JP2015107450A

JP2015107450A - 二酸化炭素吸着剤

Info

Publication number: JP2015107450A
Application number: JP2013250829A
Authority: JP
Inventors: 敬助徳永; Keisuke Tokunaga; 平野　茂; Shigeru Hirano; 茂平野; 清水　要樹; Toshiki Shimizu; 要樹清水
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2015-06-11

Abstract

【課題】
従来のゼオライト吸着剤と同等な二酸化炭素の吸着量を有し、なおかつ、吸着した二酸化炭素の脱離に必要とする消費エネルギーが、従来のゼオライト吸着剤より少ないゼオライト吸着剤を提供する。
【解決手段】
Ｙ型ゼオライトを含有する二酸化炭素吸着剤であって、前記二酸化炭素吸着剤１ｇあたりの水分吸着量が０．３４ｇ以下であり、なおかつ、前記Ｙ型ゼオライトのアルミナに対するシリカのモル比が５を超えることを特徴とする二酸化炭素吸着剤。このような吸着剤は、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比が５を超えるＹ型ゼオライトを６００℃以上で熱処理する活性化工程を含むことを特徴とする製造方法により製造することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は二酸化炭素を吸着するゼオライト吸着剤に関する。更に詳しくは、大気中の二酸化炭素濃度以上の二酸化炭素を含有するガスの二酸化炭素の低減、除去に適した二酸化炭素吸着用ゼオライト吸着剤に関する。

二酸化炭素は地球温暖化の原因となる温室効果ガスであり、火力発電所などの固定発生源から燃焼排ガスなどとして大量に排出されている。近年の経済発展に伴い、大気中へ排出される二酸化炭素の放出量が増加しており、これを削減することが世界的な課題となっている。二酸化炭素の除去法として、各種のゼオライト吸着剤を用いた圧力振動式吸着分離方法（以下、「ＰＳＡ法」とする。）による二酸化炭素の吸着除去方法が検討されている。ＰＳＡ法では、大気圧以下の圧力下で二酸化炭素を吸着し、これを被処理ガスから除去する。二酸化炭素を吸着した吸着剤は、より減圧下で二酸化炭素を脱離することで再生される。工業的には、これを繰り返すことで連続的な二酸化炭素の除去が行われている。

ＰＳＡ法による二酸化炭素の吸着除去に用いるゼオライト吸着剤としては、フォージャサイト型ゼオライトが広く検討されている（特許文献１乃至８）。例えば、二酸化炭素の吸着力が強いことからＸ型ゼオライトを二酸化炭素吸着剤とする方法（特許文献１乃至８）や、カルシウム（Ｃａ）やナトリウム（Ｎａ）などでイオン交換されたＸ型ゼオライトを二酸化炭素吸着剤とする方法（特許文献１乃至８）が開示されている。また、二酸化炭素吸着量をより大きくするため、ＬＳＸ型ゼオライトを二酸化炭素吸着剤として使用する吸着除去方法が開示されている（特許文献６）。また、Ｘ型ゼオライトと同様な二酸化炭素の吸着特性を示すゼオライト吸着剤として、Ｙ型ゼオライトを二酸化炭素吸着剤として使用する吸着除去方法が開示されている（特許文献１及び８）。

特開昭６１−６８１１６号公報特開平０３−２１３１６号公報特開平０５−２２８３２６号公報特開平０９−１８７６２２号公報特開平０３−２２９６１１号公報特開平１０−１０１３１８号公報特開２００２−０１８２２６号公報特公平０６−８８７６８号公報

Ｘ型ゼオライトやＬＳＸ型ゼオライトは二酸化炭素の吸着力が強く、また、二酸化炭素の吸着量が多い。しかしながら、これらのゼオライト吸着剤はその二酸化炭素の吸着力の強さのため、一度吸着した二酸化炭素を脱離するために真空に近い状態まで吸着剤及びこれを含む系を減圧する必要があった。このような減圧には電力をはじめとする多くの消費エネルギーを必要とする。そのため、これらのゼオライト吸着剤を使用した連続的な二酸化炭素の吸着除去は、消費エネルギーが大きく、二酸化炭素の除去コストが高くなっていた。

