(57)【要約】【課題】電力などのエネルギーコストをかけることなく、より簡便にＣＯ2が回収できるようにする。【解決手段】２−アミノエタノールを水に溶解した水溶液を多孔体に含浸させて作製した吸着材１０３ａを、ＣＯ2の回収対象となる雰囲気１０４の中に配置する。孔内に２−アミノエタノールが担持されている多孔体から構成された吸着材１０３ａによれば、孔内に進入したＣＯ2が、２−アミノエタノールに吸収される。したがって、雰囲気１０４中のＣＯ2が、吸着材１０３ａにより吸収される。【選択図】  図１Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２−アミノエタノールの水溶液を多孔質ガラスからなる担体に含浸させる第１ステップと、
前記水溶液が含浸した前記担体を不活性なガス中で乾燥して二酸化炭素吸着材を作製する第２ステップと、
前記二酸化炭素吸着材を対象となる雰囲気に配置してこの雰囲気中の二酸化炭素を吸収する第３ステップと
を少なくとも備えることを特徴とする二酸化炭素の吸収方法。
【請求項２】
請求項１記載の二酸化炭素の吸収方法において、
前記水溶液は、２−アミノエタノールの体積濃度が１０％以上５０％未満とされていることを特徴とする二酸化炭素の吸収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象となる雰囲気にある二酸化炭素を吸収する二酸化炭素の吸収方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素（ＣＯ2）は地球温暖化の原因ガスのひとつであり、大気中の二酸化炭素を減少させることは、緊急の課題であり、また、長期的な課題でもある。ＣＯ2の発生源は、炭素化合物が燃焼している様々な分野に及ぶ。例えば、大量の化石燃料を使用する火力発電所などの動力発生設備では、多くのＣＯ2が発生する。このため、排出されるＣＯ2を回収し、また貯蔵する技術が精力的に研究されている。
【０００３】
例えば、上述したような設備では、燃焼排ガスをアルカノールアミン水溶液と接触させ、燃焼排ガス中のＣＯ2を回収する方法が検討されている。ＣＯ2を吸収するアルカノールアミンとしては、モノエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミンなどがある。また、これらのアルカノールアミンに、吸収助剤としてピペリジンなどが用いられている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、燃焼排ガス中のＣＯ2の除去速度を向上させて除去効率を向上させる吸収液の材料として、１級のアミノ基を持つ直鎖または環状のアミン化合物、２級のアミノ基を持つ直鎖または環状のアミン化合物の内から選択される３種以上のアミン化合物を含むものが用いられている。
【０００５】
また、工場プロセス排出ガスからのＣＯ2を気体の状態で分離するＣＯ2分離方法がある。この方法では、炭酸水素塩または炭酸塩を構成する金属イオンを含有した吸収液を用いている。この吸収液を含浸させた多孔質物質の一方側にＣＯ2を含む供給ガスを供給し、他方側を減圧しておく。このようにすることで、一方側では供給されたガス中よりＣＯ2を吸収し、減圧されている他方側ではＣＯ2を放出する。
【０００６】
また、イオン液体からなる回収液を用いたＣＯ2の回収技術も提案されている（非特許文献１参照）。この技術では、常温（２０〜２５℃）で液体となる塩であるイオン液体を用い、このイオン液体にＣＯ2を吸収させ、また、イオン液体に吸収したＣＯ2を回収するようにしている。
【０００７】
また、効率的かつ低いエネルギー消費量で、ガス中のＣＯ2を吸収および脱離してＣＯ2を回収する方法として、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ−エチル−２−アミノエタノールを用いる方法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
また、火力発電所などの動力発生設備から排出される燃焼排ガス中のＣＯ2の吸収液の材料として、易水溶性のリン酸化合物を用いる方法が提案されている。このリン酸化合物の水溶液は、単位体積あたりのＣＯ2吸収量および吸収速度が大きく、再生に必要な熱エネルギーが少ないという特徴を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３２３３８０９号公報
