WO2016208718A1 - 二酸化炭素吸収材、ペレットおよびフィルター - Google Patents

二酸化炭素吸収材、ペレットおよびフィルター Download PDF

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峻之 中
博久 山田
健太郎 岸良
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Definitions

  • the present invention relates to a carbon dioxide absorbent that absorbs carbon dioxide contained in a gas.
  • Patent Document 1 discloses a technique for removing carbon dioxide by adsorbing carbon dioxide in a gas stream to zeolite.
  • Patent Document 2 discloses a technique for removing carbon dioxide in combustion exhaust gas by bringing the combustion exhaust gas into contact with an amine aqueous solution.
  • Patent Document 3 discloses a carbon dioxide absorbent containing lithium silicate as a main component, containing a predetermined amount of water.
  • Patent Document 1 since the zeolite disclosed in Patent Document 1 is hydrophilic, when carbon dioxide is separated and adsorbed from a gas containing water and carbon dioxide, water is preferentially adsorbed. There was a problem that the ability to do was significantly reduced. Further, the technique of Patent Document 1 has a problem that a dehumidifying mechanism is required to prevent zeolite from adsorbing water.
  • the aqueous amine solution disclosed in Patent Document 2 is an aqueous solution having a certain concentration or more. Therefore, when carbon dioxide is separated and absorbed from the gas, there is a problem that unless it is always regenerated, the concentration of the aqueous amine solution is lowered and the absorption characteristic of carbon dioxide is lowered. That is, if the aqueous amine solution is not treated so as to maintain a concentration above a certain level, there is a problem that the concentration of the aqueous amine solution decreases and carbon dioxide cannot be absorbed. Further, the technique of Patent Document 2 has a problem that an absorption regeneration mechanism for adjusting the concentration of the aqueous amine solution is necessary so that carbon dioxide can be absorbed again.
  • the water content contained in the carbon dioxide absorbent is changed by absorbing water together with carbon dioxide. Therefore, when the water content exceeds the predetermined amount, there is a problem that carbon dioxide cannot be absorbed.
  • Patent Documents 1 to 3 it was difficult to continue to absorb carbon dioxide from the gas for a long time. That is, in the techniques of Patent Documents 1 to 3, it is difficult to suppress a decrease in the absorption efficiency of carbon dioxide contained in the gas when water is contained in the gas.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to suppress a decrease in the absorption efficiency of carbon dioxide contained in a gas even when the gas contains water. It is in providing the carbon dioxide absorber which can be done.
  • a carbon dioxide absorbent according to one embodiment of the present invention is a carbon dioxide absorbent that absorbs carbon dioxide contained in a gas, and includes a tetravalent lithium silicate that exhibits water solubility. Contains.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a measurement mechanism that measures the concentration of carbon dioxide in the container 1 according to the present embodiment. Specifically, the measurement mechanism shown in FIG. 1 measures the amount of carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorbent 10 or the like. The measurement result by the measurement mechanism will be described later as an example.
  • the carbon dioxide absorbent 10 of the present embodiment shown in FIG. 1 is capable of absorbing carbon dioxide contained in a gas. Specifically, the carbon dioxide absorbent 10 separates at least a part of carbon dioxide from a gas containing water (that is, water vapor) and carbon dioxide (that is, carbon dioxide gas), and absorbs the carbon dioxide. Is possible.
  • the carbon dioxide absorbent 10 contains tetravalent lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) that exhibits water solubility.
  • the carbon dioxide absorbent 10 of the examples described later is composed of tetravalent lithium silicate exhibiting water solubility, and is mainly composed of the lithium silicate.
  • the lithium silicate is the main component of the carbon dioxide absorbent 10. It shall be an ingredient.
  • tetravalent lithium silicate is a material capable of separating and absorbing carbon dioxide from the above gas, and in the published safety data sheet, it is generally insoluble in water. . That is, it is clear from the safety data sheet that conventional tetravalent lithium silicates, including the tetravalent lithium silicate disclosed in Patent Document 3, are insoluble in water.
  • the present inventors have prepared by a production method to be described later, thereby separating and absorbing carbon dioxide from the above gas for a long period of time. Found that it is possible to obtain lithium silicate.
  • it is unclear how the tetravalent lithium silicate showing water solubility is produced by the production method described later.
  • silicon dioxide (SiO 2 ) and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) is 1: 2 (weighing step).
  • silicon dioxide and lithium carbonate are inserted into the three-dimensional mill.
  • silicon dioxide and lithium carbonate are mixed with a three-dimensional mill using a ZrO 2 ball for about 10 minutes (mixing step).
  • the three-dimensional mill used in this production method is 3D-210-D2 manufactured by Nagao System.
  • the silicon dioxide and lithium carbonate (mixed powder) mixed in the three-dimensional mill are heated in an electric furnace at a temperature of about 700 ° C. for 10 hours (heating step).
  • the mixed powder after heating is pulverized in a mortar, and the pulverized powder is passed through a sieve (pulverization step).
  • powder (powdered) tetravalent lithium silicate is produced.
  • the particle size of the tetravalent lithium silicate produced by the production method of this example is about 20 ⁇ m (D50: median diameter).
  • the tetravalent lithium silicate produced in this way is referred to as powder X. Further, sieves having different openings may be used.
  • tetravalent lithium silicate (referred to as powder Y) having a particle diameter of about 8 ⁇ m (D50: median diameter) can be obtained. And the present inventors confirmed that the tetravalent lithium silicate produced in this way was soluble in water.
  • the mixing time in the mixing step varies depending on the total weight of silicon dioxide and lithium carbonate weighed in the weighing step.
  • the heating temperature and the heating time in the heating step vary depending on the electric furnace to be used. Considering the difference in the electric furnace to be used, the heating temperature may be, for example, 600 ° C. or more and 1000 ° C. or less, and the heating time may be, for example, 5 hours or more and 40 hours.
  • FIG. 2 is a graph showing an example of measurement results of the carbon dioxide absorbent 10 according to the present embodiment by an X-ray diffraction apparatus (XRD; X-ray diffraction).
