音速流ノズルとイオン誘起核生成を用いたCO₂分離

抄録

本研究では，イオン誘起核生成を利用したガス成分分離プロセスの可能性について検討した．イオン誘起核生成は，イオンを核として分子が凝集・成長する不均一核生成過程であり，均一核生成と比べて低い過飽和条件でも進行し得る．本研究ではまず，蒸気分子のイオン表面への吸着・脱着過程を待ち行列理論に基づいてモデル化し，分子動力学シミュレーションから得られた蒸気到着間隔および滞在時間分布との比較を行った．その結果，低蒸気圧条件では理論モデルとの良好な一致が確認された．次に，CO₂–N₂混合気体中に単一のアンモニウムイオンを導入した分子シミュレーションを実施し，イオンを核としたナノクラスター形成挙動を解析した．その結果，均一核生成が起こらない条件下においても，イオン誘起核生成によりCO₂ナノクラスターが形成・成長することを確認した．本研究の結果は，音速流ノズル分離と組み合わせた分離技術への応用可能性を示唆するものである．