JPWO2016208718A1 - 二酸化炭素吸収材、ペレットおよびフィルター - Google Patents

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Abstract

気体中に水が含まれている場合であっても、気体中に含まれる二酸化炭素の吸収効率の低下を抑制する。二酸化炭素吸収材（１０）は、気体中に含まれる二酸化炭素を吸収するものであり、水溶性を示す４価のリチウムシリケートを含んでいる。

Description

本発明は、気体中に含まれる二酸化炭素を吸収する二酸化炭素吸収材等に関する。
近年、米国ローレンス・バークレー国立研究所から二酸化炭素濃度が２５００ｐｐｍ以上になると思考力が低下するとの報告がなされているように、空気中の二酸化炭素濃度が特定の濃度以上になると、人体へ悪影響を及ぼすため、空気中の二酸化炭素濃度の上昇を防ぐ必要がある。また、分析機器の中には、取り込んだ空気からの二酸化炭素の除去を必要とするものもある。そのため、従来から、気体中に含まれる二酸化炭素を除去する技術が開発されている。このような技術は、例えば特許文献１〜３に開示されている。
特許文献１には、気体流中の二酸化炭素を、ゼオライトに吸着させることにより、当該二酸化炭素を除去する技術が開示されている。特許文献２には、燃焼排ガスをアミン水溶液に接触させることにより、燃焼排ガス中の二酸化炭素を除去する技術が開示されている。特許文献３には、所定量の水を含有している、リチウムシリケートを主成分とする炭酸ガス吸収材が開示されている。
日本国公開特許公報「特開平１１−２５３７３６号公報（１９９９年９月２１日公開）」 日本国公開特許公報「特開平８−２５２４３０号公報（１９９６年１０月１日公開）」 日本国公開特許公報「特開２００３−１２６６８８号公報（２００３年５月７日公開）」
しかしながら、特許文献１に開示のゼオライトは、親水性のため、水と二酸化炭素とを含む気体中から二酸化炭素を分離吸着する場合、水を優先的に吸着してしまうため、二酸化炭素を分離吸着する能力が著しく低下するという問題があった。また、特許文献１の技術では、ゼオライトが水を吸着しないようにするために除湿機構が必要になるという問題があった。
特許文献２に開示のアミン水溶液は、一定以上の濃度を有する水溶液である。そのため、上記気体中から二酸化炭素を分離吸収する場合、常に再生しておかないとアミン水溶液の濃度が低下してしまい、二酸化炭素の吸収特性が低下してしまうという問題があった。すなわち、一定以上の濃度を保持するようにアミン水溶液を処理しておかないと、アミン水溶液の濃度が低下し、二酸化炭素を吸収することができなくなってしまうという問題があった。また、特許文献２の技術では、二酸化炭素の吸収が再び可能となるようにアミン水溶液の濃度を調整する吸収再生機構が必要になるという問題があった。
また、特許文献３に開示の炭酸ガス吸収材では、二酸化炭素と共に水を吸収することにより、炭酸ガス吸収材に含まれる水の含有量が変化してしまう。そのため、水の含有量が上記所定量を超えた場合には、二酸化炭素を吸収できなくなってしまうという問題があった。
このように、特許文献１〜３の技術では、上記気体中から、二酸化炭素を長時間に亘り吸収し続けることが困難であった。すなわち、特許文献１〜３の技術では、気体中に水が含まれている場合に、気体中に含まれる二酸化炭素の吸収効率の低下を抑制することが困難であった。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、気体中に水が含まれている場合であっても、気体中に含まれる二酸化炭素の吸収効率の低下を抑制することが可能な二酸化炭素吸収材を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る二酸化炭素吸収材は、気体中に含まれる二酸化炭素を吸収する二酸化炭素吸収材であって、水溶性を示す４価のリチウムシリケートを含んでいる。
本発明の一態様によれば、気体中に水が含まれている場合であっても、気体中に含まれる二酸化炭素の吸収効率の低下を抑制することができるという効果を奏する。
本発明の実施形態１に係る、容器内の二酸化炭素の濃度を測定する測定機構の一例を示す図である。 本発明の実施形態１に係る二酸化炭素吸収材の、Ｘ線回折装置による測定結果の一例を示すグラフである。 粉体Ｘまたは粉体Ｙを含む水溶液の、２４０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する光に対する透過率を示すグラフである。 上記測定機構で測定された、経過時間に伴う容器内の二酸化炭素の濃度の推移の一例を示すグラフである。 上記測定機構で測定された、経過時間に伴う、異なる２つの湿度に対する容器内の二酸化炭素の濃度の推移の一例を示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態２に係るフィルターの一例を示す図である。 本発明の実施形態３に係る、容器内の二酸化炭素の濃度を測定する測定機構の一例を示す図である。 上記測定機構で測定された、経過時間に伴う容器内の二酸化炭素の濃度の推移の一例を示すグラフである。 上記測定機構で測定された、経過時間に伴う容器内の二酸化炭素の濃度の推移の別例を示すグラフである。 上記測定機構で測定された、経過時間に伴う容器内の二酸化炭素の濃度の推移の更なる別例を示すグラフである。 上記測定機構で測定された、経過時間に伴う容器内の二酸化炭素の濃度の推移の更なる別例を示すグラフである。 上記測定機構で測定された、経過時間に伴う容器内の二酸化炭素の濃度の推移の更なる別例を示すグラフである。 本発明の実施形態３に係る、容器内の二酸化炭素の濃度を測定する測定機構の別例を示す図である。 図１３に示す測定機構で測定された、経過時間に伴う容器内の二酸化炭素の濃度の推移の一例を示すグラフである。 水溶性を示す４価のリチウムシリケートに対する炭酸カリウムの添加量と、所定時間あたりの二酸化炭素濃度の減少量との関係の一例を示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態４に係るフィルターの一例を示す図である。
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図１〜５に基づいて詳細に説明する。
＜二酸化炭素吸収材１０＞
図１は、本実施形態に係る、容器１内の二酸化炭素の濃度を測定する測定機構の一例を示す図である。具体的には、図１に示す測定機構は、二酸化炭素吸収材１０等による二酸化炭素の吸収量を測定するものである。当該測定機構による測定結果については、実施例として後述する。
図１に示す本実施形態の二酸化炭素吸収材１０は、気体中に含まれる二酸化炭素を吸収することが可能なものである。具体的には、二酸化炭素吸収材１０は、水（すなわち水蒸気）と二酸化炭素（すなわち炭酸ガス）とを含む気体中から、少なくとも一部の二酸化炭素を分離して、当該二酸化炭素を吸収することが可能なものである。また、二酸化炭素吸収材１０は、水溶性を示す４価のリチウムシリケート（Ｌｉ４ＳｉＯ４）を含んでいる。
後述する実施例の二酸化炭素吸収材１０は、そのほとんどが水溶性を示す４価のリチウムシリケートから構成されており、当該リチウムシリケートを主成分とするものである。本実施形態では、二酸化炭素吸収材１０に含まれている全物質に対する、水溶性を示す４価のリチウムシリケートの割合が例えば８０％以上であれば、当該リチウムシリケートが二酸化炭素吸収材１０の主成分であるものとする。
ここで、４価のリチウムシリケートは、上記気体中から二酸化炭素を分離して吸収することが可能な材料であり、公表されている安全性データシートにおいては、一般には水に対して不溶性を示す。すなわち、特許文献３に開示の４価のリチウムシリケートを含め、従来の４価のリチウムシリケートが水に対して不溶性を示すことは、上記安全性データシートから明らかである。しかし、本発明者らは、鋭意研究の結果、後述する作製方法によって作製することにより、上記気体中から長時間に亘り二酸化炭素を分離して吸収することが可能な、水溶性を示す４価のリチウムシリケートを取得することが可能であることを見出した。ただし、後述の作製方法において、どのようなメカニズムにより水溶性を示す４価のリチウムシリケートが作製されるのかは現時点では不明である。
＜実施例＞
次に、二酸化炭素吸収材１０の作製方法、および当該作製方法により作製された二酸化炭素吸収材１０の吸収特性について説明する。
（二酸化炭素吸収材１０の作製方法）
二酸化炭素吸収材１０の作製方法の一例について説明する。
