JP2003326159A - 炭酸ガス吸収材及びその製造方法、その再生方法 - Google Patents

炭酸ガス吸収材及びその製造方法、その再生方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、長期にわたって安定した炭酸ガス
の吸収特性を得られる、炭酸ガス吸収材及びその製造方
法、その再生方法を提供する。 【解決手段】 ナトリウムシリケート及びカリウムシリ
ケートから選ばれる少なくとも一種と、リチウムシリケ
ートとを具備することを特徴とする炭酸ガス吸収材。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭酸ガス吸収材及
びその製造方法、その再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】発動機等の炭化水素を主成分とする燃料
を燃焼させる燃焼装置から排出される炭酸ガスを回収す
る場合、回収に適した場所である排気ガス放出部におい
てその温度が約３００℃以上の高温であることが多い。
【０００３】一方、従来から知られる炭酸ガスの分離方
法としては、酢酸セルロースを用いる方法、アルカノー
ルアミン系溶媒による化学吸収法等が挙げられる。しか
しながら、前述した分離方法はいずれも導入ガス温度を
約２００℃以下に抑える必要がある。したがって、燃焼
装置から排出される炭酸ガスのような、高温度でのリサ
イクルを要する排気ガスに対しては、一旦、熱交換器等
により約２００℃以下に排気ガスを冷却する必要があ
り、結果的に炭酸ガス分離のためのエネルギー消費量が
多くなるという問題があった。
【０００４】このような炭酸ガス分離方法に対して、リ
チウムジルコネートを含む炭酸ガス吸収材がある（例え
ば、特許文献１参照。）。また、リチウムシリケートを
含む炭酸ガス吸収材もある（例えば、特許文献２参
照。）。これらリチウムジルコネートやリチウムシリケ
ートを含む炭酸ガス吸収材は、室温から約５００℃を超
える温度領域までの炭酸ガスの吸収が可能であり、また
約６００℃以上に温度を上げると炭酸ガスを放出する。
さらに、これらの炭酸ガス吸収材は、繰り返し吸収・放
出を行うことが出来る。そして、これらの炭酸ガス吸収
材にリチウム、ナトリウム及びカリウムから選ばれるア
ルカリの炭酸塩を添加することにより、炭酸ガスの吸収
反応が促進される（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】しかしながら、これらの炭酸ガス吸収材に
対して、炭酸ガスの吸収・放出を繰り返して行うと、次
第に炭酸ガスの吸収量が減少してくるという問題があ
り、長期にわたって、安定した炭酸ガス吸収特性を得る
ことが困難であった。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−９９２１４号公報（第２−９
頁、第１図）
【０００７】
【特許文献２】特開２０００−２６２８９０公報（第２
−５頁、第１図）
【０００８】
【特許文献３】特開２００１−１７０４８０公報（第２
−６頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のリチウムジルコネートやリチウムシリケートなどの炭
酸ガス吸収材は、炭酸ガスの吸収・放出を繰り返して行
うと、次第に炭酸ガスの吸収量が減少してくるという問
題があり、長期にわたって、安定した炭酸ガス吸収特性
を得ることが困難であった。
【００１０】本発明は、長期にわたって安定した炭酸ガ
スの吸収特性を得られる炭酸ガス吸収材及びその製造方
法、その再生方法を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は、ナトリ
ウムシリケート及びカリウムシリケートから選ばれる少
なくとも一種と、リチウムシリケートとを具備すること
を特徴とする炭酸ガス吸収材を提供する。本発明におい
ては、ナトリウムシリケート及びカリウムシリケートか
ら選ばれる少なくとも一種が、１ｍｏｌ％以上４０ｍｏ
ｌ％以下含まれても良い。
【００１２】また本発明は、ナトリウム系の無水水ガラ
ス及びカリウム系の無水水ガラスから選ばれる少なくと
も一種と、リチウムシリケートとを具備することを特徴
とする炭酸ガス吸収材を提供する。本発明においては、
ナトリウム系の無水水ガラス及びカリウム系の無水水ガ
ラスから選ばれる少なくとも一種が、１ｍｏｌ％以上４
０ｍｏｌ％以下含まれても良い。また本発明において
は、ナトリウムシリケート及びカリウムシリケートから
選ばれる少なくとも一種をさらに含んでも良い。
【００１３】また本発明においては、０．５ｗｔ％以上
の水をさらに含んでも良い。
【００１４】また本発明においては、８．５ｗｔ％以上
の水をさらに含んでも良い。
【００１５】また本発明においては、リチウムシリケー
トは、Ｌｉ4ＳｉＯ4であっても良い。
【００１６】また本発明においては、炭酸リチウム、炭
酸ナトリウム及び炭酸カリウムからなる群より選ばれる
少なくとも一種のアルカリ炭酸塩をさらに含んでも良
い。また本発明においては、炭酸リチウム、炭酸ナトリ
ウム及び炭酸カリウムからなる群より選ばれる少なくと
も一種のアルカリ炭酸塩が、０．５ｍｏｌ％以上４０ｍ
ｏｌ％以下含まれても良い。
【００１７】また本発明は、炭酸リチウムと二酸化ケイ
素とを混合して第１の混合物を得る第１の混合工程と、
第１の混合物にナトリウムシリケート及びカリウムシリ
ケートから選ばれる少なくとも一種を含む水溶液を添加
して混合し、第２の混合物を得る第２の混合工程と、第
２の混合物を、成形、造粒もしくは基板上に塗布する工
程と、成形、造粒もしくは塗布工程の後に第２の混合物
を熱処理する熱処理工程とを具備することを特徴とする
炭酸ガス吸収材の製造方法を提供する。本発明において
は、水溶液中のナトリウムシリケート及びカリウムシリ
ケートから選ばれる少なくとも一種の濃度は、１ｗｔ％
以上６０ｗｔ％以下であっても良い。
【００１８】また本発明は、炭酸リチウムと二酸化ケイ
素とを混合して第１の混合物を得る第１の混合工程と、
第１の混合物に、ナトリウム系の無水水ガラス及びカリ
ウム系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種を含
む水溶液を添加して混合し、第２の混合物を得る第２の
混合工程と、第２の混合物を、成形、造粒もしくは基板
上に塗布する工程と、成形、造粒もしくは塗布工程の後
に第２の混合物を熱処理する熱処理工程とを具備するこ
とを特徴とする炭酸ガス吸収材の製造方法を提供する。
【００１９】また本発明は、炭酸リチウムと二酸化ケイ
素とを混合して第１の混合物を得る第１の混合工程と、
第１の混合物を熱処理する熱処理工程と、熱処理工程の
後に第１の混合物にナトリウム系の無水水ガラス及びカ
リウム系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種を
含む水溶液を添加して混合し、第２の混合物を得る第２
の混合工程と、第２の混合物を、成形、造粒もしくは基
板上に塗布する工程とを具備することを特徴とする炭酸
ガス吸収材の製造方法を提供する。本発明においては、
水溶液中のナトリウム系の無水水ガラス及びカリウム系
の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種の濃度は、
１ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下であっても良い。
【００２０】また本発明は、ナトリウム系の無水水ガラ
ス及びカリウム系の無水水ガラスから選ばれる少なくと
も一種と、リチウムシリケートと、水とを具備する炭酸
ガス吸収材に炭酸ガスを吸収させた後の、炭酸ガス吸収
材の再生方法であって、炭酸ガスを吸収した炭酸ガス吸
収材を、３５０〜１０００℃で加熱し、加熱した炭酸ガ
ス吸収材を炭酸ガスを含有しない雰囲気下で冷却し、次
