【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リチウムシリケートを主要成分とする炭酸ガス吸収材成形体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球の温暖化が進行し、その原因となっている炭酸ガスの削減が求められている。そこで、炭化水素を主成分する燃料を燃焼させる自動車が発生する排気ガス、同じく炭化水素を原料として利用するエネルギープラントや化学プラントなどから発生する排出ガス、火力発電所から排出される燃焼ガスから、炭酸ガス（二酸化炭素）を分離回収するシステムの検討が行われ、これに用いる炭酸ガス吸収材に関する開発が行われている。
【０００３】
従来、燃焼排ガスなどから高温で炭酸ガスを吸収する吸収材として、５〜４０ｍｏｌ％のアルカリ炭酸塩を含むリチウムシリケートが知られている（特許文献１参照）。この炭酸ガス吸収材は、５００℃の温度ではアルカリ炭酸塩とリチウムシリケートが低融点化合物を生成して溶融相を作るので、Ｌｉの移動が容易になり炭酸ガスの吸収能力が、アルカリ炭酸塩を含有しない場合よりも向上するとされている。
【０００４】
このような、炭酸ガス吸収材は、炭酸リチウムとシリカの混合粉末を大気中７００〜１２００℃程度に加熱してリチウムシリケートを合成後、リチウムシリケートを粉砕して０．１〜１０μｍ程度の粒子径の粉末にした後にアルカリ炭酸塩を添加するかリチウムシリケートとアルカリ炭酸塩の混合物を粒子径が０．１〜１０μｍ程度の粉末に粉砕することによって製造される。
【０００５】
一方、室温付近の温度で空気中などの低濃度の炭酸ガスの吸収にリチウムシリケートを使うことが知られている（特許文献２参照）。このような炭酸ガス吸収材では、室温付近では高温での場合に比べて炭酸ガスの吸収反応の速度が遅くなるので、吸収能力を高めるためにはリチウムシリケートの結晶粒子径を小さくして反応量を増やすことが必要である。好ましい結晶粒子径は、０．１μｍ〜２μｍである。このような粒子径のリチウムシリケートを得るためには、炭酸リチウムとシリカの混合物を、例えば９００℃で８時間焼成してリチウムシリケートを合成した後、さらに合成物を乾式粉砕して所望の粒子径のリチウムシリケートを得ることができる。この炭酸ガス吸収材の形態としては、粉末状、粉末を圧縮した成形体、粉末に有機または無機バインダーを加えて圧縮成形した後焼成して得られる成形体のような形態で用いられる。
【０００６】
リチウムシリケートを主要成分とする炭酸ガス吸収材を使用するには、その形態はペレット状やハニカム構造体などの成形体形状であることが、炭酸ガスを含む被処理ガスとの接触面積が大きくなり、炭酸ガス吸収反応が促進されるために好ましい。
ところで、従来の吸収材を成形体にするには、吸収材粉末を圧縮成形するか、有機または無機バインダーを加えて圧縮成形した後焼成するなどの方法が採られる。しかし、粉末を圧縮成形しただけの成形体は強度が弱く、ハンドリング時や炭酸ガス吸収時の結晶相変化などによって容易に崩壊してしまう。また有機バインダーを加えて圧縮成形後焼成した成形体が強度を発現するには、リチウムシリケート結晶粒子を焼結して結合する必要があるが、結晶粒子の焼結は、結晶粒子の成長を伴うのが一般的であり、これによって、結晶粒子の表面積が減少するので炭酸ガス吸収材としての性能が低下してしまう。さらにリチウムシリケートとアルカリ炭酸塩が共存すると、リチウムシリケート結晶粒子の焼結が起こる温度では、低融点化合物の生成が起こり、融液相ができるので、結晶粒子の成長が著しくなる。その結果、炭酸ガス吸収材としての性能が低下することになる。
【０００７】
また、無機バインダーを加えて圧縮成形した成形体では、リチウムシリケートの結晶粒子の焼結がなくても強度を発現させることが可能であるが、無機バインダーがリチウムシリケート結晶粒子の表面を覆ってしまう結果、炭酸ガス吸収が困難になり吸収材としての性能が低下してしまう問題があった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１７０４８０号公報