まず、二酸化珪素（ＳｉＯ２）および炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）のモル比が１：２となるよう秤量する（秤量工程）。その後、二酸化珪素および炭酸リチウムを３次元ミルに挿入する。そして、二酸化珪素および炭酸リチウムを約１０分間、ＺｒＯ２ボールを用いて、３次元ミルで混合する（混合工程）。本作製方法において用いた３次元ミルは、（株）ナガオシステム製の３Ｄ−２１０−Ｄ２である。
３次元ミルで混合された二酸化珪素および炭酸リチウム（混合粉体）を電気炉にて、約７００℃の温度で１０時間加熱する（加熱工程）。加熱後の混合粉体を乳鉢にて粉砕し、粉砕後の粉体をふるいに通す（粉砕工程）。このようにして、粉体（粉末状）の４価のリチウムシリケートが作製される。本実施例の作製方法によって作製された４価のリチウムシリケートの粒径は、約２０μｍ（Ｄ５０：メジアン径）である。このように作製された４価のリチウムシリケートを粉体Ｘとする。また、目開きの異なるふるいを用いてもよい。この場合、粒径が約８μｍ（Ｄ５０：メジアン径）である４価のリチウムシリケート（粉体Ｙとする）を得ることができる。そして、本発明者らは、このように作製された４価のリチウムシリケートが水に溶けることを確認した。
なお、上記混合工程における混合時間は、上記秤量工程で秤量される二酸化珪素および炭酸リチウムの全重量により変動するものである。また、上記加熱工程における加熱温度および加熱時間は、用いる電気炉により変動するものである。用いる電気炉の違いを考慮すれば、加熱温度は、例えば６００℃以上１０００℃以下であればよく、加熱時間は、例えば５時間以上４０時間であればよい。
（同定）
図２は、本実施形態に係る二酸化炭素吸収材１０の、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ；X-ray diffraction）による測定結果の一例を示すグラフである。本発明者らは、Ｘ線回折装置を用いて、上記作製方法にて作製された実際の物質を同定することにより、当該物質が４価のリチウムシリケートであるか否かについて確認した。図２において、横軸は回折角度を示し、縦軸は物質での散乱後のＸ線強度を示す。また、図２の「Ｌｉ４ＳｉＯ４」（実線）は、測定対象が上記物質であるときの測定結果である。一方、図２の「Ｌｉ４ＳｉＯ４−ｒｅｆ（３７−１４７２）」（三角印）は、リファレンスとしてのＬｉ４ＳｉＯ４（既知物質である、水に対して不溶性を示すＬｉ４ＳｉＯ４）の解析結果を示すものである。
その結果、図２に示すように、上記物質（実線）は、リファレンスとしてのＬｉ４ＳｉＯ４と略同一の回折角度においてピークを有していることがわかる。すなわち、上記物質のピークの出現パターンは、リファレンスとしてのＬｉ４ＳｉＯ４のピークの出現パターンと略一致していることがわかる。そして、図２には、例えば２価のリチウムシリケートの特徴を示すピークは現れていない。したがって、上記物質は、４価のリチウムシリケートであると同定することができる。すなわち、上記作製方法にて作製された二酸化炭素吸収材１０は、４価のリチウムシリケートを主成分として含むものであると特定することができる。
（水溶性の確認）
また、本発明者らは、水に対して不溶性を示す従来の４価のリチウムシリケートとは異なり、上記物質が水溶性を示す４価のリチウムシリケートであることを室温の水に滴下することで確認している。ここでは、４価のリチウムシリケート（例えば、粉体Ｘ）を０．０１グラム、および室温の蒸留水（ｐＨ６．０以上８．０以下）を６グラム、透明なガラス容器に入れ、５分以上撹拌子およびスターラーを用いて撹拌することにより、当該４価のリチウムシリケートを０．１７重量％（≒０．０１／６．０１×１００）含む水溶液を調製する。そして、攪拌後の水溶液が目視にて透明である場合、作製された４価のリチウムシリケートは水溶性を示すものとして特定することができる。
また、上記水溶液の、２４０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する光に対する透過率が８８％以上である場合、作製された４価のリチウムシリケートが水溶性を示すものと特定してもよい。換言すれば、４価のリチウムシリケートを０．１７重量％含む水溶液を調製した場合の、当該水溶液の透過率が、当該水溶液に照射される光の波長が上記波長範囲である場合において８８％以上である場合、作製された４価のリチウムシリケートが水溶性を示すものと特定してもよい。
なお、上記透過率は、分光光度計（例えば日本分光（株）製Ｖ−５５０）を用い、石英セルに上記蒸留水を入れて測定した透過率を１００％とした場合に、上記水溶液を石英セルに入れて測定したときに得られる値である。図３は、粉体Ｘ、および粉体Ｙを含む水溶液の、上記波長範囲の光に対する透過率を示している。図３に示すように、粉体Ｘ、および粉体Ｙを含む水溶液の当該透過率は、ともに８８％以上であることがわかる。
さらには、上述した確認方法以外の以下のような方法においても、作製された４価のリチウムシリケートが水溶性を示すことを確認することができる。
例えば、密閉可能な容器に、室温の蒸留水（ｐＨ６．０以上８．０以下）を２０グラム入れ、そこに４価のリチウムシリケート（例えば、粉体Ｘ）を１グラム添加し、撹拌子およびスターラーを用いて沈殿が生じないように約５分間激しく撹拌する。その後、濾紙（例えば、ＧＥヘルスケア・ジャパン（株）製ガラス繊維濾紙ＧＦ／Ｂ）を用いて吸引濾過を行った濾液を１５グラム、磁製蒸発皿に入れ、７０℃以上の水浴に約３０分間浸す。その後、磁製蒸発皿を１１０℃で２時間保持することにより水分を蒸発させる。水分を蒸発させた後の濾液１００グラムあたりに対する磁製蒸発皿の重量増加が３．６グラム以上である場合、作製された４価のリチウムシリケートが水溶性を示すものと特定することができる。換言すれば、蒸留水２０グラムに対して４価のリチウムシリケート１グラムの割合で、当該４価のリチウムシリケートを当該蒸留水に溶かすことによって調製した水溶液を濾過した濾液１００グラムを１１０℃で２時間保持した後に得られる蒸発残留物の重量が３．６グラム以上である場合、二酸化炭素吸収材１０に含まれる４価のリチウムシリケートが水溶性を示すものと特定することができる。
また、上記において１１０℃で２時間保持して水分を蒸発させた後に、例えば電気炉にて７００℃で１０時間、磁製蒸発皿を保持する。当該保持後の濾液１００グラムあたりに対する磁製蒸発皿の重量増加が２．９グラム以上である場合についても、作製された４価のリチウムシリケートが水溶性を示すものと特定してもよい。換言すれば、蒸留水２０グラムに対して４価のリチウムシリケート１グラムの割合で、当該４価のリチウムシリケートを当該蒸留水に溶かすことによって調製した水溶液を濾過した濾液１００グラムを１１０℃で２時間保持し、さらに７００℃で１０時間保持した後に得られる蒸発残留物の重量が２．９グラム以上である場合についても、二酸化炭素吸収材１０に含まれる４価のリチウムシリケートが水溶性を示すものと特定することができる。
ここで、上記のように１１０℃で２時間保持することにより、磁製蒸発皿内の水分を十分に蒸発させることは可能であるが、磁製蒸発皿に水分が残っている可能性もわずかではあるが否定できない。また、２時間保持している間に４価のリチウムシリケートが二酸化炭素を吸収している可能性もある。そのため、上記２時間保持した後に得られる蒸発残留物の重量（３．６グラム以上）には、４価のリチウムシリケートの他、蒸発しきれなかった水分、および当該リチウムシリケートが吸収した二酸化炭素の重量が含まれている可能性がある。上記のように、１１０℃で２時間保持した後の磁製蒸発皿を、さらに７００℃で１０時間保持することにより、２時間保持しても蒸発されなかった水分、および２時間保持している間に４価のリチウムシリケートに吸収された二酸化炭素をほとんど除去することができる。したがって、さらに７００℃で１０時間保持した場合には、蒸発残留物のほとんどを４価のリチウムシリケートとすることができるため、より精度高くリチウムシリケートの重量を測定することができる。
なお、この水溶性か、水に対して不溶性かの相違の理由の一例としては、本実施形態の４価のリチウムシリケートの結晶性と、従来の４価のリチウムシリケートの結晶性とが互いに相違していることによることが考えられる。しかしながら、上記相違の理由（本実施形態の４価のリチウムシリケートが水溶性を有する理由（メカニズム））については、本願の基礎出願の出願時点では解明されていない。
また、作製された４価のリチウムシリケートがペレット等の塊状である場合、乳鉢またはボールミル等を用いて粉砕し、粉体状態とすることで、その水溶性を確認することができる。なお、二酸化炭素吸収材１０が４価のリチウムシリケート以外の物質を含む場合、公知の技術を用いて４価のリチウムシリケートのみを取り出すことが可能であれば、取り出した上で水溶性を確認する。なお、実施形態３の二酸化炭素吸収材１０ａについても同様である。
（二酸化炭素吸収材１０の吸収特性）
