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
適用分野とプロセス 乾燥抽出表面制御微粒子滅菌/殺菌適用例(表)
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 HOME >> 超臨界流体 >> 超臨界CO₂とは 二酸化炭素/炭酸ガスの使い方他   「想定外」でない装置のポイント!


超臨界 WEB セミナーのご案内  2021年10月12日(火曜) 13時30分 ~ 16時30分   [ ZOOM オンラインセミナー ]


 「食材・生体適合材から太陽電池・半導体分野などでの高機能素材の創出手段」と称して、オンラインセミナー(有料)を開催します。
  ご興味のある方は、講師割引を送付しますので、こちらのお問合せ よりご連絡ください。

 タイトル:超臨界二酸化炭素(CO₂)と工業的利用 ~基礎から適用技術の実際まで~ 何ができ、何が必要か?

 ポイント:スポーツフットウェアの世界的企業ナイキ社NIKEが、”製造革命”:「アスリートと地球環境の両方に貢献する」ためと称し、自然溶媒の超臨界二酸化炭素(CO₂)による新規染色技術 “ColorDry” を台湾で実用化展開したと発表し、アディタス社、イケア社も展開しています。
 新規高機能素材の創出を目的とした研究開発が、食品・医薬品・生体適合性分野、導電性付与・太陽電池・半導体なども含め樹脂・無機物・金属などの幅広い産業素材分野を対象に行われています。自然溶媒で環境に優しいユニークな超臨界CO₂流体の基礎特性と特異性を紹介し、海外で進んでいる実用化事例も含め、利用・適用分野を俯瞰します。神戸製鋼グループでの25年以上のプロセス開発・実用化開発での蓄積から、具体的な自社開発・適用事例を示し、実践経験に基づいた工業的利用時のプロセス開発の実際とポイントを紹介すると共に、新しい高機能素材創出のシーズ・ヒントを紹介します。
 ホームページで紹介している内容も含め、約三千倍のスケールアップ設計・プロセス実証・商業化の経験を踏まえ、実用化・工業化するために必要な構成技術、チェック項目に言及し、超臨界CO₂で何ができるか、何が必要かを紹介します。

受講対象者: ・高機能素材創出のための新規技術を探している方(食材、高分子材、化成品、無機材 他)      こちらを参照下さい
・新たな機能・付加価値を付与する技術を探している方(生体適合、導電、ホール材、コンポジット 他)
・環境負荷低減、脱有機溶媒化を検討している方(NIKE社推進の無水染色、皮革なめし 他)
・超臨界二酸化炭素とは何か、何ができるのか知りたい方(自然界に多量に存在するユニークな溶媒)
・超臨界二酸化炭素の研究・開発を検討・推進している方(「想定外」でないプロセス構築 他)

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
 上表は説明用に代表例を記載したものでGas/Supercritical/Liquidに
物理的な相境界などは存在しませんのでご注意下さい !
  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このページのトップへ

 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!
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【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!
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【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!) 社外リンク

【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!) 社外リンク

【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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