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超臨界とは

最近、亜臨界水や超臨界水が種々の分野で研究されるようになりまたした。
超臨界とは流体の一つの状態です。一般的に流体には固体・液体・気体があります。この変化は温度の変動に連動します。たとえば、水が温度によって氷→水→水蒸気となることと同じです。では、この温度だけの1次的な変化に圧力を加えてみるとどうなるでしょう?
閉じた空間で水を熱していく事を想像してください。最初は蒸気が出ています。飽和水蒸気量を超えても出続ける蒸気は圧力と密度を増していき、水の密度と変わらなくなります。この水と水蒸気の密度が同じになった状態が臨界点と呼ばれる状態です。

超臨界の特性

超臨界とは臨界点に、さらに圧力・熱を加えて行くことで液体でも気体でもない、両方の特徴を持つ状態です。つまり、超臨界は液体とも気体とも違う性質を有します。
超臨界流体は、臨界点をわずかに超えた領域で、少しの圧力変化により密度が大きく変化します。そのため、圧力の変化で溶媒特性の連続的、大幅な制御が可能となります。これにより、たとえば超臨界流体により特定物質の抽出を行う場合は、超臨界流体の圧力と温度を操作することで、流体の溶解度を変化させ、通常は溶解しないものを超臨界状態により流体に溶解させ、流体を常圧に戻すことで分離させたりします。

超臨界流体のトレンド

これまでに多く使われているのは二酸化炭素(CO2)による超臨界流体です。CO2の場合、31.1℃・7.38MPaと比較的低温・低圧で超臨界状態となるため、装置自体も簡素化できます。これに対し、水(H2O)は374.2℃・22.12MPaで超臨界状態となるので、装置に対して温度と圧力の対策が必要となりますが、反応性が高いことから、難分解物質の分解や特殊条件での反応に対して用いられます。また、水の場合は、超臨界にまで達しない「亜臨界」状態でも高い分解能力を発揮するため、最近では亜臨界水による反応装置も増えてきています。