JP2007024649A - Pore diameter distribution measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィルタ、膜、中空糸、石炭などの多孔体が有する細孔の細孔径及びその分布を測定する測定方法に関する。 The present invention relates to a measurement method for measuring the pore diameter and distribution of pores of a porous body such as a filter, a membrane, a hollow fiber, and coal.
吸着剤やフィルタなどの多孔体を有効利用するためには、多孔体表面の細孔の細孔径やその分布に関する情報を得ることが必要となる。そのような情報を得る方法としては、窒素吸着法、水銀圧入法、バブルポイント法、ドライ−ウエットフロー法などが従来から広く用いられてきた。 In order to effectively use a porous body such as an adsorbent or a filter, it is necessary to obtain information on the pore diameter and distribution of the pores on the surface of the porous body. As a method for obtaining such information, a nitrogen adsorption method, a mercury intrusion method, a bubble point method, a dry-wet flow method and the like have been widely used.
しかしながら、窒素吸着法では、多孔体を乾燥させる必要があるので、乾燥させると収縮してしまうような物質からなる多孔体の細孔の細孔径分布を測定することができないという問題があった。また、水銀圧入法では、人体に有害な水銀を用いる必要があり、その管理及び廃棄処理に対するコストが高くなるという問題があった。 However, in the nitrogen adsorption method, since the porous body needs to be dried, there has been a problem that the pore size distribution of the porous body made of a substance that shrinks when dried cannot be measured. Further, the mercury intrusion method requires the use of mercury that is harmful to the human body, and there is a problem that the cost for its management and disposal treatment increases.
さらに、バブルポイント法やドライ−ウエットフロー法などでは、測定可能な細孔径の限界が50nm程度であり、細孔径が50nm以下の細孔の細孔径及びその分布を測定することができないという問題があった。 Furthermore, in the bubble point method and the dry-wet flow method, there is a problem that the limit of measurable pore diameter is about 50 nm, and the pore diameter and the distribution of pores having a pore diameter of 50 nm or less cannot be measured. there were.
一方、上述した水銀圧入法の欠点を解消する方法が提案されているが(例えば特許文献1参照)、多孔体への表面処理を施す必要があり、細孔の細孔径及びその分布を測定する際の工程が煩雑になるという問題があった。 On the other hand, although a method for eliminating the above-described drawback of the mercury intrusion method has been proposed (see, for example, Patent Document 1), it is necessary to perform surface treatment on the porous body, and the pore diameter and distribution thereof are measured. There is a problem that the process becomes complicated.
本発明は、上述した事情に鑑み、比較的簡易な工程で多孔体の細孔の細孔径の正確な分布を測定することができる測定方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the measuring method which can measure the exact distribution of the pore diameter of the pore of a porous body in a comparatively simple process in view of the situation mentioned above.
本発明者は、毛管相分離現象に関する研究を通じて、多孔体に吸着される液体の吸着ポテンシャルを考慮した毛管相分離に関する熱力学方程式を構築した。そして、その熱力学方程式を用いることにより、細孔内に第1の液体が付着した多孔体を、第1の液体の飽和濃度がCSである第2の液体に第1の液体を既知の濃度で溶解させた基準溶液に浸漬させて平衡状態とした際に、毛管相分離現象により第2の液体に溶解せずに多孔体の細孔内に残留する第1の液体の残留量に基づいて多孔体の細孔の細孔径及びその分布を測定できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventor constructed a thermodynamic equation related to capillary phase separation in consideration of the adsorption potential of the liquid adsorbed on the porous body through research on the capillary phase separation phenomenon. Then, by using the thermodynamic equations, the porous body first liquid adheres to the pores, the first saturation concentration second is a C S of the liquid the liquid to the first liquid of known Based on the residual amount of the first liquid remaining in the pores of the porous body without being dissolved in the second liquid due to the capillary phase separation phenomenon when immersed in a reference solution dissolved at a concentration and brought into equilibrium. Thus, the inventors have found that the pore diameter and distribution of the pores of the porous body can be measured, and have completed the present invention.
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、細孔内に第1の液体が付着した多孔体を、前記第1の液体の飽和濃度がCSである第2の液体に前記第1の液体を既知の濃度D1〜zで溶解させた基準溶液E1〜zに浸漬させて平衡状態とした際に、毛管相分離現象により前記基準溶液E1〜zに溶解せずに前記多孔体の細孔内に残留する前記第1の液体の残留量に基づいて前記多孔体の細孔の細孔径w及びその分布を測定する細孔径分布測定方法であって、前記多孔体と同一組成又は類似組成からなり、既知の細孔径W1〜yのそれぞれの寸法の細孔のみを有する標本多孔体O1〜yに対して前記第1の液体の吸着ポテンシャルΔΨ1〜y(W1〜y,x)(式中、xは前記標本多孔体の細孔の中心を原点とした細孔径方向の位置を示す。)を前記標本多孔体O1〜yごとに求める吸着ポテンシャル作成工程と、前記吸着ポテンシャルΔΨ1〜y(W1〜y,x)を下記式1及び式2に代入してx0を消去するように式1及び式2を連立させて解き、前記標本多孔体O1〜yのそれぞれの細孔径W1〜yと標本平衡濃度比率(C1〜y/CS)(式中、C1〜yは前記細孔径W1〜yのそれぞれの寸法のみを有する前記標本多孔体O1〜yにおける前記第2の液体中の前記第1の液体の平衡濃度を示す。)との関係を求める標本平衡濃度比率関係作成工程と、前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zに前記多孔体を浸漬させて平衡状態とした際の前記基準溶液E1〜z中の前記第1の液体の平衡濃度A1〜zを前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zごとに測定して前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zごとの平衡濃度比率(A1〜z/CS)を算出する平衡濃度比率算出工程と、前記多孔体の乾燥重量と前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zそれぞれに対する平衡状態における前記多孔体の重量とに基づいて、又は前記基準溶液E1〜zの濃度D1〜zと、前記基準溶液E1〜zそれぞれの量と、前記平衡濃度A1〜zとに基づいて、前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zそれぞれに対する平衡状態における前記多孔体の細孔内に残留する前記第1の液体の残留量を算出する残留量算出工程と、前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zそれぞれに対する平衡状態における前記多孔体の細孔内に残留する前記第1の液体の残留量と前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zそれぞれに対する平衡濃度比率(A1〜z/CS)とに基づいて前記多孔体の細孔の細孔径w及び当該細孔径wの分布を評価する細孔評価工程とを具備することを特徴とする細孔径分布測定方法にある。
To solve the above problem first aspect of the present invention, the porous body first liquid adheres to the pores, the first to the second liquid wherein the first saturation concentration of the liquid is C S When the liquid is immersed in a reference solution E1- z dissolved at a known concentration D1- z and brought into an equilibrium state, the porous solution does not dissolve in the reference solution E1- z due to a capillary phase separation phenomenon. A pore diameter distribution measuring method for measuring the pore diameter w and the distribution of the pores of the porous body based on the residual amount of the first liquid remaining in the pores of the body, the same composition as the porous body or made similar composition, the first adsorption potential [Delta] [Psi] 1 to y (W. 1 to the liquid to the sample porous O 1 to y having only pores of the respective dimensions of known pore size W 1 to y It shows y, x) (where, x is the central pore radial position as the origin of the pores of the sample porous material ) And the adsorption potential creation step of determining for each of the sample porous material O 1 to y, and erasing the adsorption potential ΔΨ 1~y (W 1~y, x 0 by substituting x) by the following
かかる第1の態様では、さまざまな形状及び組成からなる多孔体の細孔の分布を正確かつ容易に測定することができる。 In the first aspect, the pore distribution of the porous body having various shapes and compositions can be accurately and easily measured.
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記吸着ポテンシャル作成工程は、前記標本多孔体O1〜yと同一又は類似組成からなる非多孔体に対する前記第1の液体の蒸気の吸着等温線と当該吸着等温線に対応する前記第1の液体の吸着膜の厚さtとを測定する吸着等温線測定工程と、前記吸着等温線上の前記第1の液体の蒸気圧P1〜zと当該蒸気圧P1〜zそれぞれに対応する前記第1の液体の吸着膜の厚さt1〜zとを下記式3に代入して前記非多孔体の表面上における第1の液体の吸着膜の厚さtとΔφ(t)との関係を算出するΔφ算出工程と、前記第1の液体の吸着膜の厚さtとΔφ(t)との関係を用いて下記式4より前記吸着ポテンシャルΔΨ(W,x)を算出するΔΨ算出工程とを具備することを特徴とする細孔径分布測定方法にある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the adsorption potential creating step includes adsorption of the vapor of the first liquid to a non-porous body having the same or similar composition as the specimen porous body O1-y. An adsorption isotherm measuring step for measuring an isotherm and a thickness t of the adsorption film of the first liquid corresponding to the adsorption isotherm; and
かかる第2の態様では、既知の細孔径W1〜yのそれぞれの寸法の細孔のみを有する標本多孔体O1〜yに対して第1の液体の吸着ポテンシャルΔΨ1−y(W1−y,x)を容易に求めることができる。 In the second aspect, the known pore size W adsorption potential of the first liquid to the sample porous O 1 to y having only pores of each size of 1~y ΔΨ 1-y (W 1- y , x) can be easily obtained.
本発明の第3の態様は、第1又は2の態様において、請求項1又は2において、前記細孔評価工程は、前記平衡濃度比率(A1〜z/CS)ごとの前記多孔体の細孔内に残留する前記第1の液体の残留量から前記平衡濃度比率(A1〜z/CS)ごとの前記多孔体の細孔内に残留する前記第1の液体の体積を算出する体積算出工程と、前記標本多孔体O1〜yの細孔径W1〜yと標本平衡濃度比率(C1〜y/CS)との関係に基づいて前記平衡濃度比率(A1〜z/CS)に対応してそれぞれ決定される前記多孔体の細孔の細孔径B1〜zを算出する細孔径算出工程と、隣接する2つの前記平衡濃度比率(A1〜z/CS)における前記多孔体の細孔内に残留する前記第1の液体の体積の差及び前記隣接する2つの平衡濃度比率(A1〜z/CS)に対応してそれぞれ決定される前記多孔体の細孔の細孔径B1〜zから前記多孔体の細孔の細孔径wの分布を算出する細孔径分布算出工程とを具備することを特徴とする細孔径分布測定方法にある。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, in the first or second aspect, the pore evaluation step includes the step of measuring the porous body for each of the equilibrium concentration ratios (
かかる第3の態様では、さまざまな形状及び組成からなる多孔体の細孔の分布をより容易に測定することができる。 In the third aspect, the pore distribution of the porous body having various shapes and compositions can be measured more easily.
本発明の第4の態様は、第1〜3の何れかの態様において、前記多孔体の細孔の細孔径が1〜50nmの範囲にあることを特徴とする細孔径分布測定方法にある。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the pore diameter distribution measuring method is characterized in that the pore diameter of the porous body is in the range of 1 to 50 nm.
