CN103097290B - 二氧化碳的吸附和解吸设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供具有高吸附能力、并且吸附脱附时的能量消耗少的二氧化碳吸附解吸设备。本发明的二氧化碳吸附解吸设备的特征在于，其具有相面对地设置的一对电极(电极1及电极2)、填充于上述一对电极的各电极(1)与电极(2)之间的电解液(3)、设于上述一对电极的电极(1)上的多孔体(4)，其中电解液(3)可以通过吸收二氧化碳并将其溶解于该电解液中来形成碳酸离子或碳酸氢根离子，通过多孔体(4)的作用，在对上述一对电极施加正方向电压时，上述碳酸离子或者碳酸氢根离子静电吸附在多孔体(4)的表面，而在对上述一对电极施加反方向电压时，上述碳酸离子或者碳酸氢根离子从多孔体(4)的表面静电解吸。

Description

二氧化碳的吸附和解吸设备
技术领域
本发明涉及一种能够将二氧化碳电化学地吸附和解吸的设备。
背景技术
二氧化碳是占大气中的0.04％的、广泛地存在于地球上的物质。是在产业上广泛地使用的化合物。如果要举出二氧化碳的产业利用的具体例，则可以举出碳酸饮料或沐浴剂、灭火剂等发泡用气体、或者冷却用干冰、自行车的紧急补充用气体。另外，超临界状态的二氧化碳可以作为咖啡因的萃取溶剂使用，此外，还可以在作为工业领域中用于加工中的激光器或作为医疗用激光手术刀使用的碳酸气体激光器中使用。此外，还可以作为氟利昂系制冷剂的替代品，用于CO2制冷剂压缩机等中。
另外，在农业中，二氧化碳可以用于草莓的促成栽培、使观赏用水箱的水草等植物的生长加速的二氧化碳施肥中，还可以用于新鲜农产品的CA贮藏(controlled atomosphere storage)中。
虽然二氧化碳像这样得到广泛的使用，然而以往作为贮藏二氧化碳的技术，如专利文献1中所示的使用沸石将二氧化碳压缩吸附的压缩吸附技术、或者如专利文献2中所示的使用碱性的液体·半液体来吸附二氧化碳的技术是主流，不存在可以低耗能地且不需要大型的装置地进行二氧化碳的吸附·脱附的设备。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开平7-39752号公报
专利文献2日本特开平11-114353号公报
发明内容
发明所要解决的问题
上述现有技术文献中报告的解决方案中在吸附、脱附时需要施加热等很大的能量，存在不能兼顾吸附脱附性能和低能量消耗的问题。
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是鉴于上述事由而完成的，其目的在于，提供具有高吸附能力、并且吸附脱附时的能量消耗少的二氧化碳吸附解吸设备。
用于解决课题的途径
为了解决上述课题，本发明的二氧化碳吸附解吸设备的特征在于，具有相面对地设置的一对电极1、2、填充于一对电极的各电极1、2之间的电解液3、和设于一对电极中的一个电极1上的多孔体4，其中电解液3可以通过吸收二氧化碳并将该二氧化碳溶解于该电解液中而形成碳酸离子或碳酸氢根离子，并且通过上述多孔体4的作用，在对上述一对电极1、2施加正方向电压时，碳酸离子或者碳酸氢根离子静电吸附在多孔体4的表面，而在对上述一对电极施加反方向电压时，上述碳酸离子或者碳酸氢根离子从多孔体4的表面静电解吸。
这里，所谓施加正方向电压，是指在具有相面对地设置的一对电极1、2、填充于一对电极的各电极1、2之间的电解液3、设于一对电极中的一个电极1上的多孔体4的二氧化碳吸附解吸设备中，在电极1处连接直流电源的正极，并在电极2处连接直流电源的负极而施加电压。另一方面，所谓施加反方向电压，是指在上述构成中，在电极1处连接直流电源的负极，并在电极2处连接直流电源的正极而施加电压。
