JP2017170380A - 二酸化炭素吸着材および真空断熱材、並びにその利用 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明の代表的な実施の形態について具体的に説明する。
本発明に係る二酸化炭素吸着材は、カルシウムイオンを含有するA型ゼオライトを主成分とし、このA型ゼオライトにおけるカルシウムイオン(Ca2+)と酸素原子(O)との間のばね定数が、140〜180N/mの範囲内となっている。このばね定数は、A型ゼオライトに含まれるソーダライトケージにカルシウムイオンを1個導入したモデルに基づいて算出することができる。
カルシウムイオン−酸素原子間のばね定数が前記の範囲内となるA型ゼオライトの具体的な製造方法は特に限定されないが、代表的な製造方法としては、カルシウムイオンを含有する水溶液で、従来のA型ゼオライトをイオン交換する工程を含む製造方法を挙げることができる。
本発明に係る二酸化炭素吸着材は、前述した本発明に係るA型ゼオライトを主成分として含んでいればよい。したがって、本発明に係るA型ゼオライトそのものが、本発明に係る二酸化炭素吸着材であってもよいし、本発明に係る二酸化炭素吸着材は、本発明に係るA型ゼオライトに加えて他の成分を含有してもよい。
[遠赤外線FT−IR]
日本分光株式会社製、製品名FT−IR6600を用い、赤外線検出器として、DLATGS(Deuterated L-Alanine Triglycine Sulfate)素子(PEウインドウ)を取り付けて、700〜30cm-1の領域まで拡張して、測定用試料の遠赤外線吸収スペクトルを測定した。測定用試料は、実施例または比較例で得られた二酸化炭素吸着材を、室温でデシケータ中にて真空引きすることにより、できるだけ水分を除去し、ヌジョールに分散させてポリエチレンフィルムに挟み込むことにより作製した。
Digilab Inc.製、製品名FTS4000MXK FT−IRを用い、測定用試料の赤外線吸収スペクトルを測定した。測定用試料は、実施例または比較例で得られた二酸化炭素吸着材を所定量秤量してディスク状に成形し、in situセルに導入して約600℃(873K)で真空排気することにより作製した。作製した測定用試料の測定は、大気に触れさせることなく室温で気体を導入してin situ条件下で行った。
Agilent Technologies製、製品名DD2 500MHzを用い、標準物質としてTMSを用い、固体NMRにて、測定時の回転無し、積算回数60回、室温の条件で測定用試料の13C−NMRを測定した。測定用試料は、実施例または比較例で得られた二酸化炭素吸着材を石英製の容器に入れて約600℃(873K)で真空排気し、in situ条件下で試料管に移して13CO2 を所定量加えて封じることにより作製した。
日本ベル株式会社製、製品名BELSORP-18を用い、雰囲気温度25℃にて測定用試料の二酸化炭素吸着等温線を測定した。この吸着等温線から、それぞれの平衡圧における二酸化炭素吸着量を算出した。測定用試料は、実施例または比較例で得られた二酸化炭素吸着材を、石英製のストップコックセルに充填して約600℃(873K)で真空排気することにより準備した。
出発原料である、市販のA5型ゼオライト(Sigma-Aldrich Corporation製試薬)、カルシウム(Ca)イオン交換率78%、ケイ素(Si)/アルミニウム(Al)比=1)を、0.5Mの硝酸カルシウム水溶液でイオン交換することにより、イオン交換率85%のA5型ゼオライト(Caイオン交換A5ゼオライト)を得た。このCaイオン交換A5型ゼオライトを、約600℃(873K)、4時間の条件で真空排気処理することにより、実施例1の二酸化炭素吸着材とした。
出発原料である(カルシウムイオンを吸着させる前の)市販のA5型ゼオライトを比較例1の二酸化炭素吸着材とした。
出発原料として、市販のA4型ゼオライト(Sigma-Aldrich Corporation製試薬)を用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例2の二酸化炭素吸着材とした。この実施例2の二酸化炭素吸着材に、室温で二酸化炭素平衡圧10Paの条件下で二酸化炭素を吸着させて吸着量を確認した。その結果を表3に示す。
出発原料である(カルシウムイオンを吸着させる前の)市販のA4型ゼオライトを比較例2の二酸化炭素吸着材とした。この比較例2の二酸化炭素吸着材に、室温で二酸化炭素平衡圧10Paの条件下で二酸化炭素を吸着させて吸着量を確認した。その結果を表3に示す。
