気液界面プラズマによる高効率炭素固定プロセスの開発と応用

气液界面等离子体高效固碳工艺开发及应用

基本信息

批准号：
22H02120
负责人：
中村敏浩
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

二酸化炭素の削減・固定化に向けて、さまざまな技術開発の必要性が高まっている。本研究の目的は、高エネルギー効率で二酸化炭素を物質変換できる革新的プラズマ反応場を開発することである。我々は、独自に開発した水中密閉型誘電体バリア放電を活用することによって、二酸化炭素から消毒・殺菌に有用な物質への変換が可能であることを見出しており、この知見を出発点にして研究を進めた。水中密閉型誘電体バリア放電方式では、大気圧プラズマでは避けがたい空気由来の硝酸の生成を抑制し、過酸化水素の生成が支配的となる反応場を実現することが可能であり、そのように最適化した反応場において、二酸化炭素の有機過酸化物への物質変換に適した反応条件の検討を進めた。また、水中密閉型誘電体バリア放電方式の改良に加えて、気相反応と液相反応を分離して反応解析を行うためのメッシュ型電極放電方式、さらには、液相反応を高効率に進行させるためのワイヤー・イン・ノズル水中放電方式など新たな電極構造の開発と改良も進めた。それぞれの様式の放電について、気液界面プラズマ反応の生成物に対する振動分光分析による検出・同定を進め、二酸化炭素と水との反応により新たに生成した有機化合物の構造解析に取り組んだ。二酸化炭素と水から成る反応場に加えて、空気（窒素）と水から成る反応場についても実験を進め、アンモニアの合成に適したプロセス条件の探索も進めた。さらに、本研究において気液界面プラズマ反応装置のために開発した大気圧プラズマ源は、高機能薄膜の表面改質への応用にも好適であることから、大気圧プラズマ処理を施すのに適した薄膜試料の作製と構造・物性評価も合わせて行った。

各种技术发展的需求日益增长，以减少和固定二氧化碳。这项研究的目的是开发一个创新的等离子体反应场，该等离子体反应场可以转化具有高能量效率的二氧化碳材料。我们发现，通过利用自己开发的潜水密封介质屏障排放，可以将二氧化碳转换为有用的物质，可用于消毒和灭菌，我们已经以此发现作为起点开始了研究。亚水密封的介电屏障放电方法抑制了源自空气的硝酸的形成，这在大气压力等离子体中是不可避免的，并且可以实现过氧化氢占主导地位的反应场。在如此优化的反应场中，我们研究了适合于将二氧化碳转化为有机过氧化物的反应条件。除了改善亚水密封的介电屏障排放系统外，还开发了和改进了新的电极结构，例如用于分离气体相反应和液相反应以进行反应分析的网格型电极排放系统，以及进行反应的液压下嘴中的水下嘴巴水下排放系统，以在液相反应中进行高效效率。对于每种排放，我们通过振动光谱进行了检测和鉴定气体液体界面等离子体反应的产物，并通过二氧化碳和水的反应进行了新形成的有机化合物的结构分析。除了由二氧化碳和水组成的反应场外，我们还对由空气（氮）和水组成的反应场进行了实验，还探索了适合合成氨的过程条件。此外，由于在这项研究中为气体界面等离子体反应器开发的大气压等离子体源也适用于高性能薄膜的表面修饰，因此我们结合了适合大气压力等离子体治疗的薄膜样品的制备，并评估结构和物理特性。