另外，在本发明的二氧化碳吸附解吸设备中，优选多孔体4为下述有机高分子，即该有机高分子含有在对一对电极1、2施加电压时能够可逆地氧化还原的单元A，并且单元A的氧化体或还原体中的某一方处于阳离子状态。
另外，在本发明的二氧化碳吸附解吸设备中，优选多孔体4为在电解液中溶胀的高分子凝胶。
特别是，在本发明的二氧化碳吸附解吸设备中，优选在包含上述高分子凝胶的多孔体4中，单元A由以下的结构式(化1或化2)表示。
[化1]
或
[化2]
在本发明的二氧化碳吸附解吸设备中，其特征在于，上述多孔体4由以下的结构式(化3或化4)表示。
[化3]
[化4]
在本发明的其他的方式的二氧化碳吸附解吸设备中，上述多孔体4为导电性高分子多孔体。
特别是，在本发明的二氧化碳吸附解吸设备中，优选在上述多孔体4中，单元A是由以下的结构式(化5)表示的聚苯胺。
[化5]
另外，在本发明的其他的方式的二氧化碳吸附解吸设备中，上述多孔体4为导电性无机多孔体。
特别是，在本发明的二氧化碳吸附解吸设备的无机多孔体中，优选上述单元A为石墨烯(graphene)。
另外，上述导电性无机多孔体由选自石墨、碳纳米管、碳纤维(carbonfiber)中的至少1种构成。
在本发明的二氧化碳吸附解吸设备中，优选多孔体4中所含的单元A的密度为0.0002mol/g～0.02mol/g。
另外，在本发明的二氧化碳吸附解吸设备中，其特征在于，上述电解液的溶剂为水。
另外，在本发明的二氧化碳吸附解吸设备中，其特征在于，上述电解液含有支持电解质。
在本发明的二氧化碳吸附解吸设备中，优选上述支持电解质的阳离子的分子量为1000以上。
另外，在本发明的二氧化碳吸附解吸设备中，优选上述支持电解质的阴离子的分子量为1000以上。
发明效果
根据本发明，由于具有相面对地设置的一对电极、填充于上述一对电极的各电极间的电解液、设于上述一对电极中的一个电极上的多孔体，并且电解液可以通过吸收二氧化碳并在该电解液中溶解二氧化碳而形成碳酸离子或碳酸氢根离子，进而通过上述多孔体的作用，在对上述一对电极施加正方向电压时上述碳酸离子或者碳酸氢根离子静电地吸附在多孔体的表面，而在对上述一对电极施加反方向电压时上述碳酸离子或者碳酸氢根离子从多孔体的表面静电地解吸，因此可以通过对电极1、2施加正方向电压、反方向电压来电化学地控制二氧化碳的贮藏和解吸。另外，由于利用电压的施加来进行二氧化碳的吸附和解吸，不需要施加热等大的能量，因此是低能量，并且发挥出优异的吸附脱附性能。
所以，根据本发明，可以提供高吸附能力、并且吸附脱附时的能量消耗少的二氧化碳吸附解吸设备。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的概略性剖面图。
其中，1电极，2电极，3电解液，4多孔体
具体实施方式
图1中表示出二氧化碳吸附解吸设备的一例。二氧化碳吸附解吸设备具备一对电极(电极1、电极2)、电解液3、多孔体4。电极1与电极2被相面对地分开配置，在电极1与电极2之间存在电解液3、多孔体4。电解液3与多孔体4接触，以使电解液3可以与电极2、多孔体4可以与电极1进行电子、空穴的授受的方式接触地存在。
电极1与外部电源、二次电池、电容器等电气设备连接，从而可以对该二氧化碳吸附解吸设备进行放电充电处理。而且，电极1作为二氧化碳吸附解吸设备的负极(阳极)发挥作用。