いで、水蒸気を含有し炭酸ガスを含有しない雰囲気に暴
露し加湿して、含有水分量を少なくとも０．５ｗｔ％と
することを特徴とする炭酸ガス吸収材の再生方法を提供
する。
【００２１】
【発明の実施の形態】＜基本構成＞本発明の炭酸ガス吸
収材は、ナトリウムシリケート及びカリウムシリケー
トから選ばれる少なくとも一種と、リチウムシリケート
とを具備するものである。また、本発明の炭酸ガス吸収
材は、ナトリウム系の無水水ガラス及びカリウム系の
無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種と、リチウム
シリケートとを具備するものである。
【００２２】また、本発明の炭酸ガス吸収材の製造方法
は、炭酸リチウムと二酸化ケイ素とを混合して第１の
混合物を得る第１の混合工程と、第１の混合物にナトリ
ウムシリケート及びカリウムシリケートから選ばれる少
なくとも一種を含む水溶液を添加して混合し、第２の混
合物を得る第２の混合工程と、第２の混合物を、成形、
造粒もしくは基板上に塗布する工程と、成形、造粒もし
くは塗布工程の後に第２の混合物を熱処理する熱処理工
程とを具備するものである。また、本発明の炭酸ガス吸
収材の製造方法は、炭酸リチウムと二酸化ケイ素とを
混合して第１の混合物を得る第１の混合工程と、第１の
混合物に、ナトリウム系の無水水ガラス及びカリウム系
の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種を含む水溶
液を添加して混合し、第２の混合物を得る第２の混合工
程と、第２の混合物を、成形、造粒もしくは基板上に塗
布する工程と、成形、造粒もしくは塗布工程の後に第２
の混合物を熱処理する熱処理工程とを具備するものであ
る。
【００２３】本発明者らが炭酸ガス吸収材の炭酸ガス吸
収特性の低下の原因について検討したところ、炭酸ガス
吸収材の作製時に熱処理を行う際、または、高温で炭酸
ガス吸収・放出を行う際に、炭酸ガス吸収材の粒成長が
起こっていることがわかった。特に、炭酸ガス放出反応
は高温で行われるため、炭酸ガス吸収材の粒成長は顕著
となる。そして、炭酸ガス吸収材の粒成長で、多孔質に
形成された炭酸ガス吸収材の気孔が減少して目詰まりを
起こすことなどにより、炭酸ガス吸収材の表面積が低下
することで、炭酸ガス吸収特性が低下する。
【００２４】本発明のでは、炭酸ガス吸収材として、
リチウムシリケートに加えて、ナトリウムシリケートも
しくはカリウムシリケートを具備する。ナトリウムシリ
ケートもしくはカリウムシリケートは、熱処理工程の際
に、炭酸ガス吸収材やその原料の粒子の間に、固体の小
さな粒子状で介在するために、炭酸ガス吸収材やその原
料の粒子同士の接触面積を減らす、いわゆるピン止め効
果により粒成長を抑制する効果がある。また、ナトリウ
ムシリケートやカリウムシリケートは、炭酸ガス放出反
応等の高温においても結晶状態であることから、高温に
おいても炭酸ガス吸収材の強度を高く保つことが出来、
形状を変えずに保つことが可能となる。
【００２５】さらに、ナトリウムシリケートやカリウム
シリケートは炭酸ガスを吸収する際に生成する炭酸リチ
ウムと反応して液相を形成することにより、炭酸ガスが
内部へ拡散するのを促進させる作用により、炭酸ガス吸
収特性を向上させるという効果もある。
【００２６】なお、ナトリウムシリケートはＮａ2Ｓｉ
Ｏ3、Ｎａ2Ｓｉ2Ｏ5、Ｎａ4ＳｉＯ4等、カリウムシリケ
ートはＫ2ＳｉＯ3、Ｋ2Ｓｉ2Ｏ5、Ｋ2Ｓｉ4Ｏ9等の化学
式であらわすことができるが、これらの化学式で示す化
学量論比とは多少組成が異なることもある。
【００２７】また、本発明のでは、炭酸ガス吸収材と
して、リチウムシリケートに加えて、ナトリウム系の無
水水ガラスもしくはカリウム系の無水水ガラスを具備す
る。ナトリウム系の無水水ガラスもしくはカリウム系の
無水水ガラスは、熱処理工程の際に、炭酸ガス吸収材や
その原料の各粒子の表面を一部、ガラス状になって覆
う。その為、炭酸ガス吸収材やその原料の粒子同士の接
触面積を減らす、いわゆるピン止め効果により粒成長を
抑制する効果がある。また、炭酸ガス吸収材やその原料
の粒子同士は、面状に接触した無水水ガラスを介するこ
とから接触面積が増大し、結着力が増すことから、成形
体や顆粒状、膜状の炭酸ガス吸収材の形状を保つことが
可能となる。
【００２８】さらにナトリウム系の無水水ガラスもしく
はカリウム系の無水水ガラスは炭酸ガスを吸収する際に
生成する炭酸リチウムと反応して液相を形成することに
より、炭酸ガスが内部へ拡散するのを促進させる作用に
より、炭酸ガス吸収特性を向上させるという効果もあ
る。
【００２９】なお、ナトリウム系の無水水ガラスはＮａ
2Ｏ−ｎ（ＳｉＯ2）（２≦ｎ≦４）等、カリウム系の無
水水ガラスはＫ2Ｏ−ｎ（ＳｉＯ2）（２≦ｎ≦４）等の
組成式であらわすことができるが、これらの組成式で示
す化学量論比とは多少組成が異なることもある。また、
無水水ガラスは水に可溶であり、無水水ガラスは大気
中、室温等で水に溶解させてもよいし、加熱溶融して溶
解させても良い。
【００３０】本発明のにおいては、ナトリウムシリケ
ート及びカリウムシリケートから選ばれる少なくとも一
種をさらに含んでも良い。ナトリウム系の無水水ガラス
もしくはカリウム系の無水水ガラスは、熱処理工程の際
に一部が結晶化してナトリウムシリケートもしくはカリ
ウムシリケートとなる場合がある。この場合にも、ピン
止め効果や炭酸ガス吸収特性の向上の効果を得ることが
出来、さらに、ナトリウムシリケートもしくはカリウム
シリケートの高温における強度と、ナトリウム系の無水
水ガラスもしくはカリウム系の無水水ガラスの結着力の
双方を得ることが出来る。ナトリウム系の無水水ガラス
もしくはカリウム系の無水水ガラスを加えて炭酸ガス吸
収材を作製する際、熱処理工程の条件として、約７００
℃以上の高温で行う、あるいは保持時間を約8h以上とす
ることにより、これらを一部結晶化させてナトリウムシ
リケートもしくはカリウムシリケートとすることが可能
となる。
【００３１】ナトリウムシリケート及びカリウムシリケ
ートから選ばれる少なくとも一種、もしくはナトリウム
系の無水水ガラス及びカリウム系の無水水ガラスから選
ばれる少なくとも一種は、約１ｍｏｌ％以上約４０ｍｏ
ｌ％以下含まれていることが好ましく、さらに約５ｍｏ
ｌ％以上約３０ｍｏｌ％以下含まれていることが好まし
い。これは、ナトリウムシリケートやカリウムシリケー
ト、ナトリウム系の無水水ガラス、カリウム系の無水水
ガラスの量が約１ｍｏｌ％未満では、炭酸ガス吸収特性
の向上や、上述したピン止め効果を得るには少なすぎる
為である。また、約４０ｍｏｌ％を超えると、炭酸ガス
吸収特性の向上、ピン止め効果などの効果が飽和するだ
けでなく、炭酸ガスの吸収に携わるリチウムシリケート
の量が減少してしまうために炭酸ガス吸収特性が下がる
のである。
【００３２】また、リチウムシリケートとしては、リチ
ウムメタシリケート（Ｌｉ2ＳｉＯ3）やリチウムオルト
シリケート（Ｌｉ4ＳｉＯ4）、Ｌｉ6Ｓｉ2Ｏ7、Ｌｉ8Ｓ
ｉＯ 6等の組成式で表されるものを用いてもよい。この
中でもリチウムオルトシリケートは炭酸ガス吸収特性が
高い為に最も好ましい。ただし、化学式で示す化学量論
比とは多少組成が異なることもある。
【００３３】さらに、本発明で用いる炭酸ガス吸収材に
は、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム及び炭酸カリウムか
らなる群より選ばれる少なくとも一種のアルカリ炭酸塩
を添加しても良い。これらのアルカリ炭酸塩は、炭酸ガ
スの吸収により炭酸ガス吸収材表面に形成される固体の
炭酸リチウムを液相化し、炭酸ガス吸収材表面への炭酸
ガスの拡散速度を大きくして炭酸ガス吸収特性を高める
という効果がある。しかし、炭酸ガス吸収材中にこれら
のアルカリ炭酸塩を添加した場合には、高温での炭酸ガ