次に、上記作製方法にて作製された二酸化炭素吸収材１０の吸収特性についての確認結果を、図１、図４および図５に基づいて説明する。図４は、図１に示す測定機構で測定された、経過時間に伴う容器１内の二酸化炭素の濃度の推移の一例を示すグラフである。図５は、図１に示す測定機構で測定された、経過時間に伴う、異なる２つの湿度に対する容器１内の二酸化炭素の濃度の推移の一例を示すグラフである。
図１に示す測定機構は、上記作製方法にて作製された二酸化炭素吸収材１０等の、様々な二酸化炭素吸収材の二酸化炭素の吸収量を測定するものであり、容器１、濃度測定器２および皿３を備えている。この測定機構は、実際には、容器１の内部に含まれる気体中の二酸化炭素の濃度を測定することにより、二酸化炭素吸収材の二酸化炭素の吸収量を測定する。
容器１は、水と二酸化炭素とを含む気体を充填して測定環境をその内部に作り出すことが可能なものであり、上部には蓋（不図示）を備えている。また、本実施例では、容器１の材質はアクリルであるが、上記測定環境を提供できれば、その材質は特に限定されない。濃度測定器２は、上記蓋を閉めて密閉した状態の容器１の内部に含まれる気体中の二酸化炭素の濃度を測定するものであり、容器１に内蔵されている。皿３は、様々な二酸化炭素吸収材を載置するためのものであり、容器１の内部に載置される。
本実施例の測定方法は以下のとおりである。まず、アクリル製でかつ内容積１２リットルの容器１を、温度２３℃、湿度５５％ＲＨ（relative humidity）の大気中に載置し、容器１の内部を当該大気と同一の雰囲気とした。その後、上記作製方法にて作製した、水溶性を示す４価のリチウムシリケートが主成分である二酸化炭素吸収材１０を０．１グラム、皿３に入れて、当該皿３を容器１の内部に載置した。その後、容器１の蓋を閉めて、容器１の内部を密閉した。この状態において、濃度測定器２によって、容器１の内部に含まれる二酸化炭素の濃度を経時的に測定した。図４は、その測定結果を示すものである。
図４に示すように、測定開始後しばらくの期間（本実施例では、図４に示すように測定開始から数十分程度の間）、容器１の内部に含まれる二酸化炭素の濃度は、その後の期間に比べて急激に低下している。これは、二酸化炭素吸収材１０による二酸化炭素の吸収と、二酸化炭素吸収材１０の表面における二酸化炭素の物理吸着とに起因するものと推察される。
その後、上記二酸化炭素の濃度の単位時間あたりの減少量が、測定開始後の上記期間の単位時間あたりの減少量よりも少なくなっているが、上記二酸化炭素の濃度は減少し続けていることがわかる。時間経過とともに、容器１の内部に含まれる二酸化炭素の濃度も低下していることを加味すれば、上記二酸化炭素の濃度は、略一定の割合で減少し続けているといえる。すなわち、測定開始後の上記期間を経過した後の、二酸化炭素吸収材１０の二酸化炭素の吸収速度（図４に示すグラフの傾き）は、略一定であるといえる。そして、図４に示すように、測定開始から約３０時間に亘り、容器１中の二酸化炭素の濃度は減少し続けていることがわかる。
また、別の測定方法においては、容器１を温度２３℃以上２４℃以下、湿度２５％ＲＨ、または６６％ＲＨの大気中に載置し、容器１の内部を当該大気と同一の雰囲気とした。その後、二酸化炭素吸収材１０を０．５グラム、皿３に入れて、当該皿３を容器１の内部に載置した。その後、容器１の蓋を閉めて、容器１の内部を密閉した。湿度２５％ＲＨおよび６６％ＲＨのそれぞれの状態において、濃度測定器２によって、容器１の内部に含まれる二酸化炭素の濃度を経時的に測定した。
図５は、その測定結果を示すものである。図５に示す各経過時間における二酸化炭素の濃度は、各経過時間における濃度測定器２が示す二酸化炭素の濃度から、経過時間０（すなわち計測開始時）における濃度測定器２が示す二酸化炭素の濃度を減算した値である。また、図５では、経過時間０における濃度測定器２が示す二酸化炭素の濃度が０ｐｐｍとなるようにした。
図５に示すように、湿度６６％ＲＨの方が湿度２５％ＲＨよりも二酸化炭素の濃度の減少量が多くなっていることがわかる。すなわち、６６％ＲＨという高い湿度の環境下に二酸化炭素吸収材１０を載置した場合の方が、２５％ＲＨという低い湿度の環境下に二酸化炭素吸収材１０を載置した場合に比べて、二酸化炭素の吸収速度が速いことがわかる。
＜吸収原理＞
上述のとおり、水溶性を示す４価のリチウムシリケートを含む二酸化炭素吸収材１０を用いることにより、上記気体中の二酸化炭素を長時間に亘り吸収できることがわかる。しかし、水溶性を示す４価のリチウムシリケートの、上記気体中の二酸化炭素の吸収原理（吸収のメカニズム）については、本願の基礎出願の出願時点では解明されていない。本発明者らは、その吸収原理の一例を以下のように推察している。
すなわち、二酸化炭素吸収材１０に含まれる上記４価のリチウムシリケートの表面に上記気体中に含まれる水が付着することにより、当該表面が半ば溶解したような状態になる。その結果、二酸化炭素吸収材１０の内部への二酸化炭素の浸入が容易になることにより、上記気体中の二酸化炭素が吸収されるものと推察される。
その他、上記表面において水を触媒として反応が進むことにより、上記気体中の二酸化炭素が吸収されると推察することも可能である。
＜本実施形態の主な効果＞
本実施形態の二酸化炭素吸収材１０は、水溶性を示す４価のリチウムシリケートを含んでいる。
ここで、従来の二酸化炭素吸収材（例えば、特許文献１または３に開示の材料）においては、上記気体中に含まれる水を吸着または吸収することにより、その分二酸化炭素の吸着または吸収が阻害されることになる。したがって、水による二酸化炭素の吸収または吸着の阻害により、二酸化炭素吸収材の単位面積あたりの、上記気体中に含まれる二酸化炭素の吸着量または吸収量は減少してしまう。そのため、従来の二酸化炭素吸収材においては、気体中に水が存在する場合には、二酸化炭素を長時間に亘り吸着または吸収することが困難である。すなわち、従来の二酸化炭素吸収材の場合、気体中に水が含まれていると二酸化炭素の吸収を持続することが困難である。
一方、本実施形態の二酸化炭素吸収材１０では、上述のように、気体中の水が上記４価のリチウムシリケートの表面に付着し、その表面を溶かしながら二酸化炭素を吸収していくと推察される。すなわち、上記４価のリチウムシリケートによる二酸化炭素の吸収に気体中の水が寄与するものと推察される。そのため、二酸化炭素吸収材１０は、気体中の単位体積あたりに含まれる水の含有量の多寡に問わず、気体中に水が含まれている環境において、二酸化炭素を吸収し続けることができる。すなわち、二酸化炭素吸収材１０は、気体中に水が含まれている場合であっても、気体中に含まれる二酸化炭素の吸収効率の低下を抑制することができる。むしろ、上記推察から、気体中に水が含まれているからこそ、二酸化炭素吸収材１０は、二酸化炭素を吸収し続けることができるともいえる。さらに言えば、上記推察から、気体中の水分量が多いほど（すなわち、湿度が高いほど）、二酸化炭素吸収材１０の二酸化炭素の吸収能力が向上するため、二酸化炭素の吸収速度を高めることができ、より多くの二酸化炭素を吸収し続けることができるともいえる。この点については、図５に示す測定結果にも裏付けられている。すなわち、二酸化炭素吸収材１０は、気体中に水分が含まれる環境において有効に機能して、二酸化炭素を長時間に亘り吸収することができる。
また、上述のとおり、二酸化炭素吸収材１０は、従来の二酸化炭素吸収材とは異なり、気体中に水が含まれていても、当該気体中の二酸化炭素を吸収することができる。そのため、二酸化炭素吸収材１０を用いる場合、上記気体中から二酸化炭素を分離するときに（特に、長時間に亘り分離しようとするときに）除湿機構を設ける必要がない。したがって、除湿機構を設けるための費用、および除湿機構を運用するための費用を削減することができる。また、除湿機構の設置場所が不要となる。除湿機構を用いずに、気体中に水が含まれる環境においても二酸化炭素を吸収し続けることが可能な二酸化炭素吸収材１０は、従来の二酸化炭素吸収材では実現し得なかったものである。
また、二酸化炭素吸収材１０を用いる場合、特に長時間に亘り上記気体中から二酸化炭素を分離しようとするときに必要となる吸収再生機構を設ける必要がない。そのため、吸収再生機構を設けるための費用、および吸収再生機構を運用するための費用を削減することができる。また、吸収再生機構の設置場所が不要となる。なお、吸収再生機構とは、二酸化炭素の吸収が再び可能となるように二酸化炭素吸収材に含まれる材料の特性を変化させるものである。
以上のように、水溶性を示す４価のリチウムシリケートを含む二酸化炭素吸収材１０は、従来の二酸化炭素吸収材（特に、水に対して不溶性を示す４価のリチウムシリケート）とは、その性質が大きく異なる。この性質の違いにより、従来には無い二酸化炭素吸収材１０を提供することができる。すなわち、上記気体中の二酸化炭素を、低コストで、かつ長時間に亘り吸収することが可能で、さらに気体中に水分が含まれる環境において有効に機能する二酸化炭素吸収材１０を提供することができる。また、二酸化炭素吸収材１０は、所定の空間に存在する上記気体中の二酸化炭素の濃度が低濃度（例えば、０ｐｐｍ付近）になるまで、上記気体中の二酸化炭素を吸収することが可能である。
