JP2017217595A - Liquid treatment device and liquid treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被反応物を含む液体を、プラズマを利用して処理する装置、及びそれを用いた処理方法に関する。 The present invention relates to an apparatus for processing a liquid containing a reactant using plasma, and a processing method using the apparatus.
プラズマを利用して被反応物を反応させる技術が種々知られている。例えば特許文献1には、高温電気プラズマトーチ発生用の高温電気プラズマ装置と、液体又は気体の廃棄物を輸送し直接に該高温電気プラズマトーチの中に噴射し該廃棄物の高温処理を完成する噴射装置からなる液体又は気体廃棄物の処理装置が記載されている。 Various techniques for reacting an object to be reacted using plasma are known. For example, Patent Document 1 discloses a high-temperature electric plasma device for generating a high-temperature electric plasma torch and a liquid or gaseous waste, which is directly injected into the high-temperature electric plasma torch to complete the high-temperature treatment of the waste. A liquid or gaseous waste treatment device comprising an injection device is described.
特許文献2には、プラズマ発生室でプラズマを生じさせる液体導入プラズマ装置において、噴霧ガスによって噴霧口からプラズマ発生室内に液体を噴霧する噴霧装置と、該噴霧装置の噴霧口付近の周囲にあり、プラズマ発生室に噴霧された液体の周囲を包囲する包囲ガスを吹き出し口から吹き出す包囲ガス導入管とを備えたものが記載されている。このプラズマ装置においては、噴霧された液体を包囲ガスによって包囲して、噴霧された液体の拡散を防ぐようにしている。 In Patent Document 2, in a liquid introduction plasma device that generates plasma in a plasma generation chamber, a spray device that sprays liquid into the plasma generation chamber from the spray port with a spray gas, and the vicinity of the spray port of the spray device, There is described a device including an surrounding gas introduction pipe that blows out surrounding gas surrounding a liquid sprayed into the plasma generation chamber from a blowing port. In this plasma apparatus, the sprayed liquid is surrounded by the surrounding gas so as to prevent the sprayed liquid from diffusing.
特許文献3には、大気中においてプラズマを発生させるプラズマ発生手段、反応させる液体の保持手段、及び発生したプラズマと、保持した液体とを強制的に接触させる手段を備えたプラズマ−液体反応装置が記載されている。この装置においては、前記プラズマと前記液体との相互作用を発生させている。 Patent Document 3 discloses a plasma-liquid reaction device provided with a plasma generating means for generating plasma in the atmosphere, a holding means for liquid to be reacted, and a means for forcibly bringing the generated plasma into contact with the held liquid. Have been described. In this apparatus, an interaction between the plasma and the liquid is generated.
特許文献4には、気体放電を用いるプラズマ生成機構を備えた気体用微小流路、液体用微小流路、並びに、気体用微小流路及び液体用微小流路が合流して形成される気液混相用微小流路を有することマイクロ流体デバイスが記載されている。 Patent Document 4 discloses a gas microfluid having a plasma generation mechanism using gas discharge, a liquid microfluidic channel, and a gas / liquid formed by joining a gas microfluidic channel and a liquid microfluidic channel. A microfluidic device is described having a microphase channel.
上述した各特許文献に記載の技術では、例えば、被反応物を含む液体と生成されたプラズマとの接触が遅くプラズマが失活してしまう場合や、被反応物とプラズマとの接触面積が小さい場合や、被反応物がプラズマの気流に押し流され被反応物とプラズマの接触頻度が低くなる場合があり、それらのことに起因して被反応物の反応効率を高めることが容易でないことがある。あるいは被反応物を含む液体とプラズマとの接触がバッチ式である場合にも、生成物とプラズマが再反応してしまう場合があり、被反応物の反応効率を高めることは容易でない。 In the technique described in each of the above-mentioned patent documents, for example, when the contact between the liquid containing the reactant and the generated plasma is slow and the plasma is deactivated, or the contact area between the reactant and the plasma is small In some cases, the reactant may be swept away by the plasma airflow, and the contact frequency between the reactant and the plasma may be low, and it may not be easy to increase the reaction efficiency of the reactant due to these reasons. . Alternatively, when the contact between the liquid containing the reactant and the plasma is a batch type, the product and the plasma may react again, and it is not easy to increase the reaction efficiency of the reactant.
したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得る被反応物の処理装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus for treating a reaction product that can eliminate the drawbacks of the above-described conventional technology.
本発明は、被反応物が流れる液体流路と、ガスが流れる気体流路と、該ガスをプラズマ化させるための放電部とを有する液体処理装置であって、
前記液体流路の出口において、前記気体流路は前記液体流路を取り囲むように配置されており、
前記放電部は前記気体流路内に配置されており、
前記液体流路の出口において、該液体流路の延びる方向と、前記気体流路の延びる方向とが鋭角に交差するように、該気体流路及び該液体流路が延びている、液体処理装置を提供するものである。
The present invention is a liquid processing apparatus having a liquid flow path through which an object to be reacted flows, a gas flow path through which a gas flows, and a discharge unit for converting the gas into plasma,
At the outlet of the liquid channel, the gas channel is disposed so as to surround the liquid channel,
The discharge part is disposed in the gas flow path;
A liquid processing apparatus in which the gas flow path and the liquid flow path extend so that the direction in which the liquid flow path extends and the direction in which the gas flow path extends at an acute angle at the outlet of the liquid flow path Is to provide.
また本発明は、前記の液体処理装置を用いた液体処理方法であって、
前記液体流路内に被反応物を含む液体を流通させつつ、前記気体流路にガスを流通させるとともに該気体流路内で該ガスをプラズマ化させ、
前記液体流路から吐出された前記液体と、前記気体流路から吐出されたプラズマ化したガスとを接触させて、該液体中の前記被反応物をプラズマによって化学反応させる、液体処理方法を提供するものである。
The present invention is also a liquid processing method using the liquid processing apparatus,
While circulating the liquid containing the reactant in the liquid channel, the gas is circulated in the gas channel and the gas is turned into plasma in the gas channel,
Provided is a liquid processing method in which the liquid discharged from the liquid flow path and the plasma gas discharged from the gas flow path are brought into contact with each other and the reactant in the liquid is chemically reacted by plasma. To do.
本発明によれば、被反応物を含む液体をプラズマによって化学反応処理するプロセスの効率を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the efficiency of the process which carries out the chemical reaction process of the liquid containing a to-be-reacted object by plasma can be improved.
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本発明は、プラズマの高活性を活かした化学反応の高効率化に関するものである。本発明の対象となる化学反応に特に制限はない。対象とする被反応物の種類にも特に制限はない。被反応物としては、有機化合物及び無機化合物のいずれを用いてもよい。また、被反応物は高分子であってもよく、あるいは低分子量のものであってもよい。更に被反応物は液体に対して溶解性を有するものであってもよく、あるいは不溶性のものであってもよい。 Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments thereof. The present invention relates to increasing the efficiency of chemical reactions utilizing the high activity of plasma. There is no restriction | limiting in particular in the chemical reaction used as the object of this invention. There is no particular limitation on the type of the reaction target. As the reactant, either an organic compound or an inorganic compound may be used. Further, the reactant may be a polymer or a low molecular weight. Further, the reactant may be soluble in the liquid or insoluble.
プラズマ中には、ガス分子の電離によって生成された荷電粒子やイオンの他に、ガス分子の解離によって生成されたラジカルなど多様な活性種が含まれている。近年、プラズマの高活性を利用した化学反応プロセスの検討が盛んに行われており、液中殺菌や有機物改質などへの利用が報告されている。 The plasma contains various active species such as radicals generated by dissociation of gas molecules, in addition to charged particles and ions generated by ionization of gas molecules. In recent years, chemical reaction processes using the high activity of plasma have been actively studied, and their use in liquid sterilization and organic substance modification has been reported.
本発明においてプラズマを発生させるために用いられるガスとしては、これまでに知られている種類のものを特に制限なく用いることができる。例えばアルゴン、ヘリウム、酸素、窒素などが挙げられる。 As the gas used for generating plasma in the present invention, any kind of gas known so far can be used without particular limitation. For example, argon, helium, oxygen, nitrogen and the like can be mentioned.