かかる第4の態様では、さまざまな形状及び組成からなる多孔体の細孔の分布をより正確に測定することができる。 In the fourth aspect, the distribution of the pores of the porous body having various shapes and compositions can be measured more accurately.
本発明の第5の態様は、第1〜4の何れかの態様において、細孔内に前記第1の液体が付着した前記多孔体を、前記第1の液体の飽和濃度がCSである第2の液体に前記第1の液体を既知の濃度D1〜zで溶解させた基準溶液E1〜zに浸漬させた際の平衡状態は、カラムに前記多孔体を充てんし、前記カラムに前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zのそれぞれを連続的に供給し、各基準溶液E1〜zの濃度D1〜zと前記基準溶液E1〜zに対応して前記カラムから排出される溶液F1〜z中の前記第1の液体の濃度とが同一になった状態とすることを特徴とする細孔径分布測定方法にある。
A fifth aspect of the present invention, in the first to fourth one aspect, the porous body in which the first liquid is deposited in the pores, the first saturation concentration of the liquid is a C S equilibrium when immersed in the first liquid reference was dissolved in a known concentration D 1 to Z solution E 1 to Z in the second liquid, and filled with the porous material to the column, the column the continuously supplied each reference solution E 1 to Z of known concentration D 1 to Z, the corresponding to each reference solution E 1 to Z of concentration D 1 to Z and the reference solution E 1 to Z The pore diameter distribution measuring method is characterized in that the concentration of the first liquid in the
かかる第5の態様では、容易にかつ短時間で、細孔内に第1の液体が付着した多孔体を基準溶液に浸漬させた際の平衡状態を形成させることができる。 In the fifth aspect, an equilibrium state can be formed easily and in a short time when the porous body having the first liquid attached in the pores is immersed in the reference solution.
本発明の第6の態様は、第5の態様において、前記カラムから排出される溶液F1〜zは、前記濃度D1〜zの基準溶液E1〜zとして再度前記カラムに供給されることを特徴とする細孔径分布測定方法にある。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the
かかる第6の態様では、細孔内に第1の液体が付着した多孔体を基準溶液に浸漬させた際の平衡状態をより容易に形成させることができる。 In the sixth aspect, it is possible to more easily form an equilibrium state when the porous body having the first liquid attached in the pores is immersed in the reference solution.
本発明の第7の態様は、第1〜6の何れかの態様において、前記第2の液体は前記第1の液体より飽和蒸気圧が高いものであり、前記残留量算出工程は、前記平衡状態に達した後、前記多孔体の細孔内に付着した前記第1の液体及び前記第2の液体のうち第2の液体のみを蒸発させた際の前記多孔体の重量を測定し、前記多孔体の重量から前記多孔体の乾燥重量を引くことにより、前記多孔体の細孔内に残留する第1の液体の残留量を算出することを特徴とする細孔径分布測定方法にある。 According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the second liquid has a higher saturated vapor pressure than the first liquid, and the residual amount calculating step After reaching the state, the weight of the porous body when only the second liquid of the first liquid and the second liquid attached to the pores of the porous body is evaporated is measured, The pore diameter distribution measuring method is characterized in that the residual amount of the first liquid remaining in the pores of the porous body is calculated by subtracting the dry weight of the porous body from the weight of the porous body.
かかる第7の態様では、前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zそれぞれに対する平衡状態における前記多孔体の重量を容易に測定することができる。
In the seventh aspect, the weight of the porous body in an equilibrium state with respect to each of the
本発明に係る細孔径分布測定方法によると、比較的簡易な工程で、さまざまな形状及び組成からなる多孔体の細孔の分布を正確に測定することができるので、より容易かつ正確に多孔体の特性を解析することができる。 According to the pore diameter distribution measuring method according to the present invention, the pore distribution of the porous body having various shapes and compositions can be accurately measured in a relatively simple process, so that the porous body can be more easily and accurately. Can be analyzed.
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態で用いる説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described. Note that the description used in the present embodiment is an exemplification, and the present invention is not limited to the following description.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る細孔を有する多孔体を示す概略図である。また、図2は、本実施形態で用いる多孔体の細孔内に第1の液体が付着した状態を示す概略図である。さらに、図3は、本実施形態において、細孔内に第1の液体が付着した多孔体を既知の濃度の基準溶液で満たされた槽に浸漬させた状態を示す概略図である。そして、図4は本実施形態に係る細孔径分布測定方法のシーケンスを示す図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic view showing a porous body having pores according to
本実施形態で用いる細孔径分布測定方法は、図1〜3に示すように、細孔11内に第1の液体20が付着した多孔体10を、第1の液体20の飽和濃度がCSである第2の液体に第1の液体20を既知の濃度Dで溶解させた基準溶液30に浸漬させて平衡状態とした際に、毛管相分離現象により基準溶液30に溶解せずに多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の残留量に基づいて多孔体10の細孔11の細孔径w及びその分布を測定する方法である。なお、本実施形態で用いる細孔径分布測定方法は、以下に説明するすべての工程において同一又は略同一温度で行なわれるものとする。
As shown in FIGS. 1 to 3, the pore diameter distribution measuring method used in the present embodiment uses a
本実施形態で用いる多孔体10は、細孔11を有するものであれば特に限定されないが、細孔径が1〜50nmの範囲にある細孔11を有するものが好ましく、2〜50nmの範囲にあるものがより好ましい。具体的には、例えば多孔体10として石炭などが挙げられる。なお、細孔11は多孔体10を貫通していてもよい。
The
また、本実施形態に用いる第1の液体20及び第2の液体は、相互溶解度に上限があるものであれば特に限定されない。具体的には、例えば第1の液体20として水などが、また、水に対する第2の液体としてジメチルエーテル(DME:CH3OCH3)などが挙げられる。
Moreover, the
さらに、本実施形態に用いる基準溶液30とは、第1の液体20がまったく溶解していない純粋な第2の液体から、第2の液体中の第1の液体20の濃度が飽和濃度CSとなるまでの範囲にあるいずれかの溶液、すなわち第2の液体中の第1の液体20の濃度が0%〜飽和濃度CSとなるまでの範囲にあるいずれかの溶液をいう。なお、図1〜3では基準溶液に「30」の符号を付して説明したが、以下では溶解する第1の液体20の濃度が異なる基準溶液E1〜z対しても同じ符号「30」を付すこととする。
Furthermore, the
以下に、本実施形態で用いる細孔径分布測定方法を具体的に説明する。本実施形態で用いる細孔径分布測定方法は、図4に示すような工程からなっている。具体的には、本実施形態で用いる細孔径分布測定方法は、図5に示す多孔体10の細孔11内の座標において、多孔体10と同一組成又は類似組成からなり、既知の細孔径W1〜yのそれぞれの寸法の細孔のみを有する標本多孔体O1〜yに対して第1の液体20の吸着ポテンシャルΔΨ1〜y(W1〜y,x)(式中、xは標本多孔体の細孔の中心を原点とした細孔径方向の位置を示す。)を標本多孔体O1〜yごとに求める吸着ポテンシャル作成工程(S1)と、吸着ポテンシャルΔΨ1〜y(W1〜y,x)を下記の式1及び式2に代入してx0を消去するように式1及び式2を連立させて解き、標本多孔体O1〜yのそれぞれの細孔径W1〜yと標本平衡濃度比率(C1〜y/CS)との関係を求める標本平衡濃度比率関係作成工程(S2)と、第2の液体に第1の液体20を既知の濃度D1〜zで溶解させた基準溶液E1〜z30に多孔体10を浸漬させて平衡状態とした際の基準溶液E1〜z30中の第1の液体20の平衡濃度A1〜zを既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30ごとに測定して既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30ごとの平衡濃度比率(A1〜z/CS)を算出する平衡濃度比率算出工程(S3)と、多孔体10の乾燥重量と既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30それぞれに対する平衡状態における多孔体10の重量とに基づいて、又は基準溶液E1〜z30の濃度D1〜zと、基準溶液E1〜z30それぞれの量と、平衡濃度A1〜zとに基づいて、既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30それぞれに対する平衡状態における多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の残留量を算出する残留量算出工程(S4)と、既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30それぞれに対する平衡状態における多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の残留量と既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30それぞれに対する平衡濃度比率(A1〜z/CS)とに基づいて多孔体10の細孔11の細孔径w及び細孔径wの分布を評価する細孔評価工程(S5)とを具備している。
Hereinafter, the pore size distribution measuring method used in the present embodiment will be specifically described. The pore size distribution measuring method used in the present embodiment includes steps as shown in FIG. Specifically, the pore diameter distribution measuring method used in the present embodiment has the same composition or similar composition as the
この方法を用いることにより、さまざまな形状及び組成からなる多孔体の細孔の細孔径及びその分布を正確かつ容易に測定することができる。以下、各工程についてより具体的に説明する。 By using this method, it is possible to accurately and easily measure the pore diameter and distribution of the pores of the porous body having various shapes and compositions. Hereinafter, each step will be described more specifically.
吸着ポテンシャル作成工程(S1)は、図5に示す座標において、多孔体10と同一組成又は類似組成からなり、既知の細孔径W1〜yのそれぞれの寸法の細孔のみを有する標本多孔体O1〜yに対して第1の液体20の吸着ポテンシャルΔΨ1〜y(W1〜y,x)(式中、xは標本多孔体の細孔の中心を原点とした細孔径方向の位置を示す。)を標本多孔体O1〜yごとに求めることができるものであれば特に限定されない。しかしながら、吸着ポテンシャル作成工程(S1)としては、以下に説明する吸着等温線を利用した吸着ポテンシャル作成工程が好ましい。ここで、標本多孔体O1〜yは、多孔体10と同一組成又は類似組成からなり、既知の細孔径W1〜yのそれぞれの寸法の細孔のみを有するものであれば特に限定されないが、多孔体10と形状及び組成が同一であるものが好ましいのはいうまでもない。なお、多孔体10の類似組成からなる標本多孔体O1〜yとは、多孔体10の吸着ポテンシャルを求める際に利用することができるような、多孔体10の吸着ポテンシャルと同様の吸着ポテンシャルを有するものをいう。以下に、好ましい吸着ポテンシャル作成工程(S1)として、吸着等温線を利用した吸着ポテンシャル作成工程について具体的に説明する。
The adsorption potential creation step (S1) has the same or similar composition as that of the
吸着等温線を利用した吸着ポテンシャル作成工程は、具体的には図6に示すように、標本多孔体O1〜yと同一又は類似組成からなる非多孔体への第1の液体20の蒸気の吸着等温線とその吸着等温線に対応する第1の液体20の吸着膜の厚さt1〜zとを測定する吸着等温線測定工程(S1−1)と、吸着等温線上の第1の液体20の蒸気圧P1〜zと蒸気圧P1〜zそれぞれに対応する第1の液体20の吸着膜の厚さt1〜zとを下記の式3に代入して非多孔体の表面上における第1の液体20の吸着膜の厚さtとΔφ(t)との関係を算出するΔφ算出工程(S1−2)と、第1の液体20の吸着膜の厚さtとΔφ(t)との関係を用いて下記の式4より吸着ポテンシャルΔΨ(W,x)を算出するΔΨ算出工程(S1−3)とからなっている。
Specifically, the adsorption potential creation step using the adsorption isotherm is performed as shown in FIG. 6 in which the vapor of the
ここで、非多孔体は標本多孔体O1〜yと同一又は類似組成からなるもの、すなわち多孔体10と同一又は類似組成からなるものであり、細孔を有さないものであれば特に限定されない。しかしながら、非多孔体としては多孔体10と形状及び組成が同一であるものが好ましいのはいうまでもない。なお、標本多孔体O1〜yの類似組成からなる非多孔体、すなわち多孔体10と類似組成からなる非多孔体とは、多孔体10の吸着ポテンシャルを求める際に利用することができるような、多孔体10の吸着ポテンシャルと同様の吸着ポテンシャルを有するものをいう。
Here, the non-porous body is particularly limited as long as it has the same or similar composition as the specimen porous body O1-y , i.e. , has the same or similar composition as the
この方法によると、既知の細孔径W1〜yのそれぞれの寸法の細孔のみを有する標本多孔体O1〜yに対して第1の液体20の吸着ポテンシャルΔΨ1−y(W1−y,x)を容易に求めることができる。以下、吸着等温線を利用した吸着ポテンシャル作成工程の各工程について、より具体的に説明する。 According to this method, the adsorption potential [Delta] [Psi] 1-y of the first liquid 20 with respect to the sample porous O 1 to y having only pores of the respective dimensions of known pore size W 1~y (W 1-y , X) can be easily obtained. Hereinafter, each process of the adsorption potential creation process using the adsorption isotherm will be described more specifically.