  • XRD X-ray diffraction apparatus
  • the present inventors have confirmed whether or not the substance is tetravalent lithium silicate by identifying the actual substance produced by the above production method using an X-ray diffractometer.
  • the horizontal axis represents the diffraction angle
  • the vertical axis represents the X-ray intensity after scattering by the substance.
  • “Li 4 SiO 4 ” (solid line) in FIG. 2 is a measurement result when the measurement target is the above-mentioned substance.
  • Li 4 SiO 4 -ref (37-1472) in FIG. 2 (triangles) is, Li 4 SiO 4 as a reference (known substance, Li 4 SiO 4 showing a insoluble in water) The analysis result is shown.
  • the substance solid line
  • the appearance pattern of the peak of the substance substantially matches the appearance pattern of the peak of Li 4 SiO 4 as a reference.
  • a peak indicating the characteristics of divalent lithium silicate does not appear. Therefore, the substance can be identified as tetravalent lithium silicate. That is, it is possible to specify that the carbon dioxide absorbent 10 produced by the above production method contains tetravalent lithium silicate as a main component.
  • the produced tetravalent lithium silicate may be specified as water-soluble.
  • the transmittance of the aqueous solution is 88% or more when the wavelength of light applied to the aqueous solution is in the above wavelength range.
  • the produced tetravalent lithium silicate may be specified as water-soluble.
  • FIG. 3 shows the transmittance of the aqueous solution containing the powder X and the powder Y with respect to light in the above wavelength range. As shown in FIG. 3, it can be seen that the transmittance of the aqueous solution containing the powder X and the powder Y is 88% or more.
  • the produced tetravalent lithium silicate exhibits water solubility in the following methods other than the above-described confirmation method.
  • the magnetic evaporating dish is held at 700 ° C. for 10 hours in an electric furnace, for example.
  • the produced tetravalent lithium silicate may be specified as water-soluble.
  • 100 grams of a filtrate obtained by filtering an aqueous solution prepared by dissolving the tetravalent lithium silicate in the distilled water at a ratio of 1 gram of tetravalent lithium silicate to 20 grams of distilled water was obtained at 110 ° C.
  • the weight of the evaporation residue obtained after holding for 10 hours at 700 ° C. is 2.9 g or more, the tetravalent lithium silicate contained in the carbon dioxide absorbent 10 exhibits water solubility. Can be identified.
  • the weight of the evaporation residue obtained after holding for 2 hours (3.6 g or more) includes tetravalent lithium silicate, moisture that could not be evaporated, and carbon dioxide absorbed by the lithium silicate. May contain weight.
  • the porcelain evaporating dish after being held at 110 ° C. for 2 hours is further held at 700 ° C.
  • the reason for the difference between the water solubility and the water insolubility is that the crystallinity of the tetravalent lithium silicate of this embodiment is different from the crystallinity of the conventional tetravalent lithium silicate. This may be due to what is being done. However, the reason for the difference (the reason (mechanism) that the tetravalent lithium silicate of this embodiment has water solubility) has not been elucidated at the time of filing the basic application of the present application.
  • the water solubility can be confirmed by pulverizing with a mortar or ball mill to form a powder.
  • the carbon dioxide absorbent 10 contains a substance other than tetravalent lithium silicate, if it is possible to take out only tetravalent lithium silicate using a known technique, the water solubility is confirmed after removal. . The same applies to the carbon dioxide absorbent 10a of the third embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of the transition of the concentration of carbon dioxide in the container 1 with the elapsed time measured by the measurement mechanism shown in FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing an example of transition of the concentration of carbon dioxide in the container 1 with respect to two different humidity, which is measured by the measurement mechanism shown in FIG.
  • the measuring mechanism shown in FIG. 1 measures the amount of carbon dioxide absorbed by various carbon dioxide absorbents such as the carbon dioxide absorbent 10 produced by the above production method. And a dish 3. This measuring mechanism actually measures the amount of carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorbent by measuring the concentration of carbon dioxide in the gas contained in the container 1.
  • the container 1 can be filled with a gas containing water and carbon dioxide to create a measurement environment therein, and has a lid (not shown) at the top.
  • the material of the container 1 is acrylic, but the material is not particularly limited as long as the measurement environment can be provided.
  • the concentration measuring device 2 measures the concentration of carbon dioxide in the gas contained in the container 1 in a closed state with the lid closed, and is built in the container 1.
  • the dish 3 is for placing various carbon dioxide absorbents, and is placed inside the container 1.
  • the measurement method of this example is as follows. First, the container 1 made of acrylic and having an internal volume of 12 liters was placed in an atmosphere having a temperature of 23 ° C. and a humidity of 55% RH (relative humidity), and the interior of the container 1 was set to the same atmosphere as the atmosphere. Thereafter, 0.1 g of carbon dioxide absorbent 10 produced by the above-described production method and containing water-soluble tetravalent lithium silicate as a main component is placed in a dish 3, and the dish 3 is placed inside the container 1. Placed. Then, the lid
  • the concentration of carbon dioxide contained in the container 1 is thereafter Compared to the period of, it has dropped sharply. This is presumably due to absorption of carbon dioxide by the carbon dioxide absorbent 10 and physical adsorption of carbon dioxide on the surface of the carbon dioxide absorbent 10.
  • the amount of decrease in the concentration of carbon dioxide per unit time is smaller than the amount of decrease in unit time in the period after the start of measurement, but the concentration of carbon dioxide continues to decrease. Recognize. Considering that the concentration of carbon dioxide contained in the interior of the container 1 also decreases with the passage of time, it can be said that the concentration of carbon dioxide continues to decrease at a substantially constant rate. That is, it can be said that the carbon dioxide absorption rate (the slope of the graph shown in FIG. 4) of the carbon dioxide absorbent 10 after the above period after the start of measurement is substantially constant. And as shown in FIG. 4, it turns out that the density
  • the container 1 is placed in an atmosphere having a temperature of 23 ° C. or more and 24 ° C. or less and a humidity of 25% RH or 66% RH, and the inside of the container 1 is set to the same atmosphere as the atmosphere. . Thereafter, 0.5 gram of carbon dioxide absorbent 10 was placed in the dish 3 and the dish 3 was placed inside the container 1. Then, the lid
  • FIG. 5 shows the measurement results.
