2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development and evaluation of a highly efficient carbon dioxide absorption and desorption system using pure liquid amine
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22K19876
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
鹿又 宣弘 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40221890)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 地球温暖化対策 / 二酸化炭素回収 / CCS / ジエチレントリアミン / カルバミン酸 / 純液体吸収液 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球温暖化対策の一つに二酸化炭素貯留回収技術（CCS）があり、CO2回収に優れたアミン水溶液の開発が進んでいる。我々は、主鎖に2級アミン、両末端に3級アミンを有するジエチレントリアミン誘導体（DETAs）を用いることで、高効率なCO2回収系を構築できると考え研究を開始した。
昨年度までに7種類のDETAsを用いたCO2吸収・放散性能測定の結果、CO2吸収量は最大0.46 mol-CO2/mol-amineで、アミン量の半分以下に止まることが明らかとなった。また、CO2の化学吸収後に生じる化学種は主にカルバミン酸であることが判明した。
これらの結果を受け、本年度は反応機構の詳細解析を行った。CO2の最大吸収量が0.5 mol-CO2/mol-amine以下であったことから、DETAs 2モルで1モルのCO2を捕捉していると仮定し、DETAs 1モルがカルバミン酸もしくはカルバメートを形成した場合の安定性について、CONFLEXで求めた会合体の配座を初期座標とするDFT計算を行った。その結果、CO2を化学的に吸収したカルバミン酸1モルと未反応アミン1モルが水素結合を形成し、アミン2モルで1モルのCO2を捕捉することが示唆された。この会合体は同条件で計算したカルバメートとアミンの2分子会合体より約25 kJ/mol安定であり、DETAsによるCO2吸収では主にカルバミン酸が生成されることが強く支持された。これはIRスペクトルでカルバミン酸の吸収帯が主として観測されたことと一致する。
DETAsはいずれも80%以上の高いCO2放散率（アミン再生率）を示し、繰り返し測定でも再現性の高い吸収・放散性能を有することが示された。特に末端3級アミン部位にエチル基を有するDETAsは放散率が100%に達し、吸収したCO2を全て放散する高効率なアミン液の開発を達成した。
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