吸着等温線測定工程(S1−1)は、標本多孔体O1〜yと同一又は類似組成からなる非多孔体への第1の液体20の蒸気の吸着等温線とその吸着等温線に対応する第1の液体20の吸着膜の厚さt1〜zとを測定することができるものであれば特に限定されない。例えば、「吸着の科学」(近藤精一、石川達雄、安部郁夫共著、丸善株式会社 平成3年7月30日発行)の146〜166ページに記載されている測定方法及び測定装置を用いて、吸着等温線とその吸着等温線に対応する第1の液体20の吸着膜の厚さt1〜zとを測定することができる。
The adsorption isotherm measurement step (S1-1) corresponds to the adsorption isotherm of the vapor of the
Δφ算出工程(S1−2)は、吸着等温線測定工程(S1−1)により得られた吸着等温線上の第1の液体20の蒸気圧P1〜zとその蒸気圧P1〜zそれぞれに対応する第1の液体20の吸着膜の厚さt1〜zとをそれぞれ式3に代入して、非多孔体の表面上における第1の液体20の吸着膜の厚さtとΔφ(t)との関係を算出することができるものであれば特に限定されない。例えば、式3を用いてΔφ(x)を算出する方法は、「H.Kanda,et.al,Langmuir,Vol16,p6622−6627(2000)」などに記載されている。
In the Δφ calculation step (S1-2), the
ΔΨ算出工程(S1−3)は、Δφ算出工程(S1−2)により得られた第1の液体20の吸着膜の厚さtとΔφ(t)との関係を用いて式4より吸着ポテンシャルΔΨ(W,x)を算出することができるものであれば特に限定されない。例えば、まず細孔径Wを設定する。すると、標本多孔体O1〜yと同一又は類似組成からなる非多孔体への第1の液体20の蒸気の吸着等温線に対応する第1の液体20の吸着膜の厚さtと、図5に示すような細孔内の位置xにおけるW/2−xが、共に固体もしくは細孔壁からの距離となるので、あるtに対するΔφ(t)の値を、tと同じ値のW/2−xにおけるΔφ(W/2−x)に対して適用可能となる。したがって、Δφ算出工程(S1−2)により得られた第1の液体20の吸着膜の厚さtとΔφ(t)との関係を式4に代入することにより、細孔径Wに対する吸着ポテンシャルΔΨ(W,x)を算出することができる。ここで、多孔体の細孔内に付着した第1の液体20は、図5に示すように、2つの細孔壁15a、15bに挟まれているので、2つの細孔壁15a、15bからの相互作用を考慮するために式4を用いて吸着ポテンシャルΔΨ1〜y(W1〜y,x)を算出している。
In the ΔΨ calculation step (S1-3), the adsorption potential is obtained from
この方法を用いると、既知の細孔径W1〜yのそれぞれの寸法の細孔のみを有する標本多孔体O1〜yに対して第1の液体20の吸着ポテンシャルΔΨ1〜y(W1〜y,x)を容易に求めることができる。 Using this method, the adsorption potential [Delta] [Psi] 1 to y of the first liquid 20 with respect to the sample porous O 1 to y having only pores of the respective dimensions of known pore size W 1 to y (W. 1 to y , x) can be easily obtained.
以上説明したようにして、既知の細孔径W1〜yのそれぞれの寸法の細孔のみを有する標本多孔体O1〜yに対して第1の液体20の吸着ポテンシャルΔΨ1〜y(W1〜y,x)を容易に求めることができる。 As has been explained above, the adsorption potential [Delta] [Psi] 1 to y of the first liquid 20 with respect to the sample porous O 1 to y having only pores of the respective dimensions of known pore size W 1 to y (W 1 ~ Y , x) can be easily obtained.
次に、標本平衡濃度比率関係作成工程(S2)について具体的に説明する。標本平衡濃度比率関係作成工程(S2)は、吸着ポテンシャル作成工程(S1)により得られた吸着ポテンシャルΔΨ1〜y(W1〜y,x)を式1及び式2に代入してx0を消去するように式1及び式2を連立させて解き、標本多孔体O1〜yのそれぞれの細孔径W1〜yと標本平衡濃度比率(C1〜y/CS)との関係を求めることができるものであれば特に限定されない。ここで、式1及び式2はx0に対して非線形連立方程式となっている。そこで、例えば各細孔径W1〜yとそれに対応する吸着ポテンシャルΔΨ1〜y(W1〜y,x)とをそれぞれ式1及び式2に代入し、x0を消去するように数値計算を用いて式1及び式2からなる連立方程式を解くことにより、細孔径W1〜yと標本平衡濃度比率(C1〜y/CS)との関係を求めることができる。なお、x0は細孔径Wの半分から多孔体の細孔の表面に膜状に付着した第1の液体20の厚みtを引いた値であり、図5に示す座標においては、x0=W/2−tとなる。
Next, the sample equilibrium concentration ratio relationship creating step (S2) will be specifically described. In the sample equilibrium concentration ratio relationship creation step (S2), the adsorption potentials ΔΨ 1 -y (
このように求められた細孔径W1〜yと標本平衡濃度比率(C1〜y/CS)との関係を利用すれば、以下のような仮定をすることができる。例えば、ある基準溶液30に細孔11内に第1の液体20が付着した多孔体10を浸漬し、ある平衡濃度比率を満たすような平衡状態になった場合を考える。まず、上述した細孔径W1〜yと標本平衡濃度比率(C1〜y/CS)との関係に基づいて、その平衡濃度比率に対応して決定される細孔径を求める。そして、その平衡濃度比率に対応して決定される細孔径よりも細孔径が小さい細孔11では、第1の液体20がその基準溶液30に溶解しないので、その細孔11内がすべて第1の液体20で満たされていると仮定することができる。一方、その平衡濃度比率に対応して決定される細孔径よりも細孔径が同じ又は大きい細孔11では、第1の液体20がその基準溶液30に溶解するので、その細孔11内が第1の液体20で満たされていない、すなわちその細孔11は第1の液体20で覆われている表面以外はその基準溶液30で満たされていると仮定することができる。
The following assumptions can be made using the relationship between the
なお、本実施形態で用いる標本平衡濃度比率関係作成工程(S2)で用いられる式1及び式2は以下のようにして導出される。
It should be noted that
まず、図5に示す座標において、毛管相分離現象を表す式として多孔体の吸着のしやすさを考慮した下記の式5を基本方程式として用いる。なお、以下では、説明を単純化するために、第1の液体20と基準溶液30との間の毛管相分離現象ではなく、第1の液体と第2の液体との間の毛管相分離現象について説明する。
First, at the coordinates shown in FIG. 5, the following
この式5のρ(x)に、曲率半径の定義式である下記の式6を代入することにより、下記に示す式7が得られる。
By substituting the following formula 6, which is a definition formula for the radius of curvature, into ρ (x) of
ここで、第1の液体20と基準溶液E1〜z30との界面は、図5より下記の境界条件を満たすので、
x=x0の時 θ=0
x=0の時 θ=π/2
この境界条件を式7に代入し、xについて0≦x≦x0の範囲で積分することによって、式1が得られることになる。
Here, since the interface between the
When x = x 0 , θ = 0
When x = 0 θ = π / 2
By substituting this boundary condition into Equation 7 and integrating x in the range of 0 ≦ x ≦ x 0 ,
また、図5よりx=x0の時にρ(x)=∞となるので、この境界条件を式5に代入することによって、式2が得られることになる。以上説明したようにして、本実施形態で用いる標本平衡濃度比率関係作成工程(S2)で用いられる式1及び式2が導出される。
Further, since the in ρ (x) = ∞ when x = x 0 than 5, by substituting the boundary conditions to
次に、平衡濃度比率算出工程(S3)について具体的に説明する。平衡濃度比率算出工程(S3)は、図3に示すように、第2の液体に第1の液体20を既知の濃度D1〜zで溶解させた基準溶液E1〜z30に多孔体10を浸漬させて平衡状態とした際の基準溶液E1〜z30中の第1の液体20の平衡濃度A1〜zを既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30ごとに測定して既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30ごとの平衡濃度比率(A1〜z/CS)を算出することができるものであれば特に限定されない。すなわち、基準溶液E1〜z30中の第1の液体20の平衡濃度A1〜zを測定する方法は特に限定されないし、平衡濃度A1〜zから平衡濃度比率(A1〜z/CS)を算出する方法も特に限定されない。なお、本実施形態で用いられる既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30は、多孔体10に対してどのような順序で用いられてもよいが、基準溶液E1〜z30中の第1の液体20の濃度が低いものから高いものへと徐々に濃度が高くなるような順序、又は基準溶液E1〜z30中の第1の液体20の濃度が高いものから低いものへと徐々に濃度が低くなるような順序で用いられる方が好ましい。このような順序で既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30が用いられると、より容易に平衡濃度A1〜zを測定することができる。
Next, the equilibrium concentration ratio calculation step (S3) will be specifically described. In the equilibrium concentration ratio calculation step (S3), as shown in FIG. 3, the
次に、残留量算出工程(S4)について具体的に説明する。残留量算出工程(S4)は、多孔体10の乾燥重量と既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30それぞれに対する平衡状態における多孔体10の重量とに基づいて、又は基準溶液E1〜z30の濃度D1〜zと、基準溶液E1〜z30それぞれの量と、平衡濃度A1〜zとに基づいて、既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30それぞれに対する平衡状態における多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の残留量を算出することができるのであれば特に限定されない。例えば、以下に説明するようにして、多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の残留量を算出することができる。なお、多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の残留量とは、多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の重量であってもよいし、多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積であってもよい。
Next, the residual amount calculation step (S4) will be specifically described. The residual amount calculation step (S4) is performed based on the dry weight of the
まず、第2の液体として第1の液体20よりも飽和蒸気圧が高いものを用いて、細孔11内に第1の液体20が付着した多孔体10を、既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30で満たされた槽50に浸漬させて平衡状態とする。そして、その槽50から多孔体10を取り出して乾燥させると、第1の液体20よりも第2の液体の方が飽和蒸気圧が高いので、第2の液体は第1の液体20よりも先に蒸発する。そして第2の液体が完全に蒸発した後、多孔体10の重量を測定し、その重量から多孔体10の乾燥重量を引くことにより、既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30それぞれに対する平衡状態における多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の残留量を容易に算出することができる。ここで、第2の液体としては、第1の液体20よりも飽和蒸気圧が高いものであれば特に限定されない。しかしながら、第2の液体としては常温常圧で気体となる物質が好ましい。このような物質を第2の液体として用いると、既知の濃度D1〜zで第1の液体20が溶解する基準溶液E1〜z30で満たされた槽50から多孔体10を取り出して、そのまま放置するだけで基準溶液E1〜z30中の第2の液体は容易に蒸発するので、平衡状態における多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の残留量をより容易に算出することができる。
