JP2015116532A - Raw material composition for producing carbon dioxide separation/recovery composition, and carbon dioxide separation/recovery composition produced from the raw material composition - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a raw material composition for producing a COseparation/recovery composition which reduces an amount of a structure regulating agent to be used, provides inexpensive and high-quality pure silica zeolite, uses the pure silica zeolite, has a small steam adsorption amount, and has excellent COseparation/recovery performance, and to provide a COseparation/recovery composition which is produced from the raw material composition and is industrially advantageous.SOLUTION: There is provided a raw material composition for producing a COseparation/recovery composition containing silica, organic hydroxylated amine, water and hydrofluoric acid which has a content of organic hydroxylated amine of 7-40 pts.mol and a content of water of 50-200 pts.mol with respect to 100 pts.mol of silica. There is also provided a carbon dioxide separation/recovery composition produced by heating the raw material composition.

Description

本発明は、優れた撥水性と、炭酸ガス分離回収能を維持しつつ、製造コストが低い炭酸ガス分離回収組成物製造を可能にする原料組成物、並びに該原料組成物を用いて製造される工業的に有利な炭酸ガス分離回収組成物を提供する。   The present invention is produced using a raw material composition that enables production of a carbon dioxide gas separation and recovery composition having a low production cost while maintaining excellent water repellency and carbon dioxide separation and recovery ability, and the raw material composition. An industrially advantageous carbon dioxide separation and recovery composition is provided.

炭酸ガス(以下、CO2と略称する)は、生物の呼気をはじめ、燃焼廃棄物、あるいは火力発電所、製鉄プラント及びセメントプラント、天然ガス回収プラント等から発生する排気ガス中に多量に含まれ、現在、CO2に起因する地球の温室効果が問題視されている。
そのため、種々のCO2吸着剤を用いた排ガスの処理方法が提案されており、ゼオライト系吸着剤を用いて、物理吸着による加圧吸着−減圧脱着を利用して、例えばCO2含有排気ガスからCO2を吸着除去する排ガスの処理方法が提案されている。
Carbon dioxide (hereinafter abbreviated as CO 2 ) is contained in large amounts in the exhaled gas of living organisms, combustion waste, or exhaust gas generated from thermal power plants, iron and cement plants, natural gas recovery plants, etc. Currently, the global greenhouse effect caused by CO 2 is regarded as a problem.
Therefore, a method for treating exhaust gas using various CO 2 adsorbents has been proposed. For example, from a CO 2 -containing exhaust gas using a zeolite-based adsorbent and utilizing pressure adsorption-desorption under reduced pressure by physical adsorption. An exhaust gas treatment method for adsorbing and removing CO 2 has been proposed.

ゼオライトは、その多くが、アルカリ又はアルカリ土類金属のアルミノケイ酸塩からなり、SiO4およびAlO4の正四面体が酸素を共有して結合した三次元網状構造を基本的骨格構造としており、多数の形態の結晶構造が知られ、ANA、CHA、ERI、GIS、KFI、LTAといった結晶構造が異なる数多くの型(種類)が存在する。このようなゼオライトは、それぞれ固有の細孔構造、細孔径、表面電場、イオン交換能、吸着特性、固体酸性度などの特性を持っており、これらの特性から乾燥剤、吸着剤、分子ふるい、吸着分離、イオン交換剤、触媒、肥料添加剤、土壌改質改良剤、充填剤など極めて工業的に利用範囲が広く、産業上有用な材料のひとつである。 Most of zeolites are composed of aluminosilicates of alkali or alkaline earth metals, and the basic framework structure is a three-dimensional network structure in which SiO 4 and AlO 4 tetrahedrons share oxygen and share them. There are many types (types) having different crystal structures such as ANA, CHA, ERI, GIS, KFI, and LTA. Each of these zeolites has its own unique pore structure, pore diameter, surface electric field, ion exchange capacity, adsorption characteristics, solid acidity, etc. From these characteristics, desiccants, adsorbents, molecular sieves, Adsorption separation, ion exchange agent, catalyst, fertilizer additive, soil modification improver, filler, etc. are extremely industrially useful and one of industrially useful materials.

中でもCHA型ゼオライト(チャバサイト型ゼオライト)は、その細孔径と骨格密度が小さいことから、二酸化炭素(CO)やメタン(CH4)、メタノール(CH3OH)のような比較的小さい軽質炭化水素分子を選択的に高圧条件においても吸着することが可能であるため、これらの分子を選択的に分離し得るガス分離膜や吸着剤等としての用途が期待されている。 Among them, CHA-type zeolite (chabasite-type zeolite) has relatively small light carbonization such as carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4 ), and methanol (CH 3 OH) because of its small pore size and skeleton density. Since hydrogen molecules can be selectively adsorbed even under high-pressure conditions, they are expected to be used as gas separation membranes or adsorbents that can selectively separate these molecules.

しかし、多用されているゼオライト系吸着剤は、水分に対する吸着能が著しく大きいため、CO2を含有する排ガス中に水分が共存する場合には、水分の吸着によりCO2に対する吸着能が著しく損なわれ、CO2吸着量が著しく低下する。したがって、水分に対する吸着能が少なく、CO2吸着能に優れたゼオライト系吸着剤の出現が望まれた。 However, zeolite-based adsorbent is often used, because it significantly higher adsorption capacity for water, when water coexists in the exhaust gas containing CO 2, the adsorption capacity for CO 2 is significantly impaired by adsorption of moisture , CO 2 adsorption amount is significantly reduced. Therefore, the advent of a zeolitic adsorbent with low moisture adsorption ability and excellent CO 2 adsorption ability has been desired.

一方、ゼオライトの化学的・物理的性質を改変するために、主たる成分がシリカのみからなりアルミニウム成分を含まないピュアシリカゼオライトの合成が試みられている。ピュアシリカゼオライトは、例えば、結晶構造を形成させるための鋳型となる物質(構造規定剤と称される)と、ケイ素源と他の所定成分とを水の存在下に加熱加圧処理して得られ、アルミノケイ酸塩からなる通常のゼオライトがもつ親水性が失われるので疎水性が強くなり、その結果、耐熱、耐酸性に優れるといった特徴を有する。そのため、ピュアシリカゼオライトは燃焼排ガス等の水蒸気を多く含む気体からの二酸化炭素吸着分離や、触媒機能付与等、用途の拡大が見込まれ、将来的な工業的有用性が期待されている。   On the other hand, in order to modify the chemical / physical properties of zeolite, synthesis of pure silica zeolite which is mainly composed of silica and does not contain an aluminum component has been attempted. Pure silica zeolite is obtained, for example, by heating and pressurizing a substance (referred to as a structure-directing agent) serving as a template for forming a crystal structure, a silicon source, and other predetermined components in the presence of water. In addition, since the hydrophilicity of ordinary zeolite made of aluminosilicate is lost, the hydrophobicity becomes strong, and as a result, it has the characteristics of excellent heat resistance and acid resistance. Therefore, pure silica zeolite is expected to expand in applications such as carbon dioxide adsorption separation from gas containing a large amount of water vapor, such as combustion exhaust gas, and addition of a catalyst function, and future industrial usefulness is expected.

例えば、特許文献1および非特許文献1には、工業的に有利なCHA型ピュアシリカゼオライトの製造方法が開示されている。しかしながら、この方法では、高価な前記構造規定剤等を多量に使用することが必須とされ、さらなるコスト削減を可能とする工業的に有利な製造方法の出現が望まれていた。また、特許文献2には前記構造規定剤の使用量の少ないCHA型ゼオライトの製造方法が開示されているが、原料として結晶化剤としても作用する酸化アルミニウムを加えるため、CHA型ゼオライト骨格中にアルミニウムが取り込まれた結晶性のアルミナシリケートとしてのCHA型ゼオライトしか得ることができない。これは、水熱合成条件下で溶解したアルミニウムイオンがゼオライト結晶形成を促進する結晶化剤として作用するためであり、アルミニウムの使用量が多ければ有機構造規定剤の使用量を削減できるが、その分ゼオライト骨格中にアルミニウムの含有量が多くなってしまう。したがって、アルミニウムを含有しないピュアシリカゼオライトの製造方法に関しては、結晶化剤となる有機構造規定剤を大量に使用する必要があった。また、非特許文献1では原料組成物にフッ化水素酸を添加する前の組成物の水分量をHO/SiO=3.0としているが、これ以上水分量を少なくすると、原料組成物が均一な組成のゲル状態を保つことができず、乾燥した粉末状となってしまうため、その後の加熱処理がうまく行われずピュアシリカゼオライトが得られていなかった。
また、特許文献3には、CO2を含有する高圧ガスをCHA型又はSTT型のピュアシリカゼオライトで処理すると、従来のゼオライトと比較してCO2分離量が向上することが記載されている。しかしながら、この方法においても、高価な前記構造規定剤を多量に使用する必要があった。
For example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 disclose industrially advantageous methods for producing CHA-type pure silica zeolite. However, in this method, it is essential to use a large amount of the expensive structure-directing agent and the like, and the advent of an industrially advantageous production method capable of further cost reduction has been desired. Further, Patent Document 2 discloses a method for producing a CHA-type zeolite that uses a small amount of the structure-directing agent. However, since aluminum oxide that also acts as a crystallization agent is added as a raw material, Only a CHA-type zeolite as a crystalline alumina silicate incorporating aluminum can be obtained. This is because aluminum ions dissolved under hydrothermal synthesis conditions act as a crystallization agent that promotes zeolite crystal formation. If the amount of aluminum used is large, the amount of organic structure directing agent used can be reduced. The content of aluminum in the minute zeolite framework increases. Therefore, regarding the method for producing pure silica zeolite containing no aluminum, it is necessary to use a large amount of an organic structure-directing agent as a crystallization agent. In Non-Patent Document 1, the water content of the composition before adding hydrofluoric acid to the raw material composition is H 2 O / SiO 2 = 3.0, but if the water content is further reduced, the raw material composition Since the product could not maintain a gel state with a uniform composition and became a dry powder, the subsequent heat treatment was not performed well, and pure silica zeolite was not obtained.
Patent Document 3 describes that when a high-pressure gas containing CO 2 is treated with CHA-type or STT-type pure silica zeolite, the amount of CO 2 separation is improved as compared with conventional zeolite. However, even in this method, it is necessary to use a large amount of the expensive structure-directing agent.

特開2009−114007号公報JP 2009-114007 A 国際公開第2010/098473号International Publication No. 2010/098473 特許第5186410号Patent No. 5186410

M.J.Diaz-Cabanas, P.A.Barrett, M.A.Camblor, Chemical Communications, Royal Society of Chemistry, 1881 (1998)M.J.Diaz-Cabanas, P.A.Barrett, M.A. Camblor, Chemical Communications, Royal Society of Chemistry, 1881 (1998)

本発明は、上記現状に鑑み、原料である構造規定剤(例えば、水酸化有機アミン)の使用量を削減し、低コストかつ高品質なピュアシリカゼオライトを提供し、該ピュアシリカゼオライトを使用した、水蒸気吸着量が少なく、優れたCO2分離回収能を有する、CO2分離回収組成物を製造するための原料組成物、並びに該原料組成物から製造される工業的に有利なCO2分離回収組成物を提供することを課題とする。 In view of the above-mentioned present situation, the present invention provides a pure silica zeolite with a low cost and a high quality by reducing the amount of a structure directing agent (for example, a hydroxylated organic amine) that is a raw material, and using the pure silica zeolite. A raw material composition for producing a CO 2 separation and recovery composition having a small amount of water vapor adsorption and having an excellent CO 2 separation and recovery ability, and an industrially advantageous CO 2 separation and recovery produced from the raw material composition It is an object to provide a composition.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、驚くべきことに、ピュアシリカゼオライトの原料組成物中の水の含有量を、従来技術とは異なる特定の範囲に設定することで、ピュアシリカゼオライトの原料組成物中の水酸化有機アミンの含有量を著しく削減することができ、該ピュアシリカゼオライトは水蒸気吸着量が少なく優れたCO2分離回収能を有することを見出し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。 As a result of intensive research to solve the above problems, the present inventors have surprisingly set the water content in the raw composition of the pure silica zeolite within a specific range different from that of the prior art. Thus, the content of the hydroxylated organic amine in the raw composition of the pure silica zeolite can be remarkably reduced, and the pure silica zeolite has a low water vapor adsorption amount and has an excellent CO 2 separation and recovery ability. The present invention was completed through further studies.

