球状氷結晶への硫酸イオン等の酸性降下物質の取り込み現象と溶解現象に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650756
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 田口 洋治 新潟大学, 工学部, 助教授 (90018490)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木村 勇雄 新潟大学, 地域共同研究センター, 助教授 (00169921) ; 山本 仁志 新潟大学, 農学部, 教授 (30018543) ; 青山 清道 新潟大学, 積雪地域災害研究センター, 助教授 (50018488) ; 狩野 直樹 新潟大学, 工学部, 助手 (00272857)
• Keywords: 晶析 / 氷 / 不純物 / Inclusion / 硫酸イオン / 硝酸イオン / リン酸イオン / アンモニアイオン

Research Abstract

硫酸イオン等の酸性物質及びリン酸やアンモニウムイオンを含む水溶液を用い,人工的にそれらの球状氷を生成し,それら塩の氷中への取り込み現象を検討し,次の結論を得た。
1.リン酸とアンモニウムイオンを含む液を凍結し,溶解し,生成時の氷中への両塩の取り込みを検討した。氷溶解初期の流出液中のイオン濃度は常に高いことから,氷表面付近に塩が濃縮されると推定された。流出液中のイオン濃度は,溶解方法により異なるが,アンモニウムの方がリン酸より高い値であった。氷生成が遅いほど,溶液中のイオン濃度(C_0)が低いほど,高い濃度比(C/C_0)の流出液が得られた。この結果は,硫酸,硝酸,塩化物イオン等の酸性物質の取り込み現象とほぼ同じであった。
2.リン酸又はアンモニウムイオンを含む液から直径7cmの球状氷を生成し,溶解しても,最初の流出液中のそれらの濃度はやはり高い値を示した。一方,直径7cmの球状氷を端からスライスし,スライス片を溶解し,氷中の塩の濃度分布を求めたところ,中心付近にピークが存在する結果を得た。この結果は,溶解時の流出液中の塩の濃度変化と一見矛盾する。その原因は,氷中の亀裂や凝固点降下による影響と推定されるが,まだ実証段階に至ってない。今後もこの実証努力を継続したい。
3.純水で生成した球状氷へリン酸とアンモニウムイオンを吸着させたところ,アンモニウムよりリン酸の吸着量が多く,比較的大きな選択性が認められた。0.2〜0.5℃の範囲で両イオンともよく吸着した。吸着等温線はラングミュア型と推定された。
現在,球状氷凍結速度と吸着速度から氷中の塩の分布を推定するモデルを引き続き検討中である。

Research Products

• [Publications] Yoji Taguchi: "Inclusion Phenomena of Phosphate and Ammonium Ions into Ice Crystals"Proceedings of 2nd International Workshop on Industrial Crystallization. 104-107 (1999)
• [Publications] Yoji Taguchi: "Inclusion Phenomena of Phosphate and Ammonium Ions in Spherically Shaped Ice"Powder Technology. 11. (2000)