JP2019042639A - Carbon dioxide adsorbent, regeneration process of carbon dioxide adsorbent, and production process of elimination-type layered metal hydroxide - Google Patents

Carbon dioxide adsorbent, regeneration process of carbon dioxide adsorbent, and production process of elimination-type layered metal hydroxide Download PDF

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Abstract

To solve problems of a conventional layered metal hydroxide: that, in order to efficiently eliminate carbon dioxide from the layered metal hydroxide, a high temperature condition (for example, a high temperature condition exceeding 400°C) is necessary, resulting in destruction of a layered structure of the layered metal hydroxide when eliminating carbon dioxide; and that, when the layered structure is destroyed, the layered metal hydroxide cannot adsorb and eliminate carbon oxide repeatedly.SOLUTION: A carbon dioxide adsorbent comprises an elimination-type layered metal hydroxide having an average particle size of 150 nm or less.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、二酸化炭素吸着剤、二酸化炭素吸着剤の再生方法、および、脱離型の層状金属水酸化物の製造方法に関する。   The present invention relates to a carbon dioxide adsorbent, a method for regenerating a carbon dioxide adsorbent, and a method for producing a desorption-type layered metal hydroxide.

層状金属水酸化物は、金属水酸化物を含んでいるホスト層と、陰イオンおよび水を含んでいるゲスト層と、が交互に積層した、層状の化合物である。   The layered metal hydroxide is a layered compound in which a host layer containing a metal hydroxide and a guest layer containing an anion and water are alternately stacked.

層状金属水酸化物を一般式で表すと、[M2+ 1−x3+ (OH)x+[An− x/nx−・mHOにて示され、このとき、ホスト層は、[M2+ 1−x3+ (OH)x+にて示され、ゲスト層は、[An− x/nx−・mHOにて示される。 Expressing layered metal hydroxides by the formula, shown in [M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2] x + [A n- x / n] x- · mH 2 O, this time, the host layers are indicated by + [M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2] x, the guest layer is indicated by [A n- x / n] x- · mH 2 O.

ホスト層は、2価の金属イオン(M2+:Mg2+、Zn2+、Co2+、または、Ni2+等)と、3価の金属イオン(M3+:Al3+、Fe3+、Cr3+、または、Ga3+等)と、を含み、金属イオンを6つのヒドロキシル基が取り込んで形成される八面体が互いに稜を共有することにより形成され得る。ホスト層は、2価の金属イオンの一部が3価の金属イオンによって置換されているため、正電荷を有し、当該ホスト層では、水酸化物シートが重なって層状構造を形成している。 The host layer includes a divalent metal ion (M 2+ : Mg 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , or Ni 2+ ) and a trivalent metal ion (M 3+ : Al 3+ , Fe 3+ , Cr 3+ , or and Ga 3+ etc.) includes, may be formed by octahedrons metal ions are six hydroxyl groups is taken in formed to share edges to each other. The host layer has a positive charge because some of the divalent metal ions are replaced by trivalent metal ions, and the host layer forms a layered structure with the hydroxide sheets overlapping. .

一方、ゲスト層は、陰イオン(An−:Cl、NO 、CO 2−、SO 2−、または、PO 3−等)と、水とを含み、更に、その他の分子も含み得る。層状金属水酸化物が電気的に中性となるように、ゲスト層は陰イオンを含んでいる。 On the other hand, the guest layer contains anions (A n− : Cl , NO 3 , CO 3 2− , SO 4 2− , PO 4 3−, etc.) and water, and other molecules. May also be included. The guest layer contains anions so that the layered metal hydroxide is electrically neutral.

ホスト層に含まれる金属イオンの組成を変化させることにより、ホスト層の電荷密度を制御することができる。ホスト層の電荷密度を特定の値に制御すれば、特定の陰イオンを、当該ホスト層に吸着させることができる。つまり、ホスト層に含まれる金属イオンの組成を変化させることにより、当該ホスト層に、特定の陰イオンに対する吸着特性を付与することができる。   By changing the composition of metal ions contained in the host layer, the charge density of the host layer can be controlled. If the charge density of the host layer is controlled to a specific value, a specific anion can be adsorbed on the host layer. That is, by changing the composition of metal ions contained in the host layer, the host layer can be given adsorption characteristics for specific anions.

ホスト層に吸着した特定の陰イオンを脱離させることができれば、当該ホスト層を再生可能な機能性材料として利用することができる。それ故に、近年、ホスト層に特定の陰イオンを吸着させる技術のみならず、ホスト層に吸着した特定の陰イオンを脱離させる技術の開発も、盛んに行われている。   If a specific anion adsorbed on the host layer can be desorbed, the host layer can be used as a functional material that can be regenerated. Therefore, in recent years, not only a technique for adsorbing specific anions on the host layer but also a technique for desorbing specific anions adsorbed on the host layer has been actively developed.

例えば、非特許文献1および非特許文献2には、2価の金属イオンとしてMg2+、3価の金属イオンとしてAl3+を用い、陰イオンとしてCO 2−(換言すれば、二酸化炭素)を用いた層状金属水酸化物が開示されている。更に、これらの非特許文献は、層状金属水酸化物を加熱した場合の二酸化炭素の放出挙動と、層状金属水酸化物の層構造の変化と、について開示している。 For example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 use Mg 2+ as a divalent metal ion, Al 3+ as a trivalent metal ion, and CO 3 2− (in other words, carbon dioxide) as an anion. The layered metal hydroxide used is disclosed. Furthermore, these non-patent documents disclose the release behavior of carbon dioxide when the layered metal hydroxide is heated and the change in the layer structure of the layered metal hydroxide.

Nick D. Hutson et. al., Chem. Mater.,2004, 16, p.4135-4143Nick D. Hutson et. Al., Chem. Mater., 2004, 16, p.4135-4143 Toshiyuki Hibino et. al., Clays and Clay minerals, Vol.43, No.4, p.427-432, 1995Toshiyuki Hibino et.al., Clays and Clay minerals, Vol.43, No.4, p.427-432, 1995

しかしながら、従来の層状金属水酸化物は、層状金属水酸化物から二酸化炭素を効率良く脱離させるためには高温条件(例えば、400℃をこえる高温条件)が必要であるとともに、層状金属水酸化物から二酸化炭素を脱離させるときに層状金属水酸化物の層構造が破壊されるという問題点を有している。なお、層状金属水酸化物の層構造が破壊されると、層構造を再構築しない限り当該層状金属水酸化物に対して繰り返して二酸化炭素を吸着および脱離させることができない。   However, the conventional layered metal hydroxide requires a high temperature condition (for example, a high temperature condition exceeding 400 ° C.) in order to efficiently desorb carbon dioxide from the layered metal hydroxide. When carbon dioxide is desorbed from an object, the layer structure of the layered metal hydroxide is destroyed. When the layer structure of the layered metal hydroxide is destroyed, carbon dioxide cannot be repeatedly adsorbed and desorbed from the layered metal hydroxide unless the layer structure is reconstructed.

本発明の一態様は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温条件にて層状金属水酸化物から二酸化炭素を効率良く脱離させることができるとともに、層状金属水酸化物から二酸化炭素を脱離させるときに層状金属水酸化物の層構造の少なくとも一部が破壊されない技術を提供することにある。   One embodiment of the present invention has been made in view of the above problems, and has an object of being able to efficiently desorb carbon dioxide from a layered metal hydroxide under a low temperature condition, and to perform layered metal hydroxide. An object of the present invention is to provide a technique in which at least a part of a layer structure of a layered metal hydroxide is not destroyed when carbon dioxide is desorbed from an object.

本発明者は、鋭意研究を行った結果、層状金属水酸化物をナノ粒子化することによって、低温条件にて層状金属水酸化物から二酸化炭素を効率良く脱離できるとともに、層状金属水酸化物から二酸化炭素を脱離させるときに層状金属水酸化物の層構造を少なくとも一部は維持できることを見出し、本発明を完成させるに至った。なお、現在まで層状金属水酸化物をナノ粒子化したものを二酸化炭素吸収剤として使用した例はない。即ち、本発明は以下の構成を含む。   As a result of intensive studies, the present inventors have made it possible to efficiently desorb carbon dioxide from the layered metal hydroxide at low temperatures by forming the layered metal hydroxide into nanoparticles, and the layered metal hydroxide. It was found that at least a part of the layer structure of the layered metal hydroxide can be maintained when carbon dioxide is desorbed from the carbon dioxide, and the present invention has been completed. In addition, there is no example which used what made the layered metal hydroxide the nanoparticle as a carbon dioxide absorber until now. That is, the present invention includes the following configurations.

〔1〕平均粒子径が150nm以下である脱離型の層状金属水酸化物を含んでいることを特徴とする、二酸化炭素吸着剤。   [1] A carbon dioxide adsorbent characterized by containing a desorption-type layered metal hydroxide having an average particle diameter of 150 nm or less.

〔2〕上記脱離型の層状金属水酸化物は、以下の一般式(1)にて示されるホスト層を含むものである、〔1〕に記載の二酸化炭素吸着剤:
[M2+ 1−x3+ (OH)] ・・・一般式(1)
(一般式(1)中、M2+は2価の金属イオンを示し、M3+は3価の金属イオンを示し、xは0<x<1の数を示す)。
[2] The carbon dioxide adsorbent according to [1], wherein the desorption-type layered metal hydroxide includes a host layer represented by the following general formula (1):
[M2 + 1-x M3 + x (OH) 2 ] ... General formula (1)
(In the general formula (1), M 2+ represents a divalent metal ion, M 3+ represents a trivalent metal ion, and x represents a number of 0 <x <1).

〔3〕上記脱離型の層状金属水酸化物は、上記一般式(1)において、0.34≦x<1のものであることを特徴とする、〔2〕に記載の二酸化炭素吸着剤。   [3] The carbon dioxide adsorbent according to [2], wherein the desorbable layered metal hydroxide satisfies 0.34 ≦ x <1 in the general formula (1). .

〔4〕二酸化炭素を吸着している〔1〕〜〔3〕の何れかに記載の二酸化炭素吸着剤を200℃以上400℃以下に加熱する工程を有することを特徴とする、二酸化炭素吸着剤の再生方法。   [4] A carbon dioxide adsorbent comprising a step of heating the carbon dioxide adsorbent according to any one of [1] to [3] adsorbing carbon dioxide to 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. How to play.

〔5〕平均粒子径が150nm以下である非脱離型の層状金属水酸化物を200℃以上400℃以下に加熱する工程を有することを特徴とする、脱離型の層状金属水酸化物の製造方法。   [5] A desorption-type layered metal hydroxide comprising a step of heating a non-desorption type layered metal hydroxide having an average particle size of 150 nm or less to 200 ° C. or more and 400 ° C. or less. Production method.