（特許文献３との相違点）
特許文献３に開示の、リチウムシリケートを主成分とする炭酸ガス吸収材は、二酸化炭素と共に水も吸収するものである。また、上述のとおり、安全性データシートから、このリチウムシリケートが水に対して不溶性を示すものであることは明らかである。そのため、特許文献３に開示の炭酸ガス吸収材には、水と二酸化炭素とを含む気体中から二酸化炭素を分離吸収する場合に二酸化炭素と共に水も吸収してしまうので、単位重量あたりの二酸化炭素の吸収量が低下してしまうという問題があった。
また、上述のとおり、特許文献３に開示の炭酸ガス吸収材は、所定量の水を含有している。そのため、上記炭酸ガス吸収材では、上記気体中から二酸化炭素と共に水を吸収することにより、炭酸ガス吸収材に含まれる水の含有量が変化してしまう。そのため、水の含有量が、上記所定量を超えた場合には、二酸化炭素を吸収できなくなってしまうという問題があった。
一方、二酸化炭素吸収材１０は、水溶性を示す４価のリチウムシリケートを含むものである。すなわち、二酸化炭素吸収材１０は、特許文献３に開示の炭酸ガス吸収材のように水に対して不溶性を示すリチウムシリケートに所定量の水が添加されたものではない。そして、上述のとおり、水溶性を示す４価のリチウムシリケートは、特許文献３に開示の水に対して不溶性を示すリチウムシリケートが二酸化炭素を吸収するメカニズムとは異なるメカニズムによって、上記気体中の二酸化炭素を吸収する。すなわち、水溶性を示す４価のリチウムシリケートは、水に対して不溶性を示すリチウムシリケートのように、水の吸収により二酸化炭素の吸収が阻害されることがない。そのため、二酸化炭素吸収材１０は、上記のような問題を解消して、気体中に水が含まれている場合であっても、長時間に亘り二酸化炭素を吸収することができる。
また、特許文献３に開示のリチウムシリケートの作製方法では、二酸化珪素および炭酸リチウムを所定量秤量した後、メノウ乳鉢で混合している。一方、二酸化炭素吸収材１０の上記作製方法では、メノウ乳鉢ではなく三次元ミルを用いて、二酸化珪素および炭酸リチウムを混合している。この点において、本願と特許文献３とのリチウムシリケートの作製方法は異なる。
なお、特許文献３に開示のリチウムシリケートの作製方法は、一般的な作製方法を示すものである。そして、特許文献３には、開示された混合量、混合時間、加熱時間および加熱温度の範囲内の全ての条件において種々のリチウムシリケートを作製したことについては開示されていない。一般に、セラミックは、作製において種々の条件を変えることにより、その性質が変わる可能性があることが知られている。本発明者らは、鋭意研究の結果、上記作製方法によって作製することにより、特許文献３に開示の水に対して不溶性を示すリチウムシリケートとは異なる、水溶性を示す４価のリチウムシリケートが得られることを見出した。
（二酸化炭素吸収材１０の適用分野）
二酸化炭素吸収材１０は、二酸化炭素が発生する環境など、気体中に含まれる二酸化炭素を吸収する必要がある環境において使用することができる。すなわち、二酸化炭素吸収材１０は、空気が存在する人間の生活空間において、人間などの生物が排出する二酸化炭素を除去するために使用することができる。この観点からいえば、二酸化炭素吸収材１０は、上記生活空間において使用される空気清浄器、加湿器、除湿器などの電子機器において好適に使用することができる。また、上述のとおり、二酸化炭素吸収材１０は、気体中に水分が含まれる環境において有効に機能する。この点を鑑みても、二酸化炭素吸収材１０は、上記電子機器において好適に使用することができるといえる。
その他、二酸化炭素吸収材１０は、外部環境から密閉された空間を有する宇宙船や潜水艦などにおいて使用することができる。また、二酸化炭素吸収材１０は、取り込んだ空気からの二酸化炭素の除去が必要な分析機器に内蔵するか、または、当該分析機器が設置された室内において使用することができる。さらに、二酸化炭素吸収材１０は、二酸化炭素を発生させる化石燃料を燃焼させる環境（例えばプラント）においても使用することができる。
なお、二酸化炭素吸収材１０は、実施形態２のペレット２０またはフィルター３０に適用された形で上記の種々の環境において使用されてもよい。
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。図６の（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係るフィルター３０の一例を示す図である。具体的には、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）に示すフィルター３０の要部拡大図である。
＜ペレット２０＞
ペレット２０は、気体中に含まれる二酸化炭素を吸収するものであり、実施形態１で説明した、水溶性を示す４価のリチウムシリケートを含む二酸化炭素吸収材１０を含んでいる。ペレット２０は、粉体である二酸化炭素吸収材１０を固めることにより造粒された、二酸化炭素吸収材１０の大きさよりも大きい造粒物である。本実施形態では、図６の（ｂ）に示すように、ペレット２０は、粉体の二酸化炭素吸収材１０を略球形に成形することにより作製された造粒物である。
ペレット２０の形状としては、略球形の他、円柱、直方体等、種々の形状が挙げられる。ペレット２０の形状および大きさは、後述のフィルター３０に内蔵されることを考慮する場合には、フィルター３０に内蔵されたときに圧力損失を低減できる程度の形状および大きさであることが好ましい。この場合、ペレット２０の大きさは、例えば数ｍｍ程度であることが好ましい。
＜ペレット２０の作製方法＞
ペレット２０の作製方法の一例について説明する。
まず、実施形態１で説明した作製方法により作製した二酸化炭素吸収材１０とバインダーとを混合する（バインダー混合工程）。その後、二酸化炭素吸収材１０とバインダーとの混合物を所定の型に挿入し、所定の温度で焼結する（焼結工程）。これにより、粉体である二酸化炭素吸収材１０を含む、当該二酸化炭素吸収材１０よりも大きいペレット２０が作製される。
＜フィルター３０＞
フィルター３０は、気体中に含まれる二酸化炭素を吸収するフィルターである。フィルター３０は、上記二酸化炭素を吸収するために、その内部に粉体である二酸化炭素吸収材１０を充填可能な粒子充填式フィルターである。本実施形態では、図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、フィルター３０は、粉体である二酸化炭素吸収材１０の代わりに、上述のペレット２０を内蔵している。
具体的には、フィルター３０は、その内部に、ペレット２０および防塵フィルター３５を備えている。また、フィルター３０は２つの開口を有しており、各開口には、挿入管３６および排出管３７が接続されている。挿入管３６は、水および二酸化炭素を含む気体が通る管であり、当該気体をフィルター３０の内部へと挿入するものである。排出管３７は、フィルター３０によって上記二酸化炭素の一部が吸収（除去）された後の気体が通る管であり、当該気体をフィルター３０の外部へと排出するものである。
防塵フィルター３５は、挿入管３６および排出管３７からフィルター３０の内部に塵などが入り込むことを防止するためのものである。防塵フィルター３５は、少なくとも上記各開口を覆うように、フィルター３０の内部に配置されている。挿入管３６側の開口を覆う防塵フィルター３５は、挿入管３６からの気体をフィルター３０の内部に分散させるとともに、ペレット２０が当該開口から挿入管３６へ漏れ出ることを防止する機能も有している。また、排出管３７側の開口を覆う防塵フィルター３５は、ペレット２０が当該開口から排出管３７へと漏れ出ることを防止する機能を有している。
フィルター３０の内部には、ペレット２０が敷き詰められている。水と二酸化炭素とを含む気体は、挿入管３６を通り、フィルター３０の内部に挿入される。上記気体中の二酸化炭素は、フィルター３０の内部においてペレット２０によって吸収され、二酸化炭素が吸収された後の気体が、排出管３７からその外部へと排出される。これにより、上記気体中から二酸化炭素を除去した気体を、フィルター３０の外部空間へと供給することができる。
＜本実施形態における主な効果＞
上述のように、ペレット２０は、水溶性を示す４価のリチウムシリケートを含む二酸化炭素吸収材１０を含んでいる。それゆえ、実施形態１と同様、水と二酸化炭素とを含む気体中から二酸化炭素を長時間に亘り吸収することができる。すなわち、ペレット２０は、気体中に水が含まれている場合であっても、気体中に含まれる二酸化炭素の吸収効率の低下を抑制することができる。また、ペレット２０は、粉体である二酸化炭素吸収材１０を固め、二酸化炭素吸収材１０よりも大きい造粒物である。そのため、粉体である二酸化炭素吸収材１０の汎用性を向上させることが可能となる。
