/rnsの前駆体含む)が水に溶け込

10 mm

coppertube

(f 3 x 2 mm)

aluminiumsheet

実験装置および実験条件(プラズマジェット)

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

deionised water(200 mL)

15 mm

glass tube

(f 6 x 3 mm)

Autosampler

N2/O2

(0 or 0.1 L/min)N2/O2 mixture ratio:

100/0, 80/20, 60/40,

40/60, 20/80, 0/100

Ar (10 L/min) or He (5 L/min)印加電圧 : AC 12 - 14 kVp-p

周波数 : 17 kHz

注入電力 : 4 - 8 W

放電の様子

Ar, d = 65 mm

Ar, d = 15 mm

15 mm

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8

6

4

2

0

conce

ntr

atio

n [

ppm

]

3020100

input energy [kJ]

Ar (65 mm) Ar + N2/O2 (80/20)

Ar + N2 Ar + N2/O2 (60/40)

Ar + O2 Ar + N2/O2 (40/60)

Ar (15 mm) Ar + N2/O2 (20/80)

8

6

4

2

0

conce

ntr

atio

n [

ppm

]

3020100

input energy [kJ]

Ar (65 mm) Ar + N2/O2 (80/20)

Ar + N2 Ar + N2/O2 (60/40)

Ar + O2 Ar + N2/O2 (40/60)

Ar (15 mm) Ar + N2/O2 (20/80)

8

6

4

2

0

conce

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atio

n [

ppm

]

3020100

input energy [kJ]

Ar (65 mm) Ar + N2/O2 (80/20)

Ar + N2 Ar + N2/O2 (60/40)

Ar + O2 Ar + N2/O2 (40/60)

Ar (15 mm) Ar + N2/O2 (20/80)

8

6

4

2

0

conce

ntr

atio

n [

ppm

]

3020100

input energy [kJ]

He (65 mm) He + N 2/O2 (80/20)

He + N 2 He + N 2/O2 (60/40)

He + O 2 He + N 2/O2 (40/60)

He (15 mm) He + N 2/O2 (20/80)

8

6

4

2

0

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atio

n [

ppm

]

3020100

input energy [kJ]

He (65 mm) He + N 2/O2 (80/20)

He + N 2 He + N 2/O2 (60/40)

He + O 2 He + N 2/O2 (40/60)

He (15 mm) He + N 2/O2 (20/80)

プラズマジェットによるROS/RNS生成

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

H2O2

NO2-

NO3-

8

6

4

2

0

conce

ntr

atio

n [

ppm

]

3020100

input energy [kJ]

He (65 mm) He + N 2/O2 (80/20)

He + N 2 He + N 2/O2 (60/40)

He + O 2 He + N 2/O2 (40/60)

He (15 mm) He + N 2/O2 (20/80)

ArプラズマジェットH2O2LO2混合により減少NO2

-Lガス種により増減NO3

-LN2混合により増加

Heプラズマジェット生成物への影響なし

ガス混合の影響

短ギャップ:H2O2濃度の増加

OH + OH →H2O2

H2O + e → H + OH + e

H2O + e → H2O+ + e

H2O + H2O+ → H3O

+ + OH

etc...(電気学会技術報告 第1339号, (2015))

水面までの距離の影響

Ar He

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glass ball(f 3.0 mm)

mesh

rod(f 2 mm)

glass tube

実験装置および実験条件(パックトベッド放電)

印加電圧: AC 8 - 26 kVp-p

周波数: 11 kHz

注入電力 : 6 - 15 W

Ar, O2, N2

Ar/O2 = 80/20, 60/40, 40/60, 20/80 %

N2/O2 = 80/20, 60/40, 40/60, 20/80 %

N2/Ar = 80/20, 60/40, 40/60, 20/80 %

ガス流量: 2.0 L/min

ガス条件

(100 mL)

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

Page 14: プラズマ照射水中のROS/RNSの生成特性€¦ · プラズマ照射水 放電プラズマ中で生成される様々な種 (ros/rnsの前駆体含む)が水に溶け込

オフガス中(in Ar/O2)および水中の生成物

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

水中にH2O2およびNO2-は生成されない

O2を含むガス中でO3が生成される

O3は水中のROS/RNSの生成に寄与しない

N2-O2混合ガスでは水中にNO3-が生成

オフガス中にNO3-の生成に係る種が存在

4

3

2

1

0

abso

rban

ce [

a.u.]

2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800

wavenumber [cm-1

]

Ar/O2 = 80/20 O3(1000ppm)

O3 (1000ppm)

200

150

100

50

0

concentr

ati

on [

ppm

]

50403020100input energy [kJ]

Ar

Ar:O2 = 80:20

Ar:O2 = 60:40

Ar:O2 = 40:60

Ar:O2 = 20:80

O2

N2:O2 = 80:20

N2:O2 = 60:40

N2:O2 = 40:60

N2:O2 = 20:80

N2

N2:Ar = 80:20

N2:Ar = 60:40

N2:Ar = 40:60

N2:Ar = 20:80

NO3-

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0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

ab

sorb

an

ce [

a.u

.]