  • the concentration of carbon dioxide at each elapsed time shown in FIG. 5 is determined from the concentration of carbon dioxide indicated by the concentration measuring device 2 at each elapsed time from the concentration of carbon dioxide indicated by the concentration measuring device 2 at the elapsed time 0 (that is, at the start of measurement). Is a value obtained by subtracting.
  • the concentration of carbon dioxide indicated by the concentration measuring device 2 at the elapsed time 0 is set to 0 ppm.
  • the amount of decrease in the concentration of carbon dioxide is greater at a humidity of 66% RH than at a humidity of 25% RH. That is, the case where the carbon dioxide absorbent 10 is placed in an environment with a high humidity of 66% RH, compared to the case where the carbon dioxide absorbent 10 is placed in an environment with a low humidity of 25% RH, It can be seen that the absorption rate of carbon dioxide is fast.
  • the carbon dioxide absorbent 10 of the present embodiment includes tetravalent lithium silicate that exhibits water solubility.
  • the conventional carbon dioxide absorbing material for example, the material disclosed in Patent Document 1 or 3
  • the adsorption or absorption of carbon dioxide is inhibited accordingly. Will be. Therefore, the amount of adsorption or absorption of carbon dioxide contained in the gas per unit area of the carbon dioxide absorbent decreases due to inhibition of absorption or adsorption of carbon dioxide by water. Therefore, in the conventional carbon dioxide absorbent, when water is present in the gas, it is difficult to adsorb or absorb carbon dioxide for a long time. That is, in the case of the conventional carbon dioxide absorbent, if water is contained in the gas, it is difficult to maintain the carbon dioxide absorption.
  • the carbon dioxide absorbent 10 of this embodiment as described above, it is speculated that water in the gas adheres to the surface of the tetravalent lithium silicate and absorbs carbon dioxide while dissolving the surface. The That is, it is assumed that water in the gas contributes to the absorption of carbon dioxide by the tetravalent lithium silicate. Therefore, the carbon dioxide absorbent 10 can continue to absorb carbon dioxide in an environment where water is contained in the gas regardless of the amount of water contained per unit volume in the gas. That is, the carbon dioxide absorbent 10 can suppress a decrease in the absorption efficiency of carbon dioxide contained in the gas even when water is contained in the gas.
  • the carbon dioxide absorbent 10 can continue to absorb carbon dioxide because water is contained in the gas. Further, from the above inference, the more the amount of moisture in the gas (that is, the higher the humidity), the more the carbon dioxide absorption capacity of the carbon dioxide absorbent 10 is improved. It can be said that it can continue to absorb more carbon dioxide. This point is supported by the measurement results shown in FIG. That is, the carbon dioxide absorbent 10 functions effectively in an environment where moisture is contained in the gas, and can absorb carbon dioxide for a long time.
  • the carbon dioxide absorbent 10 can absorb carbon dioxide in the gas even if the gas contains water. Therefore, when the carbon dioxide absorbent 10 is used, it is not necessary to provide a dehumidifying mechanism when carbon dioxide is separated from the gas (especially when separation is performed for a long time). Therefore, the cost for providing the dehumidifying mechanism and the cost for operating the dehumidifying mechanism can be reduced. Moreover, the installation place of a dehumidification mechanism becomes unnecessary. The carbon dioxide absorbent 10 that can continue to absorb carbon dioxide even in an environment in which water is contained in a gas without using a dehumidifying mechanism cannot be realized by a conventional carbon dioxide absorbent.
  • the carbon dioxide absorbent 10 when used, it is not necessary to provide an absorption regeneration mechanism which is necessary when trying to separate carbon dioxide from the gas for a long time. Therefore, the cost for providing the absorption / regeneration mechanism and the cost for operating the absorption / regeneration mechanism can be reduced. Moreover, the installation place of an absorption regeneration mechanism becomes unnecessary. The absorption / regeneration mechanism changes the characteristics of the material contained in the carbon dioxide absorbent so that carbon dioxide can be absorbed again.
  • the carbon dioxide absorbent 10 containing water-soluble tetravalent lithium silicate is different from the conventional carbon dioxide absorbent (particularly, tetravalent lithium silicate insoluble in water). Are very different. Due to this difference in properties, it is possible to provide a carbon dioxide absorbent 10 that is not conventionally available. That is, it is possible to provide the carbon dioxide absorbent 10 that can absorb carbon dioxide in the gas at a low cost for a long time and that functions effectively in an environment where moisture is contained in the gas. it can. Further, the carbon dioxide absorbent 10 can absorb carbon dioxide in the gas until the concentration of carbon dioxide in the gas existing in a predetermined space becomes a low concentration (for example, around 0 ppm). .
  • the carbon dioxide gas absorbent mainly composed of lithium silicate disclosed in Patent Document 3 absorbs water together with carbon dioxide. As described above, it is clear from the safety data sheet that this lithium silicate is insoluble in water. For this reason, the carbon dioxide absorbent disclosed in Patent Document 3 absorbs water together with carbon dioxide when carbon dioxide is separated and absorbed from a gas containing water and carbon dioxide, so carbon dioxide per unit weight There was a problem that the amount of absorption of the water decreased.
  • the carbon dioxide absorbent disclosed in Patent Document 3 contains a predetermined amount of water. For this reason, in the carbon dioxide absorbent, the water content contained in the carbon dioxide absorbent is changed by absorbing water together with carbon dioxide from the gas. Therefore, when the content of water exceeds the predetermined amount, there is a problem that carbon dioxide cannot be absorbed.
  • the carbon dioxide absorbent 10 contains a tetravalent lithium silicate exhibiting water solubility.
  • the carbon dioxide absorbent 10 is not the same as the carbon dioxide absorbent disclosed in Patent Document 3, except that a predetermined amount of water is added to lithium silicate that is insoluble in water.
  • water-soluble tetravalent lithium silicate is produced by a mechanism different from the mechanism in which lithium silicate insoluble in water disclosed in Patent Document 3 absorbs carbon dioxide. Absorbs carbon. That is, the tetravalent lithium silicate exhibiting water solubility does not inhibit the absorption of carbon dioxide by the absorption of water, unlike the lithium silicate that is insoluble in water. Therefore, the carbon dioxide absorbent 10 can solve the above problems and can absorb carbon dioxide for a long time even when the gas contains water.