〔6〕上記非脱離型の層状金属水酸化物は、以下の一般式(1)にて示されるホスト層を含むものである、〔5〕に記載の製造方法:
[M2+ 1−x3+ (OH)] ・・・一般式(1)
(一般式(1)中、M2+は2価の金属イオンを示し、M3+は3価の金属イオンを示し、xは0<x<1の数を示す)。
[6] The production method according to [5], wherein the non-detachable layered metal hydroxide includes a host layer represented by the following general formula (1):
[M2 + 1-x M3 + x (OH) 2 ] ... General formula (1)
(In the general formula (1), M 2+ represents a divalent metal ion, M 3+ represents a trivalent metal ion, and x represents a number of 0 <x <1).

〔7〕上記非脱離型の層状金属水酸化物は、上記一般式(1)において、0.34≦x<1のものであることを特徴とする、〔6〕に記載の製造方法。   [7] The production method according to [6], wherein the non-detachable layered metal hydroxide satisfies 0.34 ≦ x <1 in the general formula (1).

本発明の一態様によれば、低温条件にて層状金属水酸化物から二酸化炭素を脱離できるとともに、層状金属水酸化物から二酸化炭素を脱離させるときに層状金属水酸化物の層構造の少なくとも一部を維持できる。それ故に、本発明の一態様によれば、層状金属水酸化物に対する二酸化炭素の吸着および脱離を、繰り返し行うことができるという効果を奏する。   According to one aspect of the present invention, carbon dioxide can be desorbed from a layered metal hydroxide under low temperature conditions, and the layer structure of the layered metal hydroxide can be desorbed when desorbing carbon dioxide from the layered metal hydroxide. At least some can be maintained. Therefore, according to one embodiment of the present invention, there is an effect that adsorption and desorption of carbon dioxide with respect to the layered metal hydroxide can be repeatedly performed.

反応時間が4時間、8時間、16時間、48時間、または72時間の水熱合成法によって得られた層状金属水酸化物のナノ粒子と、市販品であるハイドロタルサイト(和光純薬製、以下HTとも呼ぶ)と、の粉末X線回折測定(XRD)によるXRDピークを示す。Layered metal hydroxide nanoparticles obtained by a hydrothermal synthesis method with a reaction time of 4 hours, 8 hours, 16 hours, 48 hours, or 72 hours, and commercially available hydrotalcite (manufactured by Wako Pure Chemical, XRD peak by powder X-ray diffraction measurement (XRD) is shown below. 反応時間が4時間、8時間、16時間、48時間、または72時間の水熱合成法によって得られた層状金属水酸化物のナノ粒子と、市販品であるハイドロタルサイト(和光純薬製、以下HTとも呼ぶ)と、の走査型電子顕微鏡観察(SEM)による粒子形状および動的光散乱測定(DLS)による平均粒子径を示す。Layered metal hydroxide nanoparticles obtained by a hydrothermal synthesis method with a reaction time of 4 hours, 8 hours, 16 hours, 48 hours, or 72 hours, and commercially available hydrotalcite (manufactured by Wako Pure Chemical, (Hereinafter also referred to as HT), and the average particle diameter obtained by observation with a scanning electron microscope (SEM) and dynamic light scattering measurement (DLS). 反応時間が4時間、8時間、16時間、48時間、または72時間の水熱合成法によって得られた層状金属水酸化物のナノ粒子と、市販品であるハイドロタルサイト(和光純薬製、以下HTとも呼ぶ)と、の結合プラズマ発光分光分析(ICP)によるAlイオンおよびMgイオンの含有量およびAlイオンおよびMgイオンの含有割合から計算される層状金属水酸化物の組成式について示す。Layered metal hydroxide nanoparticles obtained by a hydrothermal synthesis method with a reaction time of 4 hours, 8 hours, 16 hours, 48 hours, or 72 hours, and commercially available hydrotalcite (manufactured by Wako Pure Chemical, The composition formula of the layered metal hydroxide calculated from the content of Al ions and Mg ions and the content ratio of Al ions and Mg ions by coupled plasma emission spectroscopy (ICP) is shown below. 応時間が4時間、8時間、16時間、48時間、または72時間の水熱合成法によって得られた層状金属水酸化物のナノ粒子と、市販品であるハイドロタルサイト(和光純薬製、以下HTとも呼ぶ)と、を常温から600℃まで加温させることによる水および二酸化炭素の脱離量をガスクロマトグラフ質量分析計で測定した結果示す。Layered metal hydroxide nanoparticles obtained by a hydrothermal synthesis method for 4 hours, 8 hours, 16 hours, 48 hours, or 72 hours, and commercially available hydrotalcite (manufactured by Wako Pure Chemical, (Hereinafter also referred to as HT) shows the result of measuring the amount of water and carbon dioxide desorption by heating from room temperature to 600 ° C. with a gas chromatograph mass spectrometer. 反応時間が4時間の水熱合成法によって得られた層状金属水酸化物のナノ粒子と、市販品であるハイドロタルサイト(和光純薬製、以下HTとも呼ぶ)と、を常温、350℃、および600℃に加温後の層状金属水酸化物の構造を粉末X線回折測定(XRD)によるXRDピークを示す。A layered metal hydroxide nanoparticle obtained by a hydrothermal synthesis method having a reaction time of 4 hours and a commercially available hydrotalcite (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., hereinafter also referred to as HT) at room temperature, 350 ° C., And the structure of the layered metal hydroxide after heating to 600 ° C. shows an XRD peak by powder X-ray diffraction measurement (XRD). 反応時間が4時間の水熱合成法によって得られた層状金属水酸化物のナノ粒子と、市販品であるハイドロタルサイト(和光純薬製、以下HTとも呼ぶ)と、を二酸化炭素の吸脱着を繰り返した際の二酸化炭素の脱離量をガスクロマトグラフ質量分析計で測定した結果示す。Adsorption and desorption of carbon dioxide between layered metal hydroxide nanoparticles obtained by a hydrothermal synthesis method with a reaction time of 4 hours and commercially available hydrotalcite (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., hereinafter also referred to as HT) It shows the result of measuring the desorption amount of carbon dioxide when repeating the above with a gas chromatograph mass spectrometer.

本発明の一実施形態について以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態や実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態や実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された学術文献及び特許文献の全てが、本明細書中において参考文献として援用される。また、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A〜B」は、「A以上、B以下」を意図する。加えて、本明細書において「層状金属水酸化物」とは、層状複水酸化物(Layered Double Hydroxide:LDH)と同じ結晶構造を有する層状金属水酸化物を意図する。   An embodiment of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to this. The present invention is not limited to each configuration described below, and various modifications can be made within the scope shown in the claims, and technical means disclosed in different embodiments and examples respectively. Embodiments and examples obtained by appropriately combining them are also included in the technical scope of the present invention. Moreover, all the academic literatures and patent literatures described in this specification are used as references in this specification. Unless otherwise specified in this specification, “A to B” representing a numerical range is intended to be “A or more and B or less”. In addition, in this specification, the “layered metal hydroxide” intends a layered metal hydroxide having the same crystal structure as a layered double hydroxide (LDH).

〔1.二酸化炭素吸着剤〕
本実施の形態の二酸化炭素吸着剤は、平均粒子径が150nm以下である脱離型の層状金属水酸化物を含んでいる。
[1. Carbon dioxide adsorbent
The carbon dioxide adsorbent of the present embodiment includes a desorption type layered metal hydroxide having an average particle size of 150 nm or less.

本明細書において「脱離型の層状金属水酸化物」とは、ゲスト層が脱離しているホスト層を備えている層状金属水酸化物を意図する。このとき、「脱離型の層状金属水酸化物」では、ホスト層から少なくとも一部のゲスト層が脱離していればよく、ホスト層から全てのゲスト層が脱離している必要はない。例えば、ホスト層に対してゲスト層が飽和状態にて吸着しているときのゲスト層の重量を「1」としたとき、「脱離型の層状金属水酸化物」は、ホスト層に対して、0.9以下、より好ましくは0.8以下、より好ましくは0.7以下、より好ましくは0.6以下、より好ましくは0.5以下、より好ましくは0.4以下、より好ましくは0.3以下、より好ましくは0.2以下、最も好ましくは0.1以下のゲスト層が吸着しているものであり得る。   In the present specification, the “detachable layered metal hydroxide” means a layered metal hydroxide including a host layer from which a guest layer is detached. At this time, in the “leaving-type layered metal hydroxide”, it is sufficient that at least a part of the guest layer is detached from the host layer, and it is not necessary that all the guest layers are detached from the host layer. For example, when the weight of the guest layer when the guest layer is adsorbed to the host layer in a saturated state is “1”, the “desorption-type layered metal hydroxide” is 0.9 or less, more preferably 0.8 or less, more preferably 0.7 or less, more preferably 0.6 or less, more preferably 0.5 or less, more preferably 0.4 or less, more preferably 0. .3 or less, more preferably 0.2 or less, and most preferably 0.1 or less guest layer may be adsorbed.

一方、本明細書において「非脱離型の層状金属水酸化物」とは、ゲスト層が吸着しているホスト層を備えている層状金属水酸化物を意図する。このとき、「非脱離型の層層状金属水酸化物」では、少なくとも一部のホスト層に対してゲスト層が吸着していればよく、ホスト層に対してゲスト層が飽和状態にて吸着している必要はない。例えば、ホスト層に対してゲスト層が飽和状態にて吸着しているときのゲスト層の重量を「1」としたとき、「非脱離型の層状金属水酸化物」は、ホスト層に対して、0.1よりも多い、0.2よりも多い、0.3よりも多い、0.4よりも多い、0.5よりも多い、より好ましくは0.6よりも多い、より好ましくは0.7よりも多い、より好ましくは0.8よりも多い、最も好ましくは0.9よりも多いゲスト層が吸着しているものであり得る。   On the other hand, the term “non-detached layered metal hydroxide” in this specification means a layered metal hydroxide provided with a host layer to which a guest layer is adsorbed. At this time, in the “non-detached layered layer metal hydroxide”, the guest layer only needs to be adsorbed to at least a part of the host layer, and the guest layer is adsorbed to the host layer in a saturated state. You don't have to. For example, when the weight of the guest layer when the guest layer is adsorbed to the host layer in a saturated state is “1”, the “non-detached layered metal hydroxide” is More than 0.1, more than 0.2, more than 0.3, more than 0.4, more than 0.5, more preferably more than 0.6, more preferably More than 0.7, more preferably more than 0.8, most preferably more than 0.9 guest layers may be adsorbed.

