| 研究概要 |
水-無機ガス(N_2)混合流体の超臨界条件における流体構造をラマン分光法により測定した。また混合流体の応用のため、高温高圧水中の無機物の析出挙動を評価できるシステムを構築した。
混合流体の構造の分光測定では、高温高圧下におけるガスと水の均一混合および、分光器の感度向上が要求される。本年度はガスと水の混合部の構造の変更と、分光器の感度向上のためノッチフィルターの設置を行った。新たな装置では、N_2ガスのモル分率が約5%以上であればスペクトルを観測できた。しかし濃度が薄い場合のガスの供給が不安定であったため、現在、混合方式を変えて実験している。ガスのモル分率が10%の場合は、0_2,CO_2,N_2などの種類によらず、各無機ガスのラマンスペクトルのピーク位置は密度に対して単調にシフトすることがわかった。このことから、濃度が濃い場合は各溶質から見た局所密度がバルク密度にほぼ比例することが示唆された。MD計算からも、CO_2モル分率10%のときCO_2の水和数は流体中の水密度にほぼ比例するという結果が得られ、実験結果と一致した。
高温高圧水中では、水密度が低下するため無機物の溶解度が減少して結晶が析出することが知られる。結晶析出過程の理解と、混合流体の結晶析出制御への応用可能性の検討のため、無機物の析出過程をその場測定できる装置を試作した。モデル物質として溶解度の既知なNa_2SO_4を用いた。高温高圧セル中に高温の無機物析出部を作成し、高温高圧下の無機物の析出過程のその場観測と析出物の結晶相の同定に成功した。また同システムを用いて、高温高圧水溶液中のSO_4^<2->のラマンスペクトルを観測することに成功した。このことにより水溶液の構造も検討できることが示された。高温高圧水および水-CO_2混合流体中の塩についてMD計算も行い、水にCO_2を混合すると無機塩の析出が促進されることが予想された。
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