  • Patent Document 3 shows a general manufacturing method.
  • Patent Document 3 does not disclose that various lithium silicates were produced under all conditions within the ranges of the disclosed mixing amount, mixing time, heating time, and heating temperature.
  • ceramics can change their properties by changing various conditions in production.
  • the present inventors have obtained a tetravalent lithium silicate exhibiting water solubility, which is different from the lithium silicate exhibiting insolubility with respect to water disclosed in Patent Document 3, by producing by the above production method. I found out that
  • the carbon dioxide absorbent 10 can be used in an environment where it is necessary to absorb carbon dioxide contained in a gas, such as an environment where carbon dioxide is generated. That is, the carbon dioxide absorbent 10 can be used to remove carbon dioxide emitted by living organisms such as humans in a human living space where air exists. From this point of view, the carbon dioxide absorbent 10 can be suitably used in electronic devices such as an air purifier, a humidifier, and a dehumidifier used in the living space. As described above, the carbon dioxide absorbent 10 functions effectively in an environment where moisture is contained in the gas. Even in view of this point, it can be said that the carbon dioxide absorbent 10 can be suitably used in the electronic apparatus.
  • the carbon dioxide absorber 10 can be used in a spacecraft or a submarine having a space sealed from the external environment. Further, the carbon dioxide absorbent 10 can be incorporated in an analytical instrument that needs to remove carbon dioxide from the taken-in air, or can be used in a room where the analytical instrument is installed. Furthermore, the carbon dioxide absorbent 10 can be used in an environment (for example, a plant) in which fossil fuel that generates carbon dioxide is burned.
  • carbon dioxide absorbent 10 may be used in the various environments described above in a form applied to the pellet 20 or the filter 30 of the second embodiment.
  • FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating an example of the filter 30 according to the present embodiment. Specifically, FIG. 6B is an enlarged view of a main part of the filter 30 shown in FIG.
  • the pellet 20 absorbs carbon dioxide contained in the gas, and includes the carbon dioxide absorbent 10 containing the water-soluble tetravalent lithium silicate described in the first embodiment.
  • the pellet 20 is a granulated product that is granulated by solidifying the carbon dioxide absorbent 10 that is a powder and is larger than the size of the carbon dioxide absorbent 10.
  • the pellet 20 is a granulated product produced by forming a powder carbon dioxide absorbent 10 into a substantially spherical shape.
  • the shape of the pellet 20 includes various shapes such as a cylinder, a rectangular parallelepiped, etc. in addition to a substantially spherical shape.
  • the shape and size of the pellet 20 are preferably such that the pressure loss can be reduced when the pellet 20 is built in the filter 30.
  • the size of the pellet 20 is preferably about several mm, for example.
  • the carbon dioxide absorbent 10 produced by the production method described in Embodiment 1 and a binder are mixed (binder mixing step). Thereafter, the mixture of the carbon dioxide absorbent 10 and the binder is inserted into a predetermined mold and sintered at a predetermined temperature (sintering step). Thereby, the pellet 20 larger than the said carbon dioxide absorber 10 containing the carbon dioxide absorber 10 which is powder is produced.
  • the filter 30 is a filter that absorbs carbon dioxide contained in the gas.
  • the filter 30 is a particle-filled filter that can be filled with a carbon dioxide absorbent 10 that is a powder inside to absorb the carbon dioxide.
  • the filter 30 contains the above-mentioned pellet 20 instead of the carbon dioxide absorber 10 which is powder.
  • the filter 30 includes a pellet 20 and a dustproof filter 35 therein.
  • the filter 30 has two openings, and an insertion tube 36 and a discharge tube 37 are connected to each opening.
  • the insertion tube 36 is a tube through which a gas containing water and carbon dioxide passes, and the gas is inserted into the filter 30.
  • the exhaust pipe 37 is a pipe through which the gas after a part of the carbon dioxide is absorbed (removed) by the filter 30, and exhausts the gas to the outside of the filter 30.
  • the dust filter 35 is for preventing dust and the like from entering the filter 30 from the insertion tube 36 and the discharge tube 37.
  • the dustproof filter 35 is disposed inside the filter 30 so as to cover at least the openings.
  • the dustproof filter 35 covering the opening on the insertion tube 36 side has a function of dispersing the gas from the insertion tube 36 inside the filter 30 and preventing the pellet 20 from leaking into the insertion tube 36 from the opening. Yes.
  • the dustproof filter 35 covering the opening on the discharge pipe 37 side has a function of preventing the pellet 20 from leaking from the opening to the discharge pipe 37.
  • the inside of the filter 30 is laid with pellets 20.
  • a gas containing water and carbon dioxide passes through the insertion tube 36 and is inserted into the filter 30.
  • the carbon dioxide in the gas is absorbed by the pellet 20 inside the filter 30, and the gas after the carbon dioxide is absorbed is discharged from the discharge pipe 37 to the outside. Thereby, the gas from which the carbon dioxide has been removed from the gas can be supplied to the external space of the filter 30.
  • the pellet 20 includes the carbon dioxide absorbent 10 containing tetravalent lithium silicate exhibiting water solubility. Therefore, as in Embodiment 1, carbon dioxide can be absorbed from a gas containing water and carbon dioxide for a long time. That is, the pellet 20 can suppress a decrease in absorption efficiency of carbon dioxide contained in the gas even when the gas contains water.
  • the pellet 20 is a granulated material that is larger than the carbon dioxide absorbent 10 by solidifying the carbon dioxide absorbent 10 that is a powder. Therefore, the versatility of the carbon dioxide absorbent 10 that is a powder can be improved.
  • the filter 30 has a built-in pellet 20 containing the carbon dioxide absorbent 10.
  • the carbon dioxide absorbent 10 that is powder is spread as it is inside the filter 30, the carbon dioxide from the gas containing water and carbon dioxide inserted from the insertion tube 36 in the filter 30. Can be absorbed.