ス吸収・放出の際に、これらのアルカリ炭酸塩の融点が
低いことから液相化する。そして、炭酸ガス吸収材の表
面をぬらして炭酸ガスが吸収されやすい状態を生成する
が、液相となったアルカリ炭酸塩は、周囲の炭酸ガス吸
収材の表面をぬらし、表面エネルギーを下げてこれらの
粒子を成長させる可能性もある。しかしながら本発明で
は、炭酸ガス吸収材の表面がぬれたとしても、ナトリウ
ムシリケートもしくはカリウムシリケート、ナトリウム
系の無水水ガラス、カリウム系の無水水ガラスのピン止
め効果により、粒成長し難いため、好ましい。従って、
ナトリウムシリケートもしくはカリウムシリケート、ナ
トリウム系の無水水ガラス、カリウム系の無水水ガラス
と、アルカリ炭酸塩とを入れることにより、結晶粒を成
長させることなく、効率的に炭酸ガス吸収特性を高める
ことが出来る。アルカリ炭酸塩の添加量としては、０．
５ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％以下程度であることが好ま
しい。アルカリ炭酸塩の添加量が約０．５ｍｏｌ％未満
である場合には、アルカリ炭酸塩を添加して炭酸ガス吸
収特性を高める効果を得ることが難しい。また、アルカ
リ炭酸塩の添加量が約４０ｍｏｌ％を超えると、アルカ
リ炭酸塩の添加による炭酸ガス吸収特性を向上させる効
果が飽和するのみならず、炭酸ガス吸収材中のリチウム
シリケートの含有率が減少する為に、炭酸ガスの吸収量
や吸収速度が低下する可能性がある。特に、アルカリ炭
酸塩の添加量を０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％未満程度
とすると、炭酸ガス吸収特性が向上し、さらに炭酸ガス
吸収材が劣化し難くなることから炭酸ガス放出特性も向
上する。また、炭酸ガス吸収材中のナトリウムシリケー
トもしくはカリウムシリケート、ナトリウム系の無水水
ガラス、カリウム系の無水水ガラスの含有量が多い場合
には、ナトリウムシリケートもしくはカリウムシリケー
ト、ナトリウム系の無水水ガラス、カリウム系の無水水
ガラスが、炭酸ガス吸収効率を向上させるというアルカ
リ炭酸塩の特性を併せ持つことから、アルカリ炭酸塩の
含有量を減少させることにより、炭酸ガス吸収材中のリ
チウムシリケートの含有率を上げることが出来る。この
場合、アルカリ炭酸塩の濃度を０．５ｍｏｌ％以上１０
ｍｏｌ％以下程度とすることが好ましい。
【００３４】また、本発明で用いる炭酸ガス吸収材は、
水（水分）を含有するものであってもよい。燃焼装置か
らの排ガス等の高温以外で炭酸ガスを吸収させる場合、
特に室温程度の温度においては、本発明の炭酸ガス吸収
材に炭酸ガスを吸収させる際、温度が低く反応性が低下
することから、炭酸ガス吸収材の炭酸ガス吸収特性を高
めなければならない。また、生物が排出する程度もしく
は大気中に含まれる程度の低濃度の炭酸ガスを吸収させ
る際も、炭酸ガス吸収材の炭酸ガス吸収特性を高めるこ
とが必要となる。炭酸ガス吸収材中に水分を含有させる
ことにより、水が炭酸ガスとリチウムシリケートの酸‐
塩基反応を促進し、また、炭酸ガス吸収反応の反応生成
物である炭酸リチウムがリチウムシリケート表面を被覆
するのを炭酸リチウムの水溶によって防ぐことから、炭
酸ガス吸収特性を高めることができる。しかしながら、
炭酸ガス吸収材中にナトリウムシリケートもしくはカリ
ウムシリケート、ナトリウム系の無水水ガラス、カリウ
ム系の無水水ガラスを含まない場合には、多量の水分を
炭酸ガス吸収材中に含ませると、炭酸ガス吸収材中の空
孔に水分が入り目詰まりしたり、炭酸ガス吸収材を構成
する微小な粒子間の結着力が弱まることから目詰まりや
強度低下を引き起こす原因となる。よって、炭酸ガス吸
収材中に含ませることの可能な水の量は８ｗｔ％程度が
限界であった。しかしながら本発明においては、炭酸ガ
ス吸収材中にナトリウムシリケートもしくはカリウムシ
リケート、ナトリウム系の無水水ガラス、カリウム系の
無水水ガラスを含むことから、炭酸ガス吸収材の形状を
維持しつつ、水分がこれらに吸着水や結晶水の形、もし
くはこれらを含む水溶液となって安定に保持される。し
たがって、炭酸ガス吸収材中に含ませることにより炭酸
ガス吸収特性を高めるのに少なくとも必要な約０．５ｗ
ｔ％以上の水分を容易に含有させることができるだけで
なく、ナトリウムシリケートもしくはカリウムシリケー
ト、ナトリウム系の無水水ガラス、カリウム系の無水水
ガラスを含まない場合に困難であった、約８．５ｗｔ％
以上の水をも含有させることができる。なお、炭酸ガス
吸収材中の水分が約２５ｗｔ％を超えると、本発明にお
いても炭酸ガス吸収材が目詰まりを起こす為に好ましく
ない。また、本発明において炭酸ガス吸収材に含ませる
水分は、純水であっても良いし、エタノールなどの水溶
性アルコールなどを溶解した水であっても良い。本発明
の炭酸ガス吸収材は、固体の炭酸ガス吸収材に水分が含
まれた状態でもよく、また、水性媒体に炭酸ガス吸収材
が浸された状態でも良い。水分の含まれた固体の炭酸ガ
ス吸収材を用いる場合には、粉体や顆粒状、ペレット状
の炭酸ガス吸収材を配置した管状等の炭酸ガス吸収装置
中に、炭酸ガスを含有する被処理気体を通過させること
等により炭酸ガスを吸収させることができる。また、水
性媒体中に炭酸ガス吸収材の粒子を分散させた懸濁液状
の形態で使用する場合には、水性媒体に炭酸ガス吸収材
粒子を分散させ、炭酸ガスを含有する被処理気体を、こ
の水性媒体懸濁液状炭酸ガス吸収材中にバブリングする
ことによって炭酸ガスを吸収させることができる。
【００３５】＜バインダとして用いる場合＞ところで、
これまでは炭酸ガス吸収材を作成する際に、バインダを
添加して混練（混合）しており、バインダとしては有機
質のものを多く用いていた。有機質のバインダとして
は、澱粉やメチルセルロース、ポリビニルアルコール、
パラフィンなどがあげられる。しかしながら、有機質の
バインダは、後の熱処理工程で炭酸ガス等として抜けて
しまうことから、出来た炭酸ガス吸収材に多くの空孔が
形成され強度が低下する、炭酸ガスが発生するために環
境に対して好ましくないという問題があった。
【００３６】しかしながら、本発明において用いるナト
リウムシリケートやカリウムシリケート、ナトリウム系
の無水水ガラス、カリウム系の無水水ガラスは、炭酸リ
チウムと二酸化ケイ素とを混合した後に、無機質のバイ
ンダとして添加して用いることが出来る。つまり、炭酸
リチウムと二酸化ケイ素とを混合して第１の混合物を得
る第１の混合工程と、第１の混合物にナトリウムシリケ
ート及びカリウムシリケートから選ばれる少なくとも一
種、またはナトリウム系の無水水ガラス及びカリウム系
の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種を含む水溶
液を添加して混合し、第２の混合物を得る第２の混合工
程と、第２の混合物を、成形、造粒もしくは基板上に塗
布する工程と、成形、造粒もしくは塗布工程の後に第２
の混合物を熱処理する熱処理工程とを具備することを特
徴とする炭酸ガス吸収材の製造方法において、第２の混
合工程がバインダの添加工程となる。そして、ナトリウ
ムシリケート及びカリウムシリケートから選ばれる少な
くとも一種、もしくはナトリウム系の無水水ガラス及び
カリウム系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種
をバインダとして用いるのである。これらをバインダと
して用いた場合にも、炭酸ガス吸収材を作製する際の熱
処理工程、もしくは高温における炭酸ガス吸収・放出反
応において、炭酸ガス吸収材やその原料の粒子の間に介
在して、ピン止め効果により粒成長を抑制する効果があ
る。また、バインダとして用いる場合は、無水水ガラス
（珪酸アルカリガラス固体）は水溶液として添加する
が、無水水ガラスを水中に溶解させる際には、加熱溶融
して水溶液としても良いし、常温常圧で溶解させても良
