JP6596567B2 - Carbon dioxide absorbing material and manufacturing method thereof - Google Patents

Carbon dioxide absorbing material and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP6596567B2
JP6596567B2 JP2018502825A JP2018502825A JP6596567B2 JP 6596567 B2 JP6596567 B2 JP 6596567B2 JP 2018502825 A JP2018502825 A JP 2018502825A JP 2018502825 A JP2018502825 A JP 2018502825A JP 6596567 B2 JP6596567 B2 JP 6596567B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium
lithium silicate
carbon dioxide
absorption
composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018502825A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018528851A (en
Inventor
エヌ. ナイル バラゴパル
エム アニルクマル ジー
圭太 宮嶋
パナムピルリル ヴィジャヤンマ スバ
アゼーズ ピア モハメド アブドゥル
ナイル サラワシー ハリーシュ ウニクリシュナン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Noritake Co Ltd
Original Assignee
Noritake Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Noritake Co Ltd filed Critical Noritake Co Ltd
Publication of JP2018528851A publication Critical patent/JP2018528851A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6596567B2 publication Critical patent/JP6596567B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/62Carbon oxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/81Solid phase processes
    • B01D53/82Solid phase processes with stationary reactants
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/04Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of alkali metals, alkaline earth metals or magnesium
    • B01J20/043Carbonates or bicarbonates, e.g. limestone, dolomite, aragonite
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3234Inorganic material layers
    • B01J20/3236Inorganic material layers containing metal, other than zeolites, e.g. oxides, hydroxides, sulphides or salts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3291Characterised by the shape of the carrier, the coating or the obtained coated product
    • B01J20/3293Coatings on a core, the core being particle or fiber shaped, e.g. encapsulated particles, coated fibers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2251/00Reactants
    • B01D2251/30Alkali metal compounds
    • B01D2251/302Alkali metal compounds of lithium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2253/00Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106Silica or silicates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/50Carbon oxides
    • B01D2257/504Carbon dioxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2220/00Aspects relating to sorbent materials
    • B01J2220/40Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
    • B01J2220/42Materials comprising a mixture of inorganic materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

本発明は、二酸化炭素の吸収特性に優れた二酸化炭素吸収材料とその製造方法に関する。
本出願は、2015年8月3日に出願されたインド特許出願第2932/MUM/2015号(Indian Patent Application No. 2932/MUM/2015)に基づく優先権を主張しており、その出願の全内容は本明細書中に参照として組み入れられている。
The present invention relates to a carbon dioxide absorbing material having excellent carbon dioxide absorption characteristics and a method for producing the same.
This application claims priority based on Indian Patent Application No. 2932 / MUM / 2015 (Indian Patent Application No. 2932 / MUM / 2015) filed on August 3, 2015. The contents are incorporated herein by reference.

二酸化炭素(CO)は、地球温暖化ガスとなることから、排出量の大幅な削減が迫られている。そこで、火力発電所や工場、自動車等から排出される排気ガスからCOを選択的に分離、回収する材料や技術の開発が求められている。これまでにも、例えば、多孔質材料、CO吸収能を有するアミノ基等を導入した化学吸収材料、金属有機構造体(Metal-Organic Framework:MOF)、炭素質材料、アルカリ金属炭酸塩等からなるCO吸着材料/吸収材料が提案されている。 Since carbon dioxide (CO 2 ) becomes a global warming gas, there is an urgent need to significantly reduce emissions. Therefore, development of materials and techniques for selectively separating and recovering CO 2 from exhaust gas discharged from thermal power plants, factories, automobiles and the like is required. So far, for example, from porous materials, chemically absorbing materials introduced with amino groups having CO 2 absorption ability, metal-organic framework (MOF), carbonaceous materials, alkali metal carbonates, etc. A CO 2 adsorbing material / absorbing material has been proposed.

これらの材料は、耐熱性が低いことや、その物理的吸着特性等から、その殆どが室温から200℃以下の低温環境でCO吸収材料として利用されている。一方で、上記のうちでもアルカリ金属炭酸塩からなるCO吸収材料は、450℃を超える高温での使用が可能なことから、高温環境で使用し得るCO吸収材料として期待されている。特に、ケイ酸リチウム等のアルカリ金属炭酸塩は10質量%〜35質量%ものCO吸収能があることが報告されおり、その実用化に大きな期待が寄せられている(例えば、特許文献1〜3および非特許文献1〜2等参照)。 Most of these materials are used as CO 2 absorbing materials in a low temperature environment from room temperature to 200 ° C. or less because of their low heat resistance and their physical adsorption characteristics. On the other hand, among these, the CO 2 absorbing material made of alkali metal carbonate is expected as a CO 2 absorbing material that can be used in a high temperature environment because it can be used at a high temperature exceeding 450 ° C. In particular, alkali metal carbonates such as lithium silicate have been reported to have a CO 2 absorption capacity of 10% to 35% by mass, and great expectations are placed on their practical use (for example, Patent Documents 1 to 3). 3 and non-patent documents 1 and 2).

日本国特許第3396642号公報Japanese Patent No. 3396642 日本国特許第3591724号公報Japanese Patent No. 3591724 日本国特許第4427498号公報Japanese Patent No. 4427498

Journal of Materials Chemistry A, 2014, 2, 12792-12798Journal of Materials Chemistry A, 2014, 2, 12792-12798 Journal of Materials Chemistry A, 2013, 1, 3919-3925Journal of Materials Chemistry A, 2013, 1, 3919-3925

しかしながら、このアルカリ金属炭酸塩については、COの吸収速度が50mg/(g・min)以下、典型的には10mg/(g・min)以下と遅く、COを効率的に処理するには多量のCO吸収材料が必要であった。また、このアルカリ金属炭酸塩は600℃以上の温度域でのCO吸収特性には優れるものの、例えば200℃以上450℃以下の中温域でのCO吸収能は極めて低いという欠点もあった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、CO吸収特性がより改善された二酸化炭素吸収材料を提供することを目的とする。また、本発明は、かかる二酸化炭素吸収材料を簡便に製造する方法を提供することを他の目的とする。
However, this alkali metal carbonate, the absorption rate of CO 2 50mg / (g · min) or less, and typically slow and 10mg / (g · min) or less, to process the CO 2 efficiently A large amount of CO 2 absorbing material was required. Further, although this alkali metal carbonate is excellent in CO 2 absorption characteristics in a temperature range of 600 ° C. or higher, there is also a drawback that the CO 2 absorption capacity in an intermediate temperature range of 200 ° C. or higher and 450 ° C. or lower is extremely low.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is CO 2 absorption properties provide a more improved carbon dioxide absorbing material. Another object of the present invention is to provide a method for easily producing such a carbon dioxide-absorbing material.

上記目的を実現するべく、本発明は、ケイ酸リチウムを主成分とする二酸化炭素(CO)吸収材料の製造方法を提供する。この製造方法は、リチウム(Li)成分とケイ素(Si)成分とを含むLi−Si前駆体化合物が水溶液中に分散されたゾル状組成物を用意すること、上記ゾル状組成物に対し電磁波を照射してゲル状組成物を得ること、および、上記ゲル状組成物を焼成してリチウムとケイ素とを含むケイ酸リチウムを得ること、を包含する。 In order to realize the above object, the present invention provides a method for producing a carbon dioxide (CO 2 ) absorbing material mainly composed of lithium silicate. This manufacturing method includes preparing a sol-like composition in which a Li-Si precursor compound containing a lithium (Li) component and a silicon (Si) component is dispersed in an aqueous solution, and applying electromagnetic waves to the sol-like composition. Irradiation to obtain a gel-like composition, and firing the gel-like composition to obtain lithium silicate containing lithium and silicon.

かかる構成によると、いわゆるゾルゲル法を応用してケイ酸リチウムを得るに際し、ゲル化に要する時間を短縮することができるとともに、CO吸収特性が改善されたケイ酸リチウムを得ることができる。これにより、例えば、CO吸収容量およびCO吸収速度が向上されたCO吸収材料を提供することができる。 According to such a configuration, when lithium silicate is obtained by applying a so-called sol-gel method, the time required for gelation can be shortened, and lithium silicate with improved CO 2 absorption characteristics can be obtained. Thereby, for example, a CO 2 absorbing material with improved CO 2 absorption capacity and CO 2 absorption rate can be provided.

ここに開示されるCO吸収材料の製造方法の好ましい一態様において、上記ゾル状組成物は、上記リチウム(Li)成分と上記ケイ素(Si)成分とを含む水溶液中で、加水分解反応を生じさせることにより用意することを特徴としている。
かかる構成により、公知のゾルゲル法を応用して品質の良好なCO吸収材料を安定して製造することができる。
In a preferred embodiment of the method for producing a CO 2 absorbent material disclosed herein, the sol composition causes a hydrolysis reaction in an aqueous solution containing the lithium (Li) component and the silicon (Si) component. It is characterized by preparing by making it.
With such a configuration, it is possible to stably manufacture a CO 2 absorbent material having a good quality by applying a known sol-gel method.

ここに開示されるCO吸収材料の製造方法の好ましい一態様において、上記ケイ素(Si)成分は、シリカアルコキシド、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカの少なくとも1種であることを特徴としている。かかる構成により、より手軽にCO吸収性能に優れたCO吸収材料を製造することができる。 In a preferred aspect of the method for producing a CO 2 absorbent material disclosed herein, the silicon (Si) component is at least one of silica alkoxide, colloidal silica, and fumed silica. With this configuration, it is possible to manufacture a CO 2 absorbent material that is more easily excellent in CO 2 absorption performance.

ここに開示されるCO吸収材料の製造方法の好ましい一態様において、上記ゾル状組成物は、さらにゲルマニウム(Ge)成分を含むことを特徴としている。かかる構成により、結晶形態や、CO吸収温度域、CO吸収容量等の特性の異なる様々なCO吸収材料を製造することができる。 In a preferred embodiment of the method for producing a CO 2 absorbing material disclosed herein, the sol-like composition further includes a germanium (Ge) component. With this configuration, various CO 2 absorbing materials having different characteristics such as crystal form, CO 2 absorption temperature range, CO 2 absorption capacity, and the like can be manufactured.

ここに開示されるCO吸収材料の製造方法の好ましい一態様において、上記電磁波は、波長が1mm以上1m以下であって、周波数が300MHz以上300GHz以下のマイクロ波であることを特徴としている。ここで、上記電磁波の総照射時間は、1分間以上60分間以下とすることが好ましい。
かかる構成によっても簡便にCO吸収性能に優れたCO吸収材料を製造することができる。
In a preferred aspect of the method for producing a CO 2 absorbing material disclosed herein, the electromagnetic wave is a microwave having a wavelength of 1 mm or more and 1 m or less and a frequency of 300 MHz or more and 300 GHz or less. Here, the total irradiation time of the electromagnetic wave is preferably 1 minute or more and 60 minutes or less.
Even with such a configuration, a CO 2 absorbent material having excellent CO 2 absorption performance can be easily produced.

ここに開示されるCO吸収材料の製造方法の好ましい一態様において、さらに、上記ケイ酸リチウムを、アルカリ炭酸塩と複合化することを含むことを特徴としている。
かかる構成により、例えば200℃以上600℃以下の温度範囲におけるCO吸収容量およびCO吸収速度が高められたCO吸収材料を製造することができる。
In a preferred embodiment of the method for producing a CO 2 absorbent material disclosed herein, the lithium silicate is further combined with an alkali carbonate.
With such a configuration, it is possible to manufacture a CO 2 absorbent material having an increased CO 2 absorption capacity and CO 2 absorption rate in a temperature range of 200 ° C. or more and 600 ° C. or less, for example.

ここに開示されるCO吸収材料の製造方法の好ましい一態様において、上記アルカリ炭酸塩は、ナトリウム(Na)成分、カリウム(K)成分およびリチウム(Li)成分のうちの2種以上を含むことが好ましい。例えば、上記アルカリ炭酸塩における各アルカリ成分の割合が、Na:1mol%以上80mol%以下、K:1mol%以上70mol%以下、およびLi:1mol%以上90mol%以下、であることが好ましい態様であり得る。特に上記アルカリ炭酸塩は、共晶炭酸塩であることが好ましい。
かかる構成により、例えば200℃以上600℃以下の温度域でのCO吸収容量およびCO吸収速度等がより一層高められたCO吸収材料を製造することができる。
In a preferred embodiment of the method for producing a CO 2 absorbent material disclosed herein, the alkali carbonate contains two or more of a sodium (Na) component, a potassium (K) component, and a lithium (Li) component. Is preferred. For example, it is a preferable aspect that the ratio of each alkali component in the alkali carbonate is Na: 1 mol% or more and 80 mol% or less, K: 1 mol% or more and 70 mol% or less, and Li: 1 mol% or more and 90 mol% or less. obtain. In particular, the alkali carbonate is preferably a eutectic carbonate.
With such a configuration, it is possible to manufacture a CO 2 absorbent material in which, for example, the CO 2 absorption capacity and the CO 2 absorption rate in the temperature range of 200 ° C. or more and 600 ° C. or less are further increased.

他の側面において、ここに開示される技術は、CO吸収材料を提供する。このCO吸収材料は、上記のいずれかの製造方法により製造されたケイ酸リチウムを主成分とするCO吸収材料であることを特徴としている。
これにより、CO吸収容量およびCO吸収速度等のCO吸収特性が改善されたCO吸収材料が実現される。
In another aspect, the techniques disclosed herein provide a CO 2 absorbing material. This CO 2 absorbing material is characterized in that it is a CO 2 absorbing material mainly composed of lithium silicate manufactured by any one of the manufacturing methods described above.
As a result, a CO 2 absorbent material with improved CO 2 absorption characteristics such as CO 2 absorption capacity and CO 2 absorption rate is realized.

なお、ここに開示されるCO吸収材料は、ケイ酸リチウムを主成分とし、500℃以上710℃以下の温度範囲における単位重量あたりのCO吸収速度が、25mg/(g・min)以上であることにより特徴づけることができる。例えば、600℃以上710℃以下の温度範囲における単位重量あたりのCOガス吸収速度が、50mg/(g・min)以上であることも好ましい。このように、ここに開示される技術によると、CO吸収速度が大幅に改善されたCO吸収材料が提供され得る。 The CO 2 absorbing material disclosed herein is mainly composed of lithium silicate, and the CO 2 absorption rate per unit weight in a temperature range of 500 ° C. to 710 ° C. is 25 mg / (g · min) or more. It can be characterized by being. For example, the CO 2 gas absorption rate per unit weight in the temperature range of 600 ° C. or more and 710 ° C. or less is preferably 50 mg / (g · min) or more. Thus, according to the technology disclosed herein, a CO 2 absorbing material having a significantly improved CO 2 absorption rate can be provided.

ここに開示されるCO吸収材料の好ましい一態様では、上記ケイ酸リチウムは、長手方向の寸法をa、上記長手方向に直交する一の短手方向の寸法をbとしたとき、上記短手方向の寸法bが100nm以下であって、かつ、a/bで規定されるアスペクト比が2以上の棒状粒子が、全体の50個数%以上を占めるものであり得る。
このように高いアスペクト比を有する粒子からなるCO吸収材料は、高温環境で繰り返し使用された場合であっても凝集が起こり難く、優れたCO吸収特性を長期にわたって維持し得る点で好ましい。なお、本明細書において、ケイ酸リチウムの寸法は、電子顕微鏡等の観察手段により観察することで測定される値である。
In a preferred aspect of the CO 2 absorbent material disclosed herein, the lithium silicate has a short dimension when a dimension in the longitudinal direction is a and a dimension in one short direction perpendicular to the longitudinal direction is b. The rod-like particles having a direction dimension b of 100 nm or less and an aspect ratio defined by a / b of 2 or more may occupy 50% by number or more.
Such a CO 2 absorbing material composed of particles having a high aspect ratio is preferable in that aggregation is unlikely to occur even when repeatedly used in a high temperature environment, and excellent CO 2 absorbing characteristics can be maintained over a long period of time. In addition, in this specification, the dimension of lithium silicate is a value measured by observing with observation means, such as an electron microscope.

ここに開示されるCO吸収材料の好ましい一態様では、さらに、アルカリ炭酸塩を含み、上記ケイ酸リチウムの表面の少なくとも一部が、上記アルカリ炭酸塩により覆われていることを特徴としている。このような構成によると、CO吸収速度が安定して大幅に高められたCO吸収材料が提供され得る。 In a preferred aspect of the CO 2 absorbing material disclosed herein, the carbon dioxide-containing material further includes an alkali carbonate, and at least a part of the surface of the lithium silicate is covered with the alkali carbonate. According to such a configuration, it is possible to provide a CO 2 absorbing material having a stable and greatly increased CO 2 absorption rate.