また、従来のＹ型ゼオライトを含むゼオライト吸着剤も、二酸化炭素の吸着力が強く、Ｘ型ゼオライトなどを使用した場合と同様に二酸化炭素の除去コストが高くなるという問題を有していた。

これらの課題に鑑み、本発明は、従来のゼオライト吸着剤と同等な二酸化炭素の吸着量を有し、なおかつ、吸着した二酸化炭素の脱離に必要とする消費エネルギーが、従来のゼオライト吸着剤より少ないゼオライト吸着剤を提供することを目的とする。

ゼオライト吸着剤は、吸着する物質の種類によりその挙動が大きく異なる。しかしながら、本発明者らはゼオライト吸着剤の水分吸着特性が二酸化炭素吸着剤（以下、単に「吸着剤」ともいう。）としての特性に関係があることを見出した。更に、特定の水分吸着特性を有するＹ型ゼオライトが、二酸化炭素の吸着及び脱離（以下、「吸脱着」ともいう。）が容易に生じること見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、Ｙ型ゼオライトを含有する二酸化炭素吸着剤であって、前記二酸化炭素吸着剤１ｇあたりの水分吸着量が０．３４ｇ以下であり、なおかつ、前記Ｙ型ゼオライトのアルミナに対するシリカのモル比が５を超えることを特徴とする二酸化炭素吸着剤である。

以下、本発明の二酸化炭素吸着剤（以下、単に「吸着剤」ともいう。）について説明する。

本発明は、アルミナに対するシリカのモル比（以下、「ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比」とする。）が５を超えるＹ型ゼオライトを含有する二酸化炭素吸着剤である。Ｙ型ゼオライトは二酸化炭素を吸着するが、Ｘ型ゼオライトやＬＳＸ型ゼオライトなどの、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が３以下のフォージャサイト型ゼオライトや、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が５以下のＹ型ゼオライトよりも二酸化炭素の吸着力が弱い。そのため、Ｘ型ゼオライト等からの二酸化炭素の脱離と比べ、二酸化炭素の脱離が容易に生じやすい。これにより吸着剤に吸着した二酸化炭素が脱離する圧力が従来よりも高くなり、当該脱離に必要とする消費エネルギーが少なくなる。Ｙ型ゼオライトはＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が５を超え、更には５．２以上であることで、二酸化炭素の吸着力が弱くなりやすい。

吸着剤の二酸化炭素の吸着力は、ある平衡圧力で吸着させた二酸化炭素の吸着量と他の平衡圧力で吸着させた二酸化炭素の吸着量との差をもって確認することができる。すなわち、当該吸着量の差が大きいほど、二酸化炭素の吸着力が弱く、その平衡圧力において吸着剤からの二酸化炭素の脱離が容易となる。反対に、当該吸着量の差が小さいほど、吸着剤の二酸化炭素の吸着力が強くなり、その平衡圧力における二酸化炭素の脱離が困難になる。

本発明の吸着剤は、吸着剤１ｇあたりの水分吸着量（以下、単に「水分吸着量」とする。）が０．３４ｇ以下である。ここで、「吸着剤１ｇあたり」における吸着剤の重量は、Ｙ型ゼオライト及びバインダーなどの合計重量、いわゆる乾燥重量であり、吸着剤に物理吸着した水分を含まない重量ある。本発明の吸着剤は、上記の水分吸着量を有することで、一度吸着した二酸化炭素の脱離が生じやすくなる。これにより、高真空などの極度に低い圧力とすることなく、吸着剤から二酸化炭素が脱離が生じる。その結果として、二酸化炭素の脱離の際に必要とする消費エネルギーが小さくなる。二酸化炭素の脱離がより容易になるため、水分吸着量は０．３２ｇ以下であることが好ましく、０．３０５ｇ以下であることがより好ましい。なお、水分吸着量が大きいほど二酸化炭素の吸着量は大きくなる傾向があるが、二酸化炭素の脱離が生じにくくなる。

本発明の吸着剤の水分吸着量は、乾燥した吸着剤を飽和水蒸気雰囲気下で処理（以下、「水和処理」とする。）し、当該処理後の吸着剤の重量と、水和処理後に熱処理により吸着した水分を除去させた後の吸着剤の重量との差から求めることができる。水和処理として２０〜３０℃、相対湿度８０％以上で１５時間以上処理することを挙げることができ、また、熱処理としては、大気中、７００〜９５０℃で１時間以上処理することが挙げられる。