【特許文献２】特開２００１−２３２１８４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、本発明は、従来の炭酸ガス吸収材における上記問題を解決するためになされたもので、リチウムシリケート結晶粒子を微細な粒子径のまま焼結した状態であり、強度が高く、かつアルカリ炭酸塩を含む二酸化炭素の吸収性能が優れた成形体を実現することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、炭酸リチウム、シリカ、及び有機バインダーを混合し成形した後、加熱焼成して成形体を得る工程と、前記工程で得られる成形体にアルカリ炭酸塩溶液を含浸し乾燥する工程を少なくとも具備した炭酸ガス吸収材成形体の製造方法である。
【００１１】
前記本発明において、前記アルカリ炭酸塩溶液が水溶液であることが好ましい。また、前記本発明において、前記アルカリ炭酸塩としては、炭酸カリウム、または炭酸ナトリウムを用いることができる。
【００１２】
本発明の炭酸ガス吸収材成形体は、結晶粒子径が小さい状態でリチウムシリケートを焼結させることができるので、高強度かつ高い炭酸ガス吸収能力の吸収材成形体が得られる。また、少量のアルカリ炭酸塩の添加量で効果的に炭酸ガス吸収能が向上するという効果を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の炭酸ガス吸収材の製造方法は、炭酸リチウムとシリカの混合物を無機または有機バインダーを結合剤として成形体を作製後、熱処理してリチウムシリケートの成形体を作る工程（リチウムシリケート合成工程）と、この成形体に、アルカリ炭酸塩を溶解させた水を吸収させた後、乾燥処理して成形体中にアルカリ炭酸塩を残留させる工程（アルカリ炭酸塩含浸工程）によって、アルカリ炭酸塩を含有するリチウムシリケート成形体を製作するものである。
上記本実施の形態の成形体は、ハニカム状、ペレット状、ブロック状、棒状など、任意の形態とすることができるが、この成形体と炭酸ガスを含有する処理ガスとの接触面積を大きくすることが炭酸ガス吸収効率が向上し好ましい。従って上記成形体の内、ハニカム状とすることが好ましい。
上記炭酸リチウムとシリカの混合物を無機または有機バインダーを結合剤として成形した後、熱処理して製作した成形体は、リチウムシリケート結晶粒子が焼結しているので強度が強い特徴を有する。
【００１４】
以下、具体的に本発明方法の実施の形態を説明する。
（リチウムシリケート合成工程）
この工程においては、炭酸リチウムとシリカの混合物に有機バインダーを添加し成形した後、焼成してリチウムシリケートの成形体を製造する工程である。
【００１５】
この工程においては、次式に示す反応によってリチウムシリケートが合成されると考えられる。
ＳｉＯ２＋Ｌｉ２ＣＯ３→Ｌｉ２ＳｉＯ３＋ＣＯ２ 式（１）
Ｌｉ２ＳｉＯ３＋Ｌｉ２ＣＯ３→Ｌｉ４ＳｉＯ４＋ＣＯ２ 式（２）
すなわち、１モルの酸化珪素と、２モルの炭酸リチウムが反応してリチウムシリケートが合成される。従って、この工程では、この量比に従って、酸化珪素と炭酸リチウムを配合することが望ましい。
【００１６】
また、この工程で用いる有機バインダーとしては、加熱焼成によって揮散する樹脂材料が好ましく、具体的には、ＰＶＡ、ＣＭＣ、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、あるいは変性澱粉などの樹脂材料があげられる。これらの内で、変性澱粉がもっとも好ましい。
炭酸リチウムとシリカの混合物に添加する有機バインダーの量は、炭酸リチウムとシリカの混合物に対して、０．５〜５０重量％の範囲が好ましい。有機バインダーの量が上記範囲を下回った場合、炭酸リチウムとシリカ混合物を成形した成形体の強度が低く、取り扱いが困難となる。一方、バインダーの量が上記範囲を上回った場合、製造される炭酸ガス吸収材の気孔率が大きくなり、炭酸ガス吸収材自体の機械的強度が低下して好ましくない。
【００１７】
炭酸リチウムとシリカは比較的大粒径の破砕状ブロック原料を用いることもできるが、混合作業の作業性を考慮すると、それぞれ粒子状で混合することが望ましく、その粒径範囲は、１〜１００μｍの範囲であることが、取り扱い及び均一なリチウムシリケートを製造する上で好ましい。
【００１８】
この工程において、炭酸リチウムとシリカ、およびバインダーの混合は、乾式で行ってもよいし、水あるいはアルコールのような分散媒を用いて湿式で行ってもよい。作業性や得られる成形体の密度が高いことなどの点で、湿式混合が好ましい。
【００１９】
