| 研究課題/領域番号 |
12640578
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
分離・精製・検出法
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
金 幸夫 東京大学, 工学部・附属総合試験所, 助教授 (40186367)
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| 研究分担者 |
火原 彰秀 東京大学, 工学部・附属総合試験所, 助手 (30312995)
北森 武彦 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (60214821)
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| 研究期間 (年度) |
2000 – 2001
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| キーワード | マイクロチャネル / 形状効果 / 混合 / 抽出 / 顕微分光 / 流れプロファイル / flow profile |
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| 研究概要 |
マイクロメートルスケールのチャネル内に2液を送液した場合、2層流を形成する。その結果、2層界面を横切る物質移動は分子拡散のみとなり、混合あるいは抽出の効率は低い。そこで、本研究ではチャネル壁の形状に着目し、ジグザグ状にしたときの2層流の揺らぎを利用することにより、物質移動の促進を図ることを試みた。
具体的には、2水溶液の混合、および油水2液を導入したときの液/液抽出について、1)ジグザグ状チャネル中での流れプロファイルの解析
2)顕微分光分析による物質移動(混合・抽出)過程のin situ測定
3)ガスクロマトグラフによるアウトプット分析から、チャネルの混合・抽出効率の実測を行った。有限要素法によるコンピュータシミュレーションにより、ジグザグ状チャネル中においても2層流を形成することが予想され、顕微分光法による流線解析の結果と一致した。しかしながら、チャネル内の速度ベクトルはチャネル壁形状に大きく影響され、非対称ジグザグ状チャネルでは流線はチャネル壁形状を反映し、結果界面はジグザグ状となった。これに対し対称ジグザグ状チャネルでは、界面ではその形状を打ち消しあい、直線状チャネルと同様に界面は直線となった。これら流れプロファイル、および界面形状は抽出・混合効率に影響し、非対称チャネルで最も高効率となった。これは界面がジグザグ状となることにより、接触距離すなわち接触時間の増加により説明された。一方、対照チャネルで最も低効率となり、これは流線ベクトルから頂点付近での滞留の影響によるものと説明できた。
以上のように、チャネル壁形状により流れプロファィルを制御でき、形状を最適化することで混合・抽出の高効率化が図れることを示した。
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