JP7244122B2 - ガス吸収材料、そのガス吸収への使用、ガス吸収体およびガス吸収方法、並びに、酸性ガス吸収装置、酸性ガス回収装置、水蒸気吸収装置、水蒸気回収装置、熱交換器および熱回収装置 - Google Patents
ガス吸収材料、そのガス吸収への使用、ガス吸収体およびガス吸収方法、並びに、酸性ガス吸収装置、酸性ガス回収装置、水蒸気吸収装置、水蒸気回収装置、熱交換器および熱回収装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7244122B2 JP7244122B2 JP2021085662A JP2021085662A JP7244122B2 JP 7244122 B2 JP7244122 B2 JP 7244122B2 JP 2021085662 A JP2021085662 A JP 2021085662A JP 2021085662 A JP2021085662 A JP 2021085662A JP 7244122 B2 JP7244122 B2 JP 7244122B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- carbon dioxide
- absorption
- gel
- amine
- 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
Links
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 title claims description 198
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 title description 161
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 143
- 239000002253 acid Substances 0.000 title description 64
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 title description 8
- 239000007863 gel particle Substances 0.000 claims description 399
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 177
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 161
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 138
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 128
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 claims description 108
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 83
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 80
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 claims description 57
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 51
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims description 19
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 12
- 150000003926 acrylamides Chemical class 0.000 claims description 9
- 125000000467 secondary amino group Chemical group [H]N([*:1])[*:2] 0.000 claims description 9
- 125000001302 tertiary amino group Chemical group 0.000 claims description 9
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical group [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 claims description 6
- 239000003655 absorption accelerator Substances 0.000 claims 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 555
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 521
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 275
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 274
- 239000010408 film Substances 0.000 description 244
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 109
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 105
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 75
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 69
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 42
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 38
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 37
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 37
- 230000008859 change Effects 0.000 description 33
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 33
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 29
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 29
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 25
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 24
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 24
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 22
- 125000001165 hydrophobic group Chemical group 0.000 description 21
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 18
- -1 etc. Substances 0.000 description 18
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 18
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 18
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 17
- 230000006870 function Effects 0.000 description 17
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- UFRKOOWSQGXVKV-UHFFFAOYSA-N ethene;ethenol Chemical compound C=C.OC=C UFRKOOWSQGXVKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 15
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 description 15
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000003623 enhancer Substances 0.000 description 14
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 14
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 13
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 13
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 13
- UKODFQOELJFMII-UHFFFAOYSA-N pentamethyldiethylenetriamine Chemical compound CN(C)CCN(C)CCN(C)C UKODFQOELJFMII-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 13
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 12
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 11
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 11
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 11
- QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N n-propan-2-ylprop-2-enamide Chemical compound CC(C)NC(=O)C=C QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- GQWWGRUJOCIUKI-UHFFFAOYSA-N 2-[3-(2-methyl-1-oxopyrrolo[1,2-a]pyrazin-3-yl)propyl]guanidine Chemical compound O=C1N(C)C(CCCN=C(N)N)=CN2C=CC=C21 GQWWGRUJOCIUKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 10
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- 229920000219 Ethylene vinyl alcohol Polymers 0.000 description 9
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000004715 ethylene vinyl alcohol Substances 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 9
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000003505 polymerization initiator Substances 0.000 description 8
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 7
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 7
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 7
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 7
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 description 6
- KQNPFQTWMSNSAP-UHFFFAOYSA-N isobutyric acid Chemical compound CC(C)C(O)=O KQNPFQTWMSNSAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 6
- ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N n,n'-methylenebisacrylamide Chemical compound C=CC(=O)NCNC(=O)C=C ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 description 6
- 230000006903 response to temperature Effects 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 5
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 5
- FQPSGWSUVKBHSU-UHFFFAOYSA-N methacrylamide Chemical compound CC(=C)C(N)=O FQPSGWSUVKBHSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XFHJDMUEHUHAJW-UHFFFAOYSA-N n-tert-butylprop-2-enamide Chemical compound CC(C)(C)NC(=O)C=C XFHJDMUEHUHAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 5
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 5
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- JNDVNJWCRZQGFQ-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-N,N-bis(methylamino)hex-2-enamide Chemical compound CCCC=C(C)C(=O)N(NC)NC JNDVNJWCRZQGFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 4
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 4
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 4
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 4
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 4
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 4
- 108010025899 gelatin film Proteins 0.000 description 4
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 4
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- IUGYQRQAERSCNH-UHFFFAOYSA-N pivalic acid Chemical compound CC(C)(C)C(O)=O IUGYQRQAERSCNH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 4
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 4
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 4
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GDFCSMCGLZFNFY-UHFFFAOYSA-N Dimethylaminopropyl Methacrylamide Chemical compound CN(C)CCCNC(=O)C(C)=C GDFCSMCGLZFNFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000002296 dynamic light scattering Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 3