原料粉末の混合工程を湿式で行う場合、これらの成分の混合は、ボールミルや、ヘンシェルミキサー、アトライターなどの市販の混合機を用いることができる。比較的大粒径の原料を用いる場合、粉砕しながら混合できるボールミルのような混合機を用いることが好ましい。
【００２０】
これらの装置を用いて、原料成分を均一に混合分散した後、プレス成形機、押し出し成型機などのような成形機を用いて所要の形状に成形する。
次いで、得られた成形体を、乾燥した後、焼成する。好ましい焼成温度は、５５０〜９００℃である。焼成温度が、上記範囲を下回った場合、リチウムシリケートの収率が低下し、得られる炭酸ガス吸収材の吸収能が低下する。一方、焼成温度が上記範囲を上回った場合、得られるリチウムシリケートの結晶粒が過大になり、これも炭酸ガス吸収能が低下する。
また、好ましい焼成時間は、１〜１２時間である。焼成時間が上記範囲を下回った場合、焼成が不完全で、成形体の機械的強度が低下し好ましくない。また焼成時間が上記範囲を上回った場合、結晶成長が進んで、炭酸ガス吸収能が低下し好ましくない。
【００２１】
この工程で得られる成形体は、気孔率４０〜６０％の多孔質の成形体である。
【００２２】
（アルカリ炭酸塩含浸工程）
次の工程は、前記工程で製作した成形体に、アルカリ炭酸塩の水溶液を含浸し乾燥する工程である。成形体にアルカリ炭酸塩溶液を含浸するには、成形体をアルカリ炭酸塩溶液中に浸漬してもよいし、あらかじめ真空雰囲気下においた成形体にアルカリ炭酸塩溶液を注入し含浸させてもよい。
【００２３】
この工程で用いるアルカリ炭酸塩としては、炭酸カリウム及び炭酸ナトリウムを用いることができる。このアルカリ炭酸塩の濃度は、３〜５０重量％の範囲が好ましい。アルカリ炭酸塩の濃度が上記範囲を下回った場合、リチウムシリケート成形体に十分量のアルカリ炭酸塩を含浸させることが困難で、作業効率が低下して好ましくない。一方、アルカリ炭酸塩の濃度が上記範囲を上回った場合、溶液の粘度が高く、含浸作業が困難になる。
【００２４】
次いで、上記工程でアルカリ炭酸塩を含浸した成形体を乾燥する。乾燥作業は、加熱乾燥することもできるし、真空乾燥することもできるが、加熱乾燥が簡便で好ましい。乾燥温度は特に限定されるものではないが、水の蒸発温度以上の温度で乾燥することが、作業効率の点で好ましい。
【００２５】
この工程によって添加されるアルカリ炭酸塩の量は、リチウムシリケートに対して、０．５〜８重量％の範囲が好ましい。添加量が上記範囲を下回った場合、炭酸ガス吸収能が向上せず好ましくない。一方、アルカリ炭酸塩の添加量が上記範囲を上回った場合、その量の増加に応じた炭酸ガス吸収能の向上が期待できず、経済的に不利である。
【００２６】
【実施例】
（実施例１）
シリカ粉末と炭酸リチウム粉末をモル比で１：２の割合で混合後、湿式粉砕して平均粒子径が３μｍの混合物粉末を得た。この混合粉末に対して有機バインダー２ｗｔ％（外率）、および水３０ｗｔ％（外率）を加えた後、混練機で混練しさらに押出機で直径１０ｍｍ長さ１０ｍｍの成形体を作製した。成形体は１２０℃で６時間乾燥した。乾燥済み成形体１ｋｇをアルミナ容器に充填し電気炉中で毎分５リットルの空気を供給しながら７００℃で８時間熱処理してリチウムシリケート焼結体を得た。この焼結体に対して添加量が１ｍｏｌ％（内率）となるように秤量した炭酸カリウムを水に溶解させた状態で焼結体に吸収させた後、１２０℃で６時間乾燥して水を蒸発除去させて炭酸カリウムを１ｍｏｌ％含有する炭酸ガス吸収材成形体を製作した。
【００２７】
（実施例２）
炭酸カリウムの含有量が２ｍｏｌ％であること以外は、前記実施例１と同じ条件で炭酸ガス吸収材成形体を製作した。
【００２８】
（実施例３）
炭酸カリウムの含有量が６ｍｏｌ％であること以外は、前記実施例１と同じ条件で炭酸ガス吸収材成形体を製作した。
【００２９】
（実施例４）
炭酸カリウムの含有量が１０ｍｏｌ％であること以外は、前記実施例１と同じ条件で炭酸ガス吸収材成形体を製作した。
【００３０】
（実施例５）
炭酸カリウムの代わりに炭酸ナトリウムを１０ｍｏｌ％添加したこと以外は、前記実施例１と同じ条件で炭酸ガス吸収材成形体を製作した。
【００３１】
（比較例１）
炭酸カリウムを添加しないこと以外は、前記実施例１と同じ条件で炭酸ガス吸収材成形体を製作した。
【００３２】
（比較例２）
炭酸カリウムの含有量が１５ｍｏｌ％であること以外は、前記実施例１と同じ条件で、炭酸ガス吸収材成形体を製作した。
