Acceleration of diffusion rate in CO2 solid sorbent by an electric field

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05579
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 34030:Green sustainable chemistry and environmental chemistry-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Kodama Satoshi 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (90589417)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: CO2分離回収 / 固体吸収剤 / アミン / 電場

Outline of Final Research Achievements

In this study, a technology to accelerate the CO2 absorption rate of a CO2 solid sorbent using an electric field was developed. CO2 absorption rate and capacity are increased by up to 25% under the condition of the electric field. The absorption behavior was affected by the types of amines with different molecular weights, suggesting that the orientation and diffusion of amine molecules affected CO2 absorption. A one-dimensional unsteady-state diffusion model was developed to analyze the absorption of CO2. The result suggested that the improvement of the absorption rate by the electric field had a more significant effect on promoting the dissolution of CO2 in the absorbent near the gas-liquid interface than improving the diffusion rate inside the carrier.

Free Research Field

化学工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

CO2固体吸収剤は、低エネルギーでCO2分離が可能な材料として注目され、DACへの応用も検討されているが、吸収速度の遅さが課題となっている。この研究では、電場が存在する環境下でCO2を固体吸収剤に吸収させることで吸収速度が向上することを見出した。さらに、吸収モデルを構築し、CO2の吸収と担体内部での拡散を解析した。その結果、電場による吸収速度の向上は、気液界面近くにおけるCO2の溶解が促進された影響が大きいことが示唆された。また、この解析によりプロセスの運転条件を予測することも可能となった。