本実施の形態の二酸化炭素吸着剤では、脱離型の層状金属水酸化物は、平均粒子径が、150nm以下、好ましくは140nm以下、より好ましくは130nm以下、より好ましくは120nm以下、より好ましくは110nm以下、より好ましくは100nm以下、より好ましくは90nm以下、より好ましくは80nm以下、より好ましくは70nm以下、より好ましくは60nm以下、より好ましくは50nm以下、より好ましくは40nm以下、より好ましくは30nm以下、より好ましくは20nm以下、最も好ましくは10nm以下である。平均粒子径の下限値は、限定されないが、例えば、0.01nm、0.1nm、1nm、または5nmであってもよい。当該構成によれば、二酸化炭素吸着剤に吸着した二酸化炭素を低温条件にて脱離することができるとともに、二酸化炭素吸着剤から二酸化炭素を脱離させるときに二酸化炭素吸着剤の少なくとも一部の層構造を維持できる。それ故に、当該構成によれば、二酸化炭素を繰り返して吸着および脱離することができる二酸化炭素吸着剤を実現することができる。   In the carbon dioxide adsorbent of the present embodiment, the desorbable layered metal hydroxide has an average particle size of 150 nm or less, preferably 140 nm or less, more preferably 130 nm or less, more preferably 120 nm or less, more preferably 110 nm or less, more preferably 100 nm or less, more preferably 90 nm or less, more preferably 80 nm or less, more preferably 70 nm or less, more preferably 60 nm or less, more preferably 50 nm or less, more preferably 40 nm or less, more preferably 30 nm or less. More preferably, it is 20 nm or less, and most preferably 10 nm or less. The lower limit value of the average particle diameter is not limited, but may be, for example, 0.01 nm, 0.1 nm, 1 nm, or 5 nm. According to this configuration, carbon dioxide adsorbed on the carbon dioxide adsorbent can be desorbed under low temperature conditions, and at least part of the carbon dioxide adsorbent is desorbed when desorbing carbon dioxide from the carbon dioxide adsorbent. The layer structure can be maintained. Therefore, according to this configuration, a carbon dioxide adsorbent capable of repeatedly adsorbing and desorbing carbon dioxide can be realized.

平均粒子径は、動的光散乱測定(DLS)によって求めることができる。なお、動的光散乱測定は、市販の装置(例えば、大塚電子株式会社製 ELSZ−1000ZS)を用い、当該市販の装置に添付のプロトコルにしたがって行えばよい。   The average particle diameter can be determined by dynamic light scattering measurement (DLS). The dynamic light scattering measurement may be performed using a commercially available device (for example, ELSZ-1000ZS manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) according to the protocol attached to the commercially available device.

上記脱離型の層状金属水酸化物は、以下の一般式(1)にて示されるホスト層を含むものであってもよい:
[M2+ 1−x3+ (OH)] ・・・一般式(1)
(一般式(1)中、M2+は2価の金属イオンを示し、M3+は3価の金属イオンを示し、xは0<x<1の数を示す)。
The detachable layered metal hydroxide may include a host layer represented by the following general formula (1):
[M2 + 1-x M3 + x (OH) 2 ] ... General formula (1)
(In the general formula (1), M 2+ represents a divalent metal ion, M 3+ represents a trivalent metal ion, and x represents a number of 0 <x <1).

「M2+」としては、特に限定されないが、例えば、Mg2+、Fe2+、Zn2+、Ca2+、Mn2+、Ni2+、Co2+、Cu2+、および、Sr2+を挙げることができる。一方、「M3+」としては、特に限定されないが、例えば、Al3+、Fe3+、Cr3+、Mn3+、Ga3+、および、Co3+を挙げることができる。一般式(1)における「M2+」と「M3+」との組み合わせは、特に限定されず、Mg2+、Fe2+、Zn2+、Ca2+、Mn2+、Ni2+、Co2+、Cu2+、および、Sr2+からなる群より選択される任意の「M2+」と、Al3+、Fe3+、Cr3+、Mn3+、Ga3+、および、Co3+からなる群より選択される任意の「M3+」と、の組み合わせであり得る。「M2+」および「M3+」の各々は、単一種類のイオンによって構成されていてもよいが、複数種類のイオンによって構成されていてもよい。つまり、「M2+」および「M3+」の各々は、それぞれの群より選択される複数種類のイオンが混在して構成されるものであってもよい。なお、複数種類のイオンによって構成されている場合には、2種類のイオン、3種類のイオン、4種類のイオン、または、5種類以上のイオンによって構成され得る。 “M 2+ ” is not particularly limited, and examples thereof include Mg 2+ , Fe 2+ , Zn 2+ , Ca 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ , Co 2+ , Cu 2+ , and Sr 2+ . On the other hand, “M 3+ ” is not particularly limited, and examples thereof include Al 3+ , Fe 3+ , Cr 3+ , Mn 3+ , Ga 3+ , and Co 3+ . The combination of “M 2+ ” and “M 3+ ” in the general formula (1) is not particularly limited, and Mg 2+ , Fe 2+ , Zn 2+ , Ca 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ , Co 2+ , Cu 2+ , and , Any “M 2+ ” selected from the group consisting of Sr 2+ , and any “M 3+ ” selected from the group consisting of Al 3+ , Fe 3+ , Cr 3+ , Mn 3+ , Ga 3+ , and Co 3+ And a combination. Each of “M 2+ ” and “M 3+ ” may be configured by a single type of ion, but may be configured by a plurality of types of ions. That is, each of “M 2+ ” and “M 3+ ” may be configured by mixing a plurality of types of ions selected from the respective groups. In addition, when comprised by multiple types of ion, it can be comprised by 2 types of ions, 3 types of ions, 4 types of ions, or 5 or more types of ions.

二酸化炭素吸着剤に吸着した二酸化炭素をより低温条件にて脱離でき、かつ、二酸化炭素吸着剤から二酸化炭素を脱離させるときに二酸化炭素吸着剤の層構造をより安定に維持できるという観点からは、上述した「M2+」の中では、Mg2+、Zn2+、または、Ni2+がより好ましく、上述した「M3+」の中では、Al3+、または、Ga3+がより好ましく、上述した「M2+」と「M3+」との組み合わせの中では、Mg2+とAl3+との組み合わせ、Zn2+とAl3+との組み合わせ、または、Ni2+とAl3+との組み合わせがより好ましいといえる。 From the viewpoint that carbon dioxide adsorbed on the carbon dioxide adsorbent can be desorbed at lower temperature conditions, and when the carbon dioxide is desorbed from the carbon dioxide adsorbent, the layer structure of the carbon dioxide adsorbent can be maintained more stably. Is more preferably Mg 2+ , Zn 2+ , or Ni 2+ in the above-mentioned “M 2+ ”, and more preferably Al 3+ or Ga 3+ in the above-mentioned “M 3+ ”. Among the combinations of “M 2+ ” and “M 3+ ”, it can be said that a combination of Mg 2+ and Al 3+ , a combination of Zn 2+ and Al 3+ , or a combination of Ni 2+ and Al 3+ is more preferable.

xは、0<x<1の数であればよいが、0.34≦x<1の数であることが好ましく、0.35≦x<1の数であることが更に好ましい。これらxの値の範囲では、xの上限値は「1未満」となっているが、当該上限値に限定されず、上限値は「0.90以下」、「0.80以下」、「0.70以下」、「0.60以下」、「0.50以下」、または、「0.40以下」であってもよい。当該構成によれば、二酸化炭素吸着剤に吸着した二酸化炭素を低温条件にて脱離することができるとともに、二酸化炭素吸着剤から二酸化炭素を脱離させるときに二酸化炭素吸着剤の層構造の少なくとも一部を維持できる。それ故に、当該構成によれば、二酸化炭素を繰り返して吸着および脱離することができる二酸化炭素吸着剤を実現することができる。   x may be a number such that 0 <x <1, but is preferably a number such that 0.34 ≦ x <1 and more preferably a number such that 0.35 ≦ x <1. In the range of these x values, the upper limit value of x is “less than 1”, but is not limited to the upper limit value, and the upper limit values are “0.90 or less”, “0.80 or less”, “0” .70 or less "," 0.60 or less "," 0.50 or less ", or" 0.40 or less ". According to this configuration, carbon dioxide adsorbed on the carbon dioxide adsorbent can be desorbed at a low temperature, and at least the layer structure of the carbon dioxide adsorbent when desorbing carbon dioxide from the carbon dioxide adsorbent. Some can be maintained. Therefore, according to this configuration, a carbon dioxide adsorbent capable of repeatedly adsorbing and desorbing carbon dioxide can be realized.

本実施の形態の二酸化炭素吸着剤に含まれている脱離型の層状金属水酸化物の量は、特に限定されず、例えば、二酸化炭素吸着剤を100重量%とした場合に、0.001重量%〜100重量%であってもよく、0.01重量%〜100重量%であってもよく、0.1重量%〜100重量%であってもよく、0.1重量%〜95重量%であってもよく、0.1重量%〜90重量%であってもよく、0.1重量%〜80重量%であってもよく、0.1重量%〜70重量%であってもよく、0.1重量%〜60重量%であってもよく、0.1重量%〜50重量%であってもよく、0.1重量%〜40重量%であってもよく、0.1重量%〜30重量%であってもよく、0.1重量%〜20重量%であってもよく、0.1重量%〜10重量%であってもよい。   The amount of the desorption-type layered metal hydroxide contained in the carbon dioxide adsorbent of the present embodiment is not particularly limited. For example, when the carbon dioxide adsorbent is 100% by weight, 0.001 % By weight to 100% by weight, 0.01% to 100% by weight, 0.1% to 100% by weight, 0.1% to 95% by weight %, 0.1 wt% to 90 wt%, 0.1 wt% to 80 wt%, or 0.1 wt% to 70 wt% It may be 0.1 wt% to 60 wt%, 0.1 wt% to 50 wt%, 0.1 wt% to 40 wt%, % To 30% by weight, 0.1% to 20% by weight, or 0.1% to 10% by weight. It may be.

本実施の形態の二酸化炭素吸着剤は、脱離型の層状金属水酸化物以外の成分を含有し得る。これらの成分としては、例えば、非脱離型の層状金属水酸化物、および、脱離型および/または非脱離型の層状金属水酸化物を担持する担体(例えば、多孔質の担体)、を挙げることができる。   The carbon dioxide adsorbent of the present embodiment can contain components other than the desorbable layered metal hydroxide. These components include, for example, a non-desorbable layered metal hydroxide, and a carrier supporting the desorbed and / or non-desorbed layered metal hydroxide (for example, a porous carrier), Can be mentioned.