2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800

wavenumber [cm-1

]

N2/O2 = 80/20

before sparging

バブリング前のオフガス中の生成物(in N2/O2)

O3

N2O5N2OO3

オフガス中の生成物

N2O(亜酸化窒素), HNO3(硝酸), N2O5, O3

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

HNO3

HNO3,N2O5

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0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

ab

sorb

an

ce [

a.u

.]

2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800

wavenumber [cm-1

]

N2/O2 = 80/20

before sparging after sparging

バブリングによる水中のNO3-生成

HNO3 とN2O5が減少

NO3-の生成に寄与

オフガス中の生成物

N2O(亜酸化窒素), HNO3(硝酸), N2O5, O3

N2O5 + H2O → 2HNO3

HNO3 + H2O → H3O+ + NO3

-

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

O3

N2O5N2OO3

HNO3,N2O5 HNO3

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15

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5

0100806040200

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0

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n [

ppm

]

6005004003002001000specific energy [kJ/L]

Ar:O2 = 80:20

Ar:O2 = 60:40

Ar:O2 = 40:60

N2:O2 = 60:40

N2:O2 = 40:60

300

250

200

150

100

50

0

concentr

ati

on [

ppm

]

6004002000input energy [kJ]

Ar (65 mm) He (65 mm)

Ar + N2 He + N2

Ar + N2/O2 (80/20) He + N2/O2 (80/20)

Ar + N2/O2 (60/40) He + N2/O2 (80/20)

Ar + N2/O2 (40/60) He + N2/O2 (80/20)

Ar + N2/O2 (20/80) He + N2/O2 (80/20)

Ar + O2 He + O2

Ar (15 mm) He (15 mm)

5

4

3

2

1

0200150100500

300

250

200

150

100

50

0

concentr

ati

on [

ppm

]

6005004003002001000specific energy [kJ/L]

Ar Ar:O2 = 80:20

O2 Ar:O2 = 60:40

N2 Ar:O2 = 40:60

Ar:O2 = 20:80

N2:O2 = 80:20

N2:O2 = 60:40

N2:O2 = 40:60

N2:O2 = 20:80

N2:Ar = 80:20

N2:Ar = 60:40

N2:Ar = 40:60

N2:Ar = 20:80

300

250

200

150

100

50

0

concentr

ati

on [

ppm

]

6005004003002001000specific energy [kJ/L]

Ar Ar:O2 = 80:20

O2 Ar:O2 = 60:40

N2 Ar:O2 = 40:60

Ar:O2 = 20:80

N2:O2 = 80:20

N2:O2 = 60:40

N2:O2 = 40:60

N2:O2 = 20:80

N2:Ar = 80:20

N2:Ar = 60:40

N2:Ar = 40:60

N2:Ar = 20:80

H2O2生成濃度(効率)の比較

コロナ放電

パックトベッド放電プラズマジェット

パルス放電

1 g/J H2O2濃度(最高生成効率)

パルス放電(1 g/J)

コロナ放電(0.26 g/J)

プラズマジェット(0.05 g/J)

>>

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

Page 18: プラズマ照射水中のROS/RNSの生成特性€¦ · プラズマ照射水 放電プラズマ中で生成される様々な種 (ros/rnsの前駆体含む)が水に溶け込

12

10

8

6

4

2

0

conce

ntr

atio

n [

ppm

]

6005004003002001000specific energy [kJ/L]

Ar:O2 = 80:20

Ar:O2 = 60:40

Ar:O2 = 40:60

N2:O2 = 60:40

N2:O2 = 40:60

12

10

8

6

4

2

0

concentr

ati

on [

ppm

]

6004002000input energy [kJ]

Ar (65 mm) He (65 mm)

Ar + N2 He + N2

Ar + N2/O2 (80/20) He + N2/O2 (80/20)

Ar + N2/O2 (60/40) He + N2/O2 (80/20)

Ar + N2/O2 (40/60) He + N2/O2 (80/20)

Ar + N2/O2 (20/80) He + N2/O2 (80/20)

Ar + O2 He + O2

Ar (15 mm) He (15 mm)

12

10

8

6

4

2

0

concentr

ati

on [

ppm

]

6005004003002001000specific energy [kJ/L]