First, using a second liquid having a higher saturated vapor pressure than that of the
また、多孔体10の乾燥重量を測定する方法も特に限定されない。例えば、多孔体10に第1の液体20を付着させる前に乾燥重量を測定してもよいし、平衡濃度比率算出工程(S3)が終了した後に、多孔体10の乾燥重量を測定してもよい。なお、多孔体10の乾燥重量とは、多孔体10の表面及び細孔11内に、第1の液体20及び第2の液体が存在しない場合の多孔体10の重量をいう。
Further, the method for measuring the dry weight of the
次に、細孔評価工程(S5)について具体的に説明する。細孔評価工程(S5)は、既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30それぞれに対する平衡状態における多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の残留量と既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30それぞれに対する平衡濃度比率(A1〜z/CS)とに基づいて多孔体10の細孔11の細孔径w及び細孔径wの分布を評価することができるものであれば特に限定されない。しかしながら、細孔評価工程(S5)としては、以下に説明する多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の残留量の変化量を用いた細孔評価工程が好ましい。以下、多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の残留量の変化量を用いた細孔評価工程について、具体的に説明する。
Next, the pore evaluation step (S5) will be specifically described. In the pore evaluation step (S5), the residual amount of the
多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の残留量の変化量を用いた細孔評価工程は、図7に示すように、平衡濃度比率(A1〜z/CS)ごとの多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の残留量から平衡濃度比率(A1〜z/CS)ごとの多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積を算出する体積算出工程(S5−1)と、標本多孔体O1〜yの細孔径W1〜yと標本平衡濃度比率(C1〜y/CS)との関係に基づいて平衡濃度比率(A1〜z/CS)に対応してそれぞれ決定される多孔体10の細孔11の細孔径Bを算出する細孔径算出工程(S5−2)と、隣接する2つの平衡濃度比率(A1〜z/CS)における多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積の差及びその隣接する2つの平衡濃度比率(A1〜z/CS)に対応してそれぞれ決定される多孔体10の細孔11の細孔径B1〜zから多孔体10の細孔11の細孔径wの分布を算出する細孔径分布算出工程(S5−3)とからなっている。以下、各工程について、さらに具体的に説明する。
As shown in FIG. 7, the pore evaluation process using the amount of change in the residual amount of the
まず、体積算出工程(S5−1)について具体的に説明する。体積算出工程(S5−1)は、多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の残留量から多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積を算出することができるものであれば特に限定されない。例えば、残留量算出工程(S4)により求めた多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の重量を第1の液体20の密度で除することにより多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積を算出することができる。
First, the volume calculation step (S5-1) will be specifically described. In the volume calculation step (S5-1), the volume of the
次に、細孔径算出工程(S5−2)について具体的に説明する。細孔径算出工程(S5−2)は、標本多孔体O1〜yの細孔径W1〜yと標本平衡濃度比率(C1〜y/CS)との関係に基づいて平衡濃度比率(A1〜z/CS)に対応してそれぞれ決定される多孔体10の細孔11の細孔径B1〜yを算出することができるものであれば特に限定されない。例えば、横軸に標本多孔体の細孔の細孔径を、縦軸に標本平衡濃度比率をとって、標本多孔体の細孔の細孔径W1〜yとその標本多孔体O1〜yに対する標本平衡濃度比率(C1〜y/CS)との関係を示す複数の点をプロットし、それらの点をすべて通るような近似曲線を作成する。すると、その近似曲線に基づいて平衡濃度比率(A1〜y/CS)のそれぞれに対応する多孔体10の細孔11の細孔径B1〜yをそれぞれ算出することができる。
Next, the pore diameter calculation step (S5-2) will be specifically described. Pore diameter calculating step (S5-2) the equilibrium concentration ratio on the basis of the relationship between the pore diameter W 1 to y and the specimen equilibrium concentration ratio of the sample porous O 1~y (C 1~y / C S ) (A 1 to z / C S ) is not particularly limited as long as the pore diameters B 1 to y of the
さらに、細孔径分布算出工程(S5−3)について具体的に説明する。細孔径分布算出工程(S5−3)は、隣接する2つの平衡濃度比率(A1〜y/CS)における多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積の差及びその隣接する2つの平衡濃度比率(A1〜y/CS)に対応してそれぞれ決定される多孔体10の細孔の細孔径B1〜yから、多孔体10の細孔の細孔径wの分布を算出することができるものであれば特に限定されない。例えば、以下に説明するようにして多孔体10の細孔11の細孔径wの分布を算出することができる。
Further, the pore diameter distribution calculating step (S5-3) will be specifically described. In the pore diameter distribution calculation step (S5-3), the difference in volume of the
まず、平衡濃度比率(An/CS)における多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20について考える。この平衡濃度比率(An/CS)に対応して、細孔径算出工程(S5−2)により決定される多孔体10の細孔11の細孔径はBnである。すると、この平衡濃度比率(An/CS)となる平衡状態では、上述したように、細孔径がBnよりも小さい細孔は、その細孔内がすべて第1の液体20で満たされていると仮定することができる。一方、細孔径がBnよりも細孔径が同じ又は大きい細孔は、第1の液体20で覆われている細孔の表面以外はその際に用いられた基準溶液で満たされていると仮定することができる。そして、この平衡濃度比率(An/CS)における多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積Vnは、体積算出工程(S5−1)により算出することができる。
First, consider the
次に、平衡濃度比率(An−1/CS)(An>An−1とする。)における多孔体10の細孔11の細孔径Bn−1について考えると、同様にして細孔径がBn−1(Bn>Bn−1とする。)よりも小さい細孔では、その細孔11内がすべて第1の液体20で満たされていると仮定することができ、細孔径がBn−1よりも細孔径が同じ又は大きい細孔11では、その細孔11は第1の液体20で覆われている表面以外は第2の液体で満たされていると仮定することができる。また、同様にして、この平衡濃度比率(An−1/CS)における多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積Vn−1は、体積算出工程(S5−1)により算出することができる。
Next, considering the pore diameter B n−1 of the
以上を考慮して、隣接する平衡濃度比率(An/CS、An−1/CS)における多孔体10の細孔11の細孔径Bn、Bn−1と、その隣接する平衡濃度比率(An/CS、An−1/CS)における多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積の差(Vn−Vn−1)とについて考えると、多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積の差(Vn−Vn−1)は、細孔径がBn−1とBnとの間の範囲にある細孔11内に付着していた第1の液体20の体積の変化量により生じたものと考えられる。すなわち、平衡濃度比率(An/CS)における平衡状態では、細孔径がBn未満の細孔11はすべて第1の液体20で満たされていたが、平衡濃度比率(An−1/CS)における平衡状態では、細孔径がBn−1未満の細孔11のみが第1の液体20で満たされることになる。したがって、細孔径がBn−1とBnとの間の範囲にある細孔11内に付着していた第1の液体20は、その細孔11内の表面に均一に付着している部分を除いて、その細孔11内から取り除かれることになるので、多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積の差(Vn−Vn−1)は、細孔径がBn−1とBnとの間の範囲にある細孔11内に付着していた第1の液体20の体積の変化量により生じたものと考えられる。すると、この多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積の差(Vn−Vn−1)と細孔径Bn−1、Bnとの関係から下記の式8及び式9を導出することができる。ここで、(Vn−Vn−1)は0に近くなるほど好ましく、(Vn−Vn−1)が十分に小さければ、式8と式9とはほぼ同じ細孔径分布の評価結果を与えることになる。
Considering the above, the pore diameters B n and B n−1 of the
この式8又は式9に、隣接する2つの平衡濃度比率(An/CS、An−1/CS)における多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積(Vn、Vn−1)と、それらの平衡濃度比率(An/CS、An−1/CS)に対応する多孔体10の細孔11の細孔径(Bn、Bn−1)と、それらの平衡濃度比率(An/CS、An−1/CS)に対応する多孔体10の細孔11の表面に膜状に付着した第1の液体20の厚み(tn、tn−1)とを代入することにより、Snを算出することができる。そして、すべての隣接する2つの平衡濃度比率(A1〜y/CS)に対して同様な操作を行なうことにより、すべての細孔径B1〜yとそれぞれの細孔径B1〜yに対応する表面積S1〜yの関係、すなわち多孔体10の細孔11の細孔径分布を測定することができる。ここで、上述した(Vn、Vn−1)は体積算出工程(S5−1)により得ることができ、上述した(Bn、Bn−1)は細孔径算出工程(S5−2)により得ることができる。また、上述した(tn、tn−1)は、式2の標本平衡濃度比率(C1〜y/CS)に代えて平衡濃度比率(A1〜y/CS)を代入し、標本平衡濃度比率関係作成工程(S2)により得られた標本多孔体O1〜yの細孔径W1〜yと標本平衡濃度比率(C1〜y/CS)との関係を満たすように式2を解くことより得られる。
In the equation 8 or 9, the volume of the
なお、上述した細孔径評価工程(S5)では、体積算出工程(S5−1)、細孔径算出工程(S5−2)、細孔径分布算出工程(S5−3)の順序で各工程を行なうようにしたが、細孔径分布を測定することができるのであれば、各工程を行なう順序は特に限定されない。 In the pore diameter evaluation step (S5) described above, the steps are performed in the order of the volume calculation step (S5-1), the pore diameter calculation step (S5-2), and the pore diameter distribution calculation step (S5-3). However, the order of performing each step is not particularly limited as long as the pore size distribution can be measured.