本実施の形態の二酸化炭素吸着剤に含まれている脱離型の層状金属水酸化物以外の成分の量は、特に限定されず、例えば、二酸化炭素吸着剤を100重量%とした場合に、0重量%〜99.999重量%であってもよく、0重量%〜99.99重量%であってもよく、0重量%〜99.9重量%であってもよく、5重量%〜99.9重量%であってもよく、10重量%〜99.9重量%であってもよく、20重量%〜99.9重量%であってもよく、30重量%〜99.9重量%であってもよく、40重量%〜99.9重量%であってもよく、50重量%〜99.9重量%であってもよく、60重量%〜99.9重量%であってもよく、70重量%〜99.9重量%であってもよく、80重量%〜99.9重量%であってもよく、90重量%〜99.9重量%であってもよい。   The amount of components other than the desorption-type layered metal hydroxide contained in the carbon dioxide adsorbent of the present embodiment is not particularly limited. For example, when the carbon dioxide adsorbent is 100% by weight, It may be 0% to 99.999% by weight, 0% to 99.99% by weight, 0% to 99.9% by weight, or 5% to 99%. 9.9 wt%, 10 wt% to 99.9 wt%, 20 wt% to 99.9 wt%, 30 wt% to 99.9 wt% May be 40 wt% to 99.9 wt%, 50 wt% to 99.9 wt%, 60 wt% to 99.9 wt%, 70% to 99.9% by weight, 80% to 99.9% by weight, 90% by weight It may be 99.9 wt%.

本実施の形態の二酸化炭素吸着剤は、後述する〔2.二酸化炭素吸着剤の再生方法〕および/または〔3.脱離型の層状金属水酸化物の製造方法〕にしたがって作製することができる。水熱合成法にしたがって層状金属水酸化物を作製すると、大気中に存在する二酸化炭素がホスト層に吸着して、後述する一般式(2)にて示される「非脱離型の層状金属水酸化物」が形成され得る。例えば、当該「非脱離型の層状金属水酸化物」を200℃以上400℃以下、好ましくは200℃以上390℃以下、より好ましくは200℃以上380℃以下、より好ましくは200℃以上370℃以下、より好ましくは200℃以上360℃以下、より好ましくは200℃以上350℃以下、より好ましくは200℃以上320℃以下、より好ましくは200℃以上300℃以下、より好ましくは200℃以上270℃以下、より好ましくは200℃以上250℃以下、最も好ましくは200℃以上220℃以下に加熱することによって、本実施の形態の二酸化炭素吸着剤を作製することができる。   The carbon dioxide adsorbent of the present embodiment will be described later [2. Regeneration method of carbon dioxide adsorbent] and / or [3. Production method of detachable layered metal hydroxide]. When a layered metal hydroxide is produced in accordance with the hydrothermal synthesis method, carbon dioxide existing in the atmosphere is adsorbed on the host layer, and the “non-desorption type layered metal water represented by the following general formula (2) is shown. An “oxide” may be formed. For example, the “non-detachable layered metal hydroxide” is 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or higher and 390 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 380 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 370 ° C. Or less, more preferably 200 ° C. or higher and 360 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 320 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 270 ° C. Hereinafter, the carbon dioxide adsorbent of the present embodiment can be produced by heating to 200 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, most preferably 200 ° C. or higher and 220 ° C. or lower.

〔2.二酸化炭素吸着剤の再生方法〕
本実施の形態の二酸化炭素吸着剤の再生方法は、二酸化炭素を吸着している二酸化炭素吸着剤を200℃以上400℃以下、好ましくは200℃以上390℃以下、より好ましくは200℃以上380℃以下、より好ましくは200℃以上370℃以下、より好ましくは200℃以上360℃以下、より好ましくは200℃以上350℃以下、より好ましくは200℃以上320℃以下、より好ましくは200℃以上300℃以下、より好ましくは200℃以上270℃以下、より好ましくは200℃以上250℃以下、最も好ましくは200℃以上220℃以下に加熱する工程を有している。
[2. (Regeneration method of carbon dioxide adsorbent)
In the carbon dioxide adsorbent regeneration method of this embodiment, the carbon dioxide adsorbent adsorbing carbon dioxide is 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or higher and 390 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 380 ° C. Or less, more preferably 200 ° C. or more and 370 ° C. or less, more preferably 200 ° C. or more and 360 ° C. or less, more preferably 200 ° C. or more and 350 ° C. or less, more preferably 200 ° C. or more and 320 ° C. or less, more preferably 200 ° C. or more and 300 ° C. or less. In the following, a step of heating to 200 ° C. or higher and 270 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, most preferably 200 ° C. or higher and 220 ° C. or lower is included.

換言すれば、本実施の形態の二酸化炭素吸着剤の再生方法は、脱離型の層状金属水酸化物を含む二酸化炭素吸着剤に二酸化炭素が吸着することにより、非脱離型の層状金属水酸化物を含む二酸化炭素吸着剤となった二酸化炭素吸着剤を200℃以上400℃以下、好ましくは200℃以上390℃以下、より好ましくは200℃以上380℃以下、より好ましくは200℃以上370℃以下、より好ましくは200℃以上360℃以下、より好ましくは200℃以上350℃以下、より好ましくは200℃以上320℃以下、より好ましくは200℃以上300℃以下、より好ましくは200℃以上270℃以下、より好ましくは200℃以上250℃以下、最も好ましくは200℃以上220℃以下に加熱する工程を有している。   In other words, the method for regenerating a carbon dioxide adsorbent according to the present embodiment is such that carbon dioxide is adsorbed onto a carbon dioxide adsorbent containing a desorption-type layered metal hydroxide, so that a non-desorption type layered metal water is obtained. The carbon dioxide adsorbent that has become an oxide-containing carbon dioxide adsorbent is 200 ° C to 400 ° C, preferably 200 ° C to 390 ° C, more preferably 200 ° C to 380 ° C, more preferably 200 ° C to 370 ° C. Or less, more preferably 200 ° C. or higher and 360 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 320 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 270 ° C. The step of heating to 200 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, most preferably 200 ° C. or higher and 220 ° C. or lower is more preferable.

ここで、二酸化炭素を吸着する前の二酸化炭素吸着剤については、上述した〔1.二酸化炭素吸着剤〕の欄で既に説明したので、ここでは、その説明を省略する。   Here, the carbon dioxide adsorbent before adsorbing carbon dioxide has been described above [1. Since it has already been described in the column of “carbon dioxide adsorbent”, the description thereof is omitted here.

二酸化炭素を吸着している二酸化炭素吸着剤は、平均粒子径が150nm以下である非脱離型の層状金属水酸化物を含み得る。   The carbon dioxide adsorbent adsorbing carbon dioxide can contain a non-desorbed layered metal hydroxide having an average particle size of 150 nm or less.

上記非脱離型の層状金属水酸化物は、平均粒子径が、150nm以下、好ましくは140nm以下、より好ましくは130nm以下、より好ましくは120nm以下、より好ましくは110nm以下、より好ましくは100nm以下、より好ましくは90nm以下、より好ましくは80nm以下、より好ましくは70nm以下、より好ましくは60nm以下、より好ましくは50nm以下、より好ましくは40nm以下、より好ましくは30nm以下、より好ましくは20nm以下、最も好ましくは10nm以下である。平均粒子径の下限値は、限定されないが、例えば、0.01nm、0.1nm、1nm、または5nmであってもよい。当該構成によれば、二酸化炭素吸着剤に吸着した二酸化炭素を低温条件にて脱離することができるとともに、二酸化炭素吸着剤から二酸化炭素を脱離させるときに二酸化炭素吸着剤の層構造の少なくとも一部を維持できる。それ故に、当該構成によれば、二酸化炭素を繰り返して吸着および脱離することができる能力を維持した二酸化炭素吸着剤を再生することができる。   The non-detached layered metal hydroxide has an average particle size of 150 nm or less, preferably 140 nm or less, more preferably 130 nm or less, more preferably 120 nm or less, more preferably 110 nm or less, more preferably 100 nm or less, More preferably 90 nm or less, more preferably 80 nm or less, more preferably 70 nm or less, more preferably 60 nm or less, more preferably 50 nm or less, more preferably 40 nm or less, more preferably 30 nm or less, more preferably 20 nm or less, most preferably Is 10 nm or less. The lower limit value of the average particle diameter is not limited, but may be, for example, 0.01 nm, 0.1 nm, 1 nm, or 5 nm. According to this configuration, carbon dioxide adsorbed on the carbon dioxide adsorbent can be desorbed at a low temperature, and at least the layer structure of the carbon dioxide adsorbent when desorbing carbon dioxide from the carbon dioxide adsorbent. Some can be maintained. Therefore, according to this configuration, it is possible to regenerate the carbon dioxide adsorbent that maintains the ability to repeatedly adsorb and desorb carbon dioxide.

平均粒子径は、動的光散乱測定(DLS)によって求めることができる。なお、動的光散乱測定は、市販の装置(例えば、大塚電子株式会社製 ELSZ−1000ZS)を用い、当該市販の装置に添付のプロトコルにしたがって行えばよい。   The average particle diameter can be determined by dynamic light scattering measurement (DLS). The dynamic light scattering measurement may be performed using a commercially available device (for example, ELSZ-1000ZS manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) according to the protocol attached to the commercially available device.

上記非脱離型の層状金属水酸化物は、以下の一般式(1)にて示されるホスト層を含むものであってもよい:
[M2+ 1−x3+ (OH)] ・・・一般式(1)、
より具体的に、上記非脱離型の層状金属水酸化物は、以下の一般式(2)にて示されるホスト層およびゲスト層の複合体を含むものであってもよい:
[M2+ 1−x3+ (OH)(COx/2・mHO] ・・・一般式(2)
(一般式(1)および一般式(2)中、M2+は2価の金属イオンを示し、M3+は3価の金属イオンを示し、xは0<x<1の数を示し、mは0以上の数を示す)。
The non-detachable layered metal hydroxide may include a host layer represented by the following general formula (1):
[M2 + 1-x M3 + x (OH) 2 ] ... General formula (1),
More specifically, the non-detachable layered metal hydroxide may include a composite of a host layer and a guest layer represented by the following general formula (2):
[M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2 (CO 3 ) x / 2 · mH 2 O] General formula (2)
(In General Formula (1) and General Formula (2), M 2+ represents a divalent metal ion, M 3+ represents a trivalent metal ion, x represents a number of 0 <x <1, and m represents Indicates a number greater than or equal to zero.