以上のように、ここに開示される技術によると、中温から高温域(例えば、200℃〜710℃程度の温度範囲)で、COを選択的に効率よく吸収することができるCO吸収材料が提供される。このようなCO吸収材料は、例えば、天然ガスを原料とする液体燃料製造プラント、水性ガスシフト反応を利用したCO回収システム等において、高温の混合ガスやCO単相ガスからのCO吸収に特に有用に用いることができる。 As described above, according to the technology disclosed herein, the CO 2 absorbing material capable of selectively and efficiently absorbing CO 2 in a medium temperature to a high temperature range (for example, a temperature range of about 200 ° C. to 710 ° C.). Is provided. Such a CO 2 absorbing material is, for example, a CO 2 absorption from a high-temperature mixed gas or CO 2 single-phase gas in a liquid fuel production plant using natural gas as a raw material, a CO 2 recovery system using a water gas shift reaction, or the like. It can be used particularly useful in

図1Aは、一実施形態に係るCO吸収材料の製造方法を示すフロー図である。FIG. 1A is a flowchart showing a method for manufacturing a CO 2 absorbent material according to an embodiment. 図1Bは、他の実施形態に係るCO吸収材料の製造方法を示すフロー図である。FIG. 1B is a flowchart showing a method for producing a CO 2 absorbent material according to another embodiment. 図1Cは、他の実施形態に係るCO吸収材料の製造方法を示すフロー図である。FIG. 1C is a flowchart showing a method for manufacturing a CO 2 absorbent material according to another embodiment. 図2は、一実施形態に係るMW−SG試料のXRDパターンである。FIG. 2 is an XRD pattern of a MW-SG sample according to an embodiment. 図3は、実施例にて(a)作製したままのMW−SG試料と、(b)CO吸収・脱離後のMW−SG試料のTEM像である。FIG. 3 is a TEM image of (a) an as-made MW-SG sample and (b) a MW-SG sample after CO 2 absorption / desorption in the examples. 図4は、従来法により作製したSG試料と、本技術により作製したMW−SG試料との動的TGA曲線である。FIG. 4 is a dynamic TGA curve of an SG sample produced by a conventional method and an MW-SG sample produced by this technique. 図5は、一実施形態に係るMW−SG試料のCO等温吸収曲線である。FIG. 5 is a CO 2 isothermal absorption curve of a MW-SG sample according to one embodiment. 図6は、一実施形態に係るMW−SG試料のCO吸収速度を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the CO 2 absorption rate of the MW-SG sample according to one embodiment. 図7は、一実施形態に係るMW−SG試料のサイクル特性を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing cycle characteristics of the MW-SG sample according to one embodiment. 図8は、他の実施形態に係るMW−SG−NKL試料の動的TGA曲線である。FIG. 8 is a dynamic TGA curve of a MW-SG-NKL sample according to another embodiment. 図9は、他の実施形態に係るMW−SG−NKL3試料のCO等温吸収曲線である。FIG. 9 is a CO 2 isothermal absorption curve of a MW-SG-NKL3 sample according to another embodiment. 図10は、他の実施形態に係るMW−SG−NKL3試料のCO吸収速度を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the CO 2 absorption rate of the MW-SG-NKL3 sample according to another embodiment. 図11は、一実施形態に係る(a)ケイ素原料,(b)リチウム原料,(c)電磁波を照射する前のゾル状溶液,および(d)電磁波を照射した後のゲル状溶液についてのXRDパターンである。FIG. 11 shows XRD for (a) a silicon raw material, (b) a lithium raw material, (c) a sol solution before irradiation with electromagnetic waves, and (d) a gel solution after irradiation with electromagnetic waves according to an embodiment. It is a pattern. 図12は、ゲル状溶液乾燥粉末を熱処理しながらその場(in-situ)高分解能X線回折分析した結果を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the results of in-situ high-resolution X-ray diffraction analysis of a gel solution dry powder while heat-treating. 図13は、(a,b)473K,(c,d)673K,(e,f)773K,(g,h)1073Kで熱処理したゲル状溶液乾燥粉末のTEM像である。FIG. 13 is a TEM image of a gel-like solution dry powder heat-treated at (a, b) 473K, (c, d) 673K, (e, f) 773K, (g, h) 1073K. 図14は、1073Kで熱処理したゲル状溶液乾燥粉末のSEM像である。FIG. 14 is an SEM image of the gel solution dry powder heat-treated at 1073K. 図15は、一実施形態に係るケイ酸リチウム粒子の全体を例示したSEM像であり、(b)はその部分拡大図である。FIG. 15 is a SEM image illustrating the entirety of the lithium silicate particles according to an embodiment, and (b) is a partially enlarged view thereof. 図16(a)〜(e)は、図15のケイ酸リチウム粒子のTEM像である。16A to 16E are TEM images of the lithium silicate particles in FIG. 図17は、一実施形態に係るケイ酸リチウムのCO等温吸収曲線である。FIG. 17 is a CO 2 isothermal absorption curve of lithium silicate according to one embodiment. 図18は、一実施形態に係る(a)ケイ酸リチウムと、(b)ゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウムのXRDパターンである。FIG. 18 is an XRD pattern of (a) lithium silicate and (b) germanium-doped lithium silicate according to one embodiment. 図19は、一実施形態に係る(a)ケイ酸リチウムと、(b)ゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウムのラマンスペクトルである。FIG. 19 is a Raman spectrum of (a) lithium silicate and (b) germanium-doped lithium silicate according to one embodiment. 図20は、一実施形態に係るゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウム粒子の低倍率でのSEM像である。FIG. 20 is an SEM image at low magnification of germanium-doped lithium silicate particles according to one embodiment. 図21(a)〜(d)は、一実施形態に係るゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウム粒子の異なる倍率、観察視野でのTEM像である。FIGS. 21A to 21D are TEM images of different magnifications and observation fields of germanium-doped lithium silicate particles according to an embodiment. 図22は、一実施形態に係るゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウムの動的TGA曲線である。FIG. 22 is a dynamic TGA curve of germanium-doped lithium silicate according to one embodiment. 図23は、一実施形態に係るゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウムの300℃におけるCO等温吸収曲線である。FIG. 23 is a CO 2 isothermal absorption curve at 300 ° C. of germanium-doped lithium silicate according to one embodiment.

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、本明細書において数値範囲を示す「X〜Y」との表記は、特にことわりの無い限り「X以上Y以下」を意味する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. In the present specification, the notation “X to Y” indicating a numerical range means “X or more and Y or less” unless otherwise specified.

図1A〜1Cは、一実施形態に係る二酸化炭素(CO)吸収材料の製造方法を示すフロー図である。ここに開示される製造方法は、典型的には、ケイ酸リチウムを主成分とするCO吸収材料を製造するものである。
ケイ酸リチウムとしては、リチウム(Li)とケイ素(Si)と酸素(O)とを含む化合物を考慮することができる。典型的には、ケイ酸リチウムは、一般式:LiSi,ここで式中、x、yおよびzは、x+4y−2z=0を満たす;で表される各種の化合物であり得る。典型的には、任意の数のケイ酸イオンが連なったケイ酸塩アニオンと、リチウムカチオンとを含む形態の各種のケイ酸リチウムを考慮することができる。このようなケイ酸リチウムとしては、典型的には、オルトケイ酸リチウム(LiSiO)、メタケイ酸リチウム(LiSiO)、二ケイ酸リチウム(LiSi)、メタ三ケイ酸リチウム(LiSi)、メタ四ケイ酸リチウム(LiSi11)等であってよい。またケイ酸リチウムは、これらの例に限定されることなく、例えば、LiSiO,LiSi,Li12SiO等に代表される、化合物であってよい。これらはいずれか1種からなる単相であってもよいし、いずれか2種以上が組み合わされて含まれる混相であってもよい。ケイ酸リチウムは、殆どのものが、本質的にはSiO四面体またはSiの単体が連結した骨格(例えばSiO連結体)を有し、この四面体の空隙にLiのようなアルカリ金属元素がイオンとなって入っていると考えられる。そして本発明者らは、ここに開示される製造方法によると、SiO四面体が他の四面体と同形置換を起こし得ると考えている。このような置換体とは特に制限されないが、例えば、典型的には、AlO四面体や、FeO四面体、GeO四面体、SnO四面体等が考慮される。
1A to 1C are flowcharts showing a method for manufacturing a carbon dioxide (CO 2 ) absorbent material according to an embodiment. The manufacturing method disclosed here typically manufactures a CO 2 absorbing material mainly composed of lithium silicate.
As lithium silicate, a compound containing lithium (Li), silicon (Si), and oxygen (O) can be considered. Typically, lithium silicate can be a variety of compounds represented by the general formula: Li x Si y O z , where x, y, and z satisfy x + 4y−2z = 0. . Typically, various types of lithium silicate in a form including a silicate anion in which an arbitrary number of silicate ions are linked and a lithium cation can be considered. As such lithium silicate, typically, lithium orthosilicate (Li 4 SiO 4 ), lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 ), lithium disilicate (Li 2 Si 2 O 5 ), meta trisilicate Lithium acid (Li 4 Si 3 O 8 ), lithium metatetrasilicate (Li 6 Si 4 O 11 ), or the like may be used. The lithium silicate is not limited to these examples, for example, typified by Li 8 SiO 6, Li 6 Si 2 O 7, Li 12 SiO 8 or the like may be a compound. These may be a single phase composed of any one kind, or may be a mixed phase containing any two or more kinds in combination. Lithium silicate, those most essential to have the backbone is a single SiO 4 tetrahedra or Si linked (e.g. SiO 4 connecting body), alkali metal elements such as Li in the pores of the tetrahedron Is considered to be ionized. The inventors believe that the SiO 4 tetrahedron can undergo isomorphous substitution with other tetrahedrons according to the manufacturing method disclosed herein. Such is not particularly limited as substituents, for example, typically, AlO and 4 tetrahedra, FeO 4 tetrahedra, GeO 4 tetrahedra, SnO 4 tetrahedron or the like is considered.

そこで、ここに開示されるケイ酸リチウムは、上記のLiとSiとOとに加えて、他の元素(M)を含む化合物であってよい。かかる他の元素としてはCOの吸収および脱着条件において安定に存在し得る化合物を構成する元素である限り特に制限されない。例えば、上記のアルミニウム(Al)や鉄(Fe)等のケイ素と同じ14族元素のゲルマニウム(Ge),スズ(Sn),鉛(Pb)等であってよい。中でもゲルマニウム(Ge)成分であることが好ましい。このような14族元素は、ケイ酸リチウムの結晶構造においてSiと容易に置換し、比較的安定に存在し得るために好ましい。ケイ酸リチウムに含まれる他の元素の割合は厳密には限定されないものの、例えば、ケイ素(Si):他の元素(M)との比が、1:0.001〜1:0.5程度であることが好ましく、1:0.04〜1:0.45がより好ましい。このようなケイ酸リチウムは、例えば、一般式:Liy2Siy1で表される各種の化合物として理解することができる。ここで式中、x、y1、y2およびzはいずれも自然数であって、y1+y2=yおよびx+4y−2z=0を満たす。 Accordingly, the lithium silicate disclosed herein may be a compound containing another element (M) in addition to the above Li, Si, and O. Such other elements are not particularly limited as long as they are elements constituting a compound that can exist stably under the conditions of absorption and desorption of CO 2 . For example, the same group 14 element germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), etc. as silicon, such as said aluminum (Al) and iron (Fe), may be sufficient. Among these, a germanium (Ge) component is preferable. Such a group 14 element is preferable because it easily substitutes for Si in the crystal structure of lithium silicate and can exist relatively stably. Although the ratio of the other elements contained in lithium silicate is not strictly limited, for example, the ratio of silicon (Si): other elements (M) is about 1: 0.001 to 1: 0.5. It is preferable that the ratio is 1: 0.04 to 1: 0.45. Such lithium silicate can be understood as, for example, various compounds represented by the general formula: Li x M y2 Si y1 O z . Here, x, y1, y2 and z in the formula are all natural numbers and satisfy y1 + y2 = y and x + 4y−2z = 0.

ここに開示されるCO吸収材料の代表的な一例として、CO吸収能の観点からは、オルトケイ酸リチウムがケイ酸リチウムの70モル%以上であることが好ましく、より好ましくは80モル%以上、特に好ましくは90モル%以上、例えば実質的に100モル%であるのが望ましい。以下、かかるケイ酸リチウムとして、例えば、実質的に、オルトケイ酸リチウムが100モル%である場合を例にして本発明についての説明を行う。なお、以上のケイ酸リチウムは、例えば、周辺環境等に依存してその組成が変化することが許容され得る。 As a representative example of the CO 2 absorbent material disclosed herein, from the viewpoint of CO 2 absorption capacity, it is preferable that lithium orthosilicate is 70 mol% or more, more preferably 80 mol% or more of lithium silicate. Particularly preferably, it is 90 mol% or more, for example, substantially 100 mol%. Hereinafter, as the lithium silicate, the present invention will be described by taking, for example, a case where the lithium orthosilicate is substantially 100 mol% as an example. Note that the composition of the above lithium silicate can be allowed to change depending on the surrounding environment, for example.

また、ケイ酸リチウムを「主成分とする」とは、CO吸収材料を構成する化合物においてケイ酸リチウムが占める割合が最も多いことを意味する。CO吸収材料に占めるケイ酸リチウムの割合は、後述の複合体の形態のCO吸収材料を考慮すると厳密には規定できないものの、典型的には50質量%以上であり、好ましくは60質量%以上(特に好ましくは70質量%以上、例えば、80質量%以上、90質量%以上、95質量%以上、実質的に100質量%)とすることができる。かかるケイ酸リチウムの割合は、例えば、一例として、X線回折(X-ray diffraction analysis;XRD)分析に基づき算出することができる。 Further, “having lithium silicate as a main component” means that lithium silicate accounts for the largest proportion in the compound constituting the CO 2 absorbing material. Ratio of lithium silicate to total CO 2 absorbing material, although can not be strictly defined in consideration of the CO 2 absorbing material in the form of a complex which will be described later, is typically at least 50 wt%, preferably 60 wt% (Particularly preferably 70% by mass or more, for example, 80% by mass or more, 90% by mass or more, 95% by mass or more, substantially 100% by mass). For example, the ratio of the lithium silicate can be calculated based on X-ray diffraction analysis (XRD) analysis.

そして、このCO吸収材料の製造方法は、例えば図1Aに示されるように、以下の工程(S1)〜(S3)を含むことを特徴としている。
(S1)リチウム(Li)成分とケイ素(Si)成分とを含むLi−Si前駆体化合物が水溶液中に分散されたゾル状組成物を用意すること。
(S2)ゾル状組成物に対し電磁波を照射してゲル状組成物を得ること。
(S3)ゲル状組成物を焼成してリチウムとケイ素とを含むケイ酸リチウムを得ること。
なお、必須の工程ではないが、図1Bに示されるように、ここに開示される製造方法は、上記の工程(S3)に引き続き、下記の工程(S4)を実施することもできる。
(S4)得られたケイ酸リチウムを、アルカリ炭酸塩と複合化すること。
The manufacturing method of the CO 2 absorbing material, for example as shown in FIG. 1A, is characterized in that it comprises the following steps (S1) ~ (S3).
(S1) Preparing a sol composition in which a Li—Si precursor compound containing a lithium (Li) component and a silicon (Si) component is dispersed in an aqueous solution.
(S2) Obtaining a gel composition by irradiating the sol composition with electromagnetic waves.
(S3) Obtaining lithium silicate containing lithium and silicon by firing the gel composition.
Although not an indispensable step, as shown in FIG. 1B, the manufacturing method disclosed herein can also implement the following step (S4) following the above step (S3).
(S4) Compounding the obtained lithium silicate with an alkali carbonate.

S1.ゾル状組成物の用意
ここに開示されるCO吸収材料は、大略的には、Li−Si前駆体化合物を含むゾル状組成物を、ゲル化する湿式法により好ましく調整することができる。
ここでゾル状組成物とは、Li−Si前駆体化合物を分散質とし、少なくとも水を分散媒として含むコロイド水溶液であり得る。分散媒としての水は、蒸留水、イオン交換水、純水等であってよい。かかる分散媒は、水を主体とする限りにおいて、低級アルコール(メタノール、エタノール、ブタノール、イソプロパノール)やエチレングリコール、アセトン等のケトン等の水溶性で低分子量の有機溶媒が混合されていてもよい。分散媒は、後述の加水分解の効率を高めるために、100質量%の水からなることが好ましい(すなわち、ゾル状組成物はハイドロゾルであり得る)。
S1. Preparation of sol-like composition The CO 2 absorbing material disclosed herein can be preferably adjusted preferably by a wet method in which a sol-like composition containing a Li-Si precursor compound is gelled.
Here, the sol-like composition may be a colloidal aqueous solution containing a Li—Si precursor compound as a dispersoid and at least water as a dispersion medium. The water as the dispersion medium may be distilled water, ion exchange water, pure water, or the like. As long as the dispersion medium is mainly composed of water, a water-soluble low molecular weight organic solvent such as a lower alcohol (methanol, ethanol, butanol, isopropanol), a ketone such as ethylene glycol or acetone may be mixed. The dispersion medium is preferably composed of 100% by mass of water in order to increase the efficiency of hydrolysis described later (that is, the sol composition can be a hydrosol).

分散質としてのLi−Si前駆体化合物は、上記のケイ酸リチウムの原料となるリチウム成分とケイ素成分とを含み、脱水縮合反応、重縮合反応および焼成(加熱)などの処理により、上記ケイ酸リチウムを形成し得る各種の化合物であり得る。典型的には、リチウムとケイ素の水溶性溶解物が水酸化物等として析出した析出物であり得、これらは水和物や水和錯体の形態であってよい。また水酸化物等の析出物は、ゾル状態を維持し得る程度であれば脱水縮合していてもよい。換言すると、このLi−Si前駆体化合物は、ゾル状を呈するコロイド粒子であって、コロイド溶液を維持し得る大きさであればその粒径等は厳密には制限されない。例えば、Li−Si前駆体化合物の平均粒子径は、典型的には1nm〜5μm程度であり、好ましくは3nm〜3μm程度であり、より好ましくは10nm〜1μm程度であり得る。かかる平均粒子径は、動的光散乱法により測定される値を採用することができる。   The Li-Si precursor compound as a dispersoid contains a lithium component and a silicon component as raw materials for the above lithium silicate, and the above silicic acid is obtained by a treatment such as a dehydration condensation reaction, a polycondensation reaction, and firing (heating). It can be any compound that can form lithium. Typically, it may be a precipitate in which an aqueous solution of lithium and silicon is precipitated as a hydroxide or the like, and these may be in the form of a hydrate or a hydrated complex. Further, the precipitate such as hydroxide may be dehydrated and condensed as long as it can maintain the sol state. In other words, the Li—Si precursor compound is a sol-like colloidal particle, and its particle size and the like are not strictly limited as long as it is a size capable of maintaining the colloidal solution. For example, the average particle size of the Li—Si precursor compound is typically about 1 nm to 5 μm, preferably about 3 nm to 3 μm, and more preferably about 10 nm to 1 μm. As the average particle diameter, a value measured by a dynamic light scattering method can be adopted.

このようなゾル状組成物は、例えば、別途用意したLi−Si前駆体化合物を水等の分散媒に分散させることで調製してもよいし、上記Li−Si前駆体化合物が予め分散されているゾル状組成物を入手してもよいし、公知の燃焼法またはアーク法等の乾式法ないしは沈降法またはゲル法(ゾルゲル法を含む)等の湿式法を利用するなどして調製してもよい。
一例として、一般的なゾルゲル法によりゾル状組成物を調製する場合、リチウム塩とシリカアルコキシドとが溶解状態となり得る混合溶液中で、アルコキシドを水と接触させて加水分解を生じさせることにより、Li成分とSi成分とを含有する前駆体化合物をこの混合溶液中に形成することができる。なお、このとき、ゾル状組成物は水を分散媒とすることが好ましいことから、リチウム塩を溶解させた水溶液中にアルコキシドを少量ずつ添加することで、ゾル状組成物を調製するのがより好ましい。例えば、リチウム塩を溶かした水溶液を撹拌しながら、この水溶液中にシリカアルコキシドのアルコール溶液を加えることで、前駆体化合物を得ることができる。撹拌は、例えば、マグネチックスターラーや機械式撹拌機、あるいは超音波撹拌機のような他の手段を利用して実施することができる。
Such a sol composition may be prepared, for example, by dispersing a separately prepared Li-Si precursor compound in a dispersion medium such as water, or the Li-Si precursor compound is dispersed in advance. The sol composition may be obtained, or may be prepared by using a known dry method such as a combustion method or an arc method, or a wet method such as a sedimentation method or a gel method (including a sol-gel method). Good.
As an example, when preparing a sol composition by a general sol-gel method, in a mixed solution in which a lithium salt and a silica alkoxide can be in a dissolved state, the alkoxide is brought into contact with water to cause hydrolysis. A precursor compound containing the component and the Si component can be formed in this mixed solution. At this time, since the sol composition preferably uses water as a dispersion medium, it is more preferable to prepare the sol composition by adding alkoxide little by little to an aqueous solution in which a lithium salt is dissolved. preferable. For example, the precursor compound can be obtained by adding an alcohol solution of silica alkoxide to this aqueous solution while stirring the aqueous solution in which the lithium salt is dissolved. Stirring can be performed using other means such as, for example, a magnetic stirrer, mechanical stirrer, or ultrasonic stirrer.

