多孔質アルミナへの界面活性剤の吸着によるエマル
ションの解乳化
著者
甲斐 敬美, 竹崎 勝之, 吉満 匡弘, 辻 真由美, 成
元 敏幸, 高橋 武重
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
32
ページ
107-111
別言語のタイトル
DEMULSIFICATION BY ADSORPTION OF SURFACTANTS
ON POROUS ALUMINA
多孔質アルミナへの界面活性剤の吸着によるエマル
ションの解乳化
著者
甲斐 敬美, 竹崎 勝之, 吉満 匡弘, 辻 真由美, 成
元 敏幸, 高橋 武重
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
32
ページ
107-111
別言語のタイトル
DEMULSIFICATION BY ADSORPTION OF SURFACTANTS
ON POROUS ALUMINA
多孔質アルミナへの界面活性剤の吸着による
エマルションの解乳化
甲 斐 敬 美 ・ 竹 崎 勝 之 ・ 吉 満 匡 弘
辻 真 由 美 ・ 成 元 敏 幸 ・ 高 橋 武 重
ＤＥＭＵＬＳＩＦＩＣＡＴＩＯＮＢＹＡＤＳＯＲＰＴＩＯＮＯＦＳＵＲＦＡＣＴＡＮＴＳ ＯＮＰＯＲＯＵＳＡＬＵＭＩＮＡ TakamiKAI,KatsuyukiTAKEZAKI， ＴａｄａｈｉｒｏＹＯＳＨＩＭＩＴＳＵ,MayumiTSUJI， ToshiyukiNARIMOTOandTakeshigeTＡＫＡＨＡＳＨＩThevariousmethodsfortheseparationoffinelydispersedoil-watersuspensionhavebeenstu-d
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緒 言 エマルションの破壊・分離については，対象とする 系や目的に応じてさまざまな方法が研究されている。 分散相の滴径が数浬、以下となると極めて安定とな り，遠心分離法による分離は困難となる。そのための分離法として，多孔質テフロン膜4)を用いる方法や高
電圧印加1-3,5)による方法などが研究きれている。 本研究では多孔質アルミ粒子を用い，エマルション の解乳化を試みた。その方法として，アルミナ粒子の 充填層内にエマルションを通過させる方法と，エマル ションにアルミナ粒子を添加する方法とを検討した。 １ ． 実 験 １ ． １ 界 面 活 性 剤 使用した主な界面活性剤はＯ/Ｗエマルションでは ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（SDBS)， O/Ｗエマルションではオレイン酸マグネシウムであ る。界面張力の測定より求めたＳＤＢＳの臨界ミセル 濃度（c､､.c､）は2.2×103mol、-3,オレイン酸マグ ネシウムのｃ､､.c.は2.2×104molm-3であった。 １ ． ２ 充 填 層 に よ る 解 乳 化 実験装置の概略を図１に示す。３０分の超音波処理に よって調製された乳化液は撹枠槽に仕入まれ，ボンベ の窒素ガスにより加圧される。撹枠槽から流出する乳 化液の流出速度は圧力により変えることができる。充 填層は内径６mmのガラス製および真鋪製である。粒子表１充填粒子の種類と分離流出量 108 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ３ ２ 号 （ 1 9 9 0 ） 示す，ＳDBSの濃度は２．２×104mol、 3でｃ､､.c・の 約10倍である。この場合，仕込んだエマルションの分 散相のホールドアップは0.25であり，分離流出してく る水とトルエンの割合もほぼ同じ割合であることがわ かる。しかし210分すぎに破過を生じ，エマルション がそのまま流出し始め，それ以降は水，トンエルの流 出量は小さくなっている。 他の充填粒子を使用した場合の結果を表１に示す。 シリカケルでは分離はまったく行なわれない。活‘性炭 では連続相である水は流出するがトルエンは流出しな いまま破過を生じた。これは活性炭の親油性が強いた め，分離したトルエンが活性炭から離れないためであ る。多孔質粒子の充填層による解乳化の場合には界面 活性剤の固体への吸着が大きな役割をはたしていると 考えられるが，活性炭の場合のように固体表面の濡れ 易さも非常に大きな要因となることがわかる。 表２には各種界面活性剤を使用した場合の結果を示 す。界面活性剤の濃度はいずれもｃ､､.c・の約10倍であ る。Ｏ/Ｗ型のみでなくＷ/Ｏ型のエマルションに対 しても本方法は適用できることがわかる。しかし， Tween80やＳｐａｎ８０などの非イオン‘性の活性剤の場 合にはどちらのエマルションも分離できないことが分 かる。 図３には流出速度と分離された液体の量との関係を 示す｡流出速度が高くなると弱冠分離量も小さくなる。 図４にはSDBＳ濃度と破過するまでの分離流出量 との関係を示す。SDBＳ濃度が高くなるにつれて分 離流出量は減少することが分かる。これは分離が界面 充 填 剤
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】【 図 １ 分 離 装 置 の 概 略 （充填剤）は平均径100ﾉｕｍで，１９を充填して使用 した。アルミナ以外にもシリカゲル，活性炭を使用し た。顕微鏡写真より求めた液滴の調和平均径は1.3ﾉｕｍ であった。 １．３アルミナ粒子添加による解乳化 １００ｍﾉ共栓付きフラスコ内で30ｍﾉのエマルション を30分間の超音波処理により作り，このエマルション にアルミナ粒子を添加して，６時間振還した後，遠心 分離器により分離を行った。分離は回転速度1600rpm で10分間行った。遠心分離により油相，水相および沈 殿粒子に分かれるが，連続相側の透過度を分光光度計 により測定することによって分離の度合いを求めた。 ２．実験結果と考察 ２．１充填層による解乳化 図２には界面活性剤としてＳDBSを使用し，充填 粒子としてアルミナを使用した場合の流出のようすを 400 ０ ５ １ −ｍＥ−の○一×︵弐・麦・誤︸ ０ １ ０ ０ ２ ０ ０ ３ ０ ０ Ｔｉｍｅ（ｍｌｎｌ 図 ２ 分 離 流 出 量 の 時 間 変 化 Vw×106［m3］ＶＴ×106［m3］ 表２界面活性剤の種類と分離流出量 ０●●●