「M2+」としては、特に限定されないが、例えば、Mg2+、Fe2+、Zn2+、Ca2+、Mn2+、Ni2+、Co2+、Cu2+、および、Sr2+を挙げることができる。一方、「M3+」としては、特に限定されないが、例えば、Al3+、Fe3+、Cr3+、Mn3+、Ga3+、および、Co3+を挙げることができる。一般式(1)および一般式(2)における「M2+」と「M3+」との組み合わせは、特に限定されず、Mg2+、Fe2+、Zn2+、Ca2+、Mn2+、Ni2+、Co2+、Cu2+、および、Sr2+からなる群より選択される任意の「M2+」と、Al3+、Fe3+、Cr3+、Mn3+、Ga3+、および、Co3+からなる群より選択される任意の「M3+」と、の組み合わせであり得る。「M2+」および「M3+」の各々は、単一種類のイオンによって構成されていてもよいが、複数種類のイオンによって構成されていてもよい。つまり、「M2+」および「M3+」の各々は、それぞれの群より選択される複数種類のイオンが混在して構成されるものであってもよい。なお、複数種類のイオンによって構成されている場合には、2種類のイオン、3種類のイオン、4種類のイオン、または、5種類以上のイオンによって構成され得る。 “M 2+ ” is not particularly limited, and examples thereof include Mg 2+ , Fe 2+ , Zn 2+ , Ca 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ , Co 2+ , Cu 2+ , and Sr 2+ . On the other hand, “M 3+ ” is not particularly limited, and examples thereof include Al 3+ , Fe 3+ , Cr 3+ , Mn 3+ , Ga 3+ , and Co 3+ . The combination of “M 2+ ” and “M 3+ ” in general formula (1) and general formula (2) is not particularly limited, and Mg 2+ , Fe 2+ , Zn 2+ , Ca 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ , Co 2+, Cu 2+, and any "M 2+" is selected from the group consisting of Sr 2+, Al 3+, Fe 3+ , Cr 3+, Mn 3+, Ga 3+, and is selected from the group consisting of Co 3+ It can be a combination with any “M 3+ ”. Each of “M 2+ ” and “M 3+ ” may be configured by a single type of ion, but may be configured by a plurality of types of ions. That is, each of “M 2+ ” and “M 3+ ” may be configured by mixing a plurality of types of ions selected from the respective groups. In addition, when comprised by multiple types of ion, it can be comprised by 2 types of ions, 3 types of ions, 4 types of ions, or 5 or more types of ions.

二酸化炭素吸着剤に吸着した二酸化炭素をより低温条件にて脱離でき、かつ、二酸化炭素吸着剤から二酸化炭素を脱離させるときに二酸化炭素吸着剤の層構造をより安定に維持できるという観点からは、上述した「M2+」の中では、Mg2+、Zn2+、または、Ni2+がより好ましく、上述した「M3+」の中では、Al3+、または、Ga3+がより好ましく、上述した「M2+」と「M3+」との組み合わせの中では、Mg2+とAl3+との組み合わせ、Zn2+とAl3+との組み合わせ、または、Ni2+とAl3+との組み合わせがより好ましいといえる。 From the viewpoint that carbon dioxide adsorbed on the carbon dioxide adsorbent can be desorbed at lower temperature conditions, and when the carbon dioxide is desorbed from the carbon dioxide adsorbent, the layer structure of the carbon dioxide adsorbent can be maintained more stably. Is more preferably Mg 2+ , Zn 2+ , or Ni 2+ in the above-mentioned “M 2+ ”, and more preferably Al 3+ or Ga 3+ in the above-mentioned “M 3+ ”. Among the combinations of “M 2+ ” and “M 3+ ”, it can be said that a combination of Mg 2+ and Al 3+ , a combination of Zn 2+ and Al 3+ , or a combination of Ni 2+ and Al 3+ is more preferable.

xは、0<x<1の数であればよいが、0.34≦x<1の数であることが好ましく、0.35≦x<1の数であることが更に好ましい。これらxの値の範囲では、xの上限値は「1未満」となっているが、当該上限値に限定されず、上限値は「0.90以下」、「0.80以下」、「0.70以下」、「0.60以下」、「0.50以下」、または、「0.40以下」であってもよい。当該構成によれば、二酸化炭素吸着剤に吸着した二酸化炭素を低温条件にて脱離することができるとともに、二酸化炭素吸着剤から二酸化炭素を脱離させるときに二酸化炭素吸着剤の層構造の少なくとも一部を維持できる。それ故に、当該構成によれば、二酸化炭素を繰り返して吸着および脱離することができる能力を維持した二酸化炭素吸着剤を再生することができる。   x may be a number such that 0 <x <1, but is preferably a number such that 0.34 ≦ x <1 and more preferably a number such that 0.35 ≦ x <1. In the range of these x values, the upper limit value of x is “less than 1”, but is not limited to the upper limit value, and the upper limit values are “0.90 or less”, “0.80 or less”, “0” .70 or less "," 0.60 or less "," 0.50 or less ", or" 0.40 or less ". According to this configuration, carbon dioxide adsorbed on the carbon dioxide adsorbent can be desorbed at a low temperature, and at least the layer structure of the carbon dioxide adsorbent when desorbing carbon dioxide from the carbon dioxide adsorbent. Some can be maintained. Therefore, according to this configuration, it is possible to regenerate the carbon dioxide adsorbent that maintains the ability to repeatedly adsorb and desorb carbon dioxide.

mは、0以上の数であればよいが、0.1≦m≦10の数であることが好ましく、0.3≦m≦5の数であることが更に好ましい。当該構成によれば、二酸化炭素吸着剤に吸着した二酸化炭素を低温条件にて脱離することができるとともに、二酸化炭素吸着剤から二酸化炭素を脱離させるときに二酸化炭素吸着剤の層構造の少なくとも一部を維持できる。それ故に、当該構成によれば、二酸化炭素を繰り返して吸着および脱離することができる能力を維持した二酸化炭素吸着剤を再生することができる。   m may be a number of 0 or more, preferably 0.1 ≦ m ≦ 10, and more preferably 0.3 ≦ m ≦ 5. According to this configuration, carbon dioxide adsorbed on the carbon dioxide adsorbent can be desorbed at a low temperature, and at least the layer structure of the carbon dioxide adsorbent when desorbing carbon dioxide from the carbon dioxide adsorbent. Some can be maintained. Therefore, according to this configuration, it is possible to regenerate the carbon dioxide adsorbent that maintains the ability to repeatedly adsorb and desorb carbon dioxide.

本実施の形態の二酸化炭素吸着剤の再生方法は、二酸化炭素を吸着している二酸化炭素吸着剤を200℃以上400℃以下に加熱する工程を有している。当該工程では、二酸化炭素を吸着している二酸化炭素吸着剤を、200℃以上390℃以下、200℃以上380℃以下、200℃以上370℃以下、200℃以上360℃以下、200℃以上350℃以下、200℃以上320℃以下、200℃以上300℃以下、200℃以上270℃以下、200℃以上250℃以下、または、200℃以上220℃以下に加熱してもよい。本実施の形態に用いられる二酸化炭素吸着剤であれば、低温であっても効率よく二酸化炭素を脱離することができ、かつ、二酸化炭素吸着剤の構造を安定に維持することができる。低温にて効率よく二酸化炭素を脱離することができれば、(i)安価かつ簡便な加熱装置によって二酸化炭素吸着剤を所望の温度に加熱することができる、および、(ii)加熱に必要なエネルギー(燃料および/または電力)を節約することができる、等の利点がある。一方、二酸化炭素吸着剤の構造を安定に維持することができれば、(iii)二酸化炭素吸着剤を繰り返し用いることによって、二酸化炭素を回収するためのコストを低減することができる、および、(iv)二酸化炭素吸着剤を繰り返し用いることによって、二酸化炭素吸着剤の交換に要する煩雑な作業を省略することができる、等の利点がある。   The regeneration method of the carbon dioxide adsorbent of the present embodiment includes a step of heating the carbon dioxide adsorbent adsorbing carbon dioxide to 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. In this process, the carbon dioxide adsorbent adsorbing carbon dioxide is 200 ° C. or higher and 390 ° C. or lower, 200 ° C. or higher and 380 ° C. or lower, 200 ° C. or higher and 370 ° C. or lower, 200 ° C. or higher and 360 ° C. or lower, 200 ° C. or higher and 350 ° C. or lower. Hereinafter, it may be heated to 200 ° C. or higher and 320 ° C. or lower, 200 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, 200 ° C. or higher and 270 ° C. or lower, 200 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, or 200 ° C. or higher and 220 ° C. or lower. With the carbon dioxide adsorbent used in the present embodiment, carbon dioxide can be efficiently desorbed even at low temperatures, and the structure of the carbon dioxide adsorbent can be stably maintained. If carbon dioxide can be efficiently desorbed at a low temperature, (i) the carbon dioxide adsorbent can be heated to a desired temperature by an inexpensive and simple heating device, and (ii) energy required for heating There is an advantage that (fuel and / or electric power) can be saved. On the other hand, if the structure of the carbon dioxide adsorbent can be stably maintained, (iii) the cost for recovering carbon dioxide can be reduced by repeatedly using the carbon dioxide adsorbent, and (iv) By repeatedly using the carbon dioxide adsorbent, there is an advantage that a troublesome work required for replacing the carbon dioxide adsorbent can be omitted.

上記非脱離型の層状金属水酸化物は、結晶子サイズに特に制限はないが、0〜150nm、より好ましくは5〜150nm、より好ましくは10〜150nm、より好ましくは13〜150nm、より好ましくは14〜150nm、より好ましくは15〜150nm、より好ましくは16〜150nm、より好ましくは17〜150nm、よりこのましくは18〜150nm、より好ましくは19〜150nm、最も好ましくは20〜150nmのものである。なお、上述した結晶子サイズの上限値は、150nmに限定されず、50nm、100nm、または、150nmであり得る。当該構成によれば、二酸化炭素吸着剤に吸着した二酸化炭素を低温条件にて脱離することができるとともに、二酸化炭素吸着剤から二酸化炭素を脱離させるときに二酸化炭素吸着剤の層構造の少なくとも一部を維持できる。それ故に、当該構成によれば、二酸化炭素を繰り返して吸着および脱離することができる能力を維持した二酸化炭素吸着剤を再生することができる。   The non-desorbable layered metal hydroxide is not particularly limited in crystallite size, but is 0 to 150 nm, more preferably 5 to 150 nm, more preferably 10 to 150 nm, more preferably 13 to 150 nm, and more preferably. Is 14 to 150 nm, more preferably 15 to 150 nm, more preferably 16 to 150 nm, more preferably 17 to 150 nm, more preferably 18 to 150 nm, more preferably 19 to 150 nm, most preferably 20 to 150 nm. It is. Note that the above-described upper limit value of the crystallite size is not limited to 150 nm, and may be 50 nm, 100 nm, or 150 nm. According to this configuration, carbon dioxide adsorbed on the carbon dioxide adsorbent can be desorbed at a low temperature, and at least the layer structure of the carbon dioxide adsorbent when desorbing carbon dioxide from the carbon dioxide adsorbent. Some can be maintained. Therefore, according to this configuration, it is possible to regenerate the carbon dioxide adsorbent that maintains the ability to repeatedly adsorb and desorb carbon dioxide.