い。無水水ガラス水溶液を添加した場合、熱処理工程を
施した後には、水溶液中の水が蒸発して無水水ガラスと
なる。
【００３７】そして、これらは無機質であることから炭
酸ガスの発生と共になくなることはなく、熱処理工程の
後も残る為に、炭酸ガス吸収材の形状や強度を保つのに
効果がある。また、炭酸ガスの吸収特性を向上させるた
めの材料とバインダとを兼ねるので、さらにバインダ用
の材料を加える必要がないことから、単位重量もしくは
単位体積当たりの炭酸ガス吸収量を減少させることがな
く、好ましい。
【００３８】本発明の炭酸ガス吸収材は、ナトリウムシ
リケートやカリウムシリケート、ナトリウム系の無水水
ガラス、カリウム系の無水水ガラスによって形状や強度
を保つことが可能であることから、成形体や顆粒状、膜
状の炭酸ガス吸収材を作製する際に好適であると言え
る。
【００３９】また、炭酸リチウムと二酸化ケイ素との混
合物にナトリウムシリケート及びカリウムシリケートか
ら選ばれる少なくとも一種、もしくはナトリウム系の無
水水ガラス及びカリウム系の無水水ガラスから選ばれる
少なくとも一種を含む水溶液を添加する際には、水溶液
中の前記ナトリウムシリケート及びカリウムシリケート
から選ばれる少なくとも一種、もしくはナトリウム系の
無水水ガラス及びカリウム系の無水水ガラスから選ばれ
る少なくとも一種の濃度を、約１ｗｔ％以上約６０ｗｔ
％以下とすることが好ましい。これは、ナトリウムシリ
ケート及びカリウムシリケートから選ばれる少なくとも
一種、もしくはナトリウム系の無水水ガラス及びカリウ
ム系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種の濃度
が約１ｗｔ％未満では、含有する水分量が多くなるため
に乾燥時に反り、亀裂などを生じやすい為である。また
約６０ｗｔ％を超えると、沈殿せずに均一に分散させる
ことが困難となってしまう。さらに、水溶液中の前記ナ
トリウムシリケート及びカリウムシリケートから選ばれ
る少なくとも一種、もしくはナトリウム系の無水水ガラ
ス及びカリウム系の無水水ガラスから選ばれる少なくと
も一種の濃度は、約５ｗｔ％以上約４０ｗｔ％以下とす
ることが、より好ましい。
【００４０】＜作製方法＞次に、炭酸ガス吸収材を作製
する方法の例を示す。
【００４１】まず、成形体の炭酸ガス吸収材の作製方法
としては、炭酸リチウムと二酸化ケイ素を所定量秤量
し、メノウ乳鉢等で約０．１〜１ｈ混合する。得られた
混合粉末にナトリウムシリケート及びカリウムシリケー
トから選ばれる少なくとも一種、もしくはナトリウム系
の無水水ガラス及びカリウム系の無水水ガラスから選ば
れる少なくとも一種を含む水溶液を添加し、混練してか
ら押出し成形機により円柱状の成形体を得る。続いて、
この円柱状の成形体を大気中、箱型電気炉等で約０．５
〜２０ｈ熱処理し、ナトリウムシリケート及びカリウム
シリケートから選ばれる少なくとも一種、もしくはナト
リウム系の無水水ガラス及びカリウム系の無水水ガラス
から選ばれる少なくとも一種を均一に含むリチウムシリ
ケートペレットの炭酸ガス吸収材を得る。気孔率は約３
０〜約５０ｖｏｌ％であることが好ましい。この作製方
法では、バインダとして無機質のナトリウムシリケート
やカリウムシリケート、ナトリウム系の無水水ガラス、
カリウム系の無水水ガラスを用いることから、バインダ
が残るので、多孔質でも形状を保つことの可能な強度を
有する炭酸ガス吸収材を得ることが出来る。
【００４２】粉体の炭酸ガス吸収材の作製方法は、上述
した成形体の炭酸ガス吸収材の製造方法において、ナト
リウムシリケート及びカリウムシリケートから選ばれる
少なくとも一種、もしくはナトリウム系の無水水ガラス
及びカリウム系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも
一種を添加する際に水溶液とせずにそのまま混合し、そ
の後成形せずに熱処理するほかは、成形体の炭酸ガス吸
収材の製造方法と同様である。
【００４３】次に、顆粒状の炭酸ガス吸収材の作製方法
としては、炭酸リチウムと二酸化ケイ素を所定量秤量
し、水を分散媒として湿式混合する。リチウムシリケー
トをリチウムオルトシリケートとする際には、炭酸リチ
ウムと二酸化ケイ素の混合比（Ｌｉ2ＣＯ3：ＳｉＯ2）
をモル比で２：１とすればよい。この混合物に、ナトリ
ウムシリケート及びカリウムシリケートから選ばれる少
なくとも一種、もしくはナトリウム系の無水水ガラス及
びカリウム系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一
種を含む水溶液を添加して混練した後、造粒を行う。造
粒の方法としては、スプレードライ式、転動法、圧力ス
イング式などの造粒機を用いて行うことが出来る。造粒
に必要な時間は、用いる造粒機によって異なるが、顆粒
の粒径が、約１００〜２０００μｍとなるまで行うのが
好ましい。粒径が約１００μｍ以下となると、顆粒を充
填した装置中に炭酸ガスを流した際に目詰まりする可能
性がある。また、粒径が約２０００μｍより大きくなる
と炭酸ガスが内部に侵入しにくくなる。造粒の際に、乾
燥を同時に行っても良い。乾燥の温度は、水が揮発する
程度である１００℃以下が好ましい。その後、箱型電気
炉にて約６００〜１２００℃となるよう焼成（熱処理）
し、顆粒状の炭酸ガス吸収材を得る。
【００４４】次に、膜状の炭酸ガス吸収材の作製方法と
しては、炭酸リチウムと二酸化ケイ素を所定量秤量し、
水を分散媒として湿式混合する。その後、ナトリウムシ
リケート及びカリウムシリケートから選ばれる少なくと
も一種、もしくはナトリウム系の無水水ガラス及びカリ
ウム系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種を含
む水溶液を添加してスラリーを得る。このようにして得
られたスラリーを、アルミナ等からなる基板上に膜厚が
約５μｍ〜１ｃｍとなるように塗布し、乾燥した後、６
００〜１２００℃程度で熱処理することにより、膜状の
炭酸ガス吸収材を形成することができる。この膜状の炭
酸ガス吸収材は、膜の気孔率が約３０％以上で約６０％
以下であることが好ましい。気孔率が約３０％未満とな
ると、炭酸ガスが膜の内部に侵入しにくくなり炭酸ガス
吸収特性が劣化する。また、気孔率が約６０％より大き
いと、膜の機械的強度が低下すると共に、吸収できる炭
酸ガスの量が減少する。
【００４５】炭酸ガス吸収材に水分を含有させる方法と
しては、上述の夫々の方法で炭酸ガス吸収材を作製した
後に、水蒸気を含有し、炭酸ガスを実質的に含有しない
窒素ガス雰囲気下に放置する方法などがある。このと
き、水蒸気濃度はその温度における飽和水蒸気濃度に
１．１を乗じた濃度以下であることが好ましい。これ
は、水蒸気濃度が高いと、水分が吸収材表面に水滴とし
て付着してしまい、局所的に存在してしまう可能性が高
くなることによる。この工程によって、含有水分量を調
整することができる。上記の窒素ガスは、アルゴンのよ
うな他の不活性ガスからなり、かつ炭酸ガスを含有しな
いガスに置き換えても良い。
【００４６】また、炭酸ガス吸収材に水分を含有させる
別の方法としては、上述した方法とは別の方法で炭酸ガ
ス吸収材を作製することにより水分を含有させる方法が
ある。例えば、炭酸リチウムと二酸化ケイ素とを混合し
た後、ナトリウムシリケート及びカリウムシリケートか
ら選ばれる少なくとも一種、もしくはナトリウム系の無
水水ガラス及びカリウム系の無水水ガラスから選ばれる
少なくとも一種やその水溶液を添加せず、また、成形や
造粒、塗布をせずに、熱処理する。その後に、ナトリウ
ムシリケート及びカリウムシリケートから選ばれる少な
くとも一種、もしくはナトリウム系の無水水ガラス及び
カリウム系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種
を添加すると、粉体の炭酸ガス吸収材が得られる。ま