【００３３】
（比較例３）
シリカ粉末と炭酸リチウム粉末をモル比で１：２の割合で混合後、湿式粉砕して平均粒子径が３μｍの混合物粉末を得た。この混合粉末を大気中７００℃で８時間熱処理して平均的な粒子径が５μｍのリチウムシリケート粉末を合成した。このリチウムシリケート粉末に平均粒子径が０．５μｍの炭酸カリウムを含有量が１０ｍｏｌ％（内率）となるように加えた混合物を準備した後、金型で直径１０ｍｍ長さ１０ｍｍの成形体に成形した。
【００３４】
（比較例４）
比較例３と同じ条件で作製したリチウムシリケ−ト粉末と炭酸カリウム粉末の混合物に、３重量％（外率）の有機バインダーを加えて混練した後、金型で直径１０ｍｍ長さ１０ｍｍの成形体に成形した。成形体を大気中で６００℃で５時間熱処理して有機物を除去した吸収材を製作した。
【００３５】
（比較例５）
比較例３と同じ条件で作製したリチウムシリケート粉末と炭酸カリウム粉末の混合物に、３重量％（外率）の無機バインダー（水ガラス）を加えて混練した後、金型で直径１０ｍｍ長さ１０ｍｍの成形体に成形した。この成形体を大気中で６００℃で５時間熱処理して炭酸ガス吸収材成形体を製作した。
【００３６】
上記各実施例１〜５および比較例１〜５で得られた炭酸ガス吸収材成形体を破断して電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察を行い、平均的な結晶粒子径を求めた。次いで各炭酸ガス吸収材５０ｇを電気炉中に設置し、炭酸ガス２０体積％、窒素ガス８０体積％の混合ガスを毎分５リットル流通させながら５００℃で３時間保持した後の炭酸ガス吸収率を求めた。なお、吸収率はそれぞれの炭酸ガス吸収材に対する重量増加率とした。さらに各炭酸ガス吸収材の圧縮強さを測定した。各炭酸ガス吸収材の平均結晶粒子径、炭酸ガス吸収率、および圧縮強さを表１に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】
上記表１の結果から明らかなように、本発明の実施例では何れも炭酸ガス吸収率が２０％以上、圧縮強度が１５ＭＰａ以上で、高吸収率・高強度の炭酸ガス吸収材が得られた。これに対して、比較例の場合には吸収率が２０％を超す場合には強度が１５ＭＰａ未満で強度が１５ＭＰａを超す場合には吸収率が２０％未満であり、強度と吸収率の両立ができなかった。
【００３９】
【発明の効果】
本発明で製造した炭酸ガス吸収材成形体は、結晶粒子径が小さい状態でリチウムシリケートを焼結させることができるので、高強度かつ高い炭酸ガス吸収能力の吸収材成形体が得られる。また、少量のアルカリ炭酸塩の添加量で効果的に炭酸ガス吸収能が向上する。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a carbon dioxide absorbent molded article containing lithium silicate as a main component.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the global warming has progressed, and reduction of carbon dioxide, which is the cause, is required. Therefore, from exhaust gas generated by automobiles that burn fuels containing hydrocarbons as main components, exhaust gas generated from energy plants and chemical plants that also use hydrocarbons as raw materials, and combustion gas emitted from thermal power plants, A system for separating and recovering carbon dioxide (carbon dioxide) has been studied, and a carbon dioxide absorbent used for the system has been developed.
