First-Principles Statistical Thermodynamics and Materials Informatics Considering Weak Interactions: Exploring Gas Separability of Deep Eutectic Solvents

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01894
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Chuo University
• Principal Investigator: Mori Hirotoshi 中央大学, 理工学部, 教授 (90501825)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 深共融溶媒 / ガス分離能力 / マテリアルズ・インフォマティクス / 弱い相互作用 / 第一原理統計熱力学計算 / COSMO-RS法 / CO2分離回収液

Outline of Final Research Achievements

To develop "CO2 negative emission" technology on a global scale as a countermeasure against global warming, a safe and inexpensive absorbent is needed to recover CO2 from its large-scale emission sources by removing hydrocarbons and hydrogen sulfide, which can be used as resources. CO2 absorbent solutions developed in the past, such as aqueous amine solutions and ionic liquids, have difficulties in energy balance, toxicity, and price during regeneration, and their gas separation capacity needs to be increased. In this study, we examined the possibility of improving their gas separation properties, focusing on deep co-melting solvents, which can be safely obtained simply by mixing in inexpensive hydrogen-bonded organic solids. First-principles statistical thermodynamics COSMO-RS calculations show that the deep-confusion solvents with tertiary amines have superior CO2 absorption even under wet conditions.

Free Research Field

理論化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で得られた、湿潤条件においてもCO2吸収に優れる三級アミンを持つ深共融溶媒は、実験的に創成が可能な化学種から構成されている。即ち、実合成およびガス吸収実験を実施し、その機能を検証することができれば、世界規模で求められている「CO2 ネガティブエミッション」技術の開発につながる。深共融溶媒は、安価に合成できるが、どのようなものを合成すれば、CO2分離により優れた材料となるかは自明ではなく、その開発が遅々としていた。本研究は、国際社会に貢献するCO2吸収性深共融溶媒を、具現化する手段を理論的に明示したものであり、本研究成果は、その意味合いにおいての社会に貢献するものと考えられる。