Ar Ar:O2 = 80:20

O2 Ar:O2 = 60:40

N2 Ar:O2 = 40:60

Ar:O2 = 20:80

N2:O2 = 80:20

N2:O2 = 60:40

N2:O2 = 40:60

N2:O2 = 20:80

N2:Ar = 80:20

N2:Ar = 60:40

N2:Ar = 40:60

N2:Ar = 20:80

12

10

8

6

4

2

0

concentr

ati

on [

ppm

]

6005004003002001000specific energy [kJ/L]

Ar Ar:O2 = 80:20

O2 Ar:O2 = 60:40

N2 Ar:O2 = 40:60

Ar:O2 = 20:80

N2:O2 = 80:20

N2:O2 = 60:40

N2:O2 = 40:60

N2:O2 = 20:80

N2:Ar = 80:20

N2:Ar = 60:40

N2:Ar = 40:60

N2:Ar = 20:80

NO2-生成濃度(効率)の比較

0.27 g/J NO2-濃度

(最高生成効率)

パルス放電(0.27 g/J)

コロナ放電(0.1 g/J)

プラズマジェット(0.025 g/J)

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

>>

コロナ放電

パックトベッド放電プラズマジェット

パルス放電

Page 19: プラズマ照射水中のROS/RNSの生成特性€¦ · プラズマ照射水 放電プラズマ中で生成される様々な種 (ros/rnsの前駆体含む)が水に溶け込

200

150

100

50

0

conce

ntr

atio

n [

ppm

]

6005004003002001000specific energy [kJ/L]

Ar:O2 = 80:20

Ar:O2 = 60:40

Ar:O2 = 40:60

N2:O2 = 60:40

N2:O2 = 40:60

200

150

100

50

0

concentr

ati

on [

ppm

]

6004002000input energy [kJ]

Ar (65 mm) He (65 mm)

Ar + N2 He + N2

Ar + N2/O2 (80/20) He + N2/O2 (80/20)

Ar + N2/O2 (60/40) He + N2/O2 (80/20)

Ar + N2/O2 (40/60) He + N2/O2 (80/20)

Ar + N2/O2 (20/80) He + N2/O2 (80/20)

Ar + O2 He + O2

Ar (15 mm) He (15 mm)

5

4

3

2

1

0200150100500

200

150

100

50

0

concentr

ati

on [

ppm

]

6005004003002001000specific energy [kJ/L]

Ar:O2 = 80:20

Ar:O2 = 60:40

Ar:O2 = 40:60

Ar:O2 = 20:80

N2:O2 = 80:20

N2:O2 = 60:40

N2:O2 = 40:60

N2:O2 = 20:80

N2:Ar = 80:20

N2:Ar = 60:40

N2:Ar = 40:60

N2:Ar = 20:80

Ar

O2

N2

200

150

100

50

0

concentr

ati

on [

ppm

]

6005004003002001000specific energy [kJ/L]

Ar

Ar:O2 = 80:20

Ar:O2 = 60:40

Ar:O2 = 40:60

Ar:O2 = 20:80

O2

N2:O2 = 80:20

N2:O2 = 60:40

N2:O2 = 40:60

N2:O2 = 20:80

N2

N2:Ar = 80:20

N2:Ar = 60:40

N2:Ar = 40:60

N2:Ar = 20:80

NO3-濃度

(最高生成効率)

パックトベッド放電(0.66 g/J)

コロナ放電(0.64 g/J)

パルス放電(0.36 g/J)

プラズマジェット(0.05 g/J)

=>

NO3-生成濃度(効率)の比較

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

0.66 g/J

コロナ放電

パックトベッド放電プラズマジェット

パルス放電

Page 20: プラズマ照射水中のROS/RNSの生成特性€¦ · プラズマ照射水 放電プラズマ中で生成される様々な種 (ros/rnsの前駆体含む)が水に溶け込

まとめ

MURORAN INSTITUTEOF TECHNOLOGY

パルス放電,ストリーマコロナ放電およびプラズマジェットを水に照射,あるいはパックトベッド放電のオフガスを水にバブリングした水中のH2O2, NO2

-

およびNO3-の濃度を調査し,それぞれの生成効率を比較した

•パックトベッド放電のオフガス(N2O5およびHNO3)をバブリングすることでNO3

-のみを効率良く生成でき,O3はROS/RNSの生成に寄与しない

•放電を水に照射することでH2O2, NO2-(微量)およびNO3

-が生成される

•パルス放電およびコロナ放電を用いた場合,N2を含むガス中ではNO2-お

よびNO3-が生成され,H2O2の濃度が低下する

•プラズマジェットでは,H2O2, NO2-およびNO3

-の生成量は極めて小さい

•NO3-の生成過程においてH2O2の生成を抑制する反応がある

•本研究で得られた生成効率の最高値は,H2O2 :1 g/J(パルス放電)NO2

- :0.27 g/J(パルス放電)NO3

- :0.66 g/J(パックトベッド放電)である