[0003]
Conventionally, lithium silicate containing 5 to 40 mol% of an alkali carbonate has been known as an absorbent for absorbing carbon dioxide at a high temperature from combustion exhaust gas or the like (see Patent Document 1). At a temperature of 500 ° C., the carbon dioxide gas absorbing material generates a low-melting compound from the alkali carbonate and lithium silicate to form a molten phase, so that Li can easily move, and the ability to absorb carbon dioxide can reduce the alkali carbonate. It is said to be better than the case where it is not contained.
[0004]
Such a carbon dioxide gas absorbing material is prepared by synthesizing lithium silicate by heating a mixed powder of lithium carbonate and silica to about 700 to 1200 ° C. in the air and then pulverizing lithium silicate to obtain a particle diameter of about 0.1 to 10 μm. And then pulverizing a mixture of lithium silicate and alkali carbonate into a powder having a particle size of about 0.1 to 10 μm.
[0005]
On the other hand, it is known to use lithium silicate to absorb low-concentration carbon dioxide gas such as in air at a temperature near room temperature (see Patent Document 2). With such a carbon dioxide gas absorbent, the rate of carbon dioxide gas absorption reaction is slower at around room temperature than at high temperatures. It is necessary to increase. The preferred crystal particle size is 0.1 μm to 2 μm. In order to obtain lithium silicate having such a particle diameter, a mixture of lithium carbonate and silica is baked at, for example, 900 ° C. for 8 hours to synthesize lithium silicate, and then the resultant is dry-ground to obtain a desired particle diameter. Can be obtained. Examples of the form of the carbon dioxide gas absorbent include powders, compacts obtained by compressing powders, and compacts obtained by adding an organic or inorganic binder to the powders, compression-molding, and then firing.
[0006]
In order to use a carbon dioxide gas absorbent containing lithium silicate as a main component, it must be in the form of a compact such as a pellet or a honeycomb structure, which increases the contact area with the gas to be treated containing carbon dioxide. This is preferable because the carbon dioxide absorption reaction is promoted.
By the way, in order to form a conventional absorbent into a molded body, a method such as compression molding of an absorbent powder or compression molding with an organic or inorganic binder added followed by firing is employed. However, a compact obtained by simply compression-molding a powder has a low strength and easily collapses due to a change in the crystal phase during handling or absorption of carbon dioxide gas. In addition, in order for a molded body fired after compression molding with an organic binder to exhibit strength, it is necessary to sinter and bond lithium silicate crystal particles, but sintering of crystal particles involves the growth of crystal particles. In general, the surface area of the crystal particles is reduced, so that the performance as a carbon dioxide gas absorbent is reduced. Further, when lithium silicate and alkali carbonate coexist, a low melting point compound is formed at a temperature at which sintering of the lithium silicate crystal particles occurs, and a melt phase is formed, so that the crystal particles grow remarkably. As a result, the performance as a carbon dioxide gas absorbent decreases.
