(57)【要約】【課題】通気性を高めると共に、比表面積を大きくして反応性および機械的強度を高め、かつ、周囲の材料との反応性を抑制した炭酸ガス吸収体を提供する。【解決手段】本炭酸ガス吸収体は、気孔の隣接するもの同士が連通孔を介して連通する多孔体と、前記気孔内に存在し、アルミニウム、シリコン、ジルコニウム、チタン、鉄、ニッケルの少なくとも一種から選ばれる少なくとも一種のリチウム化酸化物を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気孔の隣接するもの同士が連通孔を介して連通する多孔体と、前記気孔内に存在し、アルミニウム、シリコン、ジルコニウム、チタン、鉄、ニッケルの少なくとも一種から選ばれる少なくとも一種のリチウム化酸化物を有することを特徴とする炭酸ガス吸収体。
【請求項２】
請求項１に記載の炭酸ガス吸収体において、前記多孔体が占める体積は、全体の５〜４０％であることを特徴とする炭酸ガス吸収体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の炭酸ガス吸収体において、前記多孔体は、攪拌起泡の多孔体であることを特徴とする炭酸ガス吸収体。
【請求項４】
請求項１または２に記載の炭酸ガス吸収体において、前記多孔体は、メッシュ状の多孔体であることを特徴とする炭酸ガス吸収体。
【請求項５】
請求項１または２に記載の炭酸ガス吸収体において、前記多孔体は、ハニカム状の多孔体であることを特徴とする炭酸ガス吸収体。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の炭酸ガス吸収体において、前記リチウム化酸化物は、炭酸ナトリウムおよび炭酸カリウムの少なくとも一方を含有することを特徴とする炭酸ガス吸収体。
【請求項７】
請求項６に記載の炭酸ガス吸収体において、前記リチウム化酸化物は、炭酸ナトリウムおよび炭酸カリウムの少なくとも一方を０．５〜４０ｍｏ１％含有することを特徴とする炭酸ガス吸収体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭酸ガス吸収体に係わり、特に、炭化水素を主成分とする燃料、原料を利用するエネルギープラントや化学プラント、自動車などから発生する排出ガス、燃料ガス、原料ガス中から炭酸ガスを分離回収するシステム、または燃料や原料の供給部における炭酸ガスの分離回収に用いられる炭酸ガス吸収材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の炭酸ガス吸収体としては、炭酸ガス（ＣＯ２）と反応して炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）を生成する粉末の炭酸ガス吸収材を、炭酸ガスを透過する多孔質材料で形成された容器に収容してなるもの（特許文献１）、炭酸ガスとの反応により炭酸塩を生成するリチウムシリケート粉末を加圧成形してなる薄片状成形体の多孔質体からなるもの（特許文献２）、および炭酸ガスと反応して炭酸リチウムを生成する粉末の炭酸ガス吸収材を、貫通した開口部を有する構造の均一なセラミックスからなる多孔質成形体としてなるもの（特許文献３）が知られている。
【０００３】
しかし、特許文献１のものは、炭酸ガス吸収体における粉末の炭酸ガス吸収材を多孔質材料で形成された容器に収容するものであり、容器内の炭酸ガス吸収体粉末に充分なガス流路が確保できないことに加え、多孔質材料からなる容器を必要とするため、それを用いた装置構成が複雑になる不具合がある。また、特許文献２のものは、薄片状成形体の多孔質体からなるもののであり、装置構成を簡単にし得るものの、通気性が低いため、炭酸ガスの吸収反応が遅くなる不具合がある。さらに、特許文献３のものは、貫通した開口部を有する多孔質材料からなるものであり、薄片状の多孔質体からなるものに比べて、通気性を高め得るものの、充分な通気性を有しておらず、かつ、機械的強度が低い不具合がある。
【０００４】
また、特許文献２のものは、触媒等と共存させて使用する際、接触している触媒等と反応し、吸収体の吸収機能が劣化すると共に、触媒としての機能を低下させる。
【特許文献１】特開２０００−２６２８３７号公報（段落番号［０００７］、図１）
【特許文献２】特開２０００−２６２８９０号公報（段落番号［００１２］、［００１８］、図１）
【特許文献３】特開２００１−２３２１４８号公報（段落番号［００１９］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、通気性を高めると共に、比表面積を大きくして反応性および機械的強度を高め、かつ、周囲の材料との反応性を抑制した炭酸ガス吸収体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、気孔の隣接するもの同士が連通孔を介して連通する多孔体と、前記気孔内に存在し、アルミニウム、シリコン、ジルコニウム、チタン、鉄、ニッケルの少なくとも一種から選ばれる少なくとも一種のリチウム化酸化物を有することを特徴とする炭酸ガス吸収体が提供される。これにより、通気性を高めると共に、比表面積を大きくして反応性および機械的強度を高め、かつ、周囲の材料との反応性を抑制した炭酸ガス吸収体が実現される。