上記のＹ型ゼオライトを含み、なおかつ、上記の水分吸着量を有していれば、本発明の吸着剤の形状は任意であり、例えば、粉末、造粒体及び成形体の群から選ばれるいずれかの形状で使用することができる。操作性（ハンドリング性）の観点から、本発明の吸着剤は造粒体や成形体とすることが好ましい。また、成形体とすることで吸着剤を充填した場合の圧力損失が小さくなる。これにより、より少ない消費エネルギーで系の圧力を低減させることができ、吸着剤から二酸化炭素の脱離がより容易になる。

本発明の吸着剤が粉末又は造粒体である場合、その平均粒子径は１μｍ以上、１０μｍ以下であることが挙げられる。

本発明の吸着剤が成形体である場合、その形状は、例えば、円柱状、円板状、球状、略球状の群から選ばれるいずれか１種以上であることが挙げられる。

本発明の成形体は、平均直径が０．５ｍｍ以上、更には１．５ｍｍ以上であることが好ましい。平均直径が０．５ｍｍ以上であることで、本発明の吸着剤を充填した際に、充填層の圧力損失が小さくなる。これにより、ＰＳＡ法による加圧・減圧の際に必要となるエネルギーが少なくなる。一方、平均直径は３ｍｍ以下、更には２ｍｍ以下であることが好ましい。平均直径が３ｍｍ以下であることで、充填層単位体積当りの表面積が小さくなる。これにより、より効率よく二酸化炭素と吸着剤とが接触する。

本発明の吸着剤はＹ型ゼオライトからなる吸着剤であってもよいが、Ｙ型ゼオライトとバインダーを含んでいてもよい。バインダーを含むことで本発明の吸着剤が適度な強度を有する。バインダーは焼結性の粘土であればよく、アタパルジャイト、カオリン及びセピオライトの群から選ばれる少なくとも１種以上、更にはアタパルジャイト又はカオリンのいずれか、また更にはアタパルジャイトを挙げることができる。

バインダーの含有量は、吸着剤中のＹ型ゼオライト１００重量部に対するバインダーが５０重量部以下、更には３０重量部以下、更には２０重量部以下であればよい。バインダー量が３０重量部以下であれば、従来のＸ型ゼオライト等を含む吸着剤と同等の二酸化炭素吸着量を示す。

本発明の吸着剤が実用的な強度及び二酸化炭素吸着剤を有するため、バインダーは成形体中のＹ型ゼオライト１００重量部に対するバインダーが１０重量部以上、３０重量部以下であることが好ましい。

シリカ又はアルミナを含むバインダーを含む場合、本発明の吸着剤のＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比はバインダーの含有量の影響を受け、シリカを多く含むバインダーを使用した場合Ｙ型ゼオライトのＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比の値よりも大きくなり、アルミナを多く含むバインダーを使用した場合Ｙ型ゼオライトのＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比の値よりも小さくなる。この場合の本発明の吸着剤のＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比は任意であるが、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比として５を超えること、更には６以上であることが例示できる。

また、本発明の吸着剤はメチルセルロース、更にはカルボキシメチルセルロースなどの造粒助剤を含んでいてもよい。

次に本発明の吸着剤の製造方法について説明する。

本発明の吸着剤は、上記のＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比を有するＹ型ゼオライトを含み、なおかつ、上記の水分吸着量を有していれば任意の方法で得ることができる。好ましい製造方法として、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比が５を超えるＹ型ゼオライトを６００℃以上で熱処理する活性化工程を含む製造方法を挙げることができる。

本発明の吸着剤が含有するＹ型ゼオライトは、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比が５を超えていれば任意の方法により得ることができる。Ｙ型ゼオライトの製造方法として、シリカ源及びアルミナ源を含有する原料組成物を結晶化する結晶化工程を有する製造方法を例示することができる。

シリカ源は、シリカを含む化合物又はその前駆体であり、珪酸ナトリウム、ヒュームドシリカ、シリカゲル、アルミノシリケートゲル及びコロイダルシリカの群から選ばれる少なくとも１種以上、更には珪酸ナトリウムを挙げることができる。

