2022 Fiscal Year Annual Research Report
クラスレートハイドレートの安定・準安定構造の三次元挙動解析
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20K05440
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
竹谷 敏 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 物質計測標準研究部門, 研究グループ 付 (40357421)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | TBAB / セミクラスレート / ガスハイドレート / 構造解析 / X線CT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生成条件によっては、安定なハイドレート構造と準安定な構造が共存することが報告されているが、「なぜハイドレートの準安定相が形成されるのか？」については謎である。ハイドレートの結晶構造が変化すると、熱物性や力学特性なども変化する。装置冷却部への結晶凝集や、凝集にともなう配管の閉塞、ハイドレート結晶と液相との分離などの技術課題の解決に向け、準安定相の形成メカニズムの理解は重要である。本研究における最終年度の研究結果は以下のとおりであり、これらについて、論文誌にて公表した。
結晶構造が既知のハイドレートの結晶構造データを用い、粉末XRDで単位胞サイズの温度変化から、各種ハイドレートの密度値とその温度変化を明らかにした。ハイドレートによるＸ線の吸収率を理論的に計算し、各種ハイドレートと氷および水とのＸ線コントラストを算出した。その結果に基づき、放射光単色Ｘ線を用いることにより、氷と共存するCO2ハイドレートの吸収コントラストＸ線ＣＴ測定が可能であることを示すことができた。
CO2+THP混合ガスハイドレートに関し、温度低下にともない、通常の立方晶から正方晶系の結晶構造へと変化することを明らかにした。これは、温度低下にともない、ゲスト分子であるCO2のケージ内での分布がオーダー化することに起因することが明らかとなった。今回の結果は、ゲスト分子の形状や運動が、水分子で構成されるホスト構造の変化を引き起こすことを示している。これらの結果は、CO2のように、分子形状に異方性が存在するゲスト分子で、ゲスト―ホスト相互作用に起因する準安定な結晶構造を形成しやすいことを示唆している。
本研究で得られた新たな結晶構造やＸ線ＣＴ画像情報をもとに、より詳細な研究の実施により、ハイドレートの準安定相の生成メカニズム解明を目指し、研究を継続中である。
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Research Products
(7 results)
