超臨界水溶液のpH測定用電気化学マイクロセルの開発

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超臨界水反応場を利用したナノ粒子合成やバイオマス資源からの有用化学原料回収は実用化を視野に入れた研究が積極的に進められている。一方、プロセス設計の上で不可欠となる物性データは測定法自体が確立していないこともあり僅少である。特に、イオン反応の平衡定数は、微粒子合成機構の解明のみならず、化学原料回収においても目的物の収率や選択率の向上を検討する際、副生する有機酸の解離挙動の把握が重要な因子であるため、そのデータの蓄積は急務と考える。また、これら有機酸は熱的に不安定であるが、超臨界水中での反応時間が秒オーダー以下であるため、このような時間内では安定に存在する。本研究では、高精度かつ極めて短い装置内滞在時問で超臨界水溶液のpHを電位差法により測定し、解離定数を決定するための流通式電気化学マイクロセルの作製を行った。白金水素電極を用い、絶縁性のアルミナ管をセル材とし内部に参照電極・指示電極設置用および参照溶液および被検液流通用の計4つの流路を加工した。両溶液はセル内に供給後、ハステロイチューブに外接させたシースヒータにより急速に昇温され、所定温度まで昇温する。その後、個々の電極測定部と接触した後、両溶液は接触混合し、セル外へ排出される。この間の電位差を測定する方法である。セルの内容積は1.5cm^3であり、従来のセルと比較して1/10も減少させた。実際に超臨界水溶液の電位差測定を行った結果、測定精度を維持しつつ電位安定までの時間が短縮できることを確認した。また、高温高圧下でより短時間での測定を視野に入れ、まずは室温環境で1秒以下のセル内滞在時間で電位差測定可能なマイクロセルを微細加工技術を駆使して作製した。流量1〜10g/minで実験を行った結果、若干の流量依存性は確認されたが、測定電位差は理論値と良好に一致した。今後は、高温高圧下での使用を視野に入れ研究を継続する。