【特許文献２】特開２００８−１６８２２７号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】http://unit.aist.go.jp/tohoku/newsletter/newsletter22/2007_11_no22/newsletter_05.html、産総研  東北  Newsletter, No 22, 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した技術では、ＣＯ2の除去対象のガスは、動力発生設備からの排ガス、工場プロセスからの排出ガスなどであり、処理対象のガス量が非常に多く、バブリング装置や噴射装置の使用が必要となり、電力を用いる動力が必要となっている。ところが、ＣＯ2を排出する排出源は、これら大型の排出源に限るものではなく、一般家庭や小規模設備などの小型の分散排出源がある。これらの分散排出源は、排出されるＣＯ2濃度は多様であり、また、排出量も少ない。従って、これらの分散排出源からのＣＯ2の回収では、電力などのエネルギーを用いることなくより低コストで簡便に行えることが要求され、上述した技術ではこの要求に応えられないという問題がある。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、電力などのエネルギーコストをかけることなく、より簡便にＣＯ2が回収できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る二酸化炭素の吸収方法は、２−アミノエタノールの水溶液を多孔質ガラスからなる担体に含浸させる第１ステップと、水溶液が含浸した担体を不活性なガス中で乾燥して二酸化炭素吸着材を作製する第２ステップと、二酸化炭素吸着材を対象となる雰囲気に配置してこの雰囲気中の二酸化炭素を吸収する第３ステップとを少なくとも備える。
【００１４】
上記二酸化炭素の吸収方法において、水溶液は、２−アミノエタノールの体積濃度が１０％以上５０％未満とされていればよい。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、２−アミノエタノールの水溶液を多孔質ガラスからなる担体に含浸させて作製した二酸化炭素吸着材を用いるようにしたので、電力などのエネルギーコストをかけることなく、より簡便にＣＯ2が回収できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施の形態における二酸化炭素の吸収方法を説明する説明図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施の形態における二酸化炭素の吸収方法を説明する説明図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の実施の形態における二酸化炭素の吸収方法を説明する説明図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の実施の形態における二酸化炭素の吸収方法を説明する説明図である。
【図２】図２は、２−アミノエタノールの濃度を４０％とした水溶液を用いて作製した吸着材試料を用いた場合のＣＯ2減少の状態を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の実施の形態における二酸化炭素の吸収方法を説明する説明図である。まず、吸着材の作製について説明すると、図１Ａに示すように、２−アミノエタノールを水に溶解した水溶液１０１を、容器１０２の中に作製する。例えば、体積濃度で２０％の２−アミノエタノール水溶液とすればよい。
【００１８】
次に、図１Ｂに示すように、水溶液１０１に、平均孔径４ｎｍの多孔質ガラスである多孔体（担体）１０３を浸漬し、水溶液１０１を多孔体１０３に含浸させる（第１ステップ）。多孔体１０３は、例えば、平均孔径４ｎｍであり、表面積に対して２８％の気孔率となっているものであり、技研科学株式会社製より入手可能である。また、コーニング社製のバイコール＃７９３０でもよい。また、多孔体１０３は、例えば、８（ｍｍ）×８（ｍｍ）で厚さ１（ｍｍ）のチップサイズである。なお、多孔体１０３は、平均孔径が、水溶液１０１や二酸化炭素（ＣＯ2）の分子より大きくなければならない。従って、平均孔径の下限は、水溶液１０１やＣＯ2分子が浸入可能な２ｎｍ程度である。なお、本実施の形態における多孔体１０３の比表面積は、１ｇ当たり１００ｍ2以上である。
【００１９】
上述した多孔体１０３を水溶液１０１に、例えば４時間浸漬し、多孔体１０３の孔内に水溶液１０１を含浸させた後、水溶液１０１が含浸した多孔体１０３を風乾し、図１Ｃに示すように、窒素ガス気流中に２４時間放置して乾燥し、吸着材（二酸化炭素吸着材）１０３ａを作製する（第２ステップ）。ここで、２−アミノエタノールは、粘性があるため、所定の範囲の濃度の水溶液１０１とすることで、多孔体１０３に含浸させることが可能となる。
【００２０】
従って、吸着材１０３ａには、上述した水溶液１０１を構成する各成分からなる検知剤が導入され、吸着材１０３ａの多孔質の細孔内に２−アミノエタノールが担持されているものとなる。よく知られているように、多孔体１０３は、複数の細孔を備える。これら細孔は、多孔体１０３の表面の開口部から内部にまで連結した貫通細孔である。
【００２１】
なお、担持とは、２−アミノエタノールが、化学的，物理的，または電気的に担体（基材）と結合している状態を示し、例えば、孔内の壁面が２−アミノエタノールで被覆され、および／または、孔内の側壁に２−アミノエタノールが被着したような状態を示す。
【００２２】
