2019 Fiscal Year Annual Research Report
Experimental Trial of Carbon Dioxide Absorption and Separation Utilizing Marangoni Convection at Gas-liquid Surface
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17K18835
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小宮 敦樹 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (60371142)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡島 淳之介 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (70610161)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 二酸化炭素吸収 / アミン溶液 / イオン液体 / 気液界面 / 可視化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，気液界面近傍における二酸化炭素吸収分離過程の革新的促進化を目的としている．気液界面に生じるマランゴニ対流を利用したこれまでにない高吸収能を有する二酸化炭素吸収分離法の実現のため，二酸化炭素吸収過程を伝熱工学的かつ流体力学的観点から測定し，濃度場情報と流れ場情報の関連性を精緻に捉え評価する．本研究課題は当初二年間の研究課題であったが，1年間延長して研究を進めてきた．昨年度に引き続き，本年度も観察実験を通して吸収界面における温度差マランゴニ対流の影響を集中的に評価した．特殊な装置を用いて気液界面に吸収の初期段階から温度勾配を生じさせ，温度差マランゴニ対流が二酸化炭素吸収量に及ぼす影響について評価した．気液界面上の熱源を点状のものおよび線上のものとし，二酸化炭素吸収流動場がマランゴニ対流起因の流動様相の違いに対してどのように変わってくるかを定性的に評価した．その結果，マランゴニ対流は吸収量の促進と抑制の両方の面に影響を及ぼすことが分かった．温度差が小さくマランゴニ対流が支配的とならない流動様相では，二酸化酸素吸収による自然対流沈降流を維持したまま液相内が攪拌され単位時間当たりの二酸化炭素吸収量は増加するが，温度差が大きくマランゴニ対流が支配的となる流動様相では，二酸化炭素吸収による自然沈降が阻害され，結果として気液界面近傍に二酸化炭素を含んだ溶媒が定在することになり二酸化炭素吸収量は減少する．この知見は当初の予測とは違ったものとなり，大変意義のある結果となった．また，熱源の位置も二酸化炭素吸収量に大きな影響を及ぼし，上記と同様に自然沈降を阻害するような配置でのマランゴニ対流が存在する場合は，二酸化炭素吸収量が減少する結果となった．これらの成果は，今後国内外の学術会議等で発表予定である．
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