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 3
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 3
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 3
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 125000000959 isobutyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])* 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 3
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 3
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 3
- 125000000999 tert-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 3
- LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide Substances CCN=C=NCCCN(C)C LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 3-(dimethylamino)propyliminomethylidene-ethylazanium;chloride Chemical compound Cl.CCN=C=NCCCN(C)C FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BMTZEAOGFDXDAD-UHFFFAOYSA-M 4-(4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-4-methylmorpholin-4-ium;chloride Chemical compound [Cl-].COC1=NC(OC)=NC([N+]2(C)CCOCC2)=N1 BMTZEAOGFDXDAD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M Methacrylate Chemical compound CC(=C)C([O-])=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- LXEKPEMOWBOYRF-UHFFFAOYSA-N [2-[(1-azaniumyl-1-imino-2-methylpropan-2-yl)diazenyl]-2-methylpropanimidoyl]azanium;dichloride Chemical compound Cl.Cl.NC(=N)C(C)(C)N=NC(C)(C)C(N)=N LXEKPEMOWBOYRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002947 alkylene group Chemical group 0.000 description 2
- LBSPZZSGTIBOFG-UHFFFAOYSA-N bis[2-(4,5-dihydro-1h-imidazol-2-yl)propan-2-yl]diazene;dihydrochloride Chemical compound Cl.Cl.N=1CCNC=1C(C)(C)N=NC(C)(C)C1=NCCN1 LBSPZZSGTIBOFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920005549 butyl rubber Polymers 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- ADTJPOBHAXXXFS-UHFFFAOYSA-N n-[3-(dimethylamino)propyl]prop-2-enamide Chemical compound CN(C)CCCNC(=O)C=C ADTJPOBHAXXXFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZQXSMRAEXCEDJD-UHFFFAOYSA-N n-ethenylformamide Chemical compound C=CNC=O ZQXSMRAEXCEDJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 150000003141 primary amines Chemical class 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- 230000002522 swelling effect Effects 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- QNODIIQQMGDSEF-UHFFFAOYSA-N (1-hydroxycyclohexyl)-phenylmethanone Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)C1(O)CCCCC1 QNODIIQQMGDSEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SJIXRGNQPBQWMK-UHFFFAOYSA-N 2-(diethylamino)ethyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CCN(CC)CCOC(=O)C(C)=C SJIXRGNQPBQWMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JKNCOURZONDCGV-UHFFFAOYSA-N 2-(dimethylamino)ethyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CN(C)CCOC(=O)C(C)=C JKNCOURZONDCGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DPBJAVGHACCNRL-UHFFFAOYSA-N 2-(dimethylamino)ethyl prop-2-enoate Chemical compound CN(C)CCOC(=O)C=C DPBJAVGHACCNRL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RILLZYSZSDGYGV-UHFFFAOYSA-N 2-(propan-2-ylamino)ethanol Chemical compound CC(C)NCCO RILLZYSZSDGYGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IXPWKHNDQICVPZ-UHFFFAOYSA-N 2-methylhex-1-en-3-yne Chemical compound CCC#CC(C)=C IXPWKHNDQICVPZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PCUPXNDEQDWEMM-UHFFFAOYSA-N 3-(diethylamino)propyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CCN(CC)CCCOC(=O)C(C)=C PCUPXNDEQDWEMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUYDVDHTTIQNMB-UHFFFAOYSA-N 3-(diethylamino)propyl prop-2-enoate Chemical compound CCN(CC)CCCOC(=O)C=C XUYDVDHTTIQNMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFQHFMGRRVQFNA-UHFFFAOYSA-N 3-(dimethylamino)propyl prop-2-enoate Chemical compound CN(C)CCCOC(=O)C=C UFQHFMGRRVQFNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LUTFTISESXWDHG-UHFFFAOYSA-N 3-aminopropyl 2-methylprop-2-enoate;hydrochloride Chemical compound Cl.CC(=C)C(=O)OCCCN LUTFTISESXWDHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PIMTXEDZSDIQEO-UHFFFAOYSA-N 3-aminopropyl prop-2-enoate hydrochloride Chemical compound Cl.NCCCOC(=O)C=C PIMTXEDZSDIQEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BXFVPSSOFFUETG-UHFFFAOYSA-N 5-amino-2-methylidenepentanamide;hydrochloride Chemical compound Cl.NCCCC(=C)C(N)=O BXFVPSSOFFUETG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZSGKACGSECORFL-UHFFFAOYSA-N 6-amino-2-methylhex-2-enamide;hydrochloride Chemical compound Cl.NC(=O)C(C)=CCCCN ZSGKACGSECORFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004342 Benzoyl peroxide Substances 0.000 description 1
- OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N Benzoylperoxide Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)OOC(=O)C1=CC=CC=C1 OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XCMOXIRPSBLTEL-UHFFFAOYSA-N CCNN(NCC)C(=O)C(=C)CC Chemical compound CCNN(NCC)C(=O)C(=C)CC XCMOXIRPSBLTEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- 235000012766 Cannabis sativa ssp. sativa var. sativa Nutrition 0.000 description 1
- 235000012765 Cannabis sativa ssp. sativa var. spontanea Nutrition 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UEEJHVSXFDXPFK-UHFFFAOYSA-N N-dimethylaminoethanol Chemical compound CN(C)CCO UEEJHVSXFDXPFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940124532 absorption promoter Drugs 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 235000019400 benzoyl peroxide Nutrition 0.000 description 1
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 235000009120 camo Nutrition 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003093 cationic surfactant Substances 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 235000005607 chanvre indien Nutrition 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000011246 composite particle Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000113 cyclohexyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000001511 cyclopentyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000001295 dansyl group Chemical group [H]C1=C([H])C(N(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H])=C2C([H])=C([H])C([H])=C(C2=C1[H])S(*)(=O)=O 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 125000004663 dialkyl amino group Chemical group 0.000 description 1
- 125000002147 dimethylamino group Chemical group [H]C([H])([H])N(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 238000012674 dispersion polymerization Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000007720 emulsion polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 239000011487 hemp Substances 0.000 description 1
- 125000004051 hexyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000001183 hydrocarbyl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 125000001972 isopentyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- TXXWBTOATXBWDR-UHFFFAOYSA-N n,n,n',n'-tetramethylhexane-1,6-diamine Chemical compound CN(C)CCCCCCN(C)C TXXWBTOATXBWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DFENKTCEEGOWLB-UHFFFAOYSA-N n,n-bis(methylamino)-2-methylidenepentanamide Chemical compound CCCC(=C)C(=O)N(NC)NC DFENKTCEEGOWLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZUHZZVMEUAUWHY-UHFFFAOYSA-N n,n-dimethylpropan-1-amine Chemical compound CCCN(C)C ZUHZZVMEUAUWHY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GVBMMNAPRZDGEY-UHFFFAOYSA-N n-[2-(diethylamino)ethyl]-2-methylprop-2-enamide Chemical compound CCN(CC)CCNC(=O)C(C)=C GVBMMNAPRZDGEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DCBBWYIVFRLKCD-UHFFFAOYSA-N n-[2-(dimethylamino)ethyl]-2-methylprop-2-enamide Chemical compound CN(C)CCNC(=O)C(C)=C DCBBWYIVFRLKCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WDQKICIMIPUDBL-UHFFFAOYSA-N n-[2-(dimethylamino)ethyl]prop-2-enamide Chemical compound CN(C)CCNC(=O)C=C WDQKICIMIPUDBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VNLHOYZHPQDOMS-UHFFFAOYSA-N n-[3-(diethylamino)propyl]-2-methylprop-2-enamide Chemical compound CCN(CC)CCCNC(=O)C(C)=C VNLHOYZHPQDOMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GFOCCLOYMMHTIU-UHFFFAOYSA-N n-[3-(diethylamino)propyl]prop-2-enamide Chemical compound CCN(CC)CCCNC(=O)C=C GFOCCLOYMMHTIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000000269 nucleophilic effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 125000001147 pentyl group Chemical group C(CCCC)* 0.000 description 1
