超臨界水中での金属の酸化還元電位測定装置の開発

超臨界水中での新規金属・金属酸化物微粒子合成技術の確立や本環境における高耐食性合金の開発の上で不可欠となるイオン反応、酸化還元平衡を定量的に評価するため、超臨界領域において水溶液の電位差測定を行いつつ金属の酸化還元電位を測定する装置の開発を目的とする。本年度は以下の2点について研究を行った。1.電位差測定装置の測定精度の検証昨年度は、強酸である塩酸の水溶液を用いて作製した装置の健全性について確認した。本年度は、弱酸である酢酸を用い、極めてイオン濃度の低い領域で電位差測定を行い、その電位差を理論値と比較することで本装置の作動限界について見極めを試みた。その結果、超臨界水中の400℃、28MPaという極めて水密度の低い条件でも安定してかつ高精度で電位差測定が可能なことを確認した。また超臨界水領域で、初めて酢酸の解離定数データを報告した。2.金属被膜の溶解度計算による予測超臨界水環境における腐食現象の理解を目的とし、400℃、30および60MPaの条件で電解質(HCl,NaCl,NaOH,H_2SO_4)水溶液中におけるH^+、OH^-濃度とFe_2O_3、NiO溶解度の計算を行った。その結果,NaCl水溶液はアルカリ性を示すこと、HCl水溶液へのNaCl添加がH^+濃度を低下させることが分かった。また、溶解度は圧力の増加により酸溶液中では増加し、NaClやNaOH溶液中では減少する傾向を示した。このように溶解度計算により予測した腐食挙動の傾向は、既報の酸化性超臨界水環境での腐食試験結果を良好に一致する結果となった。今後、本研究で開発した流通式電位差測定法を用い、超臨界水中でのイオン反応平衡の評価と金属の酸化還元電位測定を進め、データの蓄積を行うことで、更に腐食現象の解明が進み、また、腐食の予測手法も確立するものと考える。

超臨界水中での新規金属・金属酸化物微粒子合成技術の確立や本環境における高耐食性合金の開発の上で不可欠となるイオン反応、酸化還元平衡を定量的に評価するため、超臨界領域において水溶液の電位差測定を行いつつ金属の酸化還元電位を測定する装置の開発を目的とする。本年度は以下の2点について研究を行った。1.電位差測定装置の測定精度の検証昨年度は、強酸である塩酸の水溶液を用いて作製した装置の健全性について確認した。本年度は、弱酸である酢酸を用い、極めてイオン濃度の低い領域で電位差測定を行い、その電位差を理論値と比較することで本装置の作動限界について見極めを試みた。その結果、超臨界水中の400℃、28MPaという極めて水密度の低い条件でも安定してかつ高精度で電位差測定が可能なことを確認した。また超臨界水領域で、初めて酢酸の解離定数データを報告した。2.金属被膜の溶解度計算による予測超臨界水環境における腐食現象の理解を目的とし、400℃、30および60MPaの条件で電解質(HCl,NaCl,NaOH,H_2SO_4)水溶液中におけるH^+、OH^-濃度とFe_2O_3、NiO溶解度の計算を行った。その結果,NaCl水溶液はアルカリ性を示すこと、HCl水溶液へのNaCl添加がH^+濃度を低下させることが分かった。また、溶解度は圧力の増加により酸溶液中では増加し、NaClやNaOH溶液中では減少する傾向を示した。このように溶解度計算により予測した腐食挙動の傾向は、既報の酸化性超臨界水環境での腐食試験結果を良好に一致する結果となった。今後、本研究で開発した流通式電位差測定法を用い、超臨界水中でのイオン反応平衡の評価と金属の酸化還元電位測定を進め、データの蓄積を行うことで、更に腐食現象の解明が進み、また、腐食の予測手法も確立するものと考える。