[0007]
In addition, in a compact formed by adding and compressing an inorganic binder, it is possible to develop strength without sintering lithium silicate crystal particles, but the inorganic binder covers the surface of the lithium silicate crystal particles. As a result, there has been a problem that it becomes difficult to absorb carbon dioxide gas and the performance as an absorbing material is reduced.
[0008]
[Patent Document 1] JP-A-2001-170480 [Patent Document 2] JP-A-2001-232184
[Problems to be solved by the invention]
That is, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems in the conventional carbon dioxide gas absorbent, and is a state in which lithium silicate crystal particles are sintered with a fine particle diameter, high strength, and alkali carbonate. It is an object of the present invention to provide a molded article having an excellent ability to absorb carbon dioxide containing salts.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention comprises, after mixing and molding lithium carbonate, silica, and an organic binder, a step of obtaining a molded body by heating and firing, and a step of impregnating the molded body obtained in the above step with an alkali carbonate solution and drying. This is a method for producing a carbon dioxide absorbent molded article provided.
[0011]
In the present invention, the alkali carbonate solution is preferably an aqueous solution. In the present invention, potassium carbonate or sodium carbonate can be used as the alkali carbonate.
[0012]
Since the carbon dioxide absorbent molded article of the present invention can sinter lithium silicate in a state where the crystal particle diameter is small, an absorbent molded article having high strength and high carbon dioxide absorption capacity can be obtained. In addition, there is an effect that the carbon dioxide absorption ability is effectively improved by adding a small amount of alkali carbonate.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The method for producing a carbon dioxide gas absorbent according to the present invention comprises a step of producing a molded body using a mixture of lithium carbonate and silica with an inorganic or organic binder as a binder, and then performing a heat treatment to produce a lithium silicate molded body (lithium silicate synthesis step). And a step of allowing the molded body to absorb water in which the alkali carbonate is dissolved, followed by a drying treatment to leave the alkali carbonate in the molded body (alkali carbonate impregnation step). To produce a lithium silicate molded body.
The compact of the present embodiment can be in any form such as a honeycomb, a pellet, a block, and a rod, but the contact area between the compact and the processing gas containing carbon dioxide gas is increased. This is preferable because carbon dioxide absorption efficiency is improved. Therefore, among the above-mentioned molded bodies, it is preferable to be a honeycomb shape.
A molded body produced by molding the mixture of lithium carbonate and silica using an inorganic or organic binder as a binder and then heat-treating the molded product has a strong characteristic because lithium silicate crystal particles are sintered.
[0014]
Hereinafter, embodiments of the method of the present invention will be specifically described.
(Lithium silicate synthesis process)
In this step, an organic binder is added to a mixture of lithium carbonate and silica, molded, and then fired to produce a lithium silicate molded body.
[0015]
In this step, it is considered that lithium silicate is synthesized by the reaction represented by the following formula.
SiO 2 + Li 2 CO 3 → Li 2 SiO 3 + CO 2 Formula (1)
Li 2 SiO 3 + Li 2 CO 3 → Li 4 SiO 4 + CO 2 Formula (2)
That is, 1 mole of silicon oxide reacts with 2 moles of lithium carbonate to synthesize lithium silicate. Therefore, in this step, it is desirable to mix silicon oxide and lithium carbonate in accordance with this ratio.
[0016]
In addition, as the organic binder used in this step, a resin material that volatilizes by heating and baking is preferable, and specific examples include a resin material such as PVA, CMC, an epoxy resin, a phenol resin, or a modified starch. Of these, modified starch is most preferred.
The amount of the organic binder added to the mixture of lithium carbonate and silica is preferably in the range of 0.5 to 50% by weight based on the mixture of lithium carbonate and silica. When the amount of the organic binder is less than the above range, the strength of a molded article formed by molding a mixture of lithium carbonate and silica is low, and handling becomes difficult. On the other hand, when the amount of the binder exceeds the above range, the porosity of the produced carbon dioxide gas absorbent becomes large, and the mechanical strength of the carbon dioxide gas absorbent itself decreases, which is not preferable.
