超臨界水中での金属の酸化還元電位測定装置の開発

超临界水中金属氧化还原电位测量装置的研制

• 批准号: 14750599
• 负责人: 陶 究
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750599/
• 关键词: 超臨界; 電位差; pH; 合金; 金属酸化物; 溶解度; 酸化還元; 超臨海水; 電位差測定; 腐食; 金属

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。

New regulations for synthesis technology of metal and metal acid particles in supercritical water and establishment of the environment conditions for the development of high corrosion resistant alloys. The purpose of equipment development is to determine the potential difference of aqueous solutions in supercritical water. This year, the following 2 points of research were conducted. 1. Verification of the accuracy of the potential difference measuring device was carried out in the presence of strong acids and aqueous solutions, and the soundness of the device was confirmed. In this year, the measurement of potential difference in the low concentration area of weak acid, weak acid and weak acid is carried out, and the theoretical value of potential difference is compared. Results: In supercritical water at 400 ℃ and 28 MPa, the measurement of potential difference is possible under low water density conditions. Supercritical water field, initial decomposition of acetic acid 2. Calculation of Solubility of Metal Coating in Supercritical Water Environment: Prediction of Corrosion Phenomena Calculation of Solubility of H ^+, OH ^-, Fe_2O_3, NiO in Aqueous Electrolyte Solutions (HCl, NaCl, NaOH, H_2SO_4) at 400 ℃ and 30 MPa. As a result, NaCl aqueous solution was characterized by high pH, HCl aqueous solution was characterized by high pH and low H + concentration. The solubility tends to increase with increasing pressure in acid solutions and decrease in NaCl and NaOH solutions. This solubility calculation predicts the tendency of scavenging and the results of scavenging tests reported in acidic supercritical water environments are in good agreement. In the future, this study will develop the application of flow-through potential difference measurement method, the evaluation of reverse equilibrium in supercritical water, the determination of acidification reduction potential of metals, the accumulation of corrosion, and the investigation of corrosion prediction method.

项目成果

Kiwamu Sue: "Determination of sulfuric acid first dissociation constants to 400 oC and 32 MPa by potentiometric pH measurements"The Journal of Supercritical Fluids. in press. (2004)

Kiwamu Sue：“通过电位 pH 测量确定硫酸在 400 oC 和 32 MPa 下的首次解离常数”《超临界流体杂志》。

K.Sue, K.Murata, Y.Matsuura, M.Tsukagoshi, T.Adschiri, K.Arai: "Flow-through electrochemical cell for pH measurement of organic acid aqueous solutions at subcritical and supercritical conditions"Fluid Phase Equilibria. 194-197. 1097-1106 (2002)

K.Sue、K.Murata、Y.Matsuura、M.Tsukagoshi、T.Adschiri、K.Arai：“在亚临界和超临界条件下测量有机酸水溶液 pH 值的流通电化学池”流体相平衡。

Kiwamu Sue: "Apparatus for direct pH measurement of supercritical aqueous solutions"The Journal of Supercritical Fluids. 28. 287-296 (2004)

Kiwamu Sue：“超临界水溶液直接 pH 测量装置”超临界流体杂志。

陶究: "超臨界水環境における金属酸化物被膜の溶解度計算"材料と環境. accepted. (2004)

Touken：“超临界水环境中金属氧化物薄膜的溶解度计算”材料与环境（2004 年）。

K.Sue, M.Uchida, T.Usami, T.Adschiri, K.Arai: "Apparatus for direct pH measurement of supercritical aqueous solutions"The Journal of Supercritical Fluids. (accepted). (2003)

K.Sue、M.Uchida、T.Usami、T.Adschiri、K.Arai：“超临界水溶液直接 pH 测量装置”超临界流体杂志。