电极1及电极2既可以由导电性材料的单独膜形成，也可以是在基材上层叠导电性材料而成。作为导电性材料的优选的例子，可以举出铂、金、银、铜、铝、铑、铟等金属；碳；铟-锡复合氧化物、掺杂了锑的氧化锡、掺杂了氟的氧化锡等导电性的金属氧化物；所述金属或化合物的复合物；在所述金属或化合物上涂覆了氧化硅、氧化锡、氧化钛、氧化锆、氧化铝等的材料等。
虽然电极1的表面电阻越低越好，然而优选该表面电阻为200Ω/□以下，更优选为50Ω/□以下。通过使表面电阻为200Ω/□以下，本发明的设备的电极1中的电压损失降低，可以用低电压来驱动设备。特别是，通过使表面电阻为50Ω/□以下，上述效果进一步提高，可以实现更低电压下的设备驱动。对于该表面电阻的下限没有特别限制，然而通常为0.1Ω/□。通过使表面电阻为0.1Ω/□以上，就会兼顾电极的获取容易性和设备的低电压驱动。
在通过在基材上堆积氧化铟或氧化锡、氧化锌等透明导电性氧化物来形成电极1的情况下，例如可以在基板上采取溅射法或蒸镀法等真空加工工艺。另外，也可以采用旋涂法、喷雾法、丝网印刷法等湿式法。
而且，电极2作为二氧化碳吸附解吸设备的正极(阴极)发挥作用。电极2例如也可以利用与电极1的情况相同的材料、利用与电极1的情况相同的方法形成。
为了使电极2作为二氧化碳吸附解吸设备的正极有效地发挥作用，电极2优选由具有对电解液3中的还原体提供电子的催化作用的材料构成。作为此种材料，可以举出铂、金、银、铜、铝、铑、铟等金属；石墨、碳纳米管、担载有铂的碳等碳材料；铟-锡复合氧化物、掺杂有锑的氧化锡、掺杂有氟的氧化锡等导电性的金属氧化物；聚乙撑二氧噻吩、聚吡咯、聚苯胺等导电性高分子等。这些材料当中，特别优选铂、石墨、聚乙撑二氧噻吩等。
电解液3包含溶剂和电解质。电解质优选以溶解于溶剂中的状态存在。电解质是为了提高溶剂的离子传导性而添加，另外，溶剂溶解二氧化碳，成为相对于多孔体4进行吸附和脱附用的介质。另外，溶剂被填充或溶胀在多孔体4中，构成设备。
溶剂优选电化学上稳定的、电位窗宽的化合物。作为溶剂可以使用水性溶剂及有机溶剂中的任意一种。例如，可以举出水；碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯等碳酸酯化合物；乙酸甲酯、丙酸甲酯、γ-丁内酯等酯化合物；二乙醚、1，2-二甲氧基乙烷、1，3-二氧杂戊环(1，3-dioxosilane)、四氢呋喃、2-甲基-四氢呋喃等醚化合物；3-甲基-2-噁唑烷酮、2-甲基吡咯烷酮等杂环化合物；乙腈、甲氧基乙腈、丙腈等腈化合物；环丁砜、二甲亚砜、二甲基甲酰胺等非质子性极性化合物等。它们既可以分别单独使用，也可以混合使用2种以上。其中，优选碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯等碳酸酯化合物、γ-丁内酯、3-甲基-2-噁唑烷酮、2-甲基吡咯烷酮等杂环化合物、乙腈、甲氧基乙腈、丙腈、3-甲氧基丙腈、戊酸腈等腈化合物。在混合2种以上这些溶剂的情况下，从碳酸氢阴离子的生成的观点考虑，优选混合有水。
另外，溶剂既可以含有离子性液体(离子液体)，也可以仅由离子性液体构成。该情况下，电解液3的不挥发性、阻燃性等提高。作为离子性液体，可以举出公知公例的全部离子性液体，例如可以举出咪唑鎓系、吡啶系、脂环式胺系、脂肪族胺系、氮鎓胺系离子性液体、欧州专利第718288号说明书、国际公开第95/18456号小册子、电化学第65卷11号923页(1997年)、J.Electrochem.Soc.143卷，10号，3099页(1996年)、Inorg.Chem.35卷，1168页(1996年)中记载的结构的离子性液体。在像这样溶剂具有充分的离子传导性的情况下，也可以不存在电解质。
