2021年室内環境学会学術大会講演要旨集, 214-215(2021)

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大気エアロゾル生成能のオゾン発生方式による違い

Difference in aerosol production due to ozone-generation methods

内藤敬祐¹⁾、佐畠健一¹⁾、西尾謙吾^1)
1) ウシオ電機株式会社
Keisuke NAITO ¹⁾, Kenichi SABATAKE ¹⁾ , Kengo NISHIO ^1)
1) USHIO INC.

 

Abstract: The main method for ozone-generation for deodorizer use has been electric discharge of air under atmospheric pressure. This method induces the formation of byproducts, chemicals and aerosols. However, the ozone-generation with vacuum ultraviolet rays induces much fewer byproducts than by atomospheric pressure discharge. To investigate the difference in aerosol production due to ozone-generation methods, we have performed experiments using air samples contaminated by ammonia or methylmercaptan. It was comfirmed that the production of aerosols that contain nitrates or sulfates by atomospheric pressure discharge, while not by ultraviolet irradiation. These corrosive substances that adsorb on room interior materials might cause environmental problems.


キーワード：オゾン発生器、エアロゾル、放電式、真空紫外線式

 

１．緒言

　オゾンは古くから脱臭、除菌、漂白など産業利用されてきた物質であり、その発生方法はオゾン発生効率の観点から大気圧放電によるものが主流である。近年、172 nm真空紫外線を用いたオゾン発生器が市販され、そのオゾン発生効率は大気圧放電と同程度である。
　紫外線式オゾン生成の特徴は、室内空気など窒素を含む原料ガスを使用しても副生成物であるNOxを生成しないことである。一方、大気圧放電式オゾン発生器を用いるとNOxが生成し、使用環境によってはNOx以外の副生成物の存在が臭気として感知され、またエアロゾル生成が報告されている。^{1), 2)}
　今回の報告では、室内空気を原料ガスとして用いる紫外線式と大気圧放電式のオゾン発生器の両者において、室内空気の清浄度を示す重要な指標であるエアロゾル生成能評価を行った。

 

２．方法

　実験は1 m³チャンバー（PET製）内にオゾン発生量1 g/hのオゾン発生器と計測器を設置し、脱臭現場を模擬するための悪臭物質を注入した。オゾン発生器は大気圧放電式（GWD-1000FR, オーニット(株)）、紫外線式（XOR-1000P, ウシオ電機(株)）を用いた。悪臭物質はトイレや介護現場で高頻度に検出されるアンモニア（NH₃）、メチルメルカプタン（MM）を用いた。エアロゾルの粒径と密度計測はパーティクルカウンター（KR-12A, リオン）で行い、エアロゾル成分分析はイオンクロマトグラフィーと吸光光度法により行った。
　また、フィールドテストとして、姫路市の社会福祉法人「幸なごみの里」内の汚物処理室26.8 m³（Fig.1）にてチャンバー実験と同じ器材を用いて現場検証を行った。この際、日鉄テクノロジー株式会社にてエアーサンプラー（LV-250, 柴田科学(株)）で5 m³の雰囲気を捕集し、エアロゾルの濃度、形状、成分分析を行って頂いた。
 

Fig. 1 verification site (Nagominosato)

 

３．結果

　実験結果をFig.2に示す。大気圧放電式のオゾン発生器は悪臭物質が存在する環境下で、稼働直後から粒径0.3 μm以下のエアロゾルが生成されたが、紫外線式ではエアロゾルは生成されなかった。大気圧放電式で発生したエアロゾルの成分分析の結果をTable 1に示す。エアロゾルには硝酸塩、硫酸塩が含まれていることが確認された。
 

Fig. 2 Time profiles of aerosol density in the chamber


Table 1 Composition of aerosol sampled in the site: Concentration in units of μg/m³

 

４．考察

　放電式オゾン発生器により生成したエアロゾルは硫酸塩、硝酸塩を含む。この硝酸塩の生成経路は下記と考えられる。（イオン分子反応を除く）
 

　N₂ + e → 2N　(1)
　O₂ + e → 2O → O₃　(2)
　N + O → NO → NO₂→ HNO₃　(3)
　HNO₃ + NH₃→ NH₄NO₃　(4)

硫酸塩は

　RSH + e → S, SH, CS etc. + O₂, O₃→ SO₂ 　(5)
　SO₂ + O → SO₃　(6)
　SO₃ + H₂O → H₂SO₄　(7)
　H₂SO₄ + NH₃→ (NH₄)2SO₄　(8)

　紫外線式の場合、光源から放射される光の波長では窒素の光吸収が無いため、(1)式の反応が起こらない。同様に紫外線式では電子放出も発生しないため、(5)式の反応も起こらない。また、オゾン酸化によるMMからSO2生成に至るまでの反応時間が非常に長いため、エアロゾルが検出されなかったと考えられる。

　今回評価したオゾン発生器は無人空間で使用するものなのでヒトが高濃度のエアロゾルに直接曝露されるリスクは低いが、室内の内装物や壁面等へのエアロゾル沈着がある。また、硝酸塩、硫酸塩ともに腐食性が報告されている物質であることから、沈着後の内装材への影響が懸念される。³⁾

 

５．まとめ

　大気圧放電式、紫外線式の2種類のオゾン発生器を用いて悪臭物質（アンモニア、メチルメルカプタン）が存在する環境下でオゾン発生させた。大気圧放電式は硫酸塩、硝酸塩を含むエアロゾルを生成したが、紫外線式では検出されなかった。実際の現場においても同様な結果が確認された。生成したエアロゾルには腐食性が報告されている成分が含まれているため、内装物への沈着と、その成分の脱着による室内環境問題発生が懸念される。

 

文献

1) K. Naito et al., Abstract of the 32th Annual Conference on Odor Environment, 2018
2) A. Mizuno, Aerosol Research, 10(1), 28-34 (1995)
3) M. Watanabe et al., Zairyo-to-Kankyo, 51, 60-66, (2002)