  • the carbon dioxide absorbent is a powder (particularly, the particle size is in micro units)
  • the powder is built in the filter 30, the gap between the powders becomes small and the pressure loss increases, resulting in clogging. Will be caused.
  • carbon dioxide from the insertion tube 36 cannot pass through the inside of the filter 30, and the carbon dioxide absorbent 10 built in the filter 30 may not be able to absorb carbon dioxide.
  • the pellet 20 is granulated larger than the carbon dioxide absorbent 10 which is a powder, the gap between the pellets 20 can be made larger than when the powder is built in the filter 30. Therefore, generation
  • the carbon dioxide absorbent 10 is incorporated into the filter 30. It is possible to apply. Thereby, also in the filter 30, it becomes possible to absorb carbon dioxide from the gas containing water and carbon dioxide efficiently at low cost for a long time. That is, the filter 30 can suppress a decrease in the absorption efficiency of carbon dioxide contained in the gas even when water is contained in the gas.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a measurement mechanism that measures the concentration of carbon dioxide in the container 12 according to the present embodiment. Specifically, the measurement mechanism shown in FIG. 7 measures the amount of carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorbent 10a and the like. The measurement result by the measurement mechanism will be described later as an example.
  • the carbon dioxide absorbent 10a of this embodiment shown in FIG. 7 is capable of absorbing carbon dioxide contained in the gas. Specifically, the carbon dioxide absorbent 10a separates at least a part of carbon dioxide from a gas containing water (that is, water vapor) and carbon dioxide (that is, carbon dioxide gas) and absorbs the carbon dioxide. Is possible. Further, the carbon dioxide absorbent 10a contains tetravalent lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) that exhibits water solubility.
  • the carbon dioxide absorbent 10a in the examples described later is composed of water-soluble tetravalent lithium silicate, and the lithium silicate is the main component.
  • the lithium silicate is the carbon dioxide absorbent 10a. It shall be the main component.
  • the carbon dioxide absorbent 10a contains potassium carbonate (K 2 CO 3 ). Specifically, the carbon dioxide absorbent 10a is obtained by adding potassium carbonate to water-soluble tetravalent lithium silicate. In the carbon dioxide absorbent 10a, the molar ratio of potassium carbonate to tetravalent lithium silicate exhibiting water solubility is 0.01 or more and 0.1 or less. That is, in the carbon dioxide absorbent 10a, the amount of potassium carbonate added to water-soluble tetravalent lithium silicate is 1 mol% or more and 10 mol% or less.
  • tetravalent lithium silicate is generally insoluble in water.
  • the present inventors have shown that tetravalent lithium silicate exhibits water solubility. Found that it is possible to get.
  • the inventors have added a predetermined amount of potassium carbonate to water-soluble tetravalent lithium silicate, thereby increasing the absorption rate of carbon dioxide in the gas of the carbon dioxide absorbent 10a. We found that it is possible to increase.
  • Example> a method for producing the carbon dioxide absorbent 10a and an absorption characteristic of the carbon dioxide absorbent 10a produced by the production method will be described. The relationship between the amount of potassium carbonate contained in the carbon dioxide absorbent 10a produced by the production method and the absorption rate of carbon dioxide in the gas of the carbon dioxide absorbent 10a will be described.
  • sample A The above tetravalent lithium silicate obtained through the above pulverization step is designated as sample A. What added 1 mol%, 5 mol%, 10 mol%, and 20 mol% potassium carbonate to this sample A is prepared (addition process). Sample A with 1 mol% potassium carbonate added is sample B, sample C with 10 mol% added is sample C, sample D is added with 5 mol%, sample E is sample E with 20 mol% added. That is, in sample B, the molar ratio of potassium carbonate to tetravalent lithium silicate is 0.01, in sample C, the molar ratio is 0.05, and in sample D, the molar ratio is 0.1. In sample E, the molar ratio is 0.2. In this way, a carbon dioxide absorbent is produced in which potassium carbonate is added to water-soluble tetravalent lithium silicate. Samples A to E that function as the carbon dioxide absorbent 10a are samples B, C, and D.
  • the present inventors have confirmed whether or not the substance is tetravalent lithium silicate by identifying the actual substance produced by the above production method using an X-ray diffractometer.
  • the substance refers to a tetravalent lithium silicate (sample A) produced by the above production method before potassium carbonate is added. That is, an example of the measurement result of the carbon dioxide absorbent 10a according to the present embodiment by the X-ray diffractometer is the same as the graph shown in FIG. Therefore, as in Embodiment 1, the substance can be identified as tetravalent lithium silicate. That is, it is possible to specify that the carbon dioxide absorbent 10a produced by the above production method contains tetravalent lithium silicate as a main component.
  • FIGS. 8 to 12 are graphs showing an example of the transition of the concentration of carbon dioxide in the container 12 with the elapsed time measured by the measurement mechanism shown in FIG.
  • the measuring mechanism shown in FIG. 7 measures the amount of carbon dioxide absorbed by various carbon dioxide absorbents such as the carbon dioxide absorbent 10a produced by the above production method. 12, a concentration measuring device 13 and a sample container 14 are provided. This measuring mechanism actually measures the amount of carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorbent by measuring the concentration of carbon dioxide in the gas contained in the container 12.
  • the constant temperature and humidity chamber 11 can maintain the inside at a predetermined temperature and a predetermined humidity.
  • a container 12 is placed inside the constant temperature and humidity chamber 11.
  • the container 12 can be filled with a gas containing water and carbon dioxide to create a measurement environment therein, and has a lid 15 at the top.
  • the material of the container 12 is acrylic, but the material is not particularly limited as long as the measurement environment can be provided.
  • An inlet 17 for injecting carbon dioxide (carbon dioxide gas) is formed in the side wall of the container 12. The injection port 17 is configured to be openable and closable so that it opens only when carbon dioxide gas is injected and closes at other times.
  • the concentration measuring device 13 measures the concentration of carbon dioxide in the gas contained in the container 12 in a sealed state with the lid 15 closed, and is built in the container 12.
  • the sample container 14 is for placing various carbon dioxide absorbents, and is placed inside the container 12. Further, the sample container 14 is provided with a lid 16 on the top thereof.
