(57)【要約】      （修正有）【課題】強固な機械的強度を有する炭酸ガス吸収材料とその製造方法の提供。【解決手段】リチウムシリケート６を主成分とする炭酸ガス吸収材料およびその製造方法であって、原料となる炭酸リチウム粉体を液化させ、次いで液化させた炭酸リチウム４を原料シリカ粉末および生成したリチウムシリケート粒子５間に供給することで、化学反応の結果生成するリチウムシリケート６の粒子間が炭酸リチウム７により充填される炭酸ガス吸収材料の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムシリケート粒子間に炭酸リチウムが充填されている構造を有することを特徴とする、リチウムシリケートを主成分とする炭酸ガス吸収材料。
【請求項２】
炭酸リチウム量が１〜２０ｗｔ％であることを特徴とする、請求項１の炭酸ガス吸収材料。
【請求項３】
原料となる炭酸リチウム粉体を液化させ、次いで液化させた炭酸リチウムを原料シリカ粉末および生成したリチウムシリケート粒子間に供給することで、化学反応の結果生成するリチウムシリケートの粒子間が炭酸リチウムにより充填されることを特徴とする、炭酸ガス吸収材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、炭酸ガス吸収材料およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  燃焼機関から放出される二酸化炭素の回収、密閉空間で人間など生物から吐き出される二酸化炭素の除去など、炭酸ガスの分離・除去技術は近年産業界においてその重要性を増している。【０００３】  炭酸ガス吸収材料としては従来からゼオライトなどが知られるが、素材の体積当たりの炭酸ガス吸収能力が小さく、また水蒸気に晒され水分が吸着してしまうと炭酸ガス吸収能力が十分に発揮されないという問題があった。【０００４】  一方で、リチウムシリケートを主成分とする炭酸ガス吸収材は、素材の体積当たりの炭酸ガス吸収能力が大きく（特許文献１）、また水蒸気に晒されても炭酸ガス吸収能力は十分に発揮されるため（特許文献２）、炭酸ガス吸収材料として有望視されている。【０００５】  ここで、リチウムシリケートを主成分とする炭酸ガス吸収材料の産業的利用形態としては、炭酸ガスを吸収させた吸収材は回収され、その後炭酸ガスを放出させて吸収材を再生・再利用するとう工程が想定されている。そのため、炭酸ガスの吸収・放出を繰り返しても炭酸ガス吸収性能が減少しないよう、種々添加物の導入により、化学的安定性を向上させている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７６１３７１号
【特許文献２】特許第３６７５７５３号
【特許文献３】特許第４４２７４９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  一方で、吸収材の繰り返し利用においては、化学的安定性に加え、機械的安定性も重要な要素となる。炭酸ガス吸収材料の産業的利用形態としては、例えばペレット状などの固形状での利用が想定される。吸収材料の機械的強度が十分でなければ、その利用・回収・再生工程における機械的負荷により形状が崩れ、再利用困難という課題を有している。【０００８】  本発明は、かかる従来の問題点を鑑みてなされたものであり、強固な機械的強度を有する炭酸ガス吸収材料とその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、リチウムシリケートを主成分とする炭酸ガス吸収材料であって、リチウムシリケート粒子間に炭酸リチウムが充填されている構造を有することを特徴としている。【００１０】  請求項２の発明は、請求項１の炭酸ガス吸収材料であって、炭酸リチウム量が１〜２０ｗｔ％であることを特徴としている。【００１１】  請求項３の発明は、炭酸ガス吸収材料の製造方法であって、原料となる炭酸リチウム粉体を液化させ、次いで液化させた炭酸リチウムを原料シリカ粉末およびその粒子間に供給することで、化学反応の結果生成するリチウムシリケートの粒子間が炭酸リチウムにより充填されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】  請求項１の発明は、リチウムシリケートを主成分とする炭酸ガス吸収材料であって、リチウムシリケート粒子間に炭酸リチウムが充填されている構造を有することにより、リチウムシリケートのみでは得られることのできない、顕著な機械的強度を発揮するという効果を奏する。【００１３】  請求項２の発明は、請求項１の炭酸ガス吸収材料であって、特に炭酸リチウム量が１〜２０ｗｔ％であることにより、顕著な機械的強度を発揮するという効果を奏する。【００１４】  請求項３の発明は、炭酸ガス吸収材料の製造方法であって、原料となる炭酸リチウム粉体を液化させ、次いで液化させた炭酸リチウムを原料シリカ粉末および生成したリチウムシリケート粒子間に供給することで、化学反応の結果生成するリチウムシリケートの粒子間が炭酸リチウムにより充填されることを特徴とすることで、合成される炭酸ガス吸収材料が顕著な機械的強度を発揮するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の炭酸ガス吸収材料の製造方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】  次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１７】  本発明による炭酸ガス吸収材料およびその製造方法は、図１に示すように炭酸ガス吸収材料の製造方法であって、原料となる炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）粉体を液化させ、次いで液化させた炭酸リチウムを原料シリカ（ＳｉＯ２）粉末およびその粒子間に供給することで、化学反応の結果生成するリチウムシリケートの粒子間が炭酸リチウムにより充填されることを特徴としている。例えばリチウムシリケートとしてリチウムオルトシリケート（Ｌｉ４ＳｉＯ４）では、（化学式１）、あるいは（化学式２）、（化学式３）に示すような反応となる。