さらに、フィルター３０は、二酸化炭素吸収材１０を含むペレット２０を内蔵している。
ここで、フィルター３０の内部に粉体である二酸化炭素吸収材１０をそのまま敷き詰めた場合であっても、フィルター３０において、挿入管３６から挿入された、水と二酸化炭素とを含む気体から二酸化炭素を吸収することは可能である。しかし、二酸化炭素吸収材が粉体（特に、粒径がマイクロ単位）である場合、その粉体をフィルター３０に内蔵すると、粉体間の空隙が小さくなるために圧力損失が大きくなり、目詰まりを起こしてしまう。この場合、挿入管３６からの二酸化炭素がフィルター３０の内部を通過できなくなってしまい、フィルター３０に内蔵された二酸化炭素吸収材１０の全体において、二酸化炭素を吸収できなくなってしまう可能性がある。
ペレット２０は、粉体である二酸化炭素吸収材１０よりも大きく造粒されたものであるため、ペレット２０間の空隙を、フィルター３０に粉体を内蔵した場合よりも大きくすることができる。そのため、上記圧力損失の発生を抑制することができ、フィルター３０に内蔵された二酸化炭素吸収材１０（すなわち、ペレット２０）の全体において、二酸化炭素を吸収することができる。
すなわち、圧力損失が大きくなるためフィルター３０に適用することが困難であった粉体の二酸化炭素吸収材１０の代わりにペレット２０をフィルター３０に内蔵させることにより、二酸化炭素吸収材１０をフィルター３０に適用することを可能としている。これにより、フィルター３０においても、水と二酸化炭素とを含む気体中から二酸化炭素を、低コストで、効率的に、かつ長時間吸収することが可能となる。すなわち、フィルター３０は、気体中に水が含まれている場合であっても、気体中に含まれる二酸化炭素の吸収効率の低下を抑制することができる。
〔実施形態３〕
以下、本発明の実施の形態について、図７〜１５に基づいて詳細に説明する。
＜二酸化炭素吸収材１０ａ＞
図７は、本実施形態に係る、容器１２内の二酸化炭素の濃度を測定する測定機構の一例を示す図である。具体的には、図７に示す測定機構は、二酸化炭素吸収材１０ａ等による二酸化炭素の吸収量を測定するものである。当該測定機構による測定結果については、実施例として後述する。
図７に示す本実施形態の二酸化炭素吸収材１０ａは、気体中に含まれる二酸化炭素を吸収することが可能なものである。具体的には、二酸化炭素吸収材１０ａは、水（すなわち水蒸気）と二酸化炭素（すなわち炭酸ガス）とを含む気体中から、少なくとも一部の二酸化炭素を分離して、当該二酸化炭素を吸収することが可能なものである。また、二酸化炭素吸収材１０ａは、水溶性を示す４価のリチウムシリケート（Ｌｉ４ＳｉＯ４）を含んでいる。
後述する実施例の二酸化炭素吸収材１０ａは、そのほとんどが水溶性を示す４価のリチウムシリケートから構成されており、当該リチウムシリケートを主成分とするものである。実施形態１と同様、二酸化炭素吸収材１０ａに含まれている全物質に対する、水溶性を示す４価のリチウムシリケートの割合が例えば８０％以上であれば、当該リチウムシリケートが二酸化炭素吸収材１０ａの主成分であるものとする。
また、二酸化炭素吸収材１０ａは、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）を含んでいる。具体的には、二酸化炭素吸収材１０ａは、水溶性を示す４価のリチウムシリケートに炭酸カリウムを添加したものである。また、二酸化炭素吸収材１０ａにおいて、水溶性を示す４価のリチウムシリケートに対する炭酸カリウムのモル比は、０．０１以上０．１以下である。すなわち、二酸化炭素吸収材１０ａにおいて、水溶性を示す４価のリチウムシリケートに対する炭酸カリウムの添加量は、１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下である。
ここで、４価のリチウムシリケートは、実施形態１で述べたように、一般には水に対して不溶性を示すが、本発明者らは、鋭意研究の結果、水溶性を示す４価のリチウムシリケートを取得することが可能であることを見出した。また、本発明者らは、鋭意研究の結果、水溶性を示す４価のリチウムシリケートに所定量の炭酸カリウムを添加することにより、二酸化炭素吸収材１０ａの上記気体中の二酸化炭素の吸収速度を高めることが可能であることを見出した。
＜実施例＞
次に、二酸化炭素吸収材１０ａの作製方法、および当該作製方法により作製された二酸化炭素吸収材１０ａの吸収特性について説明する。また、上記作製方法により作製された二酸化炭素吸収材１０ａに含まれる炭酸カリウムの量と、二酸化炭素吸収材１０ａの上記気体中の二酸化炭素の吸収速度との関係について説明する。
（二酸化炭素吸収材１０ａの作製方法）
二酸化炭素吸収材１０ａの作製方法の一例について説明する。なお、４価のリチウムシリケートの作製方法は実施形態１と同一である。すなわち、上述した秤量工程、混合工程、加熱工程、および粉砕工程を経て、実施形態１と同様、水溶性を示す４価のリチウムシリケートが作製される。
上記粉砕工程を経て得られた上記４価のリチウムシリケートをサンプルＡとする。このサンプルＡに、炭酸カリウムを１ｍｏｌ％、５ｍｏｌ％、１０ｍｏｌ％および２０ｍｏｌ％添加したものを準備する（添加工程）。サンプルＡに炭酸カリウムを１ｍｏｌ％添加したものをサンプルＢ、５ｍｏｌ％添加したものをサンプルＣ、１０ｍｏｌ％添加したものをサンプルＤ、２０ｍｏｌ％添加したものをサンプルＥとする。すなわち、サンプルＢでは、上記４価のリチウムシリケートに対する炭酸カリウムのモル比が０．０１であり、サンプルＣでは当該モル比が０．０５であり、サンプルＤでは当該モル比が０．１であり、サンプルＥでは当該モル比が０．２である。このようにして、水溶性を示す４価のリチウムシリケートに炭酸カリウムが添加された二酸化炭素吸収材が作製される。なお、サンプルＡ〜Ｅのうち二酸化炭素吸収材１０ａとして機能するものは、サンプルＢ、ＣおよびＤである。
（同定および水溶性の確認）
本発明者らは、Ｘ線回折装置を用いて、上記作製方法にて作製された実際の物質を同定することにより、当該物質が４価のリチウムシリケートであるか否かについて確認した。ここで、上記物質とは、上記作製方法により作製された、炭酸カリウムが添加される前の４価のリチウムシリケート（サンプルＡ）を指す。すなわち、本実施形態に係る二酸化炭素吸収材１０ａの、Ｘ線回折装置による測定結果の一例は、図２を示すグラフと同一である。したがって、実施形態１と同様、上記物質は、４価のリチウムシリケートであると同定することができる。すなわち、上記作製方法にて作製された二酸化炭素吸収材１０ａは、４価のリチウムシリケートを主成分として含むものであると特定することができる。
また、上記作製方法にて作製された４価のリチウムシリケートが水溶性であるか否かの確認方法についても実施形態１で述べたので、ここでの説明は割愛する。
（二酸化炭素吸収材１０ａの吸収特性）
次に、上記作製方法にて作製された二酸化炭素吸収材１０ａの吸収特性についての確認結果を、図７〜図１４に基づいて説明する。図８〜図１２は、図７に示す測定機構で測定された、経過時間に伴う容器１２内の二酸化炭素の濃度の推移の一例を示すグラフである。
図７に示す測定機構は、上記作製方法にて作製された二酸化炭素吸収材１０ａ等の、様々な二酸化炭素吸収材の二酸化炭素の吸収量を測定するものであり、恒温恒湿槽１１、容器１２、濃度測定器１３および試料用容器１４を備えている。この測定機構は、実際には、容器１２の内部に含まれる気体中の二酸化炭素の濃度を測定することにより、二酸化炭素吸収材の二酸化炭素の吸収量を測定する。
恒温恒湿槽１１は、その内部を所定の温度および所定の湿度に維持することが可能なものである。恒温恒湿槽１１の内部に容器１２が載置される。
容器１２は、水と二酸化炭素とを含む気体を充填して測定環境をその内部に作り出すことが可能なものであり、上部には蓋１５を備えている。また、本実施例では、容器１２の材質はアクリルであるが、上記測定環境を提供できれば、その材質は特に限定されない。また、容器１２の側壁には、その内部に二酸化炭素（炭酸ガス）を注入するための注入口１７が形成されている。注入口１７は、炭酸ガスを注入するときのみ開口し、それ以外のときは閉口するように、開閉自在に構成されている。
濃度測定器１３は、蓋１５を閉めて密閉した状態の容器１２の内部に含まれる気体中の二酸化炭素の濃度を測定するものであり、容器１２に内蔵されている。
試料用容器１４は、様々な二酸化炭素吸収材を載置するためのものであり、容器１２の内部に載置される。また、試料用容器１４は、その上部に蓋１６を備えている。