結晶子サイズは、周知の粉末X線回折測定(XRD)によって観察される(003)回折線から求めることができる。   The crystallite size can be determined from the (003) diffraction line observed by the well-known powder X-ray diffraction measurement (XRD).

〔3.脱離型の層状金属水酸化物の製造方法〕
本実施の形態の脱離型の層状金属水酸化物の製造方法は、平均粒子径が150nm以下である非脱離型の層状金属水酸化物を200℃以上400℃以下に加熱する工程を有している。
[3. Method for producing detachable layered metal hydroxide]
The method for producing a detachable layered metal hydroxide according to the present embodiment includes a step of heating a non-detached layered metal hydroxide having an average particle diameter of 150 nm or less to 200 ° C. or more and 400 ° C. or less. doing.

「非脱離型の層状金属水酸化物」、「非脱離型の層状金属水酸化物の平均粒子径」および「加熱する工程の温度」としては、上述した〔1.二酸化炭素吸着剤〕および/または〔2.二酸化炭素吸着剤の再生方法〕に記載の構成と同じ構成を用いることができる。   Examples of the “non-detachable layered metal hydroxide”, “average particle diameter of the non-detached layered metal hydroxide” and “temperature of the heating step” have been described above [1. Carbon dioxide adsorbent] and / or [2. The same configuration as described in the method for regenerating carbon dioxide adsorbent] can be used.

例えば、本実施の形態の脱離型の層状金属水酸化物の製造方法では、上記非脱離型の層状金属水酸化物は、以下の一般式(1)にて示されるホスト層を含むものであってもよい:
[M2+ 1−x3+ (OH)] ・・・一般式(1)
(一般式(1)中、M2+は2価の金属イオンを示し、M3+は3価の金属イオンを示し、xは0<x<1の数を示す)。
For example, in the method for producing a detachable layered metal hydroxide of the present embodiment, the non-detached layered metal hydroxide includes a host layer represented by the following general formula (1). May be:
[M2 + 1-x M3 + x (OH) 2 ] ... General formula (1)
(In the general formula (1), M 2+ represents a divalent metal ion, M 3+ represents a trivalent metal ion, and x represents a number of 0 <x <1).

例えば、本実施の形態の脱離型の層状金属水酸化物の製造方法では、上記非脱離型の層状金属水酸化物は、上記一般式(1)において、0.34≦x<1のものであってもよい。   For example, in the method for producing a detachable layered metal hydroxide according to the present embodiment, the non-detached layered metal hydroxide satisfies 0.34 ≦ x <1 in the general formula (1). It may be a thing.

<1.層状金属水酸化物のナノ粒子の製造>
以下に、本実施例における層状金属水酸化物のナノ粒子の製造方法を説明する。なお、本実施例では、水熱合成法にしたがって、様々な粒径の層状金属水酸化物のナノ粒子を製造した。
<1. Production of layered metal hydroxide nanoparticles>
Below, the manufacturing method of the nanoparticle of the layered metal hydroxide in a present Example is demonstrated. In this example, layered metal hydroxide nanoparticles with various particle sizes were produced according to a hydrothermal synthesis method.

まず、0.6M MgCl水溶液(5mL)と、0.2M AlCl水溶液(5mL)とを混合して、MgClの最終濃度が0.3Mであり、かつ、AlClの最終濃度が0.1Mである、溶液A(10mL)を調製した。 First, a 0.6 M MgCl 2 aqueous solution (5 mL) and a 0.2 M AlCl 3 aqueous solution (5 mL) are mixed, so that the final concentration of MgCl 2 is 0.3 M and the final concentration of AlCl 3 is 0.00. Solution A (10 mL) was prepared, which was 1M.

別途、0.3M NaOH水溶液(20mL)と、0.026M NaCO水溶液(20mL)とを混合して、NaOHの最終濃度が0.15Mであり、かつ、NaCOの最終濃度が0.013Mである、溶液B(40mL)を調製した。 Separately, a 0.3 M NaOH aqueous solution (20 mL) and a 0.026 M Na 2 CO 3 aqueous solution (20 mL) are mixed, so that the final concentration of NaOH is 0.15 M, and the final concentration of Na 2 CO 3 is Solution B (40 mL) was prepared, which was 0.013M.

200mL容量の三角フラスコに溶液Bを加え、当該三角フラスコ内の溶液Bを撹拌しながら、当該溶液Bに対して溶液Aを加えた。その後、溶液Aと溶液Bとの混合物を室温にて10分間撹拌し、白色の生成物を形成させた。   Solution B was added to a 200 mL Erlenmeyer flask, and Solution A was added to Solution B while stirring Solution B in the Erlenmeyer flask. The mixture of solution A and solution B was then stirred at room temperature for 10 minutes to form a white product.

溶液Aと溶液Bとの混合物を遠心分離し、白色の沈殿物を回収した。当該沈殿物をイオン交換水によって2回洗浄した。   The mixture of Solution A and Solution B was centrifuged to collect a white precipitate. The precipitate was washed twice with ion exchange water.

洗浄後の沈殿物を40mLのイオン交換水に懸濁し、水熱合成法にしたがって、層状金属水酸化物のナノ粒子を製造した。なお、反応条件は100℃とし、反応時間は、4時間、8時間、16時間、48時間、または72時間とした。なお、水熱合成法の詳細については、AU2005318862A1に記載の方法にしたがった。   The washed precipitate was suspended in 40 mL of ion-exchanged water, and layered metal hydroxide nanoparticles were produced according to a hydrothermal synthesis method. The reaction conditions were 100 ° C., and the reaction time was 4 hours, 8 hours, 16 hours, 48 hours, or 72 hours. In addition, about the detail of the hydrothermal synthesis method, it followed the method as described in AU2005318862A1.

水熱合成の時間が経過するにつれて、沈殿物を含むイオン交換水の白濁度が増すことが確認できた(図示せず)。   It was confirmed that the white turbidity of ion-exchanged water containing precipitates increased as the hydrothermal synthesis time elapsed (not shown).

<2.粉末X線回折測定(XRD)>
以下に、粉末X線回折測定の試験方法、および、試験結果について説明する。なお、当該試験には、<1.層状金属水酸化物のナノ粒子の製造>の欄に記載の反応時間が4時間、8時間、16時間、48時間、または72時間の水熱合成法によって得られた層状金属水酸化物のナノ粒子を用い、比較対照試験には、市販品であるハイドロタルサイト(和光純薬製、以下HTとも呼ぶ)を用いた。
<2. Powder X-ray diffraction measurement (XRD)>
Below, the test method of a powder X-ray-diffraction measurement and a test result are demonstrated. In this test, <1. Production of layered metal hydroxide nanoparticles> The layered metal hydroxide nanoparticles obtained by the hydrothermal synthesis method with a reaction time of 4 hours, 8 hours, 16 hours, 48 hours, or 72 hours described in the column> Particles were used, and a commercially available hydrotalcite (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., hereinafter also referred to as HT) was used for the comparative test.

以下に、粉末X線回折測定の試験方法について説明する。
(使用機材)
X線回折装置:D8−ADVANCE(Burker AXS株式会社製)
ディテクター:D8−ADVANCE VANTEC(Burker AXS株式会社製)
測定線源:波長1.5418ÅのCu Kα
フィルター:Ni
(測定条件)
X線管負荷:40mA、35kV
測定角度:5.0−70.0deg
サンプリング間隔:0.007deg
発散スリット(入射):0.6mm
受光スリットDetector Slit:12.09mm
Antiscattering Slit:7.87mm
ディテクター受光角:3.00°
次いで、粉末X線回折測定の試験結果について説明する。
Below, the test method of powder X-ray diffraction measurement is demonstrated.
(Equipment used)
X-ray diffractometer: D8-ADVANCE (Burker AXS Co., Ltd.)
Detector: D8-ADVANCE VANTEC (manufactured by Burker AXS)
Measurement source: Cu Kα with a wavelength of 1.5418 mm
Filter: Ni
(Measurement condition)
X-ray tube load: 40 mA, 35 kV
Measurement angle: 5.0-70.0deg
Sampling interval: 0.007 deg
Divergence slit (incident): 0.6 mm
Receiving slit Detector slit: 12.09mm
Antisitting slit: 7.87mm
Detector acceptance angle: 3.00 °
Next, test results of powder X-ray diffraction measurement will be described.

図1にXRDピークを示す。(a)は反応時間を4時間、(b)は反応時間を8時間、(c)は反応時間を16時間、(d)は反応時間を48時間、(e)は反応時間を72時間、として作製した層状金属水酸化物ナノ粒子のXRDピークを示し、(f)は市販品であるハイドロタルサイトのXRDピークを示す。   FIG. 1 shows the XRD peak. (A) 4 hours reaction time, (b) 8 hours reaction time, (c) 16 hours reaction time, (d) 48 hours reaction time, (e) 72 hours reaction time, Shows the XRD peak of the layered metal hydroxide nanoparticles prepared as (f), and (f) shows the XRD peak of the commercially available hydrotalcite.

以降、(a)から(e)の符号は、各々、水熱合成法の反応時間を、4時間、8時間、16時間、48時間、および72時間として製造した層状金属水酸化物のナノ粒子の試験結果を示し、(f)は、市販品であるハイドロタルサイトの試験結果を示す。   Hereinafter, the symbols (a) to (e) indicate the layered metal hydroxide nanoparticles produced with the reaction time of the hydrothermal synthesis method being 4 hours, 8 hours, 16 hours, 48 hours, and 72 hours, respectively. (F) shows the test result of hydrotalcite which is a commercial product.

図1に記載の(003)および(006)は層状金属水酸化物特有のピークを示す。(a)から(e)および(f)のすべてに上記ピークが認められた。そのため、本発明の製法による層状金属水酸化物ナノ粒子は、反応時間を変更しても市販品のハイドロタルサイトと同様の層構造を有していることが明らかになった。   (003) and (006) shown in FIG. 1 show peaks peculiar to the layered metal hydroxide. The above peaks were observed in all of (a) to (e) and (f). Therefore, it became clear that the layered metal hydroxide nanoparticles produced by the production method of the present invention have the same layer structure as the commercially available hydrotalcite even when the reaction time is changed.

更に、(003)回折線を用いた周知の方法によって算出した結晶子サイズは、(a)〜(f)の各々について、13.4nm、13.1nm、14.5nm、17.1nm、17.0nm、および、20.3nmであった。   Further, the crystallite size calculated by a well-known method using (003) diffraction lines is 13.4 nm, 13.1 nm, 14.5 nm, 17.1 nm, 17.1 nm for each of (a) to (f). 0 nm and 20.3 nm.

