1 RTx
3.4 実験結果および考察
3.4.3 酸素の Hansen 溶解度パラメータを用いたガス溶解 度の推算
液体に対する酸素の溶解度と酸素の Hansen 溶解度パラメータの相関性を検証するため、
本研究で算出した酸素の Hansen 溶解度パラメータを用いて溶媒に対する酸素の溶解度を 算出した。Figure 3-2より酸素と溶媒の Hansen溶解度パラメータから算出したRaと酸素の 溶解度の関係は式(3-13)で表される。
10 . 1 10 89 . 8 x
log G 2 (3-13)
Table 3-7 Calculated a nd measur ed solubilities of oxygen in the pure or ganic solvents
Solvents
log x
G[-] Deviation
Observed Calculation [%]
Methanol -3.38 -3.54 4.57
Ethanol -3.24 -3.37 3.96
1-Propanol -3.17 -3.24 2.12
2-Propanol -3.11 -3.14 1.08
1-Butanol -3.11 -3.13 0.74
2-Butanol -3.08 -3.05 1.09
1-Pentanol -3.06 -3.04 0.59
1-Hexanol -3.02 -2.98 1.18
Ethylene glycol -4.14 -3.97 4.20
Propylene glycol -3.73 -3.65 2.12
Pentane -2.58 -2.53 1.96
Hexane -2.65 -2.60 2.00
Heptane -2.66 -2.66 0.17
Octane -2.66 -2.70 1.35
Cyclohexane -2.89 -2.92 1.04
Benzene -3.06 -2.94 3.93
Toluene -3.09 -3.19 3.21
Dichloromethane -3.01 -3.12 3.66
Acetone -3.15 -3.06 2.69
N,N-Dimethyl formamide
-3.31 -3.23 2.67
N,N-Dimethyl acetamide-3.41 -3.46 1.48
59
液 体 に 対 す る 酸 素 の 溶 解 度 の 実 測 値 と Ha nsen 溶 解 度 パ ラ メ ー タ か ら 算 出 し た 値 を Table 3-7 に 示 す 。 ガ ス 溶 解 度 か ら 算 出 し た 酸 素 の Hansen 溶 解 度 パ ラ メ ー タ は 、 ガ ス 溶 解 度 と 21種 の 純 溶 媒 に 対 し て 平 均 偏 差 が 2.18%、最 大 偏 差 が 4.57%の 相 関 性 が あ っ た 。Hansen 溶 解 度 パ ラ メ ー タ の 水 素 結 合 力 項 が 大 き い 物 質 に お い て 酸 素 の 溶 解 度 の 実 測 値 と 算 出 値 の 偏 差 が 大 き く な る 傾 向 が 見 ら れ た 。
酸 素 の Hansen 溶 解 度 パ ラ メ ー タ を 用 い て 溶 媒 に 対 す る 酸 素 の 溶 解 度 を 推 算 す る こ と が 可 能 で あ る か を 確 認 す る た め 、酸 素 の Hansen 溶 解 度 パ ラ メ ー タ を 用 い て 、混 合 溶 媒 に 対 す る 酸 素 の 溶 解 度 を 推 算 し た 。 混 合 溶 媒 の Ha nsen溶 解 度 パ ラ メ ー タ は 、 純 溶 媒 の Hansen 溶 解 度 パ ラ メ ー タ を 用 い て 式(1-8)に よ り 算 出 し た 。 酸 素 の Hansen 溶 解 度 パ ラ メ ー タ と 混 合 溶 媒 の Hansen溶 解 度 パ ラ メ ー タ か ら Raを 算 出 し 、式(3-13)に 代 入 し て 酸 素 の 溶 解 度 を 算 出 し た 。 算 出 し た 混 合 溶 媒 に 対 す る 酸 素 の 溶 解 度 は Table 3-8, 3-9, 3-10, 3-11, 3-12, 3-13 に 示 す 。そ れ ぞ れ の 系 に 対 す る 平 均 偏 差 は 、Etha nol + Cyclohexa ne で 2.34%、 Etha nol + H exa ne で 4.43%、Etha nol + Benz ene で 1.92%、Etha nol + Acetone で 2. 79%、Etha nol + 1- Propa nol で 3.05%、Ethanol + 2-Pr opa nolで2.54%、2-Pr opa nol + Cyclohexa neで1.62%、2-Pr opa nol + H exa ne で 4.40%、2-Propa nol + Benzene で 1.27%、Cyclohexa ne + H exane で 0.94%、Cyclohexa ne + Benzene で 3.03%、H exane + Benzene で 1.78%で あ っ た 。純 溶 媒 に 対 す る 酸 素 の 溶 解 度 か ら 算 出 し た 酸 素 の Hansen溶 解 度 パ ラ メ ー タ を 用 い て 、実 測 値 と の 平 均 偏 差 が 2.5 1%の 精 度 で 推 算 す る こ と が 可 能 で あ っ た 。
