2015 Fiscal Year Annual Research Report
イオン液体を利用した環境調和型CO2吸収分離再生プロセスの開発
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26289293
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
児玉 大輔 日本大学, 工学部, 准教授 (50307807)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 圭悟 山形大学, 理工学研究科, 准教授 (60415792)
牧野 貴至 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 主任研究員 (70455153)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | イオン液体 / 二酸化炭素 / ガス吸収・分離 / 平衡物性 / 輸送物性 / 再生プロセス / 溶液構造 / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
イオン液体-二酸化炭素系の溶解メカニズム解明については、イミダゾリウム塩と複数のアニオンからなる混合イオン液体を調製し、常圧下における密度・粘度、二酸化炭素共存下におけるイオン液体のpVT、密度、溶解度などを測定し、各物性に及ぼす濃度や温度依存性について明らかにした。さらに、シアノ系やホスホニウム系など、カチオン構造の異なるイオン液体のガス吸収特性データが蓄積されつつあり、マクロ的なガス吸収量に及ぼす影響について考察した。また、ガス吸収時における過剰エンタルピーの圧力依存性などプロセス設計に必要となる熱力学的性質についても測定を進め、解明することができた。一連の研究成果について、MTMS'15や化学工学会第47回秋季大会などで発表した結果、ポスター賞や最優秀口頭発表賞を受賞している。これらの測定データに基づき、二酸化炭素吸収・再生時の粘度が、化学吸収法と同程度の低粘性、吸収特性を有したイオン液体の新規合成、プロセスシミュレーションや吸収分離再生試験も進んでいる。
イオン液体と分子性液体からなる混合溶液については、ホスホニウム系に焦点を絞り、密度、粘度、熱物性について測定を進め、熱媒体への応用利用について検討を進めた。その結果、シリコンオイルなど既存の熱媒体には性能的に叶わなかったが、密度や相分離挙動については特異な性質を示すことがわかり、第38回溶液化学シンポジウムにて発表した結果、ポスター賞を受賞した。
溶解度や密度・粘度などのマクロ物性とNMRやMD計算から得られるミクロ物性からイオン液体と二酸化炭素との相互作用も解明できつつあり、論文投稿の準備を進めている。
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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
学術論文が受理されるなど着実に研究成果が出始めており、国際ミニシンポジウムも開催できた。特に、磁気浮遊天秤を利用したイオン液体のCO2溶解度測定については、状態方程式などによりイオン液体の膨張体積を推算することで実験データの精度向上に繋がった。最終年度を迎えるに当たり、学術論文として投稿できる内容が複数あり、今後とも速やかな情報発信に努めていく。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)イオン液体-二酸化炭素系の溶解メカニズム解明：グライム類とリチウム塩との混合溶液だけでなく、プロトン性イオン液体や化学吸収能を付与したイオン液体などを対象に、二酸化炭素共存下におけるイオン液体のpVT、密度、溶解度などを測定する。ガス吸収特性データの蓄積を継続し、マクロ的なガス吸収効率について考察する。さらに、他の酸性ガスのイオン液体に対する溶解性や選択性についても比較検討する。
(2)イオン液体の輸送現象解明：イオン液体の粘度データ蓄積を継続し、測定法の相違による偏差減少に努める。また、二酸化炭素共存下における粘性率変化から拡散係数など輸送物性を算出し、平衡物性と輸送物性との関連性について解明する。
(3)イオン液体-二酸化炭素系の熱力学物性推算モデル構築：溶液構造の分子動力学計算、溶媒分子の量子化学計算により、ガス吸収量の評価を進め、平衡物性と輸送物性との関連性について考察する。推算モデルと実験データとの比較検討を行い、熱力学物性推算精度の向上を目指す。
(4)イオン液体-二酸化炭素系のミクロ構造解析：イオン液体と分子性液体からなる混合溶液の構造をNMR化学シフトや密度及び粘度データから解析する。MDでの計算結果を照らし合わせながら、分子性液体の組成依存性や原子間結合の形成状態の検討を行い、イオン液体と二酸化炭素の相互作用の考察なども進める。
(5)イオン液体-二酸化炭素系のプロセスシミュレーション・吸収分離再生試験：プロセスシミュレータにより、二酸化炭素物理吸収プロセスの評価を進める。また、ガス分離試験装置を利用し、ラボスケールの二酸化炭素吸収分離再生試験を実施する。大規模固定発生源の排出ガス前処理を想定した混合標準ガスをイオン液体に吸収させた後、精製ガス濃度から吸収液の化学的安定性を確認するだけでなく、スケールアップの検討を進める。
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