かかる加水分解反応および縮合反応を進行させるに際し、反応速度(加水分解速度および縮合速度)を調整する目的で、塩酸等の酸やアンモニア等のアルカリを加水分解触媒として混合溶液中に加えるようにしてもよい。なお、かかる加水分解触媒は、反応溶液のpHを制御して、形成される前駆体化合物の一次粒径を調整する役割も果たし得る。   When proceeding with the hydrolysis reaction and condensation reaction, an acid such as hydrochloric acid or an alkali such as ammonia is added to the mixed solution as a hydrolysis catalyst for the purpose of adjusting the reaction rate (hydrolysis rate and condensation rate). Also good. In addition, this hydrolysis catalyst can also play the role which controls the pH of a reaction solution and adjusts the primary particle size of the precursor compound formed.

リチウム塩としては、リチウムの酸化物や、加熱によって酸化物となり得る各種の化合物を用いることができる。具体的には、例えば、リチウムの酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、酢酸塩、ギ酸塩、シュウ酸塩、ハロゲン化物等が挙げられる。好ましくは水溶性の各種塩であり得る。また、リチウムのアルコキシドを用いることもできる。   As the lithium salt, an oxide of lithium or various compounds that can be converted into an oxide by heating can be used. Specific examples include lithium oxides, hydroxides, carbonates, nitrates, sulfates, phosphates, acetates, formates, oxalates, halides, and the like. Preferably, it may be various water-soluble salts. Alternatively, lithium alkoxide can be used.

シリカアルコキシドとしては、ゾルゲル法において用いることができる各種の化合物を特に制限なく使用することができる。例えば、具体的には、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、1,2−ビストリメトキシシリルエタン、Si原子に1〜4のアルコキシ基が結合したシリカアルコキシド、グリシジル基等の官能基を導入したシリカアルコキシド等を好ましく用いることができる。なかでもアルコキシシランを用いることが好ましく、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、1,2−ビストリメトキシシリルエタン等に代表される、Si原子に1〜4のアルコキシ基が結合したシリカアルコキシドが好ましい例として示される。特に好ましくは、テトラエトキシシラン(Si(OC:TEOS、オルトケイ酸テトラエチルともいう)、テトラメトキシシラン(Si(OCH:TMOS、オルトケイ酸テトラメチルともいう)、メチルトリメトキシシランである。これらはいずれか1種を単独で用いてもよいし、いずれか2種以上を組み合わせて用いてもよい。 As the silica alkoxide, various compounds that can be used in the sol-gel method can be used without particular limitation. For example, specifically, methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, 1,2-bistrimethoxysilylethane, silica alkoxide having 1 to 4 alkoxy groups bonded to Si atom, glycidyl A silica alkoxide having a functional group such as a group introduced therein can be preferably used. Of these, alkoxysilane is preferably used, and examples thereof include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, and 1,2-bistrimethoxysilylethane. Silica alkoxide in which 1 to 4 alkoxy groups are bonded to Si atoms is shown as a preferred example. Particularly preferably, tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 : TEOS, also referred to as tetraethyl orthosilicate), tetramethoxysilane (Si (OCH 3 ) 4 : TMOS, also referred to as tetramethyl orthosilicate), methyltrimethoxy Silane. Any one of these may be used alone, or any two or more of them may be used in combination.

なお、上記で例示したゾルゲル法以外のゾル状組成物の調製方法としては、例えば、下記の手法を採用することが例示される。例えば、ケイ素成分として、ゲル法シリカ(コロイダルシリカを含む)、沈降法シリカ、ヒュームドシリカ(シリカキセロゲル、シリカクリオゲルおよびシリカアエロゲルを含む)等のナノシリカ材料を使用して、上記と同様にゾル状組成物を調製することができる。特に限定されるものではないが、このようなシリカ材料とリチウム成分とが、例えば、水溶液中において互いに錯体を形成したり、加水分化反応および/または脱水縮合反応等により化合物を形成したりすることで、ここに開示されるゾル状組成物として好適に用いることができる。   In addition, as a preparation method of sol-like compositions other than the sol-gel method illustrated above, employ | adopting the following method is illustrated, for example. For example, as a silicon component, a nano silica material such as gel method silica (including colloidal silica), precipitated silica, fumed silica (including silica xerogel, silica cryogel, and silica aerogel) is used, and the same as described above. A sol-like composition can be prepared. Although not particularly limited, such a silica material and a lithium component may form a complex with each other in an aqueous solution, or may form a compound by a hydrolysis reaction and / or a dehydration condensation reaction, for example. Therefore, it can be suitably used as the sol composition disclosed herein.

また、ケイ酸リチウムが他の元素(M)を含む場合は、上記Li−Si前駆体化合物が当該他の元素を含むように調製すればよい。例えば、ゾルゲル法によりゾル状組成物を調製する際に、混合溶液中に他の元素(M)を加えるようにすればよい。典型的には、図1Cに例示したように、上記リチウム成分と同様に、他の元素(M)の塩等を混合溶液に添加すればよい。これにより、以下同様の手順で、Li,Si,OおよびMを含むケイ酸リチウムを製造することができる。   Moreover, what is necessary is just to prepare so that the said Li-Si precursor compound may contain the said other element, when lithium silicate contains another element (M). For example, when preparing a sol composition by the sol-gel method, another element (M) may be added to the mixed solution. Typically, as illustrated in FIG. 1C, a salt of another element (M) or the like may be added to the mixed solution in the same manner as the lithium component. Thereby, lithium silicate containing Li, Si, O, and M can be manufactured in the same procedure.

S2.電磁波照射によるゲル状組成物の形成
次いで、用意したゾル状組成物に対して電磁波を照射することで、このゾル状組成物をゲル化してゲル状組成物を得る。
例えば、ゾルゲル法により用意したゾル状組成物において、一般的に、加水分解により形成された水和物等の析出物は、引き続き撹拌が行われることで脱水縮合が生じ得る。かかる縮合反応は隣り合ったLi−Si前駆体化合物の間で連鎖的に進行するため、撹拌を続けることによりLi−Si前駆体化合物は3次元的な縮合体を形成し得る。この縮合体は、ゾル状組成物に粘性を付与し、ゲル状組成物へと変化させる。したがって、ゾル状組成物を一定時間撹拌することにより、自ずとゲル状組成物を得ることができる。また、上記のとおり、加水分解触媒を加えたり、環境温度等を調製したりすることで、ゲル状組成物の形成を促進させ得ることも知られている。
S2. Formation of Gel Composition by Electromagnetic Irradiation Next, the prepared sol composition is irradiated with electromagnetic waves to gel the sol composition to obtain a gel composition.
For example, in a sol-like composition prepared by a sol-gel method, generally, a precipitate such as a hydrate formed by hydrolysis may undergo dehydration condensation by subsequent stirring. Since such a condensation reaction proceeds in a chain manner between adjacent Li—Si precursor compounds, the Li—Si precursor compound can form a three-dimensional condensate by continuing stirring. This condensate imparts viscosity to the sol-like composition and changes it into a gel-like composition. Therefore, a gel composition can be naturally obtained by stirring the sol composition for a certain time. In addition, as described above, it is also known that the formation of a gel composition can be promoted by adding a hydrolysis catalyst or adjusting an environmental temperature or the like.

これに対し、ここに開示される技術においては、ゾル状組成物に電磁波を照射することで、上記のゲル化をより好適に促進させるようにしている。撹拌の操作は必ずしも必要ではないが、ゾル状組成物のゲル化を均一に進行させる観点からは、ゾル状組成物を撹拌しながら電磁波を照射することがより好ましい。なお、詳細な機構は明らかではないが、ゾル状組成物に電磁波を照射することで、形成されるゲル状組成物におけるLi−Si前駆体化合物の骨格構造に何らかの変化がもたらされるものと考えることができる。そしてかかる骨格構造の変化により、このゲル状組成物から得られるケイ酸リチウムは、通常とは異なる特殊な形態を有する粉末として得ることができる。本発明者らの検討によると、電磁波の作用により、上記のSiO四面体の連結態様に特異性が発現し、SiO四面体の配列(たとえば、連結角と連結度等)に異方性が見られるものと考えている。 On the other hand, in the technique disclosed here, the gelation is more preferably promoted by irradiating the sol composition with electromagnetic waves. Although the stirring operation is not necessarily required, it is more preferable to irradiate the electromagnetic wave while stirring the sol composition from the viewpoint of uniformly proceeding the gelation of the sol composition. Although the detailed mechanism is not clear, it is considered that irradiation of electromagnetic waves to the sol composition will cause some change in the skeleton structure of the Li-Si precursor compound in the formed gel composition. Can do. Due to such a change in the skeleton structure, the lithium silicate obtained from the gel composition can be obtained as a powder having a special form different from usual. According to the study by the present inventors, due to the action of electromagnetic waves, specificity is manifested in the coupling mode of the above-mentioned SiO 4 tetrahedron, and the SiO 4 tetrahedron arrangement (for example, the coupling angle and the degree of coupling) is anisotropic. I think that you can see.

したがって、CO吸収材料を構成する個々のケイ酸リチウムの結晶粒子の形状は、特に限定されるものではないが、典型的にはいわゆる球状ないしは粒状ではなく、例えば、ロッド状、板状、鱗片状、花弁状および海綿状等と呼ばれる形状異方性が高いものとなり得る。このようなケイ酸リチウムの特殊な形態に基づき、ここに開示されるケイ酸リチウムは、CO吸収容量やCO吸収速度等といったCO吸収特性が効果的に向上されると考えることができる。例えば、理論値に近い高いCO吸収容量を備えるケイ酸リチウムを製造できる。まだ、吸収したCOの脱着も良好に行うことができる。したがって、ここに開示される技術において、CO吸収特性の向上に関して電磁波の照射は欠かせない操作であり得る。また、電磁波の照射によるゲル化の促進により、ゲル状組成物を短時間で得ることもできる。これにより、CO吸収材料の製造時間の短縮化が図れる点においても好ましいといえる。 Therefore, the shape of the individual lithium silicate crystal particles constituting the CO 2 absorbing material is not particularly limited, but is typically not so-called spherical or granular, for example, rod-shaped, plate-shaped, scale-shaped Shape, petal-like, sponge-like and the like can have high shape anisotropy. Based on such a special form of lithium silicate, lithium silicate disclosed herein can be considered as the CO 2 absorbing properties such as CO 2 absorption capacity and CO 2 absorption rate and the like are effectively improved . For example, lithium silicate having a high CO 2 absorption capacity close to the theoretical value can be produced. Still, the desorption of the absorbed CO 2 can be performed well. Therefore, in the technique disclosed herein, irradiation with electromagnetic waves can be an indispensable operation for improving CO 2 absorption characteristics. Moreover, a gel-like composition can also be obtained in a short time by the gelatinization by irradiation of electromagnetic waves. Thereby, it can be said that it is preferable also in that the manufacturing time of the CO 2 absorbent material can be shortened.

電磁波としては、超低周波、長波、中波、短波、マイクロ波(高周波)、赤外線、可視光線、紫外線、X線およびガンマ線のいずれを用いることも可能である。しかしながら、電磁波の照射効率の観点からは、ゾル状組成物を効果的に加熱し得る電磁波を採用することが好ましい。かかる観点において、マイクロ波(microwave)は、ゾル状組成物の分散媒としての水や、Li−Si前駆体化合物に含まれる結晶水や水和水等の水分子に直接吸収され、この水分子が発熱して、Li−Si前駆体化合物を加熱し得る。このマイクロ波加熱(誘電加熱)によると、Li−Si前駆体化合物を内部から、エネルギーロスを抑えて高速かつ選択的に加熱できるために好ましい態様であり得る。   As the electromagnetic wave, any of ultra-low frequency, long wave, medium wave, short wave, microwave (high frequency), infrared ray, visible ray, ultraviolet ray, X-ray, and gamma ray can be used. However, from the viewpoint of electromagnetic wave irradiation efficiency, it is preferable to employ an electromagnetic wave that can effectively heat the sol composition. From this viewpoint, the microwave is directly absorbed by water molecules such as water as a dispersion medium of the sol-like composition and water molecules such as crystal water and hydrated water contained in the Li-Si precursor compound. Can generate heat and heat the Li-Si precursor compound. This microwave heating (dielectric heating) may be a preferred embodiment because the Li—Si precursor compound can be heated from the inside at high speed and with low energy loss.

マイクロ波としてはその周波数(波長)や出力、照射時間等は特に制限されない。例えば、照射対象であるゾル状組成物がゲル化するに必要なエネルギー量を適切に供給し得るよう適宜決定することができる。例えば、波長が1mm以上1m以下であって、周波数が300MHz以上300GHz以下のマイクロ波を用いることが例示される。なお、周波数については、国際規格に基づき、2.45GHz帯のマグネトロンにより発生される高周波を利用することがより適切であり得る(地域によっては915MHz帯の高周波であってもよい)。また、例えば、出力については、加熱効率の観点から、300W〜300kW程度とすることが適切であり、300W〜10kW程度が好ましく、300W〜2000W程度がより好ましく、500W〜1600W程度が特に好ましい。   The frequency (wavelength), output, irradiation time, etc. of the microwave are not particularly limited. For example, it can be determined as appropriate so that the amount of energy necessary for gelation of the sol composition to be irradiated can be appropriately supplied. For example, a microwave having a wavelength of 1 mm to 1 m and a frequency of 300 MHz to 300 GHz is used. As for the frequency, it may be more appropriate to use a high frequency generated by a 2.45 GHz band magnetron based on an international standard (may be a high frequency in the 915 MHz band depending on the region). For example, the output is suitably about 300 W to 300 kW from the viewpoint of heating efficiency, preferably about 300 W to 10 kW, more preferably about 300 W to 2000 W, and particularly preferably about 500 W to 1600 W.

また、照射時間は、出力やゾル状組成物の量および照射時の形態(マイクロ波の到達度)等を勘案して調整することができる。また、マイクロ波は、例えば、連続して所定の照射時間に亘って照射しても良いし、インターバルを介して複数回照射することもできる。マイクロ波照射の好ましい一形態としては、所定の出力のマイクロ波を、ゾル状組成物における分散媒が沸騰するまで照射し、次いでゾル状組成物を冷却したのち、再度所定の出力のマイクロ波を照射すること、を所定の回数繰り返すことである。ここで、分散媒が沸騰により揮発してしまった場合などには、必要に応じて分散媒を補填するようにしてもよい。マイクロ波の照射時間は、例えば、一つの例として、0.2〜0.5モル程度のケイ酸リチウムを製造するに際し、2.45GHzで600W〜1000W(例えば700W)のを、合計で1分間以上20分間以下(例えば4〜12分間)程度照射することが例示される。   Further, the irradiation time can be adjusted in consideration of the output, the amount of the sol-like composition, the form at the time of irradiation (degree of microwave arrival), and the like. Moreover, for example, the microwave may be continuously irradiated over a predetermined irradiation time, or may be irradiated a plurality of times through an interval. As a preferred form of microwave irradiation, a microwave with a predetermined output is irradiated until the dispersion medium in the sol-like composition boils, and after cooling the sol-like composition, a microwave with a predetermined output is again applied. Irradiation is repeated a predetermined number of times. Here, when the dispersion medium is volatilized by boiling, the dispersion medium may be supplemented as necessary. The microwave irradiation time is, for example, as one example, when producing about 0.2 to 0.5 mol of lithium silicate, the range of 600 W to 1000 W (eg 700 W) at 2.45 GHz is 1 minute in total. Illustrating irradiation for about 20 minutes or less (for example, 4 to 12 minutes).

なお、ゲル状組成物とは、ゾル状組成物が流動性をほぼ失って硬化した状態であり得る。このゲル状との状態については、厳密に定義することは困難ではあるが、代表的には、(i)少なくとも分散質と分散媒との2成分以上の組成をもつ凝集性の分散系であって、(ii)固体の特徴をもつ力学的挙動を示し、(iii)分散質および分散媒の両方が系全体に連続的に(均質に)広がっている状態、と定義することができる。本明細書におけるゲル状組成物とは、当業者によく知られている明確なゾルゲル転移を経て、概ね全ての分散質が共有結合によって三次元的に結ばれた化学ゲルであり得る。すなわち、分散質は、目的のケイ酸リチウムと略同じ組成を有したものとなり得る。かかる分散質は、3次元的ではあるが不連続に結合した組織からなる、非晶質な(すなわち結晶質でない)物質となる。そしてこの分散質に分散媒が含浸保持されることで、ゲル状組成物が構成されている。   The gel-like composition may be a state where the sol-like composition is almost lost in fluidity and cured. Although it is difficult to strictly define the state of the gel, typically, it is (i) a cohesive dispersion system having a composition of at least two components of a dispersoid and a dispersion medium. Thus, it can be defined as (ii) a mechanical behavior having characteristics of a solid, and (iii) a state where both the dispersoid and the dispersion medium are continuously (homogeneously) spread throughout the system. The gel-like composition in the present specification may be a chemical gel in which almost all dispersoids are three-dimensionally linked by a covalent bond through a clear sol-gel transition well known to those skilled in the art. That is, the dispersoid can have substantially the same composition as the target lithium silicate. Such a dispersoid becomes an amorphous (that is, non-crystalline) substance composed of a three-dimensional but discontinuously bonded structure. The dispersoid is impregnated with a dispersion medium to form a gel composition.

S3.ケイ酸リチウムの焼成
このようにして得られたゲル状組成物を乾燥し、焼成する。これにより、分散媒およびケイ酸リチウム以外の過剰な成分は完全に除去され、目的の固体状のケイ酸リチウムを得ることができる。なお、ゲル状組成物において加水分解反応および脱水縮合反応が完全に終了していない部位が含まれていても、これらの反応は焼成により促進され、ゲル状組成物は、典型的には結晶性の緻密な固体へと変化される。
乾燥は、自然乾燥でもよいし、乾燥器を用いて乾燥してもよい。焼成は、一般的な加熱炉を用いて行ってもよい。さらに、乾燥と焼成とは組み合わせて行っても良い。この場合、例えば、エアオーブン炉を用いたり、超臨界乾燥法、噴霧乾燥法、噴霧造粒法または噴霧熱分解法等を利用したりして実施することができる。これらの乾燥および焼成の手法は、いずれか一つを単独で実施してもよいし、互いに組み合わせて実施してもよい。
S3. Firing of lithium silicate The gel composition thus obtained is dried and fired. Thereby, excess components other than the dispersion medium and lithium silicate are completely removed, and the target solid lithium silicate can be obtained. Even if the gel composition contains a portion where the hydrolysis reaction and dehydration condensation reaction are not completely completed, these reactions are promoted by firing, and the gel composition is typically crystalline. It is transformed into a dense solid.
Drying may be natural drying or drying using a dryer. Firing may be performed using a general heating furnace. Furthermore, drying and baking may be performed in combination. In this case, for example, an air oven furnace can be used, or a supercritical drying method, a spray drying method, a spray granulation method, a spray pyrolysis method, or the like can be used. Any one of these drying and firing methods may be carried out alone or in combination with each other.