た、ナトリウムシリケート及びカリウムシリケートから
選ばれる少なくとも一種、もしくはナトリウム系の無水
水ガラス及びカリウム系の無水水ガラスから選ばれる少
なくとも一種の水溶液を添加して、その後、成形すると
成形体の、造粒すると顆粒状の、基板に塗布すると膜状
の炭酸ガス吸収材が得られる。このような方法で作製し
た後に、完全な乾燥をさせずに水分を残したり、水蒸気
含有雰囲気中において水分を加えることにより、容易に
水分を含有した炭酸ガス吸収材を得ることが出来る。こ
のような方法で炭酸ガス吸収材を作製する場合は、リチ
ウムシリケートが合成される熱処理の際に炭酸ガスが発
生した後に、成形や造粒、塗布を行うことから、密度の
高い吸収材を作製することが可能となる。
【００４７】＜使用方法・再生方法＞水分を含有させた
本発明の炭酸ガス吸収材は、炭酸ガスを吸収させた後
に、再生して使用することが可能であるが、吸収した炭
酸ガスを放出する為に３５０〜１０００℃で加熱を行う
ために、水分が揮発してしまう。水分のない状態で室温
などの条件で炭酸ガス吸収材に炭酸ガスを吸収させる
と、炭酸ガス吸収特性が低下してしまうことから、新た
に水分を含有させることが必要となる。炭酸ガス吸収材
に水分を含有させるためには、加熱した炭酸ガス吸収材
を炭酸ガスを含有しない雰囲気下で冷却し、次いで、水
蒸気を含有し炭酸ガスを含有しない雰囲気に暴露し加湿
する、等の方法を用いることができる。炭酸ガス吸収材
の再生の場合にも、上述したのと同様の理由から、含有
水分量を少なくとも０．５ｗｔ％以上とすることが好ま
しく、８．５ｗｔ％以上とすることが特に好ましい。
【００４８】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００４９】（実施例１）平均粒径が１μｍの炭酸リチ
ウム粉末と平均粒径が０．８μｍの二酸化ケイ素粉末
を、モル比で２：１となるように秤量し、メノウ乳鉢に
て１０ｍｉｎ乾式混合した。得られた混合粉末１００ｇ
に対し、カリウムシリケート（Ｋ2Ｓｉ2Ｏ5）１０％水
溶液を６０ｇ添加し、混練機にて１０ｍｉｎ混練した。
混練後、押出し成形機を用いて３０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧
力で押出し成形することにより、成形体を得た。得られ
た成形体を大気中１０００℃で８ｈ熱処理し、カリウム
シリケートを添加したリチウムシリケートペレットであ
る炭酸ガス吸収材を得た。
【００５０】（実施例２）カリウムシリケート水溶液の
添加割合を１０ｇとした以外は実施例１と同様の方法で
ペレットを作製した。
【００５１】（実施例３）カリウムシリケート水溶液の
添加割合を２００ｇとした以外は実施例１と同様の方法
でペレットを作製した。
【００５２】（実施例４）カリウムシリケート水溶液の
添加割合を３００ｇとした以外は実施例１と同様の方法
でペレットを作製した。
【００５３】（実施例５）カリウムシリケート水溶液の
添加割合を４００ｇとした以外は実施例１と同様の方法
でペレットを作製した。
【００５４】（実施例６）カリウムシリケートの替わり
にナトリウムシリケート１０％水溶液を６０ｇ用いた以
外は実施例１と同様の方法でペレットを作製した。
【００５５】（実施例７）平均粒径が１μｍの炭酸リチ
ウム粉末と平均粒径が０．８μｍの二酸化ケイ素粉末
を、モル比で２：１となるように秤量し、メノウ乳鉢に
て１０ｍｉｎ乾式混合した。得られた混合粉末１００ｇ
に対し、カリウムシリケート（Ｋ2Ｓｉ2Ｏ5）１０％水
溶液６０ｇを添加し、転動法により平均粒径５００μｍ
の顆粒を作製した。得られた顆粒を大気中１０００℃で
８ｈ熱処理し、カリウムシリケートを添加したリチウム
シリケート顆粒である炭酸ガス吸収材を得た。
【００５６】（実施例８）カリウムシリケート水溶液の
添加割合を１０ｇとした以外は実施例７と同様の方法で
顆粒を作製した。
【００５７】（実施例９）カリウムシリケート水溶液の
添加割合を２００ｇとした以外は実施例７と同様の方法
で顆粒を作製した。
【００５８】（実施例１０）平均粒径が１μｍの炭酸リ
チウム粉末と平均粒径が０．８μｍの二酸化ケイ素粉末
を、モル比で２：１となるように秤量し、メノウ乳鉢に
て１０ｍｉｎ乾式混合した。得られた混合粉末１００ｇ
に対し、カリウムシリケート（Ｋ2Ｓｉ2Ｏ5）１０％水
溶液２００ｇを添加し、スラリーを作製した。このスラ
リーをギャップ１ｍｍのアプリケータ中に流し込み、ア
ルミナ製の基板上を平面移動させることにより塗布膜を
得た。得られた膜を大気中１０００℃で８ｈ熱処理し、
カリウムシリケートを添加したリチウムシリケート膜で
ある炭酸ガス吸収材を得た。
【００５９】（実施例１１）カリウムシリケート水溶液
の添加割合を６０ｇとした以外は実施例１０と同様の方
法で膜を作製した。
【００６０】（実施例１２）カリウムシリケート水溶液
の添加割合を３００ｇとした以外は実施例１０と同様の
方法で膜を作製した。
【００６１】（実施例１３）平均粒径が１μｍの炭酸リ
チウム粉末と平均粒径が０．８μｍの二酸化ケイ素粉末
を、モル比で２：１となるように秤量し、メノウ乳鉢に
て１０ｍｉｎ乾式混合した。得られた混合粉末１００ｇ
に対し、カリウムシリケート（Ｋ2Ｓｉ2Ｏ5）を６ｇ添
加し、１０ｍｉｎ混合した。混合後、大気中１０００℃
で８ｈ熱処理し、カリウムシリケートを添加したリチウ
ムシリケート粉体である炭酸ガス吸収材を得た。
【００６２】（実施例１４）カリウムシリケート水溶液
の添加割合を５００ｇとした以外は実施例１と同様の方
法でペレットを作製した。
【００６３】（実施例１５）カリウムシリケート水溶液
の添加割合を５００ｇとした以外は実施例７と同様の方
法で顆粒を作製した。
【００６４】（実施例１６）カリウムシリケート水溶液
の添加割合を５００ｇとした以外は実施例１０と同様の
方法で膜を作製した。
【００６５】（実施例１７）平均粒径が１μｍの炭酸リ
チウム粉末と平均粒径が０．８μｍの二酸化ケイ素粉末
を、モル比で２：１となるように秤量し、メノウ乳鉢に
て１０ｍｉｎ乾式混合した。得られた混合粉末１００ｇ
に対し、カリウム系の無水水ガラス（Ｋ2Ｏ−４Ｓｉ
Ｏ2）の２０％水溶液を４５ｇ添加し、混練機にて１０
ｍｉｎ混練した。混練後、押出し成形機を用いて３０ｋ
ｇｆ／ｃｍ2の圧力で押出し成形することにより、成形
体を得た。得られた成形体を大気中１０００℃で８ｈ熱
処理し、カリウム系の無水水ガラスを添加したリチウム
シリケートペレットである炭酸ガス吸収材を得た。
【００６６】（実施例１８）カリウム系の無水水ガラス
の水溶液の添加割合を６ｇとした以外は実施例１７と同
様の方法でペレットを作製した。
【００６７】（実施例１９）カリウム系の無水水ガラス
の水溶液の添加割合を１６０ｇとした以外は実施例１７
と同様の方法でペレットを作製した。
【００６８】（実施例２０）カリウム系の無水水ガラス
の水溶液の添加割合を２４０ｇとした以外は実施例１７
と同様の方法でペレットを作製した。
【００６９】（実施例２１）カリウム系の無水水ガラス
の水溶液の添加割合を３００ｇとした以外は実施例１７
と同様の方法でペレットを作製した。
【００７０】（実施例２２）カリウム系の無水水ガラス
の替わりにナトリウム系の無水水ガラス（Ｎａ2Ｏ−４
ＳｉＯ2）２０％水溶液を４５ｇ用いた以外は実施例１
７と同様の方法でペレットを作製した。
【００７１】（実施例２３）平均粒径が１μｍの炭酸リ
チウム粉末と平均粒径が０．８μｍの二酸化ケイ素粉末
を、モル比で２：１となるように秤量し、メノウ乳鉢に
て１０ｍｉｎ乾式混合した。得られた混合粉末１００ｇ
に対し、カリウム系の無水水ガラス（Ｋ2Ｏ−４Ｓｉ
Ｏ2）の２０％水溶液４５ｇを添加し、転動法により平
均粒径５００μｍの顆粒を作製した。得られた顆粒を大
気中１０００℃で８ｈ熱処理し、カリウム系の無水水ガ
ラスを添加したリチウムシリケート顆粒である炭酸ガス
吸収材を得た。
【００７２】（実施例２４）カリウム系の無水水ガラス