本実施例の測定方法は以下のとおりである。まず、恒温恒湿槽１１は、その内部が大気と同一雰囲気となっており、温度２０℃、湿度５０％ＲＨ（relative humidity）に設定される。そのように設定された恒温恒湿槽１１の内部に、アクリル製でかつ内容積２．２リットルの容器１２が、蓋１５を開けた状態で載置される。この状態において、約３０分間放置することにより、恒温恒湿槽１１の内部の温度および湿度を、上記のように設定された温度２０℃、湿度５０％ＲＨに近づけるとともに、容器１２の内部を、恒温恒湿槽１１の内部と同一の雰囲気とした。
次に、恒温恒湿槽１１の内部において、上述のように作製されたサンプルＡを０．８ｇ、試料用容器１４に入れて、蓋１６を閉じて簡易密閉する。そして、恒温恒湿槽１１の内部において、簡易密閉された試料用容器１４を容器１２の内部に入れ、蓋１５を閉じて容器１２を密閉する。
この状態において、注入口１７から容器１２の内部に二酸化炭素（炭酸ガス）を注入する。上記炭酸ガスは、容器１２の内部の二酸化炭素の濃度が約１５００ｐｐｍとなるまで注入される。その後、注入口１７を閉じるとともに、恒温恒湿槽１１の扉も閉じる。この時点から、濃度測定器１３によって、容器１２の内部に含まれる二酸化炭素の濃度の経時的な測定を開始した。そして、この状態において、約２０分間放置した。
その後、恒温恒湿槽１１の扉および容器１２の蓋１５を開けて、サンプルＡが入った試料用容器１４の蓋１６を容器１２の外部から開けた後、恒温恒湿槽１１の扉および容器１２の蓋１５を閉めて、容器１２の内部を密閉した。そして、引き続き、濃度測定器１３によって、容器１２の内部に含まれる二酸化炭素の濃度を経時的に測定した。
上記では、試料用容器１４の内部にサンプルＡを入れた場合の測定方法について説明したが、サンプルＢ〜Ｅのそれぞれについても、上記測定方法に沿って、上記二酸化炭素の濃度を経時的に測定した。図８〜図１２は、その測定結果を示すものである。図８には、その測定結果の一例としてサンプルＣの測定結果が示されている。また、図９〜図１２には、それぞれサンプルＡ、Ｂ、Ｄ、およびＥの測定結果が示されている。
測定開始から約２０分間においては、試料用容器１４の蓋１６が閉じられている。そのため、図８〜図１２に示すように、その間の容器１２中の二酸化炭素の濃度には変化が認められない。その後、試料用容器１４の蓋１６が開けられると、図８〜図１２に示すように、容器１２中の二酸化炭素の濃度が減少し続けることがわかる。なお、本発明者らは、サンプルＡ〜Ｅのそれぞれにおいて、長時間に亘り容器１２中の二酸化炭素の濃度が減少し続けることを確認している。
蓋１６を開けた後しばらくの期間（本実施例では、図８〜図１２に示すように十数分程度の間）、容器１２の内部に含まれる二酸化炭素の濃度は、その後の期間に比べて急激に低下している。これは、二酸化炭素吸収材１０ａによる二酸化炭素の吸収と、二酸化炭素吸収材１０ａの表面における二酸化炭素の物理吸着とに起因するものと推察される。
その後、上記二酸化炭素の濃度の単位時間あたりの減少量が、蓋１６を開けた後の上記期間の単位時間あたりの減少量よりも少なくなっているが、上記二酸化炭素の濃度は減少し続けていることがわかる。時間経過とともに、容器１２の内部に含まれる二酸化炭素の濃度も低下していることを加味すれば、上記二酸化炭素の濃度は、略一定の割合で減少し続けているといえる。すなわち、蓋１６を開けた後の上記期間を経過した後の、二酸化炭素吸収材１０ａの二酸化炭素の吸収速度（図８〜図１２に示すグラフの傾き）は、略一定であるといえる。
また、サンプルＡ（炭酸カリウムの添加量０ｍｏｌ％）の二酸化炭素の濃度は、図９に示すように、測定開始から９０分経過後に８５０ｐｐｍを上回っているが、サンプルＢ（添加量１ｍｏｌ％）およびサンプルＣ（添加量５ｍｏｌ％））の二酸化炭素の濃度は、それぞれ図１０および図８に示すように、測定開始から９０分経過後には８００ｐｐｍを大幅に下回っている。また、サンプルＤ（添加量１０ｍｏｌ％）の二酸化炭素の濃度は、図１１に示すように、測定開始から９０分経過後には８５０ｐｐｍを下回っている。一方、サンプルＥ（添加量２０ｍｏｌ％）の二酸化炭素の濃度は、図１２に示すように、測定開始から９０分経過後には９００ｐｐｍ前後であると推察される。
この結果から、二酸化炭素吸収材１０ａが上記４価のリチウムシリケートを含んでいることにより、二酸化炭素の濃度が減少し続けることがわかるが、さらに上記４価のリチウムシリケートに対する炭酸カリウムのモル比が０．０１以上０．１以下（炭酸カリウムの添加量が１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下）となるように二酸化炭素吸収材１０ａが炭酸カリウムを含んでいる場合には、二酸化炭素の濃度が効率良く減少することがわかる。
ここで、二酸化炭素吸収材１０ａの二酸化炭素の吸収持続性について、図１３および図１４を用いて説明する。図１３は、本実施形態に係る、容器１内の二酸化炭素の濃度を測定する測定機構の別例を示す図である。図１４は、図１３に示す測定機構で測定された、経過時間に伴う容器１内の二酸化炭素の濃度の推移の一例を示すグラフである。なお、図１３に示す測定機構は、二酸化炭素吸収材１０ａ等の、様々な二酸化炭素吸収材の二酸化炭素の吸収量を測定するものであり、実施形態１の図１に示す測定機構と同様の構成であるため、その説明は割愛する。
上記吸収持続性を検証するための実施例における測定方法は以下のとおりである。まず、アクリル製でかつ内容積１２リットルの容器１を、温度２４℃、湿度４０％ＲＨの大気中に載置し、容器１の内部を当該大気と同一の雰囲気とした。その後、例えばサンプルＤとしての二酸化炭素吸収材１０ａを０．０２グラム、皿３に入れて、当該皿３を容器１の内部に載置した。その後、容器１の蓋を閉めて、容器１の内部を密閉した。この状態において、濃度測定器２によって、容器１の内部に含まれる二酸化炭素の濃度を経時的に測定した。図１４は、その測定結果を示すものである。
図１４に示すように、測定開始から約３０時間に亘り、容器１中の二酸化炭素の濃度は減少し続けていることがわかる。本実施例において、測定開始後しばらくの期間の二酸化炭素の急激な濃度の減少は、実施形態１で述べたように、二酸化炭素吸収材１０ａによる二酸化炭素の吸収と、二酸化炭素吸収材１０ａの表面における二酸化炭素の物理吸着とに起因するものと推察される。また、実施形態１で述べたように、測定開始後の上記期間を経過した後の、二酸化炭素吸収材１０ａの二酸化炭素の吸収速度（図１４に示すグラフの傾き）は、略一定であるといえる。
（二酸化炭素吸収材１０ａの吸収速度特性）
次に、二酸化炭素吸収材１０ａの吸収速度特性について、図１５を用いて説明する。図１５は、上記水溶性を示す４価のリチウムシリケートに対する炭酸カリウムの添加量と、所定時間あたりの二酸化炭素の濃度の減少量との関係の一例を示すグラフである。
具体的には、上記測定の結果から、サンプルＡ〜Ｅのそれぞれについて、試料用容器１４の蓋１６を開けてから約５分後の容器１２中の二酸化炭素の濃度と、約１時間後の容器１２中の二酸化炭素の濃度との差異を算出した。この差異は、上記の約５５分間における容器１２中の二酸化炭素の濃度の減少量であり、サンプルＡ〜Ｅのそれぞれの二酸化炭素の吸収速度に相当する。サンプルＡ〜Ｅのそれぞれについて、上記減少量（上記差異）をプロットすることにより、図１５に示すような、上記減少量の炭酸カリウム添加量依存を示すグラフを得た。なお、図１５中の「Ａ」〜「Ｅ」は、それぞれサンプルＡ〜Ｅを示すものであり、図１５中の各点がそれぞれサンプルＡ〜Ｅの測定結果から得られたものであることを示している。
図１５に示すように、炭酸カリウムが添加されていない場合（０ｍｏｌ％；サンプルＡ）、上記二酸化炭素の濃度の減少量は約５２０ｐｐｍである。
一方、炭酸カリウムが１ｍｏｌ％添加されたサンプルＢ、炭酸カリウムが５ｍｏｌ％添加されたサンプルＣ、および炭酸カリウムが１０ｍｏｌ％添加されたサンプルＤの上記減少量は、それぞれ約６５０ｐｐｍ、約７００ｐｐｍ、約５８０ｐｐｍである。このように、図１５から、サンプルＢ、ＣおよびＤの上記減少量は、サンプルＡの上記減少量よりも大きいことがわかる。すなわち、サンプルＢ、ＣおよびＤについては、炭酸カリウムを添加していない場合に比べ、二酸化炭素の吸収速度が大きいことがわかる。
一方、炭酸カリウムが２０ｍｏｌ％添加されたサンプルＥの上記減少量は約５００ｐｐｍであり、サンプルＡの上記減少量よりも小さいことがわかる。すなわち、サンプルＥについては、サンプルＢ、ＣおよびＤのように、二酸化炭素の吸収速度が大きくなるという効果が見られない。
このように、水溶性を示す４価のリチウムシリケートに対して炭酸カリウムを所定量添加した場合に、炭酸カリウムを添加しない場合に比べ、水と二酸化炭素とを含む気体中からの二酸化炭素の吸収速度を増大させることができることがわかる。具体的には、図１５から、上記４価のリチウムシリケートに対する炭酸カリウムのモル比が０．０１以上０．１以下である場合に、炭酸カリウムを添加しない場合に比べ、二酸化炭素の吸収速度を増大させることができることがわかる。すなわち、サンプルＢ、ＣおよびＤが二酸化炭素吸収材１０ａとして機能する。