- 229920000083 poly(allylamine) Polymers 0.000 description 1
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000009790 rate-determining step (RDS) Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000002964 rayon Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 125000002914 sec-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 150000003335 secondary amines Chemical class 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000010557 suspension polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 1
- 238000012719 thermal polymerization Methods 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 238000000954 titration curve Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
- B01J20/26—Synthetic macromolecular compounds
- B01J20/261—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon to carbon unsaturated bonds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation 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
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/48—Sulfur compounds
- B01D53/52—Hydrogen sulfide
- B01D53/526—Mixtures of hydrogen sulfide and carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation 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
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/62—Carbon oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation 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
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/81—Solid phase processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
- B01J20/26—Synthetic macromolecular compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
- B01J20/28028—Particles immobilised within fibres or filaments
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
- B01J20/28033—Membrane, sheet, cloth, pad, lamellar or mat
- B01J20/28035—Membrane, sheet, cloth, pad, lamellar or mat with more than one layer, e.g. laminates, separated sheets
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
- B01J20/28047—Gels
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
- B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
- B01J20/3242—Layers with a functional group, e.g. an affinity material, a ligand, a reactant or a complexing group
- B01J20/3268—Macromolecular compounds
- B01J20/327—Polymers obtained by reactions involving only carbon to carbon unsaturated bonds
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
- F28F13/185—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/20—Organic adsorbents
- B01D2253/202—Polymeric adsorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/25—Coated, impregnated or composite adsorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation 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
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Description
これに対して、特許文献1および非特許文献1、2には、相転移温度前後で塩基性が変化する温度応答性電解質を二酸化炭素の分離回収に利用することが提案されている。特許文献1には、温度応答性電解質に30℃の条件で二酸化炭素を吸収させた後、75℃に加熱することで温度応答性電解質から二酸化炭素を放散させた例が記載されている。
特に、下記の構成を有することにより、ガス吸収体の吸収・放出性能がより改善されることを見出した。
(1)ゲル粒子膜を金属や炭素材料、高分子化合物からなる薄板、フィルムや繊維等の担体に担持する。
(2)ゲル粒子膜を担持した担体を積層、集積する。
(3)安定化剤を添加することでゲル粒子膜を安定化、固定化する。
(4)酸性ガスの吸収量や吸収速度を加速するために、ゲル粒子膜に吸収促進剤を添加する。
[1] アミノ基を有する高分子化合物粒子を含むことを特徴とするガス吸収材料。
[2] 前記高分子化合物粒子は、ヒドロゲル粒子である[1]に記載のガス吸収材料。
[3] 前記高分子化合物粒子は、固形分1gあたりの水の含有量が0.1mL以上である[2]に記載のガス吸収材料。
[4] 水蒸気と酸性ガスを含むガスから酸性ガスを吸収するための[1]~[3]のいずれか1項に記載のガス吸収材料。
[5] 前記高分子化合物粒子を構成する高分子化合物は、アミノ基を有するモノマーを含むモノマー成分の重合体である[1]~[4]のいずれか1項に記載のガス吸収材料。
[6] 前記モノマー成分が含むモノマーは、置換アクリルアミドモノマーである[5]に記載のガス吸収材料。
[7] 前記アミノ基を有するモノマーが、N-(アミノアルキル)アクリルアミドである[5]または[6]に記載のガス吸収材料。
[8] 前記アミノ基を有するモノマーが、3級アミノ基を有するモノマーである[5]~[7]のいずれか1項に記載のガス吸収材料。
[9] 前記モノマー成分におけるアミノ基を有するモノマーの割合が、5~95モル%である[5]~[8]のいずれか1項に記載のガス吸収材料。
[10] 前記モノマー成分が、アミノ基を有するモノマーと疎水性基を有するモノマーを含み、
前記アミノ基を有するモノマーと前記疎水性基を有するモノマーのモル比が、5:95~95:5である[5]~[9]のいずれか1項に記載のガス吸収材料。
[11] 前記アミノ基を有するモノマーがN-(アミノアルキル)アクリルアミドであり、前記疎水性基を有するモノマーがN-アルキルアクリルアミドである[10]に記載のガス吸収材料。
[12] 高分子化合物粒子を水中で膨潤させた後の分散状態での粒子内の高分子密度が、0.3~80%である[1]~[11]のいずれか1項に記載のガス吸収材料。
[13] 前記高分子化合物粒子の乾燥状態における粒径が、5nm~10μmである[1]~[12]のいずれか1項に記載のガス吸収材料。
[14] 前記高分子化合物粒子は、温度の変化により相転移するものであり、
前記高分子化合物粒子の相転移温度が、10~95℃の範囲内にある[1]~[13]のいずれか1項に記載のガス吸収材料。
[15] 前記高分子化合物粒子のうちの少なくとも一部の高分子化合物粒子同士の間に、架橋構造が形成されている[1]~[14]のいずれか1項に記載のガス吸収材料。
[16] 前記高分子化合物粒子を水中で膨潤させ分散させた後の流体力学粒径が、10nm~50μmである[1]~[15]のいずれか1項に記載のガス吸収材料。
[17] ガスを吸収および放散するための[1]~[16]のいずれか1項に記載のガス吸収材料。
[18] ガスの吸収および放散のサイクルを繰り返すための[17]に記載のガス吸収材料。
[19] 二酸化炭素ガスを吸収するための[1]~[16]のいずれか1項に記載のガス吸収材料。
[21] アミノ基を有する高分子化合物粒子の、水蒸気と酸性ガスを含むガスからの酸性ガス吸収への使用。
[23] 前記ゲル粒子膜が、[1]~[19]のいずれか1項に記載のガス吸収材料を含むことを特徴とする[22]に記載のガス吸収体。
[24] 前記ゲル粒子膜は、前記ゲル粒子膜全量に対して水を10質量%以上含むハイドロゲル粒子膜である[22]または[23]に記載のガス吸収体。
[25] 二酸化炭素ガスの放散速度が0.1mmol/m2/sec以上である[22]~[24]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[26] 二酸化炭素ガスの吸収速度が0.05mmol/m2/sec以上である[22]~[25]のいずれか1項に記載のガス吸収材料。
[27] 前記担体は、薄板または筒状である[22]~[26]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[28] 前記担体は、薄板を複数枚積層した積層体である[22]~[26]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[29] 前記薄板は、金属箔である[27]または[28]に記載のガス吸収体。
[30] 前記薄板は、炭素材料である[27]または[28]に記載のガス吸収体。
[31] 前記薄板は、樹脂フィルムである[27]または[28]に記載のガス吸収体。
[32] 前記担体は、繊維集合体である[22]~[26]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[33] 前記担体は、繊維集合体を複数枚積層した集積体である[22]~[26]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[34] 前記繊維集合体は、無機繊維を含む[32]または[33]に記載のガス吸収体。
[35] 前記無機繊維は、金属繊維である[34]に記載のガス吸収体。
[36] 前記金属繊維は、ステンレス鋼繊維およびアルミニウム繊維の少なくともいずれかを含む[35]に記載のガス吸収体。
[37] 前記金属繊維は、ニッケル繊維を含む[35]に記載のガス吸収体。
[38] 前記金属繊維は、焼結された金属繊維である[35]~[37]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[39] 前記無機繊維は、炭素繊維である[34]に記載のガス吸収体。
[40] 前記繊維集合体は、有機繊維を含む[32]~[39]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[41] 前記繊維集合体は、紙である[40]に記載のガス吸収体。
[42] 前記担体は、多孔質体である[22]~[26]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[43] 前記多孔質体が発泡金属である[42]に記載のガス吸収体。
[44] 前記担体は、定圧比熱が2500KJ/(m3K)以下の素材からなる[22]~[43]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[45] 前記担体は、熱伝導率が10W/(mK)以上の素材からなる[22]~[44]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[46] 前記担体は、その表面が熱交換器の伝熱面として機能する[22]~[45]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[47] 前記担体は、熱交換器として機能する[22]~[46]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[48] 前記ゲル粒子膜の充填率が20%以上である[22]~[47]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[49] 前記ゲル粒子膜は、さらに膜安定化剤を含む[22]~[48]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[50] 前記膜安定化剤は、高分子化合物を含む[49]に記載のガス吸収体。
[51] 前記膜安定化剤は、1級アミノ基、2級アミノ基および3級アミノ基の少なくともいずれかを有する高分子化合物を含む[49]に記載のガス吸収体。
[52] 前記膜安定化剤は、ポリビニルアミンまたはポリビニルアミンの誘導体を含む[51]に記載のガス吸収体。
[53] 前記膜安定化剤は、重合可能な化合物を含む[49]~[52]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[54] 前記膜安定化剤は、重合可能な化合物がゲル粒子膜内で重合反応することにより生成した高分子化合物を含む[49]~[53]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[55] 前記重合可能な化合物が、アクリルアミドまたはアクリルアミド誘導体である[53]または[54]に記載のガス吸収体。
[56] 前記重合可能な化合物として、置換アミノアルキルアクリルアミドと重合性基を2個有するアクリルアミド誘導体とを含有する[55]に記載のガス吸収体。
[57] 前記膜安定化剤は、架橋剤を含む[49]~[56]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[58] 前記架橋剤は、チタン架橋剤である[57]に記載のガス吸収体。
[59] 前記ゲル粒子膜における前記膜安定化剤の含有量が、前記ゲル粒子膜全量に対して1~89質量%である[49]~[58]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[60] 前記ゲル粒子膜は、吸収促進剤を含有する[22]~[59]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[61] 前記ゲル粒子膜は、分子量が61~10000のアミン含有化合物を含む[22]~[60]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[62] 前記ゲル粒子膜は、アミノ基とヒドロキシル基を有するアミンか、アミノ基を3つ有するアミンの少なくとも一方を含む[61]に記載のガス吸収体。