【０００７】
好適な一例では、前記多孔体が占める体積は、全体の５〜４０％である。  
また、他の好適な一例では、前記多孔体は、攪拌起泡の多孔体である。  
また、他の好適な一例では、前記多孔体は、メッシュ状の多孔体である。  
また、他の好適な一例では、前記多孔体は、ハニカム状の多孔体である。
【０００８】
また、他の好適な一例では、前記リチウム化酸化物は、炭酸ナトリウムおよび炭酸カリウムの少なくとも一方を含有する。  
また、他の好適な一例では、前記リチウム化酸化物は、炭酸ナトリウムおよび炭酸カリウムの少なくとも一方を０．５〜４０ｍｏ１％含有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係わる炭酸ガス吸収体によれば、通気性を高めると共に、比表面積を大きくして反応性および機械的強度を高め、かつ、周囲の材料との反応性を抑制した炭酸ガス吸収体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係わる炭酸ガス吸収体の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明に係わる炭酸ガス吸収体の一実施形態の概念図である。
【００１２】
図１に示すように、本炭酸ガス吸収体１は、ほぼ球形状の気孔２の隣接するもの同士が連通孔を介して連通する多孔体３と、気孔２内に存在し、アルミニウム、シリコン、ジルコニウム、チタン、鉄、ニッケルの少なくとも一種から選ばれる少なくとも一種のリチウム化酸化物４を有し、このリチウム化酸化物４は気孔２内で塊状あるいは膜状をなしている。
【００１３】
炭酸ガス吸収体１は、その骨格をなす多孔体３、例えば撹拌起泡のセラミック多孔体からなり、この多孔体が占める体積は、全体の５〜４０％である。なお、多孔体３は、撹拌起泡のセラミック多孔体のほか、体内に気孔（中空部）を有するメッシュ状の多孔体あるいはハニカム状の多孔体を用いることができる。
【００１４】
リチウム化酸化物４は、炭酸ナトリウムおよび／または炭酸カリウムを含有するのが好ましく、炭酸ナトリウムおよび／または炭酸カリウムの含有量は、リチウム化酸化物を０．５〜４０ｍｏ１％含有するのが好ましい。
【００１５】
本実施形態の炭酸ガス吸収体において、骨格には徴密なセラミック材料が用いられ、ほぼ球形状の気孔の隣接するもの同士が連通孔を介して連通する三次元網目状の骨格構造を有する撹拌起泡のセラミック多孔体で構成されていおり、機械的強度が格段に優れている。また、セラミック多孔体であるので、気泡内に存在するリチウム化酸化物同士が付着することがなく、さらに、リチウム化酸化物が周囲の材料と直接接触しないため、周辺材料を腐食しない。また、セラミック多孔体は撹拌起泡で作られるので、製造が容易である。
【００１６】
骨格を構成するアルミナ、ジルコニア、ムライト、マグネシア、スピネル等の占める体積が５０％より大きいと、気孔が独立気孔となり、連通しないため、リチウム化酸化物を封入することができない。また、５０％より小さくても、４０％より大きいと連通気孔になっているが、連通孔径が小さいため、リチウム化酸化物を封入することができず、また、５％より小さいと機械的強度が低下するため、作製が困難である。
【００１７】
リチウム化酸化物が炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）および／または炭酸カリウムを含有することにより、炭酸ガスの吸収反応が５００℃以下の低温域でも反応速度が速い。
【００１８】
炭酸ナトリウムおよび／または炭酸カリウムの含有量が、リチウム化酸化物の０．５ｍｏ１％より小さいと、炭酸ガスの吸収反応の促進効果を充分に発揮させることが困難となる。一方、リチウム化酸化物の４０ｍｏ１％より大きいと、炭酸ガスの吸収反応の促進効果が飽和するばかりか、相対的にリチウム化酸化物の量が低下し、炭酸ガス吸収量が低下する。
【００１９】
炭酸ナトリウムおよび／または炭酸カリウムの含有量は、リチウム化酸化物の１〜１０ｍｏｌ％がより好ましい。
【００２０】
本実施形態の炭酸ガス吸収体によれば、炭酸ガス吸収材としてのリチウム化酸化物が、ほぼ球形状の気孔の隣接するもの同士が連通孔を介して連通する三次元網目状の骨格構造を有するセラミック多孔体の気孔内に存在するため、通気性を高めると共に、比表面積を大きくして反応性および機械的強度を高め、かつ、周囲の材料との反応性を抑制して周辺の材料を劣化させることがない。
【００２１】
また、再生時、使用時よりも炭酸ガス吸収体が高温に加熱され、気孔内のリチウム化酸化物も加熱されて軟化変形する場合でも、隣接する酸化物リチウム同士はセラミック多孔体により分離され、さらに、酸化物リチウムはセラミック多孔体に支持されているので、使用時の温度では元の形態に復し、永続的な炭酸ガス吸収能力を保つ。
【実施例】
【００２２】