実 測 値 で 理 想 よ り も 大 き く 溶 解 度 が 測 定 さ れ た Etha nol + Cyclohexa ne、 E thanol + Hexa ne、 2-Propa nol + Cyclohexa ne、2-Pr opa nol + Hexane の 4系 で は 、Hansen 溶 解 度 パ ラ メ ー タ を 用 い て 算 出 し た 酸 素 の 溶 解 度 も 同 様 に 理 想 溶 解 度 よ り も 溶 解 度 が 大 き く 算 出 さ れ た 。 溶 媒 を 混 合 さ せ た と き の Ha nsen溶 解 度 パ ラ メ ー タ が 酸 素 の Hansen 溶 解 度 パ ラ メ ー タ に 最 も 近 く な る 点 が 存 在 す る た め で あ る 。 ま た 、 実 測 で 理 想 溶 解 度 に 近 い 挙 動 を 示 し た Etha nol + 1-Propa nol、Etha nol + 2-Pr opa nol、Cyclohexa ne + Hexa ne、Cyclohexa ne + Benzene、H exa ne + Benzene に つ い て 、Hansen 溶 解 度 パ ラ メ ー タ を 用 い て 算 出 し た 酸 素 の 溶 解 度 は 理 想 に 近 い 溶 解 度 が 算 出 さ れ た 。混 合 溶 媒 を 構 成 す る そ れ ぞ れ の 溶 媒 の Hansen 溶 解 度 パ ラ メ ー タ が 似 て い た た め で あ る 。
混 合 溶 媒 に 対 す る 酸 素 の 溶 解 度 を 混 合 溶 媒 に 対 す る ガ ス 溶 解 度 の 推 算 精 度 を 向 上 さ せ る
理 想 系 と 実 存 系 の 非 理 想 性 を 補 正 す る 方 法 と し て は 活 量 係 数 が 挙 げ ら れ る 。 溶 解 度 パ ラ メ ー タ と 活 量 係 数 の 関 係 は Hildebra nd に よ っ て 報 告 さ れ て い る た め[3 - 1 6 ]、活 量 係 数 を Ha nsen 溶 解 度 パ ラ メ ー タ で 表 現 す る こ と に よ り 、 混 合 溶 媒 の 非 理 想 性 を 補 正 す る こ と が 可 能 と な る と 考 え ら れ る 。ま た 、Hansen 溶 解 度 パ ラ メ ー タ を 用 い た ガ ス 溶 解 度 の 推 算 の 問 題 点 と し て 、Hansen 溶 解 度 パ ラ メ ー タ は 理 論 上 混 合 エ ネ ル ギ ー が≥0 の 場 合 の み し か 考 慮 し て い な い た め 、 混 合 エ ネ ル ギ ー が 負 と な る 混 合 溶 媒 に 対 し て は 推 算 精 度 が 低 い と 考 え ら れ る 。
Table 3-8 Calculated a nd measur ed solubilities of oxygen in the mixed or ganic solvents
Ethanol + Cyclohexane Ethanol + Hexane
xEthanol
log xG[-] Deviation
[-] xEthanol
log xG[-] Deviation
Observed Calculation Observed Calculation [-]
0.000 -2.89 -2.92 1.04 0.000 -2.65 -2.60 1.99
0.092 -2.90 -2.90 0.03 0.096 -2.67 -2.59 3.10
0.192 -2.92 -2.88 1.18 0.202 -2.70 -2.58 4.38
0.292 -2.94 -2.87 2.48 0.298 -2.75 -2.59 5.78
0.391 -2.96 -2.86 3.30 0.416 -2.79 -2.61 6.63
0.500 -3.00 -2.88 4.16 0.517 -2.84 -2.64 7.03
0.600 -3.02 -2.91 3.80 0.624 -2.90 -2.70 6.76
0.706 -3.07 -2.97 3.38 0.720 -2.96 -2.79 5.65
0.802 -3.11 -3.06 1.54 0.825 -3.03 -2.94 3.21
0.905 -3.17 -3.19 0.85 0.919 -3.12 -3.13 0.20
1.000 -3.24 -3.37 3.97 1.000 -3.24 -3.37 3.97
61
Table 3-10 Calculated a nd measur ed solubilities of oxygen in the mix ed or ga nic solvents
Ethanol + Benzene Ethanol + Acetone
xEthanol
log xG[-] Deviation
[-] xEthanol
log xG[-] Deviation
Observed Calculation Observed Calculation [-]
0.000 -3.09 -3.19 3.22 0.000 -3.06 -2.94 3.93
0.088 -3.10 -3.15 1.73 0.145 -3.08 -2.96 3.83
0.192 -3.10 -3.12 0.48 0.205 -3.09 -2.97 3.82
0.305 -3.12 -3.09 0.94 0.320 -3.12 -3.00 3.72
0.403 -3.14 -3.08 1.88 0.413 -3.14 -3.03 3.32
0.505 -3.15 -3.08 2.43 0.520 -3.15 -3.08 2.30
0.611 -3.17 -3.09 2.62 0.621 -3.16 -3.12 1.16
0.712 -3.19 -3.12 2.07 0.718 -3.18 -3.18 0.03