プラズマを利用した化学反応を効率的に進行させる観点から本発明者が種々検討した結果、被反応物を含む液体を霧化した状態で反応を生じさせることで被反応物とプラズマとの接触面積を増大させることができ、反応効率が向上することが判明した。更に、放電部で生成されたプラズマをより短時間のうちに被反応物と接触させることで目的とする化学反応を高効率で生じさせることが可能になることが本発明者の検討の結果判明した。そのような化学反応を行い得る反応器の一実施形態が図1に示されている。 As a result of various studies by the present inventors from the viewpoint of efficiently promoting a chemical reaction using plasma, the contact area between the reactant and the plasma is generated by causing the reaction in a state where the liquid containing the reactant is atomized. It has been found that the reaction efficiency is improved. Further, as a result of the inventor's examination, it becomes possible to cause the intended chemical reaction to occur with high efficiency by bringing the plasma generated in the discharge part into contact with the reactant in a shorter time. did. One embodiment of a reactor capable of performing such chemical reactions is shown in FIG.
図1に示す液体処理装置1は、複数のブロックを組み付けることで構成されている。例えば液体処理装置1は、第1ブロック10及び第2ブロック20の2つのブロックから構成することができる。2つのブロック10,20は、両ブロック10,20に設けられたネジ穴11にボルト(図示せず)を挿通して締め付けることで一体に組み付けられている。
The liquid processing apparatus 1 shown in FIG. 1 is configured by assembling a plurality of blocks. For example, the liquid processing apparatus 1 can be composed of two blocks, a
液体処理装置1は、被反応物を含む液体が流れる液体流路21を有している。液体流路21は第2ブロック20を穿孔することで形成されている。液体流路21は、ほぼ直線状に延びており、その両端は開口している。液体流路21の各端の開口は、液体の入力端21a及び液体の吐出端21bとなっている。液体流路21はその横断面形状が、異方性のない形状であることが好ましく一般には円形であるが、この形状に限られず他の形状、例えば多角形等であってもよい。
The liquid processing apparatus 1 has a
図2には、液体処理装置1を構成する2つのブロックのうちの第2ブロック20が示されている。第2ブロック20は、円柱状の部位20aと、截頭円錐状の部位20bを組み合わせた形状を有している。円柱状の部位20aの円の直径と、截頭円錐状の部位20bの底面の円の直径とは概ね一致している。また、円柱状の部位20aの円の中心を通る中心線を考えたとき、この中心線は、截頭円錐状の部位20bの頂点を通るように、円柱状の部位20aと、截頭円錐状の部位20bとは組み合わせられている。先に述べた液体流路21は、円柱状の部位20aの高さ方向であるX方向に沿って延びている。また液体流路21は、円柱の部位20aの円の中心を通る中心線上に形成されている。したがって流体流路21は、截頭円錐状の部位20bの頂点の位置で開口しており、その開口が、上述した液体の吐出端21bとなっている。
FIG. 2 shows a
図1に戻ると、同図に示す液体処理装置1は、ガスが流れる気体流路22を有している。気体流路22は、第1ブロック10と第2ブロック20とを組み付けたときに生じる両者間の間隙によって形成されている。気体流路22は、その延びる方向と直交する断面を見たときに、連続した環状の形状をしている。先に述べたとおり、第2ブロック20は、円柱状の部位20aと、截頭円錐状の部位20bとの組み合わせから構成されているので、該第2ブロック20と第1ブロック10との間隙によって形成される気体流路22は、連続した円環状の形状となる。したがって、この円環状の形状となっている気体流路22は、先に述べた液体流路21の全周囲にわたって配置されることになる。液体流路21は、円環状をした気体流路22の中心に位置している。つまり、液体流路21の延びる方向に対して直交する断面で見たとき、液体流路21から見て、気体流路22までの距離は、該気体流路22のいずれの位置においても同じになっている。この関係は、気体流路22の長さ方向の全域にわたって成り立っている。
Returning to FIG. 1, the liquid processing apparatus 1 shown in the figure has a
気体流路22は、その一端が、第1ブロック10に穿設された気体の入力端12と連通している。気体流路22の他端は開口しており、気体の吐出端13となっている。
One end of the
