客觀日本

產綜研開發出從廢氣中回收甲醇的新材料,使用顏料高效吸附

2023年03月29日 能源環境

日本產業技術綜合研究所(以下簡稱「產綜研」)的研究員首藤雄大等人開發出了一種吸附材料,可以從廢氣中有效回收化學工廠等大量使用的甲醇。之前甲醇與廢氣中的水分難以分離,此次透過以顏料爲基礎的材料得到了解決。該成果有助於將被排放出的甲醇以較少的能量轉化爲可利用的資源,研究團隊計劃在5年内完成實用化。

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以藍色顏料普魯士藍爲基礎,開發出了可蠻力吸附甲醇的材料(供圖:產綜研)

甲醇在塑膠和藥物的生產等方面作爲原料和溶劑得到廣泛應用。由於工廠廢氣中含有的甲醇是導致空氣污染的主要原因,所以需要淨化連串裝置和回收。但由於甲醇具有親水性,因此將其從廢氣中回收時,會一併吸附水蒸氣。如果使用傳統的吸附材料,很難將甲醇單獨進行分離回收。

此次開發出的材料具有比水更強的甲醇吸附力,並且在相對較低的溫度下只解吸水分。此前,吸附氨等物質的技術是利用普魯士藍開發的,普魯士藍被用於藍色顏料。目前,這種顏料已被修改爲用於回收甲醇。

普魯士藍具有類似攀爬架形狀的結晶結構,内含鐵等物質,内部可吸附分子。研究發現,將鐵置換爲錳和鈷後,它會有力吸附含有水氣的空氣中的甲醇。吸附後,當加熱到攝氏70度時,水氣會發生解吸而留下甲醇。當加熱到150度時,甲醇就可以解吸回收。

在水氣存在的條件下,每公斤吸附材料可吸附154克甲醇,爲廢氣體積含量的0.5%。這相當於約爲活性碳5倍的吸附量。

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該材料的另一個優點是回收所需的能量較小。獲得1公斤重量百分比爲95%的甲醇所需的能量估算爲18.9兆焦耳。這比燃燒同量甲醇所需的能量和用天然氣製造甲醇的能量還要少。研究員首藤表示:「從資源循環的角度來看,這是一種有效的方法。」今後,甲醇作爲從二氧化碳製造化學品的「CCU」的生成物的情況也可能會增加,其處理技術也將變得愈發重要。

新研發材料可與現有吸附材料區分使用。研究小組的主任研究員高橋顯表示:「沸石耐熱性強,活性碳易於回收較大分子。區分不同物件很重要。」

投入使用時所面臨的課題是稀有金屬——鈷的使用。考慮到化學工廠使用吸附材料的數量是以數十噸爲單位,因此成本的降低必不可少。這就需要在保證吸附材料性質的同時,尋找可置換鈷的廉價材料。研究團隊旨在5年以内確立材料改良後的量產技術。

日文:北川舞、《日經產業新聞》
中文:JST客觀日本編輯部