即ち、本発明は、以下のCO2分離回収組成物等に関する。
[1]シリカ、水酸化有機アミン、水およびフッ化水素酸を含有する炭酸ガス分離回収組成物製造のための原料組成物において、シリカ100モル部に対して水酸化有機アミンの含有量が7〜40モル部であり、水の含有量が50〜200モル部であることを特徴とする炭酸ガス分離回収組成物製造のための原料組成物。
[2]フッ化水素酸/水酸化有機アミンのモル比が、0.5〜1.5であることを特徴とする前記[1]に記載の炭酸ガス分離回収組成物製造のための原料組成物。
[3] 前記[1]に記載の原料組成物を加熱処理工程に付して製造される炭酸ガス分離回収組成物。
[4]炭酸ガス分離回収組成物の水蒸気吸着量が3mol/kg未満であり炭酸ガス分離回収量が2.5mol/kg以上である前記[3]記載の組成物。
[5]炭酸ガス分離回収組成物がピュアシリカゼオライトを含む前記[1]〜[4]のいずれかに記載の組成物。
[6]ピュアシリカゼオライトがCHA型である前記[5]記載の組成物。
[7]水酸化有機アミンが水酸化N,N,N−トリメチルー1−アダマンタンアミンである前記[1]〜[6]のいずれかに記載の組成物。
[8]シリカの供給源として、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、オルトケイ酸テトラエチル及びオルトケイ酸テトラプロピルからなる群から選ばれる1または2以上を使用する前記[1]〜[7]のいずれかに記載の組成物。
[9]加熱処理工程が、前記[1]に記載の原料組成物を、130℃〜200℃で12〜30時間加熱することを特徴とする前記[2]〜[8]のいずれかに記載の組成物。
[10]シリカ、水酸化有機アミン、水およびフッ化水素酸を含有する原料組成物から炭酸ガス分離回収組成物を製造する製造方法であって、
前記シリカ100モル部に対し、前記水酸化有機アミンの含有量が7〜40モル部であり、前記水の含有量が50〜200モル部である原料組成物を調製する工程と、
前記原料組成物を加熱処理する工程とを含むことを特徴とする炭酸ガス分離回収組成物の製造方法。
[11]フッ化水素酸/水酸化有機アミンのモル比が、0.5〜1.5であることを特徴とする前記[10]に記載の炭酸ガス分離回収組成物の製造方法。
That is, the present invention relates to the following CO 2 separation and recovery composition and the like.
[1] In the raw material composition for producing a carbon dioxide gas separation and recovery composition containing silica, a hydroxylated organic amine, water and hydrofluoric acid, the content of the hydroxylated organic amine is 7 with respect to 100 mol parts of silica. A raw material composition for producing a carbon dioxide separation and recovery composition, characterized in that it is -40 mol parts and the water content is 50-200 mol parts.
[2] The raw material composition for producing the carbon dioxide separation and recovery composition according to [1] above, wherein the molar ratio of hydrofluoric acid / hydroxylated organic amine is 0.5 to 1.5 object.
[3] A carbon dioxide separation and recovery composition produced by subjecting the raw material composition according to [1] to a heat treatment step.
[4] The composition according to [3], wherein the water vapor adsorption amount of the carbon dioxide separation and recovery composition is less than 3 mol / kg, and the carbon dioxide separation and recovery amount is 2.5 mol / kg or more.
[5] The composition according to any one of [1] to [4], wherein the carbon dioxide gas separation and recovery composition contains pure silica zeolite.
[6] The composition according to the above [5], wherein the pure silica zeolite is a CHA type.
[7] The composition according to any one of [1] to [6], wherein the hydroxylated organic amine is N, N, N-trimethyl-1-adamantanamine hydroxide.
[8] As described in any one of [1] to [7] above, wherein one or more selected from the group consisting of colloidal silica, fumed silica, tetraethyl orthosilicate, and tetrapropyl orthosilicate is used as a silica source. Composition.
[9] The heat treatment step of heating the raw material composition according to the above [1] at 130 ° C. to 200 ° C. for 12 to 30 hours, according to any one of the above [2] to [8] Composition.
[10] A production method for producing a carbon dioxide separation and recovery composition from a raw material composition containing silica, a hydroxylated organic amine, water and hydrofluoric acid,
A step of preparing a raw material composition in which the content of the hydroxylated organic amine is 7 to 40 mol parts and the water content is 50 to 200 mol parts with respect to 100 mol parts of the silica;
And a step of heat-treating the raw material composition. A method for producing a carbon dioxide separation and recovery composition.
[11] The method for producing a carbon dioxide gas separation and recovery composition as described in [10] above, wherein the molar ratio of hydrofluoric acid / hydroxylated organic amine is 0.5 to 1.5.

本発明によれば、従来のCO2分離回収剤に比べて、原料である構造規定剤(水酸化有機アミン)の使用量が少ないため、低コストでCO2を分離回収することができる。それに伴い、同時に使用するフッ化水素酸の使用量も抑制することができ、低コストを更に達成できる。また、本発明のCO2分離回収組成物は、水蒸気吸着量が少ないため、CO2を吸着する際の水分の影響を受けにくく、従来の優れたCO2分離回収剤の水蒸気撥水性、CO2吸着量、CO2分離回収量を損なうことなく、効率良くCO2を分離回収することができる。すなわち、本発明によるCO2分離回収組成物の水蒸気吸着量は、CHA型の場合、3mol/kg未満、好ましくは、2.5mol/kg未満、さらに好ましくは2mol/kg未満に達することができ、CO2分離回収量は、2.5mol/kg以上に達することができる。(特許第5186410号には、CHA型の水蒸気吸着量が、3.5mol/kgの記載がある。) According to the present invention, since the amount of the structure directing agent (hydroxylated organic amine) used as a raw material is less than that of a conventional CO 2 separation and recovery agent, CO 2 can be separated and recovered at a low cost. Accordingly, the amount of hydrofluoric acid used at the same time can be suppressed, thereby further reducing the cost. In addition, since the CO 2 separation and recovery composition of the present invention has a small amount of water vapor adsorption, it is hardly affected by moisture when adsorbing CO 2, and the water vapor repellency of conventional excellent CO 2 separation and recovery agents, CO 2 adsorption without compromising CO 2 separation recovery amount, efficiently CO 2 can be separated and recovered. That is, the water vapor adsorption amount of the CO 2 separation and recovery composition according to the present invention can reach less than 3 mol / kg, preferably less than 2.5 mol / kg, more preferably less than 2 mol / kg in the case of the CHA type. The CO 2 separation and recovery amount can reach 2.5 mol / kg or more. (Patent No. 5186410 describes that the CHA-type water vapor adsorption amount is 3.5 mol / kg.)

実施例1のピュアシリカゼオライト結晶の組織構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。2 is a scanning electron micrograph showing the structure of the pure silica zeolite crystal of Example 1. FIG. 実施例1の粉末X線回析チャートである。2 is a powder X-ray diffraction chart of Example 1. FIG. 実施例5のピュアシリカゼオライト結晶の組織構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。6 is a scanning electron micrograph showing the structure of the pure silica zeolite crystal of Example 5. FIG. 実施例5の粉末X線回析チャートである。6 is a powder X-ray diffraction chart of Example 5. FIG. 比較例1のピュアシリカゼオライト結晶の組織構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。3 is a scanning electron micrograph showing the structure of a pure silica zeolite crystal of Comparative Example 1. FIG. 比較例1の粉末X線回析チャートである。2 is a powder X-ray diffraction chart of Comparative Example 1. 比較例2のピュアシリカゼオライト結晶の組織構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。3 is a scanning electron micrograph showing the structure of a pure silica zeolite crystal of Comparative Example 2. FIG. 比較例2の粉末X線回析チャートである。6 is a powder X-ray diffraction chart of Comparative Example 2. 比較例3のピュアシリカゼオライト結晶の組織構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。4 is a scanning electron micrograph showing the structure of a pure silica zeolite crystal of Comparative Example 3. 比較例3の粉末X線回析チャートである。6 is a powder X-ray diffraction chart of Comparative Example 3.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のCO2分離回収組成物によって工業的に処理されるCO含有ガスは、特に限定されず、例えば、IGCC(ガス化複合発電)設備から発生するガス、採掘天然ガス等によって例示されるが、常圧排ガスを昇圧したガス等も含め、大気圧を超える、CO2を含有するガスであれば好ましい。前記CO含有ガスは、水蒸気、CO以外にN、CH等を含んでいてもよい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The CO 2 -containing gas that is industrially processed by the CO 2 separation and recovery composition of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include gas generated from an IGCC (gasification combined power generation) facility, mined natural gas, and the like. However, it is preferable if it is a gas containing CO 2 that exceeds atmospheric pressure, including a gas obtained by boosting atmospheric pressure exhaust gas. The CO 2 -containing gas may contain N 2 , CH 4 or the like in addition to water vapor and CO 2 .

本発明のCO2分離回収組成物製造のための原料組成物は、シリカ、水酸化有機アミン、水及びフッ化水素酸を含有する。
本発明に使用されるシリカとして、二酸化ケイ素又は二酸化ケイ素の水和物等が挙げられる。
前記原料組成物に含有されるシリカの供給源としては、特に限定されないが、例えば、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、オルトケイ酸テトラエチル、オルトケイ酸テトラメチル及びオルトケイ酸テトラプロピル等が好ましく挙げられる。これらは単独で使用してもよく、又は2種以上を使用してもよい。
The raw material composition for producing the CO 2 separation and recovery composition of the present invention contains silica, a hydroxylated organic amine, water and hydrofluoric acid.
Examples of the silica used in the present invention include silicon dioxide or silicon dioxide hydrate.
Although it does not specifically limit as a supply source of the silica contained in the said raw material composition, For example, colloidal silica, fumed silica, tetraethyl orthosilicate, tetramethyl orthosilicate, orthopropyl orthosilicate, etc. are mentioned preferably. These may be used alone or in combination of two or more.

特に、シリカの供給源として、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ等を用いた場合、製造工程において加水分解が不要であり、また、製造されたゼオライトの水蒸気吸着量及び格子欠陥率が大幅に低減されるため好ましい。前記原料組成物に含有されるシリカは、前記原料組成物の調製上、微粉末状であることが好ましい。そのため、生産・入手の安定性の面から、非晶質のシリカが好ましく用いられる。   In particular, when colloidal silica, fumed silica or the like is used as a silica supply source, hydrolysis is not required in the production process, and the water vapor adsorption amount and lattice defect rate of the produced zeolite are greatly reduced. Therefore, it is preferable. The silica contained in the raw material composition is preferably in the form of a fine powder for the preparation of the raw material composition. For this reason, amorphous silica is preferably used from the standpoint of production and availability stability.

前記オルトケイ酸テトラエチル、オルトケイ酸テトラメチル及びオルトケイ酸テトラプロピル等、加水分解によりシリカを生成しうるアルコキシドをシリカ源として本発明の原料組成物を調製した場合でも大幅に水酸化有機アミンの使用量を削減でき、本発明のCO2分離回収組成物製造のための原料組成物を得ることが出来る。 Even when the raw material composition of the present invention is prepared using an alkoxide capable of producing silica by hydrolysis, such as tetraethyl orthosilicate, tetramethyl orthosilicate and tetrapropyl orthosilicate, the amount of the hydroxylated organic amine used is greatly reduced. The raw material composition for producing the CO 2 separation and recovery composition of the present invention can be obtained.

前記原料組成物の具体的な調製に当たり、シリカの供給源としては、最初から水を含有しているコロイド状シリカゾル(以下、コロイダルシリカともいう。)を用いても良い。該コロイド状シリカゾルとしては、市販品を用いてもよく、市販品の水分を適宜調整して用いてもよい。また、微粉末状シリカ(例えば、非晶質であるヒュームドシリカ、粒径約2〜500nm)を直接、水酸化有機アミン粉末とフッ化水素酸とを混合した後に水と混合して用いてもよく、先に水に分散してコロイド状シリカゾルとして用いてもよい。ここに、コロイド状シリカゾルとはシリカが水に分散されてゾルを形成しているものをいう。コロイド状シリカゾルの市販品は安価で、本発明においては取扱いに便利であり、好ましい。   In the specific preparation of the raw material composition, a colloidal silica sol containing water from the beginning (hereinafter also referred to as colloidal silica) may be used as a silica supply source. As the colloidal silica sol, a commercially available product may be used, or the water content of the commercially available product may be appropriately adjusted and used. In addition, fine powdered silica (for example, fumed silica that is amorphous, particle size of about 2 to 500 nm) is directly mixed with a hydroxylated organic amine powder and hydrofluoric acid and then mixed with water. Alternatively, it may be previously dispersed in water and used as a colloidal silica sol. Here, the colloidal silica sol is one in which silica is dispersed in water to form a sol. A commercial product of colloidal silica sol is preferable because it is inexpensive and convenient in the present invention.