図1に示すとおり、液体流路21及び気体流路22は、それらの延びる方向に沿った断面を見たときに、両者が平行に延びている第1部位31と、両者間が平行でない第2部位32とに区分される。第1部位31は、気体及び液体の入力端側の部位である。第2部位32は、気体及び液体の吐出端側の部位であり、液体流路21の出口を含んでいる。詳細には、第2部位32は、気体の吐出端13及び液体の吐出端21bを含んでいる。液体流路21の出口を含む第2部位32においては、気体流路22の延びる方向が、第1部位31に対して変化している。詳細には、第2部位32においては、気体流路22の延びる方向が、液体流路21の延びる方向に向かうようになっており、液体流路21の延びる方向と、気体流路22の延びる方向とが交差するようになっている。気体流路22は、直線状に延びる液体流路21に対して、両者の延びる方向が鋭角で交差するように、その延びる方向が第2部位32において変化している。その結果、第2部位32において気体流路22は、その延びる方向と直交する方向の断面で見たとき、円環の直径が、気体の吐出端13に向かうに連れて漸次縮径している。
As shown in FIG. 1, when the
図1に示すとおり、液体流路21及び気体流路22はそれらの吐出端13,21bの位置が、それらの延びる方向に沿って見たときに一致している。そして図3に示すとおり、それらの吐出端13,21bにおいても、気体流路22は液体流路21の全周囲にわたって配置されている状態が維持されている。図3は、本実施形態の液体処理装置を、液体流路21及び気体流路22の吐出端13,21b側から見た図である。
As shown in FIG. 1, the
上述したとおり、第2ブロック20は、円柱状の部位20aと、截頭円錐状の部位20bとの組み合わせから構成されているので、該第2ブロック20と第1ブロック10との間隙によって形成される気体流路22のうち、第2部位32の立体形状は、中空截頭円錐状の形状、換言すれば中空円錐台の形状となる。
As described above, the
これまで説明してきた液体流路21及び気体流路22に加えて、液体処理装置1は、ガスをプラズマ化させるための放電部40を有している。放電部40とは、電極間に印加された電位差によって放電が生ずる領域のことを指す。放電部40は、気体流路22内に配置されている。本実施形態においては放電部40を形成させるため、電極として、気体流路22を挟むように対向配置された一対の電極41,42を用いているが、放電部40の形態はこれに限られず、プラズマ発生のための放電部としてこれまでに知られている形態のものであれば制限なく用いることができる。
In addition to the
図4には、図1に示す実施形態の変形例が示されている。図4に示す実施形態においては、第2ブロック20を導電材料から構成し、電極42の代わりに電極として用いることで放電部40を形成している。同様に、電極41を設置せず、第1ブロック10を導電材料から構成し、電極41の代わりに電極として用いてもよい。第1ブロック10及び第2ブロック20の接する面に直接電流が流れることを防ぐため、第1ブロック10及び第2ブロック20の一方は非導電材料から構成されていることが好ましい。
FIG. 4 shows a modification of the embodiment shown in FIG. In the embodiment shown in FIG. 4, the
図1に戻ると、各電極41,42は導電材料から構成されている。各電極41,42は、それらのうちの一方の電極が、気体流路22を画成する2つのブロックである第1ブロック10及び第2ブロック20のうちのいずれか一方に固定されており、他方の電極が、第1ブロック10及び第2ブロック20のうちの他方に固定されている。図1では、第1電極41が第1ブロック10に固定されており、第2電極42が第2ブロック20に固定された状態が示されている。第1ブロック10及び/又は第2ブロック20が導電材料から構成されている場合には、これらのブロックと、電極41,42とは電気的に絶縁されていることが好ましい。
Returning to FIG. 1, each of the
電極41においては、該電極41の面のうち、気体流路22に近い側の面が、換言すれば気体流路22に臨んでいる側の面が、気体流路22の延びる方向と平行になっている。同様に、電極42においても、該電極42の面のうち、気体流路22に近い側の面が、気体流路22の延びる方向と平行になっている。
In the
図1及び図2に示すとおり、電極41,42は、気体流路22のうち、吐出端13に寄りの位置に設置されている。詳細には、電極41,42は、気体流路22のうち第2部位32に設置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
液体処理装置1は、対向する一対の電極41,42間に電圧を印加できるような構成を有している。例えば各電極41,42に電圧を印加するための電線(図示せず)を接続しておき、該電線を、装置1外に設置された電圧源に接続することができる。電圧源は直流電圧源でもよく交流電圧源でもよく、パルス電圧源でも良い。プラズマを生成するための放電方法は、グロー放電、コロナ放電、高周波放電、誘電体バリア放電などが例示できるが、公知のプラズマ生成方法であれば特に制限されない。電圧源によって印加される電圧は、プラズマの効果的な発生の観点から、0.1kV以上であることが好ましく、1.8kV以上であることが更に好ましく、3.0kV以上であることが一層好ましい。また100kV以下であることが好ましく、50kV以下であることが更に好ましく、20kV以下であることが一層好ましい。例えば、電圧源によって印加される電圧は、0.1kV以上100kV以下であることが好ましく、1.8kV以上50kV以下であることが更に好ましく、3.0kV以上20kV以下であることが一層好ましい。
The liquid processing apparatus 1 has a configuration in which a voltage can be applied between a pair of
以上の構成を有する液体処理装置1を運転する場合には、液体流路21の入力端21aから液体流路21内に被反応物を含む液体を供給するとともに、気体の入力端12から気体流路22内にガスを供給する。液体は、被反応物自体が液体の場合には、そのまま用いることができ、被反応物が液体でない場合には、液媒体に溶解又は分散させて用いることができる。液媒体としては、被反応物の種類に応じ、水や非水系媒体を用いることができる。
