JP2020075215A - 酸性ガス吸収材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
多孔質粒子と、前記多孔質粒子に担持された酸性ガス吸収剤とからなり、
前記多孔質粒子は、直径2nm以上200nm以下のナノメートル領域の細孔径を有するメソ孔と、直径0.2μmを超えるマイクロメートル領域の細孔径を有するマクロ孔とを含む二元細孔を有し、前記マクロ孔が空孔であり、前記メソ孔が前記酸性ガス吸収剤で充填されていることを特徴としている。
酸性ガス吸収剤を溶媒に溶かした吸収剤溶液を調製すること、
多孔質粒子に前記吸収剤溶液を含浸させること、及び、
前記吸収剤溶液が含浸した前記多孔質粒子を通気又は減圧乾燥させること、を含み、
前記多孔質粒子が、直径2nm以上200nm以下のナノメートル領域の細孔径を有するメソ孔と、直径0.2μmを超えるマイクロメートル領域の細孔径を有するマクロ孔とを含む二元細孔を有することを特徴としている。
αρx/(x+y)[Kg/m3]
であってよい。
図1は、本実施形態に係る酸性ガス吸収材1の粒子の模式断面図である。図1に示す酸性ガス吸収材1は、担体となる多孔質粒子2と、多孔質粒子2に担持された酸性ガス吸収剤3(以下、単に「吸収剤3」と称する)とからなる。多孔質粒子2は、マクロ孔21とメソ孔22とを含む二元細孔を有する。メソ孔22に吸収剤3が充填されており、マクロ孔21は空孔となっている。但し、マクロ孔21に吸収剤3が部分的に残留していてもよい。
吸収剤3は、アミン化合物である。このアミン化合物は、アルカノールアミン類及びポリアミン類よりなる群から選ばれる少なくとも1種である。即ち、上記のアミン化合物には、アルカノールアミン類とポリアミン類の混合物が含まれていてもよい。このようなアルカノールアミン類及びポリアミン類は酸性ガスを可逆的に脱着する、つまり、酸性ガスの吸収と放出(離脱)とを行うことが知られている。アルカノールアミン類のアミン化合物として、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、及び、トリエタノールアミンが例示される。また、ポリアミン類のアミン化合物として、ポリエチレンイミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、及び、ペンタエチレンヘキサミンが例示される。
多孔質粒子2は、粒子状金属酸化物又は粒子状複合材である。
(1)黒色フェルト上に100粒以上の多孔質粒子試料を、なるべく粒子同士が接触しないように並べる。
(2)多孔質粒子試料の粒子を100mm×140mmの範囲視野で撮影する。
(3)画像処理ソフトウェアImageJ(アメリカ国立衛生研究所NIH)を用いて、撮影した画像を二値化し、各粒子の面積を求める。
(4)多孔質粒子が真球であると仮定し、求めた各粒子の面積から粒子径を求める。
求めた粒子径から、個数平均径(=Σ(粒子径)/(評価した粒子の数))を求め、この個数平均径を平均粒子径として用いてもよい。
ここで、上記構成の酸性ガス吸収材1の製造方法について説明する。
(1)吸収剤溶液調整工程:酸性ガス吸収剤となるアミン化合物を溶媒(水又はアルコール)に溶かして、吸収剤溶液を調製する。吸収剤溶液の温度は10℃以上100℃以下であることが望ましい。
(2)含浸工程:吸収剤溶液を湛えた浸漬容器に多孔質粒子を投入し、多孔質粒子に吸収剤溶液を含浸させる。多孔質粒子の浸漬時間は、細孔内部が十分に脱気されるように、例えば、24時間とすることができる。浸漬時間を短縮するために、吸収剤溶液を撹拌したり、浸漬容器に超音波振動を与えてもよい。
(3)乾燥工程:多孔質粒子を吸収剤溶液から引き揚げて、付着している余剰の液体を吸引濾過等の方法で除去したのち、吸収剤溶液が含浸した多孔質粒子を室温に近い温度で通気又は減圧乾燥させる。
C=ρx/(x+y)・・・(式1)
但し、実際の吸収剤溶液の吸収剤の濃度C’ [Kg/m3]は、理論上の濃度C[Kg/m3]に±20%程度の調整が加えられたものであってよい。つまり、αを0.8以上1.2以下の任意の調整係数として、吸収剤溶液の吸収剤の濃度C’[Kg/m3]は、次(式2)で表される。
C’=αρx/(x+y)・・・(式2)
ここで、酸性ガス吸収材1の作用について、比較例に係る酸性ガス吸収材1Aと比較しながら説明する。図5は、比較例に係る酸性ガス吸収材1Aの粒子の模式断面図である。
以下では、酸性ガス吸収材1の多孔質粒子2がメソ孔22に加えてマクロ孔21を有することによる、酸性ガス吸収材1の酸性ガス吸収速度の向上効果を検証する。この検証のために、検証例1〜4に係る試料1〜4及び比較例に係る比較試料を用意した。試料1〜4及び比較試料の性状を表1に示す。
文献「"Materials Research Bulletin",Vol.39,Issue 13,Pages.2103-2112,Y. Kim et al. ,(2 November 2004)」に記載の、スペーサーによってマクロ孔径を制御されたアルミナ焼結体に、ジエタノールアミン(DEA)を担持させて、検証例1に係る酸性ガス吸収材の試料1を作製した。