アルミナ源は、アルミナを含む化合物又はその前駆体であり、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、ベーマイト、コロイダルアルミナ、アルミナゲル、アルミノシリケートゲル及びアルミン酸ナトリウムの群から選ばれる少なくとも１種以上、更には硫酸アルミニウムを挙げることができる。

結晶化は、シリカ源及びアルミナ源を含む原料組成物を水熱処理すればよい。水熱処理の条件としては、５０〜１００℃で、１０〜２４０時間処理することが挙げられる。

結晶化工程の後は、適宜、ろ過、洗浄及び乾燥すればよく、得られたＹ型ゼオライトをそのまま粉末状で活性化工程に供してもよく、造粒体として活性化工程に供してもよく、更には成形体として活性化工程に供してもよい。

本発明の吸着剤を造粒体とする場合、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比が５を超えるＹ型ゼオライトを、任意の方法で成形すればよい。成形方法としては、転動造粒、流動層造粒、攪拌造粒、圧縮造粒、押出造粒、破砕造粒、溶融造粒及び噴霧造粒の群から選ばれるいずれかが挙げられる。

本発明の吸着剤を成形体とする場合、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比が５を超えるＹ型ゼオライトとバインダーとを混合して混合物を得る混合工程、及び、当該混合物を成形する成形工程を含む製造方法により、これを成形体とすることが好ましい。

混合工程では、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比が５を超えるＹ型ゼオライトとバインダーとを混合して混合物を得る。

バインダーは焼結性を有する粘土であればよく、アタパルジャイト、カオリン及びセピオライトの群から選ばれる少なくとも１種以上、更にはアタパルジャイト又はカオリンのいずれか、また更にはアタパルジャイトを挙げることができる。

バインダーは、Ｙ型ゼオライト１００重量部に対し、５０重量部以下、更には３０重量部以下、また更に２０重量部以下を混合すればよい。バインダーが１０重量部以上であることで、得られる吸着剤の強度、及び二酸化炭素吸着量が高くなりやすい。

Ｙ型ゼオライトとバインダーは任意の方法で混合することができる。混合においてバインダーとＹ型ゼオライトとがより均一に混合するため、混合物が適度な硬さとなるように水を添加して混合してもよい。

混合工程においては、造粒性を改善するために、Ｙ型ゼオライト及びバインダーに加えて造粒助剤を混合することが好ましい。造粒助剤は混合物の粘度を高くする機能を有する化合物であればよく、メチルセルロースを挙げることができる。特に好ましいメチルセルロースとしてカルボキシメチルセルロースを挙げることができる。

得られた混合物は、成形工程により任意の形状の成形体を得る。混合物の成形方法は任意であるが、例えば、押出し造粒法、攪拌造粒法、及び転動造粒法の群から選ばれるいずれか１種以上を挙げることができる。

本発明の吸着剤は、得られたＹ型ゼオライトを含む粉末、造粒体又は成形体を６００℃以上、好ましくは６５０℃以上で熱処理する活性化工程を経ることにより得ることができる。６００℃以上の熱処理により、吸着剤が実用的な強度及び二酸化炭素の吸着特性を有する。さらに、活性化工程では、Ｙ型ゼオライトの酸点の一部がルイス酸点となることによって、二酸化炭素と吸着剤との親和性が弱くなると考えられる。これが吸着剤から二酸化炭素の脱離を容易にする原因のひとつと考えられる。

熱処理は６００℃以上、更には６５０℃以上で行うことが好ましい。一方、８００℃以下、更には７００℃以下であれば十分な強度を有した吸着剤が得られる。

熱処理の雰囲気は水蒸気濃度の低い雰囲気であればよく、例えば、水蒸気濃度が１体積％以下の乾燥空気雰囲気を挙げることができる。また、熱処理時間は熱処理に供する吸着剤量により異なるが、例えば、１時間以上、５時間以下を挙げることができる。

本発明の吸着剤は二酸化炭素吸着用のゼオライト吸着剤、ＰＳＡ法で使用する二酸化炭素吸着用のゼオライト吸着剤、特に大気圧以下の圧力で吸脱着を行うＰＳＡ法で使用する二酸化炭素吸着用のゼオライト吸着剤として使用することができる。