<3.走査型電子顕微鏡観察(SEM)および動的光散乱測定(DLS)>
以下に、走査型電子顕微鏡観察の試験方法、および、試験結果について説明する。また、以下に、動的光散乱測定の試験方法、および、試験結果について説明する。なお、当該試験には、<1.層状金属水酸化物のナノ粒子の製造>の欄に記載されている反応時間が4時間、8時間、16時間、48時間、または72時間の水熱合成法によって得られた層状金属水酸化物のナノ粒子を用い、比較対照試験には、市販品であるハイドロタルサイト(和光純薬製、以下HTとも呼ぶ)を用いた。
<3. Scanning Electron Microscope Observation (SEM) and Dynamic Light Scattering Measurement (DLS)>
Below, the test method of scanning electron microscope observation and a test result are demonstrated. Moreover, the test method and test result of dynamic light scattering measurement will be described below. In this test, <1. Layered metal hydroxides obtained by a hydrothermal synthesis method with a reaction time of 4 hours, 8 hours, 16 hours, 48 hours, or 72 hours described in the column “Production of nanoparticles of layered metal hydroxides> In the comparative control test, commercially available hydrotalcite (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., hereinafter also referred to as HT) was used.

以下に、走査型電子顕微鏡観察の試験方法について説明する。
(使用機器)
走査型電子顕微鏡:S4800(日立製)
(測定条件)
加速電圧:15kV(通常時)
20kV(EDX使用時)
次いで、走査型電子顕微鏡観察の試験結果について説明する。
Below, the test method of scanning electron microscope observation is demonstrated.
(Used equipment)
Scanning electron microscope: S4800 (manufactured by Hitachi)
(Measurement condition)
Accelerating voltage: 15kV (normal)
20kV (when using EDX)
Next, test results of observation with a scanning electron microscope will be described.

図2に(a)から(f)のSEMによる観察画像を示す。(a)から(e)はすべて六角形の板状結晶が認められ、反応時間の増加に伴う粒子径の増大傾向が認められた。一方、(f)は結晶が凝集しているためのため、結晶の形状は確認できなかった。   FIG. 2 shows images observed by SEM from (a) to (f). In all of (a) to (e), hexagonal plate-like crystals were observed, and an increasing tendency of the particle diameter with increasing reaction time was observed. On the other hand, since the crystal in (f) is agglomerated, the shape of the crystal could not be confirmed.

以下に、動的光散乱測定の試験方法について説明する。
(使用機器)
動的光散乱測定器:ELSZ‐1000ZS(大塚電子株式会社製)
次いで、動的光散乱測定の試験結果について説明する。
The dynamic light scattering measurement test method will be described below.
(Used equipment)
Dynamic light scattering measuring device: ELSZ-1000ZS (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.)
Next, test results of dynamic light scattering measurement will be described.

(a)から(f)のそれぞれの平均粒子径は、(a)は約61nm、(b)は約70nm、(c)は約82nm、(d)は約98nm、(e)は約116nmであった。   The average particle sizes of (a) to (f) are (a) about 61 nm, (b) about 70 nm, (c) about 82 nm, (d) about 98 nm, and (e) about 116 nm, respectively. there were.

<4.結合プラズマ発光分光分析(ICP)>
以下に、結合プラズマ発光分光分析の試験方法、および、試験結果について説明する。なお、当該試験には、<1.層状金属水酸化物のナノ粒子の製造>の欄に記載の反応時間が4時間、8時間、16時間、48時間、または72時間の水熱合成法によって得られた層状金属水酸化物のナノ粒子を用い、比較対照試験には、市販品であるハイドロタルサイト(和光純薬製、以下HTとも呼ぶ)を用いた。
<4. Coupled Plasma Emission Spectroscopy (ICP)>
Below, the test method of a coupled plasma emission spectroscopic analysis and a test result are demonstrated. In this test, <1. Production of layered metal hydroxide nanoparticles> The layered metal hydroxide nanoparticles obtained by the hydrothermal synthesis method with a reaction time of 4 hours, 8 hours, 16 hours, 48 hours, or 72 hours described in the column> Particles were used, and a commercially available hydrotalcite (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., hereinafter also referred to as HT) was used for the comparative test.

以下に、結合プラズマ発光分光分析の試験方法について説明する。
(使用機器)
ICP測定装置:iCAP6500(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製)
(測定条件)
測定元素:AlおよびMg
測定方向:アキシャル
試料形態:液体
検量線条件:絶対検量線法
(試料調整方法)
試料10mgを1mlのNHOに溶解させ、超純水で50mlに定容した。定容した試料を5倍希釈し測定用試料とした。
A test method for coupled plasma emission spectroscopic analysis will be described below.
(Used equipment)
ICP measuring device: iCAP6500 (manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.)
(Measurement condition)
Measuring elements: Al and Mg
Measurement direction: Axial Sample form: Liquid Calibration curve condition: Absolute calibration curve method (sample preparation method)
A sample of 10 mg was dissolved in 1 ml of NHO 3 and the volume was adjusted to 50 ml with ultrapure water. A fixed volume sample was diluted 5 times to obtain a measurement sample.

Al用標準溶液として、2.0、4.0、6.0および8.0ppmのAl(NO・9HOを含む溶液を調整し、当該溶液を用いて検量線を作成した。 As the standard solution for Al, to prepare a solution containing 2.0,4.0,6.0 and 8.0ppm of Al (NO 3) 3 · 9H 2 O, a calibration curve was prepared by using the solution.

Mg用標準溶液として、用いて2.5、5.0、7.5、および10ppmのMg(NO・6HOを含む溶液を調整し、当該溶液を用いて検量線を作成した。 As a standard solution for Mg, a solution containing 2.5, 5.0, 7.5, and 10 ppm of Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O was prepared, and a calibration curve was prepared using the solution. .

次いで、結合プラズマ発光分光分析の試験結果について説明する。   Next, the test result of the coupled plasma emission spectroscopic analysis will be described.

図3に(a)から(f)に含まれるAlおよびMgの含有量、および組成について示す。   FIG. 3 shows the contents and composition of Al and Mg contained in (a) to (f).

図3の(a)から(e)に示されるように、層状金属水酸化物ナノ粒子が含有する金属イオン(Alイオンの含有量およびMgイオンの含有量を加えたもの)に対するAlイオンの含有割合に差が認められず一般式(1)のxが一定となった。そのため、反応時間による組成への影響はないことが明らかになった。また、層状金属水酸化物ナノ粒子の原料として炭酸ナトリウムを用いており、さらに当該層状金属水酸化物ナノ粒子がゲスト層へ炭酸イオンを挿入しやすい性質を有するため、陰イオンとして炭酸イオンが選択的に挿入されている。   As shown in (a) to (e) of FIG. 3, the content of Al ions relative to the metal ions (added with the content of Al ions and the content of Mg ions) contained in the layered metal hydroxide nanoparticles No difference was observed in the ratio, and x in the general formula (1) became constant. Therefore, it became clear that the reaction time had no effect on the composition. In addition, sodium carbonate is used as a raw material for the layered metal hydroxide nanoparticles, and since the layered metal hydroxide nanoparticles have the property of easily inserting carbonate ions into the guest layer, carbonate ions are selected as anions. Has been inserted.

図3の(f)に示されるように、市販のハイドロタルサイトは、水熱合成法で調製した層状金属水酸化物ナノ粒子とは異なる組成を有していた。   As shown in FIG. 3 (f), the commercially available hydrotalcite had a composition different from the layered metal hydroxide nanoparticles prepared by the hydrothermal synthesis method.

<5.二酸化炭素および水の脱離挙動観察試験>
以下に、二酸化炭素および水の脱離挙動観察試験の試験方法、および、試験結果について説明する。なお、当該試験には、<1.層状金属水酸化物のナノ粒子の製造>の欄に記載の反応時間が4時間、8時間、16時間、48時間、または72時間の水熱合成法によって得られた層状金属水酸化物のナノ粒子を用い、比較対照試験には、市販品であるハイドロタルサイト(和光純薬製、以下HTとも呼ぶ)を用いた。
<5. Carbon dioxide and water desorption behavior observation test>
Below, the test method of the desorption behavior observation test of carbon dioxide and water and the test results will be described. In this test, <1. Production of layered metal hydroxide nanoparticles> The layered metal hydroxide nanoparticles obtained by the hydrothermal synthesis method with a reaction time of 4 hours, 8 hours, 16 hours, 48 hours, or 72 hours described in the column> Particles were used, and a commercially available hydrotalcite (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., hereinafter also referred to as HT) was used for the comparative test.

以下に、二酸化炭素および水の脱離挙動観察試験の試験方法について説明する。
(使用機器)
質量分析計:JMS−Q1050GC(日本電子株式会社製)
キャリアガス:Ar(100cc/min.)
(測定条件)
石英管セルに石英ウールと約30mgの層状金属水酸化物試料を入れ、電気炉で600℃まで10℃/minで昇温し、脱離した二酸化炭素および水をガスクロマトグラフ質量分析計にて分析を行った。
Below, the test method of the desorption behavior observation test of carbon dioxide and water will be described.
(Used equipment)
Mass spectrometer: JMS-Q1050GC (manufactured by JEOL Ltd.)
Carrier gas: Ar (100 cc / min.)
(Measurement condition)
Quartz wool and about 30 mg of layered metal hydroxide sample are placed in a quartz tube cell, heated to 600 ° C. at 10 ° C./min in an electric furnace, and desorbed carbon dioxide and water are analyzed with a gas chromatograph mass spectrometer. Went.

次いで、二酸化炭素および水の脱離挙動観察試験の試験結果について説明する。   Next, the test results of the carbon dioxide and water desorption behavior observation test will be described.

図4に、(a)から(e)の層状金属水酸化物ナノ粒子、および、(f)のハイドロタルサイトにおける水および二酸化炭素の脱離挙動について示す。   FIG. 4 shows the desorption behavior of water and carbon dioxide in the layered metal hydroxide nanoparticles (a) to (e) and the hydrotalcite (f).

図4上部は水の離脱挙動について示したものであり、(a)から(f)では、水の脱離挙動に差が認められなかった。また、水の脱離挙動観察試験において220℃、330℃、および400℃付近にピークが観察された。これらは、典型的なMgAl−LDH−CO粒子(金属イオンとしてMgイオンとAlイオンを用い、ゲスト層に炭酸ガスが挿入された層状金属水酸化物粒子)の熱分解時における、水の離脱挙動であると考えられる。具体的に、約220℃の水の脱離は、層間(ゲスト層)に含まれる水の脱離であると考えられる。約330℃の水の脱離は、Al−OHの縮合脱水に起因する水の脱離であると考えられる。約400℃の水の脱離は、Mg−OHの縮合脱水および炭酸イオンの分解に起因する水の脱離であると考えられる。 The upper part of FIG. 4 shows the water desorption behavior, and no difference was observed in the water desorption behavior from (a) to (f). Further, in the water desorption behavior observation test, peaks were observed at around 220 ° C., 330 ° C., and 400 ° C. These are the separation of water during thermal decomposition of typical MgAl-LDH-CO 3 particles (layered metal hydroxide particles in which Mg ions and Al ions are used as metal ions and carbon dioxide is inserted into the guest layer). It is considered to be behavior. Specifically, desorption of water at about 220 ° C. is considered to be desorption of water contained in the interlayer (guest layer). The desorption of water at about 330 ° C. is considered to be the desorption of water due to the condensation dehydration of Al—OH. The desorption of water at about 400 ° C. is considered to be the desorption of water due to condensation dehydration of Mg—OH and decomposition of carbonate ions.

