| 研究課題/領域番号 |
23K21054
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| 補助金の研究課題番号 |
21H01685 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27010:移動現象および単位操作関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
大田 昌樹 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50455804)
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| 研究分担者 |
猪股 宏 東北大学, 工学研究科, 教授 (10168479)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
15,080千円 (直接経費: 11,600千円、間接経費: 3,480千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
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| キーワード | 亜臨界流体 / 超臨界流体 / 化学工学熱力学 / 溶解度 / 分配係数 / 二酸化炭素 / エタノール / 水 / 理論・モデル / 物性 / 化学工学 / 超臨界 / 亜臨界 / 抽出分離 / 分離工学 / モデル / 推算 / シミュレーション / 高圧 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
人々の健康志向の増進に伴い，天然・合成化合物の抽出分離の社会ニーズが高まっている．本研究では，その一環として環境溶媒に対する固体溶質の溶解性や分配性の考慮による選択的分離についての研究を推進している．特に，二酸化炭素を主たる溶媒とする超臨界・亜臨界溶媒は，近未来のSDGs適合型溶媒として期待されており，さらなる実用的利用の推進が望まれる．
今回，溶解度パラメータに対しガウス波形関数にて固体溶質の溶解度を表現する無次元溶解理論の構築に成功し，さらにそれを複合的に考慮する無次元分配理論の構築にも成功した．固体溶質固有の揮発性の考慮や固体定数の出現に若干の課題を残しており，次なる課題としている．
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| 研究実績の概要 |
安心安全な溶媒を用いた抽出分離技術に対する社会的ニーズが高まっている．申請者がこれまで科研費を中心に2012年よりオリジナル展開してきた高圧二酸化炭素(CO2)を用いた亜臨界溶媒分離法(高圧気液平衡に基づく分離法)は,1980年代より進められてきた固定床半回分式超臨界CO2抽出法の低い生産効率という技術的課題を克服するもので流通式量産化を実現している.
次なる課題解決に向けて，オリジナル理論に基づく分離予測法の開発を研究題材とした.特に,支配因子である高圧下における溶質の気液平衡比（分配係数：液相組成に対する気相組成の比）をデータバンク化するとともに,それらを精度よく再現するモデルの開発を4年という研究期間のもと取り組むことを目的とした．
令和4年度までに，低分子溶質における気液平衡比を良好に再現するオリジナルの無次元分配モデルを確立することができた．これにより,好適な分離条件等についての問い合わせがあった場合に即座に回答できるような理論計算環境の基盤を整備することができた.なお，この無次元分配モデルは，無次元溶解モデルを気液各相に対して組み合わせたものであり，独自性が高く評価されている．
令和5年度は，有機修飾無機ナノ粒子への適用性を評価した．その結果，無次元溶解モデル（pDS-nano model）ならびにこれを組み合わせた無次元分配モデル（pKD-nano model）を立て続けにそれぞれ発表することができた．有機修飾無機ナノ粒子はほぼ揮発性が無視できる物質であるため，最終年度は，さらに揮発性の考慮を視野に入れ，研究を深堀したいと考えている．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
無次元溶解理論を組み合わせた無次元分配理論を確立することができたため．通常の固体溶質だけでなく，有機修飾無機ナノ粒子への適用性も検証された．
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度となる令和6年度は，さらに固体溶質の揮発性の考慮を視野に入れ，研究を深堀したいと考えている．そのほか，融解エンタルピーなどの諸物性との相関も検討したい．
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