の水溶液の添加割合を６ｇとした以外は実施例２３と同
様の方法で顆粒を作製した。
【００７３】（実施例２５）カリウム系の無水水ガラス
の水溶液の添加割合を１６０ｇとした以外は実施例２３
と同様の方法で顆粒を作製した。
【００７４】（実施例２６）平均粒径が１μｍの炭酸リ
チウム粉末と平均粒径が０．８μｍの二酸化ケイ素粉末
を、モル比で２：１となるように秤量し、メノウ乳鉢に
て１０ｍｉｎ乾式混合した。得られた混合粉末１００ｇ
に対し、カリウム系の無水水ガラス（Ｋ2Ｏ−４Ｓｉ
Ｏ2）の２０％水溶液１６０ｇを添加し、スラリーを作
製した。このスラリーをギャップ１ｍｍのアプリケータ
中に流し込み、アルミナ製の基板上を平面移動させるこ
とにより塗布膜を得た。得られた膜を大気中１０００℃
で８ｈ熱処理し、カリウム系の無水水ガラスを添加した
リチウムシリケート膜である炭酸ガス吸収材を得た。
【００７５】（実施例２７）カリウム系の無水水ガラス
の水溶液の添加割合を４５ｇとした以外は実施例２６と
同様の方法で膜を作製した。
【００７６】（実施例２８）カリウム系の無水水ガラス
の水溶液の添加割合を２４０ｇとした以外は実施例２６
と同様の方法で膜を作製した。
【００７７】（実施例２９）平均粒径が１μｍの炭酸リ
チウム粉末と平均粒径が０．８μｍの二酸化ケイ素粉末
を、モル比で２：１となるように秤量し、メノウ乳鉢に
て１０ｍｉｎ乾式混合した。得られた混合粉末１００ｇ
に対し、カリウム系の無水水ガラスを９ｇ添加し、１０
ｍｉｎ混合した。混合後、大気中１０００℃で８ｈ熱処
理し、カリウム系の無水水ガラスを添加したリチウムシ
リケート粉体である炭酸ガス吸収材を得た。
【００７８】（実施例３０）カリウム系の無水水ガラス
の水溶液の添加割合を４００ｇとした以外は実施例１７
と同様の方法でペレットを作製した。
【００７９】（実施例３１）カリウム系の無水水ガラス
の水溶液の添加割合を４００ｇとした以外は実施例２３
と同様の方法で顆粒を作製した。
【００８０】（実施例３２）カリウム系の無水水ガラス
の水溶液の添加割合を４００ｇとした以外は実施例２６
と同様の方法で膜を作製した。
【００８１】（比較例１）カリウムシリケート水溶液を
添加しない以外は実施例１と同様の方法でペレットを作
製した。
【００８２】得られた実施例１〜３２及び比較例１の炭
酸ガス吸収材を箱型電気炉に設置し、この電気炉内に炭
酸ガス２０体積％及び窒素ガス８０体積％からなる混合
ガスを流通させながら５００℃の温度で１ｈ保持して炭
酸ガスを吸収させ、その前後の吸収材の重量増加を調べ
ることによって、炭酸ガスの吸収量を測定した。このと
き、吸収反応が進行中、温度が上昇しても電気炉の出力
を５００℃となるように固定したため、吸収材の温度は
５００℃以上となっている可能性もある。この結果（初
期吸収量）を（表１）及び（表２）に示す。なお、本測
定において、各実施例及び各比較例の炭酸ガス吸収材が
設置された電気炉内に窒素ガスのみを供給して同様な実
験を行ったところ、これらの炭酸ガス吸収材の重量増加
は全く認められないことを確認した。
【００８３】次に、実施例１〜３２及び比較例１の炭酸
ガス吸収材を炭酸ガス２０体積％及び窒素ガス８０体積
％からなる混合ガスを流通させながら前記電気炉内に５
００℃で１ｈ保持して炭酸ガスを吸収させた後に８００
℃で１ｈ保持して炭酸ガスを放出させる操作を１００回
繰り返し、最後に５００℃で１ｈ保持して炭酸ガスを吸
収させた後に室温に戻して、重量増加を調べた。炭酸ガ
スの吸収と放出を１００回繰り返した後の吸収量と、初
期吸収量との比を吸収量維持率とし、（表１）及び（表
２）に示す。
【００８４】
【表１】
【００８５】
【表２】
【００８６】（表１）及び（表２）から分かるように、
実施例１〜３２では、炭酸ガス吸収材としてのリチウム
シリケートに対して、カリウムシリケート及びナトリウ
ムシリケートから選ばれる少なくとも一種、もしくはナ
トリウム系の無水水ガラス及びカリウム系の無水水ガラ
スから選ばれる少なくとも一種を添加していることによ
り、初期吸収量、吸収量維持率とも高い値を得ることが
出来た。これに対して、比較例１では、カリウムシリケ
ート及びナトリウムシリケートから選ばれる少なくとも
一種、もしくはナトリウム系の無水水ガラス及びカリウ
ム系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種のどち
らも添加していないことから、炭酸ガスの吸収量維持率
が低下している。これは、炭酸ガス吸収材の粒成長が起
こっていると思われる。
【００８７】実施例１及び実施例１７の炭酸ガス吸収材
の表面を調べた。実施例１の炭酸ガス吸収材は、リチウ
ムシリケート１００の粒子間にカリウムシリケート２０
０の粒子が分散した、図１のような状態であった。ま
た、実施例１７の炭酸ガス吸収材は、リチウムシリケー
ト１００の粒子間にカリウム系の無水水ガラス３００が
フィルム状に分散した、図２のような状態であった。ど
ちらの実施例においても、カリウムシリケートやカリウ
ム系の無水水ガラスによりピン止め効果が得られ、粒成
長はほとんど見られなかった。また、実施例１７の炭酸
ガス吸収材では、カリウム系の無水水ガラスは一部結晶
化し、カリウムシリケートとなっていた。
【００８８】また、各実施例中では、カリウムシリケー
ト及びナトリウムシリケートから選ばれる少なくとも一
種、もしくはナトリウム系の無水水ガラス及びカリウム
系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種を５ｍｏ
ｌ％以上３０ｍｏｌ％以下程度添加することがより好ま
しいことが分かる。５ｍｏｌ％以上とすると、吸収量維
持率が上昇し、３０ｍｏｌ％以下とすると、初期吸収量
が上昇する。
【００８９】また、炭酸ガス吸収材にカリウムシリケー
ト及びナトリウムシリケートから選ばれる少なくとも一
種を添加した場合は、ナトリウム系の無水水ガラス及び
カリウム系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種
を添加した場合よりも、吸収量維持率が高い。ナトリウ
ム系の無水水ガラス及びカリウム系の無水水ガラスから
選ばれる少なくとも一種はフィルム状に分散されるのに
対し、カリウムシリケート及びナトリウムシリケートか
ら選ばれる少なくとも一種は粒子状に分散されるため、
より均一に分散される。そして、カリウムシリケート及
びナトリウムシリケートから選ばれる少なくとも一種
は、均一に分散されるために多くの粒子に対してピン止
め作用を与えることができ、形状を保つ効果が高いこと
から、吸収量維持率が高いのであると思われる。
【００９０】さらに、カリウムシリケートもしくはカリ
ウム系の無水水ガラスを添加した際には、ナトリウムシ
リケートもしくはナトリウム系の無水水ガラスを添加し
た際よりも初期吸収量が上昇する為好ましい。
【００９１】次に、室温での炭酸ガス吸収特性につい
て、実施例３３〜３８及び比較例２〜４を用いて説明す
る。
【００９２】（実施例３３）平均粒径が１μｍの炭酸リ
チウム粉末と平均粒径が０．８μｍの二酸化ケイ素粉末
を、モル比で２：１となるように秤量し、メノウ乳鉢に
て１０ｍｉｎ乾式混合した。得られた混合粉末を大気中
１０００℃で８ｈ熱処理し、リチウムシリケートを得
た。このリチウムシリケートを平均粒径２μｍに粉砕し
た後、リチウムシリケート２００ｇに対し、カリウムシ
リケート（Ｋ2Ｓｉ3Ｏ7）９％水溶液１２０ｇを添加
し、押し出し成形機で平均粒径５００μｍに造粒された
顆粒を作製した。この後、電気炉中、８０℃で６０分乾
燥させ、リチウムシリケート顆粒を得た。
【００９３】（実施例３４）実施例３３と同様に顆粒を
作製した後、図３に示すような吸収管５中のフィルター
７、９間にこの顆粒８を充填して、この吸収管５内に、
水蒸気／窒素の比が３．５／９６．５ｖｏｌ％となるよ
うな気体を１．０Ｌ／ｍｉｎで５時間流通させ、リチウ
ムシリケート顆粒を得た。