[63] 前記ゲル粒子膜は、Isopropylaminoethanol、N,N,N’,N’-Tetramethyl-1,6-hexanediamine、Imino-bis(N,N-dimethylpropylamine)およびN,N’,N”-pentamethyldiethylenetriamineの少なくともいずれかを含む[61]に記載のガス吸収体。
[64] 前記ゲル粒子膜表面が、熱交換器の伝熱面に担持されている[22]~[63]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[65] 前記ゲル粒子膜は、少なくとも酸性ガスを可逆的に吸収し得るものである[22]~[64]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[66] 前記酸性ガスは、二酸化炭素である[65]に記載のガス吸収体。
[67] 前記酸性ガスは、硫化水素である[65]に記載のガス吸収体。
[68] 前記ゲル粒子膜は、少なくとも水蒸気を可逆的に吸収し得るものである[22]~[67]のいずれか1項に記載のガス吸収体。
[70] ガスを吸収させた後、前記ゲル粒子膜の温度を上昇させることにより吸収させたガスを前記ゲル粒子膜から放散させる[69]に記載のガス吸収方法。
[71] 前記温度の上昇を、前記高分子化合物の体積相転移が生じるまで行う[70]に記載のガス吸収方法。
[72] ガスを放散させた後、前記ゲル粒子膜の温度を下げ、前記ゲル粒子膜に再びガスを吸収させる[70]または[71]に記載のガス吸収方法。
[73] 前記吸収と前記放散からなるサイクルを複数回繰り返す[70]~[72]のいずれか1項に記載のガス吸収方法。
[75] [22]~[68]のいずれか1項に記載のガス吸収体を有すること特徴とする酸性ガス回収装置。
[76] [22]~[68]のいずれか1項に記載のガス吸収体を有すること特徴とする水蒸気吸収装置。
[77] [22]~[68]のいずれか1項に記載のガス吸収体を有すること特徴とする水蒸気回収装置。
[78] [22]~[68]のいずれか1項に記載のガス吸収体を有すること特徴とする熱交換器。
[79] [22]~[68]のいずれか1項に記載のガス吸収体を有すること特徴とする熱回収装置。
また、本発明のガス吸収体は、単位体積あたりのガスの可逆吸収量が大きく、ガスを高速度で吸収および放散することができるとともに、そのゲル粒子膜の安定性が高く、ガスの吸収および放散を繰り返し行った場合でも、初期の性能を確実に維持することができる。
本発明の酸性ガス吸収装置、酸性ガス回収装置、水蒸気吸収装置、水蒸気回収装置、熱交換器および熱回収装置は、このようなガス吸収体を有することにより、酸性ガスや水蒸気ガスを効率よく吸収して回収することができ、低炭素化社会の実現に大きく貢献することができる。
本発明のガス吸収材料は、アミノ基を有する高分子化合物粒子を含むものである。
アミノ基を有する高分子化合物粒子は、小さい温度変化を与えることで、粒子の膨潤度や内部構造、またはアミノ基の酸解離定数等が変化し、この変化に起因してガスに対する吸収能が変化する。これにより、このガス吸収材料は、ガスを吸収する状態と放散する状態とのスイッチングを行うことができる。この2つの状態間のスイッチングは、下記のようなメカニズムにより達成されるものと推測される。なお、以下の説明では、被処理ガスに含まれる特定のガスを吸収および放散させる場合、その特定のガスを「対象ガス」ということがある。
まず、アミノ基を有する高分子化合物粒子に、特定の温度でガスを接触させると、そのガス由来のアニオンと高分子化合物粒子のアミノ基とが塩を形成し、高分子化合物粒子にガスが可逆的に吸収した状態になる。この状態から高分子化合物粒子を加熱すると、僅かな温度上昇で粒子の膨潤度や内部構造、またはアミノ基の酸解離定数等が変化し、この変化に起因して高分子化合物粒子がガスを放散し易い状態になる。その結果、高分子化合物粒子からガスが放散され、それとともに高分子化合物にアミノ基が再生する。アミノ基が再生された高分子化合物粒子に、さらに続けて、特定の温度への冷却と加熱を繰り返し行うと、上記と同じメカニズムでガスを吸収する状態と放散する状態のサイクルが繰り返される。
本発明のガス吸収材料は、アミノ基を有する高分子化合物粒子がこうした機能を有することにより、ガスを吸収および放散するガス吸収体の材料として効果的に用いることができ、また、ガスの放散に要する熱量を低減することができる。
また、本発明のガス吸収材料では、アミノ基を有する高分子化合物が粒子であることにより、その粒子を堆積させた堆積膜が被処理ガスに晒されたとき、被処理ガスは、堆積膜表面にて吸収された後、吸収された二酸化炭素分子や重炭酸イオンが粒子間の空隙を通じて膜の内部に高速に拡散する。また、吸収された対象ガスが放散される際、二酸化炭素分子や重炭酸イオンが粒子間の空隙を通って高速に拡散し、対象ガスが、堆積膜表面から放散するとともに粒子間の空隙に気相を生じ堆積膜内部からも放散する。このため、このガス吸収材料を用いて形成されたガス吸収体は、空隙のない均質なガス吸収体に比べて、単位体積当たりのガスの可逆吸収量が大きく、ガスの吸収および放散を高速度で行うことができる。
また、本発明のガス吸収材料は、吸着剤とは異なり、ガス内に高濃度の水蒸気が存在していても酸性ガスを大量に吸収させることができる。このため、例えば水蒸気と二酸化炭素を含む被処理ガスを処理する際、水蒸気をあらかじめ除去しておかなくても、直接、二酸化炭素を分離、回収することができ、被処理ガスの処理に要する工程を簡略化することができる。
以下において、本発明のガス吸収材料に用いるアミノ基を有する高分子化合物粒子について詳述する。
アミノ基を有する高分子化合物粒子は、アミノ基を有する高分子化合物からなる粒子であり、アミノ基を有する高分子化合物のみから構成されていることが好ましいが、粒子を調製する際に使用する材料、例えば界面活性剤等の粒径調整用成分や架橋剤、未反応モノマー等を含んでいてもよい。
アミノ基を有する高分子化合物のアミノ基は、1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基のいずれであってもよいが、温度変化等の刺激に応答してそれらの共役酸の酸解離定数が変化することが好ましい。特に、二酸化炭素を吸収する際の酸解離定数が炭酸の酸解離定数と同等かあるいはそれより大きく、二酸化炭素を放散する際の酸解離定数が炭酸の酸解離定数と同等かそれよりも小さいことが好ましい。中でも、酸性ガスの放散効率を高くできることから、3級アミノ基であることが好ましく、ジメチルアミノ基などのジアルキルアミノ基であることがより好ましい。また、高分子化合物のアミノ基は、主鎖に結合していてもよいし、側鎖に結合していてもよいが、側鎖に結合していることが好ましい。
このゲル粒子は、図1の左上に示すように、低温ではアミノ基の周囲に立体障害が存在せず、アミノ基が酸性ガスを吸収しやすい(塩基性が高い)状態にある。このゲル粒子に二酸化炭素ガスを含む被処理ガスを接触させると、二酸化炭素へのヒドロキシアニオンの求核攻撃により重炭酸アニオンが生成し、この重炭酸アニオン一分子がアミノ基1つと塩を形成する。これにより、ゲル粒子は二酸化炭素ガスを吸収した状態になる。また、これと同時に水のpHが低下し、ゲル粒子が膨潤する。この状態から、ゲル粒子を加熱すると、分子内の疎水性相互作用が大きくなり、ゲル粒子が収縮(相転移)する。その結果、アミノ基周囲が極性の低い高分子鎖で覆われて立体障害が大きくなり、アミノ基が酸性ガスを放散しやすい(塩基性が低い)状態になる。これにより、二酸化炭素ガスが放散され、それと同時に水のpHが上昇する。次いで、ゲル粒子を冷却すると、水のpHがさらに上昇するとともに、ゲル粒子が膨潤し、初期の状態に復帰する。
以上のように、アミノ基と疎水性基を有する高分子化合物のゲル粒子は、相転移を生じせしめる僅かな温度差で酸性ガスを吸収する状態から放散する状態へスイッチングすることができる。このため、こうしたゲル粒子を含むガス吸収材料を用いることにより、酸性ガスの分離回収プロセスに要するエネルギー量を削減することができる。
高分子化合物に導入する疎水性基としては、CXH2XあるいはCXH2X+1で表される炭化水素基を挙げることができ、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基等であることが好ましい。中でもイソブチル基、tert-ブチル基であることがさらに好ましい。或いは、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基のように上記疎水性基に水酸基が結合したものであっても良い。
アミノ基を有するモノマーとしては、特に限定されないが、N-(アミノアルキル)アクリルアミド、N-(アミノアルキル)メタクリルアミド等を挙げることができ、N-(アミノアルキル)アクリルアミドであることが好ましい。
疎水性基を有するモノマーとしては、特に限定されないが、N-アルキルアクリルアミド、N-アルキルメタクリルアミド、N-アルキルアクリレート、N-アルキルメタクリレート、N,N-ジアルキルアクリルアミド、N-(ヒドロキシアルキル)メタクリルアミド、N,N-ジアルキルアクリレート、N-(ヒドロキシアルキル)メタクリレート、N,N-ジアルキルメタクリルアミド、N-(ヒドロキシアルキル)アクリルアミド、N,N-ジアルキルメタクリレート、N-(ヒドロキシアルキル)アクリレート等を挙げることができ、N-アルキルアクリルアミドであることが好ましい。
界面活性剤としては、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド等の陽イオン性界面活性剤等を用いることができる。
架橋剤は、用いるモノマー同士の間に架橋構造を形成しうるであればよく、N,N’-アルキレンビスアクリルアミドを好ましく用いることができる。N,N’-アルキレンビスアクリルアミドのアルキレン基の炭素数は、特に限定されないが、1~12であることが好ましく、1~4であることがより好ましく、1~2であることがさらに好ましい。アルキレン基の代わりに、オリゴエチレンイミンやオリゴエチレングリコールが架橋剤鎖として機能する架橋剤であっても良い。
アミノ基を有する高分子化合物粒子は、液体で膨潤させたゲル粒子であってもよいし、乾燥粒子(固体粒子)であってもよいが、ゲル粒子であることが好ましい。ゲル粒子では、ゲル粒子が含む液体にガスが溶解するため、ゲル粒子の内部のアミノ基もガスの吸収に寄与させることができる。これにより、ガスについて大きな可逆吸収量を得ることができる。
高分子化合物粒子を水中で膨潤させた後の流体力学粒径は、具体的には動的光散乱法により測定される水中での流体力学直径で十nm~数十μmであることが好ましく、10nm~50μmであることがより好ましく、20nm~10μmであることがさらに好ましい。高分子化合物粒子の「水中で膨潤させた後の粒径」とは、乾燥させた高分子化合物粒子を水中に24時間浸漬した後の粒径であって、動的光散乱法により測定した平均粒径のことをいう。
高分子化合物粒子の乾燥時の粒径および膨潤後の粒径が、上記範囲であることにより、単位体積当たりのガスの可逆吸収量、ガスの吸収速度および放散速度を十分に高めることができる。
ゲル粒子における水の含有量は、固形分1gあたり0.1mL以上であることが好ましく、0.5mL以上であることがより好ましく、1mL以上であることがさらに好ましい。また、ゲル粒子における水の含有量は、20mL以下であることが好ましく、10mL以下であることがより好ましく、8mL以下であることがさらに好ましい。ゲル粒子の水の含有量を上記の範囲にすることにより、ゲル粒子が過度に膨潤することが抑えられるとともに、ガスをゲル粒子内に十分に溶解させることができ、ガスの吸収量および放散量を大きくすることができる。
本発明のガス吸収体は、アミノ基を有する高分子化合物のゲル粒子膜と、ゲル粒子膜を担持する担体とを有するものである。
本発明で用いるゲル粒子膜は、アミノ基を有する高分子化合物の固体粒子を水で膨潤させたゲル粒子を含む膜である。ゲル粒子膜であることの確認は、蛍光修飾したゲル粒子を添加することでゲル粒子膜を可視化し、これを焦点レーザー顕微鏡にて観察することにより行うことができる。ゲル粒子の蛍光修飾は、4-Acrylamidofluoresceinの導入等により行うことができる。
ゲル粒子膜は、ゲル粒子が担体上に層をなすように堆積した粒子の堆積膜であってもよいし、ゲル粒子が担体を構成する繊維の間や空孔内に入り込んだ状態で層を形成したものであってもよい。アミノ基を有する高分子化合物およびそのゲル粒子の説明と好ましい範囲については、ガス吸収材料におけるアミノ基を有する高分子化合物およびそのゲル粒子の説明と好ましい範囲を参照することができる。
粒子溶液の極性溶媒としては、上記のゲル粒子に含有させるものとして例示した極性溶媒がいずれも使用でき、中でも水または水と他の極性溶媒との混合溶媒を用いることが好ましい。ゲル粒子膜における水の含有量は、ゲル粒子膜全量に対して10質量%以上であることが好ましく、50~2000質量%であることがより好ましい。
ゲル粒子膜の厚さは、特に限定されないが、1~1000μmであることが好ましく、10~600μmであることがより好ましく、20~400μmであることがさらに好ましい。ゲル粒子膜の厚さを上記範囲にすることにより、単位体積当たりのガスの可逆吸収量を十分な量にすることができ、ガスの吸収および放散を高速度で行うことができる。なお、ゲル粒子が担体を構成する繊維の間や空孔内に入り込んだ状態で層を形成している場合には、繊維表面や空孔表面のゲル粒子層の厚さが、上記のゲル粒子膜の厚さに対応する。
本明細書中において「ゲル粒子膜の二酸化炭素ガス吸収速度」は、ゲル粒子膜の表面に10%の二酸化炭素を含有した窒素ガス(混合ガス)を60℃で加湿して流通した際に出口ガスの二酸化炭素の量をガスクロマトグラフィーや赤外式二酸化炭素濃度計で計測することにより求められる。また、上記の放散速度、吸収速度は、DMAPMを5mol%導入した際のゲル粒子膜においての結果であり、DMAPMの量が多い場合や、促進剤を添加した場合はさらに大きくなる。
ゲル粒子膜は、アミノ基を有する高分子化合物以外の高分子化合物や添加剤を含んでいてもよい。
アミノ基を有する高分子化合物以外の高分子化合物は、特に制限されないが、温度変化等の刺激に対して反応する高分子化合物であることが好ましい。刺激に対する反応としては、官能基の酸解離定数の変化、立体構造の変化、膨潤度の変化、親水性の変化、水含量の変化、重炭酸イオン溶解量の変化、硫化水素イオン溶解量の変化等を挙げることができる。
膜安定化剤としては、高分子化合物、重合可能な分子(重合性化合物)、チタン架橋剤等の架橋剤、1級アミン、2級アミン等を挙げることができる。このうち高分子化合物としては、ポリビニルアミン等の1級アミノ基を有する高分子化合物、2級アミノ基を有する高分子化合物、3級アミノ基を有する高分子化合物、1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基を複数種類有する高分子化合物、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリビニルアルコール/ポリエチレン共重合体等を好ましく用いることができる。
また、膜安定化剤として重合可能な分子を用いた場合には、この分子がゲル粒子膜内で重合反応することで生成した高分子化合物も膜安定化剤として機能する。これにより、膜形成後の水添加後やガス吸収放散後においても、過度に膨潤することなく均一な膜状を維持しやすくなる。重合可能な分子としては、重合性基を有するモノマーを挙げることができ、例えばアクリルモノマーを例示することができる。なかでも、アクリルアミドまたはアクリルアミド誘導体を好ましく用いることができる。例えば、アルキルアクリルアミド、置換または無置換のアミノアルキルアクリルアミド、重合性基を2個有するアクリルアミド誘導体等を挙げることができ、これらの中では、置換アミノアルキルアクリルアミド、重合性基を2個有するアクリルアミド誘導体を好ましく用いることができる。置換アミノアルキルアクリルアミドと重合性基を2個有するアクリルアミド誘導体は組み合わせて用いることが好ましく、そのモル分率は60~99:40~1であることが好ましく、80~99:20~1であることがより好ましく、90~99:10~1であることがさらに好ましい。重合性基を有するモノマーの具体例としては、N-イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)、tert-ブチルアクリルアミド(TBAM)、N,N-ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド(DMAPM)、N,N'-メチレンビスアクリルアミド(BIS)、アクリルアミド等を挙げることができる。これらの重合可能な化合物は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。2種以上を組み合わせて用いる場合は、例えば、N,N-ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド(DMAPM)とN,N'-メチレンビスアクリルアミド(BIS)の組み合わせを好ましい例として挙げることができる。
ゲル粒子膜における膜安定化剤の含有量は、ゲル粒子膜全量に対して1~89質量%であることが好ましい。
吸収促進剤、放散促進剤、吸収放散促進剤として、低分子のアミンを好ましく用いることができる。低分子のアミンの分子量は、61~10000であるものが好ましく、75~1000であるものがより好ましく、90~500であるものがさらに好ましい。低分子のアミンの沸点は、繰り返し利用できて実用的であることから、80℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましく、150℃以上であることがさらに好ましい。