サンプルの作製１：  原料粉末として、平均粒径１μｍのアルミナ粉末１００重量部、液体媒体としてイオン交換水２５重量部、分散材としてポリアクリル酸アンモニウム０．７５重量部、硬化性樹脂として、水溶性エポキシ樹脂５重量部を、ボールミルで２０時間混合し、スラリーとした。このスラリーに起泡剤としてラウリル硫酸トリエタノールアミンを０．７５重量部添加した。撹拌機を用いて、スラリーを撹拌し、空気をスラリー中に取り込んだ。焼成での収縮率を考慮して、焼成体の気孔率が５０、６０、７０、８０、９０、９５、９８％となるよう空気とり込み量を調整した。こうして撹拌起泡した泡状スラリーに硬化剤としてイミノビスプロピルアミンを１．５重量部添加して、充分混合した後成形型に鋳込み成形し、この型内でこの泡状スラリーを静置した。泡状スラリーを成形型に鋳込んでいる際、泡は独立気泡となっているが、静置中に徐々に泡同士が合体し気泡は連通するようになる。同時にバインダーに含まれる硬化剤が硬化し、泡および合体した泡の骨格部分が固定化される。完全に硬化した状態で、多孔質体成形体を型から取り出し、乾燥した。次いで、１６００℃で大気中で焼成し多孔質アルミナとした。
【００２３】
試験１：  それぞれの試料をダイヤモンドカッターで□１０ｍｍに切断し重量を測定し、表１に示す結果を得た。
【００２４】
サンプルの作製２：  次に、炭酸リチウム粉末とシリカを２ｍｏ１：１ｍｏ１の比率になるように秤量し、水を媒体として、ホットミルで粉砕混合を行なった。上記スラリーを乾燥し、混合粉を作製した。混合粉１００重量部に対して、炭酸カリウム１．３重量部、純水２００重量部、バインダ（ＰＶＡ）０．５重量部を添加して撹拌器を用いて混合しスラリーとする。
【００２５】
このスラリー中に、先に作製しておいた試料の多孔質アルミナをディップした。５分後、スラリー中から多孔質アルミナを取り出し、表面についたスラリーを拭き取り、乾燥する。乾燥後、再度スラリー中にディップした。表面のスラリーを拭き取り乾燥した。乾燥後、電気炉を用いて７００℃で熱処理し、秤量した。粉末Ｘ線回折を行なったところ、アルミナのピークの外に、Ｌｉ４ＳｉＯ３のピークが検出された。熱処理により、気孔内に取り込まれた炭酸リチウムとシリカが反応し、リチウムシリケートが合成されていた。熱処理後、サンプルを割って、破断面を電子顕微鏡で観察したところ、図２に示すように、気孔内のリチウムシリケートは、塊状あるいは膜状になっており、その大きさは多孔質アルミナの連通孔径より大きかった。そのため、吸収体を充填する際の振動等でリチウム化酸化物が外に出ることはない。
【００２６】
試験２：  また、これらのサンプルについて、試料の重量および炭酸ガス吸収率を測定し表１に示す結果を得た。なお、炭酸ガス吸収率は、内径５０ｍｍの管状炉にサンプルを吊り下げ、１００ｍ１の炭酸ガスと４００ｍ１の窒素ガスを流し、５００℃で３時間保持したときのサンプルの重量増加より算出した。
【表１】
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【００２７】
表１からもわかるように、骨格が占める体積が４０％（気孔率６０％）の実施例１は炭酸ガス吸収率が２．４％であるが、骨格が占める体積を減ずる（気孔率の増加）につれて、炭酸ガス吸収率は増加し、骨格が占める体積が５％（気孔率９５％）の実施例５では、１５．２％に達する。
【００２８】
これに対して、骨格が占める体積が５０％（気孔率５０％）の比較例１は多孔質アルミナ重量とスラリー充填後のサンプル重量の増加割合からもわかるように、通気孔が連通していないため、スラリーの充填ができなかった。また、骨格が占める体積が２％（気孔率９８％）の比較例２は強度が低いため、ハンドリングが困難であり、実用に適さない。
【００２９】
なお、上記実施例においては、骨格構造を構成する材質がアルミナの場合について、試験を行い説明したが、これに限定されるものではなく、ムライト、ジルコニア、マグネシア、スピネル等であっても良い。また、リチウム酸化物としてリチウムシリケートを用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、リチウムアルミネート、リチウムジルコネート、リチウムチタネート、リチウムフェライト、リチウム化酸化ニッケルであってもよく、あるいは、それらの２種以上のリチウム化合物であっても良い。また、リチウム化酸化物が炭酸カリウムを含有する場合に限らず、リチウム化酸化物が炭酸ナトリウムを含有していてもよく、あるいはリチウム化酸化物が炭酸カリウムと炭酸ナトリウムの両方を含有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係わる炭酸ガス吸収体の概念図。
【図２】本発明に係わる炭酸ガス吸収体の電子顕微鏡写真。
【符号の説明】
【００３１】
１  炭酸ガス吸収体
２  気孔
３  多孔体
４  リチウム化酸化物
【図１】
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【図２】
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