| 研究課題/領域番号 |
26420762
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
高橋 伸英 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (40377651)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ナノ粒子析出多孔質膜による二酸化炭素の放散促進 / 膜材料の触媒効果による二酸化炭素の放散促進 |
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| 研究実績の概要 |
地球温暖化対策として二酸化炭素回収貯留（CCS）が注目されている。CCSに用いられるCO2分離方法として、排ガス中のCO2と吸収液との化学反応を利用した化学吸収法が実用化に最も近いと期待されているが、CO2を吸収した吸収液の再生エネルギーの削減が課題である。そこで本研究は、従来の加熱方式に替わる新奇なプロセスとして、多孔質中空糸膜を用いた減圧フラッシュ放散プロセスに着目し、膜の物理的・化学的特性がCO2放散速度に及ぼす影響を調査している。
H27年度は、膜と吸収液の接触面積を増大するために、アルミナ製多孔質中空糸膜（市販, 内径10mm, 膜厚1mm）を基板とし、その構成粒子表面にアルミナのナノ粒子を析出させた。CO2リッチに調製したジエタノールアミン水溶液を中空糸膜内側へ供給し、膜外側を大気圧との圧力差45-95 kPaに減圧し、CO2放散実験を行った。その結果、ナノ粒子を析出させた膜は析出させていない膜に比べて放散が促進されることを明らかにした。
一方、膜材料となる金属酸化物粒子の化学性の影響を調査するために、平均直径0.3ミクロンの単結晶球状アルミナ粒子の表面にアミン基およびリン酸基を導入した。官能基を導入したアルミナ粒子と、導入していないアルミナ粒子をCO2リッチ吸収液に添加し、放散への影響を調査した。その結果、官能基なしのアルミナ粒子を添加してもCO2放散が促進されるが、酸性のリン酸基を導入したアルミナ粒子を添加した場合はさらに放散が促進された。一方、塩基性のアミン基を導入したアルミナ粒子を添加した場合は官能基なしのアルミナ粒子に比べて放散が抑制されることが見出された。これを踏まえ、アルミナ製多孔質中空糸膜にリン酸基を導入し減圧放散実験を行ったところ、同様に放散が促進されることを見出した。
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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
多孔質中空糸膜を用いたCO2の減圧フラッシュ放散プロセスにおいて、膜の物理的および化学的特性の両面から放散速度へ及ぼす影響を調査している。今年度は、アルミナのナノ粒子を基板となる膜の表面および細孔内に析出させ、それにより期待通り放散が促進されることを明らかにした。これより、やはり膜と液の接触が化学吸収における放散現象に大きな影響を有することが証明された。一方、化学的性質については、膜にする前のアルミナ粒子について、その表面に酸性、塩基性の官能基を導入し、CO2放散への影響を調査した。その結果、酸性官能基を導入することにより放散が促進されることが見出された。さらに、アルミナの多孔質中空糸膜についても酸性官能基を導入し、減圧放散実験を行った結果、連続プロセスにおいても放散が促進されることが明らかとなった。これらは期待した通りの結果であり、順調に研究が進んでいると言える。ただし、効果をさらに向上するための構造や化学的性質をさらに調査する必要がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
膜と液の接触面積を増大することにより放散が促進することが明らかとなってきたが、依然として吸収液中に含有されているCO2量に対して放散されたCO2量の割合（放散率と呼ぶ）が低く、その増大が課題となっている。また、中空糸膜の内側から外側へ吸収液を透過させ、外側でフラッシュさせることにより放散を促進することを狙っているが、フラッシュする様子があまり観察されない。これまでは基板となる多孔質中空糸膜の内表面に小粒子を堆積させてきたが、膜厚方向の圧力分布がフラッシュに適していないことが推測された。そこで、基板となる中空糸膜の外表面に小粒子を堆積させることにより、接触面積の増大とともに、大きな圧力勾配を膜外表面付近に形成することによりフラッシュを起こりやすくし、放散を促進する方法を試みる。
一方、材料の化学性の影響については、酸性官能基がCO2放散を促進することを明らかにしたが、試験した酸性官能基はリン酸基のみであった。そこで、酸性度の異なるスルホン基、カルボキシル基についても導入を行い、酸性度と放散促進効果との関係を調査する。
さらに、今まで行ってきた多孔質中空糸膜を用いた放散実験のデータを整理し、膜の特性や圧力差や温度などの放散条件から放散速度、または、放散率を予測する手法を確立する。さらに、この手法をCO2の化学吸収プロセスと組み合わせた場合の全体システムとしてのエネルギー評価を行い、有効性を検証する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
中空糸膜を製造するための旋盤の購入を予定していたが、予定よりも安価で購入できた。また、放散実験で使用している真空ポンプは他機関からの貸借物であるため、これを購入する予定であったが、機種選定に時間が掛かり次年度へ繰り越した。また、論文校閲と別刷り代を2報分計上していたが、出版に至らなかったため、次年度へ繰り越すこととなった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
H28年度請求額と合わせて以下の使用計画を予定している。国際会議（GHGT-13,スイス）での発表を予定しており、その旅費および参加費として使用する。また、学生を含め国内学会旅費および参加費として使用することを予定している。物品としては繰り越した真空ポンプ費用の他に、プロセスシミュレータ、消耗品、論文校閲・別刷り3報分を予定している。
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