本発明の吸着剤を使用して二酸化炭素を吸着する処理ガスは、二酸化炭素と少なくとも１種の二酸化炭素より極性の低いガスとを含有するガスであればよい。このようなガスとして二酸化炭素と、窒素、酸素及び希ガスの群から選ばれる少なくとも１種を含むガスなどが挙げられ、より具体的には空気や燃焼排ガスを挙げることができる。

さらに、本発明の吸着剤は、特に高濃度で二酸化炭素を含有するガスからの二酸化炭素の吸着除去に適している。そのため、本発明の吸着剤は、特に１０体積％以上、更には２０体積％以上、また更には３０体積％以上の二酸化炭素を含有するガスからの二酸化炭素の吸着除去に適している。

本発明の吸着剤は、適度な二酸化炭素吸着量を有し、なおかつ、二酸化炭素の吸着力が従来のゼオライト吸着剤よりも弱い。そのため、低圧下における二酸化炭素の吸着量が小さくなり、高圧下における吸着量がより大きくなる。ＰＳＡ法で使用した場合、本発明の吸着剤が吸着できる全二酸化炭素量（以下、「総吸着容量」とする。）に対する、低圧下における二酸化炭素吸着量の割合が少ない。これにより、従来のゼオライト吸着剤と比べ、多大な消費エネルギーを必要としない圧力範囲、例えば、平衡圧力５０〜２５０ｍｍＨｇの圧力範囲で吸脱着できる二酸化炭素量が多くなる。例えば、平衡圧力５０ｍｍＨｇ〜２５０ｍｍＨｇにおけるＰＳＡ法で二酸化炭素を吸着除去した場合、３５ＮｍＬ以上、更には４０ＮｍＬ以上の二酸化炭素を吸着及び脱離することができる。さらに、平衡圧力０ｍｍＨｇ〜７００ｍｍＨｇで二酸化炭素を吸着除去した場合、総吸着量に対する平衡圧力５０ｍｍＨｇ以下の二酸化炭素吸着量の割合が６０％以下、更には５０％以下、また更には４０％以下となる。

二酸化炭素を吸脱着するときの温度は特に限定されないが、吸脱着時の温度は２０〜３００℃、更には２０〜１００℃の任意の温度で行うことができる。本発明の吸着剤はより大気圧に近い圧力下での吸脱着に優れるため、より室温に近い温度、例えば、２０〜４０℃で行うＰＳＡ法であっても多くの二酸化炭素の除去が可能である。

本発明の吸着剤は、ＰＳＡ法に特に適しているが、温度スイング法（ＴＳＡ法）や圧力−温度スイング法（ＰＴＳＡ法）により二酸化炭素を吸着分離する場合においても使用することができる。

本発明により、従来のゼオライト吸着剤と同等な二酸化炭素の吸着量を有し、なおかつ、吸着した二酸化炭素の脱離に必要とする消費エネルギーが従来のゼオライト吸着剤より少ないゼオライト吸着剤を提供することができる。

従来のゼオライト吸着剤より、より高い圧力で二酸化炭素の吸着及び脱離を繰返し行うことができ、より少ない消費エネルギーで二酸化炭素の吸着除去を行うことができる。

本発明の二酸化炭素吸着剤は、大気中の二酸化炭素濃度以上など、より高濃度で二酸化炭素を有するガスからの二酸化炭素の低減、除去に適した二酸化炭素用ゼオライト吸着剤とすることができる。さらに、本発明の二酸化炭素吸着剤はより狭い圧力範囲におけるＰＳＡ法であっても、従来のゼオライト吸着剤より多い二酸化炭素の吸着及び脱離をすることができる。

本発明の二酸化炭素吸着剤により、ガス中の二酸化炭素より効率よく除去することができる。これにより、大量の二酸化炭素を吸着除去する場合に必要とされる除去装置を小さくすることができる。

（化学組成の測定）
試料を硝酸とフッ酸を用いた溶解液に溶解し、測定溶液とした。ＩＣＰ法により、当該測定溶液中のアルミニウム、ケイ素、及びナトリウムの濃度を測定した。測定には、一般的なＩＣＰ発光分析装置（装置名：ｏｐｔｉｍａ３０００、パーキンエルマー社製）を用いた。得られた各イオン濃度より、試料の組成を求めた。