低分子のアミンとしては、下記式で表される具体的な化合物を挙げることができる。また、実施例の(9)で使用している吸収放散促進剤も好ましく用いることができる。
以上に説明した添加剤は、1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
本発明のガス吸収体は、ゲル粒子膜が担体に保持されている点にも特徴がある。
ゲル状膜は、液体と比較して流動性が低く、対流が起こりにくい。このため、ゲル状膜での酸性ガスの吸収プロセスでは、そのイオンの拡散過程が律速段階になり、また、膜表面から数百μm以上の深部へのイオン拡散が制限され、結果として、ゲル状膜が吸収し得る酸性ガス量も制限されていた。
これに対して、ゲル粒子膜が適切な担体に担持されていると、上記のように粒子間の空隙を通じて膜内部への被処理ガスの拡散や膜内部からの酸性ガスの拡散が実現するとともに、この担体を介してゲル粒子膜に熱が効率よく伝達されるため、外部の温度変化によってゲル粒子膜全体の温度が応答性よく変化する。また、担体を積層することで数百μm以下の膜厚のゲル粒子膜を一定体積の反応器の中に大量に充填することが出来る。その結果、酸性ガスや水蒸気ガスの吸収速度および放散速度が高くなるとともに、膜の深部まで酸性ガスが拡散するようになり、大きなガス吸収量を得ることができる。また、担体に担持されることでゲル粒子膜が崩れ難くなり、ゲル粒子膜の形状を安定に保持することができる。さらに、一定体積の反応器で大量のガスを可逆吸収することが出来る。
本発明において「薄板」とは、平板状の板、シート、箔であって、その厚さが2mm以下、5μm以上のものをいう。
薄板の材料は、定圧比熱が2500KJ/(m3K)以下であることが好ましく、熱伝導率が10W/(mK)以上であることも好ましい。このような熱特性を有する薄板は、外部の温度変化に応じて応答性よく温度が変化し、その温度変化を効率よくゲル粒子膜全体に伝達することができる。
ここで、本明細書中において「定圧比熱」は、水熱量計や示差走査熱量計等の熱量計によって測定される値である。また、「熱伝導率」は、レーザーフラッシュ法や定常熱流法によって測定される値である。
本明細書中において「薄板の空隙率」とは、薄板の見かけの体積と質量および素材の密度により測定される空隙率のことを意味する。
また、担体は、これらの薄板を複数枚積層した積層体であってもよい。積層体において、各薄板は全て同じであってもよいし、材料や厚さが異なる複数の薄板を組み合わせてもよい。
繊維集合体に用いる繊維は、定圧比熱が2500KJ/(m3K)以下であることが好ましく、熱伝導率が10W/(mK)以上であることも好ましい。このような熱特性を有する繊維集合体は、外部の温度変化に応じて応答性よく温度が変化し、その温度変化を効率よくゲル状膜全体に伝達することができる。
繊維の直径は、特に限定されないが、8~100μmであることが好ましい。これにより、ガスの吸収性能および放散性能に優れたゲル粒子膜を得ることができる。
また、担体は、これらの繊維集合体を複数枚積層した集積体であってもよい。集積体において、各繊維集合体は全て同じであってもよいし、繊維の種類や繊維径、繊維の密度等が異なる複数の繊維集合体を組み合わせてもよい。また、担体は、薄板と繊維集合体を積層した積層体であってもよい。
本発明のガス吸収方法は、ゲル粒子膜内のアミノ基にガスを吸収させる方法である。アミノ基を有する高分子化合物のゲル粒子膜の説明については、上記の<ガス吸収体>におけるゲル粒子膜の説明を参照することができる。
ゲル粒子膜内部のアミノ基は、特定の温度でガスと接触したとき、ガスに由来する酸と、各ゲル粒子のアミノ基に由来する塩基とが反応し、塩を形成することにより、ガスを効率よく吸収することができる。
また、このゲル粒子膜からのガスの放散は、ゲル粒子膜の温度を上昇させることで行うことができる。ゲル粒子膜の温度を上昇させるとゲル粒子膜内部の塩基性が低下する。また、ゲル粒子膜内のアミンの共役酸pKaが低下する。さらに、各ゲル粒子の疎水相互作用が大きくなり、各ゲル粒子が収縮し、すなわち、ゲル粒子に体積相転移が生じ、アミノ基周囲の立体障害が大きくなる。以上の結果ゲル粒子膜からガスが放散される。その後、ゲル粒子膜の温度を下げると、ゲル粒子膜内部の塩基性が上昇する。また、ゲル粒子膜内のアミンの共役酸pKaが上昇する。さらに粒子が再び膨潤し、ゲル粒子膜が相転移前の状態に復帰する。
塩基性が高まった状態に復帰したゲル粒子膜は、再びガスを吸収させることができ、その後、温度を上昇させると、上記と同様のメカニズムで吸収したガスを放散する。その後、続けて、温度の降下と上昇を繰り返し行うことにより、これに同期してガスの吸収と放散のサイクルが繰り返される。こうしたガスの吸収と放散を繰り返し行うことにより、例えば大容量の排ガスからも特定のガスを分離して回収することが可能となる。
ゲル粒子の相転移およびガスの吸収および放散の詳細なメカニズムについては、図1および<ガス吸収材料>の欄の図1についての説明を参照することができる。
こうしたメカニズムでガスの吸収および放散を行うには、ガスを吸収させたゲル粒子膜を塩基性が低下するまで温度上昇させることが重要である。特に塩基性が炭酸のpKaと同等かそれ以下になるまで温度上昇させることが重要である。この温度上昇が不十分であると、ゲル粒子膜に吸収させたガスを十分に放散させることができず、その後のガスの吸収速度や放散速度、可逆吸収量が小さくなってしまう。例えば、ゲル粒子が(メタ)アクリルアミド系高分子のゲル粒子である場合、ガス吸収の際のゲル粒子膜の温度は1~60℃であることが好ましく、ガス放散の際のゲル粒子膜の温度は40~200℃であることが好ましい。
本発明のガス吸収体は、上記のように、二酸化炭素等のガスを高速で吸収および放散することができ、且つ大きなガス吸収量を有するため、酸性ガス吸収装置、酸性ガス回収装置、水蒸気吸収装置、および水蒸気回収装置等のガス吸収体として好適に用いることができる。また、本発明のガス吸収体は、担体を熱交換器の伝熱面や熱交換器自体としての機能を兼ねさせることができ、熱交換器や熱回収装置にも効果的に適用することができる。この場合、例えば伝熱面として機能する担体表面(伝熱面の表面)にゲル状膜が設けられる。
ガス吸収体23は、本発明のガス吸収体により構成されている。本実施形態では、ガス吸収体23は、繊維集合体をハニカム状に加工した円柱状のハニカムローターからなる担体と、この担体に担持されたゲル粒子膜を有し、円盤の中心を回転軸として連続的に回転駆動されるように構成されている。ガス吸収体23は、二酸化炭素ガス装置の動作がOFFのとき、周囲の温度と同程度の温度になっている。
図3に示すように、第2実施形態の酸性ガス回収装置は、第1熱交換器31および第2熱交換器32と、脱硫器33と、第1タンク34および第2タンク35と、これら各部に連結された第1パイプ36および第2パイプ37を有する。第1パイプ36は、その一端が排ガス(被処理ガス)を導入するガス導入口とされており、他端が冷却能を有する脱硫器33に連結されている。ここで脱硫器と冷却器は別の装置であっても良い。第2パイプ37は、その一端が脱硫器33に連結された主経路37aと、主経路37aの他端において分岐する第1経路37bと第2経路37cを有している。第1経路37bは、その一端が主経路37aと連通しており、他端が第1タンク34に連結されている。第2経路37cは、その一端が主経路37aと連通しており、他端が第2タンク35に連結されている。第1経路37bおよび第2経路37cの各他端部近傍には各経路37b、37cを開閉する図示しないバルブが設けられている。第1熱交換器31は第1パイプ36の第1中途部と第1タンク34にそれぞれ接続されており、第2熱交換器32は第1パイプ36の第2中途部と第2タンク35にそれぞれ接続されている。
そして、第2実施形態の二酸化炭素ガス回収装置では、第1タンク34内の第1熱交換器31の熱交換面および第2タンク35内の第2熱交換器32の熱交換面に、それぞれゲル粒子膜38、39が塗布されている。本実施形態では、第1タンク34内の第1熱交換器31および第2タンク35内の第2熱交換器32と、これらタンク内に装填されたゲル粒子膜38、39が、本発明のガス吸収体を構成し、それぞれ、二酸化炭素ガスの吸収塔および放散塔として機能する。各タンク34、35内のゲル粒子膜38、39は、二酸化炭素ガス装置の動作がOFFのとき、周囲の温度と同程度の温度(30℃程度)になっている。
アミノ基を含有する高分子化合物粒子を次のようにして合成した。なお、以下の説明では、アミノ基を含有する高分子化合物粒子のゲルを、「アミン含有ゲル粒子」といい、「アミン含有ゲル粒子」を乾燥させた粒子を「アミン含有乾燥ゲル粒子」ということがある。
2リットルの三口フラスコに1リットルの純水を加え、70℃に加温した後、2mMの界面活性剤(セチルトリメチルアンモニウムブロマイド)と3種類のモノマーを総モノマー濃度が312mMになるように溶解した。3種類のモノマーの組成は、N-(ジメチルアミノプロピル)メタクリルアミドが55mol%、N-tert-ブチルアクリルアミドが43mol%、N,N’-メチレンビスアクリルアミドが2mol%である。N-(ジメチルアミノプロピル)メタクリルアミドはアルミナカラムで重合禁止剤を取り除いたものを用いた。N-tert-ブチルアクリルアミドは予め少量のメタノールに溶解し、0.68g/mLの溶液としたものを添加した。この混合物を70℃に保持したまま、メカニカルスターラーで撹拌し、窒素ガスを1時間バブリングルして系内の酸素を取り除いた。こうして得たモノマー溶液に、700mgの2,2’-azobis(2-methylpropionamidine)dihydrochlorideを5mLの純水に溶解した溶液を添加し、窒素雰囲気下、70℃で3時間反応させた。反応後、沈殿物を濾過し、透析膜(MWCO12-14.000,width:75mm,vol/length:18mL/mL)[スペクトラムラボラトリーズ社製]で3日間透析を行うことにより未反応のモノマーや界面活性剤を取り除いた。透析後の沈殿物から強塩基性のイオン交換樹脂を用いて対アニオンを取り除き、アミン含有ゲル粒子を得た。透析やイオン交換を行わない材料に関しても同様の実験を行いほぼ同等の機能を有する事を確認した。得られたアミン含有ゲル粒子の粒径は800nmであった。
N-tert-ブチルアクリルアミドの代わりにN-イソプロピルアクリルアミドを用い、3種類のモノマーの組成を、N-(ジメチルアミノプロピル)メタクリルアミドが5mol%、N-イソプロピルアクリルアミドが93mol%、N,N’-メチレンビスアクリルアミドが2mol%に変更したこと以外は、合成例1と同様にしてアミン含有ゲル粒子を得た。得られたアミン含有ゲル粒子の30℃水中分散状態における流体力学粒直径は窒素雰囲気下で200nm程度であり、10%CO2存在下では400nm程度であった。
界面活性剤の濃度を0.16mMに変更すること以外は合成例2と同様にしてアミン含有ゲル粒子を得た。得られたアミン含有ゲル粒子の30℃水中分散状態における流体力学粒径は600nmであった。
3種類のモノマーの組成を、N-[(3-ジメチルアミノ)プロピル]メタアクリルアミドが5mol%、N-イソプロピルアクリルアミドが93mol%、N,N’-メチレンビスアクリルアミドが2mol%に変更し、総モノマー濃度を1040mMとしたこと以外は、合成例2と同様にしてモノマー溶液を得た。この溶液2.4mLに窒素ガスを10分間流通した後、開始剤2,2’-azobis(2-methylpropionamidine)dihydrochlorideの水溶液を混合し、二酸化炭素吸収用のステンレス鋼製の反応器の底面に導入した。反応器にシリコンゴム製のスペーサー(厚み100μm)兼型枠を置きスペーサーの上からモノマー溶液を挟む形でガラス板を乗せ、モノマー溶液が厚み100μmの液膜となるようにした。この状態で70℃に加熱し、2時間重合反応を行った。2時間後ガラス板およびスペーサーを取り除くと、アミン含有ゲル粒子が架橋された状態のハイドロゲルフィルムがステンレス反応器の底面に接着した状態で得られた。得られたハイドロゲルフィルム内のゲル粒子の一次径について膜を乾燥後に走査型電子顕微鏡による観察を行ったところ、粒子の一次粒子径が数十から数マイクロメートルであり、粒子同士の間に架橋構造が形成されていることが確認された。
安定化剤であるアミノ基を有する高分子化合物を次のようにして合成した。
蒸留により精製したN-ビニルホルムアミド(NVF)5.0gを純水44mLに加え、60℃の油浴中で撹拌しながら窒素を30分間バブリングした。その後、この溶液に、開始剤2,2'-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride (VA-044)[和光純薬社製]の水溶液(19mg/mL)を1.0mL加え、窒素雰囲気下24時間反応させた。反応後の溶液にアセトンを加えてポリマーを沈殿させ、その上澄みを除去した。得られた沈殿物を、純水とエタノールを3対1の体積比で混合した溶媒に溶解させた。さらに、アセトンによるポリマーの沈殿および上澄みの除去、水性溶媒への溶解の作業を数回繰り返すことで未反応モノマーを取り除いた。得られた沈殿物の溶液をエバポレーターで減圧濃縮後、真空乾燥して固体のpoly(NVF)を得た。
乾燥後の固体を、ポリマー濃度が2質量%になるように2N水酸化ナトリウム水溶液に溶かし、油浴中で80℃、24時間撹拌することで透明で粘性のある液体を得た。この液体に塩酸を加えて塩酸塩とし、エバポレーターで過剰な塩酸を除去した。液体を透析膜(MWCO12-14.000,width:75mm,vol/length:18mL/mL)[スペクトラムラボラトリーズ社製]で3日間透析し、透析膜内の溶液量を計測した。その後、全量を凍結乾燥し、poly(vinylamine) hydrochloride(PVAm・HCl)を得た。各段階の反応の進行は1HNMR(D2O)により確認した。このPVAm・HClから強塩基性のイオン交換樹脂で対アニオンを取り除き、ポリビニルアミンを得た。
合成例5で合成したPVAm・HClに温度応答性をもたせるために、かさ高い疎水性部位を有するカルボン酸を縮合させた。カルボン酸として、それぞれイソプロピル基あるいはtert-ブチル基を有するisobutyric acid[シグマアルドリッチ社製]およびpivalic acid[和光純薬社製]の2種類を使用した。isobutyric acidを縮合させたものをIsobutyl PVAmと表記し、pivalic acidを縮合させたものをPivalPVAmと表記する。具体的には、次のような工程で疎水化ポリビニルアミンを得た。
PVAm・HClの100mg(1.25mmol-amine)を20mLのMilliQ水に溶解させた。この水溶液にtriethylamine(TEA)およびisobutyric acidまたはpivalic acidを加えた。このとき常温ではpivalic acidが固体なので100Lのメタノールに溶かして加えた。10分間撹拌した後、縮合剤1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride(EDC)[TCI]または4-(4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-4-methylmorpholinium Chloride n-Hydrate (DMT-MM)[和光純薬社製]を加えて6時間撹拌した。反応終了後、反応液を透析膜 (MWCO12-14,000,width:45mL,vol/length:6.42mL/cm)[サーモフィッシャーサイエンティフィック社製] で3日間透析した。縮合率は1HNMR(D2O)により算出した。透析後の反応液から強塩基性のイオン交換樹脂で対アニオンを取り除き、疎水化ポリビニルアミンを得た。
ここでは、ゲル粒子として合成例2~4で合成したアミン含有ゲル粒子を使用した。
(1)アミン含有ゲル粒子の相転移についての検討
合成例2で合成したアミン含有ゲル粒子を水に溶解して粒子溶液(4mg/mL)を調製した。
二酸化炭素が存在する条件下または二酸化炭素が存在しない条件下で粒子溶液を加熱し、アミン含有ゲル粒子の温度依存的粒径変化を調べた結果を図4に示す。また、20℃において粒子溶液に二酸化炭素を吸収させ、60℃付近まで加熱して二酸化炭素を放散させた後、再度20℃まで粒子溶液を冷却した際の溶液pHの変化を図5に示す。粒子溶液を30℃、45℃、60℃、75℃でそれぞれ保持し、塩酸による滴定試験を行った結果を図6に示し、30℃において粒子溶液に二酸化炭素ガスを吸収させた後、75℃付近まで加熱して二酸化炭素を放散させたときの二酸化炭素放散量の経時変化を図7に示す。ここで、図5、7の測定を行う際、粒子溶液への二酸化炭素ガスの吸収は、粒子溶液を注入したステンレス鋼製反応器を20℃または30℃の水槽中に浸し、容器内に二酸化炭素ガスと窒素ガスの混合ガス(10:90)を240分間通気することで行った。また、二酸化炭素ガスの放散は、このステンレス鋼製反応器を60℃または75℃の水槽中に浸すことで行った。また、二酸化炭素の放散量は、放散プロセスで反応器を通過してくるガス中の二酸化炭素の増減量を測定することで求めた。また、図7には、N-[(3-ジメチルアミノ)プロピル]メタアクリルアミド(低分子アミン)とN-(ジメチルアミノプロピル)アクリルアミドの単独重合高分子について、同様の条件で二酸化炭素ガスの放散量を調べた結果も併せて示す。
(実施例1)
合成例2~4で得られたアミン含有ゲル粒子水溶液を凍結乾燥法により乾燥しメタノール溶液(10mg/mL)を調整した。このメタノール溶液をステンレス製容器内に注入し、80℃で乾燥した後、水を添加して膨潤させることにより厚さが異なる各種ゲル粒子膜を作製した。ゲル粒子膜の厚さは、容器内に注入するメタノール溶液の量を変えることで調整した。