また、前記オルトケイ酸テトラエチル、オルトケイ酸テトラメチル及びオルトケイ酸テトラプロピル等をシリカ源として用いる場合は、例えば、水酸化有機アミンの存在下、室温で撹拌することにより、反応器内で該シリカ源を加水分解しシリカを遊離して用いることができる。また、加水分解の副生成物として生成したアルコールは、その後の濃縮処理工程で除くことができる。従って、特別に複雑な処理を行うことなく前記シリカ源を本発明に適用することが可能である。   Further, when using tetraethyl orthosilicate, tetramethyl orthosilicate, tetrapropyl orthosilicate, etc. as a silica source, for example, by stirring at room temperature in the presence of a hydroxylated organic amine, the silica source is It can be used by hydrolyzing and freeing silica. Moreover, the alcohol produced | generated as a by-product of a hydrolysis can be remove | eliminated by a subsequent concentration process process. Therefore, it is possible to apply the silica source to the present invention without performing a particularly complicated treatment.

前記原料組成物に含有される水酸化有機アミンは、ピュアシリカゼオライトの合成における構造規定剤、即ち、ピュアシリカゼオライトの結晶構造を形成させるための鋳型を構成することができるものであれば、特に限定されない。水酸化有機アミンは、例えば、水酸化N,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアミン、二水酸化ヘキサメトニウム、等が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、又は2種以上使用してもよい。また、水酸化有機アミンは、好ましくは、水酸化N,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアミン、二水酸化ヘキサメトニウム等である。水酸化有機アミンは、粉末で用いても良く、水溶液として用いても良いが、使用量の調節が容易である等の点からは、水溶液として用いることが好ましい。   The hydroxylated organic amine contained in the raw material composition is a structure-directing agent in the synthesis of pure silica zeolite, that is, if it can constitute a template for forming the crystal structure of pure silica zeolite. It is not limited. Examples of the hydroxylated organic amine include N, N, N-trimethyl-1-adamantanamine hydroxide, hexamethonium dihydroxide, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. The hydroxylated organic amine is preferably N, N, N-trimethyl-1-adamantanamine hydroxide, hexamethonium dihydroxide or the like. The hydroxylated organic amine may be used as a powder or as an aqueous solution, but it is preferably used as an aqueous solution from the viewpoint of easy adjustment of the amount used.

前記原料組成物に含有される前記水酸化有機アミンの含有量は、前記コロイダルシリカに含有されるシリカ(SiO)100モル部に対し、約7〜40モル部であり、好ましくは、約10〜25モル部である。また、前記原料組成物に含有される水の含有量は、前記コロイダルシリカに含有されるシリカ(SiO)100モル部に対し、約50〜200モル部であり、好ましくは、約100〜160モル部である。前記水酸化有機アミンの含有量が約50モル部を超えると、ピュアシリカゼオライトの形成はできるが、水蒸気吸着量やCO分離回収量という性能に関する面で、安定したものが出来にくくなり、約7モル部を下回ると、構造規定剤としての水酸化有機アミンが不足してピュアシリカゼオライトを形成させることができなくなり、或いは、ピュアシリカゼオライトの収率が非常に低くなるため好ましくない。 The content of the hydroxylated organic amine contained in the raw material composition is about 7 to 40 mole parts, preferably about 10 parts per 100 mole parts of silica (SiO 2 ) contained in the colloidal silica. ~ 25 mol parts. The content of water contained in the raw material composition is about 50 to 200 mol parts, preferably about 100 to 160 mol, with respect to 100 mol parts of silica (SiO 2 ) contained in the colloidal silica. The mole part. When the content of the hydroxylated organic amine exceeds about 50 mole parts, pure silica zeolite can be formed, but in terms of performance such as water vapor adsorption amount and CO 2 separation and recovery amount, it becomes difficult to make a stable one, When the amount is less than 7 parts by mole, the hydroxylated organic amine as a structure-directing agent is insufficient, so that pure silica zeolite cannot be formed, or the yield of pure silica zeolite becomes very low, which is not preferable.

一方、水がシリカ100部に対して200モル部を超えると、原料組成物中のシリカ(SiO)濃度が薄すぎるために、ピュアシリカゼオライトが生成する速度が遅くなり、ピュアシリカゼオライトの収率が非常に低くなるため好ましくない。さらに、シリカの量に対して水の量が増加すると、ピュアシリカゼオライトの結晶化が起こらなくなる。一方、水がシリカ100部に対して50モル部未満になると、原料組成物中のシリカ濃度が高すぎるために、反応容器中がその後の加熱処理に適した条件とならず、結晶化しない未反応のシリカ成分が大量に残存し、ピュアシリカゼオライトの収率が非常に低くなるため好ましくない。さらに、シリカの量に対して水の量が減少すると、ピュアシリカゼオライトの結晶化が起こらなくなる。 On the other hand, when the amount of water exceeds 200 parts by mole with respect to 100 parts of silica, the silica (SiO 2 ) concentration in the raw material composition is too thin, so that the rate at which pure silica zeolite is generated becomes slow, and the purity of pure silica zeolite is reduced. Since the rate becomes very low, it is not preferable. Furthermore, when the amount of water increases relative to the amount of silica, crystallization of pure silica zeolite does not occur. On the other hand, when the water is less than 50 parts by mole with respect to 100 parts of silica, the silica concentration in the raw material composition is too high, so that the reaction vessel does not have conditions suitable for the subsequent heat treatment and does not crystallize. A large amount of the silica component of the reaction remains, and the yield of pure silica zeolite becomes very low. Furthermore, if the amount of water is reduced relative to the amount of silica, crystallization of pure silica zeolite will not occur.

前記原料組成物に含有される水は、原料としてコロイド状シリカゾルを用いる場合、該シリカゾルに含有される水を供給源としてもよい。また、低濃度のフッ化水素酸を使用する場合、該フッ化水素酸に含有される水を供給源としてもよい。コロイド状シリカゾル及び/又はフッ化水素酸に含有される水を、前記原料組成物に含有される水の供給源とし、他に別途の水を加えずに、前記原料組成物を調製してもよい。前記原料組成物中の水の含有量は、シリカ源、水酸化有機アミン及びフッ化水素酸の混合過程で調節してもよく、混合後、蒸発及び/又は添加により調節してもよい。   When the colloidal silica sol is used as the raw material, the water contained in the raw material composition may be supplied from the water contained in the silica sol. Moreover, when using low concentration hydrofluoric acid, it is good also considering the water contained in this hydrofluoric acid as a supply source. The water contained in the colloidal silica sol and / or hydrofluoric acid is used as the supply source of the water contained in the raw material composition, and the raw material composition can be prepared without adding additional water. Good. The water content in the raw material composition may be adjusted in the course of mixing the silica source, the hydroxylated organic amine, and hydrofluoric acid, or may be adjusted by evaporation and / or addition after mixing.

前記原料組成物に含有されるフッ化水素酸は、市販されている化合物を使用することができるし、それをさらに任意の方法で精製して使っても良い。フッ化水素酸は、例えば、和光純薬株式会社製のものが挙げられる。
前記フッ化水素酸の使用量は、特に限定されないが、通常、フッ化水素酸/水酸化有機アミンのモル比が、0.5〜1.5であり、最も好ましくは、1〜1.25である。
As the hydrofluoric acid contained in the raw material composition, a commercially available compound can be used, and it may be further purified by any method. Examples of hydrofluoric acid include those manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
The amount of hydrofluoric acid used is not particularly limited, but usually the molar ratio of hydrofluoric acid / hydroxylated organic amine is 0.5 to 1.5, most preferably 1 to 1.25. It is.

水酸化有機アミンは、強アルカリ性であるが、ピュアシリカゼオライトを形成させるためには、前記原料組成物に後述する加熱処理を施す際のpHは、中性付近が好ましい。フッ化水素酸は前記pHの調整のため、及び、形成される結晶構造の特性改善のために用いられ、このため、水酸化有機アミンとフッ化水素酸(HF)とのモル比が重要であり、原料混合物のpHが中性付近となるよう、フッ化水素酸(HF)の量を、適宜上記の範囲から選定する。さらに必要ならば、酸、塩基などのpH調整剤を添加してもよい。フッ化水素酸(HF)の導入量を、適宜、万能試験紙(pH試験紙)にて中性となっていることを検証することにより確認することが好ましい。フッ化水素酸の濃度は特に限定されないが、通常、市販される高濃度品、例えば40〜55質量%のものが用いられる。   The hydroxylated organic amine is strongly alkaline, but in order to form pure silica zeolite, the pH when the raw material composition is subjected to the heat treatment described later is preferably near neutral. Hydrofluoric acid is used to adjust the pH and to improve the properties of the crystal structure formed. For this reason, the molar ratio of hydroxylated organic amine to hydrofluoric acid (HF) is important. Yes, the amount of hydrofluoric acid (HF) is appropriately selected from the above range so that the pH of the raw material mixture is near neutral. Further, if necessary, a pH adjusting agent such as an acid or a base may be added. It is preferable to confirm the introduction amount of hydrofluoric acid (HF) by verifying that it is neutral with a universal test paper (pH test paper) as appropriate. Although the density | concentration of hydrofluoric acid is not specifically limited, Usually, the high concentration goods marketed, for example, 40-55 mass%, are used.

前記原料組成物の調製において、シリカ源、水酸化有機アミン及びフッ化水素酸を混合する方法及び順番は本発明の効果を妨げない限り特に限定されず、公知の混合方法を用いてよい。また、pHの緩衝剤としてアンモニア等を添加してもよく、前記フッ化水素酸の代わりにフッ化アンモニウムを用いても良い。アンモニアを加えることで、原料組成物の撹拌過程でアンモニアが蒸発するとともに加水分解がマイルドに進行し、均一な原料組成物を得られる。   In the preparation of the raw material composition, the method and order of mixing the silica source, the hydroxylated organic amine and hydrofluoric acid are not particularly limited as long as the effects of the present invention are not hindered, and a known mixing method may be used. In addition, ammonia or the like may be added as a pH buffer, and ammonium fluoride may be used in place of the hydrofluoric acid. By adding ammonia, ammonia evaporates during the stirring of the raw material composition, and hydrolysis progresses mildly, so that a uniform raw material composition can be obtained.

以上に前記原料組成物の調製について説明したが、他の特に好ましい態様としては、粉末の水酸化有機アミンと微粉末状のシリカとフッ化水素酸を混合した後に水を加えて、その後は水分を蒸発させることなく上述の組成を有する前記原料組成物を調製する方法が挙げられる。   Although the preparation of the raw material composition has been described above, as another particularly preferable embodiment, water is added after mixing the powdered hydroxylated organic amine, fine powdered silica, and hydrofluoric acid, and then water is added. And a method of preparing the raw material composition having the above-described composition without evaporating.

本発明のCO2分離回収組成物は、ピュアシリカゼオライトの他に、本発明の目的を達成し得る範囲内で、例えば、シリカ、アルミナなどの造粒するためのバインダーや焼結助剤などの添加剤を含有していてもよい。 In addition to pure silica zeolite, the CO 2 separation and recovery composition of the present invention can be used within the range where the object of the present invention can be achieved, for example, a binder or a sintering aid for granulating silica, alumina, etc. An additive may be contained.