【００９４】（実施例３５）実施例３３と同様に顆粒を
作製した後、電気炉中、１００℃で６０分乾燥させ、リ
チウムシリケート顆粒を得た。
【００９５】（実施例３６）実施例３３で作製した炭酸
ガス吸収材に対して、図３の炭酸ガス吸収管を用い、炭
酸ガスを５００ｐｐｍ含む窒素ガスに水蒸気１ｖｏｌ％
を混合させたガスを、１Ｌ／ｍｉｎで流通させた雰囲気
下に室温で２０時間さらして炭酸ガスを吸収した。この
とき、この炭酸ガス吸収材は１６ｗｔ％に相当する炭酸
ガスを吸収した。その後、窒素流通雰囲気下で４８０
℃、５時間の加熱を行い、炭酸ガスを放出させた。その
後窒素雰囲気下で冷却し、このときの重量が最初に実施
例３３と同様にして作製した際の重量とほぼ同じであっ
たため、吸収した炭酸ガス及び水分は全て放出されたこ
とを確認した。そして、この炭酸ガス吸収材を吸収管５
に充填し、水蒸気／窒素の比が３．５／９６．５ｖｏｌ
％となるような気体を１．０Ｌ／ｍｉｎで５時間流通さ
せ、得たリチウムシリケート顆粒を実施例３７とする。
【００９６】（実施例３７）実施例３３と同様に顆粒を
作製した後、電気炉中、２５０℃で６０分乾燥させ、リ
チウムシリケート顆粒を得た。
【００９７】（実施例３８）平均粒径が１μｍの炭酸リ
チウム粉末と平均粒径が０．８μｍの二酸化ケイ素粉末
を、モル比で２：１となるように秤量し、メノウ乳鉢に
て１０ｍｉｎ乾式混合した。得られた混合粉末を大気中
１０００℃で８ｈ熱処理し、リチウムシリケートを得
た。このリチウムシリケートを平均粒径２μｍに粉砕し
た後、リチウムシリケート２００ｇに対し、カリウム系
無水水ガラス（Ｋ2Ｏ−３ＳｉＯ2）の２５ｗｔ％水溶液
を２０ｇと純水１００ｇとを混合し、押し出し成形機で
平均粒径５００μｍに造粒された顆粒を作製した。この
後、電気炉中、２５０℃で６０分乾燥させ、リチウムシ
リケート顆粒を得た。
【００９８】（比較例２）実施例３３と同様に顆粒を作
製した後、電気炉中、６０℃で２０分乾燥させ、リチウ
ムシリケート顆粒を得た。
【００９９】（比較例３）実施例３３と同様に顆粒を作
製した後、電気炉中、４００℃で３００分乾燥させ、リ
チウムシリケート顆粒を得た。
【０１００】（比較例４）実施例３３と同様に作製した
リチウムシリケートを平均粒径２μｍに粉砕した後、リ
チウムシリケートとセピオライトの粉末を重量比で９：
１となるよう秤量し、混練した。この混練物１００ｇに
対し、２５ｇの水を加えさらに混合した。混合後、押し
出し成形機で平均粒径５００μｍに造粒された顆粒を作
製した後、電気炉中、１００℃で２４時間乾燥させ、さ
らに大気中、５００℃で２時間焼成した。その後、図３
に示すような吸収管５中のフィルター７、９間にこの顆
粒８を充填して、この吸収管５内に、水蒸気／窒素の比
が３．５／９６．５ｖｏｌ％となるような気体を１．０
Ｌ／ｍｉｎで２０時間流通させ、リチウムシリケート顆
粒を得た。
【０１０１】得られた実施例３３〜３８及び比較例２〜
４の炭酸ガス吸収材に含まれる水分の割合を熱重量分析
装置（ＴＧ）により測定した。測定方法としては、装置
中に炭酸ガス吸収材を配置して、窒素ガスを１ａｔｍ、
３００ｍｌ／ｍｉｎの条件で流通させたまま、室温（２
５℃）から３００℃まで５℃／ｍｉｎで昇温して、３０
０℃で２時間保持した。これにより炭酸ガス吸収材に含
まれる水分が放出され、その水分の放出に伴う重量の減
少を調べた。この測定により、各炭酸ガス吸収材に含ま
れる水分の割合が得られた。これを（表３）に示す。
【０１０２】また、本発明における炭酸ガス吸収材の吸
収性能を、図４のような炭酸ガス吸収性能評価装置を用
いて評価した。
【０１０３】すなわち、炭酸ガスボンベ１から出た炭酸
ガス含有ガス（窒素ガス中に炭酸ガスが５００ｐｐｍ含
まれているもの）が、流量調節バルブ２で流量を調節さ
れ、水蒸気付加器３により２ｖｏｌ％の水蒸気を付加さ
れて、室内の大気と同様な状態のガスを形成する。この
ガスが入口ガス４となり、炭酸ガス吸収管５によって炭
酸ガスを吸収され、出口ガス６となる。入口ガス４の流
量は、大気圧下で１Ｌ／ｍｉｎとなるように調節した。
出口ガスの炭酸ガス濃度は、炭酸ガス濃度計７で測定さ
れる。炭酸ガス吸収管５は図３に示すように、内径１０
ｍｍのプラスチック製チューブであり、炭酸ガス吸収材
８を７０ｍｍの層長で充填してある。炭酸ガス吸収材両
端には、フィルター部材である脱脂綿９、１０が詰めら
れている。ガス入口側のフィルター９は、ガスを均一に
分散させるためのものであり、ガス出口側のフィルター
１０は、炭酸ガス吸収材が出口ガスに混入し散逸するの
を防ぐためのものである。
【０１０４】実施例３３〜３８及び比較例２〜４の炭酸
ガス吸収材を上記の炭酸ガス吸収性能評価装置に設置
し、この評価装置内に炭酸ガス含有ガスを流通させなが
ら室温（２５℃）の温度で２０ｈ炭酸ガスを吸収させ、
吸収管出口の炭酸ガス濃度の経時変化を元に計算を行
い、炭酸ガスの吸収量を算出した。この結果（炭酸ガス
吸収量）を（表３）に示す。なお、本測定において、各
実施例及び各比較例の炭酸ガス吸収材が設置された評価
装置内に窒素ガスのみを供給して同様な実験を行ったと
ころ、これらの炭酸ガス吸収材の重量増加は全く認めら
れないことを確認した。
【０１０５】
【表３】
【０１０６】（表３）から分かるように、実施例３３〜
３８では、炭酸ガス吸収材中にナトリウムシリケート及
びカリウムシリケートから選ばれる少なくとも一種、も
しくはナトリウム系の無水水ガラス及びカリウム系の無
水水ガラスから選ばれる少なくとも一種を含み、水分を
０．５ｗｔ％以上含有していることから、反応性の低い
室温においても炭酸ガス吸収量が１０ｗｔ％を超え、高
い値を示す。これに対して、比較例３では、カリウムシ
リケートを含むものの、水分の含有量が０．４ｗｔ％と
低いことから、室温のような反応性の低い条件では炭酸
ガス吸収量が１０ｗｔ％未満となっている。また、比較
例２では、カリウムシリケートを含むものの、水分の含
有量が２８ｗｔ％と高すぎることにより、目詰まりなど
を起こし、やはり炭酸ガス吸収量が１０ｗｔ％未満とな
っている。また、比較例４に示すように、ナトリウムシ
リケート及びカリウムシリケートから選ばれる少なくと
も一種、もしくはナトリウム系の無水水ガラス及びカリ
ウム系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種を含
まない場合には、８ｗｔ％を超える水分含有量とした場
合、目詰まりを起こしてしまい、炭酸ガス吸収量が１０
ｗｔ％未満となってしまう。
【０１０７】また、各実施例中では、ナトリウムシリケ
ート及びカリウムシリケートから選ばれる少なくとも一
種、もしくはナトリウム系の無水水ガラス及びカリウム
系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種を含み、
水分含有量を０．５ｗｔ％以上、２５ｗｔ％以下とする
ことにより、より高い炭酸ガス吸収特性を得られること
が分かる。さらに実施例３６から分かるように、室温の
ような反応性の低い条件においても、炭酸ガス吸収材の
再生が十分に可能であることが分かる。
【０１０８】なお、これらのカリウムシリケート及びナ
トリウムシリケートから選ばれる少なくとも一種、もし
くはナトリウム系の無水水ガラス及びカリウム系の無水
水ガラスから選ばれる少なくとも一種を添加した炭酸ガ
ス吸収材中に、アルカリ炭酸塩を入れた場合も、これら
の実施例と同様な効果を得る事が出来る。
【０１０９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
長期にわたって安定した炭酸ガスの吸収特性を得られ
る、炭酸ガス吸収材及びその製造方法、その再生方法を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１に係る炭酸ガス吸収材の表
面の状態を示す模式図である。
【図２】 本発明の実施例１７に係る炭酸ガス吸収材の