焼成条件は、ゲル状組成物がケイ酸リチウムへと変化することができれば特に制限されない。例えば、アモルファスの状態にあるLi−Si前駆体化合物がケイ酸リチウムへと結晶し得る条件であればよい。具体的には、焼成温度をおよそ500℃以下とする場合は、ゲル状組成物の酸化が好適に進行するように、焼成雰囲気を酸素含有雰囲気(典型的には大気雰囲気)とすることが好ましい。また、焼成温度がおよそ500℃以上(超過)の場合は、焼成雰囲気は酸素含有雰囲気(典型的には大気雰囲気)であってもよいし、例えば、大気、窒素ガス、炭酸ガスあるいはこれらのうちの2種以上の混合ガスであってもよい。焼成の温度は、473℃よりも高い温度(好ましくは500℃以上)とするのが適切である。焼成温度については、700℃以上とするのがより好ましく、800℃以上とするのが特に好ましい。これにより、使用した原料に由来する余分な成分を除去することができるとともに、結晶性の高いケイ酸リチウムを得ることができる。焼成温度の上限は特に制限されないが、例えば1100℃以下、1000℃以下、典型的には900℃程度とすることができる。焼成時間は特に制限されないが、例えば、30分間以上5時間以下程度が適切であり、1時間以上5時間以下がより好ましく、2時間以上4時間以下とするのが特に好ましい。   The firing conditions are not particularly limited as long as the gel composition can be changed into lithium silicate. For example, it is sufficient if the Li—Si precursor compound in an amorphous state can be crystallized into lithium silicate. Specifically, when the firing temperature is about 500 ° C. or lower, the firing atmosphere is preferably an oxygen-containing atmosphere (typically an air atmosphere) so that the oxidation of the gel composition proceeds appropriately. . When the firing temperature is approximately 500 ° C. or higher (excess), the firing atmosphere may be an oxygen-containing atmosphere (typically an air atmosphere), for example, air, nitrogen gas, carbon dioxide gas, or the like. Two or more mixed gases may be used. The firing temperature is suitably higher than 473 ° C. (preferably 500 ° C. or higher). The firing temperature is more preferably 700 ° C. or higher, and particularly preferably 800 ° C. or higher. Thereby, while being able to remove the excess component originating in the used raw material, highly crystalline lithium silicate can be obtained. The upper limit of the firing temperature is not particularly limited, but can be, for example, 1100 ° C. or lower, 1000 ° C. or lower, typically about 900 ° C. The firing time is not particularly limited, but for example, about 30 minutes to 5 hours is appropriate, 1 hour to 5 hours is more preferable, and 2 hours to 4 hours is particularly preferable.

このようにして実現されるCO吸収材料において、ケイ酸リチウムは、典型的な球状、粒状ないしは角状等の形態の粒子(一次粒子)や、あるいは、特殊な形態の粒子(一次粒子)から構成される粉末として得られる。この特殊な形態とは、異方性が高い形状であって、例えば、ロッド状、板状、鱗片状等であり得る。また、ケイ酸リチウムは、これらの一次粒子が結合した2次粒子の形態で粉末を構成することができる。この二次粒子は、例えば、粒状であってもよいし、例えば、花弁状および海綿状等として表現される特殊な形態であってもよい。 In the CO 2 absorbing material realized in this way, lithium silicate is obtained from particles having a typical spherical shape, granular shape or angular shape (primary particles), or particles having a special shape (primary particles). Obtained as a composed powder. This special form is a shape having high anisotropy, and may be, for example, a rod shape, a plate shape, a scale shape, or the like. Moreover, lithium silicate can comprise a powder in the form of secondary particles in which these primary particles are bonded. The secondary particles may be granular, for example, or may be in a special form expressed as, for example, a petal shape or a spongy shape.

ケイ酸リチウムが、異方性の少ない球状粒子ないしは角状粒子等からなる場合、それらの平均粒子径は、厳密に限定されるものではないが、例えば、10nm以上1μm以下程度、20nm以上500nm以下程度であってよい。かかる寸法は、例えば、電子顕微鏡観察に基づいて測定される円相当径の算術平均値を採用することができる。   In the case where lithium silicate is composed of spherical particles or square particles having little anisotropy, the average particle diameter thereof is not strictly limited, but is, for example, about 10 nm to 1 μm, 20 nm to 500 nm. It may be about. As such dimensions, for example, an arithmetic average value of equivalent circle diameters measured based on observation with an electron microscope can be adopted.

また、例えば、典型的には、ケイ酸リチウムは、微視的(例えば、ナノメートルオーダー)には、針状(ファイバー状)ないしは棒状(ロッド状)粒子の集合体からなる粉末として得られる。かかる棒状粒子は、一方向(一次元)に大きく成長した結晶形態をいう。ここで結晶の長手方向の寸法をa、この長手方向に直交する一の短手方向の寸法をbとしたとき、短手方向の平均の寸法bは、概ね100nm以下であり、好ましくは50nm以下であり、特に好ましくは30nm以下であり得る。また、a/bで規定されるアスペクト比は、典型的には2以上であり、好ましくは5以上であり、例えば10以上、特に好ましくは15以上であり得る。かかる寸法についても、例えば、電子顕微鏡観察に基づいて測定することができる(以下同じ。)。   Further, for example, typically, lithium silicate is obtained as a powder composed of an aggregate of needle-like (fiber-like) or rod-like (rod-like) particles microscopically (for example, on the order of nanometers). Such rod-like particles refer to crystal forms that have grown greatly in one direction (one dimension). Here, when the dimension in the longitudinal direction of the crystal is a and the dimension in one short direction perpendicular to the longitudinal direction is b, the average dimension b in the short direction is approximately 100 nm or less, preferably 50 nm or less. And particularly preferably 30 nm or less. The aspect ratio defined by a / b is typically 2 or more, preferably 5 or more, for example, 10 or more, and particularly preferably 15 or more. Such dimensions can also be measured based on, for example, observation with an electron microscope (the same applies hereinafter).

また、ケイ酸リチウムは、やや巨視的(例えば、マイクロメートルオーダー)には、上記の球状粒子やロッド状粒子が一体的に集合してなる板状結晶からなる粉末であってもよい。
ここで板状とは、葉状,雲母状,薄板状,層状等とも表現され、面方向(二次元)に大きく成長した結晶形態をいう。典型的には比較的平坦な薄板状の結晶である。ここで、結晶面内の長手方向の寸法をa、この長手方向に直交する一の厚み方向の寸法をbとしたとき、短手方向の平均の寸法bは、概ね10μm以下であり、好ましくは5μm以下であり、特に好ましくは1μm以下であり得る。また、長手方向の寸法は、特に限定されないものの、概ね50μm以下程度である。この板状結晶についてa/bで規定されるアスペクト比は、典型的には2以上であり、好ましくは3以上であり、例えば5以上、特に好ましくは10以上であり得る。板状結晶は、一つが単独で粒子を構成していてもよいし、複数のものが集合(結合)して一つの粒子を構成していてもよい。複数の結晶が集合しているとき、それらは双晶であってもよい。板状結晶が複数の一次粒子の集合であるとき、このような板状結晶は、一次粒子の間隙内に微細な空隙を内包していてもよい。このような空隙の寸法は特に制限されないが、例えば、径が2nm以上50nm未満程度のメソポアや、径が50nm以上のマクロポアであってよい。
Further, the lithium silicate may be a powder made of a plate-like crystal in which the above spherical particles and rod-like particles are integrated together in a slightly macroscopic manner (for example, on the order of micrometers).
Here, the plate shape is expressed as a leaf shape, a mica shape, a thin plate shape, a layer shape, or the like, and means a crystal form that grows greatly in a plane direction (two-dimensional). Typically, it is a relatively flat lamellar crystal. Here, when the dimension in the longitudinal direction in the crystal plane is a, and the dimension in one thickness direction perpendicular to the longitudinal direction is b, the average dimension b in the lateral direction is approximately 10 μm or less, preferably It may be 5 μm or less, particularly preferably 1 μm or less. Moreover, although the dimension of a longitudinal direction is not specifically limited, it is about 50 micrometers or less in general. The aspect ratio defined by a / b for this plate-like crystal is typically 2 or more, preferably 3 or more, for example, 5 or more, and particularly preferably 10 or more. One plate-like crystal may constitute a particle alone, or a plurality of plate crystals may be aggregated (coupled) to constitute one particle. When multiple crystals are assembled, they may be twinned. When the plate-like crystal is an aggregate of a plurality of primary particles, such plate-like crystal may include fine voids in the gaps between the primary particles. The size of such voids is not particularly limited, and may be, for example, a mesopore having a diameter of 2 nm or more and less than 50 nm, or a macropore having a diameter of 50 nm or more.

鱗片状および花弁状は、板状の一種の変形であるとも理解でき、面方向に大きく成長した結晶形態である。その中でも、鱗片状は、例えば複数の板状結晶が面方向を概ね揃えて、あたかも魚の鱗のように集合した結晶形態をいう。また、花弁状は、例えば複数の板状結晶が面方向が異なるようにして、あたかも一つの結晶からなる花弁が花を構成するように集合した結晶形態をいう。このような特殊な形状は、上記製造方法に特有の電磁波の作用により、特異な晶癖が強く反映された形態であるとも考えられる。このような粒子の粒径は特に制限されないが、例えば、0.1μm以上20μm以下程度であり得る。   Scale-like and petal-like shapes can be understood as a kind of plate-like deformation, and are crystal forms that grow greatly in the plane direction. Among them, the scale-like shape refers to a crystal form in which a plurality of plate-like crystals, for example, are generally aligned in the plane direction and are gathered like fish scales. The petal shape refers to a crystal form in which, for example, a plurality of plate-like crystals are arranged in different plane directions, and the petals made up of a single crystal gather together to form a flower. Such a special shape is considered to be a form in which unique crystal habits are strongly reflected by the action of electromagnetic waves peculiar to the above manufacturing method. The particle size of such particles is not particularly limited, but may be, for example, about 0.1 μm to 20 μm.

海綿状は、スポンジ状、ハニカム状等とも表現され、全体としては大きな嵩を有するものの、薄い板状の壁部(壁面)を介して多数の空隙を含む結晶形態である。この壁部については、上記の板状結晶と同様に理解することもできる。また、粒子内に含まれる空隙の大きさは特に制限されないが、例えば、メソポアやマクロポアであってよい。典型的にはマクロポアであり得る。このような海綿状粒子の粒径は特に制限されないが、例えば、0.1μm以上20μm以下程度であり得る。   The spongy form is expressed as a sponge form, a honeycomb form, or the like, and has a large bulk as a whole, but is a crystal form including a large number of voids through a thin plate-like wall (wall surface). About this wall part, it can also be understood similarly to said plate-like crystal. The size of the voids contained in the particles is not particularly limited, but may be, for example, mesopores or macropores. It can typically be a macropore. The particle size of such spongy particles is not particularly limited, and may be, for example, about 0.1 μm to 20 μm.

ここに開示されるケイ酸リチウムにおいて、このような特徴的な形状を有する粒子は、ケイ酸リチウムを構成する粒子全体の50個数%以上、例えば70個数%以上、特に80個数%を占め得ることが好ましい。このような特徴的な形状により、理論値に近い高いCO吸収特性を備えることができる。また、COを吸収するのみならず、脱着をも高効率で実現することができる。さらに、高温でのCOの吸収および放出を繰り返し行った場合でも、結晶粒子の凝集が抑さえられ、CO吸収能の低下が抑制され得る。 In the lithium silicate disclosed herein, particles having such a characteristic shape may occupy 50% by number or more, for example, 70% by number or more, particularly 80% by number, of the entire particles constituting the lithium silicate. Is preferred. Such a characteristic shape can provide high CO 2 absorption characteristics close to the theoretical values. In addition to absorbing CO 2 , desorption can be achieved with high efficiency. Furthermore, even when the absorption and release of CO 2 at high temperature are repeated, the aggregation of crystal particles can be suppressed and the decrease in CO 2 absorption ability can be suppressed.

また、このようにして実現されるCO吸収材料は、例えば、同一の材料を用いて公知のゾルゲル法により製造したケイ酸リチウムと比較して、CO吸収速度が約1.5倍〜2倍程度に高められたものであり得る。また、このようなCO吸収能は、より低温から発現されて、例えば200℃以上710℃程度の温度域でCOの吸収が可能となり得る。また、450℃以上の温度範囲では、より速いスピードでCOを吸収し得る。例えば、500℃以上710℃以下の温度範囲における単位重量あたりのCO吸収速度は、20mg/(g・min)以上であり得、より好ましくは25mg/(g・min)以上であり得る。また、600℃以上710℃以下の温度範囲における、単位重量あたりのCOガス吸収速度が、30mg/(g・min)以上であり得、より好ましくは50mg/(g・min)以上であり得る。すなわち、ここに開示される技術により、200℃以上710℃程度、特に好ましくは450℃以上710℃以下の温度域で優れたCO吸収能を発現し得るCO吸収材料が実現される。なお、ここに開示されるCO吸収材料は、おおよそ720℃以上(例えば750℃以上)の温度でCOの放出を始める。したがって、かかるCO放出の温度まで(例えば、720℃未満)は、このCO吸収材料によるCOの吸収が可能とされる。 In addition, the CO 2 absorbing material realized in this way has a CO 2 absorption rate of about 1.5 to 2 times compared to, for example, lithium silicate manufactured by the known sol-gel method using the same material. It can be as high as twice. Moreover, such CO 2 absorption ability is expressed from a lower temperature, and can absorb CO 2 in a temperature range of about 200 ° C. or more and about 710 ° C., for example. In the temperature range of 450 ° C. or higher, CO 2 can be absorbed at a higher speed. For example, the CO 2 absorption rate per unit weight in the temperature range of 500 ° C. or more and 710 ° C. or less may be 20 mg / (g · min) or more, and more preferably 25 mg / (g · min) or more. Further, the CO 2 gas absorption rate per unit weight in the temperature range of 600 ° C. or more and 710 ° C. or less can be 30 mg / (g · min) or more, more preferably 50 mg / (g · min) or more. . That is, by the technique disclosed herein, a CO 2 absorbing material capable of exhibiting excellent CO 2 absorbing ability in a temperature range of about 200 ° C. or higher and about 710 ° C., particularly preferably 450 ° C. or higher and 710 ° C. or lower is realized. Note that the CO 2 absorbent material disclosed herein begins to release CO 2 at a temperature of approximately 720 ° C. or higher (eg, 750 ° C. or higher). Therefore, up to the temperature of such CO 2 release (for example, less than 720 ° C.), CO 2 can be absorbed by the CO 2 absorbing material.

S4.ケイ酸リチウムとアルカリ炭酸塩との複合化
以上のようにして得られたケイ酸リチウムは、上記のとおり、そのままでもCO吸収材料として使用することができるが、例えば、アルカリ炭酸塩と複合化することでよりCO吸収能がより一層向上されたCO吸収材料とすることができる。
アルカリ炭酸塩は、ここに開示されるケイ酸リチウムのCO吸収温度域で軟化または液相となり得る。かかるアルカリ炭酸塩の存在は、ケイ酸リチウムへのCOの移動をスムーズにするものと考えられる。これにより、より低温側でのCOの吸収容量を大幅に拡大することができ、COの吸収速度も増大することができる。
S4. Compounding of lithium silicate and alkali carbonate As described above, lithium silicate obtained as described above can be used as it is as a CO 2 absorbing material, but, for example, compounded with alkali carbonate. By doing so, it is possible to obtain a CO 2 absorbent material with further improved CO 2 absorption capacity.
The alkali carbonate can be softened or become a liquid phase in the CO 2 absorption temperature range of the lithium silicate disclosed herein. The presence of such alkali carbonate is thought to facilitate the transfer of CO 2 to the lithium silicate. Thereby, the absorption capacity of CO 2 on the lower temperature side can be greatly increased, and the absorption rate of CO 2 can also be increased.

アルカリ炭酸塩としては、ナトリウム(Na)成分、カリウム(K)成分、リチウム(Li)、ルビジウム(Rb)成分、セシウム(Cs)成分、フランシウム(Fr)成分等のアルカリ金属の炭酸塩を考慮することができる。これらはいずれか1種のアルカリ金属の炭酸塩であってもよいし、2種以上のアルカリ金属を含む炭酸塩であってもよい。ここに開示される技術においては、アルカリ炭酸塩は、ナトリウム成分、カリウム成分、リチウム成分のいずれか1種以上を含むことが好ましく、いずれか2種以上を含むことがより好ましく、3種を含むことが特に好ましい。   Alkali carbonates include alkali metal carbonates such as sodium (Na), potassium (K), lithium (Li), rubidium (Rb), cesium (Cs), and francium (Fr) components. be able to. These may be any one kind of alkali metal carbonate, or may be a carbonate containing two or more kinds of alkali metals. In the technique disclosed herein, the alkali carbonate preferably contains one or more of a sodium component, a potassium component, and a lithium component, more preferably any two or more, and three. It is particularly preferred.

また、アルカリ炭酸塩がLi,K,Naの3種のアルカリ金属炭酸塩の混合系である場合、これらは、例えば固溶体結晶または共晶であるのが好ましい。固溶体である場合、アルカリ炭酸塩におけるNa,K,Liの割合は、下記のとおりであることが好ましい。かかる組成は、共晶組成をも含み得るものである。
Na:1mol%以上80mol%以下
K :1mol%以上70mol%以下
Li:1mol%以上90mol%以下
Further, when the alkali carbonate is a mixed system of three kinds of alkali metal carbonates of Li, K, and Na, these are preferably, for example, solid solution crystals or eutectic crystals. In the case of a solid solution, the ratio of Na, K, Li in the alkali carbonate is preferably as follows. Such a composition may also include a eutectic composition.
Na: 1 mol% to 80 mol% K: 1 mol% to 70 mol% Li: 1 mol% to 90 mol%

アルカリ炭酸塩が共晶である場合、共晶点はより低くなることから、CO吸収容量およびCO吸収速度が更に改善され得るために好ましい。K−Li系炭酸塩では、共晶組成はKCOとLiCOとのモル比が約55:45の混合系である。アルカリ炭酸塩がK−Li系炭酸塩であるとき、KとLiとのモル比(K:Li)はかかる共晶組成を含む60:40〜40:60程度の範囲であることが好ましい。また、Na−Li系炭酸塩の共晶組成は、NaCOとLiCOとのモル比が約49:51のときである。したがってアルカリ炭酸塩がNa−Li系炭酸塩であるとき、NaとLiとのモル比(Na:Li)はかかる共晶組成を含む55:45〜45:55程度の範囲であることが好ましい。そしてNa−K−Li系炭酸塩では、共晶組成はNaCOとKCOとLiCOとがモル比で約31:35:34のときであり得る。したがってアルカリ炭酸塩がNa−K−Li系炭酸塩であるとき、NaとKとLiとのモル比(Na:K:Li)はかかる共晶組成を含む約25〜35:30〜40:30〜40程度の範囲であることが好ましい。なかでも、アルカリ炭酸塩がLi−Na−K系の共晶炭酸塩であることが特に好ましい。 When the alkali carbonate is a eutectic, the eutectic point becomes lower, which is preferable because the CO 2 absorption capacity and the CO 2 absorption rate can be further improved. In the K-Li carbonate, the eutectic composition is a mixed system in which the molar ratio of K 2 CO 3 and Li 2 CO 3 is about 55:45. When the alkali carbonate is a K-Li carbonate, the molar ratio of K to Li (K: Li) is preferably in the range of about 60:40 to 40:60 including such a eutectic composition. The eutectic composition of Na-Li carbonate is when the molar ratio of Na 2 CO 3 and Li 2 CO 3 is about 49:51. Therefore, when the alkali carbonate is Na-Li carbonate, the molar ratio of Na to Li (Na: Li) is preferably in the range of about 55:45 to 45:55 including the eutectic composition. And in Na-K-Li-based carbonate, a eutectic composition may be when approximately 31:35:34 by Na 2 CO 3 and K 2 CO 3 and Li 2 CO 3 and the molar ratio. Therefore, when the alkali carbonate is a Na-K-Li carbonate, the molar ratio of Na, K and Li (Na: K: Li) is about 25 to 35:30 to 40:30 including such a eutectic composition. It is preferable to be in the range of about 40. Among these, the alkali carbonate is particularly preferably a Li—Na—K-based eutectic carbonate.