另外，电解质既可以被凝胶化或者固定化，也可以由凝胶化了的电解质(凝胶化电解质)、或者高分子电解质形成。作为用于将电解质凝胶化的凝胶化剂，可以举出聚合物、利用聚合物交联反应等方法的凝胶化剂、聚合性多官能单体、油凝胶化剂等。作为凝胶化电解质、高分子电解质，可以应用普遍使用的物质，然而例如优选聚偏氟乙烯等偏氟乙烯系聚合物、聚丙烯酸等的丙烯酸系聚合物、聚丙烯腈等丙烯腈系聚合物及聚环氧乙烷等聚醚系聚合物、在结构中具有酰胺结构的化合物等。
电解液3也可以含有能够稳定地氧化还原的氧化还原系构成物质。所谓氧化还原系构成物质，是指在氧化还原反应中可逆地以氧化体及还原体的形式存在的一对物质。作为氧化还原系构成物质，可以举出将氧化还原对溶解于溶剂中而得的溶液、熔融盐之类的固体电解质、碘化铜等p型半导体、三苯基胺等胺衍生物、聚乙炔、聚苯胺、聚噻吩等导电性高分子等。
作为氧化还原系构成物质的具体例，例如可以举出氯化合物-氯、碘化合物-碘、溴化合物-溴、铊离子(III)-铊离子(I)、水银离子(II)-水银离子(I)、钌离子(III)-钌离子(II)、铜离子(II)-铜离子(I)、铁离子(III)-铁离子(II)、镍离子(II)-镍离子(III)、钒离子(III)-钒离子(II)、锰酸离子-高锰酸离子等，然而并不限定于它们。该情况下，这些氧化还原系构成物质与多孔体4内的氧化还原部区分开地发挥作用。
该氧化还原系构成物质也可以固定化在电极2上。作为固定化的方法，可以举出二次电池等中利用的碳电极、或高分子凝胶中含有上述构成物质的方法等。
在不存在氧化还原构成物质的情况下，会引起由溶剂的分解造成的电极反应，需要溶剂的随时补充。该情况下，溶剂优选为大气中广泛存在的水。
如果是水，则例如可以举出利用珀尔贴元件等来补充大气中的水的方法。
电解质溶解于溶剂中，是为了提高电解液3的离子传导性而添加的。
作为电解质，例如优选高氯酸四丁基铵、六氟化磷酸四乙基铵、咪唑鎓盐或吡啶鎓盐等铵盐、高氯酸锂或四氟化硼钾等碱金属盐等。另外，还可以举出以锂、钠、钾、钙等碱金属或碱土类金属、具有氨基的有机化合物作为阳离子、以氯、溴等卤素离子、或锍等作为阴离子的盐。
电解质的支持电解质使碳酸离子或碳酸氢根离子稳定化，更优选具有pH缓冲能力。如果要举出具体例，则可以举出碳酸氢钠、碳酸钠、乙酸、乙酸钠等。另外，这些电解质也可以同时含有多种。
多孔体4在电化学上带正电荷，具有吸附碳酸氢根离子或碳酸离子的功能。
(高分子凝胶体)
多孔体4优选为在电解液3中溶胀的高分子凝胶体(凝胶层6)。
该情况下，高分子凝胶体在其分子内具有氧化还原部和凝胶部位。氧化还原部是可以反复氧化还原的部位，即，是在氧化还原反应中可逆地成为氧化体及还原体的部位。该氧化还原部只要包括构成由氧化体和还原体构成的一对氧化还原系的部位即可。氧化还原部的氧化体和还原体中的至少一方优选为阳离子性化合物。凝胶部位是包含电解质溶液进行溶胀而成为凝胶的部位。氧化还原部与凝胶部位化学地结合。有机化合物的在分子内的氧化还原部和凝胶部位的位置关系没有特别限定，例如在凝胶部位形成分子的主链等骨架的情况下，就会形成氧化还原部作为侧链与主链结合的结构。另外，也可以是形成凝胶部位的分子骨架与形成氧化还原部的分子骨架交替地结合的结构。如果像这样氧化还原部和凝胶部位存在于有机化合物的同一分子内，则氧化还原部就容易在凝胶层6内保持在易于传输电子的位置。凝胶层6的凝胶的状态例如优选为蒟蒻状、或离子交换膜那样的外观形状，然而并不特别地限定于此。凝胶层6在氧化还原过程中，在氧化状态或还原状态中的某一状态下为阳离子状态，在成为该阳离子状态的情况下，可以将二氧化碳以碳酸离子或碳酸氢根离子的形式吸附。
