溶質-溶媒間相互作用を考慮した超臨界溶媒中における物質移動過程の解明

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650888
• Research Institution: CHUO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 船造 俊孝 中央大学, 理工学部, 助教授 (60165454)
• Keywords: 物質移動 / 超臨界 / 相互作用 / 拡散係数 / 軸方向有効分散係数 / FTIR

Research Abstract

超臨界流体中における物質移動について、(1)FTIRによる吸光度測定から溶質-溶媒間相互作用を明らかにし、(2)超臨界流体中における溶質分子の分子拡散係数をTaylor法により、(3)吸着充填層等の設計に必要な移動パラメータの一つである超臨界水中における軸方向有効分散係数をクロマト法によりそれぞれ測定した。さらに、(4)超臨界流体中での熱分解および加水分解反応についての速度解析を行った。
FTIRの測定結果から臨界点近傍でC=O伸縮振動ピークの吸収強度が濃度に比例せず、極大値をもつ領域があることを見いだした。そして、溶質の吸光度変化より溶質-溶媒分子のクラスターが形成する温度-圧力範囲があることを明らかにし、この範囲は分子拡散係数の臨界点異常を引き起こす領域とほぼ一致することがわかった。
アセトンを溶媒とした場合の超臨界二酸化炭素中での分子拡散係数について、35℃では7.4-8.1MPaで臨界異常を示すが、40℃では全く示さなかった。ベンゼンについても40°Cでは異常を示さなかった。分子拡散係数は臨界点異常を示さない項と異常を表す項との線形の形として表されることがわかった(この結果については論文投稿中)。アセトンおよびベンゼンを溶質とする分子拡散係数を求め、これらの値を圧力あるいは粘度の関数として表した。
充填層軸方向有効分散係数は流体の種類によってその値は異なるが、温度、圧力によらずSchmidt数とReynolds数、空隙率、分子拡散係数からなる一つの関数として表すことができた。これは1atmでの有機溶媒の場合についても同様に成り立つことがわかった。軸方向有効分散係数については臨界点異常は確認されなかった。
超臨界および亜臨界水中でジベンジルエーテルの分解反応を行い、加水分解と熱分解経路による分解反応モデルにより、生成物収率を精度よく表せた。

Research Products

• [Publications] T.Funazukuri: "Tracer diffusion coeffecients of benzene in dense CO_2 at 313.2K and 8.5-30MPa" Fluid Phase Equilibia. 125. 235-243 (1996)
• [Publications] T.Funazukuri: "Effective axial dispersion coefficients in packed beds under supercritical conditions" Proc.of the 4th International symposium on supercritical Fluids. 5-8 (1997)
• [Publications] T.Funazukuri: "FTIR spectra of acetone in sub-and supercritical CO_2 in the near-critical region" Prof.of the 4th International symposium on supercritical Fluids. 671-674 (1997)
• [Publications] T.Funazukuri: "Rate of dibenzyl ether decomposition in supercritical water" Fuel. 76. 865-870 (1997)
• [Publications] T.Funazukuri: "Effective axial dispersion coeffecients in packed beds under supercritical" J.of Supercritical Fluids. 印刷中. (1998)