2016 Fiscal Year Research-status Report
セラミックス合成プロセスの最適化による二酸化炭素吸収・貯蔵材料の開発
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16K05886
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
橋本 拓也 日本大学, 文理学部, 教授 (20212136)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
丹羽 栄貴 東京工業大学, 理学院, 特任助教 (10707962)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 二酸化炭素吸収材料 / 吸収速度 / 化学熱力学 / 粒径制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二酸化炭素吸収材料として注目されていたLi4SiO4について、ボールミルを用いて機械的に粉砕することが可能かどうかを検証し、平均粒径2μmを切る粉末の合成に成功した。本粉末を用いて二酸化炭素吸収が起こる温度範囲と二酸化炭素分圧範囲を実験的に解明することに成功し、これが化学熱力学計算を用いて予測された領域とほぼ合致することを明らかにした。また微細化により、特に実用上重要となる低い二酸化炭素分圧下で吸収速度が大幅に上がることを明らかにした。この原因として粒径が小さくなったため、二酸化炭素と材料固体との反応生成物の拡散が実質上促進されたためであることを明らかにした。本成果は学術論文にまとめ、Materials Research Bulletin誌に投稿、掲載審査中である。
また従来はLi4SiO4を液相プロセスで合成することはなされていなかったが、本研究では陽イオンとしてSiのみを含む溶液を入手、Li2CO3を希硝酸に溶解した溶液とともに原料として用いると、液相合成法でLi4SiO4のほぼ単相が合成できることを明らかにした。本研究は液相合成法で本物質を作製した初めての例となった。今後は単相作成条件の確立および低温合成による粒径の小さい試料の合成が可能であるかを検証し、二酸化炭素吸収特性を評価する予定である。
他の材料についてはLi4TiO4の合成を試みた。本物質の単相を作製することは非常に難しいとされてきたが、水素を用いた強還元雰囲気下での熱処理、およびLiを過剰に加えることで、おそらくTiの還元がおこり単相に近い試料が合成できるようになった。またSrCeO3およびBaCeO3については二酸化炭素を吸収する温度および二酸化炭素分圧領域を実験的に検証し、化学熱力学計算の結果と合致することを示した。本成果は熱力学誌Thermochimica Actaに論文投稿中である。
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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
Li4SiO4については機械的な粉砕による微細化に成功し、特に実用上重要な低い二酸化炭素分圧下で吸収特性が向上することを明らかにできた。また液相法による合成は難しいことが予想されていたが、陽イオンとしてSiのみを含む溶液の調達に成功し、予想外に簡単に液相法による合成に成功できた。後は溶液の濃度を正確に検量し、微量に入っている不純物を除去するプロセスを確立することが課題である。
Li4TiO4については単相試料の合成報告がなかったが、これはTiを3価まで還元する必要があるためと予想し、過剰なLiの導入および強還元雰囲気下での焼成といった工夫を試みたところ、かなり単相に近い試料を得ることができた。
さらにこれらの物質の二酸化炭素吸収特性について熱力学的な解析および速度論的な解析が可能であることが示され、本成果が学術的にも綺麗に説明可能であることを示すことができた。
また二酸化炭素吸収挙動を測定するため手持ちの高温X線回折装置にガスシステムを接続し試測定を実施したところ、二酸化炭素分圧0.2気圧以下では、吸収の起こる温度500～700℃で問題なく測定が可能であるも示すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
液相合成法で作製したLi4SiO4については合成条件の最適化による単相かつ粒径の小さい試料の合成を目指す。満足できる試料が合成できたら、二酸化炭素吸収特性を熱天秤および高温X線回折測定を用いて評価を実施し、従来の固相反応法で合成した試料の特性と比較検討、実用に耐える吸収材料の開発を目指す。
他の物質についてはLi4TiO4の合成条件最適化による単相試料の合成、Li2CuO2の単相試料の合成を目指す。またそれ以外に用途が広く枯渇が予想されているLiを含む試料に代わる材料としてNaFeO2などが二酸化炭素吸収材料として有望であるか否かの評価も実施したい。
いずれの試料の二酸化炭素吸収特性も得られたデータを化学熱力学・反応速度論などを用いて解析し、学術的にも高く評価できる成果を上げることを目指す。
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| Causes of Carryover |
消耗品のディスカウントをしていただいての購入など、有効に使用する努力をした結果、7,722円を余らせることとなった。本金額は既受領金額の0.35％程度であるので、問題はないと考えられる。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
7,722円は消耗品費として組み込ませていただき、実験に必要なキムワイプなどの購入に充てる予定である。
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Research Products
(2 results)