図4下部は二酸化炭素の脱離挙動について示したものであり、(f)に示す市販のハイドロタルサイトでは400℃未満での二酸化炭素の脱離がほとんど認められなかった。一方、(a)から(e)に示す層状金属水酸化物ナノ粒子では反応時間の短いものほど(換言すれば、平均粒子径が小さいものほど)低温(350℃付近)での二酸化炭素の離脱が多いことが明らかになった。   The lower part of FIG. 4 shows the desorption behavior of carbon dioxide, and in the commercially available hydrotalcite shown in (f), almost no desorption of carbon dioxide was observed below 400 ° C. On the other hand, in the layered metal hydroxide nanoparticles shown in (a) to (e), the shorter the reaction time (in other words, the smaller the average particle diameter), the lowering of carbon dioxide at a low temperature (around 350 ° C.). It became clear that there were many.

低温での二酸化炭素の離脱の要因を調べるため、(a)に示す層状金属水酸化物ナノ粒子の層構造と、(f)に示すハイドロタルサイトの層構造とについて、XRDを用いて評価した。   In order to investigate the cause of carbon dioxide desorption at low temperatures, the layer structure of the layered metal hydroxide nanoparticles shown in (a) and the layer structure of hydrotalcite shown in (f) were evaluated using XRD. .

図5に、(a)と(f)とにおける、常温、350℃、および600℃におけるXRDピークを示す。(a)と(f)とは、共に、常温、350℃においては層構造を維持している。しかし、(a)と(f)とは、共に、600℃においては層構造が破壊されていることが認められた。このことは、層状金属水酸化物ナノ粒子の350℃未満における二酸化炭素の離脱は、層構造の変化に起因しないことを示しており、層状金属水酸化物粒子をナノ粒子化することにより発現した性質と考えられる。   FIG. 5 shows XRD peaks at normal temperature, 350 ° C., and 600 ° C. in (a) and (f). Both (a) and (f) maintain the layer structure at room temperature and 350 ° C. However, in both (a) and (f), it was recognized that the layer structure was destroyed at 600 ° C. This indicates that the detachment of carbon dioxide at less than 350 ° C. of the layered metal hydroxide nanoparticles does not result from a change in the layer structure, and was manifested by making the layered metal hydroxide particles into nanoparticles. It is considered a property.

<6.二酸化炭素の吸着脱離試験>
以下に、二酸化炭素の吸着脱離試験の試験方法、および、試験結果について説明する。なお、当該試験には、<1.層状金属水酸化物のナノ粒子の製造>の欄に記載の反応時間が4時間の水熱合成法によって得られた層状金属水酸化物のナノ粒子を用い、比較対照試験には、市販品であるハイドロタルサイト(和光純薬製、以下HTとも呼ぶ)を用いた。
<6. Carbon dioxide adsorption / desorption test>
Hereinafter, the test method and test result of the carbon dioxide adsorption / desorption test will be described. In this test, <1. Production of layered metal hydroxide nanoparticles> The layered metal hydroxide nanoparticles obtained by the hydrothermal synthesis method with a reaction time of 4 hours described in the column> A certain hydrotalcite (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., hereinafter also referred to as HT) was used.

以下に、二酸化炭素の吸着脱離試験の試験方法について説明する。
(使用機器)
質量分析計:JMS−Q1050GC(日本電子株式会社製)
(測定方法)
(1)石英管セルに石英ウールと約30mgの層状金属水酸化物試料((a)または(f))とを入れた。
(2)アルゴン100cc/min.流通環境下で、電気炉を用いて層状金属水酸化物試料を200℃まで加熱し、約1時間恒温を維持した。
(3)層状金属水酸化物試料を350℃まで加熱し、層状金属水酸化物試料から二酸化炭素を離脱させた。
(4)二酸化炭素離脱後、層状金属水酸化物試料を200℃まで冷却して、当該層状金属水酸化物試料に1%二酸化炭素とアルゴンとの混合ガス100cc/min.、および、水1.2cc/hを1時間接触させることにより、層状金属水酸化物試料へ二酸化炭素を再吸着させた。
(5)系内に残留している二酸化炭素をアルゴンで置換した。
Hereinafter, a test method for the carbon dioxide adsorption / desorption test will be described.
(Used equipment)
Mass spectrometer: JMS-Q1050GC (manufactured by JEOL Ltd.)
(Measuring method)
(1) Quartz wool and about 30 mg of layered metal hydroxide sample ((a) or (f)) were placed in a quartz tube cell.
(2) Argon 100 cc / min. Under the circulation environment, the layered metal hydroxide sample was heated to 200 ° C. using an electric furnace and maintained at a constant temperature for about 1 hour.
(3) The layered metal hydroxide sample was heated to 350 ° C. to release carbon dioxide from the layered metal hydroxide sample.
(4) After the carbon dioxide is released, the layered metal hydroxide sample is cooled to 200 ° C., and a mixed gas of 1% carbon dioxide and argon is added to the layered metal hydroxide sample at 100 cc / min. And carbon dioxide was re-adsorbed to the layered metal hydroxide sample by contacting with water 1.2 cc / h for 1 hour.
(5) Carbon dioxide remaining in the system was replaced with argon.

上記工程(3)から(5)を1サイクルとした工程を複数回行い、各工程における二酸化炭素離脱量をガスクロマトグラフ質量分析計にて測定した。   The process which made said process (3) to (5) 1 cycle was performed in multiple times, and the carbon dioxide detachment amount in each process was measured with the gas chromatograph mass spectrometer.

次いで、二酸化炭素の吸着脱離試験の試験結果について説明する。   Next, test results of the carbon dioxide adsorption / desorption test will be described.

図6において、「0サイクル」は、上記(1)から(3)を行った時の二酸化炭素の離脱量を示し、「1サイクル」は、上記(4)、(5)および(3)を1回目に行った際の二酸化炭素の離脱量を示し、「2サイクル」は、上記(4)、(5)および(3)を2回目に行った際の二酸化炭素の脱離量を示す。   In FIG. 6, “0 cycle” indicates the amount of carbon dioxide released when the above (1) to (3) are performed, and “1 cycle” indicates the above (4), (5) and (3). The amount of carbon dioxide desorbed at the first time is shown, and “2 cycles” represents the amount of carbon dioxide desorbed at the second time (4), (5) and (3).

(f)では、層構造を保ち得る条件下で二酸化炭素を離脱させても二酸化炭素の再離脱が認められなかった。一方、(a)では、(f)に比べて0サイクル目での二酸化炭素の離脱量が多く、かつ、二酸化炭素の再吸着および再離脱が認められた。   In (f), carbon dioxide was not removed again even when carbon dioxide was released under conditions that could maintain the layer structure. On the other hand, in (a), the amount of carbon dioxide released in the 0th cycle was larger than that in (f), and carbon dioxide resorption and resorption were observed.

本発明による二酸化炭素吸着剤は継続的に二酸化炭素が排出される発電施設などに利用することができる。   The carbon dioxide adsorbent according to the present invention can be used in a power generation facility where carbon dioxide is continuously discharged.

Claims (7)

平均粒子径が150nm以下である脱離型の層状金属水酸化物を含んでいることを特徴とする、二酸化炭素吸着剤。   A carbon dioxide adsorbent comprising a desorbable layered metal hydroxide having an average particle size of 150 nm or less. 上記脱離型の層状金属水酸化物は、以下の一般式(1)にて示されるホスト層を含むものである、請求項1に記載の二酸化炭素吸着剤:
[M2+ 1−x3+ (OH)] ・・・一般式(1)
(一般式(1)中、M2+は2価の金属イオンを示し、M3+は3価の金属イオンを示し、xは0<x<1の数を示す)。
The carbon dioxide adsorbent according to claim 1, wherein the desorbable layered metal hydroxide includes a host layer represented by the following general formula (1):
[M2 + 1-x M3 + x (OH) 2 ] ... General formula (1)
(In the general formula (1), M 2+ represents a divalent metal ion, M 3+ represents a trivalent metal ion, and x represents a number of 0 <x <1).
上記脱離型の層状金属水酸化物は、上記一般式(1)において、0.34≦x<1のものであることを特徴とする、請求項2に記載の二酸化炭素吸着剤。   3. The carbon dioxide adsorbent according to claim 2, wherein the desorption-type layered metal hydroxide satisfies 0.34 ≦ x <1 in the general formula (1). 二酸化炭素を吸着している請求項1〜3の何れか1項に記載の二酸化炭素吸着剤を200℃以上400℃以下に加熱する工程を有することを特徴とする、二酸化炭素吸着剤の再生方法。   It has the process of heating the carbon dioxide adsorbent of any one of Claims 1-3 which adsorb | sucks carbon dioxide to 200 to 400 degreeC, The regeneration method of a carbon dioxide adsorbent characterized by the above-mentioned . 平均粒子径が150nm以下である非脱離型の層状金属水酸化物を200℃以上400℃以下に加熱する工程を有することを特徴とする、脱離型の層状金属水酸化物の製造方法。   A method for producing a desorption-type layered metal hydroxide, comprising a step of heating a non-desorption type layered metal hydroxide having an average particle diameter of 150 nm or less to 200 ° C. or more and 400 ° C. or less. 上記非脱離型の層状金属水酸化物は、以下の一般式(1)にて示されるホスト層を含むものである、請求項5に記載の製造方法:
[M2+ 1−x3+ (OH)] ・・・一般式(1)
(一般式(1)中、M2+は2価の金属イオンを示し、M3+は3価の金属イオンを示し、xは0<x<1の数を示す)。
The production method according to claim 5, wherein the non-detachable layered metal hydroxide includes a host layer represented by the following general formula (1):
[M2 + 1-x M3 + x (OH) 2 ] ... General formula (1)
(In the general formula (1), M 2+ represents a divalent metal ion, M 3+ represents a trivalent metal ion, and x represents a number of 0 <x <1).
上記非脱離型の層状金属水酸化物は、上記一般式(1)において、0.34≦x<1のものであることを特徴とする、請求項6に記載の製造方法。   The production method according to claim 6, wherein the non-desorbable layered metal hydroxide satisfies 0.34 ≦ x <1 in the general formula (1).
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