When the liquid processing apparatus 1 having the above configuration is operated, a liquid containing a reactant is supplied from the input end 21 a of the
気体流路22内に供給されたガスは放電部40に達するとプラズマ化する。発生するプラズマは、低温プラズマであることが、熱による被反応物の変質の抑制や、プラズマ生成における消費電力の低減などの点から好ましい。低温プラズマとは、被反応物との接触時におけるガス温度が200℃以下のプラズマのことである。
When the gas supplied into the
このようにして生じたプラズマPは、図5に示すとおり、気体流路22の吐出端13から装置外へ吐出される。これとともに、液体流路21内を流通してきた液体Lは、吐出端21bから装置外へ吐出される。この場合、吐出端13において、液体流路21はその全周囲が、円環状をしている気体流路22に囲まれているので、液体Lは、吐出端13から吐出されたプラズマPによって囲まれた状態で、吐出端21bから吐出される。したがって液体LとプラズマPとの接触漏れが起こりにくくなる。これらのことに起因して、液体L中の被反応物が効率的に反応する。
The plasma P generated in this way is discharged out of the apparatus from the discharge end 13 of the
しかも気体流路22は、液体流路21の出口に向かって屈曲しており、両流路の延びる方向が交差しているので、プラズマPからなる気流の中を液体Lが強制的に通過することになる。そのことによっても、プラズマPと液体Lとの接触頻度が増加する。この利点を一層顕著なものとする観点から、液体流路21の延びる方向と、気体流路22の延びる方向との交差角は鋭角であることが好ましい。交差角は、特に、5度以上であることが好ましく、15度以上であることが更に好ましく、30度以上であることが一層好ましい。また交差角は、85度以下であることが好ましく、75度以下であることが更に好ましく、60度以下であることが一層好ましい。例えば交差角は、5度以上85度以下であることが好ましく、15度以上75度以下であることが更に好ましく、30度以上60度以下であることが一層好ましい。この交差角は、液体処理装置1を、液体流路21の延びる方向に沿って見たときに、液体流路21の延びる方向と気体流路22の延びる方向とがなす角度のことである。
Moreover, since the
その上、ガスの流速が十分に高い場合、液体Lは吐出端21bから吐出されてプラズマと接触する際、プラズマの気流の力により霧化されて表面積が増大するので、そのことによってもプラズマPの接触機会が大幅に増す。その結果、反応効率が高まる。霧化による液体Lの液滴の大きさは、吐出端21bにおける液体流路21の流路断面積や液体Lの流量のほか、ガスの流量や流速、前記の交差角を調整することでコントロールできる。
In addition, when the gas flow rate is sufficiently high, the liquid L is atomized by the force of the plasma air flow and increases in surface area when discharged from the
更に、液体処理装置1においては、被反応物を含む液体Lの流路21と、該被反応物を反応させるためのプラズマPの流路22とが独立しているので、液体Lは、プラズマPを発生させるための放電部40を通過しない。そのことに起因して、放電部40における放電は、液体の性状に因らず常に一定の状態を保つことが出来る。
Furthermore, in the liquid processing apparatus 1, the
プラズマPによって被反応物の反応を生じさせるためには、生成直後の高活性なプラズマを利用することが有効である。この観点から、プラズマPの発生のための放電部40は、液体Lの吐出端21bに近接した位置に配置されていることが有利である。この観点から、本実施形態の液体処理装置1においては、液体Lの吐出端21bに近接した位置である、気体流路22の第2部位32に放電部40が配置されている。また、プラズマPの放電は、電極41,42におけるガスに臨む面、すなわち気体流路22に近い側の面が、気体流路22の延びる方向と平行になっていることで一層安定化する。
In order to cause the reaction of the reactant by the plasma P, it is effective to use highly active plasma immediately after generation. From this point of view, it is advantageous that the
液体処理装置1を運転する場合には、プラズマによる液体の包囲効果を一層高め、且つ霧化の効果を一層高める観点から、被反応物を含む液体の流量(単位:L/min)に対して、ガスの流量(単位:L/min)の方が多いことが好ましい。例えば被反応物を含む液体の流量(単位:L/min)に対するガスの流量(単位:L/min)の比率(以下「ガス/液比」という。)は、10以上であることが好ましく、100以上であることが更に好ましく、3000以上であることが一層好ましい。また、ガス/液比は、10万以下であることが好ましく、5万以下であることが更に好ましく、2万以下であることが一層好ましい。例えばガス/液比は、10以上10万以下であることが好ましく、100以上5万以下であることが更に好ましく、3000以上2万以下であることが一層好ましい。 