電気化学的プロセスによる有害物除去システムの開発
勝木宏昭

本研究では環境有害物質である悪臭ガスやＮＯｘ，ススなどを電気化学的に迅速に分解・除去する方法を基礎的に検討することを目的とする. 今年度はマイクロ波を吸収して自己発熱する酸化鉄系複合粉末をウレタンフォームに付着後, 焼成してセラミックスフォームを作成した. 家庭用電子レンジ内で８０, ２００, ６００Ｗのマイクロ波を照射して発熱特性を検討した. またこのフォーム上にディーゼルエンジン排気ガスを付着させ, マイクロ波を照射して加熱除去効果を調べた.

１．はじめに浄化システムとして注目されている．

食品加工や農産物生産システムで発生す本研究では高誘電率，誘電損失を持つ物

る悪臭成分，塗料・建材から発生する微量質がマイクロ波により自己発熱することをのＶＯＣ成分，さらには自動車，工場，発利用し,有害物質がマイクロ波照射下で直電所などの燃焼機関から排出される窒素酸

接熱分解可能な電気化学的プロセスを開発

化物（ＮＯｘ），硫黄酸化物（ＳＯｘ），未することを目的とするが，本年度は昨年度

燃の炭化水素（ＨＣ），一酸化炭素（ＣＯ），の成果を基にして酸化鉄系複合セラミック

二酸化炭素（ＣＯ２）や炭素を主成分とするスフォームのマイクロ波吸収による自己発微粒のすす(パーティキュレート)が環境問

熱特性と有害物質の分解挙動を検討した.

題の原因となっている．これらの有害物質を多量かつ高効率で分解除去するために直２．実験方法

接燃焼法，蓄熱燃焼法，触媒燃焼法が採用

まず湿式法により２種の酸化鉄系複合水されており，県内のセラミックスメーカー酸化物粉末(A,B)を作成した後 900℃で仮焼でも低熱膨張性セラミックスを主体としたし,0.8～2μm に粉砕した. これらの粉末を素材開発，製品化が行われている．有害物

市販のムライト、コージェライト等に 5～質を燃焼法によりセラミックス担体上で分20wt%添加し,バインダー,水とともに混合解する場合，システムによってはセラミッした. このスラリーに 直径 50mm, 高さクスをあらかじめ４００～９００℃に外部30mm のウレタンフォームを浸し過剰のスラから加熱する必要があり，省エネルギーにリーを搾り出して乾燥させた. 300～400℃

よる簡易型の高効率分解システムが必要とで ウ レ タ ン 成 分 を 除 去 し た 後 ,1200 ～なっている．外部加熱を必要としないマイ

1450℃で 2 時間焼成した. 焼成後のフォー

クロ波誘起プラズマを利用した有害物質除ムの目開きは 1.5mm, 見かけ気孔率は約

去システムも提案されており，新しい環境86%である. セラミックスフォームへのマ1イクロ波照射試験は昨年と同様の方法で行した時の試料の温度変化を示す.

った. フォームを透明石英板の上に乗せ,これを市販電子レンジ(吉井電機製

120

容量15 リットル)の中央に設置し, 80, 200,20 wt%

100

600W でマイクロ波を 4 分間まで照射し蛍光式ファイバー温度計(安立計器製)でフォーTemp.(℃)

ム表面の温度を連続的に測定した.

80

また,作成したセラミックスフォームにディーゼ
ルエンジンから排出されるすす(soot)を付着させ,60

10 wt%

40

その後 600W のマイクロ波を 5 分5 wt%間照射して加熱変化を検討した.

20３．結果と考察

00 wt%

03.1 フォームのマイクロ波吸収特性

50100

150200250300

Time (sec)

まず図 1 に 1250℃で焼成したペタライト
図 2フォームと酸化鉄系複合粉末 A をペタライ

酸化鉄系複合粉末 A のセラミックス

トに 20 wt%添加して 1250℃で焼成したセラ

フォームに 80W のマイクロ波を照射ミックスフォームの形状を示す.