（結晶構造の同定）
一般的なＸ線回折装置（装置名：ＭＸＰ−３、マックサイエンス社製）を用いた。粉末Ｘ線回折（以下、「ＸＲＤ」とする。）測定条件は以下のとおりである。

線源：ＣｕＫα線（λ＝１．５４０５０Å）
出力：４０ＫＶ、３０ｍＡ
ステップ幅：０．０２０°
サンプリング時間：１秒
ＣＯＬＬＥＣＴＩＯＮＯＦＳＩＭＵＬＡＴＥＤＸＲＤＰＯＷＤＥＲＰＡＴＴＥＲＮＳＦＯＲＺＥＯＲＡＩＴＥ，Ｍ．Ｍ．Ｊ．ＴｒｅａｃｙａｎｄＪ．Ｂ．Ｈｉｇｇｉｎｇｓ，ＦｉｆｔｈＲｅｖｉｓｅｄＥｄｉｔｉｏｎ，ＰｕｂｌｉｓｈｅｄｏｎｂｅｈａｌｆｏｆｔｈｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＺｅｏｌｉｔｅＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（２００７）Ｐ１６６〜１６７に記載のＦａｕｊａｓｉｔｅのＸＲＤパターンと得られたＸＲＤパターンとを比較することで、試料の結晶構造を同定した。

（水分吸着量の測定）
測定に先立ち、試料を大気中、６０℃で乾燥した。乾燥した試料を温度２５℃、相対湿度８０％のデシケーター中で１６時間以上放置し、水和処理した。水和処理後の試料の重量（Ｘ_１）を測定した。水和処理後の試料を大気中、９００℃、１時間熱処理し、熱処理後の試料の重量（Ｘ_２）を測定した。Ｘ_１及びＸ_２の値から以下の式により水分吸着量を求めた。

水分吸着量（ｇ）＝｛（Ｘ₁−Ｘ₂）／Ｘ₂｝

（吸着容量の測定）
測定に先立ち、圧力１×１０^−３ｍｍＨｇ以下で３５０℃、２時間、試料を処理し、これを前処理とした。吸着ガスとして二酸化炭素ガスを使用した低容量ガス吸着法により、前処理後の試料について、温度２５℃における吸着等温線を測定した。測定には、一般的なガス吸着装置（装置名：ＢＥＬＳＯＲＰ２８ＳＡ、日本ベル社製）を用い、平衡圧力０ｍｍＨｇから８００ｍｍＨｇの各平衡圧力における二酸化炭素吸着量を測定した。得られた吸着等温線から、各平衡圧力における二酸化炭素吸着量を求めた。

実施例１
純水１８３ｇ、アルミン酸ナトリウム水溶液（Ａｌ_２Ｏ_３＝２０．０重量％、Ｎａ_２Ｏ＝８．６重量％）３０．３ｇ、及びＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が１０の無定形アルミノシリケートゲル３４０ｇを添加、混合しゲル溶液を得た。

次に、純水１２１．１ｇ、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ＝９８重量％）６９．９ｇ、アルミン酸ナトリウム水溶液（Ａｌ_２Ｏ_３＝２０．０重量％、Ｎａ_２Ｏ＝１８．６重量％）４１．０ｇ、及び、珪酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ_２＝２８．９重量％、Ｎａ_２Ｏ＝９．４重量％、Ａｌ_２Ｏ_３＝０．０２重量％）５６８．０ｇを混合し、以下のモル組成からなる混合スラリーを得た。

ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３＝３３．６
Ｎａ_２Ｏ／Ａｌ_２Ｏ_３＝２２．７
Ｈ_２Ｏ／Ｎａ_２Ｏ＝１５．５

ゲル溶液と混合スラリー２４６ｇを混合した後、撹拌下、９２℃で２１時間処理することで結晶化スラリーを得た。得られた結晶化スラリーをろ過、洗浄した後１１０℃で乾燥してゼオライトを得た。

得られたゼオライトは、Ｙ型ゼオライトの単一相であり、そのＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比は５．５であった。

このＹ型ゼオライト粉末１００重量部に対し、アタパルジャイト型粘土（製品名：ミニゲルＭＢ、アクティブミネラルズ社製、）２０重量部、カルボキシメチルセルロース３重量部、及び必要量の水を混練して混合物を得た。得られた混合物の水分量は４１重量％であった。