表面の状態を示す模式図である。
【図３】 本発明の実施形態に係る炭酸ガス吸収管を説
明する図である。
【図４】 本発明の実施形態に係る炭酸ガス吸収性能評
価装置を説明する図である。
【符号の説明】
１…炭酸ガスボンベ ２…流量調節バルブ ３…水蒸気付加器 ４…入口ガス ５…炭酸ガス吸収管 ６…出口ガス ７…炭酸ガス濃度計 ８…炭酸ガス吸収材 ９、１０…フィルター １００…リチウムシリケート ２００…カリウムシリケート ３００…カリウム系の無水水ガラス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 越崎 健司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 中川 和明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 4D002 AA09 BA03 CA07 DA01 DA02 DA03 DA16 DA70 EA08 FA01 GA01 GB08 GB11 GB20 4G066 AA30B AA43B BA03 BA09 CA35 DA02 DA03 FA01 FA03 FA21 FA25 FA26 FA37 GA01 GA32 GA35 4G073 BA03 BA04 BA05 BA63 CB03 CB09 FB11 FB37 FD01 FD26 FD27 FE04 UA06

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ナトリウムシリケート及びカリウムシリ
    ケートから選ばれる少なくとも一種と、リチウムシリケ
    ートとを具備することを特徴とする炭酸ガス吸収材。
  2. 【請求項２】 前記ナトリウムシリケート及びカリウム
    シリケートから選ばれる少なくとも一種が、１ｍｏｌ％
    以上４０ｍｏｌ％以下含まれていることを特徴とする請
    求項１記載の炭酸ガス吸収材。
  3. 【請求項３】 ナトリウム系の無水水ガラス及びカリウ
    ム系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種と、リ
    チウムシリケートとを具備することを特徴とする炭酸ガ
    ス吸収材。
  4. 【請求項４】 前記ナトリウム系の無水水ガラス及びカ
    リウム系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種
    が、１ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％以下含まれていること
    を特徴とする請求項３記載の炭酸ガス吸収材。
  5. 【請求項５】 ナトリウムシリケート及びカリウムシリ
    ケートから選ばれる少なくとも一種をさらに含むことを
    特徴とする請求項３記載の炭酸ガス吸収材。
  6. 【請求項６】 ０．５ｗｔ％以上の水をさらに含むこと
    を特徴とする請求項１もしくは３記載の炭酸ガス吸収
    材。
  7. 【請求項７】 ８．５ｗｔ％以上の水をさらに含むこと
    を特徴とする請求項１もしくは３記載の炭酸ガス吸収
    材。
  8. 【請求項８】 前記リチウムシリケートは、Ｌｉ4Ｓｉ
    Ｏ4であることを特徴とする請求項１もしくは３記載の
    炭酸ガス吸収材。
  9. 【請求項９】 炭酸リチウム、炭酸ナトリウム及び炭酸
    カリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種のアル
    カリ炭酸塩をさらに含むことを特徴とする請求項１もし
    くは３記載の炭酸ガス吸収材。
  10. 【請求項１０】 前記炭酸リチウム、炭酸ナトリウム及
    び炭酸カリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種
    のアルカリ炭酸塩が、０．５ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％
    以下含まれていることを特徴とする請求項９記載の炭酸
    ガス吸収材。
  11. 【請求項１１】 炭酸リチウムと二酸化ケイ素とを混合
    して第１の混合物を得る第１の混合工程と、前記第１の
    混合物にナトリウムシリケート及びカリウムシリケート
    から選ばれる少なくとも一種を含む水溶液を添加して混
    合し、第２の混合物を得る第２の混合工程と、前記第２
    の混合物を、成形、造粒もしくは基板上に塗布する工程
    と、前記成形、造粒もしくは塗布工程の後に前記第２の
    混合物を熱処理する熱処理工程とを具備することを特徴
    とする炭酸ガス吸収材の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記水溶液中の前記ナトリウムシリケ
    ート及びカリウムシリケートから選ばれる少なくとも一
    種の濃度は、１ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下であることを
    特徴とする請求項１１記載の炭酸ガス吸収材の製造方
    法。
  13. 【請求項１３】 炭酸リチウムと二酸化ケイ素とを混合
    して第１の混合物を得る第１の混合工程と、前記第１の
    混合物に、ナトリウム系の無水水ガラス及びカリウム系
    の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種を含む水溶
    液を添加して混合し、第２の混合物を得る第２の混合工
    程と、前記第２の混合物を、成形、造粒もしくは基板上
    に塗布する工程と、前記成形、造粒もしくは塗布工程の
    後に前記第２の混合物を熱処理する熱処理工程とを具備
    することを特徴とする炭酸ガス吸収材の製造方法。
  14. 【請求項１４】 炭酸リチウムと二酸化ケイ素とを混合
    して第１の混合物を得る第１の混合工程と、前記第１の
    混合物を熱処理する熱処理工程と、前記熱処理工程の後
    に前記第１の混合物にナトリウム系の無水水ガラス及び
    カリウム系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種
    を含む水溶液を添加して混合し、第２の混合物を得る第
    ２の混合工程と、前記第２の混合物を、成形、造粒もし
    くは基板上に塗布する工程とを具備することを特徴とす
    る炭酸ガス吸収材の製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記水溶液中の前記ナトリウム系の無
    水水ガラス及びカリウム系の無水水ガラスから選ばれる
    少なくとも一種の濃度は、１ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下
    であることを特徴とする請求項１３もしくは１４記載の
    炭酸ガス吸収材の製造方法。
  16. 【請求項１６】 ナトリウム系の無水水ガラス及びカリ
    ウム系の無水水ガラスから選ばれる少なくとも一種と、
    リチウムシリケートと、水とを具備する炭酸ガス吸収材
    に炭酸ガスを吸収させた後の、前記炭酸ガス吸収材の再
    生方法であって、炭酸ガスを吸収した前記炭酸ガス吸収
    材を、３５０〜１０００℃で加熱し、加熱した前記炭酸
    ガス吸収材を炭酸ガスを含有しない雰囲気下で冷却し、
    次いで、水蒸気を含有し炭酸ガスを含有しない雰囲気に
    暴露し加湿して、含有水分量を少なくとも０．５ｗｔ％
    とすることを特徴とする炭酸ガス吸収材の再生方法。
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