作为对形成于凝胶层6内的反应界面的大小造成影响的物理指标，有溶胀度。溶胀度以下式表示。
溶胀度＝(凝胶的重量)/(凝胶干燥体的重量)×100
所谓凝胶干燥体，是指使凝胶层6干燥而得的物质。所谓凝胶层6的干燥，是指内包于凝胶层6中的溶液的除去，特别是指溶剂的除去。作为将凝胶层6干燥的方法，可以举出加热、真空环境中的溶液或者溶剂的除去、利用其他的溶剂的对内包于凝胶层6中的溶液或溶剂的除去等。
在利用其他的溶剂除去内包于凝胶层6中的溶液或者溶剂时，为了将内包于凝胶层6中的溶液或者溶剂有效地除去，优选选择与所内包的溶液或者溶剂亲和性高、而且易于在加热、真空环境中除去的溶剂。
凝胶层6的溶胀度优选为110～3000％，更优选为150～500％。在该溶胀度小于110％的情况下，凝胶层6中的电解质成分变少，因此有可能无法充分地进行氧化还原部的稳定化。在溶胀度超过3000％的情况下，凝胶层6中的氧化还原部变少，二氧化碳吸附能力有可能降低。由此，在任意的情况下，二氧化碳吸附解吸设备的性能都会降低。
在一个分子中具有氧化还原部和凝胶部位的有机化合物例如可用下面的通式表示。
(Xi)nj：Yk
(Xi)n表示凝胶部位，Xi表示形成凝胶部位的化合物的单体。凝胶部位例如由聚合物骨架形成。单体的聚合度n优选n＝1～10万的范围。Y表示与(Xi)n结合的氧化还原部。另外，j、k是分别表示包含于1个分子中的(Xi)n、Y的数目的任意的整数，都优选1～10万的范围。氧化还原部Y也可以与构成凝胶部位(Xi)n的聚合物骨架的任何的部位结合。
对于高分子凝胶结构体的氧化还原部，更具体来说，可以举出下述化学式(6)、(7)中所示的结构。
[化6]
[化7]
作为化学式(6)中的平衡阴离子A-，例如可以举出选自溴离子、氯离子、高氯酸离子、六氟磷酸离子、以及四氟硼酸离子中的阴离子。
在以化学式(6)表示的化合物的情况下，因电压的施加，N+(硝基阳离子)变为N·(硝基自由基)，在高分子凝胶结构体中含有作为其平衡阴离子的碳酸离子或碳酸氢根离子。
在以化学式(7)表示的化合物的情况下，因电压的施加，N-O·(硝基自由基)变为N+＝O(硝基阳离子)，在高分子凝胶结构体中吸附有作为其平衡阴离子的碳酸离子或碳酸氢根离子。
作为用于合成以化学式(6)表示的高分子凝胶的方法，可以举出电解聚合。
在利用电解聚合法合成有机化合物时，例如在含有前驱体的溶液中浸渍电极1和对电极，当在该状态下向电极1与对电极之间施加电压时，就会因电化学反应而使前驱体在电极1上聚合，析出有机化合物。该电解聚合法中，不需要像CVD的情况那样的高度的设备或技术，尽管如此，有机化合物的析出速度快，而且析出的有机化合物不容易从电极1中剥离，此外有机化合物的致密化及薄膜化变得容易。一旦有机化合物致密化，则会在多孔体4内紧密地配置氧化还原部位，由此多孔体4发挥出较高的电子传输性。另外，因构成多孔体4的有机化合物三维地展开，该有机化合物的稳定性提高。此外有机化合物在溶剂中的溶解性降低，电解质溶液的溶剂的选择范围变宽。
如此得到的有机化合物中，具有化学式(6)中所示的吡啶鎓结构单元作为氧化还原部。该吡啶鎓结构单元是因电解聚合而从前驱体的具有化学式(8)中所示的结构的部位脱附以M(这里，M是氟、氯、溴、碘等卤素基团、氰基。)表示的取代基，并且该部位的脱附了以M表示的取代基的位置之间结合而生成的。