When the liquid processing apparatus 1 is operated, from the viewpoint of further enhancing the surrounding effect of the liquid by plasma and further enhancing the effect of atomization, the liquid flow rate (unit: L / min) including the reactants is increased. The gas flow rate (unit: L / min) is preferably larger. For example, the ratio of the gas flow rate (unit: L / min) to the flow rate (unit: L / min) of the liquid containing the reactant (hereinafter referred to as “gas / liquid ratio”) is preferably 10 or more. More preferably, it is 100 or more, and more preferably 3000 or more. The gas / liquid ratio is preferably 100,000 or less, more preferably 50,000 or less, and even more preferably 20,000 or less. For example, the gas / liquid ratio is preferably 10 or more and 100,000 or less, more preferably 100 or more and 50,000 or less, and still more preferably 3000 or more and 20,000 or less.
図6ないし図8には、本発明の液体処理装置の別の実施形態が示されている。これらの図に示す実施形態については、これまで説明してきた実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。また、図6ないし図8において、図1ないし図5と同じ部材には同じ符号を付してある。 6 to 8 show another embodiment of the liquid processing apparatus of the present invention. In the embodiments shown in these drawings, the description of the same points as those of the embodiments described so far will be omitted, and only different points will be described. 6 to 8, the same members as those in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals.
図6に示す実施形態においては、一対の電極41,42の少なくとも一方における気体流路22に近い側の面、すなわちガスに臨む面に誘電体43が配置されている。誘電体43は、ガスに臨む面の全域を被覆するように配置されているか、又はガスに臨む面の少なくとも一部を被覆するように配置されている。図6においては、電極41に誘電体43が設置されている状態が示されているが、これに代えて電極42に誘電体43を設置してもよい。あるいは両電極41,42に誘電体43を設置してもよい。少なくとも一方の電極41,42を誘電体43で被覆することで、異常放電が抑制され、放電を一層安定化させることができ、プラズマを一層安定的に発生させることができる。この観点から、誘電体43としては、ガラス、アルミナ、ジルコニア、オレフィン系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂などを用いることが好ましい。
In the embodiment shown in FIG. 6, the dielectric 43 is disposed on the surface close to the
図7には、図6に示す実施形態の変形例が示されている。図7に示す実施形態においては、第2ブロック20を導電材料から構成し、電極42の代わりに電極として用いることで放電部40を形成している。同様に、電極41を設置せず、第1ブロック10を導電材料から構成し、電極41の代わりに電極として用いてもよい。第1ブロック10及び第2ブロック20の接する面に直接電流が流れることを防ぐため、第1ブロック10及び第2ブロック20の一方は非導電材料から構成されていることが好ましい。
FIG. 7 shows a modification of the embodiment shown in FIG. In the embodiment shown in FIG. 7, the
図8に示す実施形態においては、液体処理装置1が気体流路22の流路幅の調節機構を備えている。流路幅を可変にすることで、ガスの流速が変わり、それによって液体の霧化の状態を変えることができる。また、流路幅を可変にすることで一対の電極41,42間の距離が変わり、放電状態を変えることができる。つまり、流路幅の調節機構は、一対の電極の電極間距離を任意に調節する機構も兼ねている。尤も、電極間距離を任意に調節する機構を、流路幅の調節機構とは別個に設けることは何ら妨げられない。
In the embodiment shown in FIG. 8, the liquid processing apparatus 1 includes a mechanism for adjusting the channel width of the
流路幅の調節機構としては種々のものを用いることができ、その機構に特に制限はない。例えば図8に示す実施形態においては、液体処理装置1を構成する2つのブロック10,20のうち、第2ブロック20を、第1ブロック10に対して進退可能に摺動可能な機構を採用している。ここで言う進退可能とは、液体流路21の延びる方向に沿って進退可能という意味である。そして、摺動方向、すなわち液体流路21の延びる方向と直交する方向において、第1ブロック10と第2ブロック20とが当接する面、すなわち図8中、符号10A,20Aで示す面の間にスペーサ50を介在させることで、流路幅の調整が行われる。スペーサ50の厚みを大きくすることで、流路幅が広がり、また電極間距離が広がる。一方、スペーサ50の厚みを小さくすることで、流路幅が狭まり、また電極間距離が狭まる。
