| 研究課題/領域番号 |
24510098
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
長谷川 将克 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (40335203)
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| キーワード | 環境負荷低減技術 / ハロゲン元素 |
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| 研究概要 |
廃電池や廃プラスチックを再資源化する際、フッ素や塩素等のハロゲン元素が反応炉内に放出されると、設備腐食や有害物質生成の問題を引き起こす可能性がある。本研究は固体と液体が共存する不均一酸化物中へハロゲン元素が溶解する機構を解明するものであり、廃電池や廃プラスチックのリサイクル時に発生するハロゲン元素の無害化処理の確立に貢献できると考える。(1)不均一酸化物中への塩素溶解度の測定、(2)液相中への固体分散による塩素溶解促進効果の微視的機構の解明、(3)包接化合物の熱化学的安定性の解明と実験室規模での排ガスの脱塩素処理、を行う。
平成24, 25年度は、ガス平衡法を用いてCaO-Al2O3系、CaO-SiO2系、包接化合物12CaO・7Al2O3への塩素溶解量を測定した。実験方法の概略を以下に示す。Ar-H2ガスを塩酸浴に通じてAr-H2-H2O-HClとした混合ガスを炉内に流入すると、Cl2分圧とO2分圧は一定となる。酸化物を炉内に挿入し、1300℃～1500℃でガスから塩素を吸収させた。塩素の平衡濃度をJISに基づく滴定法により求めた。
研究成果を以下に示す。塩基性酸化物である固体CaOには塩素がほとんど溶解しなかったが、CaO-Al2O3系液体酸化物中に固体CaOを分散させると塩素の溶解が大幅に促進された。固体CaOとの反応で生成した塩化物CaCl2が固体を溶解して液相量を増やし、塩素の溶解を促したためと考えられる。液相からの包接化合物11CaO・7Al2O3・CaCl2生成による塩素溶解促進効果も見出した。一方、CaO-SiO2系では固体分散による塩素溶解の促進は観察されなかった。また、包接化合物12CaO・7Al2O3への塩素置換反応は固体状態でも速やかに進行し、その反応は通常の排ガス処理に用いられる石灰よりも進行しやすい可能性があることが分かった。
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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
不均一酸化物と包接化合物への塩素溶解度の測定について、ほぼ予定通り研究が進んだ。研究を推進する工夫として、試料中の塩素濃度測定の自動化に加えて反応炉の増設を行った。平成24, 25年度に得られた研究成果の一部は、所属の研究科紹介冊子に掲載し、学会発表を行った。申請時に予想していた「CaO-Al2O3系液相中への固体分散による塩素溶解促進効果」に加え、「液相からの包接化合物生成による塩素溶解促進効果」を見出した。特に平成25年度は、包接化合物12CaO・7Al2O3への塩素吸収が固体状態でも速やかに進行することを明らかにした。塩素を吸収した包接化合物に正則溶体モデルを適用し、1300℃における塩素置換反応のGibbsエネルギー変化を見積もったところ、通常の排ガス処理に用いられる石灰よりも塩化反応が進行しやすい可能性を示したことは大きな成果と言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成26年度は包接化合物12CaO・7Al2O3に注目し、その生成条件についてさらに調査する。特に包接化合物の生成反応および塩素置換反応の標準Gibbsエネルギー変化の温度依存性を明らかにする。包接化合物を用いて実験室規模での排ガスの脱塩素処理を行い、廃電池や廃プラスチックをリサイクルする際に不可欠な酸化物を用いたハロゲン元素の無害化処理に関する研究の基礎を確立する。また、不均一酸化物中への塩素溶解については、走査型電子顕微鏡と電子プローブエックス線マイクロアナリシスを用いて、ハロゲン元素がどのような微視的機構で溶解するかを調べる。廃棄物処理では強塩基性であるアルカリ金属酸化物と塩素との反応を熱化学的に解析する必要があるため、塩素溶解機構に及ぼすアルカリ金属酸化物添加の影響の調査も計画している。
平成26年度は本課題の最終年度であるため、成果のまとめをするとともに、これまで得られた研究成果の学会発表や論文執筆を積極的に行いたい。
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