JP5238487B2 - 炭酸ガス回収剤及び炭酸ガス回収方法 - Google Patents
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Description
30℃以上、100℃以下である下限臨界共溶温度を有する感温性高分子化合物と、を具えることを特徴とする、炭酸ガス回収剤に関する。
最初に、本態様における炭酸ガス回収剤について説明する。本態様における炭酸ガス回収剤は、分子内に一つ以上の窒素を有する含窒素化合物と、下限臨界共溶温度を有する感温性高分子化合物とを含む。以下、それぞれの構成要素について説明する。
本態様における含窒素化合物は分子内に一つ以上の窒素を有し、炭酸ガス吸収性能を示すとともに、以下に詳述する炭酸ガスの回収方法に起因して、水に可溶であって水溶性を示すものであれば特に限定されるものではない。本態様における、“水溶性”とは、水に対して溶解できることを意味し、具体的には水99重量部に対して1重量部以上溶解できることを意味する。
本態様における感温性高分子化合物とは温度変化に対して性状が変化する高分子化合物を指し、具体的には下限臨界共溶温度を有する高分子化合物を指す。下限臨界共溶温度(LCST)とは高分子溶液系において、低温で溶解していた高分子化合物が温度の上昇により相分離を起こす温度を指し、本態様においては、温度がLCST以下では水溶性、LCST以上では非水溶性を示すものを指す。
本態様において、前記含窒素化合物と前記感温性高分子との割合が、重量比で20:80から99:1の範囲であって、前記含窒素化合物と前記感温性高分子との合計が前記炭酸ガス回収剤全量の10重量%以上、90重量%以下であることが好ましい。これによって、本態様の炭酸ガス回収剤における炭酸ガスの吸収と放出とをバランスさせることができ、良好な回収特性を呈することができるようになる。
次に、本態様の炭酸ガスの回収方法について説明する。
最初に、上述した含窒素化合物及び感温性高分子化合物を水と混合して水溶液を調整する。次いで、前記水溶液に対して炭酸ガスを含有する気体を接触させ、前記炭酸ガスを吸収させる。その後、前記水溶液を、前記感温性高分子化合物の前記下限臨界共溶温度以上に加熱して、前記水溶液から前記炭酸ガスを放出させる。
モノエタノールアミン50重量部とLCSTが約45℃であるような感温性高分子、ポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)(分子量約5000)5重量部を45重量部の水に溶解させ、炭酸ガス吸収剤を調製した。得られた吸収剤に40℃で炭酸ガスを約10%含有するガスを流速1L/minで通気し、炭酸ガスを約30分吸収させた。その後、炭酸ガス吸収剤を徐々に100℃まで加熱し、炭酸ガスの放出を行った。炭酸ガス放出量は炭酸ガス濃度計を用いて測定を行った。吸収剤の温度が50℃となった時点で吸収CO2の約50%を放出し、100℃では90%以上の炭酸ガスを放出することが判明した。
モノエタノールアミン50重量部に代えて、ピペラジン50重量部を用いた以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、50℃におけるCO2の放出量は約50%であり、100℃では90%以上となった。
モノエタノールアミン50重量部に代えて、N-ジエチルエチレンジアミン50重量部を用いた以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、50℃におけるCO2の放出量は約50%であり、100℃では90%以上となった。
モノエタノールアミン50重量部に代えて、分子量約5000のポリアルカノールアミン50重量部を用いた以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、50℃におけるCO2の放出量は約60%であり、100℃では90%以上となった。
ポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子に代えて、ポリエチレンオキサイドなるポリエーテル系感温性高分子(分子量約5000)を用いた以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、50℃におけるCO2の放出量は約60%であり、100℃では90%以上となった。
ポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子に代えて、ポリエチルオキサゾリンなるポリアミン系感温性高分子(分子量約5000)を用いた以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、70℃におけるCO2の放出量は約70%であり、100℃では90%以上となった。
ポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子に代えて、ヒドロキシプロピルメチルセルロースなるポリオール系感温性高分子(分子量約5000)を用い、吸収温度を30℃とした以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、50℃におけるCO2の放出量は約60%であり、100℃では90%以上となった。
分子量5000のポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子に代えて、分子量500のポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子を用いた以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、50℃におけるCO2の放出量は約40%であり、100℃では90%以上となった。
分子量5000のポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子に代えて、分子量2000のポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子を用いた以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、50℃におけるCO2の放出量は約50%であり、100℃では90%以上となった。
分子量5000のポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子に代えて、分子量20000のポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子を用いた以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、50℃におけるCO2の放出量は約50%であり、100℃では90%以上となった。