[化8]
该吡啶鎓结构单元如果被还原1个电子，则会生成吡啶鎓阳离子自由基，如果再被还原1个电子，则会生成吡啶鎓二自由基。相反，如果吡啶鎓二自由基被氧化1个电子，则会生成吡啶鎓阳离子自由基，如果再被氧化1个电子，则会变回原来的吡啶鎓结构单元。像这样有机化合物就会反复显现出稳定的氧化还原能力。另外，因有机化合物在氧化还原时经过自由基状态，而产生非常快的电子自交换反应，容易在有机化合物间授受电子。有机化合物的氧化还原时的自由基状态例如可以利用ESR(电子自旋共振)等观测。
如果前驱体在1个分子中具有多个具有化学式(8)中所示的结构的部位，则可以利用前驱体的电解聚合生成高分子量的有机化合物。为了实现有机化合物的高分子量化，前驱体最好在1个分子中具有2个以上的具有化学式(8)中所示的结构的部位，更优选具有3个以上。
对于具体的化合物和合成方法，记载于Langmuir Vol17，No.1，2001155-中。
通过将利用前驱体的电解聚合生成的有机化合物堆积在电极1上，而形成多孔体4。在多孔体4的形成中，例如首先在含有前驱体的溶液中浸渍电极1。通过在该状态下利用电解聚合在电极1上使前驱体聚合而生成有机化合物，由此在电极1上形成多孔体4。该电解聚合时的电极1的电极电位被设为低于前驱体的还原电位。这样，在电极1上的具有n型半导体的性质的有机化合物内，电子可以移动，电解聚合推进。
由于电解聚合生成的有机化合物高分子量化，因此利用前驱体的电解聚合形成的多孔体4发挥出高的耐久性。另外，该多孔体4因经过电解聚合而形成，因而可以高密度地形成。由此，可以期待多孔体4对二氧化碳吸附性能提高。
作为具有氧化还原部位的高分子凝胶体的具体的化合物和合成方法，可以使用日本特开2007-70384中记载的自由基化合物和合成方法。
另外，在使用此种高分子凝胶结构体时，优选在被称作集电极的空隙率高的高导电性的物质中内包高分子凝胶体。
在存在集电极的情况下，通过利用高导电性材料来保障高分子凝胶体的低电子传输性，而可以实现厚膜化，可以提高每1个设备的二氧化碳吸附量。
作为构成集电极的物质，可以举出铂、金、银、铜、铝、铑、铟等金属；石墨、碳纳米管、担载有铂的碳等碳材料；铟-锡复合氧化物、掺杂有锑的氧化锡、掺杂有氟的氧化锡等导电性的金属氧化物；聚乙撑二氧噻吩、聚吡咯、聚苯胺等导电性高分子等。这些粒子也可以是球状。更优选以纵横比(aspect ratio)高的材料构成。如果是纵横比高的材料，则可以在空隙率高的状态下具有集电效果高的结构。
(导电性高分子多孔体)
多孔体4优选为导电性高分子多孔体。
如果是多孔高分子体，则可以在电极1上以多孔的状态形成具有导电性的高分子，在被电化学地氧化或还原而产生的阳离子点位吸附碳酸离子或碳酸氢根离子。作为多孔高分子体，可以举出聚苯胺、聚吡咯等导电性高分子。聚苯胺与直链共轭系的聚乙炔相比，对空气氧化的稳定性极为优异，例如可以作为二次电池的以锂铝作为对电极的正极材料用于实际中。作为其他的用途，还研究过作为电致变色材料、固定化酶的载体、抑制半导体的光溶解的表面被覆材料、晶体管、利用了电子移动催化作用的半导体电极的被覆材料、二氧化碳的光电化学还原催化剂、以及显示光电响应的电极材料的利用等各种应用。
作为其合成方法，可以举出日本特愿平4-11458中所示的方法。
此时，聚苯胺的制造方法最好是电解聚合。如果是利用电解聚合制造的膜，则可以在确保了导电路径的状态下推进制膜，形成所有的苯胺点位为活性的聚苯胺膜。