なお、必ずしもこの例に限定されるものではないが、複合化に使用するアルカリ炭酸塩の平均粒子径としては、典型的には、50nm以上5μm以下程度が適切であり、100nm以上1μm以下が好ましく、200nm以上500nm以下が特に好ましい。
また、ケイ酸リチウムに複合化するアルカリ炭酸塩の割合は、例えば、ケイ酸リチウムを100質量部として、アルカリ炭酸塩を1質量部以上50質量部以下とするのが適切であり、5質量部以上40質量部以下とするのが好ましく、10質量部以上30質量部以下とするのが特に好ましい。
Although not necessarily limited to this example, the average particle size of the alkali carbonate used for the composite is typically about 50 nm to 5 μm, and preferably 100 nm to 1 μm. 200 nm to 500 nm is particularly preferable.
The proportion of the alkali carbonate complexed with lithium silicate is suitably, for example, 100 parts by mass of lithium silicate and 1 to 50 parts by mass of the alkali carbonate, and 5 parts by mass. The amount is preferably 40 parts by mass or less and particularly preferably 10 parts by mass or more and 30 parts by mass or less.

複合化に際しては、ケイ酸リチウムとアルカリ炭酸塩とを十分に混合したのち、例えば上記の焼成条件で焼成することで、両者を一体化することができる。これにより、ケイ酸リチウムとアルカリ炭酸塩とが複合化されたCO吸収材料を製造することができる。 At the time of compounding, after sufficiently mixing lithium silicate and alkali carbonate, for example, the two can be integrated by firing under the above firing conditions. Thus, lithium silicate and an alkali carbonate can be produced CO 2 absorbing material is complexed.

このようにして実現されるCO吸収材料は、例えば、同一の材料を用いて公知のゾルゲル法により製造したケイ酸リチウムと比較して、CO吸収容量が約2倍以上に高められたものであり得る。また、このようなCO吸収能は、より低温から発現されて、例えば200℃以上710℃程度の温度域でCOの吸収が可能となり得る。特に、300℃以上の温度範囲からのCO吸収能力が大幅に改善され得る。したがって、例えば400℃以上、特に450℃以上の温度範囲では、より速いスピードでCOを吸収し得る。例えば、450℃以上650℃以下の温度範囲における単位重量あたりのCO吸収速度は、40mg/(g・min)以上であり得る。また、500℃以上650℃以下の温度範囲における単位重量あたりのCO吸収速度は、50mg/(g・min)以上であり得、より好ましくは80mg/(g・min)以上、特に好ましくは100mg/(g・min)以上であり得る。また、600℃以上650℃以下の温度範囲における、単位重量あたりのCOガス吸収速度が、100mg/(g・min)以上であり得、好ましくは150mg/(g・min)以上、より好ましくは200mg/(g・min)以上であり得る。すなわち、ここに開示される技術により、200℃以上710℃程度、特に好ましくは350℃以上710℃以下の温度域で優れたCO吸収能を発現し得るCO吸収材料が実現される。 The CO 2 absorbing material realized in this way is, for example, one whose CO 2 absorption capacity is increased by about twice or more compared to lithium silicate produced by the known sol-gel method using the same material. It can be. Moreover, such CO 2 absorption ability is expressed from a lower temperature, and can absorb CO 2 in a temperature range of about 200 ° C. or more and about 710 ° C., for example. In particular, the CO 2 absorption capacity from a temperature range of 300 ° C. or higher can be greatly improved. Therefore, for example, in the temperature range of 400 ° C. or higher, particularly 450 ° C. or higher, CO 2 can be absorbed at a higher speed. For example, the CO 2 absorption rate per unit weight in the temperature range of 450 ° C. or more and 650 ° C. or less may be 40 mg / (g · min) or more. Further, the CO 2 absorption rate per unit weight in the temperature range of 500 ° C. or more and 650 ° C. or less can be 50 mg / (g · min) or more, more preferably 80 mg / (g · min) or more, and particularly preferably 100 mg. / (G · min) or more. Further, the CO 2 gas absorption rate per unit weight in the temperature range of 600 ° C. or more and 650 ° C. or less can be 100 mg / (g · min) or more, preferably 150 mg / (g · min) or more, more preferably It may be 200 mg / (g · min) or more. That is, by the technique disclosed herein, a CO 2 absorbing material capable of exhibiting excellent CO 2 absorbing ability in a temperature range of about 200 ° C. or higher and about 710 ° C., particularly preferably 350 ° C. or higher and 710 ° C. or lower is realized.

以下、ここで開示されるCO吸収材料の製造方法について、具体的な実施形態を示して説明を行う。しかしながら、本発明を以下の例に限定することを意図するものではない。 Hereinafter, the manufacturing method of the CO 2 absorbent material disclosed herein will be described with reference to specific embodiments. However, it is not intended that the present invention be limited to the following examples.

参考例.ゾルゲル法
硝酸リチウム(LiNO,Alfa Aesar製)とコロイダルシリカ(シグマアルドリッチ社製)を出発原料としてオルトケイ酸リチウムを合成した。
まず最初に、15.3gのLiNOを225mLの蒸留水に溶解して1Mの硝酸リチウム水溶液を調製した。そしてこの硝酸リチウム水溶液を室温で一定速度で撹拌しながら、pHが8となるまで25%水酸化アンモニウム(S.D. Fine-Chem Limited製)をゆっくりと加えることで加水分解を行った。続いて、撹拌を続けながらこの反応水溶液に3.3gのコロイダルシリカを滴下して加え、引き続き1時間の撹拌を行うことで、ゾル状組成物を得た。コロイダルシリカの添加量は、硝酸リチウム量に対し、Li:Siがモル比で4:1となる量である。このゾル状組成物は、ケイ酸リチウムの前駆体が主として水和錯体の形態の水酸化物として析出していると考えられる。このゾル状組成物を、室温で更に24時間養生して脱水縮合させたのち、110℃で乾燥し、800℃で3時間焼成することで、粉末状のオルトケイ酸リチウムを得た。このようにして得たオルトケイ酸リチウムをSGと表記する。
Reference example. Sol-gel method Lithium orthosilicate was synthesized using lithium nitrate (LiNO 3 , manufactured by Alfa Aesar) and colloidal silica (manufactured by Sigma-Aldrich) as starting materials.
First, 15.3 g of LiNO 3 was dissolved in 225 mL of distilled water to prepare a 1M lithium nitrate aqueous solution. Then, while this lithium nitrate aqueous solution was stirred at room temperature at a constant rate, 25% ammonium hydroxide (manufactured by SD Fine-Chem Limited) was slowly added until the pH reached 8 to perform hydrolysis. Subsequently, 3.3 g of colloidal silica was added dropwise to the reaction aqueous solution while stirring was continued, and stirring was continued for 1 hour to obtain a sol composition. The amount of colloidal silica added is such that the molar ratio of Li: Si is 4: 1 with respect to the amount of lithium nitrate. In this sol composition, it is considered that the precursor of lithium silicate is mainly precipitated as a hydroxide in the form of a hydrated complex. This sol-like composition was further cured at room temperature for 24 hours, dehydrated and condensed, dried at 110 ° C., and calcined at 800 ° C. for 3 hours to obtain powdered lithium orthosilicate. The lithium orthosilicate thus obtained is denoted as SG.

1−1.オルトケイ酸リチウムの作製
硝酸リチウム(LiNO,Alfa Aesar製)とコロイダルシリカ(シグマアルドリッチ社製)を出発原料として、ここに開示される技術に従いオルトケイ酸リチウムを合成した。
先ず、上記の参考例と同様に、硝酸リチウム水溶液を室温で撹拌しながら、pH8まで25%水酸化アンモニウムを加えることで加水分解を行った。この反応水溶液にコロイダルシリカを滴下し、マグネチックスターラーを用いて1時間の撹拌を行うことで、ケイ酸リチウム前駆体が水溶液中に分散されたゾル状組成物を得た。次いで、このゾル状組成物に対し、2.45GHzで700Wの電磁波を照射することで、脱水縮合反応を行った。電磁波の照射には電子レンジを使用し、2分間の照射を5回、合計10分間行うようにした。具体的には、電磁波を2分間照射してゾル状組成物を沸騰させた後、休息期間を設けてゾル状組成物を室温にまで冷却し、沸騰により蒸発した分の水を初期量まで補填すること、を5回繰り返し行った。脱水縮合させたゲル状組成物(反応物)を110℃で乾燥し、800℃の大気雰囲気で3時間焼成することで、粉末を得た。このようにして得た粉末試料をMW−SGと表記する。
1-1. Production of Lithium Orthosilicate Lithium orthosilicate was synthesized according to the technique disclosed herein using lithium nitrate (LiNO 3 , Alfa Aesar) and colloidal silica (Sigma Aldrich) as starting materials.
First, as in the above Reference Example, hydrolysis was performed by adding 25% ammonium hydroxide to pH 8 while stirring an aqueous lithium nitrate solution at room temperature. Colloidal silica was dropped into the reaction aqueous solution and stirred for 1 hour using a magnetic stirrer to obtain a sol composition in which the lithium silicate precursor was dispersed in the aqueous solution. Next, a dehydration condensation reaction was performed by irradiating the sol composition with 700 W electromagnetic waves at 2.45 GHz. A microwave oven was used for electromagnetic wave irradiation, and irradiation for 2 minutes was performed 5 times for a total of 10 minutes. Specifically, after the sol composition is boiled by irradiating with electromagnetic waves for 2 minutes, a rest period is provided to cool the sol composition to room temperature, and the amount of water evaporated by boiling is compensated to the initial amount. Was repeated five times. The dehydrated and condensed gel-like composition (reactant) was dried at 110 ° C. and calcined in an air atmosphere at 800 ° C. for 3 hours to obtain a powder. The powder sample thus obtained is denoted as MW-SG.

1−2.XRD
上記のようにして得た粉末試料(MW−SG)について、X線回折(X-ray diffraction analysis;XRD)分析を行った。サンプルの同定には、Cu Kα線(λ=0.154nm)を使用したX線小角散乱/広角回折セットアップ(フランス,Xenocs社製、Xeuss SAXS/WAXSシステム,2θ=4°〜36°およびオランダ,アイントホーフェン,PANalytical製、X'pert Pro回折計,2θ=10°〜90°)を用いた。得られたXRDパターンを図2に示した。
このXRDパターンから、得られた粉末は結晶性が高く、殆どの回折ピークがJCPDSカードのNo.37−1472のオルトケイ酸リチウム相(LiSiO)に一致することがわかった。いくつかの回折ピークは、メタケイ酸リチウム(LiSiO,JCPDSカードNo.29−0828)に帰属されたが、これは室温においてオルトケイ酸リチウムが雰囲気中のCOを吸収し、次の反応が生じたことによるものと考えられた。
LiSiO+CO → LiSiO+LiCO
1-2. XRD
The powder sample (MW-SG) obtained as described above was subjected to X-ray diffraction analysis (XRD) analysis. For sample identification, X-ray small angle / wide angle diffraction setup using Cu Kα rays (λ = 0.154 nm) (Xenocs, France, Xeuss SAXS / WAXS system, 2θ = 4 ° -36 ° and Netherlands, Eindhoven, manufactured by PANalytical, X'pert Pro diffractometer, 2θ = 10 ° to 90 °) was used. The obtained XRD pattern is shown in FIG.
From this XRD pattern, the obtained powder has high crystallinity, and most of the diffraction peaks are nos. It was found to correspond to the lithium orthosilicate phase (Li 4 SiO 4 ) of 37-1472. Some diffraction peaks were attributed to lithium metasilicate (Li 2 SiO 3 , JCPDS card No. 29-0828), which is the reaction of lithium orthosilicate to absorb CO 2 in the atmosphere at room temperature. It was thought that this was caused by
Li 4 SiO 4 + CO 2 → Li 2 SiO 3 + Li 2 CO 3

1−3.TEM観察
また、粉末試料(MW−SG)について、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope;TEM)による観察を行った。TEM観察には、オランダ,FEI社製、Tecnai G2を用いた。得られたTEM像を図3に示した。図3(a)は作製直後のMW−SG試料の観察結果であり、(b)は後述のCO吸収特性の評価後のMW−SG試料の観察結果を示している。
TEM観察の結果、MW−SGはロッド状の粒子が集合して粉末を形成しており、ロッドの幅方向の寸法(直径)は概ね100nm以下、典型的には50nm以下であり、図3(a)のMW−SGにおける平均直径は約20nm程度であった。また、ロッド状の粒子のアスペクト比は確実に2よりは大きく、概ね5以上、おおよそ10以上であることが確認できた。また、図3(b)に示されるように、MW−SG試料は、CO吸収特性の評価における加熱の前後で形態に大きな変化は見られず、加熱による凝集等が起こり難いことがわかった。
1-3. TEM observation In addition, the powder sample (MW-SG) was observed with a transmission electron microscope (TEM). For TEM observation, Tecnai G2 manufactured by FEI, The Netherlands was used. The obtained TEM image is shown in FIG. FIG. 3A shows the observation result of the MW-SG sample immediately after production, and FIG. 3B shows the observation result of the MW-SG sample after evaluation of the CO 2 absorption characteristics described later.
As a result of TEM observation, MW-SG has a rod-like particle aggregated to form a powder, and the dimension (diameter) in the width direction of the rod is approximately 100 nm or less, typically 50 nm or less. The average diameter in MW-SG of a) was about 20 nm. Further, it was confirmed that the aspect ratio of the rod-shaped particles was surely larger than 2 and was approximately 5 or more and approximately 10 or more. In addition, as shown in FIG. 3B, the MW-SG sample showed no significant change in form before and after heating in the evaluation of the CO 2 absorption characteristics, and it was found that aggregation due to heating hardly occurred. .

1−4.CO吸収特性
<動的吸収特性>
粉末試料(MW−SG)の二酸化炭素吸収特性を、環境温度を変化させた動的な吸収特性として評価した。具体的には、所定量のMW−SG試料にプローブ分子としてのCOを吸収させ、試料の温度を連続的に上昇させることによって生じる着脱ガス量を測定する熱重量分析(Thermogravimetric Analysis;TGA)により評価した。測定は、Nパージ法により行い、吸収ガスとして100%COガスを用い、昇温速度20℃/minで100℃〜800℃の温度域で測定を行った。得られた動的TGA曲線を図4に示した。図4には、比較のために、従来のゾルゲル法により作製したSG試料についての動的TGA曲線も併せて示した。
1-4. CO 2 absorption characteristics <dynamic absorption characteristics>
The carbon dioxide absorption characteristics of the powder sample (MW-SG) were evaluated as dynamic absorption characteristics with the ambient temperature changed. Specifically, thermogravimetric analysis (TGA) measures the amount of detachable gas generated by absorbing CO 2 as a probe molecule in a predetermined amount of MW-SG sample and continuously increasing the temperature of the sample. It was evaluated by. The measurement was performed by the N 2 purge method, using 100% CO 2 gas as an absorption gas, and measuring at a temperature rising rate of 20 ° C./min in a temperature range of 100 ° C. to 800 ° C. The obtained dynamic TGA curve is shown in FIG. In FIG. 4, the dynamic TGA curve about SG sample produced by the conventional sol-gel method was also shown for the comparison.

ここに開示された技術により調製されたMW−SGは、従来法によるSGと比べて、より低い温度からCOを吸収し始め、COの吸収温度範囲は約450℃〜710℃の範囲であり、約750℃以上ではCOの放出が生じることが確認できた。またMW−SGのCO吸収容量は200mg/gを超え、動的吸収においてSGの約2倍近い吸収量を有することがわかった。また、TGA曲線の立ち上がりからCO吸収速度もSGより速く、CO吸収性能に優れていることが確認できた。 MW-SG prepared by the technique disclosed herein begins to absorb CO 2 from a lower temperature than conventional SG, and the CO 2 absorption temperature range is about 450 ° C. to 710 ° C. In addition, it was confirmed that CO 2 emission occurred at about 750 ° C. or higher. The CO 2 absorption capacity of the MW-SG was found to have about twice near the absorption amount of the SG in exceed 200 mg / g, a dynamic absorption. Further, it was confirmed that the CO 2 absorption rate was faster than SG from the rise of the TGA curve, and the CO 2 absorption performance was excellent.

<等温的吸着特性>
次いで、粉末試料(MW−SG)の二酸化炭素の等温吸収特性を、測定温度を様々に変化させて評価した。測定温度は、400℃〜700℃の範囲で50℃ごとに設定した。等温吸収試験には100%COガスを用い、MW−SG試料を昇温速度10℃/minで所定の測定温度まで昇温したのち、100%CO気流下で2時間(7200秒)保持することで、当該温度でのCO吸収容量を測定した。得られた等温吸収曲線を図5に示した。
図5からわかるように、高温になるほどCO吸収速度は速くなり、例えば測定温度が700℃の場合では15分程度で平衡に達することがわかった。また、測定温度が400℃と低い場合には、CO吸収量は減るものの、COの吸収は行われていることもうかがえた。
<Isothermal adsorption characteristics>
Next, the isothermal absorption characteristic of carbon dioxide in the powder sample (MW-SG) was evaluated by changing the measurement temperature in various ways. The measurement temperature was set every 50 ° C. within the range of 400 ° C. to 700 ° C. In the isothermal absorption test, 100% CO 2 gas was used, and the MW-SG sample was heated to a predetermined measurement temperature at a heating rate of 10 ° C./min, and then held for 2 hours (7200 seconds) in a 100% CO 2 stream. The CO 2 absorption capacity at the temperature was measured. The obtained isothermal absorption curve is shown in FIG.
As can be seen from FIG. 5, the higher the temperature, the faster the CO 2 absorption rate. For example, when the measurement temperature is 700 ° C., the equilibrium is reached in about 15 minutes. Further, when the measurement temperature was as low as 400 ° C., it was found that the CO 2 absorption was performed although the CO 2 absorption amount was reduced.