[0017]
Lithium carbonate and silica can use a crushed block raw material having a relatively large particle size, but in consideration of the workability of the mixing operation, it is desirable to mix each in the form of particles, and the particle size range is 1 to 100 μm. Is preferable in terms of handling and producing a uniform lithium silicate.
[0018]
In this step, the mixing of lithium carbonate, silica and the binder may be performed in a dry manner, or may be performed in a wet manner using a dispersion medium such as water or alcohol. Wet mixing is preferred in terms of workability and high density of the obtained molded body.
[0019]
When the mixing process of the raw material powders is performed by a wet method, a commercially available mixer such as a ball mill, a Henschel mixer, and an attritor can be used for mixing these components. When a raw material having a relatively large particle size is used, it is preferable to use a mixer such as a ball mill capable of mixing while grinding.
[0020]
After uniformly mixing and dispersing the raw material components using these apparatuses, the raw materials are formed into a required shape using a molding machine such as a press molding machine or an extrusion molding machine.
Next, the obtained molded body is dried and then fired. The preferred firing temperature is 550-900C. When the firing temperature is lower than the above range, the yield of lithium silicate decreases, and the absorbing ability of the obtained carbon dioxide absorbent decreases. On the other hand, when the firing temperature exceeds the above range, the crystal grains of the obtained lithium silicate become excessively large, which also lowers the ability to absorb carbon dioxide gas.
The preferred firing time is 1 to 12 hours. If the calcination time is below the above range, calcination is incomplete and the mechanical strength of the molded body is undesirably reduced. If the calcination time exceeds the above range, the crystal growth proceeds, and the carbon dioxide absorption capacity is undesirably reduced.
[0021]
The molded product obtained in this step is a porous molded product having a porosity of 40 to 60%.
[0022]
(Alkali carbonate impregnation step)
The next step is a step of impregnating the formed body produced in the above step with an aqueous solution of an alkali carbonate and drying. In order to impregnate the molded body with the alkali carbonate solution, the molded body may be immersed in the alkali carbonate solution, or may be impregnated by injecting the alkali carbonate solution into the molded body previously placed in a vacuum atmosphere. .
[0023]
As the alkali carbonate used in this step, potassium carbonate and sodium carbonate can be used. The concentration of the alkali carbonate is preferably in the range of 3 to 50% by weight. When the concentration of the alkali carbonate is lower than the above range, it is difficult to impregnate the lithium silicate molded body with a sufficient amount of the alkali carbonate, and the working efficiency is undesirably reduced. On the other hand, when the concentration of the alkali carbonate exceeds the above range, the viscosity of the solution becomes high and the impregnation work becomes difficult.
[0024]
Next, the compact impregnated with the alkali carbonate in the above step is dried. The drying operation can be heat drying or vacuum drying, but heat drying is simple and preferable. The drying temperature is not particularly limited, but drying at a temperature equal to or higher than the evaporation temperature of water is preferable from the viewpoint of working efficiency.
[0025]
The amount of the alkali carbonate added in this step is preferably in the range of 0.5 to 8% by weight based on the lithium silicate. If the amount is less than the above range, the carbon dioxide absorption capacity is not improved, which is not preferable. On the other hand, when the added amount of the alkali carbonate exceeds the above range, it is not economically disadvantageous because it is not possible to expect an improvement in the carbon dioxide absorption capacity in accordance with the increase in the amount.
[0026]
【Example】
(Example 1)
Silica powder and lithium carbonate powder were mixed at a molar ratio of 1: 2, and then wet-pulverized to obtain a mixture powder having an average particle diameter of 3 μm. After adding 2 wt% (external ratio) of an organic binder and 30 wt% (external ratio) of water to this mixed powder, the mixture was kneaded with a kneader, and a molded body having a diameter of 10 mm and a length of 10 mm was produced with an extruder. The molded body was dried at 120 ° C. for 6 hours. 1 kg of the dried compact was filled in an alumina container and heat-treated at 700 ° C. for 8 hours in an electric furnace while supplying 5 liters of air per minute to obtain a lithium silicate sintered body. Potassium carbonate weighed so that the amount added to the sintered body becomes 1 mol% (internal ratio) is dissolved in water, absorbed in the sintered body, dried at 120 ° C. for 6 hours, and dried. Was removed by evaporation to produce a molded article of carbon dioxide absorbent containing 1 mol% of potassium carbonate.