以上説明したように、本実施形態で用いる細孔径分布測定方法によると、さまざまな形状及び組成からなる多孔体の細孔の細孔径及びその分布を正確かつ容易に測定することができる。なお、本実施形態で用いる細孔径分布測定方法では、上述したように吸着ポテンシャル作成工程(S1)、標本平衡濃度比率関係作成工程(S2)、平衡濃度比率算出工程(S3)、残留量算出工程(S4)、細孔評価工程(S5)の順序で各工程を行なうようにしたが、細孔径分布を測定することができるのであれば、各工程を行なう順序は特に限定されない。 As described above, according to the pore diameter distribution measuring method used in the present embodiment, the pore diameter and the distribution of the pores of the porous body having various shapes and compositions can be measured accurately and easily. In the pore size distribution measuring method used in this embodiment, as described above, the adsorption potential creation step (S1), the sample equilibrium concentration ratio relationship creation step (S2), the equilibrium concentration ratio calculation step (S3), and the residual amount calculation step. Although the respective steps are performed in the order of (S4) and the pore evaluation step (S5), the order of performing the steps is not particularly limited as long as the pore diameter distribution can be measured.
ここで、本実施形態で用いる細孔径分布測定方法では、例えば細孔内に第1の液体20が付着した多孔体10を既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30に浸漬させて平衡状態とする必要がある。しかしながら、この場合、多孔体10の細孔11の細孔径の分布状況、第1の液体20と第2の液体との組み合わせ、基準溶液E1〜z30の濃度D1〜zなどに依存するが、このような平衡状態となるまでに、およそ数週間の時間が必要となる。したがって、本実施形態で用いる細孔分布測定方法を行う場合には、以下に説明するような流通方式によって、細孔11内に第1の液体20が付着した多孔体10を、既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30に浸漬させた際の平衡状態を達成させた方が好ましい。かかる流通方式を用いると、容易にかつ短時間でその平衡状態を達成させることができる。以下に、その平衡状態に達成する流通方式の一例を説明する。
Here, in the pore diameter distribution measuring method used in the present embodiment, for example, the
細孔内に第1の液体が付着した多孔体を、既知の濃度の基準溶液に浸漬させた際の平衡状態を達成させる流通方式は、カラムに多孔体を充てんし、カラムに既知の濃度の基準溶液のそれぞれを連続的に供給し、各基準溶液の濃度とその基準溶液に対応してカラムから排出される溶液中の第1の液体の濃度とが同一になった状態とするというものである。以下に、この流通方式を用いた平衡状態形成装置の一例を具体的に説明する。なお、基準溶液の濃度とその基準溶液に対応してカラムから排出される溶液中の第1の液体の濃度とが同一とは、完全に同一である必要は無く、ほぼ同一の濃度であるとみなせるものをも含むものである。 A flow system that achieves an equilibrium state when the porous body with the first liquid adhering in the pores is immersed in a reference solution having a known concentration is a method in which the column is filled with the porous body and the column has a known concentration. Each of the reference solutions is continuously supplied so that the concentration of each reference solution and the concentration of the first liquid in the solution discharged from the column corresponding to the reference solution are the same. is there. Hereinafter, an example of an equilibrium state forming apparatus using this distribution method will be specifically described. The concentration of the reference solution and the concentration of the first liquid in the solution discharged from the column corresponding to the reference solution need not be completely the same. It includes what can be seen.
図8は、本実施形態で用いる平衡状態形成装置の一例の概略図である。本実施形態で用いる平衡状態形成装置100は、図8に示すように、細孔内に第1の液体が付着した多孔体10Aと、第1の液体の飽和濃度がCSである第2の液体にその第1の液体をそれぞれ異なる既知の濃度で溶解させた複数の基準溶液との間の平衡状態をそれぞれ形成するためのものである。具体的には、本実施形態で用いる平衡状態形成装置100は、多孔体10Aを充てんしたカラム110と、カラム110に接続されて、異なる既知の濃度の基準溶液121A、121B、121C、121Dをそれぞれ貯蔵する複数の基準溶液タンク120A、120B、120C、120Dと、カラム110と基準溶液タンク120A、120B、120C、120Dとの間に設けられ、各基準溶液タンク120A、120B、120C、120Dから選択的に各濃度の基準溶液121A、121B、121C、121Dをカラム110に供給する供給手段130と、カラム110から排出される溶液中の第1の液体の濃度を測定する濃度測定手段140と、カラム110に供給される基準溶液の既知の濃度とカラム110から排出される溶液の濃度とを比較して平衡状態か否かを判定する平衡状態判定手段150とを具備している。なお、本実施形態では、濃度測定手段140の下流側にカラム110から排出された溶液を溜めるための貯留槽160が設けられている。以下に、各構成要素について、より具体的に説明する。
FIG. 8 is a schematic diagram of an example of an equilibrium state forming apparatus used in the present embodiment.
カラム110は、多孔体10Aを充てんでき、かつ基準溶液121A、121B、121C、121Dを通すことができるものであれば特に限定されない。
The
基準溶液タンク120A、120B、120C、120Dは、カラム110に接続されて各濃度の基準溶液121A、121B、121C、121Dをそれぞれ貯蔵することができるものであれば特に限定されない。
The
供給手段130は、各基準溶液タンク120A、120B、120C、120Dから選択的に各濃度の基準溶液121A、121B、121C、121Dをカラム110に供給することができるものであれば特に限定されない。本実施形態では、供給手段130は、選択的に各濃度の基準溶液121A、121B、121C、121Dをカラム110に供給するためのバルブ131A、131B、131C、131Dと、基準溶液121A、121B、121C、121Dをカラム110に供給するためのポンプ132と、各基準溶液タンク120A、120B、120C、120Dとカラム110とを接続する供給管133とからなっている。
The
供給管133の一端はカラム110に接続され、他端部は4つに分岐して供給管133a、133b、133c、133dとなっており、供給管133a、133b、133c、133dの他端は各基準溶液タンク120A、120B、120C、120Dにそれぞれ接続されている。
One end of the
バルブ131A、131B、131C、131Dは、供給管133が分岐した供給管133a、133b、133c、133dにそれぞれ介設されており、何れか1つを開放することによって選択的に基準溶液121A、121B、121C、121Dのうちの1つをカラム110に供給できるようになっている。なお、本実施形態では、4つのバルブ131A、131B、131C、131Dを用いたが、4つの基準溶液121A、121B、121C、121Dから何れかの基準溶液のみを供給できるようなバルブを分岐部に設けてもよい。
The
ポンプ132は、供給管133の分岐していない部分に設けられており、1つのポンプ132で各基準溶液タンク120A、120B、120C、120Dに貯蔵されたそれぞれの基準溶液121A、121B、121C、121Dをカラム110に供給できるようになっている。なお、供給管133、ポンプ132及びバルブ131A、131B、131C、131Dはそれぞれ特に限定されない。
The
濃度測定手段140は、カラム110から排出される溶液中の第1の液体の濃度を測定することができるものであれば特に限定されない。本実施形態では、濃度測定手段140は排出管141を介してカラム110と接続されている。ここで、第1の液体が水で、第2の液体がジメチルエーテル(DME:CH3OCH3)である場合には、それぞれの沸点が著しく異なることから容易に分離することができるので、その性質を利用してカラム110から排出される溶液中の水の濃度を容易に測定することができる。
The concentration measuring means 140 is not particularly limited as long as it can measure the concentration of the first liquid in the solution discharged from the
平衡状態判定手段150は、カラム110に供給される基準溶液の既知の濃度とカラム110から排出される溶液の濃度とを比較して平衡状態か否かを判定することができるものであれば特に限定されない。例えば、図8に示すように、濃度測定手段140に接続されるパーソナルコンピュータなどが挙げられる。このパーソナルコンピュータには予め基準溶液121A、121B、121C、121Dの既知の濃度が格納されており、このパーソナルコンピュータに格納された基準溶液121A、121B、121C、121Dのそれぞれの濃度と濃度測定手段140により測定された溶液の濃度とを比較することによって、平衡状態に達しているか否かを判定することができる。すなわち、基準溶液121A、121B、121C、121Dのそれぞれの濃度と濃度測定手段140により測定された溶液の濃度とを比較し、それらの濃度が同一又はほぼ同一となった場合には平衡状態に達していると判定し、それ以外の場合には平衡状態に達していないと判定することができる。
The equilibrium
貯留槽160は、カラム110から排出された溶液を溜めることができるものであれば特に限定されない。
The
次に、本実施形態で用いる平衡状態形成装置100の動作について説明する。まず、図9に示すように、選択的に各濃度の基準溶液121A、121B、121C、121Dをカラム110に供給するために、バルブ131A、131B、131C、131Dの何れか1つが開けられる(SA1)。すると、ポンプ132により、基準溶液タンク120A、120B、120C、120Dの何れかから既知の濃度の基準溶液がカラム110に供給されることになる(SA2)。
Next, the operation of the equilibrium
そして、カラム110に供給された基準溶液は、カラム110に充てんされた多孔体10Aと接触する。すると、その基準溶液は、その基準溶液中の第1の液体の濃度に応じて基準溶液中の第1の液体の濃度が変化し、含まれる第1の液体の濃度が異なった溶液となってカラム110から排出される(SA3)。すなわち、既知の濃度の基準溶液がカラム110に供給されると、多孔体10Aの細孔内に付着した第1の液体の量が、その既知の濃度における平衡状態での多孔体10Aの細孔内に付着した第1の液体の量よりも多い場合には、多孔体10Aの細孔内に付着していた第1の液体が基準溶液中に溶解することになり、基準溶液中の第1の液体の濃度が高くなる。一方、多孔体10Aの細孔内に付着した第1の液体の量が、その基準溶液の既知の濃度における平衡状態での多孔体10Aの細孔内に付着した第1の液体の量よりも少ない場合には、基準溶液中に溶解していた第1の液体が多孔体10Aの細孔内に付着することになり、基準溶液中の第1の液体の濃度が低くなる。このようにして、基準溶液中の第1の液体の濃度が変化し、カラム110に供給された基準溶液は含まれる第1の液体の濃度が異なった溶液となってカラム110から排出される。
Then, the reference solution supplied to the
カラム110から排出された溶液は、排出管141を通って濃度測定手段140に流れ込み、濃度測定手段140により濃度が測定されることになる(SA4)。
The solution discharged from the
次に、濃度測定手段140により測定された溶液の濃度は、カラム110に供給される基準溶液の既知の濃度と比較され(SA5)、測定された溶液の濃度がカラム110に供給された基準溶液の濃度と同一又はほぼ同一になるまで、その基準溶液は連続的にカラム110に供給される。このように、基準溶液が連続的にカラム110に供給されると、多孔体10Aの細孔内に付着した第1の液体が基準溶液に溶解し、あるいは基準溶液中の第1の液体が多孔体10Aの細孔内にさらに付着することになるので、多孔体10Aの細孔内に付着した第1の液体の量が、次第にその基準溶液の既知の濃度における平衡状態での多孔体10Aの細孔内に付着した第1の液体の量に近づくようになる。
Next, the concentration of the solution measured by the concentration measuring means 140 is compared with the known concentration of the reference solution supplied to the column 110 (SA5), and the concentration of the measured solution is supplied to the