ゼオライトは、通常、アルカリ(土類)金属のアルミノケイ酸塩からなり、SiO4及びAlO4の正四面体が酸素を共有して結合した三次元網状構造を基本的骨格構造とするが、本発明のCO2分離回収組成物においては、主たる成分がシリカのみからなりアルミニウム成分を実質的に含まないピュアシリカゼオライトを用いることを重要な特徴とする。但し、該CO2分離回収組成物は、ピュアシリカゼオライトの合成過程などにおいて、不純物としてアルミニウム成分が含有されたものであってもよい。通常、AlO4に対するSiO4のモル比SiO2/Alが90以上のピュアシリカゼオライトが用いられる。
ピュアシリカゼオライトは、アルミノケイ酸塩からなる従来のゼオライトがもつ親水性が失われて疎水性が強くなり、その結果、耐酸性、耐熱性に優れるといった特徴を有する。
Zeolite is usually made of an aluminosilicate of an alkali (earth) metal, and has a basic skeleton structure of a three-dimensional network structure in which SiO 4 and AlO 4 tetrahedrons share oxygen and share them. In the CO 2 separation and recovery composition, it is an important feature to use pure silica zeolite whose main component is composed only of silica and substantially free of an aluminum component. However, the CO 2 separation and recovery composition may contain an aluminum component as an impurity in the process of synthesizing pure silica zeolite. Usually, the molar ratio SiO 2 / Al 2 O 3 of SiO 4 is 90 or more pure-silica zeolite used for the AlO 4.
Pure silica zeolite has the characteristics that conventional zeolite made of aluminosilicate loses its hydrophilicity and becomes more hydrophobic, resulting in excellent acid resistance and heat resistance.

本発明のCO2分離回収組成物に使用されるピュアシリカゼオライトは、CHA型、STT型、DDR型、FER、FAU型、IHW型、UFI型、RHO型、BEA型、LTA型、SBS型、MFI型、SBE型、ISV型およびAFY型等が挙げられるが、ピュアシリカゼオライトであれば特にこれらに限られるものではない。
ピュアシリカゼオライトは、水蒸気の共存下であっても高圧ガス中のCO2の回収量が多い点でCHA型、STT型、DDR型、FER、FAU型、LTA型、SBS型およびIHW型が好ましく用いられ、細孔容積が大きいためCO2吸着量が多く、その結果、CO2の回収量が著しく多いという点でCHA型およびSTT型がより好ましく用いられ、CHA型がさらに好ましく用いられる。
Pure silica zeolite used in the CO 2 separation and recovery composition of the present invention includes CHA type, STT type, DDR type, FER, FAU type, IHW type, UFI type, RHO type, BEA type, LTA type, SBS type, Examples include MFI type, SBE type, ISV type, and AFY type, but are not particularly limited as long as they are pure silica zeolite.
Pure silica zeolite is preferably CHA type, STT type, DDR type, FER, FAU type, LTA type, SBS type and IHW type in that the amount of CO 2 recovered in the high-pressure gas is large even in the presence of water vapor. The CHA type and STT type are more preferably used, and the CHA type is more preferably used in that the amount of CO 2 adsorption is large due to the large pore volume, and as a result, the amount of CO 2 recovered is remarkably large.

ピュアシリカゼオライトの製造方法は、特に限定されず、公知の方法によって製造することができるが、好ましくは、結晶構造を形成させるための鋳型となる物質(構造規定剤と称される)と、フッ化水素酸とケイ素源等とを水の存在下に加熱加圧処理(水熱合成)する方法である。
また、ピュアシリカゼオライトは、吸着剤として劣化が生じた後、加熱・焼成により再生したものを使用してもよい。
The production method of the pure silica zeolite is not particularly limited and can be produced by a known method. Preferably, a pure silica zeolite is preferably used as a template for forming a crystal structure (referred to as a structure-directing agent), and a fluorine. In this method, hydrofluoric acid and a silicon source are heated and pressurized (hydrothermal synthesis) in the presence of water.
Pure silica zeolite may be regenerated by heating and firing after deterioration as an adsorbent.

ピュアシリカゼオライトは、上述のようにして調製した前記原料組成物を、加熱処理することにより、好適に製造することができる。
加熱処理方法は、特に限定されないが、上述のように調製した前記原料組成物を、約130〜200℃で加熱処理することによって、ピュアシリカゼオライトが合成できる。加熱処理方法としては、本発明の効果を妨げない限り特に限定されないが、例えば、溶解−析出機構により溶液内で核生成に続き結晶成長が起こるため、得られる生成物は高い結晶性を有し、一つの結晶内での組成的均一性が高く、連続合成が可能であり、低温で短時間の反応により粉末が合成できる等の点から、水熱合成が好ましく挙げられる。ここで水熱合成とは、一般に高温・高圧下に、水の存在下で行われる物質の合成法の総称であり、ゼオライトは多くの場合この方法により合成される。
Pure silica zeolite can be suitably manufactured by heat-treating the raw material composition prepared as described above.
Although the heat processing method is not specifically limited, Pure silica zeolite can be synthesize | combined by heat-processing the said raw material composition prepared as mentioned above at about 130-200 degreeC. The heat treatment method is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not hindered. For example, crystal growth occurs following nucleation in the solution by the dissolution-precipitation mechanism, and thus the resulting product has high crystallinity. Hydrothermal synthesis is preferred from the viewpoints of high compositional uniformity within one crystal, continuous synthesis, and ability to synthesize powder by a short time reaction at low temperature. Here, the hydrothermal synthesis is a general term for a method of synthesizing substances generally carried out in the presence of water at high temperature and high pressure, and zeolite is often synthesized by this method.

前記原料組成物の加熱処理温度は、約130〜200℃の範囲内とするのが好ましく、約150〜200℃の範囲内とすることがより好ましい。なお、加熱処理の温度が約130℃未満であると、ピュアシリカゼオライトを短時間で形成しない、又はピュアシリカゼオライトが生成しても収率が約30%に満たない、又はピュアシリカゼオライトと共に非晶質シリカが生成する等の理由から好ましくない。一方、加熱処理温度の上限は特に限定されないが、製造コストが増加するため、200℃より低温が好ましい。   The heat treatment temperature of the raw material composition is preferably in the range of about 130 to 200 ° C, and more preferably in the range of about 150 to 200 ° C. When the temperature of the heat treatment is less than about 130 ° C., pure silica zeolite is not formed in a short time, or even if pure silica zeolite is produced, the yield is less than about 30%, or non-combined with pure silica zeolite. This is not preferable for reasons such as formation of crystalline silica. On the other hand, the upper limit of the heat treatment temperature is not particularly limited, but a lower temperature than 200 ° C. is preferable because the manufacturing cost increases.

前記原料組成物の加熱処理時間は、好ましくは、約12〜30時間であり、極めて短時間でピュアシリカゼオライトが合成できる。収率及び製造コストの低減上、より好ましくは約12〜24時間である。本発明においては、水とシリカとのモル比、好ましくは、更に水酸化有機アミンとシリカ、および水酸化有機アミンとフッ化水素酸のモル比が調製された前記原料組成物を用いることから、ピュアシリカゼオライトの生成が促進される。なお、加熱処理時間が、約12時間未満の場合は、ピュアシリカゼオライトが生成しない、又はピュアシリカゼオライトが生成しても収率が約30%に満たない、又はピュアシリカゼオライトと共に非晶質シリカが生成する等の理由から好ましくない。   The heat treatment time of the raw material composition is preferably about 12 to 30 hours, and a pure silica zeolite can be synthesized in a very short time. For reducing the yield and production cost, it is more preferably about 12 to 24 hours. In the present invention, the molar ratio of water and silica, preferably, the raw material composition in which the molar ratio of hydroxylated organic amine and silica and the hydroxylated organic amine and hydrofluoric acid is adjusted is used. Production of pure silica zeolite is promoted. When the heat treatment time is less than about 12 hours, pure silica zeolite is not produced, or even if pure silica zeolite is produced, the yield is less than about 30%, or amorphous silica together with pure silica zeolite. Is not preferable for reasons such as

前記加熱処理は、好ましくは、ステンレス製オートクレーブ容器内に密閉されたフッ素樹脂製の容器内で行われ、加熱により自発的に生じた水蒸気等の膨張気体による加圧下で行われる。加圧時の圧力は特に限定されないが、好ましくは、約0.1〜2MPaであり、より好ましくは約0.4〜2MPaである。   The heat treatment is preferably performed in a fluororesin container sealed in a stainless steel autoclave container, and is performed under pressure by an expanding gas such as water vapor generated spontaneously by heating. Although the pressure at the time of pressurization is not specifically limited, Preferably, it is about 0.1-2 MPa, More preferably, it is about 0.4-2 MPa.

本発明のCO2分離回収剤に使用されるピュアシリカゼオライトは、ゼオライトの結晶構造中に構造規定剤としての水酸化有機アミンが取り込まれたものであってもよく、酸化燃焼されたものであってもよい。 The pure silica zeolite used in the CO 2 separation and recovery agent of the present invention may be one in which a hydroxylated organic amine as a structure-directing agent is incorporated in the crystal structure of the zeolite, and is oxidized and burned. May be.

上述のようにして製造したピュアシリカゼオライトは、更に加熱処理(焼成)して水酸化有機アミン由来構造を焼失させる工程を有していても良い。具体的には、前記加熱処理後、オートクレーブ容器内に形成した粉末状固体をオートクレーブ容器から取出し、水洗し、乾燥した後、大気中、電気炉で、約400〜800℃、好ましくは約500〜700℃まで昇温して約1〜48時間、好ましくは約4〜12時間保持することにより、ゼオライトの結晶構造中に取り込まれ、ピュアシリカゼオライトの結晶構造を形成させた鋳型である水酸化有機アミンを、酸化燃焼させて、すべてがシリカ成分からなる骨組みをもつ、多孔質構造のゼオライト結晶を製造するのが好ましい。   The pure silica zeolite produced as described above may further have a step of heat-treating (calcining) and burning out the structure derived from the hydroxylated organic amine. Specifically, after the heat treatment, the powdered solid formed in the autoclave container is taken out from the autoclave container, washed with water, dried, and then in the atmosphere in an electric furnace at about 400 to 800 ° C., preferably about 500 to By raising the temperature to 700 ° C. and holding it for about 1 to 48 hours, preferably about 4 to 12 hours, it is incorporated into the crystal structure of zeolite and is a template for forming a crystal structure of pure silica zeolite. It is preferable to oxidize and burn the amine to produce a porous zeolite crystal having a framework composed entirely of silica components.

得られた粉末結晶がピュアシリカゼオライトであることは、後述するピュアシリカゼオライト結晶の粉末X線回折等によって確認される。
上述したピュアシリカゼオライトの製造方法は、12〜30時間の加熱処理時間において得られるピュアシリカゼオライトの収率が92%以上であるため、ピュアシリカゼオライトの工業的な製造方法として優れている。
It is confirmed by the powder X-ray diffraction etc. of the pure silica zeolite crystal mentioned later that the obtained powder crystal is pure silica zeolite.
The pure silica zeolite production method described above is excellent as an industrial production method for pure silica zeolite because the yield of pure silica zeolite obtained in a heat treatment time of 12 to 30 hours is 92% or more.

本発明のCO2分離回収組成物は、従来公知の方法を用いて、高圧ガス中のCOを吸着及び脱着させることができるものである。
一般に、COを吸着するための吸着剤は圧力と温度によりCOを吸着する量が増減する。この性質を利用してCOを吸着・脱着させる方法には、圧力を変化させるPSA法(Pressure Swing Adsorption(圧力スイング吸着)法)、温度を変化させるTSA法(Thermal Swing Adsorption(温度スイング吸着)法)及び圧力変化に加えて温度変化も行うPTSA法(Pressure and Temperature Swing Adsorption(圧力温度スイング吸着)法)があり、本発明のCO2分離回収組成物は、これらのいずれの方法にも使用できるものである。
The CO 2 separation and recovery composition of the present invention is capable of adsorbing and desorbing CO 2 in high-pressure gas using a conventionally known method.
In general, the amount of CO 2 adsorbed by the adsorbent for adsorbing CO 2 varies depending on the pressure and temperature. There are two methods for adsorbing and desorbing CO 2 using this property: PSA method for changing pressure (Pressure Swing Adsorption method), TSA method for changing temperature (Thermal Swing Adsorption) Method) and the PTSA method (Pressure and Temperature Swing Adsorption method) that changes temperature in addition to pressure change, and the CO 2 separation and recovery composition of the present invention is used in any of these methods. It can be done.