Various mechanisms can be used as the channel width adjusting mechanism, and there is no particular limitation on the mechanism. For example, in the embodiment shown in FIG. 8, a mechanism capable of sliding the
以上の各実施形態の液体処理装置1を用いた被反応物の化学反応の具体例としては、例えば水中の有害物の処理、水中に含まれる菌の殺菌、ガス固定化などが挙げられるがこれらに限られない。 Specific examples of the chemical reaction of the reactant using the liquid treatment apparatus 1 of each of the above embodiments include, for example, treatment of harmful substances in water, sterilization of bacteria contained in water, gas fixation, and the like. Not limited to.
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されず、当業者の通常の知識の範囲内において種々の改変が可能である。そのように改変した実施形態が、本発明の技術思想の範囲内であることは言うまでもない。例えば前記実施形態においては、図3に示すとおり、気体流路22は液体流路21の全周囲にわたって連続するように配置されていたが、これに代えて、気体流路を複数用い、複数の該気体流路の開口、すなわち吐出端を仮想的に結んで形成される図形が閉じた形状となり、その閉じた形状内に液体流路21の吐出端が位置するようにしてもよい。
Although the present invention has been described based on the preferred embodiments thereof, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the ordinary knowledge of those skilled in the art. It goes without saying that such modified embodiments are within the scope of the technical idea of the present invention. For example, in the above embodiment, as shown in FIG. 3, the
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to such examples.
〔実施例1〕
図7に示す実施形態の液体処理装置1を用いて被反応物の反応を行った。吐出端における液体流路21の直径は0.3mmとし、これを中心とする気体流路22の環状の直径は3.0mmとした。
被反応物として青色染料の一種であるインジゴカルミン(関東化学株式会社製、CAS No.860−22−0)を用いた。インジゴカルミンの20mg/L水溶液を調製し、通液量3mL/minで液体流路21に供給した。気体流路22にはプラズマ化させるガスとして窒素ガスを供給した。供給量は10L/min、20L/min、及び50L/minの3条件とした。
電極への印加電圧は5.6kVのパルス電圧とし、周波数は6.0kHz、パルス幅は2.0μsとした。
以上の条件で液体処理装置1を運転した結果、液体処理装置1を流通した後の水溶液はインジゴカルミンの青色が薄れていくことが確認された。この理由は、プラズマや、プラズマと水分子との反応によって生成されたOHラジカルなどの活性酸素を含む活性種が、インジゴカルミンと反応し、インジゴカルミン分子中の発色に関わる化学構造を別の化学構造に変えたためと考えられる。更に、ガスの供給量が増すにつれて水溶液の青色がより薄れていくことが確認された。ガス供給量が10L/min、20L/min、50L/minのときのインジゴカルミンの反応率又は物質転化率は、それぞれ57%、78%、96%であった。これら反応率及び物質転化率は株式会社日立ハイテクサイエンス製の分光光度計U‐3310を用い、波長610nmにおける吸光度を測定し、3つ以上の異なる既知濃度のインジゴカルミン水溶液の吸光度から作製される検量線を用いて算出される濃度を基に計算される。反応率及び物質転化率は、液体処理装置1を流通した後のインジゴカルミン濃度を、液体処理装置1を流通する前のインジゴカルミン濃度で除することによって算出される。尚、ガスの供給量が増すことで反応が促進された理由は、プラズマによる被反応物の包囲効果が向上したことや、水溶液の霧化が進みプラズマと水溶液の接触面積が増大したことが考えられる。
[Example 1]
The reactant was reacted using the liquid processing apparatus 1 of the embodiment shown in FIG. The diameter of the
Indigo carmine (Kanto Chemical Co., Ltd., CAS No. 860-22-0), which is a kind of blue dye, was used as a reaction product. A 20 mg / L aqueous solution of indigo carmine was prepared and supplied to the
The voltage applied to the electrodes was a pulse voltage of 5.6 kV, the frequency was 6.0 kHz, and the pulse width was 2.0 μs.