  • the measurement method of this example is as follows. First, the constant temperature and humidity chamber 11 has the same atmosphere as the atmosphere inside, and is set to a temperature of 20 ° C. and a humidity of 50% RH (relative humidity). A container 12 made of acrylic and having an internal volume of 2.2 liters is placed inside the constant temperature and humidity chamber 11 set in such a manner with the lid 15 opened. In this state, by leaving for about 30 minutes, the temperature and humidity inside the constant temperature and humidity chamber 11 are brought close to the temperature 20 ° C. and the humidity 50% RH set as described above, and the inside of the container 12 is The atmosphere was the same as the inside of the constant temperature and humidity chamber 11.
  • RH relative humidity
  • carbon dioxide carbon dioxide
  • the carbon dioxide gas is injected until the concentration of carbon dioxide inside the container 12 reaches about 1500 ppm.
  • the inlet 17 is closed and the door of the constant temperature and humidity chamber 11 is also closed.
  • the concentration measuring device 13 started measuring the concentration of carbon dioxide contained in the container 12 over time. And in this state, it was left to stand for about 20 minutes.
  • the door of the constant temperature and humidity chamber 11 and the lid 15 of the container 12 are opened, and the lid 16 of the sample container 14 containing the sample A is opened from the outside of the container 12. Twelve lids 15 were closed to seal the inside of the container 12. Subsequently, the concentration measuring device 13 measured the concentration of carbon dioxide contained in the container 12 over time.
  • the concentration of carbon dioxide contained in the container 12 is higher than that in the subsequent period. Has fallen sharply. This is presumably due to the absorption of carbon dioxide by the carbon dioxide absorbent 10a and the physical adsorption of carbon dioxide on the surface of the carbon dioxide absorbent 10a.
  • the amount of decrease in the concentration of carbon dioxide per unit time is smaller than the amount of decrease in unit time in the period after the lid 16 is opened, but the concentration of carbon dioxide continues to decrease.
  • concentration of carbon dioxide contained in the interior of the container 12 also decreases with the passage of time, it can be said that the concentration of carbon dioxide continues to decrease at a substantially constant rate. That is, it can be said that the carbon dioxide absorption rate (the slopes of the graphs shown in FIGS. 8 to 12) of the carbon dioxide absorbent 10a after the above period after the lid 16 is opened is substantially constant.
  • the concentration of carbon dioxide in sample A exceeded 850 ppm after 90 minutes from the start of measurement, but sample B (addition amount 1 mol%) and As shown in FIG. 10 and FIG. 8, the concentration of carbon dioxide in sample C (addition amount 5 mol%) is significantly lower than 800 ppm after 90 minutes from the start of measurement. Further, as shown in FIG. 11, the concentration of carbon dioxide in sample D (added amount: 10 mol%) is lower than 850 ppm after 90 minutes have elapsed since the start of measurement. On the other hand, the concentration of carbon dioxide in sample E (added amount 20 mol%) is presumed to be around 900 ppm after 90 minutes from the start of measurement, as shown in FIG.
  • the carbon dioxide absorber 10a contains the tetravalent lithium silicate, so that the concentration of carbon dioxide continues to decrease, but the molar ratio of potassium carbonate to the tetravalent lithium silicate is further increased.
  • the carbon dioxide absorbent 10a contains potassium carbonate so that it is 0.01 or more and 0.1 or less (the amount of potassium carbonate added is 1 mol% or more and 10 mol% or less), the concentration of carbon dioxide is efficiently reduced.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating another example of a measurement mechanism that measures the concentration of carbon dioxide in the container 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 14 is a graph showing an example of the transition of the concentration of carbon dioxide in the container 1 with the elapsed time measured by the measurement mechanism shown in FIG.
  • the measurement mechanism shown in FIG. 13 measures the amount of carbon dioxide absorbed by various carbon dioxide absorbents such as the carbon dioxide absorbent 10a, and is the same as the measurement mechanism shown in FIG. Since it is a structure, the description is omitted.
  • the measurement method in the examples for verifying the absorption persistence is as follows. First, the container 1 made of acrylic and having an internal volume of 12 liters was placed in an atmosphere having a temperature of 24 ° C. and a humidity of 40% RH, and the interior of the container 1 was set to the same atmosphere as the atmosphere. Thereafter, for example, 0.02 grams of carbon dioxide absorbent 10a as the sample D was put in the dish 3, and the dish 3 was placed inside the container 1. Then, the lid
  • the concentration of carbon dioxide in the container 1 continues to decrease over about 30 hours from the start of measurement.
  • the sudden decrease in the concentration of carbon dioxide for a while after the start of measurement is as follows.
  • the carbon dioxide absorption by the carbon dioxide absorbent 10a and the surface of the carbon dioxide absorbent 10a This is presumably due to the physical adsorption of carbon dioxide.
  • the carbon dioxide absorption rate (the slope of the graph shown in FIG. 14) of the carbon dioxide absorbent 10a after the elapse of the period after the start of measurement is substantially constant. I can say that.
  • FIG. 15 is a graph showing an example of the relationship between the amount of potassium carbonate added to the water-soluble tetravalent lithium silicate and the amount of decrease in carbon dioxide concentration per predetermined time.
  • the decrease amounts of Sample B to which 1 mol% of potassium carbonate was added, Sample C to which 5 mol% of potassium carbonate was added, and Sample D to which 10 mol% of potassium carbonate were added were about 650 ppm, about 700 ppm, and about 580 ppm, respectively. It is.
  • the amount of decrease for samples B, C, and D is greater than the amount of decrease for sample A. That is, it can be seen that Samples B, C, and D have a higher carbon dioxide absorption rate than when no potassium carbonate was added.
  • the amount of decrease in sample E to which 20 mol% of potassium carbonate was added is about 500 ppm, which is smaller than the amount of decrease in sample A. That is, for sample E, as in samples B, C, and D, the effect of increasing the carbon dioxide absorption rate is not observed.
  • the absorption rate of the carbon dioxide in the said gas can be increased by adding 1 mol% or more and 10 mol% or less potassium carbonate with respect to the tetravalent lithium silicate which shows water solubility.