この図5の等温吸収曲線の立ち上がりの傾きから吸収速度を算出した。具体的には、測定開始から2分間の等温吸収曲線の傾きを吸収速度とした。その結果を図6に示した。
図6から明らかなように、650℃〜700℃程度の温度範囲では、CO吸収速度が50mg/(g・min)以上であり、例えば700℃では100mg/(g・min)以上となることがわかった。
The absorption rate was calculated from the rising slope of the isothermal absorption curve in FIG. Specifically, the slope of the isothermal absorption curve for 2 minutes from the start of measurement was taken as the absorption rate. The results are shown in FIG.
As is apparent from FIG. 6, in the temperature range of about 650 ° C. to 700 ° C., the CO 2 absorption rate is 50 mg / (g · min) or more, for example, at 700 ° C., it is 100 mg / (g · min) or more. I understood.

1−5.サイクル特性
粉末試料(MW−SG)に対し、二酸化炭素の吸収と脱離を600℃以上の高温で繰り返し行ったときの、CO吸収のサイクル特性を評価した。具体的には、TGA装置を用い、MW−SG試料を所定のCO吸収温度である700℃にまで10℃/minの速度で加熱し、この吸収温度で20分間CO気流下に保持してCOを吸収させた。次いで、MW−SG試料を800℃まで加熱し、この脱離温度でN気流下に保持することでCOを脱離させた。2サイクル目からはCO吸収温度を600℃とし、MW−SG試料を600℃にまで冷却したのち、20分間CO気流下に保持してCOを吸収させた。このようなCOの吸収と脱離を合計10回行い、その時のMW−SG試料の重量変化を調べた。その結果を図7に示した。
図7から明らかなとおり、MW−SGは繰り返しCOの吸収と脱離を繰り返してもその吸収特性にばらつきがみられず、安定したサイクル特性を有することが確認できた。
1-5. Cycle characteristics The cycle characteristics of CO 2 absorption when absorption and desorption of carbon dioxide were repeatedly performed at a high temperature of 600 ° C. or higher for the powder sample (MW-SG) were evaluated. Specifically, using a TGA apparatus, the MW-SG sample is heated to a predetermined CO 2 absorption temperature of 700 ° C. at a rate of 10 ° C./min, and held at this absorption temperature for 20 minutes under a CO 2 stream. Te was absorbed CO 2. Next, the MW-SG sample was heated to 800 ° C., and CO 2 was desorbed by maintaining the MW-SG sample at this desorption temperature in a N 2 stream. From the second cycle of CO 2 absorption temperature of 600 ° C., After cooling the MW-SG samples down to 600 ° C., it was then held under 20 minutes CO 2 stream to absorb CO 2. Such absorption and desorption of CO 2 were performed 10 times in total, and the change in the weight of the MW-SG sample at that time was examined. The results are shown in FIG.
As is clear from FIG. 7, it was confirmed that MW-SG had stable cycle characteristics with no variation in absorption characteristics even after repeated absorption and desorption of CO 2 .

2−1.アルカリ炭酸塩・オルトケイ酸リチウム複合体の作製
先ず上記と同様にして、粉末状のMW−SG試料を調製した。また、ナトリウム(Na),カリウム(K)およびリチウム(Li)の炭酸塩を、質量比が(Na:K:Li)の順で、(1)(10:30:60)、(2)(32:37:31)、(3)(31:45:24)となるように混合した。これらは、(Na:K:Li)のモル%で、(1)8.5:19.5:72、(2)31:27:42、(3)31:35:34に等しい。なお、(3)のアルカリ炭酸塩は、Na−K−Liの共晶炭酸塩に相当する配合である。これらを、MW−SG試料100質量部に対し、アルカリ炭酸塩を15〜20質量部の割合で混合し、その混合物を昇温速度1℃/minで800℃まで加熱し、800℃で3時間焼成した。このようにして得られたアルカリ炭酸塩とオルトケイ酸リチウムの複合体を、アルカリ配合に応じて、MW−SG−NKL1〜NKL3とした。
2-1. Preparation of alkaline carbonate / lithium orthosilicate composite First, a powdery MW-SG sample was prepared in the same manner as described above. Further, carbonates of sodium (Na), potassium (K) and lithium (Li) are added in the order of mass ratio (Na: K: Li) (1) (10:30:60), (2) ( 32:37:31) and (3) (31:45:24). These are the molar percentages of (Na: K: Li) and are equal to (1) 8.5: 19.5: 72, (2) 31:27:42, (3) 31:35:34. In addition, the alkali carbonate of (3) is a composition corresponding to the eutectic carbonate of Na—K—Li. These are mixed with alkali carbonate at a rate of 15 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the MW-SG sample, and the mixture is heated to 800 ° C. at a rate of temperature increase of 1 ° C./min. Baked. The composite of alkali carbonate and lithium orthosilicate thus obtained was designated as MW-SG-NKL1 to NKL3 according to the alkali composition.

2−2.CO吸収特性
<動的吸収特性>
得られたアルカリ炭酸塩・オルトケイ酸リチウム複合体(MW−SG−NKL1〜NKL3)の二酸化炭素吸収特性を、上記1−4欄と同様にして、環境温度を変化させた動的な吸収特性として評価した。その結果、得られた動的TGA曲線を図8に示した。図8には、参考のために、従来のゾルゲル法により作製したSGおよびアルカリ炭酸塩を添加していないMW−SGについての結果も併せて示した。
アルカリ炭酸塩を複合体化したMW−SG−NKL1〜NKL3は、いずれもMW−SGと比べて、動的吸収におけるCO吸収容量が1.5〜3倍ほどに増大されたことがわかった。また、CO吸収特性にも変化が見られ、300℃〜650℃程度のより低い温度域でのCO吸収量が多くなり、またこの低温域での吸収速度が大きく増大されたことが確認された。この傾向は、これは、Na,K,Liの共晶炭酸塩を複合化させたMW−SG−NKL3について最も顕著に見られた。これらのアルカリ炭酸塩が400℃〜500℃で軟化または液相化し、この溶融炭酸塩により、より低温域でのCOの吸収拡散性が向上されたことによるものと推察される。
2-2. CO 2 absorption characteristics <dynamic absorption characteristics>
The carbon dioxide absorption characteristics of the obtained alkali carbonate / lithium orthosilicate composite (MW-SG-NKL1 to NKL3) were set as dynamic absorption characteristics with the ambient temperature changed in the same manner as in the above 1-4 column. evaluated. As a result, the obtained dynamic TGA curve is shown in FIG. For reference, FIG. 8 also shows the results for SG prepared by a conventional sol-gel method and MW-SG to which no alkali carbonate is added.
It was found that MW-SG-NKL1 to NKL3 complexed with alkali carbonate all increased CO 2 absorption capacity in dynamic absorption by about 1.5 to 3 times compared to MW-SG. . In addition, a change was also seen in the CO 2 absorption characteristics, and the amount of CO 2 absorption at a lower temperature range of about 300 ° C. to 650 ° C. increased, and it was confirmed that the absorption rate at this low temperature range was greatly increased. It was done. This tendency was most noticeable for MW-SG-NKL3 in which a eutectic carbonate of Na, K, Li was combined. It is presumed that these alkali carbonates were softened or liquefied at 400 ° C. to 500 ° C., and this molten carbonate improved the absorption and diffusibility of CO 2 at lower temperatures.

<等温的吸収特性>
そこで、MW−SG−NKL3について、上記1−4欄の記載と同様にして、二酸化炭素の等温吸収特性を行った。なお、MW−SG−NKL3は、図8に示すとおり、200℃以上、典型的には300℃程度からCOを吸収し始め、700℃でのCO吸収容量は650℃でのCO吸収容量よりも減少する。そのため、試験は350℃〜650℃まで温度範囲で50℃ごとに行った。また、得られた等温吸収曲線の測定開始から2分間の曲線の傾きからCO吸収速度を算出した。これらの結果を、等温吸収曲線を図9に、CO吸収速度を図10に示した。図10については、参考のために、従来のゾルゲル法により作製したSGおよびアルカリ炭酸塩を添加していないMW−SGについての結果も併せて示した。
<Isothermal absorption characteristics>
Therefore, isothermal absorption characteristics of carbon dioxide were performed on MW-SG-NKL3 in the same manner as described in the above 1-4 column. Incidentally, MW-SG-NKL3, as shown in FIG. 8, 200 ° C. or higher, and typically begin to absorb CO 2 from about 300 ° C., the CO 2 absorption capacity at 700 ° C. CO 2 absorption at 650 ° C. Decrease than capacity. Therefore, the test was performed every 350C in the temperature range from 350C to 650C. Further, the CO 2 absorption rate was calculated from the slope of the curve for 2 minutes from the start of measurement of the obtained isothermal absorption curve. As for these results, the isothermal absorption curve is shown in FIG. 9, and the CO 2 absorption rate is shown in FIG. About FIG. 10, the result about MW-SG to which SG produced by the conventional sol-gel method and the alkali carbonate were not added was also shown for reference.

図9に示されるように、MW−SG−NKL3についても高温になるほどCO吸収速度が速くなり、例えば測定温度が650℃の場合では5〜10分程度で平衡に達することがわかった。また、測定温度が350℃と低い場合も、MW−SGの400℃における場合より良好にCO吸収が行えることがわかった。 As shown in FIG. 9, it was found that the MW-SG-NKL3 also increased in CO 2 absorption rate as the temperature increased, and reached equilibrium in about 5 to 10 minutes when the measurement temperature was 650 ° C., for example. Also, it was found that CO 2 absorption can be performed better when the measurement temperature is as low as 350 ° C. than when MW-SG is at 400 ° C.

図10に示されるように、アルカリ共晶炭酸塩を複合化したMW−SG−NKL3のCO吸収速度は、全ての温度域において、従来のゾルゲル法により作製したSG試料はもちろんのこと、MW−SG試料よりも大幅に高い値を示すことが確認できた。このMW−SG−NKL3のCO吸収速度は、400℃〜450℃において26.7mg/(g・min)と急速に上昇し、アルカリ共晶炭酸塩が軟化溶融する450℃以上でさらに高い値を示すことがわかった。MW−SG−NKL3の600℃におけるCO吸収速度はMW−SGの約4倍以上、650℃では約5倍以上にもなることがわかった。
図10から明らかなように、600℃〜650℃程度の温度範囲では、CO吸収速度が200mg/(g・min)以上であり、例えば650℃では約350mg/(g・min)に達するレベルとなることがわかった。
As shown in FIG. 10, the CO 2 absorption rate of MW-SG-NKL3 combined with alkali eutectic carbonate is not limited to the SG sample prepared by the conventional sol-gel method in all temperature ranges. It was confirmed that the value was significantly higher than that of the SG sample. The CO 2 absorption rate of MW-SG-NKL3 rises rapidly to 26.7 mg / (g · min) at 400 ° C. to 450 ° C., and is higher than 450 ° C. at which the alkali eutectic carbonate softens and melts. It was found that It was found that the CO 2 absorption rate of MW-SG-NKL3 at 600 ° C. was about 4 times or more that of MW-SG and about 5 times or more at 650 ° C.
As is apparent from FIG. 10, in the temperature range of about 600 ° C. to 650 ° C., the CO 2 absorption rate is 200 mg / (g · min) or more, for example, a level reaching about 350 mg / (g · min) at 650 ° C. I found out that

以上のことから、ここに開示される技術により、CO吸収温度範囲が拡大されると共に、CO吸収容量およびCO吸収速度の改善されたCO吸収材料とその製造方法が提供される。なお、上記実施例では、ケイ素成分として、コロイダルシリカを使用した例を示した。具体的な例は示さないが、本発明者らは、このコロイダルシリカに代えて、ヒュームドシリカを用いたり、出発原料をTEOSとするゾルゲル法にて調製したゾル状組成物を用いたりして、上記実施例と同様にCO吸収能に優れたCO吸収材料が得られることを確認している。したがって、当業者であれば、上記例に示した以外の各種の手法によりゾル状組成物を調製し得る。 From the above, the technology disclosed herein provides a CO 2 absorbing material with an expanded CO 2 absorption temperature range and improved CO 2 absorption capacity and CO 2 absorption rate, and a method for producing the same. In the above embodiment, an example in which colloidal silica is used as the silicon component is shown. Although a specific example is not shown, the present inventors use fumed silica instead of the colloidal silica or use a sol-like composition prepared by a sol-gel method using TEOS as a starting material. It has been confirmed that a CO 2 absorbing material excellent in CO 2 absorbing ability can be obtained as in the above examples. Therefore, those skilled in the art can prepare a sol composition by various methods other than those shown in the above examples.

3−1.電磁波照射の効果の確認
上記1−1では、リチウム原料として硝酸リチウム(LiNO)を、ケイ素原料としてコロイダルシリカを使い、ゾルゲル法を利用してオルトケイ酸リチウム(LiSiO)を合成した。ゾルゲル反応では、ゾル状の反応溶液に対して電磁波を照射することで、加水分解によるゲル化を促進させた。
そこで、原料として用いた(a)コロイダルシリカおよび(b)硝酸リチウムと、(c)電磁波を照射する前のゾル状溶液および(d)電磁波を照射した後のゲル状溶液についてXRD分析を行うことで、それぞれの材料の構成相を調べた。なお、(c)ゾル状または(d)ゲル状の溶液については、各溶液を乾燥して得た粉末について分析を行った。その結果を図11に示した。
3-1. Confirmation of Effect of Electromagnetic Irradiation In 1-1 above, lithium orthosilicate (Li 4 SiO 4 ) was synthesized using a sol-gel method using lithium nitrate (LiNO 3 ) as a lithium raw material and colloidal silica as a silicon raw material. In the sol-gel reaction, gelation by hydrolysis was promoted by irradiating the sol-like reaction solution with electromagnetic waves.
Therefore, XRD analysis is performed on (a) colloidal silica and (b) lithium nitrate used as raw materials, (c) a sol solution before irradiation with electromagnetic waves, and (d) a gel solution after irradiation with electromagnetic waves. Thus, the constituent phases of each material were examined. In addition, about (c) sol-form or (d) gel-form solution, it analyzed about the powder obtained by drying each solution. The results are shown in FIG.

図11から明らかなように、原料として用いた(a)コロイダルシリカは非晶質であり、(b)硝酸リチウムは結晶質である。そして加水分解が始まってゾル状となった(c)反応溶液においては、なお結晶性の硝酸リチウムが存在するものの、LiOHの(101)面に起因する回折ピークが出現していることが確認できる。そして電磁波による処理後の(d)反応溶液においては、LiOHの(101)面からの回折ピークが相対的に大きく増大していることから、電磁波の照射により加水分解が著しく促進されていることが明瞭に確認できた。これらの結果は、リチウム塩からLiOHへの部分置換あるいは全置換が高性能なケイ酸リチウムを製造するために適切な経路であり得ることを明確に示しており、そのためこの実施形態にて開示している。   As is clear from FIG. 11, (a) colloidal silica used as a raw material is amorphous, and (b) lithium nitrate is crystalline. Then, in the reaction solution (c) which has become a sol after the start of hydrolysis, it can be confirmed that although a crystalline lithium nitrate is still present, a diffraction peak due to the (101) plane of LiOH appears. . In the (d) reaction solution after the treatment with electromagnetic waves, the diffraction peak from the (101) plane of LiOH is relatively greatly increased, so that the hydrolysis is remarkably accelerated by the irradiation of electromagnetic waves. It was confirmed clearly. These results clearly show that partial or total substitution of lithium salt to LiOH can be a suitable route for producing high performance lithium silicate and is therefore disclosed in this embodiment. ing.

3−2.焼成による相変化
次いで、上記の電磁波を照射した後のゲル状溶液の乾燥粉末に対して大気中で熱処理を施し、その場(in-situ)で高分解能X線回折(high-resolution X-ray diffraction:HTXRD)分析に供することにより、この乾燥粉末の結晶相の変化を追跡した。HTXRD分析は、746K,773K,1073K,1176K,1273Kにおいて行った。HTXRD分析の結果を図12に示した。なお、適切な温度での熱処理後の粉末試料は、上記1−1で得た粉末試料(MW−SG)に相当する。なお、以下の説明において、特筆しない限り、熱処理は大気中で行ったものとする。
3-2. Phase change due to calcination Next, the dry powder of the gel solution after irradiation with the electromagnetic wave was subjected to heat treatment in air, and in-situ high-resolution X-ray diffraction (high-resolution X-ray diffraction) The change in crystal phase of this dry powder was followed by subjecting it to a diffraction (HTXRD) analysis. HTXRD analysis was performed at 746K, 773K, 1073K, 1176K, 1273K. The results of HTXRD analysis are shown in FIG. The powder sample after the heat treatment at an appropriate temperature corresponds to the powder sample (MW-SG) obtained in 1-1. In the following description, it is assumed that the heat treatment is performed in the air unless otherwise specified.

図12に示すように、HTXRD分析から以下のことを確認できた。
・746Kにおいて、乾燥粉末は完全にアモルファスである。
・773Kにおいて、乾燥粉末にはLiSiOの存在が確認できる。したがって、LiSiOの核生成(結晶化)は、746Kを超えて773K未満の温度範囲で生じる。
・1073Kにおいて、乾燥粉末はLiSiO(メタケイ酸リチウム)とLiSiO(オルトケイ酸リチウム)との混相であるが、本質的にはLiSiOから構成されている。
・1073Kまでの熱処理で、温度上昇に伴ってLiSiOの(110)面および(011)面からの回折強度が増加し、LiSiOの(111)面からの回折強度が減少していることから、LiSiOの生成はLiSiOを消費することで進行すると考えられる。
・熱処理温度の上昇に伴いピークが左側へ僅かにシフトしているが、これはLiSiOからLiSiOへの相変化に伴う体積膨張により結晶に導入された成長ストレスに起因するものと考えられる。
・1273Kまでの昇温を行ったが、1073Kを超えると粉末の構成相に何ら変化はみられない。つまり、上記組成の粉末試料(MW−SG)については、1273K以下の加熱によりLiSiO等の安定相が得られることが確認できた。
As shown in FIG. 12, the following could be confirmed from the HTXRD analysis.
• At 746K, the dry powder is completely amorphous.
In 773 K ·, the presence of Li 2 SiO 3 can be confirmed in a dry powder. Thus, nucleation (crystallization) of Li 2 SiO 3 occurs in the temperature range above 746K and below 773K.
In 1073 K ·, dry powder is a mixed phase of Li 2 SiO 3 (lithium metasilicate) and Li 4 SiO 4 (lithium orthosilicate), essentially is composed of Li 4 SiO 4.
-With heat treatment up to 1073K, the diffraction intensity from the (110) plane and (011) plane of Li 4 SiO 4 increases with increasing temperature, and the diffraction intensity from the (111) plane of Li 2 SiO 3 decreases. Therefore, it is considered that the production of Li 4 SiO 4 proceeds by consuming Li 2 SiO 3 .
・ The peak slightly shifts to the left as the heat treatment temperature rises. This is due to growth stress introduced into the crystal due to volume expansion accompanying phase change from Li 2 SiO 3 to Li 4 SiO 4 . it is conceivable that.
-Although the temperature was raised to 1273K, when it exceeded 1073K, no change was observed in the constituent phases of the powder. That is, for the powder sample (MW-SG) having the above composition, it was confirmed that a stable phase such as Li 4 SiO 4 was obtained by heating at 1273 K or less.

