@phdthesis{oai:sucra.repo.nii.ac.jp:00019173,
 author = {安井, 文男},
 month = {},
 note = {141p, 揮発性有機化合物(VOC)ガスは工場、発電所、自動車、家庭での固体燃料の燃焼などの人工発生源、および火山などの自然発生源から排出され、大気汚染の原因物質なるだけでなく、直接人体へも悪影響を及ぼす。VOCガスによる大気汚染は無数の化学物質や化学反応に起因しており、その機構を解明し反応過程において大気汚染を抑制することは困難とされる。そこで、種々の発生源から排出されるVOCガスを排出直後、もしくはその途中で削減することは大気汚染の改善に繋がるだけでなく、工場などの作業員および周辺住民への健康リスクを低減することにも繋がる。放出されるVOCガスは使用している施設の種類によって、その物性も濃度も様々であり、物性や発生濃度に適した処理手法を提案する必要がある。
そこで、本研究では、VOCの濃度および物性に対して異なるタイプの新しい空気浄化手法を提案し、非水溶性低濃度VOC、水溶性低濃度VOCおよび高濃度VOCについて、それぞれの除去手法の検証を行った。
非水溶性低濃度VOCに対しては、活性炭など吸着材による吸着除去が知られている。吸着材は吸着容量が決まっており、飽和に達すると交換を行わなければならない。また交換後の吸着材は高濃度にVOCを吸着しているため、燃焼処理など別の除去方法が必要となる。そこで、吸着したVOCをその場で分解し、吸着容量を回復させながら運用できれば、吸着材の長寿命化が図れる。一方で、オゾンガスをオゾン分解触媒（ODC）へ通過するとオゾンは分解し、OHラジカルなどの活性種が発生することが知られている。そこで本研究では、これら活性種をVOCの分解へ応用することを検討した。二酸化マンガン系ODCが固定化された不織布を開発し、オゾン接触酸化によるトルエン（排出される非水溶性VOCのうち、日本で最も排出されているVOC）の吸着および分解について検証を行った。また、UV照射（UV254）の有無、相対湿度およびO3 濃度を条件としトルエン除去率および無機化率について調査した。高湿度条件ではトルエン除去率は低下したが、UV254 照射を行うとトルエン分解率が回復し、無機化率が高まることを確認した。
水溶性低濃度VOCに対しては、吸収液を用いた吸収除去が知られている。その中でスクラバー法は代表的な吸収除去方法の一つである。除去された水溶性VOCを含んだ吸収液はそのまま放流できないため、排水処理施設または産業排水として処理する必要がある。そこで、汚染された吸収液をその場で再生しスクラバーへ戻して再利用することができれば、吸収液の使用量削減につながり省エネルギー技術となる。本研究では、排水処理にて数多く研究されている促進酸化処理法（advanced oxidation process : AOP）について検討した。AOPはOHラジカルをいかに効率よく生成し、汚染物質と接触させるかが重要である。そのため本研究では、OHラジカルを生成する方法として、光触媒反応、O3またはH2O2とUVによる光分解反応、H2O2とO3との反応（ペロキソン反応）を組み合わせて検証を行った。光触媒は液中に懸濁体として導入すると処理液をそのまま排出できないため、ろ過工程が必須となる。また、光触媒粒子をバインダーなどで固めてしまうと光の照射エリアが限定され、反応効率が減少してしまう。そこで、光触媒粒子量を増やすことを目的として不織布に直接光触媒粒子を担持した2種類の形状の異なるTiO2不織布を開発するとともに、オゾンマイクロバブルと組み合わせることで両者の性能評価を行った。さらに、不織布に担持させた光触媒／オゾンマイクロバブルに過酸化水素を組み合わせ、ペロキソン反応による反応促進と処理時間の短縮を図った。水溶性VOCの代表的な物質として、薬品による洗浄工程などでよく使用されているイソプロピルアルコール（IPA）をモデル物質として、その完全分解および無機化作用について調査した。また、光触媒を担持した不織布の素材についても検討を行い、不織布に担持させた光触媒／オゾンマイクロバブル／過酸化水素を組み合わせることによって、IPAの完全分解および無機化率が高まることを確認した。
高濃度VOCは燃焼法によって除去されることが多いが、着火時およびVOC濃度が低下した際の補助燃料の使用、燃焼後の高温排気対策が必要である。また、VOC濃度が変動する場合は、濃度を安定化させる濃縮装置が必要となる。そこで、高濃度VOCをマイクロバブリングによって液中へ導入し、捕捉する新しい手法を構築した。水表面へ油状物質を少量添加（水に対して油の体積分率が4％）した条件で、非水溶性物質であるトルエンをマイクロバブリングによって供給することにより、液中捕捉の高効率維持（4日間）が図れた。さらに、24日間の長期連続捕捉実験を行い、捕捉メカニズムも明らかにした。
最後に、本研究にて得られた知見を総括しまとめ、さらに今後の課題等について言及した。, 第1章 序論........................................................................................................................ 1
 1-1 研究背景および目的 ................................................................................................ 1
 1-2 VOCsの概要 ........................................................................................................... 1
  1-2-1 VOCsの定義 ................................................................................................... 1
  1-2-2 主なVOCsとその供給源 ................................................................................. 2
  1-2-3 VOCsの環境および健康への影響 .................................................................... 3
  1-2-4 排出規制および指針値 ..................................................................................... 7
  1-2-5 発生源および排出量 ......................................................................................... 8
 1-3 VOCs削減のための処理技術 .................................................................................11
  1-3-1 プロセスおよび機器の改造 .............................................................................12
  1-3-2 処理技術 .........................................................................................................12
 1-4 対象物質の物性と濃度 ...........................................................................................30
  1-4-1 非水溶性対象物質（トルエン）の物性 ...........................................................30
  1-4-2 水溶性対象物質（2－プロパノール（IPA））の物性 .....................................33
  1-4-3 対象濃度 .........................................................................................................35
 1-5 第１章まとめ .........................................................................................................35
 1-6 本論文の構成 ..........................................................................................................35
 1-7 第１章参考文献 ......................................................................................................36
第2章 不織布に固定化されたMnO2系オゾン分解触媒を用いたトルエンガスのオゾン接触酸化に関する研究 ............................................................................................................47
 2-1 はじめに .................................................................................................................47
 2-2 材料と方法 .............................................................................................................48
  2-2-1 実験装置概要と手順 ........................................................................................48
  2-2-2 不織布ODC .....................................................................................................50
  2-2-3 分析方法 .........................................................................................................51
 2-3 結果と考察 .............................................................................................................51
  2-3-1 ハニカムODCの性能試験 ..............................................................................51
  2-3-2 トルエンガス除去におけるO3の影響 .............................................................53
  2-3-3 O3分解 ............................................................................................................54
  2-3-4 様々な条件下でのトルエンの除去 ..................................................................56
  2-3-5 無機化率 .........................................................................................................58
 2-4 第２章まとめ ..........................................................................................................60