  • the principle of increasing the absorption rate of carbon dioxide in the gas by adding a predetermined amount of potassium carbonate to water-soluble tetravalent lithium silicate (mechanism for increasing the absorption rate)
  • the application of the basic application of the present application It is not elucidated at the time.
  • the present inventors infer one example of the principle of increasing the absorption rate as follows.
  • Potassium carbonate is a deliquescent material.
  • the surface becomes dissolved, and carbon dioxide can easily enter the carbon dioxide absorbent 10a. Inferred. Therefore, by including potassium carbonate having deliquescence in the carbon dioxide absorbent 10a, when water adheres to the surface of the tetravalent lithium silicate, the potassium carbonate functions to promote dissolution of the surface. It is presumed that the surface is in a state where carbon dioxide can easily enter. Therefore, it is presumed that the absorption rate of carbon dioxide of the tetravalent lithium silicate to which potassium carbonate has been added increases.
  • the absorption principle (absorption mechanism) of carbon dioxide in the gas of the tetravalent lithium silicate exhibiting water solubility is as described in the first embodiment.
  • the carbon dioxide absorbent 10a of the present embodiment includes tetravalent lithium silicate exhibiting water solubility. Therefore, there exists an effect similar to the carbon dioxide absorber 10 of Embodiment 1.
  • the carbon dioxide absorber 10a contains potassium carbonate.
  • the molar ratio of potassium carbonate to tetravalent lithium silicate exhibiting water solubility is 0.01 or more and 0.1 or less.
  • the carbon dioxide absorption rate of the carbon dioxide absorbent 10a can be increased. Therefore, the amount of carbon dioxide that can be separated and absorbed within a predetermined time from a gas containing water and carbon dioxide can be increased per unit weight of the material.
  • the carbon dioxide absorbent 10a can separate and absorb carbon dioxide from the gas in a smaller amount within a predetermined time than when no potassium carbonate is added.
  • the carbon dioxide absorbent 10a can increase the absorption rate of the carbon dioxide, it is possible to prevent an increase in the size of the carbon dioxide absorption mechanism for promoting the absorption of carbon dioxide. Therefore, the cost for providing the carbon dioxide absorption mechanism and the cost for operating the carbon dioxide absorption mechanism can be reduced. Moreover, the installation place of a carbon dioxide absorption mechanism can also be reduced.
  • the carbon dioxide absorbent 10a can reduce the carbon dioxide in the gas at a lower cost and more efficiently than the case where potassium carbonate is not added, in addition to the effect of tetravalent lithium silicate exhibiting water solubility.
  • the effect of being able to absorb well is produced. That is, the carbon dioxide absorbent 10a can suppress a decrease in the absorption efficiency of carbon dioxide contained in the gas even when water is contained in the gas, and further increase the absorption efficiency. Can do.
  • Patent Document 3 discloses an example in which a predetermined amount of water and potassium carbonate are added to lithium silicate that is insoluble in water.
  • the carbon dioxide absorbent disclosed in Patent Document 3 does not contain water-soluble tetravalent lithium silicate, it is presumed that the action of potassium carbonate on lithium silicate is different. That is, in the carbon dioxide absorbent 10a, as described above, it is surmised that potassium carbonate functions to promote dissolution of water when water adheres to the surface of water-soluble tetravalent lithium silicate. .
  • the lithium silicate disclosed in Patent Document 3 is insoluble in water, naturally, dissolution of the surface of the lithium silicate due to the adhesion of water does not occur. Therefore, it is considered that potassium carbonate added to the lithium silicate disclosed in Patent Document 3 does not function to promote dissolution of the surface.
  • the field of application of the carbon dioxide absorbent 10a is the same as that of the carbon dioxide absorbent 10 of the first embodiment.
  • Embodiment 4 the case where the carbon dioxide absorbent 10a is applied to the pellet 20 or the filter 30 will be described.
  • FIG. 16B is an enlarged view of a main part of the filter 30 shown in FIG.
  • the pellet 20 absorbs carbon dioxide contained in the gas.
  • the pellet 20 absorbs carbon dioxide, which includes the water-soluble tetravalent lithium silicate described in Embodiment 3 and potassium carbonate (molar ratio of potassium carbonate to the lithium silicate is 0.01 or more and 0.1 or less).
  • the material 10a is included.
  • the pellet 20 is a granulated product larger than the size of the carbon dioxide absorbent 10a, which is granulated by solidifying the carbon dioxide absorbent 10a that is a powder.
  • the pellet 20 is a granulated product produced by forming a powder carbon dioxide absorbent 10a into a substantially spherical shape.
  • the filter 30 is a filter that absorbs carbon dioxide contained in the gas.
  • the filter 30 is a particle-filled filter that can be filled with a carbon dioxide absorbent 10a, which is a powder, in order to absorb the carbon dioxide.
  • the filter 30 contains the above-mentioned pellet 20 instead of the carbon dioxide absorber 10a which is powder. Since the specific structure of the filter 30 is the same as that of the filter 30 of the second embodiment, the description thereof is omitted here.
  • the pellet 20 is a carbon dioxide absorbent 10a containing tetravalent lithium silicate exhibiting water solubility and potassium carbonate (the molar ratio of potassium carbonate to the lithium silicate is 0.01 or more and 0.1 or less). Is included. Therefore, as in the third embodiment, carbon dioxide can be absorbed from a gas containing water and carbon dioxide for a long time. That is, the pellet 20 can suppress a decrease in the absorption efficiency of carbon dioxide contained in the gas even when water is contained in the gas, and can further increase the absorption efficiency. Moreover, the pellet 20 can improve the versatility of the carbon dioxide absorbent 10a which is a powder for the same reason as in the second embodiment.
  • the filter 30 has a built-in pellet 20 containing the carbon dioxide absorbent 10a. Therefore, for the same reason as in the second embodiment, the filter 30 can also absorb carbon dioxide from a gas containing water and carbon dioxide efficiently at a low cost for a long time. That is, the filter 30 can suppress a decrease in the absorption efficiency of carbon dioxide contained in the gas even when water is contained in the gas, and can further increase the absorption efficiency.
