表面吸着相における超臨界流体の微細構造とダイナミックスに関する基礎研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06214201
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 宮本 明 東北大学, 工学部, 教授 (50093076)
• 研究分担者: 久保 百司 東北大学, 工学部, 助手 (90241538) ; RAJAPPAN Vet 東北大学, 工学部, 助教授 (20250706)
• キーワード: 超臨界流体 / 表面吸着相 / 分子動力学法 / コンピュータグラフィックス / エントレーナ効果 / バーチャルリアリティ / ニコチン / ポテンシャル

研究概要

超臨界流体の特異的な性質を活用する様々なプロセスを詳細に検討してみると、超臨界流体は流体バルクだけでなく吸着相での挙動が重要な役割を果たす。我々はこれまでに固体表面における超臨界流体のダイナミックスの解明に、分子動力学法(MD)、およびコンピュータ・グラフィックス(CG)が有効であることを示してきた。本研究では、超臨界抽出におけるエントレーナ効果、超臨界二酸化炭素分子と酸化物固体表面との相互作用について検討を行った。さらに、分子計算結果のより効果的な解析を目的とし、バーチャルリアリティ技術を活用した分子動力学計算システムの開発をも行った。
タバコからのニコチン抽出をモデルとし、超臨界二酸化炭素中でのニコチン有機酸塩の分解過程について検討した。その結果、エントレーナ存在下で、ニコチン有機酸塩の分解が促進される様子がMDシミュレーションにより再現された。また、分解したニコチン酸塩はエントレーナ分子と相互作用することにより安定化することが明らかとなった。
量子化学計算により、酸化物固体表面と二酸化炭素分子の相互作用を求めた。この結果を活用し、酸化物固体表面と二酸化炭素分子間のMD計算用ポテンシャルパラメータを決定した。これにより、より精密な固体表面上での超臨界二酸化炭素分子の挙動を解析することが可能になった。
MD計算結果を、迅速かつ的確に解析するために、ヘッドマウントディスプレイを活用したバーチャルリアリティシステムを開発した。その結果、立体感、臨場感をもっと超臨界流体構造、あるいはセラミックス表面を3次元的に眺めることができ、実験研究者が容易に計算結果を理解することが可能となった。

研究成果

• [文献書誌] H.Takaba,et al.: "Theoretical Studies on the affinity of CO_2 and N_2 Molecules to Solid Surfaces" Energy Conversion and Management. (印刷中).
• [文献書誌] H.Takaba,et al.: "Atomistic Role of Entrainer Molecules in the Supercritical Extraction Process as Visualized by Molecular Dynamics and Computer Graphics" Proceedings of First International Conference on Solvo-Theronal Reactions. (印刷中).
• [文献書誌] R.Miura,et al.: "Development of RYUGA for Three-Dimensional Dynamic Visualization of Molecular Dynamics Results" Catalysis Today. (印刷中).
• [文献書誌] Y.Oumi,et al.: "Atomic Processes in the Thermal Destraction of Zeolias as Investigated by Molecular Dynamics and Computer Graphics" Catalysis Today. (印刷中).
• [文献書誌] A.Miyamoto,et al.: "Molecular Simulation of Separation Process in Irorganic Membranes" Membrane. (印刷中).
• [文献書誌] A.Miyamoto,et al.: "Camputer Assisted Study of Narostructured Microporous Materials" Chemical Intermediates. (印刷中).