(検証例2)
文献「特開2006-104016号公報」に記載の、水ガラスへのポリマー添加によってマクロ孔を生成したシリカゲルに、ジエタノールアミン(DEA)を担持させて、検証例2に係る酸性ガス吸収材の試料2を作製した。
(検証例3)
文献「"Advanced Functional Materials",Vol.17,Issue 12,Pages. 1984-1990,J. Yu et al., (August, 2007)」に記載の、滴下法により階層構造を形成させたチタニアに、ジエタノールアミン(DEA)を担持させて、検証例3に係る酸性ガス吸収材の試料3を作製した。
(検証例4)
多孔質粉末としての活性アルミナ微粉末(平均粒径150μm以下、ユニオン昭和(株)製VGL−15)、親水性繊維としての平均繊維長約3mmで繊維径約10μmの化学パルプ(CP)、親水性バインダーとしてのポリビニルアルコールを混練し、混練物を押出成形機でペレット状に押出成形し、更に、造粒器で球状に造粒して乾燥させて、多孔質粒子を得た。混練物における多孔質粉末の含有率は72質量%であり、親水性繊維と親水性バインダーとを合わせた含有率は28質量%である。また、多孔質粒子の直径は3mm程度である。この多孔質粒子にジエタノールアミン(DEA)を担持させて、検証例4に係る酸性ガス吸収材の試料4を作製した。
(比較例)
メソ孔のみを有するシリカゲル(平均粒子径1.18mm、平均細孔径30nm、富士シリシア化学株式会社製、CARiACT Q30)に、ジエタノールアミン(DEA)を担持させて、比較例に係る酸性ガス吸収材の比較試料を作製した。
2 :多孔質粒子
3 :酸性ガス吸収剤
21 :マクロ孔
22 :メソ孔
Claims (11)
- 被処理ガスに含まれる酸性ガスを可逆的に吸収する酸性ガス吸収材であって、
多孔質粒子と、前記多孔質粒子に担持された酸性ガス吸収剤とからなり、
前記多孔質粒子は、直径2nm以上200nm以下のナノメートル領域の細孔径を有するメソ孔と、直径0.2μmを超えるマイクロメートル領域の細孔径を有するマクロ孔とを含む二元細孔を有し、前記マクロ孔が空孔であり、前記メソ孔が前記酸性ガス吸収剤で充填されている、
酸性ガス吸収材。 - 前記多孔質粒子の平均粒子径が1mm以上5mm以下である、
請求項1に記載の酸性ガス吸収材。 - 前記多孔質粒子のLog微分細孔容積分布が、10nm以上200nm以下の範囲に第1のピークを有し、0.2μmを超えて10μm以下の範囲に第2のピークを有する、
請求項1又は2に記載の酸性ガス吸収材。 - 前記多孔質粒子が、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、及び、マグネシアよりなる群から選ばれる少なくとも1種からなる、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の酸性ガス吸収材。 - 前記酸性ガス吸収剤が、アルカノールアミン類及びポリアミン類よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の酸性ガス吸収材。 - 被処理ガスに含まれる酸性ガスを可逆的に吸収する酸性ガス吸収材の製造方法であって、
酸性ガス吸収剤を溶媒に溶かした吸収剤溶液を調製すること、
多孔質粒子に前記吸収剤溶液を含浸させること、及び、
前記吸収剤溶液が含浸した前記多孔質粒子を通気又は減圧乾燥させること、を含み、
前記多孔質粒子が、直径2nm以上200nm以下のナノメートル領域の細孔径を有するメソ孔と、直径0.2μmを超えるマイクロメートル領域の細孔径を有するマクロ孔とを含む二元細孔を有する、
酸性ガス吸収材の製造方法。 - 前記メソ孔の細孔容積をx[m3/Kg]、前記マクロ孔の細孔容積をy[m3/Kg]、前記酸性ガス吸収剤の液密度をρ[Kg/m3]、0.8以上1.2以下の調整係数をαとして、前記吸収剤溶液の前記酸性ガス吸収剤の濃度が、
αρx/(x+y)[Kg/m3]
である、
請求項6に記載の酸性ガス吸収材の製造方法。 - 前記多孔質粒子の平均粒子径が1mm以上5mm以下である、
請求項6又は7に記載の酸性ガス吸収材の製造方法。 - 前記多孔質粒子のLog微分細孔容積分布が、10nm以上200nm以下の範囲に第1のピークを有し、0.2μmを超えて10μm以下の範囲に第2のピークを有する、
請求項6〜8のいずれか一項に記載の酸性ガス吸収材の製造方法。 - 前記多孔質粒子が、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、及び、マグネシアよりなる群から選ばれる少なくとも1種からなる、
請求項6〜9のいずれか一項に記載の酸性ガス吸収材の製造方法。 - 前記酸性ガス吸収剤が、アルカノールアミン類及びポリアミン類よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、
請求項6〜10のいずれか一項に記載の酸性ガス吸収材の製造方法。
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