Simultaneous organic matter synthesis and absorbent regeneration by hydrothermal treatment of alkali bicarbonate as a CO2 absorbent

水热处理碱式碳酸氢盐作为 CO2 吸收剂同时进行有机物合成和吸收剂再生

基本信息

批准号：
21K04768
负责人：
高橋伸英
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、アルカリ炭酸塩水溶液を用いたCO2の化学吸収法において、CO2を吸収した吸収液を高温高圧下で直接水熱処理することによりギ酸などの有機化合物へ変換するプロセスを提案する。1年目は主な有機化合物としてギ酸を対象とし、ギ酸生成に対する反応条件の調査を行った。しかし、ギ酸は燃料電池の燃料としての利用などが想定されるが、用途は限定的であり、水溶液中からの分離も容易ではない。一方で、メタノールは用途も広いため、利用価値が高い。そこで、今年度はメタノールを主要な目標生成物質の一つとして考え、メタノールを水熱条件下で生成する反応条件を調査した。既往の研究により、同様の水熱条件下で溶媒に塩酸水溶液を用いることによりメタノールを生成した報告があったが、高温高圧条件下で塩酸を使用することは装置の腐食を引き起こし、反応生成物の取り出しの際にも注意を要する。そこで、塩酸に代わる酸として固体酸に注目し、ゼオライト触媒であるHZSM-5を使用し、メタノール生成への影響を調査した。さらに、Cu/ZnO系触媒がメタノール合成によく使用されていることから、触媒にCu、還元剤にZnを使用することとした。ステンレス反応管に、CO2源としてKHCO3、触媒としてCu粉末、還元剤としてZn粉末、溶媒として蒸留水を封入し、電気管状炉内で反応温度250℃、反応時間0~4時間で実験を行った。その結果、ギ酸収率は4時間まで反応時間とともに増加し、最高で41.1%に達した。一方、メタノール収率は反応時間によらず1％以下でほぼ一定であった。また、ガス回収部を取り付けて実験を行った際に、DMEが生成していることが確認された。DMEはメタノールの脱水により生成すると考えられるため、検出されたよりも多くのメタノールが生成している可能性がある。しかし、水熱条件下ではギ酸が主生成物であることは確定的であると結論付けられた。

本研究提出了一种使用碱金属碳酸盐溶液化学吸收CO2的方法，其中吸收了CO2的吸收液在高温高压下直接进行水热处理，将其转化为甲酸等有机化合物。第一年，我们以甲酸为主要有机化合物，研究了甲酸生产的反应条件。然而，尽管甲酸有望用作燃料电池的燃料，但其用途有限，且不易从水溶液中分离。另一方面，甲醇用途广泛，利用价值较高。因此，今年我们将甲醇作为主要目标产品之一，研究了水热条件下生产甲醇的反应条件。此前有研究报道，在类似的水热条件下，采用盐酸水溶液作为溶剂生产甲醇，但在高温高压条件下使用盐酸，会导致设备和反应产物的腐蚀，在使用时也必须注意去除。因此，我们重点关注固体酸作为盐酸的替代品，使用沸石催化剂HZSM-5，并研究其对甲醇生产的影响。此外，由于Cu/ZnO催化剂常用于甲醇合成，因此我们决定使用Cu作为催化剂，Zn作为还原剂。不锈钢反应管中填充KHCO3作为CO源、Cu粉作为催化剂、Zn粉作为还原剂、蒸馏水作为溶剂，在电管式炉中进行实验，反应温度为250℃。 °C，反应时间0至4小时。结果，甲酸收率随着反应时间的延长而增加，达到41.1%的最大值。另一方面，无论反应时间如何，甲醇收率几乎恒定在1%以下。另外，在安装气体回收装置的情况下进行实验时，确认生成了DME。二甲醚被认为是通过甲醇脱水产生的，因此产生的甲醇可能比检测到的多。然而，得出的结论是，在水热条件下，甲酸肯定是主要产物。