＜吸収速度の増大原理＞
上述のとおり、水溶性を示す４価のリチウムシリケートに対して１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下の炭酸カリウムを添加することにより、上記気体中の二酸化炭素の吸収速度を増大させることができる。しかし、水溶性を示す４価のリチウムシリケートに対する所定量の炭酸カリウムの添加による、上記気体中の二酸化炭素の吸収速度の増大原理（吸収速度の増大のメカニズム）については、本願の基礎出願の出願時点では解明されていない。本発明者らは、その吸収速度の増大原理の一例を以下のように推察している。
炭酸カリウムは潮解性を有する材料である。また、上述のとおり、水溶性を示す４価のリチウムシリケートの表面に水が付着することにより、当該表面が溶解した状態となり、二酸化炭素吸収材１０ａの内部への二酸化炭素の浸入が容易になると推察される。したがって、潮解性を有する炭酸カリウムを二酸化炭素吸収材１０ａに含ませることにより、上記４価のリチウムシリケートの表面に水が付着したときに、炭酸カリウムが上記表面の溶解を促進するように機能し、当該表面の状態をさらに二酸化炭素を浸入しやすい状態にしているものと推察される。そのため、炭酸カリウムを添加した上記４価のリチウムシリケートの二酸化炭素の吸収速度が増大するものと推察される。
また、上述のとおり、上記表面において水を触媒として反応が進むことにより、上記気体中の二酸化炭素が吸収されると推察される。この場合も、炭酸カリウムが潮解性を有することによって、上記反応をさらに促進するように機能し、上記二酸化炭素の吸収速度が増大するものと推察される。
なお、水溶性を示す４価のリチウムシリケートの、上記気体中の二酸化炭素の吸収原理（吸収のメカニズム）については、実施形態１で述べたとおりである。
＜本実施形態の主な効果＞
本実施形態の二酸化炭素吸収材１０ａは、水溶性を示す４価のリチウムシリケートを含んでいる。そのため、実施形態１の二酸化炭素吸収材１０と同様の効果を奏する。
さらに、二酸化炭素吸収材１０ａは炭酸カリウムを含んでいる。そして、水溶性を示す４価のリチウムシリケートに対する炭酸カリウムのモル比は、０．０１以上０．１以下である。
この場合、上記４価のリチウムシリケートに炭酸カリウムが添加されていない場合に比べ、二酸化炭素吸収材１０ａの、上記気体中の二酸化炭素の吸収速度を増大させることが可能となる。そのため、水と二酸化炭素とを含む気体中から、所定の時間内に二酸化炭素を分離して吸収可能な二酸化炭素の量を、当該材料の単位重量あたりにおいて増加させることができる。
したがって、二酸化炭素吸収材１０ａは、炭酸カリウムが添加されていない場合に比べ、所定の時間内に、より少ない量で、上記気体中から二酸化炭素を分離して吸収することができる。
また、二酸化炭素吸収材１０ａは、上記二酸化炭素の吸収速度を増大させることができるので、二酸化炭素の吸収を促進するための二酸化炭素吸収機構の大型化を防止できる。そのため、二酸化炭素吸収機構を設けるための費用、および二酸化炭素吸収機構を運用するための費用を削減することができる。また、二酸化炭素吸収機構の設置場所も低減できる。
したがって、二酸化炭素吸収材１０ａは、水溶性を示す４価のリチウムシリケートが有する効果の他、炭酸カリウムが添加されていない場合に比べ、上記気体中の二酸化炭素を、より低コストで、かつ効率良く吸収することができるという効果を奏する。すなわち、二酸化炭素吸収材１０ａは、気体中に水が含まれている場合であっても、気体中に含まれる二酸化炭素の吸収効率の低下を抑制することができ、さらに当該吸収効率を高めることができる。
（特許文献３との相違点）
特許文献３に開示の、リチウムシリケートを主成分とする炭酸ガス吸収材と、本実施形態の二酸化炭素吸収材１０ａとの相違点としては、実施形態１で述べた炭酸ガス吸収材と二酸化炭素吸収材１０との相違点に加え、以下の点が挙げられる。
特許文献３には、水に対して不溶性を示すリチウムシリケートに、所定量の水が添加されるとともに炭酸カリウムが添加されている例が開示されている。しかし、特許文献３に開示の炭酸ガス吸収材は、水溶性を示す４価のリチウムシリケートを含んでいないので、リチウムシリケートに対する炭酸カリウムの作用の仕方が異なると推察される。すなわち、二酸化炭素吸収材１０ａでは、炭酸カリウムは、上述のとおり、水溶性を示す４価のリチウムシリケートの表面に水が付着したときに、その表面の溶解を促進するように機能すると推察される。しかし、特許文献３に開示のリチウムシリケートは水に対して不溶性であるため、当然ながら、水が付着することによる当該リチウムシリケートの表面の溶解は起きない。したがって、特許文献３に開示のリチウムシリケートに添加された炭酸カリウムは、当然ながら、その表面の溶解を促進するようには機能しないと考えられる。
（二酸化炭素吸収材１０ａの適用分野）
二酸化炭素吸収材１０ａの適用分野は、実施形態１の二酸化炭素吸収材１０と同様である。以下、実施形態４では、二酸化炭素吸収材１０ａがペレット２０またはフィルター３０に適用された場合について説明する。
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図１６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。図１６の（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係るフィルター３０の一例を示す図である。具体的には、図１６の（ｂ）は、図１６の（ａ）に示すフィルター３０の要部拡大図である。
＜ペレット２０＞
ペレット２０は、気体中に含まれる二酸化炭素を吸収するものである。ペレット２０は、実施形態３で説明した、水溶性を示す４価のリチウムシリケートと、炭酸カリウム（当該リチウムシリケートに対する炭酸カリウムのモル比は０．０１以上０．１以下）とを含む二酸化炭素吸収材１０ａを含んでいる。ペレット２０は、粉体である二酸化炭素吸収材１０ａを固めることにより造粒された、二酸化炭素吸収材１０ａの大きさよりも大きい造粒物である。本実施形態では、図１６の（ｂ）に示すように、ペレット２０は、粉体の二酸化炭素吸収材１０ａを略球形に成形することにより作製された造粒物である。
その他、ペレット２０の形状、大きさ、および作製方法については、実施形態２のペレット２０と同様であるため、ここでの説明を割愛する。
＜フィルター３０＞
フィルター３０は、気体中に含まれる二酸化炭素を吸収するフィルターである。フィルター３０は、上記二酸化炭素を吸収するために、その内部に粉体である二酸化炭素吸収材１０ａを充填可能な粒子充填式フィルターである。本実施形態では、図１６の（ａ）および（ｂ）に示すように、フィルター３０は、粉体である二酸化炭素吸収材１０ａの代わりに、上述のペレット２０を内蔵している。なお、フィルター３０の具体的な構造については実施形態２のフィルター３０と同様であるため、ここでの説明は割愛する。
＜本実施形態における主な効果＞
上述のように、ペレット２０は、水溶性を示す４価のリチウムシリケートと、炭酸カリウム（当該リチウムシリケートに対する炭酸カリウムのモル比は０．０１以上０．１以下）とを含む二酸化炭素吸収材１０ａを含んでいる。それゆえ、実施形態３と同様、水と二酸化炭素とを含む気体中から二酸化炭素を長時間に亘り吸収することができる。すなわち、ペレット２０は、気体中に水が含まれている場合であっても、気体中に含まれる二酸化炭素の吸収効率の低下を抑制することができ、さらにその吸収効率を高めることができる。また、ペレット２０は、実施形態２と同様の理由から、粉体である二酸化炭素吸収材１０ａの汎用性を向上させることが可能となる。
さらに、フィルター３０は、二酸化炭素吸収材１０ａを含むペレット２０を内蔵している。それゆえ、実施形態２と同様の理由から、フィルター３０においても、水と二酸化炭素とを含む気体中から二酸化炭素を、低コストで、効率的に、かつ長時間吸収することが可能となる。すなわち、フィルター３０は、気体中に水が含まれている場合であっても、気体中に含まれる二酸化炭素の吸収効率の低下を抑制することができ、さらにその吸収効率を高めることができる。
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る二酸化炭素吸収材（１０、１０ａ）は、気体中に含まれる二酸化炭素を吸収する二酸化炭素吸収材であって、水溶性を示す４価のリチウムシリケートを含んでいる。