0.813 -3.20 -3.19 0.42 0.823 -3.19 -3.24 1.86
0.913 -3.22 -3.27 1.40 0.910 -3.22 -3.31 2.74
1.000 -3.24 -3.37 3.97 1.000 -3.24 -3.37 3.97
Ethanol + 1-Propanol Ethanol + 2-Propanol
xEthanol
log xG[-] Deviation
[-] xEthanol
log xG[-] Deviation
Observed Calculation Observed Calculation [-]
0.000 -3.17 -3.24 2.13 0.000 -3.11 -3.14 1.09
0.103 -3.17 -3.25 2.33 0.103 -3.12 -3.16 1.41
0.199 -3.18 -3.26 2.50 0.174 -3.12 -3.17 1.67
0.299 -3.18 -3.27 2.69 0.297 -3.14 -3.20 1.94
0.399 -3.19 -3.28 2.83 0.406 -3.15 -3.22 2.31
0.503 -3.20 -3.30 2.99 0.495 -3.16 -3.24 2.49
0.604 -3.21 -3.31 3.07 0.600 -3.18 -3.26 2.77
0.700 -3.21 -3.32 3.40 0.701 -3.19 -3.29 3.11
0.790 -3.22 -3.34 3.70 0.793 -3.20 -3.31 3.44
0.903 -3.23 -3.36 3.97 0.894 -3.22 -3.34 3.78
1.000 -3.24 -3.37 3.97 1.000 -3.24 -3.37 3.97
Table 3-9 Calculated a nd measur ed solubilities of oxygen in the mixed or ganic solvents
Table 3-12 Calculated a nd measur ed solubilities of oxygen in the mix ed or ga nic solvents
Table 3-11 Calculated a nd mea sured solubilities of oxyge n in the mix ed or ga nic solvents
2-Propanol + Cyclohexane 2-Propanol + Hexane
x2-Propanol
log xG[-] Deviation
[-] x2-Propanol
log xG[-] Deviation
Observed Calculation Observed Calculation [-]
0.000 -2.89 -2.92 1.04 0.000 -2.65 -2.60 1.99
0.072 -2.90 -2.90 0.25 0.124 -2.67 -2.59 3.17
0.200 -2.90 -2.88 0.84 0.233 -2.70 -2.59 4.18
0.266 -2.91 -2.86 1.55 0.358 -2.73 -2.59 5.04
0.358 -2.92 -2.85 2.30 0.403 -2.74 -2.60 5.44
0.497 -2.95 -2.86 3.04 0.521 -2.79 -2.62 6.07
0.686 -2.99 -2.91 2.85 0.615 -2.83 -2.65 6.47
0.708 -3.00 -2.92 2.75 0.705 -2.87 -2.69 6.08
0.811 -3.03 -2.97 1.75 0.790 -2.92 -2.77 5.26
0.915 -3.07 -3.06 0.37 0.867 -2.97 -2.86 3.57
1.000 -3.11 -3.14 1.09 1.000 -3.11 -3.14 1.09
2-Propanol + Benzene Hexane + Cyclohexane
x2-Propanol
log xG[-] Deviation
[-] xHexane
log xG[-] Deviation
Observed Calculation Observed Calculation [-]
0.000 -3.09 -3.19 3.22 0.000 -2.89 -2.92 1.04
0.104 -3.08 -3.14 1.97 0.121 -2.84 -2.86 0.97
0.205 -3.07 -3.10 0.95 0.193 -2.81 -2.83 0.71
0.303 -3.07 -3.07 0.05 0.281 -2.79 -2.80 0.24
0.405 -3.07 -3.05 0.92 0.379 -2.77 -2.76 0.17
0.506 -3.08 -3.03 1.46 0.470 -2.74 -2.73 0.40
0.612 -3.08 -3.03 1.63 0.602 -2.71 -2.69 0.81
0.712 -3.09 -3.04 1.56 0.674 -2.70 -2.67 1.01
0.810 -3.09 -3.06 0.99 0.798 -2.68 -2.64 1.33
0.908 -3.10 -3.10 0.14 0.888 -2.66 -2.62 1.69
1.000 -3.11 -3.14 1.09 1.000 -2.65 -2.60 1.99
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