Ultrafine-Bubbles
ウルトラファインバブルの性質の解明/洗浄効果の検証

ウルトラファインバブル水による壁洗浄
Wall Cleaning with Ultrafine Bubble Water
UFB水により壁面に付着した各種の物質の除去メカニズムの解明を行っています。


ウルトラファインバブルによる水中でのマイクロバブル核生成の促進
Promotion of Nuclear Generation of Microbubbles in Ultrafine Bubble Water
UFBフリー水(ウルトラファインバブル無しの超純水)でのマイクロバブルの発生から浮上離脱
UFB水(ウルトラファインバブル含有超純水)中でのマイクロバブルの発生から浮上離脱
明らかにUFB水中ではマイクロバブルの発生個数が多く、サイズも小さい




Microbubbles
マイクロバブル応用技術/廃水・汚水処理技術/新素材開発


マイクロバブルゲルビーズの生成
Production of Microbubble Gel Beads
マイクロバブルを内包するアルギン酸ゲルビースを生成し、気体カプセル化技術を開発しました。
マイクロバブルゲルビースは乾燥させると多数の部屋をもつドライゲルビーズカプセルになります。


マイクロバブル浮上分離によるポリフェノールの選択的分離
Recovery of Polyphenol from Aqueous solution Using Microbubble Flotation
ポリフェノール混合液中からルチンの分離をマイクロバブル浮上分離により成功しました。

超音波照射によるマイクロバブルの凝集と解砕
Agglomeration and Re-dispersion of Microbubbles Using Ultrasonic Irradiation



マイクロバブルに超音波を照射すると、「合体」することなく、「凝集」が生じます。そのため超音波照射を停止するともとの分散状態に戻ります。
超音波照射前
マイクロバブルは均一に分散
超音波照射中
マイクロバブルが葡萄状に凝集
超音波照射中
凝集体は帯状に発達

マイクロバブルの溶解収縮を利用した新しい有機結晶析出法の開発
Development of Novel Organic Crystallization Using Micro-bubble Shrinkage
液中に導入されたマイクロバブルの急速収縮により、有機物(スクロース)の結晶生成に成功しました。

マイクロバブルの溶解収縮を利用した新しい無機結晶析出法の開発
Development of Novel Inorganic Crystallization Using Micro-bubble Shrinkage

液中に導入された単一マイクロバブル

マイクロバブル溶解収縮晶析法で析出したNaCl結晶
マイクロバブルの表面には液中のイオン(分子)が吸着されます。またマイクロバブルは液中で急速に収縮するため、表面のイオン(分子)が狭い領域に追い詰められ、局所濃度が溶解度を超えると析出が生じます。

マイクロバブルを利用した酸化鉄微粒子除去プロセスの開発
Development of Iron Oxide Suspension Using Micro-bubbles

初濃度100ppm
(赤く濁っている)

60分マイクロバブル通気後

(ほぼ透明化し、反対面に張ったエンブレムがはっきり見える)
マイクロバブルのもつ負の帯電により、正に帯電した酸化鉄微粒子が電気的吸着を生じます。これを用いて約60分のマイクロバブリングにより100ppmの酸化鉄微粒子懸濁液(写真左)が10ppm(写真右)まで除去できました。

マイクロバブルを利用したカーボン微粒子懸濁廃水浄化プロセスの開発
Development of Carbon Suspended Waste Water Treatment Using Micro-bubbles
マイクロバブルの電気的吸着性を利用した廃水中に含まれるカーボン微粒子の吸着による除去プロセスの開発を行っています。
カーボン微粒子は正に帯電しており、マイクロバブルは負に帯電する性質があるので、両者を接触させると吸着が起こり、浮上していきます。これを利用すると水中からカーボン微粒子だけを分離できます。
すでに、液中のカーボン懸濁物の分離についての成果はTV報道されました。

追加動力を必要としないサブミリバブル発生装置の開発
Development of Submillibubble Distributors
一般的なマイクロバブル発生器では液駆動ポンプなど付加的な動力が必要です。本研究では不可動力を追加せずに、ガス分散器構造の工夫によって、1mm以下の気泡を発生させることを実現しました。これにより低エネルギーコストで高いガス溶解速度を得ることができます。
2007特許出願済

マイクロバブル分散器の化学工学的適用性の検討
Evaluation of Microbubble Distributors for Industrial Uses.
現在、様々な種類のマイクロバブル発生装置が開発されています。その中のいくつかはすでに市販されています。しかし、マイクロバブル発生器を化学反応装置に使用する場合には、その正確な性能が既知でないと使用することはたいへん危険です。そのため、事前にマイクロバブル発生器の性能を知る必要があります。本研究室では各種マイクロバブル発生器について、化学反応装置への適用の際に重要となるいくつかの点に注目して、化学工学的面から評価を行っています。

マイクロバブルを利用した新規材料の開発
Development of Novel Functional Materials Containing Microbubbles
マイクロバブルを利用した新しい材料に関する研究を行っています。マイクロバブルの応用分野としては、現在液相を対象としたものがほとんどですが、本研究室ではマイクロバブルを機能性素材として注目しています。

