有機廃棄物の水熱反応資源化で生成した有用物質の超臨界二酸化炭素による分離

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350530
• Research Institution: Tohoku university
• Principal Investigator: 木下 睦 東北大学, 大学院・環境科学研究科, 助手 (70261592)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 金 放鳴 東北大学, 大学院・環境科学研究科, 講師 (90323039) ; 榎本 兵治 東北大学, 大学院・環境科学研究科, 教授 (80005412)
• Keywords: 水熱反応 / 超臨界二酸化炭素 / 分離 / 抽出 / 有機廃棄物処理 / 亜臨界水

Research Abstract

本研究は、有機廃棄物の水熱処理により生成する低級カルボン酸やアルコールなどの有用物質を、安価・高効率で分離する環境調和型のプロセスの開発を目的とし、有機廃棄物の湿式酸化後の有用物質を含んでいる溶液中に、超臨界二酸化炭素を注入し、溶液中の成分の二酸化炭素への溶解度の温度と圧力依存性の違いを利用して、混合物から目的物質を分離する条件を実験的に解明するための基礎的な検討を行った。
超臨界二酸化炭素は、炭化水素、アルコール、カルボン酸等の分子量の小さい無極性あるいは微極性の物質と完全に溶解するか、かなり高い飽和溶解度を有し、また、溶解力が温度や圧力によって大きく変化するので、温度や圧力の制御により、溶液中の有用成分を高純度で分離することが可能である。そこで、本年度は、水-二酸化炭素2相系を用いて水溶液から超臨界二酸化炭素への高温・高圧条件下における溶質の移動について基礎的研究を行った。
まず、室内規模の小型分離実験装置を製作してそれぞれの低級カルボン酸やアルコール等の水溶液系における溶質の選択的分離・濃縮について検討した。超臨界送液システムと対向流式抽出塔を組み合わせた実験室規模の小型分離装置を製作した。1-ブタノールを溶質として水溶液・超臨界二酸化炭素系における挙動を調べ、選択的分離・濃縮条件を検討し、以下の結果を得た。
1.製作した対向流式抽出装置により超臨界二酸化炭素による濃縮が可能なことを見出した。
2.高温高圧条件下では超臨界二酸化炭素に対して水そのものも溶解度が大きくなるため、抽出側には溶質のみならずわずかに水も産出された。連続処理を行う場合、二酸化炭素を除去した後に固体が析出するような系に対しても、この現象を利用した液-液分離を行うことにより超臨界状態のまま二酸化炭素を分離して循環させるプロセス開発が可能になると考えられる。