Development of waste slag conversion process based on chemical methodology and its applications in CO2 capture and utilization
| Project/Area Number |
21K05147
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 34030:Green sustainable chemistry and environmental chemistry-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
桑原 泰隆 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (40635330)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 鉄鋼スラグ / リサイクル / 多孔質材料 / 酸化カルシウム / CO2回収貯留 / CO2変換 / 資源リサイクル / 廃スラグ / CO2吸着 / CO2再資源化 / 多孔体 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、製鉄プロセスで大量に副生成する鉄鋼スラグを原料として高表面積を有する酸化物ナノ多孔体を製造するための資源変換プロセスを開発する。また、合成した酸化物ナノ多孔体の化学的特性を生かし、①二酸化炭素(CO2)の吸着回収と②CO2再資源化反応への応用を行う。これら研究を通じ、鉄鋼スラグを原料とする資源循環プロセスの基盤構築とCO2の回収・利用(CCU)に貢献しうる新しい環境技術を創成する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、鉄鋼プロセスで大量に副生する鉄鋼スラグを原料としてCO2吸着能を有する酸化物ナノ多孔体を製造するための化学変換プロセスを開発した。ギ酸や酢酸、クエン酸などの有機酸を用いて高炉スラグを溶解し、逐次的な析出プロセスを経ることで、ほぼ100%のリサイクル効率で酸化カルシウム(CaO)-メソポーラスシリカ複合体へと変換することに成功した。特にギ酸や酢酸などの有機酸を用いて合成した酸化物ナノ多孔体は、含有CaOの結晶性が高く、吸着温度700℃において二酸化炭素(CO2)を繰り返し吸脱着可能であることを見出した。酸化物ナノ多孔体形成過程や、用いる溶解酸の種類が複合体の構造・CO2吸着性能に与える影響についても、詳細な構造分析により明らかにした。
さらに、スラグから合成したCaO-メソポーラスシリカ複合体にNi触媒を担持して、メタネーション反応に応用したところ、他の酸化物担持Ni触媒に比べ優れた触媒活性および安定性を示した。また、CO2とH2を交互に流通させるケミカルルーピングによるメタネーション反応では、CO2流通下でCaO成分によるCO2吸着が、H2流通下ではNi粒子による吸着CO2の水素化反応が非定常的に進行し、低濃度のCO2ガスを効率的にメタンへと変換できることを見出した。これらの結果から、スラグから合成した酸化物ナノ多孔体がCO2資源化反応に有用な触媒担体として利用できることを示した。
開発した化学変換プロセスは現在鉄鋼産業が直面している『廃スラグの有効利用』と『CO2排出量の削減』という２つの重要な問題に貢献する技術として更なる展開が期待できる。
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Report
(3 results)
Research Products
(20 results)