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1５ ア ル ミ ナ シ リ カ ゲ ル 活性炭 14.7 0 12.1 4.9 ０ ０．９ＷＭＷＭ
１．２ 0 10.5 ２．８ Ｔｗｅｅｎ８０ Ｓｐａｎ８０ ＳＤＢＳ ＭｇＯｌｅａｔｅ Ｖｗ×１０６ＶＴ×１０６ ［m3］［m3］ エ マ ル シ ョ ン 界面活性剤 の タ イ プ一
一／
△／△・／。 甲斐・竹崎・吉満・辻・成元・高橋：多孔質アルミナへの界面活性剤の吸着によるエマルシヨンの解乳化１０９ 4０ 2０ であるので吸着量はこの値よりも少し低くなると思わ れる。 その濃度での最大吸着量に達したときに破過を生ず ると仮定して図５および図６の結果より分離流出量を 計算したものを図４の実線で示す。実線は測定値より も大きな値を示している。これは破過を生じた後も分 離はしているが，完全でないためと，分散滴が連続相 内に少しでも残留すると水相ではなくエマルション相 になるためである。 ここまでの結果はＳＤＢＳを界面活性剤として用い たＯ/Ｗ型エマルションについてのものであるが，オ レイン酸マグネシウムを使用したＯ/Ｗ型エマルショ ンについても以上の結果は定性的にあてはまった。０００３２１
一ｍＥ︸①。↑×︵麦十・ン︶もｏｏ
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破過するまでの分離流出量に対するＳＤＢＳ濃 度の影響（実線は計算による予測値） ０ ５ １ １ ． ５Ｖ×109｛ｍ３Ｓ−１１
図３分離流出量と流出速度との関係 図４ 1.0 活'性剤のアルミナへの吸着によるためであり，濃度が 高い場合には早く平衡に達するためである。そこで初 めにエマルション中に含まれていた活性剤のうちどれ だけが吸着されるか測定を行なった。ＳDBSは水， トルエンいずれにも溶解するため，分離流出してきた 水とトルエンそれぞれについて濃度の測定を行ない吸 着の割合を求めた。その結果を図５に示す。ＳＤＢＳ 濃度が高いほど吸着される割合も大きいが，破過を生 ずる前には吸着量が減少していることがわかる。 次にアルミナへのＳDBSの吸着特性を調べるため に吸着等温線を求めた。図６に示すように最大吸着量は 0.26ｋｇ/kg-solidであることが分かる。しかし図５に おける条件では，SDBＳ濃度は６×104mol、-3以下、３２１
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SDBSのアルミナに対する吸着（297Ｋ）１ ２ ３ ム ５ Ｎ（−１ 図 ８ 再 生 回 数 と 分 離 流 出 量 と の 関 係 １１０ 図７ 化する。これは完全に活性剤が脱着していないためで あり、さらにｐＨを変化させるなど，検討の余地はあ る。 ２ ． ２ 充 填 剤 の 再 生 界面活性剤のアルミナへの吸収は可逆的なものであ るので脱着操作により再生できると考えられる。図７ には界面活’性剤ＳＤＢＳの場合について再生のために 使用した水の量と破過するまでの分離流出量との関係 を示す。再生のための水量が90×10-6㎡以上では分離 量は12.5×10-6㎡とほぼ一定になるが，１回目の分離 流出量15×10-6㎡にはおよばない。 図８には解乳化の回数と分離流出量との関係を示 す。再生を行っても完全には処理能力は回復せず，劣 ２ ． ３ ア ル ミ ナ 添 加 に よ る 解 乳 化 図９にはＳＤＢＳを界面活性剤として使用した場合 （O/Ｗ型エマルション）の分離のようすを示す。油 相であるトルエンのホールドアップは0.15である。こ の場合の連続相は水であるので透過度100は水が基準 となっている。透過度が高いほど連続相内の分散滴の 割合が少なくなっていることになる。同一条件におい ては添加したアルミナの量が多いほど透過度は高く なっており，添加量が同じ場合は界面活性剤の濃度が 1５ 1００ ０ ０ 2０ ０ ０ ５ １ ． ０ １ ． ５
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図９エマルションの分離に対するアルミナ添加の効 果（界面活性剤がＳＤＢＳの場合） lＯＯ ＩｊＩＩＩＩｌｌｌ▲ＩＩｌｌｌＩＩＩＩＩ▲ ０ △型』・づ
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の ０ ▲ ／ ▲〆 ０ ５ −誤一山。ｚく﹂﹄｜芝の之くα﹂ 込 ０ ５ −誤一山。ｚく﹄﹄一重の之く匡﹄ □ 。/
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△ｎｏ □ 1.5 巳 使 用 記 号 Cｓ＝ConcentrationofsurfactantImolm ３１ Ｎ＝Repetitionnumberofreactivationｏｆａｌｕｍｉｎａ Ｉ−ｌ Ｑｓ＝Amountofadsorbedsurfactantonalumina Ikg(kg-solid)'１ ○ 引 用 文 献 1）Fujinawa，Ｋ､，MMorishita,Ｎ・ImanishiandH Ino:Ｊ・ChemEng､Japan,17,632-636(1984)．