そして、カラム110から排出された溶液の濃度が、基準溶液タンクから連続的に供給された基準溶液の濃度と同一又はほぼ同一となった場合には、細孔内に第1の液体が付着した多孔体をその基準溶液に浸漬させた場合における平衡状態とみなすことができる。ここで、細孔内に第1の液体が付着した多孔体10Aをその基準溶液に浸漬させた場合における平衡状態と、上述した本実施形態で用いる平衡状態形成装置においてカラム110から排出された溶液の濃度が基準溶液タンクから連続的に供給された基準溶液の濃度と同一又はほぼ同一となった状態とは、厳密には異なる。しかしながら、多孔体10Aの細孔内に付着する第1の液体の量は、基準溶液の量に対して非常に少量である。したがって、多孔体10Aの細孔内に付着する第1の液体が基準溶液に溶解し、あるいは基準溶液中の第1の液体が多孔体10Aの細孔内にさらに付着したとしても、その基準溶液中の第1の液体の濃度変化は極めて小さいものとなる。このことから、細孔内に第1の液体が付着した多孔体10Aをその基準溶液に浸漬させた場合における平衡状態と、上述した本実施形態で用いる平衡状態形成装置100においてカラム110から排出された溶液の濃度が基準溶液タンクから連続的に供給された基準溶液の濃度と同一又はほぼ同一となった状態とを、同一であるとみなすことができる。そして、このような操作を基準溶液ごとに行なうことによって、各基準溶液に応じた平衡状態を達成することができる。
When the concentration of the solution discharged from the
このように、本実施形態で用いる平衡状態形成装置100では、上述したようにして平衡状態になったとみなしているので、平衡状態とするために必要となる時間を短縮することができる。
As described above, since the equilibrium
以上、説明したように本実施形態で用いる平衡状態形成装置100によると、容易にかつ短時間で、細孔内に第1の液体が付着した多孔体10Aをその基準溶液に浸漬させた場合における平衡状態を達成させることができる。
As described above, according to the equilibrium
なお、本実施形態で用いる平衡状態形成装置100では、上述したようにして平衡状態を達成させたが、カラムから排出された溶液を基準溶液として再度カラムに供給し、その基準溶液中の第1の液体の濃度とその基準溶液に対応してカラムから排出される溶液中の第1の液体の濃度とが、同一又はほぼ同一となった状態を平衡状態とみなすようにしてもよい。このようにしても上述した平衡状態形成装置100と同様の効果が得られる。
In the equilibrium
具体的には、上述した平衡状態形成装置100とは一部異なり、例えば図10に示すように、カラム110から排出された溶液を、基準溶液タンク120A、120B、120C、120Dを経由して再度カラム110に供給するための循環手段270が設けられた平衡状態形成装置200が挙げられる。以下、図10に示す平衡状態形成装置200の構成要素について具体的に説明する。
Specifically, unlike the equilibrium
循環手段270は、カラム110から排出された溶液を基準溶液タンクに供給するための循環管271と、カラム110から排出された溶液をどの基準溶液タンクに供給するかを制御する制御バルブ272A、272B、272C、272Dとからなっている。
The circulation means 270 includes a
循環管271は、一端が濃度測定手段140の下流側の排出管141に接続されると共に他端が4つに分岐して循環管271a、271b、271c、271dとなり、それぞれが基準溶液タンク120A、120B、120C、120Dに接続されている。そして、カラム110から排出された溶液を基準溶液タンク120A、120B、120C、120Dのそれぞれに供給するか否かを制御する循環バルブ272A、272B、272C、272Dが循環管271a、271b、271c、271dのそれぞれに介設されている。なお、この平衡状態形成装置200には、カラム110から排出された溶液を循環させる際に貯留槽260にその溶液が流れないように貯留槽バルブ261が設けられている。なお、その他の構成要素は上述した平衡状態形成装置100と同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
One end of the
そして、上述した平衡状態形成装置100と同様に基準溶液タンクからカラム110に基準溶液を供給する際に、供給された基準溶液に対応する基準溶液の循環バルブを開けると共に貯留槽バルブ261を閉じることにより、カラム110から排出された溶液を循環させることができる。
Then, when the reference solution is supplied from the reference solution tank to the
このような操作を基準溶液ごとに行なうことによって、上述した平衡状態形成装置100と同様に、各基準溶液に応じた平衡状態を達成することができる。なお、カラム110から排出される溶液が平衡状態に達した場合には、開いているバルブ及び循環バルブを閉めると共に貯留槽バルブ261を開けることにより、平衡状態に達した溶液を貯留槽260に排出することができる。
By performing such an operation for each reference solution, an equilibrium state corresponding to each reference solution can be achieved in the same manner as the equilibrium
また、図11に示す平衡状態形成装置300によっても、細孔内に第1の液体が付着した多孔体10Aと、第1の液体の飽和濃度がCSである第2の液体にその第1の液体をそれぞれ異なる既知の濃度で溶解させた複数の基準溶液との間の平衡状態をそれぞれ達成することができる。
Further, by
図11に示す平衡状態形成装置300は、具体的には、多孔体10Aを充てんしたカラム110と、カラム110に接続されて第1の液体及び第2の液体をそれぞれ貯蔵する貯蔵タンク320A、320Bと、貯蔵タンク320A、320Bとの間に設けられて各貯蔵タンク320A、320Bに貯蔵された第1の液体と第2の液体とを所望の比率で混合してカラム110に供給する供給手段330と、カラム110に接続された排出管141を通ってカラム110から排出される溶液中の第1の液体の濃度を測定する濃度測定手段140と、カラム110に供給される混合溶液中の第1の液体の濃度とカラム110から排出される溶液中の第1の液体の濃度とを比較して平衡状態か否かを判定する平衡状態判定手段150と、供給手段330と排出管141とを接続してカラム110から排出される溶液を再度カラム110に供給するための循環手段370とを具備している。なお、この平衡状態形成装置300には、上述した平衡状態形成装置100と同様に、濃度測定手段140の下流側にカラム110から排出された溶液を溜めるための貯留槽360が設けられており、さらにカラム110から排出された溶液を循環させる際に貯留槽360にその溶液が流れないようにするための貯留槽バルブ361が排出管141の下流側に設けられている。以下に、各構成要素について、より具体的に説明する。
Specifically, an equilibrium
貯蔵タンク320A、320Bは、第1の液体又は第2の液体を貯蔵することができるものであれば特に限定されない。しかしながら、一方に第1の液体を貯蔵する際には、他方に第2の液体を貯蔵するようにしなければならないのはいうまでもない。
The
供給手段330は、貯蔵タンク320A、320Bとの間に設けられて各貯蔵タンク320A、320Bに貯蔵された第1の液体と第2の液体とを所望の比率で混合してカラム110に供給することができるものであれば特に限定されない。本実施形態では、供給手段330は、貯蔵タンク320A、320Bに貯蔵された第1の液体と第2の液体とを所望の比率で混合して混合液とするためのバルブ331A、331Bと、その混合液をカラム110に供給するためのポンプ132と、貯蔵タンク320A、320Bとカラム110とを接続する供給管133とからなっている。
The
供給管133の一端はカラム110に接続され、他端部は2つに分岐して供給管333a、333bとなっており、供給管333a、333bの他端は各貯蔵タンク320A、320Bにそれぞれ接続されている。
One end of the
バルブ331A、331Bは、供給管133が分岐した供給管333a、333bにそれぞれ介設されており、それぞれのバルブ331A、331Bを調節することによって、貯蔵タンク320A、320Bに貯蔵された第1の液体321Aと第2の液体321Bとが所望の比率で混合された混合液をカラム110に供給できるようになっている。なお、本実施形態で用いる平衡状態形成装置300では、2つのバルブ331A、331Bを用いたが、貯蔵タンク320A、320Bに貯蔵された第1の液体321Aと第2の液体321Bとを所望の比率で供給できるようなバルブを分岐部に設けてもよい。
The
ポンプ132は、供給管133の分岐していない部分に設けられており、1つのポンプ132で所望の比率で混合した混合液をカラム110に供給できるようになっている。なお、供給管133、ポンプ132及びバルブ331A、331Bはそれぞれ特に限定されない。
The
循環手段370は、供給手段330と排出管141とを接続してカラム110から排出される溶液を再度カラム110に供給することができるものであれば特に限定されない。本実施形態で用いる平衡状態形成装置300では、循環手段370は、カラム110を基点としてポンプ132の上流側の供給管133と、濃度測定手段140の下流側の排出管141とを接続する循環管371と、循環管371に設けられて循環管371を流れる液体を制御する循環バルブ372とからなっている。なお、その他の構成要素は上述した平衡状態形成装置100と同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
The
次に、本実施形態で用いる平衡状態形成装置300の動作について説明する。まず、図12に示すように、第1の液体と第2の液体とを所望の比率で混合した混合液をカラム110に供給するために、バルブ331A、331Bがその所定の比率に対応して開けられる(SC1)。例えば、第1の液体を含まない純粋な第2の液体のみをカラム110に供給する場合には、バルブ331Aは開けられず、バルブ331Bのみが開けられる。また、第1の液体と第2の液体との比率が1:100の混合液をカラム110に供給する場合には、その比率の混合液となるようにバルブ331Aとバルブ331Bとが開けられる。すると、所望の比率で混合された混合液がカラム110に供給される(SC2)。
Next, the operation of the equilibrium
そして、カラム110に供給された混合液は、カラム110に充てんされた多孔体10Aと接触する。すると、その混合液は、その混合液中の第1の液体の濃度に応じて混合液中の第1の液体の濃度が変化し、含まれる第1の液体の濃度が異なった溶液となってカラム110から排出される(SC3)。すなわち、混合液がカラム110に供給されると、多孔体10Aの細孔内に付着した第1の液体の量が、その混合液中の第1の液体の濃度における平衡状態での多孔体10Aの細孔内に付着した第1の液体の量よりも多い場合には、多孔体10Aの細孔内に付着していた第1の液体が混合液中に溶解することになり、その混合液中の第1の液体の濃度が高くなる。一方、多孔体10Aの細孔内に付着した第1の液体の量が、その混合液中の第1の液体の濃度おける平衡状態での多孔体10Aの細孔内に付着した第1の液体の量よりも少ない場合には、その混合液中に溶解していた第1の液体が多孔体10Aの細孔内に付着することになり、その混合液中の第1の液体の濃度が低くなる。このようにして、混合液中の第1の液体の濃度が変化し、カラム110に供給された混合液は含まれる第1の液体の濃度が異なった溶液となってカラム110から排出される。
Then, the mixed liquid supplied to the
カラム110から排出された溶液は、排出管141を通って濃度測定手段140に流れ込み、濃度測定手段140によりその溶液中の第1の液体の濃度が測定されることになる(SC4)。
The solution discharged from the
次に、濃度測定手段140により測定された溶液中の第1の液体の濃度は、以前同様に測定された溶液中の第1の液体の濃度と比較される(SC5)。そして、濃度測定手段140により測定された溶液中の第1の液体の濃度が以前に測定された溶液中の第1の液体の濃度と同一又はほぼ同一になるまで、濃度測定手段140を通過した溶液は循環管371を通って再度カラム110に供給される。このように、同一の溶液が連続的にカラム110に供給されると、多孔体10Aの細孔内に付着した第1の液体がその溶液に溶解し、あるいはその溶液中の第1の液体が多孔体10Aの細孔内にさらに付着することになるので、多孔体10Aの細孔内に付着した第1の液体の量が、次第にその溶液中の第1の液体の濃度における平衡状態での多孔体10Aの細孔内に付着した第1の液体の量に近づき、いずれ平衡状態となる。そして、このような操作を、第1の液体と第2の液体とを所望の比率で混合した混合液ごとに行なうことによって、各混合液に応じた平衡状態を達成することができる。なお、カラム110から排出される溶液が平衡状態に達した場合には、開いているバルブ及び循環バルブを閉めると共に貯留槽バルブ361を開けることにより、平衡状態に達した溶液を貯留槽360に排出することができる。
Next, the concentration of the first liquid in the solution measured by the concentration measuring means 140 is compared with the concentration of the first liquid in the solution measured in the same manner (SC5). Then, it passed through the concentration measuring means 140 until the concentration of the first liquid in the solution measured by the concentration measuring means 140 is the same as or substantially the same as the concentration of the first liquid in the previously measured solution. The solution is supplied to the
以上説明したように、平衡状態形成装置300を用いても上述した平衡状態形成装置100と同様の効果を得ることができる。
As described above, even when the equilibrium
(実施形態2)
実施形態1では、残留量算出工程(S4)において、多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の残留量として、多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の重量を算出し、その値を用いて最終的に多孔体10の細孔11の細孔径wの分布を算出したが、本実施形態では、以下で説明するように、残留量算出工程(S4)において、多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の残留量として、多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積を算出し、その値を用いて最終的に多孔体10の細孔11の細孔径wの分布を算出する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, in the residual amount calculating step (S4), as the residual amount of the