次に、図１Ｄに示すように、吸着材１０３ａを、ＣＯ2の回収対象となる雰囲気１０４の中に配置する。上述したように、孔内に２−アミノエタノールが担持されている多孔体から構成された吸着材１０３ａによれば、孔内に進入したＣＯ2が、２−アミノエタノールに吸収される。したがって、雰囲気１０４中のＣＯ2が、吸着材１０３ａにより吸収される（第３ステップ）。このように、本実施の形態によれば、電力などのエネルギーコストをかけることなく、より簡便にＣＯ2が回収できるようになる。
【００２３】
次に、多孔体に含浸させる水溶液における２−アミノエタノールの濃度について説明する。
【００２４】
まず、２−アミノエタノールの濃度を体積分率で１０％、２０％、３０％、４０％、及び５０％とした試料水溶液（５種類）を各々作製する。次に、平均孔径４μｍ，８（ｍｍ）×８（ｍｍ）で厚さ１（ｍｍ）のチップサイズの多孔質ガラスを５個用意する。次に、用意した多孔質ガラスを、各試料水溶液に４時間浸漬し、この後、窒素気流中で２４時間乾燥させ、５種類の吸着材試料を作製する。
【００２５】
次に、内容積１．５ｌの容器（プラスチック製）を５個用意し、上述した５種類の吸着材試料を、各々個別の容器内に収容する。なお、各容器の内部には、ヴァイサラの赤外線吸収式ＣＯ2計が配置されている。また、各容器の内部におけるＣＯ2の初期濃度は、５００ｐｐｍである。また、各容器の内部温度は２０℃、湿度は５０％である。これは、一般的な室内環境と同等である。
【００２６】
この実験の結果、各吸着材試料の使用に対する各容器内の１８時間後のＣＯ2の濃度の変化量は、以下の表１に示すものとなる。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
また、２−アミノエタノールの濃度を４０％とした水溶液を用いて作製した吸着材試料では、図２に示すように、容器内のＣＯ2の濃度が減少した。
【００２９】
以上の結果より、濃度を５０％とした水溶液を用いて作製した吸着材試料では、他の吸着試料に比較してＣＯ2の濃度変化が少ないことがわかる。また、濃度を５０％とした水溶液を用いて作製した吸着材試料では、２−アミノエタノールの蒸発が測定された。従って、上記水溶液は、２−アミノエタノールの体積濃度が１０％以上５０％未満とされていればよいことがわかる。
【００３０】
次に、上述した本実施の形態に対する比較例として、トリエタノールアミンの水溶液を含浸させた多孔質ガラスのチップを用い上述同様の実験を行った結果について説明する。
【００３１】
まず、トリエタノールアミンの濃度を体積分率で２０％とした試料水溶液を作製する。次に、平均孔径４μｍ，８（ｍｍ）×８（ｍｍ）で厚さ１（ｍｍ）のチップサイズの多孔質ガラスを用意する。次に、用意した多孔質ガラスを、作製した試料水溶液に４時間浸漬し、この後、窒素気流中で２４時間乾燥させ、比較用試料を作製する。
【００３２】
次に、内容積１．５ｌの容器（プラスチック製）を用意し、上述した比較用試料を容器内に収容する。なお、容器の内部には、ヴァイサラの赤外線吸収式ＣＯ2計が配置されている。また、容器の内部におけるＣＯ2の初期濃度は、５００ｐｐｍである。また、容器の内部温度は２０℃、湿度は５０％である。これは、一般的な室内環境と同等である。
【００３３】
この実験の結果、１８時間後の上記容器内のＣＯ2には変化が無い。この結果より、トリエタノールアミンの水溶液を含浸させて乾燥した多孔質ガラスでは、雰囲気におけるＣＯ2を吸収しないことがわかる。トリエタノールアミンは、例えば、対象となる空気をバブリングすれば、この空気中のＣＯ2が吸収されて減少する。しかしながら、多孔体の孔内にトリエタノールアミンを担持させた状態では、ＣＯ2が吸収され難い状態になるものと考えられる。
【００３４】
前述したように、一般家庭などの分散排出源からのＣＯ2の回収には、電力などのエネルギーを用いることなくより低コストで行えることが要求される。また、ＣＯ2は、自然発生により大気中にも存在し、大気中のＣＯ2を電力などのコストをかけることなく回収する技術が存在すれば、利用価値は高いものと考えられる。
【００３５】
本発明は、これらの要求に対応すべく、電力を用いる動力を使用せずにＣＯ2を吸収する吸収材を用いたＣＯ2回収方法を鋭意検討した結果、２−アミノエタノールの水溶液を多孔質の孔中に含浸させることで、動力を用いることなく大気中のＣＯ2が吸着可能であることを見出したことによりなされたものである。本発明によれば、動力を用いることなく、大気中に存在するＣＯ2を短時間で吸収することが可能となる。
【００３６】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。例えば、上述では、窒素ガス気流中で乾燥するようにしたが、これに限るものではない。例えば、窒素ガスに限らずアルゴンなどの不活性なガス中で乾燥すればよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０１…水溶液、１０２…容器、１０３…多孔体、１０３ａ…吸着材（二酸化炭素吸着材）、１０４…雰囲気。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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