二酸化炭素の回収に向けた有機／無機複合吸着材の開発

Research Project

Project/Area Number	21K04330
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	森本和也国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 主任研究員 (10565683)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords	二酸化炭素 / 吸着材 / 回収
Outline of Research at the Start	CO2回収技術において重要となるのは、CO2以外の共存ガスの影響を受けずに高効率でCO2を回収でき、また再生（CO2脱離）の過程で大きなエネルギーを必要としない材料・システムの開発である。本研究計画では、CO2に対して選択性が高い化学吸着性を示すアミン化合物と比表面積の大きい無機担体を有機／無機複合化することで、固体として取り扱える新規のCO2吸脱着材料を開発することを提案する。吸着材の原料にはありふれた元素を用い、合成も量産可能な手法によって安価で優れた実用的なCO2吸着材の開発を行う。
Outline of Annual Research Achievements	工場などから排出される燃焼排ガス中に含まれる低濃度の二酸化炭素を対象にした実用的な吸脱着材料の開発を目指して、二酸化炭素に対して選択性が高い化学吸着性を示すアミン系有機分子と比表面積の大きい無機担体を有機／無機複合化することで固体として取り扱える二酸化炭素吸脱着材料の合成に取り組んだ。無機担体（天然鉱物あるいは合成鉱物材料）の種類とアミン系有機分子の担持方法の最適化を図った。複合化した材料の二酸化炭素吸脱着特性を二酸化炭素ガス吸脱着等温線の測定により評価した。組成や結晶構造が異なる無機担体の種類の検討においては、比表面積が大きいアルミノケイ酸塩の鉱物材料がアミン系有機分子担持後に低濃度二酸化炭素の条件で最も高い吸着量を示すことが明らかとなった。チャネル構造のマクロ孔を有する無機担体よりも、外表面の面積が大きい無機担体の方がアミン系有機分子の担持には適しているものと考えられた。アミン系有機分子の担持方法の最適化においては、反応溶媒を使用せずに担持を行うことを検討し、溶媒使用時と同等の二酸化炭素吸着性を示す材料を合成することができた。二酸化炭素の脱離温度を評価するため、雰囲気制御下で複合化した材料の昇温・降温過程における質量変化を計測した。二酸化炭素の脱離は特定温度で急激に進行することはなく、温度上昇と共に漸移的に生じることが明らかとなった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 実験器具等の納入の遅れはあったものの、計画していた無機担体の合成や複合化条件の最適化、二酸化炭素脱離温度等を評価することができた。
Strategy for Future Research Activity	実用的な材料開発を目的として、複合化した吸着材料によるCO2吸着と加熱によるCO2脱離の繰り返し性能を雰囲気制御下で評価できる実験設備を整備する。