合成例2で調製したものと同様の組成モノマーのエタノール溶液をステンレス鋼製容器に注入し、30分窒素雰囲気下脱気した後、過酸化ベンゾイルのDMF溶液を添加した。窒素雰囲気下、室温で6時間以上反応させることにより高分子膜を作製した。この高分子膜を水洗後80℃で乾燥し、水を注入して膨潤させることにより、厚さが異なる各種ゲル均質膜を得た。ゲル均質膜の厚さは、容器内に注入するモノマー溶液の量を変えることで調整した。ここで「ゲル均質膜」とは、粒子を含まない緻密なフィルム状の膜のことをいう。
実施例1のゲル粒子膜と比較例1のゲル均質膜について、二酸化炭素ガスの放散速度を測定した結果を図8、9に示し、二酸化炭素の吸収速度を測定した結果を図10示す。図8~10中に表記した「nm」を単位とする数値はゲル粒子の粒径であり、「300nmゲル粒子膜」は合成例2で合成したゲル粒子の膜を表し、「1μmゲル粒子膜」は合成例3で合成したゲル粒子の膜を表し、「架橋形成ゲル粒子膜」は合成例4で合成したゲル粒子の膜を表す。図8~10から示されるように、いずれのゲル粒子膜もゲル均質膜に比べて二酸化炭素の吸収量や放散量が大きく、アミノ基を有する高分子化合物を粒子状とすることにより、二酸化炭素の吸収能や放散能が向上することが確認された。なお、ゲル粒子膜の二酸化炭素の放散速度が吸収速度に比べて特に向上しているのは、二酸化炭素の吸収プロセスではゲル粒子の膨潤が大きく、粒子間の空隙が小さいのに対して、放散プロセスではゲル粒子が収縮しており、ガスの拡散に寄与する空隙が大きく空いているからと推測される。
ガス吸収体の評価では、ゲル粒子として合成例1で合成したアミン含有ゲル粒子を使用した。
(3)様々な薄板を担体としてゲル粒子膜を担持した効果
担体として、厚みが0.1mmまたは0.3mmのステンレス鋼薄板(熱伝導率は約16W/(m・K))、厚みが0.1mmの鉄薄板(熱伝導率は約80W/(m・K))、厚みが0.1mmのグラファイトシート(パナソニック社、PGSグラファイトシートEYGS182310、熱伝導率は600-800W/(mK))を用意し、これらの担体に型枠として穴を空けたシリコーンゴムシートを密着させた。一方、合成例1で合成したアミン含有乾燥ゲル粒子をメタノールに溶解して粒子溶液(50mg/3mL)を調製した。この粒子溶液を上記の担体の型枠内に塗布し、40℃のインキュベーターに入れて減圧乾燥した。担体の裏面にも同様に粒子溶液を塗布し、80℃の乾燥機で30分間乾燥して担体と乾燥粒子膜からなる積層体を得た。ただし、グラファイトシートには、型枠のシリコーンゴムシートが密着しないため、シリコーンゴムシートをクリップで固定して使用し、80℃のホットプレート上で加熱しながら、筆を用いて粒子溶液を塗り伸ばして担体に担持させた。その後、他の担体と同様に、粒子溶液を塗布した担体を80℃の乾燥機で乾燥させて積層体を得た。乾燥の終わった積層体の重量を測定し、担持されたアミン含有乾燥ゲル粒子の重量を定量した後、4当量(4mL/g)の水を添加することでアミン含有乾燥ゲル粒子をゲル化した。以上の工程により、担体にゲル粒子膜が担持されたガス吸収体を得た。得られた各ガス吸収体のゲル粒子膜の厚さは37μmであった。
本実験例では、ガス吸収体を図11に示す反応器に固定し、二酸化炭素含有ガスを流通(10mL/min)することで二酸化炭素の吸収放散実験を行った。二酸化炭素含有ガスとしては、10%の二酸化炭素を含有する窒素ガスを60℃の加湿器で加湿した60℃のガスを用いた。二酸化炭素の吸収は反応器を30℃の水槽に入れて行い、二酸化炭素の放散は反応器を75℃の水槽に入れることで行った。反応器を通過してくるガス中の二酸化炭素の増減量から、ガス吸収体の二酸化炭素の放散量および吸収量を計算した。各ガス吸収体における二酸化炭素の吸収量および放散量の経時変化を図12、13に示す。図12、13中、「sus」は担体がステンレス鋼薄板であるものを表し、「Fe」は担体が鉄薄板であるものを表し、「C」は担体がグラファイトシートであるものを表す。図12では、実験開始から0分と75分に反応器を75℃の水槽に入れて二酸化炭素の放散量を測定し、実験開始から25分と100分に30℃の水槽に入れて二酸化炭素の吸収量を測定した。図12では、0分、25分、75分、100分の時点からのガス吸収体の放散量と吸収量をグラフ化している。図13では、実験開始から0分、75分、140分に反応器を75℃の水槽に入れて放散量を測定し、実験開始から30分、100分、170分に30℃の水槽に入れて吸収量を測定した。図13では、0分、30分、75分、100分、140分、170分の時点からのガス吸収体の放散量と吸収量をグラフ化している。図12および図13におけるグラフの縦軸はガス吸収体のアミン含有乾燥ゲル粒子質量あたりの二酸化炭素放散量を表しており、放散量が負であるものは二酸化炭素を吸収していることを示している。
厚みが0.1mmのグラファイトシート(パナソニック社、PGSグラファイトシートEYGS182310、熱伝導率は600-800W/(mK))を担体として用い、担持するアミン含有ゲル粒子膜の厚みを37μmから230μmに変えたところ、反応器内部体積あたりの二酸化炭素可逆吸収量が208mL/Lから1160mL/Lに向上した(図14)。なお、図14では、30℃で十分に二酸化炭素を吸収させて平衡状態にし、その後に温度を75℃に上昇させて二酸化炭素を放散させた。放散開始を0分として二酸化炭素を放散させ、次いで実験開始から30分に反応器を30℃の水槽に入れて二酸化炭素の吸収量を測定した。また、図14は、0分、30分の時点からのガス吸収体の放散量と吸収量をグラフ化したものであり、グラフの縦軸は反応器内部体積当たりの二酸化炭素放散量を表す。吸収量が負であるものは二酸化炭素を吸収していることを示している。
厚みが0.1mmのグラファイトシート(パナソニック社、PGSグラファイトシートEYGS182310、熱伝導率は600-800W/(mK))を担体として用い、230μmのアミン含有ゲル粒子膜を担持させ1MのN,N’,N”-pentamethyldiethylenetriaminesを促進剤として加えたところ、反応器体積あたりの二酸化炭素可逆吸収量が1160mL/Lから4000mL/Lに向上した。
図15に、本実験例で使用したステンレス鋼製の反応器を示す。この反応器は、60000mm3(縦80mm、横150mm、深さ5mm)の容積を有する空間部11を有し、この空間部11内に整流用の板12が10mm間隔で13枚配置されている。また、この反応器には、図示しないガス供給手段からのガスを空間部11に導入するガス入り口13と空間部11のガスを排出するガス出口14が設けられている。
(担体に担持されていないゲル粒子膜の作製例と評価)
アミン含有乾燥ゲル粒子2.4gをメタノールに溶解して一晩撹拌することで、アミン含有乾燥ゲル粒子のメタノール溶液(粒子溶液)を得た。上記のステンレス鋼製の反応器(図15)を、80℃のホットプレートに置き加熱し、調製した粒子溶液を、この反応器の内側面にメタノールを蒸発させながら塗布した。具体的には、ステンレス鋼製の反応器の下部に全溶液量の3分の1分、上部の蓋部分に全溶液量の3分の1分、蓋の櫛部分に全溶液の3分の1分を塗布した。粒子溶液を乾燥した後、水を4.8mL添加して膜をゲル膜化し、反応器の内側面にアミン含有ゲル粒子膜を形成した。
この反応器に二酸化炭素含有ガスを流通(50mL/min)することで、二酸化炭素の吸収放散実験を行った。二酸化炭素含有ガスとしては、10%の二酸化炭素を含有する窒素ガスを60℃の加湿器で加湿した60℃のガスを用いた。二酸化炭素の吸収は反応器を30℃の水槽に入れて行い、二酸化炭素の放散は反応器を75℃の水槽に入れることで行った。反応器を通過してくるガスを5℃の凝縮器に通すことでガス中の水分を取り除き、ガスクロマトグラフィー(島津製作所社製、商品名GC-TCD)でガス中の二酸化炭素量を一定時間ごとに定量した。ガス中の二酸化炭素の増減量から、ゲル粒子膜の二酸化炭素の放散量および吸収量を計算した。ゲル粒子膜における二酸化炭素の吸収量および放散量の経時変化を図24に示す。
アミン含有乾燥ゲル粒子2.4gをメタノールに溶解し、一晩撹拌してアミン含有ゲル粒子のメタノール溶液(粒子溶液)を得た。ステンレス鋼製の反応器(図15)内部にステンレス鋼繊維フェルト(ナスロンフェルト、12-5-1500/m2)12本を充填し、反応器を80℃のホットプレートに載せ加熱した。反応器内の各フェルトに200mgのアミン含有乾燥ゲル粒子が担持されるように、粒子溶液を注射器を用いて均等に塗布し、この状態で放置することにより粒子溶液のメタノールを蒸発させた。また、メタノールの蒸発が遅い場合は、上部からドライアーを用いて熱を与え、アミン含有乾燥ゲル粒子が均一に担持できるようにメタノールを蒸発させた。このアミン含有乾燥ゲル粒子が担持された担体12本に、それぞれ400μL(計4.8mL)の水を添加して粒子をゲル化し、担体にアミン含有ゲル粒子膜が担持されたガス吸収体を得た。
ガス吸収体が形成された容器内に二酸化炭素含有ガスを流通(50mL/min)することで、二酸化炭素の吸収放散実験を行った。二酸化炭素含有ガスとしては10%の二酸化炭素を含有する窒素ガスを60℃の加湿器で加湿した60℃のガスを用いた。二酸化炭素の吸収は反応器を30℃の水槽に入れて行い、二酸化炭素の放散は反応器を75℃の水槽に入れることで行った。反応器を通過してくるガスを5℃の凝縮器に通すことでガス中の水分を取り除き、ガスクロマトグラフィー(島津製作所社製、商品名GC-TCD)でガス中の二酸化炭素量を一定時間ごとに定量した。ガス中の二酸化炭素の増減量から、ガス吸収体の二酸化炭素の放散量、吸収量を計算した。各吸収体における二酸化炭素の吸収量および放散量の経時変化を図24に示す。図24中、「12-5-1500 felt」はステンレス鋼繊維フェルト(ナスロンフェルト12-5-1500)を担体として用いたガス吸収体を表し、「mg/ml」を単位とする数値は担体または容器へのアミン含有乾燥ゲル粒子の塗布量を表す。図24では、最初の放散開始から25分、96分、167分に反応器を30℃の水槽に入れて二酸化炭素の吸収量を測定し、実験開始から0分、71分、142分に75℃の水槽に入れて二酸化炭素の放散量を測定した。図24では、0分、25分、71分、96分、142分、167分の時点からのガス吸収体の放散量あるいは吸収量をグラフ化している。図24におけるグラフの縦軸が表す数値は、図12の縦軸が表す数値と同じである。
以上のように、担体に金属ファイバーを用い適度な充填率でゲル粒子膜を担持させることで平均可逆吸収量を1.3倍、放散速度を2.6倍、吸収速度を2.5倍向上させることができることが確認された。
80℃に熱した鉄板の上に、ステンレス鋼繊維から成るフェルト(ナスロンフェルト、12-5-1500/m2)からなる金属ファイバーまたはステンレス鋼繊維から成るフェルトを焼結した焼結金属ファイバー(日本精線製、SUS316L、目付1600g/m2、繊維径50μm、空隙率89%)を置き、合成例1で得たアミン含有ゲル粒子をメタノールに20mg/mLとなるように溶解した溶液を550μL添加し、乾燥した。その後、反応器にセットして、アミン含有ゲル粒子に対して4当量の水を添加した。各実験では、ゲル粒子の充填率を変えたものをそれぞれ3つずつ作製し、それらについて上記と同じ方法により二酸化炭素の放散量と吸収量を測定した。図25は、ゲル充填率と二酸化炭素の放散量と吸収量の関係を示すグラフである。図25より、焼結金属ファイバーを用いた場合は、ゲル粒子の充填率が高い場合(例えば60%以上)であっても、ゲル粒子の高い二酸化炭素吸収放散能を維持できることが確認された。
次に、ステンレス鋼繊維から成るフェルトを焼結した焼結金属ファイバー(繊維径12μm、50μm)、発泡金属(住友金属製、セルメット#4、#5、#7)、焼結ニッケルファイバー(繊維径40μm)をそれぞれ用いて、上記と同様の方法により、二酸化炭素の吸収放散実験を行った。図26では、最初の放散開始から25分、96分に反応器を30℃の水槽に入れて二酸化炭素の吸収量を測定し、実験開始から0分、71分に75℃の水槽に入れて二酸化炭素の放散量を測定した。図26では、0分、25分、71分、96分の時点からのガス吸収体の放散量あるいは吸収量をグラフ化している。図26におけるグラフの縦軸が表す数値は、図12の縦軸が表す数値と同じである。図26は、発泡金属を焼結金属ファイバーと同等に用い得ることを示している。また、焼結ニッケルファイバーは、二酸化炭素の吸収速度、吸収量、放散量、放散速度のいずれも優れており、好ましく採用しうることが確認された。
以上のように、担体であるグラファイトシートにゲル粒子膜を担持することで、平均可逆吸収量を1.5倍、放散速度を1.5倍、吸収速度を1.8倍向上させることが出来た。
また、図15の反応器内部に2.4グラムのアミン含有乾燥ゲル粒子をメタノールに溶解して均一に塗布し乾燥後、4.8mLの水を添加してゲル粒子膜を作成した場合、50~120mLの二酸化炭素しか可逆吸収することができなかったが、ほぼ同等のガス流路体積約60000mm3(縦40mm、横170mm、深さ約8.8mm)を有するプレート式熱交換器(株式会社日阪製作所、UX-0005A-J-8枚編成)のステンレス薄板6枚の伝熱面(各18000mm2)に2.4グラムのアミン含有乾燥ゲル粒子をメタノールに溶解して均一に塗布し乾燥後、4.8mLの水を添加しゲル粒子膜を担持させた場合、120~140mLの二酸化炭素を可逆吸収することが出来た。また、ゲル粒子膜を反応器内部に直接形成した場合は、上記可逆吸収プロセスにおいて、120mLの二酸化炭素ガスを放散するのに23分必要としていたのに対して、ゲルフィルムを担持したステンレス薄板4枚を積層した場合、14分以内で二酸化炭素ガスの放散を完了することが出来た。同様に、ゲル粒子膜を反応器内部に直接形成した場合は、上記可逆吸収プロセスにおいて、約120mLの二酸化炭素ガスを放散するのに45分必要としていたのに対して、ゲルフィルムを担持したステンレス薄板4枚を積層した場合、二酸化炭素ガスの放散を24分以内で完了することが出来た。
以上のように、担体であるステンレス薄板にゲル粒子膜を担持することで、平均可逆吸収量を1.5倍、放散速度を1.6倍、吸収速度を1.9倍向上させることが出来た。
図28は、水槽の温度を30~75℃の間で変化させたときの蒸気圧変化を示したものである。図28の結果は、ゲル粒子膜が二酸化炭素とともに水蒸気も可逆的に吸収していることを示している。
アミン含有ゲル粒子だけからなるゲル粒子膜は、吸水性が高く繰り返し使用条件によっては、膜厚の増大を起こし、ガス流路の閉塞によりガス吸収・放散速度および可逆吸収量の低下をもたらす可能性が考えられる。さらには、ゲル粒子膜が流動化し、担体表面から流出する場合もあり得る。これらの問題を解決するためにゲル粒子膜に安定化剤を添加し、水添加量が多い条件においても安定な膜が得られる条件を検討した。
アミン含有ゲル粒子から成るアミン含有ゲル粒子膜にポリビニルアルコール/ポリエチレン共重合体を安定化剤として33質量%あるいは50質量%(分散媒を除いた固体の質量分率)となるように添加し、過剰量の水を添加したときのゲル粒子の挙動を観察した。具体的には、次のような実験を行った。
まず、蛍光色素(ダンシル基)で標識したアミン含有乾燥ゲル粒子と標識していないアミン含有乾燥ゲル粒子と安定化剤であるポリビニルアルコール/ポリエチレン共重合体を溶媒に溶解した粒子溶液を、乾燥ゲル粒子の塗布量が113mg/m2となるようにガラスバイアル内に塗布し、80℃のオーブンで1.5時間乾燥してゲル粒子膜を形成した。使用したポリビニルアルコール/ポリエチレン共重合体は、EVOH (E29)(日本合成化学工業株式会社製、ポリエチレン共重合比:29%)またはEVOH (E44)(日本合成化学工業株式会社製、ポリエチレン共重合比:44%)である。また、安定化剤を用いないこと以外は同様にして、ガラスバイアル内にゲル粒子膜を成膜した。各ガラスバイアル内に過剰量(10mL/20mg高分子)の水を注入して48時間放置した後、ゲル粒子膜から水層に溶け出したアミン含有ゲル粒子の量を蛍光色素の量から計算した。その結果、安定化剤を添加していないアミン含有ゲル粒子膜は完全に溶解し、検出限界以上の強い蛍光が観察された。ポリエチレンの共重合比が29%であるポリビニルアルコール/ポリエチレン共重合体(EVOH (E29))を安定化剤として用いた場合、33質量%の添加によりアミン含有ゲル粒子膜の溶出量を、添加しなかった場合に比べて半分以下に抑えることが出来た。安定化剤を50質量%加えたゲル粒子膜は、ほぼ完全に溶出が抑制され、水中に溶出された蛍光色素標識アミン含有ゲル粒子の量は検出限界以下となった。一方、ポリエチレンの重合比が44%である安定化剤(EVOH (E44))では、33質量%あるいは50質量%の添加により共に水層に溶け出す蛍光色素の量が検出限界以下に抑えられることがわかった。以上より、ポリエチレン含量が多く結晶性が高い高分子を安定化剤として加えることが、室温でのアミン含有ゲル粒子の溶出を抑えるために有効であることがわかった。さらに、同条件で作成したゲル粒子膜の二酸化炭素の吸収量および放散量を図15の反応器を使って求めた。ゲル粒子膜の二酸化炭素の放散量の経時変化を図29に示し、ゲル粒子膜の二酸化炭素の吸収量の経時変化を図30に示す。図29、30中、縦軸は、アミン含有乾燥ゲル粒子単位質量あたりの二酸化炭素の放散量または吸収量を表す。図29、30から示されるように、安定化剤を添加したゲル粒子膜の二酸化炭素の吸収量および放散量は、ともに安定化剤を添加していないゲル粒子膜と同等であった。しかし、吸収速度に関しては、安定化剤の添加量を多くすると若干遅くなる傾向が見られた。
