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超臨界状態 とは?

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超臨界流体(ちょうりんかいりゅうたい, supercritical fluid)とは、臨界点以上の温度圧力下においた物質の状態のこと。気体拡散性と、液体溶解性を持つ。

出典: 『ウィキペディア(Wikipedia)』


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ウィキペディア(Wikipedia)記事


代表的な相図。臨界点は図中のcritical pointにあたる。緑と青の線に挟まれたliquid phaseは液相、赤と青の線より下のgaseous phaseは気相、右上のsupercritical fluid超臨界流体を表わす。

超臨界流体(ちょうりんかいりゅうたい, supercritical fluid)とは、臨界点以上の温度圧力下においた物質の状態のこと。気体拡散性と、液体溶解性を持つ。

溶媒の臨界
溶媒 分子量 臨界温度 臨界圧力 密度
g/mol K MPa (atm) g/cm³
二酸化炭素 (CO2) 44.01 304.1 7.38 (72.8) 0.469
(H2O) 18.02 647.3 22.12 (218.3) 0.348
メタン (CH4) 16.04 190.4 4.60 (45.4) 0.162
エタン (C2H6) 30.07 305.3 4.87 (48.1) 0.203
プロパン (C3H8) 44.09 369.8 4.25 (41.9) 0.217
エチレン (C2H4) 28.05 282.4 5.04 (49.7) 0.215
プロピレン (C3H6) 42.08 364.9 4.60 (45.4) 0.232
メタノール (CH3OH) 32.04 512.6 8.09 (79.8) 0.272
エタノール (C2H5OH) 46.07 513.9 6.14 (60.6) 0.276
アセトン (C3H6O) 58.08 508.1 4.70 (46.4) 0.278

用途

超臨界流体としてよく使用される物質は、二酸化炭素である。

超臨界流体の酸化力がきわめて高いため、腐食しにくいといわれているハステロイ白金イリジウム合金、さらにタンタルまでもが腐食する。安定な物質であるセルロースダイオキシンも超臨界水中では分解するといわれている。酸化力が極めて高いがゆえに使いづらいケースも多く、その場合は亜臨界水を用いる。

また、超臨界状態二酸化炭素は、様々な物質をよく溶解する。目的物を溶解した超臨界二酸化炭素を臨界点以下にすると、二酸化炭素は気化して飛散するので、後には溶質のみが残る。飛散した二酸化炭素は回収して再利用が可能である。このプロセスは実際にコーヒー脱カフェインなどに使用されている。

以上のように、超臨界流体を使用したプロセスは従来の重金属強酸などの触媒を使ったプロセスや可燃性毒性のある溶媒をこのプロセスに置き換えることで、環境に対する影響を低減させる特徴を持つ。また、ダイオキシンに代表される有害物質の分解にも使用可能である。そのため、グリーンサスティナブルケミストリーの視点から注目を集めている。ただし、溶媒を高温高圧状態にしなければならないため、装置は高圧ガス保安法の適用を受ける場合が多い。また、溶解性や反応性が高いため、容器やシールの材質にも配慮が必要である。以上の理由から、超臨界流体関係装置の容積は必ずしも高くない場合が多い。

関連項目


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