上記構成によれば、上記態様１の二酸化炭素吸収材が、水溶性を示す４価のリチウムシリケートを含んでいるので、従来の二酸化炭素吸収材よりも、水と二酸化炭素とを含む気体中から長時間に亘り二酸化炭素を吸収することができる。すなわち、上記態様１の二酸化炭素吸収材は、気体中に水が含まれている場合であっても、気体中に含まれる二酸化炭素の吸収効率の低下を抑制することができる。
また、上記態様１の二酸化炭素吸収材を用いる場合、気体中の単位体積あたりに含まれる水の含有量の多寡に問わず、気体中に水が含まれている環境において、二酸化炭素を吸収することができる。そのため、除湿機構を設ける必要がないので、除湿機構を設けるための費用、および除湿機構を運用するための費用を削減することができる。また、除湿機構の設置場所が不要となる。このように、除湿機構を用いずに、気体中に水が含まれる環境においても二酸化炭素を吸収することが可能な二酸化炭素吸収材は、上記のような従来の二酸化炭素吸収材では実現し得なかったものである。上記態様１の二酸化炭素吸収材は、特に上記気体中の水の含有量が多い（すなわち、湿度が高い）環境において、二酸化炭素を長時間に亘り吸収することができる。
また、上記態様１の二酸化炭素吸収材を用いる場合、特に長時間に亘り分離しようとするときに必要となる吸収再生機構を設ける必要がない。そのため、吸収再生機構を設けるための費用、および吸収再生機構を運用するための費用を削減することができる。また、吸収再生機構の設置場所が不要となる。
以上のように、上記態様１の二酸化炭素吸収材によれば、水と二酸化炭素とを含む気体中から二酸化炭素を、低コストでかつ長時間に亘り吸収することができるという効果を奏する。
さらに、本発明の態様２に係る二酸化炭素吸収材（１０ａ）は、態様１において、さらに炭酸カリウムを含み、上記リチウムシリケートに対する上記炭酸カリウムのモル比が、０．０１以上０．１以下であることが好ましい。
上記態様２の二酸化炭素吸収材は、炭酸カリウムを含んでいる。そして、リチウムシリケートに対する炭酸カリウムのモル比が０．０１以上０．１以下である。この場合、上記二酸化炭素吸収材の、上記気体中の二酸化炭素の吸収速度を増大させることが可能となる。
したがって、上記態様２の二酸化炭素吸収材によれば、上記気体中の二酸化炭素を長時間に亘り吸収できるという効果に加え、効率良く吸収することができるという効果を奏する。すなわち、上記態様２の二酸化炭素吸収材によれば、気体中に水が含まれている場合であっても、気体中に含まれる二酸化炭素の吸収効率の低下を抑制することができ、さらに当該吸収効率を高めることができるという効果を奏する。さらに、上記態様２の二酸化炭素吸収材によれば、低コストで上記効果を奏することができる。
さらに、本発明の態様３に係る二酸化炭素吸収材では、態様１または２において、上記リチウムシリケートを０．１７重量％含む水溶液を調製した場合の、当該水溶液の透過率は、当該水溶液に照射される光の波長が２４０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の範囲で８８％以上であることが好ましい。
上記構成によれば、上記波長を有する光の、上記水溶液に対する透過率が８８％以上と高い。そのため、上記態様１または２の二酸化炭素吸収材に含まれる４価のリチウムシリケートが水溶性を示すものであると特定することができる。
さらに、本発明の態様４に係る二酸化炭素吸収材では、態様１または２において、蒸留水２０グラムに対して上記リチウムシリケート１グラムの割合で上記リチウムシリケートを当該蒸留水に溶かすことによって調製した水溶液を濾過した濾液１００グラムを１１０℃で２時間保持した後に得られる蒸発残留物の重量は３．６グラム以上であることが好ましい。
上記構成によれば、上記状態の濾液１００グラムあたりの蒸発残留物の重量が３．６グラム以上であるため、上記濾過される前の水溶液には、溶解された状態で当該４価のリチウムシリケートが含まれているといえる。そのため、上記重量が３．６グラム以上である場合、上記態様１または２の二酸化炭素吸収材に含まれる４価のリチウムシリケートが水溶性を示すものであると特定することができる。
さらに、本発明の態様５に係る二酸化炭素吸収材では、態様１または２において、蒸留水２０グラムに対して上記リチウムシリケート１グラムの割合で上記リチウムシリケートを当該蒸留水に溶かすことによって調製した水溶液を濾過した濾液１００グラムを１１０℃で２時間保持し、さらに７００℃で１０時間保持した後に得られる蒸発残留物の重量は２．９グラム以上であることが好ましい。
上記構成によれば、上記状態の濾液１００グラムあたりの蒸発残留物の重量が２．９グラム以上であるため、上記濾過される前の水溶液には、溶解された状態で当該４価のリチウムシリケートが含まれているといえる。そのため、上記重量が３．６グラム以上である場合、上記態様１または２の二酸化炭素吸収材に含まれる４価のリチウムシリケートが水溶性を示すものであると特定することができる。
さらに、本発明の態様６に係るペレット（２０）は、気体中に含まれる二酸化炭素を吸収するペレットであって、態様１から５のいずれかに記載の二酸化炭素吸収材を含んでいてもよい。
上記構成によれば、上記態様１から５のいずれかに記載の二酸化炭素吸収材をペレットとして実現することができる。それゆえ、上記態様１から５のいずれかに記載の二酸化炭素吸収材の汎用性を向上させることが可能となる。
さらに、本発明の態様７に係るフィルター（３０）は、気体中に含まれる二酸化炭素を吸収するフィルターであって、態様６に記載のペレットを内蔵していてもよい。
上記構成によれば、上記態様７のフィルターは、態様６のペレットを内蔵している。ペレットは粉体の二酸化炭素吸収材よりも大きく造粒されたものであるため、ペレット間の空隙が粉体の場合よりも大きい状態で、ペレットをフィルターに内蔵することができる。
そのため、上述した圧力損失の発生を抑制することができ、フィルターに内蔵された二酸化炭素吸収材全体において、二酸化炭素を吸収することができる。それゆえ、上記態様７のフィルターによれば、長時間に亘り二酸化炭素を吸収することが可能となる。すなわち、上記態様７のフィルターであっても、上記態様１から５のいずれかに記載の二酸化炭素吸収材と同様、気体中に水が含まれている場合であっても、気体中に含まれる二酸化炭素の吸収効率の低下を抑制することができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
本発明は、気体中に含まれる二酸化炭素を吸収する二酸化炭素吸収材に広く利用することができる。
１０、１０ａ 二酸化炭素吸収材
２０ ペレット
３０ フィルター

Claims (7)

  1. 気体中に含まれる二酸化炭素を吸収する二酸化炭素吸収材であって、
    水溶性を示す４価のリチウムシリケートを含んでいることを特徴とする二酸化炭素吸収材。
  2. さらに炭酸カリウムを含み、
    上記リチウムシリケートに対する上記炭酸カリウムのモル比が、０．０１以上０．１以下であることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素吸収材。
  3. 上記リチウムシリケートを０．１７重量％含む水溶液を調製した場合の、当該水溶液の透過率は、当該水溶液に照射される光の波長が２４０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の範囲で８８％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の二酸化炭素吸収材。
  4. 蒸留水２０グラムに対して上記リチウムシリケート１グラムの割合で上記リチウムシリケートを当該蒸留水に溶かすことによって調製した水溶液を濾過した濾液１００グラムを１１０℃で２時間保持した後に得られる蒸発残留物の重量は３．６グラム以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の二酸化炭素吸収材。
  5. 蒸留水２０グラムに対して上記リチウムシリケート１グラムの割合で上記リチウムシリケートを当該蒸留水に溶かすことによって調製した水溶液を濾過した濾液１００グラムを１１０℃で２時間保持し、さらに７００℃で１０時間保持した後に得られる蒸発残留物の重量は２．９グラム以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の二酸化炭素吸収材。
  6. 気体中に含まれる二酸化炭素を吸収するペレットであって、
    請求項１から５のいずれか１項に記載の二酸化炭素吸収材を含んでいることを特徴とするペレット。
  7. 気体中に含まれる二酸化炭素を吸収するフィルターであって、
    請求項６に記載のペレットを内蔵していることを特徴とするフィルター。
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