所定量の安定化剤(EVOH (E44))とアミン含有乾燥ゲル粒子をイソプロパノールと水の混合溶媒(混合体積比6対4)に溶解してガラスバイアルに塗布し、60℃で4時間撹拌した。この安定化剤を含む粒子溶液に、同様の溶媒で希釈したチタン系架橋剤(松本ファインケミカル株式会社製のTC-310あるいはTC-400)を質量比が安定化剤(EVOH (E44))の約8分の1となるように添加し、1時間撹拌した後、60℃の温風乾燥機で12時間乾燥させることで粒子膜を形成した。その後、110℃あるいは150℃で1時間熱処理を行い、粒子膜を安定化させた。この粒子膜に200当量の水を加えてゲル化し、室温で12時間静置した。その結果、110℃で熱処理した後にゲル化したゲル粒子膜は、9質量%(分散媒を除いた固体の質量分率)以上の安定化剤の添加により、幾分膜の安定化が観察されたが、膜が断片化してガラスバイアルから剥がれる挙動が観察された(図31(A))。一方、150℃で熱処理した後にゲル化したゲル粒子膜は、室温で12時間靜置した後も破断せず、3質量%(分散媒を除いた固体の質量分率)の安定化剤の添加により十分に安定化することを確認することができた。また、ゲル粒子膜が溶解する現象がほとんど完全に抑制されていた(図31(B))。さらに、10%の二酸化炭素存在下で、温度を75℃と30℃の間で繰り返し変化させたところ、チタン架橋剤(TC-400)で架橋構造を形成したゲル粒子膜については、6質量%と33質量%の安定化剤の添加により(分散媒を除いた固体の質量分率)、また、チタン系架橋剤(TC-310)を添加したゲル粒子膜については、6質量%の安定化剤の添加(分散媒を除いた固体の質量分率)により、膜の膨潤が観察されたが、膜の断片化や破断は観察されなかった(図31(C))。TC-310で架橋構造を形成し、33質量%(分散媒を除いた固体の質量分率)の安定化剤を添加したゲル粒子膜については、温度変化を2サイクル行った後にも顕著な膨潤度の変化は観察されなかった。さらに、TC-310で架橋構造を形成し、33質量%(分散媒を除いた固体の質量分率)の安定化剤を添加したゲル粒子膜について、図15の反応器を用いて二酸化炭素可逆吸収性能の評価を行ったところ、安定化剤を加えていないゲル粒子膜に比べて、二酸化炭素の吸収量および放散量が10%程度低下したが、放散速度および吸収速度にほとんど悪影響がないことが確認された(図32)。図32中、「EVOH & TC-310」はTC-310で架橋構造を形成し、安定化剤EVOH (E44)を添加したものを表し、「無添加」はTC-310で架橋構造を形成し、安定化剤EVOH (E44)を添加していないものを表す。図32では、実験開始から14分、74分に反応器を30℃の水槽に入れて二酸化炭素の吸収量を測定し、実験開始から0分、60分に75℃の水槽に入れて二酸化炭素の放散量を測定した。図32では、0分、14分、60分、74の時点からのガス吸収体の放散および吸収量をグラフ化している。図32におけるグラフの縦軸が表す数値は、図12の縦軸が表す数値と同じである。
ゲル粒子膜の安定化剤としてポリビニルアルコール/ポリエチレン共重合体の他にポリビニルアミンについて検討を行った。
アミン含有ゲル粒子を溶解した水溶液とポリビニルアミン水溶液を様々な質量比で混合し、3日間撹拌した後、ガラスバイアルに塗布して40℃で減圧乾燥した後、80℃の常圧で1時間乾燥させた。これにより、ガラスバイアル内にアミン含有乾燥ゲル粒子膜を形成した。このアミン含有乾燥ゲル粒子膜に4当量の水を添加してゲル粒子膜とし、室温で10%二酸化炭素含有ガスを3時間流通し、二酸化炭素を溶解させた。次いで、ゲル粒子膜を75℃に昇温し、10%の二酸化炭素含有ガス存在下で12時間静置した。これにより、ポリビニルアミンの一級アミン間が二酸化炭素で架橋され、膜が安定化するか否かを調べた。ガラスバイアル内に200質量の水を注入し、1時間静置した後に、膜の安定性を観察した。その結果、9質量%(分散媒を除いた固体の質量分率)以上のポリビニルアミンを添加したゲル粒子膜が比較的安定であることがわかった。75℃に昇温し、10%の二酸化炭素含有ガス存在下で12時間静置する代わりに、室温で10%の二酸化炭素含有ガス存在下で12時間静置してものは膜の安定性が向上しなかった。このことから、膜内に溶解した二酸化炭素が75℃で架橋反応を起こし、膜を安定化していることが示唆された。
ゲル粒子膜の安定化剤として重合性化合物を採用し、重合開始剤の存在下で重合させることによるゲル粒子膜の安定化について検討を行った。
合成例1で得られたアミン含有ゲル粒子100mgをメタノール6mLに溶解させた。また、N,N-ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド(DMAPM)95質量部とN,N'-メチレンビスアクリルアミド(BIS)5質量部をメタノールに溶解させ、0.05mg/mL濃度のメタノール溶液を調整した。さらに、重合開始剤(IRGACURE184)のメタノール溶液も調製し、これら3種のメタノール溶液を混合した。混合比率は、アミン含有ゲル粒子100質量部に対して、DMAPMとBISの合計量が56質量部となるように混合した。また、重合開始剤は、モノマーに対して1/60モルとなる量で混合した。この混合溶液を、ステンレス製反応器にキャストして、室温でゆっくりと乾燥させ、次いで35℃の恒温槽内で乾燥させた。その後、紫外線を照射して重合させた。さらに水を添加して、均一な膜状を有するゲル粒子膜とした。この製法において、水の添加量を多量にしても、一部が膨潤するだけでほぼ均一な膜状を有するゲル粒子膜が得られた。
上記と同様の方法により、二酸化炭素の吸収放散実験を行った。図33では、最初の放散開始から25分、96分、167分に反応器を30℃の水槽に入れて二酸化炭素の吸収量を測定し、実験開始から0分、71分、142分に75℃の水槽に入れて二酸化炭素の放散量を測定した。図33では、0分、25分、71分、96分、142分、167分の時点からのガス吸収体の放散量あるいは吸収量をグラフ化している。図33におけるグラフの縦軸が表す数値は、図12の縦軸が表す数値と同じである。図33は、得られたゲル粒子膜が、極めて高い吸収速度、吸収量、放散量、放散速度を達成していることを示している。測定後のゲル粒子膜は、膨潤しすぎておらず安定であった。
上記実験において、重合性化合物として、DMAPM:BIS=95:5のかわりに、DMAPM:BIS:NIPAM=55:5:45の混合物を用いて、同様にしてゲル状膜を作製して、二酸化炭素の吸収と放散の試験を行い、膜状態を確認した。ここで、NIPAMとはN-イソプロピルアクリルアミドである。ガス吸収体の放散量あるいは吸収量をグラフ化した結果を図34に示す。図34に示すように、良好な吸収速度、吸収量、放散量、放散速度を達成した。ゲル状膜を形成する際に水を大量に添加しても膜は均一な状態を維持していた。また、ガス吸収放散試験後も、ゲル粒子膜は膨潤しすぎておらず安定であった。
また、上記実験において、重合性化合物として、DMAPM:BIS=95:5のかわりに、DMAPM:BIS:NIPAM=30:5:65の混合物を用いて、同様にしてゲル状膜を作製して、二酸化炭素の吸収と放散の試験を行い、膜状態を確認した。ガス吸収体の放散量あるいは吸収量をグラフ化した結果を図35に示す。図35に示すように、良好な吸収速度、吸収量、放散量、放散速度を達成した。ゲル状膜を形成する際に水を大量に添加しても膜は均一な状態を維持していた。また、ガス吸収放散試験後も、ゲル粒子膜は膨潤しすぎておらず安定であった。
さらに、上記実験において、重合性化合物としてDMAPM:BIS=95:5を用いる点は変えずに、溶媒をメタノールから水へ変更し、重合開始剤を2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenoneへ変更して同様にしてゲル状膜を作製して、二酸化炭素の吸収と放散の試験を行い、膜状態を確認した。ガス吸収体の放散量あるいは吸収量をグラフ化した結果を図36に示す。図36に示すように、良好な吸収量と放散量を達成したが、吸収速度と放散速度はやや遅かった。ゲル状膜を形成する際に水を大量に添加しても膜は均一な状態を維持していた。また、ガス吸収放散試験後も、ゲル粒子膜は膨潤しすぎておらず安定であった。
ゲル粒子膜に様々な低分子化合物を吸収放散促進剤として添加し、ゲル状膜に対する二酸化炭素の吸収量、吸収速度、放散量、放散速度の改善効果を検討した。
図15で示す反応器内にゲル粒子膜を形成し、下記式で表される低分子化合物をゲル粒子膜に添加するか、反応器内にアミン含有乾燥ゲル粒子を投入し、水、水をほとんど含まないPMDETA、またはPMDETAの水溶液を添加した。そして、図16の測定で用いたのと同じ条件で、二酸化炭素の吸収および放散を1サイクル行い、二酸化炭素の吸収量および放散量の経時変化を調べた。その結果を図37~42に示す。図37~図40中、「GP+H2O」は下記式で表される低分子化合物を含まないゲル粒子膜を表し、その他は、表中に示した低分子化合物をアミン濃度換算で3Nまたは13質量%の濃度で添加したゲル粒子膜を表す。図41~42中、「GP+H2O」はアミン含有乾燥ゲル粒子に水を添加したものを表し、「GP+PMDEA」は水をほとんど含まないPMDETAをアミン含有乾燥ゲル粒子に添加したものを表し、その他はアミン換算濃度で1N、3N、10NのPMDETA水溶液をアミン含有乾燥ゲル粒子に添加したものを表す。
図37~42から、アミン化合物、特にImino-bis(N,N-dimethylpropylamine)(IBDPA)やN,N’,N”-pentamethyldiethylenetriamine(PMDETA)を添加したゲル粒子膜で、吸収速度、吸収量、放散量、放散速度が飛躍的に改善されることが確認された。その際、アミン化合物の濃度が高すぎると、アミンに対する水の量が多すぎて、逆に吸収量が低下する傾向が見られ、吸収能を改善するためには、適度な量の水が存在することが重要であることが示唆された(図41、42)。アミンに対して水は5倍モル以上存在していることが好ましく、8倍モル以上存在していることがより好ましく、10倍モル以上存在していることがさらに好ましい。最適な条件でアミン化合物を添加したゲル粒子膜においては、吸収量および放散量ともに、促進剤を添加していないゲル粒子膜に比べて3~4倍向上した(図41、42)。
合成例1で得られたアミン含有ゲル粒子のメタノール溶液(100mg/6mL)をステンレス製容器内に注入し、80℃で乾燥した後、ステンレス製容器を外側から氷で冷却し、乾燥ナノゲル膜を作製した。この乾燥ナノゲル膜に、3Nのアミン水溶液400μLを一様に滴下した。このようにして得られたゲル粒子膜に対して、図16の測定で用いたのと同じ条件で、二酸化炭素の吸収および放散を1サイクル行い、二酸化炭素の放散量を調べた。種々の低分子のアミンを用いて放散量を調べた結果を図43に示す。図43に示すように、低分子のアミンを添加することにより、放散を促進できることが確認された。
また、アミン水溶液の濃度を6Nに変えて400μLを添加した場合と、アミン水溶液の濃度を8Nに変えて800μLを添加した場合についても、同様にしてゲル粒子膜を作製して、二酸化炭素の放散量を調べた。結果を図44に示す。図44に示すように、TMDAHはアミンの濃度が高すぎると二酸化炭素の放散量が減少する傾向が見られたが、PMDETAとIPAEは高いアミン濃度においても、高い二酸化炭素の放散量を実現しうることが確認された。特に、IPAEは高いアミン濃度においても顕著に高い二酸化炭素の放散量を実現しており、格段に優れた効果を示した。アミン濃度が高い状況は、アミンに対する水の量が少ない状況であることを意味しているが、そのような水の量が少ない状況下においても、IPAEは顕著に高い二酸化炭素の放散量を実現した。
2 ブチルゴムガスケット
3 ガス吸収体
4 ネジ
5 ガス入り口
6 ガス出口
11 空間部
12 整流用の板
13 ガス入り口
14 ガス出口
21 熱交換器
22、33 脱硫器
23 ガス吸収体
24 第1パイプ
25 第2パイプ
26 第3パイプ
26a 循環経路
26b 分岐経路
31 第1熱交換器
32 第2熱交換器
34 第1タンク
35 第2タンク
36 第1パイプ
37 第2パイプ
37a 主経路
37b 第1経路
37c 第2経路
38、39 ゲル粒子膜
Claims (10)
- アミノ基を有する高分子化合物粒子を含むガス吸収材料であって、下記(1)~(3)のいずれかの条件を満たすことを特徴とするガス吸収材料。
(1)ガス吸収材料が、さらに分子量が61~10000のアミン含有化合物を吸収促進剤、放散促進剤、または吸収放散促進剤として含むとともに、重合可能な化合物が前記高分子化合物粒子と混合した状態で重合反応することにより生成した高分子化合物を含む安定化剤を含む。
(2)ガス吸収材料がさらに分子量が61~10000のアミン含有化合物を吸収促進剤、放散促進剤、または吸収放散促進剤として含み、ガス吸収材料に含まれる前記アミノ基を有する高分子化合物粒子が、アミノ基を有するモノマーであるN置換(メタ)アクリルアミドモノマーを含むモノマーの重合体である。
(3)ガス吸収材料が、さらに、安定化剤として、1級アミノ基、2級アミノ基および3級アミノ基の少なくともいずれかを有する高分子化合物と、重合可能な化合物が前記高分子化合物粒子と混合した状態で重合反応することにより生成した高分子化合物とを含む。 - 前記(1)または前記(3)の条件を満たす、請求項1に記載のガス吸収材料。
- 前記安定化剤は、ポリビニルアミンまたはポリビニルアミンの誘導体を含む請求項2に記載のガス吸収材料。
- 前記ガス吸収材料が前記高分子化合物粒子のゲル粒子膜であり、前記安定化剤は、重合可能な化合物がゲル粒子膜内で重合反応することにより生成した高分子化合物を含む請求項2または3に記載のガス吸収材料。
- 前記重合可能な化合物が、アクリルアミドまたはアクリルアミド誘導体である請求項4に記載のガス吸収材料。
- 前記重合可能な化合物として、置換アミノアルキルアクリルアミドと重合性基を2個有するアクリルアミド誘導体とを含有する請求項4または5に記載のガス吸収材料。
- 前記安定化剤は、架橋剤を含む請求項2~6のいずれか1項に記載のガス吸収材料。
- 前記架橋剤は、チタン架橋剤である請求項7に記載のガス吸収材料。
- 前記(2)の条件を満たす、請求項1に記載のガス吸収材料。
- 膜状である、請求項1~9のいずれか1項に記載のガス吸収材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023031735A JP2023071863A (ja) | 2014-08-15 | 2023-03-02 | ガス吸収材料、そのガス吸収への使用、ガス吸収体およびガス吸収方法、並びに、酸性ガス吸収装置、酸性ガス回収装置、水蒸気吸収装置、水蒸気回収装置、熱交換器および熱回収装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014165452 | 2014-08-15 | ||
JP2014165452 | 2014-08-15 | ||
JP2016542612A JP6889554B2 (ja) | 2014-08-15 | 2015-08-14 | ガス吸収材料、そのガス吸収への使用、ガス吸収体およびガス吸収方法、並びに、酸性ガス吸収装置、酸性ガス回収装置、水蒸気吸収装置、水蒸気回収装置、熱交換器および熱回収装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016542612A Division JP6889554B2 (ja) | 2014-08-15 | 2015-08-14 | ガス吸収材料、そのガス吸収への使用、ガス吸収体およびガス吸収方法、並びに、酸性ガス吸収装置、酸性ガス回収装置、水蒸気吸収装置、水蒸気回収装置、熱交換器および熱回収装置 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023031735A Division JP2023071863A (ja) | 2014-08-15 | 2023-03-02 | ガス吸収材料、そのガス吸収への使用、ガス吸収体およびガス吸収方法、並びに、酸性ガス吸収装置、酸性ガス回収装置、水蒸気吸収装置、水蒸気回収装置、熱交換器および熱回収装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021121435A JP2021121435A (ja) | 2021-08-26 |
JP7244122B2 true JP7244122B2 (ja) | 2023-03-22 |
Family
ID=55304259
Family Applications (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016542612A Active JP6889554B2 (ja) | 2014-08-15 | 2015-08-14 | ガス吸収材料、そのガス吸収への使用、ガス吸収体およびガス吸収方法、並びに、酸性ガス吸収装置、酸性ガス回収装置、水蒸気吸収装置、水蒸気回収装置、熱交換器および熱回収装置 |
JP2021085662A Active JP7244122B2 (ja) | 2014-08-15 | 2021-05-20 | ガス吸収材料、そのガス吸収への使用、ガス吸収体およびガス吸収方法、並びに、酸性ガス吸収装置、酸性ガス回収装置、水蒸気吸収装置、水蒸気回収装置、熱交換器および熱回収装置 |
JP2023031735A Pending JP2023071863A (ja) | 2014-08-15 | 2023-03-02 | ガス吸収材料、そのガス吸収への使用、ガス吸収体およびガス吸収方法、並びに、酸性ガス吸収装置、酸性ガス回収装置、水蒸気吸収装置、水蒸気回収装置、熱交換器および熱回収装置 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016542612A Active JP6889554B2 (ja) | 2014-08-15 | 2015-08-14 | ガス吸収材料、そのガス吸収への使用、ガス吸収体およびガス吸収方法、並びに、酸性ガス吸収装置、酸性ガス回収装置、水蒸気吸収装置、水蒸気回収装置、熱交換器および熱回収装置 |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023031735A Pending JP2023071863A (ja) | 2014-08-15 | 2023-03-02 | ガス吸収材料、そのガス吸収への使用、ガス吸収体およびガス吸収方法、並びに、酸性ガス吸収装置、酸性ガス回収装置、水蒸気吸収装置、水蒸気回収装置、熱交換器および熱回収装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10987652B2 (ja) |
