| 研究課題/領域番号 |
15K05583
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
加納 博文 千葉大学, 大学院理学研究科, 教授 (60334166)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 環境負荷低減物質 / アルカリ金属炭酸塩 / 二酸化炭素貯蔵 / 異種原子置換 / 結晶構造不安定化 |
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| 研究実績の概要 |
湿潤下でのCO2吸蔵材として有望なK2CO3やNa2CO3は理論上の吸蔵量は大きいが、反応速度が遅いとか、再生温度が高いとか、副反応によるロスや高温では吸蔵量が低下するなどといった問題点がある。本研究では、K2CO3やNa2CO3の問題点を克服するために、結晶の一部のK+やNa+をCa2+やMg2+で原子置換し、構造の不安定化を誘起し、CO2吸蔵反応の促進効果があるかどうかを調べた。
水蒸気共存下のCO2吸蔵量は熱重量分析 (TG-DTA) およびX線回折 (XRD) 法で構造変化を検討した。試料としてNaHCO3、KHCO3、Mg(NO3)2・6H2O、Ca(NO3)2・4H2Oの各1 mol/L溶液を用い、A(x/2)B(1-x)HCO3 (A=Mg,Ca、B=Na,K) x＝0.01~ 0.20の溶液を調製し、およそ100℃で加熱し、固体を析出させた。
TG-DTAの測定では473 K、N2雰囲気下で分解後、313 K、湿度50 %のCO2雰囲気下でCO2吸蔵反応を2サイクル繰り返した。また、XRD測定により反応前後の結晶構造変化を調べた。
KHCO3ベースの試料は添加による結晶構造への影響は小さいと判断し、さらなる検討はしなかった。
NaHCO3ベースの試料では、Ca添加と比較してMg添加の試料の方が吸蔵時間の短縮が見られためNa-Mgの組み合わせで比率を細かく設定して測定した。Mg添加量を細かく変化させた結果、Mgの添加量が増えるほど全体の吸蔵量は減るものの、脱離反応の開始温度はMgを加えたものの方がわずかに低くなり、結晶構造を不安定化できることが分かった。CO2吸蔵反応速度はx=0.10 (Na0.05Mg0.9HCO3 ) の試料が最も速く、吸蔵量は4.61 mmol/gと比較的高かったので実用的なCO2吸蔵材料として期待できる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
これまで機能としては炭酸カリウムの方が有望であると考えられていたが、より安価な炭酸ナトリウムの利用が熱望されてきた。本研究で比較的安価なマグネシウムを添加することで、炭酸ナトリウムの問題点が克服できる見通しが立ち、CO2吸蔵への応用性が高まった。
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| 今後の研究の推進方策 |
熱分解を容易にするための方法として、結晶構造の不安定化が考えられるため、Kイオンより大きなCsイオンで一部置換し、不安定な結晶を調製し、この試料の熱分解挙動や湿潤下におけるCO2吸蔵反応特性を調べる。
またテレフタル酸のナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩を黒鉛化し、直接それら炭酸塩とカーボンのナノコンポジットの合成を行い、得られたナノコンポジットのCO2吸蔵特性を評価し、さらに優れたCO2吸蔵材料を創成する。
これら吸蔵反応において出入りする熱を用いてケミカルヒートポンプへの応用について検討し、CO2固定化技術や運搬用のキャリアとしての応用など、CO2利用、固定化技術への展開について検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
12月から1月にかけて、二酸化炭素吸蔵評価用の装置の改修を予定していたが、別の装置で評価可能であることがわかったので、予定していた改修費を使用する必要がなくなった。ただし、別の装置で評価する場合も、追加装置が必要であることが確認できた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
上記のように、別途評価可能な装置に対して追加物品が必要なので、その費用として次年度使用額を充当する計画である。
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