カルシウムイオン交換に用いた水溶液を、硝酸カルシウム水溶液から酢酸カルシウム水溶液に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例3の二酸化炭素吸着材を得た。この実施例3の二酸化炭素吸着材に、室温で二酸化炭素平衡圧10Paの条件下で二酸化炭素を吸着させて吸着量を確認した。その結果を表3に示す。
カルシウムイオン交換に用いた水溶液を、硝酸カルシウム水溶液から塩化カルシウム水溶液に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例4の二酸化炭素吸着材を得た。この実施例4の二酸化炭素吸着材に、室温で二酸化炭素平衡圧10Paの条件下で二酸化炭素を吸着させて吸着量を確認した。その結果を表3に示す。
カルシウムイオン交換に用いた水溶液を、硝酸カルシウム水溶液からプロピオン酸カルシウム水溶液に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例5の二酸化炭素吸着材を得た。この実施例5の二酸化炭素吸着材に、室温で二酸化炭素平衡圧10Paの条件下で二酸化炭素を吸着させて吸着量を確認した。その結果を表3に示す。
図2の結果から明らかなように、本発明に係る二酸化炭素吸着材(本発明に係るA型ゼオライト、実施例1)は、遠赤外線FT−IRによる測定で、波数217cm-1近傍のピークだけでなく、波数189cm-1近傍のピークも検出される。それゆえ、前述した通り、本発明に係るA型ゼオライトでは、カルシウムイオン−酸素原子間のばね定数が140N/m〜180N/mの範囲内にあることがわかる。一方、従来のA型ゼオライト(比較例1)では、波数217cm-1近傍のピークしか検出されない。そのため、カルシウムイオン−酸素原子間のばね定数が210N/m程度であることがわかる。
11 外被材
12 芯材
13 気体吸着材(二酸化炭素吸着材)
Claims (9)
- 少なくとも、カルシウムイオンを含有するA型ゼオライトで構成され、
当該A型ゼオライトにおけるカルシウムイオンと酸素原子との間のばね定数が、140N/m以上180N/m以下であることを特徴とする、
二酸化炭素吸着材。 - 前記A型ゼオライトが含有するカルシウムイオンのイオン交換率が80%以上であることを特徴とする、
請求項1に記載の二酸化炭素吸着材。 - 二酸化炭素を吸着していない状態の前記A型ゼオライトが、遠赤外線FT−IR(フーリエ変換赤外分光法)による測定で、波数189±10cm-1のピークが検出されるものであることを特徴とする、
請求項1または2に記載の二酸化炭素吸着材。 - 二酸化炭素を吸着した状態の前記A型ゼオライトが、FT−IR(フーリエ変換赤外分光法)による測定で、波数2370±3cm-1のピークが検出されるものであることを特徴とする、
請求項1または2に記載の二酸化炭素吸着材。 - 二酸化炭素を吸着した状態の前記A型ゼオライトが、13C−NMR(核磁気共鳴分光法)による測定で、化学シフトδC =121.6±3.5ppmのシグナルが検出されるものであることを特徴とする、
請求項1または2に記載の二酸化炭素吸着材。 - 二酸化炭素の平衡圧40Paにおける25℃での二酸化炭素の吸着量が28ml/g以上であることを特徴とする、
請求項1から5のいずれか1項に記載の二酸化炭素吸着材。 - 二酸化炭素の平衡圧10Paにおける25℃での二酸化炭素の吸着量が10ml/g以上であることを特徴とする、
請求項1から5のいずれか1項に記載の二酸化炭素吸着材。 - 外被材と、当該外被材の内部において減圧密閉状態で封入される芯材と、当該芯材とともに封入される気体吸着材とを備え、
前記気体吸着材には、請求項1から7のいずれか1項に記載の二酸化炭素吸着材が含まれることを特徴とする、
真空断熱材。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載の二酸化炭素吸着材を含有し、
混合ガスからの二酸化炭素の分離回収、食品の鮮度保持、閉鎖空間内での二酸化炭素の除去、および、麻酔時の呼気に含まれる二酸化炭素の除去の少なくともいずれかに用いられることを特徴とする、
気体吸着材。
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