ガスハイドレート固溶体の分子動力学シミュレーション

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14540450
• Research Institution: Kochi University
• Principal Investigator: 赤松 直 高知大学, 教育学部, 助教授 (60211695)
• Keywords: 混合ガスハイドレート / 固溶体 / 分子動力学法 / 分子動力学シミュレーション / MD / 格子定数 / 体積弾性率

Research Abstract

研究の目的は,混合ガスハイドレート(ガスハイドレート固溶体)の諸性質を分子動力学(MD)計算で再現&予言(予測)するとともに,諸性質のあらわれるメカニズムをミクロな原子レベルで考察することにある.メタン+二酸化炭素混合ハイドレート(構造I型,Pm3n)について3種類の系列の固溶体,1.SケージにCH4分子が,MケージにCO2分子が完全に濃集して分布した固溶体 2.SケージとMケージにCH4分子とCO2分子が均等に入った固溶体 3.SケージにCO2分子が,MケージにCH4分子が完全に濃集して分布した固溶体 を作成し,温度圧力一定条件下でMD計算を行うことにより,格子定数およびモルエンタルピーの組成依存を調べてきた.
今年度はまず.H2Oに関する粒子間ポテンシャル(河村)が改訂されたため再計算を行ったところ,昨年度に得られた圧力0.01GPaにおける以下の特徴的な性質が再現された.
1.格子定数値は結晶中のMケージおよびSケージにおけるCO2存在率[=CO2/(CH4+CO2)]に応じて系統的に変化していくが,特にSケージ中のCO2存在率に敏感である.
2.上記3種類の固溶体の中では,CO2ガスがMケージに優先的に入る系列の構造が最も低エンタルピーである.
更に,1.00GPa以下の数通りの圧力条件下(0.25GPa刻み)で同様の計算を行うことにより,結晶格子の大きさの圧力依存を調べた.その結果,特にSケージ中のCO2存在率が高くなると結晶が圧縮されやすくなる傾向がみられた.二酸化炭素ハイドレートの体積弾性率はメタンハイドレートのものに比べて約1割小さい.

Research Products

• [Publications] T.Akamatsu, N.Ochi, K.Kawamura: "Molecular dynamics simulation of CH_4-CO_2 mixed hydrate"Geochimica et Cosmochimica Acta. 67・18S. A10 (2003)
• [Publications] 赤松直, 越智夏代, 河村雄行: "ガスハイドレート固溶体(メタン+二酸化炭素混合ハイドレート)の分子動力学シミュレーソョン"高圧力の科学と技術. 13・特別. 245 (2003)