した時の試料表面の温度変化
200
180
20 wt%

160

Temp.(℃)

140120100
10 wt%

80
60

5 wt%

40

図 1

ペタライトフォーム(左)と酸化鉄系

20

複合粉末 A をペタライトに 20 wt%添00加して作成したセラミックスフォー

50100

150200250300Time (sec.)ム(1250℃)
図 3 酸化鉄系複合粉末 A のセラミックスフォームに 200W のマイクロ波を照図 2, 3, 4 に酸化鉄系複合粉末 A をペタ射した時の試料表面の温度変化

ライトに 5, 10, 20 wt%添加して作成した
セ ラ ミ ッ ク ス フ ォ ー ム (1250 ℃ 焼 成約20g)に 80, 200, 600W のマイクロ波を照射2

トに 5, 10, 20 wt%添加して作成したセラ
400

ミックスフォーム(1250℃焼成

350

600W のマイクロ波を 4 分間照射した時の試20 wt%料の温度変化を示す.

300
Temp. (℃)

約 20g)に酸化鉄系複合粉末 B

250
200

250
10 wt%

150

20 wt%
200

100

5 wt%

Temp.(℃)

500050

100

150

200

250

300

150
10 wt%

100Time (sec.)

5 wt%0 wt%50

図 4 酸化鉄系複合粉末 A のセラミックス
フォームに 600W のマイクロ波を照00射した時の試料表面の温度変化

100200300Time (sec.)

図5酸化鉄系複合粉末 A が未添加の場合のフォ酸化鉄系複合粉末 B のセラミックスームは 80, 200, 600W のマイクロ波を 4 分

フォームに 600W のマイクロ波を照射間照射した後の試料温度はそれぞれ 26.5,した時の試料表面の温度変化

32.6, 52.5℃であり,急激な温度上昇は認められなかった. 酸化鉄系複合粉末 A を 5,の場合, 粉末 A に比べてマイクロ波の吸10, 20wt%添加したフォームは 80W 照射の場

収・発熱性は劣るが 20wt%添加した場合は合, 4 分後の試料温度はそれぞれ 33.7,4 分間の照射でフォーム表面の温度は 22056.8, 101.9℃(図 2)であり, 200W の場合で～230℃になった.

はそれぞれ 51.3, 83.1, 180.3℃(図 3), ま3.2 セラミックスフォーム上のすすのマイ

た 600W の場合ではそれぞれ 87.4, 127.0,400℃(図 4)となった.

クロ波照射分解試験

図 2, 3, 4 から酸化鉄系複合粉末 A の添加量とマイクロ波照

図 6(a), (b)に酸化鉄系複合粉末 B をペタラ

射出力の制御によりセラミックスフォーム

イトに 20 wt%添加して 1250℃で作成したセの温度をコントロールできることが分かっ

ラミックスフォームの表面組織を示す.また. 図 4 で 20wt%添加したフォームに 600Wた図 6(c)にすすを付着させたフォームの表照射した場合 2 分間で急激に 300℃に達し面組織を示す.

たが酸化鉄系複合粉末 A とマイクロ波の相でありすすの付着量は約 26 mg である. 図互作用はまだ明確でない.

6(c)より 0.1μm 以下の微粒子状のすす凝

次に図 5 に酸化鉄系複合粉末 B をペタライ集物がフォーム表面に付着していた.

3フォームの重量は 19.5 g

300soot = 26 mg
250Temp.(℃)

200soot = 0 g

1501005000

図７100200Time (sec.)

300

酸化鉄系複合粉末 B のセラミックス
フォームとすすを付着させたフォー
ムに 600W のマイクロ波を照射した時の試料表面の温度変化

自己発熱しやすい物質であるので，すすとマイクロ波との相互作用によっても温度上昇が幾分起こったものと考えられる．マイクロ波を 4 分間照射した後，付着したすす状物質の重量減少は 47％であった．4 分間のマイクロ波処理ですすの酸化除去はまだ
図6

焼成後のフォームの表面組織(a, b)と期待できないが，フォームに付着した水分すすが付着したフォームの組織(c)と有機物質が除去されたものと推察される．

すすが付着していないフォームとすすが 26４．まとめ

mg 付着したフォームに 600 W のマイクロ波

本研究ではマイクロ波を吸収して比較的を 4 分間照射した後のフォーム表面温度の短時間に自己加熱が可能なセラミックスを変化を図 7 に示す.すすを付着したフォー利用してフォームを試作し，その発熱特性ムの方がマイクロ波をより吸収しやすくを検討した．鉄系複合酸化物の添加量とマななり，温度上昇が増し 3～4 分後は約 40℃

イクロ波出力の制御により発熱性が変化し高くなった．フォーム表面に付着したすすた．すすを付着したフォームにマイクロ波の量は高々26 mg であるがすす中のカーボを照射すると発熱性が増加するとともに，ンは固体の中で最もマイクロ波を吸収して付着物の部分的な除去効果が認められた．

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