超臨界CO₂ってどういうもの?

 

超臨界CO₂ってどういうもの?

二酸化炭素は常温常圧で気体です。この二酸化炭素を冷却していくと、常圧では液体を経ずに固体のドライアイスになりますが、加圧下では気体から液体になります。
しかし、臨界圧力7.38MPa、臨界温度31.1℃を超える領域では、液体と気体の境界がなくなり、「超臨界状態」になります。超臨界二酸化炭素は、液体のような物質の溶解性と気体のような拡散性を兼ね備えた特徴を持っています。
超臨界二酸化炭素は、誘電率が低く、有機溶媒に似た性質を持ちますので、抽出や洗浄などの目的に用いられます。また、温度や圧力を調整することにより、様々な物質の溶解度などの物性を容易に調節できます。
この点が有機溶媒抽出に対するアドバンテージの一つとなります。

 

超臨界CO₂でできること

超臨界CO₂でできること



超臨界二酸化炭素の最も多い用途は抽出です。例えば、トマトからリコペン、ヘマトコッカス藻からアスタキサンチン、各種生薬からの有効成分の抽出などです。同様に、特定成分の除去にも利用できます。
コーヒー豆からカフェインを除去する技術は既に実用化されています。抽出以外の用途としては、乾燥の必要のないドライクリーニングが挙げられます。
また、半導体の回路パターンの洗浄にも適し、表面張力による破壊を防げることが利点です。
さらに、繊維への染色や、木材などの多孔質材に、難燃剤など機能性成分を浸透させることも可能です。

超臨界CO₂による抽出プロセス

超臨界CO₂による抽出プロセス

有機溶媒を用いて成分を抽出する場合、処理後の物質から有機溶媒を完全に除去する、あるいは乾燥プロセスが必要なこと、除去した溶媒の廃液処理が必要なこと、防火対策が不可欠なこと、脱臭対策も必要なこと、温度を上げるためエネルギーが必要で、製品にもダメージがあることなど、数々の問題があります。
超臨界二酸化炭素を用いれば、溶媒としての超臨界二酸化炭素は、減圧により無害な気体として簡単に除去することが可能で、上記の問題が存在しません。
こういったことから、機能性食品、医薬、有害物質除去、各種洗浄、機能性物質の製造など、広い分野への応用がされております。

 

量産におけるプロセスフロー

受託試験においては、試験条件を毎回変えながら実験を行うため、炭酸ガスは使い捨てで実施する(分離槽から排気する)ことが一般的ですが、量産用のプロセスでは、炭酸ガスをリサイクルして使用します。抽出分離における一般的なフローを図に示します。

CO2は、貯槽から冷却器を経てCO2ポンプによって送り出されます。続いて加熱されて超臨界状態となり、抽出槽に入りますが、この抽出槽の中には抽出処理する原料が入っています。 連続的に超臨界二酸化炭素の流れに晒されることで、徐々に成分が溶けだしてきますが、効率を上げるためにエントレーナーを加えることもあります。続いて分離槽に入って減圧します。 それに伴って溶けだした成分が分離しますので、回収槽に集めてから回収します。CO2は冷却器を通って再び貯槽に戻ります。

超臨界CO₂ってどういうもの?