具体的には、残留量算出工程(S4)において、例えば既知の濃度Dnの基準溶液En30に多孔体10を浸漬させて平衡状態とした際の基準溶液En30中の第1の液体20の平衡濃度Anと既知の濃度Dnとの差に基準溶液En30の量を乗ずることにより、多孔体10の細孔11内から溶解した第1の液体20のモル数又は多孔体10の細孔11内に新たに付着した第1の液体20のモル数を算出することができることから、以下に示すようにして、多孔体10を既知の濃度D1〜yの基準溶液E1〜y30に浸漬させて平衡状態とした際に、多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積をそれぞれ算出することができる。なお、以下では基準溶液E1、E2・・・Eyの順で基準溶液E1〜y30中の第1の液体20の濃度が高くなるものとする。
Specifically, in the remaining amount calculation step (S4), for example a known concentration D n
まず、細孔11内に第1の液体20が付着していない多孔体10を既知の濃度D1の基準溶液E1に浸漬させて平衡状態とした際の基準溶液E1中の第1の液体の平衡濃度A1を求める。すると、既知の濃度D1の基準溶液E1に浸漬させて平衡状態とした際の多孔体10の細孔11内に新たに付着した第1の液体20のモル数は、上述したように、基準溶液E1中の第1の液体20の平衡濃度A1と既知の濃度D1との差に基準溶液E1の量を乗ずることにより得られる。そして、そのモル数から多孔体10を基準溶液E1に浸漬させて平衡状態とした際の多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積を算出することができる。
First, the first in the
次に、その多孔体10をそのまま既知の濃度D2の基準溶液E2に浸漬させて平衡状態とした際の基準溶液E2中の第1の液体20の平衡濃度A2を求める。すると、平衡濃度A1において多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20のモル数と、平衡濃度A2において多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20のモル数との差は、上述したように、基準溶液E2中の第1の液体20の平衡濃度A2と既知の濃度D2との差に基準溶液E2の量を乗ずることにより得られる。したがって、平衡濃度A2において多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20のモル数は、先に求めた平衡濃度A1において多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体のモル数に、基準溶液E2中の第1の液体20の平衡濃度A2と既知の濃度D2との差に基準溶液E2の量を乗ずることにより求めたモル数を加算したものとなる。そして、加算して求められたモル数から多孔体10を基準溶液E2に浸漬させて平衡状態とした際の多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積を算出することができる。
Next, determine the equilibrium concentration A 2 of the
そして、このような操作を各基準溶液E1〜yについて行うことによって、既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜z30それぞれに対する平衡状態における多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積を算出することができる。
And by performing such operation about each reference | standard solution E1- y , it remains in the
次に、得られた体積を体積算出工程(S5−1)より得られたものとして、実施形態1と同一の操作を行なうことにより、多孔体10の細孔11の細孔径wの分布を算出する。
Next, assuming that the obtained volume is obtained from the volume calculating step (S5-1), the distribution of the pore diameter w of the
本実施形態によると、実施形態1と比較してより容易に多孔体10の細孔11の細孔径wの分布を算出することができる。なお、多孔体10を基準溶液E2に浸漬させて平衡状態とした際の多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積を算出するのではなく、平衡濃度A1において多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20のモル数と、平衡濃度A2において多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20のモル数との差、すなわち基準溶液E2中の第1の液体20の平衡濃度A2と既知の濃度D2との差に基準溶液E2の量を乗じたものから、多孔体10の細孔11内に残留する第1の液体20の体積の差(V2−V1)を算出し、上述の式8に代入することにより、最終的に多孔体10の細孔11の細孔径wの分布を算出するようにしてもよい。
According to the present embodiment, the distribution of the pore diameter w of the
<実施例>
多孔体として石炭を、第1の液体として水を、第2の液体として液化ジメチルエーテル(液化DME)を用い、実施形態1に係る細孔径分布測定方法により、石炭細孔外の液化DME中の水分濃度比率C1〜y/CSと石炭細孔径W1〜yとの関係を求めた。
<Example>
Coal is used as the porous body, water is used as the first liquid, and liquefied dimethyl ether (liquefied DME) is used as the second liquid. was determined the relationship between the
<比較例1>
実施例と同様に、多孔体として石炭を、第1の液体として水を、第2の液体として液化ジメチルエーテル(液化DME)を用い、分子動力学シミュレーションにより、石炭細孔外の液化DME中の水分濃度比率C1〜y/CSと石炭細孔径W1〜yとの関係を求めた。
<Comparative Example 1>
Similar to the example, using coal as the porous body, water as the first liquid, and liquefied dimethyl ether (liquefied DME) as the second liquid, and the water in the liquefied DME outside the coal pores by molecular dynamics simulation. was determined the relationship between the
このシミュレーションに用いたセルを図13に示す。図13に示すように、セル500の中央部分には石炭の細孔壁510a、510A(炭素原子に見立てた粒子が敷き詰められたもの)が配置されている。そして、石炭の細孔壁510a、510Aに挟まれた領域に水520(水分子に見立てた粒子が敷き詰められたもの)が配置され、石炭の細孔壁510a、510A及び水520の上方及び下方にDME530a、530b(DME分子に見立てた粒子が敷き詰められたもの)が配置されている。なお、このシミュレーションでは、ポテンシャルとして下記の式10に示されるLennard−Jones(12−6)型ポテンシャルを用い、この式のパラメータとしては下記の表1に示す値を用いた。
The cell used for this simulation is shown in FIG. As shown in FIG. 13,
そして、設定温度を85Kとし、その設定温度におけるMaxwell−Boltzmann分布を満たすように分子の運動速度を調節して、図9に示した状態から平衡状態になるまで(10ns経過するまで)の間シミュレーションを行った。そして、そのシミュレーション後、石炭細孔外のDME中に溶解した水の濃度を測定した。なお、本比較例で使用した水分子及び細孔外のDME分子の数は、毛管相分離現象が起こるように試行法により決定した。 Then, the simulation is performed until the set temperature is set to 85 K and the molecular motion speed is adjusted so as to satisfy the Maxwell-Boltzmann distribution at the set temperature until the equilibrium state is reached (until 10 ns elapses) from the state shown in FIG. Went. After the simulation, the concentration of water dissolved in DME outside the coal pores was measured. The number of water molecules and DME molecules outside the pores used in this comparative example was determined by a trial method so that a capillary phase separation phenomenon occurred.
本比較例では、細孔径Wを1.60nm、2.28nm、2.96nmとし、その際の細孔の長さを細孔径Wの7倍としてシミュレーションを行い、石炭細孔外の液化DME中の水分濃度比率C1〜y/CSと石炭細孔径W1〜yとの関係を求めた。 In this comparative example, simulation was performed with the pore diameter W being 1.60 nm, 2.28 nm, and 2.96 nm, and the pore length at that time being 7 times the pore diameter W, and in the liquefied DME outside the coal pores. It was determined for water content ratio relationship between the C 1 to y / C S and coal pore diameter W 1 to y.
<比較例2>
多孔体として石炭を、第1の液体として水を、第2の液体として液化ジメチルエーテル(液化DME)を用い、「M.Miyahara,K.Suzuki and M.Okazaki,J.Chem.Eng.Jpn,30,683(1997)」に記載された、細孔径と毛管相分離が生じる有機溶剤中の水分濃度との関係を示す下記の式11に、実施例を実施する工程で得られたνW、γ、W1〜y、xを代入して石炭細孔外の液化DME中の水分濃度比率C1〜y/CSと石炭細孔径W1〜yとの関係を求めた。
<Comparative example 2>
Coal is used as the porous body, water is used as the first liquid, and liquefied dimethyl ether (liquefied DME) is used as the second liquid, “M. Miyahara, K. Suzuki and M. Okazaki, J. Chem. Eng. Jpn, 30. , 683 (1997) ”, which shows the relationship between the pore diameter and the water concentration in the organic solvent in which capillary phase separation occurs, is expressed in the following
(計算結果)
実施例並びに比較例1及び比較例2における石炭細孔外の液化DME中の水分濃度比率C1〜y/CSと石炭細孔径Wとの関係を図14に示す。ここで、図14中の実線は実施例により得られた計算結果を示し、白丸は比較例1により得られた計算結果を示し、破線は比較例2により得られた計算結果を示す。
(Calculation result)
The relationship between water concentration ratio C 1 to y / C S and coal pore diameter W in the liquid DME outside coal pores in Example and Comparative Examples 1 and 2 shown in FIG. 14. Here, the solid line in FIG. 14 indicates the calculation result obtained by the example, the white circle indicates the calculation result obtained by the comparative example 1, and the broken line indicates the calculation result obtained by the comparative example 2.
図14より、実施例と比較例1との計算結果はほぼ完全に一致することが分かった。すなわち、実施形態1に係る細孔径分布測定方法を用いると、石炭内で脱水が起こる際の液化DME中の水分濃度及び石炭の吸湿性から、石炭内で脱水が起こる際の液化DME中の水分濃度を測定することができるので、それを用いて石炭の細孔径分布を測定できることが分かった。 From FIG. 14, it was found that the calculation results of the example and the comparative example 1 almost completely matched. That is, when the pore size distribution measuring method according to the first embodiment is used, the water content in the liquefied DME when dehydration occurs in the coal due to the water concentration in the liquefied DME when dehydration occurs in the coal and the hygroscopicity of the coal. Since the concentration can be measured, it was found that it can be used to measure the pore size distribution of coal.