  • the carbon dioxide absorbent (10, 10a) according to aspect 1 of the present invention is a carbon dioxide absorbent that absorbs carbon dioxide contained in a gas, and includes tetravalent lithium silicate that exhibits water solubility.
  • the carbon dioxide absorber of the said aspect 1 contains the tetravalent lithium silicate which shows water solubility, from the gas containing water and a carbon dioxide rather than the conventional carbon dioxide absorber. Carbon dioxide can be absorbed for a long time. That is, the carbon dioxide absorbent of aspect 1 can suppress a decrease in absorption efficiency of carbon dioxide contained in the gas even when water is contained in the gas.
  • the carbon dioxide absorber of the said aspect 1 when using the carbon dioxide absorber of the said aspect 1, it absorbs a carbon dioxide in the environment where water is contained in the gas irrespective of the amount of water contained per unit volume in the gas. be able to. Therefore, since it is not necessary to provide a dehumidifying mechanism, the cost for providing the dehumidifying mechanism and the cost for operating the dehumidifying mechanism can be reduced. Moreover, the installation place of a dehumidification mechanism becomes unnecessary.
  • a carbon dioxide absorbent capable of absorbing carbon dioxide even in an environment where water is contained in a gas without using a dehumidifying mechanism can be realized with the conventional carbon dioxide absorbent as described above. It was not.
  • the carbon dioxide absorbent of aspect 1 can absorb carbon dioxide for a long time, particularly in an environment where the content of water in the gas is high (ie, the humidity is high).
  • the carbon dioxide absorbent of the above aspect 1 when used, it is not necessary to provide an absorption / regeneration mechanism which is necessary particularly when trying to separate for a long time. Therefore, the cost for providing the absorption / regeneration mechanism and the cost for operating the absorption / regeneration mechanism can be reduced. Moreover, the installation place of an absorption regeneration mechanism becomes unnecessary.
  • the carbon dioxide can be absorbed from a gas containing water and carbon dioxide at a low cost for a long time.
  • the carbon dioxide absorbent (10a) according to aspect 2 of the present invention further includes potassium carbonate in aspect 1, and the molar ratio of the potassium carbonate to the lithium silicate is 0.01 or more and 0.1 or less. It is preferable.
  • the carbon dioxide absorbing material of the above aspect 2 contains potassium carbonate.
  • the molar ratio of potassium carbonate to lithium silicate is 0.01 or more and 0.1 or less. In this case, it becomes possible to increase the absorption rate of carbon dioxide in the gas of the carbon dioxide absorbent.
  • the carbon dioxide absorbent of aspect 2 in addition to the effect that carbon dioxide in the gas can be absorbed for a long time, there is an effect that it can be efficiently absorbed. That is, according to the carbon dioxide absorbent of aspect 2, even when water is contained in the gas, it is possible to suppress a decrease in the absorption efficiency of carbon dioxide contained in the gas. There is an effect that the absorption efficiency can be increased. Furthermore, according to the carbon dioxide absorbent of aspect 2, the above effect can be achieved at low cost.
  • the transmittance of the aqueous solution when the aqueous solution containing 0.17% by weight of lithium silicate is prepared in aspect 1 or 2 is irradiated to the aqueous solution. It is preferable that the wavelength of light is 88% or more in the range of 240 nm or more and 400 nm or less.
  • the transmittance of the light having the wavelength to the aqueous solution is as high as 88% or more. Therefore, it can be specified that the tetravalent lithium silicate contained in the carbon dioxide absorbent of aspect 1 or 2 is water-soluble.
  • the aqueous solution prepared by dissolving the lithium silicate in the distilled water at a ratio of 1 gram of lithium silicate to 20 grams of distilled water is not less than 3.6 g.
  • the weight of the evaporation residue per 100 grams of the filtrate in the above state is 3.6 grams or more
  • the tetravalent lithium silicate in the dissolved state is contained in the aqueous solution before being filtered. Can be said to be included. Therefore, when the said weight is 3.6 grams or more, it can identify that the tetravalent lithium silicate contained in the carbon dioxide absorber of the said aspect 1 or 2 shows water solubility.
  • the aqueous solution prepared by dissolving the lithium silicate in the distilled water at a ratio of 1 gram of lithium silicate to 20 grams of distilled water it is preferable that the weight of the evaporation residue obtained after 100 g of the filtrate obtained by filtering the above is kept at 110 ° C. for 2 hours and further kept at 700 ° C. for 10 hours is 2.9 grams or more.
  • the weight of the evaporation residue per 100 grams of the filtrate in the above state is 2.9 grams or more, the tetravalent lithium silicate is dissolved in the aqueous solution before being filtered. Can be said to be included. Therefore, when the said weight is 3.6 grams or more, it can identify that the tetravalent lithium silicate contained in the carbon dioxide absorber of the said aspect 1 or 2 shows water solubility.
  • the pellet (20) which concerns on aspect 6 of this invention is a pellet which absorbs the carbon dioxide contained in gas, Comprising: The carbon dioxide absorber in any one of aspect 1-5 may be included. .
  • the carbon dioxide absorbent according to any one of the above aspects 1 to 5 can be realized as pellets. Therefore, it is possible to improve the versatility of the carbon dioxide absorbent according to any one of the above aspects 1 to 5.
  • the filter (30) according to aspect 7 of the present invention is a filter that absorbs carbon dioxide contained in the gas, and may contain the pellets according to aspect 6.
  • the filter of aspect 7 contains the pellet of aspect 6. Since the pellets are granulated larger than the powdered carbon dioxide absorbent, the pellets can be incorporated in the filter in a state where the gaps between the pellets are larger than in the case of powders.
  • the filter of aspect 7 it is possible to absorb carbon dioxide for a long time. That is, even if it is a filter of the said aspect 7, even if it is a case where water is contained in gas similarly to the carbon dioxide absorber in any one of the said aspects 1-5, it is contained in gas. A decrease in carbon dioxide absorption efficiency can be suppressed.
  • the present invention can be widely used for a carbon dioxide absorbent that absorbs carbon dioxide contained in a gas.

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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

二酸化炭素吸収材、ペレットおよびフィルター
　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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