COの吸着工程では、前記ピュアシリカゼオライトを充填した吸着塔に排ガスを供給し、COを吸着させる。吸着における温度は、好ましくは約0〜150℃、より好ましくは約1〜60℃、圧力はCO分圧として約100〜4000kPaが好ましく、約500〜3000kPaがより好ましく、約800〜2000kPaがさらに好ましい。また、圧力は水蒸気分圧として、約0.6〜476kPaが好ましく、約0.6〜20kPaがより好ましく、約0.6〜4kPaがさらに好ましい。COの脱着工程では、通常は、吸着塔を常温下または加熱下に減圧し、吸着したCOを脱着し、COを飽和吸着したピュアシリカゼオライトを再生する。脱着における温度は、好ましくは約1〜200℃、より好ましくは約15〜140℃、圧力は約1〜500kPa(約0.01〜5.0気圧)、さらに好ましくは約10〜200kPa(約0.1〜2.0気圧)である。このようにして測定されたCO吸着量からCO脱着量を差し引いた値を、CO分離回収量という。 In the CO 2 adsorption step, exhaust gas is supplied to the adsorption tower packed with the pure silica zeolite to adsorb CO 2 . The temperature in the adsorption is preferably about 0 to 150 ° C., more preferably about 1 to 60 ° C., and the pressure is preferably about 100 to 4000 kPa as CO 2 partial pressure, more preferably about 500 to 3000 kPa, and further about 800 to 2000 kPa. preferable. Further, the pressure is preferably about 0.6 to 476 kPa, more preferably about 0.6 to 20 kPa, and further preferably about 0.6 to 4 kPa as the partial pressure of water vapor. In the CO 2 desorption step, usually, the adsorption tower is depressurized at room temperature or under heating, the adsorbed CO 2 is desorbed, and the pure silica zeolite adsorbed with CO 2 is regenerated. The temperature for desorption is preferably about 1 to 200 ° C, more preferably about 15 to 140 ° C, the pressure is about 1 to 500 kPa (about 0.01 to 5.0 atm), and more preferably about 10 to 200 kPa (about 0). 0.1 to 2.0 atmospheres). A value obtained by subtracting the CO 2 desorption amount from the CO 2 adsorption amount thus measured is referred to as a CO 2 separation and recovery amount.

本発明は、上述した原料組成物及びCO2分離回収組成物以外に、該原料組成物からCO2分離回収組成物を製造する製造方法も含有するが、その製造方法については、上述にてCO2分離回収組成物の取得方法として説明されているため、記載を割愛する。 In addition to the raw material composition and the CO 2 separation / recovery composition described above, the present invention also includes a production method for producing a CO 2 separation / recovery composition from the raw material composition. 2 Description is omitted as it is explained as a method for obtaining a separated and recovered composition.

本発明を以下の実施例及び比較例によって具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。尚、以下、収率を表わす%は、質量%を意味する。   The present invention will be specifically described with reference to the following examples and comparative examples, but the present invention is not limited thereto. Hereinafter, “%” representing yield means “% by mass”.

(合成例1:水酸化N,N,N,−トリメチル−1−アダマンタンアミン(TMAdaOH)の合成)
1−アダマンタンアミン4.667g(アルドリッチ社製)にクロロホルム50gを加え、室温で完全に溶解させた後、炭酸カリウム11.350gを加えた。フラスコ内をNで置換し溶液全体を充分に30分ほど冷却し、CHI13.14gを加え1日間充分に攪拌を行った。さらにCHIを6.5g加え10日間充分に攪拌させた。この溶液をろ紙5Aを用いてろ過しKCOを除去したのち、ろ液に含まれるクロロホルム溶媒をロータリーエバポレーターで蒸発乾固させた。その後、生成物にメタノールをゆっくり加え還流温度にて完全に生成物を溶解させたのち室温までゆっくりと放冷し再結晶を行うと、小さな白い薄片の結晶(TMAdaI)が析出した。ろ紙5Aにてろ過を行い、ろ過物を陰イオン交換樹脂に入れ、テフロン棒にてかき混ぜ一晩静置させ、水溶媒をロータリーエバポレーターで蒸発乾固させて、TMAdaOHを得た。得られたTMAdaOHのNMR分析とTMAdaIのLiquid−Mass分析の結果、生成物の純度が98%以上であることを確認した。
(Synthesis Example 1: Synthesis of hydroxyl N, N, N, -trimethyl-1-adamantanamine (TMAdaOH))
50 g of chloroform was added to 4.667 g of 1-adamantanamine (manufactured by Aldrich) and completely dissolved at room temperature, and 11.350 g of potassium carbonate was added. The inside of the flask was replaced with N 2 , and the whole solution was sufficiently cooled for about 30 minutes, and 13.14 g of CH 3 I was added and sufficiently stirred for 1 day. Furthermore, 6.5 g of CH 3 I was added and allowed to sufficiently stir for 10 days. This solution was filtered using filter paper 5A to remove K 2 CO 3 , and then the chloroform solvent contained in the filtrate was evaporated to dryness using a rotary evaporator. Thereafter, methanol was slowly added to the product, and the product was completely dissolved at reflux temperature. After slowly cooling to room temperature and recrystallization, small white flake crystals (TMAdaI) were precipitated. Filtration was performed with filter paper 5A, the filtrate was placed in an anion exchange resin, stirred with a Teflon rod and allowed to stand overnight, and the aqueous solvent was evaporated to dryness with a rotary evaporator to obtain TMAdaOH. As a result of NMR analysis of the obtained TMAdaOH and Liquid-Mass analysis of TMAdaI, it was confirmed that the purity of the product was 98% or more.

<ピュアシリカゼオライトの合成>
(実施例1)
フッ素樹脂製容器を内筒としてセットしたステンレス製オートクレーブ(商品名:ダブルリアクターRW−20、株式会社ヒロ製、容積20ml)において、合成例1で作製した1.664gの水酸化N,N,N,−トリメチル−1−アダマンタンアミン2モル濃度水溶液(構造規定剤(以下、SDAともいう。))と2.5gのシリカゾル(商品名:コロイダルシリカTM−40、アルドリッチ社製、固形分40質量%、Na安定化剤を含む、シリカ平均粒径22nm)とを混合し、この混合液に0.178gのフッ化水素酸(和光純薬株式会社製、HF含有量46.9質量%のHF水溶液)を強く攪拌しながら加えた。このとき、水酸化N,N,N,−トリメチル−1−アダマンタンアミン/シリカゾル中のシリカ(SiO)成分モル比は0.2、フッ化水素酸(HF)/水酸化N,N,N,−トリメチル−1−アダマンタンアミンのモル比は1.25であった。
<Synthesis of pure silica zeolite>
Example 1
1.664 g of N, N, N produced in Synthesis Example 1 in a stainless steel autoclave (trade name: Double Reactor RW-20, manufactured by Hiro Co., Ltd., volume 20 ml) in which a fluororesin container is set as an inner cylinder , -Trimethyl-1-adamantanamine 2 molar aqueous solution (structure-directing agent (hereinafter also referred to as SDA)) and 2.5 g of silica sol (trade name: Colloidal Silica TM-40, manufactured by Aldrich, solid content: 40% by mass , Containing Na + stabilizer and an average particle diameter of 22 nm of silica, and 0.178 g of hydrofluoric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., HF content of 46.9% by mass) was added to this mixed solution. Aqueous solution) was added with vigorous stirring. At this time, the molar ratio of N, N, N, -trimethyl-1-adamantanamine hydroxide / silica sol in silica (SiO 2 ) component molar ratio is 0.2, hydrofluoric acid (HF) / hydroxylated N, N, N The molar ratio of, -trimethyl-1-adamantanamine was 1.25.

この原料組成物の入ったフッ素樹脂性容器にフッ素樹脂被覆回転子を入れ、ホットスターラー(商品名:REXIM RSH-6DR、アズワン株式会社製)上で、設定温度を100℃にて保温しながら350rpmで攪拌した。容器内の組成物の質量が2.101gになるまで水を蒸発させ、本発明における粉末状の原料組成物を得た。このとき、水/シリカゾル中のシリカ(SiO)成分のモル比は1.25であった。 A fluororesin-coated rotor is placed in a fluororesin container containing the raw material composition, and 350 rpm while keeping the set temperature at 100 ° C. on a hot stirrer (trade name: REXIM RSH-6DR, manufactured by ASONE CORPORATION). And stirred. Water was evaporated until the mass of the composition in the container reached 2.101 g to obtain a powdery raw material composition in the present invention. At this time, the molar ratio of the silica (SiO 2 ) component in the water / silica sol was 1.25.

ホットスターラーより取り外したオートクレーブ容器をステンレス製オートクレーブ内にセットし、175℃で24時間、水熱合成を行った。水熱合成の圧力は約1MPaであった。加熱処理後、フッ素樹脂製容器内に粉末状固体が形成されていた。この粉末状固体を容器から取り出し、水洗し、乾燥した後、大気中、電気炉で1.0℃/分の速度で680℃まで昇温して12時間保持後、1℃/分の速度で室温まで冷却した。   The autoclave container removed from the hot stirrer was set in a stainless steel autoclave, and hydrothermal synthesis was performed at 175 ° C. for 24 hours. The pressure of hydrothermal synthesis was about 1 MPa. After the heat treatment, a powdery solid was formed in the fluororesin container. The powdery solid is taken out from the container, washed with water, dried, then heated to 680 ° C. at a rate of 1.0 ° C./min in the air at a rate of 1.0 ° C./min and held for 12 hours, at a rate of 1 ° C./min. Cooled to room temperature.

次に、得られた粉末状固体の結晶相を粉末X線回折(RINT2000、リガク社製)で調べることにより結晶相の評価を行い、結晶形態は走査型電子顕微鏡(S−5000、日立製作所)で観察して評価した。また、ゼオライト結晶の骨格を形成している元素の分析を誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP−7000、島津製作所製)にて行った。   Next, the crystalline phase was evaluated by examining the crystalline phase of the obtained powdery solid by powder X-ray diffraction (RINT2000, manufactured by Rigaku Corporation), and the crystal form was a scanning electron microscope (S-5000, Hitachi, Ltd.). It was observed and evaluated. Further, the elements forming the framework of the zeolite crystal were analyzed by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-7000, manufactured by Shimadzu Corporation).

粉末X線回折において、「CHA型ゼオライトの回折ピーク」とは、M.M.J.TreacyJ.B.Higgins,Collection of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites, Elsevier、100(2001)に記載される回折ピークである。また、ゼオライトの結晶は、X線回折において、2θ=18〜30°(CuKα)の領域にかけて、非晶質シリカを示すブロードなハローのみで明瞭なピークを確認できない場合を非晶質、僅かでもCHA型ゼオライトのピークが認められた場合を結晶化途上、また、CHA型ゼオライトを示すピークが明瞭に認められ、ハローがない場合を完全結晶とした。   In the powder X-ray diffraction, the “diffraction peak of CHA-type zeolite” means “M. M.M. J. et al. TreacyJ. B. It is a diffraction peak described in Higgins, Collection of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites, Elsevier, 100 (2001). In addition, the zeolite crystal is amorphous in the case where a clear peak cannot be confirmed only by a broad halo showing amorphous silica in the region of 2θ = 18 to 30 ° (CuKα) in X-ray diffraction. The case where a peak of CHA-type zeolite was observed was in the course of crystallization, the peak indicating CHA-type zeolite was clearly recognized, and the case where there was no halo was defined as complete crystal.

また、誘導結合プラズマ発光分光分析による、ゼオライト結晶の元素分析は、作製したゼオライト結晶を、アルカリ水溶液に溶解させて作製した溶液の元素濃度を測定することにより求めた。具体的には、20mlのフッ素樹脂製のオートクレーブ容器に、作製した0.08gのゼオライト粉末を3.0規定2.0mlの水酸化ナトリウム水溶液に入れ攪拌させた後、90℃で24時間加熱処理して、ゼオライト結晶を溶液に溶解させた。この濃厚溶液を0.5規定の水酸化ナトリウム水溶液で30倍に薄めて測定用の溶液を作製した。   In addition, elemental analysis of zeolite crystals by inductively coupled plasma emission spectroscopy was determined by measuring the element concentration of a solution prepared by dissolving the prepared zeolite crystal in an alkaline aqueous solution. Specifically, 0.08 g of the prepared zeolite powder was placed in a 20 ml fluororesin autoclave container and stirred in 3.0 normal 2.0 ml aqueous sodium hydroxide solution, followed by heat treatment at 90 ° C. for 24 hours. The zeolite crystals were dissolved in the solution. This concentrated solution was diluted 30 times with a 0.5 N aqueous sodium hydroxide solution to prepare a measurement solution.

