Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

カルサイト / 中間体 / 固体結晶添加 / 結晶転移 / 反応晶析 / 静置晶析 / 平均過飽和度 / 個体結晶添加 / 炭酸カルシウム / 多形制御 / バテライト / 沈殿

本研究では、溶液反応によって機能性物質としての所望粒径の微粒子を生成するプロセス設計法開発のための基礎研究を、難溶性微粒子の生成現象としてCaCl_2とNa_2CO_3の両溶液の液液反応による炭酸カルシウムの生成を対象に行った。この反応ではまず中間体微粒子が生成し、それがカルサイト、バテライト等に転移することに着目し、中間体が存在するスラリー中にNaCl結晶あるいは他の無機塩結晶を添加することにより、操作条件によって中間体からカルサイトが優先的に生成することを見出し、中間体存在下でのカルサイトの成長現象の検討を行った。ここで生成するカルサイトの粒径及び結晶個数は原料濃度や添加する結晶量及びその粒径の影響を受けており、それらの相関式を提出した。また、Na_2CO_3の代わりにNaHCO_3とCaCl_2の反応においてもカルサイトが優先的に生成する条件を見出した。この系において生成するカルサイトは粒径の分布幅が広く、それはNaHCO_3の分解過程がカルサイトの生成を促進しているためと考えた。ここで生成するカルサイトは、NaHCO_3の反応量に影響を受けており、それらの相関式を提出した。しかし、ダブルジェット晶析法を用いた場合、カルサイトとバテライトの混合物が生成し、カルサイトを選択的に生成する条件を見出すことができなかった。これらの攪拌系に対し冷却された静止溶液中での炭酸カルシウムの晶析現象について検討を行った。初期濃度が0.02M〜0.1MのNa_2CO_3/CaCl_2水溶液を313Kに保った四口フラスコ内に仕込み30S攪拌混合し懸濁液を箱型晶析装置の平板面上(293K)に0.05〜0.2g滴下し、経時変化を測定した。その結果、懸濁溶液のpHは徐々に減少し、Na_2CO_3及びCaCl_2の初濃度が0.1mol/lでは静止後約1.5min経過後にほぼ一定となった。pHの変化より算出した平均過飽和度が100〜250の条件下ではアラゴナイト、バテライトが多く生成したが、50以下または、280以上ではカルサイトの生成割合が、高くなることを明らかにした。

反応品析 / 炭酸カルシウム / アミノ酸 / 結品成長 / 核発生 / 塩化ナトリウム / CO_2 / CO_2固定プロセス / CO_2固定 / 反応晶析 / 結晶成長 / 形状制御 / 球状晶 / 装置特性 / 難溶性炭酸塩 / 結晶形状 / 結晶粒径

平成3年度の炭酸カルシウムの反応品析及びバイオクリスタリゼーションに関する文献調査、アミノ酸存在下における回分反応品析実験の結果をふまえて、まずダブルジェット反応品析装置を用いた未回分式実験を常温・常圧下で行ない、この反応品析過程における結晶形態及び粒径分布に及ぼす濃度(過飽和度)と品析時間の影響について検討した。これより、温度0.3mol/l以上の条件では、一部にアルサイトの生成が認められるが、大部分はバテライト型となり、また粒径分布の経時的堆積より、バテライトの成長過程は粒径の依存性があること、及び粒径が増大すると二次核発生による小粒径側のピークが認められた。そこで、常温、常圧下でカルサイトの均一微粒子を選択的に品析せせるべく、反応液を直接混合することにより多量の不安定機が存在している状態で、少なくとも6〜10分以内にNacl固体粒子を添加することにより、本実験範囲でカルサイトの均一微粒子が得られた。Naclの添加とカルサイトの生成結品個数の関係を相関すると、濃度に依らずNacl添加量のみの影響を受けること、添加により急速にカルサイトが生成され、その粒径分布は添加時間の影響をうけないことから、カルサイトの選択品析は、添加した固体粒子の負、あるいはその溶解過程が寄与するという新しい事実を見出した。また、粒径と個数の関係を物質収支に基づいたモデルより提出し、所等粒径の結品を得るための設計式を提出した。以上の研究成果に基づいて、排ガス中のCO_2を固定するそ一のプロセスを、海水中からの製塩工程及び排ガス又は吸収処理工程とを有機的に結合することになり提出した。本研究は、CO_2を難活性炭酸塩結晶の型で回収するとともに、得られた結晶が高品位のものとなる可能性を見出すとともに、結晶多形を生ずる系において、安定形を効果的に生成すると共の新しい工程品析操作を創出する新展開をきりひらいた、まさに萌芽的研究である。

【研究分担者】
尾上薫	千葉工業大学	工学部	助教授	(Kakenデータベース)
平沢泉	早稲田大学	理工学部	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
豊倉賢	早稲田大学	理工学部・応用化学科	教授	(Kakenデータベース)