分子量5000のポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子に代えて、分子量100000のポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子を用いた以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、50℃におけるCO2の放出量は約50%であり、100℃では90%以上となった。
分子内に一つ以上の窒素を有する窒素化合物としてポリエチルオキサゾリン(分子量約5000)50重量部を50重量部の水に溶解させ、炭酸ガス吸収剤を調整した。実施例1と同様の実験を行ったところ、70℃におけるCO2の放出量は約60%であり、100℃では90%以上となった。
ポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子の量を5重量部から0.5重量部に減少させ、水の量を45重量部から49.5重量部に増大させた以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、50℃におけるCO2の放出量は約40%であり、100℃では90%以上となった。
モノエタノールアミンの量を50重量部から25重量部に減少させ、ポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子の量を5重量部から5重量部から25重量部に増大させた以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、50℃におけるCO2の放出量は約70%であり、100℃では90%以上となった。
モノエタノールアミンの量を50重量部から5重量部に減少させ、ポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子の量を5重量部から45重量部から25重量部に増大させた以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、50℃におけるCO2の放出量は約80%であり、100℃では90%以上となった。
ポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子に代えて、ポリ(N-エチルアクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子(分子量約5000)を用いた以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、80℃におけるCO2の放出量は約80%であり、100℃では90%以上となった。なお、前記感温性高分子のLCSTは約70℃であった。
ポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子に代えて、ポリ(N-シクロプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子(分子量約5000)を用いた以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、60℃におけるCO2の放出量は約70%であり、100℃では90%以上となった。なお、前記感温性高分子のLCSTは約60℃であった。
ポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド)なるポリアミド系感温性高分子に代えて、ポリ(N-アクリロイルピロリドン)なるポリアミド系感温性高分子(分子量約5000)を用いた以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、60℃におけるCO2の放出量は約70%であり、100℃では90%以上となった。なお、前記感温性高分子のLCSTは約55℃であった。
ポリアミド系感温性高分子を使用しなかった以外は、実験例1と同様にして炭酸ガスの回収を実施した。その結果、50℃におけるCO2の放出量は約5%であり、100℃では50%であった。
Claims (9)
- 水に可溶であって分子内に一つ以上の窒素を有する含窒素化合物と、
30℃以上、100℃以下である下限臨界共溶温度を有する感温性高分子化合物と、
を具えることを特徴とする、炭酸ガス回収剤。 - 前記感温性高分子は、分子内にアミノ基、エーテル基、水酸基及びアミド基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有し、昇温によって水に対して不溶性となることを特徴とする、請求項1に記載の炭酸ガス回収剤。
- 前記感温性高分子の分子量が500以上、100000以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の炭酸ガス回収剤。
- 前記含窒素化合物は、アルカノールアミン、環状アミン及び多価アミンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一に記載の炭酸ガス回収剤。
- 前記含窒素化合物の分子量が500以上、100000以下であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一に記載の炭酸ガス回収剤。
- 前記含窒素化合物と前記感温性高分子とが同一の構造を有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一に記載の炭酸ガス回収剤。
- 前記含窒素化合物と前記感温性高分子との割合が、重量比で20:80から99:1の範囲であって、前記含窒素化合物と前記感温性高分子との合計が前記炭酸ガス回収剤全量の10重量%以上、90重量%以下であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一に記載の炭酸ガス回収剤。
- 請求項1〜7のいずれか一に記載の炭酸ガス回収剤を使用することを特徴とする、炭酸ガス回収方法。
- 分子内に一つ以上の窒素を有する含窒素化合物、30℃以上、100℃以下である下限臨界共溶温度を有する感温性高分子化合物及び水を混合して水溶液を調整するステップと、
前記水溶液に対して炭酸ガスを含有する気体を接触させ、前記炭酸ガスを吸収させるステップと、
前記水溶液を、前記感温性高分子化合物の前記下限臨界共溶温度以上に加熱して、前記水溶液から前記炭酸ガスを放出させるステップと、
を具えることを特徴とする、炭酸ガス回収方法。
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