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2013 年度 実績報告書

二成分系ガスハイドレートのケージ占有性とゲスト-ホスト間相互作用

研究課題

研究課題/領域番号 23550036
研究機関独立行政法人産業技術総合研究所

研究代表者

竹谷 敏  独立行政法人産業技術総合研究所, 計測フロンティア研究部門, 主任研究員 (40357421)

キーワードクラスレートハイドレート / 包接化合物 / 結晶構造解析 / 位相コントラストX線イメージング / 炭化水素
研究概要

今年度は、ブタンのみをゲスト分子として包接するハイドレート試料の粉末X線回折による 精密構造解析を実施した。イソブタンの場合は、単体でもガスハイドレートを形成することが知られているが、ノルマルブタンの場合は、メタン等の小さな分子をヘルプガスとして含まないと、ガスハイドレートを形成しないといわれている。このことから、これら一連の径の構造を詳細に比較検討することにより、メタンのような小さな分子の構造安定性に及ぼす影響の理解に有効と考えられる。得られた初期データに基づき、ハイドレート中の炭化水素分子のケージ占有率の算出、および 、温度変化に伴うゲスト分子のケージ内での分布と、メタンもゲストとして含む場合の二成分系の場合のケージ構造の変化を明らかにした。その結果、メタンがヘルプガスとして包接される場合、ホストである水分子で構成されるケージサイズにほとんど影響を及ぼさないことが明らかとなった。
また、低温型位相コントラストX線CT測定に関しては、昨年度までに±1Kでの温度制御が可能にしており、この温度制御機能を活用した測定を実施した。従来のガスハイドレートの非破壊イメージング方法として、MRI(核磁気共鳴画像法)が活用されてきたが、この方法では、ガスハイドレートと水との識別は行えたが、ガスハイドレートと氷との識別はできなかった。そこで、低温型位相コントラストX線CT測定で、常圧下においても+4℃まで安定に存在可能なテトラハイドロフラン(THF)ハイドレートを用い、同一の試料の温度変化過程のイメージング実験を実施した。具体的には、-20℃(氷と共存状態)と+3℃(水と共存状態)でのその場観察を行い、造影剤なしでのガスハイドレートと氷および水との共存状態での可視化を実現した。この研究成果に関しては、平成26年7月開催のガスハイドレート国際会議で発表予定である。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2014 2013

すべて 学会発表 (4件)

  • [学会発表] Crystal structure of cyclopentane clathrate hydrate2014

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Takeya, Hiroshi Fujihisa, Yoshito Gotoh, Ryo Ohmura
    • 学会等名
      13th International Conference on the Physics and Chemistry of Ice (PCI2014)
    • 発表場所
      Thayer school of Engineering Thayer school of Engineering
    • 年月日
      20140317-20140320
  • [学会発表] ブタンを包接するクラスレートハイドレートの結晶構造の研究2013

    • 著者名/発表者名
      竹谷敏
    • 学会等名
      平成25年度低温科学研究所・氷科学研究会の共同研究集会「H2Oを科学する・2013」
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      20131202-20131203
  • [学会発表] ブタンを包接するガスハイドレートの結晶構造解析2013

    • 著者名/発表者名
      竹谷敏, 藤久裕司,後藤義人, 坂上寛敏, 八久保晶弘
    • 学会等名
      雪氷研究大会(2013・北見)
    • 発表場所
      北見工業大学
    • 年月日
      20130918-20130920
  • [学会発表] 細孔中に分布するクラスレートハイドレートの非破壊観察手法の開発2013

    • 著者名/発表者名
      竹谷敏、後藤義、米山明男、上田和浩、兵藤一行、武田徹
    • 学会等名
      第22回日本エネルギー学会大会
    • 発表場所
      工学院大学
    • 年月日
      20130805-20130806

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公開日: 2015-05-28  

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