CHA型ピュアシリカゼオライト結晶の粉末X線回折の結果、CHA型ゼオライトの回折ピークのみが明瞭に検出され、2θ=18〜30°(CuKα)の領域に掛けてハローは認められなかった。また、誘導結合プラズマ発光分光分析により、ゼオライト結晶の骨格を形成している元素は、シリコンのみであり、作製容器からのアルミニウム等の不純物の導入は認められなかった。即ち、CHA型ピュアシリカゼオライトの完全結晶が得られた。また、粉末状固体を走査型電子顕微鏡で観察したところ、1辺の長さが約10μmのほぼ立方体形状の菱面体晶の単体及び集合体であり、これがCHA型ピュアシリカゼオライト結晶の単結晶及び集合体であることを確認できた。図1は作製したCHA型ピュアシリカゼオライト結晶の走査型電子顕微鏡写真である。また、図2は粉末X線回析により得られた回析チャートである。CHA型ピュアシリカゼオライトの収率は、原料シリカゾル中のシリカに対し95%であった。   As a result of the powder X-ray diffraction of the CHA type pure silica zeolite crystal, only the diffraction peak of the CHA type zeolite was clearly detected, and no halo was observed over the region of 2θ = 18 to 30 ° (CuKα). Further, by inductively coupled plasma emission spectroscopic analysis, the element forming the framework of the zeolite crystal was only silicon, and introduction of impurities such as aluminum from the production container was not recognized. That is, a complete crystal of CHA type pure silica zeolite was obtained. Further, when the powdered solid was observed with a scanning electron microscope, it was a simple substance and an aggregate of a rhombohedral crystal having a substantially cubic shape with a side length of about 10 μm, and this was a single crystal of CHA type pure silica zeolite crystal and It was confirmed to be an aggregate. FIG. 1 is a scanning electron micrograph of the produced CHA type pure silica zeolite crystal. FIG. 2 is a diffraction chart obtained by powder X-ray diffraction. The yield of the CHA type pure silica zeolite was 95% with respect to the silica in the raw material silica sol.

(実施例2)
実施例1において、表1に記載の通り、原料組成物中の各成分の含有量を変更した以外は実施例1と同様の操作を行なった。その結果、それぞれ非常に良好なピュアシリカゼオライトが得られた。
(Example 2)
In Example 1, as described in Table 1, the same operation as in Example 1 was performed except that the content of each component in the raw material composition was changed. As a result, very good pure silica zeolites were obtained.

(実施例3)
実施例1において、シリカゾルの種類を「コロイダルシリカAS−40(アルドリッチ社製、固形分純度40質量%、NH 安定化剤を含む、シリカ平均粒径22nm)」に変更し、反応に使用するフッ素樹脂製のオートクレーブ容器を、フッ素樹脂製のオートクレーブ容器(商品名:RDV−TM、三愛科学社製、容積100ml)に変更して大きくし、表1に記載の通り、原料組成物中の各成分の含有量を変更した以外は実施例1と同様の操作を行なった。その結果、非常に良好なピュアシリカゼオライトが得られた。
(Example 3)
In Example 1, the type of silica sol was changed to “Colloidal silica AS-40 (manufactured by Aldrich, solid content purity 40% by mass, containing NH 4 + stabilizer, silica average particle size 22 nm)” and used for the reaction. The autoclave container made of fluororesin is changed to an autoclave container made of fluororesin (trade name: RDV-TM, manufactured by Sanai Kagaku Co., Ltd., volume 100 ml), and as shown in Table 1, in the raw material composition The same operation as in Example 1 was performed except that the content of each component was changed. As a result, a very good pure silica zeolite was obtained.

(実施例4)
実施例1において、表1に記載の通り、原料組成物中の各成分の含有量を変更した以外は実施例1と同様の操作を行なった。その結果、それぞれ非常に良好なピュアシリカゼオライトが得られた。
Example 4
In Example 1, as described in Table 1, the same operation as in Example 1 was performed except that the content of each component in the raw material composition was changed. As a result, very good pure silica zeolites were obtained.

(実施例5)
フッ素樹脂製のオートクレーブ容器(商品名:ダブルリアクターRW−20、株式会社ヒロ製、容積20ml)に、1−アダマンタンアミン(アルドリッチ社製)から作製した水酸化N,N,N,−トリメチル−1−アダマンタンアミン2モル水溶液1.170gと水8.157gを加え10分攪拌混合し、これにテトラエチルオルトシリケート(アルドリッチ社製、純度98質量%)2.48gを加え、この原料組成物の入ったオートクレーブ容器にフッ素樹脂被覆磁性回転子を入れ、ホットスターラー(商品名:REXIM RSH-6DR、アズワン株式会社製)上にセットし、まず、室温にて1時間以上、400〜500rpmで攪拌し、テトラエチルオルトシリケート(以下、TEOSともいう。)の加水分解を促進させた。
(Example 5)
Fluorine resin autoclave container (trade name: Double Reactor RW-20, manufactured by Hiro Co., Ltd., volume 20 ml) and 1-adamantanamine (manufactured by Aldrich) hydroxide N, N, N, -trimethyl-1 -1.170 g of a 2 mol aqueous solution of adamantaneamine and 8.157 g of water were added and mixed with stirring for 10 minutes, and 2.48 g of tetraethylorthosilicate (manufactured by Aldrich, purity 98 mass%) was added thereto, and this raw material composition was contained. Place a fluororesin-coated magnetic rotor in an autoclave container, set on a hot stirrer (trade name: REXIM RSH-6DR, manufactured by ASONE Co., Ltd.), and first stir at 400 to 500 rpm for 1 hour or more at room temperature. Hydrolysis of orthosilicate (hereinafter also referred to as TEOS) was promoted.

次に、磁性回転子の速度を350rpmに落とし、ホットプレートの表面温度を110℃にセットし、前記オートクレーブ容器の周囲をガラス繊維織布(厚さ1.5mm、巾50mm)にて二重巻きに保温し、細いステンレスチューブ(外径1.0mm、内径0.5mm)のから窒素ガスをオートクレーブ容器内部に液面より20mmの高さより約150〜200ml/分の速度で吹き付けながら水分の蒸発を促進させ、組成物がおおよそ1.965gになるよう濃縮乾燥した。オートクレーブテフロン容器を室温まで乾燥した後、内容物をきれいに掻き取り、小型粉砕機(サンプルミル:SK−M型、協立理工株式会社)にて粉末状に砕いた。再びオートクレーブ用テフロン容器に粉砕した組成物を入れ、テフロン製攪拌棒にて内部を掻き混ぜながらフッ化水素酸0.1254g(和光純薬株式会社製、46.9質量%)を少しずつ加え、水酸化N,N,N,−トリメチル−1−アダマンタンアミンを中和した。その後、再びホットプレートの表面温度を110℃にセットし、前記と同様な方法にて加熱乾燥し、組成物の質量が1.1.470g以下になるよう乾燥し、室温まで冷却後、水を添加して所定の質量(1.470g)にした。このとき、水酸化N,N,N,−トリメチル-1-アダマンタンアミンフッ素酸塩/シリカ(SiO)成分モル比は0.2、フッ化水素酸(HF)/水酸化N,N,N,−トリメチル−1−アダマンタンアミンのモル比は1.25、水/シリカ(SiO)のモル比は1.3であった。 Next, the speed of the magnetic rotor is lowered to 350 rpm, the surface temperature of the hot plate is set to 110 ° C., and the periphery of the autoclave container is double-wound with a glass fiber woven cloth (thickness 1.5 mm, width 50 mm). The water vapor is evaporated while blowing nitrogen gas from a thin stainless steel tube (outer diameter: 1.0 mm, inner diameter: 0.5 mm) into the autoclave container at a speed of about 150 to 200 ml / min from a height of 20 mm from the liquid level. And concentrated to dryness to approximately 1.965 g of the composition. After the autoclave Teflon container was dried to room temperature, the contents were scraped cleanly and crushed into a powder by a small pulverizer (sample mill: SK-M type, Kyoritsu Riko Co., Ltd.). Again, the crushed composition was put in a Teflon container for autoclave, and 0.1254 g of hydrofluoric acid (46.9% by mass, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added little by little while stirring the inside with a Teflon stirring rod. Hydroxylated N, N, N, -trimethyl-1-adamantanamine was neutralized. Thereafter, the surface temperature of the hot plate is set again to 110 ° C., and dried by heating in the same manner as described above, dried to a mass of the composition of 1.1.470 g or less, cooled to room temperature, Added to a predetermined mass (1.470 g). At this time, the molar ratio of hydroxylated N, N, N, -trimethyl-1-adamantanamine fluoride / silica (SiO 2 ) component was 0.2, hydrofluoric acid (HF) / hydroxylated N, N, N The molar ratio of, -trimethyl-1-adamantanamine was 1.25, and the molar ratio of water / silica (SiO 2 ) was 1.3.

ホットスターラーより取り外したフッ素樹脂製容器をステンレス製オートクレーブ内にセットし、150℃で24時間、水熱合成を行った。水熱合成の圧力は約1MPaであった。加熱処理後、フッ素樹脂製容器内に粉末状固体が形成されていた。この粉末状固体を容器から取り出し、水洗し、乾燥した後、大気中、電気炉で1.0℃/分の速度で680℃まで昇温して12時間保持後、1℃/分の速度で室温まで冷却した。以下、実施例1と同様の操作により得られた粉末状固体について得られた粉末状固体について実施例1と同様の分析を行った。   The fluororesin container removed from the hot stirrer was set in a stainless steel autoclave, and hydrothermal synthesis was performed at 150 ° C. for 24 hours. The pressure of hydrothermal synthesis was about 1 MPa. After the heat treatment, a powdery solid was formed in the fluororesin container. The powdery solid is taken out from the container, washed with water, dried, then heated to 680 ° C. at a rate of 1.0 ° C./min in the air at a rate of 1.0 ° C./min and held for 12 hours, at a rate of 1 ° C./min. Cooled to room temperature. Hereinafter, the same analysis as in Example 1 was performed on the powdered solid obtained by the same operation as in Example 1.

CHA型ピュアシリカゼオライト結晶の粉末X線回折の結果、CHA型ゼオライトの回折ピークのみが明瞭に検出され、2θ=18〜30°(CuKα)の領域に掛けてハローは認められず、CHA型ピュアシリカゼオライト結晶の単結晶及び集合体であることを確認できた。図3は作製したCHA型ピュアシリカゼオライト結晶の走査型電子顕微鏡写真である。また、図4は粉末X線回析により得られた回析チャートである。CHA型ピュアシリカゼオライトの収率は、原料シリカゾル中のシリカに対し96%であった。   As a result of powder X-ray diffraction of the CHA type pure silica zeolite crystal, only the diffraction peak of the CHA type zeolite was clearly detected, and no halo was observed in the region of 2θ = 18-30 ° (CuKα). It was confirmed that they were single crystals and aggregates of silica zeolite crystals. FIG. 3 is a scanning electron micrograph of the produced CHA type pure silica zeolite crystal. FIG. 4 is a diffraction chart obtained by powder X-ray diffraction. The yield of the CHA type pure silica zeolite was 96% with respect to the silica in the raw material silica sol.

(実施例6)
実施例5において、表1に記載の通り、原料組成物中の各成分の含有量を変更した以外は実施例5と同様の操作を行なった。その結果、非常に良好なピュアシリカゼオライトが得られた。
(Example 6)
In Example 5, as described in Table 1, the same operation as in Example 5 was performed except that the content of each component in the raw material composition was changed. As a result, a very good pure silica zeolite was obtained.

(比較例1)
実施例1において、表1に記載の通り、原料組成物中の各成分の含有量を変更した以外は実施例1と同様の操作を行なった。その結果、ピュアシリカCHAとは異なる結晶が多数生成し、合成は不良であった。
図5は比較例1で作製した結晶の走査型電子顕微鏡写真である。同様に、図6は粉末X線回析により得られた回析チャートである。
(Comparative Example 1)
In Example 1, as described in Table 1, the same operation as in Example 1 was performed except that the content of each component in the raw material composition was changed. As a result, many crystals different from pure silica CHA were produced, and the synthesis was poor.
FIG. 5 is a scanning electron micrograph of the crystal produced in Comparative Example 1. Similarly, FIG. 6 is a diffraction chart obtained by powder X-ray diffraction.