[0027]
(Example 2)
A molded article of carbon dioxide absorbent was produced under the same conditions as in Example 1 except that the content of potassium carbonate was 2 mol%.
[0028]
(Example 3)
A molded article of carbon dioxide absorbent was produced under the same conditions as in Example 1 except that the content of potassium carbonate was 6 mol%.
[0029]
(Example 4)
A molded article of carbon dioxide absorbent was produced under the same conditions as in Example 1 except that the content of potassium carbonate was 10 mol%.
[0030]
(Example 5)
A carbon dioxide absorbent molded article was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that sodium carbonate was added in an amount of 10 mol% instead of potassium carbonate.
[0031]
(Comparative Example 1)
A carbon dioxide absorbent molded body was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that potassium carbonate was not added.
[0032]
(Comparative Example 2)
A carbon dioxide absorbent molded article was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the content of potassium carbonate was 15 mol%.
[0033]
(Comparative Example 3)
Silica powder and lithium carbonate powder were mixed at a molar ratio of 1: 2, and then wet-pulverized to obtain a mixture powder having an average particle diameter of 3 μm. This mixed powder was heat-treated in the air at 700 ° C. for 8 hours to synthesize a lithium silicate powder having an average particle size of 5 μm. After preparing a mixture of the lithium silicate powder and potassium carbonate having an average particle diameter of 0.5 μm and having a content of 10 mol% (internal ratio), a mixture having a diameter of 10 mm and a length of 10 mm is molded using a mold. did.
[0034]
(Comparative Example 4)
To a mixture of lithium silicate powder and potassium carbonate powder prepared under the same conditions as in Comparative Example 3, 3% by weight (external ratio) of an organic binder was added and kneaded, and then a molded product having a diameter of 10 mm and a length of 10 mm was formed using a mold. Molded. The molded body was heat-treated in the air at 600 ° C. for 5 hours to produce an absorbent from which organic substances were removed.
[0035]
(Comparative Example 5)
To a mixture of lithium silicate powder and potassium carbonate powder prepared under the same conditions as in Comparative Example 3, 3% by weight (external ratio) of an inorganic binder (water glass) was added and kneaded. It was molded into a compact. This compact was heat-treated at 600 ° C. for 5 hours in the atmosphere to produce a carbon dioxide absorbent compact.
[0036]
The carbon dioxide absorbent molded articles obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 were broken and observed with an electron microscope (SEM) to determine an average crystal particle diameter. Next, 50 g of each carbon dioxide gas absorbing material was placed in an electric furnace, and a carbon dioxide gas absorption rate after holding at 500 ° C. for 3 hours while flowing a mixed gas of 20 volume% of carbon dioxide and 80 volume% of nitrogen gas at 5 liters per minute. I asked. The absorption rate was defined as a weight increase rate for each carbon dioxide gas absorbent. Further, the compressive strength of each carbon dioxide absorbent was measured. Table 1 shows the average crystal particle diameter, carbon dioxide absorption rate, and compressive strength of each carbon dioxide absorbent.
[0037]
[Table 1]
[0038]
As is clear from the results in Table 1, in each of the examples of the present invention, a carbon dioxide gas absorbent having a high absorption rate and a high strength having a carbon dioxide absorption rate of 20% or more and a compressive strength of 15 MPa or more was obtained. . On the other hand, in the case of the comparative example, when the absorption rate exceeds 20%, the strength is less than 15 MPa, and when the strength exceeds 15 MPa, the absorption rate is less than 20%. could not.
[0039]
【The invention's effect】
In the carbon dioxide absorbent molded article manufactured by the present invention, lithium silicate can be sintered in a state where the crystal particle diameter is small, so that an absorbent molded article having high strength and high carbon dioxide absorption capacity can be obtained. Further, the carbon dioxide absorption ability is effectively improved by adding a small amount of the alkali carbonate.