As a result of operating the liquid processing apparatus 1 under the above conditions, it was confirmed that the blue color of indigo carmine fades in the aqueous solution after flowing through the liquid processing apparatus 1. The reason for this is that active species containing active oxygen such as plasma and OH radicals generated by the reaction of plasma and water molecules react with indigo carmine, and the chemical structure related to color development in the indigo carmine molecule is different from other chemicals. This is thought to be due to the change in structure. Further, it was confirmed that the blue color of the aqueous solution faded as the gas supply amount increased. The reaction rate or substance conversion rate of indigo carmine when the gas supply amount was 10 L / min, 20 L / min, and 50 L / min were 57%, 78%, and 96%, respectively. These reaction rates and substance conversion rates were determined by measuring absorbance at a wavelength of 610 nm using a spectrophotometer U-3310 manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd. Calculated based on the concentration calculated using the line. The reaction rate and the substance conversion rate are calculated by dividing the indigo carmine concentration after flowing through the liquid processing apparatus 1 by the indigo carmine concentration before flowing through the liquid processing apparatus 1. The reason why the reaction was promoted by increasing the gas supply amount is that the surrounding effect of the reactants by the plasma was improved, and the contact area between the plasma and the aqueous solution increased because of the atomization of the aqueous solution. It is done.
1 液体処理装置
10 第1ブロック
11 ネジ穴
12 気体の入力端
13 気体の吐出端
20 第2ブロック
21 液体流路
21a 液体の入力端
21b 液体の吐出端
22 気体流路
31 第1部位
32 第2部位
40 放電部
41,42 電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記液体流路の出口において、前記気体流路は前記液体流路を取り囲むように配置されており、
前記放電部は前記気体流路内に配置されており、
前記液体流路の出口において、該液体流路の延びる方向と、前記気体流路の延びる方向とが鋭角に交差するように、該気体流路及び該液体流路が延びている、液体処理装置。 A liquid processing apparatus having a liquid flow path through which a reaction object flows, a gas flow path through which a gas flows, and a discharge unit for converting the gas into plasma,
At the outlet of the liquid channel, the gas channel is disposed so as to surround the liquid channel,
The discharge part is disposed in the gas flow path;
A liquid processing apparatus in which the gas flow path and the liquid flow path extend so that the direction in which the liquid flow path extends and the direction in which the gas flow path extends at an acute angle at the outlet of the liquid flow path .
各電極においては、該電極の面のうち、前記気体流路に近い側の面が、該気体流路の延びる方向と平行になっている請求項1ないし3のいずれか一項に記載の液体処理装置。 The discharge unit includes a pair of electrodes arranged to face each other with the gas flow path interposed therebetween,
4. The liquid according to claim 1, wherein a surface of the electrode that is closer to the gas flow channel is parallel to a direction in which the gas flow channel extends. Processing equipment.
前記液体流路内に被反応物を含む液体を流通させつつ、前記気体流路にガスを流通させるとともに該気体流路内で該ガスをプラズマ化させ、
前記液体流路から吐出された前記液体と、前記気体流路から吐出されたプラズマ化したガスとを接触させて、該液体中の前記被反応物をプラズマによって化学反応させる、液体処理方法。 A liquid processing method using the liquid processing apparatus according to any one of claims 1 to 6,
While circulating the liquid containing the reactant in the liquid channel, the gas is circulated in the gas channel and the gas is turned into plasma in the gas channel,
A liquid processing method, wherein the liquid discharged from the liquid flow path is brought into contact with a plasma gas discharged from the gas flow path, and the reactant in the liquid is chemically reacted by plasma.
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