Solubilities of Gases in Ionic Liquids and its Applications to Separation Processes
イオン液体のガス吸収特性と分離精製プロセスへの応用

Takashi MAKINO, Masato SAKURAI, Mitsuhiro KANAKUBO
2013 Journal of the Vacuum Society of Japan  
88  1  独産業技術総合研究所(〒983 8551 宮城県仙台市宮城野区苦 竹 4 2 1)  2  独宇宙航空研究開発機構(〒182 8522 東京都調布市深大寺東 町 7 44 1) Table 1 Nomenclatures and abbreviations of ionic liquids used in this paper. 略 号 イオン種 [emim] + 1 ethyl 3 methylimidazolium [bmim] + 1 butyl 3 methylimidazolium [hmim] + 1 hexyl 3 methylimidazolium [omim] + 1 methyl 3 octylimidazolium [C 6 H 4 F 9 mim] + 1 methyl 3 nona‰uorohexylimidazolium [C 8 H 4 F 13 mim] + 1 methyl 3 trideca‰uorooctylimidazolium [C 3 H 6 NH 2 bim] + 1
more » ... H 6 NH 2 bim] + 1 (3 aminopropyl) 3 butylimidazolium [N 1114 ] + In the present paper, gas solubilities in ionic liquids (ILs) have extensively been reviewed in terms of physical and chemical absorption capabilities. The phase behaviors and volume expansivities were compared between IL CO 2 and molecular liquid CO 2 systems. The eŠects of anion and cation structures on the physical solubilities of CO 2 were described, and the dissolution mechanism was discussed on the basis of the thermodynamic parameters with the related spectroscopic and simulation results. The chemical absorption properties of ILs were also summarized in several types, i.e., the cation-and anion-functionalized ILs, hybrid ILs, and the others. Using the above-mentioned ILs, three diŠerent types of gas separation processes, the high-pressure physical absorption, temperatureswing chemical absorption, and vacuum-swing absorption techniques, have been surveyed with their strong advantages over conventional processes. . は じ め に イオン液体(ILs)は揮発性が低く,難燃性で,幅広い温 度で液体状態をとり,カチオンやアニオンの分子構造やそれ らの組合せで物質の溶解性など種々の性質を制御可能であ る.それらの従来の溶媒に無い特徴を活かして,電気化学デ バイスの電解質,分離精製や化学反応の媒体,新しい分析法 への応用,機能性材料への展開など,イオン液体を利用した 様々な研究が盛んに進められている.本稿では,イオン液体 の持つ特徴的なガス吸収特性について,ガスの分圧を駆動力 とした物理吸収と反応を伴う化学吸収とに大別して述べ,さ らに,イオン液体を用いたガス分離プロセスについて解説す る.なお,本稿で頻出するイオン液体のカチオンとアニオン の名称および略号を Table 1 にまとめた. . イオン液体のガス物理吸収特性 イオン液体が CO 2 の吸収液として注目されるようになっ た背景には,イオン液体中に CO 2 は多量に溶解するもの の,イオン液体は CO 2 相にほとんど溶出しないという特徴 がある.この特徴を活かして,イオン液体と CO 2 からなる 二相系を利用した,超臨界抽出,有機反応,材料合成など, ガス分離精製以外のプロセスも研究されている 1 3) .各プロ セスのデザインにあたり,イオン液体+CO 2 系の平衡物性 (CO 2 の溶解度やイオン液体相の膨張率など)は重要であ り,幅広い温度・圧力範囲で測定がなされている.本節で は,イオン液体+CO 2 系で観察される一般的な挙動につい て述べ,その上で CO 2 吸収量がイオン液体の種類によりど う影響を受けるか言及する.CO 2 以外のガス種や混合ガス 系の報告は未だ多くないが,それらについても記したい. . イオン液体+CO 2 系の平衡物性 .. イオン液体+CO 2 系の相挙動 313 K におけるイオン液体+CO 2 系の高圧相挙動の典型例 を Fig. 1 に示す 4) . [emim][Tf 2 N]の CO 2 溶解度(x CO2  液相の CO 2 のモル分率)は,~6 MPa 以下の圧力領域でほ
doi:10.3131/jvsj2.56.88 fatcat:3zqwxrpopbhm7bzwd7u74gwkva