3−3.粒子形態の確認
また、上記の電磁波を照射した後のゲル状溶液の乾燥粉末に対して様々な温度で約3時間の熱処理を施し、TEMを使用して粉末試料の形態を観察した。熱処理温度は、473K,673K,773K,1073Kとした。その結果を図13のa〜hに示した。図13中、a,bは473Kで,c,dは673Kで,e,fは773Kで,g,hは1073Kで熱処理したゲル状溶液乾燥粉末のTEM像であり、それぞれの熱処理温度で異なる2つの倍率の像を示している。なお、1073Kで3時間熱処理した粉末は、上記1−1で作製した粉末試料(MW-SG)に相当する。
3-3. Confirmation of particle form Further, the dried powder of the gel solution after irradiation with the electromagnetic wave was subjected to heat treatment at various temperatures for about 3 hours, and the form of the powder sample was observed using TEM. The heat treatment temperatures were 473K, 673K, 773K, and 1073K. The results are shown in FIGS. In FIG. 13, a and b are 473K, c and d are 673K, e and f are 773K, and g and h are TEM images of the gel-like solution dry powder heat-treated at 1073K, which are different at each heat treatment temperature. Two magnification images are shown. Note that the powder heat-treated at 1073 K for 3 hours corresponds to the powder sample (MW-SG) prepared in 1-1.

図13のaおよびbに示されるように、473Kで熱処理された粉末は、微小な球状粒子から構成されていることが確認できた。この球状の粒子形状はコロイダルシリカに由来するものと考えられる。また、cおよびdに示されるように、673Kで熱処理された粉末にも、なお球状粒子の存在が確認できた。
ここで、図11(d)のXRDパターンで熱処理前の乾燥粉末において存在が確認されているLiNOの融点が約528Kであること、図12のHTXRD分析結果からこの乾燥粉末は746K以上で結晶化することから、673Kで観察された球状粒子はアモルファスシリカ相からなると考えられる。したがって、本例でシリカ源として用いられたコロイダルシリカにおけるアモルファスシリカ相は、反応溶液中での加水分解および電磁波の照射によって完全に消失(分解)されることがないこと、また球状の形態を保ったまま乾燥され、焼成に供されたことが確認された。このシリカ粒子の表面は溶融したリチウム塩でよく濡れるため、乾燥および焼成に際しても、673Kまではシリカ粒子の凝集が好適に抑制されたと考えられる。
As shown in FIGS. 13a and 13b, it was confirmed that the powder heat-treated at 473K was composed of fine spherical particles. This spherical particle shape is considered to be derived from colloidal silica. Further, as shown in c and d, the presence of spherical particles could be confirmed in the powder heat-treated at 673K.
Here, the melting point of LiNO 3 that is confirmed to exist in the dry powder before heat treatment in the XRD pattern of FIG. 11 (d) is about 528K. From the result of HTXRD analysis in FIG. Therefore, it is considered that the spherical particles observed at 673K are composed of an amorphous silica phase. Therefore, the amorphous silica phase in the colloidal silica used as the silica source in this example is not completely lost (decomposed) by hydrolysis and electromagnetic wave irradiation in the reaction solution, and keeps a spherical shape. It was confirmed that it was dried and used for firing. Since the surface of the silica particles is well wetted with the molten lithium salt, it is considered that the aggregation of the silica particles is suitably suppressed up to 673K even during drying and firing.

図13のeおよびfに示されるように、773Kで熱処理された粉末では、一変してナノファイバー状の粒子が明瞭に観察された。図12のHTXRD分析結果から、773KではLiSiO相が生成されることがわかっている。このことから、このナノファイバー状粒子はLiSiO結晶からなると判断される。このようなナノファイバー状結晶の形成は、673Kまでアモルファスシリカ粒子が凝集せずに溶融リチウム塩中に存在していたことを考慮すると、673K以上の温度では溶融リチウム塩中で球状シリカが特殊な規則性で配列するとともにSiO四面体が所定の結合角で結合したことで、異方性の高いナノファイバー状の結晶が形成されたと考えられる。つまり、LiSiO結晶の核生成は、融液状態のリチウム塩でコーティングされ、かつ、一次元の配列状態にあるアモルファスシリカ粒子において生じ、これがナノファイバー状の結晶粒子の形成を好適に促したものと考えられる。 As shown in e and f of FIG. 13, in the powder heat-treated at 773 K, the nanofiber-like particles were clearly observed. From the result of HTXRD analysis in FIG. 12, it is known that a Li 2 SiO 3 phase is generated at 773K. Therefore, the nano-fibrous particles are determined to consist of Li 2 SiO 3 crystals. In consideration of the fact that amorphous silica particles existed in the molten lithium salt up to 673K, the formation of such nanofibrous crystals is special in that the spherical silica is in the molten lithium salt at temperatures above 673K. It is considered that nanofiber-like crystals with high anisotropy were formed by arranging with regularity and combining the SiO 4 tetrahedron with a predetermined bond angle. That is, nucleation of Li 2 SiO 3 crystals occurs in amorphous silica particles that are coated with a molten lithium salt and are in a one-dimensional array, which favorably promotes the formation of nanofiber-like crystal particles. It is thought that.

図13のgおよびhに示されるように、1073Kで熱処理された粉末において、ナノファイバー状の結晶粒子は、ナノロッド状(ナノロール状であり得る。)の粒子に変化することがわかった。このナノロッド状の粒子はLiSiOであり、LiSiOナノファイバーが相変化に伴い膨張・一体化したことにより形成されたことがわかる。 As shown in g and h of FIG. 13, in the powder heat-treated at 1073 K, it was found that the nanofiber-like crystal particles were changed to nanorod-like (can be nano-roll-like) particles. These nanorod-shaped particles are Li 4 SiO 4 , and it can be seen that Li 2 SiO 3 nanofibers were formed by expansion and integration with phase change.

そこで、1073Kで熱処理した粉末(図3(a)のMW−SG試料に相当)を走査型電子顕微鏡(scanning electron microscope:SEM)で観察した。SEM観察には、ドイツCarl Zeiss社製のEVO18,Special Editionを使用し、加速電圧20kVで観察した。その結果を図14のA(約2600倍),B(約5000倍)に示した。
図14に示すように、ナノロッド状の粒子は、マイクロメータトルオーダー(例えば、1000倍〜5000倍程度)で巨視的に観察すると、板状結晶またはこれが集合した花弁状の形態を呈していることが確認された。
Therefore, the powder heat-treated at 1073K (corresponding to the MW-SG sample in FIG. 3A) was observed with a scanning electron microscope (SEM). For SEM observation, EVO18, Special Edition manufactured by Carl Zeiss, Germany was used, and observed at an acceleration voltage of 20 kV. The results are shown in A (about 2600 times) and B (about 5000 times) in FIG.
As shown in FIG. 14, the nanorod-like particles exhibit a plate-like crystal or a petal-like shape in which the nanorod-like particles are aggregated when observed macroscopically (for example, about 1000 to 5000 times). Was confirmed.

4−1.リチウムリッチのシリコン−リチウム複合化合物の作製
上記1−1と同様にして、ケイ酸リチウムを調製し、二酸化炭素吸収材料を得た。ただし、本例では、上記の加水分解後の反応水溶液に対して加えるコロイダルシリカの量を減少させて、コロイダルシリカの添加量を、Li:Siがモル比で8:1となるリチウムリッチの配合とした。また、電磁波の照射条件は、2.45GHz,700Wの電磁波を2分間、計5回照射するようにした。得られたゲル状組成物は、150℃のオーブンで乾燥させ、大気中500℃で3時間加熱したのち、N雰囲気中、800℃で30分間焼成した。
得られたケイ酸リチウム粉末を構成する粒子の形態をSEMとTEMとで観察し、その結果を図15および図16にそれぞれ示した。
4-1. Preparation of lithium-rich silicon-lithium composite compound In the same manner as in 1-1 above, lithium silicate was prepared to obtain a carbon dioxide-absorbing material. However, in this example, the amount of colloidal silica added to the reaction aqueous solution after hydrolysis is decreased, and the amount of colloidal silica added is a lithium-rich blend in which the molar ratio of Li: Si is 8: 1. It was. Moreover, the electromagnetic wave irradiation conditions were such that the electromagnetic wave of 2.45 GHz and 700 W was irradiated for a total of 5 times for 2 minutes. The obtained gel composition was dried in an oven at 150 ° C., heated in the atmosphere at 500 ° C. for 3 hours, and then baked in an N 2 atmosphere at 800 ° C. for 30 minutes.
The morphology of the particles constituting the obtained lithium silicate powder was observed with SEM and TEM, and the results are shown in FIGS. 15 and 16, respectively.

図15の(a)は、ケイ酸リチウム粒子(一次粒子)の全体のSEM像(約5000倍)であり、(b)はその部分拡大図(約12500倍)である。図15の(a)から明らかなように、リチウムリッチのケイ酸リチウムは、マイクロメータトルオーダーでは、花弁状というよりは海綿状の結晶形態を有していることがわかった。このSEM像において、空隙を取り囲むように形成されたケイ酸リチウム結晶の壁面は、空隙の寸法(幅)に対して厚みが十分に薄く、オルトケイ酸リチウムに見られた板状結晶よりも厚みが薄いことがよくわかる。また、結晶壁面がより小さな間隔で互いに結合していることがわかる。この図で確認できる空隙は、径がおおよそ50nm〜500nm程度のマクロポアであることがわかった。
このように、ここに開示される製造方法によると、ケイ酸リチウムの組成を変化させることで、形成されるケイ酸リチウム粒子の形態が大きく変化することが確認された。また、このケイ酸リチウムは、Siに対しLiの割合が非常に多い。そのため、骨格となるSi四面体の連結体の周囲には多量のLiが存在した状態で結晶が構成される。すなわち、このケイ酸リチウムは、シリコン(Si)を主成分とするコア部分と、コア部分の表面を覆うように存在するリチウム(Li)を主成分とするシェル部分とから構成される、シリコン−リチウム複合化合物であると理解することができる。このようなケイ酸リチウムは、上記3−3で説明したケイ酸リチウムの生成機構によく適合するものであるといえる。
(A) of FIG. 15 is a SEM image (about 5000 times) of the entire lithium silicate particles (primary particles), and (b) is a partially enlarged view (about 12500 times). As is clear from FIG. 15 (a), it was found that lithium-rich lithium silicate has a spongy crystal form rather than a petal form in the micrometer tor order. In this SEM image, the wall surface of the lithium silicate crystal formed so as to surround the void is sufficiently thin with respect to the dimension (width) of the void, and is thicker than the plate-like crystal found in lithium orthosilicate. You can see that it is thin. It can also be seen that the crystal wall surfaces are bonded to each other at a smaller interval. It was found that the voids that can be confirmed in this figure are macropores having a diameter of about 50 nm to 500 nm.
Thus, according to the manufacturing method disclosed here, it was confirmed that the form of the lithium silicate particles to be formed greatly changes by changing the composition of lithium silicate. Further, this lithium silicate has a very large ratio of Li to Si. Therefore, a crystal is formed in a state where a large amount of Li is present around the Si tetrahedron connected body serving as a skeleton. That is, this lithium silicate is composed of a silicon-containing core part composed mainly of silicon (Si) and a shell part composed mainly of lithium (Li) present so as to cover the surface of the core part. It can be understood that it is a lithium composite compound. It can be said that such lithium silicate is well suited to the lithium silicate production mechanism described in 3-3 above.

なお、非特許文献2には、化学組成がLiSiOで表されるリチウムリッチのケイ酸リチウムが開示されている。このLiSiOは、高いCO吸収容量を備えるものの、CO脱着性に劣るという問題がある。このLiSiOは固相反応法により合成され、50μmを超える巨大な粒子から構成されている(例えば、図2参照)。また、この巨大な粒子を1μmオーダーで微細に観察した場合であっても、ここに開示されるような特徴的な結晶形態は確認できない。このことによりLiSiO結晶の比表面積は著しく小さく、COの脱着反応が好適に進まないことがその理由であると予想される。例えば、このLiSiO結晶にはCOの脱着のための下記の反応場が用意され難いと考えられる。
LiSiO+LiCO → LiSiO+CO
Non-Patent Document 2 discloses lithium-rich lithium silicate having a chemical composition represented by Li 8 SiO 6 . Although this Li 8 SiO 6 has a high CO 2 absorption capacity, there is a problem that it is inferior in CO 2 desorption. This Li 8 SiO 6 is synthesized by a solid phase reaction method and is composed of huge particles exceeding 50 μm (see, for example, FIG. 2). Further, even when these huge particles are observed finely on the order of 1 μm, the characteristic crystal form as disclosed herein cannot be confirmed. As a result, the specific surface area of the Li 8 SiO 6 crystal is extremely small, and it is expected that the reason is that the CO 2 desorption reaction does not proceed appropriately. For example, it is considered that the following reaction field for desorption of CO 2 is difficult to prepare for this Li 8 SiO 6 crystal.
Li 2 SiO 3 + Li 2 CO 3 → Li 4 SiO 4 + CO 2

図16(a)〜(e)は、図15と同じケイ酸リチウム粒子を異なる視野および倍率で観察したTEM像である。マイクロメートルオーダーで海綿状の形態を有するケイ酸リチウム粒子は、図16 に示されるように、20nm〜数100nm程度の一次粒子が集合して形成されていることがわかった。つまり海綿状体の壁面は、より微細な粒子の集合であることがわかった。またこれらの粒子は、複数のものが空隙をもって結合しており、壁面自体が多孔質構造であることも確認できた。この壁面に内包される空隙は、径が概ね50nm以下程度のメソポアないしはミクロポアであることがわかった。このことから、ここに開示されるケイ酸リチウム粒子は、海綿形状によって粒子内に比較的大きな空隙(マクロポア)を内包しているとともに、その壁面にはより微小な空隙(メソポアおよびミクロポア)を内包していることがわかった。このような多孔質構造により、後述するこのケイ酸リチウムの高いCO吸収特性が実現されていると考えられる。 FIGS. 16A to 16E are TEM images obtained by observing the same lithium silicate particles as in FIG. 15 with different fields of view and magnifications. It was found that the lithium silicate particles having a spongy form on the micrometer order are formed by aggregating primary particles of about 20 nm to several 100 nm as shown in FIG. In other words, the wall surface of the spongy body was found to be a collection of finer particles. It was also confirmed that a plurality of these particles are bonded with voids and the wall surface itself has a porous structure. It was found that the voids included in the wall surface are mesopores or micropores having a diameter of about 50 nm or less. For this reason, the lithium silicate particles disclosed herein contain relatively large voids (macropores) in the particles due to the sponge shape, and more minute voids (mesopores and micropores) in the wall surface. I found out. Such a porous structure is considered to realize the high CO 2 absorption characteristics of the lithium silicate described later.

4−2.CO吸収特性
上記で得たリチウムリッチのケイ酸リチウムの二酸化炭素(CO)吸収特性を、熱重量分析により調べた。熱重量分析においては、まず、窒素ガスパージを行った。具体的には、試料を、流量49ml/分のN気流下、昇温速度10℃/minで800℃まで加熱したのち、800℃で20分間保持し、その後710℃にまで温度を下げ、10分間保持した。その後、Nガスを100%COガスに切り替え、710℃でのCOガス吸収量を測定した。得られた等温吸収曲線を図17に示した。
図17に示されるように、本例のケイ酸リチウムのCO吸収容量は約840mg/gに達することが確認された。これは、モルに換算すると約19mmolCO/gに等しく、著しく高い値である。なお、上記2−2で示された組成がLiSiOの粉末(MW−SG)について650℃で測定した吸収容量は約350mg/gであったことから、組成および結晶構造の違いにより約2〜3倍もの吸収容量の増大が可能なことが確認できた。なお、本例で作製したケイ酸リチウムの組成を、CO吸収容量から理論的に計算すると、おおよそLi12SiOか6(LiO)SiOに相当すると考えられる。
4-2. CO 2 absorption characteristics The carbon dioxide (CO 2 ) absorption characteristics of the lithium-rich lithium silicate obtained above were examined by thermogravimetric analysis. In thermogravimetric analysis, first, nitrogen gas purge was performed. Specifically, the sample was heated to 800 ° C. at a rate of temperature increase of 10 ° C./min under a N 2 air flow of 49 ml / min, held at 800 ° C. for 20 minutes, and then the temperature was lowered to 710 ° C. Hold for 10 minutes. Thereafter, the N 2 gas was switched to 100% CO 2 gas, and the amount of CO 2 gas absorbed at 710 ° C. was measured. The obtained isothermal absorption curve is shown in FIG.
As shown in FIG. 17, it was confirmed that the CO 2 absorption capacity of the lithium silicate of this example reaches about 840 mg / g. This is equivalent to about 19 mmol CO 2 / g in terms of mole, which is a remarkably high value. In addition, since the absorption capacity measured at 650 ° C. for a powder of Li 4 SiO 4 (MW-SG) having the composition shown in the above 2-2 was about 350 mg / g, the absorption capacity was about 350 mg / g. It was confirmed that the absorption capacity could be increased by 2 to 3 times. In addition, when the composition of the lithium silicate produced in this example is theoretically calculated from the CO 2 absorption capacity, it is considered that it roughly corresponds to Li 12 SiO 8 or 6 (Li 2 O) SiO 2 .

5−1.ゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウムの作製
上記1−1に準じてケイ酸リチウムを調製し、二酸化炭素吸収材料を得た。ただし、本例では、ゲルマニウム(Ge)を含むケイ酸リチウムを作製するため、図1Cのフローチャートに示したように、ゲルマニウム源として塩化ゲルマニウム(GeCl)をさらに用い、この硝酸ゲルマニウムを硝酸リチウム水溶液に溶解させることでケイ酸リチウムに導入した。硝酸ゲルマニウムの添加量は、Si:Geがモル比で1:0.1826となる割合とした。また、全ての原料を混合した反応水溶液は、5分間の超音波撹拌の後、電磁波を照射した。電磁波の照射には電子レンジを使用し、2.45GHzで700Wの電磁波を4分間照射することで、脱水縮合反応を促進させた。このようにして作製されるケイ酸リチウムの組成は、LiGe0.15Si0.846である。
5-1. Preparation of germanium-doped lithium silicate Lithium silicate was prepared according to 1-1 above, and a carbon dioxide absorbing material was obtained. However, in this example, in order to produce lithium silicate containing germanium (Ge), as shown in the flowchart of FIG. 1C, germanium chloride (GeCl 4 ) is further used as a germanium source, and this germanium nitrate is used as a lithium nitrate aqueous solution. And dissolved in lithium silicate. The amount of germanium nitrate added was such that Si: Ge had a molar ratio of 1: 0.1826. Moreover, the reaction aqueous solution which mixed all the raw materials was irradiated with electromagnetic waves after ultrasonic stirring for 5 minutes. A microwave oven was used for the irradiation of electromagnetic waves, and 700 W of electromagnetic waves were irradiated at 2.45 GHz for 4 minutes to promote the dehydration condensation reaction. The composition of lithium silicate produced in this way is Li 4 Ge 0.15 Si 0.846 O 4 .

