超臨界流体 超臨界二酸化炭素(CO2)利用技術
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超臨界CO2とは
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超臨界流体 / 超臨界CO2とは


環境負荷低減、脱有機溶媒化などに貢献可能な新しい流体
「溶媒は液体である」という溶媒に対する従来の固定概念を打破するユニークな溶媒
超臨界流体 / 超臨界CO2とは
 気体と液体が共存できる限界の温度・圧力(臨界点)を超えた状態にあり、通常の気体、液体とは異なる性質を示すユニークな流体です。 この超臨界流体は、どこにでも忍び込む気体の性質(拡散性)と、成分を溶かし出す液体の性質(溶解性)を持ち、且つ、その物性を連続して大幅に変化できる特長を持っています。
 このため、二酸化炭素を超臨界流体として使用すれば、化学、食品分野などでの有機溶媒の代替としても利用でき、人にやさしく、環境にやさしい技術として注目を浴びています。
  超臨界二酸化炭素(CO2)の状態図

超臨界流体 / 超臨界CO2の基本物性と特色
1) 物性値の制御が可能
圧力・温度を僅かに調節しただけで、密度(溶解性)、粘度(拡散性)等の物性値を大幅に変化させ、又、制御することができます。
2) 密度が大きく、低粘度、高拡散性の流体
密度が液体に近く、物を溶解する能力があり、粘度・拡散係数が気体に近いため、微細構造物にも浸透して行き、特定成分の抽出、含浸させる流体として使用することができます。
3) 界面張力フリーの実現
毛管力(界面張力)が生じない乾燥が可能で、微細構造物を壊さずに乾燥させることができます。
4) 分離、回収が容易
圧力・温度を僅かに調節しただけで溶解度が大幅に変化するため、効率の良い分離が可能で、溶媒の循環使用によるランニングコストの低減が可能です。
5) 環境にやさしい安全な溶媒
溶媒として化学的に不活性で、 常温操作が可能なため、熱に弱い物質の取扱いが容易となり、食品に対しても安全で、安価であり、取扱いも容易です。

 

分子量 44.009 g/mol by IUPAC
臨界圧力 7.3825 MPa(a) by IUPAC
臨界温度 304.21 K (31.06℃) by IUPAC
臨界密度 466.1 kg/m3 by IUPAC
融点 216.6 K
沸点 194.7 K
臨界圧縮係数 0.274
  IUPAC:International Union of Pure and Applied Chemistry, International Thermodynamic Tables of the Fluid State:Carbon Dioxide
超臨界二酸化炭素(CO2)の物性表   超臨界二酸化炭素(CO2)の密度図

超臨界流体 / 超臨界CO2の適用・応用分野
 グリーン・ケミカル・プロセッシング、環境負荷低減、脱有機溶媒などの社会要請を受け、特に環境に優しい二酸化炭素を溶媒として用いた超臨界CO2の用途研究・開発が世界的に活発に行われています。その適用・応用分野の一例を以下に紹介します。
       詳細は右記を参照下さい !    ・適用分野とプロセス適用例(表)
   
乾 燥: 微細構造体/多孔質材料等の界面張力フリー乾燥
⇒参考例:右写真
抽 出: 1) 有効成分抽出
種子等からの香料・色素の抽出 他
  2) 不純物除去
食品からの農薬除去、樹脂(ポリマー)からの低分子量不純物(揮発性残留物)除去、洗浄 他
表面制御: 有機高分子への無機/有機物資の含浸・注入・表面加飾(機能性付与)、染色 他
微粒子: 顔料・化粧品・医薬品(DDS)の微粒子・マイクロカプセル 他
滅菌/殺菌:液体食品、繊維 他
 

超臨界二酸化炭素(CO2)による半導体分野での微細構造体の乾燥例
半導体分野での微細構造体の乾燥例


超臨界流体 / 超臨界CO2の代表的な物性値と相平衡
 超臨界CO2の大きな特徴である「圧力や温度の変化に対して、物性値が大きく変化する」ことを示す代表的な物性値を以下に紹介します。 又、抽出で可溶成分を増大させる目的等で溶媒(エントレーナ、コソルベント、モディファイア)を使用しますが、その選定、使用条件がプロセス成立に非常に重要な因子になります。

超臨界二酸化炭素の密度

【超臨界二酸化炭素の密度】
  超臨界二酸化炭素の粘度:Clickで当社外の詳細粘度図へジャンプします!
(Clickで当社外の詳細粘度図へジャンプします!)

【超臨界二酸化炭素の粘度】
他の溶媒の粘度
エタノール0.7
0.55
ベンゼン0.44
メタノール0.43
ヘキサン0.24
 @ 50℃ [MPa・s]

超臨界二酸化炭素の熱伝導度

【超臨界二酸化炭素の熱伝導度】
  超臨界二酸化炭素の定圧比熱:Clickで当社外の詳細比熱図へジャンプします!
(Clickで当社外の詳細比熱図へジャンプします!)

【超臨界二酸化炭素の定圧比熱】

超臨界二酸化炭素の自己拡散係数:Clickで当社外の詳細拡散係数へジャンプします!
(Clickで当社外の詳細拡散係数図へジャンプします!)

【超臨界二酸化炭素の自己拡散係数】
  超臨界二酸化炭素の表面張力
【超臨界二酸化炭素の表面張力】

超臨界二酸化炭素、水、エタノール三成分系気液平衡
【超臨界二酸化炭素、水、エタノール三成分系気液平衡】
  超臨界二酸化炭素と水の平衡:Clickで当社外の詳細平衡図へジャンプします!
(Clickで当社外の詳細平衡図へジャンプします!)

【超臨界二酸化炭素と水の気液平衡】

超臨界二酸化炭素中のエタノール溶解度
【超臨界二酸化炭素中のエタノール溶解度】
  超臨界二酸化炭素の溶解度パラメータ(物質間の親和性の尺度)
【溶解度パラメータ】

アルコール(メタノール、イソプロパノール:IPA)と超臨界CO2の二成分相平衡
【アルコール(メタノール、イソプロパノール:IPA)と
CO2の二成分相平衡】
  超臨界二酸化炭素二成分混合物の臨界点
【二成分混合物の臨界点(98mol%-CO2時)】

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