日本产业技术综合研究所(以下简称“产综研”)的研究员首藤雄大等人开发出了一种吸附材料,可以从废气中有效回收化工厂等大量使用的甲醇。之前甲醇与废气中的水分难以分离,此次通过以颜料为基础的材料得到了解决。该成果有助于将被排放出的甲醇以较少的能量转化为可利用的资源,研究团队计划在5年内完成实用化。
以蓝色颜料普鲁士蓝为基础,开发出了可强力吸附甲醇的材料(供图:产综研)
甲醇在塑料和药品的生产等方面作为原料和溶剂得到广泛应用。由于工厂废气中含有的甲醇是导致空气污染的主要原因,所以需要净化和回收。但由于甲醇具有亲水性,因此将其从废气中回收时,会一并吸附水蒸气。如果使用传统的吸附材料,很难将甲醇单独进行分离回收。
此次开发出的材料具有比水更强的甲醇吸附力,并且在相对较低的温度下只解吸水分。此前,吸附氨等物质的技术是利用普鲁士蓝开发的,普鲁士蓝被用于蓝色颜料。目前,这种颜料已被修改为用于回收甲醇。
普鲁士蓝具有类似攀爬架形状的结晶结构,内含铁等物质,内部可吸附分子。研究发现,将铁置换为锰和钴后,它会有力吸附含有水蒸气的空气中的甲醇。吸附后,当加热到摄氏70度时,水蒸气会发生解吸而留下甲醇。当加热到150度时,甲醇就可以解吸回收。
在水蒸气存在的条件下,每千克吸附材料可吸附154克甲醇,为废气体积含量的0.5%。这相当于约为活性炭5倍的吸附量。
该材料的另一个优点是回收所需的能量较小。获得1千克重量百分比为95%的甲醇所需的能量估算为18.9兆焦耳。这比燃烧同量甲醇所需的能量和用天然气制造甲醇的能量还要少。研究员首藤表示:“从资源循环的角度来看,这是一种有效的方法。”今后,甲醇作为从二氧化碳制造化学品的“CCU”的生成物的情况也可能会增加,其处理技术也将变得愈发重要。
新研发材料可与现有吸附材料区分使用。研究小组的主任研究员高桥显表示:“沸石耐热性强,活性炭易于回收较大分子。区分不同对象很重要。”
投入使用时所面临的课题是稀有金属——钴的使用。考虑到化工厂使用吸附材料的数量是以数十吨为单位,因此成本的降低必不可少。这就需要在保证吸附材料性质的同时,寻找可置换钴的廉价材料。研究团队旨在5年以内确立材料改良后的量产技术。
日文:北川舞、《日经产业新闻》
中文:JST客观日本编辑部