一方、比較例2の計算結果は、実施例及び比較例1の計算結果と異なり、比較例2の方法を用いると、石炭内で脱水が起こる際の液化DME中の水分濃度を比較的高く評価してしまうことから、それを用いて石炭の細孔径分布を測定すると、石炭の細孔径を比較的小さく評価した細孔径分布が得られることが分かった。 On the other hand, the calculation result of Comparative Example 2 is different from the calculation result of Example and Comparative Example 1, and when the method of Comparative Example 2 is used, the water concentration in liquefied DME when dehydration occurs in coal is evaluated relatively high. Therefore, when the pore size distribution of coal was measured using it, it was found that a pore size distribution in which the pore size of coal was evaluated relatively small was obtained.
10、10A 多孔体
11 細孔
15a、15b 細孔壁
20、321A 第1の液体
30、121A〜121D 基準溶液
50 槽
100、200、300 平衡状態形成装置
110 カラム
120A〜120D 基準溶液タンク
130 供給手段
131A〜131D、331A、331B バルブ
132 ポンプ
133、133a〜133d、333a、333b 供給管
140 濃度測定手段
141 排出管
150 平衡状態判定手段
160、260、360 貯留槽
270、370 循環手段
271、271a〜271d、371 循環管
272A〜272D 制御バルブ
320A、320B 貯蔵タンク
321B 第2の液体
372 循環バルブ
10, 10A
Claims (7)
前記多孔体と同一組成又は類似組成からなり、既知の細孔径W1〜yのそれぞれの寸法の細孔のみを有する標本多孔体O1〜yに対して前記第1の液体の吸着ポテンシャルΔΨ1〜y(W1〜y,x)(式中、xは前記標本多孔体の細孔の中心を原点とした細孔径方向の位置を示す。)を前記標本多孔体O1〜yごとに求める吸着ポテンシャル作成工程と、
前記吸着ポテンシャルΔΨ1〜y(W1〜y,x)を下記式1及び式2に代入してx0を消去するように式1及び式2を連立させて解き、前記標本多孔体O1〜yのそれぞれの細孔径W1〜yと標本平衡濃度比率(C1〜y/CS)(式中、C1〜yは前記細孔径W1〜yのそれぞれの寸法のみを有する前記標本多孔体O1〜yにおける前記第2の液体中の前記第1の液体の平衡濃度を示す。)との関係を求める標本平衡濃度比率関係作成工程と、
前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zに前記多孔体を浸漬させて平衡状態とした際の前記基準溶液E1〜z中の前記第1の液体の平衡濃度A1〜zを前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zごとに測定して前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zごとの平衡濃度比率(A1〜z/CS)を算出する平衡濃度比率算出工程と、
前記多孔体の乾燥重量と前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zそれぞれに対する平衡状態における前記多孔体の重量とに基づいて、又は前記基準溶液E1〜zの濃度D1〜zと、前記基準溶液E1〜zそれぞれの量と、前記平衡濃度A1〜zとに基づいて、前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zそれぞれに対する平衡状態における前記多孔体の細孔内に残留する前記第1の液体の残留量を算出する残留量算出工程と、
前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zそれぞれに対する平衡状態における前記多孔体の細孔内に残留する前記第1の液体の残留量と前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zそれぞれに対する平衡濃度比率(A1〜z/CS)とに基づいて前記多孔体の細孔の細孔径w及び当該細孔径wの分布を評価する細孔評価工程と
を具備することを特徴とする細孔径分布測定方法。
The consists porous body having the same composition or similar composition, the adsorption potential [Delta] [Psi] 1 of the first liquid to the sample porous O 1 to y having only pores of the respective dimensions of known pore size W 1 to y ˜y (W 1- y , x) (where x represents the position in the pore diameter direction with the center of the pore of the specimen porous body as the origin) is determined for each specimen porous body O 1- y . Adsorption potential creation process;
Substituting the adsorption potentials ΔΨ 1 -y (W 1 -y , x) into the following formulas 1 and 2 and solving the equations 1 and 2 so as to eliminate x 0 , the sample porous body O 1 each pore diameter W 1 to y and the specimen equilibrium concentration ratio (C 1~y / C S) (wherein in ~y, the specimen C 1 to y is having only respective dimensions of the pore diameter W 1 to y A sample equilibrium concentration ratio relationship creation step for obtaining a relationship with the first and second liquids in the second liquid in the porous bodies O 1 to y ).
Said known concentration D 1 to Z of the reference solution E 1 to Z in the foregoing the reference solution E 1 to Z at the time of the porous body by dipping equilibrium equilibrium concentration of the first liquid A 1 to Z the equilibrium concentration ratio of each reference solution E 1 to Z of the measured and the known concentration D 1 to Z for each reference solution E 1 to Z of the known concentration D 1~z (a 1~z / C S ) An equilibrium concentration ratio calculating step for calculating
Based on the weight of the porous material at equilibrium for each reference solution E 1 to Z of the porous body dry weight and the known density D 1 to Z, or concentration D. 1 to the reference solution E 1 to Z The porous body in an equilibrium state with respect to each of the reference solutions E 1 to z having the known concentrations D 1 to z based on z , the amount of each of the reference solutions E 1 to z, and the equilibrium concentration A 1 to z A residual amount calculating step of calculating a residual amount of the first liquid remaining in the pores of
Reference solution of known concentration D 1 to Z of the reference solution E 1 to Z residual amounts of the first liquid remaining in the pores of the porous material at equilibrium with respect to each said known concentration D 1 to Z A pore evaluation step of evaluating the pore diameter w of the porous body and the distribution of the pore diameter w based on the equilibrium concentration ratio (A 1 -z / C S ) for each of E 1 -z. A pore diameter distribution measuring method characterized by the above.
前記標本多孔体O1〜yと同一又は類似組成からなる非多孔体に対する前記第1の液体の蒸気の吸着等温線と当該吸着等温線に対応する前記第1の液体の吸着膜の厚さtとを測定する吸着等温線測定工程と、
前記吸着等温線上の前記第1の液体の蒸気圧P1〜zと当該蒸気圧P1〜zそれぞれに対応する前記第1の液体の吸着膜の厚さt1〜zとを下記式3に代入して前記非多孔体の表面上における第1の液体の吸着膜の厚さtとΔφ(t)との関係を算出するΔφ算出工程と、
前記第1の液体の吸着膜の厚さtとΔφ(t)との関係を用いて下記式4より前記吸着ポテンシャルΔΨ(W,x)を算出するΔΨ算出工程とを具備することを特徴とする細孔径分布測定方法。
The thickness t of the first adsorption film of the liquid corresponding to the specimen porous O 1 to y the same or the first sorption isotherm and the adsorption isotherm of the vapor of the liquid to the non-porous body made of similar composition An adsorption isotherm measurement process for measuring
The vapor pressures P 1 to z of the first liquid on the adsorption isotherm and the thicknesses t 1 to z of the first liquid adsorption film corresponding to the vapor pressures P 1 to z are expressed by the following Equation 3. A Δφ calculating step of substituting and calculating the relationship between the thickness t of the first liquid adsorption film on the surface of the non-porous body and Δφ (t);
And a ΔΨ calculation step of calculating the adsorption potential ΔΨ (W, x) from the following equation 4 using the relationship between the thickness t of the first liquid adsorption film and Δφ (t). To measure the pore size distribution.
前記標本多孔体O1〜yの細孔径W1〜yと標本平衡濃度比率(C1〜y/CS)との関係に基づいて前記平衡濃度比率(A1〜z/CS)に対応してそれぞれ決定される前記多孔体の細孔の細孔径B1〜zを算出する細孔径算出工程と、
隣接する2つの前記平衡濃度比率(A1〜z/CS)における前記多孔体の細孔内に残留する前記第1の液体の体積の差及び前記隣接する2つの平衡濃度比率(A1〜z/CS)に対応してそれぞれ決定される前記多孔体の細孔の細孔径B1〜zから前記多孔体の細孔の細孔径wの分布を算出する細孔径分布算出工程とを具備することを特徴とする細孔径分布測定方法。 3. The pore evaluation step according to claim 1, wherein the pore evaluation step calculates the equilibrium from the residual amount of the first liquid remaining in the pores of the porous body for each equilibrium concentration ratio (A 1− z / C S ). A volume calculation step of calculating the volume of the first liquid remaining in the pores of the porous body for each concentration ratio (A 1 -z / C S );
Corresponding to the equilibrium concentration ratio (A 1 -z / C S ) based on the relationship between the pore diameters W 1 -y of the sample porous bodies O 1 -y and the sample equilibrium concentration ratio (C 1 -y / C S ) A pore diameter calculating step of calculating pore diameters B1 to z of the pores of the porous body respectively determined by
The difference in volume of the first liquid remaining in the pores of the porous body in the two adjacent equilibrium concentration ratios (A 1 -z / C S ) and the two adjacent equilibrium concentration ratios (A 1- and a pore size distribution calculating step of calculating a distribution of pore diameter w of the pores of the porous body from the pore diameter B 1 to z of the pores of the porous body is determined in correspondence to the z / C S) A method for measuring a pore size distribution.
カラムに前記多孔体を充てんし、
前記カラムに前記既知の濃度D1〜zの基準溶液E1〜zのそれぞれを連続的に供給し、各基準溶液E1〜zの濃度D1〜zと前記基準溶液E1〜zに対応して前記カラムから排出される溶液F1〜z中の前記第1の液体の濃度とが同一になった状態とすることを特徴とする細孔径分布測定方法。 In any one of claims 1 to 4, wherein the porous body, the first liquid to a second liquid the first saturation concentration of the liquid is C S of the first liquid in the pores is adhered Is equilibrated in a reference solution E 1- z dissolved in a known concentration D 1- z ,
Fill the column with the porous body,
The continuously supplied each reference solution E 1 to Z of the known concentration D 1 to Z in the column, corresponding to the reference solution E 1 to Z concentration D 1 to Z of each reference solution E 1 to Z Then , the pore size distribution measuring method is characterized in that the concentration of the first liquid in the solutions F 1 to z discharged from the column is the same.
前記残留量算出工程は、前記平衡状態に達した後、前記多孔体の細孔内に付着した前記第1の液体及び前記第2の液体のうち第2の液体のみを蒸発させた際の前記多孔体の重量を測定し、前記多孔体の重量から前記多孔体の乾燥重量を引くことにより、前記多孔体の細孔内に残留する第1の液体の残留量を算出することを特徴とする細孔径分布測定方法。
In any one of Claims 1-6, a said 2nd liquid has a higher saturated vapor pressure than a said 1st liquid,
In the residual amount calculating step, after reaching the equilibrium state, only the second liquid of the first liquid and the second liquid attached in the pores of the porous body is evaporated. The weight of the porous body is measured, and the residual amount of the first liquid remaining in the pores of the porous body is calculated by subtracting the dry weight of the porous body from the weight of the porous body. Method for measuring pore size distribution.
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