(比較例2)
実施例1において、表1に記載の通り、原料組成物中の各成分の含有量を変更した以外は実施例1と同様の操作を行なった。その結果、ピュアシリカCHAとは異なる非結晶が多数生成し、X線回折においてもハローピークが観察され、合成は全く不良であった。
図7は比較例2で作製した結晶の走査型電子顕微鏡写真である。同様に、図8は粉末X線回析により得られた回析チャートである。
(Comparative Example 2)
In Example 1, as described in Table 1, the same operation as in Example 1 was performed except that the content of each component in the raw material composition was changed. As a result, a large number of non-crystals different from pure silica CHA were produced, halo peaks were observed in X-ray diffraction, and the synthesis was quite poor.
FIG. 7 is a scanning electron micrograph of the crystal produced in Comparative Example 2. Similarly, FIG. 8 is a diffraction chart obtained by powder X-ray diffraction.

(比較例3)
実施例5において、表1に記載の通り、原料組成物中の各成分の含有量を変更した以外は実施例5と同様の操作を行なった。その結果、ピュアシリカCHAとは異なる結晶が多数生成し、合成は不良であった。
図9は比較例3で作製した結晶の走査型電子顕微鏡写真である。同様に、図10は粉末X線回析により得られた回析チャートである。
(Comparative Example 3)
In Example 5, as described in Table 1, the same operation as in Example 5 was performed except that the content of each component in the raw material composition was changed. As a result, many crystals different from pure silica CHA were produced, and the synthesis was poor.
FIG. 9 is a scanning electron micrograph of the crystal produced in Comparative Example 3. Similarly, FIG. 10 is a diffraction chart obtained by powder X-ray diffraction.

(比較例4)
実施例5において、表1に記載の通り、原料組成物中の各成分の含有量を変更した以外は実施例5と同様の操作を行なった。その結果、ピュアシリカCHAとは異なる結晶が多数生成し、合成は不良であった。
(Comparative Example 4)
In Example 5, as described in Table 1, the same operation as in Example 5 was performed except that the content of each component in the raw material composition was changed. As a result, many crystals different from pure silica CHA were produced, and the synthesis was poor.

(比較例5)
実施例5において、水熱合成時の温度を175℃とし、表1に記載の通り、原料組成物中の各成分の含有量を変更した以外は実施例5と同様の操作を行なった。その結果、ピュアシリカCHAとは異なる結晶が多数生成し、合成は不良であった。
(Comparative Example 5)
In Example 5, the same operation as in Example 5 was performed except that the temperature during hydrothermal synthesis was 175 ° C. and the content of each component in the raw material composition was changed as shown in Table 1. As a result, many crystals different from pure silica CHA were produced, and the synthesis was poor.

(比較例6)
フッ素樹脂製のオートクレーブ容器(商品名:ダブルリアクターRW-20、株式会社ヒロ製、容積20ml)において、1−アダマンタンアミン(アルドリッチ社製)から作製した0.43gの水酸化N、N、N−トリメチル−1−アダマンタンアミン粉末と、0.28gのシリカゾル(商品名:コロイダルシリカAS−40、アルドリッチ社製、固形分濃度40質量%)とを軽くかき混ぜて混合し、この混合液に87mgのフッ化水素酸(和光純薬株式会社製、46.9質量%)を、強く攪拌しながら加え、万能試験紙(pH試験紙)にて、この組成物が中性であることを確認した。
この原料粉末組成物の入ったオートクレーブ容器にフッ素樹脂被覆の回転子を入れ、ホットスターラー(商品名:プログラムホットスターラーDP−2M、アズワン株式会社製)上にセットし、設定温度を90℃とし、800rpmで攪拌させた。その上からガラス容器(商品名:BELL JAR VKU−500、有限会社 桐山製作所製)を被せ、アスピレーター(商品名:ポータブルアスピレーターMDA−015、アルバック機工株式会社製)により、減圧乾燥させた。その後ガラス容器からオートクレーブ容器を取り出し、質量が0.75gになるまで減圧乾燥を続けて混合物を得た。このとき、水/シリカゾル中のシリカ(SiO)成分のモル比は5.9であった。
(Comparative Example 6)
In a fluororesin autoclave container (trade name: Double Reactor RW-20, manufactured by Hiro Co., Ltd., volume 20 ml), 0.43 g of hydroxylated N, N, N— produced from 1-adamantanamine (Aldrich) Trimethyl-1-adamantanamine powder and 0.28 g of silica sol (trade name: colloidal silica AS-40, manufactured by Aldrich, solid concentration 40% by mass) are mixed by lightly stirring, and 87 mg of fluorine is added to the mixture. Hydrohydric acid (46.9% by mass, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added with vigorous stirring, and the composition was confirmed to be neutral with a universal test paper (pH test paper).
Put the fluororesin-coated rotor in the autoclave container containing the raw powder composition, set it on a hot stirrer (trade name: Program Hot Stirrer DP-2M, manufactured by ASONE Co., Ltd.), and set the temperature to 90 ° C. Stir at 800 rpm. A glass container (trade name: BELL JAR VKU-500, manufactured by Kiriyama Seisakusho Co., Ltd.) was placed thereon, and dried under reduced pressure using an aspirator (trade name: portable aspirator MDA-015, manufactured by ULVAC Kiko Co., Ltd.). Thereafter, the autoclave container was taken out from the glass container and dried under reduced pressure until the mass became 0.75 g to obtain a mixture. At this time, the molar ratio of the silica (SiO 2 ) component in the water / silica sol was 5.9.

ホットスターラーより取り外したオートクレーブ容器をステンレス製耐熱容器に移し、175℃で16時間、水熱合成を行った。加熱処理後、オートクレーブ容器内に粉末状固体が形成されていた。この粉末状固体をオートクレーブ容器から取出し、水洗し、乾燥した後、大気中、電気炉で1.0℃/分の速度で580℃まで昇温して12時間保持後、1℃/分の速度で室温まで冷却した。その結果、良好なピュアシリカゼオライトが得られた。   The autoclave container removed from the hot stirrer was transferred to a stainless steel heat-resistant container, and hydrothermal synthesis was performed at 175 ° C. for 16 hours. After the heat treatment, a powdery solid was formed in the autoclave container. This powdery solid is taken out from the autoclave container, washed with water, dried, then heated to 580 ° C. at a rate of 1.0 ° C./min in the air at a rate of 1.0 ° C./min, held for 12 hours, and then at a rate of 1 ° C./min. At room temperature. As a result, a good pure silica zeolite was obtained.

前記各実施例及び比較例で得られた結晶に含まれる成分のモル比及び得られた結晶の評価結果を表1に示した。前記結晶の評価は、前記粉末X線回折により得られたピークにより行った。評価基準は、「◎:非常に良好(目的構造のピークのみが観察された。)」、「○:良好(目的構造のピークがメインピークとして観察され、わずかに他のピークも観察された。)」、「△:悪い(目的構造のピークと他のピークとが同程度観察された。)」、「×:合成不可(目的構造のピークよりも他のピークの方が大きかった。)」である。   Table 1 shows the molar ratio of the components contained in the crystals obtained in each of the Examples and Comparative Examples and the evaluation results of the obtained crystals. The crystal was evaluated based on the peak obtained by the powder X-ray diffraction. The evaluation criteria were “:: very good (only the peak of the target structure was observed)”, “◯: good (the peak of the target structure was observed as the main peak, and other peaks were also slightly observed. ””, “Δ: Poor (the peak of the target structure and other peaks were observed to the same extent)”, “×: Synthesis not possible (the other peaks were larger than the peaks of the target structure.)” It is.

上述のようにして各実施例及び比較例で得られたゼオライトを用いて、水蒸気吸着量、CO分離回収量について種々測定した結果を表1に示した。尚、ゼオライトの性能試験を行うために使用する試験装置は、ゼオライトを含有する吸着剤充填用容器、原料ガスボンベ、真空ポンプ、切り替え弁から構成され、シーケンスコントローラーで所定の切り替え弁を開閉することにより、一定温度・圧力条件でのCOの吸着/脱着等の試験が可能となっている。
本発明のCO分離回収組成物が、水蒸気吸着量が3mol/kg未満であって、CO分離回収量が2.5mol/kg以上であることは、以下の方法により確認することができる。
Table 1 shows the results of various measurements on the water vapor adsorption amount and the CO 2 separation and recovery amount using the zeolites obtained in the examples and comparative examples as described above. The test equipment used to perform the performance test of zeolite is composed of an adsorbent filling container containing zeolite, a raw material gas cylinder, a vacuum pump, and a switching valve. By opening and closing a predetermined switching valve with a sequence controller. Tests such as adsorption / desorption of CO 2 under constant temperature and pressure conditions are possible.
It can be confirmed by the following method that the CO 2 separation and recovery composition of the present invention has a water vapor adsorption amount of less than 3 mol / kg and a CO 2 separation and recovery amount of 2.5 mol / kg or more.

<水蒸気吸着量の測定>
上記実施例1〜6、及び比較例6で得られたゼオライトに関して、自動ガス/蒸気吸着量測定装置Belsorp18-plus(日本ベル株式会社製)を用い、定容法によって、高精度のダイアフラム圧力センサーを使用し、飽和蒸気圧での水蒸気の吸着量を測定し、水蒸気の単成分吸着等温線を以下の条件で作成し、算出した。
・サンプル重量:0.6g〜1.8g
・測定温度:40℃
・前処理:200℃で8時間真空排気(10℃/分で昇温)
・測定条件:吸着平衡 500sec
:吸着温度 40℃
:飽和蒸気圧 7.377kPa
:初期導入圧 0.400kPa
:最大吸着圧P/Po=0.9
:最小脱着圧P/Po=0.05
結果を表1に示す。実施例1〜6のピュアシリカゼオライトは、40℃において、比較例6のゼオライトと比較して水蒸気吸着量が少ないことが明らかとなった。すなわち、比較例6の水蒸気吸着量は約3.5mol/kg(40℃、97kPa)であるのに対し、実施例1〜6の飽和吸着量はいずれも約3.0mol/kg(40℃、97kPa)未満となった。
原料組成物中の水酸化有機アミン含有量が従来のピュアシリカゼオライトと比較して少ないにもかかわらず、実施例1〜5のピュアシリカゼオライトは、水蒸気吸着量が従来のピュアシリカゼオライトと比較して少ない結果となった。
<Measurement of water vapor adsorption amount>
For the zeolites obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Example 6 described above, a high-accuracy diaphragm pressure sensor is obtained by a constant volume method using an automatic gas / vapor adsorption measuring device Belsorp18-plus (manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.). Was used to measure the amount of water vapor adsorbed at saturated vapor pressure, and a single component adsorption isotherm of water vapor was created and calculated under the following conditions.
Sample weight: 0.6g-1.8g
・ Measurement temperature: 40 ℃
・ Pretreatment: Evacuated at 200 ° C for 8 hours (heated at 10 ° C / min)
・ Measurement conditions: Adsorption equilibrium 500 sec
: Adsorption temperature 40 ℃
: Saturated vapor pressure 7.377 kPa
: Initial introduction pressure 0.400 kPa
: Maximum adsorption pressure P / Po = 0.9
: Minimum desorption pressure P / Po = 0.05
The results are shown in Table 1. It was revealed that the pure silica zeolites of Examples 1 to 6 had less water vapor adsorption than the zeolite of Comparative Example 6 at 40 ° C. That is, the water vapor adsorption amount of Comparative Example 6 is about 3.5 mol / kg (40 ° C., 97 kPa), whereas the saturated adsorption amounts of Examples 1 to 6 are all about 3.0 mol / kg (40 ° C., 97 kPa).
Although the content of the hydroxylated organic amine in the raw material composition is small compared with the conventional pure silica zeolite, the pure silica zeolite of Examples 1 to 5 has a water vapor adsorption amount as compared with the conventional pure silica zeolite. With fewer results.

