気-液-固系での炭酸カルシウムの溶解・晶析技術に対するマイクロバブル法の適用 The Application of Micro-Bubbles for Dissolution and Crystallization of Calcium Carbonate in Gas-Liquid-Solid System

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著者

    • 松本 真和 MATSUMOTO Masakazu
    • 千葉工業大学 工学部 生命環境科学科 Department of Life and Environmental Sciences, Faculty of Engineering Chiba Institute of Technology
    • 砂 真理 ISAGO Mari
    • 千葉工業大学 工学部 生命環境科学科 Department of Life and Environmental Sciences, Faculty of Engineering Chiba Institute of Technology
    • 尾上 薫 ONOE Kaoru
    • 千葉工業大学 工学部 生命環境科学科 Department of Life and Environmental Sciences, Faculty of Engineering Chiba Institute of Technology

抄録

目的イオンを均一に液相に供給可能なマイクロバブル法を炭酸カルシウムの晶析・溶解現象に応用した. マイクロバブルのガス供給源としてCO<SUB>2</SUB>, NH<SUB>3</SUB>, N<SUB>2</SUB>ガスを用いた. 供給溶液として蒸留水とTris-HCl (pH 7. 8), Ca(NO<SUB>3</SUB>)<SUB>2</SUB>, およびCa(NO<SUB>3</SUB>)<SUB>2</SUB>/Tris-HCl (pH 7.8) の3種類の溶液を用いた. 4種類の供給溶液に種種のマイクロバブルを連続供給し, 液相物性を制御することで炭酸カルシウムの晶析・溶解・再析出を行った. この際, 溶液特性 (pH, 電気伝導度) および固体生成物の性質 (SEM, XRD) に関して様々な物理化学的測定を行った. 気-液反応における気泡のマイクロ化が気相の溶解性に及ぼす影響および気-液-固反応での炭酸カルシウムの晶析・溶解・再析出現象について検討を行った結果, 以下に示すことが明らかとなった; 1) 気-液反応では供給溶液によらず気泡のマイクロ化によってCO<SUB>2</SUB>ガス吸収効率が増大する, 2) Caを含む溶液のpHをCO<SUB>2</SUB>にNH<SUB>3</SUB>を混合したマイクロバブルおよびTris-HClによって7以上に制御することで, 炭酸カルシウムが反応晶析する, 3) pHが7以上で二酸化炭素供給モル数の増加に応じてバテライトが高選択的に生成する, 4) CO<SUB>2</SUB>/NH<SUB>3</SUB>マイクロバブルによる反応晶析 (CO<SUB>2</SUB>/NH<SUB>3</SUB>=1/2, <I>F</I><SUB>CO2</SUB>=0.28mmol/(<I>l</I>・min), <I>Q</I><SUB>CO2</SUB>=4.2mmol/<I>l</I>) では, 平均粒径2.4μmの微粒な球状晶のバテライトが生成する, 5) CO<SUB>2</SUB>マイクロバブルでは, 二酸化炭素のガス溶解にともなうpHの低下により炭酸カルシウムの溶解が生じる, 6) NH<SUB>3</SUB>マイクロバブルでは, アンモニアのガス溶解にともなうpHの上昇により炭酸カルシウムが再析出する.

The micro-bubble technique, which can be used to supply ions uniformly to the liquid phase, was applied to the crystallization and dissolution of calcium carbonate (CaCO<SUB>3</SUB>). CO<SUB>2</SUB>, NH<SUB>3</SUB>, and N<SUB>2</SUB> gases were used as gas sources for the micro-bubbles. In addition to distilled water, three types of solution were used: Tris-HCl (pH 7.8), Ca(NO<SUB>3</SUB>)<SUB>2</SUB>, and Ca(NO<SUB>3</SUB>)<SUB>2</SUB>/Tris-HCl (pH 7.8). By continuously feeding various types of micro-bubblesinto each of the four liquids, the physical properties of the liquid phase were controlled in order to crystallize, dissolve and re-crystallize CaCO<SUB>3</SUB>. At the same time, the physical properties of the solutions (pH and electric conductivity) were determined and the generated solids were physico-chemically analyzed by means of SEM and XRD. The effects of the micro-bubbles on gas solubility in gas-liquid reactions and also on the crystallization, dissolution and re-rystallization of CaCO<SUB>3</SUB> in gas-liquid-solid reactions were studied. The experimental results indicate the following; 1) in the gas-liquid reaction, the gas absorption rate of CO<SUB>2</SUB> increases with decreasing bubble size, irrespective of the type of solution; 2) by controlling the pH of solutions containing Ca<SUP>2+</SUP> ions over pH 7 with a mixture of CO<SUB>2</SUB> and NH<SUB>3</SUB> micro-bubbles or with Tris-HCl, then CaCO<SUB>3</SUB> precipitates; 3) when the pH is higher than 7, vaterite is generated in high-selectivity with an increase of CO<SUB>2</SUB> supply; 4) in the crystallization reaction induced by CO<SUB>2</SUB>/NH<SUB>3</SUB> micro-bubbles (CO<SUB>2</SUB>/NH<SUB>3</SUB>=1/2, <I>F</I><SUB>CO2</SUB>=0.28mmol/l/min, <I>Q</I><SUB>CO2</SUB>=4.2 mmol/l), micro-bead-shaped vaterite (2.4μm) is generated; 5) when CO<SUB>2</SUB> micro-bubbles are used, CaCO<SUB>3</SUB> dissolves with lowered pH owing to the dissolution of CO<SUB>2</SUB> gases; and 6) when NH<SUB>3</SUB> micro-bubbles are used, CaCO<SUB>3</SUB> re-crystallizes at higher pH owing to the dissolution of ammonia gas.

収録刊行物

  • 日本海水学会誌

    日本海水学会誌 58(5), 475-486, 2004-10-01

    日本海水学会

参考文献:  14件中 1-14件 を表示

被引用文献:  2件中 1-2件 を表示

各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    10013365379
  • NII書誌ID(NCID)
    AN0018645X
  • 本文言語コード
    ENG
  • 資料種別
    ART
  • ISSN
    03694550
  • NDL 記事登録ID
    7116828
  • NDL 雑誌分類
    ZM44(科学技術--地球科学--海洋・陸水・火山) // ZP8(科学技術--化学・化学工業--無機化学・無機化学工業)
  • NDL 請求記号
    Z15-47
  • データ提供元
    CJP書誌  CJP引用  NDL  J-STAGE 
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