物性 / CO₂拡散係数、物質移動係数

構成		(1) CO₂自己拡散係数 (2) 相互拡散係数 (3) 物質移動係数	溶質の濃度勾配に起因する拡散現象は、抽出・乾燥他の設計･操作に利用されます。その際、溶媒と対象物質となる抽出物資の拡散係数が物性値として必要になります。拡散現象は、次式で示されるフィック(Fick)の第一法則で表されます。 Ｊ (拡散流速) 　　= Ｄe(拡散係数) × ΔＣ(濃度差) / ΔＸ(位置座標) 　液相では分子は高密度で配置しており、近接分子の力の影響を受けます。液相の拡散係数の簡易モデルの一つであるストークス･アインシュタイン（Stokes-Einstein）式では、大きな球形分子が希釈濃度で溶媒中を拡散する場合の二成分拡散係数De(A,B)は、次式で当てはまります。 De(A,B) = Ｒ × Ｔ / { 6 × π × η(B) × r(A) } ： η(B) = 溶媒の粘度、r(A) = 溶質の球形分子直径 即ち、拡散係数Ｄeは、溶媒粘度に反比例して大きくなり、上図に示すように超臨界二酸化炭素の粘度は他の溶媒と比較して大幅に小さいため、高拡散溶媒として、抽出分野他で活用されています。

(1) CO₂の自己拡散係数

二酸化炭素の自己拡散係数は、通常の液体の拡散係数に比較すると、上述のように粘度が非常に小さいため、10倍～100倍大きな値になります。このため、物質の抽出、樹脂への浸透性が速くなります。
　二酸化炭素の自己拡散係数のイメージ図を右図に示します。P.Etesseら、J. Chem. Phys. 97, p.2022 (1992)を基にその他の参考文献を参照してイメージ化したものです。右図に示すように、水、エタノールと比較し、一桁以上大きく、温度と圧力で大きく変化します。
　このデータをもとに、以下の推算式を作成しました。

　　Ｄ₁₁ / Ｔ [m²/(s K)] (下図の縦軸)
　　　　=　1.13388x10⁻¹⁴ x 粘度 [Pa s] ^ (-0.911161)