押し出し成形により、混合物を直径１．５ｍｍのペレット状の成形体とし、これを１００℃で１晩乾燥した。乾燥後、空気流通下、６５０℃で３時間焼成して本実施例の吸着剤とした。

本実施例の吸着剤のＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比は６．４及び水分吸着量は０．３０４ｇであった。また、乾燥時の吸着剤の組成はＳｉＯ_２が６７重量％、Ａｌ_２Ｏ_３が１８重量％、及びＮａ_２Ｏが１１重量％であった。

本実施例の吸着剤の吸着特性を測定した。結果を表１に示した。

比較例１
既存の二酸化炭素吸着分離剤として、バインダレスＮａＸ型ゼオライト成型体（商品名：Ｆ−９ＨＡ、東ソー株式会社製）を本比較例の吸着剤とした。

本比較例の吸着剤のＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比は２．８、及び水分吸着量は０．３４５ｇであった。また、乾燥時の吸着剤の組成はＳｉＯ_２が４９重量％、Ａｌ_２Ｏ_３が２９重量％、及びＮａ_２Ｏが１８重量％であった。

本比較例の吸着剤の吸着特性を測定した。結果を表１に示した。

実施例１の平衡圧力０〜７００ｍｍＨｇにおける吸着量（以下、「Ｖ_７００」とする。）は１０３ＮｍＬ、及び、平衡圧力０〜５０ｍｍＨｇにおける吸着量（以下、「Ｖ_５０」とする。）は３２ＮｍＬであり、Ｖ_7００に対するＶ_５０は３２％未満であった。これより、本発明の吸着剤は、平衡圧力５０ｍｍＨｇ以上の圧力で総吸着容量の６８％以上の二酸化炭素が吸着及び脱離するできることが分かった。一方、比較例１のＶ_７００及びＶ_５０は、それぞれ１３１ＮｍＬ及び８０ｍｍＨｇであり、Ｖ_８００に対するＶ_５０は６１％以上であった。これより、比較例の吸着剤は、平衡圧力５０ｍｍＨｇ以上の圧力で総吸着容量の３９％未満の二酸化炭素が吸着及び脱離することが分かった。

さらに、平衡圧力５０〜２５０ｍｍＨｇにおける吸着量は実施例１が４５ＮｍＬであるのに対し、比較例１では３４ＮｍＬであり、実施例１の吸着剤は当該圧力における吸着量が比較例１の吸着量の１．３倍を超えていた。また、実施例１の平衡圧力２５０〜７００ｍｍＨｇにおける吸着量が２６ＮｍＬ及び、平衡圧力２５０〜４００ｍｍＨｇにおける吸着量は実施例１が１３ＮｍＬであった。これに対し、比較例１では、それぞれ１７ＮｍＬ、及び、８ＮｍＬであり、実施例１の吸着剤は、より大気圧に近い圧力下での吸着量が多くなることが確認された。これらの結果より、実施例１の吸着剤は、より高い圧力における二酸化炭素の吸着量が多いことが確認できた。

本発明の二酸化炭素吸着剤は、二酸化炭素の吸着分離に使用されるゼオライト吸着剤として使用することができる。特に、固定発生源から排出される燃焼排ガスのような排気ガスなど、高濃度で二酸化炭素を含むガスからの、二酸化炭素の吸着分離に適したゼオライト吸着剤とすることができる。

Claims

Ｙ型ゼオライトを含有する二酸化炭素吸着剤であって、前記二酸化炭素吸着剤１ｇあたりの水分吸着量が０．３４ｇ以下であり、なおかつ、前記Ｙ型ゼオライトのアルミナに対するシリカのモル比が５を超えることを特徴とする二酸化炭素吸着剤。
バインダーを含むことを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素吸着剤。
Ｙ型ゼオライト１００重量部に対するバインダー重量が３０重量部以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の二酸化炭素吸着剤。
前記二酸化炭素吸着剤が成形体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の二酸化炭素吸着剤。
ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比が５を超えるＹ型ゼオライトを６００℃以上で熱処理する活性化工程を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の二酸化炭素吸着剤の製造方法。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の二酸化炭素吸着剤を使用することを特徴とする二酸化炭素の吸着方法。