<CO分離回収量の測定>
上記実施例1〜6で得られたゼオライトに関して、高圧ガス2成分吸着装置(日本ベル株式会社、Belsorp HP)を用いて、測定温度40℃でCO吸着量を測定し、CO吸着等温線を作成した。本装置は通常の圧力変化により吸着量を求める容量法式のガス吸着装置に、天秤が設置された構造となっており、ガス吸着時の圧力変化と同時に重量変化も測定できるため、2成分系でのガス吸着量の測定が可能となっている。また、水蒸気共存測定は水蒸気をあらかじめゼオライトに飽和吸着させたのち、COを導入するという手法をとった。
このようにして得られた水蒸気プレ吸着-CO吸着等温泉からCO分圧1000kPaのCO吸着量(mol/kg)から100kPaのCO吸着量(mol/kg)の差をローディング(ローディングとは、ここでは圧を上げて下げることを意味する)によるCO分離回収量(mol/kg)として計算した。結果を表1に示す。
<前記方法の水蒸気共存下CO吸着測定条件>
・サンプル重量:0.6〜1.0g
・測定温度:40℃
・水蒸気のプレ吸着:7.3kPa
・測定圧(全圧):0〜2.0MPa
・CO回収量:1000→100kPa(CO分圧)ローディング差回収量mol/Kg
<Measurement of CO 2 separation and recovery>
Respect zeolites obtained in Examples 1 to 6, high-pressure gas 2 component adsorption apparatus (BEL Japan Inc., BELSORP HP) using a CO 2 adsorption amount measured at a measurement temperature of 40 ° C., CO 2 adsorption isotherms It was created. This device has a structure in which a balance is installed on a volumetric gas adsorption device that determines the amount of adsorption by a normal pressure change, and can measure the weight change at the same time as the pressure change during gas adsorption. It is possible to measure the amount of gas adsorption. For the coexistence measurement of water vapor, a method was adopted in which CO 2 was introduced after saturated adsorption of water vapor on zeolite in advance.
The difference loading (loading of CO 2 adsorption amount of the thus CO 2 partial pressure 1000kPa from the steam pre-adsorbed -CO 2 adsorption like hot springs obtained (mol / kg) CO 2 adsorption amount of 100kPa from (mol / kg) Here, it is calculated as the amount of CO 2 separated and recovered (mol / kg) by means of increasing and decreasing the pressure. The results are shown in Table 1.
<Conditions for CO 2 adsorption measurement in the presence of water vapor in the above method>
Sample weight: 0.6 to 1.0 g
・ Measurement temperature: 40 ℃
Water vapor pre-adsorption: 7.3 kPa
・ Measurement pressure (total pressure): 0 to 2.0 MPa
・ CO 2 recovery amount: 1000 → 100 kPa (CO 2 partial pressure) Loading difference recovery amount mol / Kg

また、上記比較例6で得られたゼオライトに関して、高圧ガス2成分吸着装置MSB-BG-H10R(日本ベル株式会社製)を用い、前記実施例1〜6で得られたゼオライトを用いた場合と同様に、水蒸気共存下でのCO吸着(2成分同時吸着)測定を行った。本装置も通常の定容法のガス吸着量測定装置に磁気浮遊天秤を備えた構造となっており、定容法と重量法の組み合わせにより、両方から変化量を求め2成分のガス吸着量を測定し、吸着等温線を作成した。
・サンプル重量:0.8g〜1.0g
・測定温度:40℃
・前処理:250℃で8時間真空排気(5℃/分で昇温)
・測定圧力(全圧):0〜2.0MPa
・水蒸気共存条件:事前に40℃での飽和水蒸気吸着後測定
・CO回収量:1000→100kPa(CO分圧)ローディング差回収量mol/Kg
結果を表1に示す。実施例1〜6のピュアシリカゼオライトは、40℃において比較例6のゼオライトと比較してCO分離回収量を損なわないことが明らかとなった。すなわち、比較例6のCO分離回収量は約2.5mol/kg(1000→100kPaローディング差)であるのに対し、実施例1〜6のCO吸着量はいずれも約2.5mol/kg(1000→100kPaローディング差回収量)以上となった。
原料組成物中の水酸化有機アミン含有量が従来のピュアシリカゼオライトと比較して少ない実施例1〜5のピュアシリカゼオライトは、従来のピュアシリカゼオライトのCO2吸着量、CO2分離回収量を損なわない結果となった。
また、水蒸気吸着量は、3mol/kg以下に抑えることができ、本願発明の実施で得られた炭酸ガス分離回収組成物は、水分の吸着によりCOの吸着能が著しく損なわれることが起こらず、COの吸着能を維持できる。
また、表1から分るように、本願発明の実施を行えば、炭酸ガス分離回収組成物の製造時に、高価な材料である水酸化有機アミンの使用量を大幅に抑えることができ、低コストを達成できる。また、水酸化有機アミンの使用量を抑えることが可能になった為に、フッ化水素酸の使用量も抑えることができ、更なる低コストも達成できる。
Moreover, with respect to the zeolite obtained in Comparative Example 6, the high-pressure gas two-component adsorption device MSB-BG-H10R (manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.) was used and the zeolite obtained in Examples 1 to 6 was used. Similarly, CO 2 adsorption (two-component simultaneous adsorption) in the presence of water vapor was measured. This device also has a structure with a magnetic suspension balance in the gas adsorption amount measuring device of the usual constant volume method. By combining the constant volume method and the gravimetric method, the amount of change is obtained from both and the two component gas adsorption amounts are obtained. Measurements were made to create adsorption isotherms.
Sample weight: 0.8g-1.0g
・ Measurement temperature: 40 ℃
・ Pretreatment: Evacuated at 250 ° C for 8 hours (heated at 5 ° C / min)
・ Measurement pressure (total pressure): 0 to 2.0 MPa
・ Steam coexistence conditions: Measurement after saturated water vapor adsorption at 40 ° C. beforehand ・ CO 2 recovery amount: 1000 → 100 kPa (CO 2 partial pressure) loading difference recovery amount mol / Kg
The results are shown in Table 1. It was revealed that the pure silica zeolite of Examples 1 to 6 did not impair the CO 2 separation and recovery amount at 40 ° C. as compared with the zeolite of Comparative Example 6. That is, the CO 2 separation and recovery amount of Comparative Example 6 is about 2.5 mol / kg (1000 → 100 kPa loading difference), whereas the CO 2 adsorption amounts of Examples 1 to 6 are all about 2.5 mol / kg. More than (1000 → 100 kPa loading difference recovery amount).
The pure silica zeolite of Examples 1 to 5 in which the content of the hydroxylated organic amine in the raw material composition is small compared to the conventional pure silica zeolite, the CO 2 adsorption amount of the conventional pure silica zeolite, the CO 2 separation recovery amount The result was unimpaired.
Further, the water vapor adsorption amount can be suppressed to 3 mol / kg or less, and the carbon dioxide separation and recovery composition obtained by carrying out the present invention does not cause the CO 2 adsorption ability to be significantly impaired by moisture adsorption. , CO 2 adsorption capacity can be maintained.
Further, as can be seen from Table 1, when the present invention is carried out, the amount of the hydroxylated organic amine, which is an expensive material, can be significantly reduced during the production of the carbon dioxide separation and recovery composition, resulting in low cost. Can be achieved. Moreover, since it becomes possible to suppress the usage-amount of hydroxylated organic amine, the usage-amount of hydrofluoric acid can also be suppressed and the further low cost can also be achieved.

本発明CO2分離回収組成物は、従来のCO2分離回収剤に比べて、原料である構造規定剤(水酸化有機アミン)の使用量が少ないため低コストであり、水蒸気吸着量が少ないためCO2を吸着する際の水分の影響を受けにくく、優れたCO2回収能を有し、効率良くCO2を分離回収することができる。 The CO 2 separation / recovery composition of the present invention is low in cost because the amount of the structure directing agent (hydroxylated organic amine) used as a raw material is small compared to the conventional CO 2 separation / recovery agent, and the amount of water vapor adsorption is small. It is not easily affected by moisture when adsorbing CO 2, has an excellent CO 2 recovery capability, and can efficiently recover and separate CO 2 .

Claims (11)

シリカ、水酸化有機アミン、水およびフッ化水素酸を含有する炭酸ガス分離回収組成物製造のための原料組成物において、シリカ100モル部に対して水酸化有機アミンの含有量が7〜40モル部であり、水の含有量が50〜200モル部であることを特徴とする炭酸ガス分離回収組成物製造のための原料組成物。   In a raw material composition for producing a carbon dioxide separation and recovery composition containing silica, a hydroxylated organic amine, water and hydrofluoric acid, the content of the hydroxylated organic amine is 7 to 40 mol per 100 mol of silica. A raw material composition for producing a carbon dioxide separation and recovery composition, characterized in that the water content is 50 to 200 mol parts. フッ化水素酸/水酸化有機アミンのモル比が、0.5〜1.5であることを特徴とする請求項1に記載の炭酸ガス分離回収組成物製造のための原料組成物。   2. The raw material composition for producing a carbon dioxide gas separation and recovery composition according to claim 1, wherein the molar ratio of hydrofluoric acid / hydroxylated organic amine is 0.5 to 1.5. 請求項1に記載の原料組成物を加熱処理工程に付して製造される炭酸ガス分離回収組成物。   A carbon dioxide separation and recovery composition produced by subjecting the raw material composition according to claim 1 to a heat treatment step. 炭酸ガス分離回収組成物の水蒸気吸着量が3mol/kg未満であり炭酸ガス分離回収量が2.5mol/kg以上である請求項3記載の組成物。   The composition according to claim 3, wherein the water vapor adsorption amount of the carbon dioxide gas separation and recovery composition is less than 3 mol / kg, and the carbon dioxide separation and recovery amount is 2.5 mol / kg or more. 炭酸ガス分離回収組成物がピュアシリカゼオライトを含む請求項1〜4のいずれかに記載の組成物。   The composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the carbon dioxide gas separation and recovery composition contains pure silica zeolite. ピュアシリカゼオライトがCHA型である請求項5記載の組成物。   The composition according to claim 5, wherein the pure silica zeolite is of the CHA type. 水酸化有機アミンが水酸化N,N,N−トリメチルー1−アダマンタンアミンである請求項1〜6のいずれかに記載の組成物。   The composition according to any one of claims 1 to 6, wherein the hydroxylated organic amine is hydroxylated N, N, N-trimethyl-1-adamantanamine. シリカの供給源として、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、オルトケイ酸テトラエチル及びオルトケイ酸テトラプロピルからなる群から選ばれる1または2以上を使用する請求項1〜7のいずれかに記載の組成物。   The composition according to any one of claims 1 to 7, wherein one or more selected from the group consisting of colloidal silica, fumed silica, tetraethyl orthosilicate, and tetrapropyl orthosilicate are used as a silica source. 加熱処理工程が、請求項1に記載の原料組成物を、130℃〜200℃で12〜30時間加熱することを特徴とする請求項2〜8のいずれかに記載の組成物。   The composition according to any one of claims 2 to 8, wherein the heat treatment step heats the raw material composition according to claim 1 at 130 ° C to 200 ° C for 12 to 30 hours. シリカ、水酸化有機アミン、水およびフッ化水素酸を含有する原料組成物から炭酸ガス分離回収組成物を製造する製造方法であって、
前記シリカ100モル部に対し、前記水酸化有機アミンの含有量が7〜40モル部であり、前記水の含有量が50〜200モル部である原料組成物を調製する工程と、
前記原料組成物を加熱処理する工程とを含むことを特徴とする炭酸ガス分離回収組成物の製造方法。
A production method for producing a carbon dioxide separation and recovery composition from a raw material composition containing silica, a hydroxylated organic amine, water and hydrofluoric acid,
A step of preparing a raw material composition in which the content of the hydroxylated organic amine is 7 to 40 mol parts and the water content is 50 to 200 mol parts with respect to 100 mol parts of the silica;
And a step of heat-treating the raw material composition. A method for producing a carbon dioxide separation and recovery composition.
フッ化水素酸/水酸化有機アミンのモル比が、0.5〜1.5であることを特徴とする請求項10に記載の炭酸ガス分離回収組成物の製造方法。   The method for producing a carbon dioxide gas separation and recovery composition according to claim 10, wherein the molar ratio of hydrofluoric acid / hydroxylated organic amine is 0.5 to 1.5.
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