新しいマイクロバブル発生装置の開発
Development of Novel Microbubble Generators
これまでに市販されているほとんどのマイクロバブル発生器は強力な液ポンプを必要とします。そのため、マイクロバブルの発生には必ず高速の液流が伴います。本研究室では、液ポンプが不要なマイクロバブル発生方法として、蒸気凝縮法を用いた新しいマイクロバブル発生器の開発を行いました。
2005年特許出願済

マイクロバブルを利用した化学プロセスの開発
Research on Micro-bubbles for Novel Chemical Processes
本研究室ではマイクロバブルの化学プロセスへの応用に関する研究を重点的に行い、日本混相流学会マイクロナノバブル研究会で成果報告をしています。
マイクロバブルは、直径が40ミクロン以下の非常に小さい気泡で、通常の気泡と違ってさまざまな効果を持っています。それを化学工業の気液接触プロセスに応用すると今までに無い有効な機能が現れます。

マイクロドロップ発生装置の開発
Development of Novel Microdrop Generators
蒸気凝縮法を用いると、マイクロバブルだけでなくマイクロドロップ(液滴)やマイクロ2相泡を簡単に製造することも可能です。2005年特許出願済

液中のマイクロバブルの除去装置の開発
Development of Microbubble Removers
液中に混入したマイクロバブルは、逆になかなか除去できないなどかえってトラブルの原因になることもあります。マイクロバブルの除去にはろ過、浮上分離、遠心分離、サイクロンなどの方法がありますが、連続処理が可能で、また液流量が小さい場合に使用できる新しい方式の気泡分離装置を開発しました。これは遠心力とろ過を組み合わせた方法で、装置の小型化が容易です。
2005年特許出願済

下降液流中への下向きの気泡生成
Bubble Dispersion in Downward Liquid Flow
気泡は浮力があるため通常は上昇しますが、上昇速度より速い下降液流れでは気泡は液とともに下降していきます。
化学反応装置の中には装置内循環流を発生させ、下から上向きに液を流し、その液を別のルートで下降させる場合があります。気泡の導入方法や液の物性などにより、下降液中に気泡が混じるケースがありますが、このときの気泡の挙動は不明です。そこで本研究ではその基礎研究として下向きの液流れ中に気泡を分散させる際の生成メカニズムの解明を行っています。

冷却液相中におかれた単一ノズルから凝縮を伴いつつ生成する気液2相気泡の生成
Two-phase Bubble Formation from a Nozzle with Condensation
冷却液中に、その冷却液と混じり合わない物質を気化させた蒸気を吹き込むと、凝縮して液化しながら気泡として膨張します。膨張速度が液化速度より小さいと、この2相気泡は気泡として離脱していくことができません。このような現象には、蒸気のもつ熱が冷却液に奪われていく熱移動と気泡に新しい蒸気が供給されていく現象とが同時に起こっています。このような直接接触凝縮により、気液2相気泡をへて液滴となるメカニズムを明らかにする研究を行っています。このような系は直接接触式熱交換器で見られます。一方、気泡をノズルから均一に生成させる技術はすでにかなり進んでいますが、均一液滴生成を行う場合には精密な制御機器が必要になります。そこで一旦、気泡として液中に発生させた後、凝縮させることで均一な液滴を容易に作ることができます。
日本工業新聞平成12年(2000年)7月18日(火)記事

CFDによる単一上昇気泡周りの液流速の推定
Simulation of Liquid Velocity Profile around a Single Rising Bubble in Liquid by CFD
最近では多くの数値流体力学計算を行うことができるソフトウェアも市販されてきています。そうしたソフトを有効に利用し、実験で得られた貴重なデータを導入することにより、ソフトの信頼性を向上させ、装置設計に生かすことができます。





Ecology
環境対策技術開発・地球温暖化防止技術開発・水質浄化技術開発

火力発電所の排ガス中の炭酸ガス回収プロセスの開発
Development of CO2 Removal Process in Power Plant
 最近、CO2ガスを600〜800℃の高温下で高濃度で吸収できる画期的なセラミック粒子が開発されました。この粒子を用いると、火力発電所から排出される高温の排気ガスを冷却することなく最初にCO2だけを分離除去できます。そのため、貴重な熱エネルギーのロスがなくなります。一方、化石燃料の燃焼前改質と併用すれば、より低コストで運転も可能です。しかし、実用化を行うには、さらに高効率な運転方法や装置設計が必要です。
 そこで、本研究ではまずその基礎研究として、高温CO2吸収粒子および吸収媒体の製造法の検討および、より高性能なプロセスシステムの開発を行っています。

2005年特許出願済


高温溶融塩を利用した気液系化学反応
Reaction Engineering on Gas-Liquuid System Using Molten Salt
従来の気液系化学反応は水溶液あるいは有機溶媒を連続液相とするものがほとんどであるため、100℃を超える高温場での反応の例はほとんどありません。しかし、高温で液体となる溶融塩を連続液相とし、気体との反応を行わせると、高温であることにより非常に高速な反応速度を実現することができます。そこでこの技術を応用して革新的な高速反応装置の実現を目指して研究を行っています。

好気性活性汚泥を用いた有機物分解用曝気塔の開発
好気性活性汚泥は現在、生物化学的な有機排水処理プロセスにおいて広く用いられています。しかし、その運転方法や曝気装置の様式によって性能が変化します。そこで本研究室ではこれまでに培ってきたさまざまな気泡塔様式と好気性活性汚泥による排水処理装置との適合性を明らかにしていく研究を行っています。