日本化学会

超臨界CO₂とコロイド・界面化学

　二酸化炭素(CO₂)は，穏和な臨界温度304.2K，臨界圧力72.8atm を持つ。超臨界CO₂(scCO₂)が低極性物質を溶解すること，そして，無毒，不燃性，低コスト，豊富に存在するといったCO₂本来の利点が，scCO₂を溶媒とした新規技術開発を後押ししている。現在では，ホップの抽出やコーヒー豆の脱カフェイン，めっき，発泡，洗浄，反応の溶媒として利用されている。しかしながら，scCO₂は高分子や不揮発性極性物質に対して貧溶媒である。したがって，scCO₂に「コロイド・界面化学のメス」を入れ，物質溶解性を改善することが求められている。
　1990年に100 種以上の界面活性剤が試験されたこと^1）を皮切りに，scCO₂中で機能する界面活性剤が探索されてきた。残念ながら，炭化水素系界面活性剤のほとんどは不溶で，フッ化炭素化合物のようなファン・デル・ワールス力の弱い化合物が良溶解性であることが報告されている。近年では，"グリーンソルベント"にふさわしい界面活性剤を求めて，多分岐炭化水素鎖，エーテル，カルボニル，アミンなどの親CO₂性基を組み合わせたCO₂溶解性炭化水素系界面活性剤が開発されている^2）。しかし，溶解性がいまだ低いことなど改善すべき課題が残る。更に開発を進めることにより，汎用性の高いscCO₂分散系が構築できれば，酵素反応，染色，超微粒子合成など様々な有望技術に道が拓ける。また，原油増進回収（EOR）の効率化に向け，コロイド・界面化学的手法によりscCO₂を増粘させる研究が進められている^3）。高効率EORは，原油資源の延命につながり，非炭素エネルギー源に置き換わるまでの時間をより長く稼ぐだろう。

1） K. A. Consani, et al., J. Supercrit. Fluids 1990, 3, 51.
2） J. Eastoe, et al., Beilstein J. Org. Chem.2014, 10, 1878.
3） M. Sagisaka, et al., Langmuir 2015, 31,7479.

鷺坂将伸　弘前大学大学院理工学研究科