Development of materials for solid-phase recovery reaction and liquid-phase conversion reaction for low-concentration carbon dioxide
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22K05186
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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 | Chiba University |
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Principal Investigator |
加納 博文 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (60334166)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 環境負荷低減物質 / CCUS / DAC / アルカリ金属炭酸塩 |
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| Outline of Research at the Start |
低濃度CO2ガスからの回収技術の実用化に向けた取り組みと回収したCO2の有効利用について、包括的なシステムを構築するための材料開発を進める。
1)低濃度CO2排ガスや大気中から選択的CO2回収可能な高性能材料の開発を検討する。ここではこれまで研究してきたナノコンポジットをもとに、さらに結晶構造を不安定化させたり、あるいは疎水性ナノ細孔体と組み合わせたりして、低濃度CO2の回収材として適した材料を開発する。
2)回収したCO2の有効利用として、液相におけるカーボン電極を用いたCO2電気化学的還元およびナノ細孔性カーボン触媒によるCO2変換反応について検討する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)これまでは、炭酸ナトリウムとカーボンとのナノコンポジットを、既報の方法に従って得ていたが、これまでとは異なる調製条件によって水酸化ナトリウムとテレフタル酸からテレフタル酸ナトリウムを得、焼成温度も変えてコンポジットを調製し、化学組成やCO2吸蔵特性の違いを検討した。その結果、最初に溶解しないテレフタル酸を除去することや焼成温度を923 Kにすることで、炭酸ナトリウムの含量が多く、CO2吸蔵特性に優れたコンポジットを得ることができた。反応性について、市販のテレフタル酸ナトリウムと比較しながら進めた。
2-1) CO2の電気化学的選択還元によるエタノール等への変換について検討するための電極を作製した。まず、アセチレンを炭素源として、アンモニアを窒素源として、これらの混合ガスを用い、また基板として鉄のウェハを用い、PVCVD法により窒素ドープ炭素膜（Fe/NC）を形成させた。その後、Fe/NC上に金属銅のナノ粒子をCVD法により形成させた。蒸着時間を50～400秒と変え、銅粒子の性状を変えることを試みた。一方、湿式法でも、CuSO4+硫酸水溶液を用い、作用極にFe/NC電極を、金属銅を対極に用い、－0.8 Vを10秒印加し銅を析出させた。このようにして得られた電極を用い、SEM観察により、金属銅の析出の状況を確認し、最適条件を検討した。
2-2) 液相におけるナノ細孔性カーボン触媒によるCO2変換反応
市販のグリニャール試薬を用い、基本的なグリニャール反応について予備的に検討し、ブロモベンゼンとCO2から安息香酸が生成することを確認した。この反応系について、炭素のナノ細孔の効果を調べる計画を立案した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１）については、これまで炭酸ナトリウムのカーボンコンポジットを調製する際の物質組成や焼成温度の条件を精査していなかったが、試薬の混合比や焼成温度の影響が把握できつつあり、より効果的なコンポジットの形成が期待できるようになった。
２)については、改め電極の調製条件を精査しているところであり、最適な条件を見出しつつある。
３）はまだ始めたばかりで、今後展開させていく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）については、NaOHとテレフタル酸から調製する条件を確立しつつあるので、異なる有機酸（例えば、クエン酸）を用いて調製し、これまでのものと比較していくことで、実用的な観点についても検討できる。また、廃棄プラスティックを原料することも、今後検討していく予定であり、実用性の面からの進展を期待できる。
２)については、電極の調製条件を確立し、電気化学還元の反応段階まで進むことができるように試行錯誤が必要であるが、一定の条件はわかってきているので、それをもとに検討していく予定である。
３）については、基本的な実験条件がそろったので、炭素材を触媒に添加するなどして、反応性を検討する実験を進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(14 results)