5−2.XRD分析
上記のようにして得たゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウムについてXRD分析を行い、得られたXRDパターンを図18(b)に示した。また、参考のために、図18(a)には、図2に示したLiSiO組成のケイ酸リチウムについてのXRDパターンを併せて示した。
図18に示されるように、(b)ゲルマニウムをドープしたケイ酸リチウムのXRDパターンには、LiSiOのピークとともに、わずかにLiGe12のピークが同定された。また、LiSiOのピークはやや低角側にシフトされていた。このことから、LiSiOの結晶構造内にGeが導入されていることが確認された。
5-2. XRD analysis The germanium-doped lithium silicate obtained as described above was subjected to an XRD analysis, and the obtained XRD pattern is shown in FIG. For reference, FIG. 18A also shows an XRD pattern for the lithium silicate having the Li 4 SiO 4 composition shown in FIG.
As shown in FIG. 18, (b) a slight Li 4 Ge 5 O 12 peak was identified along with the Li 4 SiO 4 peak in the XRD pattern of lithium silicate doped with germanium. Further, the peak of Li 4 SiO 4 was slightly shifted to the low angle side. From this, it was confirmed that Ge was introduced into the crystal structure of Li 4 SiO 4 .

5−3.ラマン分析
また、ゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウムについてラマン分光分析を行い、得られたラマンスペクトルを図19(b)に示した。また、参考のために、図19(a)には、LiSiO組成のケイ酸リチウムについてのラマンスペクトルを併せて示した。
図19(b)のみに見られる784,823,862cm−1の3つのピークがGeO四面体の価電子の振動周波数によく一致しており、XRD分析の結果をよく支持する結果であった。ラマン分析によっても、結晶構造においてSiがGeによって置換されることにより、一般式:LiGe0.15Si0.846で表される組成を有する材料が形成されたことが確認された。
5-3. Raman analysis Further, Raman spectroscopy analysis was performed on germanium-doped lithium silicate, and the obtained Raman spectrum was shown in FIG. For reference, FIG. 19A also shows a Raman spectrum of lithium silicate having a Li 4 SiO 4 composition.
The three peaks at 784, 823, and 862 cm −1 seen only in FIG. 19 (b) are in good agreement with the vibration frequency of the valence electrons of the GeO 4 tetrahedron, which is a result that well supports the result of the XRD analysis. . The Raman analysis also confirmed that a material having a composition represented by the general formula: Li 4 Ge 0.15 Si 0.846 O 4 was formed by replacing Si with Ge in the crystal structure. .

5−4.ゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウムの形態
上記で得られたゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウムを構成する粒子の形態をSEMとTEMとで観察し、その結果を図20および図21にそれぞれ示した。
図20は、ゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウム粒子のSEM像である。ゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウムは、図14のケイ酸リチウムと同様に、板状の結晶が複数組み合わさって花弁状のケイ酸リチウム結晶を形成していることが確認できた。本例のゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウムにおいて、一枚の板状結晶は、厚みがおおよそ5μm以下であって、面方向の寸法が10μm前後あるいはそれ以上であり、比較的薄い板状結晶が集合して構成されていることがわかった。
図21の(a)〜(d)は、ゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウム粒子のTEM像であり、倍率や観察場所が異なる像である。このTEM像からは、図20のSEM像で観察された一枚の板状結晶が所定の方向に沿って大きく成長している様子が見て取れる。
5-4. Form of germanium-doped lithium silicate The form of the particles constituting the germanium-doped lithium silicate obtained above was observed with SEM and TEM, and the results are shown in FIGS. 20 and 21, respectively.
FIG. 20 is an SEM image of germanium-doped lithium silicate particles. It was confirmed that the germanium-doped lithium silicate formed a petal-like lithium silicate crystal by combining a plurality of plate-like crystals in the same manner as the lithium silicate of FIG. In the germanium-doped lithium silicate of this example, a single plate-like crystal has a thickness of about 5 μm or less and a surface dimension of about 10 μm or more, and a relatively thin plate-like crystal is assembled. It was found that it was configured.
21A to 21D are TEM images of germanium-doped lithium silicate particles, which are different in magnification and observation location. From this TEM image, it can be seen that one plate-like crystal observed in the SEM image of FIG. 20 grows greatly along a predetermined direction.

5−5.動的吸収特性
上記で得られたゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウムの二酸化炭素吸収特性を、上記1−4と同様にして、環境温度を変化させた動的な吸収特性として評価した。その結果、得られた動的TGA曲線を図22に示した。
なお、本例では、上記5−1と同様にして、Geのドープ量の異なる3種のゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウムをさらに用意するとともに、参考のために、LiGeOも用意し、同様に動的なCO吸収特性を調べて評価した。これらの結果と、LiSiOについての結果とを併せて、図22に示した。なお、新たに調製したゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウムにおいて、SiとドープしたGeとのモル比は、Si:Geとして、1:0.4470,1:0.083,1:0.04とした。
5-5. Dynamic Absorption Characteristics The carbon dioxide absorption characteristics of the germanium-doped lithium silicate obtained above were evaluated as dynamic absorption characteristics with the ambient temperature changed in the same manner as in 1-4 above. As a result, the obtained dynamic TGA curve is shown in FIG.
In this example, as in the case of the above 5-1, three types of germanium-doped lithium silicates with different Ge doping amounts are further prepared, and for reference, Li 4 GeO 4 is also prepared. Similarly, dynamic CO 2 absorption characteristics were examined and evaluated. These results and the results for Li 4 SiO 4 are shown together in FIG. In the newly prepared germanium-doped lithium silicate, the molar ratio of Si to doped Ge was 1: 0.4470, 1: 0.083, 1: 0.04 as Si: Ge. .

図22に示したように、ケイ酸リチウムにGeをドープすることで、LiSiOおよびLiGeOと比較して、動的吸収におけるCO2吸収容量が1.2倍ほど増大されたことがわかった。また、GeをドープすることでCO吸収特性に変化が見られ、300℃〜500℃程度の低い温度域でのCO吸収量が急激に多くなり、またこの低温域での吸収速度が大きく増大されたことが確認された。Siに対するGeのドープ割合が、モル比で、0から増大するにつれてCO吸収量も増大するが、Geのモル比が約0.1826を超えるとCO吸収量は減少に転じることが確認された。 As shown in FIG. 22, by doping Ge lithium silicate, as compared to the Li 4 SiO 4 and Li 4 GeO 4, the CO2 absorption capacity in a dynamic absorption is increased as 1.2 times I understood. Further, the change in the CO 2 absorption properties seen in doping Ge, CO 2 absorption at low temperature region of about 300 ° C. to 500 ° C. is rapidly many, also large absorption rate in this low temperature range It was confirmed that it was increased. It is confirmed that the CO 2 absorption increases as the molar ratio of Ge to Si increases from 0, but the CO 2 absorption starts to decrease when the molar ratio of Ge exceeds about 0.1826. It was.

5−6.等温吸収特性
そこで、上記5−1で用意したSi:Geがモル比で1:0.1826のゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウムを用い、300℃の低温における二酸化炭素の等温吸収特性を調べた。その結果、得られた等温吸収曲線を図23に示した。
図23に示すように、ゲルマニウム・ドープ・ケイ酸リチウムは、吸収容量自体はさほど多くはないものの、300℃の低温においても迅速にCOを吸収するCO吸収特性を備えていることが確認された。
5-6. Isothermal Absorption Characteristics Therefore, the isothermal absorption characteristics of carbon dioxide at a low temperature of 300 ° C. were examined using germanium-doped lithium silicate having a molar ratio of Si: Ge prepared in 5-1 above of 1: 0.1826. As a result, the obtained isothermal absorption curve is shown in FIG.
As shown in FIG. 23, it is confirmed that germanium-doped lithium silicate has a CO 2 absorption characteristic that absorbs CO 2 quickly even at a low temperature of 300 ° C. although the absorption capacity itself is not so much. It was done.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

Claims (18)

ケイ酸リチウムを主成分とする二酸化炭素吸収材料の製造方法であって、
リチウム(Li)成分とケイ素(Si)成分とを含むLi−Si前駆体化合物が水溶液中に分散されたゾル状組成物を用意すること、
前記ゾル状組成物に対し電磁波を照射してゲル状組成物を得ること、および、
前記ゲル状組成物を焼成してリチウムとケイ素とを含むケイ酸リチウムを得ること、
を包含する、二酸化炭素吸収材料の製造方法。
A method for producing a carbon dioxide-absorbing material mainly composed of lithium silicate,
Providing a sol-like composition in which a Li-Si precursor compound containing a lithium (Li) component and a silicon (Si) component is dispersed in an aqueous solution;
Irradiating the sol composition with electromagnetic waves to obtain a gel composition; and
Calcining the gel composition to obtain lithium silicate containing lithium and silicon;
The manufacturing method of the carbon dioxide absorption material including this.
前記ゾル状組成物は、前記リチウム(Li)成分と前記ケイ素(Si)成分とを含む水溶液中で、加水分解反応を生じさせることにより用意する、請求項1に記載の製造方法。   The method according to claim 1, wherein the sol composition is prepared by causing a hydrolysis reaction in an aqueous solution containing the lithium (Li) component and the silicon (Si) component. 前記ケイ素(Si)成分は、シリカアルコキシド、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカの少なくとも1種である、請求項2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 2, wherein the silicon (Si) component is at least one of silica alkoxide, colloidal silica, and fumed silica. 前記ゾル状組成物は、さらにゲルマニウム(Ge)成分を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the sol-like composition further includes a germanium (Ge) component. 前記電磁波は、波長が1mm以上1m以下であって、周波数が300MHz以上300GHz以下のマイクロ波である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 1 to 4, wherein the electromagnetic wave is a microwave having a wavelength of 1 mm to 1 m and a frequency of 300 MHz to 300 GHz. 前記電磁波の総照射時間は、1分間以上60分間以下とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 1 to 5, wherein a total irradiation time of the electromagnetic wave is 1 minute or more and 60 minutes or less. さらに、前記ケイ酸リチウムを、アルカリ炭酸塩と複合化することを含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の製造方法。   Furthermore, the manufacturing method of any one of Claims 1-6 including compounding the said lithium silicate with alkali carbonate. 前記アルカリ炭酸塩は、ナトリウム(Na)成分、カリウム(K)成分およびリチウム(Li)成分のうちの2種以上を含む、請求項7に記載の製造方法。   The said alkali carbonate is a manufacturing method of Claim 7 containing 2 or more types of a sodium (Na) component, a potassium (K) component, and a lithium (Li) component. 前記アルカリ炭酸塩における各アルカリ成分の割合が、
Na:1mol%以上80mol%以下、
K :1mol%以上70mol%以下、および
Li:1mol%以上90mol%以下、
である、請求項7または8に記載の製造方法。
The ratio of each alkali component in the alkali carbonate is
Na: 1 mol% or more and 80 mol% or less,
K: 1 mol% or more and 70 mol% or less, and Li: 1 mol% or more and 90 mol% or less,
The manufacturing method according to claim 7 or 8, wherein
前記アルカリ炭酸塩は、共晶炭酸塩である、請求項7〜9のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 7, wherein the alkali carbonate is a eutectic carbonate. ケイ酸リチウムを主成分とする粉末であって、
前記粉末を構成する個々の粒子は、ロッド状、板状、鱗片状および花弁状からなる群から選択される少なくとも1種の形態を有する、二酸化炭素吸収材料。
A powder mainly composed of lithium silicate,
The individual particles constituting the powder are carbon dioxide-absorbing materials having at least one form selected from the group consisting of rods, plates, scales, and petals.
前記ケイ酸リチウムは、一般式:LixSiyOz,ここで式中、x、yおよびzは、x+4y−2z=0を満たす;で表される、請求項11に記載の二酸化炭素吸収材料。 The carbon dioxide-absorbing material according to claim 11 , wherein the lithium silicate is represented by the general formula: LixSiyOz, wherein x, y, and z satisfy x + 4y-2z = 0. さらに、ナトリウムおよびカリウムの少なくとも一種を含み、
前記ケイ酸リチウムにおける前記リチウムの一部が、前記ナトリウムおよびカリウムに置換されている、請求項11または12の二酸化炭素吸収材料。
Furthermore, including at least one of sodium and potassium,
The carbon dioxide absorbing material according to claim 11 or 12 , wherein a part of the lithium in the lithium silicate is substituted with the sodium and potassium.
さらにゲルマニウムを含み、前記ケイ酸リチウムにおける前記シリコンの一部が、前記ゲルマニウムに置換されている、請求項11〜13のいずれか1項に記載の二酸化炭素吸収材料。 The carbon dioxide absorbing material according to claim 11 , further comprising germanium, wherein a part of the silicon in the lithium silicate is substituted with the germanium. 前記ケイ酸リチウムは、長手方向の寸法をa、前記長手方向に直交する一の短手方向の寸法をbとしたとき、前記短手方向の寸法bが100nm以下であって、かつ、a/bで規定されるアスペクト比が2以上の棒状粒子が、全体の50個数%以上を占める、請求項11〜14のいずれか1項に記載の二酸化炭素吸収材料。 The lithium silicate has a longitudinal dimension of a and a lateral dimension perpendicular to the longitudinal direction of b, the lateral dimension b being 100 nm or less, and a / The carbon dioxide-absorbing material according to any one of claims 11 to 14 , wherein rod-shaped particles having an aspect ratio defined by b of 2 or more occupy 50% by number or more of the whole. さらに、アルカリ炭酸塩を含み、
前記ケイ酸リチウムの表面の少なくとも一部が、前記アルカリ炭酸塩により覆われている、請求項11〜15のいずれか1項に記載の二酸化炭素吸収材料。
In addition, it contains an alkali carbonate,
The carbon dioxide absorbing material according to any one of claims 11 to 15 , wherein at least a part of a surface of the lithium silicate is covered with the alkali carbonate.
500℃以上710℃以下の温度範囲における単位重量あたりのCO吸収速度が、25mg/(g・min)以上である、請求項11〜16のいずれか1項に記載の二酸化炭素吸収材料。 The carbon dioxide absorbing material according to any one of claims 11 to 16 , wherein a CO 2 absorption rate per unit weight in a temperature range of 500 ° C or higher and 710 ° C or lower is 25 mg / (g · min) or higher. 600℃以上710℃以下の温度範囲における、単位重量あたりのCOガス吸収速度が、50mg/(g・min)以上である、請求項11〜17のいずれか1項に記載の二酸化炭素吸収材料。 The carbon dioxide absorbing material according to any one of claims 11 to 17 , wherein a CO 2 gas absorption rate per unit weight in a temperature range of 600 ° C or higher and 710 ° C or lower is 50 mg / (g · min) or higher. .
JP2018502825A 2015-08-03 2016-08-03 Carbon dioxide absorbing material and manufacturing method thereof Active JP6596567B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IN2932MU2015 2015-08-03
IN2932/MUM/2015 2015-08-03
PCT/JP2016/003593 WO2017022249A1 (en) 2015-08-03 2016-08-03 Carbon dioxide-absorbing material and method of producing same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018528851A JP2018528851A (en) 2018-10-04
JP6596567B2 true JP6596567B2 (en) 2019-10-23

Family

ID=57942746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018502825A Active JP6596567B2 (en) 2015-08-03 2016-08-03 Carbon dioxide absorbing material and manufacturing method thereof

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6596567B2 (en)
WO (1) WO2017022249A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108392942A (en) * 2018-03-16 2018-08-14 东华大学 A kind of amino modified alkali metal base CO2Adsorbent and preparation method thereof
CN112850728B (en) * 2021-01-27 2023-09-22 西安理工大学 Preparation method of adsorbent lithium metasilicate three-dimensional micro-nano structure powder
FR3128887A1 (en) * 2021-11-10 2023-05-12 Fabrice Mendez Filter material and its application
CN114307990B (en) * 2022-01-05 2024-04-09 广东邦普循环科技有限公司 Preparation method and application of lithium silicate-based adsorbent

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6387845B1 (en) * 1999-03-23 2002-05-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Carbon dioxide gas absorbent containing lithium silicate
CN101214967B (en) * 2007-01-05 2011-04-20 北京理工大学 Preparation method of lithium silicate material for absorbing carbon dioxide at high temperature

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017022249A1 (en) 2017-02-09
JP2018528851A (en) 2018-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6596567B2 (en) Carbon dioxide absorbing material and manufacturing method thereof
CN107683173B (en) Preparation method of metal oxide-silicon dioxide composite aerogel and prepared metal oxide-silicon dioxide composite aerogel
JP4936208B2 (en) Core-shell type spherical silica mesoporous material and method for producing core-shell type spherical silica mesoporous material
JP4975050B2 (en) Method for producing silica structure
Jha et al. A three step process for purification of fly ash zeolites by hydrothermal treatment
JP4296307B2 (en) Method for producing spherical silica-based mesoporous material
CN104981429A (en) Low silicon SAPO-42 and method of making
JP6485666B1 (en) Amorphous aluminosilicate particle powder and method for producing the same
JP6075896B2 (en) Preparation of molecular sieve SSZ-23
JP2010265125A (en) Spherical mesoporous carbon and method for producing the same
Dantas et al. CO2 adsorption on modified Mg–Al-layered double hydroxides
Yanase et al. CO2 absorption of CeO2-coated α-LiFeO2
WO2011132585A1 (en) Phosphorous-containing mesoporous silica and preparation method therefor
JP5634174B2 (en) Method for producing layered silicate compound
JP5141948B2 (en) Spherical silica-based mesoporous material having a bimodal pore structure and method for producing the same
CN102874836B (en) Composite method of mesoporous A type molecular sieve
Xia et al. Sol–gel synthesis and crystallization behaviour of β-spodumene
WO2022224762A1 (en) A high performance co2 absorbent material for co2 capture at medium temperatures and the method for production thereof
JP5665689B2 (en) Method for producing layered silicate compound
Zhao et al. Characterization and synthesis of Ce-incorporated mesoporous molecular sieves under microwave irradiation condition
JP5609620B2 (en) New metallosilicate
JP6391986B2 (en) Beta-type zeolite and method for producing the same
JP4479071B2 (en) Method for producing spherical porous body
JP7366694B2 (en) Method for producing lithium metasilicate and method for producing carbon dioxide absorbing material
JP5262055B2 (en) Spherical silica-based porous body, method for producing the same, and spherical carbon-based porous body

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180706

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180706

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190509

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190807

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190905

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190930

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6596567

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250