另外，电解聚合的方法既可以是恒电位法也可以是电位扫描法。
本发明的保障高分子多孔体中的阳离子电位的平衡阴离子最好是碳酸氢根离子或者碳酸离子。
对于其比率，如果将其他的平衡阴离子的合计摩尔数设为1，则优选为10～99，更优选为100～10000。
(无机多孔体)
多孔体4也可以是无机多孔体。
如果是无机多孔体，则在施加电压时在其多孔表面填充正或负电荷，作为其平衡阴离子二氧化碳以碳酸氢根离子或碳酸离子的形式吸附于无机多孔体中、从无机多孔体中脱附。
作为具体的构成材料，例如可以举出使用了活性炭或碳纤维的碳系电极、使用了针状的导电材料的空隙率高的电极、或者碳纳米管等。它们也可以复合地使用。
另外，在这些导电材料中，也可以担载给定的催化剂。作为所担载的催化剂，例如可以采用铂催化剂、银催化剂等、铂·钌催化剂或钴催化剂等。
多孔体4的厚度优选为0.001～10cm的范围内。在其以下时，二氧化碳吸收量不足，在其以上时，二氧化碳的吸收、解吸速度有可能下降。
如上说明所示地构成的二氧化碳吸附、解吸设备中，多孔体4具有优异的二氧化碳吸附性能，并且可以利用电解液3快速地进行碳酸离子或碳酸氢根离子的填充。
即，在存在含有二氧化碳的电解液3的状况下，通过施加电压，可以在多孔体4中以碳酸氢根离子或碳酸离子的形式填充吸附二氧化碳，继而在施加反电压时，通过二氧化碳从多孔体4向电解液3中解吸，可以进行二氧化碳解吸。
[实施例]
下面，利用实施例对本发明进行具体说明。
[实施例1]
准备具有掺杂有氟的氧化锡膜的厚1mm、纵向21mm、横向24mm的导电性玻璃基板(旭硝子制、10Ω/□)。将该掺杂有氟的氧化锡膜作为电极1。使用电化学氧化法(电解聚合法)在基板1上作为多孔体4析出1μm的聚苯胺。另一方面，准备具有掺杂有氟的氧化锡膜的厚1mm、纵向21mm、横向24mm的导电性玻璃基板(旭硝子制、10Ω/□)，利用溅射法在掺杂有氟的氧化锡膜上堆积铂，将其作为电极2。将多孔体4和电极2相面对地配置，在两者之间的外缘部分夹设宽1mm、厚50μm的热熔融性粘接剂(Dupont公司制、Bynel)。通过在加热该热熔融性粘接剂的同时加压，而将多孔体4和电极2借助热熔融性粘接剂接合。此外，在水中以0.5M的浓度溶解OH-TEMPO(4-羟基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧)，以0.5mol/l的浓度溶解氯化钾，制备出电解质溶液。将该电解质溶液从二氧化碳注入·解吸用的孔注入电极2与多孔体4之间。由此制作出元件。而且，该情况下的聚苯胺的合成法(电化学氧化法)是依照E.M.Genies，Mol.Cryst.Liq.Cryst.，121，181-186(1985)中记载的方法进行。对所得的元件，评价了二氧化碳吸附脱附性能。
[实施例2]
实施例2中，仅多孔体4与实施例1的构成不同，其他的构成与实施例1相同。
利用以下的方法制作出多孔体4。
将在400℃下热处理了的电解二氧化锰(MnO2、正极活性物质)、乙炔黑(导电剂)、作为粘结剂的平均分子量10万的聚环氧乙烷(粘均分子量10万、Sigma-Aldrich公司制)及LiN(CF3SO2)2溶解或分散于乙腈中而混匀，制备出糊状的正极合剂。这里，以使MnO2∶乙炔黑∶聚合物电解质＝70质量％∶20质量％∶10质量％的方式配合。而且，聚合物电解质的质量设为固体成分换算的质量。在将所得的糊状的正极合剂涂布在电极上，在1200℃下干燥24小时后，通过用辊压机压延，而制作出多孔体4。对所得的元件与实施例1相同地评价了二氧化碳吸附脱附性能。
