日本国立研究开发法人产业技术综合研究所纳米材料研究部门纳米粒子功能设计团队的首藤雄大研究员、川本彻首席研究员、高桥显主任研究员等人,通过改良作为蓝色颜料使用的普鲁士蓝,开发出了可以回收、浓缩甲醇的新型吸附材料。
图1从含有水蒸气的气体中回收、浓缩甲醇示意图(供图:产业技术综合研究所)
甲醇在化工厂被广泛用于制作塑料的原料和溶剂。释放到大气中的甲醇则会导致PM2.5等大气污染,因此目前通过燃烧等措施进行无害化处理。未将甲醇作为资源进行回收的主要原因则是,若用吸附材料回收甲醇,则会同时吸附与甲醇亲和性高的水蒸气。由于水和甲醇的化学性质相似,迄今为止的吸附浓缩技术并不能单独提取甲醇。
此次,研究团队开发出了一种与水相比更强地吸附甲醇的吸附材料。根据甲醇的分子结构,研究团队将构成吸附材料的普鲁士蓝金属离子的种类和成分进行了优化设计,其结果显示对甲醇的吸附量为活性炭的5倍以上。可以通过70℃的加热处理除去甲醇回收时同时吸附的水蒸气,由此可与吸附性更强的甲醇分开。去除水蒸气后,通过加热到150℃,可以回收95wt%的高浓度甲醇液体。
图2(a)回收的甲醇与(b)实际燃烧的照片,(c)回收浓缩与燃烧、制造的能量对比(供图:产业技术综合研究所)
开发出的吸附材料有望将原本需要无害化处理的甲醇等有机溶剂再次作为资源使用,从而实现资源循环型社会。
高桥主任研究员表示:“这种吸附材料目前还有一个问题,就是会吸附一部分水蒸气,但我们可以利用水和甲醇的解吸温度不同,回收95wt%的甲醇液体。今后我们会继续征集共同研究甲醇吸附浓缩的合作伙伴,将此作为基本技术,致力于其他醇类分子的吸附浓缩研究。”
原文:《科学新闻》
翻译:JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志:ACS Applied Materials&Interfaces
论文:Recovery of pure methanol from humid gas using Mn–Co Prussian blue analogues
DOI:10.1021/acsami.2c17799