超臨界流体中の同位体効果の測定とその制御

超临界流体中同位素效应的测量和控制

• 批准号: 13878092
• 负责人: 榎田 洋一
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13878092/
• 关键词: 同位体; 超臨界二酸化炭素; 高圧流体; 同位体分離; 水素同位体; 溶媒和; 水素結合; 平衡分離係数; 超臨界流体抽出; 重水; 溶媒抽出; 高圧; 二酸化炭素; 重水素

本研究の目的は,純水中に約150ppm含まれるHDOを二酸化炭素(CO_2)にリン酸トリブチル(TBP)のような添加物を加えることにより,常温,加圧下で抽出し,HDOとH_2Oとの分離係数を測定することで,超臨界流体抽出における重水素の同位体効果を定量すること,同位体効果に及ぼす温度,圧力,添加物の影響を実験的に調べて超臨界CO_2が同位体効果に及ぼす影響を溶媒和の観点から把握することにある.また,トレーサレベルのトリチウム水を用いてトリチウムの超臨界流体抽出における同位体効果についても重水素と同様に定量化することとした.平成14年度は最終年度であり,約450Bq/cm^3のトリチウムを添加した純水を用いて実験研究を行うとともに結果を取り纏めた.TBPを添加物として含む超臨界CO_2でトリチウムを含む純水を抽出する実験を昨年度作製した実験システムを用いて行い,この際に観測されるHTOとH_2O間の分離係数を6〜17MPaで圧力やTBPのCO_2に対するモル比0.05〜0.6で変化させて液体シンチレーションカウンタを用いて測定した.この結果,圧力が低い6MPaでHTO/H_2O間のTに対する最大の平衡分離係数1.148が得られた.この値はHDOに対する値よりも大きい.また,圧力が高い17MPaでは分離係数が小さくなること,TBPの二酸化炭素に対するモル比が小さいほど大きな平衡分離係数が得られることがわかった.これらはHDO-H_2O系と同一の傾向であった.2カ年間の研究を要するに,超臨界流体中での同位体効果を測定するとともに,同位体効果の大きさを圧力や組成で制御できることを発見し,同位体効果の発現機構としては,TBP水錯体にCO_2が溶媒和してTBPと水との水素結合が弱くなることで説明できることを明確化した.ここで測定された平衡分離係数は水蒸留での値に比較して大きいことも確認した.

本研究的目的是在常温常压下向二氧化碳（CO_2）中添加磷酸三丁酯（TBP）等添加剂，提取纯水中含量约为150 ppm的HDO，并提取HDO和H_2O测量分离系数。量化超临界流体萃取中氘的同位素效应，实验研究温度、压力和添加剂对同位素效应的影响，研究超临界CO_2对溶剂中同位素效应的影响，都在于从认识上出发。和谐的观点。 ,我们决定以与氘相同的方式使用示踪级氚化水来量化超临界流体萃取氚的同位素效应。2002 财年是最后一年，大约添加了 450Bq/cm^3 的氚。我们利用纯化水进行了实验研究并总结了结果。我们利用去年创建的实验系统，以含有TBP作为添加剂的超临界CO_2提取含氚的纯水进行了实验，并观察了此时的HTO和H_2。利用液体闪烁计数器在6~17 MPa之间改变压力以及TBP与CO_2的摩尔比从0.05~0.6测量O与O之间的分离系数。结果表明,在6 MPa的低压下,HTO与CO_2之间的T /H_2O得到的最大平衡分离系数为1.148，比HDO的平衡分离系数大。同时发现，在17 MPa的高压下，分离系数变小，且TBP与二氧化碳的摩尔比越小，分离系数越大。平衡分离系数是有利可图的。这些趋势与 HDO-H_2O 系统的趋势相同。两年的研究涉及测量超临界流体中的同位素效应并估计压力下同位素效应的强度，发现它可以通过以下方法控制。我们阐明了拓扑效应的表达机制可以通过TBP水络合物中CO_2的溶剂化来解释，这削弱了TBP与水之间的氢键。这里测量的平衡分离系数是由于水的蒸馏而得到的。的值。

项目成果

Y.Sakakibara, Y.Enokida, I.Yamamoto: "Distributions of HDO and H_2O in High Pressure CO_2-tri-n-butylphosphate-Water System"Proceedings of the First International Symposium on Supercritical Fluid Technology for Energy and Environmental Applications. 1. 35

Y.Sakakibara、Y.Enokida、I.Yamamoto：“HDO 和 H_2O 在高压 CO_2-磷酸三正丁酯-水系统中的分布”第一届能源与环境应用超临界流体技术国际研讨会论文集。

五十嵐裕之, 榊原吉伸, 富岡修, 榎田洋一, 山本一良: "貧溶媒を用いたTBP-水系におけるH2O,HDOの分配(I)"日本原子力学会中部支部第33回研究発表会要旨集. 1. 38 (2001)

Hiroyuki Igarashi、Yoshinobu Sakakibara、Osamu Tomioka、Yoichi Enokida、Kazuyoshi Yamamoto：“使用不良溶剂在 TBP-水系统中分布 H2O 和 HDO (I)”日本原子能学会中部分会第 33 届研究报告摘要1 .38 (2001)

榊原吉信, 富岡 修, 榎田洋一, 山本一良: "高圧下でのCO_2-TBP-水3成分系におけるHDOとH_2Oの分配"日本原子力学会2002年秋の大会予稿集. III. 686 (2002)

Yoshinobu Sakakibara、Osamu Tomioka、Yoichi Enokida、Kazuyoshi Yamamoto：“高压下 CO_2-TBP-水三元体系中 HDO 和 H_2O 的分配”日本原子能学会 2002 年秋季会议论文集 III。

榊原吉伸, 五十嵐裕之, 富岡修, 榎田洋一, 山本一良: "貧溶媒を用いたTBP-水系におけるH2O,HDOの分配(II)"日本原子力学会中部支部第33回研究発表会要旨集. 1. 39 (2001)

Yoshinobu Sakakibara、Hiroyuki Igarashi、Osamu Tomioka、Yoichi Enokida、Kazuyoshi Yamamoto：“使用不良溶剂在 TBP-水系统中分离 H2O 和 HDO（II）”日本原​​子能学会中部分会第 33 届研究报告摘要.1 .39 (2001)