【００１８】
【化１】
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【化２】
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【化３】
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【００１９】  上記化学式１〜３で示される反応は、従来の方法では原料となる炭酸リチウムとシリカ粉末を混合させ、常圧の大気中では６００℃程度以上に加熱することにより進行させることができる（図１）。一方で、本発明では原料である炭酸リチウムを液化させる必要がある。そのため、原料となる炭酸リチウムとシリカ粉末を混合させた状態から、まず炭酸リチウムの融点（７２０℃）以上までまず急加熱することにより、炭酸リチウムを固体状態から液体状態に変化させる。これにより、炭酸リチウムが液状で形状を変化させながら、シリカ粒子およびその粒子間に炭酸リチウムが供給される。その状態で７００〜８００℃にて１時間〜８時間保持することにより、リチウムオルトシリケートおよびその粒界に炭酸リチウムが充填した複合物を得ることができる。ここで、シリカ原料を十分にリチウムシリケートに転換させるため、炭酸リチウムの仕込み量はモル比にて、２倍以上とすることが望ましい。ただし、仕込み炭酸リチウムの量が多すぎると残存炭酸リチウムの割合が大きくなり、単位重量当たりの炭酸ガス吸収性能が低下する。そのため、合成されるリチウムシリケートを主成分とする炭酸ガス吸収材料中、炭酸リチウム量は１〜２０ｗｔ％の範囲とすることが望ましい。これにより、炭酸ガス吸収性能と機械的強度の両方を発揮させることが可能となる。
【００２０】  ここで、炭酸ガス吸収材は、円筒状、円盤状、シート状、顆粒状、ペレット状など、固体状にて利用される。成形する際に炭酸カリウム、炭酸ナトリウムなどのアルカリの炭酸塩を添加することで、炭酸ガス吸収性能を向上させることができることが知られている。これらアルカリ炭酸塩のリチウムシリケートに対する添加量は、４０ｍｏｌ％以下であることが望ましい。
【実施例】
【００２１】  次に、本発明の炭酸ガス吸収材料およびその製造方法の実施例について説明するが、本発明は、本実施例に特に限定されるものではない。【００２２】（実施例１）
原料シリカ粉末と原料炭酸リチウム粉末を１：２のモル比で混合し、ボールミルにて１時間以上混合した原料粉末を、５００ｇずつアルミナ板上に１ｃｍ程度の厚みで堆積させた。その後原料粉末を電気炉内部に仕込み、室温から約１時間程度で炭酸リチウムの融点を超える７５０℃まで急加熱し、その後７５０℃で保持し、合計で６〜８時間程度加熱した。その後電気炉による加熱を停止し、自然冷却にて室温まで冷却した。【００２３】（実施例２）
上記実施例１において、室温から７５０℃までの加熱速度を２〜３時間程度と遅くして、同様にリチウムシリケート複合物を合成した。【００２４】（比較例１）
上記実施例１において、加熱温度を６５０℃に変更して同様にリチウムシリケート複合物を合成した。【００２５】（比較例２）
上記実施例１において、加熱温度を７００℃に変更して同様にリチウムシリケート複合物を合成した。【００２６】［機械的強度評価］
得られたリチウムシリケート複合物を、人の手で押しつぶし、破壊されるかどうか確認した。産業的利用を考えると、少なくとも取り扱う過程で、作業員の人の手では形状が壊れない程度の機械的強度が必要である。
比較例１、比較例２にて合成したリチウムシリケート複合物は、人の手で押しつぶすことで、その形状が崩壊した。
一方で、実施例１にて合成したリチウムシリケート複合物は、人の手では破壊できないほど非常に強固であり、顕著な機械的強度を発揮した。実施例１にて合成した複合物には、炭酸リチウムが１〜２０ｗｔ％の範囲で存在しており、リチウムシリケートの粒子間に食い込む形で存在することで、顕著な機械的強度を発揮していると推察される。
実施例２にて合成したリチウムシリケート複合物は、実施例１にて合成した複合物ほど強固ではなかったものの、人の手でなんとか破壊できる程度の強度は有していた。実施例２にて合成したリチウムシリケート複合物中の炭酸リチウム含有量は０〜１ｗｔ％と非常に少なく、リチウムシリケート粒子間に十分に充填されていないため、実施例１と比べリチウムシリケート粒子間の空隙が多くなり、機械的強度が弱くなったと推察される。
【符号の説明】
【００００】１  炭酸リチウム粒子
２  シリカ粒子
３  リチウムシリケート粒子
４  液状炭酸リチウム
５  シリカまたはリチウムシリケート粒子
６  リチウムシリケート粒子
７  炭酸リチウム層
【図１】
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