2013 Fiscal Year Annual Research Report
超臨界CO2利用技術の高効率化へ向けた多成分系吸着挙動予測手法の開発
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25289271
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
猪股 宏 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10168479)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 善之 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50243598)
大田 昌樹 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50455804)
小野 巧 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教育研究支援者 (20637243)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 超臨界CO2 / 活性炭 / 吸着平衡 / Dubinin-Astakhov式 / VOC |
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| Research Abstract |
平成25年度は、5種の揮発性有機化合物VOC(トルエン，デカン，ヘキサン，アセトン，メタノール)をモデル吸着質として採用し，最も汎用的に用いられる活性炭をモデル吸着剤として，超臨界CO2-VOCの2成分系吸着平衡の測定及び相関を検討した。
実験は，自作した固定層吸着測定装置にて実施した。まず，吸着剤を充填したカラムを恒温槽に設置し，所定の温度にほぼなった時点で，測定条件の圧力までCO2にて加圧する。その後，所定のVOC濃度になるようにCO2流量ならびにVOC流量を調整し，バイパスラインを流通させ，吸着層出口のVOC濃度をFIDまたはUVシグナルにより連続的に測定する。検出信号が定常になった時点で流路を吸着カラム流通に切り替え，測定開始点とした。検出信号の時間変化を記録して得られる破過曲線を用いてVOC吸着量を求めた。こうして吸着平衡データを獲得し，それらを吸着ポテンシャル理論から導出された吸着等温式であるDA(Dubinin-Astakhov)式によって相関した。各条件毎に相関した結果，全VOC種において偏差5%以内での相関が可能となり，DA式の超臨界CO2系に対する適用性が実証された。
次に，2成分系についてMyersが提案した推算モデルNIAST(Non-ideal adsorbed solution theory)を多成分系に拡張し，測定した2成分系データに対して良好な相関結果が得られたDA式を組み合わせたDA-NIASTモデルを新たに導出・提案した。
また，最終ゴールになる推算モデルの基礎となる純成分パラメータも実験し，そのデータから決定した。つまり，多成分系の吸着平衡の予測に向けた計算手法の提案ができる状況に到達することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
吸着剤については，最も汎用されている活性炭を選定し，５種類のVOCについて、超臨界CO2雰囲気下での吸着等温データを蓄積することができた。
計算に関しても，Dubinin-Astakhov式、Langumuir式を比較し，超臨界CO2雰囲気下のような単層吸着のみではない複雑な現象が関与するようなシステムには，DA式が適していることを相関結果から結論できている。また，推算法にむけた検討として，実験データの相関，そのパラメータの一般化，さらには，純成分系データに基づく推算法の確立にむけた基礎データの獲得まで到達していることから，ほぼ計画通りに進捗していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
ほぼ順調に進捗していることから、計画通りに研究を推進する。
なお、DA式での相関結果が、極性物質に対しては低いことが明確になっていることから、これをそのまま推算に展開しても、推算精度が低下すると予想されるので、極性成分へのDA式適用の課題について精査し、改良あるいは修正を加えることも検討したい。
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Research Products
(4 results)