EP (1) | EP3181223A4 (ja) |
JP (3) | JP6889554B2 (ja) |
WO (1) | WO2016024633A1 (ja) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7122752B2 (ja) * | 2016-02-25 | 2022-08-22 | 国立大学法人九州大学 | 単層膜、複合体、ガス分離材、フィルター、ガス分離装置および複合体の製造方法 |
JP6726496B2 (ja) * | 2016-03-23 | 2020-07-22 | 大阪瓦斯株式会社 | ランキンサイクル装置 |
WO2018021974A1 (en) * | 2016-07-28 | 2018-02-01 | Nanyang Technological University | Composite material, its manufacture and use in gas purification |
AU2017364475B2 (en) * | 2016-11-25 | 2022-05-05 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | "A particulate material and a method for removing one or more contaminants from hydrocarbon gas" |
CN109107373B (zh) * | 2018-08-16 | 2020-12-11 | 西安热工研究院有限公司 | 一种可用于燃煤烟气脱硝的脱硝剂及其制备方法 |
CN109078471A (zh) * | 2018-09-07 | 2018-12-25 | 江苏超跃化学有限公司 | 一种利用电导率仪处理氯化尾气的方法 |
US11992801B2 (en) * | 2019-04-11 | 2024-05-28 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University | System, method, and device for small scale carbon dioxide collection |
WO2020235622A1 (ja) | 2019-05-21 | 2020-11-26 | 国立大学法人九州大学 | ポリマー材料およびその製造方法、ガス吸収材料、ガス回収装置 |
EP3974056A4 (en) * | 2019-05-21 | 2023-07-12 | Kyushu University, National University Corporation | GAS ABSORBING MATERIAL, GAS ABSORBING BODY, GAS SEPARATION MATERIAL, FILTER, AND GAS SEPARATION DEVICE |
JPWO2023080204A1 (ja) | 2021-11-04 | 2023-05-11 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012030222A (ja) | 2010-07-01 | 2012-02-16 | Asahi Kasei Corp | 二酸化炭素吸収用ポリマー、該ポリマーを利用した二酸化炭素の分離回収方法 |
JP2012179584A (ja) | 2011-03-03 | 2012-09-20 | Nitto Boseki Co Ltd | Co2吸収材及びその製造方法 |
US20130213229A1 (en) | 2012-02-17 | 2013-08-22 | Archon Technologies Ltd. | Sorbents for the recovery and stripping of acid gases |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3578383D1 (de) * | 1984-05-28 | 1990-08-02 | Mitsui Toatsu Chemicals | Mittel fuer die absorption und entweichung von wasserdampf. |
JPS61167919U (ja) * | 1985-04-01 | 1986-10-18 | ||
US4675309A (en) * | 1985-04-22 | 1987-06-23 | Hidefumi Hirai | Adsorbent for use in selective gas adsorption-separation and a process for producing the same |
EP1850947A4 (en) * | 2005-02-24 | 2009-06-03 | Co2 Solution Inc | IMPROVED CO2 ABSORPTION SOLUTION |
EP1832341A1 (en) * | 2006-03-10 | 2007-09-12 | MPG Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Highly efficient desalination and ion exchange using a thermoreversible polymer |
JP5238487B2 (ja) | 2008-12-26 | 2013-07-17 | 株式会社東芝 | 炭酸ガス回収剤及び炭酸ガス回収方法 |
US20120216678A1 (en) * | 2009-08-11 | 2012-08-30 | Frank Haiko Geuzebroek | Absorbent composition and process for removing co2 and/or h2s from a gas comprising co2 and/or h2s |
US8138117B2 (en) * | 2009-09-08 | 2012-03-20 | Battelle Memorial Institute | Functionalized sorbent for chemical separations and sequential forming process |
CN108579706A (zh) * | 2011-05-17 | 2018-09-28 | 恩弗里德系统公司 | 用于从室内空气降低二氧化碳的吸着剂 |
JP5688335B2 (ja) | 2011-07-04 | 2015-03-25 | 旭化成株式会社 | 二酸化炭素吸収剤及び該吸収剤を用いた二酸化炭素の分離回収方法 |
EP2745930B1 (en) | 2011-08-19 | 2020-12-23 | Kyushu University, National University Corporation | System and method for generating ion concentration gradient by means of a temperature-responsive electrolyte material, and use of the system for recovering an acid gas. |
-
2015
- 2015-08-14 EP EP15831682.8A patent/EP3181223A4/en active Pending
- 2015-08-14 US US15/504,110 patent/US10987652B2/en active Active
- 2015-08-14 WO PCT/JP2015/072954 patent/WO2016024633A1/ja active Application Filing
- 2015-08-14 JP JP2016542612A patent/JP6889554B2/ja active Active
-
2021
- 2021-05-20 JP JP2021085662A patent/JP7244122B2/ja active Active
-
2023
- 2023-03-02 JP JP2023031735A patent/JP2023071863A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012030222A (ja) | 2010-07-01 | 2012-02-16 | Asahi Kasei Corp | 二酸化炭素吸収用ポリマー、該ポリマーを利用した二酸化炭素の分離回収方法 |
JP2012179584A (ja) | 2011-03-03 | 2012-09-20 | Nitto Boseki Co Ltd | Co2吸収材及びその製造方法 |
US20130213229A1 (en) | 2012-02-17 | 2013-08-22 | Archon Technologies Ltd. | Sorbents for the recovery and stripping of acid gases |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Hoshino Yu, et al.,Reversible Absorption of CO2 Triggered by Phase Transition of Amine-Containing Micro- and Nanogel Pa,Journal of the American Chemical Society,134,2012年10月23日,p.18177-18180,supporting information,S1-S8,ISSN 0002-7863 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2023071863A (ja) | 2023-05-23 |
US20170259245A1 (en) | 2017-09-14 |
EP3181223A4 (en) | 2018-04-18 |
JPWO2016024633A1 (ja) | 2017-06-29 |
JP2021121435A (ja) | 2021-08-26 |
JP6889554B2 (ja) | 2021-06-18 |
WO2016024633A1 (ja) | 2016-02-18 |
US10987652B2 (en) | 2021-04-27 |
EP3181223A1 (en) | 2017-06-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7244122B2 (ja) | ガス吸収材料、そのガス吸収への使用、ガス吸収体およびガス吸収方法、並びに、酸性ガス吸収装置、酸性ガス回収装置、水蒸気吸収装置、水蒸気回収装置、熱交換器および熱回収装置 | |
JP6349556B2 (ja) | 吸湿材およびこれを用いた除湿機 | |
JP7454755B2 (ja) | 単層膜、複合体、ガス分離材、フィルター、ガス分離装置および複合体の製造方法 | |
Yue et al. | Temperature‐responsive microgel films as reversible carbon dioxide absorbents in wet environment | |
JP4697413B2 (ja) | 吸着型ヒートポンプ用水蒸気吸着材及び該吸着材を用いた吸着型ヒートポンプ装置 | |
Luo et al. | Performance of strong ionic hydrogels based on 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonate as draw agents for forward osmosis | |
Zhang et al. | Construction of ionic thermo-responsive PNIPAM/γ-PGA/PEG hydrogel as a draw agent for enhanced forward-osmosis desalination | |
JP5700668B2 (ja) | 二酸化炭素吸収用ポリマー、該ポリマーを利用した二酸化炭素の分離回収方法 | |
JP2005009703A (ja) | 吸放出体及びそれを用いた冷温熱システム | |
Liu et al. | Synthesis, characterization and CO2 adsorption performance of a thermosensitive solid amine adsorbent | |
WO2020235622A1 (ja) | ポリマー材料およびその製造方法、ガス吸収材料、ガス回収装置 | |
Tang et al. | Homogeneous preparation of aerocellulose grafted acrylamide and its CO2 adsorption properties | |
Ozsoy et al. | Graphene nanoplate incorporated Gelatin/poly (2-(Acryloyloxy) ethyl trimethylammonium chloride) composites hydrogel for highly effective removal of Alizarin Red S from aqueous solution | |
WO2020235623A1 (ja) | ガス吸収材料、ガス吸収体、ガス分離材、フィルターおよびガス分離装置 | |
Gao et al. | Polyethylene/poly (N, N-dimethyl acrylamide) hybrid hydrogel membrane for total heat exchanger | |
Aki et al. | Design Rationale for CO2 Separation Membranes with Micropatterned Surface Structures | |
Sami et al. | Development of an amine-impregnated polymer aerogel for CO2 capture | |
Bai et al. | Performance evaluation of PVA/PEO/LiCl composite as coated heat exchangers desiccants | |
JP6775049B2 (ja) | 吸水性樹脂粒子 | |
CN117884103A (zh) | 一种多层级孔结构聚合物基固体胺脱碳剂及其制备方法 | |
Jia et al. | κ‐Carrageenan/poly (sodium styrenesulfonate‐co‐acrylic acid) macroporous anionic monoliths: Dye adsorption and oil–water separation properties | |
岳梦晨 | Development of Hydrogel Films Consisting of Thermal Responsive Amine-Functionalized Microgel Particles and Linear Polymers as CO2 Absorbent in Wet Environment | |
WO2023028652A1 (en) | Thermally conductive hydrogels for acidic gas capture |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210520 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220314 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220329 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20220530 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220719 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221101 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221219 |
|
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: 20230131 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230302 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7244122 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |