2015 Fiscal Year Research-status Report
自己の温度を自在に制御可能な固体型CO2吸収材の開発と最適化
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26420713
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
大石 克嘉 中央大学, 理工学部, 教授 (20276695)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 亮太 東京都市大学, 工学部, 講師 (30548136)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 自己発熱型CO2吸収材 / 金属ケイ素の通電酸化技術 / 金属酸化物上のCO2吸収材 / 急速加熱 / 急速冷却 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来より，Si系の問題点は，銅系とは異なり，Siの酸化温度が銅の場合よりも高い点とSi(ケイ素)とO(酸素)の不均化反応が起こる点であると考えられた。このため，酸素雰囲気下で酸化温度と保持時間を種々変えながらSiの表面酸化を試みた。が，今回の実験で多少の独自性があるとすれば，ケイ素表面の酸化を通常の電気炉加熱ではなくケイ素板(線)に直接電圧を印加して電流を流し、その熱により直接表面酸化を行った点である。5mm×0.5mm×80mm形状のSi板に20W～60Wの電力をかけると、Siの温度は800℃～1150℃となった。これら温度の内，1000℃と1100℃を選択しこれら温度で1時間から3時間保持した後常温に戻した。それら熱処理後、質量変化と表面のXRD測定を行った。いずれの場合でもXRDでは酸化ケイ素層を確認する事は出来なかった。
しかしながら，質量増加は明らかに観測されたので，東工大真島研にある電子顕微鏡(HITACHI SU8000)を用いての表面観察と元素分析を行った。得られた結果の内，表面温度と保持時間とSi-Ox層の層厚の関係を表1に示す。温度が上昇すると同時に，保持時間が上昇すると層厚は大きくなる事がわかる。1000℃で2時間熱処理を行ったSi板試料のSEM観察写真と元素分析結果を図2及び表2に示す。写真の上方の白い部分が酸化ケイ素層である事がわかった。表面酸化されたSi板に炭酸リチウムを反応させて，酸化ケイ素層の上にLi4SiO4層の作製を試みた。結果を図3に示す。同試料表面に対するXRD測定の結果も合わせると，Li4SiO4層はSi/SiO2層の最表面にかなり安定的に存在する事が確認された(図3の右の拡大図参照)。この結果から，本研究の最初の目的であるSi/SiO 2/Li4SiO4系CO2吸収材の作製に成功したと言える。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初，金属ケイ素線の表面酸化過程は，純銅線とは異なりかなりの高い温度が必要であると考えられたため，難しいと予想された。
しかしながら，金属ケイ素線に安定な電圧を印加して通電すると，非常に均質な通電と発熱が実現されたため，常温下での通電により安全にケイ素の表面温度を上昇させる事によりその表面を酸化する事に成功した。
また，表面温度とその温度での保持時の違いにより，生成される酸化ケイ素層の厚さを自在に制御出来ることもわかった。さらには，一旦酸化ケイ素層が生成すると，ケイ素と酸化ケイ素の線熱膨張係数にほとんど違いがないため，その密着性は非常に強固である事も明らかとなった。
現在，ケイ素線表面上に様々な厚さの酸化ケイ素層の作製に成功していて，さらにそれら層厚を，電子顕微鏡を用いた方法と質量増加法の両面から概算に成功している。
上記が，研究が計画以上に進展している理由である。
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| Strategy for Future Research Activity |
２６年度，２７年度の研究成果から，銅線を用いた場合とケイ素線を用いた場合の２通りの場合において，研究目標とされていたCO2吸収材の素材の作製に成功している。
このため，今後の研究の方向は，それら素材を用いて実際に応用されるべきCO2吸収材システムの構想と実現を目指す事である。
より具体的には，直径1mmΦで長さ100mmの導線及びケイ素線の表面上に層厚10µm～50µmのCO2吸収物質であるLi2CuO2とLi4SiO4層を生成させてCO2吸収素材を作製する。次に，これら素材を10本から100本組み合わせて組み合わせて，CO2吸収ユニットを作製する。
その後，作製されたCO2吸収ユニットのCO2吸収能の測定を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
銅を含むCO2吸収物質であるLi2CuO2を作製するにあたり購入を考えていた純銅粉末試薬(99.99%)，酸化第一銅試薬(99.99%)と酸化第二銅試薬(99.99%)の購入が，２７年度中に間に合わなかったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
２８年度に，純銅粉末試薬(99.99%)，酸化第一銅試薬(99.99%)と酸化第二銅試薬(99.99%)の購入する。
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