[比较例1]
使用沸石形成实施例1的多孔体4。
作为沸石使用了镁碱沸石(细孔直径分布的峰约为4.5埃，SiO2/Al2O3摩尔比约为90)。将其在电极上以50g/m2担载，形成多孔体4。多孔体4、电极1、2的大小、电极2与多孔体4之间的间隔等与实施例1相同。
对该二氧化碳吸附·解吸设备1，施加900kPa，使之吸附二氧化碳。是担载量为12wt％/1g的沸石。然后在400℃的温度下烧成，解吸所吸附的CO2。解吸量利用以下的计算式算出。
解吸量＝(烧成前的重量)-(烧成后的重量)
【表1】
如该结果所表示的那样，比较例1中，吸附性能为63(ml/g)，消耗能量为131(mwh/ml)，没有兼顾吸附性能及消耗能量，而实施例1～2中，则为吸附性能261(ml/g)、消耗能量1.1(mwh/ml)(实施例1)、吸附性能410(ml/g)、消耗能量2.1(mwh/ml)(实施例2)，可以兼顾吸附性能和低能量消耗。

Claims (14)

1.一种二氧化碳吸附解吸设备，其特征在于，具有相面对地设置的一对电极、填充于所述一对电极的各电极之间的电解液、和设于所述一对电极中的一个电极上的多孔体，
其中所述电解液可以通过吸收二氧化碳并使二氧化碳溶解于该电解液中，来形成碳酸离子或碳酸氢根离子，
通过所述多孔体的作用，在对所述一对电极施加正方向电压时，所述碳酸离子或者碳酸氢根离子静电吸附在多孔体的表面，而在对所述一对电极施加反方向电压时，所述碳酸离子或者碳酸氢根离子从多孔体的表面静电解吸。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳吸附解吸设备，其中，
所述多孔体是以下的有机高分子，即该有机高分子包含向一对电极施加电压时能够可逆地氧化还原的单元A，并且单元A的氧化体和还原体中的某一方处于阳离子状态。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳吸附解吸设备，其中，
所述多孔体是在所述电解液中溶胀的高分子凝胶。
4.根据权利要求3所述的二氧化碳吸附解吸设备，其中，
在所述多孔体中，单元A由以下的结构式表示，
5.根据权利要求4所述的二氧化碳吸附解吸设备，其中，
所述多孔体由以下的结构式表示，
其中，B-表示平衡阴离子。
6.根据权利要求2所述的二氧化碳吸附解吸设备，其中，
所述多孔体是导电性高分子多孔体。
7.根据权利要求6所述的二氧化碳吸附解吸设备，其中，
在所述多孔体中，单元A是由以下的结构式表示的聚苯胺，
8.根据权利要求1所述的二氧化碳吸附解吸设备，其中，
所述多孔体是导电性无机多孔体。
9.根据权利要求8所述的二氧化碳吸附解吸设备，其中，
所述导电性无机多孔体由选自石墨、碳纳米管、碳纤维(carbonfiber)中的至少1种构成。
10.根据权利要求2所述的二氧化碳吸附解吸设备，其中，
所述多孔体中所含的单元A的密度为0.0002mol/g～0.02mol/g。
11.根据权利要求1所述的二氧化碳吸附解吸设备，其中，
所述电解液的溶剂为水。
12.根据权利要求1所述的二氧化碳吸附解吸设备，其中，
所述电解液含有支持电解质。
13.根据权利要求12所述的二氧化碳吸附解吸设备，其中，
所述支持电解质的阳离子的分子量为1000以上。
14.根据权利要求12所述的二氧化碳吸附解吸设备，其中，
所述支持电解质的阴离子的分子量为1000以上。
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