 2-5 第２章参考文献 ......................................................................................................60
第3章 不織布に担持した光触媒とオゾンマイクロバブルを用いた液相での2-プロパノールの分解に関する研究 ........................................................................................................65
 3-1 はじめに .................................................................................................................65
 3-2 材料と方法 .............................................................................................................66
  3-2-1 実験1：概要と手順 ........................................................................................66
  3-2-2 不織布の形態 ..................................................................................................68
  3-2-3 実験2：概要と手順 ........................................................................................71
  3-2-4 分析方法 .........................................................................................................73
 3-3 結果と考察 .............................................................................................................73
  3-3-1 実験1：IPA除去に対する不織布の形態と影響 ..............................................73
  3-3-2 実験2：実験条件の影響 .................................................................................75
  3-3-3 反応速度の比較 ...............................................................................................78
 3-4 第３章まとめ ..........................................................................................................80
 3-5 第３章参考文献 ......................................................................................................80
第4章 H2O2およびO3マイクロバブルの付加とUV光照射下で不織布に担持したTiO2を使用した2-プロパノールの完全分解に関する研究 .............................................................85
 4-1 はじめに .................................................................................................................85
 4-2 材料と方法 .............................................................................................................86
  4-2-1 実験方法 .........................................................................................................86
  4-2-2 分析方法 .........................................................................................................88
 4-3 結果と考察 .............................................................................................................88
  4-3-1 TiO2嵩高不織布の性能 ...................................................................................88
  4-3-2 低濃度O3MB / UV / TiO2-TP条件下でのIPA分解 .......................................90
  4-3-3 低濃度および高濃度のO3条件下で行われるO3MB / UV / TiO2-TP反応の有効性の比較 .......................................................................................................................91
  4-3-4 IPA分解のための最適なH2O2 / O3MBモル比 ..............................................94
  4-3-5 TiO2担持不織布を使用した最適なRM値 ........................................................95
  4-3-6 H2O2 / O3MB / UV / TiO2-PET条件下でのIPA分解 ....................................98
 4-4 第４章まとめ .......................................................................................................101
 4-5 第４章参考文献 ....................................................................................................101
第5章 マイクロバブルを使用した水/油カラムによるガス状および粒子状汚染物質の液相への捕捉に関する研究 ......................................................................................................106
 5-1 はじめに ...............................................................................................................106
 5-2 材料と方法 ...........................................................................................................107
  5-2-1 トルエンガス捕捉実験方法 ...........................................................................107
  5-2-2 粒子状汚染物質捕捉実験方法 .......................................................................109
  5-2-3 捕捉効率の算出方法 ......................................................................................110
  5-2-4 油状物質 .......................................................................................................111
 5-3 実験結果と考察 ....................................................................................................112
  5-3-1 ガス状物質捕捉に与える気泡径の影響（油状物質未添加） ..........................112
  5-3-2 粒子状物質捕捉に与える気泡径の影響（油状物質未添加） ..........................113
  5-3-3 水温の影響（油状物質未添加） .....................................................................115
  5-3-4 水中への連続捕捉実験（油状物質未添加） ...................................................117
  5-3-5 油状物質の添加効果 ......................................................................................118
 5-4 第５章まとめ ........................................................................................................128
 5-5 第５章参考文献 ....................................................................................................129
第6章 総括.....................................................................................................................134
 6-1 本研究のまとめ ......................................................................................................134
 6-2 今後の展望 .............................................................................................................137
 6-3 第６章 参考文献 ......................................................................................................138
本論文に関連する研究業績一覧 ........................................................................................139
謝辞 ...................................................................................................................................141, 指導教員 : 関口和彦准教授, text, application/pdf},
 school = {埼玉大学},
 title = {固定化触媒ならびに油状物質添加水への微細気泡導入を応用した VOC ガス向け小規模空気浄化手法に関する研究},
 year = {2020},
 yomi = {ヤスイ, フミオ}
}